JP4610950B2 - 列車の制御方法および鉄道車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、動力分散型の鉄道車両の制御方法および制御装置に係わり、各動力ユニット（パワーユニット）の稼動／停止を、個々のパワーユニット毎に指令する列車の制御方法および鉄道車両用制御装置に関する。

従来の鉄道車両においては、パワーユニットを制御系から開放して運転を行わなくするユニットカット手法は、あるパワーユニットが故障した場合に故障したパワーユニットを編成全体の制御から切り離すために採用されていた。これは、特定のパワーユニットが保護動作を反復して繰り返す場合、当該パワーユニットには何らかの異常要因が内在しているものと推定し、運転台に設けたユニットカットスイッチを運転士が扱うことにより、安全面から以降、当該パワーユニットを使わないようできる仕組みが設けられていた。この場合、一旦ユニットカットがある特定のパワーユニットに対して指令されると、運転手が力行ハンドル、制動ハンドルを操作し、力行、回生指令を発しても、そのパワーユニットは、不動作状態にしている。通常、ユニットカットの復旧は、帰庫後にユニット内の装置を調査し原因究明した後修理を行い、装置が正常であることを確認されると、ユニットカットスイッチを復元することによって行なわれている。いわばユニットカットは、機器の故障や異常の際に、編成全体に異常が及ぶのを防止する手法として機能している。
特開２００２−３３０５０２号公報

鉄道車両においては、とりわけ長距離を高速で走行する列車の場合、ひとつの編成は複数のパワーユニットを有する車両を連結して構成され、それぞれのパワーユニットは、力行、制動においても、駆動力、制動力をほぼバランスして分担し走行している。図１０を用いて、従来のユニットカット方式を適用した鉄道車両の構成の一例を示す。列車の編成は、例えば、主幹制御器１０とユニットカットスイッチ１９とを有する制御車Ｃと、ユニット制御装置２１とユニット制御装置２１１と集電装置２３と高圧スイッチ２４とモーター２５とを有する電動車Ｍとを、連結して構成される。運転士は、運転台に設けられた主幹制御器１０により列車の加速・減速指令（マスコンノッチ指令）Ｉｍｎを、編成内の各ユニット制御装置２１−１〜２１−２に送信する。編成内の全てのユニット制御装置２１がこれを受け、パワーユニット２２を制御して、駆動力や制動力を出力すべくモーター２５に流すべき電流を制御している。

なお、事故などの場合に備え、故障が発生したパワーユニット２２への電力の供給を選択的に遮断する高圧スイッチ２４が設けられている。万一、パワーユニット２２内の機器に故障が発生し、当該パワーユニット２２に電源を供給してはならない事態になった場合には、運転士は、故障を生じたパワーユニット２２の高圧スイッチ１４を遮断するユニットカット指令Ｉｕｃを、ユニットカットスイッチ１９から送信することにより、当該パワーユニット２２への電力供給を停止する。パワーユニット２２への電力供給の遮断とともに、当該パワーユニット２２に設けられている冷却装置などを停止することも連動して行なわれる。但し、このユニットカットが行なわれるのは、機器に故障が発生した場合のみで、平常時は、ユニットカットは行なわれない。

ところで、平常運転時にあっては、編成内の全てのパワーユニットが最大のパワーを出力して走行しなければならない状態は、むしろ稀であり、例えば、急な勾配区間、駅起動から巡航速度に至るまでの間などに限られる。通常、平坦線を一定の速度で走行する場合には、編成全体として出し得る最大の駆動力に比べれば小さな駆動力で充分である。この場合各々のパワーユニットはその能力に対して、比較的低い出力を出す状態を継続する運転形態になる。このとき各パワーユニットは低い駆動力であっても、機器が動作することによって、素子に電流が流れたり、モーター２５に高調波の少ない歪みの少ない交流を出力するために素子を高速にスイッチングする必要があり、これらの素子の動作によって、熱が発生し、これがロスとなり効率を落とす要因となっている。また、機器冷却のための冷却系装置の稼動による損失、常時電源を印加するための変圧器の鉄損など、ベースとして損失になる要素を持っている。

また、運転パターンに基づいて車両を運転する車上主体型自動列車制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

本発明は、列車として一編成で必要な走行を確保しつつ、各種の損失を最小限に抑える鉄道車両の省エネルギー運転方法および鉄相車両用制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、一編成中に、電源から電力供給を受けてモーターを駆動するパワーユニットおよび該パワーユニットを制御するユニット制御装置を有する複数の車両を含む列車の制御方法において、走行状態に対応した必要とする駆動力に応じて編成中の複数の前記パワーユニットの１以上の稼動を停止し、走行状態に対応した必要とする駆動力に応じて稼動を停止している前記パワーユニットを再起動するようにした。

