JP2005341784A - 鉄道車両情報制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 加速走行の際に列車の車両数によらず適正に所定の加速力を得ることができ、抑速走行の際に適正に主変換装置により抑速ブレーキトルクを発生できる鉄道車両情報制御システムを提供することである。
【解決手段】 車両情報制御装置１７ａは、主幹制御装置１２から列車の力行走行または抑速走行の要求があったときは、各車両１１ａ〜１１ｅのブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅの車両質量検出装置２１ａ〜２１ｅからの車両質量Ｍ１〜Ｍ５を入力し、列車を走行させる力行トルクまたは抑速ブレーキトルクをを演算し、各車両１１ｂ〜１１ｄの主変換装置１８ｂ〜１８ｄに力行トルクを割り振り、主変換装置１８ｂ〜１８ｄおよびおよびブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅに抑速ブレーキトルクを割り振る。これにより、抑速走行の際に適正に主変換装置１８ｂ〜１８ｄにより力行トルクまたは抑速ブレーキトルクを発生させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数台の車両が連結された列車の加速や抑速を行う鉄道車両情報制御システムに関する。

複数台の車両が連結された列車の走行制御を行う鉄道車両情報制御システムでは、加速走行を行う場合、主幹制御装置からのノッチ情報を車両情報制御装置と伝送路を介してそのままの形で各々の車両の主変換装置に伝えている。また、各々の車両の質量は、ブレーキ制御装置の車両質量検出装置から車両情報制御装置と伝送路とを介して主変換装置に伝えられている。そして、主変換装置では列車の質量およびノッチ情報の加速走行指令に基づいて加速走行制御を行っている。

一方、複数台の車両が連結された列車の走行制御を行う鉄道車両情報制御システムで抑速走行を行う場合、主幹制御装置からのノッチ情報と抑速スイッチの情報とを抑速走行指令として各車両の車両情報制御装置に伝送路を介してそのままの形で伝送し、車両の主変換装置に伝えている。主変換装置には、列車を編成する各車両の質量がブレーキ制御装置の車両質量検出装置から伝送路を介して伝えられ、主変換装置では列車の質量および抑速走行指令に基づいて抑速ブレーキ制御を行っている。

ところが、このような鉄道車両情報制御システムでの加速走行の場合、他の主変換装置が解放または故障状態になると正常な主変換装置には余裕があったとしても、編成全体として必要な加速力が得られないことがある。また、これを避けるためには主変換装置に全ての主変換装置の状態情報と各車両の質量を全て伝送で送らなければならなくなり、伝送量の大幅な増加と主変換装置の処理の増加を招くこととなる。さらに、車両数が変更になった場合には伝送フォーマットの変更も必要となる。

一方、抑速走行の場合、各主変換装置が抑速走行指令を認識するタイミングのずれから目標速度にばらつきが発生し、発生ブレーキ力に差を生じることがある。また、主変換装置が解放や故障状態になると正常な主変換装置には余裕があったとしても、列車の編成全体として必要なブレーキ力が得られなくなり、ブレーキ制御装置による空気ブレーキを多用することとなる。

本発明の目的は、加速走行の際に列車の車両数によらず適正に所定の加速力を得ることができ、抑速走行の際に適正に主変換装置により抑速ブレーキトルクを発生できる鉄道車両情報制御システムを提供することである。

本発明の鉄道車両情報制御システムは、複数台の車両が連結された列車の力行およびブレーキの操作をする主幹制御装置と、各車両の質量を検出する車両質量検出装置と、列車を走行させる力行トルクを発生させる主変換装置と、前記主幹制御装置からの力行ノッチ情報と各車両の車両質量検出装置からの車両質量から必要な編成全体の力行トルクを演算し主変換装置に伝送する車両情報制御装置とを備えたことを特徴とする。

本発明の鉄道車両情報制御システムは、複数台の車両が連結された列車の力行およびブレーキの操作をする主幹制御装置と、列車の抑速走行を要求する抑速スイッチと、列車の速度を検出する速度検出器と、列車が走行する線路の勾配情報を格納している勾配情報格納装置と、列車の各々の車両の質量を検出するとともに列車を停止させる空気ブレーキを発生するブレーキ制御装置と、列車を走行させる力行トルクと列車を停止させる回生ブレーキとを発生させる主変換装置と、抑速スイッチから列車の抑速走行の要求があったとき各車両のブレーキ制御装置からの車両質量と勾配情報格納装置からの勾配情報と速度検出器からの列車速度とから列車編成全体として必要な抑速ブレーキトルクを演算し各車両の主変換装置およびブレーキ制御装置に抑速ブレーキトルクを割り振る車両情報制御装置とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、車両情報制御装置にて主幹制御装置からのノッチ情報と車両質量検出装置からの各車両の質量から編成全体として必要な力行トルク量を演算し、各主変換装置に力行トルク指令として伝送することで車両数に関わらず最小のデータフォーマットで、主変換装置に解放や故障が発生した場合でも所定の加速力を得ることができる。また、車両情報制御装置にて定速走行に必要なトルク値を演算することにより、主変換装置の特性（車輪系の違い、認識速度の違い等）により生ずる発生トルクのばらつきをなくすことができる。

