JP4244676B2 - 車両空調管理システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電車に設置された車両空調機からデータを採取し、このデータに基づいて車両空調機を監視・制御する車両空調管理システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電車稼動データ収集システムでは、走行中の電車から無線を通して定期的に空調機、モータ、照明で消費した電力消費量を情報管理センタに送信し、情報管理センタでは、収集した電力消費量に基づいて故障診断を行なっていた（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献】
特開平２００１−３０９０３号公報（第２〜３頁、図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来のシステムでは、消費電力量に基づき故障診断ができるのみで、車両空調機の木目細かい調査・解析はできないという問題があった。
また、電車からの情報を採取するのみで、その情報をベースに、遠隔による車両空調機制御を行なうことができないという問題があった。
【０００５】
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、車両空調機の状況情報を採取し、その情報に基づいて、車両空調機の木目細かい調査・解析、及び、その結果に基づく遠隔の車両空調機制御を行なうことができる車両空調管理システムを提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明における車両空調管理システムは、列車の車両に設置され、車両に搭載された空調機の運転情報と車両の位置情報とを有するデータを定期的に送信する車両空調制御装置と、車両空調制御装置から送信されたデータを蓄積する空調情報蓄積データベースと路線毎の駅情報を蓄積する路線データベースとを有した管理コンピュータを備え、管理コンピュータは、空調情報蓄積データベースから路線毎にデータを取出し、路線データベースの駅情報を関連つけて空調機の負荷状況を表示するというものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１.
図１は、この発明の実施の形態１における車両空調管理システムの概念図である。図中、車両空調管理システムは、車両に設置された車両空調制御装置１と、路線沿いの複数の地域に設置され、車両空調制御装置１と無線でデータの通信を行なう地域管理局１００と、地域管理局１００で受信したデータを、インターネット等の回線網２００を介して受け、蓄積すると共に解析する管理コンピュータ３００と、この管理コンピュータ３００と専用線４００を介して接続された、車両空調メンテナンス会社に設置されるサービスコンピュータ５００とで主に構成されている。
【０００８】
次に、車両空調制御装置１の詳細構成について、図２の構成図に基づき説明する。
車両空調制御装置１は、アンテナ２を備え、地域管理局１００との間でのデータの送受信を制御する通信制御手段３を有している。この通信制御手段３には、位置検出手段４から車両の現在の位置情報が、リターン口温度センサ５からリターン口での空気の温度が、壁部温度センサ６から客室の壁部での温度が、車内湿度センサ７から客室の湿度が、外気温度センサ８から外気の温度がそれぞれ定期的に送られてくる。また、空調制御手段９から空調機の稼動情報が、カメラ１０からリターン口に配置されたフィルタの映像、室外熱交換器の映像、室内熱交換器の映像が定期的に送られてくる。
なお、位置検出手段４は、車輪の回転数により発駅からの距離を計測し、内部に有する路線図と照会させて、現在の位置を割り出しているが、ＧＰＳにより位置を割り出すようにしてもよい。
また、車両空調制御装置１は内部にメモリを有し、送られてくるデータを一時保存させ、１分毎、あるいは、１週間毎に地域管理局１００にデータを送信する。
【０００９】
次に、通信制御手段３からアンテナ２を介して送信される送信データのデータフォーマットについて、図３に基づき説明する。
なお、図３（ａ）は毎分送られる分送信データ、図３（ｂ）は１週間に１回送られる週送信データである。
