KR100556224B1 - 열차 제어시스템, 차상 통신 네트워크시스템 및 열차제어장치 - Google Patents

열차 제어시스템, 차상 통신 네트워크시스템 및 열차제어장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 열차의 각 차량의 토오크배분을 미리 상정하는 것은 아니고, 상태에 따라 유연하게 토오크를 분배하는 것이다.
열차제어장치(101)는 차상의 통신 네트워크(103)를 거쳐 수집한 각 차량 구동장치(102)의 상태에 따라, 각각의 차량 구동장치(102)의 토오크지령값을 결정한다. 제 1 차량 구동장치(102)의 토오크지령값을 저감하는 경우에, 그 저감된 토오크량이 제 1 차량 구동장치(102)와는 다른 제 2 차량 구동장치(102)에 분배되도록 각각의 차량 구동장치(102)의 토오크지령값을 결정함과 동시에, 결정한 토오크지령값을 통신 네트워크(103)를 거쳐 차량 구동장치(102)에 전달한다.

Description

열차 제어시스템, 차상 통신 네트워크시스템 및 열차 제어장치{TRAIN CONTROL SYSTEM, TRAIN COMMUNICATION NETWORK SYSTEM AND TRAIN CONTROL APPARATUS}
도 1은 본 발명의 일 실시형태를 이루는 토오크 배분 제어를 나타내는 도,
도 2는 본 발명의 일 실시형태를 이루는 열차의 장치 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시형태를 이루는 열차의 장치 블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시형태를 이루는 열차의 장치 블록도,
도 5는 본 발명의 일 실시형태를 이루는 제어시스템의 구성도,
도 6은 도 5의 열차 제어장치 내부의 구성도,
도 7은 도 6의 기억장치 내의 정보를 나타내는 도,
도 8은 도 6의 열차 성능 데이터베이스를 나타내는 도,
도 9는 도 5의 차량 구동장치 내부의 구성도,
도 10은 도 5의 열차제어장치의 제어 플로우차트도,
도 11은 도 7의 기억장치의 상태정보 갱신의 모양을 나타내는 도,
도 12는 차량 구동장치에의 출력 토오크지령 결정 플로우차트도,
도 13은 본 발명의 다른 실시형태를 이루는 제어시스템의 구성도,
도 14는 도 13의 열차 제어장치 내부의 구성도,
도 15는 도 14의 기억장치 내의 정보를 나타내는 도,
도 16은 도 13의 차량 구동장치 내부의 구성도,
도 17은 도 13의 열차 제어장치의 제어 플로우차트도,
도 18은 도 13의 실시형태의 차량 구동장치에의 배분 비율 결정 플로우차트도,
도 19는 본 발명의 다른 실시형태를 이루는 제어시스템의 구성도,
도 20은 도 19의 차량장치의 구성도의 일례를 나타내는 도,
도 21은 도 19의 차량장치의 구성도의 일례를 나타내는 도,
도 22는 도 19의 열차 중앙제어장치의 제어 플로우차트도,
도 23은 본 발명의 일 실시형태를 이루는 공전·활주 검지 필터를 나타내는 도,
도 24는 본 발명의 일 실시형태를 이루는 공전·활주 검지 필터를 나타내는 도,
도 25는 본 발명의 일 실시형태를 이루는 공전·활주 검지 필터를 나타내는 도,
도 26은 본 발명의 일 실시형태를 이루는 리세트속도 데이터베이스를 나타내는 도,
도 27은 본 발명의 일 실시형태를 이루는 리세트시간 데이터베이스를 나타내는 도,
도 28은 본 발명의 일 실시형태를 이루는 리세트거리 데이터베이스를 나타내 는 도면이다.
본 발명은 열차 제어시스템, 차상 통신 네트워크시스템 및 열차 제어장치에 관한 것이다.
본원 발명은 복수의 차량 구동장치에 의해 주행하는 시스템이면 모두 적용 가능하나, 여기서는 철도차량을 예로 들어 설명한다.
철도차량은, 수량 내지 십수량의 차량이 진행방향으로 접속되어 있다. 통상은 그 중 몇개의 차량에 모터를 구동하는 구동장치가 설치되고, 그 모터에 의해 차륜이 회전되며, 차륜의 회전에 의해 레일상을 진행한다.
예를 들면 강우시에 있어서는, 레일이 젖음으로써 마찰력이 작아져, 차륜이 공전, 활주하는 경우가 있다. 진행방향 앞쪽의 차량일 수록 그 영향을 받기 쉽기 때문에, 종래에서는 미리 앞쪽 차량의 토오크를 상대적으로 낮게 설정하고 있다.
그러나 이와 같이 설정하여도 공전, 활주가 발생하는 경우가 있다. 따라서 공전·활주를 검지하였을 때에, 각 구동장치가 독자적으로 모터의 출력특성을 변경하여 토오크를 저감함으로써 공전, 활주를 방지하고, 시간과 함께 규정의 토오크로 되돌리는 기술이 알려져 있다(예를 들면, 일본국 특개평5-276606호 공보 참조). 이 기술에서는 실측으로 얻어진 데이터에 의거하여 앞쪽 차량의 공전, 활주를 상정하여, 차량 편성 전체로서 일정한 토오크가 얻어지도록 상정한 공전, 활주로 저감 되는 앞쪽 차량의 토오크를 뒤쪽의 차량에 분배하는 것이다.
그러나 상기 종래기술은, 실측으로 얻어진 데이터에 의거하여 상정한 소정의 공전, 활주에는 대응 가능하나, 실제로는 그 상정상황을 상회하는 공전, 활주가 생길 가능성이 있다. 특히 신칸센 등의 고속철도의 경우에는 속도가 높은 까닭에 상정 외의 공전, 활주가 생길 가능성이 있고, 그 결과 출력되어야 할 토오크가 얻어지지 않을 가능성이 있다. 그 결과, 예를 들면 브레이크 개시로부터 정지에 요하는 시간이나 거리가 길어져 다음 역의 도달시각이 지연된다. 고밀도의 운행이 요구되는 선 구간에서는 일부 도착시각의 지연이 전체의 운영계획에 미치는 영향은 크다.
상기 과제를 해결하도록 토오크의 배분을 미리 상정하는 것은 아니고, 상태에 따라 유연하게 토오크를 분배한다.
따라서 본 발명의 열차 제어장치는, 차상 통신 네트워크를 거쳐 수집한 각 차량 구동장치의 상태에 따라, 각각의 차량 구동장치의 토오크지령값을 결정한다. 제 1 차량 구동장치의 토오크지령값을 저감하는 경우에, 그 저감된 토오크량이 제 1 차량 구동장치와는 다른 제 2 차량 구동장치에 분배되도록 각각의 차량 구동장치의 토오크지령값을 결정함과 동시에, 결정한 토오크지령값을 차상 통신 네트워크를 거쳐 차량 구동장치에 전달한다.
복수의 구동장치에 의해서 주행하는 시스템으로서, 여기서는 철도차량을 예 로 들어 설명한다.
철도차량에 있어서는 수량 내지 수십량의 차량이 접속되고, 통상은 그 중의 몇개의 차량에 인버터 구동장치가 설치되고, 다시 각 인버터 구동장치에 1개 또는 2개, 또는 4개의 모터가 병렬로 접속되도록 구성된다. 각 인버터 구동장치는, 선두차량에 있는 운전장치로부터의 토오크지령을 수취하여 모터의 토오크가 지령치와 일치하도록 모터를 제어한다.
철도에서는 철로 만들어진 차가 철의 레일상에서 가감속하여 운행된다. 철의 마찰계수는 작기 때문에 차륜은 공전, 활주하기 쉬운 상태에 있다. 또 철의 마찰력은 표면상태나 가중의 대소에 의해 크게 변화된다. 강우시에 있어서는 레일이 젖어 있기 때문에 마찰력이 작아진다. 따라서 결정된 선로의 위를 주행하는 철도차량은 그 선두 차량이 후속 차량보다도 그 영향을 받기 쉬워 공전, 활주가 발생하기 쉽다.
