JP4225254B2 - 列車制御システム及び地上システム - Google Patents

Description

本発明は、車輪の空転・滑走（まとめて「空転」とする）を防止する車両制御システム及び地上システムに関する。

車輪を有する移動システムにおいては、並列接続された複数の動力装置を進行方向に動作させているために、例えば雨天時やレールが濡れている状態においては、前後の車輪の回転数の差による空転が発生する。

これを防止するために、先頭車両が後続車両よりも空転が発生しやすいことに着目し、あらかじめ前の車両ほど加減速力を低くすることが知られている。しかし、この技術を適用した場合でも、空転は完全に防止できるものではない。そこで、各車軸の駆動装置が独自に加減速力を低減することにより空転を防止し、時間とともに規定の加減速力に戻す技術が知られている。また、空転を検知した際に、電動機の出力特性を変更することで既定の加減速力が得られるようにすることが知られている（例えば特許文献１参照）。

特開平５−２７６６０６号公報

従来の技術によれば、空転を防止するために時間とともに規定の加減速力に戻すようにしているため、車両全体または車両編成全体の加減速力が低下する。また、特許文献１に記載の技術では、空転が発生した場合に、車両毎にそれぞれが電動機特性を振り分けて制御を行っているため、各車両で出力が不足する場合にはそれを補完する手段がなく、加減速力の低下を招く。

本発明は、車両を駆動する駆動装置と、前記駆動装置及び前記検出装置に通信手段を介して接続され、前記駆動装置に駆動信号を出力する車両制御装置と、前記車両制御装置の前記駆動信号に関連する駆動信号関連情報を記憶する車上記憶装置と、前記車上記憶装置に記憶された情報を車両の外部と送受信する車上送受信部と、を有し、前記車両制御装置は、前記車上送受信部を介して車両の外部から空転予測情報を受信し、受信した前記空転予測情報及び前記車上記憶装置に記憶された前記駆動信号関連情報に基づき駆動信号を決定し、決定した前記駆動信号を前記駆動装置に出力することにより車両を制御する車両制御システムである。

好ましくは、複数の前記車両制御装置を制御する中央制御装置をさらに有し、前記中央制御装置は、受信した前記空転予測情報及び前記車上記憶装置に記憶された前記駆動信号関連情報に基づき、前記複数の車両駆動装置への配分量を決定する車両制御システムである。

また好ましくは、前記駆動装置に接続され、前記駆動装置の空転状態を検出する検出装置をさらに有し、前記検出装置は、前記通信手段を介して前記車両制御装置に前記駆動装置の空転状態信号を入力し、前記車上記憶装置は、前記空転状態信号に関連する空転状態信号関連情報を記憶し、前記車両制御装置は、前記車上送受信部を介して前記車上記憶装置に記憶された前記空転状態信号関連情報を車両の外部に送信する車両制御システムである。

また本発明は、車両を駆動する駆動装置と、前記駆動装置及び前記検出装置に通信手段を介して接続され、前記駆動装置に駆動信号を出力する車両制御装置と、前記車両制御装置の前記駆動信号に関連する駆動信号関連情報を記憶する車上記憶装置と、前記車上記憶装置に記憶された情報を車両の外部と送受信する車上送受信部と、を有し、前記車両制御装置は、前記車上送受信部を介して車両の外部から他の車両の空転状態信号関連情報を受信し、受信した当該空転状態信号関連情報から空転予測情報を決定し、決定した前記空転予測情報及び前記車上記憶装置に記憶された前記駆動信号関連情報に基づき駆動信号を決定し、決定した前記駆動信号を前記駆動装置に出力することにより車両を制御する車両制御システムである。

好ましくは、前記駆動装置に接続され、前記駆動装置の空転状態を検出する検出装置をさらに有し、前記検出装置は、前記通信手段を介して前記車両制御装置に前記駆動装置の空転状態信号を入力し、前記車上記憶装置は、前記空転状態信号に関連する空転状態信号関連情報を記憶し、前記車両制御装置は、前記車上送受信部を介して前記車上記憶装置に記憶された前記空転状態信号関連情報を他の車両に送信する車両制御システムである。

また本発明は、車両から駆動信号関連情報を受信し、車両に空転予測情報を出力する送受信部と、車両の位置及び時間情報を有する運行管理装置と、車両の属性情報を記憶する車両情報データベースと、前記位置及び時間情報及び前記属性情報を記憶する記憶装置と、前記送受信部，前記運行管理装置，前記車両情報データベース、及び前記記憶装置と相互に通信可能な処理装置と、を有し、前記処理装置は、前記運行管理装置，前記車両情報データベース，前記送受信部からそれぞれ入力した位置及び時間情報，属性情報、及び前記駆動信号関連情報から空転予測情報を決定し、決定した空転予測情報を前記記憶装置に記憶し、外部の車両からの要求に応じて前記送受信部を通じて当該車両に前記空転予測情報を送信する地上システムである。

