JP2004312947A - 鉄道車両の分割併合制御方式 - Google Patents

Abstract

【課題】制御特性の異なる新編成と旧編成を併結して運転する際、互いの編成間での乗り心地の悪化、負荷のアンバランスを防ぐことにある。
【解決手段】電圧基準の指令を基本とする制御特性（Ａ特性）を有する制御装置（図示せず）を搭載する旧編成（図示せず）と、トルク基準の指令を基本とする制御特性（Ｂ特性）を有する制御装置１２を搭載する新編成とを互いに連結し、一つの編成として走行する場合、制御装置１２にＡ特性を併せて持たせ、電気連結器１３によって新，旧編成を連結したことを検知したとき、制御装置１２をＡ特性に切り替え、新編成からノッチ指令１１を発する場合、制御伝送装置１４によってＢ特性の指令をＡ特性の指令に変換して編成間艤装指令線２２を介して旧編成の制御装置に伝送すると共に、変換したＡ特性の指令を新編成の制御装置１２に伝送し、新編成をＡ特性による制御とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の分割併合制御方式に係り、特に、電気鉄道用車両の編成間の分割併合に際し、お互いに新旧異なる制御指令形式を採用している編成が併合し、一つの編成として運転する場合の制御技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鉄道車両の制御方式を図２に示す。従来の鉄道車両において、運転士の扱う主幹制御器１０からの指令は、１から５のノッチ１１と称する離散的な値をそのまま、編成内を引通される線、艤装指令線（１，２，３，４，５）２０に１００Ｖを印加し、各車の制御装置１２に指令を伝える。制御装置１２は図３に示す特性（電圧基準の指令を基本とする制御特性）を有しており、この特性に従って引張力が発生し、電車は加速される。従来、２つ以上の編成を連結すなわち併結し、走行する場合には、この艤装指令線２０を編成間の電気連結器により接続し、２つ以上の編成すべてに同一の指令を伝達し、併結された編成が一つの編成として調和して走行させることができた。
しかし、一部新編成では、指令方式が異なるものがある。その一例を図４、図５に示す。この編成では、運転士の扱う主幹制御器１０から、従来と同様、ノッチ１１として指令されるが、人間工学的な配慮からハンドル角度に応じて加速度が得られるように、各ノッチが引張力を指令するようになっている。その特性を図５に示す。新しい編成に搭載された制御装置１２は、図５に示したような特性（トルク基準の指令を基本とする制御特性）を有している。すなわち、各ノッチは、水平に分割されており、ノッチが増加することによって比例して引張力が増加する特性になっている。
【０００３】
制御装置１２内の詳細の構成を図６に示す。制御装置１２内には、各指令ノッチ１１に応じて電流値が決定されるノッチ判別部３０と、基準電流算出部３１を持っている。更に、制御装置１２内には、この基準電流を実電流と比較する比較器３２と、電力用半導体素子のパルスを調整するためのパルス調整部３３を設けている。このパルスのタイミングによって出力電圧、周波数を変更可能な電力用半導体素子を搭載したインバータ３４が接続されてる。
新編成ではノッチが連続量を持つ指令形式のものも存在し、この場合は主幹制御器１０のハンドルの角度に応じて準連続値（例えば、２５６段階など）をとり、この値を制御伝送装置１４を通じて制御装置１２に送信し、受信した制御装置１２では、当該指令に略比例した連続的に決定可能な基準電流を発生し、定電流制御系によってこの連続的な電流を主電動機３６に供給する方式も存在する。
また、主幹制御器１０からの５段階のノッチ１１は、従来の編成では５本の電線で送られていたが、新編成では５段の信号は符号化され、データ伝送により制御装置１２に伝えられる。新編成では、データ伝送で伝えられるために、前述のように例えば２５６段階の指令になっても、問題無く伝達可能である。
