JP2017135791A - Driving cab display device for railway vehicle - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両に関し、特に、運転台表示装置に関する。 The present invention relates to a railway vehicle, and more particularly to a cab display device.
鉄道車両を駆動し加速する力行動作のための電力は、例えば直流電車線式鉄道の場合、直流電車線から直流電力が供給され、電力変換装置で直流電力を交流電力に変換し、交流電動機を駆動することで、車両を駆動する。また、車両を減速させるためには、交流電動機を電力変換装置で発電動作とし、交流電動機で発生した交流電力を電力変換装置で直流電力に変換し、この電力(回生電力という)を直流電車線へ供給することで交流電動機にブレーキ力を発生させ(回生ブレーキ動作という)、車両を減速させる。 In the case of a DC train line type railway, for example, in the case of a DC train line type railway, the power for driving and accelerating the railway vehicle is supplied with DC power. The power converter converts the DC power into AC power and drives the AC motor. In this way, the vehicle is driven. In addition, in order to decelerate the vehicle, the AC motor is set to generate electricity with the power converter, the AC power generated by the AC motor is converted to DC power with the power converter, and this power (called regenerative power) is transferred to the DC train line. By supplying the braking force, the AC motor generates braking force (referred to as regenerative braking operation) and decelerates the vehicle.
車両を力行動作するとき、直流電力を受けて交流電動機を駆動するまでの機器には、例えば、フィルタリアクトルと、インバータ制御装置と、交流電動機とギアといった機器を経る。この構成では電力変換装置として、インバータ制御装置を用いている。これらの機器は、電力を伝達するうえで損失を発生させる。 When powering a vehicle, devices that receive DC power and drive the AC motor pass through devices such as a filter reactor, an inverter control device, an AC motor, and a gear, for example. In this configuration, an inverter control device is used as the power conversion device. These devices generate losses in transferring power.
例えば、フィルタリアクトルは機器がもつ抵抗成分によって、電流が流れることで銅損が発生し、インバータ制御装置は半導体スイッチなどによるスイッチングを行うため、導通損失やスイッチング損失といった損失が発生し、交流電動機も交流電圧を印加し電流が流れている状態などでは、銅損や鉄損などの損失を発生させる。 For example, filter reactors cause copper loss due to current flowing due to the resistance component of the equipment, and inverter control devices perform switching using semiconductor switches, etc., resulting in losses such as conduction loss and switching loss. When an AC voltage is applied and a current flows, losses such as copper loss and iron loss are generated.
これらの損失は、車両の運転状態やインバータ制御装置の制御状態等によって、各々発生する損失が常に変化している。車両を駆動するための電力は、直流電車線から入力した電力に対し、これらの機器の損失分を差し引いた残りの電力が駆動電力となる。ここで、(直流電車線から入力した電力−機器の損失)/(直流電車線から入力した電力)を力行動作時の総合機器効率とすると、この総合機器効率が高いほど損失が少なく、より少ない電力(以下、力行電力という)で車両を駆動することができる。 These losses are constantly changing depending on the driving state of the vehicle, the control state of the inverter control device, and the like. The electric power for driving the vehicle is the remaining electric power obtained by subtracting the loss of these devices from the electric power input from the DC train line. Here, assuming that (the power input from the DC train line−the loss of the device) / (the power input from the DC train wire) is the total device efficiency during the powering operation, the higher the total device efficiency, the lower the loss and the less the power ( Hereinafter, the vehicle can be driven with power running power).
一方、回生ブレーキ動作においては、同様に(交流電動機で発生した電力−機器の損失)/(交流電動機で発生した電力)を回生ブレーキ動作時の総合機器効率とすると、この総合機器効率が高いほど損失が少なく、より多くの電力を直流電車線に供給できる。力行電力と回生電力を消費電力とすると、力行電力をより少ない電力として車両を駆動、加速し、減速時の回生ブレーキ動作でより多くの回生電力を直流電車線に供給できれば、消費電力を少なくできる。より少ない消費電力の動作点で車両を走行させることができれば、消費電力量も小さくでき、車両の走行に必要なエネルギを低減することができる。 On the other hand, in the regenerative braking operation, similarly, when (the power generated by the AC motor−the loss of the device) / (the power generated by the AC motor) is the total device efficiency during the regenerative braking operation, the higher the total device efficiency, Loss is low and more power can be supplied to the DC train line. Assuming power running power and regenerative power as power consumption, power consumption can be reduced if the vehicle is driven and accelerated with less power running power and more regenerative power can be supplied to the DC train line by regenerative braking operation during deceleration. If the vehicle can be run at an operating point with less power consumption, the amount of power consumption can be reduced, and the energy required for running the vehicle can be reduced.
