JP3061183B2 - 換気制御方法及び装置 - Google Patents

換気制御方法及び装置

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JP3061183B2
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真明 平山
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両等に用いる換
気装置の制御に関するものであり、詳しくは、給気と排
気のファン(送風機)のモータの回転数を独立に制御し
て、車外圧力が変動する際の車内圧力の変動を減少させ
る換気制御方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高速車両等の換気装置においては、例え
ば、図5に示すように、車両10の客室12に給気路1
4、排気路16を設け、給気路14及び排気路16にそ
れぞれ給気ファン(送風機)18、排気ファン(送風
機)20を設置して客室12の換気を行っている。この
ような換気装置では、車外圧力が急激に変化する場合
に、車内圧力が車外圧の影響を受けて変化し、車内の乗
客が「ミミツン」と呼ばれる耳等の不快な感じを受ける
ことがある。このため、車外圧の影響を減らして、車内
圧の変動を減少させる以下の方法が考えられている。
【0003】(1) 車外圧の変動量を計測し、その変
動量がある一定以上になった場合に、空気の通路に取り
付けた弁を絞ることによって、車内の圧力変動を抑え
る。この方法は、例えば、図5に示すように、車両10
の外側に設置された車外圧センサ22で車外圧力を計測
し、車外圧力の計測結果をコントローラ24を介してト
レインラインモニタ26でモニタしておき、急激な圧力
変動が一定時間以上発生した時に、コントローラ24か
らの指令で給気路14に設けられた制御弁(バルブ)2
8を閉じて車内(客室12)の圧力変動を抑えるもので
ある。30は、排気路16に設けられた制御弁(バル
ブ)である。 (2) 給気ファンと排気ファンの回転数を変化させ
て、車内圧の変化を減少させる。この方法で車内の圧力
を十分一定に保つためには、通常は車内圧を計測して一
定に制御できればよいが、車両にこの制御を適用する
と、車両は駅で停車してドアを開けるために、停車駅の
高度が大きく異なるとドアが開いた瞬間に車内は大きな
圧力変化を受けることになる。このため、車内圧は徐々
に車外圧に追従するように変化させるのが良い。
【0004】このような方法で車内圧力を制御しようと
すると、図5に示すように、客室12内の車内圧センサ
32と車外圧センサ22とで車内圧及び車外圧の双方を
計測し、コントローラ24からの指令でインバータ(回
転数制御装置)34、36を介して給気ファン18のモ
ータ38及び/又は排気ファン20のモータ40の回転
数を制御することが考えられる。具体的には、図6に示
すように、車内圧及び車外圧の双方を計測し、車外圧の
計測結果から目標値設定ロジック42により車内圧の目
標値を作成し(例えば、車外圧の計測結果にローパスフ
ィルタをかけて目標値とする)、この目標値と車内圧の
計測結果とから制御装置44によりインバータ34、3
6への回転数指令を作成する。給気送風機(ファン)1
8、排気送風機(ファン)20はインバータ34、36
でそれぞれの回転数が制御され、客室や空気の通路等に
よる車内圧変動特性に応じて車内圧が制御され、車内圧
は徐々に車外圧に一致していく。車内圧も計測して、車
内圧力の変動を抑制するように制御を行う場合、車内圧
力の目標値は、車外圧力の急激な変動を平均的な変動と
したものに設定する必要がある。このような場合は、車
内圧と車外圧とを計測する必要があるために、2台の圧
力センサが必要になる。
【0005】また、給気ファンと排気ファンの回転数を
同じように変化させて車内の圧力変動を減少させる技術
としては、例えば、特開昭63−315365号公報に
示されるように、車両がトンネル内に突入したときに、
給気ファン及び排気ファンのモータの回転数を同じよう
に増加させて車内の圧力変動を抑えるものが知られてい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した(1)の弁の