さらに、列車速度と勾配情報と各車両の質量とから列車の編成全体として必要な抑速ブレーキトルク量を演算し、各主変換装置およびブレーキ制御装置に抑速ブレーキトルクを割り振るので、主変換装置の特性（車輸系の違いや認識速度の違い等）により生ずる発生ブレーキトルクのばらつきをなくすことが可能となる。従って、抑速走行の際に適正に主変換装置により抑速ブレーキトルクを発生させることができる

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる鉄道車両情報制御システムの構成図である。図１では５両の車両１１ａ〜１１ｅから編成された列車を示している。列車の先頭車両１１ａである１号車および最後尾車両１１ｅである５号車には、主幹制御装置１２ａ、１２ｅがそれぞれ設けられている。主幹制御装置１２ａ、１２ｅは運転手が力行やブレーキ操作を行うものである。

また、車両１１ａおよび車両１１ｅには、ブレーキ制御装置１６ａ、１６ｅおよび車両情報制御装置（中央装置）１７ａ、１７ｅが設けられている。ブレーキ制御装置１６ａ、１６ｅは、各車両１１ａ、１１ｅの質量を検出する車両質量検出装置２１ａ、２１ｅを有し、車両質量検出装置２１ａ、２１ｅは各車両１１ａ〜１１ｅの質量Ｍ１、Ｍ５を検出する。すなわち、ブレーキ制御装置１６ａ、１６ｅは、車両の質量を検出すると共に空気ブレーキ力を発生させるものである。車両情報制御装置１７ａ、１７ｅは、主幹制御装置１２ａ、１２ｅから列車の加速走行の要求があったとき、列車編成全体として必要な力行トルクを演算するものである。

列車の先頭車両１１ａと最後尾車両１１ｅとの間の２号車〜４号車の各車両１１ｂ〜１１ｄには、ブレーキ制御装置１６ｂ〜１６ｄと主変換装置１８ｂ〜１８ｄとが設けられている。ブレーキ制御装置１６ｂ〜１６ｄは各車両１１ｂ〜１１ｄの質量を検出する車両質量検出装置２１ｂ〜２１ｄを有し、この車両質量検出装置２１ｂ〜２１ｄで各車両１１ｂ〜１１ｄの質量Ｍ２〜Ｍ４を検出すると共に、空気ブレーキ力を発生させるものである。主変換装置１８ｂ〜１８ｄは、列車を走行させる力行トルクと列車を停止させる回生ブレーキトルクとを発生させるものである。また、車両情報制御装置１７ｂ〜１７ｄ（端末装置）は、車両情報制御装置（中央装置）１７ａ、１７ｅで演算された力行トルクを受信し主変換装置１８ｂ〜１８ｄに出力するものである。

すなわち、主幹制御装置１２ａ、１２ｅは、運転手が力行／ブレーキ操作を行うものであり、車両質量検出装置２１ａ〜２１ｅは、各車両１１ａ〜１１ｅの質量Ｍ１〜Ｍ５を検出するものであり、主変換装置１８ｂ〜１８ｄは、列車を走行させる力行トルクを発生させるものである。車両情報制御装置（中央装置）１７ａ、１７ｅ、および車両情報制御装置（端末装置）１７ｂ〜１７ｄは、主変換装置１８ｂ〜１８ｄに渡す力行トルクを演算するものである。

また、車両情報制御装置１７ａ〜１７ｅ間は伝送路２２ａで接続されデータ伝送が行われ、車両情報制御装置１７ａ、１７ｅと主幹制御装置１２ａ、１２ｅとの間は伝送路２２ｂで接続されデータ伝送が行われる。また、車両情報制御装置１７ａ〜１７ｅとブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅとの間は伝送路２２ｃで接続されデータ伝送が行われ、車両情報制御装置１７ｂ〜１７ｄと主変換装置１８ｂ〜１８ｄと間は伝送路２２ｄで接続されデータ伝送を行う。

次に、動作を説明する。いま、運転手は１号車側の主幹制御装置１２ａを操作しているものとする。主幹制御装置１２ａから力行ノッチ情報が伝送路２２ｂを介して車両情報制御装置１７ａに入力される。また、各車両１１ａ〜１１ｅの質量Ｍ１〜Ｍ５が伝送路２２ｃを介してブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅの車両質量検出装置２１ａ〜２１ｅから各号車の車両情報制御装置１７ａ〜１７ｅに入力される。車両情報制御装置１７ａ〜１７ｅは伝送路２２ａで結ばれており、各号車の車両情報制御装置１７ａ〜１７ｅに入力された車両質量Ｍ１〜Ｍ５は伝送路２２ａを介して中央装置である車両情報制御装置１７ａに集められる。

