列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置
【課題】常に編成全体として粘着限界値に近いトルクを発生させて粘着力の有効利用を図ることができる列車制御装置を提供すること。
【解決手段】先頭電動車の電気車制御装置Ｂ１で空転あるいは滑走を最初に検知すると、そのときの接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を推定し、この接線力係数と、先頭車から後方の車両における粘着係数の増大量データＤｅｌｔａＭｕｊと、計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊをもとに、各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊにおける実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを求め、車両モニタ・データ伝送システム１を介して各電気車制御装置に対して伝送する。各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊでは、上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として、各電気車制御装置の制御対象範囲の電動機でトルクを制御する。
【解決手段】先頭電動車の電気車制御装置Ｂ１で空転あるいは滑走を最初に検知すると、そのときの接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を推定し、この接線力係数と、先頭車から後方の車両における粘着係数の増大量データＤｅｌｔａＭｕｊと、計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊをもとに、各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊにおける実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを求め、車両モニタ・データ伝送システム１を介して各電気車制御装置に対して伝送する。各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊでは、上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として、各電気車制御装置の制御対象範囲の電動機でトルクを制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車の良好な乗り心地を維持しつつ編成列車全体として粘着力の有効利用を図った再粘着制御を実現するための、列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車、例えば電車は、車輪・レール間の接線力（粘着力ともいう）によって加減速を行っているが、この接線力は、一般にすべり速度に対して図１７に示すような特性を有している。図１７はすべり速度に対する接線力（接線力係数）を示したものであり、横軸はすべり速度、縦軸は接線力（接線力係数）であり、実線はレール面湿潤時、破線はレール面乾燥時を示している。なお、接線力を軸重（車軸１軸当たりのレールに加わる垂直荷重）で割ったものを接線力係数、接線力係数の最大値を粘着係数という。
図示の如く、接線力の最大値を超えないトルクを主電動機で発生している場合は、空転・滑走は発生せず、接線力の最大値より左側の微小なすべり速度の粘着領域で電気車は走行する。もし最大値より大きなトルクを発生するとすべり速度は増大し、接線力が低下するので、ますます、すべり速度が増大する空転・滑走状態になるが、車輪およびレールが乾燥状態では主電動機で発生するトルクは接線力の最大値を超えないように車両の性能が設定されるので、空転・滑走は発生しない。
【０００３】
しかし、実線で示すように、レール面が雨などによって湿潤状態にある場合は粘着係数が低下して、接線力の最大値が車両の設定性能に対応した主電動機の発生トルクより小さくなる。
この場合、すべり速度が増大して空転・滑走状態になり、そのまま放置するとこれに対応して接線力が低下し、車両の加速・減速に必要な加減速力がますます低下してしまうので、迅速に空転・滑走を検出し、主電動機が発生するトルクを低減して再粘着させることが必要になる。このようにトルクの制御を行って再粘着させる場合、小さなすべり速度に維持しつつ、主電動機の発生トルクが極力接線力の最大値近傍の値になるように制御すること、すなわち極力粘着力の有効利用を図ることが、電気車の加減速性能を高める上で必要である。
【０００４】
このような再粘着制御の実現を目的とした方法として、主電動機の回転速度を主電動機に印加される電圧・電流から推定し、この推定速度情報と主電動機発生トルクの演算値を入力情報として、最小次元外乱オブザーバを用いて車輪・レール間の接線力に対応した主電動機トルクを制御周期毎に推定して、空転・滑走検知時の推定トルクを用いて主電動機の発生トルクを制御する方式が、提案されている（特許文献１、非特許文献１参照）。
この制御方式によって、良好な乗り心地を保ちつつ、主電動機の発生トルクを極力接線力の最大値近傍に、すなわち粘着限界値に近い値に維持することができつつある。
【０００５】
しかしながら、上記の制御が実現しているのは個々の電動車などを独立に制御する場合についてである。
ところで、複数の電動車と付随車で構成された電車列車で、列車長が長い場合などにおいては、先頭車両や先頭車両に近い車両では空転・滑走が頻発する場合でも、後方の車両では殆ど空転・滑走が発生しない事象がしばしば経験されるところである。この事象は、進行方向前方に位置する車両の車輪でレール面上の水分を排除するなどの理由によって、後方の車両の粘着係数が高くなるためであると一般的に解釈されている。
【０００６】
この場合について、現状では、前方の車両で空転・滑走を検知した場合に、この車両では前述のような粘着限界値に近いトルクを発生する再粘着制御が行われる場合があるが、粘着係数が高くなって空転・滑走の発生がない後方の車両では、車両の計画性能で設定されたトルクの上限値までのトルクを指令するにとどまっている場合が多い。
実際には、後方の空転・滑走を検知していない車両では、車両の計画性能で設定されたトルクの上限値以上にトルクを発生させて、車両の計画性能に近い加減速性能を維持する余力がある場合が多い。すなわち編成列車全体として粘着力の利用率を向上させることのできる余地があるのに、一部の新幹線電車の例があるのみで、それがなされていない。これは、どれだけ後方の車両でトルクを発生させれば良いのか明確な指針が得られていないからである。
【０００７】
このような編成全体として粘着力の有効利用を図るための試みとして、特許文献２に記載されている技術が知られている。
この例では、前方車両の空転・滑走を予め想定し、車両編成全体として一定のトルクが得られるように、想定した空転・滑走で低減される前方車両のトルクを後方の車両で分配するもので、トルクの配分を予め想定している。
これに対して、特許文献３に記載されているように、トルクの配分を予め想定するのではなく、状態に応じて柔軟にトルクを分配する試みもなされている。この例の場合、車上通信ネットワークを介して収集した各車両駆動装置の状態に応じて、それぞれの車両駆動装置のトルク指令値を決定する。
第一の車両駆動装置のトルク指令値を低減する場合に、当該低減されたトルク量が第一の車両駆動装置とは異なる第二の車両駆動装置に分配されるようにそれぞれの車両駆動装置のトルク指令値を決定するとともに、決定したトルク指令値を車上通信ネットワーク経由で車両駆動装置に伝達するとしている。
【０００８】
特許文献２に記載されている技術の場合、予め想定した空転・滑走が発生した場合には編成車両全体として必要とするトルクが得られことがあるかもしれないが、画一的にトルク配分を決めても、殆どの場合編成列車全体として想定したとおりの性能が得られることがないといえる。
すなわち、粘着係数は列車速度、レール面に付着している水膜の厚さ（言い換えると、単位時間あたりの降雨量が多いか少ないかなど）、水膜の温度（言い換えると外気温が高い夏季か外気温が低い冬季なのか）などによって、さまざまに、あるいは時々刻々変化するので、画一的なトルク配分制御では殆ど対応できない。
例えば、列車速度による粘着係数の変化を考慮の対象外としたとしても、粘着係数が高くなる夏季における空転・滑走を想定してトルク配分を設定した場合、夏季においては編成全体として計画性能を維持できることが比較的多いかもしれないが、このような設定では、外気温が低い冬季の粘着係数が非常に低下した場合については全く対応できなくなる。今度は、冬季の粘着係数が非常に低下した場合を想定してトルク配分を設定すると、夏季においては編成全体としてもっと加減速性能を高めることができるのに、それが実現できないことになる。
【０００９】
また、特許文献３に記載されている技術では、予めトルク配分を設定するのではなく、編成内の各車両の空転・滑走の発生状況に応じて動的に各車両のトルク指令値を変化させ、ある程度制御時間が経過すると制御状態変化がなくなり、各車両のトルク指令値がほぼ適正な値に収斂し、天候や状況に応じた柔軟な制御が可能であるとしている。
しかしながら、この制御方式では、仮にある制御状態に収斂するとしても、収斂するまでの間各車両のトルク指令値が動的に変動するので、乗り心地が悪くなることが先ず考えられる。また、どのような再粘着制御方式が用いられるかによっても異なるが、ある制御状態に収斂しても、再粘着制御方式の性能が悪ければ、粘着力の利用率が悪い状態に収斂してしまう可能性が高く、結果として編成全体として粘着力の有効利用が図れないことになる。
【００１０】
１６両編成の新幹線電車のように、車両の計画トルク特性に対応した粘着係数すなわち期待粘着係数が低く設定されていて、列車長が長く後方の車両の粘着係数向上効果がより得られる車両の場合は、粘着限界に近いトルクを指令する制御が行われていなくても、編成全体として計画加減速性能が得られる可能性があるかもしれない。
しかし、加速・減速時間が新幹線よりも短く相対的に上記の動的にトルクが変動している時間の割合が大きくなる１０両以下の列車長である場合が多い在来鉄道車両の場合は、ある制御状態に収斂するまでの期間において粘着力の有効利用が図れないと、加減速性能に大きく影響することになる。特に粘着係数が大きく低下する冬季においては、制御終了まで空転・滑走が編成内のどの車両でも発生していて、適正値に各車両のトルクが収斂することがなくなることが容易に想定される
このように、編成列車の粘着条件は四季を通じて多様に変化するが、どのような粘着条件のときであろうとも、編成列車全体として、加減速制御開始時から常に粘着限界に近いトルクの発生によって加減速性能を極力高める、すなわち粘着力の有効利用が図られることが望まれるが、現状では前述のようにこのような要求に対して十分応えられているとは言えない。
【００１１】
編成列車における先頭軸からの各車軸の軸位別粘着係数の測定例は、たとえば非特許文献２，３，４などに開示されている。例えば、非特許文献２には、在来線電車、新幹線電車における粘着係数の測定例が示されており、非特許文献３には、新幹線の営業電車における、滑走頻度データを、棒グラフで表したものが示されており、非特許文献４には、上記各車軸の軸位別粘着係数を用いた編成列車におけるシミュレーションについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−２５２７１６号公報
【特許文献２】特開平５−２７６６０６号公報
【特許文献３】特許第４２２５２３３号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】門脇悟志、畑正、廣瀬寛、大石潔、飯田哲史、高木正志、佐野孝、保川忍：「速度センサレスベクトル制御・外乱オブザーバによる空転再粘着制御の実車両への適用とその評価−２０５系５０００番代電車における実例−」、電気学会論文誌Ｄ、平成１６年９月号、ｐｐ９０９−９１５
【非特許文献２】大山忠夫：「鉄道車両のブレーキ技術（２）―ブレーキにおける粘着理論（その１）―」、機械の研究、第４８巻、１０号（１９９６）
【非特許文献３】大山忠夫：「鉄道車両のブレーキ技術（３）―ブレーキにおける粘着理論（その２）―」、機械の研究、第４８巻、１１号（１９９６）
【非特許文献４】今井一富、大石潔、佐野孝、牧島信吾、保川忍：「電車編成における軸別粘着係数分布のモデル化と空転再粘着制御」、電気学会交通・フィジカルセンサ合同研究会、ＴＥＲ−０９−１（ＰＨＳ−０９−１）、平成２１年２月４日、ｐｐ１−６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述したように、編成列車の粘着条件は四季を通じて多様に変化するが、どのような粘着条件のときであろうとも、編成列車全体として、加減速制御開始時から常に粘着限界に近いトルクの発生によって加減速性能を極力高める、すなわち粘着力の有効利用が図られることが望まれる。
しかし、現状では前述のようにこのような要求に対して十分応えられているとは言えない。すなわち、予め想定した配分パターンによってトルク配分する方式の場合、想定した空転・滑走を上回る空転・滑走が発生したときは車両全体として必要とするトルクが得られず加減速性能の向上があまり期待できないことである。
【００１５】
また、編成内の各車両の空転・滑走の発生状況に応じて動的に各車両のトルク指令値を変化させる方式の場合、ある制御状態に収斂するとしても収斂するまでの間各車両のトルク指令値が動的に変動するので、乗り心地が悪くなることが想定され、収斂するまでの間および収斂した制御状態が必ずしも粘着力の有効利用が図られた状態になることが保証されないことである。
本発明は上述した点に鑑み創案されたもので、その目的とするところは、常に編成全体として粘着限界値に近いトルクを発生させて粘着力の有効利用を図ることができる列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するため、本発明は、新幹線の営業電車列車におけるＡＴＣブレーキ作動時の各車両の各車軸位置における滑走頻度分布の冬季を含む長期間に亘るデータから、先頭車両を基準にした各車両・各軸位の粘着係数増分データを作成し、先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車で空転・滑走を検知した場合にそのときの接線力係数を推定して、この推定接線力係数と各車両の粘着係数増分データから各車両の接線力係数の上限値を設定し、接線力係数の上限値に対応したトルク指令値の上限値を演算して各車両に割り当てて、編成全体で計画性能が確保できると推定された場合は、後方の車両のトルク指令値を増大させることで前方の車両のトルク低減分を補う。
また、冬季の粘着係数が大きく低下したときのように計画性能が確保できない場合は、各車両に割り当てられた粘着係数の推定値に対応したトルク指令値どおりのトルクを発生するようにして、常に編成全体として粘着限界値に近いトルクを発生させて粘着力の有効利用を図る。
【００１７】
すなわち、本発明においては、次のようにして上記課題を解決する。
（１）電車列車の先頭に位置する電動車または先頭車両に最も近い電動車の電気車制御装置Ｂ１と、該電動車より進行方向後方に位置する電動車の電気車制御装置Ａｊ（ｊ＝２〜ｎ）と、各電動車の各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊ間でデータを伝送する機能を有する列車モニタ・データ伝送システムとを有する、複数の電動車と付随車で構成される電車列車の列車制御装置において、以下のようにして主電動機のトルク制御を行なう。
上記電気車制御装置Ｂ１は、予め設定された先頭車両の粘着係数に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ（ｊ＝２〜ｎ）と、各電気車制御装置Ｂ１、Ａｊが搭載されている電動車の空車質量データＷ０ｊ（ｊ＝１〜ｎ、但しｊ＝１のときは電気車制御装置Ｂ１のデータを意味する、以下同じ）と、当該電動車が空車のときの前記各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊの計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊ（ｊ＝１〜ｎ）とを保持した記憶手段と、電気車制御装置Ａｊから送られてきた応荷重信号データｄＷｊ（ｊ＝２〜ｎ）を受信する手段と、上記電気車制御装置Ｂ１における空転を検知する空転検知手段と、上記空転検知手段による空転検知結果に基づき、各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊで実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ（ｊ＝１〜ｎ）を求めるトルク指令値上限値演算手段と、上記演算結果である実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを上記列車モニタ・データ伝送システムを介して、各電気車制御装置Ａｊに伝送する手段と、電気車制御装置Ｂ１の上記実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔを目標値として主電動機のトルク制御を行なう手段を備える。
上記各電気車制御装置Ａｊは、自車に伝送された上記実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として主電動機のトルク制御を行なう手段を備え、上記電気車制御装置Ｂ１に設けられたトルク指令値上限値演算手段は、上記空転検知手段により空転が検知されないとき、予め設定された当該電車列車の加速性能から算定された期待粘着係数Ｍｕｚ＿ｅｘｐｔを、電気車制御装置Ｂ１，Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）に設定し、上記記憶手段に保持された電気車制御装置Ｂ１、Ａｊの空車質量Ｗ０ｊと、前記応荷重信号ｄＷｊを用いて、前記接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応した実際に発生すべき上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ（ｊ＝１〜ｎ）を求める。
また、上記空転検知手段により空転が検知されたとき、空転検知結果に基づき、電気車制御装置Ｂ１の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を求め、該推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）から電気車制御装置Ｂ１の接線力係数上限値Ｍｕ１ｍａｘを求めるとともに、該推定接線力係数上限値Ｍｕ１ｍａｘと、前記記憶手段に記憶された各電気車制御装置Ａｊの粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊにより各電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝２〜ｎ）を求め、上記接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）と、前記空車質量Ｗ０ｊと、電気車制御装置Ｂ１の応荷重信号ｄＷｊと、前記受信した応荷重信号ｄＷｊ（ｊ＝２〜ｎ）に基づき、上記電気車制御装置Ｂ１，Ａｊのトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）を演算し、また、前記記憶手段に保持された計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、前記応荷重信号ｄＷｊ（ｊ＝１〜ｎ）を用いて、前記各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊの実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊ（ｊ＝１〜ｎ）を演算する。
そして、電気車制御装置Ｂ１に最も近い電気車制御装置Ａ２から最後尾の電気車制御装置Ａｎまでの間の電気車制御装置Ａｋ（ｋ＝２〜ｎ）の各々について、該電気車制御装置Ａｋより前方で電気車制御装置Ａｋに最も近い電気車制御装置Ａｋ−１までの各電気車制御装置の上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘの合計値である第１の合計値Ｔａｕｔｋと、上記計画トルク指令値上限値Ｔａｕｃｊの合計値である第２の合計値Ｔａｕｃｔｋとを求め、上記第１の合計値Ｔａｕｔｋが第２の合計値Ｔａｕｃｔｋ以下のときは、当該電気車制御装置Ａｋの上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）を実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定し、上記第１の合計値Ｔａｕｔｋが第２の合計値Ｔａｕｃｔｋより大きいときは、当該電気車制御装置Ａｋの上記計画トルク指令値Ｔａｕｃｊを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定する。
【００１８】
（２）上記（１）の電気車制御装置および列車モニタ・データ伝送システムにおいて、各電気車制御装置Ａｊに、空転検知手段と、空転検知結果に基づき当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算する推定接線力係数演算手段を設け、また、電気車制御装置Ｂ１に前記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを修正する粘着係数増加量修正手段を設ける。
そして、電気車制御装置Ａｊで空転検知した場合、電気車制御装置Ａｊは、上記推定接線力係数演算手段で上記当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算し、前記列車モニタ・データ伝送システムを介して、前記電車列車の各走行方向の先頭に位置する電動車の電気車制御装置Ｂ１に、前記推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを伝送し、前記電気車制御装置Ｂ１は、前記粘着係数増加量修正手段により、伝送されてきた前記推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを用いて前記電気車制御装置Ｂ１において保持している前記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを修正する。
【００１９】
（３）上記（１）または（２）の列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置において、前記各電動車は、電気車制御装置Ｂ１，Ａｊが制御する電動車で発生すべき空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊ（ｊ＝１〜ｎ）を発生するブレーキ受量器Ｂｒｊ（ｊ＝１〜ｎ）を備え、電気車制御装置Ｂ１は、ブレーキ中に滑走を検知したとき、上記ブレーキ受量器Ｂｒ１から空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を受信し、受信した前記空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１と当該電気車制御装置Ｂ１で制御し発生している電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１とから当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算するブレーキ時接線力係数推定手段と、主電動機のブレーキトルク制御を行うブレーキトルク制御手段を備え、上記各電気車制御装置Ａｊは、トルク指令値上限値演算手段と主電動機のブレーキトルク制御を行うブレーキトルク制御手段を備える。
前記トルク指令値上限値演算手段は、ブレーキ時、空気ブレーキ力と電気ブレーキ力の合計値として上記ブレーキ時接線力係数推定手段により推定された推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）に基づき、各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊで実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ（ｊ＝１〜ｎ）を求め、電気車制御装置Ｂ１のブレーキトルク制御手段は、上記トルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔから自車空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を減算し、この減算結果を目標値として主電動機ブレーキトルク制御を行い、上記各電気車制御装置Ａｊのブレーキトルク制御手段は、ブレーキ時に自車に伝送された上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔから自車空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊを減算し、この減算結果を目標値として主電動機ブレーキトルク制御を行う。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車の電気車制御装置において、空転あるいは滑走を最初に検知した時点から、営業電車列車で長期間に亘って計測された各車軸別滑走頻度データを基に算出した先頭車から後方の車両における粘着係数の増大量データと、先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車の接線力係数の推定結果を基に、編成列車内の各電動車で発生すべきトルク指令値を演算して各電動車に指令するようにしたので、編成全体として、良好な乗り心地を保ちつつ粘着力の有効利用が可能となり、電車列車の加減速性能のさらなる向上を図ることができる。
