JP3150142B2 - 編成列車のトルク制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、複数の車両を連結した編成列車の発生する
トルクを制御する編成列車のトルク制御方法に関する。

［従来の技術］ 従来、複数の車両を連結した編成列車においては、運
転席あるいは地上局から当該編成列車が発生すべき目標
トルクが指令されると、各車両にそのトルク値を均等に
分担させるように各車両の車輪に駆動力や制動力を与え
る電動機及びブレーキ機構を駆動している。

また、編成列車では、各車両の車輪に滑走固着検知装
置を設け、車輪に発生する滑り状態を検出して全車両の
電動機あるいはブレーキ機構の作動量をフィードバック
制御している。

すなわち、従来の編成列車においては、各車両の車輪
は均一のトルク分担の下に駆動される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしこのように各車両の車輪に均等なトルク分担を
課す従来の編成列車のトルク制御方法の下では、線路と
の摩擦係数の小さな車輪に滑りが発生し、摩擦係数の大
きな車輪には発生可能なトルクに十分な余裕があること
が判明した。

この現象は、編成列車の各車両の車輪と線路との間に
作用する摩擦力が均一ではなく、各車両毎に異なること
に起因している。

そして、このような現象を引き起こしている従来の編
成列車のトルク制御方法では、編成列車の有する加速能
力及び減速能力を十分に引き出すことができず、未だに
最適なトルク制御が実現化されていないことを意味して
いる。

本発明は上記課題を解決するためになされたもので、
編成列車の有する加速能力及び減速能力を十分に引き出
し、有効活用することで、編成列車の加速及び減速特性
を改善することができる優れた編成列車のトルク制御方
法を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ すなわち、この目的を達するためになされた本発明
は、複数の車両を連結した折り返し運行可能な編成列車
の発生するトルクを、外部から指令された目標トルクに
制御する編成列車のトルク制御方法であって、 当該編成列車の中間車両における上記目標トルクの分担
割合が最も大きく、該中間車両から先頭車両及び後部車
両になるほど上記目標トルクの分担割合が小さくなるよ
う、各車両が発生すべきトルク値を決定し、該決定され
たトルク値に応じて、各車両の車輪に加わる駆動力及び
制動力を制御することを特徴とする編成列車のトルク制
御方法を要旨としている。

［作用］ このように本発明方法によれば、折り返し運行される
編成列車を構成する各車両のトルク値を、中間車両にお
ける目標トルクの分担割合が最も大きく、中間車両から
先頭車両及び後部車両になるほど目標トルクの分担割合
が小さくなるように決定し、その決定されたトルク値に
応じて各車両の車輪に加わる駆動力及び制動力を制御す
る。

以下、この理由について説明する。

まず編成列車の発生するトルクを運転席でのマニュア
ル操作あるいは地上局からの運行指令によって決定され
る目標トルクに制御し、編成列車を加速あるいは減速さ
せるためには、各車両の車輪毎に発生しているトルクの
合計値を目標トルクに一致させる必要がある。そして、
その条件を満足しつつ、全車両の車輪に空回りや滑りが
発生していないときに、編成列車の加速能力あるいは減
速能力を最大限に発揮させることができる。

そこで、本発明では、上述のごとく先頭車両から中間
車両になるほどトルクの分担割合を大きくして、各車両
のトルク値を決定する。

これは、編成列車の各車両の車輪と線路との粘着力の
実験結果に基づき決定されたもので、実験によれば編成
列車の先頭車両ほど車輪と線路との粘着力が低下してい
ることが判明したからである。

この実験結果は、次のような理論により説明される。
線路の表面には水分や風塵等の付着物が少なからず存在
するが、その付着物の粘着力への影響力は最初にその部
分を走行する先頭車両ほど強く現れる。そして、当該先
頭車両により線路上の水分や風塵等が除去されるため
に、粘着力への影響は中間車両にかけて徐々に小さくな
る。