また好ましくは、気象情報を受信する気象情報受信装置をさらに有し、前記処理装置は、前記位置及び時間情報，前記属性情報，前記駆動信号関連情報、及び前記気象情報から空転予測情報を決定する地上システムである。

また本発明は、車両との間で駆動信号関連情報を送受信する送受信部と、車両の位置及び時間情報を有する運行管理装置と、前記位置及び時間情報を記憶する記憶装置と、前記送受信部，前記運行管理装置、及び前記記憶装置と相互に通信可能な処理装置と、を有し、前記処理装置は、前記運行管理装置から入力した位置及び時間情報、並びに前記送受信部から入力した前記駆動信号関連情報を前記記憶装置に記憶し、車両からの要求に応じて前記送受信部を通じて位置及び時間情報及び前記駆動信号関連情報を車両に送信する地上システムである。

空転を防止するべく各駆動装置を制御した場合でも、車両全体または車両編成全体の加減速力を可能な限り維持することができる。

以下、本発明の一実施形態として、鉄道システムを例に説明する。

鉄道車両は、並列接続された複数の動力装置を同時に動作させることで、走行している。例えば、鉄道車両においては、数両から十数両の車両が接続され、その中に通常いくつかのインバータ駆動装置、さらに各インバータ駆動装置に１個あるいは２個、あるいは４個のモーターが並列に接続された構成となっている。各インバータ駆動装置は、先頭車両にある運転装置からのトルク指令を受け取り、モーターのトルクが指令値と一致するように制御している。

鉄道は、鉄で作成された車が鉄のレール上で加減速して運行する。鉄の摩擦係数は小さいため、車輪は空転しやすい状態にある。また、鉄の摩擦力は表面状態や加重の大小により大きく変化する。例えば、降雨時においては、レールが濡れているため摩擦力が小さいことになる。従って、決められた線路の上を走行する鉄道車両においては、先頭車両が、後続車両よりも、その影響を受けやすく、空転が発生しやすいことが知られている。

鉄道車両の運行では、メンテナンスや加減速性能を確保するために、すべての車両が同一の制御をすることが望ましい。しかしながら、前述した通り、雨天時やレールが濡れている状態においては、前の車両ほどレール面の影響を受けやすく、空転が発生しやすい。従って、従来の鉄道車両では、あらかじめ前の車両ほど加減速力を低くしているが、こうした場合でも、空転が発生する場合がある。その場合、各装置は独自に加減速力を低減し、空転を防止して時間とともに規定の加減速力に戻すようにしている。

また、従来の技術では、空転を検知した際に、電動機の出力特性を変更することで既定の加減速力が得られるようにしている。

このように従来の鉄道車両は、実測で得られたデータから最悪条件を想定し、最悪条件でも空転が発生しないようにしており、前の車両ほど中高速域での加減速力を低くし、後ろの車両に低くした分を配分して、車両編成として一定の加減速力が得られるようにしている。しかし、最悪条件を想定しているため、後続車両への加減速力配分量が大きく、こうした配分をあらかじめ行ったとしても、空転が発生することがあり得る。

空転が発生した場合には、各装置は、独自に加減速力を低減し、空転を防止して時間とともに規定の加減速力に戻すようにしているため、車両編成全体の加減速力が低下することとなる。特に、新幹線などの高速鉄道の場合には、十分な加減速力を確保できずに、次の駅までの到達時間が長くなったり、ブレーキからの停止時間，距離が長くなる現象が発生し、ダイヤの遅れが発生することになる。通常、鉄道のダイヤでは、そうしたことにそなえ、余裕を持っている。しかし、高速，高密度の運行を求められる線区においては、この余裕をできるだけ少なくし、晴天時と同等の制御ができることが望ましいと考えられる。

また、この配分方式は、雨天時のみならず晴天時においても同様の配分で列車が走行している。なぜならば、天候，状況によって判断してあらかじめ切り替えるためには、時間的制約も大きく、高速・高密度の運行を行うところでは十二分に対応できないことが予想されるためである。そのため、各車両への均等な加減速分配はされずに、後続車両ほど、ブレーキの磨耗や、負荷の増大による故障が発生しやすいことになる。

また、従来の技術では、空転が発生した場合に、各車両毎にそれぞれが電動機特性を振り分けて制御を行っているため、各車両で出力が足りない場合には補足する手段がなく、加減速力の低下を招く。また、電動機特性を記憶することは記憶装置の容量を多く必要とすることになる。