車両情報制御装置１７ａは各ブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅの車両質量検出装置２１ａ〜２１ｅの質量情報から編成全体の質量を演算する。この編成全体の質量とノッチから決められている加速度から編成として必要な力行トルクＦを演算する。この力行トルクＦを各主変換装置１８ｂ〜１８ｄに車両質量に応じて割り振る。

いま、編成として必要な力行トルクをＦ［Ｎ］とすると、２号車の主変換装置１８ｂに割り振る力行トルクＦ２、３号車の主変換装置１８ｃに割り振る力行トルクＦ３、４号車の主変換装置１８ｄに割り振る力行トルクＦ４は、それぞれ以下の（１）〜（３）式で示される。

Ｆ２＝Ｆ＊Ｍ２／（Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４） …（１）
Ｆ３＝Ｆ＊Ｍ３／（Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４） …（２）
Ｆ４＝Ｆ＊Ｍ４／（Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４） …（３）
なお、第１の実施の形態では、車両は５両編成で主変換装置１８ｂ〜１８ｄが２号車〜４号車に搭載されている場合を示しているが、全車に主変換装置１８が搭載されている場合でも同様に適用でき、また、主変換装置１８が搭載されている車両がより少ない場合でも同様に適用できる。

車両情報制御装置１７ａにより演算された各主変換装置１８ｂ〜１８ｄの力行トルクＦ２〜Ｆ４は伝送路２２ａを通し各号車の車両情報制御装置１７ｂ〜１７ｄに伝えられ、車両情報制御装置１７ｂ〜１７ｄから伝送路２２ｄを介して各主変換装置１８ｂ〜１８ｄに出力される。

いま、３号車の主変換装置１８ｂが解放状態または故障状態であるとする。３号車の主変換装置１８ｂが解放状態または故障状態であるので、各主変換装置１８ｂ〜１８ｄに割り振る力行トルクＦ２〜Ｆ４は、以下の（４）式〜（６）式のようになる。つまり、健全な主変換装置１８の車両質量に応じて力行トルクを割り振る。

Ｆ２＝Ｆ＊Ｍ２／（Ｍ２＋Ｍ４） …（４）
Ｆ３＝０ …（５）
Ｆ４＝Ｆ＊Ｍ４／（Ｍ２＋Ｍ４） …（６）
但し、演算値が粘着リミット値を上回る場合は、粘着リミット値を出力することになる。

一方、３号車の主変換装置１８ｃが指令値に対し３号車の主変換装置１８ｃが指令値の発生トルクを出力していない場合には、例えば、発生トルク値が指令値の５０％しか出力していない場合には、列車の編成として必要な力行トルクＦを満足することができない。つまり、各主変換装置１８ｂ〜１８ｄからの発生トルク値の合計ＦＢは、必要な力行トルクＦより小さくなる。

そこで、このＦ−ＦＢを不足分として主変換装置１８ｂ、１８ｄに車両重量に応じて再配分する。ここで、指令値と発生トルク値とが大幅に異なる主変換装置１８ｃには再配分の割り振りを実施しない。

次に、車両情報制御装置１７ａ〜１７ｅから主変換装置１８に伝える伝送データの中に、力行トルク指令値だけではなく、ノッチ情報と編成全体の質量も併せて送信するようにしてもよい。主変換装置１８ｂ〜１８ｄは、ノッチ情報と編成全体の質量から編成全体で必要な力行トルクＦ’を演算する。これを主変換装置１８の台数で割った１台あたりの力行トルクと車両情報制御装置１７ａ〜１７ｅからの力行トルク指令値を比較する。この２つに大幅な差がある場合は、安全サイドとして値の小さな方を採用する。なお、車両情報制御装置１７ａ〜１７ｅからの力行トルク指令値は車両重量に応じて計算されているため、閾値は大きくしておく。さらに、全主変換装置１８の搭載車両の質量を伝送で渡せる場合は、より正確な比較が可能となる。

第１の実施の形態によれば、車両情報制御装置１７にて主幹制御装置１２からのノッチ情報と車両質量検出装置２１からの各車両の質量から編成全体として必要な力行トルク量を演算し、各主変換装置１８に力行トルク指令として伝送するので、主変換装置１８に解放や故障が発生した場合でも所定の加速力を得ることが可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図２は本発明の第２の実施の形態に係わる鉄道車両情報制御システムの構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、列車の定速走行を要求する定速走行スイッチ２３ａ、２３ｅ、および列車速度を検出する速度検出器１４ａ、１４ｅを追加して設け、車両情報制御装置１７ａ、１７ｅは、定速走行スイッチ２３ａ、２３ｅから定速走行の要求があったときは、そのときの列車の速度を列車の目標速度としフィードバック制御により必要な力行トルクを演算し、主変換装置１８ｂ〜１８ｄに伝送するようにしたものである。図１と同一要素には、同一符号を付し重複する説明は省略する。

