JP7313556B2 - 電気車制御装置、列車制御システム及び地上装置 - Google Patents

Description

本開示は、電動機で駆動される電気車の空転及び滑走（以下、「空転滑走」と呼ぶ）を抑制する制御を行う電気車制御装置、電気車制御装置を備えた列車制御システム、及び列車制御システムと連携する地上装置に関する。

電気車は、雨天時などにおいて、車輪の粘着係数が低下して空転滑走が生じる場合がある。電気車が空転滑走した場合、空転滑走を抑制するための制御が行われる。電動機で車輪に駆動力を付与しているときに粘着が失われた状態となるのが空転であり、車輪に制動力を付与しているときに粘着が失われる状態となるのが滑走である。空転滑走制御は、粘着が失われた状態を解消する制御である。

下記非特許文献１には、空転滑走制御に関する技術が記載されている。具体的に、非特許文献１に記載の空転滑走制御では、まず、速度偏差、基準軸速度、基準加速度及び各軸加速度に基づいて、各車軸に対応した車輪が空転状態か否かが判断される。速度偏差は、最大の車軸速度と最小の車軸速度との偏差である。そして、車輪が空転状態と判断された場合、誘導電動機を駆動するための出力電流指令値が絞り込まれる。出力電流指令値が絞り込まれると、誘導電動機のトルクが絞られる。これにより、空転滑走している車輪は再粘着する。

三菱電機技報 Ｖｏｌ．６６ Ｎｏ．４ ｐ１１４ １９９２年

従来の空転滑走制御は、上記のような動作となる。この空転滑走制御は、再粘着特性を改善したものであって、性能的には十分なものであり、多くの適用実績がある。

しかしながら、更なる再粘着特性の改善という観点から再粘着時の動作を見直すと、従来の空転滑走制御は、空転滑走を検知してから行われるため、空転滑走制御が発生してから解消するまでに時間を要するという課題がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、空転滑走制御が発生してから解消するまでの時間を短縮可能な電気車制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本開示に係る電気車制御装置は、電気車の車輪に生じ得る空転及び滑走を抑制する制御を行う空転滑走制御部を備える。空転滑走制御部は、空転滑走検知部及びトルク指令値生成部を備える。空転滑走検知部は、電気車を駆動する１台もしくは複数台の電動機の回転速度に基づいて、電気車に生じた空転又は滑走を検知する。トルク指令値生成部は、空転滑走検知部の出力に基づいて空転又は滑走を抑制するトルク指令値を生成する。トルク指令値生成部は、空転又は滑走の発生を予測した予測信号が入力された場合、空転滑走制御部が空転滑走制御を行っているか否かに関わらずトルク指令値の絞り込みを行う。

本開示に係る電気車制御装置によれば、空転滑走制御が発生してから解消するまでの時間を短縮できるという効果を奏する。

実施の形態１に係る電気車制御装置を含む電気車の構成を模式的に示す図 図１に記載した空転滑走制御部の構成を示すブロック図 図２に記載した空転滑走検知部の構成を示すブロック図 実施の形態１に係る空転滑走制御部２の空転時の再粘着制御における要部の動作波形を示すタイムチャート 実施の形態１におけるトルク指令値絞込部の動作説明に供する図 実施の形態１に係る空転滑走制御部の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図 実施の形態１に係る空転滑走制御部の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図 実施の形態２に係る列車制御システムの構成例を示す図 実施の形態２に係る列車制御システムの動作説明に供するフローチャート 実施の形態３に係る列車制御システムの動作説明に供する第１の図 実施の形態３に係る列車制御システムの動作説明に供する第２の図 実施の形態４に係る地上装置の構成例を示すブロック図 実施の形態４に係る地上装置の動作説明に供するフローチャート 実施の形態５に係る地上装置の構成例を示すブロック図 実施の形態５に係る地上装置の動作説明に供するフローチャート

以下に添付図面を参照し、本開示の実施の形態に係る電気車制御装置、列車制御システム及び地上装置について詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る電気車制御装置（以下、単に「制御装置」と表記）１を含む電気車１００の構成を模式的に示す図である。図１において、電気車１００は、電気車１００を駆動するための４台の電動機５Ａ～５Ｄを備える。制御装置１は、４台の電動機５Ａ～５Ｄを制御する。なお、１つの制御装置１が１台の電動機を制御する構成、もしくは１つの制御装置１が４台以外の複数台の電動機を制御する構成もあるが、図１は、代表的な構成例を示している。

電動機５Ａ～５Ｄは、それぞれ車輪６Ａ～６Ｄに連結される。電動機５Ａは車輪６Ａを駆動し、電動機５Ｂは車輪６Ｂを駆動し、電動機５Ｃは車輪６Ｃを駆動し、電動機５Ｄは車輪６Ｄを駆動する。車輪６Ａ～６Ｄの回転により、電気車１００は、車輪６Ａ～６Ｄとレール７との間で発生する摩擦力により推進力を得る。

実施の形態１に係る制御装置１は、電気車１００の車輪６Ａ～６Ｄに生じ得る空転及び滑走を抑制するための制御である空転滑走制御を行う。この機能を実現するため、制御装置１は、空転滑走制御部２と、ゲート指令生成部３と、電力変換器４とを備える。

図１において、空転滑走制御部２には、車輪６Ａ～６Ｄのそれぞれから、それぞれの回転速度を示す速度信号ｆｍ１～ｆｍ４が入力される。空転滑走制御部２は、入力された速度信号ｆｍ１～ｆｍ４に基づいて、電気車１００の空転及び滑走を解消するようにトルク制御を行う。速度信号ｆｍ１～ｆｍ４は、車輪６Ａ～６Ｄのそれぞれにおいて、図示しない車軸に取り付けられたセンサによって検出される。なお、速度信号ｆｍ１～ｆｍ４は、電動機５Ａ～５Ｄのそれぞれに流れる電流である主電動機電流を用いて演算により求められる主電動機速度を用いてもよい。

