JP2011019326A - Train control system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は列車の制御システムに関し、特に台車を交換することで列車の走行能力を変更し、変更された走行能力を把握して列車を制御する列車制御システムに関する。 The present invention relates to a train control system, and more particularly, to a train control system that changes a traveling capacity of a train by exchanging a carriage, grasps the changed traveling capacity, and controls the train.
一般に車輪を回転駆動する電気車駆動装置は、主に主電動機及びVVVFインバータから構成される。電気車駆動装置のうちVVVFインバータが車体の床下に装荷され、車輪が設けられる台車内には、車輪を駆動するための主電動機や車輪にブレーキ力を作用させるブレーキシューなどが配置されている。そのため、台車内の主電動機から動力線及び速度検出器の信号線などが車体側に渡るなど配線が複雑になっており、車両製作に工数を要するという問題点があった。このような問題を解消するため、下記特許文献1では、台車内にVVVFインバータ及び主電動機を設けた構成を開示している。
In general, an electric vehicle drive device that rotates and drives wheels mainly includes a main motor and a VVVF inverter. In the electric vehicle driving apparatus, a VVVF inverter is loaded under the floor of the vehicle body, and in a carriage provided with wheels, a main motor for driving the wheels and a brake shoe for applying a braking force to the wheels are arranged. For this reason, the wiring is complicated, such as the power line and the signal line of the speed detector extending from the main motor in the carriage to the vehicle body side, and there is a problem that man-hours are required for vehicle production. In order to solve such a problem, the following
上記のような駆動装置を有する台車をM(motor)台車、駆動装置を有していない台車をT(trailer)台車という。1編成におけるT台車、M台車の数は、各列車編成について固定されていた。例えば列車の加減速性能を向上させるような場合は、M台車の数などを車両単位で変更し、トルク指令値などを該編成に適合する値に計算しなおす必要がある。このように従来は、1編成の駆動力等の性能(編成能力)を容易に変更することはできなかった。 The cart having the above drive device is called an M (motor) cart, and the cart having no drive device is called a T (trailer) cart. The number of T and M carts in one train was fixed for each train train. For example, when improving the acceleration / deceleration performance of a train, it is necessary to change the number of M carriages or the like for each vehicle and recalculate the torque command value or the like to a value suitable for the train. Thus, conventionally, performance (knitting ability) such as driving force of one knitting cannot be easily changed.
本発明は上記したような課題を鑑みてなされたもので、列車の編成能力をT台車とM台車の入れ換えにより容易に変更し、変更された編成能力を把握して列車を制御できるフレキシブルな列車制御システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and is a flexible train that can easily change train formation capability by switching between T and M carriages, and can control the train by grasping the changed formation capability. An object is to provide a control system.
上記課題を解決するために本発明の列車制御システムは、複数車両で編成された列車の制御システムであって、各車両に設けられ、該車両に装備された機器の能力を示す属性を記憶した属性記録手段と、各車両の属性記録手段から情報伝送ラインを介して、当該属性情報を読みとるとともに、編成全体の駆動能力を判断する判断手段と、前記判断手段が判断した当該編成全体の駆動能力に応じて、列車の駆動カを制御する制御手段を具備する。 In order to solve the above problems, a train control system according to the present invention is a train control system formed of a plurality of vehicles, and stores an attribute indicating a capability of a device provided in each vehicle and installed in the vehicle. An attribute recording means; a judgment means for reading the attribute information from the attribute recording means of each vehicle via an information transmission line and judging the driving ability of the entire knitting; and the driving ability of the whole knitting determined by the judging means Accordingly, a control means for controlling the train driving force is provided.
列車1編成の駆動力等の性能(編成能力)をT台車とM台車の入れ換えにより容易に変更し、変更された編成能力を把握して列車を制御できるフレキシブルな列車制御システムが提供される。 Provided is a flexible train control system that can easily change the performance (knitting ability) such as the driving force of one train formation by exchanging the T carriage and the M carriage, grasp the changed organization ability, and control the train.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明による列車制御システムが適用される列車編成の構成を示す図である。この列車は1例として10両編成で構成されている。 FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a train organization to which a train control system according to the present invention is applied. As an example, this train is composed of 10 cars.
各車両11には2台の台車18が設けられ、各台車はM台車18aあるいはT台車18bである。M台車18aはモータ駆動台車であり、インバータ17及びモータ23の組が2組設けられている。モータ23は小型軽量に適した例えば永久磁石同期電動機で、メンテナンスフリーとするために全密閉型がよい。T台車18bは駆動装置を有さない台車である。各台車18は取り付け口22を介して車両11の本体に接続される。取り付け口22は車両本体側に設けられ、その構造は全車両において同一である。従って台車上部つまり取り付け口に結合される部分の機械的構造は全台車18において同一である。
Each vehicle 11 is provided with two carriages 18, and each carriage is an
パンタグラフ12に接続される第1パワーライン15は、各取り付け口22まで配線される。この第1パワーライン15には架線10からパンタグラフ12を介して例えば直流1500Vが供給される。M台車18aのインバータ17には、この直流1500Vが第1パワーライン15からコネクタ(図示せず)を介して供給される。
The
第2パワーライン14は補機用3相440Vを伝送するラインである。この3相440Vは補助電源(図示せず)により発生される。この補助電源は例えば第1パワーラインから供給される直流1500Vを補機用3相440Vに変換する。第2パワーライン14は補助電源から各取り付け口22まで配線され、更に空調設備などの各車両に搭載された補機13に接続される。
The
制御伝送ライン16は、総括制御部24から各取り付け口22に配線される。制御伝送ライン16では、インバータ17などを制御するための情報が伝送される。又制御伝送ライン16は、補機13などを制御するための信号が伝送される。
The
図2は本実施例に適用される各種台車18の構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the configuration of various carts 18 applied to this embodiment.
