JP4180146B2 - 電車と併結運転可能な気動車の動力制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道の軌道上をエンジンによって走行する、電車と併結運転可能な気動車の動力制御装置に関し、より詳しくは、電車と併結運転される際にエンジンの動力を好適に制御し、電車との良好な協調運転を可能とする技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
旅客を輸送する鉄道車両は、都市部や主要路線等の電化区間を電動モータによって走行する「電車」と、地方路線等の非電化区間をエンジンによって走行する「気動車」とに大別される。
【０００３】
ところで、非電化区間に点在している観光地や保養地等に向かって、気動車で編成した直通列車を都市部から直通運転することができれば、これまで途中駅で電車から気動車への乗り換えを余儀なくされていた多くの観光客の利便性を向上させることができる。しかしながら、都市部では過密な列車ダイヤが組まれているため、気動車で編成した直通列車を列車ダイヤに新たに組み入れることはなかなか困難である。そこで、近年、電車編成の列車と気動車編成の列車とを併結し、列車密度の高い都市部の線区を一緒に走行させることにより、列車ダイヤを大幅に変更することなく、気動車編成の列車を都市部から観光地や保養地等に直通運転する試みが種々なされている。
【０００４】
しかしながら、電車の動力制御が電動モータに供給する電流または電圧の制御によって行われるのに対し、気動車の動力制御はエンジンに供給する燃料の制御によって行われる。これにより、電車と気動車との併結運転を可能とするためには、特別な動力制御装置を必要とするが、このような動力制御装置の一例が特公平６−２２３６４号公報に記載されている。
【０００５】
この特公平６−２２３６４号公報に記載された動力制御装置の概略構造を、図９を参照して説明すると、運転士が主幹制御器を操作することによって選択されたノッチを表すノッチ指令信号は、引通線を介して気動車に搭載された変換装置ａに入力する。すると、前記変換装置ａを構成するノッチ変換器ｂは、ノッチ指令信号を判別し、ノッチ情報として電車引張力検知器ｃに出力する。
【０００６】
一方、速度発電機から得られる速度情報は、前記電車引張力検知器ｃおよび動車ノッチ別引張力検知器ｄにそれぞれ入力する。すると、前記電車引張力検知器ｃは、ノッチ情報と速度情報とに基づいて電車側の引張力を判別し、引張力情報として動車選択ノッチ判定器ｅに出力する。
同時に前記動車ノッチ別引張力検知器ｄは、速度情報に基づいて気動車側の引張力を判別し、ノッチ別引張力情報として動車選択ノッチ判定器ｅに出力する。
【０００７】
このとき、前記動車選択ノッチ判定器ｅは、気動車側の引張力が電車側の引張力を上回らないような気動車側のノッチ信号を判定し、動車ノッチ情報として動車ノッチ出力変換器ｆに出力する。すると、前記動車ノッチ出力変換器ｆは、動車ノッチ情報を気動車側のノッチ指令信号に変換し、ディーゼルエンジンおよびコンバータに出力してその作動を制御する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した特公平６−２２３６４号公報に記載の動力制御装置によれば、指令系統が全く異なる電車と気動車とを併結して運転することが可能となる。
【０００９】
しかしながら、上述した特公平６−２２３６４号公報に記載された動力制御装置においては、気動車側の引張力が電車側のそれを上回らないように、気動車側のノッチ指令信号が生成される。
これにより、気動車に乗車している乗客の数が少なくて気動車の車体重量が低い場合であっても、気動車側の引張力が過大に設定され、駆動輪の粘着限界を上回って駆動輪が空転するなどして、併結された電車との協調運転を滑らかなものにできなくなるおそれがある。
【００１０】
一方、電車の引張力は、低速度域においてほぼ一定となる特性を有している。これに対して、気動車側の引張り力は、トルクコンバータの作動特性上、低速度域において一定となることはない。
したがって、互いに併結された電車および気動車を低速度域においても滑らかに協調運転できるようにするためには、気動車側の低速度域における引張力を、電車側の引張力に合わせる必要がある。
しかしながら、上述した特公平６−２２３６４号公報に記載された動力制御装置は、このような機能を有してはいない。
【００１１】