いま、運転手は１号車側の主幹制御装置１２ａと定速走行スイッチ２３ａを操作しているものとする。車両情報制御装置１７ａは力行中に定速走行スイッチ２３ａが操作されると、操作されたときの速度検出器１４ａからの速度を目標速度ＶREFとする。そして、この目標速度ＶREFと列車速度Ｖとの差分を偏差としてフィードバック制御を行う。この結果得られた操作変数（力行トルク）を第１の実施の形態と同様に車両重量に応じて主変換装置１８ｂ〜１８ｄに割り振る。フィードバック制御は一般的なＰＩＤ制御でもより高度な制御でもよい。

以上の説明では、定速走行スイッチ２３ａから定速走行の要求があったときは、そのときの列車の速度を列車の目標速度としフィードバック制御により必要な力行トルクを演算し主変換装置１８ｂ〜１８ｄに伝送するようにしたが、定速走行スイッチ２３ａから定速走行の要求があったときは、そのときの列車の速度を列車の目標速度とし、その目標速度から走行抵抗を演算し、この走行抵抗を相殺する力行トルクを各主変換装置１８ｂ〜１８ｄに出力するようにしてもよい。

いま、運転手は１号車側の主幹制御装置１２ａと定速走行スイッチ２３ａを操作しているものとする。車両情報制御装置１７ａは力行中に定速走行スイッチ２３ａが操作されると、操作されたときの速度検出器１４ａからの速度を目標速度ＶREFとする。そして、この目標速度ＶREFから走行抵抗Ｒ[Ｎ]を求める。この走行抵抗Ｒを第１の実施の形態と同様に車両重量に応じて主変換装置１８ｂ〜１８ｄに割り振る。なお、この走行抵抗Ｒには列車速度の関数で示される列車の直線および空気抵抗と勾配抵抗を含むものとする。また、以上の説明では、走行抵抗Ｒのみを用いて制御する方法を示しているが、補正としてフィードバック制御と併用してもよい。

第２の実施の形態によれば、車両情報制御装置１７にて定速走行に必要なトルク値を演算することにより、主変換装置１８の特性（車輪系の違い、認識速度の違い等）により生ずる主変換装置１８の発生トルクのばらつきをなくすことが可能となる。

次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図３は本発明の第３の実施の形態に係わる鉄道車両情報制御システムの構成図である。この第３の実施の形態は、主幹制御装置１２は力行トルクに代えて抑速ブレーキトルクを出力する場合のものである。図３では５両の車両１１ａ〜１１ｅから編成された列車を示している。

列車の先頭車両１１ａである１号車および最後尾車両１１ｅである５号車には、主幹制御装置１２ａ、１２ｅおよび抑速スイッチ１３ａ、１３ｅがそれぞれ設けられている。主幹制御装置１２ａ、１２ｅは運転手が力行やブレーキ操作を行うものであり、抑速スイッチ１３ａ、１３ｅは抑速走行を要求するものである。また、車両１１ａおよび車両１１ｅには、列車の速度を検出する速度検出器１４ａ、１４ｅおよび線路の勾配情報を格納する勾配情報格納装置１５ａ、１５ｅが設けられ、ブレーキ制御装置１６ａ、１６ｅおよび車両情報制御装置（中央装置）１７ａ、１７ｅが設けられている。ブレーキ制御装置１６ａ、１６ｅは、各車両１１ａ、１１ｅの質量を検出するとともに空気ブレーキ力を発生させるものである。ブレーキ制御装置１６ａ、１６ｅは、各車両１１ａ、１１ｅの質量を検出する車両質量検出装置２１ａ、２１ｅを有し、車両質量検出装置２１ａ、２１ｅは各車両１１ａ〜１１ｅの質量Ｍ１、Ｍ５を検出する。すなわち、ブレーキ制御装置１６ａ、１６ｅは、車両の質量を検出すると共に空気ブレーキ力を発生させる。車両情報制御装置１７ａ、１７ｅは、抑速スイッチ１３ａ、１３ｅから列車の抑速走行の要求があったとき、列車編成全体として必要な抑速ブレーキトルクを演算するものである。

列車の先頭車両１１ａと最後尾車両１１ｅとの間の２号車〜４号車の各車両１１ｂ〜１１ｄには、ブレーキ制御装置１６ｂ〜１６ｄと主変換装置１８ｂ〜１８ｄとが設けられている。