さらに、本発明は、上記列車の制御方法において、駅出発後の加速完了後、定速運転を行う段階で、少なくとも一部の前記パワーユニットの稼動を停止するようにした。

すなわち、本発明は、上記列車の制御方法において、必要とする駆動力と稼動している各パワーユニットの最大駆動力の合計に基づいて、稼動している各パワーユニットの最大駆動力の合計に余力があるか否かを判断し、稼動している各パワーユニットの最大駆動力の合計に余力があるときに、所定の数の前記パワーユニットの稼動を停止させるようにした。

本発明は、上記列車の制御方法において、必要とする駆動力と稼動している各パワーユニットの最大駆動力の合計に基づいて、稼動している各パワーユニットの最大駆動力の合計に余力があるか否かを判断し、稼動している各パワーユニットの最大駆動力の合計に余力がないときに、稼動を停止させた前記パワーユニットの所定数を再起動させるようにした。

本発明は、上記列車の制御方法において、稼動を停止する前記パワーユニットは列車の進行方向の前に位置するものとした。

本発明は、一編成中に、電源から電力供給を受けてモーターを駆動するパワーユニットおよび該パワーユニットを制御するユニット制御装置を有する複数の車両を含む列車の制御方法において、走行状態に対応した必要とする駆動力に応じて編成中の複数の前記パワーユニットの１以上の稼動を停止し、この状態で走行中に、ＡＴＣブレーキが作動する場合、ＡＴＣブレーキが作動する前に稼動を停止した前記パワーユニットを再起動して、電気ブレーキが作用できるようにした。

本発明は、一編成中に、電源から電力供給を受けてモーターを駆動するパワーユニットおよび該パワーユニットを制御するユニット制御装置を有する複数の車両を含む列車を制御する鉄道車両用制御装置において、各パワーユニットに対して個別に駆動力指令値とユニット開放指令またはユニット開放解除指令とを発する手段と、各パワーユニットの最大駆動力とその時点で必要とする駆動力を比較する手段とを備え、その時点で必要とする駆動力が稼動される前記パワーユニットの最大駆動力の合計に比べて低いと判断された場合、前記パワーユニットの稼動を停止するユニット開放指令を、各パワーユニットに対して段階的に発するようにした。

本発明は、上記鉄道車両用制御装置において、目標とする速度が与えられ、加速または減速後目標とする速度に達した後、当該目標速度を維持できる駆動力を推定し、その駆動力を保つことのできるパワーユニット数を計算し、その数が全編成のパワーユニット数より少ない場合は、過剰な前記パワーユニットの稼動を停止するユニット開放指令を発するとともに、必要とする駆動力が再度増加した場合は、それまで稼動を停止した前記パワーユニットを再度起動するユニット開放解除指令を発するようにした。

本発明は、上記鉄道車両用制御装置において、編成中の一部の前記パワーユニットの稼動を停止して走行中に、ＡＴＣブレーキが作動する場合、ＡＴＣブレーキが作動する前に稼動を停止している前記パワーユニットを再度稼動状態にする指令を発し、電気ブレーキが作用できるように各パワーユニットを稼動状態とするようにした。

本発明は、上記鉄道車両用制御装置において、編成中の一部の前記パワーユニットの稼動を停止する場合、各パワーユニット間で稼動時間がアンバランスにならないよう、ランダムに、または順番に、各パワーユニットにユニット開放指令を与えるようにした。

本発明は、上記鉄道車両用制御装置において、前記パワーユニットの稼動を停止するユニット開放指令を、運転士からのユニット開放解除指令によって解除される第１のユニットカット指令と、ブレーキをかけると自動的に放解される第２のユニットカット指令の２つで規定し、それぞれのユニットカット指令を別の事象として扱うことのできるハードウエアもしくはソフトウエアで構成されたユニットカット指示手段を備えた。
また、本発明は、上記列車の制御方法において、前記パワーユニットの稼動の停止は、電源供給のスイッチを遮断することにより行われ、前記パワーユニットの再起動は、前記スイッチを投入することにより行われるようにした。
さらに、本発明は、前記鉄道車両用制御装置において、前記パワーユニットの稼動の停止は、電源供給のスイッチを遮断することにより行われ、前記パワーユニットの再起動は、前記スイッチを投入することにより行われるようにした。

