JP7066048B2 - 電気車の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、電気車の制御装置に関する。

従来の列車制御において、電力消費量を削減するために、選択した動力車の電動機に負担トルクを集中させて駆動し、残りの動力車の電動機を停止させる制御が行われていた。動力車を選択する制御を行うものとして、例えば特許文献１がある。特許文献１には、動力分散方式列車において、電力消費量を低減するために、最適ノッチ制御を行うことが記載されている。

特開２００３－１６４００４号公報

特許文献１では、中央制御装置が運転休止指令およびノッチ指令を決定し、制御指令として各号車に伝送している。また、各号車の制御伝送端末装置は、自身への制御指令に基づき主電動機の制御を行っている。

しかしながら、編成全体で必要な動力で制御するためには、中央制御装置は、各号車へ伝送した制御指令と各号車の制御状態とが一致しているかを監視する必要があり、中央制御装置の処理負荷が大きいという問題があった。

本発明の電気車の制御装置は、ノッチ指令を生成する自動列車運転装置と、非動力車に搭載され、自動列車運転装置からノッチ指令を受け取る列車情報管理装置と、複数台の動力車に夫々搭載され、車両駆動用の複数の電動機を制御する複数の推進制御装置とを備え、非動力車および複数台の動力車を含む列車を制御する電気車の制御装置である。列車情報管理装置は、自動列車運転装置から取得したノッチ指令またはノッチ指令と編成台数によって計算した編成全体動力情報と、複数の推進制御装置が動力を判断するために必要な情報である第１情報とを複数の推進制御装置に送る。複数の推進制御装置は、第１情報と自推進制御装置の稼働有無との対応を示す第１対応情報と、第１情報と自推進制御装置の動力との対応を示す第２対応情報とを記憶する記憶部と、列車情報管理装置からノッチ指令または編成全体動力情報と、第１情報とを受信すると、受信した第１情報に対応する稼働有無を第１対応情報から取得し、取得した稼働有無が稼働有りである場合は、第１情報に対応する動力を第２対応情報から取得し、ノッチ指令または編成全体動力情報と、取得した稼働有無と、取得した動力と、に基づいて自身の動力を計算し、計算した動力を第１動力として列車情報管理装置に送信する処理部と、を備える。列車情報管理装置は、編成全体動力情報と、複数の推進制御装置から受信した第１動力の総和から得られた全体動力とを比較し、比較結果に基づいて列車を必要な動力で制御できているかを監視する。

本発明の電気車の制御装置は、列車情報管理装置の処理負荷を軽減することができる。

実施の形態にかかる列車の構成を示す図である。 実施の形態にかかる電気車の制御装置の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる推進制御装置の概略構成を示す図である。 実施の形態にかかる列車情報管理装置の動作を説明する図である。 実施の形態にかかる推進制御装置の動作を説明する図である。 実施の形態にかかる動力を判断するための条件の例を示す図である。 実施の形態にかかる電気車の制御装置の動作例を示す図である。 実施の形態にかかる動力を判断するための条件の別の例を示す図である。 実施の形態にかかる電気車の制御装置の別の動作例を示す図である。 実施の形態にかかる電気車の制御装置を実現するハードウェアの一般的な構成例を示す図である。

実施の形態
実施の形態にかかる電気車の制御装置１は、例えば、図１に示す列車１０に搭載される。列車１０は、車両４０、５０－１から５０－４を含む複数の車両から車両編成が編成されている。図１では５台の車両を記載しているが、車両の数は４台以下であってもよいし、６台以上であってもよい。車両５０－１から５０－４について、各車両を区別しない場合は、車両５０と表現する。列車１０は、集電装置８０を介して架線９０から供給される電力により稼働される。

列車情報管理装置１１は、車両４０に搭載され、自動列車運転装置１２および各車両に搭載されている端末装置３０－１から３０－４と伝送線で接続されている。各端末装置について区別をしない場合は端末装置３０と表現する。列車情報管理装置１１は、自動列車運転装置１２からの運転指令を受け取る。列車情報管理装置１１は、端末装置３０に制御指令を送る。列車情報管理装置１１は、制御指令に対する応答を端末装置３０から受け取る。

