JP2008104343A - 車両走行制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】電気車における電力系統切替区間において乗り心地を向上させるための車両走行制御システムを提供する。
【解決手段】力行状態でＡＴＣ車載機２０により車両８０がセクション切替区間に進入したことが検出された場合、車両８０がセクション切替区間に進入してからセクション切替区間に対する電力供給が停止される時間が経過するまでの間（１秒）、駆動装置１０が発生する力行トルクを最大力行トルクから経過時間に対して一定の割合で低減させ、電力供給が停止された後、予め定められた電力供給再開時間（０．３秒）が経過した後、駆動装置１０が発生する力行トルクを０から最大力行トルクまで経過時間に対して一定の割合で上昇させる。また、電力回生ブレーキ１０作動状態で車両８０がセクション切替区間に進入した場合は、力行トルクと同様に、電力回生ブレーキ１０及びディスクブレーキ１５の作動力を相補的に低減又は上昇させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気車が電力系統切替区間を通過する際の乗り心地を改善する車両制御を行う車両走行制御システムに関する。

交流き電の電力供給システムでは、異なる変電所から供給される電力を切り替える地上設備（セクション切替）が存在する。このセクション切替区間を車両が通過する際には、短い時間ではあるが車両への電力の供給が停止状態となる。

つまり、車両が１つの変電所から電力供給を受けつつセクション切替区間に進入した後所定の時間が経過すると、その変電所からのセクション切替区間への電力供給が停止される。そして、電力供給が停止してから所定の時間が経過すると、他の変電所からセクション切替区間への電力供給が開始される。

このようにしてセクション切替区間における電力供給の切替が行われるので、セクション切替区間では、車両へ供給される電力が短い時間で供給状態から停止状態となり、さらに供給状態となる。したがって、電力供給を受けて作動する車両駆動用のモータの発生するトルクが電力供給の供給や停止に伴って大きく変動するので、車両が前後に揺れる前後衝動が発生し、車両の乗り心地が悪くなる。

また、電力回生ブレーキ作動中に車両がセクション切替区間に進入すると、上記トルクと同様に、電力供給の停止の際に、瞬間的に電力回生ブレーキがオフするとともにディスクブレーキがオンになる。つまり、セクション切替区間への進入時に、電力回生ブレーキとディスクブレーキのオン／オフの切替が瞬間的に行われるため、車両に前後衝撃が発生し、車両の乗り心地が悪くなる。

このセクション切替区間で発生する前後騒動を発生させないようにするため、従来、セクション切替区間を３つに分けるセクション切替方法が提案されていた。
つまり、セクション切替区間を３つに分け、その３つの区間の両端の区間にそれぞれ別の変電所から電力を供給し、真ん中の区間には両方の変電所から電力を供給する。そして、車両がその区間を通過するに従って、電力供給を行う変電所を順に切り替えることによって、車両がセクション切替区間を通過する際、常に車両に電力が供給されるようにして車両の力行トルク変動を抑制するようにしたのである。（例えば、特許文献１参照）。
特開２０００−２０３３１６号公報

ところが、上記のき電切替制御装置は、新幹線車両のように高速走行する車両の場合、適切に作動しない場合があった。
つまり、新幹線のような高速走行をする車両では、車両の速度が早く、また、車両を高速走行させるために高トルクを発生させる必要がある。したがって、新幹線車両では、新幹線車両の走行位置を正確に把握し、切替セクションを通過する際に３つの電力供給区間をタイミングよく切り替えることが必要である。

ところが、上記き電切替制御装置では、新幹線のような高速車両の走行位置を正確に把握できないため、車両に供給される電力が一時的に停止する場合があり、そのため車両側で大きな力行トルク変動や電力回生ブレーキとディスクブレーキの切替が生じ、その力行トルク変動やブレーキの切替のために前後衝動が発生して、車両の乗り心地が悪くなるという問題があったのである。

本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、電気車における電力系統切替区間において乗り心地を向上させるための車両走行制御システムを提供することを目的とする。

かかる問題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、異なる電力系統から供給される電力を切り替える電力系統切替区間を有するき電電力供給システムから電力供給を受けて走行する電気車の車両走行制御システムであって、駆動手段（１０：この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための最良の形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。）、切替区間内車両検出手段（２０）及び制御手段（５０）を備えている。

駆動手段（１０）は、電力の供給を受け、所定の力行トルクで車両（８０）を駆動し、切替区間内車両検出手段（２０）は、車両（８０）が電力系統切替区間に入ったことを検出する。

また、制御手段（５０）は、切替区間内車両検出手段（２０）により車両（８０）が電力系統切替区間に進入したことが検出された場合、車両（８０）が電力系統切替区間に進入してから電力系統切替区間に対する電力供給が停止される時間が経過するまでの間、駆動手段（１０）が発生する力行トルクを所定の低減パターンで低減させ、電力供給が停止された後、予め定められた電力供給再開時間が経過した以降、又は、切替区内車両検出手段（２０）により、電力系統切替区間から車両（８０）が進出したことを検出した以降、駆動手段（１０）が発生する力行トルクを所定の上昇パターンで上昇させるように構成されている。

