JP7491061B2 - 鉄道車両用ドアの開閉制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用ドアの開閉制御装置に関し、詳しくは、ドアの開閉動作時間を設計値に維持するための制御技術に関する。

図４は、特許文献１に記載された鉄道車両用ドアの開閉装置を示すブロック図である。
同図において、１０は鉄道車両に設置されているドア部、１１は開閉動作するドア、１２はレール、１３，１４は戸車、１５は継手である。
また、２０はドア１１を駆動するリニア同期モータであり、永久磁石からなる固定子２１と、ドア部１０の継手１５に連結されてドア１１を直線的に移動させるための可動子コイル２２と、二相のパルスを計数して可動子コイル２２の速度を検出し、かつ、固定子２１の磁極と可動子コイル２２との相対的な位置関係（磁極位置）を検出する検出手段としてのセンサ２３と、を備えている。

更に、３０は可動子コイル２２に電力を供給するための制御回路である。
この制御回路３０において、状態監視制御回路３１は、センサ２３の出力信号と速度設定値３２ａと推力設定値３４ａとに基づいて速度切替指令３１ａ、演算切替指令３１ｂ、制限値切替指令３１ｃを出力する。設定値演算回路３２は、乗務員からの指令と速度切替指令３１ａとに基づいてリニア同期モータ２０に対する所定の速度設定値３２ａを演算する。
速度調節器３３は、演算切替指令３１ｂに基づいて、速度設定値３２ａとセンサ２３からの速度検出値との偏差をなくすように比例積分演算または比例演算を行ってリニア同期モータ２０の推力指令値を演算する。

制限値切替器３４は、上記の推力指令値を、制限値切替指令３１ｃにより切り替えられる制限値以下に制限し、これを推力設定値３４ａとして出力する。
信号変換器３５は、推力設定値３４ａを位置検出値に基づいて可動子コイル２２の各相の電流設定値に変換する。
電流調節器３７は、上記の電流設定値と電流検出器３６による電流検出値との偏差をなくすように動作して各相の駆動信号を生成する。
電力変換器３８はインバータ等によって構成されており、上記駆動信号に応じて半導体スイッチング素子をオン・オフさせることにより、直流電圧を所定の交流電圧に変換して可動子コイル２２に供給する。

上記従来技術によれば、センサ２３による速度検出値、位置検出値を状態監視制御回路３１が監視してドア１１の現在位置を管理しながら、所定の速度指令パターンに従ってリニア同期モータ２０の速度制御、推力制御を行うことにより、ドア１１の円滑な開閉動作を可能にしている。

また、特許文献２には、モータに与える電圧指令値または速度指令値の基準制御パターンを電源電圧検出値に応じて補正することにより、電源電圧が変動した場合でも車両用ドアを安定的に駆動可能とした車両用ドア開閉制御装置が知られている。
更に、特許文献３には、電車の運行時刻やプラットホームドアの位置、プラットホームの混雑状況等に応じて選択した適切な速度指令パターンに従ってドアを開閉制御するプラットホームドア装置が記載されている。

特開平１０－１２９４７４号公報（図１等） 国際公開第２０１５／０４５９５３号（図２等） 特開２００７－３０７８１号公報（図３，図４等）

前述した特許文献１に記載された従来技術では、ドア１１を加速して開閉動作する場合に、ドア１１を支持する戸車１３，１４の破損や、各部材の製造時または実装時の誤差あるいは満員乗車時にドア１１に加わる圧力やレール１２の歪み等により、ドア１１が移動する際の摩擦抵抗が増大して加速度が不足し、加速時間の増加によって開閉動作に要する時間が設計値より長くなるという問題があった。

また、特許文献２に記載された従来技術は、基準制御パターンを補正したパターンを用いて車両用ドアを速度制御し、特許文献３に記載された従来技術は、複数種類の中から選択した速度指令パターンに従ってホームドアを開閉制御するものである。
しかし、これらの従来技術は、ドアの摩擦抵抗等により加速不足となった場合の開閉動作時間の長期化を防止し得るものではない。