台車18にはM台車18a、T台車18bの他に、モータ23及びインバータ17の組を1組搭載した0.5M台車18c、インバータ17のみを搭載したINV台車18d、バッテリー34のみを搭載したBAT台車18e等がある。更に台車には補機用の補助電源を搭載しても良い。
In addition to the
本実施例を適用する列車は、M台車18aをT台車18b等の他の台車へ容易に入れ換えることが可能である。つまり各車両には、所要の性能に応じて様々な台車を取り付けることができる。例えばT台車をM台車へ交換すると、駆動性能及び回生ブレーキ性能を向上できる。又M台車同士の入れ替えが可能であるため、故障時の早期復旧及びメンテナンス性を向上できる。1車両に少なくとも1台のM台車を組み付けることにより、1車両単体で移動可能である。
The train to which this embodiment is applied can easily replace the
各台車18に設けられている属性記録部21は、当該台車18に搭載された機器17、34、23の属性(能力)が記録されている。総括制御部24は、属性記録部21に記録された各台車18の能力を制御伝送ライン16を介して読み込むことにより、当該列車の総合的な能力(編成能力)、例えば列車の総合的な引っ張り力/ブレーキ力特性を判断することができる。総括制御部24は、このようにして判断した編成能力に応じて、列車の駆動力等を制御する。
The
以上説明したように、本発明の第1実施例によれば、様々な能力を有する台車の組み合わせにより、所要編成能力を実現するフレキシブルな列車制御システムを提供することが可能である。また、インバータ(主変換装置)17を標準化することにより、管理が容易となりコストダウンを実現する。全路線の運行を、共通規格の台車を用いた列車で実現可能である。更に、車両搭載機器を台車内に配置することで、開放された床下スペースに例えば蓄電装置を搭載し、電力アシスト及び電力リサイクルを実現できる。 As described above, according to the first embodiment of the present invention, it is possible to provide a flexible train control system that realizes the required knitting capacity by combining carriages having various capabilities. Further, by standardizing the inverter (main conversion device) 17, management becomes easy and cost reduction is realized. All routes can be operated by trains using common-standard trucks. Furthermore, by arranging the vehicle-mounted device in the carriage, for example, a power storage device can be mounted in the open underfloor space to realize power assist and power recycling.
尚、属性記録部21の属性情報及び制御情報の伝送は、制御伝送ライン16のような有線ではなく、無線により行っても良い。又、取り付け口22には、台車交換時などに作業員を保護するために、パワーラインを開放する手段を設けても良い。更に、各車両にM台車18aあるいは0.5M18c台車と、バッテリー台車18eを装備すれば、各車両は自走できる。
Note that the attribute information and control information of the
次に本発明の第2実施例を説明する。第2実施例に係る列車は、デュアルモードで動作するインバータを含み、編成内に設けられたインバータ総能力を、リアルタイムで駆動力(VVVF)と補助電源(SIV)に最適配分する。 Next, a second embodiment of the present invention will be described. The train according to the second embodiment includes an inverter that operates in the dual mode, and optimally distributes the total inverter capacity provided in the train to the driving force (VVVF) and the auxiliary power source (SIV) in real time.
図3は本発明の第2実施例に係る列車制御システムが適用される列車編成の構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing a train organization configuration to which the train control system according to the second embodiment of the present invention is applied.
この第2実施例に係る列車の構造は第1実施例と同様である。第2実施例では、台車として全てM台車が用いられ、搭載されるインバータは全て又は一部がデュアルモードで動作する。尚、全台車がM台車であることは本発明の必須の条件ではない。使用されるM台車の台数(モータ駆動軸数)が通常より多いほど、本発明の特徴が顕著に現れる。 The structure of the train according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment. In the second embodiment, all M carriages are used as the carriage, and all or part of the mounted inverters operate in the dual mode. Note that it is not an essential condition of the present invention that all carts are M carts. As the number of M carts used (the number of motor drive shafts) is larger than usual, the features of the present invention become more prominent.
M台車18aに設けられた2台のインバータ17のうち例えば1台はデュアルモードで動作するようにしてもよい。デュアルモードで構成された場合、インバータ17は例えば補機用3相50Hz電圧及びモータ23駆動用3相VVVF電圧の一方を、総括制御部24の制御の基に発生する。
For example, one of the two
図4は本実施例に係るM台車18aの電気的構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing an electrical configuration of the
インバータ17aは、モータ駆動用VVVFインバータであって、第1パワーライン15から接触器19及びコネクタ20を介して供給される直流電力を、総括制御部24の制御の下に可変電圧可変周波数の三相電力に変換しモータ23を駆動する。
The
インバータ17bはデュアルモードで動作するインバータであって、モータ23に対する三相交流電力及び空調等の車両搭載の補機13に対する三相交流電力を提供する。インバータ17bの直流端子はインバータ17aと同様に第1パワーラインに接続される。インバータ17bの交流端子はスイッチ31を介してモータ23及び変圧器32の一次側に接続され、変圧器32の二次側はコネクタ20を介して第2パワーライン14に接続される。スイッチ31は半導体スイッチ31a及び31bを含む。モータ23を駆動する場合は、スイッチ31aがオフ、31bがオン状態となり、インバータ17bはインバータ17aと同様に動作する。補機電源を供給する場合は、スイッチ31aがオン、31bがオフ状態となり、インバータ17bは一定周波数三相電力を発生する。変圧器32はインバータ17bの三相交流電圧を補助電源電圧に降圧し、補助電源(SIV)を提供する。ここで、複数の変圧器32の二次側は、第2パワーライン14にて並列に接続される。尚、インバータ17bとスイッチ31と変圧器32を含む回路ブロックを、モータ駆動用又は補機用インバータとして動作するデュアルモードインバータとしても良い。
The
コンバータ33は、第1パワーライン15から接触器19を介して供給される直流1500Vを降圧し、バッテリー34を蓄電する。またコンバータ33は、バッテリー34に蓄電された電力の電圧を昇圧し、接触器19を介して第1パワーラインに電力を供給する。
第2実施例に係る列車制御システムは、編成内のインバータ総能力をリアルタイムで駆動力(VVVF)と補助電源(SIV)に最適配分する。 The train control system according to the second embodiment optimally distributes the total inverter capacity in the train to the driving power (VVVF) and the auxiliary power supply (SIV) in real time.