このような車両走行制御システムによれば、切替区間内車両検出手段（２０）によって、電力系統切替区間に車両（８０）が進入したことが検出されると、車両（８０）が電力系統切替区間に進入してから電力系統切替手段への電力供給が停止される時間が経過するまでの間、駆動手段（１０）の発生する力行トルクが所定の低減パターンで低減される。

また、電力供給が停止された後、予め定められた電力供給再開時間が経過するか、又は、車両（８０）が電力系統切替区間から進出したことが検出された以降に後に力行トルクが所定の上昇パターンで上昇する。

このようにして、電力系統切替区間に車両（８０）が進入した後、車両（８０）の力行トルクを制御すると車両（８０）が電力系統切替区間を通過する際の乗り心地を向上させることができる。これについて詳細に説明する。

前述したように、駆動手段（１０）に力行トルクが発生する状態で車両（８０）が電力系統切替区間を通過すると、電力供給の停止・再開によって駆動手段（１０）の力行トルクが急激に変動するので、車両（８０）に前後衝動が発生する。例えば、新幹線車両のように高速走行をさせるために駆動手段（１０）で大きな力行トルクを発生させている車両（８０）では、この力行トルクの変動によって生じる前後衝動が大きい。

したがって、上記のように電力系統切替区間において、電力供給が停止するまでに力行トルクを所定の低減パターンで低減させ、電力供給が再開されるか、又は、車両（８０）が電力系統切替区間から出たら、力行トルクを所定の上昇パターンで上昇させて、力行トルクが急激に変動しないようにすれば、車両（８０）に前後衝動が発生することがなくなる。そして、車両（８０）に前後衝動が発生しなくなるので、車両（８０）が電力系統切替区間を通過する時の乗り心地が向上する。

また、力行トルクと同様のことがブレーキにおいても発生する。つまり、電気ブレーキ（１０）作動中に車両がセクション切替区間に進入すると、電力供給の停止の際に、瞬間的に電気ブレーキ（１０）がオフするとともにディスクブレーキがオンになる。したがって、セクション切替区間への進入時に、電力回生ブレーキとディスクブレーキのオン／オフの切替が瞬間的に行われるため、車両に前後衝撃が発生し、車両の乗り心地が悪くなる。

そこで、請求項２に記載のように、車両の車輪の回転を機械的に抑制することによって車両を減速させるための機械ブレーキ（１５）と、車両の車輪の回転を電気的に抑制することによって車両を減速させるための電気ブレーキ（１０）と、を備え、制御手段（５０）は、前記電気ブレーキ（１０）を作動させている時に、切替区間内車両検出手段により車両が電力系統切替区間に進入したことが検出された場合、車両が電力系統切替区間に進入してから電力系統切替区間に対する電力供給が停止される時間が経過するまでの間、電気ブレーキ（１０）の作動力を所定の低減パターンで低減させるとともに機械ブレーキ（１５）の作動力を所定のパターンで上昇させ、電力供給が停止された後、予め定められた電力供給再開時間が経過した以降、又は、切替区内車両検出手段により、電力系統切替区間から車両が進出したことを検出した以降、電気ブレーキ（１０）の作動力を所定の上昇パターンで上昇させるとともに機械ブレーキ（１５）の作動力を所定のパターンで低減させるのである。

ここで、「電気ブレーキ（１０）」とは、車両のもっている運動エネルギを電気エネルギに変換して車両にブレーキをかける方式のブレーキであり、例えば、電力回生ブレーキのように駆動装置（１０）を発電機として作用させ、発電機で発電した電力を架線に返還するブレーキを意味している。

また、「機械ブレーキ（１５）」とは、例えば、ディスクブレーキのように金属円盤を車軸に取り付け、制輪子ライニングを金属円盤に押しつけてブレーキ力を生むブレーキを意味している。

このように、電力系統切替区間において、電力供給が停止するまでに電気ブレーキ（１０）の作動力を所定の低減パターンで低減させるとともに、機械ブレーキ（１５）の作動力を所定のパターンで上昇させる。そして、電力供給が再開されるか、又は、車両（８０）が電力系統切替区間から出たら、電気ブレーキ（１０）の作動力を所定の上昇パターンで上昇させるとともに、機械ブレーキ（１５）の作動力を所定のパターン低減させる。

すると、電源供給が停止する前に電気ブレーキ（１０）の作動力がほぼ０になり、機械ブレーキ（１５）の作動力が必要な作動力になっているので、電源供給が停止した時に、瞬間的に電気ブレーキ（１０）と機械ブレーキ（１５）とが切り替わっても、ブレーキ全体としての作動力に変化がなくなる。

ブレーキ全体としての作動力に変化がなくなれば、車両（８０）に前後衝動が発生することがなくなるので、車両（８０）が電力系統切替区間を通過する時の乗り心地が向上する。

ところで、電力系統切替区間に車両（８０）が進入してから電力供給が停止するまでの時間は通常短い。したがって、駆動手段（１０）で発生させる力行トルクを所定の低減パターンで低減させるためには車両（８０）側においても電力系統切替区間に車両（８０）が進入したことを正確に検出する必要がある。

