JP2011073632A - 電気車用定位置停止制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の低速走行領域でも定位置停止精度を向上させることを達成する。
【解決手段】低速条件指令部１０より、第３演算部８へ出力される低速走行パターンと、定電力ブレーキパターン出力部１１より第３演算部８へ出力される定電力ブレーキパターンにより最大電気ブレーキ力ＢＦ２が低速条件・最大電気ブレーキ力ＢＦ２１となる。低速条件・最大電気ブレーキ力ＢＦ２１は、低速領域では、最大電気ブレーキ力ＢＦ２よりも低いブレーキ力を使用しているため、低速条件・最大電気ブレーキ力ＢＦ２１で目標停止位置に停止することが困難な場合は、最大電気ブレーキ力ＢＦ２１までブレーキ力を上げ、目標停止位置に停止することを可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気車用定位置停止制御装置に関する。

以下に、従来の定位置停止制御装置の速度パターンの一般的な作成方法について説明する。図６は、従来の定位置停止制御装置の速度パターン図である。

図６に示すように、ある速度で走行している走行車両１００がＳ１でブレーキ操作を開始したとすると、目標停止位置であるＳ０までの速度パターンは１０２になる。ブレーキ操作開始地点の速度Ｖｓから減速度βで減速したＶｔまで減速したときの、車両が進んだ距離Ｌと時間ｔの関係は次の(１)式、（２）式で表すことができる。

Ｖｓ２−Ｖｔ２＝７．２×β×Ｌ -----(１)
Ｖｓ―Ｖｔ＝β×ｔ ------（２）
Ｖｓ、Ｖｔ・・・ｋｍ／ｈ
β・・・・・・・ｋｍ・ｈ・ｓ
Ｌ・・・・・・・ｍ
例えば、仮に停止まで一定の減速度βで減速したとするとブレーキ操作開始地点から停止までの距離は（１）式のＶｔを０ｋｍ／ｈにすることで得られる。また、時間は（２）のＶｔを０ｋｍ／ｈにすることで得られる。（１）式が示すようにブレーキ開始速度が決まれば停止点までの距離Ｌは一義的にもとまる。

この式が示すように、定位置停止制御ではブレーキ操作開始地点は目標停止地点から減速度を基準に逆引きして作られる位置基準又は時間基準の速度パターンと車両の実速度が交差する点がブレーキ操作開始地点になる。このように運転パターンを作成し、車両に搭載されている電気ブレーキと空気ブレーキを併用して目標停止位置に停止するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−７４８７６号公報

しかしながら、従来の定位置停止制御装置は、車両速度が１０〜２０ｋｍ/ｈ程度まで減速すると電気車の電気ブレーキを終息させ、空気ブレーキを作用させていた。そのため、低速領域の走行車両は空気ブレーキだけで走行車両を停止させていた。空気ブレーキのみで走行車両を停止させようとすると、各車両毎の空気ブレーキ力応答遅れや、一定ブレーキ力指令でも空気ブレーキ力では一定のブレーキ力にならないこと等によって、目標位置への停止に大きなずれが生じる虞があった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、低速領域においても精度の高いブレーキ制御を実行することにより、精度の高い定位置停止を実現できる電気車用定位置停止制御装置を提供することを目的とする。

上記を解決するために、本発明による電気車用定位置停止制御装置は、車両が駅の目標停止位置に停止することを制御する制御部へ、前記車両の走行速度が低速領域に入ったことを検知し、低速条件指令を出力する低速条件指令部と、前記低速条件指令部からの低速条件指令受けて、前記車両に搭載されている電気ブレーキが中高速領域の電気ブレーキ力よりも前記低速領域の前記電気ブレーキ力が低いことを有することを特徴としている。

本発明によれば、低速領域においても精度の高いブレーキ制御を行うことができるので、定位置停止制御を向上させることができる。

本発明の第１の実施形態の制御ブロック図。 本発明の第１の実施形態の最大電気ブレーキ力パターン図。 本発明の第１の実施形態の低速領域の最大電気ブレーキ力パターン図。 本発明の第１の実施形態の低速領域に定電力特性を追加した最大電気ブレーキ力パターン図。 本発明の第１の実施形態の車両ネットワーク図。 従来の定位置停止制御装置の速度パターン図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態の制御ブロック図である。図２は、本発明の第１の実施形態の最大電気ブレーキ力パターン図。である。図３は、本発明の第１の実施形態の低速領域の最大電気ブレーキ力パターン図である。図４は、本発明の第１の実施形態の低速領域に定電力特性を追加した最大電気ブレーキ力パターン図である。図５は、本発明の第１の実施形態の車両ネットワーク図である。以下、図を参照して説明する。