（２）各電気車制御装置に空転検知手段と、空転検知結果に基づき当該電動車の推定接線力係数を演算する推定接線力係数演算手段を設け、また、先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車の電気車制御装置に粘着係数の増加量データを修正する粘着係数増加量修正手段を設け、各電気車制御装置で検知した空転検知結果を、先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車の電気車制御装置に伝送し、粘着係数の増加量データを修正するようにしたので、粘着係数の増加量データを空転検知結果に応じて、適切な値に修正することが可能となる。
（３）ブレーキ時、推定接線力係数に基づき、各電気車制御装置で実際に発生すべきトルク指令値上限値を求め、各電気車制御装置で、主電動機ブレーキトルク制御を行うようにしたので、ブレーキ時にも、編成全体として良好な乗り心地を保ちつつ粘着力の有効利用が可能となり、電車列車の減速性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施例の電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図である。
【図２】電気車制御装置が搭載されている電動車における駆動・ブレーキ制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例における電車列車の先頭の電動車に搭載されている電気車制御装置Ｂ１の詳細ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施例における電気車制御装置Ａｊの詳細ブロック図である。
【図５】空転検知手段の機能を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施例における各電気車制御装置で実際に指令すべきトルク指令値上限値の決定方法を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例における各電気車制御装置の制御動作のフローチャート（１）である。
【図８】本発明の第１の実施例における各電気車制御装置の制御動作のフローチャート（２）である。
【図９】本発明の第１の実施例における各電気車制御装置の制御動作のフローチャート（３）である。
【図１０】粘着係数の測定例を示す図である。
【図１１】新幹線電車の編成内車軸別滑走件数データの例を示す図である。
【図１２】式（１１）、（１２）から数値解析によって求めた車軸毎のｋｊσを示した図である。
【図１３】電車列車の走行方向の先頭車の粘着係数（４軸分の平均値）に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数（４軸分の平均値）の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊである。
【図１４】本発明の第２の実施例の電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第３の実施例の電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図である。
【図１６】ブレーキ指令とブレーキパターン、電気ブレーキ力、空気ブレーキ指令の関係を示す図である。
【図１７】接線力係数あるいは接線力のすべり速度に対する一般的な特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、後述の営業電車列車で長期間に亘って計測された各車軸別滑走頻度データを基に算出した先頭車から後方の車両における粘着係数の増大量データを用意し、先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車の電気車制御装置において、空転あるいは滑走を最初に検知した時点から、先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車の電気車制御装置において空転あるいは滑走を検知したときの接線力係数の推定値をもとに、上記増大量データに基づき、各電気車制御装置におけるトルク指令値上限値を求め、車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送回線を介して各電気車制御装置に対して、トルク指令値上限値を伝送する。
そして、各電気車制御装置で、伝送されてきたトルク指令値上限値を目標値として各電気車制御装置の制御対象範囲の電動機で発生するように制御することで、編成電車列車全体として極力粘着力の有効利用を図って電車列車の加減速性能を向上させる。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明の第１の実施例を実現する電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図、図２は電動車の力行・ブレーキ制御系の概略構成を示すブロック図、図３は本発明の第１の実施例における電車列車の先頭の電動車に搭載されている電気車制御装置Ｂ１の機能ブロック図である。
なお、ここで、図３では電車列車の先頭の電動車に搭載されている電気車制御装置を電気車制御装置Ｂ１として示しているが、先頭列車が電動車でない場合には、該電車列車の先頭車両に最も近い電動車の電気車制御装置が電気車制御装置Ｂ１となる。
また、図４は本発明の第１の実施例における、上記先頭の電動車に続く後続の電動車の電気車制御装置Ａｊの機能ブロック図である。
図５は空転検知手段の動作を説明する図、図６は本発明の第１の実施例における各電気車制御装置で実際に指令すべきトルク指令値上限値の決定方法を説明する図、図７〜図９は本発明の第１の実施例における各電気車制御装置の制御動作のフローチャート、図１０は粘着係数の測定例、図１１は新幹線電車の編成内車軸別滑走件数データの例、図１２は新幹線電車の先頭軸からの軸位別粘着係数分布の計算値、図１３は電車列車の走行方向の先頭車の粘着係数（４軸分の平均値）に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数（４軸分の平均値）の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを示す図である。
【００２４】
図１は本発明の第１の実施例を実現する電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図であり、図１は、先頭車が電動車である場合を示しており電気車制御装置Ｂ１が先頭車両として示され、それより後方の電気車制御装置Ａ２から最後尾の電気車制御装置Ａｎがその後に示されている。先頭車が電動車ではない場合は先頭車に最も近い電動車の電気車制御装置がＢ１となって表示されるが、システムの動作は図１の場合と変わらない。
図１に示すように、本発明の電車列車は、各電動車間で情報を伝送するための車両モニタ・データ伝送システム１を備え、また、先頭の電動車である電気車制御装置Ｂ１と後続の電気車制御装置Ａ２〜Ａｎはそれぞれ電気車制御装置Ｂ１の伝送手段１１、電気車制御装置Ａｊの伝送手段２１を備えており、これにより、電気車制御装置Ｂ１と電気車制御装置Ａ２〜Ａｎは相互にデータ伝送が可能である。
【００２５】
電気車制御装置Ａ２から最後尾の電気車制御装置Ａｎは、自車の空車質量からの乗客による質量の増加分を表す応荷重信号ｄＷ２〜ｄＷｎを車両モニタ・データ伝送システム１の伝送路を介して電気車制御装置Ｂ１に伝送する。
電気車制御装置Ｂ１は、自車を含む各電気車制御装置の空車質量データＷ０ｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、前述の粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ（ｊ＝２〜ｎ）を保有し、このように伝送されてきた応荷重信号データおよび自車の応荷重信号ｄＷ１（ｊ＝１〜ｎ）のデータと、空転検知したときに得られた接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）に基づき、ＣＰＵ等で構成される演算手段１０により、後述するように各種の演算を行い、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを演算する。そして、上記伝送手段１１から車両モニタ・データ伝送システム１を介して、後続の各電気車制御装置Ａｊに伝送する。なお、ここで、ｊ＝１は先頭の電動車である電気車制御装置Ｂ１を指し、ｊ＝２〜ｎは後続の電気車制御装置Ａｊを指すこととする。
電気車制御装置Ｂ１および各電気車制御装置Ａｊは上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに応じて、各電動車のＰＷＭインバータを制御する。
なお、上記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊがどのように算出されたものであるかは、後に詳しく述べる。
【００２６】
以下、図２、図３、図４により、本実施例について詳細に説明する。
図２は電動車の力行・ブレーキ制御系の概略構成を示すブロック図である。
同図に示すように、本実施例の各電動車は、運転士の力行指令と、応荷重信号ｄＷｊに応じてトルク指令値を出力する前記電気車制御装置Ｂ１，Ａｊを備え、力行時、ベクトルコントローラ３１はこのトルク指令を受けてＰＷＭインバータ３２を制御して、電動車の主電動機３３のトルク制御等を行う。
【００２７】
また、ブレーキ指令に応じて電気ブレーキ力と空気ブレーキ力を制御するブレーキ制御装置４０を備える。
ブレーキ制御装置４０は、ブレーキ指令を受信するブレーキ受量器Ｂｒｊを備え、運転士のブレーキ操作が行われると、ブレーキ受量器Ｂｒｊは、電気ブレーキ力に対応したブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔを発生して、電気車制御装置Ｂ１，Ａｊに送信する。
電気車制御装置Ｂ１，Ａｊでは受信したブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔに対応した電気ブレーキ力を発生すべくＰＷＭインバータ３２を制御するとともに、制御の結果発生した電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃｊをブレーキ受量器Ｂｒｊに送信する。
ブレーキ受量器Ｂｒｊでは、上記電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃｊとブレーキ指令から、空気ブレーキで発生すべき空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊを演算して（空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊ＝ブレーキ指令に対応したブレーキ力−電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃｊ となるように演算する）、空気ブレーキ力発生装置４１に送信するとともに、電気車制御装置Ａｊにも送信する。
空気ブレーキ力発生装置では、空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊに対応した空気ブレーキ力を発生すべく圧縮空気ブレーキを制御してこれをブレーキシリンダ４２に送り込み、その結果ブレーキシュー４３が動輪４４の踏面に押し当てられることによって空気ブレーキ力が発生する。
なお、以下に説明する第１、第２の実施例では、力行時における各電気車制御装置の再粘着制御について説明し、ブレーキ時を含む各電気車制御装置における再粘着制御については、第３の実施例で説明する。
【００２８】
図３は電気車制御装置Ｂ１の機能構成を示すブロック図、図４は電気車制御装置Ｂ１に後続する電気車制御装置Ａｊ（ｊ＝２〜ｎ）の機能構成を示すブロック図である。
図３に示すように、電気車制御装置Ｂ１は記憶手段１２を備え、記憶手段１２には、予め、前記した電気車制御装置Ａｊの粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ、計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊ、期待粘着係数Ｍｕｚ＿ｅｘｐｔが保持され、また、自車および他車から送られてきた応荷重信号ｄＷｊ（ｊ＝１〜ｎ）、空車質量Ｗ０ｊ（ｊ＝１〜ｎ）を記憶する。
また、上記記憶手段１２に記憶されたデータと、空転検知手段１４により検出された空転検知結果等に基づき、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを演算するトルク指令値上限値演算手段１３を備える。トルク指令値上限値演算手段１３は前記演算手段１０の一部を構成する。
トルク指令値上限値演算手段１３により求めたトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔは、自車のベクトルコントローラ３１に送信されるとともに、伝送手段１１から車両モニタ・データ伝送システム１を介して後続の電気車制御装置Ａｊに送信される。
【００２９】
また、図４に示すように、電気車制御装置Ａｊは、自車の応荷重信号ｄＷｊを記憶する記憶手段２２を備え、力行指令を受信すると、自車の応荷重信号ｄＷｊを伝送手段２１から車両モニタ・データ伝送システム１を介して電気車制御装置Ｂ１に送信する。そして、電気車制御装置Ｂ１から車両モニタ・データ伝送システム１を介して送信されるトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを伝送手段２１で受信して、自車のベクトルコントローラ３１に送信する。
【００３０】
図３、図４において、電気車制御装置Ｂ１は、運転士の図示しない主幹制御器（マスコン）の操作によって発生した力行指令を受信すると、受信したこの力行指令に対応した記憶手段１２に記憶されている期待粘着係数Ｍｕｚ＿ｅｘｐｔと空車時の計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊ等を取り出す。
電気車制御装置Ｂ１において、空転検知しない場合には、この期待粘着係数Ｍｕｚ＿ｅｘｐｔと空車時の計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊと、応荷重信号ｄＷｊ、空車質量Ｗ０ｊとから実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを演算して、この実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを各電気車制御装置Ａｊに対して指令する。
図４に示す各電気車制御装置Ａｊは、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを受信し、この実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔをベクトルコントローラ３１に渡し、ベクトルコントローラ３１はこの実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを発生すべく、ＰＷＭインバータ３２を制御する。
なお、電気車制御装置Ｂ１およびＡｊでは、電動車１両分の４台の主電動機を一括制御（１Ｃ４Ｍ）するＰＷＭインバータを想定している。
【００３１】
図５は上記空転検知手段１４の動作を説明する図である。同図に示すように、四つの動輪軸のそれぞれの演算軸加速度の平均値を表す平均演算軸加速度が、ある設定された第１の閾値αａを超えた場合に上記した空転検知が行われ、この平均演算軸加速度が、第２の閾値αｂ（ただしαｂ＜αａ）以下である場合には、空転状態にないものと判断する。
またブレーキ時については、四つの動輪軸のそれぞれの演算軸減速度の平均値を表す平均演算軸減速度が、ある設定された第１の閾値βａを超えた場合に滑走検知が行われ、この平均演算軸減速度が、第２の閾値βｂ以下である場合には、滑走状態にないものと判断する。
【００３２】
電気車制御装置Ｂ１において空転が検知されると、空転が検知される度に、空転検知結果に基づき、その時の接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を推定する。
上記接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）は、例えば前記特許文献１、非特許文献１に記載される外乱オブザーバの手法を用いて、制御周期毎に車輪・レール間の接線力に対応した主電動機軸で見たトルクおよび接線力係数を推定することができる。
以下簡単に、接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を求める方法について説明する。
電動車１両には、通常４軸の主電動機で駆動される動軸があり、本実施例では４台の誘導電動機を用いた主電動機を１台のインバータで一括制御することを想定している。しかし、接線力係数の推定には、１動軸モデルを用いる。この１動軸についての運動方程式は、以下の（１）、（２）式で表される。
ここで、Ｊｍ：主電動機軸から見た駆動系全体（動輪、車軸、大歯車、ピニオン、主電動機等) の慣性モーメント、ωｍ：主電動機の回転角速度、τｍ：主電動機トルク、τｃ：主電動機への負荷トルク、Ｒｇ：歯車比、μ（Ｖｓ）：すべり速度Ｖｓのときの接線力係数、Ｗ：動軸の軸重、ｇ：重力加速度、ｒ：動輪半径である。
そして、特許文献１の図１のブロック図で示す外乱オブザーバによって、上記負荷トルクτｃを、以下の（３）式のように推定する。ここに、τ＾ｃ：推定負荷トルク、ｓ：ラプラス演算子、ａ：外乱オブザーバの極（時定数の逆数) である。
（３）式で負荷トルクが推定されたら、以下の（４）式で接線力係数の推定値を求める。以上のように、主電動機トルクτｍと主電動機の回転角速度ωｍを外乱オブザーバへ入力して、推定接線力係数を演算することができる。
【００３３】
【数１】
【００３４】
図５に示す空転検知手段１４によって空転・滑走を検知され、空転（滑走) 検知信号がオンになると、上記のように接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を推定して記憶する。
そして、この推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）と、記憶手段１２に記憶された粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを用いて、次の式により各電気車制御装置Ａｊが搭載されている電動車の接線力係数がこの値を超えることがない値であることを意味する接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘを算出する。
Ｍｕｊｍａｘ＝Ｍｕｊ（Ｂ１）＋ｄＭｕｊ（ｊ＝１，２，…，ｊ，…ｎ）
ここで、ｄＭｕｊ∈ＤｅｌｔａＭｕｊである。
そして、この値と空車質量Ｗ０ｊ、応荷重信号データｄＷｊを用いて各電気車制御装置Ａｊにおいて発生すべき「実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ」を演算する。
なお、この値の算出方法については、図６〜図９を用いて後で詳述する。
そして、この実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを電気車制御装置Ｂ１からＡｊに伝送し、図２に示すように、各電気車制御装置ＡｊはこのＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として主電動機のトルク制御を行う。
【００３５】
次に、図６と図７〜図９を用いて、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔの算出方法について詳述する。なお、図６は前述の通り、各電気車制御装置で実際に指令すべきトルク指令値上限値の決定方法を説明する図、図７〜図９は、電気車制御装置Ｂ１とその他の電気車制御装置Ａｊの制御動作を示すフローチャートである。
図７〜図９において、［ステップＳ１０１］で、前述のように各電気車制御装置Ａｊが自車の応荷重信号ｄＷｊを電気車制御装置Ｂ１に伝送する。
電気車制御装置Ｂ１では、［ステップＳ１０２］に示すように記憶手段１２に、電車列車の先頭車両の粘着係数に対する進行方向後方に位置する電動車の粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊと、自車を含む各電気車制御装置が搭載されている電動車の空車質量データＷ０ｊを保有している。
［ステップＳ１０３］で、電気車制御装置Ｂ１であるのか否かの判定を行い、電気車制御装置Ｂ１でない場合には処理を終了する。また、電気車制御装置Ｂ１である場合には、［ステップＳ１０４］で、空転検知をしたか否かの判定を行う。
【００３６】
（１）空転検知をしない場合
全く空転検知しないか前回の空転検知した時点からある時間以上経過した場合には空転検知がないと判断して、［ステップＳ１１７］の処理を行う。
すなわち、まず車両の計画加速性能を実現するために必要な粘着係数である期待粘着係数Ｍｕｚ＿ｅｘｐｔを、接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに設定する。
そして、各電気車制御装置Ａｊの空車質量Ｗ０ｊと応荷重信号ｄＷｊを用いて、接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応した実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを演算する。同様に、電気車制御装置Ｂ１において実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔを求める。
実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔが求まったら、［ステップＳ１１５］に行き、算出されたトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを、各電気車制御装置Ａｊに伝送する。
【００３７】
ここで、接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘと、応荷重信号ｄＷｊと空車質量Ｗ０ｊからトルク指令値上限値は以下のようにして算出される。
前述の（２）式は、車輪・レール間の接線力係数と負荷トルクとの関係を表しており、各電気車制御装置Ａｊでは、当該電動車の粘着係数に非常に近い接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応したトルクである実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを各電動機で発生することを目標として、電動機制御を行う。
そこで、当該電動車の空車質量Ｗ０ｊと乗客による質量の増加分を表す応荷重信号ｄＷｊとから動軸の実際の質量ＷをＷ＝空車質量（１軸当たり）Ｗ０ｊ＋応荷重信号ｄＷｊによって求め、前記（２）式を用いてトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを、以下の（５）式で演算する。
Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ＝Ｍｕｊｍａｘ×（空車質量Ｗ０ｊ＋応荷重信号ｄＷｊ）×ｇ×ｒ/ Ｒｇ…（５）
【００３８】
（２）空転検知をした場合
［ステップＳ１０４］において電気車制御装置Ｂ１が空転検知した場合には、［ステップＳ１０５］にいき、空転検知結果に基づき自車の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算し、これを自車の接線力係数上限値Ｍｕ１ｍａｘとして設定する。
そして、［ステップＳ１０６］で、この推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）と粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊのうち電気車制御装置Ａｊに対応する粘着係数の増加量データｄＭｕｊを加算して、各電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘを算出する（ここでｊ＝２〜ｎ）。
つぎに［ステップＳ１０７］で、各電気車制御装置Ａｊの空車質量Ｗ０ｊと応荷重信号ｄＷｊを用いて、接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応した各電気車制御装置Ａｊのトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを演算する。また、その際、電気車制御装置Ｂ１のトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘも演算される。
