JPH11103507A - 車両速度制御装置 - Google Patents
車両速度制御装置Info
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- JPH11103507A JPH11103507A JP9278000A JP27800097A JPH11103507A JP H11103507 A JPH11103507 A JP H11103507A JP 9278000 A JP9278000 A JP 9278000A JP 27800097 A JP27800097 A JP 27800097A JP H11103507 A JPH11103507 A JP H11103507A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 走行抵抗のような外乱を補償する機構を有
し、車両速度を精度良く目標速度に合わせることのでき
る車両速度制御装置を提供する。 【解決手段】 本装置は、走行用の電動機７のトルクを
加減することにより車両１の速度を目標速度に合わせる
ように制御する。本装置は、車両速度検出器１３と、車
両加速度を演算する微分部２１を有する。外乱推定部２
３が、走行用電動機７のトルクと車両の加速度とから、
車両の走行抵抗等の外乱を推定する。そして、外乱補償
部２５が外乱を電動機７のトルクに反映して補償する。
すなわち、推定した走行抵抗と荷重の慣性力分を主電動
機のトルクに加えた上で、速度偏差に応じた速度制御を
行う。
し、車両速度を精度良く目標速度に合わせることのでき
る車両速度制御装置を提供する。 【解決手段】 本装置は、走行用の電動機７のトルクを
加減することにより車両１の速度を目標速度に合わせる
ように制御する。本装置は、車両速度検出器１３と、車
両加速度を演算する微分部２１を有する。外乱推定部２
３が、走行用電動機７のトルクと車両の加速度とから、
車両の走行抵抗等の外乱を推定する。そして、外乱補償
部２５が外乱を電動機７のトルクに反映して補償する。
すなわち、推定した走行抵抗と荷重の慣性力分を主電動
機のトルクに加えた上で、速度偏差に応じた速度制御を
行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道の電気車のよ
うな電動機で駆動される車両の速度を目標速度にコント
ロールする車両速度制御装置に関する。特には、走行抵
抗のような外乱を補償する機構を有し、車両速度を精度
良く目標速度に合わせることのできるよう改良を加えた
車両速度制御装置に関する。
うな電動機で駆動される車両の速度を目標速度にコント
ロールする車両速度制御装置に関する。特には、走行抵
抗のような外乱を補償する機構を有し、車両速度を精度
良く目標速度に合わせることのできるよう改良を加えた
車両速度制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄道の電気車を例にとって従来技術を説
明する。近年の鉄道車両では、車両速度をある目標速度
に自動的に合わせる定速走行装置を有するものが増えて
いる。図５は、従来の電気車の力行中における定速度制
御の動作原理を説明する図である。横軸は、車両の目標
速度Ｖb *と車両の現状速度Ｖb の差である速度偏差ΔＶ
である。縦軸は、走行用電動機の出力トルクである。図
中には、全体として右上りの斜線（トルクパターン）４
１が示されている。このトルクパターン４１は、現在の
速度偏差ΔＶと、それに応じて出力すべき走行用電動機
トルクＴm との関係を示す。図の右上の領域は、目標速
度Ｖb *よりも現状速度Ｖb が小さい（速度偏差がプラス
の）領域である。この領域では、原点近くの不感帯の部
分を除いて、速度偏差が大きくなるほど、速度偏差にほ
ぼ比例して走行用電動機トルクが増えるよう制御してい
る。一方、左下の領域は、目標速度Ｖb *よりも現状速度
Ｖb が大きい（速度偏差がマイナスの）領域である。こ
の領域では、原点近くの不感帯の部分を除いて、マイナ
スの速度偏差の絶対値が大きくなるほど、該絶対値に比
例した制動トルクを電動機が受け取る（電動機が発電機
となってブレーキをかける）よう制御している。なお、
走行用電動機の出力トルクがプラスの状態を力行、マイ
ナスの状態（制動）を回生と呼ぶ。このような制御によ
って、速度偏差の範囲が−ΔＶref からΔＶref 内に収
まることを期待している。なお、上記不感帯は、速度偏
差ΔＶが０付近で力行と回生ブレーキを繰り返し、乗り
心地を悪化させることを防ぐために設けてある。
明する。近年の鉄道車両では、車両速度をある目標速度
に自動的に合わせる定速走行装置を有するものが増えて
いる。図５は、従来の電気車の力行中における定速度制
御の動作原理を説明する図である。横軸は、車両の目標
速度Ｖb *と車両の現状速度Ｖb の差である速度偏差ΔＶ
である。縦軸は、走行用電動機の出力トルクである。図
中には、全体として右上りの斜線（トルクパターン）４
１が示されている。このトルクパターン４１は、現在の
速度偏差ΔＶと、それに応じて出力すべき走行用電動機
トルクＴm との関係を示す。図の右上の領域は、目標速
度Ｖb *よりも現状速度Ｖb が小さい（速度偏差がプラス
の）領域である。この領域では、原点近くの不感帯の部
