JP3747256B2

JP3747256B2 - 主幹制御器

Info

Publication number: JP3747256B2
Application number: JP2000005949A
Authority: JP
Inventors: 徹高橋; 直樹草野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2006-02-22
Anticipated expiration: 2020-01-07
Also published as: US6329912B1; BRPI0003746B1; AU751888B2; CN1303787A; RU2183569C2; CN1167564C; JP2001197610A; AU5192900A; BR0003746A; ZA200004546B

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用の主幹制御器に係り、特にノッチ信号を得る構成として回転角度センサを複数設けてなる技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ハンドルに連動したノッチ信号を出力させる主幹制御器としての構成が、カムスイッチを用いた機械式のものからロータリエンコーダや静電容量センサ等の回転角度センサを用いた電気式のものに変わってきている。その一例としては、（１）特開平７−１０７６２５号公報及び（２）特開平１０−８００１０号公報のものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、回転角度センサを２重系とすることで信頼性を高められるが、冗長性に関して配慮が欠けるものと考えられる。すなわち、上記従来技術（１）の場合には、２つのロータリエンコーダのうち何れか故障して信号伝送が途絶えたときしか対応できず、両者の信号の値がずれた際等に対してはどうするかの言及がなされていない。また、従来技術（２）の場合には、ある回転角度センサの検出ノッチが一致しないときは異常扱いとすることで、誤ったノッチ指令の恐れはなくなる。しかし、２つある回転角度センサのどちらか一方に異常が発生すると、直ちに電気車の制御装置や原動機を停止させるため、まだ正常な回転角度センサが１つ残っているにもかかわらず列車全体を止めてしまうという課題がある。
【０００４】
本発明の目的は、主幹制御器として２つ備えた回転角度センサのどちらか一方に異常が発生し、両者の出力値に不一致が生じたとしても、電気車の運行を続行させることのできる冗長性を有した主幹制御器を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、２つの回転角度センサにより、ハンドルの「力行」,「中立」,「ブレーキ」の各ノッチに相当した信号を出力する主幹制御器において、ハンドルの「中立」を検知する位置センサを設け、該「中立」を検知する位置センサがハンドルの「中立」を検知した時点において、当該「中立」に相当した信号を検出していない回転角度センサの出力を開放させるようにした。
また、２つの回転角度センサにより、ハンドルの「力行」 , 「中立」 , 「ブレーキ」の各ノッチに相当した信号を出力する主幹制御器において、２つの回転角度センサの出力信号を比較し、両者の信号が異なったときには、よりブレーキ側の信号を選択して出力させる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明する。
【０００７】
図１は、主幹制御器を運転士側から見た断面図である。フレーム１には軸受２１，２２を介して回転自由に軸３が取り付けられており、運転士が操作するハンドル４により回転動作する。ハンドル４の取り得る位置は、本実施例においては「ブレーキ４ノッチ」（以下「Ｂ４」と略す）…「ブレーキ１ノッチ」（以下「Ｂ１」と略す）、「中立」（以下「Ｎ」と略す）、「力行１ノッチ」（以下「Ｐ１」と略す）…「力行４ノッチ」（以下「Ｐ４」と略す）の計９か所である。
【０００８】
なお、ノッチ数は必ずしも本実施例通りである必要はなく、たとえば「Ｂ７」…「Ｂ１」「Ｎ」「Ｐ１」…「Ｐ５」の１３か所であってもよい。また「Ｂ４」…「Ｂ１」「Ｎ」のみ操作可能なブレーキハンドルと「Ｎ」「Ｐ１」…「Ｐ４」のみ操作可能な力行ハンドルの２本で構成された主幹制御器であってもよい。
【０００９】