そこで、本発明は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、併結された電車との協調運転をより滑らかなものとすることができる気動車の動力制御装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明の電車と併結運転可能な気動車の動力制御装置は、 鉄道の軌道上をエンジンで走行する、電車と併結運転可能な気動車の動力制御装置であって、
互いに併結された電車および気動車を運転する運転士によるノッチ指令に応じて前記エンジンの作動を制御する電子制御手段と、
前記気動車の車体重量を検出する車体重量検出手段と、
前記気動車の走行速度を検出する走行速度検出手段と、を備え、
前記電子制御手段は、前記車体重量検出手段が検出した車体重量に基づいて乗車率を算出する乗車率算出部と、
前記エンジンの作動を制御する制御信号と前記走行速度との関係を表した制御マップを、前記ノッチ指令および前記乗車率にそれぞれ対応させて記憶する制御マップ記憶部と、
この制御マップ記憶部に記憶した複数の制御マップの中から、前記乗車率算出部によって算出された乗車率と前記ノッチ指令とに対応する制御マップを選択する制御マップ選択部と、
この制御マップ選択部によって選択された制御マップから、前記走行速度検出手段が検出した走行速度に対応する制御信号を読み取って前記エンジンに送出する制御信号送出部と、を有し、
前記気動車の走行速度がトルクコンバータを作動させる変速段領域の速度であると判定されたときに、前記選択された制御マップに基づいて前記エンジンの動力を制御することを特徴とする。
【００１３】
また、前記制御マップは、前記気動車の走行速度が変速段領域の速度であり、かつ前記電車の引張力が一定となるときに、前記気動車の引張力を電車の引張力に合わせつつ一定となるように、前記エンジンの駆動力を一定に保つ制御信号を出力する。
【００１４】
すなわち、本発明による電車と併結運転可能な気動車の動力制御装置は、運転士によるノッチ指令と気動車の乗車率とに応じて選択した制御マップに基づいてエンジンの作動、すなわち気動車の引張力を制御するので、気動車の車体重量に応じた引張力を設定することができる。
これにより、過大な引張力が設定されて併結された電車を押し引きし、電車に衝撃を与えることがないから、併結された電車との協調運転を滑らかなものとすることができる。
また、本発明による電車と併結運転可能な気動車の動力制御装置は、電車の引張力が一定となる速度域において、気動車の引張力を電車の引張力に合わせつつ一定となるようにエンジンの作動を制御するので、併結された電車との協調運転をより一層滑らかなものとすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による一実施形態の電車と併結運転可能な気動車の動力制御装置について、図１乃至図８を参照して詳細に説明する。
ここで、図１は本発明を適用する気動車が電車と併結された状態を模式的に示す側面図、図２は図１中に示した動力制御装置の構造を示すブロック図、図３は図２に示した動力制御装置の作動を示すフローチャート図、図４乃至図８は各ノッチ指令における気動車および電車の引張力を比較して示すグラフ図である。
【００１６】
図１に示したように、本発明を適用する気動車１は、鉄道の軌道Ｋ上をディーゼルエンジン２によって走行するもので、ディーゼルエンジン２が出力した駆動力は、トルクコンバータを内蔵した変速機３によって変速した後、プロペラシャフトを介して駆動輪４に伝達される。また、気動車１は、軌道Ｋ上を電動モータ５によって走行する電車６と、連結器７を介して併結運転可能とされている。
【００１７】
互いに併結された気動車１および電車６の走行は、それぞれの運転台に設けられた主幹制御器８，９、および図示されないブレーキ装置を運転士が操作することによって制御される。
また、前記主幹制御器８，９間を結ぶ引通線１０には、電車６の電動モータ５の作動を制御する動力制御装置１１と、気動車１のディーゼルエンジン２および変速機３の作動を制御する動力制御装置１００とがそれぞれ接続されている。
これにより、運転士が主幹制御器８，９のいずれか一方を操作して選択したノッチを表すノッチ指令信号は、引通線１０を介して動力制御装置１１，１００にそれぞれ伝達される。
【００１８】
気動車１の前記動力制御装置１００は、図２に示したように、電子制御手段２０と車体重量検出手段３１、および走行速度検出手段３２とを有している。
【００１９】
前記電子制御手段２０は、互いに併結された電車６および気動車１を運転する運転士が選択したノッチに応じて、ディーゼルエンジン２の作動を制御するもので、乗車率算出部２１、制御マップ記憶部２２、制御マップ選択部２３、制御信号送出部２４を有している。
【００２０】