図5はインバータの能力配分を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing the capacity allocation of the inverter.
図5(a)は、従来システムのVVVFとSIVの配分を示す。一般にモータ駆動用VVVFインバータと補助電源用インバータは独立して車両に設けられ、それぞれの台数は決まっており、一般に変更されることはない。1編成に設けられる全VVVFインバータのうち、実際の走行時に動作するインバータの台数は、割合102のように決められており、割合101のように所定台数のVVVFインバータが予備インバータとして待機している。補助電源も同様に、実際の運行時に動作するSIV用インバータの台数は、割合103のように決められており、割合104のように所定台数のSIV用インバータが予備インバータとして待機している。
FIG. 5A shows the distribution of VVVF and SIV in the conventional system. In general, the motor driving VVVF inverter and the auxiliary power source inverter are provided independently in the vehicle, and the number of each is determined and is not generally changed. Of all the VVVF inverters provided in one train, the number of inverters that operate during actual traveling is determined as a
図5(b)は、本願システムのVVVFとSIVの配分を示す。本願システムに係る補助電源は、デュアルモードで動作するインバータにより全て提供される。インバータ17bは、割合112のようにSIVの電力として必要台数が割り当てられ、割合111のように残りすべての台数が駆動力に割り当てられる。待機用のインバータは設けられていない。こうすることで、列車としての粘着限界が高くなり、空転・滑走がなく安定した走行が可能となる。SIV電力とVVVF駆動力として割り当てられるインバータの台数は、走行中でもリアルタイムで変更可能である。図5(c)のように非常ブレーキ時は、駆動力(ブレーキ力)を優先して、必要最小限の台数のみが補助電源に割り当てられるか、あるいは全てVVVF駆動力として割り当てられる。これらSIVの電力として使用されるインバータと駆動力として使用されるインバータの割合は、総括制御部24が走行条件を判断して決定する。
FIG.5 (b) shows distribution of VVVF and SIV of this system. The auxiliary power supply according to the present system is all provided by an inverter that operates in a dual mode. The required number of
この第2実施例に係るシステムで設けられるインバータの総台数は、従来のシステムのVVVFインバータとSIV用インバータの総台数より少ない。SIVの電力として使用されるインバータと駆動力として使用されるインバータの割合をリアルタイムで変更することにより、インバータ回路の冗長性、安全性を確保できる。 The total number of inverters provided in the system according to the second embodiment is smaller than the total number of VVVF inverters and SIV inverters in the conventional system. By changing the ratio of the inverter used as the SIV power and the inverter used as the driving force in real time, the redundancy and safety of the inverter circuit can be secured.
一実施例に係る編成列車では、例えば小容量ドライブ(インバータ及びモータ)を多数配置し、駆動力としてのVVVF性能の余力向上を図る。従って、高速性能が向上し、加速時間が短縮されるので、列車ダイヤの乱れを少なくすることができると共に省エネ運転が可能となる。又、駆動力及び制動力の1軸負荷が減り、空転・滑走を防止でき、回生ブレーキ性能を向上できる。この結果、従来の空制(空気制御)ブレーキを設けなくとも、所望のブレーキ力を得ることができる。空制ブレーキを設けない場合、回生失効への対策としては、回生電力を吸収する蓄電装置34の搭載、又はハイスリップブレーキ、又は非常停止用の簡易ブレーキ装置を設けてもよい。
In a train set according to an embodiment, for example, a large number of small capacity drives (inverters and motors) are arranged to improve the remaining capacity of VVVF performance as a driving force. Accordingly, the high-speed performance is improved and the acceleration time is shortened, so that the disturbance of the train schedule can be reduced and the energy-saving operation can be performed. In addition, the uniaxial load of driving force and braking force is reduced, so that idling / sliding can be prevented and regenerative braking performance can be improved. As a result, a desired braking force can be obtained without providing a conventional air brake (air control) brake. When the air brake is not provided, as a countermeasure against regenerative invalidation, a
図6は補助電源として動作させるインバータ及び駆動用として動作させるインバータの台数について説明する図である。例えば、春や秋のように冷房装置(空調)を殆ど使用しない季節では、図6(a)のように補助電源として動作するインバータ17Sの台数を減らして運行する。残りのインバータを全て駆動用のインバータ17Vとして使用することで、加速性能及び電気制御(電制)ブレーキ性能を向上することができる。また、真夏のように冷房装置をフル稼働させるような場合は、図6(b)のように補助電源として動作するインバータ17Sの台数を増やして運行する。この結果、快適な車内温度を乗客に提供することができる。尚、このインバータの動作モードの切換は、制御部24が自動的に行っても良いし、運転士が季節、走行条件、時間帯等を考慮して、運転台にて手動で行っても良い。
FIG. 6 is a diagram for explaining the number of inverters operated as auxiliary power supplies and the number of inverters operated for driving. For example, in the season when few cooling devices (air conditioning) are used, such as spring and autumn, the number of
図7は従来編成列車と本発明が適用される編成列車の性能の違いを示す図である。 FIG. 7 is a diagram showing the difference in performance between a conventional train and a train train to which the present invention is applied.