分を除いて、速度偏差が大きくなるほど、速度偏差にほ
ぼ比例して走行用電動機トルクが増えるよう制御してい
る。一方、左下の領域は、目標速度Ｖb *よりも現状速度
Ｖb が大きい（速度偏差がマイナスの）領域である。こ
の領域では、原点近くの不感帯の部分を除いて、マイナ
スの速度偏差の絶対値が大きくなるほど、該絶対値に比
例した制動トルクを電動機が受け取る（電動機が発電機
となってブレーキをかける）よう制御している。なお、
走行用電動機の出力トルクがプラスの状態を力行、マイ
ナスの状態（制動）を回生と呼ぶ。このような制御によ
って、速度偏差の範囲が−ΔＶref からΔＶref 内に収
まることを期待している。なお、上記不感帯は、速度偏
差ΔＶが０付近で力行と回生ブレーキを繰り返し、乗り
心地を悪化させることを防ぐために設けてある。
【０００３】図中に、横軸と平行に示してある線４３ａ
及び４３ｂは、車両の走行抵抗に相当するトルクを示
す。例えば走行抵抗に相当するトルク４３ａの値がＲt1
のとき、線４３ａとトルクパターンの線４１とが交わる
点Ａでバランスし、速度偏差ΔＶはΔＶbal1となる。こ
のΔＶbal1が目標範囲に収まれば問題ない。しかし、線
路条件や速度等の変化により走行抵抗トルクが４３ｂの
ように増大すると、バランス点は点Ａから点Ｂに移動す
る。その結果、速度偏差はΔＶbal2となり、速度偏差の
目標範囲の上限であるΔＶref を超えてしまい、車両速
度Ｖb が目標速度Ｖb *から大きくずれて問題となる。
及び４３ｂは、車両の走行抵抗に相当するトルクを示
す。例えば走行抵抗に相当するトルク４３ａの値がＲt1
のとき、線４３ａとトルクパターンの線４１とが交わる
点Ａでバランスし、速度偏差ΔＶはΔＶbal1となる。こ
のΔＶbal1が目標範囲に収まれば問題ない。しかし、線
路条件や速度等の変化により走行抵抗トルクが４３ｂの
ように増大すると、バランス点は点Ａから点Ｂに移動す
る。その結果、速度偏差はΔＶbal2となり、速度偏差の
目標範囲の上限であるΔＶref を超えてしまい、車両速
度Ｖb が目標速度Ｖb *から大きくずれて問題となる。
【０００４】次に、下り勾配でブレーキをかけながら速
度制御を行う抑速ブレーキ制御について説明する。図６
は、従来の電気車の抑速制動時の定速度制御の動作原理
を説明する図である。この図に示すように速度偏差ΔＶ
に応じて、特定の勾配（例えば２．５％等）での走行抵
抗トルク４７ａの値Ｒt3に対して、ちょうど、速度偏差
が０となるような抑速ブレーキパターン４５に従って速
度偏差が０になるように制御される。しかし、勾配の傾
きが前記の特定値から変化したり、あるいは車両速度が
変化する等により、走行抵抗トルク４７ｂに変化しその
値がＲt4となった場合には、速度偏差ΔＶはΔＶbal4と
なり、速度偏差が生じて問題となる。
度制御を行う抑速ブレーキ制御について説明する。図６
は、従来の電気車の抑速制動時の定速度制御の動作原理
を説明する図である。この図に示すように速度偏差ΔＶ
に応じて、特定の勾配（例えば２．５％等）での走行抵
抗トルク４７ａの値Ｒt3に対して、ちょうど、速度偏差
が０となるような抑速ブレーキパターン４５に従って速
度偏差が０になるように制御される。しかし、勾配の傾
きが前記の特定値から変化したり、あるいは車両速度が
変化する等により、走行抵抗トルク４７ｂに変化しその
値がＲt4となった場合には、速度偏差ΔＶはΔＶbal4と
なり、速度偏差が生じて問題となる。
【０００５】このような問題を解決する一方法として、
車両の速度に対する走行抵抗の変化は車両に固有のもの
であることに着目して、車両速度Ｖb を検出することに
よりトルクパターンを調整する方法がある。図７は、ト
ルクパターンを車両速度に応じて補正する場合における
定速度制御の動作原理を説明する図である。力行中の定
速度制御時であれば、図７に示すように、車両速度の上
昇に伴って定速度制御トルクをパターン５１ａから出力
トルクの高いパターン５１ｂへと変化させる。これによ
って、走行抵抗トルクが５３ａから５３ｂへ上昇したと
しても、速度偏差がΔＶbal1に留まるように制御するこ
とができる。
車両の速度に対する走行抵抗の変化は車両に固有のもの
であることに着目して、車両速度Ｖb を検出することに
よりトルクパターンを調整する方法がある。図７は、ト
ルクパターンを車両速度に応じて補正する場合における
定速度制御の動作原理を説明する図である。力行中の定
速度制御時であれば、図７に示すように、車両速度の上
昇に伴って定速度制御トルクをパターン５１ａから出力
トルクの高いパターン５１ｂへと変化させる。これによ
って、走行抵抗トルクが５３ａから５３ｂへ上昇したと
しても、速度偏差がΔＶbal1に留まるように制御するこ
とができる。
【０００６】次に、抑速ブレーキ制御時について説明す
る。図８は、トルクパターンを車両速度に応じて補正す
る場合における抑速制動時の定速度制御の動作原理を説
明する図である。図８に示すように、車両速度上昇に伴
って抑速ブレーキパターンを５５ａから５５ｂへと変化
させる。これによって、走行抵抗トルクが５７ａから５
７ｂへ下降したとしても、速度偏差が０に留まるように
制御することができる。
る。図８は、トルクパターンを車両速度に応じて補正す