図３（ａ）中、分送信データのフォーマットは、先頭より、日・時間５０、路線ＩＤ５１、空調ＩＤ５２、位置情報５３、リターン口温度５４、壁部温度５５、車内湿度５６、外気温度５７、保護装置動作状況５８、圧縮機動作状況５９、冷媒高圧圧力値６０、冷媒低圧圧力値６１、乗車率６２、圧縮機・室外送風機・室内送風機の電流値６３、圧縮機吸込温度６４、圧縮機吐出温度６５の各欄から構成されている。
なお、この車両では、冷媒回路が２系統あるため、保護装置動作状況５８、圧縮機動作状況５９、冷媒高圧圧力値６０、冷媒低圧圧力値６１、電流値６３、圧縮機吸込温度６４、圧縮機吐出温度６５は１・２の各系統分の値の欄を有することになる。また、保護装置動作状況５８、圧縮機動作状況５９、冷媒高圧圧力値６０、冷媒低圧圧力値６１、乗車率６２、電流値６３、圧縮機吸込温度６４、圧縮機吐出温度６５の値は、空調制御手段９より通信制御手段３に送信されたものであり、乗車率６２は、車両毎の台車が検知した値を運転室設置の車両モニタを経由して空調制御手段９が受信したものである。
図３（ｂ）中、週送信データのフォーマットは、先頭より、日・時間７０、路線ＩＤ７１、空調ＩＤ７２、室外熱交換器映像７３、室内熱交換器映像７４、フィルタ映像７５の各欄から構成されている。
なお、既に説明した様に、室外熱交換器映像７３、室内熱交換器映像７４、フィルタ映像７５は、１・２の各系統分の値の欄を有することになる。
【００１０】
次に、管理コンピュータ３００の詳細構成について、図４の構成図に基づき説明する。
管理コンピュータ３００は、回線網２００を介して行なわれる通信の制御を行なう通信制御手段３０１と、車両より送られたデータ等に基づき演算・整理等の処理を行なう処理手段３０２と、車両空調制御装置１から送られたデータを蓄積・保存する第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０と、第２の空調情報蓄積ＤＢ３２０と、各車両の設置された車両空調の機器情報を保存する空調機器ＤＢ３３０と、路線毎の情報が保持される路線ＤＢ３４０とから主に構成されている。
【００１１】
次に、各ＤＢのデータフォーマットについて、図５に基づき説明する。
まず、第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０のデータフォーマットは、図３（ａ）の分送信データのデータフォーマットと同じであり、第２の空調情報蓄積ＤＢ３２０のデータフォーマットは、図３（ｂ）の週送信データのデータフォーマットと同じである。
図５（ａ）は、空調機器ＤＢ３３０のデータフォーマットであり、空調ＩＤ３３１、製造年月日３３２、空調装置型名３３３、圧縮機個数３３４、圧縮機型名３３５、圧縮機交換日３３６、送風機個数３３７、送風機交換日３３８の各欄から構成されている。
図５（ｂ）は、路線ＤＢ３４０のデータフォーマットであり、路線ＩＤ３４１、路線名３４２、駅１の情報３４３、駅２の情報３４４、駅３の情報３４５、……の各欄から構成されている。なお、駅の情報の欄は、その路線に存在するｎ個分存在する。また、駅の情報には、駅名３４３ａ、３４４ａ、３４５ａ、……と位置情報３４３ｂ、３４４ｂ、３４５ｂ、……の２つの欄が存在する。
【００１２】
次に、上述の構成において、車両空調管理システムの動作について以下に説明する。
＜データの送信・蓄積処理＞
図６は、車両空調管理システムにおけるデータの送信・蓄積の処理を示すフローチャートである。
まず、車両空調管理システムでは、車両空調制御装置１の通信制御手段３が１分毎に分送信データを作成して送信、１週間毎に週送信データを作成して送信し、これらのデータは最寄の地域管理局１００、及び回線網２００を介して管理コンピュータ３００の通信制御手段３０１に受信され、処理手段３０２に送られる（ステップ（以下、「Ｓ」）１）。処理手段３０２では、分送信データであれば、第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０に、週送信データであれば、第２の空調情報蓄積ＤＢ３２０に蓄積する（Ｓ２）。なお、蓄積においては、それぞれ、日・時間と空調ＩＤとを確認し、同一空調ＩＤのものは、まとめ、かつ、日・時間が順番になるように蓄積している。
