KR20060050875A - 철도 차량 정보 제어 시스템 - Google Patents

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KR20060050875A
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

본 발명은 가속 주행 시에 열차의 차량 수에 의하지 않고 적정하게 소정의 가속력을 얻을 수 있고, 감속 주행 시에 적정하게 주 변환장치에 의해 감속 브레이크 토크를 발생할 수 있는 철도 차량 정보 제어 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다.
이 과제를 해결하기 위해서, 차량 정보 제어 장치(17a)는 주간 제어 장치(12)로부터 열차의 역행(力行) 주행 또는 감속 주행의 요구가 있었을 때는, 각 차량(11a∼11e)의 브레이크 제어 장치(16a∼16e)의 차량 질량 검출 장치(21a∼21e)로부터의 차량 질량(M1∼M5)을 입력하고, 열차를 주행시키는 역행 토크 또는 감속 브레이크 토크를 연산하여, 각 차량(11b∼11d)의 주 변환장치(18b∼18d)에 역행 토크를 배정하고, 주 변환장치(18b∼18d) 및 브레이크 제어 장치(16a∼16e)에 감속 브레이크 토크를 배정한다. 이에 따라 감속 주행 시에 적정하게 주 변환장치(18b∼18d)에 의해 역행 토크 또는 감속 브레이크 토크를 발생시킨다.
철도 차량 정보 제어 시스템, 주간 제어 장치, 주 변환장치, 브레이크 제어 장치

Description

철도 차량 정보 제어 시스템{RAILWAY VEHICLE INFORMATION CONTROL SYSTEM}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 철도 차량 정보 제어 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 철도 차량 정보 제어 시스템의 구성 도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 철도 차량 정보 제어 시스템의 구성 도.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에서의 차량 정보 제어 장치(중앙 장치)의 구성도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에서의 차량 정보 제어 장치(중앙 장치)의 다른 일 예를 나타낸 구성도.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 철도 차량 정보 제어 시스템의 구성 도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
11 : 차량
12 : 주간 제어 장치
13 : 감속 스위치
14 : 속도 검출기
15 : 구배 정보 저장 장치,
16 : 브레이크 제어 장치
17 : 차량 정보 제어 장치
18 : 주 변환장치
19 : 감속 브레이크 토크 산출 수단
20 : 배정 수단,
21 : 차량 질량 검출 장치
22 : 전송로
23 : 저속 주행 스위치
본 발명은 복수대의 차량이 연결된 열차의 가속이나 감속을 행하는 철도 차량 정보 제어 시스템에 관한 것이다.
복수대의 차량이 연결된 열차의 주행 제어를 행하는 철도 차량 정보 제어 시스템에서는, 가속 주행을 행할 경우, 주간(主幹) 제어 장치로부터의 노치 정보를 차량 정보 제어 장치와 전송로를 통하여 그대로의 형(形)으로 각각의 차량의 주 변환장치에 전달하고 있다. 또한 각각의 차량의 질량은 브레이크 제어 장치의 차량 질량 검출 장치로부터 차량 정보 제어 장치와 전송로를 통해서 주 변환장치로 전달 된다. 그리고, 주 변환장치에서는 열차의 질량 및 노치 정보의 가속 주행 지령에 의거하여 가속 주행 제어를 행하고 있다.
한편, 복수대의 차량이 연결된 열차의 주행 제어를 행하는 철도 차량 정보 제어 시스템에서 감속 주행을 행할 경우, 주간(主幹) 제어 장치로부터의 노치 정보와 감속 스위치의 정보를, 감속 주행 지령으로서 각 차량의 차량 정보 제어 장치에 전송로를 통하여 그대로의 형으로 전송하고, 차량의 주 변환장치에 전달한다. 주 변환장치에는, 열차를 편성하는 각 차량의 질량이 브레이크 제어 장치의 차량 질량 검출 장치로부터 전송로를 통하여 전달되고, 주 변환장치에서는 열차의 질량 및 감속 주행 지령에 의거하여 감속 브레이크 제어를 행하고 있다.