これらの問題を解決するため、以下に説明する実施形態では、加減速力の配分をあらかじめ行うのではなく、走行中に天候や状況を考慮しながら柔軟な制御を行うために各車両を通信ネットワークで結び、また、地上システムと各車両との通信もしくは各車両間での通信ネットワークを利用して、同一線区を走行しているすべての車両の情報を利用し、各車両の状態を考慮しながら動的に加減速力を変更する。

具体的には、各車両駆動装置に装置の状態を検出する検出装置と、監視機能の情報を伝送する通信ネットワーク，各車両駆動装置への加減速力を配分するための列車制御装置、さらには各車両に記憶媒体装置を搭載し、及び地上システムと各車両の通信もしくは各車両間の通信が可能なシステムを用いて以下のように行う。

すなわち列車制御装置では、自車両の記憶媒体装置から現在走行中の領域においての空転情報を検索し、空転が起こりえる地点及び、空転が起きた場合の理想的な各車両駆動装置別の負荷量を予測する。各車両駆動装置に設置された検出装置は、各車両駆動装置からの情報を読み取り通信ネットワークを利用して列車制御装置に伝送する。列車制御装置では、検出装置から送られてきた各車両駆動装置の状態により、その装置の負荷を下げるか上げるかを決定する。また、各車両駆動装置の負荷量が許容値を超えた場合には、該当装置の負荷を許容量に低減し、低減分を他の車両駆動装置へ振り分ける。調整された各車両駆動装置の負荷量は、通信ネットワークを介して、各車両駆動装置へ伝送され、各車両駆動装置は列車制御装置からの負荷量に基づき制御する。この処理を、各車両駆動装置の状態が安定するまで行い、安定時の各車両駆動装置の負荷量，天候，温度，走行距離を地上・車上通信もしくは車上間通信にて地上システムもしくは後方を走行している車両に搭載されている記憶媒体装置に伝送する。

以下に図を用いて本発明の実施形態を説明する。

図１は本発明の一実施形態をなす制御システムの情報の流れを示す。

列車１０２は、空転や滑走が発生した位置及び空転や滑走が安定化されたときのトルク情報を地上システム１０１に送信し、今後、空転が発生するであろう予測情報及び空転発生時の理想的なトルク配分を受信する。

ここで列車１０２は、空転が発生した場合に、トルクを動的に配分することで編成全体として一定のトルクを保つように制御できる列車である。また、安定化したときのトルク情報とは、トルクを動的に配分した後、数秒間空転が検知されなかった状態である。

なお、本発明は少なくとも１つ以上の地上システム１０１，複数の列車１０２、及び地上車上間を相互通信することが可能なシステムで構成されている。

図２は図１の地上システム１０１の機能ブロック図を示す。

地上システム１０１は、運行管理装置２０１，車種情報データベース２０２，気象情報受信装置２０３，中央処理装置２０４，地上記憶装置２０５、及び地上送受信部２０６から構成される。

地上システム１０１の動作は大きく分けて２つあり、駆動信号関連情報としての空転情報を列車１０２から受信した場合と、予測情報の問い合わせを列車１０２から受信した場合とで異なる。

列車１０２からの空転情報を受け取った場合について説明する。列車１０２から、列車１０２の空転情報を受け取った地上送受信部２０６は、その情報を中央処理装置２０４に送る。中央処理装置２０４は、運行管理装置２０１に問い合わせることによって、当該情報の送信元である列車１０２の位置及び時間情報である情報ダイヤ情報を得る。また中央処理装置２０４は、車種情報データベース２０２に問い合わせることによって、当該情報の送信元である列車１０２の属性情報である列車情報（例えば車両の型，使用年数，車両の数他）を得る。さらに中央処理装置２０４は、気象情報受信装置２０３から雨，晴れ，曇り，雷などもしくはこれらの組み合わせの気象情報を得る。その後これらのダイヤ情報，列車情報，気象情報を組み合わせて、地上記憶装置２０５に保存する。中央処理装置
２０４は、空転情報を基に同一線区を走行している列車の空転予測情報を作成し、地上記憶装置２０５に記憶する。そして、地上送受信部２０６を通して、同一線区を走行している列車に対して指令を行う。

一方で、列車からの問い合わせ情報を受け取った地上送受信部２０６は、その情報を中央処理装置２０４に送る。中央処理装置２０４では、問い合わせのあった列車情報を得るために運行管理装置２０１及び車種情報データベース２０２に対してダイヤ情報及び列車情報を問い合わせ、ダイヤ情報及び列車情報を得る。また、気象情報受信装置２０３から得られる雨，晴れ，曇り，雷などもしくはこれらの組み合わせの気象情報を得る。これらのダイヤ情報，列車情報，気象情報を基に地上記憶装置２０５に保存してあるデータを検索し、最も近い空転予測情報を作成し、地上送受信部２０６を通して、問い合わせのあった列車に対して指令を行う。