次に、制御装置１が実施する空転滑走制御における要部の構成及び動作について説明する。なお、以下の説明において、電動機５Ａ～５Ｄのそれぞれを個々に区別しない場合は、添字を省略して「電動機５」と表記し、車輪６Ａ～６Ｄのそれぞれを個々に区別しない場合は、添字を省略して「車輪６」と表記する。この表記は、添字を付して識別する下述の他の構成部にも適用する。また、以下では、代表的に空転の場合について説明するが、滑走の場合についても、同様に説明できることは言うまでもない。

空転滑走制御部２には、速度信号ｆｍ１～ｆｍ４に加え、トルク指令値Ｔｒと、予測信号Ｃｓと、列車速度Ｖｔとが入力される。トルク指令値Ｔｒは、非空転時のトルク指令値である。予測信号Ｃｓは、空転又は滑走の発生を予測した信号である。予測信号Ｃｓは、空転又は滑走が生起する可能性が高い地点を電気車１００が通過すると判断された場合に出力される。列車速度Ｖｔは、電気車１００を含む走行速度に関する情報である。予測信号Ｃｓ及び列車速度Ｖｔは、図１では図示しない上位制御装置から入力される。なお、予測信号Ｃｓ及び列車速度Ｖｔは、制御装置１に伝送される情報、及び制御装置１で生成又は演算される情報のうちの少なくとも１つを用いて、制御装置１の内部で生成してもよい。

空転滑走制御部２は、速度信号ｆｍ１～ｆｍ４、トルク指令値Ｔｒ、予測信号Ｃｓ及び列車速度Ｖｔに基づいて、トルク指令値Ｔｑを演算する。

ゲート指令生成部３には、空転滑走制御部２が生成したトルク指令値Ｔｑが入力される。ゲート指令生成部３は、トルク指令値Ｔｑに基づいてゲート指令Ｇを生成する。ゲート指令生成部３は、トルク演算部、電流指令値演算部、電圧指令値演算部などを含む概念である。これらの各部は、公知の技術を用いて構成することができる。

電力変換器４は、ゲート指令Ｇに基づいて制御され、電動機５を駆動するための駆動電力を生成する。電力変換器４によって生成された駆動電力は、１台もしくは複数台の電動機５に供給される。これにより、１台の電動機が駆動され、又は複数台の電動機５が一括駆動される。

図２は、図１に記載した空転滑走制御部２の構成を示すブロック図である。空転滑走制御部２は、図２に示すように、空転滑走検知部８と、トルク指令値生成部９とを備える。トルク指令値生成部９は、粘着状態推定器１０_１～１０_４と、トルク指令レベル設定器１１と、選択スイッチ１２と、一次遅れ系１３と、トルク指令値絞込部１４とを備える。

空転滑走検知部８は、車輪６の速度信号ｆｍ１～ｆｍ４と、非空転時のトルク指令値Ｔｒと、一次遅れ系１３によって生成された後述するトルク指令値Ｔｐに基づいて、各車輪６の粘着状態を判別する。

粘着状態推定器１０は、各車輪６の速度と基準速度との間の偏差である速度偏差ΔＶ１～ΔＶ４と、各車輪６の加速度と基準加速度との間の偏差である加速度偏差Δα１～Δα４とに基づいて、各車輪６の粘着状態を表わす係数ｇ１～ｇ４を出力する。基準速度は、一般的に各車輪６の速度の最小値が選ばれる。基準加速度は、基準速度に対応する車輪６における加速度である。なお、基準速度として、図１では図示しない上位制御装置から伝送される車両速度情報を用いてもよい。

トルク指令レベル設定器１１は、係数ｇ１～ｇ４と、非空転時のトルク指令値Ｔｒとに基づいて、トルク指令レベルＴａを以下の（１）式を用いて演算する。

Ｔａ＝Ｔｒ×（ｇ１＋ｇ２＋ｇ３＋ｇ４）／４ …（１）

選択スイッチ１２は、空転滑走検知部８から出力される制御信号ＣＳＷに基づいて、トルク指令レベルＴａ及び非空転時のトルク指令値Ｔｒのうちの何れかを選択する。選択スイッチ１２の出力は、トルク指令レベルＴｉとして一次遅れ系１３に入力される。

一次遅れ系１３は、時定数ｔｃの時素を有する制御器である。一次遅れ系１３は、選択スイッチ１２から出力されるトルク指令レベルＴｉに基づいて、トルク指令値Ｔｐを生成する。時定数ｔｃの値は、トルク指令レベルＴｉに基づいて変更される。具体的な実施例は、以下の通りである。なお、一次遅れ系１３は、ｔｓ＜ｔｌの関係にある２つの時定数ｔｓ，ｔｌが設定可能であるように構成されているものとする。

トルク指令値生成部９は、（ｍ－１）回目の制御時点におけるトルク指令レベルＴｉ（ｍ－１）と、ｍ回目の制御時点におけるトルク指令レベルＴｉ（ｍ）との大きさを比較する。トルク指令値生成部９は、Ｔｉ（ｍ）＜Ｔｉ（ｍ－１）のときには、相対的に値の小さい「ｔｓ」を時定数ｔｃとして設定する。一方、Ｔｉ（ｍ）≧Ｔｉ（ｍ－１）のときには、相対的に値の大きい「ｔｌ」を時定数ｔｃとして設定する。時定数ｔｃは、予測信号Ｃｓの入力によって切り替えることができる。