特性201は従来編成の性能を示す。このように従来編成の場合、所定速度V1までは最大引張り力(トルク)で加速し、速度V1を超えると引張り力は徐々に減少し、所定パワーで走行する。特性202は本実施例が適用される編成の性能を示す。本実施例が適用される編成では、駆動力を発生するために動作しているVVVFインバータの台数が従来より多いので、編成内の潜在性能は従来より高い。しかし速度V1までの低速域では、従来編成列車に合わせて、例えば特性201のように引張り力を発生して走行する。本実施例に係る編成では、領域203のように速度V1を超えても引張り力(加速)を維持した走行が可能である。尚、領域203では入力電流が大きくなり、架線電圧が規定値以下となる可能性がある。従って領域203では、蓄電装置34に蓄えた電力を放電して、架線から供給される電流のピークカット(補助)を行い、架線電圧が規定値以下となることを防止する。
A characteristic 201 indicates the performance of the conventional knitting. Thus, in the case of the conventional knitting, the maximum tensile force (torque) is accelerated up to a predetermined speed V1, and when the speed exceeds V1, the tensile force gradually decreases and travels at a predetermined power. A characteristic 202 indicates the performance of the knitting to which the present embodiment is applied. In the knitting to which the present embodiment is applied, since the number of VVVF inverters operating to generate the driving force is larger than that in the past, the potential performance in the knitting is higher than in the past. However, in the low speed range up to the speed V1, the vehicle travels by generating a tensile force as in the characteristic 201, for example, in accordance with the conventional train. In the knitting according to the present embodiment, it is possible to run while maintaining the tensile force (acceleration) even when the speed V1 is exceeded as in the region 203. In the region 203, the input current becomes large, and the overhead line voltage may become a specified value or less. Therefore, in the region 203, the electric power stored in the
以上のように本実施例によれば、列車の加減速特性を重視したシステムあるいは補機電力容量を重視したシステム等、編成能力(全インバータ能力)を走行条件及び環境に合わせて、駆動力用インバータと補助電源用インバータに最適に、且つリアルタイムで容易に割り振ることができるフレキシブルな列車制御システムを提供することが可能となる。 As described above, according to the present embodiment, a system that emphasizes the acceleration / deceleration characteristics of a train or a system that emphasizes the auxiliary power capacity, etc. It is possible to provide a flexible train control system that can be optimally allocated to the inverter and the inverter for the auxiliary power supply and can be easily allocated in real time.
次に本発明の第3実施例に係る総括制御について説明する。 Next, general control according to the third embodiment of the present invention will be described.
従来の列車システムには、自動列車運転装置(ATO)や編成ブレーキ力の配分機能はあるが、その制御の自由度は高く、それぞれが独自の情報源及び独自の判断によって、省エネルギーや時間短縮などを目的とした運転を行う。 The conventional train system has an automatic train operation device (ATO) and a function to distribute the knitting brake force. However, the degree of freedom of the control is high. Driving for the purpose.
しかしながら、複数の機能間をまたがった協調した運転が行われていない。従って、場合によっては、背反した動作をしたり、機器に負担がかかる運転を強要したりすることがある。 However, coordinated driving across multiple functions is not performed. Therefore, depending on the case, there is a case where the operation is contradictory or the operation that places a burden on the device is forced.
本実施例に係る総括制御部は、列車編成に関する様々な情報を考慮して、編成全体の編成ポリシーすなわち編成方策(今、この列車はどういう指針で動くべきか)を決定する。この編成ポリシーに基づいて、各機器間あるいは各機能間の動作を調整し、矛盾なく統制のとれた制御を行う。 The general control unit according to the present embodiment determines a composition policy for the entire composition, that is, a composition policy (which guideline should be used for this train now) in consideration of various information related to train composition. Based on this organization policy, the operation between each device or each function is adjusted, and controlled control without contradiction is performed.