図３に図１の列車１０２の機能ブロック図を示す。列車１０２は、複数の車両１０３で構成されており、図３ではその例として２両編成を示している。

列車１０２は、編成全体として少なくとも１つの車上送受信部３０１，運転台３０２，車上記憶装置３０３、及び後述する車両制御装置が複数あった場合、その車両制御装置の一種として複数の車両制御装置を司る列車中央制御装置３０４を有し、車両制御装置である複数の列車制御装置３０５，駆動装置としての車両駆動装置３０７、及び車両駆動装置３０７の状態を検出する検出装置３０６を有する。車両駆動装置３０７は、駆動対象の図示しない車軸を駆動し、各車軸は車輪３１０を有する。列車制御装置３０５，車両駆動装置３０７、及び検出装置３０６は、各車両１０３に少なくとも１台以上設けられている。また列車１０２は、各車両１０３の間を結ぶ連結器３０８及び各機器間を結ぶ通信手段である通信ネットワーク３０９で構成されている。

図４に図３の車上システムの制御情報の流れを示す。

列車中央制御装置３０４は、駅から出発する前に車上送受信部３０１を通して地上システムに問い合わせを行い、車上送受信部３０１を通して空転予測情報を入手しておく。また、運転台３０２からのノッチ指令を受信した後は、通信ネットワーク３０９を介して、各列車制御装置３０５の状態情報を考慮しつつ各列車制御装置３０５にトルク指令を出力する。各列車制御装置３０５は通信ネットワーク３０９を介して、各車両駆動装置３０７にトルク指令を与える。また、各列車制御装置３０５は各車両駆動装置３０７の状態情報を検出装置３０６から受け取る。検出装置３０６から受け取った各車両駆動装置３０７の状態情報を通信ネットワーク３０９を介して列車中央制御装置３０４に送信する。列車中央制御装置３０４は、各車両駆動装置３０７の状態情報及び割り当てられているトルク量を車上記憶装置３０３に保存するとともに、次回のトルク指令では、車上記憶装置３０３に入っている情報を反映して計算する。

図５に図４の列車中央制御装置３０４のブロック図を示す。

列車中央制御装置３０４は、配分決定装置５０１，列車性能データベース５０２，入出力装置５０３から構成されており、配分決定装置５０１で、各列車制御装置３０５に与えるトルク指令の計算を行っている。この方法については後述する。

図６に図３とは異なる列車１０２の他の実施形態を示す。図６に示すように、列車102の構成としては、各車両に少なくとも１台ずつの検出装置３０６と車両駆動装置３０７を設けていても良い。

図７及び図８に車上記憶装置３０３の構成を示す。車上記憶装置３０３の内部構造は２つに分かれている。

１つは図７に示すように今までに同一線区を走行した列車の空転情報である。前記同一線区を走行した列車の空転情報は、少なくとも列番（列車番号），ダイヤ情報，車両情報，気象情報，空転発生位置及び各車両駆動装置の最終的なトルク配分率から成り立っている。

もう１つは、図８に示す状態情報である。状態情報は、各車両駆動装置の空転履歴，状態（故障，正常），各駆動装置の出力上限超過の有無と、各車両駆動装置へのトルク分配量で構成されている。各車両軌道装置の空転履歴については空転履歴がある場合には１をない場合には０で表す。また、各車両駆動装置の状態については、故障を１、正常を０で表す。同様に、各駆動装置の出力上限超過の有無については、超過を１、未超過を０とする。最後にトルク分配量については、出力指令トルク量を２進数にて表記する。また、必要と思われるビット数は十分確保されているものとする。

なお、ここで示している１と０が逆の場合でも可能である。また、ここでは２進数にて状態，トルク分配量を示したが、例えば、１０進数で状態を保持するといったことも可能である。さらに、トルク分配量の代わりに、引張力・ブレーキ力，加減速力，加減速度などを用いてもよいとする。

図９に列車性能データベース６０２の構成を示す。ここでは、速度とノッチにより出力されるトルクが表記されている。

図１０に図５の配分決定装置５０１の処理フローチャートを示す。

ステップ１００１では、列車中央制御装置３０４に車上記憶装置３０３のリセット命令があったかをチェックし、リセット命令があった場合にはステップ１００２に、なかった場合にはステップ１００３に進む。ここで前記車上記憶装置３０３内の状態情報が初期化（リセット）されるというのは、各車両駆動装置の空転履歴がなく、状態が正常であり、各駆動装置の出力上限超過が無い状態で、かつ各車両駆動装置へのトルク分配量が１００である状態にすることをいう。またリセット命令が起こる条件としては、一定時間トルク配分量が変化しなかった、一定距離走行している間、トルク配分量が変化しなかった、列車速度がある速度を下回った、運転手からリセット命令があった、などが考えられる。ステップ１００２では、列車中央制御装置３０４内部にある車上記憶装置３０３の状態情報を初期化する。