そこで、本発明の解決課題は、摩擦抵抗等によってドアの開閉動作時間が設計値より長くなるのを防ぎ、鉄道の円滑な運行を可能にした鉄道車両用ドアの開閉制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、
鉄道車両用のドアを駆動するためのモータと、前記ドアの速度及び位置を検出する検出手段と、前記検出手段による検出値及び所定の設定値に基づいて生成された速度指令パターンに従って電力変換器を制御することにより前記モータを可変速制御する制御回路と、を備えた鉄道車両用ドアの開閉制御装置において、
前記制御回路は、
前記速度指令パターンとして予め設定された速度基準パターンを補正して速度補償パターンを生成する補償パターン演算部を備え、
前記補償パターン演算部は、
前記速度基準パターンに基づく所定の速度及び加速度を前記モータに与えて開動作または閉動作する前記ドアの実際の加速度が、前記速度基準パターンにおける前記ドアの加速度より不足する場合に、前記ドアの開動作時間または閉動作時間が前記速度基準パターンにおける各動作時間の設計値にそれぞれ等しくなるように、前記速度基準パターンの速度指令を補正して前記速度補償パターンを生成することを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載した鉄道車両用ドアの開閉制御装置において、前記速度補償パターンが、前記速度基準パターンにおける前記ドアの減速度を緩慢にした第１の速度補償パターンであることを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１に記載した鉄道車両用ドアの開閉制御装置において、前記速度補償パターンが、前記速度基準パターンにおける前記ドアの高速時速度の時間を延長した第２の速度補償パターンであることを特徴とする。

請求項４に係る発明は、請求項２に記載した鉄道車両用ドアの開閉制御装置において、前記ドアの減速度を緩慢にして得られる前記ドアの移動量が前記ドアの加速不足によって不足した前記ドアの移動量と等しくなるように、前記第１の速度補償パターンを生成することを特徴とする。

請求項５に係る発明は、請求項３に記載した鉄道車両用ドアの開閉制御装置において、前記ドアの高速時速度の時間を延長して得られる前記ドアの移動量が前記ドアの加速不足によって不足した前記ドアの移動量と等しくなるように、前記第２の速度補償パターンを生成することを特徴とする。

本発明によれば、様々な原因によってドアの摩擦抵抗が大きくなり、開閉動作時の加速度が予め設定された値に満たない場合でも、ドアの減速度を適切に補正することで開閉動作時間を設計値通りに維持することができる。これにより、ドアの開閉動作の遅延を防いで鉄道の円滑な運行に寄与することができる。

本発明の実施形態に係る鉄道車両用ドアの開閉制御装置を示すブロック図である。 図１における補償パターン演算部の機能を示す図である。 本発明の実施形態の動作を示すフローチャートである。 特許文献１に記載された従来技術を示すブロック図である。

以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、この実施形態に係る鉄道車両用ドアの開閉制御装置を示すブロック図であり、図４と同一の部分については同一の参照符号を付してある。以下では、図４と異なる部分を中心に説明する。

図１に示す制御回路３０Ａにおいて、設定値演算回路３２と速度調節器３３との間には補償パターン演算部３９が設けられており、この補償パターン演算部３９には、リニア同期モータ２０内のセンサ２３により検出した速度検出値が入力されている。

図２は、補償パターン演算部３９の機能を示している。
図２において、速度基準パターン３９Ａは、上段の速度パターン（縦軸は速度Ｖ）とこれに対応する下段の推力パターン（縦軸は推力（またはトルク）Ｔ）とからなっている。
上段の速度パターンは設定値演算回路３２から出力される各種パラメータを用いて予め作成されるものであり、ドア１１の速度が増加していく加速運転部分（加速度α、加速時間ｔ_１）、増加した速度を維持する高速運転部分（高速時速度Ｖ_Ｈ、高速時間ｔ_２）、ドア１１の速度が減少していく減速運転部分（減速度β、減速時間ｔ_３）、減少した速度を維持する低速運転部分（低速時速度Ｖ_Ｌ、低速時間ｔ_４）、及び、その後に惰性によって停止するまでの部分、からなる。ここで、α＝Ｖ_Ｈ／ｔ_１、β＝（Ｖ_Ｈ－Ｖ_Ｌ）／ｔ_３である。
また、ＯＴは設計値として与えられた開動作または閉動作の動作時間、Ｄは高速から減速して低速へ切り替えるための切替時刻、Ｓはドア１１の移動ストロークに相当する時刻（上記動作時間ＯＴに相当する時刻）、１０１，１０２は推力制限値である。

図２の加速不足検知手段３９Ｂは、速度基準パターン３９Ａの高速時速度Ｖ_Ｈ及び加速度αと、センサ２３による速度検出値ｖと、ドア１１の開動作または閉動作開始からの経過時間ｔとに基づいて、ドア１１の加速不足を検出する。この加速不足は、前述した如く、戸車１３，１４の破損や、各部材の製造時または実装時の誤差、ドア１１への圧力やレール１２の歪み等に起因して、ドア１１が移動する際の摩擦抵抗が増大することによるものである。

図３（ａ）はドア１１の加速不足を検出するフローであり、加速度演算値（ｖ／ｔ）が予め設定された加速度αより小さい場合は（ステップＳ１ ＹＥＳ）、加速不足と判定してΔｔ_１＝Ｖ_Ｈ／α－ｔ_１を演算し（Ｓ２）、加速度演算値（ｖ／ｔ）が加速度α以上である場合には（Ｓ１ ＮＯ）、Δｔ_１＝０として終了する（Ｓ３）。上記のΔｔ_１は、加速不足を取り戻すための加速延長時間であり、ドア１１の速度を０から高速時速度Ｖ_Ｈに到達させるために本来の加速時間ｔ_１より余計に必要となる時間である。