철도차량의 운행에서는 메인티넌스효율이나 가감속 성능을 확보하기 위하여 모든 차량이 동일한 제어를 하는 것이 바람직하다. 그러나 상기한 바와 같이 우천시나 레일이 젖어 있는 상태에 있어서는 앞쪽의 차량일 수록 레일면의 영향을 받기 쉬워 공전, 활주가 발생하기 쉽다. 따라서 종래의 철도차량에서는 미리 앞쪽의 차량일 수록 토오크를 낮게 설정하고 있다. 그러나 이와 같이 설정하여도 공전, 활주가 발생하는 경우가 있기 때문에, 각 인버터 구동장치는 독자적으로 토오크를 저감하여 공전, 활주를 방지하고, 시간과 함께 규정의 토오크로 되돌린다. 또 공전·활주를 검지하였을 때에, 각 인버터 구동장치가 모터의 출력특성을 변경함으로 써, 기정(旣定)의 토오크가 얻어지게 한다.
종래의 철도차량은, 실측으로 얻어진 데이터에 의거하여 최악의 조건을 상정하고, 그 조건에서도 공전, 활주가 발생하지 않도록 하기 위하여 앞쪽 차량의 중고속 영역에 있어서의 토오크가 저감되고, 저감된 그 토오크가 뒤쪽의 차량에 분배되어 차량 편성 전체로서 일정한 토오크가 얻어지도록 하고 있다. 그러나 상기한 바와 같이 종래의 철도차량은 최악의 조건을 상정하기 때문에 뒤쪽 차량에의 토오크의 분배량이 커서, 이러한 분배를 미리 행하였다 하여도 공전, 활주가 발생하는 경우가 있을 수 있다.
공전, 활주가 발생한 경우에는 각 인버터 구동장치는, 독자적으로 토오크를 저감하여 공전, 활주를 방지하고, 시간과 함께 규정의 토오크로 되돌아 가도록 하고 있기 때문에 차량 편성 전체의 토오크가 저하하게 된다. 특히 신칸센 등의 고속철도의 경우에는 차량 편성 전체의 토오크가 저하한 결과, 충분한 토오크를 확보할 수 없어 브레이크 개시로부터 정지에 요하는 시간이나 거리가 길어져 다음 역의 도달시각이 지연되고, 운영계획의 혼란이 발생한다. 이것을 상정하여 통상의 철도 운영계획은 여유를 가지고 설정되어 있으나, 고속, 고밀도의 운행이 요구되는 선 구간에 있어서는 이 여유를 가능한 한 적게 하여 날씨가 맑을 때와 동등한 제어를 할 수 있는 것이 바람직하다.
또 고속·고밀도의 운행이 요구되는 선 구간에서는, 시간적 제약으로부터 날씨 등에 의거하여 분배방법을 전환하는 것은 어렵다. 따라서 종래의 기술에서는 우천시 뿐만 아니라 날씨가 맑을 때에 있어서도 동일한 분배방법으로 열차가 주행 하고 있다. 그 때문에 각 차량에의 균등한 가감속 분배는 실현할 수 없어, 뒤쪽의 차량일 수록 브레이크의 마모나, 부하의 증대에 의한 고장이 발생하기 쉽다.
또 종래의 기술에서는 공전·활주가 발생한 경우에, 차량마다 모터특성을 변화시켜 제어를 행하고 있기 때문에, 각 차량에서 토오크출력이 부족한 경우에는, 그것을 보충할 수단이 없어 토오크가 저하한다. 또 모터특성을 기억하기 위해서는 기억장치의 용량이 많이 필요하다.
상기 과제를 해결하도록 본 실시형태에서는 토오크의 배분을 미리 상정하는 것은 아니고, 주행상태나 외계상태를 고려하면서 실시간으로 또한 유연하게 토오크를 분배한다.
구체적으로는 각 차량을 통신 네트워크로 묶어, 각 차량의 상태를 고려하면서 동적으로 토오크를 변경한다. 예를 들면 각 차량 구동장치에 장치의 상태를 감시하는 감시장치와, 감시기능의 정보를 전송하는 통신 네트워크와, 각 차량 구동장치에의 토오크를 분배하기 위한 열차 제어장치를 설치한다. 각 차량 구동장치에 설치된 감시장치는 각 차량 구동장치로부터의 정보를 판독하여 통신 네트워크 등을 이용하여 열차 제어장치에 전송한다. 열차 제어장치에서는, 각 차량 구동장치의 토오크량과 감시장치로부터 보내져 온 각 차량 구동장치의 상태로부터 그 장치의 토오크를 결정한다. 또 각 차량 구동장치의 토오크가 허용치를 초과한 경우에는, 그 장치의 토오크를 저감하고, 저감분을 다른 차량 구동장치에 분배한다. 조정된 각 차량 구동장치의 토오크는, 통신 네트워크 등을 거쳐 각 차량 구동장치에 전송되고, 각 차량 구동장치는 열차 제어장치로부터의 토오크지령에 의거하여 제어한 다.
이하, 도면을 사용하여 설명한다.
도 1에 본 발명의 일 실시형태를 이루는 토오크 배분 제어를 나타낸다. 도 1(a)는 차량단위로 토오크 배분, (b)는 대차단위의 토오크 배분, (c)는 차축단위의 토오크 배분을 나타낸다. 선두 차량이 공전상태나 활주상태가 되었을 때에 선두차량의 토오크지령값을 공전이나 활주를 회피하기 위한 토오크지령값까지 저감하고, 저감한 토오크분을 2량째 이후의 차량에 분배함으로써, 열차 전체로서의 토오크량을 유지하는 것이다. 즉, 소정의 차량 구동장치에 전송하는 토오크지령값의 저감분은, 다른 차량 구동장치에 전송하는 토오크지령값의 증가분의 합이 된다. 어느 정도 토오크지령값을 저감하여야 할지, 또한 어느 정도의 토오크를 2량째 이후에 분배할지는, 각 차량의 차량 구동장치로부터 차량 네트워크를 통하여 입력한 상태정보에 의거하여 후술하는 방법을 사용하여 열차 제어장치가 결정한다. 열차 제어장치는, 통신 네트워크를 통하여 상기 결정한 토오크 분배에 의거하는 각 차량 구동장치의 새로운 토오크지령값을 출력한다. 각 차량 구동장치는, 상기 토오크지령값에 의거하여 모터, 차축을 구동한다.
여기서는 2량째 이후의 차량에의 토오크분배에 대하여, 1량째의 토오크의 감소분을 뒷부분 차량에 균등하게 분배하는 실시형태를 나타내고 있으나, 2량째 이후의 차량의 토오크분배는 뒷부분 차량에 균등할 필요는 없고, 선두차량에서 토오크를 저감하여도 차량 전체로서의 토오크량을 유지할 수 있으면, 어떠한 분배방법이어도 좋다. 예를 들면 2량째의 분배량을 약간 적게 하여 뒷부분 차량일 수록 분 배량이 커지도록 토오크분배량을 결정하여도 좋다.
도 2, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시형태를 이루는 열차의 장치 블록도이다. 속도 발전기나 인버터의 속도추정으로부터 얻어지는 속도정보(도시 생략),운전대(2504)로부터의 노치지령, 및 각 차량 구동장치(102)로부터의 상태정보에 의하여 각 차량 구동장치(102)에의 토오크량을 결정하는 열차제어장치(101)와, 열차제어장치 (101)로부터의 제어정보를 기초로 출력 토오크량을 결정하고, 또한 자신의 상태정보를 출력하는 차량 구동장치(102) 및 그들 제어정보를 상호 통신하는 통신 네트워크 (103)로 구성되어 있다.