次にステップ１００３では、速度情報と運転台からのノッチ指令を受け取り、列車中央制御装置３０４内部にある列車性能データベース５０２を参照して、編成車両として必要なトルク量Ｔを求め、各列車制御装置３０５に均等に配分するトルク量Ｓを算出する。これは、編成内にある全列車制御装置３０５の合計をＭとし、故障の発生した列車制御装置３０５をＸとした場合、
Ｓ＝Ｔ／（Ｍ−Ｘ）
で計算する。

次にステップ１００４では、各装置の状態情報を受け取り、前記車上記憶装置３０３の列車制御装置３０５の状態情報を更新する。詳細は図１１を用いて後述する。

次にステップ１００５では、前記車上記憶装置３０３の状態情報をもとに各列車制御装置３０５への合計トルク量Ｐｎを計算する。

次にステップ１００６では、前記車上記憶装置３０３に格納されている各列車制御装置３０５の下に搭載している各車両駆動装置３０７の状態情報と、ステップ１００５で求めた各列車制御装置３０５への合計トルク量Ｐｎとステップ１００４で算出されたトルク量Ｓを基に、各車両駆動装置３０７へのトルク量を決定する。

次にステップ１００７では、前記車上記憶装置３０３内にある各車両駆動装置３０７へのトルク量Ｓ１ｎ（ｎは各車両駆動装置の番号を表す）を更新する。

上述処理を列車が停車するまで繰り返すことにより、各車両へ効果的なトルク配分を行うことができる。

図１１は、図１０ステップ１００４で行われる車上記憶装置３０３の各車両駆動装置における状態情報の更新を示す。

上述のステップ１００１で述べたように、列車が停車中である場合、初期状態である。列車が走行し始めると、天候状態や地形に依存して、各車両駆動装置の空転履歴，状態
（故障，正常），各車両駆動装置３０７の出力上限超過の有無と、各車両駆動装置３０７へのトルク分配の割合が変化する。この変化がある時間続いた後、状態変化が停止する。

各車両駆動装置３０７へのトルク配分は、空転を検知した駆動装置のトルクを下げて、空転履歴がなく、各車両駆動装置の出力上限を超過していない駆動装置に、下げたトルク分を配分することで、編成全体としては指定のトルク量を保つように制御を行う。

図１２に図１１のフローチャートを示す。

ステップ１２０１では、前記車上記憶装置３０３を参照し、各車両駆動装置３０７の状態情報から入手した各車両駆動装置３０７への指令トルク量Ｓｎ（ｎは各車両駆動装置
３０７の番号を表す）と、ステップ１００３で計算した各列車制御装置３０５への合計トルク量Ｐｎから、トルク配分量Ｈｎ（ｎは各車両駆動装置の番号を表す）を次の方法で算出する。

Ｈｎ＝Ｓｎ／Ｐｎ （ｎは各車両駆動装置の番号を表す）
但し、前記車上記憶装置３０３がリセットされた直後においては、Ｐｎ＝０となるので、そのときは、
Ｈｎ＝初期トルク配分量 （ｎは各車両駆動装置の番号を表す）
とする。

次にステップ１２０２では、各車両駆動装置３０７の状態情報から入手した空転履歴，状態、及び各車両駆動装置３０７の出力上限超過の有無から、空転履歴がなく、正常動作をしており各車両駆動装置３０７の出力上限を超過していない車両駆動装置３０７の合計数Ｌ、各車両駆動装置３０７のうち正常動作をしており空転履歴のある車両駆動装置307の合計数Ｙ、及び各車両駆動装置３０７の出力上限を超過している車両駆動装置３０７の合計数Ｚを求める。なお、
Ｍ＝Ｌ＋Ｙ＋Ｚ＋Ｘ
の関係が成立する。

次にステップ１２０３では、各車両駆動装置３０７のうち正常動作をしており空転履歴のある車両駆動装置３０７と、各車両駆動装置３０７の出力上限を超過している車両駆動装置３０７のトルク配分量Ｈｎを、ある決まった値ａ分下げる。また、各車両駆動装置
３０７のうち正常動作をしており空転履歴のある車両駆動装置３０７と、各車両駆動装置３０７の出力上限を超過している車両駆動装置３０７のトルク指令量Ｓ１ｎは、次の式で計算される。