そこで、請求項３に記載のように、切替区間内車両検出手段（２０）は、予め電力系統切替区間が登録されている電力系統切替区間データベース（２４ａ）と、ＡＴＣ地上子（２２）の位置データ、軌道（９０）とその軌道（９０）を走行中の車両（８０）とによって形成される起電回路により得られる位置データ及び車両（８０）の速度データに基づいて前記車両（８０）の現在位置を特定するＡＴＣ車載機（２０）と、を備え、ＡＴＣ車載機（２０）により特定された車両（８０）の現在位置が電力系統切替区間データベース（２４ａ）に登録されている電力系統切替区間内に入ったときに、車両（８０）が電力系統切替区間に進入したことを検出し、進入した車両（８０）が電力系統切替区間から出たときに、車両（８０）が電力系統切替区間から進出したことを検出するようにするとよい。

ＡＴＣ車載機（２０）は、走行中の車両（８０）の現在位置を正確に検出できる。したがって、請求項３に記載のように、ＡＴＣ車載機（２０）によって得られた車両（８０）の現在位置が電力系統切替区間データベース（２４ａ）に登録されている電力系統切替区間内に入ったときに電力系統切替区間に車両（８０）が進入したことを検出し、進入した車両（８０）が電力系統切替区間から出たときに、車両（８０）が電力系統切替区間から進出したことを検出すれば、車両（８０）が電力系統切替区間に進入したこと及び電力系統切替区間から進出したことを正確に検出できる。

ところで、車両（８０）が電力系統切替区間を通過する際に、制御手段（５０）が駆動手段（１０）に発生させる力行トルクの発生パターンとしては種々のものが考えられるが、請求項４に記載のように、所定の第１力行トルクを所定の値の低減加速度で除した値を傾きとして、時間の経過と共に力行トルクを低減させるものであるようにすると、力行トルクが一定の割合で低減されるので、車両（８０）には一定の加速度（低減加速度）が加わる。つまり、車両（８０）の加速度変動が一定であるので車両（８０）の乗り心地に悪影響を与えることがない。

また、制御手段（５０）が駆動手段（１０）に発生させる力行トルクの所定の上昇パターンは、請求項５に記載のように、所定の第２力行トルクを所定の値の上昇加速度で除した値を傾きとして、時間の経過と共に力行トルクを上昇させるものであるようにすると、力行トルクが一定の割合で上昇するので、車両（８０）には一定の加速度（上昇加速度）が加わる。つまり、車両（８０）の加速度変動が一定であるので車両（８０）の乗り心地に悪影響を与えることがない。

さらに、請求項６に記載のように第１力行トルクと第２力行トルクとを共に駆動手段（１０）が発生できる最大力行トルクとすると、車両（８０）が電力系統切替区間を通過する前後で駆動手段（１０）の発生する最大力行トルクで走行できるので、駆動手段（１０）を最も効率良く利用することができる。

また、請求項７に記載のように、制御手段（５０）は、電気ブレーキ（１０）の作動力と機械ブレーキ（１５）の作動力との和が一定になるように電気ブレーキ（１０）と機械ブレーキ（１５）とを制御するようにすると、電気ブレーキ（１０）と機械ブレーキ（１５）とを切替えてもブレーキ全体の作動力は一定で変化がないので、車両に前後衝撃が発生しない。したがって、車両の乗り心地がよくなる。

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。

（車両走行制御システムの構成）
図１は、車両走行制御システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示すように、車両走行制御システムは、駆動装置１０、ディスクブレーキ１５、ＡＴＣ車載機２０、ＡＴＣ地上子２２、外部記憶装置２４（電力系統切替区間データベース２４ａ）、速度発電機３０、伝送装置４０、制御装置５０から構成される。

駆動装置１０は、パンタグラフ７０を介して架線６０から電力の供給を受け、所定の力行トルクで車輪８２を駆動させて車両８０を走行させるものである。具体的には、パンタグラフ７０で架線６０から交流電力を受電し、いったん直流に変換してから三相交流に変換する図示しないインバータ及び交流モータなどから構成される。

また、駆動装置１０は、車両の車輪８２の回転を電気的に抑制することによって車両を減速させるための電力回生ブレーキ１０としても用いられる。つまり、交流モータを発電機として用い、車両の車輪８２の回転により発電を行うことにより、発電機を車輪８２の回転の負荷として車輪８２の回転を抑制する、つまりブレーキを作動させるのである。

このとき、発電機の発電量を制御することによって、ブレーキの作動力を制御できる。つまり、発電量を大きくすれば負荷が大きくなるのでブレーキとしての作動力が大きくなり、発電量を小さくすれば負荷が小さくなるのでブレーキとしての作動力は小さくなる。

なお、発電機で発電した電力は、インバータ及びパンタグラフ７０を介して架線６０へ戻される。
ディスクブレーキ１５は、車両の車輪８２の回転を機械的に抑制することによって車両を減速させるためのブレーキであり、車輪８２の図示しない車軸にカーボンファイバなどで形成されたディスクを設け、それをパッドで挟み込むことで車輪８２の回転を抑制する、つまりブレーキを作動させるのである。このとき、パッドの挟み込み量によって作動力を制御する。

ＡＴＣ車載機２０は、図示されないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置２４から構成され、車両８０に搭載されている。また、ＡＴＣ車載機２０の外部記憶装置２４には、電力系統切替区間データベース２４ａが記憶されている。電力系統切替区間データベース２４ａには、予め電力系統切替区間の位置データが登録されている。