自動列車運転装置１２は、列車１０の走行に必要な運転指令となるノッチ指令を生成し、列車情報管理装置１１に送る。
推進制御装置２０－１から２０－４は、各端末装置３０と伝送線で接続されており、各端末装置３０からの制御指令を受け取る。各推進制御装置について区別をしない場合は推進制御装置２０と表現する。推進制御装置２０は、図示しない電動機と接続され、電動機を駆動する制御を行う。推進制御装置２０は、１つの推進制御装置２０が１台の電動機を制御してもよいし、複数の電動機を制御してもよい。

車両５０は、電動機により駆動することができる動力車である。また、車両４０は電動機により駆動されない非動力車である。図１では、４台の動力車を示しているが、動力車の数は２台以上であれば、３台以下であってもよいし、５台以上であってもよい。実施の形態では、動力車が４台の場合について、説明する。また、実施の形態では説明を容易にするために、１つの推進制御装置２０が１台の動力車を制御する場合について説明する。

図２は、実施の形態にかかる電気車の制御装置１の概略構成を示す図である。複数台の車両から成る車両編成が構成された電気車の制御装置１は、列車情報管理装置１１および推進制御装置２０から構成される。

図３は、推進制御装置２０の概略構成を示す図である。推進制御装置２０は、通信部２０１、処理部２０２、記憶部２０３および電動機制御部２０４を有している。

通信部２０１は、端末装置３０との通信を行うためのインターフェースである。通信部２０１は、端末３０から制御指令を受け取り、後述する動力判断結果を端末装置３０に送る。

処理部２０２は、推進制御装置２０の動力を判断する。処理部２０２は、動力判断結果を通信部２０１に送る。また、処理部２０２は、動力判断結果に基づいて、電動機を駆動するのに必要な動力を電動機制御部に送る。

記憶部２０３は、処理部２０２が動力を判断するために必要な条件を予め記憶している。

電動機制御部２０４は、処理部２０２から送られた必要な動力に基づいて、電動機を制御する。

次に、電気車の制御装置１の動作について説明する。図４は、電気車の制御装置１の列車情報管理装置１１の動作を説明する図である。列車情報管理装置１１は、自動列車運転装置１２からノッチ指令を取得する（Ｓ１１）。ノッチ指令を取得していない場合（Ｓ１１：Ｎｏ）は、スタートに戻る。ノッチ指令を取得した場合（Ｓ１１：Ｙｅｓ）は、列車情報管理装置１１は、推進制御装置２０が動力を判断するのに必要な情報を推進制御装置２０に送る（Ｓ１２）。列車情報管理装置１１は、推進制御装置２０から推進制御装置２０が動力を判断した結果を取得する（Ｓ１３）。列車情報管理装置１１は、自動列車運転装置１２から取得したノッチ指令と推進制御装置２０から取得した動力判断結果とを比較する（Ｓ１４）。列車情報管理装置１１は、比較することで、編成全体として必要な動力と一致しているかを確認する（Ｓ１５）。列車情報管理装置１１は、例えば、ノッチ指令と各推進制御装置２０から取得した動力判断結果の総和との比較の結果、編成全体として必要な動力と一致していないと判断した場合（Ｓ１５：Ｎｏ）は、処理を終了する。列車情報管理装置１１は、例えば、ノッチ指令と各推進制御装置２０から取得した動力判断結果の総和との比較の結果、編成全体として必要な動力と一致していると判断した場合（Ｓ１５：Ｙｅｓ）は、スタートに戻り処理を繰り返す。Ｓ１５において、列車情報管理装置１１は、ノッチ指令と各推進制御装置２０から取得した動力判断結果の総和とを比較し、編成全体として必要な動力と一致しているかを確認することにより、自動列車運転装置１２の指令に基づき、編成全体として必要な動力で制御できていることを監視する。

ここで、列車情報管理装置１１が推進制御装置２０に送る動力に必要な情報は、例えば、自動列車運転装置１２からのノッチ指令、自動列車運転装置１２からのノッチ指令に基づき編成全体で必要な動力の情報などである。

図５は、推進制御装置２０の動作を説明する図である。推進制御装置２０は、列車情報管理装置１１から動力判断に必要な情報を取得する（Ｓ２１）。推進制御装置２０は、記憶部２０３に記憶されている動力を判断するために必要な条件を参照する（Ｓ２２）。推進制御装置２０は、列車情報管理装置１１から取得した情報および記憶部２０３に記憶されている条件に基づいて、必要な動力を算出する（Ｓ２３）。推進制御装置２０は、算出した動力を、動力判断結果として列車情報管理装置１１に送る（Ｓ２４）。ここで、動力を判断するために必要な条件は、例えば、稼働有無を判断するための条件、動力を決定するための条件である。