ここで、もし、従来の旧編成と、新編成とが併結され、旧編成のノッチ指令が新編成のノッチ指令に伝達されると、両編成の制御装置１２は、異なる引張力を発生することになり、乗り心地上、また、各編成間の負荷アンバランスの問題が生ずる。
【０００４】
図１２に、旧編成と新編成が互いに連結される状態を図示する。編成間の連結には機械連結器と電気連結器とが使用され、両編成を機械的に接続するために機械連結器が、また、制御など電気的な連結のためには電気連結器が用いられ、両方の連結器を用いて併結される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、このような制御方式、制御特性が異なる編成同士を併結し、一つの編成としても、不都合なく運転可能な鉄道車両の分割併合制御方式を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、新編成の制御装置に電圧基準の指令を基本とする制御特性を併せて持たせ、旧編成と新編成を連結したことを検知したとき、新編成の制御装置を電圧基準の指令を基本とする制御特性に切り替え、新編成からノッチ指令を発する場合、トルク基準の指令を電圧基準の指令に変換して旧編成の制御装置に伝送するとともに、変換した電圧基準の指令を新編成の制御装置に伝送し、また、旧編成からノッチ指令を発する場合、当該指令を電圧基準の指令を基本とする制御特性に切り替えた新編成の制御装置に伝送し、新編成を電圧基準の指令による制御とする。
また、新編成には、電圧基準の指令を基本とする制御特性を有し、当該制御特性を元に旧編成からのノッチ指令を速度信号に基づいて新編成へのトルク指令に変換し、新編成からのトルク指令を速度信号に基づいて旧編成へのノッチ指令に変換する変換手段を設け、旧編成と新編成を連結したことを検知したとき、新編成からトルク指令を発する場合、トルク指令を新編成の制御装置に伝送するとともに、変換した旧編成へのノッチ指令を旧編成の制御装置に伝送し、また、旧編成からノッチ指令を発する場合、当該ノッチ指令を旧編成の制御装置に伝送するとともに、変換した新編成へのトルク指令を新編成の制御装置に伝送し、新旧両編成を制御する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の鉄道車両の分割併合制御方式の一実施形態を示す。
図１において、新編成に他編成との連結をする場合の電気連結器１３を設ける場合を説明する。電気連結器１３には、旧編成の指令のための編成間艤装指令線２２と、新編成の指令のための編成間制御伝送線２３の２つの方式の両方の線を設け、併結される編成が旧編成の場合は、編成間艤装指令線２２を通して信号が伝達される。また、併結される編成が新編成の場合は、編成間制御伝送線２３を通して信号が伝達される。さらに、電気連結器１３には、併結された相手の編成が旧編成であるか新編成であるかを判定する機能を設け、この判定結果を伝送する認識用信号線２４を設ける。この判定機能は、電気連結器１３の特定のピンに判定用の電線を接続しておき、新編成の限っては相手側の電気連結器のピンを通して加圧されるようなルールを設けておき、新編成が連結接続されると、この検知線が加圧されることによって相手は新編成であると認識する。
電気連結器１３は、これらの編成間艤装指令線２２、編成間制御伝送線２３、認識用信号線２４を介して新編成に設ける制御伝送装置１４に接続する。
制御伝送装置１４は、主幹制御器１０からノッチ指令を発する場合、併結される編成が旧編成のときは、主幹制御器１０からのノッチ信号を制御伝送線２１に伝送すると同時に、併結される旧編成用のノッチ信号に変換し、この変換した旧編成用のノッチ信号を編成間艤装指令線２２を通して電気連結器１３から併結される旧編成に伝達する。また、併結される編成が新編成のときは、主幹制御器１０からのノッチ信号を制御伝送線２１に伝送すると同時に、編成間制御伝送線２３を通して電気連結器１３から併結される新編成に伝達する。