従って、本発明は、編成列車として必要なトルクの分
担割合を先頭車両には小さく、中間車両ほど大きくする
ことで上記目的を達成するのである。

また、本発明において、中間車両から後部車両にかけ
てのトルク分担割合は、後部車両になるほど小さくなる
ように設定されるが、これは、折り返し運転のために列
車の進行方向を切り換えた際に、各車両のトルク分担割
合を設定し直す必要がないようにするためである。

つまり、各車両のトルク値を決定するように当たっ
て、先頭車両から後部車両にかけてトルク分担割合が徐
々に大きくなるようにしても、編成列車の加速及び減速
特性を改善することはできる。しかし、各車両のトルク
分担割合をこのように設定していると、列車の進行方向
を切り換える度に、各車両のトルク分担割合を設定し直
さなければならず、制御が煩雑になる。

これに対して、本発明のように、編成列車の中間車両
のトルク分担割合が最も大きく、中間車両から先頭車両
及び後部車両にかけてトルク分担割合が小さくなるよう
に、各車両のトルク分担割合を設定しておけば、列車の
進行方向が切り換えられてもトルク分担割合を設定し直
す必要がないので、トルク分担割合の設定は列車を編成
した際に一回だけ行えばよいことになり、トルク制御を
簡単にすることができる。

なお、現実の分担割合の決定は、編成列車の編成数、
各車両の重量、動力源の有無等を勘案し、実験的にある
いは理論的に適宜決定すればよい。

ここで上記目標トルクは、運転席でのマニュアル操作
あるいは地上局から発せられる運行指令等に基づき決定
されるもので、目標トルクが正の値であるときには編成
列車は加速あるいは定速の運転状態となり、負の値であ
るときには減速の運転状態となる。

また上述のように各車両毎のトルク値を制御するにあ
たっては各車両の車輪に加わる駆動力及び制動力を制御
するのであるが、列車において正のトルクを発生するも
のとしては、列車の駆動源，すなわち電動機やディーゼ
ル機関等があり、負のトルクを発生するものとしては、
電気ブレーキ，空気ブレーキ，油圧ブレーキ等の各種ブ
レーキ機構があるため、本発明方法を実現するに当たっ
ては、こうした正負のトルクを発生する部材を駆動制御
すればよい。

以下、本発明をより具体的に説明するため、実施例を
挙げて詳述する。

［実施例］ まず第２図は、本発明のトルク制御方法が適用された
実施例の編成列車の概略説明図である。

図示するごとく本実施例における編成列車は、駆動源
及び制動源となる電動機12と制動源となる空気ブレーキ
機構14とからなるトルク源10を各車両に備えた10両の編
成からなっている。そして、車両毎のトルク源10を制御
するトルクコントローラ20が各車両毎に独立に設けられ
ているため、本実施例の編成列車は各車両毎に発生トル
ク値を独立に調整することができる。

なお、以下の説明において、トルクコントローラ20な
どの複数の車両に備えられる構成要素を指標するに際
し、特に特定車両に備えられた構成要素を指し示す場合
にはその数字符号の後に車両に応じた英字符号（ａ〜j;
aは１号車、ｂは２号車……、ｊは10号車）を添字とし
て使用する。

１号車と10号車には、操作量に応じた運行指令を発生
する運行ハンドル30a,30j、図示しない地上局から送信
されてくる運行指令を受信する受信機40a,40jが備えら
れ、これら運行ハンドル30a,30j及び受信機40a,40jから
の出力信号（運行指令）は、各車両のトルクコントロー
ラ20a〜20jに入力される。

なおこれら運行ハンドル30a,30j及び受信機40a,40jの
内、列車が図面左方向に進行する際、すなわち１号車を
先頭に進行する際には、１号車の運行ハンドル30a及び
受信機40aが作動して、各トルクコントローラ20a〜20j
に運行指令を入力し、列車が図面右方向に進行する際、
すなわち10号車を先頭に進行する際には、10号車の運行
ハンドル30j及び受信機40jが作動して、各トルクコント
ローラ20a〜20jに運行指令を入力する。

次に上記各トルクコントローラ20a〜20jは、第３図に
示す如く構成されている。なお上記各コントローラ20a
〜20jは同一の構成であるため、図には１号車のトルク
コントローラ20aのみを示した。