【００１３】
＜目詰まり判定・メンテナンス計画＞
図７は、目詰まり判定・メンテナンス計画の処理を示すフローチャートである。なお、この処理は、週１回、適当な時間に全車両の空調に対して一括して行われる。
まず、第２の空調情報蓄積ＤＢ３２０より、空調ＩＤ７２毎に、蓄積されている室外熱交換器映像７３、室内熱交換器映像７４、フィルタ映像７５の情報を処理手段３０２が読み込む（Ｓ１０）。
次に、各映像を画像解析し、時間に対する汚れの相関関係を求め、清掃等のメンテナンスが必要な時期を計算する（Ｓ１１）。具体的には、例えば、週毎に蓄積されたフィルタ映像７５毎に、フィルタ全体の映像を幾つかの区画に分割し、その区画毎に汚れ具合等を画像処理して数値化し、それを時系列に並べる。これにより、フィルタの各区画での汚れの推移が時系列で分かる。よって、その推移で汚れた場合、将来、いつの時点で空調機の性能が劣化するかを求めることができ、メンテナンスが必要な時期を特定できることになる。
【００１４】
次に、既に設定されているメンテナンススケジュールの変更の有無を判定する（Ｓ１２）。例えば、次回のメンテナンス日時が、Ｓ１１で計算されたメンテナンスが必要な時期よりも後になっていれば、メンテナンススケジュール変更必要（ＹＥＳ）と判定し、そうでなければ不要（ＮＯ）と判定する。
Ｓ１２でメンテナンススケジュール変更と判定された場合には、メンテナンス日時をメンテナンスが必要な時期に変更し（Ｓ１３）、サービスコンピュータ５００に連絡し（Ｓ１４）、処理を終了する。
車両空調の場合には、路線によって、空気の状況が異なり、フィルタ等の汚れ具体も異なる（例えば、大都市や工場地帯を結ぶ路線では、排気ガスや工場から出る排煙により空気が汚れているのでフィルタの汚れる速度も速く、逆に、山間部等の路線では、空気はきれいであり、フィルタの汚れる速度も遅い）ので、メンテナンスの時期もそれらを考慮して設定しなければならない。本処理では、路線の空調毎に最適なメンテナンス時期を設定できるので、汚れによる処理能力の低下等を未然に防ぐことができる。
【００１５】
なお、ここでは、映像情報を用いて清掃等のメンテナンス時期を調整したが、室内・室外送風機の電流値に基づいて定期メンテナンスの時期を調整するようにしてもよい。
図８は、電流値を使用した場合の目詰まり判定・メンテナンス計画の処理を示すフローチャートである。
まず、第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０より、空調ＩＤ５２毎に、蓄積されている電流値６３の値を室外送風機、室内送風機毎に読み込み、週間での平均を計算する（Ｓ２０）。次に、各汚れ具合での各室外送風機、室内送風機での使用電流値を概算し、これとＳ２０で計算した電流値とを比較し、これらの室外送風機、室内送風機で送風される対象となる室外熱交換器、室内熱交換器のだいたいの汚れ具合を判断する（Ｓ２１）。なお、具体的には、第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０から外気温度、壁部温度、リターン口温度、冷媒高圧圧力値、冷媒低圧圧力値等の情報から、全く汚れがなければ必要であったであろう送風量、及び電流値の概算平均値を計算できる。従って、この概算の平均値と実際の電流値とから大体の汚れ具合を計算できる。
【００１６】
次に、既に設定されているメンテナンススケジュールの変更の有無を判定する（Ｓ２２）。例えば、汚れ具体の値から、あとどの程度でメンテナンスが必要であるかを計算し、スケジュールされたメンテナンス日時が、このメンテナンスが必要な時期よりも後になっていれば、メンテナンススケジュール変更必要（ＹＥＳ）と判定し、そうでなければ不要（ＮＯ）と判定する。
Ｓ２２で、メンテナンススケジュール変更と判定された場合には、メンテナンス日時をメンテナンスが必要な時期に変更し（Ｓ２３）、サービスコンピュータ５００に連絡し（Ｓ２４）、処理を終了する。
このような方法では、図７の方法に比較して多少精度は落ちるが、高価な画像処理設備が不要となり、比較的安くスケジュール調整が可能になる。
【００１７】
＜回転機経年劣化調査＞
図９は、回転機経年劣化調査の処理を示すフローチャートである。