トルク指令値絞込部１４には、一次遅れ系１３が出力するトルク指令値Ｔｐに加え、前述した予測信号Ｃｓ及び列車速度Ｖｔが入力される。トルク指令値絞込部１４は、予測信号Ｃｓが入力されている場合にはトルク指令値Ｔｐの絞り込みを行う。トルク指令値Ｔｐを絞り込む際の絞り込み量は、列車速度Ｖｔに基づいて制御される。トルク指令値絞込部１４の出力は、トルク指令値Ｔｑとしてゲート指令生成部３に入力される。

一方、予測信号Ｃｓが入力されていない場合、トルク指令値絞込部１４は、トルク指令値Ｔｐの絞り込みを行わない。トルク指令値Ｔｐの絞り込みが行われない場合、一次遅れ系１３によって生成されたトルク指令値Ｔｐがトルク指令値Ｔｑとして出力される。

次に、空転滑走検知部８の動作について説明する。図３は、図２に記載した空転滑走検知部８の構成を示すブロック図である。

空転滑走検知部８は、図３に示すように、基準速度演算部２０と、高位優先論理部２１と、加速度演算部２２と、減算器２３_１～２３_４，２４，２８と、基準加速度演算部２５と、空転滑走検知信号生成部２６と、論理和回路２７と、再粘着制御状態判別器２９とを備える。

基準速度演算部２０は、速度信号ｆｍ１～ｆｍ４の中から最小の速度を選択し、その速度を基準速度Ｖｓとして出力する。なお、基準速度Ｖｓは、速度信号ｆｍ１～ｆｍ４の平均値でもよい。或いは、図示しない上位制御装置から伝送される車両速度情報でもよい。

高位優先論理部２１は、速度信号ｆｍ１～ｆｍ４の中から最大の速度を選択し、その速度を最大速度Ｖｍａｘとして出力する。加速度演算部２２は、速度信号ｆｍ１～ｆｍ４に基づいて、各車輪６の加速度α１～α４を演算する。減算器２３_１～２３_４のそれぞれは、速度信号ｆｍ１～ｆｍ４に基づいて、各車輪６の速度と基準速度Ｖｓとの間の速度偏差ΔＶ１～ΔＶ４を演算する。減算器２４は、最大速度Ｖｍａｘと基準速度Ｖｓとの間の速度偏差ΔＶを演算する。基準加速度演算部２５は、基準速度Ｖｓに基づいて基準加速度αｓを演算する。

空転滑走検知信号生成部２６は、速度偏差ΔＶと、基準加速度αｓと、加速度α１～α４とに基づいて、空転検知信号ＣＳＶ，ＣＳ１～ＣＳ４と、加速度偏差Δα１～Δα４とを生成して出力する。加速度偏差Δα１～Δα４は、加速度α１～α４と基準加速度αｓとの間の偏差である。空転検知信号ＣＳＶは、速度偏差ΔＶが設定値以上であるか否かを示す信号である。空転検知信号ＣＳ１～ＣＳ４は、それぞれ加速度偏差Δα１～Δα４が検知レベル以上であるか否かを表す信号である。速度偏差ΔＶが設定値以上である場合、空転検知信号ＣＳＶは、信号レベルが論理「１」に設定されて出力される。加速度偏差Δα１～Δα４が検知レベル以上である場合、空転検知信号ＣＳ１～ＣＳ４のそれぞれは、信号レベルが論理「１」に設定されて出力される。

空転検知信号ＣＳＶ，ＣＳ１～ＣＳ４は、論理和回路２７に入力される。論理和回路２７は、空転検知信号ＣＳＶ，ＣＳ１～ＣＳ４の論理和を演算し、その演算結果を制御信号ＣＳＷ１として出力する。

減算器２８は、非空転時のトルク指令値Ｔｒとトルク絞り込み前の指令値であるトルク指令値Ｔｐとの間のトルク偏差ΔＴを演算する。トルク偏差ΔＴ及び論理和回路２７から出力される制御信号ＣＳＷ１は、再粘着制御状態判別器２９に入力される。再粘着制御状態判別器２９は、トルク偏差ΔＴと制御信号ＣＳＷ１とに基づいて、再粘着制御状態を表わす制御信号ＣＳＷを生成して出力する。

次に、実施の形態１に係る空転滑走制御部２の動作について、図１から図３の図面に加え、更に図４及び図５の図面を参照して説明する。図４は、実施の形態１に係る空転滑走制御部２の空転時の再粘着制御における要部の動作波形を示すタイムチャートである。図５は、実施の形態１におけるトルク指令値絞込部１４の動作説明に供する図である。

図４の縦軸には、上段部から順に、各車輪６の速度Ｖｎ、各車輪６の加速度αｎ、加速度偏差Δαｎ、制御信号ＣＳＷ１，ＣＳＷ、係数ｇｎ、トルク指令レベルＴａ，Ｔｉ、トルク指令値Ｔｐ、及び時定数ｔｃの波形が示されている。添字の「ｎ」は、各車輪６のうちの何れか１つの車輪の要素であることを意味している。また、上段部から１段目及び２段目には、それぞれ基準速度Ｖｓ及び基準加速αｓの波形が破線で示されている。

なお、図４の動作波形は、４軸空転を想定したものである。時刻ｔ１から時刻ｔ２の間は、各車輪の粘着力が低下した粘着力低下期間である。また、時刻ｔ２以降は、粘着力が上昇して空転前の状態に復帰する動作に移行する。

時刻ｔ１で粘着力が低下すると、図４に示すように、空転滑走検知部８の加速度演算部２２で演算される加速度αｎは増加し始める。その後、加速度偏差Δαｎが検知レベル以上になるＡ点では、空転検知信号ＣＳ１～ＣＳ４が「１」になり、論理和回路２７から出力される制御信号ＣＳＷ１も「１」となる。そして、再粘着制御状態判別器２９から出力される制御信号ＣＳＷは、制御信号ＣＳＷ１が「１」になると同時に「１」になる。