図６は、推進制御装置２０の記憶部２０３が予め記憶している条件の一例を示す図である。図６（ａ）は、予め定められた条件１を示し、図６（ｂ）は、予め定められた条件２を示す。図６（ａ）に示した予め定められた条件１は、稼働有無を判断するための条件である。列車１０が上り線を走行するか、下り線を走行するかで、稼働する推進制御装置が決められている。図６（ａ）では、列車１０が上り線を走行する場合は、推進制御装置２０－１および２０－３が稼働し、推進制御装置２０－２および２０－４は稼働しない。稼働有無に関する条件は、上り下り以外にも設定することは可能である。例えば、日時、曜日、車重、キロ程、路線、種別（各駅停車、快速電車など）などの条件を設定することも可能である。通勤時間帯など列車１０の乗客数が多い場合などは、列車１０の乗客数が少ない場合と比べて、編成全体の動力が必要となる場合がある。そのような場合に、稼働する推進制御装置２０の数を増やすための条件として、日時、曜日、車重などの条件を設定しておいてもよい。

図６（ｂ）に示した予め定められた条件２は、動力を決定するための条件である。図６（ｂ）では、動力は２倍にするということが決められている。動力を決定するための条件は他にも設定することは可能である。例えば、日時、曜日、重量、キロ程、路線、種別などの条件を設定することも可能である。例えば、列車位置によって、各推進制御装置２０を異なる動力に設定したい場合は、キロ程を条件に設定してもよい。キロ程を条件に設定することで、キロ程Ｘからキロ程Ｙまでは、推進制御装置２０－１と推進制御装置２０－３とで異なる動力で駆動することも可能とある。

図７は電気車の制御装置１の動作の一例を説明する図である。例として、列車１０が上り線を走行する場合を説明する。端末装置３０は省略する。Ｓ１０１において、列車１０を走行させるために、自動列車運転装置１２からＡＴＯ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）ノッチ指令として、４ノッチ（Ｐ４）が出力される。Ｓ１０２において、列車情報管理装置１１は、ＡＴＯノッチ指令（Ｐ４）を推進制御装置全体に送る。各推進制御装置２０は図６の条件に基づいて、動力を決定する。例えば、推進制御装置２０－１の場合、列車１０が上り線を走行しているので図６（ａ）の条件から、稼働する推進制御装置であると判断する。次に、図６（ｂ）の条件から、動力は２倍であると判断する。推進制御装置２０－１は、列車情報管理装置１１からのＡＴＯノッチ指令と図６（ａ）の稼働有無を判断するための条件および図６（ｂ）の動力を決定するための条件から、自身の動力は、ＡＴＯノッチ指令（４）×稼働有無（１）×動力（２）＝８であると算出する。Ｓ１０３において、推進制御装置２０－１は、算出した結果を動力判断結果（Ｐ８）として、列車情報管理装置１１に送る。推進制御装置２０－２から２０－４についても同様に自身の動力を算出し、それぞれ算出した結果として、（Ｐ０）、（Ｐ８）、（Ｐ０）を列車情報管理装置１１に送る。

列車情報管理装置１１は、自動列車運転装置１２から取得したＡＴＯノッチ指令と、推進制御装置２０からの動力判断結果とを比較する。列車情報管理装置１１は、編成として推進制御装置を４台搭載していることは予めわかっている。ＡＴＯノッチ指令（Ｐ４）から、編成全体として必要な動力は、（Ｐ４）×４＝１６ノッチであると判断する。また、推進制御装置２０－１から２０－４の動力判断結果より、実際に制御される動力を判断する。推進制御装置２０－１から２０－４の動力判断結果を合計し、編成全体の動力判断結果の総和は８＋０＋８＋０＝１６ノッチであると判断する。次に、ＡＴＯノッチ指令から編成全体の必要な動力および推進制御装置２０からの動力判断結果の総和を比較する。編成全体の必要な動力と動力判断結果の総和は等しく、いずれも１６ノッチであり、列車情報管理装置１１は、編成全体を必要な動力で制御できていると判断する。