加速不足検知手段３９Ｂから出力されたΔｔ_１は、図２に示す如く補償パターン演算手段３９Ｃに入力される。この補償パターン演算手段３９Ｃには、速度基準パターン３９Ａにおける高速時速度Ｖ_Ｈ、低速時速度Ｖ_Ｌ、減速時間ｔ_３、低速時間ｔ_４、及び高速低速切替時刻Ｄも入力されている。

補償パターン演算手段３９Ｃでは、図３（ａ）におけるステップＳ１によって加速不足を検知すると図３（ｂ）のフローを実行し、設計値である開閉動作時間ＯＴを維持できるように、速度基準パターン３９Ａを補正して第１の速度補償パターン３９Ｄ_１または第２の速度補償パターン３９Ｄ_２を生成し、速度調節器３３に出力する。
ここで、第１の速度補償パターン３９Ｄ_１は、加速が不足した分だけ減速度βをβ’に緩めると共に高速低速切替時刻Ｄを速度基準パターン３９Ａのまま維持するパターンであり、第２の速度補償パターン３９Ｄ_２は、加速が不足した分だけ高速低速切替時刻Ｄを遅らせてＤ’にずらすと共に減速度βを速度基準パターン３９Ａのまま維持するパターンである。

第１または第２の速度補償パターン３９Ｄ_１，３９Ｄ_２を生成する具体的手順は、図３（ｂ）に示す通りである。
まず、Δｔ_３＝Ｖ_Ｈ／（Ｖ_Ｈ－Ｖ_Ｌ）×Δｔ_１を演算する（ステップＳ１１）。このΔｔ_３は、図２の速度補償パターン３９Ｄ_１に示すように、減速度βをβ’に緩めるために本来の減速時間ｔ_３に加算される減速延長時間である。
なお、第１の速度補償パターン３９Ｄ_１における１０３は加速不足により失った移動量、１０４は減速時間を延長することにより補償する移動量である。加速不足の補償には移動量１０４を移動量１０３と等しくする必要があるため、移動量１０３，１０４の面積が等しくなる時のΔｔ_３を前記ステップＳ１１のΔｔ_３＝Ｖ_Ｈ／（Ｖ_Ｈ－Ｖ_Ｌ）×Δｔ_１によって演算する。

次に、上記のΔｔ_３と速度基準パターン３９Ａにおける低速時間ｔ_４との大小関係を判断する（Ｓ１２）。
そして、Δｔ_３＜ｔ_４の場合には（Ｓ１２ ＹＥＳ）、β’＝（Ｖ_Ｈ－Ｖ_Ｌ）／（ｔ_３+Δｔ_３）により減速度β’を求める。このβ’を用いて第１の速度基準パターン３９Ａを補正することにより、速度指令パターンＰＴＮとして第１の速度補償パターン３９Ｄ_１を求めると共にこの速度補償パターン３９Ｄ_１を速度調節器３３に出力する（Ｓ１３）。
なお、図２の速度補償パターン３９Ｄ_１におけるｔ_４’は補正後の低速時間であり、１０６は、速度基準パターン３９Ａを基準とした摩擦抵抗による推力の増加分を示す。

上記のように減速度β’が求まれば、速度基準パターン３９Ａと同じ高速低速切替時刻Ｄから減速度β’にて減速する第１の速度補償パターン３９Ｄ_１を生成することができる。この速度補償パターン３９Ｄ_１に従ってリニア同期モータ２０を駆動すれば、加速不足を補償して所定の開閉動作時間ＯＴでドア１１を開動作または閉動作することが可能である。

また、Δｔ_３≧ｔ_４の場合には（Ｓ１２ ＮＯ）、高速延長時間Δｔ_２をΔｔ_２＝０．５×Ｖ_Ｈ／（Ｖ_Ｈ－Ｖ_Ｌ）×Δｔ_１により演算する（Ｓ１４）。
この高速延長時間Δｔ_２は、図２における第２の速度補償パターン３９Ｄ_２に示す如く、高速時速度Ｖ_Ｈを速度基準パターン３９Ａにおける高速低速切替時刻ＤからＤ’にまで延長するための時間である。
第２の速度補償パターン３９Ｄ_２における１０３は加速不足により失った移動量、１０５は高速低速切替時刻の調整により補償する移動量である。加速不足を補償するには、移動量１０５を移動量１０３と等しくする必要があるため、移動量１０３，１０５の面積が等しくなる時のΔｔ_２を、前記ステップＳ１４のΔｔ_２＝０．５×Ｖ_Ｈ／（Ｖ_Ｈ－Ｖ_Ｌ）×Δｔ_１によって演算する。