鉄道車両には、省エネルギ化のニーズが強く、車両を走行させるのに必要なエネルギを極力小さくできることが望ましい。そのため、車両を走行させる際に、予め定められたダイヤを守りながらも、前述した機器の効率の高い動作点で運転を行い、車両の走行に必要なエネルギを小さくすることが望ましい。このために、車両を運転する運転士が機器の高効率動作点で運転されるように操作すれば、車両の駆動における消費電力を減らし、省エネルギ化が実現できる。 There is a strong need for energy saving in railway vehicles, and it is desirable that the energy required to drive the vehicle can be made as small as possible. For this reason, when the vehicle is driven, it is desirable to operate at the operating point with high efficiency of the above-mentioned device while keeping a predetermined diagram and reduce the energy required for the vehicle to travel. For this reason, if the driver who drives the vehicle is operated so as to be driven at the high-efficiency operating point of the device, the power consumption in driving the vehicle can be reduced and energy saving can be realized.
このように、鉄道車両の高効率運転を運転士に促すことを目的に、車両の駆動または走行により発生する損失を算出するために、車両速度と路線条件を車両駆動に関わる機器より収集し、総合機器効率が高効率となるような運転速度を算出し、高効率運転となる速度を、運転台の表示装置に表示する表示装置が特許文献1に示されている。
In this way, for the purpose of encouraging the driver to drive the railway vehicle with high efficiency, in order to calculate the loss caused by driving or running the vehicle, the vehicle speed and route conditions are collected from the equipment related to the vehicle driving,
しかしながら、特許文献1に記載されている方式は、最も効率がよくなる速度情報を運転士に提示するものであるが、ノッチ情報と効率情報との関係を、例えば車両重量(乗車率)や車両速度に応じて変更して表示することはない。このため、運転士は表示された速度に追従するように運転するしかなく操作の自由度が少なく、また、総合機器効率に大きく影響する車両重量を考慮していないという課題がある。
However, the method described in
したがって、本発明の目的は、車両重量が変化した場合であっても総合機器効率の演算の精度を低下させず、各ノッチ指令に対する車両の総合機器効率がどの程度であるか一目でわかるようにし、運転士が車両の総合機器効率が高い点で動作させるための操作自由度を高くすることである。 Therefore, an object of the present invention is to make it possible to understand at a glance how much the total equipment efficiency of the vehicle with respect to each notch command is, without reducing the accuracy of the calculation of the total equipment efficiency even when the vehicle weight changes. It is to increase the degree of freedom of operation for the driver to operate at a point where the overall equipment efficiency of the vehicle is high.
そこで本発明は、鉄道車両の運転台に設置される表示装置であって、
運転台に設置されて運転士により操作される主幹制御器からの運転ノッチ指令情報と、車両重量検知器で検出された車両重量情報と、前記鉄道車両の速度を検出する速度検出器で検出された車両速度情報を入力情報として、当該入力情報に基づいて前記鉄道車両の駆動装置の動作効率を生成し、前記入力情報の変化に応じて、前記運転ノッチ指令情報と前記動作効率との関係を変更して表示する。
Therefore, the present invention is a display device installed in a cab of a railway vehicle,
Operation notch command information from the master controller installed on the cab and operated by the driver, vehicle weight information detected by the vehicle weight detector, and detected by the speed detector that detects the speed of the railway vehicle. The vehicle speed information is used as input information, the operation efficiency of the railway vehicle drive device is generated based on the input information, and the relationship between the operation notch command information and the operation efficiency is determined according to the change in the input information. Change and display.
本発明により、各運転ノッチ指令に対する車両の総合機器効率がどの程度であるか一目でわかるようになり、運転士が車両の総合機器効率が高い点で動作させるための操作自由度が高くなる。また、車両重量が変化した場合であっても運転士に総合機器効率を向上させる運転支援情報を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to know at a glance how much the overall device efficiency of the vehicle is corresponding to each driving notch command, and the degree of freedom of operation for the driver to operate at a point where the overall device efficiency of the vehicle is high is increased. In addition, even when the vehicle weight changes, it is possible to provide the driver with driving support information that improves the overall device efficiency.