즉 이 열차 제어시스템은, 열차의 각 차량을 구동하는 차량 구동장치(102)와, 각 차량 구동장치(102)의 상태 데이터를 전송하는 차상의 통신 네트워크(103)와, 통신 네트워크(103)로 전송된 상태 데이터를 입력하고, 그 상태 데이터에 따라 각각의 차량 구동장치(102)에 지령하는 토오크지령값을 결정하는 열차 제어장치 (101)를 가진다. 열차 제어장치(101)는 상태 데이터에 따라 제 1 차량 구동장치(102)(이 실시형태에서는 선두 차량)의 토오크지령값을 저감하는 경우에, 그 저감된 토오크량이 제 1 차량 구동장치(102)와는 다른 제 2 차량 구동장치(102) [이 실시형태에서는 2량째 이후의 차량 구동장치(102)]에 분배되도록 각각의 차량 구동장치(102)의 토오크지령값을 결정함과 동시에, 결정한 토오크지령값을 통신 네트워크(103)에 출력한다. 통신 네트워크(103)는, 열차 제어장치(101)에서 결정된 토오크지령값을 각각의 차량 구동장치(102)에 전송한다. 차량 구동장치(102)는, 전송된 토오크지령값에 의거하여 차량(2501)을 구동한다.
도 2는 하나의 차량 구동장치(102)가 1차량의 모든 모터(2505)를 제어하는 실시형태, 도 3은 하나의 차량 구동장치(102)가 1대차(2506)의 모터(2505)를 제어하는 실시형태, 도 4는 하나의 차량 구동장치(102)(도면에서는 「I」라 표시)가 각 모터(2505)를 제어하는 실시형태이다.
통신 네트워크(103)는, 100 Mbps 이상의 고속, 대용량의 네트워크인 것이 바람직하다. 본 실시형태를 적용하여 열차 전체로서의 토오크량을 유지하기 위해서는 각 차량 구동장치(102)로부터의 상태정보를 재빨르게 열차 제어장치(101)에 입력하는 것이 바람직하고, 또 열차 제어장치(101)가 적확한 토오크분배를 결정할 수 있도록 상태정보는 상세한 것이 바람직하기 때문이다.
또한 도 2의 실시형태는 도 1 (a)의 실시형태에, 도 3의 실시형태는 도 1(b)의 실시형태에, 도 4의 실시형태는 도 1의 (c)의 실시형태에 대응하나, 예를 들면 도 2의 실시형태이어도 차량 구동장치(102)가 각 대차 또는 각 차축의 토오크량을 각각 제어할 수 있는 것이면, 도 2를 도 1(b)나 (c)의 실시형태에 적용하는 것도 가능하다. 마찬가지로 도 3을 도 1(a)나 (c)에, 도 4를 도 1(a)나 (b)에 적용하는 것도 가능하다.
이하, 상세를 설명한다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태를 이루는 제어시스템의 기본도이고, 제어시스템 내에서의 제어정보의 흐름을 나타내고 있다. 즉, 속도 발전기나 인버터의 속도추정으로부터 얻어지는 속도정보, 운전대로부터의 노치지령 및 각 차량 구동장치(102)로부터의 상태정보에 의하여 각 차량 구동장치에의 토오크량을 결정 하는 열차제어장치(101)와, 열차제어장치(101)로부터의 제어정보를 기초로, 출력 토오크량을 결정하고, 또한, 자신의 상태정보를 출력하는 차량 구동장치(102), 및 그것들의 제어정보를 상호 통신하는 통신 네트워크(103)로 구성되어 있다. 또한 본 실시형태는 적어도 하나의 열차제어장치(101)와 2개 이상의 차량 구동장치(102)로 구성된다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 열차 제어장치(101)는, 적어도 기억장치(201), 배분 결정장치(202), 입출력장치(203) 및 열차성능 데이터베이스(204)로 이루어진다. 기억장치(201) 내에 있는 상태정보를 도 7에, 열차성능 데이터베이스(204)에 있어서는 도 8에 나타낸다.
도 7에 나타내는 바와 같이 상기 기억장치(201) 내에 있는 상태정보는, 각 차량 구동장치의 공전·활주이력, 상태(고장, 정상), 각 구동장치의 출력 상한 초과의 유무와, 각 차량 구동장치에의 토오크 분배량으로 구성되어 있다. 각 차량 궤도장치의 공전·활주이력에 대해서는 공전·활주이력이 있는 경우에는 1을, 없는 경우에는 0으로 표시한다. 또 각 차량 구동장치의 상태에 대해서는, 고장을 1, 정상을 0으로 표시한다. 마찬가지로 각 구동장치의 출력 상한 초과의 유무에 대해서는 초과를 1, 미초과를 O 이라 한다. 마지막으로 토오크분배량에 대해서는 출력지령 토오크량을 2진수로 표기한다. 또 필요하다고 생각되는 비트수는 충분히 확보되어 있는 것으로 한다.
또한 여기서 나타내고 있는 1과 0 이 반대인 경우에도 가능하다. 또 여기서는 2진수로 상태, 토오크분배량을 나타내었으나, 예를 들면 유무뿐만 아니라, 연속 량으로서 예를 들면 10진수로 상태를 유지한다고 한 것도 가능하다.
또한 토오크 분배량 대신에, 인장력, 브레이크력, 토오크, 가감속도 등을 사용하여도 좋다.
또, 상기 기억장치(101) 내의 상태정보가 초기화(리세트)된다는 것은, 각 차량 구동장치의 공전·활주이력이 없고, 상태가 정상이며, 각 구동장치의 출력상한 초과가 없는 상태이고, 또한 각 차량 구동장치에의 토오크 분배량이 O 이라고 한다.
열차 성능 데이터베이스(204)는, 도 8에 나타내는 형으로 구성되어 있고, 속도와 노치에 의해 출력되는 토오크가 표기되어 있다.
차량 구동장치(102)는, 도 9에 나타내는 바와 같이 적어도 구동장치(401)와 상태 감시장치(402) 및 입출력장치(403)로 구성되어 있다.
차량 구동장치(102)에는, 장치의 상태를 감시하는 상태 감시장치(402)가 있어 차량 구동장치(102)의 상태를 검출한다. 검출된 장치 상태정보는, 입출력 장치(403)를 통하여 통신 네트워크 등을 거쳐 열차 제어장치(101)에 보내진다.
열차 제어장치(101)는, 입출력장치(203)를 통하여, 각 차량 구동장치마다의 장치 상태정보를 입수하여 기억장치(201)에 저장한다. 또 배분 결정장치(202)로 기억장치(201)를 참조하면서 각 차량 구동장치에의 출력 토오크량을 결정한다.
도 10은 열차 제어장치(101)에서 행하여지는 제어 플로우이다. 도 10을 사용하여 열차 제어장치(101)에서 행하여지는 각 차량 구동장치에의 출력 토오크량 결정처리에 대하여 설명한다.
단계 501에서는 기억장치의 리세트명령이 있었는지를 체크하고, 리세트명령이 있었던 경우에는 단계 502로, 없었던 경우에는 단계 503으로 진행한다. 리세트명령이 일어나는 조건으로서는, 일정시간 토오크 배분량이 변화하지 않았던 일정거리 주행하고 있는 동안, 토오크 배분량이 변화하지 않았던, 열차속도가 소정의 속도를 하회한, 운전사로부터 리세트명령이 있었던, 등을 생각할 수 있다.
단계 502에서는, 열차 제어장치 내부에 있는 기억장치(201)의 상태정보를 초기화한다. 다음에 단계 503으로 진행한다.