本発明によれば、列車の運転時のロスを低減し、省エネ運転を行なうことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１を用いて、本発明の実施の形態にかかる鉄道車両の省エネルギー運転方法が適用される列車の要部構成を説明する。列車は運転台に主幹制御器１０と演算装置１１を有する制御車両Ｃと、ユニット制御装置２１とパワーユニット２２と集電装置２３と高圧スイッチ２４とモーター２５とを有する電動車両Ｍを連結して編成される。制御車両Ｃの運転台などに設けられた演算装置１１から、パワーユニットの開放を指令するユニットカット指令またはＩｕｃパワーユニットカット指令を解除するユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒと、各ユニット制御装置２１へのマスコンノッチ指令である駆動力指令Ｉｍｎが出される。

各ユニット制御装置２１は、パワーユニット２２を制御して集電装置２３から給電された電流をモーター２５に流す制御を行なっている。また、ユニット制御装置２１は、ユニットカット指令Ｉｕｃまたはユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒに基づいて高圧スイッチ２４のオンオフ制御も同時に行なっている。各ユニット制御装置２１は、演算装置１１からのユニット駆動力指令値Ｉｕｔに基づいてパワーユニット２２を制御してモーター２５に流れる電流の大きさを、ユニット駆動力指令値Ｉｕｔに応じて可変にするという機能を有している。また、同時に、各ユニット制御装置２１は、ユニットカット指令Ｉｕｃを受けると、モーター２５への電流を絞るとともに、電源の供給元の高圧スイッチ２４を遮断する機能も持っている。さらに、ユニット制御装置２１は、ユニットカット状態になると、パワーユニット２２を構成する半導体素子やモーター２５、さらにはトランスなどの機器の冷却のための送風機などを停止する機能も持っている。その結果、ユニットカット時には、当該パワーユニットが無駄な電力を使わないようにすることが可能になる。

図２を用いて、演算装置１１の構成の一例を説明する。演算装置１１は、第１の論理回路１１１と、第２の論理回路１１２とを有して構成される。演算装置１１には、主幹制御器１０からのマスコンノッチ指令Ｉｍｎが入力される。演算装置１１は、このマスコンノッチ指令Ｉｍｎから、マスコンノッチ指令Ｉｍｎに対応した必要駆動力Ｄｎｔを第２の論理回路１１２で演算し、演算した必要駆動力Ｄｎｔを第１の論理回路１１１に入力する。

第１の論理回路１１１には、各パワーユニット２２の最大駆動力に関するデータが予め与えられており、第２の論理回路１１２からの必要駆動力Ｄｎｔが、稼動される各パワーユニット２２の最大駆動力を合計した値であるか否かを判断する機能および、必要駆動力Ｄｎｔが稼動されるパワーユニット２２の最大駆動力の合計値より小さいときに、パワーユニット２２を順次ユニットカットしていき、必要駆動力Ｄｎｔに対して余力があるかないかを判断する機能を有している。また、第１の論理回路１１１は、必要駆動力Ｄｎｔを得るために稼動されるパワーユニット２２のそれぞれの駆動力指令値Ｉｕｔを演算する機能を有している。第１の論理回路１１１は、上記判断に基づいて、稼動を停止するユニット制御装置２１に対してユニットカット指令Ｉｕｃを出力する機能、稼動を停止しているユニット制御装置２１に対して稼動再開を指令するユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒを出力する機能、稼動されるユニット制御装置２１に対してそれぞれの駆動力を指令するユニット駆動力指令値Ｉｕｔを出力する機能を有している。

第１の論理回路１１１は、必要駆動力Ｄｎｔが全てのパワーユニット２２を合計しなければならないほど大きな値である場合には、いずれのパワーユニットにも開放指令であるユニットカット指令Ｉｕｃを出さず、全てのパワーユニット２２を作動させるよう全てのユニット制御装置２１に駆動力指令値Ｉｕｔを出力する。しかし、１以上のパワーユニット２２の駆動力が０であっても、必要駆動力Ｄｎｔを得ることが可能と判断した場合には、いずれかの１以上のパワーユニット２２に対し、ユニットカット指令Ｉｕｃを出力する。加速終了後の巡航状態において、全てのパワーユニット２２を動作させるのではなく、一部のパワーユニット２２を不動とすることによって、当該パワーユニット２２での付帯損失が避けられることになり、編成全体としてみた場合の出力は変わらず、かつ、損失を減少させることができ、省エネ運転に寄与することができる。