次に、上記のΔｔ_２と速度基準パターン３９Ａにおける低速時間ｔ_４との大小関係を判断する（Ｓ１５）。
そして、Δｔ_２＜ｔ_４の場合には（Ｓ１５ ＹＥＳ）、Ｄ’＝Ｄ＋Ｖ_Ｈ×Δｔ_２によって時刻Ｄより遅らせた高速低速切替時刻Ｄ’を求める。この時刻Ｄ’を用いて速度基準パターン３９Ａを補正することにより、速度指令パターンＰＴＮとして第２の速度補償パターン３９Ｄ_２を求め、この速度補償パターン３９Ｄ_２を速度調節器３３に出力する（Ｓ１６）。
なお、図２の速度補償パターン３９Ｄ_２におけるｔ_４’は補正後の低速時間であり、１０７は、速度基準パターン３９Ａを基準とした摩擦抵抗による推力の増加分を示す。

上記のように高速低速切替時刻Ｄ’が求まれば、高速時速度Ｖ_Ｈを減速して低速時速度Ｖ_Ｌに切り替える時刻ＤをΔｔ_２だけ遅らせた第２の速度補償パターン３９Ｄ_２を生成することができる。この速度補償パターン３９Ｄ_２に従ってリニア同期モータ２０を駆動することにより、加速不足を補償して所定の開閉動作時間ＯＴでドア１１を開動作または閉動作することが可能である。
なお、Δｔ_２≧ｔ_４の場合には（Ｓ１５ ＮＯ）、加速不足を補償できないケースであると判断して、ＰＴＮ＝０を出力すれば良い（Ｓ１７）。

本発明は、鉄道車両に設置されるドアのほか、プラットホームに設置される、いわゆるホームドアの開閉制御にも適用することができる。

１０：ドア部
１１：ドア
１２：レール
１３，１４：戸車
１５：継手
２０：リニア同期モータ
２１：固定子
２２：可動子コイル
２３：センサ
３０Ａ：制御回路
３１：状態監視制御回路
３２：設定値演算回路
３３：速度調節器
３４：制限値切替器
３５：信号変換器
３６：電流検出器
３７：電流調節器
３８：電力変換器
３９：補償パターン演算部
３９Ａ：速度基準パターン
３９Ｂ：加速不足検知手段
３９Ｃ：補償パターン演算手段
３９Ｄ_１：第１の速度補償パターン
３９Ｄ_２：第２の速度補償パターン

Claims (5)

1. 鉄道車両用のドアを駆動するためのモータと、前記ドアの速度及び位置を検出する検出手段と、前記検出手段による検出値及び所定の設定値に基づいて生成された速度指令パターンに従って電力変換器を制御することにより前記モータを可変速制御する制御回路と、
   を備えた鉄道車両用ドアの開閉制御装置において、
   前記制御回路は、
   前記速度指令パターンとして予め設定された速度基準パターンを補正して速度補償パターンを生成する補償パターン演算部を備え、
   前記補償パターン演算部は、
   前記速度基準パターンに基づく所定の速度及び加速度を前記モータに与えて開動作または閉動作する前記ドアの実際の加速度が、前記速度基準パターンにおける前記ドアの加速度より不足する場合に、前記ドアの開動作時間または閉動作時間が前記速度基準パターンにおける各動作時間の設計値にそれぞれ等しくなるように、前記速度基準パターンの速度指令を補正して前記速度補償パターンを生成することを特徴とする鉄道車両用ドアの開閉制御装置。
2. 請求項１に記載した鉄道車両用ドアの開閉制御装置において、
   前記速度補償パターンが、前記速度基準パターンにおける前記ドアの減速度を緩慢にした第１の速度補償パターンであることを特徴とする鉄道車両用ドアの開閉制御装置。
3. 請求項１に記載した鉄道車両用ドアの開閉制御装置において、
   前記速度補償パターンが、前記速度基準パターンにおける前記ドアの高速時速度の時間を延長した第２の速度補償パターンであることを特徴とする鉄道車両用ドアの開閉制御装置。
4. 請求項２に記載した鉄道車両用ドアの開閉制御装置において、
   前記ドアの減速度を緩慢にして得られる前記ドアの移動量が前記ドアの加速不足によって不足した前記ドアの移動量と等しくなるように、前記第１の速度補償パターンを生成することを特徴とする鉄道車両用ドアの開閉制御装置。
5. 請求項３に記載した鉄道車両用ドアの開閉制御装置において、
   前記ドアの高速時速度の時間を延長して得られる前記ドアの移動量が前記ドアの加速不足によって不足した前記ドアの移動量と等しくなるように、前記第２の速度補償パターンを生成することを特徴とする鉄道車両用ドアの開閉制御装置。

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