【００３９】
［ステップＳ１０８］では、記憶手段１２に記憶された列車が空車のときの電気車制御装置Ａｊの計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊと応荷重信号ｄＷｊを用いて、電気車制御装置Ａｊの実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊが演算される。また、電気車制御装置Ｂ１の実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃ１も演算される。
つぎに［ステップＳ１０９］において、電気車制御装置Ｂ１の後方で、これに最も近い電気車制御装置Ａ２から最後尾の電気車制御装置Ａｎまでの各電気車制御装置Ａｊについて、以下の（６）式と（７）式によって、トルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｊ−１）と実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｊ−１）を演算する。
【００４０】
【数２】
【００４１】
そして、［ステップＳ１１０］においてｊ＝２からｎまでのｊのそれぞれについて、Ｔａｕｔ（ｊ−１）とＴａｕｃｔ（ｊ−１）の比較を行う。
そして、Ｔａｕｔ（ｊ−１）がＴａｕｃｔ（ｊ−１）より小さいか等しい場合、［ステップＳ１１１］に行き、以下の（８）式に示すように、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定する。
Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ＝Ｔａｕｊｍａｘ…（８）（ｊ＝２，３，・・・ｎ）
また、Ｔａｕｔ（ｊ−１）がＴａｕｃｔ（ｊ−１）より大きい場合［ステップＳ１１２］に行き、（９）式に示すように、計画トルク指令値Ｔａｕｃｊを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定する。
Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ＝Ｔａｕｃｊ…（９）（ｊ＝２，３，・・・ｎ）
【００４２】
以上の［ステップＳ１１０］、［ステップＳ１１１］、［ステップＳ１１２］の処理をｊ＝２からｎまで行う（［ステップＳ１１３］〜［ステップＳ１１４］）。このようにして設定した実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔは、［ステップＳ１１５］で電気車制御装置Ｂ１を含めた各電気車制御装置Ａｊに伝送される。
［ステップＳ１１６］において、このように実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを受信した電気車制御装置Ｂ１を含めた各電気車制御装置Ａｊは、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として、各電気車制御装置Ａｊの制御対象範囲の主電動機（４台の主電動機）のトルク制御を行う。
【００４３】
以上説明した空転を検知した場合において、各電気車制御装置Ａｊに実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを割り当てる処理について、再度図６によって説明する。
先頭車（電気車制御装置Ｂ１）の粘着係数は、季節によって大きく変化する。夏季のように外気温が高い場合は粘着係数が高く、冬季のように外気温が低い場合は、大きく粘着係数が低下する。
図６（ａ）（ｂ）は、このような粘着係数の変化に対して、「実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ」の割り当て状況を示したものであり、図６（ａ）は粘着係数が高い場合の各電動車における「実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ」の割り当て状況を示し、図６（ｂ）は粘着係数が低い場合の各電動車における「実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ」の割り当て状況を示す。
なお、同図は説明を簡略にするために、先頭の１号車から全ての車両が電動車の場合を表している。実際には、先頭車が電動車ではない場合や、途中の車両にも付随車が混在する場合の方が多いが、同様の考え方で説明することができる。
【００４４】
まず、粘着係数が高い図６（ａ）の場合について説明する。
図６（ａ）のＣ１に注記されているように、先頭車（電気車制御装置Ｂ１）が空転検知すると、トルク指令値上限値演算手段１３は、そのときの推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算し、このＭｕｊ（Ｂ１）をもとに、先頭車からの位置に対する粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを基に、電気車制御装置Ｂ１を含む電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝１，２，・・・ｎ）を演算する。
そして、各電動車の空車質量と応荷重信号データを用いて、各電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応したトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを算出する（図６（ａ）のＣ２に注記した曲線Ａ）。
つぎに、列車が空車のときの電気車制御装置Ａｊの計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊと応荷重信号ｄＷｊを用いて、計画加速性能を実現するために実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊ（ここにｊ＝１，２，・・・ｎ）を求める（図６（ａ）の注記Ｃ３）。
そして、電気車制御装置Ｂ１の実際に発生すべきトルク指令値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔとして、トルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘを設定する。
【００４５】
つぎに、ｊ＝２，３，・・・ｎである電気車制御装置Ａｊの実際に発生すべきトルク指令値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔは、以下のようにして演算する。
前述の（６）式と（７）式によって、ｊ−１番目の電気車制御装置Ａｊ−１までのトルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｊ−１）と実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｊ−１）を演算する。
そして、各電気車制御装置Ａｊについて、トルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｊ−１）と実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｊ−１）の大小比較を行う。
そして、トルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｊ−１）が実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｊ−１）より小さい間は、電気車制御装置Ａｊの実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを割り当てる。
やがて、トルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｊ−１）が実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｊ−１）に等しいか大きくなると、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして、実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊを割り当てる。
【００４６】
図６（ａ）の例では、先頭車における計画加速性能を実現するうえで不足となるトルク量の不足分合計値（Ｔａｕｃ１−Ｔａｕ１ｍａｘ）より、２号車、３号車の実際のトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘと計画トルク指令値Ｔａｕｃｊの差分の合計値［（Ｔａｕ２ｍａｘ−Ｔａｕｃ２）＋（Ｔａｕ３ｍａｘ−Ｔａｕｃ３）］が大きい。
したがって、３号車までは、実際に発生すべきトルク指令値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔとしてトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを割り当て、それ以降の号車については、実際に発生すべきトルク指令値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔとして計画トルク指令値Ｔａｕｃｊを割り当てている。
【００４７】
上記のように実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを割り当てることになるのは、図６（ａ）に示すように粘着係数が比較的高い場合で、この場合はトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘの編成全体での平均値が、計画加速性能を実現するために実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊの平均値より大きくなる。
このような場合は、当初、電気車制御装置Ｂ１、Ａ２、・・・Ａｊ−１については、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘが実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊより小さいので、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとしては、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを割り当てる必要がある。
やがてトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘが実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊより大きくなるが、その場合には、トルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｊ−１）が実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｊ−１）に等しいか大きくなるまでトルク指令値上限値ＴａｕｊｍａｘをＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして割り当て、それ以降の電気車制御装置については、計画加速性能を実現するために実際に指令すべき計画トルク指令値ＴａｕｃｊをＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして割り当てる。
このように実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを割り当てることによって、編成列車全体として、計画加速性能を実現できるＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを割り当てることができる。
【００４８】
次に、粘着係数が低い図６（ｂ）の場合について説明する。
粘着係数が非常に低い場合には、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘの編成全体での平均値が、計画加速性能を実現するために実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊの平均値より大きくなることがない状態となる。
この場合は、図６（ｂ）に示すように、電気車制御装置Ｂ１を含む各電気車制御装置Ａｊでは、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして割り当てることになる。
すなわち、前記したように先頭車（電気車制御装置Ｂ１）が空転検知すると、電気車制御装置Ｂ１を含む電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝１，２，・・・ｎ）を演算する。そして、各電動車の空車質量と応荷重信号データを用いて、各電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応したトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを算出する。また、列車が空車のときの電気車制御装置Ａｊの計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊと応荷重信号ｄＷｊを用いて、計画加速性能を実現するために実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊ（ここにｊ＝１，２，・・・ｎ）を求める。
そして、例えば前述した（５）式と（６）式によって、電気車制御装置Ａｎまでのトルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｎ）と実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｎ）を演算し、Ｔａｕｔ（ｎ）がＴａｕｃｔ（ｎ）に満たない場合、上記のようにトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして割り当てる。
【００４９】
つぎに、前述の、電車列車の先頭車両の粘着係数に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ（図１３参照）の、算出方法について述べる。
図１０は前記非特許文献２に記載されている、在来線電車、新幹線電車における粘着係数の測定例を示している。
前述のごとく、粘着係数はレール面上に存在する水膜の温度によって大きく変化すことが知られている。外気温が高い夏季などにおいては水膜の温度が高いので、粘着係数は高くなる。これに対して、外気温が非常に低くなる冬季においては、粘着係数が非常に低くなることはしばしば経験するところである。
図１０の新幹線９５１型試験電車の測定例は、外気温が低い時期に測定されたものと考えられ、新幹線電車の粘着係数測定例の中で、ほぼ下限値に対応しているものと思われる。この図中に記載されている新幹線の計画粘着係数μ0 （Ｖｔ）は、（１０）式で表されるが、新幹線において列車をＡＴＣ（自動列車制御）システムによって減速させるときに使用される常用最大ブレーキ（ＡＴＣブレーキと称されている）において、ブレーキ力は基本的にはこの計画粘着係数に対応したブレーキ力となるように制御されている。ここに、列車速度Ｖｔは（ｋｍ／ｈ）で表されている。
【００５０】
【数３】
【００５１】
図１１は前記非特許文献３に記載されている、新幹線の営業電車における、冬季を含む長期間に亘って測定された滑走頻度データを、先頭軸からの各車軸の位置、先頭車両から後方の車両の位置に対して整理して、頻度データとして棒グラフで表したものである。
図１０の新幹線電車の粘着係数データを見ると、計画粘着係数を平均値としてこれの上下に測定値がバラついていると見なすことができる。そこで、この分布を正規分布とみなして、標準偏差σを求めると、０．０１２程度となる。
つぎに、図１１の新幹線電車の車軸別滑走件数のデータにおいて、先頭車両（１号車）４軸の滑走件数の平均値ｆｒａｖｇは、（１１）式の関係で表されると仮定し、先頭車両１軸目からｊ番目の車軸の滑走件数の平均値ｆｒｊは、（１２）式の関係で表すことができると仮定する。
なお、粘着係数はマイナスになることはないので、積分範囲はｘ≧０からとすべきであるが、正規分布と仮定している関係で、ｘを−∞からとしている。ｘ≧０からと値は殆ど変わらない。
【００５２】
【数４】
【００５３】
ここで、ｋｊは、先頭からｊ番目の軸の平均粘着係数が先頭車両の平均粘着係数μ0 （Ｖｔ）に対して、プラス側に標準偏差σのｋｊ倍だけシフトしているとみなすときの係数である。以上のように仮定するのは、前述のように新幹線電車のＡＴＣブレーキ力が計画粘着係数に対応したブレーキ力に制御されていることから来ている。
これらの式から数値解析によって求めた車軸毎のｋｊσを図にしたものが図１２である。ばらつきがあるため平滑化を行い、先頭車両４軸のｋｊσの平均値が零になるように補正したものが、（１３）式であり、図１２中の近似値（計算値）はこの式で軸位ごとに計算したものである。
ｋｊσ＝０．００８３ｌｎ（ｊ）−０．００６６…（１３）
【００５４】
図１２および（１３）式は新幹線電車についてのものであるが、在来線電車の場合には、過去に測定された粘着係数データでは、速度の増大とともに新幹線電車の粘着係数との差が大きくなっていくので（新幹線電車の方が低くなる）、（１３）式をその分補正して、電車列車の先頭車両の粘着係数に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊとして使用する。
図１３は、このようにして求められる粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊの一例である（新幹線のデータをもとに作成した、補正前のものである）。
【００５５】
以上に述べた方法で求められた、電車列車の先頭車両の粘着係数に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを用いて、先頭車の電気車制御装置Ｂ１で空転検知したときに推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算して、この推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）をもとに、後続の電気車制御装置Ａ２からＡｎにおいて発生すべきトルクの上限値（当該電動車で発生すべき最適値に相当している）が、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして各電気車制御装置Ａｊに送信されてくる。そのため、各電気車制御装置ＡｊではこのＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として、主電動機のトルク制御を行うことによって、時々刻々粘着係数が変化しても、常にそのときの各電気車制御装置が搭載されている電動車の粘着係数に非常に近い接線力係数に対応したトルクを当該電動車で発生することができるので、制御開始時から、常に編成全体として粘着力の有効利用が図れることになる。
【００５６】
実際には以上のように制御される場合であっても、粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ作成のもととなった、新幹線電車の粘着係数や滑走件数の実測値には、バラツキが存在するので、上記のように演算された実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを指令しても、そのときの実際の粘着係数がＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに対応した接線力係数より小さいために空転が発生することが想定されるが、その場合であっても、前述の非特許文献１に記載の再粘着制御機能を各電気車制御装置が搭載していてこれによって再粘着制御を行えば、良好な乗り心地を維持しつつ、各電気車制御装置では９５（％）程度の粘着力の利用率を実現することは可能である。
また、そのときの実際の粘着係数がＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに対応した接線力係数より空転検知しない程度に小さい場合は、空転検知した場合の再粘着させるためのトルクの引き下げが行われないため、９５（％）よりさらに高い粘着力の利用率が実現できる。
【００５７】
これに対して、そのときの実際の粘着係数がＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに対応した接線力係数より大きい場合については、その差があまり大きくない場合には、空転が発生しないので同様に、高い粘着力の利用率が得られる。
しかしその差が非常に大きいと空転の発生はないものの、粘着力の利用率が低下することになるが、粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊの作成時に、このような状態にならないようにデータ作成で配慮可能であるので、そのような事態は殆ど発生することはないと考えている。
【００５８】
以上に述べたように、本発明の第１の実施例によって、主電動機のトルク制御開始時点から、粘着係数が時々刻々変化しても、良好な乗り心地を維持しつつ、常に編成全体として粘着力の有効利用が図れることになる。
なお、以上の説明では、先頭車両が電動車である場合について述べたが、電動車が編成列車の中間にある場合でも、同様の作用と効果が期待できるのはいうまでもない。また、各電気車制御装置が４台の主電動機を一括制御する場合について説明を行ったが、このような駆動システムに限定される必要はなく、前述の粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊは軸位別のデータをもとに作成しているので、１台のインバータで１台の主電動機を駆動する１Ｃ１Ｍ（個別制御）の駆動方式の場合や、１台のインバータで２台の主電動機を駆動する１Ｃ２Ｍ（台車制御）の駆動方式の場合にも、同様に適用することが可能である。
【実施例２】
【００５９】
図１４は本発明の第２の実施例を実現する電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図である。同図は、前記図１と異なる箇所についてのみ示したものである。
本実施例においては、電気車制御装置Ｂ１のすぐ後ろにある電気車制御装置Ａ２から最後の電気車制御装置Ａｎにそれぞれ空転検知手段２５と、推定接線力係数演算手段２３を有する演算手段２０を設け、各電気車制御装置Ａｊで空転検知した場合、各電気車の推定接線力係数演算手段２３で推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算して、電気車制御装置Ｂ１に伝送し、電気車制御装置Ｂ１に設けた粘着係数増加量データ修正手段１５で、前記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを修正するようにしたものである。
その他の構成、動作は前記第１の実施例と同様であり、電動車の力行・ブレーキ制御系、電気車制御装置Ｂ１、先頭の電動車に続く後続の電動車の電気車制御装置Ａｊの構成等は、図２−図４に示したものと同様である。
したがって、ここでは、上記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊの修正についてのみ説明する。
【００６０】
各電気車制御装置Ａｊの空転検知手段２５で空転検知されると、各電気車制御装置Ａｊの推定接線力係数演算手段２３は、推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算する。この新たに演算した推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗは、伝送手段２１から車両モニタ・データ伝送システム１を介して電気車制御装置Ｂ１に伝送される。
各電気車制御装置Ａｊから、新たに演算した推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを受信した電気車制御装置Ｂ１では、この推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを用いて、粘着係数増加量データ修正手段１５により、保有している粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを修正する。
【００６１】
この粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊの修正は、以下の方法で行う。
各電気車制御装置Ａｊにおいて、図５で説明したように空転検知する毎に、前記したように推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算して、電気車制御装置Ｂ１に車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路１を介して伝送する。
電気車制御装置Ｂ１では、Ｍｕｊ＿ｎｅｗを受信した時点における先頭車Ｂ１の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を求め、この推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）と伝送されてきたＭｕｊ＿ｎｅｗと電気車制御装置Ａｊの位置から、電気車制御装置Ａｊが属する車両の先頭車からの号車番号ｊに対応した粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ＿ｎｅｗ（Ｎ＿ｎｔｒ＿ｊ）を演算して蓄積する。