図３を用いて、この実施例における演算装置１１の処理の流れを説明する。この例では、一編成中にパワーユニット２２を４ユニット備えた場合を説明する。第２の論理回路１１２から必要駆動力Ｄｎｔが入力されると、第１の論理回路１１１は、必要駆動力Ｄｎｔが４台（全て）のパワーユニットの最大駆動力Ｆｍａｘの合計値以上か否か（必要駆動力≧４×パワーユニットの最大駆動力）を判定する（Ｓ１）。合計値以上であるとき（Ｙｅｓ）には、パワーユニットメモリを参照して現在ユニットカット（稼動停止）しているパワーユニット台数が１台以上であるか否かを判定する（Ｓ２）。現在ユニットカットしているパワーユニットの数が１台以上でない（４台のパワーユニットを稼動している）ときには、それぞれのパワーユニットのユニット駆動力指令値Ｉｕｔを算出しそれぞれのユニット制御装置２１に出力してステップＳ１に戻り次の必要駆動力指令の入力を待つ。ステップＳ２で、現在ユニットカットしているパワーユニットの数が１以上である（稼動しているパワーユニットが３台以下）ときには、ユニットカット中のパワーユニットにユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒを出力し、当該パワーユニットを起動する（Ｓ３）。それぞれのパワーユニットのユニット駆動力指令値Ｉｕｔを算出しそれぞれのユニット制御装置２１に出力してステップＳ１に戻り次の必要駆動力指令の入力を待つ。その後、ユニットカット指令Ｉｕｃとユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒからユニットカットされているパワーユニットの番号と台数を演算装置１１に設けた図示を省略したパワーユニットメモリに記憶（更新）する（Ｓ４）。

ステップＳ１において、必要駆動力Ｄｎｔが４台のパワーユニットの最大駆動力の合計値より小さいときには、必要駆動力が３台のパワーユニットの最大駆動力の合計値以上であるか否か（必要駆動力≧３×パワーユニットの最大駆動力？）を判定する（Ｓ５）。合計値以上であるとき（Ｙｅｓ）には、パワーユニットメモリを参照して現在ユニットカットしているパワーユニット台数が１台であるか否かを判定する（Ｓ６）。現在ユニットカットしているパワーユニットの数が１であるときには、稼動しているそれぞれのパワーユニットのユニット駆動力指令値Ｉｕｔを算出しそれぞれのユニット制御装置２１に出力してステップＳ１に戻り次の必要駆動力指令の入力を待つ。ステップＳ６で、合計値以上でないときには、パワーユニットメモリを参照して現在ユニットカットしているパワーユニット台数が２以上であるか否かを判断し（Ｓ７）、２以上であるときには１台のパワーユニットを除き残りのユニットカット中のパワーユニットにユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒを出力し、該当するパワーユニットを起動し（Ｓ８）、稼動する（している）それぞれのパワーユニットのユニット駆動力指令値Ｉｕｔを算出しそれぞれのユニット制御装置２１に出力する。ステップＳ７において、現在ユニットカットしているパワーユニットが２以上でないとき（稼動しているパワーユニットは３台）には、ユニットカット中の１台のパワーユニットにユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒを出力し、該当するパワーユニットを起動する（Ｓ９）。ステップＳ８、ステップＳ９の後、ユニットカット指令Ｉｕｃとユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒからユニットカットとしたパワーユニットの番号と台数をパワーユニットメモリに記憶する（Ｓ１０）。

ステップＳ５において、必要駆動力が３台のパワーユニットの最大駆動力の合計値より小さいときには、必要駆動力Ｄｎｔが２台のパワーユニットの最大駆動力の合計値以上であるか否か（必要駆動力≧２×パワーユニットの最大駆動力？）を判定する（Ｓ１１）。合計値以上であるとき（Ｙｅｓ）には、パワーユニットメモリを参照して現在ユニットカットしているパワーユニット台数が２台であるか否かを判定する（Ｓ１２）。現在ユニットカットしているパワーユニットの数が２であるときには、ステップ１に戻り次に必要駆動力Ｄｎｔが入力されるのを待つ。ステップＳ１２で、現在ユニットカットしているパワーユニット台数が２でないときには、パワーユニットメモリを参照して現在ユニットカットしているパワーユニット台数が３以上であるか否かを判断し（Ｓ１３）、３以上であるときには２台のパワーユニットを除き残りのユニットカット中のパワーユニットにユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒを出力し、当該パワーユニットを起動する（Ｓ８）。ステップＳ１３において、現在ユニットカットとしているパワーユニットが３以上でないときには、ユニットカット中の２台のパワーユニットにユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒを出力し、当該パワーユニットを起動する（Ｓ１５）。ステップＳ１４、ステップＳ１５の後、ユニットカット指令Ｉｕｃとユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒからユニットカットとしたパワーユニットの番号と台数をパワーユニットメモリに記憶する（Ｓ１６）。