Ａ点で空転が検知されると、制御信号ＣＳＷは「１」になるので、選択スイッチ１２の出力であるトルク指令レベルＴｉは、トルク指令値Ｔｒからトルク指令レベルＴａに変更される。また、一次遅れ系１３の時定数ｔｃは、「ｔｌ」から「ｔｓ」に変更される。これにより、トルク指令値Ｔｐは減少する。このとき、トルク指令値Ｔｐで運転される電動機５の発生トルクも減少する。従って、加速度偏差Δαｎも小さくなり、Ｂ点では、検知レベルより小さくなる。この時点で、制御信号ＣＳＷ１は「０」となる。

一般的に、検知レベルは、誤検知防止のため、「αｄ」よりも大きな値に設定される。このため、粘着状態推定器１０で演算される係数ｇｎは、Ｂ点を過ぎて、１より小さい設定値ｇｌとなるまで増加する。このとき、係数ｇｎが増加していれば、トルク指令レベルＴｉも増加しているので、一次遅れ系１３の時定数ｔｃは「ｔｌ」に設定されている。その後、係数ｇｎは、設定値ｇｌに保たれ、加速度偏差Δαｎが「αｕ」（αｕ＜αｄ）より小さくなるＤ点で、ｇｎ＝１.０に復帰する。この時点で、トルク指令レベルＴｉはトルク指令値Ｔｒに等しくなるので、トルク指令値Ｔｐは増加し続ける。

その後、加速度偏差ΔαｎがＥ点で「αｄ」に達すると、係数ｇｎはｇｌより小さい値となりトルク指令レベルＴｉも前回の制御時の値より小さな値になるので、時定数ｔｃは「ｔｓ」に設定される。そして、トルク指令値Ｔｐが減少し加速度偏差Δαｎは小さくなりＤ点に達し、係数ｇｎは「１.０」に復帰し、トルク指令値Ｔｐは増加する。

その後、時刻ｔ２で粘着力が増加するまで、上述のＤ点、Ｅ点の検知がくり返され、再粘着制御が行われる。一次遅れ系１３の時定数ｔｃは、図４の最下段部に示されるように設定される。時刻ｔ２で粘着力が増加すると、トルク指令値Ｔｐも増加し、空転滑走検知部８の減算器２８で演算されるトルク偏差ΔＴはゼロに近づく。再粘着制御状態判別器２９では、トルク偏差ΔＴが設定値より小さくなると、制御信号ＣＳＷは「０」となる。これにより、選択スイッチ１５から出力されるトルク指令レベルＴｉは、非空転時のトルク指令値Ｔｒに設定される。

トルク指令値絞込部１４が動作しない場合、トルク指令値絞込部１４からは、一次遅れ系１３によって生成されたトルク指令値Ｔｐがそのまま出力される。整理して説明すると、車輪６が空転せず、且つ予測信号Ｃｓが入力されていない場合、トルク指令値絞込部１４から出力されるトルク指令値Ｔｑは、非空転時のトルク指令値Ｔｒに等しくなる。一方、車輪６が空転し、且つ予測信号Ｃｓが入力されていない場合、トルク指令値絞込部１４からは、一次遅れ系１３によって生成されたトルク指令値Ｔｐが出力される。一次遅れ系１３の出力は、加速度偏差Δαｎが検知レベルより小さい範囲で変化するようにトルク指令値Ｔｐの値が制御される。このため、トルク指令値Ｔｐの変動幅を小さくできるので、空転が生起した場合の制御としては、充分な性能を有していると言える。その一方で、トルク指令値生成部９における粘着状態推定器１０から一次遅れ系１３までの処理は、空転を検知してからの処理となるため、空転制御が発生してから解消するまでに時間を要するという課題がある。この課題を解消するために、トルク指令値絞込部１４が設けられている。

図５には、レール７を走行する電気車１００が示されている。また、図５には、レール７のカーブ部位への進入口付近にレール塗油器４０が設置されている例が示されている。

レール塗油器は、レールの摩耗を防止するためにレールに塗油する機械である。レールの急カーブ区間では直線区間に比べて大きな横圧が発生し、レールと車輪との間に大きな摩擦が発生する。この摩擦は、車輪の摩耗の原因となる。このため、車輪とレールとの間の摩擦を抑制させるために、急カーブ区間ではレール塗油器が設置されることがある。なお、本明細書で言う「急カーブ区間」とは、カーブの曲率がある値以上の区間を意味する。

実施の形態１に係る電気車１００において、レール塗油器４０が設置されている位置の情報は、予め地点情報として上位制御装置に記憶されている。なお、地点情報は、制御装置１の内部に記憶されていてもよい。また、地点情報は、電気車１００に搭載されているモニタ装置、列車情報管理装置に記憶されていてもよい。また、地上装置から伝送される地点情報を電気車１００が受信する形態でもよい。

また、上記では、地点情報の例としてレール塗油器４０を説明したが、これに限定されない。分岐器もしくは転轍機が存在する場所、レール塗油器４０が設置されない急カーブ区間の進入位置などを地点情報として設定してもよい。

図４の説明に戻る。電気車１００が、地点情報として記憶された場所に近づくと、列車速度Ｖｔに加え、予測信号Ｃｓがトルク指令値生成部９に入力される。予測信号Ｃｓは、空転又は滑走の発生を予測した信号である。また、予測信号Ｃｓは、地点情報に関連付けられており、地点情報に示される地点を通過する前に出力される。予測信号Ｃｓが入力されると、トルク指令値絞込部１４は、トルク指令値Ｔｐの絞り込みを行う。前述したように、トルク指令値Ｔｐの絞り込み量は、列車速度Ｖｔに基づいて決定される。なお、列車速度Ｖｔ以外の他の制御要素を考慮して、トルクの絞り込み量を決定してもよい。他の制御要素の例は、レール７の曲率、降雨量、降雪量などである。