る場合における抑速制動時の定速度制御の動作原理を説
明する図である。図８に示すように、車両速度上昇に伴
って抑速ブレーキパターンを５５ａから５５ｂへと変化
させる。これによって、走行抵抗トルクが５７ａから５
７ｂへ下降したとしても、速度偏差が０に留まるように
制御することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、走行抵抗は速
度のみならず勾配や曲線といった線路条件によって変化
するので、上記の方法では完全に対処することは不可能
である。また、勾配や曲線等による走行抵抗を車両側で
予め予測したりあるいは直接計測することも考えられ
る。しかし、そのためには予め線路情報を車上の制御装
置に記憶させるための作業と地点を検出する手段が必要
になり、さらには線路情報を記憶している線区でしか有
効ではなく、経済的及び技術的に得策ではない。
度のみならず勾配や曲線といった線路条件によって変化
するので、上記の方法では完全に対処することは不可能
である。また、勾配や曲線等による走行抵抗を車両側で
予め予測したりあるいは直接計測することも考えられ
る。しかし、そのためには予め線路情報を車上の制御装
置に記憶させるための作業と地点を検出する手段が必要
になり、さらには線路情報を記憶している線区でしか有
効ではなく、経済的及び技術的に得策ではない。
【０００８】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、鉄道の電気車のような電動機で駆動される
車両の速度を目標速度にコントロールする車両速度制御
装置であって、走行抵抗のような外乱を補償する機構を
有し、車両速度を精度良く目標速度に合わせることので
きる車両速度制御装置を提供することを目的とする。
れたもので、鉄道の電気車のような電動機で駆動される
車両の速度を目標速度にコントロールする車両速度制御
装置であって、走行抵抗のような外乱を補償する機構を
有し、車両速度を精度良く目標速度に合わせることので
きる車両速度制御装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の車両速度制御装置は、走行用の電動機のト
ルクを加減することにより車両速度を目標速度に合わせ
るように制御する車両速度制御装置であって； 車両速
度検出器と、 車両加速度を検出又は演算する手段と、
走行用電動機のトルクを検出又は推定する手段と、
車両の加速度と走行用電動機のトルクとから、車両の走
行抵抗等の外乱を推定する手段と、 該外乱を上記電動
機トルクに反映して補償する手段と、 を具備すること
を特徴とする。
め、本発明の車両速度制御装置は、走行用の電動機のト
ルクを加減することにより車両速度を目標速度に合わせ
るように制御する車両速度制御装置であって； 車両速
度検出器と、 車両加速度を検出又は演算する手段と、
走行用電動機のトルクを検出又は推定する手段と、
車両の加速度と走行用電動機のトルクとから、車両の走
行抵抗等の外乱を推定する手段と、 該外乱を上記電動
機トルクに反映して補償する手段と、 を具備すること
を特徴とする。
【００１０】車両の受ける走行抵抗の変化によって、速
度を均衡させるための走行電動機トルクが異なる。した
がって、車両の速度を目標速度に一定に保つには、定速
度制御トルクパターンや抑速ブレーキパターンを、車両
速度のみならず線路条件やさらには車両の荷重条件によ
っても変化する走行抵抗トルクに適応して変化させれば
よい。そのためには車両の受けている全ての走行抵抗が
推定できればよい。例えば、主電動機に流れる電流と主
電動機定数とから主電動機の発生トルクが推定できる。
また、検出した車両速度を微分することによる車両加速
度と車両質量から空車時に相当する車両慣性力が推定で
きる。そして、発生トルクから車両慣性力をトルク換算
したものの差をとることによって、車両の受けている走
行抵抗と荷重の慣性力分の和を推定することができる。
上記手段によって推定した走行抵抗と荷重の慣性力分を
主電動機のトルクに加えた上で、速度偏差に応じた速度
制御を行うことで、走行抵抗と荷重の変化に影響を受け
ずに、一定の速度偏差−主電動機トルクパターンで車両
速度を目標速度に近づけることが可能となる。
度を均衡させるための走行電動機トルクが異なる。した
がって、車両の速度を目標速度に一定に保つには、定速
度制御トルクパターンや抑速ブレーキパターンを、車両
速度のみならず線路条件やさらには車両の荷重条件によ
っても変化する走行抵抗トルクに適応して変化させれば
よい。そのためには車両の受けている全ての走行抵抗が
推定できればよい。例えば、主電動機に流れる電流と主
電動機定数とから主電動機の発生トルクが推定できる。
また、検出した車両速度を微分することによる車両加速
度と車両質量から空車時に相当する車両慣性力が推定で
きる。そして、発生トルクから車両慣性力をトルク換算
したものの差をとることによって、車両の受けている走
行抵抗と荷重の慣性力分の和を推定することができる。
上記手段によって推定した走行抵抗と荷重の慣性力分を
主電動機のトルクに加えた上で、速度偏差に応じた速度
制御を行うことで、走行抵抗と荷重の変化に影響を受け
ずに、一定の速度偏差−主電動機トルクパターンで車両