ステップＳ１１において、必要駆動力Ｄｎｔが２台のパワーユニットの最大駆動力の合計値より小さいときには、パワーユニットメモリを参照して現在ユニットカットしているパワーユニット台数が３台であるか否かを判定する（Ｓ１７）。現在ユニットカットしているパワーユニットの数が３であるときには、ステップ１に戻り次に必要駆動力指令が入力されるのを待つ。ステップＳ１７で、現在ユニットカットしているパワーユニット台数が３でないときには、ユニットカット中の３台のパワーユニットにユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒを出力し、当該パワーユニットを起動する（Ｓ１８）。その後、ユニットカット指令Ｉｕｃとユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒからユニットカットとしたパワーユニットの番号と台数をパワーユニットメモリに記憶する（Ｓ１９）。

このようにして、必要駆動力Ｄｎｔが入力される毎に、必要駆動力が得られる台数のパワーユニット以外をユニットカットすることにより、必要な駆動力を確保するとともに、不必要なパワーユニットの動作を停止し、不要なエネルギーの消費をなくすことができる。

上記の実施例では、パワーユニットをユニットカットする場合に、列車の進行方向の前に位置するパワーユニットから行うことができる。また、各パワーユニット間で稼働時間がアンバランスとならないように、ランダムにまたは順番に各パワーユニットに対してユニットカット指令Ｉｕｃを出力するように構成することができる。

図４を用いて、本発明の第２の実施例を説明する。第２の実施例は、自動運転を想定した実施例である。列車は、演算装置１１および速度指示器１２ならびに速度発電機１３を有する制御車両Ｃと、ユニット制御装置２１とパワーユニット２２と集電装置２３と高圧スイッチ２４とモーター２５を有する電動車両Ｍを連結して編成される。演算装置１１から、ユニットカット指令Ｉｕｃと、各ユニット制御装置２１へのユニット駆動力指令値Ｉｕｔが出される。速度指示器１２で設定された速度指令としての目標速度Ｉｍｓと、速度発電機１３からの実速度信号Ｉｒｓを受けた演算装置１１は、その偏差から、各パワーユニット制御装置２１のユニット駆動力指令値Ｉｕｔと、ユニットカット指令Ｉｕｃと、ユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒを演算して、それぞれのユニット制御装置２１へ出力する。各パワーユニット制御装置２１は、集電装置２３から給電されモーター２５に電流を流す制御を行なっている。また、高圧スイッチ２４のオンオフ制御も同時に行なっている。

各ユニット制御装置２１は、演算装置１１からユニット駆動力指令値Ｉｕｔを受けると、モーター２５に流れる電流の大きさを、その指令値に応じて可変にする機能を有している。また、同時に、ユニットカット指令Ｉｕｃを受けると、モーター２５への電流を絞ると共に、電源の供給元の高圧スイッチ２４を遮断する機能も持っている。さらに、ユニット制御装置２１は、ユニットカット状態になるとパワーユニット２２の素子やモーター２５、さらにはトランスなどの機器の冷却のための、送風機などを停止する機能も持っている。その結果、ユニットカット時には、当該ユニットが無駄な電力を消費しないようにすることが可能になる。

図５を用いて第２の実施例にかかる演算装置１１の構成の一例を説明する。演算装置１１は、第１の論理回路１１１と、第３の論理回路１１３と、減算器１１５とを有して構成される。減算器１１５には、速度指示器１２からの速度指令（目標速度）Ｉｍｓと速度発電機１３からの実速度信号Ｉｒｓが入力され、速度指令Ｉｍｓと、実速度信号Ｉｒｓとの偏差ΔＳを計算して第３の論理回路１１３へ出力する。第３の論理回路１１３は、偏差ΔＳに応じて必要駆動力Ｄｎｔを演算して第１の論理回路１１１へ出力する。必要駆動力Ｄｎｔは、偏差ΔＳが大きければ大きいほど駆動力が大きくなるような計算結果である。

必要駆動力Ｄｎｔが入力された第１の論理回路１１１には、各パワーユニットの最大駆動力が予め与えられており、第３の論理回路１１３からの必要駆動力Ｄｎｔが、各パワーユニットの最大駆動力を合計した値であるか否かを判断する機能および、必要駆動力Ｄｎｔが全てのパワーユニットの最大駆動力の合計値より小さいときに、パワーユニットを順次ユニットカットしていき、必要駆動力Ｄｎｔに対して余力があるかないかを判断する機能を有している。第１の論理回路１１１は、上記判断に基づいて、各ユニット制御装置２１に対してユニット駆動力指令値Ｉｕｔを出力する機能、各ユニット制御装置２１に対してユニットカット指令Ｉｕｃを出力する機能、各ユニット制御装置２１に対してユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒを出力する機能を有している。