オンオフで車内の圧力変動を抑える方式は、給気路等に
弁を設けて、この弁を制御する必要があり、構成が複雑
になる。また、弁を開閉する方式は、連続的な制御が行
えず、細かい圧力制御には対応できない。また、上述し
た(2)の車内圧及び車外圧の双方を計測して給気ファ
ンと排気ファンの回転数を独立に制御する方式は、2台
の圧力センサが必要になるために、高価になり、かつ、
実装上の問題としてセンサのドリフトが問題になる。さ
らに、2台の圧力センサを使用する場合には、2台の圧
力センサのキャリブレーションが必要になる。また、特
開昭63−315365号公報記載の技術は、給気ファ
ンと排気ファンの回転数を同じにしており、モータの回
転数も車外圧変動時に増加させるのみであり、十分な圧
力制御が行えるものではない。
【0007】本発明は上記の諸点に鑑みなされたもの
で、本発明の目的は、車外圧力のみを計測して、給気と
排気のファン(送風機)のモータの回転数を独立に制御
することにより、車外圧力が変動する際の車内圧力の変
動を減少させることができ、圧力センサが1台で良いた
めに、安価で、センサのドリフトの影響を考慮する必要
がなく、2台のセンサのキャリブレーションも不要とな
る制御性能の高い換気制御方法及び装置を提供すること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の換気制御方法は、車外の圧力変動に対し
て、異なるモータを使用した給気送風機と排気送風機と
を用いて、給気送風機及び/又は排気送風機のモータの
回転数を独立して制御することにより車内の圧力変動を
低減させる換気制御方法であって、車外圧力のみを計測
し、この車外圧力の計測結果を用いて給気送風機及び/
又は排気送風機のモータの回転数の指令を作成し、給気
及び排気の風量を独立に制御して車内圧力を徐々に車外
圧力に追従させるように構成されている(図1〜図4参
照)。
【0009】また、本発明の方法は、車外の圧力変動に
対して、異なるモータを使用した給気送風機と排気送風
機とを用いて、給気送風機及び/又は排気送風機のモー
タの回転数を独立して制御することにより車内の圧力変
動を低減させる換気制御方法であって、車外圧力のみを
計測し、この車外圧力の計測結果から作成した車内圧力
の目標値と現在の車外圧力値とを用いて給気送風機及び
/又は排気送風機のモータの回転数の指令を作成し、給
気及び排気の風量を独立に制御して車内圧力を徐々に車
外圧力に追従させることを特徴としている(図1〜図4
参照)。上記の本発明の方法において、車外圧力のみを
計測し、この車外圧力値と車外圧力の信号をローパスフ
ィルタに入力して得られた信号との差に基づいて、給気
送風機及び/又は排気送風機のモータの回転数の指令を
作成し、給気及び排気の風量を独立に制御して車内圧力
を徐々に車外圧力に追従させることが好ましい(図2、
図3参照)。
【0010】本発明の換気制御装置は、換気装置の給気
送風機と排気送風機に異なるモータを使用し、車外の圧
力変動に対して給気送風機及び/又は排気送風機のモー
タの回転数を独立に制御して車内の圧力変動を低減させ
る換気制御装置であって、車外に設置された圧力センサ
に、車外圧力の計測結果から車内圧力の目標値を設定す
る目標値設定手段が接続され、目標値設定手段及び前記
圧力センサに、車内圧力の目標値と現在の車外圧力値と
から給気送風機及び/又は排気送風機のモータの回転数
の指令値を演算して給気送風機及び排気送風機を独立に
制御する制御手段が接続されたことを特徴としている
(図1〜図3参照)。上記の本発明の装置において、目
標値設定手段を、車外圧力の計測結果にローパスフィル
タをかけて車内圧力の目標値が得られる構成とすること
が好ましい(図2参照)。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、鉄道車両(列車)の換気装
置を一例として本発明の実施の形態について説明する
が、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるもので
はなく、他の乗物に適用する等、適宜変更して実施する
ことが可能なものである。本実施の形態は、車外の圧力
のみを用いて、給気、排気の送風機に対する指令を作成