速度を目標速度に近づけることが可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】本発明においては、上記車両の質
量の変化に伴う慣性力の変化をも外乱と捉えて補償する
ことが好ましい。車両の質量の変化を別途の手段で検出
して真の走行抵抗を知ることはできる。しかし、そのよ
うにしなくとも、車両の質量の変化に伴う慣性力の変化
をも外乱と捉えて一括して補正したとしても、制御精度
に重大な悪影響を与える訳ではない。このようにするこ
とにより、制御機器及びプログラムを簡単化できる。
量の変化に伴う慣性力の変化をも外乱と捉えて補償する
ことが好ましい。車両の質量の変化を別途の手段で検出
して真の走行抵抗を知ることはできる。しかし、そのよ
うにしなくとも、車両の質量の変化に伴う慣性力の変化
をも外乱と捉えて一括して補正したとしても、制御精度
に重大な悪影響を与える訳ではない。このようにするこ
とにより、制御機器及びプログラムを簡単化できる。
【００１２】本発明の車両速度制御装置においては、車
両速度検出器としてパルスジェネレーターやタコジェネ
レーター、レゾルバ等を用いることができる。車両加速
度は、車両速度を微分して求めることができるが、別途
のセンサを用いて検出してもよい。走行用電動機のトル
クは、電流値から計算してもよいし、ストレンゲージの
ようなセンサで直接測定してもよい。外乱の推定や補償
する手段は、具体的にはマイクロコンピューターにプロ
グラムとして構成することができる。
両速度検出器としてパルスジェネレーターやタコジェネ
レーター、レゾルバ等を用いることができる。車両加速
度は、車両速度を微分して求めることができるが、別途
のセンサを用いて検出してもよい。走行用電動機のトル
クは、電流値から計算してもよいし、ストレンゲージの
ようなセンサで直接測定してもよい。外乱の推定や補償
する手段は、具体的にはマイクロコンピューターにプロ
グラムとして構成することができる。
【００１３】以下、図面を参照しつつ説明する。図１
は、本発明の１実施例に係る車両速度制御装置を有する
電気車の全体構成を模式的に示す図である。車両１は、
４台の走行電動機７ａ〜７ｄによって駆動される４個の
車輪１１ａ〜１１ｄを有する。電動機７と車輪１１との
間には減速機９が介在している。各走行用電動機７は、
通常の誘導電動機、永久磁石同期電動機であって、その
電流と？を走行用電動機制御装置５によって供給・制御
される。走行用電動機制御装置５は、車両速度制御装置
３から電流指令値ｉq *を受けとる。
は、本発明の１実施例に係る車両速度制御装置を有する
電気車の全体構成を模式的に示す図である。車両１は、
４台の走行電動機７ａ〜７ｄによって駆動される４個の
車輪１１ａ〜１１ｄを有する。電動機７と車輪１１との
間には減速機９が介在している。各走行用電動機７は、
通常の誘導電動機、永久磁石同期電動機であって、その
電流と？を走行用電動機制御装置５によって供給・制御
される。走行用電動機制御装置５は、車両速度制御装置
３から電流指令値ｉq *を受けとる。
【００１４】各車輪１１には車両速度検出器としてのパ
ルスジェネレーター１３（車輪１１ｄについてのみ図
示）に付設されており、各車輪１１の回転数に応じた信
号を車両速度制御装置３に送る。なお、車輪１１がスリ
ップした場合は車輪の周速と車両速度とが異なってくる
ので、通常は、力行時は最も遅い車輪の周速を車両速度
とし、制動時は最も速い車輪の周速を車両速度としてい
る。
ルスジェネレーター１３（車輪１１ｄについてのみ図
示）に付設されており、各車輪１１の回転数に応じた信
号を車両速度制御装置３に送る。なお、車輪１１がスリ
ップした場合は車輪の周速と車両速度とが異なってくる
ので、通常は、力行時は最も遅い車輪の周速を車両速度
とし、制動時は最も速い車輪の周速を車両速度としてい
る。
【００１５】車両速度制御装置３内には、微分部２１や
外乱推定部２３、外乱補償部２５等が設けられている。
微分部２１には、前述の車輪からの車両速度に関する信
号Ｖbdetが入力され、これを微分して車両の加速度Ｓを
出力する。外乱推定部２３は、微分部２１からの車両加
速度Ｓ及び車両速度制御装置３の出力である各電動機へ
の電流指令値ｉq *が入力され、走行抵抗等の外乱を推定
して外乱補償部２５に出力する。外乱補償部２５には、
運転席に置かれた速度指令器等から目標速度Ｖb *及び外
乱推定部２３から外乱推定値Ｒtestが入力され、新たな
電流指令値ｉq *を走行用電動機制御装置５に対して出力
する。
外乱推定部２３、外乱補償部２５等が設けられている。
微分部２１には、前述の車輪からの車両速度に関する信
号Ｖbdetが入力され、これを微分して車両の加速度Ｓを
出力する。外乱推定部２３は、微分部２１からの車両加
速度Ｓ及び車両速度制御装置３の出力である各電動機へ
の電流指令値ｉq *が入力され、走行抵抗等の外乱を推定
して外乱補償部２５に出力する。外乱補償部２５には、
運転席に置かれた速度指令器等から目標速度Ｖb *及び外
乱推定部２３から外乱推定値Ｒtestが入力され、新たな
電流指令値ｉq *を走行用電動機制御装置５に対して出力
する。
【００１６】図１において、車両走行に関する運動方程