Ｓ１ｎ＝（Ｈｎ−ａ）×Ｓ
次にステップ１２０４では、空転履歴がなく、正常動作をしており各車両駆動装置307の出力上限を超過していない車両駆動装置３０７のトルク配分量を、編成全体で規定のトルク量が得られるように増加させる。すなわち、ステップ１２０３で計算したトルク減少分を、正常動作をしており各車両駆動装置３０７の出力上限を超過していない車両駆動装置３０７の総数で均等に配分する処理を行う。従って、正常動作をしており各車両駆動装置３０７の出力上限を超過していない車両駆動装置３０７のトルク指令量Ｓ１ｎは、次の式で計算される。

ｂ＝ａ×（Ｙ＋Ｚ）／Ｌ
Ｓ１ｎ＝（Ｈｎ＋ｂ）×Ｓ
以上の処理により、各車両駆動装置３０７へのトルク指令量Ｓ１ｎを求めることが可能となる。求めた各車両駆動装置３０７へのトルク指令量Ｓ１ｎを、各車両駆動装置３０７へ伝達し、各車両駆動装置３０７はそのトルク指令量を遵守するように制御する。

なお、上記実施形態においては、トルク指令量としたが、引張力・ブレーキ力指令，加減速度指令，加減速力指令を用いても良い。また、上記実施形態ではトルク指令量を変更する際に空転履歴情報を１つの判断としているが、制御周期毎の空転としてもよい。この場合、前記車上記憶装置３０３内部にある情報も制御周期毎の空転情報とする。なお、制御周期毎の空転を用いることにより、後ろの車両駆動装置への偏りをより少なくすることができるが、状態変化が停止するまでの時間が長くなるため、わずかではあるが停止距離が伸びる可能性がある。

また、上記実施形態においては、各車両駆動装置３０７毎に検出装置３０６があり、空転検知の状態情報を検出しているが、列車制御装置３０５で各車両駆動装置３０７の空転検知を行ってもよい。その場合、各車両駆動装置３０７の検出装置３０６から、各車両駆動装置３０７の速度情報を入手して行う。

図１３は本発明の他の一実施形態をなす制御システムの情報の流れを示す。図１の実施形態は、空転を予測し理想的なトルク配分を行うのは地上システムであり、車上システムでは地上システムより受信した空転予測情報と理想的なトルク配分情報に基づき、状況に合わせてトルク再配分制御を行うものであった。図１３の実施形態は、地上システムを通して空転情報を送受信し、各列車にて理想的なトルク配分を決定する実施形態である。この場合、図１４に示すように、図２で述べた地上システムの機能の一部を車上システムに持たせることにより実現できる。

また、図１５に示すように、地上システムを介さずに列車間で空転情報をダイレクトに送受信し、各列車にて理想的なトルク配分を決定することも可能である。この場合、図２で述べた地上システムの機能の全てを車上システムに持たせることにより実現できる。

また、車庫や電車区もしくは停車した駅などで、移動可能な記憶媒体装置を使用して、同一線区を走行する他列車のデータを保存することでより的確な予測が可能である。

なお、ここまで述べてきた実施形態において、運転台からの指令はすべてトルク指令としているが、ノッチ指令であっても上記システムによって実現できる。

尚、上記システムには気象情報受信装置２０３を具備し、気象情報も空転情報の一つとして記載したが、これは必ずしも空転情報に含まれていなくても良い。

発明者は、上記処理をシミュレーションにより実施し、雨天時においても晴天時と同等の加減速を実現し、あらかじめ配分した場合には、空転履歴がなく、正常動作をしており各車両駆動装置の出力上限を超過していない車両駆動装置の車両は７％程度の増加が必要であったのに対して、動的に、かつ同一線区を走行しているすべての列車情報を用いて割り振った場合には３％程度の増加ですむことを確認し、車両駆動装置への偏りを少なくできることを確認した。

上述の実施形態は、以下のような特徴を持つ。

（１）少なくとも１つの列車制御装置と、並列接続された複数の車両駆動装置とが情報伝達手段で接続され、前記複数の車両駆動装置は、少なくとも１つ以上の状態検出装置を有し、通信手段により前記列車制御装置へ駆動装置の状態を伝送することが可能な列車制御システムにおいて、システム全体として必要な駆動力を、前記状態検出装置の監視結果及び制御周期前の各車両駆動装置への配分量を基に、前記複数の車両駆動装置への配分量を決定する機能を持つ編成列車が走行している区間において、地上システムとの相互通信により、前方を走行している前記編成列車の情報に基づき、前記複数の車両駆動装置への配分量を決定することを特徴とする列車制御システム。