그러나, 이러한 철도 차량 정보 제어 시스템에서의 가속 주행의 경우, 다른 주 변환장치가 해방 또는 고장 상태가 되면, 정상인 주 변환장치에는 여유가 있다 해도, 편성 전체로서 필요한 가속력을 얻을 수 없다. 또한 이것을 피하기 위해서는 주 변환장치에 모든 주 변환장치의 상태 정보와 각 차량의 질량을 모두 전송하여 보내야 하므로, 전송량의 대폭적인 증가와 주 변환장치의 처리의 증가를 초래하게 된다. 또한, 차량수가 변경이 되었을 경우에는 전송 포맷(format)의 변경도 필요하게 된다.
한편, 감속 주행의 경우, 각 주 변환장치가 감속 주행 지령을 인식하는 타이밍의 어긋남으로부터 목표 속도에 편차가 발생하고, 발생 브레이크 힘에 차이가 생긴다. 또한 주 변환장치가 해방이나 고장 상태가 되면 정상인 주 변환장치에는 여 유가 있어도, 열차의 편성 전체로서 필요한 브레이크 힘을 얻을 수 없게 되고, 브레이크 제어 장치에 의한 공기브레이크를 다용(多用)하게 된다.
본 발명의 목적은 가속 주행 시에 열차의 차량수에 의하지 않고 적정하게 소정의 가속력을 얻을 수 있고, 감속 주행 시에 적정하게 주 변환장치에 의해 감속 브레이크 토크를 발생할 수 있는 철도 차량 정보 제어 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 철도 차량 정보 제어 시스템은 복수대의 차량이 연결된 열차의 역행(力行) 및 브레이크의 조작을 행하는 주간(主幹) 제어 장치와, 각 차량의 질량을 검출하는 차량 질량 검출 장치와, 열차를 주행시키는 역행 토크를 발생시키는 주 변환장치와, 상기 주간 제어 장치로부터의 역행 노치 정보와 각 차량의 차량 질량 검출 장치로부터의 차량 질량으로부터 필요한 편성 전체의 역행 토크를 연산하여 주 변환장치에 전송하는 차량 정보 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 철도 차량 정보 제어 시스템은 복수대의 차량이 연결된 열차의 역행 및 브레이크의 조작을 행하는 주간 제어 장치와, 열차의 감속 주행을 요구하는 감속 스위치와, 열차의 속도를 검출하는 속도 검출기와, 열차가 주행하는 선로의 구배(句配) 정보를 저장하고 있는 구배 정보 저장 장치와, 열차의 각각의 차량의 질량을 검출하는 동시에 열차를 정지시키는 공기브레이크를 발생하는 브레이크 제어 장치와, 열차를 주행시키는 역행 토크와 열차를 정지시키는 회생브레이크를 발생시키는 주 변환장치와, 감속 스위치로부터 열차의 감속 주행의 요구가 있었을 때 각 차량의 브레이크 제어 장치로부터의 차량 질량과 구배 정보 저장 장치로부터의 구배 정보와 속도 검출기로부터의 열차 속도로부터 열차편성 전체로서 필요한 감속 브레이크 토크를 연산하여 각 차량의 주 변환장치 및 브레이크 제어 장치에 감속 브레이크 토크를 배정하는 차량 정보 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 철도 차량 정보 제어 시스템의 구성도다. 도 1에서는 5량의 차량(11a∼11e)으로부터 편성된 열차를 나타내고 있다. 열차의 선두 차량(11a)인 1호차 및 최후미 차량(11e)인 5호차에는 주간 제어 장치(12a, 12e)가 각각 마련되어져 있다. 주간 제어 장치(12a, 12e)는 운전수가 역행이나 브레이크 조작을 행하는 것이다.
또한, 차량(11a) 및 차량(11e)에는, 브레이크 제어 장치(16a, 16e) 및 차량 정보 제어 장치(중앙 장치)(17a, 17e)가 마련되어져 있다. 브레이크 제어 장치(16a, 16e)는 각 차량(11a, 11e)의 질량을 검출하는 차량 질량 검출 장치(21a, 21e)를 갖고, 차량 질량 검출 장치(21a, 21e)는 각 차량(11a∼11e)의 질량(M1, M5)을 검출한다. 즉, 브레이크 제어 장치(16a, 16e)는 차량의 질량을 검출하는 동시에 공기브레이크 힘을 발생시킨다. 차량 정보 제어 장치(17a, 17e)는 주간 제어 장치(12a, 12e)로부터 열차의 가속 주행의 요구가 있었을 때, 열차편성 전체로서 필요한 역행 토크를 연산한다.