前記乗車率算出部２１は、車体重量検出手段３１が検出した車体重量に基づいて、気動車１に乗車している乗客の乗車率を算出し、前記制御マップ選択部２３に出力する。
なお、乗車率の算出は、気動車１が停車しているときに所定の時間間隔をおいて繰り返し行われる。そして、気動車１が走行を開始した時点の乗車率の値は、気動車１が次に停車するまで保持されるようになっている。
【００２１】
前記制御マップ記憶部２２は、ディーゼルエンジン２に送出する制御信号を気動車１の走行速度に対応させて記載した制御マップを、運転士が選択する１〜６の各ノッチと、乗車率算出部２１が算出した０〜１６４％の乗車率とにそれぞれ対応させて記憶している。
なお、制御マップに記載される制御信号とは、ディーゼルエンジン２に供給する燃料の量を調整するガバナの作動を制御する信号である。
【００２２】
また、前記制御マップ選択部２３は、制御マップ記憶部２２に記憶した複数の制御マップの中から、乗車率算出部２１によって算出された乗車率と運転士が選択したノッチとの両方に対応する制御マップを選択する。すなわち、例えば乗車率が１００％であり、かつノッチが３段の場合には、制御マップ選択部２３は、乗車率が１００％でノッチが３段の場合の制御マップを選択する。
【００２３】
前記制御信号送出部２４は、制御マップ選択部２３が選択した制御マップに、走行速度検出手段３２が検出した走行速度を対応させることにより、制御マップに記載された制御信号を読み取り、ディーゼルエンジン２に送出する。
また、この制御信号送出部２４は、走行速度検出手段３２が検出した走行速度を表す制御信号を、変速機３に送出する。すると、変速機３は、自身が保持する変速スケジュールに従い、１〜４の変速段を自動的に切り換えるとともに、内蔵するトルクコンバータを作動させる状態（変速段領域）と直結させる状態（直結段領域）とに自動的に切り換える。
【００２４】
前記車体重量検出手段３１は、気動車１の車体重量を検出するためのもので、台車上に車体を懸架する空気バネに供給する圧縮空気の空気圧、若しくは気動車の走行を制動するブレーキに対し車体重量に応じて供給する圧縮空気の空気圧を参照することにより、車体重量を検出する。
【００２５】
前記走行速度検出手段３２は、気動車１の走行速度を検出するために通常用いられている速度発電機から、速度信号を入手するものである。
【００２６】
次に、上述のように構成された本実施形態の動力制御装置２０の作動について、図３に示したフローチャートを参照して説明する。
【００２７】
本実施形態の動力制御装置１００は、ステップ（以下、Ｓで表す）１において、運転士が主幹制御器８，９のいずれかを操作することによって出された力行指令が引通線１０を介して入力すると、Ｓ２において車体重量検出手段３１が検出した気動車１の車体重量を入力する。すると、乗車率算出部２１は、Ｓ３において入力した気動車１の車体重量に基づき、気動車１に乗車している乗客の乗車率を算出する。
【００２８】
次いで、動力制御装置１００は、Ｓ４において走行速度検出手段３２から気動車１の速度信号を入力すると、Ｓ５において、気動車１の走行速度がトルクコンバータを作動させる変速段領域の速度であるのか、それともトルクコンバータを作動させない直結段領域の速度であるのかを判定する。
そして、気動車１の走行速度が変速段領域の速度であると判定されると、Ｓ６に進み、制御マップに基づいてディーゼルエンジン２の作動を制御する動力制御を開始する。
これに対して、気動車１の走行速度が直結段領域の速度であると判定されると、Ｓ７に進み、動力制御装置１００は、運転士によるノッチ指令と等しいノッチ指令をディーゼルエンジンに送出する。
【００２９】
Ｓ６に進んだ場合は、引き続くＳ８において、制御マップ選択部２３が、制御マップ記憶部２２に記憶されている多数の制御マップのなかから、引通線１０を介して入力される運転士によるノッチ指令と、Ｓ３において算出された乗車率との両方に対応する制御マップを選択する。次いで、Ｓ９において、制御信号送出部２４は、選択された制御マップに走行速度検出手段３２が検出した走行速度を対応させることにより、制御マップに規定された制御信号を読み取り、ディーゼルエンジン２に送出する。そして、動力制御装置１００は、気動車１の走行が停止するまで、Ｓ４からＳ７若しくはＳ９に至る制御ループを継続して実行する。
【００３０】
次に、図４乃至図８を参照し、制御マップに基づいた動力制御装置１００によるディーゼルエンジン２の制御について説明する。なお、以下に例示する制御マップによる動力制御は、乗車率が例えば１００％の場合に対応するものであり、乗車率の値が増減することにより、その動力制御の内容は変化する。
【００３１】
まず最初に、運転士が１ノッチを選択した場合には、動力制御装置２０はディーゼルエンジン２に対し、無条件で１ノッチを指令する制御信号を送出する。