ＡＴＣ車載機２０は、ＡＴＣ地上子２２の位置データ、軌道９０とその軌道９０を走行中の車両８０とによって形成される起電回路により得られる車両の位置データ及び車両の速度を検出するための速度発電機３０によって得られる車両８０の速度データを入力し、車両８０の現在位置を特定する。

また、ＡＴＣ車載機２０は、特定した車両８０の現在位置が電力系統切替区間データベース２４ａに登録されている電力系統切替区間内に入っていたときに、車両８０がセクション切替区間に進入したものとして、セクション切替区間進入検出信号を伝送装置４０を介して制御装置５０へ出力する。

さらに、ＡＴＣ車載機２０は、特定した車両８０が電力系統切替区間データベース２４ａに登録されている電力系統切替区間内に入った後、電力系統切替区間から出たときに、その車両８０がセクション切替区間から進出したものとして、セクション切替区間進出信号を伝送装置４０を介して制御装置５０へ出力する。

ＡＴＣ地上子２２は、軌道９０の２本の線路の内側に埋設されて配置されており、車両８０がＡＴＣ地上子２２の上を通過すると、ＡＴＣ地上子２２の位置データをＡＴＣ車載機２０に送信する。

速度発電機３０は、車両８０の速度を検出するためのものであり、車両８０の速度に比例した電圧を発生させることによって車両８０の速度を検出する。
伝送装置４０は、ＡＴＣ車載機２０から出力されるセクション切替区間進入検出信号及びセクション切替区間進出検出信号を制御装置５０へ伝送するための装置である。具体的には、ＡＴＣ車載機２０の出力するセクション切替区間進入検出信号及びセクション切替区間進出検出信号を制御装置５０側の伝送装置４０との間でそれらの検出信号をノイズなどの環境下でも伝送できるような信号形式に変換して伝送する。例えば、伝送装置４０の入出力をＲＳ−２３２ＣやＲＳ−４２２規格で行うように構成し、それらの検出信号を送受信するのである。

制御装置５０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどで構成されており、ＡＴＣ車載機２０からセクション切替区間進入検出信号を受信すると、車両８０がセクション切替区間に進入してからセクション切替区間に対する電力供給が停止されまでの間、駆動装置１０が発生する力行トルクを所定の低減パターンで低減させる。そして、電力供給が停止された後、予め定められた電力供給再開時間が経過した後、又は、セクション切替区間進出検出信号を受信すると、駆動装置１０が発生する力行トルクを所定の上昇パターンで上昇させる。

（セクション切替区間におけるセクション切替動作）
ここで、セクション切替区間におけるセクション切替動作について図２に基づき説明する。図２は、セクション切替区間におけるセクションの切替動作を示した図である。

図２（ａ）に示すようにセクション切替区間に入る前の区間１では、車両８０は変電所Ａから送電される電力を受電して走行する。
車両８０が進行し、図２（ｂ）に示すように車両８０がセクション切替区間に進入するとセクション切替動作が開始される。

セクション切替動作が開始されると、図２（ｃ）に示すように、車両８０がセクション切替区間に進入してから１秒後に区間２に対する電力供給が停止され、区間２が無電圧状態となる。

そして、図２（ｄ）に示すように、電力供給が停止されてから０．３秒後に区間２に変電所Ｂから電力が供給され、車両８０に対する電力供給が再開される。
以上のようにしてセクション切替動作が実行されるため、区間２において、車両８０に０．３秒間電力が供給されない現象が発生し、その際、力行トルクが急激に変化するので前後衝動が発生するのである。

（走行制御処理）
次に、車両８０がセクション切替区間に進入した後に制御装置５０で実行される走行制御処理について図３のフローチャートに基づいて説明する。図３は、車両走行制御システムの制御装置５０で実行される処理のフローチャートである。

図３に示すように、Ｓ１００において、ＡＴＣ車載機２０からセクション切替区間進入検出信号が入力される。
続くＳ１０５においてセクション切替区間進入検出信号が入力されたか否かが判定される。セクション切替区間進入検出信号が入力されていないと判定された場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）、Ｓ１００へ処理が移行され、ＡＴＣ車載機２０からのセクション切替区間進入検出信号の入力処理が繰り返される。一方、セクション切替区間進入検出信号が入力されたと判定された場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）には、Ｓ１１０へ処理が移行される。

Ｓ１１０では、駆動装置１０を電力回生ブレーキ１０として作動させているか否かが判定される。そして、電力回生ブレーキ１０が作動中と判定された場合（Ｓ１１０：Ｙｅｓ）、処理がＳ１４５へ移行され、電力回生ブレーキ１０が作動中でないと判定された場合（Ｓ１１０：Ｎｏ）、処理がＳ１１５へ移行される。

Ｓ１１５では、力行トルクが一定の割合で低減され、続くＳ１２０において所定時間が経過したか否かが判定される。本実施形態では、この所定時間は１秒である（図２参照）。そして、所定時間（１秒）が経過していない場合（Ｓ１２０：Ｎｏ）、処理がＳ１１５へ戻され、所定時間が経過するまで力行トルクが低減される。そして、所定時間が経過したら（Ｓ１２０：Ｙｅｓ）、処理がＳ１２５へ移行される。