열차의 선두 차량(11a)과 최후미 차량(11e) 사이의 2호차∼4호차의 각 차량(11b∼11d)에는 브레이크 제어 장치(16b∼16d)와 주 변환장치(18b∼18d)가 마련되어 있다. 브레이크 제어 장치(16b∼16d)는 각 차량(11b ∼11d)의 질량을 검출하는 차량 질량 검출 장치(21b∼21d)를 갖고, 이 차량 질량 검출 장치(21b∼21d)에서 각 차량(11b∼11d)의 질량(M2∼M4)을 검출하는 동시에, 공기브레이크 힘을 발생시킨다. 주 변환장치(18b∼18d)는 열차를 주행시키는 역행 토크와 열차를 정지시키는 회생브레이크 토크를 발생시킨다. 또한 차량 정보 제어 장치(17b∼17d)(단말 장치)는 차량 정보 제어 장치(중앙 장치)(17a, 17e)에서 연산된 역행 토크를 수신하여 주 변환장치(18b∼18d)에 출력한다.
즉, 주간 제어 장치(12a, 12e)는 운전수가 역행/브레이크 조작을 행함으로써, 차량 질량 검출 장치(21a∼21e)는 각 차량(11a∼11e)의 질량(M1∼M5)을 검출하고, 주 변환장치(18b∼18d)는 열차를 주행시키는 역행 토크를 발생시킨다. 차량 정보 제어 장치(중앙 장치)(17a, 17e) 및 차량 정보 제어 장치(단말장치)(17b∼17d)는 주 변환장치(18b∼18d)에 전달해줄 역행 토크를 연산한다.
또한 차량 정보 제어 장치(17a∼17e) 사이는 전송로(22a)로 접속되어 데이터 전송이 행하여지고, 차량 정보 제어 장치(17a, 17e)와 주간 제어 장치(12a, 12e) 사이는 전송로(22b)로 접속되어 데이터 전송이 행하여진다. 또한 차량 정보 제어 장치(17a∼17e)와 브레이크 제어 장치(16a∼16e) 사이는 전송로(22c)로 접속되어 데이터 전송이 행하여지고, 차량 정보 제어 장치(17b∼17d)와 주 변환장치(18b∼18d) 사이는 전송로(22d)로 접속되어 데이터 전송이 행하여 진다.
다음으로 동작을 설명한다. 지금, 운전수는 1호차측의 주간 제어 장치(12a)를 조작하고 있는 것으로 한다. 주간 제어 장치(12a)로부터 역행 노치 정보가 전송로(22b)를 통하여 차량 정보 제어 장치(17a)에 입력된다. 또한 각 차량(11a∼1l e)의 질량(M1∼M5)이 전송로(22c)를 통하여 브레이크 제어 장치(16a∼16e)의 차량 질량 검출 장치(21a∼21e)로부터 각 호차의 차량 정보 제어 장치(17a∼17e)에 입력된다. 차량 정보 제어 장치(17a∼17e)는 전송로(22a)로 연결되어 있어, 각 호차의 차량 정보 제어 장치(17a∼17e)에 입력된 차량 질량(M1∼M5)은 전송로(22a)를 통하여 중앙 장치인 차량 정보 제어 장치(17a)에 모아진다.
차량 정보 제어 장치(17a)는 각 브레이크 제어 장치(16a∼16e)의 차량 질량 검출 장치(21a∼21e)의 질량 정보로부터 편성 전체의 질량을 연산한다. 이 편성 전체의 질량과 노치로부터 정해져 있는 가속도로부터 편성으로서 필요한 역행 토크(F)를 연산한다. 이 역행 토크(F)를 각 주 변환장치(18b∼18d)에 차량 질량에 따라 배정한다.