軸３には２つの回転角度センサ５ａ，５ｂが取り付けられており、その検出角度に応じて上記「Ｂ４」…「Ｂ１」「Ｎ」「Ｐ１」…「Ｐ４」の各ノッチを割り振っている。回転角度センサ５ａ，５ｂは、たとえばよく知られたレゾルバを用いている。この原理はシンクロの原理と同様であり一次巻線Ｐ１，Ｐ２、二次巻線Ｓ１，Ｓ２の誘導結合を利用している。構造は回転子と固定子があり、それぞれ直交する２相巻線を有する。１次側に交流電圧を加えると２次側には、回転子の回転角をθとすれば、sin とcos に比例する電圧が得られる。これらのsin ，cos の電圧を利用して回転角の検出が可能である。なお、本実施例においては回転角センサ５ａ，５ｂとしてはレゾルバを使用したが、その他にロータリエンコーダなどが適用可能である。
【００１０】
一方、ハンドル４が「Ｎ」に位置するところの軸３にはピン６ａ，６ｂが打ち込まれており、ピン６ａ，６ｂの位置をそれぞれ位置センサ７ａ，７ｂで検出することにより、「Ｎ」位置を検出する。
【００１１】
図２は、図１のＡ−Ａ線に沿う断面図である。ハンドル４は同図に記したように「Ｂ４」…「Ｂ１」「Ｎ」「Ｐ１」…「Ｐ４」の範囲で操作可能であり、これに伴い軸３および回転角度センサ５ａ，５ｂ、ピン６ａ，６ｂが回転する。ハンドルの位置は「Ｎ」を基準すなわちθ１＝θ２＝０°としてあり、各ノッチ間１０°としてある。
【００１２】
図３は、主幹制御器の制御ブロック図である。図に示すようにノッチ検出は２系統で行う構成となっているので、１系を代表させて説明する。回転角度センサ５ａからの角度出力信号θ１はノッチ判別部８ａに入力され、θ１に応じたノッチを検出し、その検出ノッチ信号を出力する。なお、ノッチ判別部８ａの詳細は図４より後述説明する。位置センサ７ａの出力は、ピン６ａの位置を検出し「Ｎ」位置に対して±３°の範囲でのみＯＮ信号を出力する。
【００１３】
１系および２系の検出ノッチ信号はノッチ出力部９に入力され、図５に示した論理により出力ノッチを定める。すなわち、１系と２系の検出ノッチが等しければそのノッチを、異なっていた場合は両系のうち、よりブレーキ方向のノッチを出力する。たとえば、１系が「Ｂ１」，２系が「Ｐ１」を検出している場合は「Ｂ１」が出力される。よりブレーキ方向のノッチを出力するのは、安全サイドとするためである。このノッチ出力に基づき、編成中電気車の制御器・原動機を動作させる。
【００１４】
異常判定部１０ａは、回転角度センサ５ａの異常を判定する部である。ここでは、ハンドルを「Ｎ」位置に合わせて位置センサ７ａの出力がＯＮしているにもかかわらず、回転角度センサ５ａの出力が「Ｎ」に対応する検出ノッチ信号を出力しないときには「１系開放」信号をノッチ出力部９に出力する。このとき、ノッチ出力部９からは２系からの検出ノッチ信号のみに基づく出力ノッチ信号が出力されることになる。
【００１５】
なお、本実施例では、１系と２系それぞれに位置センサ７ａ，７ｂを設けたが、たとえば位置センサは１系だけすなわち７ａだけとし、この出力を１系と２系の異常判定部１０ａ，１０ｂに同時に入力してもかまわない。
【００１６】
図４は図３で示したノッチ判別部８ａにおける回転角度センサからの角度出力信号θ１によるノッチ判別について示したものである。検出ノッチ信号から該当するノッチ判別をするには、２°のヒステリシスを持って判別する。すなわち、「Ｎ」から「Ｐ１」に進む場合は、真のノッチ位置「Ｎ」から「Ｂ１」方向へ６°回転したところでノッチ判別部８ａ出力すなわち検出ノッチは「Ｎ」から「Ｐ１」に変化する。同様に、「Ｐ１」から「Ｎ」に戻る場合は、真のノッチ位置「Ｎ」から４°のところまで戻ってきた時点でノッチ判別部８ａ出力すなわち検出ノッチは「Ｐ１」から「Ｎ」に変化する。このヒステリシスを設けているのは、ノッチの境界付近におけるチャタリング発生を防止するためである。
【００１７】
また、同図には、位置センサ７ａからの出力信号を示しており、上述しているようにハンドルが「Ｎ」位置に対して±３°の範囲でのみＯＮ信号を出力していることを併記している。
【００１８】
次に、図６により、異常時の動作について説明する。仮にｔ１という時刻に２系すなわち回転角度センサ５ｂに異常が発生し、真のノッチ「Ｐ４」に対して２系検出ノッチが「Ｐ２」になったとする。この状態では１系，２系いずれに異常が発生したかは主幹制御器自身では判別できないが、図５の論理に従って出力ノッチは「Ｐ２」となる。運転士がハンドルを「Ｎ」まで戻すまでの過程がｔ２，ｔ３，ｔ４であるが、ｔ１における状態と同様、どちらの系が異常であるか判別はできないが、両系を比較し、よりブレーキ側のノッチを出力する。
【００１９】