Ｓ１２５及びＳ１３０において、所定の時間、力行トルクが０にされる。本実施形態の場合この所定の時間は０．３秒である（図２参照）。
力行トルクが０になってから所定の時間（０．３秒）が経過したら、Ｓ１３５において、力行トルクが一定の割合で上昇され、続くＳ１４０において、所定の力行トルクに達したか否かが判定される。

そして、所定の力行トルクに達していない場合（Ｓ１４０：Ｎｏ）、処理がＳ１３５へ戻されて、力行トルクが上昇される。一方、所定の力行トルクに達した場合（Ｓ１４０：Ｙｅｓ）、Ｓ１００へ処理が戻され、走行制御処理が繰り返される。

Ｓ１１０において電力回生ブレーキ１０が作動中であると判定され、処理がＳ１４５へ移行された場合、Ｓ１４５では、電力回生ブレーキ１０の作動力が一定の割合で低減され、続くＳ１５０では、ディスクブレーキ１５の作動力が一定の割合で上昇される。

なお、Ｓ１４５において電力回生ブレーキ１０の作動力が低減され、Ｓ１５０においてディスクブレーキ１５の作動力が上昇される際、電力回生ブレーキ１０の作動力とディスクブレーキ１５の作動力との和が一定になるように電力回生ブレーキ１０及びディスクブレーキ１５が制御される。

続くＳ１５５において、所定時間が経過したか否かが判定される。本実施形態では、この所定時間は１秒である（図８参照）。そして、所定時間（１秒）が経過していない場合（Ｓ１５５：Ｎｏ）、処理がＳ１４５へ戻され、所定時間が経過するまで電力回生ブレーキ１０及びディスクブレーキ１５の作動力の制御が行われる。そして、所定時間が経過したら（Ｓ１５５：Ｙｅｓ）、処理がＳ１６０へ移行される。

Ｓ１６０では、電力供給停止後、所定の時間が経過したか否かが判定され、所定の時間が経過していない場合（Ｓ１６０：Ｎｏ）、所定の時間が経過するまでＳ１６０の処理が繰り返され、所定の時間が経過した場合（Ｓ１６０：Ｙｅｓ）、処理がＳ１６５へ移行される。

Ｓ１６５では、ディスクブレーキ１５の作動力が一定の割合で低減され、続くＳ１７０では、電力回生ブレーキ１０の作動力が一定の割合で上昇される。
なお、Ｓ１６５においてディスクブレーキ１５の作動力が低減され、Ｓ１７０において電力回生ブレーキ１０の作動力が上昇される際、ディスクブレーキ１０の作動力と電力回生ブレーキ１０の作動力との和が一定になるようにディスクブレーキ１０及び電力回生ブレーキ１５が制御される。

続くＳ１８０で、電力回生ブレーキ１０の作動力が所定の値になったか否かが判定され、作動力が所定の値になっていない場合（Ｓ１８０：Ｎｏ）、処理がＳ１６５へ戻され、作動力が所定の値になるまで作動力が制御される。また、作動力が所定の値になった場合（Ｓ１８０：Ｙｅｓ）、処理がＳ１００へ戻され、走行制御処理が繰り返される。

以上に説明した車両制御システムが組み込まれた車両８０がセクション切替区間を最大トルクで通過する際のセクション切替動作と車両側の走行制御の関係とを図４に基づいて説明する。

図４（ａ）に示すようにセクション切替区間に入る前の区間１では、車両８０は変電所Ａから送電される電力を受電して、駆動装置１０が発生可能な最大力行トルクで走行している。

車両８０が進行し、図４（ｂ）に示すように車両８０がセクション切替区間に進入するとセクション切替動作が開始される。このとき車両８０側では、ＡＴＣ車載機２０がセクション切替区間に進入したことを検出する。そして、ＡＴＣ車載機２０から制御装置５０へセクション切替区間進入検出信号が入力され、力行トルクが一定の割合で低減され始める。

この時の力行トルクの低減パターンは、駆動装置１０が発生可能な最大力行トルク値を所定の低減率で除した値（一定値）を傾きとして、力行トルクを最大力行トルク値から０まで経過時間に比例して低減させていくというものである。

次に、図４（ｃ）に示すように、車両８０がセクション切替区間に進入してから１秒後に区間２に対する電力供給が停止される。このとき、車両８０側では力行トルクが０にされる。

そして、図４（ｄ）に示すように、電力供給が停止されてから０．３秒後に区間２に変電所Ｂから電力が供給される。このとき、車両８０側では力行トルクが所定の値になるまで一定の割合で上昇される。

この時の力行トルクの上昇パターンは、駆動装置１０が発生可能な最大力行トルク値を所定の上昇率で除した値（一定値）を傾きとして、力行トルクを０から最大力行トルク値まで経過時間に比例して上昇させていくというものである。

以上のようにしてセクション切替動作に対応して、車両８０側で滑らかに力行トルクが低減及び上昇させられるので、区間２において、車両８０に０．３秒間電力が供給されない現象が発生しても、力行トルクが急激に変化することがない。そして、力行トルクが急激に変化しないので、前後衝動が発生しないのである。

図４に示すように走行制御が行われている場合、セクション切替区間進入検出信号、架線電圧、力行トルクそれぞれの値がどのように変化するかを図５に示す。
図５に示すように、車両８０がセクション切替区間に進入し、セクション切替動作が開始されると、セクション切替区間進入検出信号がＨｉｇｈになる。すると、力行トルクが一定の割合で低減され始める。