式は以下のように記述される。 Ｆ＝ＭｄＶb ／ｄｔ＋Ｒt ……………（１） ここでＦは車両の駆動力、Ｍは車両の質量、Ｖb は車両
の走行速度、Ｒt は走行抵抗を表す。（１）式から以下
の関係が得られる。 Ｒt ＝Ｆ−ＭｄＶb ／ｄｔ……………（２） すなわち、車両の発生している駆動力Ｆから車両の慣性
力ＭｄＶb ／ｄｔを引くことにより、走行抵抗Ｒt が求
められる。
式は以下のように記述される。 Ｆ＝ＭｄＶb ／ｄｔ＋Ｒt ……………（１） ここでＦは車両の駆動力、Ｍは車両の質量、Ｖb は車両
の走行速度、Ｒt は走行抵抗を表す。（１）式から以下
の関係が得られる。 Ｒt ＝Ｆ−ＭｄＶb ／ｄｔ……………（２） すなわち、車両の発生している駆動力Ｆから車両の慣性
力ＭｄＶb ／ｄｔを引くことにより、走行抵抗Ｒt が求
められる。
【００１７】車両の慣性力は、例えば走行電動機７の軸
端に取り付けた速度センサ（速度検出装置１３）等によ
り得られる車両速度の検出値Ｖbdetを微分して求めた加
速度に車両の質量Ｍを乗じることにより得られ、以下の
ように表される。 ＭｄＶb ／ｄｔ＝ＭｄＶb det ／ｄｔ また、駆動力Ｆは、走行電動機７のトルクＴm に減速機
９の歯車比Ｇｒを乗じたものを車輪１１の半径ｒで徐す
ることにより得られ、以下のように表される。 Ｆ＝Ｔm Ｇr ／ｒ
端に取り付けた速度センサ（速度検出装置１３）等によ
り得られる車両速度の検出値Ｖbdetを微分して求めた加
速度に車両の質量Ｍを乗じることにより得られ、以下の
ように表される。 ＭｄＶb ／ｄｔ＝ＭｄＶb det ／ｄｔ また、駆動力Ｆは、走行電動機７のトルクＴm に減速機
９の歯車比Ｇｒを乗じたものを車輪１１の半径ｒで徐す
ることにより得られ、以下のように表される。 Ｆ＝Ｔm Ｇr ／ｒ
【００１８】走行用電動機制御装置５において、走行電
動機７に送られる電動機電流ｉq が電動機電流指令値ｉ
q *と一致するよう制御され得るとする。その場合には、
主電動機トルクＴm は、走行電動機７のトルク係数のノ
ミナル値Φn に電動機電流指令値ｉq *を乗じることによ
り求められ、以下のように表される。 Ｔm ＝Φn・ｉq * 速度制御装置３では、上記のようにして得られた車両の
慣性力と駆動力Ｆから（２）式に基づいて走行抵抗Ｒt
が得られ、以下のように表される。 Ｒt ＝Ｔm Ｇr ／ｒ−ＭｄＶb det ／ｄｔ したがって、走行抵抗Ｒt を打ち消すトルクと、目標速
度Ｖm *と検出された車両速度Ｖbdetの偏差に応じたトル
クからなるトルク指令値Ｔm *を走行用電動機制御装置５
に与えることにより、一定の速度偏差−走行用電動機パ
ターンを形成し、車両速度を目標速度に近づけることが
できる。
動機７に送られる電動機電流ｉq が電動機電流指令値ｉ
q *と一致するよう制御され得るとする。その場合には、
主電動機トルクＴm は、走行電動機７のトルク係数のノ
ミナル値Φn に電動機電流指令値ｉq *を乗じることによ
り求められ、以下のように表される。 Ｔm ＝Φn・ｉq * 速度制御装置３では、上記のようにして得られた車両の
慣性力と駆動力Ｆから（２）式に基づいて走行抵抗Ｒt
が得られ、以下のように表される。 Ｒt ＝Ｔm Ｇr ／ｒ−ＭｄＶb det ／ｄｔ したがって、走行抵抗Ｒt を打ち消すトルクと、目標速
度Ｖm *と検出された車両速度Ｖbdetの偏差に応じたトル
クからなるトルク指令値Ｔm *を走行用電動機制御装置５
に与えることにより、一定の速度偏差−走行用電動機パ
ターンを形成し、車両速度を目標速度に近づけることが
できる。
【００１９】図２は、本発明による速度制御法の具体例
を示すブロック線図である。走行用電動機の駆動力推定
値Ｆest は、主電動機電流指令値ｉq *に走行電動機７の
トルク係数のノミナル値Φn と減速機９の歯車比Ｇｒを
乗じたものを車輪１１の半径のノミナル値ｒn で徐する
ことにより得られ、以下のように表される。 Ｆest ＝ＧｒΦn・ｉq *／ｒn また、車両の慣性力の推定値は、速度検出器１３によっ
て検出された車両速度の検出値Ｖbdetを微分し加速度を
求め、さらに車両質量のノミナル値Ｍn を乗じることに
より得られ、以下のように表される。 Ｍn ｄＶbdet／ｄt ここで、走行抵抗推定値Ｒtestは、駆動力推定値Ｆest
から慣性力の推定値を減ずることより求められ、以下の
式で表される。 Ｒtest＝ＧｒΦn・ｉq *／ｒn −Ｍn ｄＶbdet／ｄｔ……………（３） 速度偏差補償器１５が比例補償器である場合には、速度
偏差の補償駆動力は、Ｋp を比例ゲインとして、Ｋp
（Ｖb *−Ｖbdet）で表わされる。
を示すブロック線図である。走行用電動機の駆動力推定
値Ｆest は、主電動機電流指令値ｉq *に走行電動機７の
トルク係数のノミナル値Φn と減速機９の歯車比Ｇｒを
乗じたものを車輪１１の半径のノミナル値ｒn で徐する
ことにより得られ、以下のように表される。 Ｆest ＝ＧｒΦn・ｉq *／ｒn また、車両の慣性力の推定値は、速度検出器１３によっ
て検出された車両速度の検出値Ｖbdetを微分し加速度を
求め、さらに車両質量のノミナル値Ｍn を乗じることに
より得られ、以下のように表される。 Ｍn ｄＶbdet／ｄt ここで、走行抵抗推定値Ｒtestは、駆動力推定値Ｆest
から慣性力の推定値を減ずることより求められ、以下の