（構成）
図１に示すように、定位置停止制御部１６内には、速度パターン出力部１、車両走行速度検出部２、第１演算部３、ブレーキ力補足演算部４、第２演算部５、必要ブレーキ出力部６、最大電気ブレーキ出力部７、第３演算部８、低速条件指令出力部１０、定電力ブレーキパターン出力部１１、第４演算部１２、空気ブレーキ指令部１３、第５演算部１４、空気ブレーキ実行指令部１５が内蔵されている。またＶＶＶＦ装置９が、定位置停止制御部１６と接続されている。

速度パターン出力部１は第１演算部と必要ブレーキ出力１と接続されている。車両走行速度検出部２は、第１演算部３と接続されている。第１演算部３は、速度パターン出力部１、車両走行速度検出部２、ブレーキ力補足演算部４と接続されている。ブレーキ力補足演算部４は、第１演算部３、第２演算部５と接続されている。第２演算部５は、ブレーキ力補足演算部４、第３演算部８、ＶＶＶＦ補足演算部４、ＶＶＶＦ装置９、第４演算部１２と接続されている。必要ブレーキ出力部６は、最大ブレーキ出力部７と接続されている。最大電気ブレーキ出力部７は、必要ブレーキ出力部６、第３演算部８と接続されている。第３演算部８は、第２演算部５、最大ブレーキ出力部７、低速条件指令部１０、定電力ブレーキパターン出力部１１と接続されている。ＶＶＶＦ装置９は、第２演算部５、第４演算部１２、またＶＶＶＦ装置のような電力変換装置（図示しない）と接続されている。低速条件指令部１０は、第３演算部８と接続されている。定電力ブレーキパターン出力部１１は、第３演算部８と接続されている。第４演算部１２は、第２演算部５、ＶＶＶＦ装置９、第５演算部１４と接続されている。空気ブレーキ指令部１３は、最大電気ブレーキ出力部７、第５演算部１４と接続されている。第５演算部１４は、第４演算部１２、空気ブレーキ指令部１３、空気ブレーキ力実行指令部１５と接続されている。空気ブレーキ力実行指令部１５は、第５演算部１４、外部の空気ブレーキ装置（図示しない）と接続されている。

（作用）
速度パターン出力部１は、速度パターンをＤＢとして保有しており、ブレーキ操作開始地点から停止位置までの距離をもとに算出された基準速度パターン（Pｔ）を速度パターン出力部１で算出する。算出された基準速度パターン（Ｐｔ）は、速度パターン出力部１から第１演算部３へ出力される。また、車両の走行速度を検出し、その検出された車両実速度（Vｔ）を車両走行速度検出部２から第１演算部３へ出力する。第１演算部３、第２演算部５、第３演算部８、第４演算部１２、第５演算部１４を含む演算部は、他ブロックから入力された値に対して、（＋）のセルから入力されたものは（＋）が付き、（−）のセルから入力されたものは（−）が付いて演算される。第１演算部３では、基準速度パターン（Pｔ）が（＋）から入力され、車両実速度（Vｔ）が（−）から入力されているため、（Pｔ−Vｔ＝Ｐ−Ｖ）を演算する。つまり、車両の目標速度と実際の走行速度がどのくらい乖離しているか、乖離速度（Ｐ−Ｖ）を求めている。第１演算部３で求められた（P−V）を、ブレーキ力補足演算部４に出力する。第１演算部３からの出力を受け取ったブレーキ力補足演算部４は、（P−V＝ΔFB）を演算し、乖離している速度に必要なブレーキ力である補足ブレーキ力（ΔFB）を算出する。

また、必要ブレーキ出力部６では、ブレーキ操作開始地点に対する必要ブレーキ力（ＢＦ）が求められる。必要ブレーキ出力部６で求められた必要ブレーキ力（ＢＦ）は、必要ブレーキ出力部６から最大電気ブレーキ出力部７へ出力される。最大電気ブレーキ出力部７は、最大電気ブレーキ力（ＢＦ２）を第３演算部８に出力し、必要ブレーキ力（ＢＦ）から最大電気ブレーキ力（ＢＦ２）を差し引いた値である空気ブレーキ力（ＢＦ１）を空気ブレーキ指令部１３へ出力する。

（低速条件）
車両の走行速度が低速の場合、最大電気ブレーキ出力部７から最大電気ブレーキ力（ＢＦ２）を（＋）のセルから入力した第３演算部８は、さらに、車両走行低速域時を条件に、低速ブレーキパターン（ＢＬ）が低速条件指令部１０から第３演算部８へ（−）のセルで入力され、また、電気ブレーキの定電力ブレーキパターン（ＢＣ）が、定電力ブレーキパターン出力部１１から第３演算部８へ（−）のセルから入力される。電力ブレーキの最大値（ＢＦ２）と、低速ブレーキパターン（ＢＬ）、定電力ブレーキパターン（ＢＣ）が入力された第３演算部８は、（ＢＦ２−ＢＬ―ＢＣ＝ＢＦ２１）が演算される。