ブレーキ制御装置１６ｂ〜１６ｄは各車両１１ｂ〜１１ｄの質量を検出する車両質量検出装置２１ｂ〜２１ｄを有し、この車両質量検出装置２１ｂ〜２１ｄで各車両１１ｂ〜１１ｃの質量Ｍ２〜Ｍ４を検出すると共に、空気ブレーキ力を発生させるものである。主変換装置１８ｂ〜１８ｄは、列車を走行させる力行トルクと列車を停止させる回生ブレーキトルクとを発生させるものである。また、車両情報制御装置１７ｂ〜１７ｄ（端末装置）は、車両情報制御装置（中央装置）１７ａ、１７ｅで演算された抑速ブレーキトルクを受信し主変換装置１８ｂ〜１８ｄおよびブレーキ制御装置１６ｂ〜１６ｄに出力するものである。

また、車両情報制御装置１７ａ〜１７ｅ間は伝送路２２ａで接続されデータ伝送が行われ、車両情報制御装置１７ａ、１７ｅと主幹制御装置１２ａ、１２ｅとの間は伝送路２２ｂで接続されデータ伝送が行われる。また、車両情報制御装置１７ａ〜１７ｅとブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅとの間は伝送路２２ｃで接続されデータ伝送が行われ、車両情報制御装置１７ｂ〜１７ｄと主変換装置１８ｂ〜１８ｄと間は伝送路２２ｄで接続されデータ伝送を行う。

図４は、１号車である車両１１ａに搭載された車両情報制御装置（中央装置）１７ａの構成図である。いま、運転手は１号車の車両１１ａの主幹制御装置１２ａを操作しているものとする。主幹制御装置１２ａからノッチ情報および抑速スイッチ１３ａの操作情報が車両情報制御装置１７ａの抑速ブレーキトルク算出手段１９に入力される。また、列車速度が速度検出器１４ａからの列車速度が車両情報制御装置１７ａの抑速ブレーキトルク算出手段１９に入力され、走行地点の勾配情報が勾配情報格納装置１５ａから車両情報制御装置１７ａの抑速ブレーキトルク算出手段１９に入力される。

さらに、各車両１１ａ〜１１ｅの質量Ｍ１〜Ｍ５はブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅで検出され、自車両１１ａの質量Ｍ１は直接的に車両情報制御装置１７ａの抑速ブレーキトルク算出手段１９に入力され、他の各車両１１ｂ〜１１ｅの質量Ｍ２〜Ｍ５は、車両情報制御装置１７ｂ〜１７ｅを介して車両情報制御装置１７ａの抑速ブレーキトルク算出手段１９に入力される。すなわち、各車両情報制御装置１７ａ〜１７ｅは伝送路２２ａで結ばれており、他の各車両１１ｂ〜１１ｅの質量は、車両情報制御装置１７ｂ〜１７ｅに入力され伝送路２２ａを介して中央装置である車両情報制御装置１７ａに集められる。

車両情報制御装置１７ａの抑速ブレーキトルク算出手段１９は、各ブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅから得られた各車両１１ａ〜１１ｅの質量Ｍ１〜Ｍ５から列車の編成全体の質量を演算する。この編成全体の質量と抑速スイッチ１３ａが押下された（主幹制御装置１２ａのノッチがゆるめ位置）時点の列車速度を目標速度として、勾配情報と速度情報とから編成として必要な抑速ブレーキトルクＦを演算する。そして、割振手段２０は、この抑速ブレーキトルクＦを各主変換装置１８ｂ〜１８ｄとブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅに車両質量に応じて割り振る。編成として必要な抑速ブレーキトルクＦｂ［Ｎ］は、勾配抵抗をＲｓ、空気抵抗をＲｍとすると、下記の（７）式で示される。

Ｆｂ＝Ｒｓ−Ｒｍ …（７）
Ｒｓ［Ｎ］＝９．８＊勾配量ｓ１［パーミル］＊編成質量［ｔｏｎ］
Ｒｍ［Ｎ］＝９．８＊｛（ａ+ｂ＊列車速度ｖ（ｔ）［Ｋｍ／ｈ］）＊編成質量＋ｋ＊（ｃ+ｄ＊編成長Ｌ［m］）＊ｖ（ｔ）＊ｖ（ｔ）｝
ここで、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｋは走行抵抗パラメータである。

そして、割振手段２０により、主変換装置１８ｂ〜１８ｄを搭載した車両１１ｂ〜１１ｄに対して抑速ブレーキトルクＦを割り振る。２号車の主変換装置１８ｂに割り振る抑速ブレーキトルクＦｂ２、３号車の主変換装置１８ｃに割り振る抑速ブレーキトルクＦｂ３、４号車の主変換装置１８ｄに割り振る抑速ブレーキトルクＦｂ４は、それぞれ以下の（８）〜（１０）式で示される。