第１の論理回路１１１は、必要駆動力Ｄｎｔが全てのパワーユニットを合計しなければならないほど大きな値である場合には、全てのパワーユニット２２を作動させて、全てのパワーユニットに駆動力を指令するため、いなかるパワーユニットにもユニットカット指令Ｉｕｃを出さない。しかし、１以上のパワーユニットの駆動力が０であっても、必要駆動力をえることが可能と判断した場合には、いずれかの１以上のパワーユニットに対し、ユニットカット指令Ｉｕｃを出力する。加速終了後の巡航状態において、全てのパワーユニットを動作させるのではなく、一部のパワーユニットを不動とすることによって、当該パワーユニットでの付帯損失が避けられることになり、編成全体としてみた場合の出力は変わらず、損失を減少させることができ、省エネ運転に寄与することができる。

この実施例では、実速度が目標速度に近く、殆ど駆動力が必要ない走行状態において、全てのユニットを動作させるのではなく、一部のユニットを不稼動（ユニットカット）とすることによって、当該ユニットでの付帯損失が避けられることになり、編成全体としてみた場合の出力は変わらず、損失を減少させることができ、省エネ運転に寄与することができる。

本発明の第３の実施例を、図６を用いて説明する。図６では、演算装置１１がユニット制御装置２１に対して直接ユニットカット指令Ｉｕｃを出すことがないようにした構成である。演算装置１１には、列車の現在位置を知る情報である位置情報Ｉｐが入力されるとともに、演算装置１１を構成する第４の論理回路１１４の中には予め路線のどの位置でユニットカットを行なうべきかを示す指示を運転士に与えるようなデータが記憶されている。演算装置１１は、列車がある位置（その位置は予定された運転パターンで走行してきた場合には、巡航速度に達していると推定される位置であるが）まで来ると、運転士に対し、ユニットカットを与える示唆をする画面を起動し、ユニットカット指示情報Ｄｕｃを表示装置１５に表示するようになっている。その結果、運転士はユニットカットスイッチ１９を扱い、編成内の一部のユニットを不動状態とする。編成内の道具立てとしては図１０に示す従来の構成に依っている。

この方法によれば、最小限の機器の追加により、省エネ走行を行なうことが可能であるとともに、主たる判断を運転士に委ねることによって、遅れている場合に、巡航時であっても、少しでも速度を上げたい場合に、運転士の判断でユニットカットを行なわず、加減速時と同じパワーを出せるようにしておき、回復運転を行なうことが可能である。

図７を用いて第４の実地例を説明する。従来のユニットカット指令は、先にも述べたようにパワーユニットの機器故障の際に、当該パワーユニットを開放し、２次的な被害が他のパワーユニットなどに拡大しないようにするための指令であり、前述の各実施例のユニットカット指令は省エネルギーのためにパワーユニットを開放するための指令である。本発明では、十分な駆動力を必要とするときには、ユニットカットしたパワーユニットを回復させることが必要である。このため、省エネルギーのためのユニットカットと、故障が原因で行なっているユニットカットとを区別する必要がある。そこで、その区別のための論理の一例を図７に示す。ユニットカット指令１とは、主として故障が発生している状態において指示される指令である。機器の故障が原因のユニットカットは、故障が復旧される前に自動的に解除されることは好ましくない。そこで、前述までの実施例におけるユニットカット指令と、故障に対応するためのユニットカット指令とを別の指令として定義することが必要である。本実施例では、故障などによるユニットカット指令をユニットカット指令１とし、前述までの実施例における省エネルギーのためのユニットカットをユニットカット指令２と呼称する。また、故障に対するユニットカットリセット指令をリセット指令１とし、実施例におけるユニットカットリセット指令Ｉｕｃｒをリセット指令２と称して、別のものとしている。

図７に示すように、ユニットカット指示手段１４は、第１のＲ，Ｓフリップフロップ１４１と、第２のＲ，Ｓフリップフロップ１４２と、第１のＯＲ回路１４３と、第２のＯＲ回路１４４とから構成される。第１のフリップフロップ１４１には、Ｓ入力にユニットカット指令１が、Ｒ入力には全てのユニットカット指令をリセットするリセット指令１が入力され、その出力が第２のＯＲ回路１４４の一方の入力端に入力される。第２のフリップフロップ１４２には、Ｓ入力にユニットカット指令２が、Ｒ入力に第１のＯＲ回路１４３の出力が入力され、その出力が、第２のＯＲ回路１４４の他方の入力端に入力される。第１のＯＲ回路１４３には、リセット指令１およびブレーキ指令ならびにリセット指令２が入力され、その出力が第２のフリップフロップ１４２のＲ入力に入力される。