ここで、図１の新編成に旧編成（図示せず）が併結され、この旧編成の主幹制御器（図示せず）からノッチ指令を発する場合、旧編成の主幹制御器からのノッチ信号を電気連結器１３に伝送し、電気連結器１３から編成間艤装指令線２２を通して制御伝送装置１４に伝達する。制御伝送装置１４では旧編成用のノッチ信号を新編成のノッチ信号に変換し、新編成の制御伝送線２１を介して制御装置１２に伝送する。
さらに、制御伝送装置１４は、併結される編成が旧編成であると認識すると、制御装置１２に旧機能（図３に示す特性）を指示する指令を制御伝送２１を通じて伝達する。ここで、図１の新編成に更に他の新編成が連結接続される場合は、編成間制御伝送線２３を通じて他の新編成の制御装置（図示せず）に伝達する。
【０００８】
図７に、制御装置１２の詳細を示す。
制御装置１２は、ノッチ指令と、併結される編成が旧編成か新編成かを判別する判別部４０、新編成が備える新機能（図５に示す特性）を有し、この新機能と速度に基づいて基準電流を算出する基準電流算出部Ａ４１、旧編成が備える旧機能（図３に示す特性）を有し、この旧機能と速度に基づいて基準電流を算出する基準電流算出部Ｂ４２、新旧機能を切り替える切替器４３、基準電流と電流検出器４７によって検出した主電動機４８に流れる実電流を比較する比較器４４、電力用半導体素子のパルスを調整するパルス調整部４５、このパルスのタイミングによって出力電圧、周波数を変更可能な電力用半導体素子を搭載し、主電動機４８を駆動するインバータ４６からなる。
図１の新編成に他の新編成が併結される場合、主幹制御器１０からノッチ指令を判別部４０が受けると、基準電流算出部Ａ４１では新機能（図５に示す特性）に基づいてノッチ指令による基準電流を算出する。この基準電流と電流検出器４７によって検出される主電動機４８に流れる実電流を比較器４４により比較し、その偏差をパルス調整部４５に入力し、この偏差を無くするようにインバータ４６を制御して主電動機４８を駆動する。
図１の新編成に旧編成が併結される場合、電気連結器１３が旧編成であると認識し、認識用信号線２４と制御伝送装置１４と制御伝送２１を通して伝送される。この認識信号を判別部４０が受けると、新旧切替指令を発し、切替器４３により基準電流算出部Ｂ４２に切り替える。そして、主幹制御器１０からノッチ指令を判別部４０が受けると、基準電流算出部Ｂ４２では旧機能（図３に示す特性）に基づいてノッチ指令による基準電流を算出する。その後の制御動作は、上述したと同様である。
【０００９】
このように、本実施形態では、制御装置１２に二つの特性すなわち旧機能（図３に示す特性）と新機能（図５に示す特性）を備えさせ、新編成に旧編成が併結された場合には、制御装置１２の機能を旧機能（図３に示す特性）に切り替え、新編成中の制御装置を旧編成に搭載された制御装置と同一の旧機能（図３に示す特性）とすることにより、両制御装置の出力を同一とすることができる。
これにより、新旧の両編成の制御装置は、異なる引張力を発生することがなくなり、乗り心地上が向上し、また、各編成間の負荷アンバランスを解消することができる。
【００１０】
図８は、本発明の他の実施形態を示す。
本実施形態は、新編成に変換部６０を有する変換装置５０を設ける。そして、変換部６０は旧編成が備える旧機能（図３に示す特性）を具備する。
電気連結器１３は、編成間艤装指令線２２、編成間制御伝送線２３、認識用信号線２４を介して変換装置５０の変換部６０に接続する。
【００１１】
図９、図１０に、変換部６０の詳細を示す。
図９では、図８の新編成に電気連結器１３を介して旧編成（図示せず）が連結接続され、旧編成から新編成へノッチ指令する場合について説明する。
旧編成からのノッチ指令は、図８の電気連結器１３から編成間艤装指令線２２を通して変換装置５０の変換部６０に伝送される。変換部６０には速度信号も入力される。