して、車内の圧力変動を抑えることができるものであ
る。図1は、本発明の実施の形態による換気制御方法を
実施する装置の制御ブロック図を示している。車内圧力
は、車外圧力に応じて変化するものであり、車外圧力を
計測することである程度推定できる。このことから、以
下のように制御する。車外圧センサを用いて車外圧力を
計測し、図1に示すように、車外圧の計測結果から目標
値設定ロジック46により車内圧の目標値(車内圧設定
値)を作成し、現在の車外圧力値から引き、制御パラメ
ータを元に、制御装置48において、給気送風機(ファ
ン)18、排気送風機(ファン)20の回転数の指令を
作成し、それぞれのインバータ34、36に回転数指令
を与える。給気送風機18、排気送風機20はインバー
タ34、36でそれぞれの回転数が制御され、客室や空
気の通路等による車内圧変動特性に応じて車内圧が制御
され、車内圧は徐々に車外圧に一致していく。
【0012】目標値設定ロジックの一例を示すと、図2
に示すように、車外圧力の信号を十分に低い周波数(例
えば、0.05Hz程度)に設定したローパスフィルタ5
0に入力し、ローパスフィルタをかけた信号を車内圧の
目標値(車内圧設定値)とするものがある。この場合、
ローパスフィルタの時定数は、列車の高度変化に対応し
た時定数になる。つぎに、制御装置48のロジックの一
例を示す。回転数指令を作成する方法としては、図3に
示すように、車内圧の目標値と車外圧との差に、増幅器
(ゲイン要素)52でゲインを掛け、この値に給気と排
気のそれぞれの基準回転数を加算、減算して、給気回転
数指令値と排気回転数指令値とを演算する方法がある。
なお、回転数指令を作成する方法は、ゲインを掛けるも
のだけではなく、関数発生回路やリミッタ付のものなど
様々な方式が考えられる。
【0013】図4は、本実施の形態による換気制御方法
を適用した場合の具体的なシミュレーション結果を示し
ている。図4の上段に示すように、車外圧力が急激に上
昇すると、車外圧の計測結果にローパスフィルタをかけ
て得られた車内圧設定値(目標値)と現在の車外圧力値
との差に基づいて、上述したような処理により、給気フ
ァン回転数を増加させ、排気ファン回転数を減少させる
回転数指令値が作成され、これにより、車内圧が車外圧
に徐々に追従するような制御が行われる。この後、車外
圧力が急激に降下する場合も、同様にして、給気ファン
回転数を減少させ、排気ファン回転数を増加させる回転
数指令値が作成され、これにより、車内圧が車外圧に徐
々に追従するような制御が行われる。このときの給気と
排気の回転数指令値及び回転数の経時変化は、図4の中
段に示すようなグラフとなる。給気ファン、排気ファン
のそれぞれのモータに送られた回転数指令値に従って、
給気ファン及び排気ファンの回転数が図のように変化す
る。そして、このときの給気ファン及び排気ファンの風
量は、図4の下段に示すように変化する。なお、図4の
中段における「所定回転数」は、車内圧と車外圧とが均
等になるファンの回転数である。
【0014】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 (1) 車外圧力のみを計測して、給気と排気のファン
(送風機)のモータの回転数を独立に制御することによ
り、車外圧力が変動する際の車内圧力の変動を減少させ
ることができ、車内の乗客の不快感(いわゆる、「ミミ
ツン」)を少なくすることができる。 (2) 圧力センサが車外圧センサの1台のみで良いの
で、装置が安価になる。 (3) 従来は車内圧センサと車外圧センサが必要であ
り、2台のセンサのドリフトが問題になることがあった
が、本発明は車外圧センサのみを用いるものであり、基
本的にハイパスフィルタであるために、センサのドリフ
トの影響をほとんど考慮する必要がなくなる。 (4) 圧力センサが車外圧センサの1台のみで良いの
で、センサを2台使用した場合に必要となる2台の圧力
センサのキャリブレーションが不要になる。 (5) 給気と排気のファン(送風機)の回転数を連続
的に変化させて制御できるので、十分な送風機があれば
細かい圧力制御が可能になり、従来の弁を開閉して制御
する方式よりも制御性能が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態による換気制御方法を実施