図に示す如くトルクコントローラ20は、マイクロコン
ピュータを中心とした算術論理演算装置にて構成されて
おり、算術論理演算を実行するCPU22、不揮発的に後述
するプログラムを記憶しているROM24、CPUの動作を補助
するために一時的な情報の記憶を行うRAM26、外部機器
（ここでは運行ハンドル30及び受信機40）との情報の授
受を受け持つ入出力ポート28,及びCPU22からの動作指令
及びその時の運行状況から電動機12及び空気ブレーキ14
の駆動に適した制御信号を作り出し、これを電動機12及
び空気ブレーキ14に出力するトルク源インタフェィス29
を備えている。

トルク源インタフェィス29は、例えば、動作指令によ
り緩やかな減速が指令され、かつ、現在の運行状況が加
速中であれば、公知のごとく電動機12への電力の供給を
中止すると共に指令された減速の大きさに比例した発電
量となるように電動機12を発電機として駆動し、電気ブ
レーキを作動させる。また、急激な減速等の指令に対し
ては、トルク源インタフェィス29は空気ブレーキ14を優
先的に作動させる。

次にトルクコントローラ20のROM24には第１図に示す
ごときトルクコントロールプログラムが記憶されてお
り、CPU22はそのプログラムを順次処理する。以下、こ
のトルクコントロールプログラムを説明することで、本
実施例のトルク制御方法について詳述する。

トルクコントロールプログラムは、トルクコントロー
ラ20への電源供給が開始されたときに起動されるもの
で、処理が開始されるとはじめに初期処理が実行され
（ステップ200）、RAM26の初期化等を行う。そして、予
めROM24に記憶されている車両No.Xを読み込み（ステッ
プ210）、その車両No.Xに基づいて同じくROM24に記憶さ
れているテーブルを検索してトルク分担比XBを決定する
（ステップ220）。

ここで、車両No.Xとは、トルクコントローラ20が搭載
される車両が何号車にあたるかを指標する情報であり、
列車の編成にあたりトルクコントローラに入力される値
である。従って、本実施例の場合には車両No.Xは「１〜
10」の範囲の整数値をとり、トルクコントローラ20aのR
OM24aには「１」、トルクコントローラ20bのROM24bには
「２」、……、トルクコントローラ20jのROM24jには「1
0」が設定されている。

また、上記車両No.Xからトルク分担比XBを決定するテ
ーブルとは、第４図に示すようなものである。図示する
ごとくトルク分担比XBは、車両No.Xが編成列車の中間車
両を指標するほどに大きな値となり、かつ、総てのトル
ク分担比XBの合計は「10」となっている。

こうしてトルク分担比XBが決定されると、現在の運行
指令を運行ハンドル30あるいは受信機40から入力し（ス
テップ130）、その運行指令から編成列車の現在の運行
状況を運行指令により要求された運行状況へと変化させ
るために必要な編成列車の目標トルクTtを読み取る（ス
テップ140）。

そしてこの目標トルクTtを当該編成列車の車両数10で
除算することにより１車両当りの基準トルク値Tbを算出
し（ステップ150）、更にこの基準トルク値Tbから次式
（１） Tx＝Tb×XB ……（１） を用いて当該車両が発生すべき実トルク値Txを次式によ
り算出し（ステップ160）、その実トルク値Txに基づき
トルク源インタフェィス29を介してトルク源10を制御し
て（ステップ170）、本プログラムの１回の処理を終え
る。

そして、処理は再度ステップ130へと戻り、以下同様
にステップ130〜170の処理が繰り返し実行される。

以上のごとくトルク制御が実行される本実施例の編成
列車においては、次の効果が明らかである。

トルクコントローラ20a〜20jは、トルクコントロール
プログラムを処理することにより、各車両のトルク源10
a〜10jにトルク分担比XBに等しい比率でトルクを発生さ
せることができる。この時、各車両の発生するトルク比
を図示するならば、第５図に示すごとき特性曲線とな
る。