なお、回転機とは、圧縮機、室内送風機、室外送風機のモータのことである。
まず、第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０より、空調ＩＤ７２毎に、蓄積されている電流値６３の値を室外送風機、室内送風機毎に読み込む（Ｓ３０）。次に、各電流値の１日毎の平均を計算する（Ｓ３１）。次に、各編成（一台の列車に接続されている車両、８両編成、１０両編成、１５両編成等、路線により編成は異なる）毎の各車両（１両目、２両目、３両目、……）に設置された空調機での電流値を比較し、偏差が規定値よりも大きいか小さいかの判定を行う（Ｓ３２）。ここで、偏差が規定値よりも大きいと判定した場合には、その車両と部品とを特定し、空調機器ＤＢに記録されたデータから一定期間以上使用されていることを確認し（Ｓ３３）、サービスコンピュータ５００に連絡し（Ｓ３４）、処理を終了する。また、Ｓ３２で、偏差が小さいと認定された場合には処理を終了させる。なお、Ｓ３４で、連絡を受けた車両空調メンテナンス会社のサービス要員は、日時を特定し、特定された車両の空調機をメンテナンスすることになる。
このように処理することにより、車両中、経年が進み、さらに、劣化が見られるもののみ交換でき、空調機に対し、異常の発生を未然に防止するとともに、無駄な交換を防止できる。特に、上述の様に、路線によって空調機の負荷が異なるような車両の空調機では、最適な交換時期を把握できることになる。
【００１８】
＜ガス漏れ故障診断＞
図１０は、ガス漏れ故障診断調査の処理を示すフローチャートである。
まず、第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０より、空調ＩＤ７２毎に、蓄積されている最新の圧縮機の電流値６３、冷媒高圧圧力値６０、冷媒低圧圧力値６１を読み込む（Ｓ４０）。次に、圧縮機の電流値６３と予め定めた電流値の基準値、冷媒高圧圧力値６０と予め定めた冷媒高圧圧力の基準値、冷媒低圧圧力値６１と予め定めた冷媒低圧圧力の基準値を比較し、圧縮機の電流値６３が予め定めた電流値の基準値を下回る場合、冷媒高圧圧力値６０が予め定めた冷媒高圧圧力の基準値を下回る場合、冷媒低圧圧力値６１が予め定めた冷媒低圧圧力の基準値を上回る場合、のいずれかになった場合には、異常であると判定し、サービスコンピュータ５００に異常であることを連絡する（Ｓ４２）。
なお、車両空調メンテナンス会社では、サービスコンピュータ５００のモニタに表示された異常情報を確認し、問題の大小により、空調の修理を行なうことになる。
このようにすることで、人手を介さずにサービスコンピュータに異常情報が伝わり、修理等を迅速に行なうことができる。
なお、ここでは、第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０からデータを読み込むようにしたが、例えば、車両空調制御装置１から日毎データが送られる毎に、ガス漏れ故障診断を行なうようにすることで、第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０への蓄積と同時に処理することも可能となる。
【００１９】
＜保護回路動作・故障診断＞
図１１は、保護回路動作・故障診断の処理を示すフローチャートである。
まず、第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０より、空調ＩＤ７２毎に、保護装置動作状況５８を読み出す（Ｓ５０）。ここで、保護装置とは、吐出管サーモスタット、インナーサーモスタットのことである。これらは、圧縮機の高温部がある一定以上だと働くものである。また、保護装置が動作している場合には、空調制御装置から送信される保護装置動作状況５８には“１”が設定されている。
次に、この保護装置が動作しているか否かを判定する（Ｓ５１）。これは、保護装置動作状況５８が“１”であるか否かで簡単に判定できる。Ｓ５１で動作中であると判定された場合には、サービスコンピュータ５００にガス漏れが発生している可能性があることを連絡する（Ｓ５２）。
なお、車両空調メンテナンス会社では、サービスコンピュータ５００のモニタに表示された情報を確認し、問題が大小により、空調の修理を行なうことになる。
【００２０】
実施の形態２.