ここにＮ＿ｎｔｒ＿ｊは、号車番号ｊに対応した新たに蓄積された粘着係数増加量データの数を表している。
【００６２】
そして、数駅間走行後の上記粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ＿ｎｅｗ（Ｎ＿ｔｒｎ＿ｊ）のデータ数Ｎ＿ｔｒｎ＿ｊがある最小値Ｎ＿ｍｉｎ以上となったときに、新たに得られた先頭車からの号車番号ｊの粘着係数増加量データの平均値ＤｅｌｔａＭｕｊ＿δ＿ａｖｒを、以下の（１４）式によって演算する。
そして、この新たに得られた先頭車からの号車番号ｊの粘着係数増加量データの平均値ＤｅｌｔａＭｕｊ＿δ＿ａｖｒと電気車制御装置Ｂ１で保有している粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊとから、以下の（１５）式で与えられるＤｅｌｔａＭｕｊ＿ｍｏｄを新たなＤｅｌｔａＭｕｊに設定する。
【００６３】
【数５】
【００６４】
ここに、Ｎｚ＿ｊは、元の粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊの作成に用いられたデータ数である。
そして、このように修正した粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを用いて前記第１の実施例で説明した制御を行うことによって、粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊがそのときの車両の状態により適合したものとなることで、編成全体として粘着力の有効利用を図るための制御性能がより向上することが期待できる。
なお、上記の粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊの修正は、数駅間走行後に新しく作成された粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ＿ｎｅｗ（Ｃａｒ＿ｊ）のデータ数が最小値Ｎ＿ｍｉｎ以上となった時点から、粘着係数増加量データが新たに作成される毎に行ってもよいが、このための計算負荷の著しい増大を抑制するために、データ数が例えばある数Ｎ＿ａｒｇ増える毎に行うようにしてもよい。
【実施例３】
【００６５】
以上説明した第１、第２の実施例では、力行時における各電気車制御装置の再粘着制御について説明したが、以下に説明する第３の実施例では、ブレーキ時を含む各電気車制御装置における再粘着制御について説明する。
ここで、電車のブレーキシステムでは、実際に発生している電気ブレーキ力と空気ブレーキ力を合計したブレーキ力が、運転士の指令したブレーキ指令に対応したブレーキ力になるように制御が行われる。最近のインバータ制御電車では、電力回生ブレーキが用いられているが、この電力回生ブレーキは、電動車で発生した電力回生エネルギーを当該電車の近くに在線する力行している電車で消費することを前提としており、実際に発生する電気ブレーキ力は、絶えず変動する。
そのため、実際に発生する電気ブレーキ力を常に把握しながら、不足するブレーキ力を空気ブレーキ力で補足している。
このようなブレーキシステムにおいて、ブレーキ時に滑走した場合は、力行時の再粘着制御と同様に、主電動機で発生するブレーキトルクの制御によって再粘着させる。これは、空気ブレーキの応答速度が電気ブレーキ力の応答速度に比べて非常に遅いく、空気ブレーキでは、良好な制御性能がえられないためである。
【００６６】
図１５は本発明の第３の実施例を実現する電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図である。
本実施例において、各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊでは、第１の実施例で説明した力行時の再粘着制御を行うほかに、ブレーキ時についても力行時と同様の制御を行う。
なお、力行時の再粘着制御についての構成、動作は前記第１の実施例と同様であり、電動車の力行・ブレーキ制御系、電気車制御装置Ｂ１、先頭の電動車に続く後続の電動車の電気車制御装置Ａｊの構成等は、基本的に図２−図４に示したものと同様である。
【００６７】
本実施例においては、図１５に示すように、電気車制御装置Ｂ１の演算手段１０にブレーキトルク制御手段１６を設けるとともに、電気車制御装置Ａｊの演算手段２０に、ブレーキトルク制御手段２４を設け、ブレーキ受量器Ｂｒｊから与えられる空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊを電気車制御装置Ａｊの上記ブレーキトルク制御手段２４に送信するように構成し、ブレーキトルクを制御するように構成したものである。
電気車制御装置Ｂ１では、上記ブレーキトルク制御手段１６に当該電気車制御装置Ｂ１に搭載されているブレーキ受量器Ｂｒ１から、空気ブレーキ装置で発生すべきブレーキ力の指令値を意味する空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を常時入力し、滑走が検知されたとき、演算手段１０は、この時の空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１と、電気車制御装置Ｂ１で制御し発生している電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１とから、当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算する。
【００６８】
すなわち、滑走検知したとき、この時点において実際に発生している電気ブレーキ力と空気ブレーキ力を用いて電気車制御装置Ｂ１での接線力を推定することができる。
ここで、電気車制御装置Ｂ１では電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１は把握できるが、この時点の実際に発生している空気ブレーキ力については把握することができない。そこで、図１５に示すように、ブレーキ受量器Ｂｒ１から入力される空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を用いる。そして、電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１と空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１が動輪周上のブレーキ力を表している場合、以下の（１６）式を用いて推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算する。ここで、Ｗ０１：電気車制御装置Ｂ１が搭載されている電動車の空車質量（１軸当たり) 、ｄＷ１：電気車制御装置Ｂ１が搭載されている電動車の応荷重信号（１軸当たり) である。
【００６９】
【数６】
【００７０】
上記推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）に基づき、前記第１の実施例で説明したように、各電気車制御装置Ａｊ（ｊ＝１〜ｎ）の前述の実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを演算し、このトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを空気ブレーキ力と電気ブレーキ力の合計値として、各電気車制御装置Ａｊに伝送する。
電気車制御装置Ｂ１から実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを受信した各電気車制御装置Ａｊのブレーキトルク制御手段２４は、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔから、自車のブレーキ受量器Ｂｒｊから入力した空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊを減算し、これを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定しなおす。
そしてこの設定しなおした実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として主電動機のブレーキトルク制御を行う。
電気車制御装置Ｂ１においても、同様に、ブレーキトルク制御手段１６により、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔから自車のブレーキ受量器Ｂｒ１から入力した空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を減算し、これを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔに設定しなおす。
以上の制御によって、ブレーキ時においても、力行時と同様に編成列車全体として、粘着力の有効利用を図った再粘着制御が実現できることになる。
【００７１】
以下、上記ブレーキ時の再粘着制御についてさらに詳述する。
図１６に示すように、運転士のブレーキ操作に対応したブレーキ指令を、電気車制御装置Ａｊに搭載されている電動車のブレーキ制御装置の中のブレーキ受量器Ｂｒｊが受信する。なお、これは、ブレーキ受量器Ｂｒ１、…Ｂｒｊ、…Ｂｒｎの全てのブレーキ受量器において、同じ動作をする。
ブレーキ指令を受信したブレーキ受量器Ｂｒｊでは、前述した図２で説明したように、ブレーキ指令に対応したブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔを発生し、これを電気車制御装置Ａｊに伝送する。
図１６（ｂ）に示すブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔは、電気ブレーキと空気ブレーキによるトータルの発生すべきブレーキ力を表している。電気車制御装置Ａｊでは、このブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔを目標値として主電動機のトルク制御を行うが、前述したように電力回生ブレーキによる電気ブレーキ力は絶えず変動し、図１６（ｃ）に示すように、目標値を下回ることがよく発生する。
【００７２】
そのため電気車制御装置Ｂ１は実際に発生している電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１をブレーキ受量器Ｂｒ１に送信して、不足するブレーキ力を空気ブレーキで補足するように促す。ブレーキ受量器Ｂｒ１では、ブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔが示すトータルの発生すべきブレーキ力から実際に発生している電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１を減算したブレーキ力を、空気ブレーキ指令として空気ブレーキ力発生装置４１に送信する。
空気ブレーキ力発生装置４１では、この空気ブレーキ指令に対応した空気ブレーキ力を発生すべく、圧縮空気をブレーキシリンダに送り込んで、必要な空気ブレーキ力を発生する。そのため、図１６（ｄ）に示すように、電気ブレーキ力の不足分の空気ブレーキ力が発生する。また、上記の空気ブレーキ指令は、前述したように接線力係数を推定する目的のために電気車制御装置Ｂ１にも送信される。
【００７３】
以上のように、不足するブレーキ力をブレーキ受量器Ｂｒ１で演算するために、電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１がブレーキ受量器Ｂｒ１に送信され、ブレーキ受量器Ｂｒ１で演算した補足すべき空気ブレーキ力である空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を電気車制御装置Ｂ１で受信する。
そして、電気車制御装置Ｂ１では、推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算し、このＭｕｊ（Ｂ１）と粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊをもとに、各電気車制御装置Ａｊが搭載されている電動車での接線力係数の上限値である接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘを演算する。
そして、この接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘを基に、電気車制御装置Ｂ１では、第１の実施例で説明したように、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを演算する。このトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔは、電気車制御装置Ａｊが搭載されている電動車で電気ブレーキと空気ブレーキを用いて発生すべきブレーキトルクを表している。
電気車制御装置Ｂ１では、このトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔから、空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を減算したものを新たにトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔとして設定し直して、この新たに設定したＴａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔを目標値として電動機のブレーキトルク制御を行う。
また、このようにして演算した実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔは、電気車制御装置Ｂ１から各電気車制御装置Ａｊに送信される。
【００７４】
電気車制御装置Ａ２〜Ａｎでは、電気車制御装置Ｂ１から、電気ブレーキと空気ブレーキを合算したトータルの発生すべきブレーキトルクの意味合いを持つ上記実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを受信すると、この信号を受信した電気車制御装置Ａｊが搭載されている電動車での空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊをブレーキ受量器Ｂｒｊから受信して、上記実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔから、空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊを減算したものを新たにトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして設定し直して、この新たに設定したＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として電動機のブレーキトルク制御を行う。
なお、電気車制御装置Ｂ１以外の各電気車制御装置Ａ２〜Ａｎにおいても、電気車制御装置Ｂ１と同様、ブレーキ受量器Ｂｒ２〜Ｂｒｎから電気車制御装置Ａ２〜Ａｎに対してブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔが送信されるが、電気車制御装置Ｂ１からの実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを受信していることを条件として、この通常動作は抑制される。
【符号の説明】
【００７５】
１ 車両モニタ・データ伝送システム
１０，２０ 演算手段
１１，２１ 伝送手段
１２，２２ 記憶手段
１３ トルク指令値上限値演算手段
１４，２５ 空転検知手段
１５ 粘着係数増加量データ修正手段
１６，２４ ブレーキトルク制御手段
２３ 推定接線力係数演算手段
３１ ベクトルコントローラ
３２ ＰＷＭインバータ
３３ 主電動機
４０ ブレーキ制御装置
４１ 空気ブレーキ力発生装置
４２ ブレーキシリンダ
４３ ブレーキシュー
４４ 動輪
Ｂ１，Ａ２〜Ａｎ（Ａｊ） 電気車制御装置
Ｂｒｊ ブレーキ受量器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気車の良好な乗り心地を維持しつつ編成列車全体として粘着力の有効利用を図った再粘着制御を実現するための、列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気車、例えば電車は、車輪・レール間の接線力（粘着力ともいう）によって加減速を行っているが、この接線力は、一般にすべり速度に対して図１７に示すような特性を有している。図１７はすべり速度に対する接線力（接線力係数）を示したものであり、横軸はすべり速度、縦軸は接線力（接線力係数）であり、実線はレール面湿潤時、破線はレール面乾燥時を示している。なお、接線力を軸重（車軸１軸当たりのレールに加わる垂直荷重）で割ったものを接線力係数、接線力係数の最大値を粘着係数という。
図示の如く、接線力の最大値を超えないトルクを主電動機で発生している場合は、空転・滑走は発生せず、接線力の最大値より左側の微小なすべり速度の粘着領域で電気車は走行する。もし最大値より大きなトルクを発生するとすべり速度は増大し、接線力が低下するので、ますます、すべり速度が増大する空転・滑走状態になるが、車輪およびレールが乾燥状態では主電動機で発生するトルクは接線力の最大値を超えないように車両の性能が設定されるので、空転・滑走は発生しない。
【０００３】
しかし、実線で示すように、レール面が雨などによって湿潤状態にある場合は粘着係数が低下して、接線力の最大値が車両の設定性能に対応した主電動機の発生トルクより小さくなる。
この場合、すべり速度が増大して空転・滑走状態になり、そのまま放置するとこれに対応して接線力が低下し、車両の加速・減速に必要な加減速力がますます低下してしまうので、迅速に空転・滑走を検出し、主電動機が発生するトルクを低減して再粘着させることが必要になる。このようにトルクの制御を行って再粘着させる場合、小さなすべり速度に維持しつつ、主電動機の発生トルクが極力接線力の最大値近傍の値になるように制御すること、すなわち極力粘着力の有効利用を図ることが、電気車の加減速性能を高める上で必要である。
【０００４】
このような再粘着制御の実現を目的とした方法として、主電動機の回転速度を主電動機に印加される電圧・電流から推定し、この推定速度情報と主電動機発生トルクの演算値を入力情報として、最小次元外乱オブザーバを用いて車輪・レール間の接線力に対応した主電動機トルクを制御周期毎に推定して、空転・滑走検知時の推定トルクを用いて主電動機の発生トルクを制御する方式が、提案されている（特許文献１、非特許文献１参照）。
この制御方式によって、良好な乗り心地を保ちつつ、主電動機の発生トルクを極力接線力の最大値近傍に、すなわち粘着限界値に近い値に維持することができつつある。
【０００５】
しかしながら、上記の制御が実現しているのは個々の電動車などを独立に制御する場合についてである。
ところで、複数の電動車と付随車で構成された電車列車で、列車長が長い場合などにおいては、先頭車両や先頭車両に近い車両では空転・滑走が頻発する場合でも、後方の車両では殆ど空転・滑走が発生しない事象がしばしば経験されるところである。この事象は、進行方向前方に位置する車両の車輪でレール面上の水分を排除するなどの理由によって、後方の車両の粘着係数が高くなるためであると一般的に解釈されている。
【０００６】
この場合について、現状では、前方の車両で空転・滑走を検知した場合に、この車両では前述のような粘着限界値に近いトルクを発生する再粘着制御が行われる場合があるが、粘着係数が高くなって空転・滑走の発生がない後方の車両では、車両の計画性能で設定されたトルクの上限値までのトルクを指令するにとどまっている場合が多い。
実際には、後方の空転・滑走を検知していない車両では、車両の計画性能で設定されたトルクの上限値以上にトルクを発生させて、車両の計画性能に近い加減速性能を維持する余力がある場合が多い。すなわち編成列車全体として粘着力の利用率を向上させることのできる余地があるのに、一部の新幹線電車の例があるのみで、それがなされていない。これは、どれだけ後方の車両でトルクを発生させれば良いのか明確な指針が得られていないからである。
【０００７】
このような編成全体として粘着力の有効利用を図るための試みとして、特許文献２に記載されている技術が知られている。
この例では、前方車両の空転・滑走を予め想定し、車両編成全体として一定のトルクが得られるように、想定した空転・滑走で低減される前方車両のトルクを後方の車両で分配するもので、トルクの配分を予め想定している。
これに対して、特許文献３に記載されているように、トルクの配分を予め想定するのではなく、状態に応じて柔軟にトルクを分配する試みもなされている。この例の場合、車上通信ネットワークを介して収集した各車両駆動装置の状態に応じて、それぞれの車両駆動装置のトルク指令値を決定する。
第一の車両駆動装置のトルク指令値を低減する場合に、当該低減されたトルク量が第一の車両駆動装置とは異なる第二の車両駆動装置に分配されるようにそれぞれの車両駆動装置のトルク指令値を決定するとともに、決定したトルク指令値を車上通信ネットワーク経由で車両駆動装置に伝達するとしている。
【０００８】
特許文献２に記載されている技術の場合、予め想定した空転・滑走が発生した場合には編成車両全体として必要とするトルクが得られことがあるかもしれないが、画一的にトルク配分を決めても、殆どの場合編成列車全体として想定したとおりの性能が得られることがないといえる。
すなわち、粘着係数は列車速度、レール面に付着している水膜の厚さ（言い換えると、単位時間あたりの降雨量が多いか少ないかなど）、水膜の温度（言い換えると外気温が高い夏季か外気温が低い冬季なのか）などによって、さまざまに、あるいは時々刻々変化するので、画一的なトルク配分制御では殆ど対応できない。
例えば、列車速度による粘着係数の変化を考慮の対象外としたとしても、粘着係数が高くなる夏季における空転・滑走を想定してトルク配分を設定した場合、夏季においては編成全体として計画性能を維持できることが比較的多いかもしれないが、このような設定では、外気温が低い冬季の粘着係数が非常に低下した場合については全く対応できなくなる。今度は、冬季の粘着係数が非常に低下した場合を想定してトルク配分を設定すると、夏季においては編成全体としてもっと加減速性能を高めることができるのに、それが実現できないことになる。
【０００９】
また、特許文献３に記載されている技術では、予めトルク配分を設定するのではなく、編成内の各車両の空転・滑走の発生状況に応じて動的に各車両のトルク指令値を変化させ、ある程度制御時間が経過すると制御状態変化がなくなり、各車両のトルク指令値がほぼ適正な値に収斂し、天候や状況に応じた柔軟な制御が可能であるとしている。
しかしながら、この制御方式では、仮にある制御状態に収斂するとしても、収斂するまでの間各車両のトルク指令値が動的に変動するので、乗り心地が悪くなることが先ず考えられる。また、どのような再粘着制御方式が用いられるかによっても異なるが、ある制御状態に収斂しても、再粘着制御方式の性能が悪ければ、粘着力の利用率が悪い状態に収斂してしまう可能性が高く、結果として編成全体として粘着力の有効利用が図れないことになる。
【００１０】
１６両編成の新幹線電車のように、車両の計画トルク特性に対応した粘着係数すなわち期待粘着係数が低く設定されていて、列車長が長く後方の車両の粘着係数向上効果がより得られる車両の場合は、粘着限界に近いトルクを指令する制御が行われていなくても、編成全体として計画加減速性能が得られる可能性があるかもしれない。
しかし、加速・減速時間が新幹線よりも短く相対的に上記の動的にトルクが変動している時間の割合が大きくなる１０両以下の列車長である場合が多い在来鉄道車両の場合は、ある制御状態に収斂するまでの期間において粘着力の有効利用が図れないと、加減速性能に大きく影響することになる。特に粘着係数が大きく低下する冬季においては、制御終了まで空転・滑走が編成内のどの車両でも発生していて、適正値に各車両のトルクが収斂することがなくなることが容易に想定される
このように、編成列車の粘着条件は四季を通じて多様に変化するが、どのような粘着条件のときであろうとも、編成列車全体として、加減速制御開始時から常に粘着限界に近いトルクの発生によって加減速性能を極力高める、すなわち粘着力の有効利用が図られることが望まれるが、現状では前述のようにこのような要求に対して十分応えられているとは言えない。
【００１１】
編成列車における先頭軸からの各車軸の軸位別粘着係数の測定例は、たとえば非特許文献２，３，４などに開示されている。例えば、非特許文献２には、在来線電車、新幹線電車における粘着係数の測定例が示されており、非特許文献３には、新幹線の営業電車における、滑走頻度データを、棒グラフで表したものが示されており、非特許文献４には、上記各車軸の軸位別粘着係数を用いた編成列車におけるシミュレーションについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−２５２７１６号公報
【特許文献２】特開平５−２７６６０６号公報
【特許文献３】特許第４２２５２３３号公報
【非特許文献】
【００１３】