セクション切替動作が開始され１秒経過すると、架線電圧が２５，０００［Ｖ］から０［Ｖ］になる。このとき既に力行トルクは０近くに低減されているので、架線電圧が０［Ｖ］になることによって駆動装置１０に電力が供給されなくなり、駆動装置１０で発生できる力行トルクが０になっても力行トルクはほとんど変動しない。力行トルクの変動が少ないので車両８０には、力行トルクの変動によって生じる前後衝動が発生しなくなるのである。

本車両走行制御システムを車両８０に組み込まない場合と組み込んだ場合のセクション切替区間通過時の実際の力行トルクの変動を計測したデータを図６に示す。図６（ａ）が本車両走行制御システムを組み込む前の従来の車両における力行トルクの変動を示しており、図６（ｂ）が本車両走行制御システムを組み込んで前後衝動が発生しないように改善を行った車両８０における力行トルクの変動を示している。図６（ａ），（ｂ）において、横軸は、時間、縦軸は前後加速度を示している。

図６（ａ）に示すように、従来の車両では、セクション切替区間通過時に前後加速度が急激に変化しており、車両に前後衝動が発生していることが分かる。それに対し、本車両走行制御システムを組み込んだ車両８０では、図６（ｂ）に示すように、セクション切替区間通過時に前後加速度が滑らかな変化をしており、車両８０に前後衝動が発生していないことが分かる。

また、車両制御システムが組み込まれた車両８０がセクション切替区間をブレーキを作動させた状態で通過する際のセクション切替動作と車両側の走行制御の関係とを図７に基づいて説明する。

図７（ａ）に示すようにセクション切替区間に入る前の区間１では、電力回生ブレーキ１０を作動させた状態で走行している。
車両８０が進行し、図７（ｂ）に示すように車両８０がセクション切替区間に進入するとセクション切替動作が開始される。このとき車両８０側では、ＡＴＣ車載機２０がセクション切替区間に進入したことを検出する。そして、ＡＴＣ車載機２０から制御装置５０へセクション切替区間進入検出信号が入力され、電力回生ブレーキ１０の作動力が一定の割合で低減され始め、ディスクブレーキ１５の作動力が一定の割合で上昇され始める。

次に、図７（ｃ）に示すように、車両８０がセクション切替区間に進入してから１秒後に区間２に対する電力供給が停止される。
そして、図７（ｄ）に示すように、電力供給が停止されてから０．３秒後に区間２に変電所Ｂから電力が供給される。このとき、車両８０側では電力回生ブレーキ１０の作動力が所定の値になるまで一定の割合で上昇され、ディスクブレーキ１５の作動力が一定の割合で低減される。

以上のようにしてセクション切替動作に対応して、車両８０側で滑らかに電力回生ブレーキ１０及びディスクブレーキ１５の作動力が低減及び上昇させられるので、区間２において、車両８０に０．３秒間電力が供給されない現象が発生しても、ブレーキの作動力が急激に変化することがない。そして、ブレーキの作動力が急激に変化しないので、前後衝動が発生しないのである。

図７に示すように走行制御が行われている場合、セクション切替区間進入検出信号、架線電圧、電力回生ブレーキ１０の作動力及びディスクブレーキの作動力のそれぞれの値がどのように変化するかを図８に示す。

図８に示すように、車両８０がセクション切替区間に進入し、セクション切替動作が開始されると、セクション切替区間進入検出信号がＨｉｇｈになる。すると、電力回生ブレーキ１０の作動力が一定の割合で低減され始め、ディスクブレーキ１５の作動力が一定の割合で上昇され始める。

セクション切替動作が開始され１秒経過すると、架線電圧が２５，０００［Ｖ］から０［Ｖ］になる。このとき既に電力回生ブレーキ１０の作動力は０近くに低減され、ディスクブレーキ１５の作動力は定格値になっているので、架線電圧が０［Ｖ］になることによって電力回生ブレーキ１０が作動しなくなり、電力回生ブレーキ１０で発生できる作動力が０になってもブレーキの作動力はほとんど変動しない。ブレーキの作動力の変動が少ないので車両８０には、ブレーキの作動力の変動によって生じる前後衝動が発生しなくなるのである。

本車両走行制御システムを車両８０に組み込まない場合と組み込んだ場合のセクション切替区間通過時の実際の変動（加速度）を計測したデータを図９に示す。図９（ａ）が本車両走行制御システムを組み込む前の従来の車両におけるブレーキ作動時にセクション切替動作が行われた場合の変動（加速度）を示しており、図９（ｂ）が本車両走行制御システムを組み込んで前後衝動が発生しないように改善を行った車両８０における変動（加速度）を示している。図９（ａ），（ｂ）において、横軸は、時間、縦軸は前後加速度を示している。

図９（ａ）に示すように、従来の車両では、セクション切替区間通過時に前後加速度が０．８０Ｇ／ｓ程度と急激に変化しており、車両に前後衝動が発生していることが分かる。それに対し、本車両走行制御システムを組み込んだ車両８０では、図９（ｂ）に示すように、セクション切替区間通過時に前後加速度の変化が０．０８Ｇ／ｓ程度と滑らかな変化をしており、従来の車両に比べ、車両８０の前後衝動が非常に減少していることが分かる。