ユニットカット指示手段１４は、記憶要素として働く第１のＲ、Ｓフリップフロップ１４１を用い、ユニットカット指令１によりパワーユニットがカットされている場合は、リセット指令２では、これが解かれることが無いような論理を提供している。ユニットカット指令２でパワーユニットがユニットカットされており、ユニットカット指令１がないときには、リセット指令１またはブレーキ指令もしくはリセット指令２によって第２のＲ，Ｓフリップフロップ１４２がリセットされ第２のＯＲ回路１４４からのユニットカット指令２はリセットされる。この論理は、各パワーユニットの中にあっても良いし、編成内の別の部位、機器内にあっても良い。

ユニットカット指示手段は、ハードウエアによって構成することができるし、ソフトウエアによって構成することもできる。

なお、上記実施例において、ブレーキ指令を受けた際に、ユニットカット指令２がリセットされるようになっているが、理想的にはブレーキがかかる前にパワーユニット開放状態から復旧し、稼動の準備が完了することが望ましい。すなわち、従来、車上主体型自動列車制御装置（例えば、特許文献１参照）では、図８、図９に示すように、一部のＡＴＣでは、制限速度パターンと実速度パターンが徐々に接近することが明らかであるように設定されていることから、ある程度前もってブレーキを掛ける必要があることを知ることができる。そこで、自位置から図８の速度パターンを参照してその位置における許容速度Ｖ１を求め、この許容速度Ｖ１と速度発電機から得た自列車速度Ｖｔから図９に示す偏差ΔＶを得て、ΔＶｏより一定値大きなΔＶｏｐを定義し、偏差ΔＶがこの値になったことを判断したら、図７に示すブレーキ指令に相当する指令を与えることによって、ＡＴＣブレーキが作用する前に、ユニットカットされ停止状態にあった一部または全てのパワーユニットを、ブレーキが指令される前に稼動状態に立ち上げることができ、回生制動などを働かせることができる。

本発明の第１の実施例にかかる鉄道車両の省エネルギー運転方式が適用される列車の構成を説明するブロック図。 第１の実施例における演算装置の構成を説明するブロック図。 図２に示した演算装置における処理の流れを説明する図 発明の第２の実施例にかかる鉄道車両の省エネルギー運転方式が適用される列車の構成を説明するブロック図。 第２の実施例における演算装置の構成を説明するブロック図。 第３の実施例における演算装置の構成を説明するブロック図。 第４の実施例におけるユニットカット指示手段の構成を説明するブロック図。 速度パターンを用いて自位置を知る原理を説明する図。 速度パターンと実速度からブレーキレベル決定する原理を説明する図。 従来の鉄道車両のユニットカット方式を説明するブロック図。

符号の説明

１０ 主幹制御装置
１１ 演算装置
１２ 速度指示器
１３ 速度発電機
１４ ユニットカット指示手段
１５ 表示器
１９ ユニットカットスイッチ
２１ ユニット制御装置
２２ パワーユニット
２３ 集電装置
２４ 高圧スイッチ
２５ モーター
１１１ 第１の論理回路
１１２ 第２の論理回路
１１３ 第３の論理回路
１１４ 第４の論理回路
１１５ 減算器
１４１ 第１のＲ，Ｓフリップフロップ
１４２ 第２のＲ，Ｓフリップフロップ
１４３ 第１のＯＲ回路
１４４ 第２のＯＲ回路
Ｃ 制御車
Ｍ 電動車
Ｄｎｔ 必要駆動力
Ｄｕｃ ユニットカット指示情報
Ｉｍｎ マスコンノッチ指令
Ｉｍｓ 目標速度
Ｉｐ 位置情報
Ｉｒｓ 実速度信号
Ｉｕｃ ユニットカット指令
Ｉｕｃｒ ユニットカットリセット指令
Ｉｕｔ ユニット駆動力指令値

Claims (13)