지금, 편성으로서 필요한 역행 토크를 F[N]라 하면, 2호차의 주 변환장치(18b)에 배정하는 역행 토크(F2), 3호차의 주 변환장치(18c)에 배정하는 역행 토크(F3), 4호차의 주 변환장치(18d)에 배정하는 역행 토크(F4)는 각각 이하의 (수학식 1) ∼ (수학식 3)으로 나타내진다.
(수학식 1)
F2 = F * M2 / (M2 + M3 + M4)
(수학식 2)
F3 = F * M3 / (M2 + M3 + M4)
(수학식 3)
F4 = F * M4 / (M2 + M3 + M4)
또한, 제 1 실시예에서는, 차량은 5량 편성으로 주 변환장치(18b∼18d)가 2 호차∼4호차에 탑재되어 있는 경우를 나타내고 있지만, 전차(全車)에 주 변환장치(18)가 탑재되어 있는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있고, 또한 주 변환장치(18)가 탑재되어 있는 차량이 보다 적은 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
차량 정보 제어 장치(17a)에 의해 연산된 각 주 변환장치(18b∼18d)의 역행 토크(F2∼F4)가 전송로(22a)를 통하여 각 호차의 차량 정보 제어 장치(17b∼17d)에 전달되고, 차량 정보 제어 장치(17b∼17d)로부터 전송로(22d)를 통하여 각 주 변환장치(18b∼18d)에 출력된다.
지금, 3호차의 주 변환장치(18b)는 해방 상태 또는 고장 상태로 한다. 3 호차의 주 변환장치(18b)가 해방 상태 또는 고장 상태이므로, 각 주 변환장치(18b∼18d)에 배정되는 역행 토크(F2∼F4)는 이하의 (수학식 4) ∼ (수학식 6)과 같이 된다. 즉, 건전한 주 변환장치(18)의 차량 질량에 따라 역행 토크를 배정한다.
(수학식 4)
F2 = F * M2 / (M2 + M4)
(수학식 5)
F3 = 0
(수학식 6)
F4 = F * M4 / (M2 + M4)
단, 연산값이 점착(粘着) 리미트값을 상회하는 경우에, 점착 리미트값을 출력하게 된다.
한편, 3호차의 주 변환장치(18c)가 지령값에 대하여 3호차의 주 변환장치 (18c)가 지령값의 발생 토크를 출력하지 않고 있지 않을 경우에는, 예를 들면 발생 토크값이 지령값의 50%밖에 출력하지 않고 있지 않을 경우에는, 열차의 편성으로서 필요한 역행 토크(F)를 만족할 수 없다. 즉, 각 주 변환장치(18b∼18d)로부터의 발생 토크값의 합계(FB)는 필요한 역행 토크(F)보다 작아진다.
그래서, 이 F - FB를 부족분(不足分)으로서 주 변환장치(18b, 18d)에 차량 중량에 따라 재배분한다. 여기에서, 지령값과 발생 토크값이 크게 상이한 주 변환장치(18c)에는 재배분의 배정을 실시하지 않는다.
다음으로, 차량 정보 제어 장치(17a∼17e)로부터 주 변환장치(18)에 전달하는 전송 데이터 중에, 역행 토크 지령값 뿐만 아니라, 노치 정보와 편성 전체(全體)의 질량도 맞춰서 송신하도록 해도 좋다. 주 변환장치(18b∼18d)는 노치 정보와 편성 전체의 질량으로부터 편성 전체에 필요한 역행 토크(F')를 연산한다. 이것을 주 변환장치(18)의 대수로 나눈 1대당의 역행 토크와 차량 정보 제어 장치(17a∼17e)로부터의 역행 토크 지령값을 비교한다. 이 두 개에 크게 차이가 있는 경우에는, 안전하게 값인 작은 쪽을 채용한다. 또한, 차량 정보 제어 장치(17a∼17e)로부터의 역행 토크 지령값은 차량 중량에 따라 계산되고 있기 때문에, 임계값을 크게 해 둔다. 또한, 전(全) 주 변환장치(18)의 탑재 차량의 질량을 전송으로 전달하는 경우는, 보다 정확한 비교가 가능해 진다.