단계 503에서는, 속도정보와 운전대로부터의 노치지령을 수취하여 열차 제어장치 내부에 있는 열차 성능 데이터베이스(204)를 참조하여 편성차량으로서 필요한 토오크량(T)을 구하고, 각 차량 구동장치에 균등하게 배분하는 토오크량(S)을 산출한다. 이것은 편성 내에 있는 전 차량 구동장치의 합계를 M이라 하고, 고장이 발생한 차량 구동장치를 X라 한 경우,
S = T/(M - M)
으로 계산한다. 다음에 단계 504로 진행한다.
단계 504에서는, 각 차량 구동장치의 상태정보를 수취하여 상기 기억장치 (201)의 각 차량 구동장치의 상태정보를 갱신한다. 이 갱신의 모양은 도 11에 나타내고, 상세한 것은 후술한다. 다음에 단계 505로 진행한다.
단계 505에서는, 기억장치(201)의 상태정보를 기초로 각 차량 구동장치에의 합계 토오크량(Pn)을 계산한다. 다음에 단계 506으로 진행한다.
단계 506에서는, 상기 기억장치(201) 내에 저장되어 있는 각 차량 구동장치 의 상태정보와, 단계 505에서 구한 각 차량 구동장치에의 합계 토오크량(Pn)과 단계 504에서 산출된 토오크량(S)을 기초로, 각 차량에의 토오크량을 결정한다. 이 결정처리의 처리플로우를 도 12에 나타내고, 상세한 것은 후술한다. 다음에 단계 507로 진행한다.
단계 507에서는, 기억장치(201) 내에 있는 각 차량 구동장치에의 토오크량 (S1n)(n은 각 차량 구동장치의 번호를 표시함)을 갱신한다.
상기한 바와 같이 정차하기까지 상기 처리를 반복함으로써 각 차량에 효과적인 토오크 배분을 행할 수 있다.
도 11은 단계 404에서 행하여지는 기억장치(201)의 각 차량 구동장치에 있어서의 상태정보의 갱신을 나타낸 것이다. 상기한 단계 401에서 설명한 바와 같이 열차가 정차 중인 경우, 초기상태이다. 열차가 주행하기 시작하면 날씨상태나 지형에 의존하여, 각 차량 구동장치의 공전·활주이력, 상태(고장, 정상), 각 차량 구동장치의 출력 상한 초과의 유무와, 각 차량 구동장치에의 토오크 분배의 비율이 변화된다. 이 변화가 소정시간 계속된 후, 상태변화가 정지한다.
각 차량 구동장치에의 토오크 배분은, 공전·활주를 검지한 구동장치의 토오크를 내려, 공전·활주이력이 없는, 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있지 않은 구동장치에, 내린 토오크분을 배분함으로써 편성 전체로서는 지정한 토오크량을 유지하도록 제어를 행한다. 이하, 그 상세에 대하여 도 12를 사용하여 설명한다.
단계 701에서는, 기억장치(201)를 참조하여 각 차량 구동장치의 상태정보로 부터 입수한 각 차량 구동장치에의 지령 토오크량(Sn)(n은 각 차량 구동장치의 번호를 표시함)과, 단계 503에서 계산한 각 차량 구동장치에의 합계 토오크량(Pn)으로부터 토오크 배분량(Hn)(n은 각 차량 구동장치의 번호를 표시함)을 다음의 방법으로 산출한다.
Hn = Sn/Pn (n은 각 차량 구동장치의 번호를 표시함)
단, 기억장치(201)가 리세트된 직후에 있어서는, Pn = 0 이 되기 때문에, 그 때는,
Hn = 초기 토오크 배분량 (n은 각 차량 구동장치의 번호를 표시함)
로 한다. 다음에 단계 702로 진행한다.
단계 702에서는, 각 차량 구동장치의 상태정보로부터 입수한 공전·활주이력, 상태, 및 각 차량 구동장치의 출력 상한 초과의 유무로부터, 공전·활주이력이 없고, 정상동작을 하고 있으며 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있지 않은 차량 구동장치의 합계수(L), 각 차량 구동장치 중 정상동작을 하고 있고 공전·활주이력이 있는 차량 구동장치의 합계수(Y), 및 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있는 차량 구동장치의 합계수(Z)를 구한다. 또한
M = L + Y + Z + X
의 관계가 성립한다. 다음에 단계 703으로 진행한다.
단계 703에서는, 각 차량 구동장치 중 정상동작을 하고 있고 공전·활주이력이 있는 차량 구동장치와, 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있는 차량 구동장치의 토오크 배분량(Hn)을, 소정의 결정된 값(a)만큼 내린다. 또 각 차량 구 동장치 중 정상동작을 하고 있고 공전·활주이력이 있는 차량 구동장치와, 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있는 차량 구동장치 토오크지령량(S1n)으로서는, 다음의 식으로 계산한다.
S1n = (Hn - a) × S
다음에 단계 704로 진행한다.
단계 704에서는, 공전·활주이력이 없고, 정상동작을 하고 있으며 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있지 않은 차량 구동장치의 토오크배분량을, 편성 전체에서 규정의 토오크량이 얻어지도록 증가시킨다. 즉, 단계 703에서 계산한 토오크 감소분을 상기 정상동작을 하고 있고 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있지 않은 차량 구동장치의 총수로 균등하게 배분하는 처리를 행한다. 따라서 정상동작을 하고 있고 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있지 않은 차량 구동장치의 토오크지령량(S1n)으로서는, 다음의 식으로 계산한다.
b = a × (Y + Z)/L
S1n = (Hn + b) × S
이상의 처리에 의하여 각 구동장치에의 토오크지령량(S1n)을 구하는 것이 가능하게 된다. 구한 각 구동장치에의 토오크지령량(S1n)을, 각 구동장치에 전달하고, 각 구동장치는 그 토오크지령량을 준수하도록 제어한다. 또한 상기 실시예에 있어서는 토오크지령량으로 하였으나, 인장력·브레이크력 지령, 가감속도지령, 토오크지령을 사용하여도 좋다. 또 상기 실시예에서는 토오크지령량을 변경할 때에 공전·활주이력 정보를 하나의 판단으로 하고 있으나, 제어주기마다의 공전·활주 로 하여도 좋다. 이 경우, 기억장치(201) 내부에 있는 정보도 제어주기마다의 공전·활주정보로 한다. 또한, 제어주기마다의 공전·활주를 사용함으로써 뒷 차량 구동장치에의 치우침을 더욱 적게 할 수 있으나, 상태변화가 정지하기까지의 시간이 길어지기 때문에, 약간이기는 하나 정지거리가 늘어날 가능성이 있다. 또 상기실시예에 있어서는, 각 구동장치에 있어서 공전·활주검지의 상태정보를 검출하고 있으나, 열차 제어장치로 각 구동장치의 공전·활주검지를 행하여도 좋다. 그 경우, 각 구동장치의 상태감시장치로부터 각 구동장치의 속도정보를 입수하여 행한다.
다음에, 도 13 내지 도 18을 사용하여 다른 실시형태를 나타낸다.
도 13은 본 발명을 이루는 일 실시형태의 제어시스템의 기본도이고, 제어시스템 내에서의 제어정보의 흐름을 나타내고 있다. 즉, 속도 발전기나 인버터의 속도추정으로부터 얻어지는 속도정보, 운전대로부터의 노치지령 및 각 차량 구동장치(802)로부터의 상태정보에 의하여 각 차량 구동장치에의 배분비율을 결정하는 열차제어장치(801)와, 열차 제어장치(801)로부터의 제어정보를 기초로, 출력 토오크량을 결정하고, 또 자신의 상태정보를 출력하는 차량 구동장치(802) 및 그들 제어정보를 상호 통신하는 통신 네트워크(803)로 구성되어 있다.