式で表される。 Ｒtest＝ＧｒΦn・ｉq *／ｒn −Ｍn ｄＶbdet／ｄｔ……………（３） 速度偏差補償器１５が比例補償器である場合には、速度
偏差の補償駆動力は、Ｋp を比例ゲインとして、Ｋp
（Ｖb *−Ｖbdet）で表わされる。
【００２０】トルク指令値Ｔm *は、走行抵抗推定値Ｒ
testに車輪の半径のノミナル値ｒn を乗じ、歯車比Ｇｒ
で徐した走行抵抗トルクの推定値と、速度偏差の補償ト
ルクの和として求められる。トルク指令値Ｔm * を走行
電動機のトルク係数のノミナル値Φn で徐したものが
（４）式で表わされる主電動機電流指令値ｉq *となる。 ｉq *＝｛Ｒtest＋Ｋp （Ｖb *−Ｖbdet）｝／Φn ……………（４） 電流制御系、電力変換器、電動機回路からなる走行電動
機制御装置５において走行電動機電流ｉq が、上記の手
順によって求められる主電動機電流指令値ｉq *に一致す
るよう制御されることによって、走行電動機トルクが調
整され、その結果適切な速度制御が行われる。
testに車輪の半径のノミナル値ｒn を乗じ、歯車比Ｇｒ
で徐した走行抵抗トルクの推定値と、速度偏差の補償ト
ルクの和として求められる。トルク指令値Ｔm * を走行
電動機のトルク係数のノミナル値Φn で徐したものが
（４）式で表わされる主電動機電流指令値ｉq *となる。 ｉq *＝｛Ｒtest＋Ｋp （Ｖb *−Ｖbdet）｝／Φn ……………（４） 電流制御系、電力変換器、電動機回路からなる走行電動
機制御装置５において走行電動機電流ｉq が、上記の手
順によって求められる主電動機電流指令値ｉq *に一致す
るよう制御されることによって、走行電動機トルクが調
整され、その結果適切な速度制御が行われる。
【００２１】（２）式、（３）式、（４）式からｉq ＝
ｉq *のとき、Ｖb とＶb *とＲt の関係について以下の式
が導出できる。 Ｖb ＝Ｋp ΦＶb *／｛Ｍｓ（Φn −Φ）＋Φn Ｍn ｓ＋Ｋp Φ｝ ＋（Φn −Φ）Ｒt ／｛Ｍｓ（Φn −Φ）＋Φn Ｍn ｓ＋Ｋp Φ｝…（５） ここで、ｓは微分演算子を表わす。
ｉq *のとき、Ｖb とＶb *とＲt の関係について以下の式
が導出できる。 Ｖb ＝Ｋp ΦＶb *／｛Ｍｓ（Φn −Φ）＋Φn Ｍn ｓ＋Ｋp Φ｝ ＋（Φn −Φ）Ｒt ／｛Ｍｓ（Φn −Φ）＋Φn Ｍn ｓ＋Ｋp Φ｝…（５） ここで、ｓは微分演算子を表わす。
【００２２】（５）式において、最終値の定理（ｓ→
０）を用いて定常的な関係式を求めると次式となる。 Ｖb ＝Ｖb *＋（Φn −Φ）Ｒt ／（Ｋp Φ）……………（６） ノミナル値と実際値がほぼ同一とすれば、Φn ＝Φとみ
なせるので、（６）式の第２項は０となる。よって、走
行電動機制御装置５から与えられる速度Ｖb は最終的に
目標値Ｖb *に一致する。
０）を用いて定常的な関係式を求めると次式となる。 Ｖb ＝Ｖb *＋（Φn −Φ）Ｒt ／（Ｋp Φ）……………（６） ノミナル値と実際値がほぼ同一とすれば、Φn ＝Φとみ
なせるので、（６）式の第２項は０となる。よって、走
行電動機制御装置５から与えられる速度Ｖb は最終的に
目標値Ｖb *に一致する。
【００２３】図３及び図４は、図２のブロック線図に示
した実施例における、速度−トルク特性を説明する図で
ある。横軸は、車両の目標速度Ｖb *と車両の現状速度Ｖ
b の差である速度偏差ΔＶである。縦軸は、走行用電動
機の出力トルクである。図中には、全体として右上りの
斜線（トルクパターン）３１又は３５が示されている。
このトルクパターンは、現在の速度偏差ΔＶと、それに
応じて出力すべき走行用電動機トルクＴm との関係を示
す。図の右上の領域は、目標速度Ｖb *よりも現状速度Ｖ
b が小さい（速度偏差がプラスの）領域である。この領
域では、原点近くの不感帯の部分を除いて、速度偏差が
大きくなるほど、速度偏差にほぼ比例して走行用電動機
トルクが増えるよう制御している。一方、左下の領域
は、目標速度Ｖb *よりも現状速度Ｖb が大きい（速度偏
差がマイナスの）領域である。この領域では、原点近く
を除いて、マイナスの速度偏差の絶対値が大きくなるほ
ど、該絶対値に比例した制動トルクを電動機が受け取る
（電動機が発電機となってブレーキをかける）よう制御
している。
した実施例における、速度−トルク特性を説明する図で
ある。横軸は、車両の目標速度Ｖb *と車両の現状速度Ｖ
b の差である速度偏差ΔＶである。縦軸は、走行用電動
機の出力トルクである。図中には、全体として右上りの
斜線（トルクパターン）３１又は３５が示されている。
このトルクパターンは、現在の速度偏差ΔＶと、それに
応じて出力すべき走行用電動機トルクＴm との関係を示
す。図の右上の領域は、目標速度Ｖb *よりも現状速度Ｖ
b が小さい（速度偏差がプラスの）領域である。この領
域では、原点近くの不感帯の部分を除いて、速度偏差が
大きくなるほど、速度偏差にほぼ比例して走行用電動機
トルクが増えるよう制御している。一方、左下の領域
は、目標速度Ｖb *よりも現状速度Ｖb が大きい（速度偏
差がマイナスの）領域である。この領域では、原点近く
を除いて、マイナスの速度偏差の絶対値が大きくなるほ
ど、該絶対値に比例した制動トルクを電動機が受け取る