【非特許文献１】門脇悟志、畑正、廣瀬寛、大石潔、飯田哲史、高木正志、佐野孝、保川忍：「速度センサレスベクトル制御・外乱オブザーバによる空転再粘着制御の実車両への適用とその評価−２０５系５０００番代電車における実例−」、電気学会論文誌Ｄ、平成１６年９月号、ｐｐ９０９−９１５
【非特許文献２】大山忠夫：「鉄道車両のブレーキ技術（２）―ブレーキにおける粘着理論（その１）―」、機械の研究、第４８巻、１０号（１９９６）
【非特許文献３】大山忠夫：「鉄道車両のブレーキ技術（３）―ブレーキにおける粘着理論（その２）―」、機械の研究、第４８巻、１１号（１９９６）
【非特許文献４】今井一富、大石潔、佐野孝、牧島信吾、保川忍：「電車編成における軸別粘着係数分布のモデル化と空転再粘着制御」、電気学会交通・フィジカルセンサ合同研究会、ＴＥＲ−０９−１（ＰＨＳ−０９−１）、平成２１年２月４日、ｐｐ１−６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上述したように、編成列車の粘着条件は四季を通じて多様に変化するが、どのような粘着条件のときであろうとも、編成列車全体として、加減速制御開始時から常に粘着限界に近いトルクの発生によって加減速性能を極力高める、すなわち粘着力の有効利用が図られることが望まれる。
しかし、現状では前述のようにこのような要求に対して十分応えられているとは言えない。すなわち、予め想定した配分パターンによってトルク配分する方式の場合、想定した空転・滑走を上回る空転・滑走が発生したときは車両全体として必要とするトルクが得られず加減速性能の向上があまり期待できないことである。
【００１５】
また、編成内の各車両の空転・滑走の発生状況に応じて動的に各車両のトルク指令値を変化させる方式の場合、ある制御状態に収斂するとしても収斂するまでの間各車両のトルク指令値が動的に変動するので、乗り心地が悪くなることが想定され、収斂するまでの間および収斂した制御状態が必ずしも粘着力の有効利用が図られた状態になることが保証されないことである。
本発明は上述した点に鑑み創案されたもので、その目的とするところは、常に編成全体として粘着限界値に近いトルクを発生させて粘着力の有効利用を図ることができる列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するため、本発明は、新幹線の営業電車列車におけるＡＴＣブレーキ作動時の各車両の各車軸位置における滑走頻度分布の冬季を含む長期間に亘るデータから、先頭車両を基準にした各車両・各軸位の粘着係数増分データを作成し、先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車で空転・滑走を検知した場合にそのときの接線力係数を推定して、この推定接線力係数と各車両の粘着係数増分データから各車両の接線力係数の上限値を設定し、接線力係数の上限値に対応したトルク指令値の上限値を演算して各車両に割り当てて、編成全体で計画性能が確保できると推定された場合は、後方の車両のトルク指令値を増大させることで前方の車両のトルク低減分を補う。
また、冬季の粘着係数が大きく低下したときのように計画性能が確保できない場合は、各車両に割り当てられた粘着係数の推定値に対応したトルク指令値どおりのトルクを発生するようにして、常に編成全体として粘着限界値に近いトルクを発生させて粘着力の有効利用を図る。
【００１７】
すなわち、本発明においては、次のようにして上記課題を解決する。
（１）電車列車の先頭に位置する電動車または先頭車両に最も近い電動車の電気車制御装置Ｂ１と、該電動車より進行方向後方に位置する電動車の電気車制御装置Ａｊ（ｊ＝２〜ｎ）と、各電動車の各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊ間でデータを伝送する機能を有する列車モニタ・データ伝送システムとを有する、複数の電動車と付随車で構成される電車列車の列車制御装置において、以下のようにして主電動機のトルク制御を行なう。
上記電気車制御装置Ｂ１は、予め設定された先頭車両の粘着係数に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ（ｊ＝２〜ｎ）と、各電気車制御装置Ｂ１、Ａｊが搭載されている電動車の空車質量データＷ０ｊ（ｊ＝１〜ｎ、但しｊ＝１のときは電気車制御装置Ｂ１のデータを意味する、以下同じ）と、当該電動車が空車のときの前記各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊの計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊ（ｊ＝１〜ｎ）とを保持した記憶手段と、電気車制御装置Ａｊから送られてきた応荷重信号データｄＷｊ（ｊ＝２〜ｎ）を受信する手段と、上記電気車制御装置Ｂ１における空転を検知する空転検知手段と、上記空転検知手段による空転検知結果に基づき、各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊで実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ（ｊ＝１〜ｎ）を求めるトルク指令値上限値演算手段と、上記演算結果である実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを上記列車モニタ・データ伝送システムを介して、各電気車制御装置Ａｊに伝送する手段と、電気車制御装置Ｂ１の上記実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔを目標値として主電動機のトルク制御を行なう手段を備える。
上記各電気車制御装置Ａｊは、自車に伝送された上記実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として主電動機のトルク制御を行なう手段を備え、上記電気車制御装置Ｂ１に設けられたトルク指令値上限値演算手段は、上記空転検知手段により空転が検知されないとき、予め設定された当該電車列車の加速性能から算定された期待粘着係数Ｍｕｚ＿ｅｘｐｔを、電気車制御装置Ｂ１，Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）に設定し、上記記憶手段に保持された電気車制御装置Ｂ１、Ａｊの空車質量Ｗ０ｊと、前記応荷重信号ｄＷｊを用いて、前記接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応した実際に発生すべき上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ（ｊ＝１〜ｎ）を求める。
また、上記空転検知手段により空転が検知されたとき、空転検知結果に基づき、電気車制御装置Ｂ１の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を求め、該推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）から電気車制御装置Ｂ１の接線力係数上限値Ｍｕ１ｍａｘを求めるとともに、該推定接線力係数上限値Ｍｕ１ｍａｘと、前記記憶手段に記憶された各電気車制御装置Ａｊの粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊにより各電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝２〜ｎ）を求め、上記接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）と、前記空車質量Ｗ０ｊと、電気車制御装置Ｂ１の応荷重信号ｄＷｊと、前記受信した応荷重信号ｄＷｊ（ｊ＝２〜ｎ）に基づき、上記電気車制御装置Ｂ１，Ａｊのトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）を演算し、また、前記記憶手段に保持された計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、前記応荷重信号ｄＷｊ（ｊ＝１〜ｎ）を用いて、前記各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊの実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊ（ｊ＝１〜ｎ）を演算する。
そして、電気車制御装置Ｂ１に最も近い電気車制御装置Ａ２から最後尾の電気車制御装置Ａｎまでの間の電気車制御装置Ａｋ（ｋ＝２〜ｎ）の各々について、該電気車制御装置Ａｋより前方で電気車制御装置Ａｋに最も近い電気車制御装置Ａｋ−１までの各電気車制御装置の上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘの合計値である第１の合計値Ｔａｕｔｋと、上記計画トルク指令値上限値Ｔａｕｃｊの合計値である第２の合計値Ｔａｕｃｔｋとを求め、上記第１の合計値Ｔａｕｔｋが第２の合計値Ｔａｕｃｔｋ以下のときは、当該電気車制御装置Ａｋの上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）を実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定し、上記第１の合計値Ｔａｕｔｋが第２の合計値Ｔａｕｃｔｋより大きいときは、当該電気車制御装置Ａｋの上記計画トルク指令値Ｔａｕｃｊを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定する。
【００１８】
（２）上記（１）の電気車制御装置および列車モニタ・データ伝送システムにおいて、各電気車制御装置Ａｊに、空転検知手段と、空転検知結果に基づき当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算する推定接線力係数演算手段を設け、また、電気車制御装置Ｂ１に前記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを修正する粘着係数増加量修正手段を設ける。
そして、電気車制御装置Ａｊで空転検知した場合、電気車制御装置Ａｊは、上記推定接線力係数演算手段で上記当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算し、前記列車モニタ・データ伝送システムを介して、前記電車列車の各走行方向の先頭に位置する電動車の電気車制御装置Ｂ１に、前記推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを伝送し、前記電気車制御装置Ｂ１は、前記粘着係数増加量修正手段により、伝送されてきた前記推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを用いて前記電気車制御装置Ｂ１において保持している前記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを修正する。
【００１９】
（３）上記（１）または（２）の列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置において、前記各電動車は、電気車制御装置Ｂ１，Ａｊが制御する電動車で発生すべき空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊ（ｊ＝１〜ｎ）を発生するブレーキ受量器Ｂｒｊ（ｊ＝１〜ｎ）を備え、電気車制御装置Ｂ１は、ブレーキ中に滑走を検知したとき、上記ブレーキ受量器Ｂｒ１から空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を受信し、受信した前記空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１と当該電気車制御装置Ｂ１で制御し発生している電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１とから当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算するブレーキ時接線力係数推定手段と、主電動機のブレーキトルク制御を行うブレーキトルク制御手段を備え、上記各電気車制御装置Ａｊは、トルク指令値上限値演算手段と主電動機のブレーキトルク制御を行うブレーキトルク制御手段を備える。
前記トルク指令値上限値演算手段は、ブレーキ時、空気ブレーキ力と電気ブレーキ力の合計値として上記ブレーキ時接線力係数推定手段により推定された推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）に基づき、各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊで実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ（ｊ＝１〜ｎ）を求め、電気車制御装置Ｂ１のブレーキトルク制御手段は、上記トルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔから自車空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を減算し、この減算結果を目標値として主電動機ブレーキトルク制御を行い、上記各電気車制御装置Ａｊのブレーキトルク制御手段は、ブレーキ時に自車に伝送された上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔから自車空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊを減算し、この減算結果を目標値として主電動機ブレーキトルク制御を行う。
【発明の効果】
【００２０】
本発明においては、以下の効果を得ることができる。
（１）先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車の電気車制御装置において、空転あるいは滑走を最初に検知した時点から、営業電車列車で長期間に亘って計測された各車軸別滑走頻度データを基に算出した先頭車から後方の車両における粘着係数の増大量データと、先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車の接線力係数の推定結果を基に、編成列車内の各電動車で発生すべきトルク指令値を演算して各電動車に指令するようにしたので、編成全体として、良好な乗り心地を保ちつつ粘着力の有効利用が可能となり、電車列車の加減速性能のさらなる向上を図ることができる。
（２）各電気車制御装置に空転検知手段と、空転検知結果に基づき当該電動車の推定接線力係数を演算する推定接線力係数演算手段を設け、また、先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車の電気車制御装置に粘着係数の増加量データを修正する粘着係数増加量修正手段を設け、各電気車制御装置で検知した空転検知結果を、先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車の電気車制御装置に伝送し、粘着係数の増加量データを修正するようにしたので、粘着係数の増加量データを空転検知結果に応じて、適切な値に修正することが可能となる。
（３）ブレーキ時、推定接線力係数に基づき、各電気車制御装置で実際に発生すべきトルク指令値上限値を求め、各電気車制御装置で、主電動機ブレーキトルク制御を行うようにしたので、ブレーキ時にも、編成全体として良好な乗り心地を保ちつつ粘着力の有効利用が可能となり、電車列車の減速性能の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施例の電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図である。
【図２】電気車制御装置が搭載されている電動車における駆動・ブレーキ制御系の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施例における電車列車の先頭の電動車に搭載されている電気車制御装置Ｂ１の詳細ブロック図である。
【図４】本発明の第１の実施例における電気車制御装置Ａｊの詳細ブロック図である。
【図５】空転検知手段の機能を示すブロック図である。
【図６】本発明の第１の実施例における各電気車制御装置で実際に指令すべきトルク指令値上限値の決定方法を示す図である。
【図７】本発明の第１の実施例における各電気車制御装置の制御動作のフローチャート（１）である。
【図８】本発明の第１の実施例における各電気車制御装置の制御動作のフローチャート（２）である。
【図９】本発明の第１の実施例における各電気車制御装置の制御動作のフローチャート（３）である。
【図１０】粘着係数の測定例を示す図である。
【図１１】新幹線電車の編成内車軸別滑走件数データの例を示す図である。
【図１２】式（１１）、（１２）から数値解析によって求めた車軸毎のｋｊσを示した図である。
【図１３】電車列車の走行方向の先頭車の粘着係数（４軸分の平均値）に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数（４軸分の平均値）の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊである。
【図１４】本発明の第２の実施例の電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第３の実施例の電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図である。
【図１６】ブレーキ指令とブレーキパターン、電気ブレーキ力、空気ブレーキ指令の関係を示す図である。
【図１７】接線力係数あるいは接線力のすべり速度に対する一般的な特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、後述の営業電車列車で長期間に亘って計測された各車軸別滑走頻度データを基に算出した先頭車から後方の車両における粘着係数の増大量データを用意し、先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車の電気車制御装置において、空転あるいは滑走を最初に検知した時点から、先頭電動車あるいは先頭車に最も近い電動車の電気車制御装置において空転あるいは滑走を検知したときの接線力係数の推定値をもとに、上記増大量データに基づき、各電気車制御装置におけるトルク指令値上限値を求め、車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送回線を介して各電気車制御装置に対して、トルク指令値上限値を伝送する。
そして、各電気車制御装置で、伝送されてきたトルク指令値上限値を目標値として各電気車制御装置の制御対象範囲の電動機で発生するように制御することで、編成電車列車全体として極力粘着力の有効利用を図って電車列車の加減速性能を向上させる。
【実施例１】
【００２３】
図１は本発明の第１の実施例を実現する電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図、図２は電動車の力行・ブレーキ制御系の概略構成を示すブロック図、図３は本発明の第１の実施例における電車列車の先頭の電動車に搭載されている電気車制御装置Ｂ１の機能ブロック図である。
なお、ここで、図３では電車列車の先頭の電動車に搭載されている電気車制御装置を電気車制御装置Ｂ１として示しているが、先頭列車が電動車でない場合には、該電車列車の先頭車両に最も近い電動車の電気車制御装置が電気車制御装置Ｂ１となる。
また、図４は本発明の第１の実施例における、上記先頭の電動車に続く後続の電動車の電気車制御装置Ａｊの機能ブロック図である。
図５は空転検知手段の動作を説明する図、図６は本発明の第１の実施例における各電気車制御装置で実際に指令すべきトルク指令値上限値の決定方法を説明する図、図７〜図９は本発明の第１の実施例における各電気車制御装置の制御動作のフローチャート、図１０は粘着係数の測定例、図１１は新幹線電車の編成内車軸別滑走件数データの例、図１２は新幹線電車の先頭軸からの軸位別粘着係数分布の計算値、図１３は電車列車の走行方向の先頭車の粘着係数（４軸分の平均値）に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数（４軸分の平均値）の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを示す図である。
【００２４】
図１は本発明の第１の実施例を実現する電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図であり、図１は、先頭車が電動車である場合を示しており電気車制御装置Ｂ１が先頭車両として示され、それより後方の電気車制御装置Ａ２から最後尾の電気車制御装置Ａｎがその後に示されている。先頭車が電動車ではない場合は先頭車に最も近い電動車の電気車制御装置がＢ１となって表示されるが、システムの動作は図１の場合と変わらない。
図１に示すように、本発明の電車列車は、各電動車間で情報を伝送するための車両モニタ・データ伝送システム１を備え、また、先頭の電動車である電気車制御装置Ｂ１と後続の電気車制御装置Ａ２〜Ａｎはそれぞれ電気車制御装置Ｂ１の伝送手段１１、電気車制御装置Ａｊの伝送手段２１を備えており、これにより、電気車制御装置Ｂ１と電気車制御装置Ａ２〜Ａｎは相互にデータ伝送が可能である。
【００２５】
電気車制御装置Ａ２から最後尾の電気車制御装置Ａｎは、自車の空車質量からの乗客による質量の増加分を表す応荷重信号ｄＷ２〜ｄＷｎを車両モニタ・データ伝送システム１の伝送路を介して電気車制御装置Ｂ１に伝送する。
電気車制御装置Ｂ１は、自車を含む各電気車制御装置の空車質量データＷ０ｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、前述の粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ（ｊ＝２〜ｎ）を保有し、このように伝送されてきた応荷重信号データおよび自車の応荷重信号ｄＷ１（ｊ＝１〜ｎ）のデータと、空転検知したときに得られた接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）に基づき、ＣＰＵ等で構成される演算手段１０により、後述するように各種の演算を行い、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを演算する。そして、上記伝送手段１１から車両モニタ・データ伝送システム１を介して、後続の各電気車制御装置Ａｊに伝送する。なお、ここで、ｊ＝１は先頭の電動車である電気車制御装置Ｂ１を指し、ｊ＝２〜ｎは後続の電気車制御装置Ａｊを指すこととする。
電気車制御装置Ｂ１および各電気車制御装置Ａｊは上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに応じて、各電動車のＰＷＭインバータを制御する。
なお、上記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊがどのように算出されたものであるかは、後に詳しく述べる。
【００２６】
以下、図２、図３、図４により、本実施例について詳細に説明する。
図２は電動車の力行・ブレーキ制御系の概略構成を示すブロック図である。
同図に示すように、本実施例の各電動車は、運転士の力行指令と、応荷重信号ｄＷｊに応じてトルク指令値を出力する前記電気車制御装置Ｂ１，Ａｊを備え、力行時、ベクトルコントローラ３１はこのトルク指令を受けてＰＷＭインバータ３２を制御して、電動車の主電動機３３のトルク制御等を行う。
【００２７】
また、ブレーキ指令に応じて電気ブレーキ力と空気ブレーキ力を制御するブレーキ制御装置４０を備える。
ブレーキ制御装置４０は、ブレーキ指令を受信するブレーキ受量器Ｂｒｊを備え、運転士のブレーキ操作が行われると、ブレーキ受量器Ｂｒｊは、電気ブレーキ力に対応したブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔを発生して、電気車制御装置Ｂ１，Ａｊに送信する。
電気車制御装置Ｂ１，Ａｊでは受信したブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔに対応した電気ブレーキ力を発生すべくＰＷＭインバータ３２を制御するとともに、制御の結果発生した電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃｊをブレーキ受量器Ｂｒｊに送信する。
ブレーキ受量器Ｂｒｊでは、上記電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃｊとブレーキ指令から、空気ブレーキで発生すべき空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊを演算して（空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊ＝ブレーキ指令に対応したブレーキ力−電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃｊ となるように演算する）、空気ブレーキ力発生装置４１に送信するとともに、電気車制御装置Ａｊにも送信する。
空気ブレーキ力発生装置では、空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊに対応した空気ブレーキ力を発生すべく圧縮空気ブレーキを制御してこれをブレーキシリンダ４２に送り込み、その結果ブレーキシュー４３が動輪４４の踏面に押し当てられることによって空気ブレーキ力が発生する。