一般に、空調が必要とする能力は路線により異なるものである。例えば、東北や北海道等の比較的寒い地域の路線は、大きな冷房能力は不用であるが、暖房能力は大きくする必要がある。逆に、九州や四国等の比較的温暖の地域の路線は、大きな冷房能力は必要であるが、暖房能力はそれほど大きくなくてもよい。さらに、大都市を循環する路線で、人の乗車率が大きい路線では、人の体温で車内温度が上がるために大きな冷房能力が必要とされ、人の乗車率が低い山間部の路線では、大きな冷房能力は必要とされない等である。しかし、従来では、それらの状況を細かく調査し、必要に合った空調機の選択や、調整はなされていなかった。
この車両空調管理システムでは、車両空調制御装置１から分毎データを採取しているため、空調の必要能力を画面形式で表示し、把握することができる。
以下に、その方法を説明する。
【００２１】
＜路線毎空調状況表示＞
図１２は、路線毎空調状況表示処理のフローチャートである。
なお、この処理は、管理者が管理コンピュータ３００の画面より、必要項目を入力させることで、空調機の使用割合（負荷状況）を表示させる操作である。
図１２中、まず、操作者は調べたい路線の路線ＩＤ、対象の日、表示方式のパラメータを入力する（Ｓ６０）。
この入力は処理手段３０２に送られ、表示作成処理がなされる（Ｓ６１）。例えば、Ｓ６０で、編成毎に空調能力状況を調べたいとして、その表示方式を入力した場合には、Ｓ６１で、路線ＩＤをキーとして、第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０より一致するデータを取り出し、各編成毎に圧縮機の稼動状況（圧縮機動作状況５９が“１”の時の時間を、運転全時間で割ったもの）、室外送風機、室内送風機の回転数等を計算し、表示させる。
このようにすることで、路線毎の稼動状況が分かり、空調能力に余裕があるか、それとも、オーバー状況であるかが把握でき、必要にあった能力の空調を選択できる。
【００２２】
また、例えば、Ｓ６０で、路線の各位置毎での稼動状況を調べたいとして、その表示方式を入力した場合には、Ｓ６１で、路線ＩＤをキーとして、第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０より一致するデータ（この路線を走った全車両）を取り出し、位置情報がほぼ一致するもの毎に、圧縮機の稼動状況、室外送風機、室内送風機の回転数等の平均を計算し、さらに、路線ＩＤをキーとして、路線ＤＢ３４０より一致するデータを取り出し、駅等を関連つけて計算した結果を表示させる。
このようにすることで、各位置での負荷状況を把握することができる。例えば、Ａ駅から負荷がどんどん上がっているが、Ｃ駅からは負荷が下がっている結果から、Ａ駅で急に乗車率が上がって車両内温度が上昇しており、Ｃ駅で多くの人が降りてしまい車内温度が低下すること等が把握できる。
【００２３】
実施の形態３．
各車両の空調制御を、管理コンピュータ３００で行なうことで、より木目細かい制御が可能になる場合がある。以下に、管理コンピュータ３００で、各車両の空調機の制御をする方法について図１３のフローチャートに基づき説明する。
まず、第１の空調情報蓄積ＤＢ３１０から、圧縮機吸込温度６４と、冷媒低圧圧力値６１を読み込む（Ｓ７０）。次に、この圧縮機吸込温度６４と冷媒低圧圧力値６１とから冷媒の状態を把握する（Ｓ７１）。すなわち、圧縮機に吸込まれる冷媒の状態が、過熱蒸気状態か、液状態か、湿り蒸気状態（ガスと液が混ざった状態）かである。次に、冷媒の状態が所定値以上に過熱蒸気状態になっているか否かを判定し（Ｓ７２）、なっている場合には処理を終了、なっていなければ、空調機を停止させるための信号を回線網２００を介して車両空調制御装置１に送信する（Ｓ７３）。
また、この判定では、例えば、圧縮機吐出温度６５と冷媒高圧圧力値６０とから冷媒の状態を把握することも可能である。
【００２４】
また、路線での電車の位置情報に基づいて、空調機の動作を制御することも可能である。