トルク指令値絞込部１４による制御は、空転滑走が生起する前に実施される。従って、実際に空転滑走が生起したときの過度なトルクの絞り込みを抑制することができる。これにより、電気車１００を含む列車に乗車している乗客の乗り心地を改善することが可能となる。また、トルク指令値絞込部１４による制御は、空転滑走を予測した制御であるため、空転滑走の発生回数を抑制することができる。空転滑走の発生回数を減らすことができるため、車輪６へのフラット発生などを抑制でき、フラットを修正するために行う車輪転削の回数を削減することが可能となる。そのため、車輪６の摩耗量を低減することが可能となる。

また、トルク指令値絞込部１４による制御を行う際に、空転滑走制御における制御パラメータの一部を変更するようにしてもよい。変更する制御パラメータの例は、空転又は滑走を検知する際の検知レベル、一次遅れ系１３における時定数ｔｃである。

トルク指令値絞込部１４を有していない制御系の場合、検知レベルを下げると誤検知が多くなり、電気車１００の円滑な運行の妨げになる。これに対し、トルク指令値絞込部１４を有する制御系の場合、空転滑走が生起し易い場所へ進入する際に、事前にトルク指令値の絞り込みを行うので、検知レベルを幾分下げる制御を併用することで、過度なトルク指令値の絞り込みを抑制することができる。これにより、粘着力低下期間の短縮が可能となる。なお、一次遅れ系１３における時定数ｔｃの制御を行っても、同様の効果が得られる。

以上説明したように、実施の形態１に係る電気車制御装置によれば、トルク指令値生成部は、空転又は滑走の発生を予測した予測信号が入力された場合、空転滑走制御部が空転滑走制御を行っているか否かに関わらずトルク指令値の絞り込みを行う。これにより、空転滑走制御が発生してから解消するまでの時間を従来よりも短縮することが可能となる。

なお、トルク指令値の絞り込みを行う際には、空転滑走制御における制御パラメータの一部を変更する制御を併用してもよい。このようにすれば、過度な絞り込みを抑制しつつ、粘着力低下期間の短縮が可能となる。

次に、実施の形態１に係る空転滑走制御部２の機能を実現するためのハードウェア構成について、図６及び図７の図面を参照して説明する。図６は、実施の形態１に係る空転滑走制御部２の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図７は、実施の形態１に係る空転滑走制御部２の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図である。

実施の形態１に係る空転滑走制御部２の機能の一部又は全部を実現する場合には、図６に示されるように、演算を行うプロセッサ５００、プロセッサ５００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ５０２、及び信号の入出力を行うインタフェース５０４を含む構成とすることができる。

プロセッサ５００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）といった演算手段であってもよい。また、メモリ５０２には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）といった不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｃ）を例示することができる。

メモリ５０２には、実施の形態１に係る空転滑走制御部２の機能を実行するプログラムが格納されている。プロセッサ５００は、インタフェース５０４を介して必要な情報を授受し、メモリ５０２に格納されたプログラムをプロセッサ５００が実行し、メモリ５０２に格納されたテーブルをプロセッサ５００が参照することにより、上述した処理を行うことができる。プロセッサ５００による演算結果及び地点情報は、メモリ５０２に記憶することができる。

また、実施の形態１に係る空転滑走制御部２の機能の一部を実現する場合には、図７に示す処理回路５０３を用いることもできる。処理回路５０３は、単一回路、複合回路、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。処理回路５０３に入力する情報、及び処理回路５０３から出力する情報は、インタフェース５０４を介して入手することができる。

なお、空転滑走制御部２における一部の処理を処理回路５０３で実施し、処理回路５０３で実施しない処理をプロセッサ５００及びメモリ５０２で実施してもよい。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る列車制御システム１５０の構成例を示す図である。図８には、１両の指令車（以下、「Ｔｃ車」と表記）１０１と、３両の電動車（以下、「Ｍ車」と表記）１０２_１～１０２_３と、３両の付随車（以下、「Ｔ車」と表記）１０３_１～１０３_３とを有して編成される列車１６０が示されている。

Ｔｃ車は、図示しない運転台が搭載される車両である。Ｍ車は、電動機が搭載される車両である。Ｔ車は、運転台及び電動機が搭載されない車両である。列車は、電動機が搭載されるＭ車によって推進力が付与される。

Ｔｃ車１０１には、列車制御装置５０と、列車情報管理装置５２とが搭載されている。Ｍ車１０２_１～１０２_３には、実施の形態１で説明した制御装置１が搭載されている。即ち、制御装置１は、Ｍ車１０２_１～１０２_３の各々に搭載されている。

列車情報管理装置５２は、列車内で伝送される列車情報を管理する装置である。列車制御装置５０は、実施の形態１で説明した予測信号Ｃｓを生成して制御装置１に出力する装置である。予測信号Ｃｓは、伝送線５４を通じてＭ車１０２_１～１０２_３の各々の制御装置１に伝送される。なお、列車制御装置５０は、列車情報管理装置５２の内部に構成されていてもよい。この構成の場合、列車情報管理装置５２は、実施の形態２に係る列車制御装置５０として動作する。

次に、実施の形態２に係る列車制御システム１５０の動作について、図８及び図９を参照して説明する。図９は、実施の形態２に係る列車制御システム１５０の動作説明に供するフローチャートである。