この特性曲線から明らかなように本実施例では、１号
車を先頭車両として列車を走行させた際に車両の車輪と
線路との粘着力が低下する１号車から中間の５号車にか
けてトルク分担比が徐々に上昇し、また、10号車を先頭
車両として列車を走行させた際に車両の車輪と線路との
粘着力が低下する10号車から中間の６号車にかけてトル
ク分担比が徐々に上昇している。従って、１号車が先頭
車両となる列車走行時にも、また、10号車が先頭車両と
なる列車走行時にも、共に、車輪の空回り及び滑りの発
生が防止され、編成列車の有する加速能力及び減速能力
を十分に引き出した運行が可能となる。

すなわち、従来に比較して編成列車の加速性及び減速
性が改善され、運転速度の上昇、停止必要距離の短縮等
が達成され、運行指令に対して応答性の高い編成列車の
運行制御が可能となる。

しかも、そのトルク分担比XBは、第４図に示すように
合計値が「10」となるように決定されている。

このため、各車両のトルク源10a〜10jにより発生され
るトルクの合計値は、現在の運行状況を運行指令により
要求された運行状況へ変更するに最適なトルク値Ttと一
致し、瞬時に要求された運行状況に変化する。

また、トルク分担比を第５図に示すように山なり特性
としているため、本実施例の編成列車が所定区間を前後
進する際に、トルクコントローラ20や運行コントローラ
30のプログラムやトルク分担比を決定するテーブル等を
変更する必要はなく、操作性に優れる。

なお、本発明は上記実施例に何ら限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない各種の態様により具現化さ
れるものである。

例えば、上記実施例では総ての車両にトルク源10を備
える例について説明したが、トルク源10を備えない車両
を混在させる編成列車にも同様に適用可能である。この
際には、トルク源10を備える車両についてのみ、先頭車
両から中間車両にかけてトルク分担比が大きくなるよう
に上述のテーブルが決定される。

［発明の効果］ 以上説明したごとく本発明の編成列車のトルク制御方
法では、編成列車の中間車両における目標トルクの分担
割合が最も大きく、中間車両から先頭車両及び後部車両
になるほど目標トルクの分担割合が小さくなるように各
車両のトルク値を決定する。このため本発明方法によれ
ば、各車輪と線路との粘着力の大きさに応じたトルク分
担比により編成列車の発生トルクを制御することができ
る。従って、編成列車の各車両の車輪と線路との間に空
回りや滑りを発生させることなく、編成列車の加速能力
及び減速能力を十分に引き出し、有効活用することがで
き、編成列車の加速及び減速特性を改善することができ
る。また、本発明によれば、折り返し運転のために列車
の進行方向を切り換えた際に、各車両のトルク分担割合
を設定し直す必要がなく、トルク分担割合の設定は列車
を編成した際に一回だけ行えばよいことから、トルク制
御を簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のトルクコントローラにて実行されるト
ルクコントロールプログラムを表すフローチャート、第
２図は実施例の編成列車の概略説明図、第３図はトルク
コントローラの回路構成を表すブロック図、第４図はト
ルクコントロールプログラムにて利用されるテーブルの
説明図、第５図は実施例における各車両のトルク分担比
を表す線図、である。 10……トルク源、12……電動機 14……空気ブレーキ機構 20……トルクコントローラ 22……CPU、24……ROM 26……RAM、28……入出力ポート 29……トルク源インタフェィス 30……運行ハンドル、40……受信機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 15/32 B61C 3/00 B61C 17/12 B61C 15/14

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の車両を連結した折り返し運行可能な
   編成列車の発生するトルクを、外部から指令された目標
   トルクに制御する編成列車のトルク制御方法であって、 当該編成列車の中間車両における上記目標トルクの分担
   割合が最も大きく、該中間車両から先頭車両及び後部車
   両になるほど上記目標トルクの分担割合が小さくなるよ
   う、各車両が発生すべきトルク値を決定し、該決定され
   たトルク値に応じて、各車両の車輪に加わる駆動力及び
   制動力を制御することを特徴とする編成列車のトルク制
   御方法。