Ｆｂ２＝Ｆ＊Ｍ２／（Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４） …（８）
Ｆｂ３＝Ｆ＊Ｍ３／（Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４） …（９）
Ｆｂ４＝Ｆ＊Ｍ４／（Ｍ２＋Ｍ３＋Ｍ４） …（１０）
なお、以上の説明では、列車は５両編成であり２号車〜４号車に主変換装置１８ｂ〜１８ｄが搭載されている場合を示しているが、全車に主変換装置１８が搭載されている場合でも同様に適用でき、また、主変換装置１８が搭載されている車両がより少ない場合でも同様に適用できる。

中央装置である車両情報制御装置１７ａにより演算された各主変換装置１８ｂ〜１８ｄの抑速ブレーキトルクＦｂ２、Ｆｂ３、Ｆｂ４は、伝送路２２ｃを通し各号車の車両情報制御装置１７ｂ〜１７ｄに伝えられ、車両情報制御装置１７ｂ〜１７ｄから各主変換装置１８ｂ〜１８ｄに出力される。

図５は、１号車である車両１１ａに搭載された車両情報制御装置（中央装置）１７ａの他の一例を示す構成図である。車両情報制御装置（中央装置）１７ａの割振手段２０には主変換装置１８ｂ〜１８ｄからの抑速ブレーキトルクのフィードバック信号Ａ２〜Ａ４が入力されている。

割振手段２０は、各主変換装置１８ｂ〜１８ｄに出力した抑速ブレーキトルクＦｂ２〜Ｆｂ４に対し、主変換装置１８ｂ〜１８ｄから出力された発生トルクをフィードバック信号で受信し、主変換装置１８ｂ〜１８ｄからのフィードバック信号の合計が不足する場合は、不足分をブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅに車両重量に応じて割り振る。このとき、まず主変換装置１８ｂ〜１８ｄを設置していない車両１１ａ、１１ｅから空気ブレーキトルク指令を出力する（遅れ込め制御）。

以上の説明では、割振手段２０は主変換装置１８ｂ〜１８ｄからの抑速ブレーキトルクのフィードバック信号Ａ２〜Ａ４を入力するようにしたが、主変換装置１８ｂ〜１８ｄの解放信号または故障信号を入力するようにしてもよい。例えば、３号車の主変換装置１８ｃが解放または故障している場合には、３号車である車両１１ｃから解放信号または故障信号が割振手段２０に入力される。割振手段２０は、３号車の主変換装置１８ｃから解放信号または故障信号が入力されると、各主変換装置１８ｂ〜１８ｄに割り振る抑速ブレーキトルクＦｂ２、Ｆｂ３、Ｆｂ４を以下の（１１）式〜（１３）式のように変更する。つまり、健全な主変換装置１８の車両質量に応じてブレーキトルクを割り振る。

Ｆｂ２＝Ｆｂ＊Ｍ２／（Ｍ２＋Ｍ４） …（１１）
Ｆｂ３＝０ …（１２）
Ｆｂ４＝Ｆｂ＊Ｍ４／（Ｍ２＋Ｍ４） …（１３）
また、主変換装置１８ｂ〜１８ｄからの抑速ブレーキトルクが車両情報制御装置１７ａの割振手段２０が割り振った抑速ブレーキトルクより小さいときは、割振手段２０は、不足分の抑速ブレーキトルクを他の主変換装置に割り振るようにすることも可能である。例えば、３号車の主変換装置１８ｃの抑速ブレーキトルクが指令値に対し５０%しか出ない場合には、不足分として主変換装置１８ｂ、１８ｄに車両重量に応じて再配分する。

すなわち、編成として必要な抑速ブレーキトルクＦｂに対して、３号車の主変換装置１８ｃの抑速ブレーキトルクが小さいので、各主変換装置１８ｂ〜１８ｄからの発生トルク値を合計ＦＢｂとすると必要な抑速ブレーキトルクＦｂより小さくなる。そこで、割振手段２０は、Ｆｂ−ＦＢｂを不足分として主変換装置１８ｂ、１８ｄに車両重量に応じて再配分する。ここで、指令値と発生トルク値とが大幅に異なる主変換装置１８ｂ〜１８ｄに対しては再配分の割り振りを実施しないようにする。また、再度の割り振りの際に主変換装置１８ｂ、１８ｄもすでに限界の場合には、再度割り振りを行っても発生トルク値は増加しないので、この場合にはブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅに割り振ることになる。

また、割振手段２０へのフィードバック信号として各主変換装置１８ｂ〜１８ｄからの温度情報を入力し、その温度情報に基づいて温度条件の厳しい主変換装置１８ｂ〜１８ｄに割り振る抑速ブレーキトルクを小さくし、不足分を他の主変換装置１８ｂ〜１８ｄまたはブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅに割り振るようにしてもよい。