（２）少なくとも１つの列車制御装置と、並列接続された複数の車両駆動装置とが情報伝達手段で接続され、前記複数の車両駆動装置は、少なくとも１つ以上の状態検出装置を有し、通信手段により前記列車制御装置へ駆動装置の状態を伝送することが可能な列車制御システムにおいて、システム全体として必要な駆動力を、前記状態検出装置の監視結果及び制御周期前の各車両駆動装置への配分量を基に、前記複数の車両駆動装置への配分量を決定する機能を持つ編成列車が走行している区間において、地上システム内に保存されている同一線区を走行する列車の走行履歴及び列車情報を参照することで、前記編成列車に対して、前記複数の車両駆動装置への配分量を指定することを特徴とする列車制御システム。

（３）少なくとも１つの列車制御装置と、並列接続された複数の車両駆動装置とが情報伝達手段で接続され、前記複数の車両駆動装置は、少なくとも１つ以上の状態検出装置を有し、通信手段により前記列車制御装置へ駆動装置の状態を伝送することが可能な列車制御システムにおいて、システム全体として必要な駆動力を、前記状態検出装置の監視結果及び制御周期前の各車両駆動装置への配分量を基に、前記複数の車両駆動装置への配分量を決定する機能を持つ編成列車が走行している区間において、列車間の相互通信により、前方を走行している前記編成列車の情報に基づき、前記複数の車両駆動装置への配分量を決定することを特徴とする列車制御システム。

（４）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、車両駆動装置内にある状態検出装置の監視結果を、列車制御装置内にある記憶装置にて保存し、必要に応じて、その結果と、制御周期前の各車両駆動装置への配分量を基に、前記複数の車両駆動装置への配分量を決定する機能を持つことを特徴とする列車制御システム。

（５）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、異常と判断された車両駆動装置を電気的にシステムから切り離し、かつ、当該車両駆動装置が受け持っていた駆動力を、正常動作をしており各車両駆動装置の出力上限を超過していない車両駆動装置に均等に配分することを特徴とする列車制御システム。

（６）上記（１）〜（３）のいずれかにおいて、状態検出装置の監視項目が、車輪の空転及び車輪の滑走であることを特徴とする列車制御システム。

上述の実施形態によれば、加減速性能の配分を、同一線区を走行している列車情報や今までに走行してきたデータベースを元にあらかじめ予測を行い、理想的な加減速配分を推定しておくことで、空転が起こった場合に、理想的な加減速配分に変更し、それでも空転が起こっている場合には動的に加減速配分を行うことができ、空転の時間を少なくすることができる。

さらに、天候や状況に応じた柔軟な制御を行うことも可能となる。

また、最悪条件を想定してあらかじめ分配するよりも後続車両への分配量を少なくできる。

また、ある一定以上、空転が発生しない場合には、配分量をリセットすることで、必要以上の偏った配分を減らすことができる。

従って、各車両や台車などに偏った磨耗や負荷増大による故障が発生しにくくなり、乾燥・湿潤の状態に関係なく同様の加減速をすることが可能となる。

尚、本発明は鉄道車両に限らず、複数の動力装置で１つの目的動作を達成する制御システムであれば、上記と同様のシステムを用いることにより、例えば航空機や自動車などにも適用可能である。

本発明の一実施形態をなす制御システムの情報の流れを示す。 図１の地上システム１０１のブロック図を示す。 図１の列車１０２の機能ブロック図を示す。 図３の車上システムの制御情報の流れを示す。 図４の列車中央制御装置３０４のブロック図を示す。 図３と異なる列車１０２の他の実施形態を示す。 本発明の一実施形態をなす車上記憶装置３０３の内部構造を示す。 本発明の一実施形態をなす車上記憶装置３０３の内部構造を示す。 本発明の一実施形態をなす列車性能データベース６０２の構成を示す。 図５の配分決定装置５０１の処理フローチャートを示す。 図１０のステップ１００４で行われる車上記憶装置３０３の各車両駆動装置における状態情報の更新を示す。 図１１のフローチャートを示す。 本発明の他の一実施形態をなす制御システムの情報の流れを示す。 図１３の地上システム１３０１のブロック図を示す。 本発明の他の一実施形態をなす制御システムの情報の流れを示す。

符号の説明

１０１…地上システム、１０２…列車、２０１…運行管理装置、２０４…中央処理装置、２０５…地上記憶装置、２０６…地上送受信部、３０１…車上送受信部、３０２…運転台、３０３…車上記憶装置、３０４…列車中央制御装置、３０５…列車制御装置、３０６…検出装置、３０７…車両駆動装置、３０８…連結器、３０９…通信ネットワーク、501…配分決定装置、５０２…列車性能データベース、５０３…入出力装置。