以上に説明したように、本車両走行制御システムでは、力行トルクを発生させた状態で走行している場合には、セクション切替区間において、電力供給が停止するまでに力行トルクを所定の低減パターンで低減させ、電力供給が再開されたら力行トルクを所定の上昇パターンで上昇させて、力行トルクが急激に変動しないようになっている。したがって、車両８０に前後衝動が発生することがなくなる。そして、車両８０に前後衝動が発生しなくなるのでセクション切替区間通過時の乗り心地が向上する。

また、電力回生ブレーキ１０を作動させた状態では、セクション切替区間において、電力供給が停止するまでに電力回生ブレーキ１０の作動力を所定の低減パターンで低減させ、ディスクブレーキ１５を所定のパターンで上昇させている。そして、電力供給が再開されたら電力回生ブレーキ１０の作動力を所定の上昇パターンで上昇させ、ディスクブレーキ１５の作動量を所定のパターンで低減させて、ブレーキの作動力が急激に変動しないようになっている。したがって、車両８０に前後衝動が発生することがなくなる。そして、車両８０に前後衝動が発生しなくなるのでセクション切替区間通過時の乗り心地が向上する。

また、本車両走行制御システムでは、ＡＴＣ車載機２０を用いて走行中の車両８０の現在位置を得ている。ＡＴＣ車載機２０は、走行中の車両の現在位置を正確に検出できるので、車両８０がセクション切替区間に進入したこと及び車両８０がセクション切替区間から進出したことを正確に検出できる。

また、駆動装置１０に発生させる力行トルクの低減パターンは、力行トルクが一定の割合で低減されるように設定されているので、車両８０には一定の加速度（低減加速度）が加わる。つまり、車両８０の加速度変動が一定であるので、車両８０に前後衝動が発生せず、車両の乗り心地に悪影響を与えることがない。

また、駆動装置１０に発生させる力行トルクの上昇パターンは、力行トルクが一定の割合で上昇するように設定されているので、車両８０には一定の加速度（上昇加速度）が加わる。つまり、車両８０の加速度変動が一定であるので、車両８０に前後衝動が発生せず、車両の乗り心地に悪影響を与えることがない。

さらに、力行トルクを低減させるときに、力行トルクを駆動装置１０が発生できる最大力行トルクから低減させ、力行トルクを上昇させるときには、力行トルクを０から最大力行トルクまで上昇させている。したがって、車両８０が電力系統切替区間を通過する前後で駆動装置１０の発生する最大力行トルクで走行できるので、駆動装置１０を最も効率良く利用することができる。

また、電力回生ブレーキ１０の作動力とディスクブレーキ１５の作動力との和が一定になるように電力回生ブレーキとディスクブレーキ１５とを制御しているので、電力回生ブレーキ１０とディスクブレーキ１５とを切替えてもブレーキ全体の作動力は一定で変化がない。したがって、車両に前後衝撃が発生しないので、車両の乗り心地がよくなる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。

（１）本実施形態では、力行トルクの低減パターン及び上昇パターンを経過時間に対して一定の割合で低減あるいは上昇させているが他のパターンでもよい。例えば、セクション切替区間進入検出信号を受信したら、大きな割合で力行トルクを低減させ、架線からの電力供給が停止する直前には低減割合を少なくするような曲線状のパターン（上昇の場合はその逆）で力行トルクを低減させるようにしてもよい。

（２）本実施形態では、力行トルクを低減させ０にした後、電力供給停止後一定の時間（０．３秒）経過したら、力行トルクを上昇させていたが（図３のＳ１２５〜Ｓ１４０参照）、電力停止後、車両８０がセクション切替区間から進出したら、力行トルクを上昇させるようにしてもよい。

すなわち、図３のフローチャートに示す走行制御処理において、Ｓ１２５において力行トルクが０にされた後、Ｓ１２７を追加し、Ｓ１２７においてセクション切替区間進出信号を入力する。続くＳ１３０では、電力供給停止後、所定時間が経過したか否かの判定の代わりに、セクション切替区間進出信号が入力されたたか否かが判定される。

そして、セクション切替区間進出信号が入力された場合（Ｓ１３０：Ｙｅｓ）、処理がＳ１３５へ移行され、て力行トルクが上昇される。一方、セクション切替区間進出信号が入力されない場合（Ｓ１３０：Ｎｏ）には、処理がＳ１２５へされ、トルクが０に保たれるようにするのである。

車両走行制御システムの概略構成を示すブロック図である。 セクション切替区間におけるセクションの切替動作を示した図である。 車両走行制御システムの制御装置５０で実行される処理のフローチャートである。 車両制御システムを組み込んだ車両がセクション切替区間を最大トルクで通過する際のセクション切替動作と車両側の走行制御の関係を示す図である。 車両制御システムを組み込んだ車両がセクション切替区間を最大トルクで通過する際、セクション切替区間進入検出信号、架線電圧、力行トルクそれぞれの値がどのように変化するかを示す図である。 本車両走行制御システムを車両８０に組み込まない場合と組み込んだ場合のセクション切替区間を最大トルクで通過する際の実際の力行トルクの変動を計測したデータを示す図である。 車両制御システムを組み込んだ車両がセクション切替区間をブレーキを作動させた状態で通過する際のセクション切替動作と車両側の走行制御の関係を示す図である。 車両制御システムを組み込んだ車両がセクション切替区間をブレーキを作動させた状態で通過する際、セクション切替区間進入検出信号、架線電圧、力行トルクそれぞれの値がどのように変化するかを示す図である。 本車両走行制御システムを車両８０に組み込まない場合と組み込んだ場合のセクション切替区間をブレーキを作動させた状態で通過する際の実際の力行トルクの変動を計測したデータを示す図である。