旧編成の各ノッチ毎の特性は、図３に示すように、速度依存性を持っている。図９の事例では、その下図に示すように、旧編成のノッチ特性を保持している。例えば、この事例では３ノッチが与えられたとし、現時点での速度Ｖ１によってそのときに旧編成が出力している引張力Ｆ１を予め変換部６０の中に記録されたデータによって換算する。そして、その引張力Ｆ１を例えば２５６段階のもっとも近い値に近似した指令として変換し、この変換した引張力Ｆ１の指令をこの新編成の制御伝送線２１を通して制御装置１５に伝送する。
【００１２】
図１１に、制御装置１５の詳細を示す。
制御装置１５は、引張力を入力するため、引張力指令を基準電流に換算する換算部７０、基準電流と電流検出器４７によって検出した主電動機４８に流れる実電流を比較する比較器４４、電力用半導体素子のパルスを調整するパルス調整部４５、このパルスのタイミングによって出力電圧、周波数を変更可能な電力用半導体素子を搭載し、主電動機４８を駆動するインバータ４６からなる。
引張力と電流とは１：１に対応し、実際の制御状態量である電流に換算する必要があり、制御伝送線２１から引張力指令を受けた後、これを電流指令に換算する。その後の制御装置の動作は、図７の制御装置１２の場合と同様である。
【００１３】
図９の事例では、旧編成から新編成へノッチ指令する場合であったが、逆に新編成から旧編成に指令するノッチ場合には、先に述べた変換部６０が逆の換算をすることが必要になる。
図１０では、新編成から旧編成（図示せず）へ引張力指令する場合について説明する。
引張力指令値と速度信号に基づいて変換部６０内に持っている特性から最も近いノッチ段に変換する。図１０の事例では、その下図に示すように、引張力Ｆ２と速度Ｖ２から最も近いノッチ３に変換し、この変換したノッチ３の指令を旧編成の艤装指令線（図示せず）を通して制御装置（図示せず）に伝送する。
【００１４】
この結果、旧編成と新編成とで制御指令の方式が異なっても、両編成間に出力のアンバランスを抑制するように新旧両編成を制御する。
【００１５】
以上、本発明の実施形態として、新編成に旧編成との連結をする場合の電気連結器を設ける場合について説明したが、旧編成にこの電気連結器を設ける場合に本発明を適用できることは云うまでもない。
【００１６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、旧編成と新編成とで制御指令の方式が異なる場合であっても、両編成間に出力のアンバランスを生じることなく、併結しての走行が可能であり、乗り心地の悪化を防ぎ、負荷負担のアンバランスを解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉄道車両の分割併合制御方式の一実施形態
【図２】従来の旧編成の指令方式を説明するブロック図
【図３】従来の旧編成の制御特性を説明する特性図
【図４】従来の新編成の指令方式を説明するブロック図
【図５】従来の新編成の制御特性を説明する特性図
【図６】従来の制御装置の内部構成を示すブロック図
【図７】本発明の一実施形態の制御装置の構成図
【図８】本発明の他の実施形態
【図９】本発明の変換部の内部を説明するための図
【図１０】本発明の変換部の内部を説明するための図
【図１１】本発明の他の実施形態の制御装置の構成図
【図１２】新旧編成間の連結の状態を示す図
【符号の説明】
１０…主幹制御器、１１…ノッチ、１２…制御装置、１３…電気連結器、１４…制御伝送装置、１５…制御装置、２１…制御伝送線、２２…編成間艤装指令線、２３…編成間制御伝送線、２４…認識用信号線、４０…判別部、４１…基準電流算出部Ａ、４２…基準電流算出部Ｂ、４３…切替器、４４…比較器、４５…パルス調整部、４６…インバータ、４７…電流検出器、４８…主電動機、５０…変換装置、６０…変換部、７０…換算部

Claims (9)