제 1 실시예에 의하면, 차량 정보 제어 장치(17)에서 주간 제어 장치(12)로부터의 노치 정보와 차량 질량 검출 장치(21)로부터의 각 차량의 질량으로부터 편성 전체로서 필요한 역행 토크량을 연산하고, 각 주 변환장치(18)에 역행 토크 지 령으로서 전송하기 때문에, 주 변환장치(18)에 해방이나 고장이 발생한 경우에도 소정의 가속력을 얻는 것이 가능해 진다.
다음으로 본 발명의 제 2 실시예를 설명한다. 도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 철도 차량 정보 제어 시스템의 구성도이다. 이 제 2 실시예는 도 1에 나타낸 제 1 실시예에 대하여, 열차의 정속 주행을 요구하는 정속 주행 스위치(23a, 23e) 및 열차 속도를 검출하는 속도 검출기(14a, 14e)를 추가해서 설치하고, 차량 정보 제어 장치(17a, 17e)는 정속 주행 스위치(23a, 23e)로부터 정속 주행의 요구가 있었을 때, 그 때의 열차의 속도를 열차의 목표 속도로 하고 피드백 제어에 의해 필요한 역행 토크를 연산하고, 주 변환장치(18b∼18d)에 전송하도록 한 것이다. 도 1과 동일한 요소에는 동일한 부호를 부여하고 중복하는 설명은 생략한다.
지금, 운전수는 1호차측의 주간 제어 장치(12a)와 정속 주행 스위치(23a)를 조작하고 있는 것으로 한다. 차량 정보 제어 장치(17a)는 역행중에 정속 주행 스위치(23a)가 조작되면, 조작되었을 때의 속도 검출기(14a)로부터의 속도를 목표 속도(VREF)로 한다. 그리고, 이 목표 속도(VREF)와 열차 속도(V)와의 차분을 편차로 하여 피드백 제어를 행한다. 이 결과 얻을 수 있었던 조작 변수(역행 토크)를 제 1 실시예와 마찬가지로 차량 중량에 따라 주 변환장치(18b∼18d)에 배정한다. 피드백 제어는 일반적인 PID 제어일 수도 보다 고도(高度)한 제어일 수도 있다.
이상의 설명에서는, 정속 주행 스위치(23a)로부터 정속 주행의 요구가 있었을 때는, 그 때의 열차의 속도를 열차의 목표 속도로 하여 피드백 제어에 의해 필요한 역행 토크를 연산하고 주 변환장치(18b∼18d)에 전송하도록 했지만, 정속 주 행 스위치(23a)로부터 정속 주행의 요구가 있었을 때는, 그 때의 열차의 속도를 열차의 목표 속도로 하여 그 목표 속도로부터 주행 저항을 연산하고, 이 주행 저항을 상쇄하는 역행 토크를 각 주 변환장치(18b∼18d)에 출력하도록 해도 좋다.
지금, 운전수는 1호차측의 주간 제어 장치(12a)와 정속 주행 스위치(23a)를 조작하고 있는 것으로 한다. 차량 정보 제어 장치(17a)는 역행중에 정속 주행 스위치(23a)가 조작되면, 조작되었을 때의 속도 검출기(14a)로부터의 속도를 목표 속도(VREF)로 한다. 그리고, 이 목표 속도(VREF)로부터 주행 저항(R[N])을 구한다. 이 주행 저항(R)을 제 1 실시예와 마찬가지로 차량 중량에 따라 주 변환장치(18b∼18d)에 배정한다. 또한, 이 주행 저항(R)에는 열차 속도의 함수로 나타나는 열차의 직선 및 공기 저항과 구배 저항을 포함하는 것으로 한다. 또한 이상의 설명에서는, 주행 저항(R)만을 이용하여 제어하는 방법을 나타내고 있지만, 보정으로서 피드백 제어와 병용(倂用)해도 좋다.
제 2 실시예에 의하면, 차량 정보 제어 장치(17)에서 정속 주행에 필요한 토크값을 연산함으로써, 주 변환장치(18)의 특성(차륜계의 차이, 인식 속도의 차이 등)에 의해 생기는 주 변환장치(18)의 발생 토크의 편차를 없애는 것이 가능해 진다.