図8は、本実施例に係る総括制御システムの構成を示すブロック図である。総括制御部(以下、制御部と記載する)24は、状態監視部41、機器能力管理部42、保安制御部43により生成された情報を一次指標として入力し、この一次指標に基づいて、列車が現在、何をすべきか(ポリシー)を決定する。このポリシーには、非常事態対応処理、省エネ対策、走行時分短縮処理などが含まれる。
FIG. 8 is a block diagram illustrating the configuration of the overall control system according to the present embodiment. The general control unit (hereinafter, referred to as a control unit) 24 inputs information generated by the
状態監視部41は各装置49(ブレーキ装置、駆動装置、エネルギー蓄積装置(蓄電装置)、補機等)の長期・短期的なリスク(異常や故障)、他列車の状況、架線電圧の状況など、列車内外の動的な情報を集め把握する。機器能力管理部42は、システムに接続された各装置49の能力を算出し、当該列車編成が有する潜在力を把握する。保安制御部43は列車の衝突事故を回避するため、信号に基づき列車を減速・停止させる。
The
制御部24は、決定したポリシーを実現するために、自動列車運転装置44、編成能力分配部46、エネルギー管理部47、補機制御部48などに各種制御情報を編成ポリシーとして出力する。
In order to realize the determined policy, the
自動列車運転装置44は、制御部24からの編成ポリシーに従う駅間走行となるように、編成全体の力(編成力)を制御する。又、自動列車運転装置44は、速度・位置検出部45からの列車速度及び位置、制御部24からの発進指令及び制限速度信号などに基づいて、加減速指令を編成能力分配部46に出力する。編成能力配分部46は、制御部24からの編成ポリシー等に従い、編成全体の引張力やブレーキ力をどの機器に配分するか決定する。エネルギー管理部47は、制御部24からの編成ポリシーに従い、エネルギーの充放電量を管理する。補機制御部48は、制御部24からの編成ポリシーに従い、エアコン等の補機を制御する。
The automatic train driving device 44 controls the force (knitting force) of the entire knitting so as to travel between stations according to the knitting policy from the
図9は、状態監視部41の構成を示すブロック図である。
FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration of the
状態監視部41では、編成ポリシーを作成するために必要な1次指標の一部を算定する。以下、状態監視部41を構成する機器状態監視部50及び運転状況監視部51について説明する。
The
(1)機器状態監視部50
機器状態監視部50は、各機器の情報から、保護や故障に至る可能性をリスクとして算定する。各機器とは、例えば主電動機、VVVFインバータ、BCU、補助電源装置、空調機、コンプレッサー等である。
(1) Device
The device
例えば、主電動機やVVVFインバータは、過負荷で運転継続すると、温度上昇により保護停止状態となり、運行に影響を及ぼす。よって機器状態監視部50は、このような機器の温度に基づき機器リスク指標を算出する。この温度に関する機器リスク指標は、列車に装備された各機器の検出温度と、当該機器の動作温度上限値との差に対応する余裕度を指標化したものとする。
For example, if the main motor and the VVVF inverter continue to operate due to an overload, the protection will be stopped due to the temperature rise, affecting the operation. Therefore, the device
制御部24は、編成ポリシーの決定において、リスク回避運転が可能と判断した場合には、機器リスク指標の高い装置のリスクを減らすように(つまり、その機器を稼動しない、あるいは電流値を減らして温度上昇を抑制して)運転させることができる。更に制御部24は、電流制限等によりパワーが低下した機器のパワーを補うように、同一機能の対応する他の機器のパワーを上げて運転することも可能である。
When the
また機器状態監視部50は、空調機やコンプレッサー及び主電動機等の回転数情報より、正常な状態では現れない周波数スペクトルを抽出したら、故障の予兆であると判断する。すなわち、この様な機器の回転数情報に基づき、機器状態監視部50は機器リスク指標を算出する。制御部24の編成ポリシーの決定においては、可能であればこのような故障のリスクを回避するような編成運転をさせることができる。
Moreover, if the apparatus
(2)運転状況監視部51
編成ポリシーを決定するためには、当該駅間走行で必要とされる補機電力量や駆動力の情報、また編成列車の外的な状況や、エネルギー蓄積装置のエネルギーの余力などの情報が必要である。運転状況監視部51は、これらの情報を指標として提供する。
(2) Driving
In order to determine the composition policy, information on the amount of auxiliary machinery electric power and driving force required for traveling between stations, information on the external conditions of the train train, and the remaining energy capacity of the energy storage device are required. is there. The driving
以下、運転状況監視部51にて作成される各種指標について説明する。
Hereinafter, various indexes created by the driving
[補機電力量指標]
補機電力量予測部52は、空調等の補機に必要な電力量を補機電力量指標として算出する。例えば、駆動(制動も同様)に必要な力は乗車率に影響され、補機電力量は外気温や湿度、乗車率に影響される。乗車率は応荷重信号で検出でき、また季節(あるいは気温)や時間にも相関があるため、それに応じて予測可能である。外気温や湿度についても、季節(あるいは気温)や時間に相関があり、予測可能である。補機電力量予測部52は、これらの情報に基づき、必要な補機電力量を予測して補機電力量指標として提供する。
[Auxiliary energy index]
The auxiliary machine electric
[進路指標]
前方列車予測部53は、前方に列車が接近しているか等の前方列車の運行状況に基づき、進路の状況を進路指標として算定する。進路状況が悪ければ、無理やり走っても保安制御により、ブレーキがかかり減速するだけである。これは、乗り心地も劣化し、エネルギー的に損失となる。また、自車が減速することで、後続列車に影響を及ぼし、全体として遅延の増長する要因になる。
[Course indicator]
The forward
そこで、制御部24の編成ポリシーの決定においては、進路指標に応じて、それが悪ければ、ゆっくりとした運転計画を採用することで、安定走行(安定輸送)に寄与できる。
Therefore, in determining the composition policy of the
[架線電圧指標]
また架線電圧の高さも運転には重要な要素である。架線電圧予測部54は架線電圧を予測し、架線電圧指標(高/低)を提供する。例えば、中高速域の引張力は、架線電圧が高い方が大きい。これは、架線電圧が低い場合より、高い場合の方が加速がよいことを示し、走行時間余裕が大きくなる。よって、この架線電圧情報を考慮することで、“編成能力”が変わり、この編成能力に応じて編成ポリシーを決める方が、利することが大きい。
[Overhead voltage index]
The high overhead voltage is also an important factor for operation. The overhead line
架線電圧の大きさは、他の列車や自車の駆動力に依存する。よって架線電圧は、ダイヤや運行状況、季節・時間などの要因から推測できる。 The magnitude of the overhead line voltage depends on the driving force of other trains and the own vehicle. Therefore, the overhead line voltage can be estimated from factors such as schedule, operation status, season and time.