例えば、分毎に送られてくる分送信データの位置情報５３を確認し、多くの客が乗り込むＡ駅に近づいてきたと認識した場合には、管理コンピュータ３００から車両空調制御装置１に圧縮機の回転数の増加、各送風機の回転数を増加させる信号を送って冷房能力を上げ、多くの客が降りてしまうＣ駅に近づいてきたと認識した場合には、管理コンピュータ３００から車両空調制御装置１に圧縮機の回転数の減少、各送風機の回転数を減少させる信号を送って冷房能力を下げる。
これにより、車両内の負荷を事前に予想し、より快適な空調を乗客に提供できる。
【００２５】
【発明の効果】
このように、この発明では、車両空調機の木目細かい調査・解析、及び、その結果に基づく遠隔の車両空調制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態１における車両空調管理システムの概念図である。
【図２】 車両空調制御装置の詳細構成図である。
【図３】 送信データのデータフォーマットである。
【図４】 管理コンピュータの詳細構成図である。
【図５】 各ＤＢのデータフォーマットである。
【図６】 データの送信・蓄積の処理を示すフローチャートである。
【図７】 目詰まり判定・メンテナンス計画の処理を示すフローチャートである。
【図８】 目詰まり判定・メンテナンス計画の処理を示すフローチャートである。
【図９】 回転機経年劣化調査の処理を示すフローチャートである。
【図１０】 ガス漏れ故障診断調査の処理を示すフローチャートである。
【図１１】 保護回路動作・故障診断の処理を示すフローチャートである。
【図１２】 路線毎空調状況表示処理を示すフローチャートである。
【図１３】 空調機の制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１ 車両空調制御装置、 ２ アンテナ、 ３ 通信制御手段、
４ 位置検出手段、 ５ リターン口温度センサ、 ６ 壁部温度センサ、
７ 車内湿度センサ、 ８ 外気温度センサ、 ９ 空調制御手段、
１０ カメラ、１００ 地域管理局、 ２００ 回線網、
３００ 管理コンピュータ、 ３０１ 通信制御手段、 ３０２ 処理手段、
３１０ 第１の空調情報蓄積ＤＢ、 ３２０ 第２の空調情報蓄積ＤＢ、
３３０ 空調機器ＤＢ、 ３４０ 路線ＤＢ、 ４００ 専用線、
５００ サービスコンピュータ。

Claims (4)

1. 列車の車両に設置され、前記車両に搭載された空調機の運転情報と前記車両の位置情報とを有するデータを定期的に送信する車両空調制御装置と、
   前記車両空調制御装置から送信されたデータを蓄積する空調情報蓄積データベースと路線毎の駅情報を蓄積する路線データベースとを有した管理コンピュータを備え、
   前記管理コンピュータは、前記空調情報蓄積データベースから路線毎にデータを取出し、前記路線データベースの駅情報を関連つけて空調機の負荷状況を表示することを特徴とする車両空調管理システム。
2. 列車の車両に設置され、前記車両に搭載された空調機の運転情報と前記車両の位置情報とを有するデータを定期的に送信する車両空調制御装置と、
   前記車両空調制御装置から送信されたデータを蓄積する空調情報蓄積データベースと路線毎の駅情報を蓄積する路線データベースとを有した管理コンピュータを備え、
   前記管理コンピュータは、前記空調情報蓄積データベースから路線毎にデータを取出し、位置情報がほぼ一致するもの毎に平均を計算し、前記路線データベースの駅情報を関連つけて前記計算した結果を表示することを特徴とする車両空調管理システム。
3. 管理コンピュータは空調機の動作制御の信号を車両空調制御装置に送信することを特徴とする請求項１または２に記載の車両空調管理システム。
4. 管理コンピュータは位置情報に基づいて空調機の動作制御の信号を車両空調制御装置に送信することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の車両空調管理システム。

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