（電動機が発電機となってブレーキをかける）よう制御
している。
【００２４】図３は力行時の動作を説明する図である。
走行抵抗トルク３３ａが３３ｂのように変化した場合、
速度偏差−トルクパターン３１ａを、全体的にトルクの
高いパターン３１ｂへと変化させる。これより走行抵抗
の変化分は補償され、常に速度偏差を０付近に保ち、車
両速度を目標速度に制御することができる。図４は回生
時の動作を説明する図である。走行抵抗トルク３７ａが
３７ｂのように変化した場合、速度偏差−トルクパター
ン３５ａを全体的にトルクの低いパターン３５ｂへと変
化させる。これより、常に速度偏差０付近で走行抵抗と
釣り合って車両速度を目標速度に制御することができ
る。
走行抵抗トルク３３ａが３３ｂのように変化した場合、
速度偏差−トルクパターン３１ａを、全体的にトルクの
高いパターン３１ｂへと変化させる。これより走行抵抗
の変化分は補償され、常に速度偏差を０付近に保ち、車
両速度を目標速度に制御することができる。図４は回生
時の動作を説明する図である。走行抵抗トルク３７ａが
３７ｂのように変化した場合、速度偏差−トルクパター
ン３５ａを全体的にトルクの低いパターン３５ｂへと変
化させる。これより、常に速度偏差０付近で走行抵抗と
釣り合って車両速度を目標速度に制御することができ
る。
【００２５】なお、図２の速度検出値を微分演算によっ
て慣性力を得る際には、速度検出信号に含まれるノイズ
等の影響を除去するため、ローパスフィルタ等を用いて
もよい。また、本発明では主に走行中の速度制御法につ
いて述べているが、車両位置検出手段と組み合わせて速
度目標値を０とすれば、停止制御にも適用することも可
能である。
て慣性力を得る際には、速度検出信号に含まれるノイズ
等の影響を除去するため、ローパスフィルタ等を用いて
もよい。また、本発明では主に走行中の速度制御法につ
いて述べているが、車両位置検出手段と組み合わせて速
度目標値を０とすれば、停止制御にも適用することも可
能である。
【００２６】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、車両の走行抵抗等の外乱を推定してこれを補
償するので、線路条件や車両の速度さらには質量が変化
しても、車両の速度を精度良く制御することができる。
その結果、車両運転士の負荷を軽減できる。また、無人
運転時には安全性や定時性といった車両運行における信
頼性を向上させることができる。
によれば、車両の走行抵抗等の外乱を推定してこれを補
償するので、線路条件や車両の速度さらには質量が変化
しても、車両の速度を精度良く制御することができる。
その結果、車両運転士の負荷を軽減できる。また、無人
運転時には安全性や定時性といった車両運行における信
頼性を向上させることができる。
【図１】本発明の１実施例に係る車両速度制御装置を有
する電気車の全体構成を模式的に示す図である。
する電気車の全体構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明による速度制御法の具体例を示すブロッ
ク線図である。
ク線図である。
【図３】図２のブロック線図の実施例における、力行時
の速度−トルク特性を説明する図である。
の速度−トルク特性を説明する図である。
【図４】図２のブロック線図の実施例における、回生時
の速度−トルク特性を説明する図である。
の速度−トルク特性を説明する図である。
【図５】従来の電気車の力行中における定速度制御の動
作原理を説明する図である。
作原理を説明する図である。
【図６】従来の電気車の抑速制動時の定速度制御の動作
原理を説明する図である。
原理を説明する図である。
【図７】トルクパターンを車両速度によって補正する場
合における力行時の定速度制御の動作原理を説明する図
である。
合における力行時の定速度制御の動作原理を説明する図
である。
【図８】トルクパターンを車両速度に応じて補正する場
合における抑速制動時の定速度制御の動作原理を説明す
る図である。
合における抑速制動時の定速度制御の動作原理を説明す
る図である。
１ 車両 ３ 車両速度制御
装置 ５ 走行用電動機制御装置 ７ 走行用電動機 ７ａ〜ｄ 走行電動機 ９ 減速機 １１ａ〜ｄ 車輪 １３ 速度検出器 ２１ 微分部 ２３ 外乱推定部 ２５ 外乱補償部
装置 ５ 走行用電動機制御装置 ７ 走行用電動機 ７ａ〜ｄ 走行電動機 ９ 減速機 １１ａ〜ｄ 車輪 １３ 速度検出器 ２１ 微分部 ２３ 外乱推定部 ２５ 外乱補償部
Claims (2)
- 【請求項１】 走行用の電動機のトルクを加減すること
により車両速度を目標速度に合わせるように制御する車
両速度制御装置であって；車両速度検出器と、 車両加速度を検出又は演算する手段と、 走行用電動機のトルクを検出又は推定する手段と、 車両の加速度と走行用電動機のトルクとから、車両の走
行抵抗等の外乱を推定する手段と、 該外乱を上記電動機トルクに反映して補償する手段と、 を具備することを特徴とする車両速度制御装置。 - 【請求項２】 上記車両の質量の変化に伴う慣性力の変
化をも外乱と捉えて補償することを特徴とする請求項１