図８および図９は、電気車の制御装置１の動作の別の例を説明する図である。図８（ａ）示した予め定められた条件１は、稼働有無を判断するための条件である。列車１０が上り線を走行するか、下り線を走行するかで、稼働する推進制御装置２０が決められている。図８（ａ）では、列車１０が上り線を走行する場合は、推進制御装置２０－１および２０－３が稼働し、推進制御装置２０－２および２０－４は稼働しない。稼働有無を判断するための条件は、上り下り以外にも設定することは可能である。図８（ｂ）に示した予め定められた条件２は、動力を決定するための条件である。図８（ｂ）では、動力は１／２倍にするということが決められている。

先ほどの例と同様に図９を用いて、列車１０が上り線を走行する場合を説明する。端末装置３０は省略する。Ｓ２０１において、列車１０を走行させるために、自動列車運転装置１２からＡＴＯノッチ指令として、４ノッチ（Ｐ４）が出力される。列車情報管理装置１１は、編成として推進制御装置を４台搭載していることは予めわかっている。列車情報管理装置１１は、ＡＴＯノッチ指令（Ｐ４）から、編成全体としての動力は、（Ｐ４）×４＝１６ノッチが必要あると判断する。Ｓ２０２において、列車情報管理装置１１は、編成全体に必要な動力指令を推進制御装置全体に送る。各推進制御装置２０は図８の条件に基づいて、動力を決定する。例えば、推進制御装置２０－１の場合、列車１０が上り線を走行しているので図８（ａ）の条件から、稼働する推進制御装置であると判断する。次に、図８（ｂ）の条件から、動力は１／２倍であると判断する。推進制御装置２０－１は、列車情報管理装置１１からのＡＴＯノッチ指令と図８（ａ）の稼働有無を判断するための条件および図８（ｂ）の動力を決定するための条件から、自身の動力は、編成全体に必要な動力指令（１６）×稼働有無（１）×動力（１／２）＝８であると算出する。Ｓ２０３において、推進制御装置２０－１は、算出した結果を動力判断結果（Ｐ８）として、列車情報管理装置１１に送る。推進制御装置２０－２から２０－４についても同様に自身の動力を算出し、それぞれ算出した結果として、（Ｐ０）、（Ｐ８）、（Ｐ０）を列車情報管理装置１１に送る。

列車情報管理装置１１は、上述のように、編成全体としての動力は、ＡＴＯノッチ指令（Ｐ４）×４＝１６ノッチが必要あることはわかっている。また、推進制御装置２０－１から２０－４の動力判断結果より、実際に制御される動力を判断する。推進制御装置２０－１から２０－４の動力判断結果を合計し、編成全体の動力判断結果の総和は８＋０＋８＋０＝１６ノッチであると判断する。次に、ＡＴＯノッチ指令から編成全体の必要な動力および推進制御装置２０からの動力判断結果の総和を比較する。編成全体の必要な動力と動力判断結果の総和は等しく、いずれも１６ノッチであり、列車情報管理装置１１は、編成全体を必要な動力で制御できていると判断する。

上述のように、実施の形態にかかる電気車の制御装置１は、列車情報管理装置１１が推進制御装置ごとに稼働有無または動力を決定して送付しない。そのため、推進制御装置ごとに指令と応答の一致性を確認する必要はない。列車情報管理装置１１は、編成全体で必要な動力で制御できているかを監視するだけでよく、編成全体を制御するための処理負荷が軽減される。

上述のように、実施の形態にかかる電気車の制御装置１は、推進制御装置２０が予め定められた条件により自身の動力を決定する。そのため、列車情報管理装置１１の編成全体を制御するための処理負荷が軽減される。

実施の形態において、推進制御装置２０が記憶している条件は、編成全体で同じ条件とすることが好ましい。各推進制御装置が同じ条件に基づいて、動力を決定することで列車情報管理装置１１の編成全体を制御するための処理負荷が軽減される。

実施の形態において、列車１０を走行させるための指令は自動列車運転装置１２からの指令で説明したが、自動列車運転装置１２からの指令に限られない。例えば、運転士が操作するマスコンかの指令であってもよい。

実施の形態において、１つの推進制御装置２０が１台の動力車を制御する場合について説明したが、１つの推進制御装置２０が複数の動力車を推進する場合および複数の推進制御装置２０が１台の動力車を制御する場合にも本発明は適用可能である。