도 14에 나타내는 바와 같이, 열차 제어장치(901)는 적어도 기억장치(901), 배분 결정장치(902), 입출력장치(903)로 이루어진다. 기억장치(901) 내에 있는 상태정보를 도 15에 나타낸다.
도 15에 나타내는 바와 같이, 상기 기억장치(901) 내에 있는 상태정보는, 각 차량 구동장치의 공전·활주이력, 상태(고장, 정상), 각 구동장치의 출력 상한 초과의 유무와, 각 차량 구동장치에의 토오크 분배 비율로 구성되어 있다. 각 차량 궤도장치의 공전·활주이력에 대해서는 공전·활주이력이 있는 경우에는 1을, 없는 경우에는 O으로 표시한다. 또, 각 차량 구동장치의 상태에 대해서는 고장을 1, 정상을 O으로 표시한다. 마찬가지로 각 구동장치의 출력 상한 초과의 유무에 대해서는 초과를 1, 미초과를 0이라 한다. 마지막으로 토오크 분배 비율에 대해서는 여기서는 2진수로 나타내었으나, 예를 들면 10진수로 상태를 유지한다는 것도 가능하다.
또한, 여기서 나타내고 있는 1과 O 이 반대인 경우에도 가능하다.
또, 상기 기억장치(901) 내의 상태정보가 초기화(리세트)된다는 것은, 각 차량 구동장치의 공전·활주이력이 없고, 상태가 정상이며, 각 구동장치의 출력 상한 초과가 없는 상태이고, 또한 각 차량 구동장치에의 배분 비율이 100이라고 한다.
차량 구동장치(902)는 도 16에 나타내는 바와 같이 적어도 구동장치(1101), 상태 감시장치(1102), 입출력장치(1103) 및 열차 성능 데이터베이스(1104)로 구성되어 있다.
차량 구동장치(902)에는 장치의 상태를 감시하는 상태 감시장치(1102)가 있어 차량 구동장치(902)의 상태를 검출한다. 검출된 장치 상태정보는, 입출력장치 (1103)를 통하여 통신 네트워크 등을 거쳐 열차 제어장치(801)에 보내진다.
열차 제어장치(801)는, 입출력장치(903)를 통하여 각 차량 구동장치마다의 장치 상태정보를 입수하여 기억장치(901)에 저장한다. 또 배분 결정장치(902)로 기억장치(901)를 참조하면서 각 차량 구동장치에의 출력비율을 결정한다.
도 17은 열차 제어장치에서 행하여지는 제어 플로우이다. 도 17을 사용하여 열차 제어장치(801)에서 행하여지는 각 차량 구동장치에의 출력 토오크량 결정처리에 대하여 설명한다.
단계 1201에서는, 기억장치의 리세트명령이 있었는지를 체크하고, 리세트명령이 있었던 경우에는 단계 1202로, 없었던 경우에는 단계 1203로 진행한다. 리세트명령이 일어나는 조건으로서는, 일정시간 토오크배분량이 변화하지 않은, 일정거리 주행하고 있는 동안, 토오크배분량이 변화하지 않은, 열차속도가 소정의 속도를 하회한, 운전사로부터 리세트명령이 있었던, 등을 생각할 수 있다.
단계 1202에서는, 열차 제어장치 내부에 있는 기억장치(901)의 상태정보를 초기화한다. 다음에 단계 1203으로 진행한다.
단계 1203에서는 각 차량 구동장치의 상태정보를 수취하여 상기 기억장치 (901)의 각 차량 구동장치의 상태정보를 갱신한다. 이 갱신의 모양은 상기한 도 11과 동일한 처리이기 때문에 할애한다. 다음에 단계 1204로 진행한다.
단계 1204에서는, 상기 기억장치(901) 내에 저장되어 있는 각 차량 구동장치의 상태정보로부터 각 차량 구동장치에의 배분비율을 결정한다. 이 배분비율 결정처리의 처리 플로우를 도 18에 나타내고, 상세한 것은 후술한다. 다음에 단계 1205로 진행한다.
단계 1205에서는, 기억장치(201) 내에 있는 각 차량 구동장치에의 토오크배분량(H1n)(n은 각 차량 구동장치의 번호를 표시함)을 갱신한다.
상기한 바와 같이 정차할 때까지 상기 처리를 반복함으로써 각 차량에 효과적인 토오크배분을 행할 수 있다.
각 차량 구동장치에의 토오크 배분은, 공전·활주를 검지한 구동장치의 토오크를 내려, 공전·활주이력이 없고, 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있지 않은 구동장치에, 내린 토오크분을 배분함함으로써 편성 전체로서는 지정의 토오크량을 유지하도록 제어를 행한다. 이하, 그 상세에 대하여 도 18을 사용하여 설명한다.
단계 1301에서는, 각 차량 구동장치의 상태정보로부터 입수한 공전·활주이력, 상태, 및 각 차량 구동장치의 출력 상한 초과의 유무로부터, 공전·활주이력이 없고, 정상동작을 하고 있으며 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있지 않은 차량 구동장치의 합계수(L), 각 차량 구동장치 중 정상동작을 하고 있고 공전·활주이력이 있는 차량 구동장치의 합계수(Y), 및 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있는 차량 구동장치의 합계수(Z)를 구한다. 또한
M = L + Y + Z + X
의 관계가 성립된다. 다음에 단계 1302으로 진행한다.
단계 1302에서는, 각 차량 구동장치 중 정상동작을 하고 있고 공전·활주이력이 있는 차량 구동장치와, 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있는 차량 구동장치의 토오크배분량(Hn)을, 소정의 결정된 값(a)만큼 내린다. 또 각 차량 구동장치 중 정상동작을 하고 있고 공전·활주이력이 있는 차량 구동장치와, 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있는 차량 구동장치 배분 비율(S1n)로서는, 다음 식으로 계산한다.
H1n = Hn - a
다음에 단계 1303으로 진행한다.
단계 1303에서는, 공전·활주이력이 없고, 정상동작을 하고 있으며 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있지 않은 차량 구동장치의 토오크배분량을, 편성 전체에서 규정의 토오크량이 얻어지도록 증가시킨다. 즉, 단계 1302에서 계산한 토오크 감소분을 상기 정상동작을 하고 있고 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있지 않은 차량 구동장치의 총수로 균등하게 배분하는 처리를 행한다. 따라서 정상동작을 하고 있고 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있지 않은 차량 구동장치의 배분 비율(H1n)로서는, 다음의 식으로 계산한다.
b = a × (Y + Z)/L
H1n = Hn + b
이상의 처리에 의하여 각 차량 구동장치에의 배분비율(H1n)을 계산하는 것이 가능하게 된다. 또 상기 실시예에서는 배분 비율을 변경할 때에 공전·활주이력 정보를 하나의 판단으로 하고 있으나, 제어주기마다의 공전·활주로서 하여도 좋다. 이 경우, 기억장치(901) 내부에 있는 정보도 제어주기마다의 공전·활주정보로 한다. 또한 제어주기마다의 공전·활주를 사용함으로써 뒷 차량 구동장치에의 치우침을 더욱 적게 할 수 있으나, 상태변화가 정지하기까지의 시간이 길어지기 때문에 약간이기는 하나, 정지거리가 늘어날 가능성이 있다.
상기 처리에 의해 구한 각 구동장치에의 토오크 배분 비율(H1n)을, 각 구동 장치에 전달하고, 각 구동장치는 그 토오크 배분 비율과 노치지령 및 속도정보로부터 토오크량을 결정하여 그 토오크량을 준수하도록 제어한다. 또 상기 실시형태에 있어서는, 각 구동장치에 있어서 공전·활주검지의 상태정보를 검출하고 있으나, 열차 제어장치로 각 구동장치의 공전·활주검지를 행하여도 좋다. 그 경우, 각 구동장치의 상태 감시장치로부터, 각 구동장치의 속도정보를 입수하여 행한다.