[エネルギー余力指標]
エネルギー蓄積装置を搭載した車両は、架線電圧の大きさに影響を及ぼす自車の(架線からの)電力量を制御できる。ただし、この電力量はエネルギー余力(SOC)に依存する。エネルギー余力算定部56は、エネルギー蓄積装置の余力(SOCの使用範囲に対する、その時点のSOC)をエネルギー余力指標として算定する。このエネルギー余力指標は、架線電圧指標の算出に考慮することもできる。
[Energy surplus index]
A vehicle equipped with an energy storage device can control the amount of electric power (from the overhead line) that affects the magnitude of the overhead line voltage. However, this amount of electric power depends on the remaining energy (SOC). The energy reserve calculation unit 56 calculates the reserve capacity of the energy storage device (the SOC at that time with respect to the SOC usage range) as an energy reserve index. This energy surplus index can also be taken into account in calculating the overhead wire voltage index.
[滑り指標]
空転滑走予測部55は、編成内の空転・滑走の状況を分析し、走行線区が滑りやすいか否かを示す滑り指標を算出する。また空転滑走予測部55は、編成における滑りやすい箇所(編成の前中後など)あるいは滑り易い軸があるか否か判断する。
[Slip index]
The idling / sliding
特に空転滑走予測部55は、滑り易い状況が、
(A)編成全体の力に影響を及ぼすレベル(つまり、加減速度が低下するレベル)、
(B)力を再配分して補正できるレベル、
(C)滑りやすくないレベル、
というように“滑り指標”を生成する。
制御部24の編成ポリシー決定においては、
(C)であれば、空転・滑走を考慮しなくてよい。
In particular, the idling
(A) A level that affects the overall knitting force (that is, a level at which acceleration / deceleration decreases),
(B) A level at which power can be redistributed and corrected,
(C) Level that is not slippery,
In this way, a “slip index” is generated.
In determining the organization policy of the
If it is (C), it is not necessary to consider idling / sliding.
(A)であれば、滑べらないように、編成能力(駆動力/制動力)をあえて下げて計画する方がよい。尚、このとき、各軸の駆動・制動力の負担量を下げるように制限するので、編成能力が落ちる可能性がある。 If it is (A), it is better to plan by lowering the knitting ability (driving force / braking force) so as not to slip. At this time, since the load of the driving / braking force of each axis is limited to be lowered, the knitting ability may be lowered.
(B)の場合、空転滑走のリスクがある、という程度であり、他の指標との兼ね合いで、
・時間優先(最も駆動力が必要なポリシーであり、空転滑走のリスクは高い)
・省エネルギー優先(時間に余裕があるが、省エネ走行するため、運転自体は厳しく、空転滑走のリスクは高い)
・安定運行(時間的余裕があるが、安定走行を最優先とするため、各軸の負担力を落とし、空転滑走リスクを回避する)というポリシーの選択の余地がある。
In the case of (B), there is a risk of idling and in balance with other indicators,
・ Time priority (This policy requires the most driving force, and the risk of skidding is high)
・ Energy saving priority (Although there is enough time, driving is energy-efficient, so driving itself is severe and the risk of idling is high)
-There is room for policy selection of stable operation (there is time, but stable driving is the top priority, so the burden on each axis is reduced to avoid the risk of idling).
滑り指標に応じて、各軸負担力の制限を行う必要があるので、この指標は、制御部24を介して、所定の機能(この例では、後述の編成能力配分部46)へ送る。
Since it is necessary to limit the axial load force according to the slip index, this index is sent to a predetermined function (in this example, a knitting
図10は、総括制御部24の構成例を示す図である。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the
制御部24には1次指標が入力される。編成能力演算部62では、状態監視部41、機器能力管理部42、保安制御部43から提供される1次指標、及び編成ポリシー決定部61の後述される追加条件に基づいて、編成能力を算定する。編成能力とは、列車編成の力行引張力(架線電圧指標やエネルギー余力指標を考慮したもの)と、回生ブレーキ力(架線電圧指標やエネルギー余力指標を考慮したもの)と、ブレーキ力(回生+空制)を示す。
編成指標演算部63では、1次指標及び編成能力に応じて後述の編成指標を求める。編成ポリシー決定部61は、1次指標及び編成指標演算部から提供される編成指標に基づいて、編成ポリシーを決定する。
A primary index is input to the
The knitting
次に、編成ポリシーの決定処理について説明する。図11は編成ポリシーの決定処理を示すフローチャートである。 Next, an organization policy determination process will be described. FIG. 11 is a flowchart showing an organization policy determination process.
先ず、ステップST01のように、編成ポリシー決定部61は補機電力量予測部52から得られる補機電力量指標に基づいて、予測された補機電力量をカバーできるように必要なインバータ出力電力容量を算定し、編成内のその電力容量分のインバータを、前述した第2実施例のように補助電源に割り当て、残りを駆動力へ割り当てる。
First, as in step ST01, the composition
次に、ステップST02のように編成指標演算部63は、現時点の状況に応じて4つの指標を決定する。
Next, as in step ST02, the composition
(1)非常事態指標 :保安装置等からの信号に基づく非常停止状態であるかを示す指標である。 (1) Emergency index: An index indicating whether an emergency stop state is based on a signal from a security device or the like.