列車制御装置５０は、地点情報に基づいて空転又は滑走の発生を予測した予測信号Ｃｓを生成する（ステップＳ１）。列車制御装置５０は、生成した予測信号ＣｓをＭ車１０２_１～１０２_３の各々の制御装置１に出力する（ステップＳ２）。各々の制御装置１は、予測信号Ｃｓが入力された場合、自車において空転滑走制御を行っているか否かに関わらずトルク指令値の絞り込みを行う（ステップＳ３）。

以上のように、実施の形態２におけるトルク指令値の絞り込みは、制御装置を統括する列車制御装置からの予測信号Ｃｓによって行われる。このため、制御装置がトルクの絞り込みを行う時刻を同期させることができるので、絞り込み後のトルク指令値のばらつきを小さく抑えることができる。これにより、実施の形態１の効果に加え、列車に乗車する乗客の乗り心地に与える影響を小さくすることが可能となる。

なお、実施の形態１と同様に、トルク指令値の絞り込みを行う際には、空転滑走制御における制御パラメータの一部を変更する制御を併用してもよい。このようにすれば、列車全体において、過度な絞り込みが抑制されるので、列車における粘着力低下期間の短縮が可能となる。

実施の形態３．
実施の形態２では、地点情報に基づいて生成した予測信号を列車制御装置５０が各々の制御装置１に出力する実施の形態について説明した。実施の形態３では、進行方向の最前方の制御装置１が判断して、後続の制御装置１に予測信号を伝送する実施の形態について説明する。なお、実施の形態３に係る列車制御システムの構成は、実施の形態２と同様である。

次に、実施の形態３に係る列車制御システム１５０の動作について、図１０及び図１１の図面を参照して説明する。図１０は、実施の形態３に係る列車制御システム１５０の動作説明に供する第１の図である。図１１は、実施の形態３に係る列車制御システム１５０の動作説明に供する第２の図である。

図１０には、図８に示した列車１６０が紙面の左方向に走行する様子が示されている。図１０では、左側から順に、１号車、２号車、３号車、４号車、５号車とされ、６号車及び７号車は省略されている。図１０において、２号車及び４号車は電動機が搭載されるＭ車である。また、図１０の上段部には、走行する列車１６０の２号車が路面状況の変化地点６０を通過する様子が示されている。図１０の下段部には、時間経過と共に列車１６０の４号車が路面状況の変化地点６０を通過しようとする様子が示されている。

２号車に搭載される制御装置１は、路面状況の変化地点６０を通過する際に、空転滑走を検知する。空転滑走を検知した２号車の制御装置１は、実施の形態１で説明した空転滑走制御を行うと共に、予測信号を生成して後続の制御装置１に伝送する。予測信号の伝送は、号車を指定して行われる。列車の編成におけるＭ車の位置情報は、列車情報管理装置５２が管理しており、列車制御装置５０を介して取得することができる。図１０の編成の場合、２号車の制御装置１は、４号車の制御装置１に宛てて予測信号を伝送する。

予測信号を受信した４号車の制御装置１は、空転滑走制御を行っているか否かに関わらず、実施の形態１で説明したトルク指令値の絞り込みを行う。図１１には、トルクの絞り込みが時間を追って号車間を遷移する状況が示されている。列車１６０の編成の場合、４号車の次は７号車の制御装置１によってトルクの絞り込みが行われる。

なお、上記の例では、号車を指定して予測信号を伝送しているが、これに限定されない。号車を指定しないで、後続の全ての制御装置１に予測信号を伝送してもよい。この例の場合、各々の制御装置１において、トルクを絞り込むタイミングは、列車速度Ｖｔの情報を用いて判断することができる。

以上説明したように、実施の形態３に係る列車制御システムによれば、列車編成の先頭に位置する制御装置は、空転滑走を検知した場合、空転又は滑走の発生を予測した予測信号を生成し、後続の制御装置に予測信号を伝送する。予測信号を受信した制御装置は、空転滑走制御を行っているか否かに関わらずトルク指令値の絞り込みを行う。これらの制御により、列車における電動車においては、トルク指令値の絞り込みが時間を追って号車間を遷移していくので、列車全体から見て、過度なトルク指令値の絞り込みが回避される。これにより、列車全体において、粘着力低下期間の短縮が可能となる。また、予測できない路面状況の変化に適応した空転滑走制御が可能となる。

実施の形態４．
実施の形態４では、空転滑走制御を行う列車制御システムと連携する地上装置について説明する。図１２は、実施の形態４に係る地上装置２００の構成例を示すブロック図である。

実施の形態１では、予め空転滑走が生起し易い場所へ進入する際に、事前にトルク指令値の絞り込みを行うことで、粘着力の低下期間を短縮できることについて説明した。また、トルク指令値の絞り込みを行う際に、空転滑走制御における制御パラメータの一部を変更する制御を併用することで、トルク指令値の過度な絞り込みを抑制できることについて説明した。

一方、レールの状況は、時間の経過とともに変化する。例えば、レール塗油器によって塗油された直後のレールは、空転滑走が生起し易い状態となっているが、時間の経過と共に空転滑走が生起しにくい状態となる。空転滑走が生起しにくい状態のときに空転滑走が生起し易い状態と同じパラメータで制御を行うと、必要以上にトルクを絞りこんでしまう。このため、空転滑走度合いに応じてトルクの絞り込み量を変更することがより好ましい実施の形態となる。この機能を実現するため、地上装置２００は、受信部２０１と、記憶部２０２と、演算部２０３と、送信部２０４とを備える。

次に、実施の形態４に係る地上装置２００の動作について、図１２及び図１３の図面を参照して説明する。図１３は、実施の形態４に係る地上装置２００の動作説明に供するフローチャートである。なお、地上装置２００と連携する列車制御システムの例は、図８に示す列車制御システム１５０とする。