다음에 도 19 내지 도 22를 사용하여 본 발명의 다른 실시형태를 나타낸다.
도 19는 본 발명의 제어시스템의 기본도이고, 제어시스템 내에서의 제어정보의 흐름을 나타내고 있다. 즉, 속도 발전기나 인버터의 속도추정으로부터 얻어지는 속도정보, 운전대로부터의 노치지령, 및 각 차량장치(1502)로부터의 상태정보에 의하여 각 차량장치에의 배분 비율을 결정하는 열차 중앙제어장치(1501)와, 열차 중앙제어장치(1501)로부터의 제어정보를 기초로, 출력 토오크량을 결정하고, 또 자신의 상태정보를 출력하는 차량장치(1502) 및 그들 제어정보를 상호 통신하는 통신 네트워크(1503)로 구성되어 있다.
차량장치(1502)의 구성으로서는, 도 20에 나타내는 바와 같이 속도 발전기나 인버터의 속도추정으로부터 얻어지는 속도정보, 열차 중앙제어장치(1501)로부터의 지령값 및 각 차량 구동장치(102)로부터의 상태정보에 의하여 각 차량 구동장치에의 토오크량을 결정하는 열차 제어장치(101)와, 열차 제어장치(101)로부터의 제어정보를 기초로, 출력 토오크량을 결정하고, 또 자신의 상태정보를 출력하는 차량 구동장치(102) 및 그들 제어정보를 상호 통신하는 통신 네트워크(103)로 구성하는 것도 생각할 수 있다. 여기서 설명한 열차 제어장치(101), 차량 구동장치(10) 및 통신 네트워크(103)는, 제 1 실시예에서 설명한 것과 동일하다. 또 도 21에 나타내는 바와 같이 속도 발전기나 인버터의 속도추정으로부터 얻어지는 속도정보, 열차 중앙제어장치(1501)로부터의 지령값 및 각 차량 구동장치(802)로부터의 상태정보에 의하여 각 차량 구동장치에의 배분 비율을 결정하는 열차 제어장치(801)와, 열차제어장치 (801)로부터의 제어정보를 기초로, 출력 토오크량을 결정하고, 또 자신의 상태정보를 출력하는 차량 구동장치(802) 및, 그들 제어정보를 상호 통신하는 통신 네트워크 (803)로 구성하는 것도 생각할 수 있다. 여기서 설명한 열차 제어장치(801), 차량 구동장치(802) 및 통신 네트워크(803)는, 상기 다른 실시형태에서 설명한 것과 동일하다.
다음에 열차 중앙제어장치(1501)로서는, 도 6에서 나타낸 바와 같이 기억장치(201), 배분 결정장치(202), 입출력장치(203) 및 열차 성능 데이터베이스 (204)로 구성하는 것을 생각할 수 있다. 여기서 설명한 기억장치(201), 배분 결정장치(202), 입출력장치(203) 및 열차 성능 데이터베이스(204)는 제 1 실시예에서 설명한 것과 동일하다. 또 도 14에 나타내는 바와 같이 기억장치(901), 배분 결정장치 (902), 입출력 장치(903)로 구성하는 것도 생각할 수 있다.
이하, 차량장치(1502)가 도 20으로 구성되고, 열차 중앙제어장치(1501)가 도 6으로 구성되는 경우의 열차 중앙제어장치의 처리에 대하여 도 22를 사용하여 상세하게 설명한다.
단계 1601에서는 열차 중앙제어장치 내에 있는 기억장치의 리세트명령이 있었는지를 체크하여, 리세트명령이 있었던 경우에는 단계 1602로, 없었던 경우에는 단계 1603으로 진행한다. 리세트명령이 일어나는 조건으로서는, 일정시간 토오크배분량이 변화하지 않은, 일정거리 주행하고 있는 동안, 토오크배분량이 변화하지 않은, 열차속도가 소정의 속도를 하회한, 운전사로부터 리세트명령이 있었던, 등을 생각할 수 있다.
단계 1602에서는, 열차 중앙제어장치(1501) 내부에 있는 기억장치(201)의 상태정보를 초기화한다. 다음에 단계 1603으로 진행한다. ·
단계 1603에서는, 속도정보와 운전대로부터의 노치지령을 수취하여 열차 제어장치 내부에 있는 열차 성능 데이터베이스(204)를 참조하여 편성차량으로서 필요한 토오크량(T)을 구하여, 각 차량 구동장치에 균등하게 배분하는 토오크량(S)을 산출한다. 이것은 편성 내에 있는 전 차량 구동장치의 합계를 M이라 하고, 고장이 발생한 차량 구동장치를 X라 한 경우,
S = T/(M - X)
으로 계산한다. 다음에 단계 1604로 진행한다.
단계 1604에서는, 각 차량 구동장치의 상태정보를 수취하여 상기 기억장치 (201)의 각 차량 구동장치의 상태정보를 갱신한다. 이 갱신의 모양은 도 2에 나타내고, 상세한 것은 후술한다. 다음에 단계 1605로 진행한다.
단계 1605에서는, 기억장치(201)의 상태정보를 기초로 각 차량 구동장치에의 합계 토오크량(Pn)을 계산한다. 다음에 단계 1606으로 진행한다.
단계 1606에서는, 상기 기억장치(201) 내에 저장되어 있는 각 차량 구동장치의 상태정보와, 단계 1605에서 구한 각 차량 구동장치에의 합계 토오크량(Pn)과 단 계 1604에서 산출된 토오크량(S)을 기초로, 각 차량장치(1502)에의 토오크량을 결정한다. 다음에 단계 1607로 진행한다.
단계 1607에서는, 기억장치(201) 내에 있는 각 차량장치(1502)에의 토오크량 (S1n)(n은 각 차량 구동장치의 번호를 표시함)을 갱신한다.
정차할 때까지 상기 처리를 반복함으로써 각 차량에 효과적인 토오크 배분을 행할 수 있다.
각 차량장치는, 상기 토오크량을 수취하여 각 구동장치에의 토오크배분량을 결정한다. 이 배분량 결정처리는 도 10에서 설명하고 있는 처리에 있어서, 운전대로부터의 노치지령을 상기 토오크량으로 고쳐 읽으면 완전히 동일하다.
상기한 각 실시형태에서는 배분 비율을 변경할 때에 공전·활주이력 정보를 하나의 판단으로 하고 있으나, 제어주기마다의 공전·활주로 하여도 좋다. 이 경우, 기억장치(201) 내부에 있는 정보도 제어주기마다의 공전·활주정보로 한다. 또한, 제어주기마다의 공전·활주를 사용함으로써, 뒷 차량 구동장치에의 치우침을 적게 할 수 있으나, 상태변화가 정지하기까지의 시간이 길어지기 때문에, 약간이기는 하나 정지거리가 늘어날 가능성이 있다.
상기 처리에 의하여 구한 각 구동장치에의 토오크 배분 비율(H1n)을, 각 구동장치에 전달하고, 각 구동장치는 그 토오크 배분 비율과 노치지령 및 속도정보로부터 토오크량을 결정하여, 그 토오크량을 준수하도록 제어한다. 또 상기 실시형태에 있어서는, 각 구동장치에 있어서, 공전·활주 검지의 상태정보를 검출하고 있으나, 열차 제어장치로 각 구동장치의 공전·활주 검지를 행하여도 좋다. 그 경 우, 각 구동장치의 상태 감시장치로부터, 각 구동장치의 속도정보를 입수하여 행한다.
또한 여기까지 설명하여 온 실시형태에 있어서, 운전대로부터의 지령은 모두 노치지령으로 하고 있으나, 토오크지령이어도 상기 시스템에 의해 실현할 수 있다.