【００３２】
これに対して、運転士が２ノッチを選択した場合には、図４に示したように、動力制御装置１００は、変速段領域においては、運転士によるノッチ指令とは異なる３ノッチを指令する制御信号をディーゼルエンジン２に送出し、電車６の引張力と気動車１の引張力とを合わせる。そして、気動車１の走行速度が徐々に上昇して変速機３が直結段運転に移行すると、動力制御装置２０は、運転士によるノッチ指令と等しい２ノッチを指令する制御信号をディーゼルエンジン２に送出する。
【００３３】
また、運転士が３ノッチを選択した場合には、図５に示したように、動力制御装置１００は、変速段領域の全域において３−５ノッチ、すなわち３ノッチと４ノッチとの間を細かく分割したうちの５番目のノッチをディーゼルエンジン２に指令する。しかし、気動車１の走行速度が徐々に上昇して直結段領域に移行した後には、動力制御装置１００は、運転士によるノッチ指令と等しい３ノッチを継続してディーゼルエンジン２に指令する。
【００３４】
運転士が４ノッチを選択した場合には、図６に示したように、動力制御装置１００は最も低い速度領域ａにおいて、３−５ノッチを指令する。
しかし、次の速度領域ｂにおいては、動力制御装置１００は、気動車１の走行速度の上昇に応じ、ディーゼルエンジン２に指令するノッチを３−６ノッチと３−８ノッチとの間で徐々に増加させることにより、ディーゼルエンジン２の出力を徐々に増加させ、気動車１の引張力がほぼ一定となるように制御して電車６の引張力が一定となる領域に合わせる。
そして、その次の速度領域ｃにおいては、運転士によるノッチ指令と等しい４ノッチをディーゼルエンジン２に指令する。
また、気動車１の走行速度が徐々に上昇して直結段領域に移行した後には、動力制御装置１００は、運転士によるノッチ指令と等しい４ノッチを継続してディーゼルエンジン２に指令する。
【００３５】
運転士が５ノッチを選択した場合には、図７に示したように、動力制御装置１００は最も低い速度領域ａにおいて、３−５ノッチを指令する。
しかし、次の速度領域ｂにおいては、動力制御装置１００は、気動車１の走行速度の上昇に応じ、ディーゼルエンジン２に指令するノッチを３−６ノッチと４−８ノッチとの間で徐々に増加させることにより、ディーゼルエンジン２の出力を徐々に増加させ、気動車１の引張力がほぼ一定となるように制御して電車６の引張力が一定となる領域に合わせる。
そして、その次の速度領域ｃにおいては、運転士によるノッチ指令と等しい５ノッチをディーゼルエンジン２に指令する。
また、気動車１の走行速度が徐々に上昇して変速機３が直結段領域に移行した後には、動力制御装置１００は、運転士によるノッチ指令と等しい５ノッチを継続してディーゼルエンジン２に指令する。
【００３６】
さらに、運転士が６ノッチを選択した場合には、図８に示したように、動力制御装置１００は最も低い速度領域ａにおいて、３−５ノッチを指令する。
しかし、次の速度領域ｂにおいては、動力制御装置１００は、気動車１の走行速度の上昇に応じ、ディーゼルエンジン２に指令するノッチを３−６ノッチと５−８ノッチとの間で徐々に増加させることにより、ディーゼルエンジン２の出力を徐々に増加させ、気動車１の引張力がほぼ一定となるように制御して電車６の引張力が一定となる領域に合わせる。
そして、その次の速度領域ｃにおいては、運転士によるノッチ指令と等しい６ノッチをディーゼルエンジン２に指令する。
また、気動車１の走行速度が徐々に上昇して変速機３が直結段領域に移行した後には、動力制御装置１００は、運転士によるノッチ指令と等しい６ノッチを継続してディーゼルエンジン２に指令する。
【００３７】
すなわち、本実施形態の動力制御装置１００は、運転士とディーゼルエンジン２との間に介在し、運転士によるノッチ指令とは異なるノッチ指令をディーゼルエンジン２に与えることがある。
そして、ディーゼルエンジン２に与えるノッチ指令は、運転士によるノッチ指令と乗車率とに応じて選択した制御マップに基づいて定まるものである。
これにより、各制御マップの内容を適切に設定することにより、気動車１の引張力を、気動車１の車体重量に応じた最適な値に設定することができる。
したがって、気動車１の引張力が過大に設定されて併結された電車６を押し引きし、電車６に衝撃を与えることがないから、併結された電車６との協調運転を滑らかなものとすることができる。
【００３８】
また、本実施形態の動力制御装置１００は、電車６の引張力が一定となる速度域において、気動車１の引張力を電車６の引張力に合わせつつ、一定となるようにディーゼルエンジン２の作動を制御するので、併結された電車６との協調運転をより一層滑らかなものとすることができる。