(2)時間余裕指標 :所定の走行時間に対して、何秒の余裕があるかを示す値に対応する指標である。つまり時間余裕指標とは、最大加速して次の駅に到着する時刻と、運行ダイヤに示される予定到着時刻との差の時間に対応する指標である。これは編成能力に基づいて、走行シミュレーションを行って求めることができる。 (2) Time margin index: An index corresponding to a value indicating how many seconds there is for a predetermined travel time. In other words, the time margin index is an index corresponding to the time of the difference between the time when the vehicle arrives at the next station with maximum acceleration and the scheduled arrival time indicated on the operation schedule. This can be obtained by performing a running simulation based on the knitting ability.
(3)装置リスク指標:各装置ごとに運転継続上のリスクがあるかを示す指標。これは、機器状態監視部50にて算定された機器リスク指標を使用できる。
(3) Equipment risk index: An index indicating whether each equipment has a risk of continuation of operation. For this, the device risk index calculated by the device
(4)空転・滑走指標:空転・滑走が多発する状況かどうかを示す指標。これは、空転滑走予測部55により算出された滑り指標を使用できる。
(4) Idle / sliding index: An index indicating whether or not there are frequent idling / sliding situations. This can use the slip index calculated by the idling
例えば、回復運転の指示があった場合などは、(2)時間余裕の指標に考慮すればよい。 For example, when there is an instruction for recovery operation, (2) an index of time margin may be considered.
次に、ステップST03のように編成ポリシー決定部61は、2次指標を算出すべきか判断する。
Next, as in step ST03, the composition
図12は編成ポリシーの決定に用いるマトリクスの一例を示す。左端の列は、各種走行状態を示す状態番号である。 FIG. 12 shows an example of a matrix used for determining an organization policy. The leftmost column is a state number indicating various traveling states.
前述のステップST02のように算定した編成指標(第1次の編成指標)において、状態No.1〜No.5のように装置リスクが無い場合、編成ポリシー決定部61は第1次の編成指標に基づいて、主編成ポリシー(運転計画)及びサブポリシー(駆動力配分、補機運転、エネルギー蓄積装置の運転)に関する編成ポリシー(第1次ポリシー)を決定する(ST04)。
In the knitting index (first knitting index) calculated as in step ST02 described above, the state No. 1-No. When there is no equipment risk as shown in FIG. 5, the composition
図12のマトリクスにおいて、例えば第1次の編成指標の時間余裕「0」は回復運転レベルであって、走行時間短縮が必要な(遅延している)レベルである。時間余裕「1」は余裕無しのレベルであって、現状の走行能力では、所定時間通り走行するのが精一杯であり、時間的余裕が無い状態である。時間余裕「2」は余裕有りのレベルであって、現状の走行能力で時間的な余裕がある状態である。このレベルの時は、比較的自由な走行パターンを策定できる。尚、編成指標は、例えば非常指標及び装置リスク指標というように、少なくとも2つ以上作成し、編成ポリシーの決定時に参照するのが良い。 In the matrix of FIG. 12, for example, the time margin “0” of the first knitting index is a recovery operation level and is a level that requires a reduction in travel time (delayed). The time margin “1” is a level with no margin, and with the current running ability, it is a state where it is full to run for a predetermined time, and there is no time margin. The time margin “2” is a level with a margin, and is a state in which there is a time margin with the current running ability. At this level, a relatively free running pattern can be formulated. It should be noted that at least two or more composition indexes such as an emergency index and an apparatus risk index are created and referred to when determining the composition policy.
また第1次の編成指標において、状態No.6〜No.10のように装置リスクが有る場合、編成ポリシー決定部61は第2次の編成指標を算出し、装置リスクを回避する条件(追加条件)にて編成ポリシー(第2次ポリシー)を決定する(ST05〜ST07)。
In the primary knitting index, the state No. 6-No. When there is a device risk as in FIG. 10, the composition
編成ポリシー決定部61は、例えば状態No.6のように、装置リスク指標が「有」の場合、第2次の編成指数を算定し、装置リスク指標が「0:無」となるように、主編成ポリシー及びサブ編成ポリシーを決定する。このような場合は、装置リスクを回避するために、サブポリシー(駆動力配分)を「1」とし、編成能力配分部46を制御して、装置リスクの高い装置のリスクを低減する。例えば駆動用のインバータ17Vの温度上昇が装置リスクとなっている場合、編成能力配分部46は当該機器の動作を停止するか、又は電力(電流)を低減させる。尚、この「駆動力配分」は、モータ(主電動機)及び補機が、前述の第2実施例のように、デュアルモードで動作するインバータにより電力供給されている場合、モータ駆動用として設定されるインバータの台数と、補機の補助電源用として設定されるインバータの台数の配分を含む。又、この「駆動力配分」は、モータ駆動用として設定されるインバータの台数に対応する回生ブレーキ力の配分をも含んでいる。
For example, the composition
このとき編成ポリシー決定部61は、サブポリシー(補機)を例えば「1」とし、補機制御部48を制御する。補機制御部48は、最大負荷とならないように、ピークカット運転を行う。つまり補機制御部48は、補助電源の電力容量を超えないように補機を動作させる。
At this time, the composition
次に、図8のエネルギー管理部47について説明する。
Next, the
編成ポリシーが決定すると、どのように駅間走行をするか(走行計画)が概略決まる。 When the organization policy is determined, how to travel between stations (travel plan) is roughly determined.