1. 主として電圧基準の指令を基本とする制御特性を有する制御装置を搭載する旧編成と、主としてトルク基準の指令を基本とする制御特性を有する制御装置を搭載する新編成とを互いに連結し、一つの編成として走行する鉄道車両の分割併合制御方式において、前記新編成の制御装置に前記電圧基準の指令を基本とする制御特性を併せて持たせ、前記旧編成と前記新編成を連結したことを検知したとき、前記新編成の制御装置を前記電圧基準の指令を基本とする制御特性に切り替え、前記新編成からノッチ指令を発する場合、前記トルク基準の指令を前記電圧基準の指令に変換して前記旧編成の制御装置に伝送するとともに、前記変換した前記電圧基準の指令を前記新編成の制御装置に伝送し、前記新編成を前記電圧基準の指令による制御とすることを特徴とする鉄道車両の分割併合制御方式。
2. 請求項１において、前記旧編成からノッチ指令を発する場合、当該指令を前記電圧基準の指令を基本とする制御特性に切り替えた前記新編成の制御装置に伝送し、前記新編成を前記電圧基準の指令による制御とすることを特徴とする鉄道車両の分割併合制御方式。
3. 請求項１または請求項２において、前記新編成の制御装置は、併結される編成が旧編成か新編成かを判別する判別部と、前記電圧基準の指令を基本とする制御特性に基づいて基準電流を算出する基準電流算出部と、電圧基準の指令を基本とする制御特性に基づいて基準電流を算出する基準電流算出部と、前記両制御特性を切り替える切替器を具備することを特徴とする鉄道車両の分割併合制御方式。
4. 請求項１または請求項２において、前記旧編成と前記新編成を連結する電気連結手段を設け、前記電気連結手段には、前記旧編成の指令のための編成間艤装指令線と、前記新編成の指令のための編成間制御伝送線と、併結された相手の編成が旧編成であるか新編成であるかを判定する機能を設け、この判定結果を伝送する認識用信号線を設けることを特徴とする鉄道車両の分割併合制御方式。
5. 請求項４において、前記トルク基準の指令を前記電圧基準の指令に変換して前記旧編成の制御装置に伝送するとともに、前記変換した前記電圧基準の指令を前記新編成の制御装置に伝送する制御伝送手段を設け、前記制御伝送手段に前記電気連結手段を接続することを特徴とする鉄道車両の分割併合制御方式。
6. 主として電圧基準の指令を基本とする制御特性を有する制御装置を搭載する旧編成と、主としてトルク基準の指令を基本とする制御特性を有する制御装置を搭載する新編成とを互いに連結し、一つの編成として走行する鉄道車両の分割併合制御方式において、前記新編成には、前記電圧基準の指令を基本とする制御特性を有し、当該制御特性を元に旧編成からのノッチ指令を速度信号に基づいて新編成へのトルク指令に変換し、新編成からのトルク指令を速度信号に基づいて旧編成へのノッチ指令に変換する変換手段を設け、前記旧編成と前記新編成を連結したことを検知したとき、前記新編成からトルク指令を発する場合、前記トルク指令を前記新編成の制御装置に伝送するとともに、前記変換した旧編成へのノッチ指令を前記旧編成の制御装置に伝送し、前記新旧両編成を制御することを特徴とする鉄道車両の分割併合制御方式。
7. 請求項６において、前記旧編成からノッチ指令を発する場合、前記ノッチ指令を前記旧編成の制御装置に伝送するとともに、前記変換した新編成へのトルク指令を前記新編成の制御装置に伝送し、前記新旧両編成を制御することを特徴とする鉄道車両の分割併合制御方式。
8. 請求項６または請求項７において、前記新編成の制御装置は、前記トルク指令を基準電流に換算する換算部を具備することを特徴とする鉄道車両の分割併合制御方式。
9. 請求項６または請求項７において、前記旧編成と前記新編成を連結する電気連結手段を設け、前記電気連結手段には、前記旧編成の指令のための編成間艤装指令線と、前記新編成の指令のための編成間制御伝送線と、併結された相手の編成が旧編成であるか新編成であるかを判定する機能を設け、この判定結果を伝送する認識用信号線を設け、前記電気連結手段を前記変換手段に接続することを特徴とする鉄道車両の分割併合制御方式。

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