1. 一編成中に、電源から電力供給を受けてモーターを駆動するパワーユニットおよび該パワーユニットを制御するユニット制御装置を有する複数の車両を含む列車の制御方法において
   走行状態に対応した必要とする駆動力に応じて編成中の複数の前記パワーユニットの１以上の稼動を停止し、
   走行状態に対応した必要とする駆動力に応じて稼動を停止している前記パワーユニットを再起動することを特徴とする列車の制御方法。
2. 請求項１記載の列車の制御方法において、
   駅出発後の加速完了後、定速運転を行う段階で、少なくとも一部の前記パワーユニットの稼動を停止することを特徴とする列車の制御方法。
3. 請求項１記載の列車の制御方法において、
   必要とする駆動力と稼動している各パワーユニットの最大駆動力の合計に基づいて、稼動している各パワーユニットの最大駆動力の合計に余力があるか否かを判断し、稼動している各パワーユニットの最大駆動力の合計に余力があるときに、所定の数の前記パワーユニットの稼動を停止させることを特徴とする列車の制御方法。
4. 請求項３記載の列車の制御方法において、
   必要とする駆動力と稼動している各パワーユニットの最大駆動力の合計に基づいて、稼動している各パワーユニットの最大駆動力の合計に余力があるか否かを判断し、稼動している各パワーユニットの最大駆動力の合計に余力がないときに、稼動を停止させた前記パワーユニットの所定数を再起動させることを特徴とする列車の制御方法。
5. 請求項２ないし請求項４のいずれか１項記載の列車の制御方法において、
   稼動を停止する前記パワーユニットは列車の進行方向の前に位置するものであることを特徴とする列車の制御方法。
6. 一編成中に、電源から電力供給を受けてモーターを駆動するパワーユニットおよび該パワーユニットを制御するユニット制御装置を有する複数の車両を含む列車の制御方法において、
   走行状態に対応した必要とする駆動力に応じて編成中の複数の前記パワーユニットの１以上の稼動を停止し、
   この状態で走行中に、ＡＴＣブレーキが作動する場合、ＡＴＣブレーキが作動する前に稼動を停止した前記パワーユニットを再起動して、電気ブレーキが作用できるようにすることを特徴とする列車の制御方法。
7. 一編成中に、電源から電力供給を受けてモーターを駆動するパワーユニットおよび該パワーユニットを制御するユニット制御装置を有する複数の車両を含む列車を制御する鉄道車両用制御装置において、
   各パワーユニットに対して個別に駆動力指令値とユニット開放指令またはユニット開放解除指令とを発する手段と、
   各パワーユニットの最大駆動力とその時点で必要とする駆動力を比較する手段とを備え、
   その時点で必要とする駆動力が稼動される前記パワーユニットの最大駆動力の合計に比べて低いと判断された場合、前記パワーユニットの稼動を停止するユニット開放指令を、各パワーユニットに対して段階的に発することを特徴とする鉄道車両用制御装置。
8. 請求項７記載の鉄道車両用制御装置において、
   目標とする速度が与えられ、加速または減速後目標とする速度に達した後、当該目標速度を維持できる駆動力を推定し、その駆動力を保つことのできるパワーユニット数を計算し、
   その数が全編成のパワーユニット数より少ない場合は、過剰な前記パワーユニットの稼動を停止するユニット開放指令を発するとともに、必要とする駆動力が再度増加した場合は、それまで稼動を停止した前記パワーユニットを再度起動するユニット開放解除指令を発することを特長とする鉄道車両用制御装置。
9. 請求項７記載の鉄道車両用制御装置において、
   編成中の一部の前記パワーユニットの稼動を停止して走行中に、ＡＴＣブレーキが作動する場合、ＡＴＣブレーキが作動する前に稼動を停止している前記パワーユニットを再度稼動状態にする指令を発し、電気ブレーキが作用できるように各パワーユニットを稼動状態とすることを特徴とする鉄道車両用制御装置。
10. 請求項７記載の鉄道車両用制御装置において、
    編成中の一部の前記パワーユニットの稼動を停止する場合、各パワーユニット間で稼動時間がアンバランスにならないよう、ランダムに、または順番に、各パワーユニットにユニット開放指令を与えることを特徴とする鉄道車両用制御装置。
11. 請求項７記載の鉄道車両用制御装置において、
    前記パワーユニットの稼動を停止するユニット開放指令を、運転士からのユニット開放解除指令によって解除される第１のユニットカット指令と、ブレーキをかけると自動的に放解される第２のユニットカット指令の２つで規定し、それぞれのユニットカット指令を別の事象として扱うことのできるハードウエアもしくはソフトウエアで構成されたユニットカット指示手段を有することを特徴とする鉄道車両用制御装置。
12. 請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の列車の制御方法において、
    前記パワーユニットの稼動の停止は、電源供給のスイッチを遮断することにより行われ、前記パワーユニットの再起動は、前記スイッチを投入することにより行われることを特徴とする列車の制御方法。
13. 請求項７乃至請求項１１のいずれかに記載の鉄道車両用制御装置において、
    前記パワーユニットの稼動の停止は、電源供給のスイッチを遮断することにより行われ、前記パワーユニットの再起動は、前記スイッチを投入することにより行われることを特徴とする鉄道車両用制御装置。

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