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図2は、本発明の鉄道車両の駆動装置の構成の一例を示す。直流架線51から直流電力を受けて交流電動機55を駆動する駆動装置は、直流架線51から電力を受ける集電装置52と、直流電力のノイズを除去するフィルタリアクトル53と、電力変換装置54と、交流電動機55とギア56と車輪57と接地ブラシ58を備える。本構成では電力変換装置として、交流電動機55に交流電力を供給するインバータ制御装置を用いている。
FIG. 2 shows an example of the configuration of the railway vehicle drive device of the present invention. The driving device that receives the DC power from the
図3は、本発明の鉄道車両の運転台に設置される運転台表示装置の入出力情報の構成を示すものである。 FIG. 3 shows the configuration of the input / output information of the cab display device installed in the cab of the railway vehicle of the present invention.
運転台表示装置1は、車両に搭載されている車両重量検知器2で検出した車両重量情報Waと、運転士により操作される主幹制御器3からの運転ノッチ指令NTCaと、車両に搭載された速度検出器4で検出した車両速度情報VELaを入力する。運転ノッチ指令NTCaは、例えば力行動作させるための運転情報である力行ノッチ指令や、回生ブレーキ動作のための運転情報であるブレーキノッチ指令や、加速も減速もしない惰性走行とさせるための、ノッチオフ指令などの運転ノッチ指令である。また、運転台表示装置1は、予め車両の速度、および車両の引張力または電動機のトルクに対する前記総合機器効率のデータを記録している。これを効率マップ情報21とする。
The
以上の構成によって、運転台表示装置1は、図1に示すように、それぞれの運転ノッチ指令NTCaに応じた、車両の速度対引張力と総合機器効率の関係を常時変更して表示する。図1は、力行動作時における運転台表示装置1の表示例の一例である。横軸に車両速度、縦軸に車両の引張力をとったグラフ上に、総合機器効率(X%、Y%、Z%)の等高線図を重ねて表示する。ここで、図1では効率の大きさをX%>Y%>Z%とする。これに、各運転ノッチ指令NTCaに対応する速度対引張力のラインを重ねて描画する。図1では、運転ノッチ指令について力行3ノッチ指令を「P3N」、力行4ノッチ指令を「P4N」、力行5ノッチ指令を「P5N」とし、これらの運転ノッチ指令の速度対引張力の関係を描画している。この各運転ノッチ指令と速度対引張力の関係は、車両重量情報Waによって特性が変化し、車両の重量が変化しても加速度が一定に保たれるように変化する。
With the above configuration, the
ここで、図1では縦軸を引張力としているが、電動機のトルクなど車両の加速に関わる力に関連する表示で表してもよい。さらに、現在の車両速度VELaと、運転ノッチ指令NTCaに基づいて、現在の速度と引張力の動作点を示す表示を動作点表示11のように表す。 Here, in FIG. 1, the vertical axis is the tensile force, but it may be represented by a display related to the force related to the acceleration of the vehicle such as the torque of the electric motor. Further, based on the current vehicle speed VELa and the operation notch command NTCa, a display indicating the current speed and the operating point of the tensile force is expressed as an operating point display 11.
運転台表示装置1を、以上のような表示とすることで、現在の運転ノッチ指令と車両速度に対して、総合機器効率がどの動作点にあるかを運転士が認識することができる。これにより運転士に、現在の運転ノッチ指令よりもより総合機器効率が高い動作点で運転した方がよいと認識させ、運転ノッチ指令を変更したり、速度を変更したりして、総合機器効率が高い動作点で動作させることを促す。運転士にとっては、運転ノッチ指令を選択したり、速度を選択したりしながら、動作点を調整でき自由度の幅が広まり臨機応変に対応可能となる。例えば、図1のように、現在の動作点が動作点表示11の位置にある場合(車両速度Ka、運転ノッチ指令が力行5ノッチ指令(P5N))、同じ車両速度Kaでは力行3ノッチ(P3N)に投入した方が、総合機器効率が高い(X%>Z%)ことが一目で把握できるため、運転士は運転ノッチ指令をP3Nに変更することができる。これにより、動作点が動作点表示11から動作点表示12の位置に変更され、総合機器効率がより高い動作点で動作するようになり、先に説明した消費電力を低減でき、結果的に車両の走行エネルギを省エネルギ化できる。