【００３９】
以上、本発明による一実施形態の気動車の動力制御装置について詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては、気動車１の走行速度が直結段領域にあるときには、ディーゼルエンジン２に与えるノッチ指令を運転士によるノッチ指令と等しくしているが、直結段領域においても制御マップを用いてディーゼルエンジン２に与えるノッチ指令を適宜設定することもできる。
また、気動車１を駆動するエンジンは、ディーゼルエンジンに代えてガソリンエンジンとすることもできる。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明による電車と併結運転可能な気動車の動力制御装置は、運転士によるノッチ指令と気動車の乗車率とに応じて選択した制御マップに基づいてエンジンの作動、すなわち気動車の引張力を制御するので、電車と併結運転可能な気動車の車体重量に応じた引張力を設定することができる。
これにより、過大な引張力が設定されて併結された電車を押し引きし、電車に衝撃を与えることがないから、併結された電車との協調運転を滑らかなものとすることができる。
また、本発明による電車と併結運転可能な気動車の動力制御装置は、電車の引張力が一定となる速度域において、気動車の引張力を電車の引張力に合わせつつ一定となるようにエンジンの作動を制御するので、併結された電車との協調運転をより一層滑らかなものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する気動車が電車と併結された状態を模式的に示す側面図。
【図２】図１中に示した動力制御装置の構造を示すブロック図。
【図３】図２に示した動力制御装置の作動を示すフローチャート図。
【図４】２ノッチにおける気動車および電車の引張力を比較して示すグラフ図。
【図５】３ノッチにおける気動車および電車の引張力を比較して示すグラフ図。
【図６】４ノッチにおける気動車および電車の引張力を比較して示すグラフ図。
【図７】５ノッチにおける気動車および電車の引張力を比較して示すグラフ図。
【図８】６ノッチにおける気動車および電車の引張力を比較して示すグラフ図。
【図９】特公平６−２２３６４号公報に記載された動力制御装置の示すブロック図。
【符号の説明】
１ 気動車（ＤＣ）
２ ディーゼルエンジン
３ 変速機
４ 駆動輪
５ 電動モータ
６ 電車（ＥＣ）
７ 連結器
８，９ 主幹制御器
１０ 引通線
２０ 電子制御手段
２１ 乗車率算出部
２２ 制御マップ記憶部
２３ 制御マップ選択部
２４ 制御信号送出部
３１ 車体重量検出手段
３２ 走行速度検出手段
１００ 動力制御装置

Claims (2)

1. 鉄道の軌道上をエンジンで走行する、電車と併結運転可能な気動車の動力制御装置であって、
   互いに併結された電車および気動車を運転する運転士によるノッチ指令に応じて前記エンジンの作動を制御する電子制御手段と、
   前記気動車の車体重量を検出する車体重量検出手段と、
   前記気動車の走行速度を検出する走行速度検出手段と、を備え、
   前記電子制御手段は、
   前記車体重量検出手段が検出した車体重量に基づいて乗車率を算出する乗車率算出部と、
   前記エンジンの作動を制御する制御信号と前記走行速度との関係を表した制御マップを、前記ノッチ指令および前記乗車率にそれぞれ対応させて記憶する制御マップ記憶部と、
   この制御マップ記憶部に記憶した複数の制御マップの中から、前記乗車率算出部によって算出された乗車率と前記ノッチ指令とに対応する制御マップを選択する制御マップ選択部と、
   この制御マップ選択部によって選択された制御マップから、前記走行速度検出手段が検出した走行速度に対応する制御信号を読み取って前記エンジンに送出する制御信号送出部と、を有し、
   前記気動車の走行速度がトルクコンバータを作動させる変速段領域の速度であると判定されたときに、前記選択された制御マップに基づいて前記エンジンの動力を制御することを特徴とする電車と併結運転可能な気動車の動力制御装置。
2. 前記制御マップは、前記気動車の走行速度が変速段領域の速度であり、かつ前記電車の引張力が一定となるときに、前記気動車の引張力を電車の引張力に合わせつつ一定となるように、前記エンジンの駆動力を一定に保つ制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の電車と併結運転可能な気動車の動力制御装置。

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