상기의 각 실시형태에서 설명한 공전·활주 검지의 방법에 대하여 이하 설명을 한다. 또한 이 방법은 상태 감시장치로 공전·활주 검지를 행하는 경우도, 열차 제어장치로 각 구동장치의 공전·활주 검지를 행하는 경우도 동일하다. 도 23 내지 도 25에, 상기 방법을 실현하는 공전·활주 검지 필터를 나타낸다.
도 23에 나타내는 필터에서는 각 상태 감시장치 또는 열차 제어장치로 검지된 공전·활주 검지정보를 시간 평균하여 한계값 이상의 값이면 공전·활주가 일어났다고 판단하고, 그렇지 않으면 공전·활주는 일어나지 않았다는 처리를 행한다. 다음에 도 24에 나타내는 필터에서는 공전·활주 검지정보와 진동정보를 기초로 주파수 해석을 행하여, 순간적으로 일어난 공전·활주인지를 판단하여, 순간적으로 일어난 공전·활주인 경우, 공전·활주는 일어나지 않았다는 처리를 행한다. 다음에 도 25에 나타내는 필터에서는 미리 레일의 이음매 등 순간적으로 공전·활주가 일어나는 위치정보를 가지고 있어, 그 위치정보와 공전·활주가 발생한 위치를 대조함으로써 순간적으로 일어난 공전·활주인지를 판단하여, 순간적으로 일어난 공전·활주인 경우, 공전·활주는 일어나지 않았다는 처리를 행한다. 또 도 23 내지 도 25의 조합에 의한 필터로 순간적으로 일어난 공전·활주를 판단하는 것도 가능하다.
다음에 상기한 각 실시형태에서 설명한 각 차량 구동장치에의 토오크배분량의 리세트방법에 대하여 도 26의 리세트속도 데이터베이스, 도 27의 리세트시간 데이터베이스, 도 28의 리세트거리 데이터베이스를 사용하여 보충설명을 한다. 리세트를 하는 조건으로서는, 하기의 것을 생각할 수 있다.
① 토오크 배분이 종료된 속도 V1에 대하여 리세트속도(V2)를 정의한 데이터베이스를 준비하여 두고, 속도가 V2 이하가 되면 리세트를 행한다. 또한 리세트속도 (V2)를 구하는 방법으로서는, 예를 들면 이상 점착 계수(μ)를 구하는 식
Figure 112004014634893-pat00001
(α는, 노면의 건조상태에 의해 결정된다. α= 1 이면 습윤, α= 2 이면 건조의 상태라고 되어 있다. V는 열차속도)를 사용하여 속도 V1일 때의 점착계수 (μ1)를 구하고, μ1로부터 β% 정도 변하는 속도 V2를 구하여 결정한다.
상기의 예로서, α = 1, β = 1, 속도 V1 = 255 km/h라 한 경우의 리세트속도(V2)를 구하면, μ1 = 1 × 13.6/(85 + 255) = 0.04, 즉 4% 이다. 이것이 1% 변동하는 속도 V2를 구한다. 가속의 경우에는 속도가 상승할 수록 점착계수는 낮아진다고 생각되기 때문에, 4% 내지 3%가 된다. 이것을 사용하여 리세트속도(V2)를 구하면, 0.03 = 1× 13.6/(85 + V2)이고, V2 = 368.333 km/h가 된다. 반대로 감속의 경우에는 속도가 감소할 수록 점착계수는 높아진다고 생각되므로 4% 내지 5%가 된다. 이것을 사용하여 리세트속도(V2)를 구하면, 0.05 = 1 × 13.6/(85 + V2)이고, V2 = 187 km/h가 된다.
② 토오크 배분이 종료된 속도 V1에 대하여 리세트시간(T2)을 정의한 데이터베이스를 준비하여 두고, 토오크 배분 종료후로부터 T2 경과하면 리세트를 행한다. 또한, 리세트시간(T2)의 구하는 방법으로서는 예를 들면 이상 점착계수(μ)를 구하는 수학식 (1)을 사용하여, 속도 V1일 때의 점착계수(μ1)를 구하고, μ1로부터 β%정도 변하는 속도 V2를 구하고, 다시 가감속도(ω)로부터 T2 = ｜(V2-V1)/ω|로서 계산할 수 있다.
상기한 예로서 α = 1, β = 1, 가감속도(ω)= 2.5km/h/s, 속도 V1 = 255km/h 라 한 경우의 리세트속도(V2)를 구하면, μ1 = 1 × 13.6/(85 + 255) = 0.04, 즉 4%이다. 이것이 1% 변동하는 속도 V2를 구한다. 가속의 경우에는 속도가 상승할 수록 점착계수는 낮아진다고 생각되기 때문에 4% 내지 3%가 된다. 이것을 사용하여 리세트속도(V2)를 구하면, 0.03 = 1 × 13.6/(85 + V2)이고, V2 = 368.333km/h가 된다. 여기에서 T2 = (368.333 - 255)/2.5 = 45.3초. 반대로 감속의 경우에는 속도가 감소할 수록 점차계수는 높아진다고 생각되기 때문에 4% 내지 5%가 된다. 이것을 사용하여 리세트속도(V2)를 구하면, 0.05 = 1 × 13.6/(85 + V2)이고, V2 = 167km/h가 된다. 여기서 T2 = ｜(187 - 255)/2.5 ｜ = 27.2초.
③ 토오크 배분이 종료된 속도 V1에 대하여 리세트거리(S2)를 정의한 데이터베이스를 준비하여 두고, 토오크 배분 종료후부터 S2 주행하면 리세트를 행한다.
또한 리세트시간(S2)의 구하는 방법으로서는, 예를 들면 이상점착계수(μ)를 구하는 수학식 (1)을 사용하여 속도 V1일 때의 점착계수(μ1)를 구하여, μ1로부터 β% 정도 변하는 속도 V2를 구하고, 다시 가감속도(ω)로부터 S2 = ｜(V2 ×V2 - V1× V1)/(7.2 ×ω) ｜로서 계산할 수 있다.
상기의 예로서, α = 1, β = 1, 가감속도(ω) = 2.5km/h/s, 속도 V1 = 255 km/h라 한 경우의 리세트속도(V2)를 구하면, μ1 = 1 × 13.6/(85 + 255) = 0.04, 즉 4% 이다. 이것이 1% 변동하는 속도 V2를 구한다. 가속의 경우에는 속도가 상승할 수록 점착계수는 낮아진다고 생각되므로, 4% 내지 3%가 된다. 이것을 사용하여 리세트속도(V2)를 구하면, 0.03 = 1 × 13.6/(85 + V2)이고, V2 = 368.333km/h가 된다. 여기에서 S2 = (368.333 × 368.333 - 255 × 255)/(7.2 × 2.5) = 3924.7m. 반대로 감속의 경우에는 속도가 감소할 수록 점착계수는 높아진다고 생각되므로 4% 내지 5%가 된다. 이것을 사용하여 리세트속도(V2)를 구하면, 0.05 = 1 × 13.6/(85 + V2)이고, V2 = 187 km/h가 된다. 여기에서, S2 = (187 × 187 - 255 × 255)/(7.2 × 2.5) = 1669.7m.
④ 운전사로부터의 지령이 변경되었을 때에는 노면에 대한 점착이 변하기 때문에 리세트한다.
⑤ 상기 ① 내지 ④의 조합으로 리세트판정을 행하여도 좋다.
또한 α의 값은 날씨정보 데이터베이스에 의해 소정의 값으로서 결정하는 방법이나 차륜의 공전 및 차륜의 활주의 발생정도에 따라 학습적으로 변경시키는 방법 등을 생각할 수 있다.
또, 상기에서는 데이터베이스를 미리 준비하여 두었으나, 상기의 방법을 열차 제어장치에 조립하여 동적으로 산출함으로써 리세트처리를 행하여도 좋다.