By making the
ところで、図4は運転台表示装置の力行動作時の第二の表示例を示した図である。図4の例では、横軸に車両速度、縦軸に総合機器効率をとり、それぞれの運転ノッチ指令NTCaに対応する総合機器効率値を表示している。さらに、現在の車両速度VELaと、運転ノッチ指令NTCaに基づいて、現在の速度と運転ノッチ指令の動作点を示す表示を動作点表示13のように表す。図4の例では、現在の動作点が動作点表示13の位置にある場合(車両速度Ka、運転ノッチ指令が力行5ノッチ指令(P5N))、同じ車両速度では力行3ノッチ(P3N)に投入した方が、縦軸に示す総合機器効率が高いことが一目で把握できるため、運転士は運転ノッチ指令をP3Nに変更することができる。これにより、動作点が動作点表示14の位置になり、総合機器効率がより高い動作点で動作するようになり、先に説明した消費電力を低減でき、結果的に車両の走行エネルギを省エネルギ化できる。
FIG. 4 is a diagram showing a second display example during the power running operation of the cab display device. In the example of FIG. 4, the horizontal axis represents the vehicle speed, the vertical axis represents the total device efficiency, and the total device efficiency value corresponding to each driving notch command NTCa is displayed. Further, based on the current vehicle speed VELa and the driving notch command NTCa, a display indicating the current speed and the operating point of the driving notch command is represented as an
一方、減速の場合の回生ブレーキ動作時の運転台表示装置1の表示例を、図5に示す。力行動作時における運転台表示装置1の表示例に示したのと同様に、横軸に速度、縦軸に車両のブレーキ力をとったグラフ上に、総合機器効率(X%、Y%、Z%)の等高線図を重ねて表示する。ここで、図5では効率の大きさをX%>Y%>Z%とする。これに、各運転ノッチ指令NTCaに対応する速度とブレーキ力の関係のラインを重ねて描画する。図5では、運転ノッチ指令についてブレーキ3ノッチ指令を「B3N」、ブレーキ4ノッチ指令を「B4N」、ブレーキ5ノッチ指令を「B5N」とし、これらの運転ノッチ指令を描画している。この各運転ノッチ指令に対応する速度とブレーキ力の関係は、車両重量情報Waによって特性が変化し、車両の重量が変化しても減速度が一定に保たれるように変化する。ここで、図5では縦軸をブレーキ力としているが、電動機のトルクなど車両の減速に関わる力に関連する表示で表してもよい。さらに、現在の車両速度VELaと、運転ノッチ指令NTCaに基づいて、現在の速度とブレーキ力の動作点を示す表示を動作点表示15のように表す。
On the other hand, a display example of the
運転台表示装置1を、以上のような表示とすることで、現在の運転ノッチ指令と車両速度に対して、総合機器効率がどの動作点にあるかを運転士が認識することができる。これにより運転士に、現在の運転ノッチ指令よりもより総合機器効率が高い動作点で運転した方がよいと認識させ、運転ノッチ指令を変更したり、速度を変更したりして、総合機器効率が高い動作点で動作させることを促すことができる。運転士にとっては、運転ノッチ指令を選択したり、速度を選択したりしながら、動作点を調整でき自由度の幅が広まり臨機応変に対応可能となる。例えば、図5のように、現在の動作点が動作点表示15の位置にある場合(車両速度Kb、運転ノッチ指令がブレーキ5ノッチ指令(B5N))、同じ車両速度ではブレーキ3ノッチ(B3N)に投入した方が、総合機器効率が高いことが一目で把握できる(X%>Z%)ため、運転士は運転ノッチ指令をB3Nに変更することができる。これにより、動作点が動作点表示16の位置になり、総合機器効率がより高い動作点で動作するようになり、先に説明した消費電力を低減でき、結果的に車両の走行エネルギを省エネルギ化できる。
By making the
また、実施例1で示したような構成は、必要な入力情報が必要最低限であり、逐次効率を演算する必要もなく演算負荷を低減でき、簡易な構成で省エネルギ走行を実現することができる。 In addition, the configuration as shown in the first embodiment requires the minimum necessary input information, can reduce the calculation load without the need to calculate the sequential efficiency, and can realize energy saving traveling with a simple configuration. it can.