受信部２０１は、各列車の列車制御システム１５０から空転滑走情報及び地点情報を受信する（ステップＳ１１）。空転滑走情報には、「空転滑走度合い」が含まれている。空転滑走度合いは、空転又は滑走の程度に関する情報である。地点情報は、空転又は滑走が生じた地点の情報である。

記憶部２０２は、空転滑走情報及び地点情報を記憶する（ステップＳ１２）。空転滑走情報を記憶する際、記憶部２０２は、空転滑走度合いと地点情報とを関連付け、且つ、これらの情報を列車ごと、即ち各列車に対応させて記憶する。また、空転滑走度合いは、場所の関数であるのと共に時間の関数でもある。例えば、レール塗油器によって塗油された直後のレールは空転滑走度合いが大きく、時間経過とともに滑走度合いは小さくなる。このため、記憶部２０２は、空転滑走度合いを時間の関数として記憶する。なお、空転滑走度合いは、走行している列車が空転又は滑走している割合から算出されたものでもよい。また、空転滑走度合いは、車庫において、車輪を点検した際の車輪の損傷度合いから算出されたものでもよい。

演算部２０３は、各列車の空転滑走度合いに基づいて制御パラメータを決定する（ステップＳ１３）。ここで言う制御パラメータは、実施の形態１で説明した制御パラメータである。送信部２０４は、各列車の列車制御システム１５０へ制御パラメータ及び地点情報を送信する（ステップＳ１４）。制御パラメータは、地点情報に関連付けられている。各列車の列車制御システム１５０は、地上装置２００から送信された制御パラメータ及び地点情報に基づいて自列車の空転滑走を制御する。

以上説明したように、実施の形態４に係る地上装置は、空転滑走度合い及び地点情報に基づいて、空転滑走制御における地点情報ごとの制御パラメータを決定して各列車の列車制御システムに送信する。これにより、各列車の列車制御システムでは、適切な制御パラメータに基づいて空転滑走制御が行われる。このため、各列車は、適切な空転滑走制御を実施することができるので、空転滑走制御が発生してから解消するまでの時間を短縮することができる。

また、実施の形態４に係る地上装置は、空転滑走度合いを時間の関数として記憶する。従って、地上装置は、空転滑走の生起し易さを考慮した制御パラメータを各列車の列車制御システムに送信することができる。これにより、列車においては、不必要なトルクの絞り込みが抑制されるので、列車の運行ダイヤへの影響を小さくすることが可能となる。

実施の形態５．
実施の形態４では、空転滑走制御を行う列車制御システムと連携する地上装置について説明した。実施の形態５では、電動車の検査又は修理の計画である検修計画の策定に活用できる地上装置について説明する。

図１４は、実施の形態５に係る地上装置２００Ａの構成例を示すブロック図である。地上装置２００Ａは、受信部２０１と、記憶部２０２と、演算部２０３Ａと、出力部２０５とを備える。

実施の形態５に係る地上装置２００の動作について、図１４及び図１５の図面を参照して説明する。図１５は、実施の形態５に係る地上装置２００Ａの動作説明に供するフローチャートである。なお、地上装置２００と連携する列車制御システムの例は、図８に示す列車制御システム１５０とする。

受信部２０１は、各列車の列車制御システム１５０から空転滑走情報及び地点情報を受信する（ステップＳ２１）。空転滑走情報には、空転滑走の回数である空転滑走回数と、空転又は滑走の程度に関する空転滑走度合いとが含まれている。地点情報は、空転又は滑走が生じた地点の情報である。なお、空転滑走度合いは、走行している列車が空転又は滑走している割合から算出されたものでもよい。また、空転滑走度合いは、車庫において、車輪を点検した際の車輪の損傷度合いから算出されたものでもよい。

記憶部２０２は、空転滑走情報及び地点情報を記憶する（ステップＳ２２）。空転滑走情報を記憶する際、記憶部２０２は、空転滑走回数及び空転滑走度合いと地点情報とを関連付け、且つ、これらを列車ごと、即ち各列車に対応させて記憶する。

演算部２０３Ａは、列車ごとに空転滑走履歴を管理し、空転滑走回数に基づいて、検修時期を決定する（ステップＳ２３）。出力部２０５は、検修基地へ空転滑走履歴情報を出力する（ステップＳ２４）。検修基地は、列車の検修作業を行う基地である。

検修時期の決定について補足する。地上装置２００Ａは、ある一定期間の空転滑走回数をカウントして滑走履歴として管理する。例えば、空転滑走回数が閾値以下の回数であれば、電動車の車輪について、次回の定期検査項目から外すといった処置がとれる。また、空転滑走回数によって、次回の検査時期を決定することができる。例えば、空転滑走回数が５回であれば１か月後に点検を実施し、空転滑走回数が３回であれば２か月後に点検を実施するといった処置がとれる。