なお、以下に説明する第１、第２の実施例では、力行時における各電気車制御装置の再粘着制御について説明し、ブレーキ時を含む各電気車制御装置における再粘着制御については、第３の実施例で説明する。
【００２８】
図３は電気車制御装置Ｂ１の機能構成を示すブロック図、図４は電気車制御装置Ｂ１に後続する電気車制御装置Ａｊ（ｊ＝２〜ｎ）の機能構成を示すブロック図である。
図３に示すように、電気車制御装置Ｂ１は記憶手段１２を備え、記憶手段１２には、予め、前記した電気車制御装置Ａｊの粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ、計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊ、期待粘着係数Ｍｕｚ＿ｅｘｐｔが保持され、また、自車および他車から送られてきた応荷重信号ｄＷｊ（ｊ＝１〜ｎ）、空車質量Ｗ０ｊ（ｊ＝１〜ｎ）を記憶する。
また、上記記憶手段１２に記憶されたデータと、空転検知手段１４により検出された空転検知結果等に基づき、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを演算するトルク指令値上限値演算手段１３を備える。トルク指令値上限値演算手段１３は前記演算手段１０の一部を構成する。
トルク指令値上限値演算手段１３により求めたトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔは、自車のベクトルコントローラ３１に送信されるとともに、伝送手段１１から車両モニタ・データ伝送システム１を介して後続の電気車制御装置Ａｊに送信される。
【００２９】
また、図４に示すように、電気車制御装置Ａｊは、自車の応荷重信号ｄＷｊを記憶する記憶手段２２を備え、力行指令を受信すると、自車の応荷重信号ｄＷｊを伝送手段２１から車両モニタ・データ伝送システム１を介して電気車制御装置Ｂ１に送信する。そして、電気車制御装置Ｂ１から車両モニタ・データ伝送システム１を介して送信されるトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを伝送手段２１で受信して、自車のベクトルコントローラ３１に送信する。
【００３０】
図３、図４において、電気車制御装置Ｂ１は、運転士の図示しない主幹制御器（マスコン）の操作によって発生した力行指令を受信すると、受信したこの力行指令に対応した記憶手段１２に記憶されている期待粘着係数Ｍｕｚ＿ｅｘｐｔと空車時の計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊ等を取り出す。
電気車制御装置Ｂ１において、空転検知しない場合には、この期待粘着係数Ｍｕｚ＿ｅｘｐｔと空車時の計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊと、応荷重信号ｄＷｊ、空車質量Ｗ０ｊとから実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを演算して、この実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを各電気車制御装置Ａｊに対して指令する。
図４に示す各電気車制御装置Ａｊは、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを受信し、この実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔをベクトルコントローラ３１に渡し、ベクトルコントローラ３１はこの実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを発生すべく、ＰＷＭインバータ３２を制御する。
なお、電気車制御装置Ｂ１およびＡｊでは、電動車１両分の４台の主電動機を一括制御（１Ｃ４Ｍ）するＰＷＭインバータを想定している。
【００３１】
図５は上記空転検知手段１４の動作を説明する図である。同図に示すように、四つの動輪軸のそれぞれの演算軸加速度の平均値を表す平均演算軸加速度が、ある設定された第１の閾値αａを超えた場合に上記した空転検知が行われ、この平均演算軸加速度が、第２の閾値αｂ（ただしαｂ＜αａ）以下である場合には、空転状態にないものと判断する。
またブレーキ時については、四つの動輪軸のそれぞれの演算軸減速度の平均値を表す平均演算軸減速度が、ある設定された第１の閾値βａを超えた場合に滑走検知が行われ、この平均演算軸減速度が、第２の閾値βｂ以下である場合には、滑走状態にないものと判断する。
【００３２】
電気車制御装置Ｂ１において空転が検知されると、空転が検知される度に、空転検知結果に基づき、その時の接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を推定する。
上記接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）は、例えば前記特許文献１、非特許文献１に記載される外乱オブザーバの手法を用いて、制御周期毎に車輪・レール間の接線力に対応した主電動機軸で見たトルクおよび接線力係数を推定することができる。
以下簡単に、接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を求める方法について説明する。
電動車１両には、通常４軸の主電動機で駆動される動軸があり、本実施例では４台の誘導電動機を用いた主電動機を１台のインバータで一括制御することを想定している。しかし、接線力係数の推定には、１動軸モデルを用いる。この１動軸についての運動方程式は、以下の（１）、（２）式で表される。
ここで、Ｊｍ：主電動機軸から見た駆動系全体（動輪、車軸、大歯車、ピニオン、主電動機等) の慣性モーメント、ωｍ：主電動機の回転角速度、τｍ：主電動機トルク、τｃ：主電動機への負荷トルク、Ｒｇ：歯車比、μ（Ｖｓ）：すべり速度Ｖｓのときの接線力係数、Ｗ：動軸の軸重、ｇ：重力加速度、ｒ：動輪半径である。
そして、特許文献１の図１のブロック図で示す外乱オブザーバによって、上記負荷トルクτｃを、以下の（３）式のように推定する。ここに、τ＾ｃ：推定負荷トルク、ｓ：ラプラス演算子、ａ：外乱オブザーバの極（時定数の逆数) である。
（３）式で負荷トルクが推定されたら、以下の（４）式で接線力係数の推定値を求める。以上のように、主電動機トルクτｍと主電動機の回転角速度ωｍを外乱オブザーバへ入力して、推定接線力係数を演算することができる。
【００３３】
【数１】
【００３４】
図５に示す空転検知手段１４によって空転・滑走を検知され、空転（滑走) 検知信号がオンになると、上記のように接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を推定して記憶する。
そして、この推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）と、記憶手段１２に記憶された粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを用いて、次の式により各電気車制御装置Ａｊが搭載されている電動車の接線力係数がこの値を超えることがない値であることを意味する接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘを算出する。
Ｍｕｊｍａｘ＝Ｍｕｊ（Ｂ１）＋ｄＭｕｊ（ｊ＝１，２，…，ｊ，…ｎ）
ここで、ｄＭｕｊ∈ＤｅｌｔａＭｕｊである。
そして、この値と空車質量Ｗ０ｊ、応荷重信号データｄＷｊを用いて各電気車制御装置Ａｊにおいて発生すべき「実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ」を演算する。
なお、この値の算出方法については、図６〜図９を用いて後で詳述する。
そして、この実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを電気車制御装置Ｂ１からＡｊに伝送し、図２に示すように、各電気車制御装置ＡｊはこのＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として主電動機のトルク制御を行う。
【００３５】
次に、図６と図７〜図９を用いて、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔの算出方法について詳述する。なお、図６は前述の通り、各電気車制御装置で実際に指令すべきトルク指令値上限値の決定方法を説明する図、図７〜図９は、電気車制御装置Ｂ１とその他の電気車制御装置Ａｊの制御動作を示すフローチャートである。
図７〜図９において、［ステップＳ１０１］で、前述のように各電気車制御装置Ａｊが自車の応荷重信号ｄＷｊを電気車制御装置Ｂ１に伝送する。
電気車制御装置Ｂ１では、［ステップＳ１０２］に示すように記憶手段１２に、電車列車の先頭車両の粘着係数に対する進行方向後方に位置する電動車の粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊと、自車を含む各電気車制御装置が搭載されている電動車の空車質量データＷ０ｊを保有している。
［ステップＳ１０３］で、電気車制御装置Ｂ１であるのか否かの判定を行い、電気車制御装置Ｂ１でない場合には処理を終了する。また、電気車制御装置Ｂ１である場合には、［ステップＳ１０４］で、空転検知をしたか否かの判定を行う。
【００３６】
（１）空転検知をしない場合
全く空転検知しないか前回の空転検知した時点からある時間以上経過した場合には空転検知がないと判断して、［ステップＳ１１７］の処理を行う。
すなわち、まず車両の計画加速性能を実現するために必要な粘着係数である期待粘着係数Ｍｕｚ＿ｅｘｐｔを、接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに設定する。
そして、各電気車制御装置Ａｊの空車質量Ｗ０ｊと応荷重信号ｄＷｊを用いて、接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応した実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを演算する。同様に、電気車制御装置Ｂ１において実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔを求める。
実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔが求まったら、［ステップＳ１１５］に行き、算出されたトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを、各電気車制御装置Ａｊに伝送する。
【００３７】
ここで、接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘと、応荷重信号ｄＷｊと空車質量Ｗ０ｊからトルク指令値上限値は以下のようにして算出される。
前述の（２）式は、車輪・レール間の接線力係数と負荷トルクとの関係を表しており、各電気車制御装置Ａｊでは、当該電動車の粘着係数に非常に近い接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応したトルクである実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを各電動機で発生することを目標として、電動機制御を行う。
そこで、当該電動車の空車質量Ｗ０ｊと乗客による質量の増加分を表す応荷重信号ｄＷｊとから動軸の実際の質量ＷをＷ＝空車質量（１軸当たり）Ｗ０ｊ＋応荷重信号ｄＷｊによって求め、前記（２）式を用いてトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを、以下の（５）式で演算する。
Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ＝Ｍｕｊｍａｘ×（空車質量Ｗ０ｊ＋応荷重信号ｄＷｊ）×ｇ×ｒ/ Ｒｇ…（５）
【００３８】
（２）空転検知をした場合
［ステップＳ１０４］において電気車制御装置Ｂ１が空転検知した場合には、［ステップＳ１０５］にいき、空転検知結果に基づき自車の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算し、これを自車の接線力係数上限値Ｍｕ１ｍａｘとして設定する。
そして、［ステップＳ１０６］で、この推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）と粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊのうち電気車制御装置Ａｊに対応する粘着係数の増加量データｄＭｕｊを加算して、各電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘを算出する（ここでｊ＝２〜ｎ）。
つぎに［ステップＳ１０７］で、各電気車制御装置Ａｊの空車質量Ｗ０ｊと応荷重信号ｄＷｊを用いて、接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応した各電気車制御装置Ａｊのトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを演算する。また、その際、電気車制御装置Ｂ１のトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘも演算される。
【００３９】
［ステップＳ１０８］では、記憶手段１２に記憶された列車が空車のときの電気車制御装置Ａｊの計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊと応荷重信号ｄＷｊを用いて、電気車制御装置Ａｊの実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊが演算される。また、電気車制御装置Ｂ１の実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃ１も演算される。
つぎに［ステップＳ１０９］において、電気車制御装置Ｂ１の後方で、これに最も近い電気車制御装置Ａ２から最後尾の電気車制御装置Ａｎまでの各電気車制御装置Ａｊについて、以下の（６）式と（７）式によって、トルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｊ−１）と実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｊ−１）を演算する。
【００４０】
【数２】
【００４１】
そして、［ステップＳ１１０］においてｊ＝２からｎまでのｊのそれぞれについて、Ｔａｕｔ（ｊ−１）とＴａｕｃｔ（ｊ−１）の比較を行う。
そして、Ｔａｕｔ（ｊ−１）がＴａｕｃｔ（ｊ−１）より小さいか等しい場合、［ステップＳ１１１］に行き、以下の（８）式に示すように、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定する。
Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ＝Ｔａｕｊｍａｘ…（８）（ｊ＝２，３，・・・ｎ）
また、Ｔａｕｔ（ｊ−１）がＴａｕｃｔ（ｊ−１）より大きい場合［ステップＳ１１２］に行き、（９）式に示すように、計画トルク指令値Ｔａｕｃｊを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定する。
Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ＝Ｔａｕｃｊ…（９）（ｊ＝２，３，・・・ｎ）
【００４２】
以上の［ステップＳ１１０］、［ステップＳ１１１］、［ステップＳ１１２］の処理をｊ＝２からｎまで行う（［ステップＳ１１３］〜［ステップＳ１１４］）。このようにして設定した実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔは、［ステップＳ１１５］で電気車制御装置Ｂ１を含めた各電気車制御装置Ａｊに伝送される。
［ステップＳ１１６］において、このように実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを受信した電気車制御装置Ｂ１を含めた各電気車制御装置Ａｊは、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として、各電気車制御装置Ａｊの制御対象範囲の主電動機（４台の主電動機）のトルク制御を行う。
【００４３】
以上説明した空転を検知した場合において、各電気車制御装置Ａｊに実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを割り当てる処理について、再度図６によって説明する。
先頭車（電気車制御装置Ｂ１）の粘着係数は、季節によって大きく変化する。夏季のように外気温が高い場合は粘着係数が高く、冬季のように外気温が低い場合は、大きく粘着係数が低下する。
図６（ａ）（ｂ）は、このような粘着係数の変化に対して、「実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ」の割り当て状況を示したものであり、図６（ａ）は粘着係数が高い場合の各電動車における「実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ」の割り当て状況を示し、図６（ｂ）は粘着係数が低い場合の各電動車における「実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ」の割り当て状況を示す。
なお、同図は説明を簡略にするために、先頭の１号車から全ての車両が電動車の場合を表している。実際には、先頭車が電動車ではない場合や、途中の車両にも付随車が混在する場合の方が多いが、同様の考え方で説明することができる。
【００４４】
まず、粘着係数が高い図６（ａ）の場合について説明する。
図６（ａ）のＣ１に注記されているように、先頭車（電気車制御装置Ｂ１）が空転検知すると、トルク指令値上限値演算手段１３は、そのときの推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算し、このＭｕｊ（Ｂ１）をもとに、先頭車からの位置に対する粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを基に、電気車制御装置Ｂ１を含む電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝１，２，・・・ｎ）を演算する。
そして、各電動車の空車質量と応荷重信号データを用いて、各電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応したトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを算出する（図６（ａ）のＣ２に注記した曲線Ａ）。
つぎに、列車が空車のときの電気車制御装置Ａｊの計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊと応荷重信号ｄＷｊを用いて、計画加速性能を実現するために実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊ（ここにｊ＝１，２，・・・ｎ）を求める（図６（ａ）の注記Ｃ３）。
そして、電気車制御装置Ｂ１の実際に発生すべきトルク指令値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔとして、トルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘを設定する。
【００４５】
つぎに、ｊ＝２，３，・・・ｎである電気車制御装置Ａｊの実際に発生すべきトルク指令値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔは、以下のようにして演算する。
前述の（６）式と（７）式によって、ｊ−１番目の電気車制御装置Ａｊ−１までのトルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｊ−１）と実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｊ−１）を演算する。
そして、各電気車制御装置Ａｊについて、トルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｊ−１）と実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｊ−１）の大小比較を行う。
そして、トルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｊ−１）が実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｊ−１）より小さい間は、電気車制御装置Ａｊの実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを割り当てる。
やがて、トルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｊ−１）が実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｊ−１）に等しいか大きくなると、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして、実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊを割り当てる。
【００４６】
図６（ａ）の例では、先頭車における計画加速性能を実現するうえで不足となるトルク量の不足分合計値（Ｔａｕｃ１−Ｔａｕ１ｍａｘ）より、２号車、３号車の実際のトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘと計画トルク指令値Ｔａｕｃｊの差分の合計値［（Ｔａｕ２ｍａｘ−Ｔａｕｃ２）＋（Ｔａｕ３ｍａｘ−Ｔａｕｃ３）］が大きい。
したがって、３号車までは、実際に発生すべきトルク指令値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔとしてトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを割り当て、それ以降の号車については、実際に発生すべきトルク指令値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔとして計画トルク指令値Ｔａｕｃｊを割り当てている。
【００４７】
上記のように実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを割り当てることになるのは、図６（ａ）に示すように粘着係数が比較的高い場合で、この場合はトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘの編成全体での平均値が、計画加速性能を実現するために実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊの平均値より大きくなる。
このような場合は、当初、電気車制御装置Ｂ１、Ａ２、・・・Ａｊ−１については、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘが実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊより小さいので、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとしては、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを割り当てる必要がある。
やがてトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘが実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊより大きくなるが、その場合には、トルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｊ−１）が実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｊ−１）に等しいか大きくなるまでトルク指令値上限値ＴａｕｊｍａｘをＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして割り当て、それ以降の電気車制御装置については、計画加速性能を実現するために実際に指令すべき計画トルク指令値ＴａｕｃｊをＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして割り当てる。
このように実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを割り当てることによって、編成列車全体として、計画加速性能を実現できるＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを割り当てることができる。
【００４８】
次に、粘着係数が低い図６（ｂ）の場合について説明する。