符号の説明

１０…駆動装置、電力回生ブレーキ、１５…ディスクブレーキ、２０…ＡＴＣ車載機、２２…ＡＴＣ地上子、２４…外部記憶装置、２４ａ…電力系統切替区間データベース、３０…速度発電機、４０…伝送装置、５０…制御装置、６０…架線、７０…パンタグラフ、８０…車両、８２…車輪、９０…軌道。

Claims (7)

1. 異なる電力系統から供給される電力を切り替える電力系統切替区間を有するき電電力供給システムから電力供給を受けて走行する電気車の車両走行制御システムであって、
   電力の供給を受け、所定の力行トルクで車両を駆動する駆動手段と、
   前記車両が前記電力系統切替区間に進入したこと及び前記電力系統切替区間から進出したことを検出する切替区間内車両検出手段と、
   前記切替区間内車両検出手段により前記車両が前記電力系統切替区間に進入したことが検出された場合、前記車両が前記電力系統切替区間に進入してから前記電力系統切替区間に対する電力供給が停止される時間が経過するまでの間、前記駆動手段が発生する力行トルクを所定の低減パターンで低減させ、電力供給が停止された後、予め定められた電力供給再開時間が経過した以降、又は、前記切替区内車両検出手段により、前記電力系統切替区間から前記車両が進出したことを検出した以降、前記駆動手段が発生する力行トルクを所定の上昇パターンで上昇させるように構成された制御手段と、
   を備えたことを特徴とする車両走行制御システム。
2. 請求項１に記載の車両走行制御システムにおいて、
   前記車両の車輪の回転を機械的に抑制することによって前記車両を減速させるための機械ブレーキと、
   前記車両の車輪の回転を電気的に抑制することによって前記車両を減速させるための電気ブレーキと、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記電気ブレーキを作動させている時に、前記切替区間内車両検出手段により前記車両が前記電力系統切替区間に進入したことが検出された場合、前記車両が前記電力系統切替区間に進入してから前記電力系統切替区間に対する電力供給が停止される時間が経過するまでの間、前記電気ブレーキの作動力を所定の低減パターンで低減させるとともに前記機械ブレーキの作動力を所定のパターンで上昇させ、電力供給が停止された後、予め定められた電力供給再開時間が経過した以降、又は、前記切替区内車両検出手段により、前記電力系統切替区間から前記車両が進出したことを検出した以降、前記電気ブレーキの作動力を所定の上昇パターンで上昇させるとともに前記機械ブレーキの作動力を所定のパターンで低減させるように構成されていることを特徴とする車両走行制御システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の車両走行制御システムにおいて、
   前記切替区間内車両検出手段は、
   予め電力系統切替区間が登録されている電力系統切替区間データベースと、
   ＡＴＣ地上子の位置データ、軌道とその軌道を走行中の前記車両とによって形成される起電回路により得られる前記車両の位置データ及び車両の速度を検出するための速度検出手段によって得られる前記車両の速度データに基づいて前記車両の現在位置を特定するＡＴＣ車載機と、
   を備え、
   前記ＡＴＣ車載機により特定された前記車両の現在位置が前記電力系統切替区間データベースに登録されている前記電力系統切替区間内に入ったときに、前記車両が前記電力系統切替区間に進入したことを検出し、前記進入した車両が前記電力系統切替区間から出たときに、前記車両が前記電力系統切替区間から進出したことを検出することを特徴とする車両走行制御システム。
4. 請求項１〜請求項３の何れかに記載の車両走行制御システムにおいて、
   前記制御手段が前記駆動手段に発生させる力行トルクの前記所定の低減パターンは、所定の第１力行トルクを所定の値の低減加速度で除した値を傾きとして、時間の経過と共に力行トルクを低減させるものであることを特徴とする車両走行制御システム。
5. 請求項１〜請求項４の何れかに記載の車両走行制御システムにおいて、
   前記制御手段が前記駆動手段に発生させる力行トルクの前記所定の上昇パターンは、所定の第２力行トルクを所定の値の上昇加速度で除した値を傾きとして、時間の経過と共に力行トルクを上昇させるものであることを特徴とする車両走行制御システム。
6. 請求項４又は請求項５に記載の車両走行制御システムにおいて、
   前記第１力行トルク及び前記第２力行トルクは前記駆動手段が発生可能な最大力行トルクであることを特徴とする車両走行制御システム。
7. 請求項２〜請求項６の何れかに記載の車両走行制御システムにおいて、
   前記制御手段は、
   前記電気ブレーキの作動力と前記機械ブレーキの作動力との和が一定になるように前記電気ブレーキと前記機械ブレーキとを制御することを特徴とする車両走行制御システム。