最大電気ブレーキ力（ＢＦ２）の特性を表したものが図２である。図２の、最大電気ブレーキ力（ＢＦ２）２０、最大電気ブレーキ力（ＢＦ２）２１、最大電気ブレーキ力（ＢＦ２）２２、最大電気ブレーキ力（ＢＦ２）２３、最大電気ブレーキ力（ＢＦ２）２４は、電気ブレーキ力の一例である。電気ブレーキ力はデジタル信号によって、ブレーキ装置に出力されるため、連続的なブレーキ力を有している。

その連続的なブレーキ力に、低速ブレーキパターン（ＢＬ）が追加されたブレーキ力を図３に示す。図３に示すように、Ｖ０からＶ１は、車両走行速度の低速領域である。車両の走行速度が低速領域にあるとき、電気ブレーキ力は最大電気ブレーキ力よりも低く設定される。車両走行速度が低速領域において、最大ブレーキ力よりも低く設定された電気ブレーキ力が、低速領域時の最大電気ブレーキ力１（ＢＦ２−ＢＬ）３０、低速領域時の最大電気ブレーキ力１（ＢＦ２−ＢＬ）３１、低速領域時の最大電気ブレーキ力１（ＢＦ２−ＢＬ）３２、低速領域時の最大電気ブレーキ力１（ＢＦ２−ＢＬ）３３、低速領域時の最大電気ブレーキ力１（ＢＦ２−ＢＬ）３４である。低速領域時の最大電気ブレーキ力１（ＢＦ２−ＢＬ）は、例えば、車両の低速領域走行を条件に、車両の最大電気ブレーキ力（ＢＦ２）×８０％の値である。車両の最大電気ブレーキ力（ＢＦ２）×８０％の値から、必要なブレーキ力に応じて、車両の最大電気ブレーキ力（ＢＦ２）×８０％〜１００％の値でブレーキ力を調整することが可能である。

また上記連続的なブレーキ力に、定電力ブレーキパターン（ＢＣ）が追加されたブレーキ力を図4に示す。定電力ブレーキパターン（Ｂｃ）は、図３のブレーキ力パターンに電気ブレーキの電気的特性（ある一定以上の速度になると電気ブレーキ力が消滅する）と各電気ブレーキ力に対応させて表したものである。つまり、実際に使用可能な電気ブレーキ力を表した低速条件・最大電気ブレーキ力（ＢＦ２１）が図４となる。第３演算部８では、低速条件・最大電気ブレーキ力（ＢＦ２１）が演算される。

補足ブレーキ力（ΔFB）がブレーキ力補足演算部４から、第２演算部５の（−）のセルに入力され、低速条件・最大電気ブレーキ力（ＢＦ２１）が第３演算部８から（＋）のセルに入力された第２演算部５は、（ＢＦ２１−ΔFB＝Ｂｔ１）が演算される。車両ブレーキ力（Ｂｔ１）は、第２演算部５からＶＶＶＦ装置９及び第４演算部１２の（＋）セルへ出力される。車両ブレーキ力（Ｂｔ１）が入力されたＶＶＶＦ装置９は車両ブレーキ力（Ｂｔ１）を出力し、車両ブレーキ力（Ｂｔ１）が実行される。車両ブレーキ力（Ｂｔ１）が実行されると、ＶＶＶＦ装置９へ車両実行・電気ブレーキ力（ＥＢＦ）がフィードバックされる。フィードバックされた車両実行・電気ブレーキ力（ＥＢＦ）は、ＶＶＶＦ装置９から第４演算部１２の（−）セルへ出力される。（＋）セルから車両ブレーキ力（Ｂｔ１）が、（―）のセルから車両実行・電気ブレーキ力（ＥＢＦ）が入力された第４演算部１２は、（Ｂｔ１―ＥＢＦ＝ＡＢＦ１）が演算される。

（中高速条件の場合）
中高速条件の場合、最大電気ブレーキ出力部７から最大値の電気ブレーキ力（ＢＦ２）を（＋）のセルから入力した第３演算部８は、車両走行低速域時を条件に入力される、低速ブレーキパターン（ＢＬ）は低速条件指令部１０から第３演算部８へ（−）のセルで入力されず、また、電気ブレーキの定電力ブレーキパターン（ＢＣ）が、定電力ブレーキパターン出力部１１から第３演算部８へ（−）のセルから入力される。電力ブレーキの最大値（ＢＦ２）と定電力ブレーキパターン（ＢＣ）が入力された第３演算部８は、（ＢＦ２―ＢＣ＝ＢＦ２２）が演算される。中高速条件・最大電気ブレーキ力（ＢＦ２２）は、第３演算部８から第２演算部５の（＋）のセルへ出力される。