粘着係数が非常に低い場合には、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘの編成全体での平均値が、計画加速性能を実現するために実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊの平均値より大きくなることがない状態となる。
この場合は、図６（ｂ）に示すように、電気車制御装置Ｂ１を含む各電気車制御装置Ａｊでは、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして割り当てることになる。
すなわち、前記したように先頭車（電気車制御装置Ｂ１）が空転検知すると、電気車制御装置Ｂ１を含む電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝１，２，・・・ｎ）を演算する。そして、各電動車の空車質量と応荷重信号データを用いて、各電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応したトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを算出する。また、列車が空車のときの電気車制御装置Ａｊの計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊと応荷重信号ｄＷｊを用いて、計画加速性能を実現するために実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊ（ここにｊ＝１，２，・・・ｎ）を求める。
そして、例えば前述した（５）式と（６）式によって、電気車制御装置Ａｎまでのトルク指令値上限値の合計値Ｔａｕｔ（ｎ）と実際に指令すべき計画トルク指令値の合計値Ｔａｕｃｔ（ｎ）を演算し、Ｔａｕｔ（ｎ）がＴａｕｃｔ（ｎ）に満たない場合、上記のようにトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして割り当てる。
【００４９】
つぎに、前述の、電車列車の先頭車両の粘着係数に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ（図１３参照）の、算出方法について述べる。
図１０は前記非特許文献２に記載されている、在来線電車、新幹線電車における粘着係数の測定例を示している。
前述のごとく、粘着係数はレール面上に存在する水膜の温度によって大きく変化すことが知られている。外気温が高い夏季などにおいては水膜の温度が高いので、粘着係数は高くなる。これに対して、外気温が非常に低くなる冬季においては、粘着係数が非常に低くなることはしばしば経験するところである。
図１０の新幹線９５１型試験電車の測定例は、外気温が低い時期に測定されたものと考えられ、新幹線電車の粘着係数測定例の中で、ほぼ下限値に対応しているものと思われる。この図中に記載されている新幹線の計画粘着係数μ0 （Ｖｔ）は、（１０）式で表されるが、新幹線において列車をＡＴＣ（自動列車制御）システムによって減速させるときに使用される常用最大ブレーキ（ＡＴＣブレーキと称されている）において、ブレーキ力は基本的にはこの計画粘着係数に対応したブレーキ力となるように制御されている。ここに、列車速度Ｖｔは（ｋｍ／ｈ）で表されている。
【００５０】
【数３】
【００５１】
図１１は前記非特許文献３に記載されている、新幹線の営業電車における、冬季を含む長期間に亘って測定された滑走頻度データを、先頭軸からの各車軸の位置、先頭車両から後方の車両の位置に対して整理して、頻度データとして棒グラフで表したものである。
図１０の新幹線電車の粘着係数データを見ると、計画粘着係数を平均値としてこれの上下に測定値がバラついていると見なすことができる。そこで、この分布を正規分布とみなして、標準偏差σを求めると、０．０１２程度となる。
つぎに、図１１の新幹線電車の車軸別滑走件数のデータにおいて、先頭車両（１号車）４軸の滑走件数の平均値ｆｒａｖｇは、（１１）式の関係で表されると仮定し、先頭車両１軸目からｊ番目の車軸の滑走件数の平均値ｆｒｊは、（１２）式の関係で表すことができると仮定する。
なお、粘着係数はマイナスになることはないので、積分範囲はｘ≧０からとすべきであるが、正規分布と仮定している関係で、ｘを−∞からとしている。ｘ≧０からと値は殆ど変わらない。
【００５２】
【数４】
【００５３】
ここで、ｋｊは、先頭からｊ番目の軸の平均粘着係数が先頭車両の平均粘着係数μ0 （Ｖｔ）に対して、プラス側に標準偏差σのｋｊ倍だけシフトしているとみなすときの係数である。以上のように仮定するのは、前述のように新幹線電車のＡＴＣブレーキ力が計画粘着係数に対応したブレーキ力に制御されていることから来ている。
これらの式から数値解析によって求めた車軸毎のｋｊσを図にしたものが図１２である。ばらつきがあるため平滑化を行い、先頭車両４軸のｋｊσの平均値が零になるように補正したものが、（１３）式であり、図１２中の近似値（計算値）はこの式で軸位ごとに計算したものである。
ｋｊσ＝０．００８３ｌｎ（ｊ）−０．００６６…（１３）
【００５４】
図１２および（１３）式は新幹線電車についてのものであるが、在来線電車の場合には、過去に測定された粘着係数データでは、速度の増大とともに新幹線電車の粘着係数との差が大きくなっていくので（新幹線電車の方が低くなる）、（１３）式をその分補正して、電車列車の先頭車両の粘着係数に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊとして使用する。
図１３は、このようにして求められる粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊの一例である（新幹線のデータをもとに作成した、補正前のものである）。
【００５５】
以上に述べた方法で求められた、電車列車の先頭車両の粘着係数に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを用いて、先頭車の電気車制御装置Ｂ１で空転検知したときに推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算して、この推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）をもとに、後続の電気車制御装置Ａ２からＡｎにおいて発生すべきトルクの上限値（当該電動車で発生すべき最適値に相当している）が、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして各電気車制御装置Ａｊに送信されてくる。そのため、各電気車制御装置ＡｊではこのＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として、主電動機のトルク制御を行うことによって、時々刻々粘着係数が変化しても、常にそのときの各電気車制御装置が搭載されている電動車の粘着係数に非常に近い接線力係数に対応したトルクを当該電動車で発生することができるので、制御開始時から、常に編成全体として粘着力の有効利用が図れることになる。
【００５６】
実際には以上のように制御される場合であっても、粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ作成のもととなった、新幹線電車の粘着係数や滑走件数の実測値には、バラツキが存在するので、上記のように演算された実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを指令しても、そのときの実際の粘着係数がＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに対応した接線力係数より小さいために空転が発生することが想定されるが、その場合であっても、前述の非特許文献１に記載の再粘着制御機能を各電気車制御装置が搭載していてこれによって再粘着制御を行えば、良好な乗り心地を維持しつつ、各電気車制御装置では９５（％）程度の粘着力の利用率を実現することは可能である。
また、そのときの実際の粘着係数がＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに対応した接線力係数より空転検知しない程度に小さい場合は、空転検知した場合の再粘着させるためのトルクの引き下げが行われないため、９５（％）よりさらに高い粘着力の利用率が実現できる。
【００５７】
これに対して、そのときの実際の粘着係数がＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに対応した接線力係数より大きい場合については、その差があまり大きくない場合には、空転が発生しないので同様に、高い粘着力の利用率が得られる。
しかしその差が非常に大きいと空転の発生はないものの、粘着力の利用率が低下することになるが、粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊの作成時に、このような状態にならないようにデータ作成で配慮可能であるので、そのような事態は殆ど発生することはないと考えている。
【００５８】
以上に述べたように、本発明の第１の実施例によって、主電動機のトルク制御開始時点から、粘着係数が時々刻々変化しても、良好な乗り心地を維持しつつ、常に編成全体として粘着力の有効利用が図れることになる。
なお、以上の説明では、先頭車両が電動車である場合について述べたが、電動車が編成列車の中間にある場合でも、同様の作用と効果が期待できるのはいうまでもない。また、各電気車制御装置が４台の主電動機を一括制御する場合について説明を行ったが、このような駆動システムに限定される必要はなく、前述の粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊは軸位別のデータをもとに作成しているので、１台のインバータで１台の主電動機を駆動する１Ｃ１Ｍ（個別制御）の駆動方式の場合や、１台のインバータで２台の主電動機を駆動する１Ｃ２Ｍ（台車制御）の駆動方式の場合にも、同様に適用することが可能である。
【実施例２】
【００５９】
図１４は本発明の第２の実施例を実現する電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図である。同図は、前記図１と異なる箇所についてのみ示したものである。
本実施例においては、電気車制御装置Ｂ１のすぐ後ろにある電気車制御装置Ａ２から最後の電気車制御装置Ａｎにそれぞれ空転検知手段２５と、推定接線力係数演算手段２３を有する演算手段２０を設け、各電気車制御装置Ａｊで空転検知した場合、各電気車の推定接線力係数演算手段２３で推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算して、電気車制御装置Ｂ１に伝送し、電気車制御装置Ｂ１に設けた粘着係数増加量データ修正手段１５で、前記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを修正するようにしたものである。
その他の構成、動作は前記第１の実施例と同様であり、電動車の力行・ブレーキ制御系、電気車制御装置Ｂ１、先頭の電動車に続く後続の電動車の電気車制御装置Ａｊの構成等は、図２−図４に示したものと同様である。
したがって、ここでは、上記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊの修正についてのみ説明する。
【００６０】
各電気車制御装置Ａｊの空転検知手段２５で空転検知されると、各電気車制御装置Ａｊの推定接線力係数演算手段２３は、推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算する。この新たに演算した推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗは、伝送手段２１から車両モニタ・データ伝送システム１を介して電気車制御装置Ｂ１に伝送される。
各電気車制御装置Ａｊから、新たに演算した推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを受信した電気車制御装置Ｂ１では、この推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを用いて、粘着係数増加量データ修正手段１５により、保有している粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを修正する。
【００６１】
この粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊの修正は、以下の方法で行う。
各電気車制御装置Ａｊにおいて、図５で説明したように空転検知する毎に、前記したように推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算して、電気車制御装置Ｂ１に車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路１を介して伝送する。
電気車制御装置Ｂ１では、Ｍｕｊ＿ｎｅｗを受信した時点における先頭車Ｂ１の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を求め、この推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）と伝送されてきたＭｕｊ＿ｎｅｗと電気車制御装置Ａｊの位置から、電気車制御装置Ａｊが属する車両の先頭車からの号車番号ｊに対応した粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ＿ｎｅｗ（Ｎ＿ｎｔｒ＿ｊ）を演算して蓄積する。
ここにＮ＿ｎｔｒ＿ｊは、号車番号ｊに対応した新たに蓄積された粘着係数増加量データの数を表している。
【００６２】
そして、数駅間走行後の上記粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ＿ｎｅｗ（Ｎ＿ｔｒｎ＿ｊ）のデータ数Ｎ＿ｔｒｎ＿ｊがある最小値Ｎ＿ｍｉｎ以上となったときに、新たに得られた先頭車からの号車番号ｊの粘着係数増加量データの平均値ＤｅｌｔａＭｕｊ＿δ＿ａｖｒを、以下の（１４）式によって演算する。
そして、この新たに得られた先頭車からの号車番号ｊの粘着係数増加量データの平均値ＤｅｌｔａＭｕｊ＿δ＿ａｖｒと電気車制御装置Ｂ１で保有している粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊとから、以下の（１５）式で与えられるＤｅｌｔａＭｕｊ＿ｍｏｄを新たなＤｅｌｔａＭｕｊに設定する。
【００６３】
【数５】
【００６４】
ここに、Ｎｚ＿ｊは、元の粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊの作成に用いられたデータ数である。
そして、このように修正した粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを用いて前記第１の実施例で説明した制御を行うことによって、粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊがそのときの車両の状態により適合したものとなることで、編成全体として粘着力の有効利用を図るための制御性能がより向上することが期待できる。
なお、上記の粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊの修正は、数駅間走行後に新しく作成された粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ＿ｎｅｗ（Ｃａｒ＿ｊ）のデータ数が最小値Ｎ＿ｍｉｎ以上となった時点から、粘着係数増加量データが新たに作成される毎に行ってもよいが、このための計算負荷の著しい増大を抑制するために、データ数が例えばある数Ｎ＿ａｒｇ増える毎に行うようにしてもよい。
【実施例３】
【００６５】
以上説明した第１、第２の実施例では、力行時における各電気車制御装置の再粘着制御について説明したが、以下に説明する第３の実施例では、ブレーキ時を含む各電気車制御装置における再粘着制御について説明する。
ここで、電車のブレーキシステムでは、実際に発生している電気ブレーキ力と空気ブレーキ力を合計したブレーキ力が、運転士の指令したブレーキ指令に対応したブレーキ力になるように制御が行われる。最近のインバータ制御電車では、電力回生ブレーキが用いられているが、この電力回生ブレーキは、電動車で発生した電力回生エネルギーを当該電車の近くに在線する力行している電車で消費することを前提としており、実際に発生する電気ブレーキ力は、絶えず変動する。
そのため、実際に発生する電気ブレーキ力を常に把握しながら、不足するブレーキ力を空気ブレーキ力で補足している。
このようなブレーキシステムにおいて、ブレーキ時に滑走した場合は、力行時の再粘着制御と同様に、主電動機で発生するブレーキトルクの制御によって再粘着させる。これは、空気ブレーキの応答速度が電気ブレーキ力の応答速度に比べて非常に遅いく、空気ブレーキでは、良好な制御性能がえられないためである。
【００６６】
図１５は本発明の第３の実施例を実現する電気車制御装置と車両モニタ・データ伝送システムのデータ伝送路の概要を示すブロック図である。
本実施例において、各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊでは、第１の実施例で説明した力行時の再粘着制御を行うほかに、ブレーキ時についても力行時と同様の制御を行う。
なお、力行時の再粘着制御についての構成、動作は前記第１の実施例と同様であり、電動車の力行・ブレーキ制御系、電気車制御装置Ｂ１、先頭の電動車に続く後続の電動車の電気車制御装置Ａｊの構成等は、基本的に図２−図４に示したものと同様である。
【００６７】
本実施例においては、図１５に示すように、電気車制御装置Ｂ１の演算手段１０にブレーキトルク制御手段１６を設けるとともに、電気車制御装置Ａｊの演算手段２０に、ブレーキトルク制御手段２４を設け、ブレーキ受量器Ｂｒｊから与えられる空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊを電気車制御装置Ａｊの上記ブレーキトルク制御手段２４に送信するように構成し、ブレーキトルクを制御するように構成したものである。
電気車制御装置Ｂ１では、上記ブレーキトルク制御手段１６に当該電気車制御装置Ｂ１に搭載されているブレーキ受量器Ｂｒ１から、空気ブレーキ装置で発生すべきブレーキ力の指令値を意味する空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を常時入力し、滑走が検知されたとき、演算手段１０は、この時の空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１と、電気車制御装置Ｂ１で制御し発生している電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１とから、当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算する。
【００６８】
すなわち、滑走検知したとき、この時点において実際に発生している電気ブレーキ力と空気ブレーキ力を用いて電気車制御装置Ｂ１での接線力を推定することができる。
ここで、電気車制御装置Ｂ１では電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１は把握できるが、この時点の実際に発生している空気ブレーキ力については把握することができない。そこで、図１５に示すように、ブレーキ受量器Ｂｒ１から入力される空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を用いる。そして、電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１と空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１が動輪周上のブレーキ力を表している場合、以下の（１６）式を用いて推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算する。ここで、Ｗ０１：電気車制御装置Ｂ１が搭載されている電動車の空車質量（１軸当たり) 、ｄＷ１：電気車制御装置Ｂ１が搭載されている電動車の応荷重信号（１軸当たり) である。
【００６９】
【数６】
【００７０】
上記推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）に基づき、前記第１の実施例で説明したように、各電気車制御装置Ａｊ（ｊ＝１〜ｎ）の前述の実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを演算し、このトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを空気ブレーキ力と電気ブレーキ力の合計値として、各電気車制御装置Ａｊに伝送する。
電気車制御装置Ｂ１から実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを受信した各電気車制御装置Ａｊのブレーキトルク制御手段２４は、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔから、自車のブレーキ受量器Ｂｒｊから入力した空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊを減算し、これを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定しなおす。
そしてこの設定しなおした実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として主電動機のブレーキトルク制御を行う。
電気車制御装置Ｂ１においても、同様に、ブレーキトルク制御手段１６により、実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔから自車のブレーキ受量器Ｂｒ１から入力した空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を減算し、これを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔに設定しなおす。
以上の制御によって、ブレーキ時においても、力行時と同様に編成列車全体として、粘着力の有効利用を図った再粘着制御が実現できることになる。
【００７１】
以下、上記ブレーキ時の再粘着制御についてさらに詳述する。
図１６に示すように、運転士のブレーキ操作に対応したブレーキ指令を、電気車制御装置Ａｊに搭載されている電動車のブレーキ制御装置の中のブレーキ受量器Ｂｒｊが受信する。なお、これは、ブレーキ受量器Ｂｒ１、…Ｂｒｊ、…Ｂｒｎの全てのブレーキ受量器において、同じ動作をする。
ブレーキ指令を受信したブレーキ受量器Ｂｒｊでは、前述した図２で説明したように、ブレーキ指令に対応したブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔを発生し、これを電気車制御装置Ａｊに伝送する。
図１６（ｂ）に示すブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔは、電気ブレーキと空気ブレーキによるトータルの発生すべきブレーキ力を表している。電気車制御装置Ａｊでは、このブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔを目標値として主電動機のトルク制御を行うが、前述したように電力回生ブレーキによる電気ブレーキ力は絶えず変動し、図１６（ｃ）に示すように、目標値を下回ることがよく発生する。
【００７２】
そのため電気車制御装置Ｂ１は実際に発生している電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１をブレーキ受量器Ｂｒ１に送信して、不足するブレーキ力を空気ブレーキで補足するように促す。ブレーキ受量器Ｂｒ１では、ブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔが示すトータルの発生すべきブレーキ力から実際に発生している電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１を減算したブレーキ力を、空気ブレーキ指令として空気ブレーキ力発生装置４１に送信する。
空気ブレーキ力発生装置４１では、この空気ブレーキ指令に対応した空気ブレーキ力を発生すべく、圧縮空気をブレーキシリンダに送り込んで、必要な空気ブレーキ力を発生する。そのため、図１６（ｄ）に示すように、電気ブレーキ力の不足分の空気ブレーキ力が発生する。また、上記の空気ブレーキ指令は、前述したように接線力係数を推定する目的のために電気車制御装置Ｂ１にも送信される。
【００７３】
以上のように、不足するブレーキ力をブレーキ受量器Ｂｒ１で演算するために、電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１がブレーキ受量器Ｂｒ１に送信され、ブレーキ受量器Ｂｒ１で演算した補足すべき空気ブレーキ力である空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を電気車制御装置Ｂ１で受信する。