발명자는 상기 처리를 시뮬레이션에 의하여 실시하고, 우천시에 있어서도 날씨가 맑을 때와 동등한 가감속을 실현하고, 미리 배분한 경우에는 공전·활주이력이 없고, 정상동작을 하고 있으며 각 차량 구동장치의 출력 상한을 초과하고 있지 않은 차량 구동장치의 차량은 7% 정도의 증가가 필요하였던 것에 대하여, 동적으로 배당한 경우에는 3% 정도의 증가로 끝나는 것을 확인하고, 차량 구동장치에의 치우침을 적게 할 수 있음을 확인하였다.
가감속 성능의 배분을 각 구동장치의 공전·활주검지나 고장정보에 의거하여 동적으로 행함으로써 날씨나 상황에 따른 유연한 제어를 행하는 것이 가능하게 된다. 또 상기 공전·활주 검지는, 시간평균, 위치정보와의 비교, 주파수 분석의 필터처리를 행함으로써 레일의 이음매 등에서 일어나는 순간적인 공전·활주를 배제할 수 있어, 쓸데 없는 토오크 재배분을 하는 것을 방지할 수 있다. 한편으로 최악조건을 상정하여 미리 분배함으로써도 후속 차량에의 분배량을 적게 할 수 있다. 또 어느 일정 이상, 공전, 활주가 발생하지 않은 경우에는, 배분량을 리세트하여 올림으로써 필요 이상의 치우친 배분을 줄일 수 있다. 이들 처리에 의하여 각 차량이나 대차 등에 치우친 마모나 부하증대에 의한 고장이 발생하기 어렵게 되어, 건조·습윤의 상태에 관계없이 동일한 가감속을 하는 것이 가능하게 된다.
미리 토오크 분배할 때에, 시뮬레이션이나 실기시험 등으로, 역 정차시의 각 차량 구동장치에의 토오크분배량을 구하여 두고, 그것을 사용하여 분배하여 두면 공전·활주가 일어나지 않아, 건조·습윤의 상태에 관계없이 동일한 가감속을 하는 것이 가능하게 된다.

Claims (13)

  1. 열차의 각 차량을 구동하는 차량 구동장치와,
    각 차량 구동장치의 상태 데이터를 전송하는 차상 통신 네트워크와,
    상기 차상 통신 네트워크로 전송된 상태 데이터를 입력하여, 상기 상태 데이터에 따라 각각의 상기 차량 구동장치에 지령하는 토오크지령값을 결정하는 열차 제어장치를 가지고,
    상기 열차 제어장치는, 상기 상태 데이터에 따라 제 1 차량 구동장치의 토오크지령값을 저감하는 경우에, 상기 저감된 토오크량이 상기 제 1 차량 구동장치와는 다른 제 2 차량 구동장치에 분배되도록 각각의 상기 차량 구동장치의 토오크지령값을 결정함과 동시에, 결정한 토오크지령값을 상기 차상 통신 네트워크에 출력 하고,
    상기 차상 통신 네트워크는, 상기 열차 제어장치로 결정된 상기 토오크지령값을 각각의 상기 차량 구동장치에 전송하고,
    상기 차량 구동장치는, 전송된 상기 토오크지령값에 의거하여 차량을 구동하는 것을 특징으로 하는 열차 제어시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열차 제어장치는, 저감된 토오크량을 상기 제 1 차량 구동장치와는 다른 제 2 차량 구동장치에 분배하는 제어를, 상기 토오크분배량이 소정 시간 유지된 경우, 상기 토오크분배량이 소정의 속도에 이르기까지 유지된 경우, 상기 토오크배분량이 소정의 거리 유지된 경우, 또는 운전사로부터의 지령이 변경된 경우, 상기 분배 제어전의 상태로 되돌리는 것을 특징으로 하는 열차 제어시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 차량 구동장치는, 적어도 하나 이상의 상태 감시장치를 가지고, 상기 상태 감시장치의 감시결과를 상기 차상 통신 네트워크에 의해 상기 열차 제어장치에 전송하고,
    상기 열차 제어장치는, 상기 상태 감시장치의 감시결과 및 제어 주기전의 각 차량 구동장치에의 토오크지령값의 배분량에 의거하여, 각각의 상기 차량 구동장치에의 토오크지령값의 배분량을 결정하는 것을 특징으로 하는 열차 제어시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 열차 제어장치는, 상기 상태 감시장치의 감시결과를 기억장치에 보존하는 것을 특징으로 하는 열차 제어시스템.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 열차 제어장치는, 상기 상태 감시장치에 의해 이상이라고 판단된 상기 차량 구동장치를 상기 차상 통신 네트워크로부터 전기적으로 분리함과 동시에, 상기 차량 구동장치가 출력하고 있던 토오크를, 정상이고 또한 출력 상한을 초과하고 있지 않은 다른 상기 차량 구동장치에 균등하게 분배하는 것을 특징으로 하는 열차 제어시스템.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 상태 감시장치는, 차륜이 공전 또는 활주한 것을 판단하는 것을 특징으로 하는 열차 제어시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 차륜의 공전 또는 활주를 판단한 경우, 현재의 차량속도와 가감속도로부터 점착계수를 추정하는 것을 특징으로 하는 열차 제어시스템.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 상태 감시장치는, 차륜의 공전 또는 활주의 검출횟수의 시간평균이 한계값을 초과한 경우에, 차륜이 공전 또는 활주하였다고 판단하는 것을 특징으로 하는 열차 제어시스템.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 상태 감시장치는, 차륜의 공전 또는 활주가 일어났다고 판단하였을 때의 진동정보를 주파수 해석함으로써, 차륜이 공전 또는 활주하였다고 판단하는 것을 특징으로 하는 열차 제어시스템.
  10. 제 6항에 있어서,
    상기 상태 감시장치는, 차륜의 공전 또는 활주가 일어났다고 판단한 위치와, 차륜의 공전 또는 활주가 일어난다고 예측되고 있는 위치 데이터베이스를 대조하여, 차륜이 공전 또는 활주하였다고 판단하는 것을 특징으로 하는 열차 제어시스템.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 위치 데이터베이스는, 날씨정보를 포함하는 것을 특징으로 하는 열차 제어시스템.
  12. 열차의 각 차량을 구동하는 차량 구동장치 및 상기 각 차량 구동장치의 토오크지령값을 결정하는 열차 제어장치에 접속되고, 상기 차량 구동장치의 상태 데이터를 상기 열차 제어장치에 전송하여, 상기 열차 제어장치의 토오크지령값을 상기 각 차량 구동장치에 전송하는 차상 통신 네트워크시스템에 있어서,
    제 1 상기 차량 구동장치에 전송하는 상기 토오크지령값의 저감분이, 상기 제 1 차량 구동장치와는 다른 상기 차량 구동장치에 전송하는 상기 토오크지령값의 증가분의 합인 것을 특징으로 하는 차상 통신 네트워크시스템.
  13. 열차의 각 차량을 구동하는 차량 구동장치의 상태 데이터를 차상 통신 네트 워크를 거쳐 입력하고, 입력한 상기 상태 데이터에 따라 각각의 상기 차량 구동장치에 지령하는 토오크지령값을 결정하는 열차 제어장치에 있어서,
    상기 상태 데이터에 따라 제 1 차량 구동장치의 토오크지령값을 저감하는 경우에, 상기 저감한 토오크량이 상기 제 1 차량 구동장치와는 다른 제 2 차량 구동장치에 분배되도록 각각의 상기 차량 구동장치의 토오크지령값을 결정함과 동시에, 결정한 상기 토오크지령값을 상기 차상 통신 네트워크를 거쳐 상기 각 차량 구동장치에 출력하는 것을 특징으로 하는 열차 제어장치.
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