記載の車両速度制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9278000A JPH11103507A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 車両速度制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9278000A JPH11103507A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 車両速度制御装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11103507A true JPH11103507A (ja) | 1999-04-13 |
Family
ID=17591239
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9278000A Pending JPH11103507A (ja) | 1997-09-26 | 1997-09-26 | 車両速度制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11103507A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005335405A (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 補助動力装置付き車両 |
| CN100461060C (zh) * | 2004-09-01 | 2009-02-11 | 株式会社东芝 | 铁道车辆信息控制*** |
| JP2009099082A (ja) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Sony Corp | 力学シミュレーション装置及び力学シミュレーション方法、並びにコンピュータ・プログラム |
| WO2011142245A1 (ja) * | 2010-05-12 | 2011-11-17 | 本田技研工業株式会社 | ハイブリッド車両の制御装置 |
| JP2011250575A (ja) * | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Toshiba Corp | 列車制御装置 |
| CN107614312A (zh) * | 2015-03-24 | 2018-01-19 | 株式会社电装 | 控制装置 |
| CN109774721A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-21 | 国机智骏科技有限公司 | 速度闭环控制***、方法及电动汽车 |
-
1997
- 1997-09-26 JP JP9278000A patent/JPH11103507A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005335405A (ja) * | 2004-05-24 | 2005-12-08 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 補助動力装置付き車両 |
| JP4641740B2 (ja) * | 2004-05-24 | 2011-03-02 | パナソニック株式会社 | 補助動力装置付き車両 |
| CN100461060C (zh) * | 2004-09-01 | 2009-02-11 | 株式会社东芝 | 铁道车辆信息控制*** |
| JP2009099082A (ja) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Sony Corp | 力学シミュレーション装置及び力学シミュレーション方法、並びにコンピュータ・プログラム |
| US8386213B2 (en) | 2007-10-19 | 2013-02-26 | Sony Corporation | Device, method and computer program for simulation of collision events between physical objects |
| WO2011142245A1 (ja) * | 2010-05-12 | 2011-11-17 | 本田技研工業株式会社 | ハイブリッド車両の制御装置 |
| US9045127B2 (en) | 2010-05-12 | 2015-06-02 | Honda Motor Co., Ltd. | Control device for hybrid vehicle |
| JP2011250575A (ja) * | 2010-05-26 | 2011-12-08 | Toshiba Corp | 列車制御装置 |
| CN107614312A (zh) * | 2015-03-24 | 2018-01-19 | 株式会社电装 | 控制装置 |
| CN109774721A (zh) * | 2019-02-28 | 2019-05-21 | 国机智骏科技有限公司 | 速度闭环控制***、方法及电动汽车 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040525 |