そして、電気車制御装置Ｂ１では、推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算し、このＭｕｊ（Ｂ１）と粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊをもとに、各電気車制御装置Ａｊが搭載されている電動車での接線力係数の上限値である接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘを演算する。
そして、この接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘを基に、電気車制御装置Ｂ１では、第１の実施例で説明したように、トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを演算する。このトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔは、電気車制御装置Ａｊが搭載されている電動車で電気ブレーキと空気ブレーキを用いて発生すべきブレーキトルクを表している。
電気車制御装置Ｂ１では、このトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔから、空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を減算したものを新たにトルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔとして設定し直して、この新たに設定したＴａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔを目標値として電動機のブレーキトルク制御を行う。
また、このようにして演算した実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔは、電気車制御装置Ｂ１から各電気車制御装置Ａｊに送信される。
【００７４】
電気車制御装置Ａ２〜Ａｎでは、電気車制御装置Ｂ１から、電気ブレーキと空気ブレーキを合算したトータルの発生すべきブレーキトルクの意味合いを持つ上記実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを受信すると、この信号を受信した電気車制御装置Ａｊが搭載されている電動車での空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊをブレーキ受量器Ｂｒｊから受信して、上記実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔから、空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊを減算したものを新たにトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔとして設定し直して、この新たに設定したＴａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として電動機のブレーキトルク制御を行う。
なお、電気車制御装置Ｂ１以外の各電気車制御装置Ａ２〜Ａｎにおいても、電気車制御装置Ｂ１と同様、ブレーキ受量器Ｂｒ２〜Ｂｒｎから電気車制御装置Ａ２〜Ａｎに対してブレーキパターンＢｒ＿ｐａｔが送信されるが、電気車制御装置Ｂ１からの実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを受信していることを条件として、この通常動作は抑制される。
【符号の説明】
【００７５】
１ 車両モニタ・データ伝送システム
１０，２０ 演算手段
１１，２１ 伝送手段
１２，２２ 記憶手段
１３ トルク指令値上限値演算手段
１４，２５ 空転検知手段
１５ 粘着係数増加量データ修正手段
１６，２４ ブレーキトルク制御手段
２３ 推定接線力係数演算手段
３１ ベクトルコントローラ
３２ ＰＷＭインバータ
３３ 主電動機
４０ ブレーキ制御装置
４１ 空気ブレーキ力発生装置
４２ ブレーキシリンダ
４３ ブレーキシュー
４４ 動輪
Ｂ１，Ａ２〜Ａｎ（Ａｊ） 電気車制御装置
Ｂｒｊ ブレーキ受量器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電車列車の先頭に位置する電動車または先頭車両に最も近い電動車の電気車制御装置Ｂ１と、該電動車より進行方向後方に位置する電動車の電気車制御装置Ａｊ（ｊ＝２〜ｎ）と、各電動車の各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊ間でデータを伝送する機能を有する列車モニタ・データ伝送システムとを有する、複数の電動車と付随車で構成される電車列車の列車制御装置であって、
上記電気車制御装置Ｂ１は、予め設定された先頭車両の粘着係数に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ（ｊ＝２〜ｎ）と、各電気車制御装置Ｂ１、Ａｊが搭載されている電動車の空車質量データＷ０ｊ（ｊ＝１〜ｎ、但しｊ＝１のときは電気車制御装置Ｂ１のデータを意味する、以下同じ）と、当該電気車が空車のときの前記各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊの計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊ（ｊ＝１〜ｎ）とを保持した記憶手段と、
電気車制御装置Ａｊから送られてきた応荷重信号データｄＷｊ（ｊ＝２〜ｎ）を受信する手段と、
上記電気車制御装置Ｂ１における空転を検知する空転検知手段と、
上記空転検知手段による空転検知結果に基づき、各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊで実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ（ｊ＝１〜ｎ）を求めるトルク指令値上限値演算手段と、
上記演算結果であるトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを上記列車モニタ・データ伝送システムを介して、各電気車制御装置Ａｊに伝送する手段と、
電気車制御装置Ｂ１の上記トルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔを目標値として主電動機のトルク制御を行なう手段を備え、
上記各電気車制御装置Ａｊは、自車に伝送された上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として主電動機のトルク制御を行なう手段を備え、
上記電気車制御装置Ｂ１に設けられたトルク指令値上限値演算手段は、
上記空転検知手段により空転が検知されないとき、予め設定された当該電車列車の加速性能から算定された期待粘着係数Ｍｕｚ＿ｅｘｐｔを、電気車制御装置Ｂ１，Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）に設定し、
上記記憶手段に保持された電気車制御装置Ｂ１、Ａｊの空車質量Ｗ０ｊと、前記応荷重信号ｄＷｊを用いて、前記接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応した実際に発生すべき上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを求め、
上記空転検知手段により空転が検知されたとき、
空転検知結果に基づき、電気車制御装置Ｂ１の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を求め、該推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）から電気車制御装置Ｂ１の接線力係数上限値Ｍｕ１ｍａｘを求めるとともに、該推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）と、前記記憶手段に記憶された各電気車制御装置Ａｊの粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊにより各電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝２〜ｎ）を求め、
上記接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）と、前記空車質量Ｗ０ｊと、電気車制御装置Ｂ１の応荷重信号ｄＷ１と、前記受信した応荷重信号ｄＷｊ（ｊ＝２〜ｎ）に基づき、上記電気車制御装置Ｂ１，Ａｊのトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを演算し、
また、前記記憶手段に保持された計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、前記応荷重信号ｄＷｊ（ｊ＝１〜ｎ）を用いて、前記各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊの実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊ（ｊ＝１〜ｎ）を演算し、
電気車制御装置Ｂ１に最も近い電気車制御装置Ａ２から最後尾の電気車制御装置Ａｎまでの間の電気車制御装置Ａｋ（ｋ＝２〜ｎ）の各々について、該電気車制御装置Ａｋより前方で電気車制御装置Ａｋに最も近い電気車制御装置Ａｋ−１までの各電気車制御装置の上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘの合計値である第１の合計値Ｔａｕｔｋと、上記計画トルク指令値上限値Ｔａｕｃｊの合計値である第２の合計値Ｔａｕｃｔｋとを求め、 上記第１の合計値Ｔａｕｔｋが第２の合計値Ｔａｕｃｔｋ以下のときは、当該電気車制御装置Ａｋの上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）を実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定し、
上記第１の合計値Ｔａｕｔｋが第２の合計値Ｔａｕｃｔｋより大きいときは、当該電気車制御装置Ａｋの上記計画トルク指令値Ｔａｕｃｊを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定する
ことを特徴とする列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置。
【請求項２】
各電気車制御装置Ａｊに、空転検知手段と、空転検知結果に基づき当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算する推定接線力係数演算手段を設け、
また、電気車制御装置Ｂ１に前記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを修正する粘着係数増加量修正手段を設け、
電気車制御装置Ａｊで空転検知した場合、電気車制御装置Ａｊは、上記推定接線力係数演算手段で上記当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算し、
前記列車モニタ・データ伝送システムを介して、前記電車列車の各走行方向の先頭に位置する電動車の電気車制御装置Ｂ１に、前記推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを伝送し、
前記電気車制御装置Ｂ１は、前記粘着係数増加量修正手段により、伝送されてきた前記推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを用いて前記電気車制御装置Ｂ１において保持している前記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを修正する
ことを特徴とする列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置。
【請求項３】
前記各電動車は、電気車制御装置Ｂ１，Ａｊが制御する電動車で発生すべき空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊ（ｊ＝１〜ｎ）を発生するブレーキ受量器Ｂｒｊを備え、
電気車制御装置Ｂ１は、ブレーキ中に滑走を検知したとき、上記ブレーキ受量器Ｂｒ１から空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を受信し、受信した前記空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１と当該電気車制御装置Ｂ１で制御し発生している電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１とから当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算するブレーキ時接線力係数推定手段と、主電動機のブレーキトルク制御を行うブレーキトルク制御手段を備え、
上記各電気車制御装置Ａｊは、主電動機のブレーキトルク制御を行うブレーキトルク制御手段を備え、
前記トルク指令値上限値演算手段は、ブレーキ時、空気ブレーキ力と電気ブレーキ力の合計値として上記ブレーキ時接線力係数推定手段により推定された推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）に基づき、各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊで実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ（ｊ＝１〜ｎ）を求め、
電気車制御装置Ｂ１のブレーキトルク制御手段は、上記トルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔから自車空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を減算し、この減算結果を目標値として主電動機ブレーキトルク制御を行い、
上記各電気車制御装置Ａｊのブレーキトルク制御手段は、ブレーキ時に自車に伝送された上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔから自車空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊを減算し、この減算結果を目標値として主電動機ブレーキトルク制御を行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置。
【請求項１】
電車列車の先頭に位置する電動車または先頭車両に最も近い電動車の電気車制御装置Ｂ１と、該電動車より進行方向後方に位置する電動車の電気車制御装置Ａｊ（ｊ＝２〜ｎ）と、各電動車の各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊ間でデータを伝送する機能を有する列車モニタ・データ伝送システムとを有する、複数の電動車と付随車で構成される電車列車の列車制御装置であって、
上記電気車制御装置Ｂ１は、予め設定された先頭車両の粘着係数に対する進行方向後方に位置する電動車の先頭車両からの位置に対する粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊ（ｊ＝２〜ｎ）と、各電気車制御装置Ｂ１、Ａｊが搭載されている電動車の空車質量データＷ０ｊ（ｊ＝１〜ｎ、但しｊ＝１のときは電気車制御装置Ｂ１のデータを意味する、以下同じ）と、当該電気車が空車のときの前記各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊの計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊ（ｊ＝１〜ｎ）とを保持した記憶手段と、
電気車制御装置Ａｊから送られてきた応荷重信号データｄＷｊ（ｊ＝２〜ｎ）を受信する手段と、
上記電気車制御装置Ｂ１における空転を検知する空転検知手段と、
上記空転検知手段による空転検知結果に基づき、各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊで実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ（ｊ＝１〜ｎ）を求めるトルク指令値上限値演算手段と、
上記演算結果であるトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを上記列車モニタ・データ伝送システムを介して、各電気車制御装置Ａｊに伝送する手段と、
電気車制御装置Ｂ１の上記トルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔを目標値として主電動機のトルク制御を行なう手段を備え、
上記各電気車制御装置Ａｊは、自車に伝送された上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを目標値として主電動機のトルク制御を行なう手段を備え、
上記電気車制御装置Ｂ１に設けられたトルク指令値上限値演算手段は、
上記空転検知手段により空転が検知されないとき、予め設定された当該電車列車の加速性能から算定された期待粘着係数Ｍｕｚ＿ｅｘｐｔを、電気車制御装置Ｂ１，Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）に設定し、
上記記憶手段に保持された電気車制御装置Ｂ１、Ａｊの空車質量Ｗ０ｊと、前記応荷重信号ｄＷｊを用いて、前記接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘに対応した実際に発生すべき上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔを求め、
上記空転検知手段により空転が検知されたとき、
空転検知結果に基づき、電気車制御装置Ｂ１の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を求め、該推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）から電気車制御装置Ｂ１の接線力係数上限値Ｍｕ１ｍａｘを求めるとともに、該推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）と、前記記憶手段に記憶された各電気車制御装置Ａｊの粘着係数増加量データＤｅｌｔａＭｕｊにより各電気車制御装置Ａｊの接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝２〜ｎ）を求め、
上記接線力係数上限値Ｍｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）と、前記空車質量Ｗ０ｊと、電気車制御装置Ｂ１の応荷重信号ｄＷ１と、前記受信した応荷重信号ｄＷｊ（ｊ＝２〜ｎ）に基づき、上記電気車制御装置Ｂ１，Ａｊのトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘを演算し、
また、前記記憶手段に保持された計画トルク指令値Ｔａｕｃｚｊ（ｊ＝１〜ｎ）と、前記応荷重信号ｄＷｊ（ｊ＝１〜ｎ）を用いて、前記各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊの実際に指令すべき計画トルク指令値Ｔａｕｃｊ（ｊ＝１〜ｎ）を演算し、
電気車制御装置Ｂ１に最も近い電気車制御装置Ａ２から最後尾の電気車制御装置Ａｎまでの間の電気車制御装置Ａｋ（ｋ＝２〜ｎ）の各々について、該電気車制御装置Ａｋより前方で電気車制御装置Ａｋに最も近い電気車制御装置Ａｋ−１までの各電気車制御装置の上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘの合計値である第１の合計値Ｔａｕｔｋと、上記計画トルク指令値上限値Ｔａｕｃｊの合計値である第２の合計値Ｔａｕｃｔｋとを求め、 上記第１の合計値Ｔａｕｔｋが第２の合計値Ｔａｕｃｔｋ以下のときは、当該電気車制御装置Ａｋの上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ（ｊ＝１〜ｎ）を実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定し、
上記第１の合計値Ｔａｕｔｋが第２の合計値Ｔａｕｃｔｋより大きいときは、当該電気車制御装置Ａｋの上記計画トルク指令値Ｔａｕｃｊを実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔに設定する
ことを特徴とする列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置。
【請求項２】
各電気車制御装置Ａｊに、空転検知手段と、空転検知結果に基づき当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算する推定接線力係数演算手段を設け、
また、電気車制御装置Ｂ１に前記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを修正する粘着係数増加量修正手段を設け、
電気車制御装置Ａｊで空転検知した場合、電気車制御装置Ａｊは、上記推定接線力係数演算手段で上記当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを演算し、
前記列車モニタ・データ伝送システムを介して、前記電車列車の各走行方向の先頭に位置する電動車の電気車制御装置Ｂ１に、前記推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを伝送し、
前記電気車制御装置Ｂ１は、前記粘着係数増加量修正手段により、伝送されてきた前記推定接線力係数Ｍｕｊ＿ｎｅｗを用いて前記電気車制御装置Ｂ１において保持している前記粘着係数の増加量データＤｅｌｔａＭｕｊを修正する
ことを特徴とする列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置。
【請求項３】
前記各電動車は、電気車制御装置Ｂ１，Ａｊが制御する電動車で発生すべき空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊ（ｊ＝１〜ｎ）を発生するブレーキ受量器Ｂｒｊを備え、
電気車制御装置Ｂ１は、ブレーキ中に滑走を検知したとき、上記ブレーキ受量器Ｂｒ１から空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を受信し、受信した前記空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１と当該電気車制御装置Ｂ１で制御し発生している電気ブレーキ力Ｆｅｌｅｃ１とから当該電動車の推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）を演算するブレーキ時接線力係数推定手段と、主電動機のブレーキトルク制御を行うブレーキトルク制御手段を備え、
上記各電気車制御装置Ａｊは、主電動機のブレーキトルク制御を行うブレーキトルク制御手段を備え、
前記トルク指令値上限値演算手段は、ブレーキ時、空気ブレーキ力と電気ブレーキ力の合計値として上記ブレーキ時接線力係数推定手段により推定された推定接線力係数Ｍｕｊ（Ｂ１）に基づき、各電気車制御装置Ｂ１，Ａｊで実際に発生すべきトルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔ（ｊ＝１〜ｎ）を求め、
電気車制御装置Ｂ１のブレーキトルク制御手段は、上記トルク指令値上限値Ｔａｕ１ｍａｘ＿ａｃｔから自車空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃ１を減算し、この減算結果を目標値として主電動機ブレーキトルク制御を行い、
上記各電気車制御装置Ａｊのブレーキトルク制御手段は、ブレーキ時に自車に伝送された上記トルク指令値上限値Ｔａｕｊｍａｘ＿ａｃｔから自車空気ブレーキ力指令値Ｆａｉｒ＿ｃｊを減算し、この減算結果を目標値として主電動機ブレーキトルク制御を行う
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の列車モニタ・データ伝送システムを有する列車制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−１５１８７１（Ｐ２０１１−１５１８７１Ａ）
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８７２９（Ｐ２０１０−８７２９）
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【出願人】（０００００３１１５）東洋電機製造株式会社 (380)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月４日（２０１１．８．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１９日（２０１０．１．１９）
【出願人】（３０４０２１２８８）国立大学法人長岡技術科学大学 (458)
【出願人】（０００００３１１５）東洋電機製造株式会社 (380)
【Ｆターム（参考）】
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