以上の説明では、列車の走行する線路の勾配情報を得るために勾配情報格納装置１５ａ、１５ｅを設けたが、勾配情報格納装置１５ａ、１５ｅに代えて、勾配検出器を設置してもよい。すなわち、列車の編成として必要な抑速ブレーキトルクＦの演算に勾配検出器からのリアルタイムな勾配情報で演算を実施する。演算実施後のブレーキトルクの割り振りは、前述と同様に行う。

第３の実施の形態によれば、車両情報制御装置１７ａにてブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅからの各車両の質量と勾配情報および列車速度から編成全体として必要な抑速ブレーキトルクを演算し、各主変換装置１８ｂ〜１８ｄおよびブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅにブレーキトルグ指令として割り振るので、最適な抑速ブレーキトルクの配分を実施することが可能となる。また、主変換装置１８ｂ〜１８ｄに解放状態や故障状態が発生した場合でも所定の抑速ブレーキトルクを得ることが可能となる。

図６は本発明の第４の実施の形態に係わる鉄道車両情報制御システムの構成図である。この第４の実施の形態は、図３に示した第３の実施の形態に対し、勾配情報格納装置１５ａ、１５ｅを省略し、抑速走行の要求があったときの列車速度を速度目標値とし、列車速度をフィードバックして列車速度が勾配に関係なく一定になるように制御するようにしたものである。

車両情報制御装置１７ａはゆるめ中に抑速スイッチ１３ａが押されると、押されたときの速度検出器１４ａからの速度を目標速度ＶREFとする。そして、この目標速度ＶREFと列車速度Ｖとの差分を偏差としてフィードバック制御を行う。そして、この結果得られた操作変数（ブレーキトルク）を第３の実施の形態と同様に車両重量に応じて主変換装置１８ｂ〜１８ｄとブレーキ制御装置１６ａ〜１６ｅに割り振る。フィードバック制御は一般的なＰＩＤ制御でも、より高度な制御でもよい。

また、第３の実施の形態に第４の実施の形態を組み合わせて、勾配情報から演算したブレーキトルクを用いて制御し、その補正としてフィードバック制御を併用するようにしてもよい。第２の実施の形態によれば、勾配情報格納装置１５ａ、１５ｅや勾配検出器を設ける必要がなく、第３の実施の形態と同様な効果が得られる。

本発明の第１の実施の形態に係わる鉄道車両情報制御システムの構成図。 本発明の第２の実施の形態に係わる鉄道車両情報制御システムの構成図。 本発明の第３の実施の形態に係わる鉄道車両情報制御システムの構成図。 本発明の第３の実施の形態における車両情報制御装置（中央装置）の構成図。 本発明の第３の実施の形態における車両情報制御装置（中央装置）の他の一例を示す構成図。 本発明の第４の実施の形態に係わる鉄道車両情報制御システムの構成図。

符号の説明

１１…車両、１２…主幹制御装置、１３…抑速スイッチ、１４…速度検出器、１５…勾配情報格納装置、１６…ブレーキ制御装置、１７…車両情報制御装置、１８…主変換装置、１９…抑速ブレーキトルク算出手段、２０…割振手段、２１…車両質量検出装置、２２…伝送路、２３…低速走行スイッチ、２４…

Claims (14)