図6は、本発明の鉄道車両の運転台に設置される運転台表示装置の入出力情報の構成の第2の実施例を示す図である。実施例1との違いは、運転台表示装置1の入力信号をインバータ制御装置5の出力信号としている点である。
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the configuration of the input / output information of the cab display device installed in the cab of the railway vehicle of the present invention. The difference from the first embodiment is that the input signal of the
運転台表示装置1は、インバータ制御装置5の出力する車両重量情報Wiと、運転ノッチ指令NTCiと、車両速度情報VELiを入力する。インバータ制御装置は外部機器からの入力信号や、インバータ制御装置内部での演算によって、これら3つの信号を生成しているため、インバータ制御装置5との間に信号インターフェースを構成することで、実施例1に比べ簡易に運転台表示装置1の入力信号を接続するこができる。運転台表示装置1の表示例は、実施例1で示した車両重量情報WaをWiに、運転ノッチ指令情報NTCaをNTCiに、車両速度情報VELaをVELiに置き換えた場合と同じである。
The
また、図6では、運転台表示装置に入力される車両重量情報、運転ノッチ指令、車両速度情報の全ての信号をインバータ制御装置5の出力信号としたが、この3つの信号の一部をインバータ制御装置15の出力とし、残りの信号を図2に示した車両重量検知器1や、主幹制御器3や、速度検出器4の出力信号とした構成としてもよい。
In FIG. 6, all the signals of the vehicle weight information, the driving notch command, and the vehicle speed information input to the cab display device are used as output signals of the inverter control device 5, but some of these three signals are inverters. The output of the
1…運転台表示装置、2…車両重量検知器、3…主幹制御器、4…速度検出器、5…インバータ制御装置、11、12、13、14、15、16…動作点表示、21…効率マップデータ、51…直流電車線、52…集電装置、53…フィルタリアクトル、54…インバータ制御装置、55…交流電動機、56…ギア、57…車輪、58…接地ブラシ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
運転台に設置されて運転士により操作される主幹制御器からの運転ノッチ指令情報と、車両重量検知器で検出された車両重量情報と、前記鉄道車両の速度を検出する速度検出器で検出された車両速度情報を入力情報として、当該入力情報に基づいて前記鉄道車両の駆動装置の動作効率を生成し、
前記入力情報の変化に応じて、前記運転ノッチ指令情報と前記動作効率との関係を変更して表示することを特徴とする鉄道車両の運転台表示装置。 A cab display device installed in a cab of a railway vehicle,
Operation notch command information from the master controller installed on the cab and operated by the driver, vehicle weight information detected by the vehicle weight detector, and detected by the speed detector that detects the speed of the railway vehicle. With the vehicle speed information as input information, the operation efficiency of the railway vehicle drive device is generated based on the input information,
A cab display device for a railway vehicle, wherein a relationship between the operation notch command information and the operation efficiency is changed and displayed according to a change in the input information.
前記運転指令ノッチ情報、前記車両重量情報、前記車両速度情報のうち1つ以上を、鉄道車両駆動用電動機に交流電力を供給する電力変換装置の制御装置から得ることを特徴とする鉄道車両の運転台表示装置。 In the cab display device according to claim 1,
One or more of the operation command notch information, the vehicle weight information, and the vehicle speed information are obtained from a control device of a power conversion device that supplies AC power to a railway vehicle drive motor. Stand display device.
鉄道車両駆動用電動機に交流電力を供給する電力変換装置の制御装置が出力する運転指令ノッチ情報と、車両重量情報と、車両速度情報を入力情報として、当該入力情報に基づいて前記鉄道車両の駆動装置の動作効率を生成し、前記入力情報の変化に応じて、前記運転ノッチ指令情報と前記動作効率との関係を変更して表示することを特徴とする鉄道車両の運転台表示装置。 A cab display device installed in a cab of a railway vehicle,
The operation command notch information, the vehicle weight information, and the vehicle speed information output from the control device of the power conversion device that supplies AC power to the railway vehicle driving motor are input information, and the driving of the railway vehicle is performed based on the input information. An operation efficiency of the apparatus is generated, and the relation between the operation notch command information and the operation efficiency is changed and displayed according to the change of the input information, and the cab display device for a railway vehicle is characterized.
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WO2023286122A1 (en) * | 2021-07-12 | 2023-01-19 | 三菱電機株式会社 | Propulsion control device and filter capacitor voltage control method |
-
2016
- 2016-01-26 JP JP2016012004A patent/JP2017135791A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2023286122A1 (en) * | 2021-07-12 | 2023-01-19 | 三菱電機株式会社 | Propulsion control device and filter capacitor voltage control method |
JP7433536B2 (en) | 2021-07-12 | 2024-02-19 | 三菱電機株式会社 | Propulsion control device and filter capacitor voltage control method |
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