補足ブレーキ力（ΔFB）がブレーキ力補足演算部４から、第２演算部５の（−）のセルに入力され、中高速条件・最大電気ブレーキ力（ＢＦ２２）が第３演算部８から（＋）のセルに入力された第２演算部５は、（ＢＦ２２−ΔFB＝Ｂｔ２）が演算される。車両ブレーキ力（Ｂｔ２）は、第２演算部５からＶＶＶＦ装置９及び第４演算部１２の（＋）セルへ出力される。車両ブレーキ力（Ｂｔ２）が入力されたＶＶＶＦ装置９は、車両ブレーキ力（Ｂｔ２）を出力し、車両ブレーキ力（Ｂｔ２）が実行される。車両ブレーキ力（Ｂｔ１）が実行されると、ＶＶＶＦ装置９へ車両実行・電気ブレーキ力（ＥＢＦ）がフィードバックされる。フィードバックされた車両実行・電気ブレーキ力（ＥＢＦ）は、ＶＶＶＦ装置９から第４演算部１２の（−）セルへ出力される。（＋）セルから車両ブレーキ力（Ｂｔ２）が、（―）のセルから車両実行・電気ブレーキ力（ＥＢＦ）が入力された第４演算部１２は、（Ｂｔ２―ＥＢＦ＝ＡＢＦ１）が演算される。

必要補足ブレーキ力（ＡＢＦ１）必要補足ブレーキ力（ＡＢＦ１）は、指令した電気ブレーキ力と実行した電気ブレーキ力がどれくらい乖離しているかを求めている。演算された必要補足ブレーキ力（ＡＢＦ１）は、第４演算部１２から第５演算部１４の（＋）セルへ出力される。また、最大電気ブレーキ出力部７から空気ブレーキ指令部１３へ入力された空気ブレーキ力（ＢＦ１）は、空気ブレーキ指令部１３から第５演算部１４の（＋）セルへ出力される。必要補足ブレーキ力（ＡＢＦ１）と空気ブレーキ力（ＢＦ１）を（＋）セルから入力された第５演算部１４は、（ＡＢＦ１＋ＢＦ１＝ＡＢＦ２）を演算する。電力ブレーキ力で賄うことのできなかった必要ブレーキ力を補うための空気ブレーキ力（ＡＢＦ２）は、第５演算部１４から空気ブレーキ力実行指令部１５へ出力される。空気ブレーキ力（ＡＢＦ２）が入力された空気ブレーキ力実行指令部１５は空気ブレーキ装置へ空気ブレーキ力（ＡＢＦ２）の実行指令を出力する。

（効果）
このような構成をもつ電気車用定位置停止制御は、低速度領域が電力回生ブレーキで制御できるので、停止精度が向上する。また、電気ブレーキ制御は空気ブレーキ制御よりも、車両内に乗車している乗客の乗り心地を改善するため、快適な車両走行が可能となる。また、空気ブレーキを併用する制御システムになっているため、緊急停止が必要な際は、空気ブレーキを使用することも可能であり、そのため、車両走行の安全性も確保することができる。

また、本実施形態の低速領域における電気ブレーキ力パターンは、中高速領域にも適応可能であり、その際は中高速領域からの精度の良い制御が可能である。

１ 速度パターン出力部
２ 車両走行速度検出部
３ 第１演算部
４ ブレーキ力補足演算部
５ 第２演算部
６ 必要ブレーキ出力部
７ 最大電気ブレーキ出力部
８ 第３演算部
９ ＶＶＶＦ装置
１０ 低速条件指令部
１１ 定電力ブレーキパターン出力部
１２ 第４演算部
１３ 空気ブレーキ指令部
１４ 第５演算部
１５ 空気ブレーキ力実行指令部
１６ 定位置停止制御部

Claims (2)

1. 車両が駅の目標停止位置に停止することを制御する制御部へ、前記車両の走行速度が低速領域に入ったことを検知し、低速条件指令を出力する低速条件指令部と、
   前記低速条件指令部からの低速条件指令受けて、前記車両に搭載されている電気ブレーキが中高速領域の電気ブレーキ力よりも前記低速領域の前記電気ブレーキ力が低いことを、特徴とする電気車用定位置停止制御装置。
2. 前記制御部において、車両に搭載されている電気ブレーキと空気ブレーキを利用して、駅内の目標停止位置に停止すること
   を特徴とする請求項１記載の電気車用定位置停止制御装置。

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