1. 複数台の車両が連結された列車の力行およびブレーキの操作をする主幹制御装置と、各車両の質量を検出する車両質量検出装置と、列車を走行させる力行トルクを発生させる主変換装置と、前記主幹制御装置からの力行ノッチ情報と各車両の車両質量検出装置からの車両質量から必要な編成全体の力行トルクを演算し主変換装置に伝送する車両情報制御装置とを備えたことを特徴とする鉄道車両情報制御システム。
2. 前記車両情報制御装置は、複数の主変換装置のうち解放状態または故障状態にある主変換装置分の力行トルクを他の主変換装置に割り振ることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両情報制御システム。
3. 前記車両情報制御装置は、前記主変換装置に出力した力行トルク指令とその主変換装置からの発生トルクとに差がある場合には、不足分のトルクを他の主変換装置に割り振ることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両情報制御システム。
4. 前記車両情報制御装置は前記主変換装置に対し伝送する指令に、力行トルク指令に加え、ノッチ指令および編成全体の質量を伝送し、前記主変換装置側で力行トルク指令の妥当性を検算することを特徴とする請求項１記載の鉄道車両情報制御システム。
5. 複数台の車両が連結された列車の力行およびブレーキの操作をする主幹制御装置と、列車の定速走行を要求する定速走行スイッチと、列車速度を検出する速度検出器と、各車両の質量を検出する車両質量検出装置と、列車を走行させる力行トルクを発生させる主変換装置と、前記主幹制御装置からの力行ノッチ情報と各車両の車両質量検出装置からの車両質量から必要な編成全体の力行トルクを演算する車両情報制御装置とを備え、前記車両情報制御装置は、前記定速走行スイッチから定速走行の要求があったときは、そのときの列車の速度を列車の目標速度としフィードバック制御により必要な力行トルクを演算し、前記主変換装置に伝送することを特徴とする鉄道車両情報制御システム。
6. 複数台の車両が連結された列車の力行およびブレーキの操作をする主幹制御装置と、列車の定速走行を要求する定速走行スイッチと、列車速度を検出する速度検出器と、各車両の質量を検出する車両質量検出装置と、列車を走行させる力行トルクを発生させる主変換装置と、前記主幹制御装置からの力行ノッチ情報と各車両の車両質量検出装置からの車両質量から必要な編成全体の力行トルクを演算する車両情報制御装置とを備え、前記車両情報制御装置は、前記定速走行スイッチから定速走行の要求があったときは、そのときの列車の速度を列車の目標速度とし、その目標速度から走行抵抗を演算し、この走行抵抗を相殺する力行トルクを各主変換装置に出力することを特徴とする請求項５記載の鉄道車両情報制御システム。
7. 複数台の車両が連結された列車の力行およびブレーキの操作をする主幹制御装置と、列車の抑速走行を要求する抑速スイッチと、列車の速度を検出する速度検出器と、列車が走行する線路の勾配情報を格納している勾配情報格納装置と、列車の各々の車両の質量を検出するとともに列車を停止させる空気ブレーキを発生するブレーキ制御装置と、列車を走行させる力行トルクと列車を停止させる回生ブレーキとを発生させる主変換装置と、前記抑速スイッチから列車の抑速走行の要求があったとき各車両の前記ブレーキ制御装置からの車両質量と前記勾配情報格納装置からの勾配情報と前記速度検出器からの列車速度とから列車編成全体として必要な抑速ブレーキトルクを演算し各車両の前記主変換装置および前記ブレーキ制御装置に抑速ブレーキトルクを割り振る車両情報制御装置とを備えたことを特徴とする鉄道車両情報制御システム。
8. 複数台の車両が連結された列車の力行およびブレーキの操作をする主幹制御装置と、列車の抑速走行を要求する抑速スイッチと、列車の速度を検出する速度検出器と、列車の各々の車両の質量を検出するとともに列車を停止させる空気ブレーキを発生するブレーキ制御装置と、列車を走行させる力行トルクと列車を停止させる回生ブレーキとを発生させる主変換装置と、前記抑速スイッチから列車の抑速走行の要求があったときの前記速度検出器からの列車速度を目標速度としフィードバックループを構成して必要な抑速ブレーキトルクを演算し各車両の前記主変換装置および前記ブレーキ制御装置に抑速ブレーキトルクを割り振る車両情報制御装置とを備えたことを特徴とする鉄道車両情報制御システム。
9. 前記車両情報制御装置は、演算して求めた抑速ブレーキトルクを各車両重量に応じて前記主変換装置に割り振り、不足分を前記ブレーキ制御装置に割り振ることを特徴とする請求項７または８記載の鉄道車両情報制御システム。
10. 前記車両情報制御装置は、解放状態または故障状態の主変換装置があるときは、残りの主変換装置に抑速ブレーキトルクを割り振ることを特徴とする請求項７または８記載の鉄道車両情報制御システム。
11. 前記車両情報制御装置は、前記主変換装置からの抑速ブレーキトルクが前記車両情報制御装置が割り振った抑速ブレーキトルクより小さいときは、不足分の抑速ブレーキトルクを他の主変換装置に割り振ることを特徴とする請求項１または２記載の鉄道車両情報制御システム。
12. 前記車両情報制御装置は、各主変換装置からの温度情報に基づいて温度条件の厳しい主変換装置に割り振る抑速ブレーキトルクを小さくし、不足分を他の主変換装置またはブレーキ制御装置に割り振ることを特徴とする請求項７または８記載の鉄道車両情報制御システム。
13. 前記勾配情報格納装置に代えて、列車が走行する線路の勾配情報を検出する勾配検出器を設けたことを特徴とする請求項７記載の鉄道車両情報制御システム。
14. 列車の各々の車両の質量を検出するとともに列車を停止させる空気ブレーキを発生するブレーキ制御装置と、列車を走行させる力行トルクと列車を停止させる回生ブレーキとを発生させる主変換装置と、列車が抑速走行を行う場合に前記ブレーキ制御装置により検出される各々の車両の質量から車両毎のブレーキトルクを演算し各々の車両に搭載された前記主変換装置の割り振る割振手段とを備えたことを特徴とする鉄道車両情報制御システム。

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