エネルギー管理部47では、制御部24からの編成ポリシー及び走行計画を遵守できるようにエネルギー蓄積装置のエネルギー制御を行う。
The
例えば、補機電力量を小さく、駆動力を大きく割り当て、高速まで加速するような走行計画の場合、サブポリシー(エネルギー蓄積装置)として、「1:力行高速時の補足を優先」が決定される。この場合、エネルギー管理部47は、架線電圧が低下しやすい高速域で(架線電圧が下がると駆動力も下がって計画からずれる)、エネルギー蓄積装置の蓄積エネルギーで、駆動装置の電流をアシストする(ピークカットする)ようにエネルギー制御を行う。これにより、架線から供給される電流のピークがカットされ、架線電圧の低下を回避できると共に、自車の駆動力を確保することができ、走行計画通りに走行することを支援できる。
For example, in the case of a travel plan that allocates a small amount of auxiliary machine electric power, allocates a large driving force, and accelerates to high speed, “1: priority is given to supplement at powering high speed” is determined as the sub-policy (energy storage device). In this case, the
また、ブレーキ減速時も同様で、エネルギー管理部47は高速域のブレーキ動作で回生電力を吸収できるようにエネルギー制御を行う。回生力が大きいと架線電圧が増加し、架線電圧が所定の値を超えると回生電力を絞り込み、空制ブレーキの補足力を大きくする。
The same applies to the deceleration of the brake, and the
また、エネルギー蓄積装置は通常、寿命などの点から、充電深度SOC(充放の度合い)を所定の範囲内にしているが、編成ポリシーに応じて、エネルギー管理部47は特別にSOC範囲を拡大することもできる。上述のように、架線電圧によって加速性能には差異が生じる。よって、“非常時”や“回復運転レベルの時間短縮”という編成ポリシーが決定された場合、SOC範囲を拡大してエネルギー蓄積装置を利用することで、時間短縮に寄与できる。
In addition, the energy storage device normally has a charging depth SOC (degree of charge / discharge) within a predetermined range from the viewpoint of life, etc., but the
以上説明したように本発明の第3実施例によれば、列車編成における各機器間あるいは各機能間の動作を調整し、矛盾なく統制のとれた制御を実行できる。従って、安定した運行(遅延なく走る)、運転時分短縮、省エネ効果、乗り心地改善などの効果を奏する。 As described above, according to the third embodiment of the present invention, it is possible to adjust the operation between each device or each function in train formation, and to execute a controlled control without contradiction. Therefore, there are effects such as stable operation (running without delay), shortening of driving time, energy saving effect, and ride comfort improvement.
以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができる。また、本発明の第3実施例として説明した列車の総括制御は、デュアルモードで動作するインバータまたはATOを装備していない従来形式の列車編成にも適用できるものである。 The above description is an embodiment of the present invention and does not limit the apparatus and method of the present invention, and various modifications can be easily implemented. Further, the overall control of the train described as the third embodiment of the present invention can be applied to a conventional train formation that is not equipped with an inverter or ATO that operates in a dual mode.
10…架線、11…車両、12…パンタグラフ、13…補機、14…第2パワーライン、15…第1パワーライン、16…制御伝送ライン、17…インバータ、18a…M台車、18b…T台車、19…接触器、20…コネクタ、21…属性記録部、22…取り付け口、23…モータ、24…総括制御部、31…スイッチ、32…変圧器、33…コンバータ、34…バッテリー。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
各車両に設けられ、該車両に装備された機器の能力を示す属性を記憶した属性記録手段と、
各車両の属性記録手段から情報伝送ラインを介して、当該属性情報を読みとるとともに、編成全体の駆動能力を判断する判断手段と、
前記判断手段が判断した当該編成全体の駆動能力に応じて、列車の駆動カを制御する制御手段を具備することを特徴とする列車制御システム。 A train control system composed of multiple vehicles,
Attribute recording means that is provided in each vehicle and stores an attribute indicating the capability of the equipment installed in the vehicle;
A determination unit that reads the attribute information from the attribute recording unit of each vehicle via the information transmission line and determines the driving ability of the entire knitting,
A train control system comprising control means for controlling a train driving force in accordance with the driving ability of the entire train determined by the determining means.
前記機器は車輪を駆動する主電動機と、該主電動機を駆動する主変換装置とを含み、共に前記台車内に設けられ、
各台車は他の台車と入れ換え可能な構造を有し、各台車と車両本体の接続部には、前記主変換装置のパワーラインと前記情報伝送ラインとを組にして有する共通の取り付け口が設けられ、各台車は前記共通の取り付け口を介して前記車両に接続されることを特徴とする請求項1記載の列車制御システム。 Each vehicle comprises a carriage with wheels and suspension,
The device includes a main motor that drives wheels, and a main converter that drives the main motor, both provided in the carriage,
Each bogie has a structure that can be replaced with another bogie, and a common attachment port having the power line of the main converter and the information transmission line is provided at the connecting portion of each bogie and the vehicle body. The train control system according to claim 1, wherein each carriage is connected to the vehicle via the common attachment port.
直流を3相交流に変換するインバータと、
前記インバータの出力交流を、前記補機電源パワーライン及び主変換機用パワーラインの一方の側に切替える切換手段と、
前記切換手段に接続され、前記インバータの出力交流電圧を、補機用交流電圧に変換し前記補機電源パワーラインに供給する変圧器を具備することを特徴とする請求項4記載の列車制御システム。 The device includes a dual mode inverter, the dual mode inverter comprising:
An inverter that converts direct current to three-phase alternating current;
Switching means for switching the output alternating current of the inverter to one side of the auxiliary power supply power line and the main converter power line;
5. The train control system according to claim 4, further comprising a transformer connected to the switching means and converting an output AC voltage of the inverter into an AC voltage for an auxiliary machine and supplying the AC voltage to the auxiliary power supply power line. .
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