以上説明したように、実施の形態５に係る地上装置は、空転滑走回数に基づいて、電動車の車輪の検修時期を決定して出力する。これにより、電動車の車輪についての検修計画の策定に資することができる。各列車は、地上装置を活用して策定された検修計画を用いて検修作業が行われるので、車輪の修繕回数及び交換回数を減らすことができる。これにより、検修作業の効率化、省人化、省力化を図ることが可能となる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 制御装置、２ 空転滑走制御部、３ ゲート指令生成部、４ 電力変換器、５，５Ａ～５Ｄ 電動機、６，６Ａ～６Ｄ 車輪、７ レール、８ 空転滑走検知部、９ トルク指令値生成部、１０，１０_１～１０_４ 粘着状態推定器、１１ トルク指令レベル設定器、１２，１５ 選択スイッチ、１３ 一次遅れ系、１４ トルク指令値絞込部、２０ 基準速度演算部、２１ 高位優先論理部、２２ 加速度演算部、２３_１～２３_４，２４，２８ 減算器、２５ 基準加速度演算部、２６ 空転滑走検知信号生成部、２７ 論理和回路、２９ 再粘着制御状態判別器、４０ レール塗油器、５０ 列車制御装置、５２ 列車情報管理装置、５４ 伝送線、６０ 路面状況の変化地点、１００ 電気車、１０１ 指令車（Ｔｃ車）、１０２_１～１０２_３ 電動車（Ｍ車）、１０３_１～１０３_３ 付随車（Ｔ車）、１５０ 列車制御システム、１６０ 列車、２００，２００Ａ 地上装置、２０１ 受信部、２０２ 記憶部、２０３，２０３Ａ 演算部、２０４ 送信部、２０５ 出力部、５００ プロセッサ、５０２ メモリ、５０３ 処理回路、５０４ インタフェース。

Claims (11)

1. 電気車の車輪に生じ得る空転及び滑走を抑制する制御を行う空転滑走制御部を備えた電気車制御装置において、
   前記空転滑走制御部は、
   前記電気車を駆動する１台もしくは複数台の電動機の回転速度に基づいて、前記電気車に生じた空転又は滑走を検知する空転滑走検知部と、
   前記空転滑走検知部の出力に基づいて前記空転又は滑走を抑制するトルク指令値を生成すると共に、空転又は滑走の発生を予測した予測信号が入力された場合、前記空転滑走制御部が空転滑走制御を行っているか否かに関わらず前記トルク指令値の絞り込みを行うトルク指令値生成部と、
   を備え、
   前記空転滑走制御部は、
   前記トルク指令値の絞り込みを行う際に、前記空転滑走制御における制御パラメータの一部を変更する
   ことを特徴とする電気車制御装置。
2. 変更する前記制御パラメータは、空転又は滑走を検知する際の検知レベルである
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
3. 変更する前記制御パラメータは、前記トルク指令値の絞り込みを行う際の時定数である
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。
4. 前記予測信号は、地点情報に関連付けられており、
   前記地点情報に示される地点を通過する前に前記トルク指令値の絞り込みを行う
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の電気車制御装置。
5. 前記地点情報には、レール塗油器もしくは分岐器が設置されている位置の情報、又は曲率がある値以上のカーブの進入位置の情報が含まれる
   ことを特徴とする請求項４に記載の電気車制御装置。
6. 推進力を付与する複数の電動車を有して編成される列車に生じ得る空転及び滑走を抑制する空転滑走制御を行う列車制御システムであって、
   前記電動車ごとに備えられ、各々が前記電動車に生じた空転又は滑走を検知して前記電動車の空転滑走制御を行う複数の制御装置と、
   空転又は滑走の発生を予測した予測信号を生成して前記制御装置に出力する列車制御装置と、
   を備え、
   各々の前記制御装置は、前記予測信号が入力された場合、前記空転滑走制御を行っているか否かに関わらずトルク指令値の絞り込みを行うと共に、前記トルク指令値の絞り込みを行う際に、前記空転滑走制御における制御パラメータの一部を変更する
   ことを特徴とする列車制御システム。
7. 前記予測信号は、地点情報に関連付けられており、
   前記地点情報に示される地点を通過する前に前記トルク指令値の絞り込みが行われる
   ことを特徴とする請求項６に記載の列車制御システム。
8. 複数の電動車を有して編成される列車に生じ得る空転及び滑走を抑制する空転滑走制御を行う列車制御システムであって、
   前記電動車ごとに備えられ、各々が前記電動車に生じた空転又は滑走を検知して前記電動車の空転滑走制御を行う複数の制御装置と、
   前記列車の編成における前記電動車の位置情報を前記制御装置に伝送する列車制御装置と、
   を備え、
   前記編成の先頭に位置する前記制御装置は、空転又は滑走を検知した場合、空転又は滑走の発生を予測した予測信号を生成し、後続の前記制御装置に前記予測信号を伝送し、
   前記予測信号を受信した前記制御装置は、前記空転滑走制御を行っているか否かに関わらずトルク指令値の絞り込みを行うと共に、前記トルク指令値の絞り込みを行う際に、前記空転滑走制御における制御パラメータの一部を変更する
   ことを特徴とする列車制御システム。
9. 請求項６から８の何れか１項に記載の列車制御システムと連携する地上装置であって、
   前記列車に生じた空転又は滑走の程度に関する情報である空転滑走度合いと、前記空転又は滑走が生じた地点の情報である地点情報とを前記列車制御システムから受信する受信部と、
   受信した前記空転滑走度合いと前記地点情報とを関連付けて記憶する記憶部と、
   前記記憶部に記憶された情報に基づいて、前記空転滑走制御における前記地点情報ごとの制御パラメータを決定する演算部と、
   前記地点情報に関連付けられた前記制御パラメータを前記列車制御システムに送信する送信部と、
   を備えたことを特徴とする地上装置。
10. 前記地点情報には、レール塗油器もしくは分岐器が設置されている位置の情報、又は曲率がある値以上のカーブの進入位置の情報が含まれる
    ことを特徴とする請求項９に記載の地上装置。
11. 請求項６から８の何れか１項に記載の列車制御システムと連携する地上装置であって、
    前記列車に生じた空転及び滑走の回数に関する情報である空転滑走回数を前記列車制御システムから受信する受信部と、
    受信した前記空転滑走回数を記憶する記憶部と、
    前記記憶部に記憶された情報に基づいて、前記電動車の車輪の検修時期を決定する演算部と、
    前記検修時期の情報を含む空転滑走履歴情報を出力する出力部と、
    を備えたことを特徴とする地上装置。

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