Claims (8)

1. 列車を駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置及び前記検出装置に通信手段を介して接続され、前記駆動装置に駆動信号を出力する列車制御装置と、
   前記列車制御装置の前記駆動信号に関連する駆動信号関連情報を記憶する車上記憶装置と、
   前記車上記憶装置に記憶された情報を列車の外部と送受信する車上送受信部と、を有し、
   前記列車制御装置は、前記車上送受信部を介して列車の外部から空転予測情報を受信し、受信した前記空転予測情報及び前記車上記憶装置に記憶された前記駆動信号関連情報に基づき駆動信号を決定し、決定した前記駆動信号を前記駆動装置に出力することにより列車を制御する列車制御システム。
2. 請求項１記載の列車制御システムであって、
   複数の前記列車制御装置を制御する中央制御装置をさらに有し、
   前記中央制御装置は、受信した前記空転予測情報及び前記車上記憶装置に記憶された前記駆動信号関連情報に基づき、前記複数の列車駆動装置への配分量を決定する列車制御システム。
3. 請求項１記載の列車制御システムであって、
   前記駆動装置に接続され、前記駆動装置の空転状態を検出する検出装置をさらに有し、前記検出装置は、前記通信手段を介して前記列車制御装置に前記駆動装置の空転状態信号を入力し、
   前記車上記憶装置は、前記空転状態信号に関連する空転状態信号関連情報を記憶し、前記列車制御装置は、前記車上送受信部を介して前記車上記憶装置に記憶された前記空転状態信号関連情報を列車の外部に送信する列車制御システム。
4. 列車を駆動する駆動装置と、
   前記駆動装置及び前記検出装置に通信手段を介して接続され、前記駆動装置に駆動信号を出力する列車制御装置と、
   前記列車制御装置の前記駆動信号に関連する駆動信号関連情報を記憶する車上記憶装置と、
   前記車上記憶装置に記憶された情報を列車の外部と送受信する車上送受信部と、を有し、
   前記列車制御装置は、前記車上送受信部を介して列車の外部から他の列車の空転状態信号関連情報を受信し、受信した当該空転状態信号関連情報から空転予測情報を決定し、決定した前記空転予測情報及び前記車上記憶装置に記憶された前記駆動信号関連情報に基づき駆動信号を決定し、決定した前記駆動信号を前記駆動装置に出力することにより列車を制御する列車制御システム。
5. 請求項４記載の列車制御システムにおいて、
   前記駆動装置に接続され、前記駆動装置の空転状態を検出する検出装置をさらに有し、前記検出装置は、前記通信手段を介して前記列車制御装置に前記駆動装置の空転状態信号を入力し、
   前記車上記憶装置は、前記空転状態信号に関連する空転状態信号関連情報を記憶し、
   前記列車制御装置は、前記車上送受信部を介して前記車上記憶装置に記憶された前記空転状態信号関連情報を他の列車に送信する列車制御システム。
6. 車両から駆動信号関連情報を受信し、車両に空転予測情報を出力する送受信部と、
   車両の位置及び時間情報を有する運行管理装置と、
   車両の属性情報を記憶する車両情報データベースと、
   前記位置及び時間情報及び前記属性情報を記憶する記憶装置と、
   前記送受信部，前記運行管理装置，前記車両情報データベース、及び前記記憶装置と相互に通信可能な処理装置と、を有し、
   前記処理装置は、前記運行管理装置，前記車両情報データベース，前記送受信部からそれぞれ入力した位置及び時間情報，属性情報、及び前記駆動信号関連情報から空転予測情報を決定し、決定した空転予測情報を前記記憶装置に記憶し、外部の車両からの要求に応じて前記送受信部を通じて当該車両に前記空転予測情報を送信する地上システム。
7. 請求項６記載の地上システムであって、
   気象情報を受信する気象情報受信装置をさらに有し、
   前記処理装置は、前記位置及び時間情報，前記属性情報，前記駆動信号関連情報、及び前記気象情報から空転予測情報を決定する地上システム。
8. 車両との間で駆動信号関連情報を送受信する送受信部と、
   車両の位置及び時間情報を有する運行管理装置と、
   前記位置及び時間情報を記憶する記憶装置と、
   前記送受信部，前記運行管理装置、及び前記記憶装置と相互に通信可能な処理装置と、を有し、
   前記処理装置は、前記運行管理装置から入力した位置及び時間情報、並びに前記送受信部から入力した前記駆動信号関連情報を前記記憶装置に記憶し、車両からの要求に応じて前記送受信部を通じて位置及び時間情報及び前記駆動信号関連情報を車両に送信する地上システム。
   
   
   

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