する装置の制御ブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態における目標値設定ロジッ
クの一例を示すブロック図である。
【図3】本発明の実施の形態における制御装置のロジッ
クの一例を示すブロック図である。
【図4】本発明の実施の形態による換気制御方法を適用
した場合のシミュレーション結果の一例を示すグラフで
ある。
【図5】従来の換気制御装置を示す概略構成図である。
【図6】従来の換気制御方法を実施する装置の制御ブロ
ック図である。
【符号の説明】
10 車両 12 客室 14 給気路 16 排気路 18 給気ファン(送風機) 20 排気ファン(送風機) 22 車外圧センサ 24 コントローラ 26 トレインラインモニタ 28、30 制御弁(バルブ) 32 車内圧センサ 34、36 インバータ(回転数制御装置) 38、40 モータ 42、46 目標値設定ロジック 44、48 制御装置 50 ローパスフィルタ 52 増幅器(ゲイン要素)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高瀬 秀樹 神戸市兵庫区和田山通2丁目1番18号 川崎重工業株式会社 兵庫工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B60H 1/24 661 B61D 27/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車外の圧力変動に対して、異なるモータ
    を使用した給気送風機と排気送風機とを用いて、給気送
    風機及び/又は排気送風機のモータの回転数を独立して
    制御することにより車内の圧力変動を低減させる換気制
    御方法であって、車外圧力のみを計測し、この車外圧力
    の計測結果を用いて給気送風機及び/又は排気送風機の
    モータの回転数の指令を作成し、給気及び排気の風量を
    独立に制御して車内圧力を徐々に車外圧力に追従させる
    ことを特徴とする換気制御方法。
  2. 【請求項2】 車外の圧力変動に対して、異なるモータ
    を使用した給気送風機と排気送風機とを用いて、給気送
    風機及び/又は排気送風機のモータの回転数を独立して
    制御することにより車内の圧力変動を低減させる換気制
    御方法であって、車外圧力のみを計測し、この車外圧力
    の計測結果から作成した車内圧力の目標値と現在の車外
    圧力値とを用いて給気送風機及び/又は排気送風機のモ
    ータの回転数の指令を作成し、給気及び排気の風量を独
    立に制御して車内圧力を徐々に車外圧力に追従させるこ
    とを特徴とする換気制御方法。
  3. 【請求項3】 車外圧力のみを計測し、この車外圧力値
    と車外圧力の信号をローパスフィルタに入力して得られ
    た信号との差に基づいて、給気送風機及び/又は排気送
    風機のモータの回転数の指令を作成し、給気及び排気の
    風量を独立に制御して車内圧力を徐々に車外圧力に追従
    させる請求項1又は2記載の換気制御方法。
  4. 【請求項4】 換気装置の給気送風機と排気送風機に異
    なるモータを使用し、車外の圧力変動に対して給気送風
    機及び/又は排気送風機のモータの回転数を独立に制御
    して車内の圧力変動を低減させる換気制御装置であっ
    て、 車外に設置された圧力センサに、車外圧力の計測結果か
    ら車内圧力の目標値を設定する目標値設定手段が接続さ
    れ、 目標値設定手段及び前記圧力センサに、車内圧力の目標
    値と現在の車外圧力値とから給気送風機及び/又は排気
    送風機のモータの回転数の指令値を演算して給気送風機
    及び排気送風機を独立に制御する制御手段が接続された
    ことを特徴とする換気制御装置。
  5. 【請求項5】 目標値設定手段において、車外圧力の計
    測結果にローパスフィルタをかけて車内圧力の目標値を
    得るようにした請求項4記載の換気制御装置。
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