図１０は、列車情報管理装置１１および推進制御装置２０が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサ１０００およびメモリ１００１で構成される場合、列車情報管理装置１１および推進制御装置２０の処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１００１に格納される。処理回路では、メモリ１００１に記憶されたプログラムをプロセッサ１０００が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路は、列車情報管理装置１１および推進制御装置２０の処理が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ１００１を備える。また、これらのプログラムは、列車情報管理装置１１および推進制御装置２０の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。

本発明にかかる電気車の制御装置１は、車両駆動用の電動機を制御する複数の推進制御装置２０と編成全体として必要な動力を演算する列車情報管理装置１１とを備えた電気車の制御装置１であって、推進制御装置２０は、予め定められた条件に従って、動力を判断することにより、列車情報管理装置１１の処理負荷を軽減することができる。

本発明にかかる電気車の制御装置１は、列車情報管理装置１１が、推進制御装置２０が動力を判断するために必要な情報を運転指令に基づき作成し、推進制御装置２０に送ることにより、列車情報管理装置１１の処理負荷を軽減することができる。

本発明にかかる電気車の制御装置１は、推進制御装置２０が、動力を判断した稼働判断結果を列車情報管理装置１１に送ることにより、列車情報管理装置１１の処理負荷を軽減することができる。

本発明にかかる電気車の制御装置１は、列車情報管理装置１１が、運転指令および動力判断結果に基づき、編成全体として必要な動力で制御されることを監視することにより列車情報管理装置１１の処理負荷を軽減することができる。

本発明にかかる電気車の制御装置１は、予め定められた条件が、稼働有無を判断するための条件であることにより、列車情報管理装置１１の処理負荷を軽減することができる。

本発明にかかる電気車の制御装置１は、予め定められた条件が、動力を決定するための条件であることにより、列車情報管理装置１１の処理負荷を軽減することができる。

１ 電気車の制御装置
１０ 列車
１１ 列車情報管理装置
１２ 自動列車運転装置
２０，２０－１，２０－３，２０－３，２０－４ 推進制御装置
３０，３０－１，３０－３，３０－３，３０－４ 端末装置
４０ 非動力車
５０，５０－１，５０－３，５０－３，５０－４ 動力車
８０ 集電装置
９０ 架線
２０１ 通信部
２０２ 処理部
２０３ 記憶部
２０４ 電動機制御部
１０００ プロセッサ
１００１ メモリ

Claims (1)

1. ノッチ指令を生成する自動列車運転装置と、非動力車に搭載され、前記自動列車運転装置から前記ノッチ指令を受け取る列車情報管理装置と、複数台の動力車に夫々搭載され、車両駆動用の複数の電動機を制御する複数の推進制御装置とを備え、前記非動力車および前記複数台の動力車を含む列車を制御する電気車の制御装置であって、
   前記列車情報管理装置は、前記自動列車運転装置から取得したノッチ指令または前記ノッチ指令と編成台数によって計算した編成全体動力情報と、前記複数の推進制御装置が動力を判断するために必要な情報である第１情報とを前記複数の推進制御装置に送り、
   前記複数の推進制御装置の各々は、前記第１情報と自推進制御装置の稼働有無との対応を示す第１対応情報と、前記第１情報と自推進制御装置の動力を決定するための条件である第１動力条件との対応を示す第２対応情報とを記憶する記憶部と、前記列車情報管理装置から前記ノッチ指令または前記編成全体動力情報と、前記第１情報とを受信すると、受信した前記第１情報に対応する稼働有無を前記第１対応情報から取得し、取得した稼働有無が稼働有りである場合は、前記第１情報に対応する前記第１動力条件を前記第２対応情報から取得し、前記ノッチ指令または前記編成全体動力情報と、取得した前記稼働有無と、取得した前記第１動力条件と、に基づいて自推進制御装置の動力を計算し、計算した動力を第１動力として前記列車情報管理装置に送信する処理部と、を備え、
   前記列車情報管理装置は、前記編成全体動力情報と、前記複数の推進制御装置から受信した前記第１動力の総和から得られた全体動力とを比較し、比較結果に基づいて前記列車を必要な動力で制御できているかを監視する
   ことを特徴とする電気車の制御装置。

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