真のノッチ「Ｎ」までハンドルを戻した状態がｔ６であり、位置センサ７ａ，７ｂがＯＮするが、２系に関しては検出ノッチが「Ｂ２」となっているため、異常判定部１０ｂが「２系開放」信号をノッチ出力部９に出力する。それを受けてノッチ出力部９は２系を開放し、１系検出ノッチだけを出力ノッチとする。したがって、これ以降はハンドルを「Ｐ１」「Ｐ２」「Ｐ３」「Ｐ４」と移動しても１系検出ノッチだけが出力されつづける。この様子をｔ７，ｔ８，ｔ９，ｔ１０に示す。
【００２０】
次に、なぜ「Ｎ」位置で異常検出するのか（なぜ「Ｐ４」「Ｂ４」などで「異常」検出させないのか）について説明する。ある駅に停車している列車が次の停車駅まで走行する場合、運転士の主幹制御器の操作および列車の状態は次のようになる。なお、「Ｂ」は「Ｂ４」…「Ｂ１」のいずれか、「Ｐ」は「Ｐ１」… 「Ｐ４」のいずれかを意味する。
【００２１】
ある駅停車中：「Ｂ」（停止）
ある駅発車時：「Ｂ」⇒「Ｎ」⇒「Ｐ」（起動・加速）
両駅間：「Ｐ」⇒「Ｎ」（惰行）
両駅間：「Ｎ」⇒「Ｐ」⇒「Ｎ」（再力行）
両駅間：「Ｎ」⇒「Ｂ」⇒「Ｎ」（速度制限）
次の駅接近時：「Ｎ」⇒「Ｂ」（減速・停止）
次の駅停車中：「Ｂ」（停止）
これよりわかるように、ある駅に停車している列車が次の停車駅まで走行する場合には「Ｎ」を中心としてハンドル４は操作されることになる。したがって、そのたびに主幹制御器に異常がないか否かを自己診断することができるわけである。
【００２２】
ところが仮に「Ｐ４」に前述の「異常」検出機能を持たせると、ある駅から次の停車駅にかけて下り勾配であった場合には必ずしも「異常」検出はできない。すなわち、下記のように力行ノッチに入れないで走行することがありうるからである。また、仮に力行ノッチに入れたとしても「Ｐ３」までしか操作しなかった場合は同様である。
【００２３】
ある駅停車中：「Ｂ」（停止）
ある駅発車時：「Ｂ」⇒「Ｎ」（下り勾配で起動・加速）
両駅間：「Ｎ」（下り勾配で加速）
両駅間：「Ｎ」⇒「Ｂ」⇒「Ｎ」（速度制限状態）
次の駅接近時：「Ｎ」⇒「Ｂ」（減速・停止状態）
次の駅停車中：「Ｂ」（停止状態）
今度は「Ｂ４」に「異常」検出機能を持たせると「Ｂ１」…「Ｂ３」のブレーキ操作のみで停止させた場合に「異常」検出できない。
【００２４】
以上のような理由により、「Ｎ」で「異常」検出することが列車にとって最良であり、たとえある系に異常が発生したとしても列車の運行を停止させることなく、修理可能な場所まで列車を運転できるので、列車運行における冗長性が向上することになる。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、主幹制御器として２つある回転角度センサの片方に異常が発生した場合には「Ｎ」位置センサによりそのことを検出し、当該回転角度センサを開放することにより、残りの回転角度センサにより主幹制御器としての機能を継続することができる。その結果として、列車運行においての冗長性が向上するという効果が得られる。
また、２つの回転角度センサの出力信号が異なったときには、よりブレーキ側の信号を選択して出力させることにより、列車を安全に運行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す主幹制御器を運転士側から見た構造図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】本発明の一実施例を示す主幹制御器の制御ブロック図である。
【図４】図３のノッチ判別部８ａ，８ｂおよび位置センサ７ａ，７ｂの動作状態を説明する説明図である。
【図５】図３のノッチ出力部９の論理を示した論理図である。
【図６】本発明において異常が発生した場合の動作状態の説明図である。
【符号の説明】
１…フレーム、３…軸、４…ハンドル、５ａ，５ｂ…回転角度センサ、６ａ，６ｂ…ピン、７ａ，７ｂ…位置センサ、８ａ，８ｂ…ノッチ判別部、９…ノッチ出力部、１０ａ，１０ｂ…異常判定部、２１，２２…軸受。

Claims

２つの回転角度センサにより、ハンドルの「力行」,「中立」,「ブレーキ」の各ノッチに相当した信号を出力する主幹制御器において、前記ハンドルの「中立」を検知する位置センサを設け、該「中立」を検知する前記位置センサが前記ハンドルの「中立」を検知した時点において、当該「中立」に相当した信号を検出していない前記回転角度センサの出力を開放させるようにしたことを特徴とする主幹制御器。
２つの回転角度センサにより、ハンドルの「力行」,「中立」,「ブレーキ」の各ノッチに相当した信号を出力する主幹制御器において、前記２つの回転角度センサの出力信号を比較し、両者の信号が異なったときには、よりブレーキ側の信号を選択して出力させることを特徴とする主幹制御器。