다음으로 본 발명의 제 3 실시예에 관하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 철도 차량 정보 제어 시스템의 구성도이다. 이 제 3 실시예는 주간 제어 장치(12)가 역행 토크 대신에 감속 브레이크 토크를 출력하는 경우이다. 도 3에서는 5량의 차량(11a∼11e)으로 편성된 열차를 나타내고 있다.
열차의 선두 차량(11a)인 1호차 및 최후미 차량(11e)인 5호차에는, 주간 제어 장치(12a, 12e) 및 감속 스위치(13a, 13e)가 각각 마련되어져 있다. 주간 제어 장치(12a, 12e)는 운전수가 역행이나 브레이크 조작을 행하는 것이고, 감속 스위치(13a, 13e)는 감속 주행을 요구하는 것이다. 또한 차량(11a) 및 차량(11e)에는, 열차의 속도를 검출하는 속도 검출기(14a, 14e) 및 선로의 구배 정보를 저장하는 구배 정보 저장 장치(15a, 15e)가 마련되어져, 브레이크 제어 장치(16a, 16e) 및 차량 정보 제어 장치(중앙 장치)(17a, 17e)가 마련되어져 있다. 브레이크 제어 장치(16a, 16e)는 각 차량(11a, 11e)의 질량을 검출하는 동시에 공기 브레이크 힘을 발생시키는 것이다. 브레이크 제어 장치(16a, 16e)는 각 차량(11a, 11e)의 질량을 검출하는 차량 질량 검출 장치(21a, 21e)를 갖고, 차량 질량 검출 장치(21a, 21e)는 각 차량(11a∼11e)의 질량(M1, M5)을 검출한다. 즉, 브레이크 제어 장치(16a, 16e)는 차량의 질량을 검출하는 동시에 공기 브레이크 힘을 발생시킨다. 차량 정보 제어 장치(17a, 17e)는 감속 스위치(13a, 13e)로부터 열차의 감속 주행의 요구가 있었을 때, 열차 편성 전체로서 필요한 감속 브레이크 토크를 연산한다.
열차의 선두 차량(11a)과 최후미 차량(11e) 사이의 2호차∼4호차의 각 차량(11b∼11d)에는 브레이크 제어 장치(16b∼16d)와 주 변환장치(18b∼18d)가 마련되어져 있다.
브레이크 제어 장치(16b∼16d)는 각 차량(11b∼11d)의 질량을 검출하는 차량 질량 검출 장치(21b∼21d)를 갖고, 이 차량 질량 검출 장치(21b∼21d)에서 각 차량(11b∼11c)의 질량(M2∼M4)을 검출하는 동시에, 공기 브레이크 힘을 발생시킨다. 주 변환장치(18b∼18d)는 열차를 주행시키는 역행 토크와 열차를 정지시키는 회생브레이크 토크를 발생시킨다. 또한 차량 정보 제어 장치(17b∼17d) (단말 장치)는 차량 정보 제어 장치(중앙 장치)(17a, 17e)에서 연산된 감속 브레이크 토크를 수신하여 주 변환장치(18b∼18d) 및 브레이크 제어 장치(16b∼16d)에 출력하는 것이다.
또한 차량 정보 제어 장치(17a∼17e) 사이는 전송로(22a)로 접속되어 데이터 전송이 행하여지고, 차량 정보 제어 장치(17a, 17e)와 주간 제어 장치(12a, 12e) 사이는 전송로(22b)로 접속되어 데이터 전송이 행하여진다. 또한 차량 정보 제어 장치(17a∼17e)와 브레이크 제어 장치(16a∼16e) 사이는 전송로(22c)로 접속되어 데이터 전송이 행하여지고, 차량 정보 제어 장치(17b∼17d)와 주 변환장치(18b∼18d) 사이는 전송로(22d)로 접속되어 데이터 전송을 행한다.
도 4는 1호차인 차량(11a)에 탑재된 차량 정보 제어 장치(중앙 장치)(17a)의 구성도이다. 지금, 운전수는 1호차의 차량(11a)의 주간 제어 장치(12a)를 조작하고 있는 것으로 한다. 주간 제어 장치(12a)로부터 노치 정보 및 감속 스위치(13a)의 조작 정보가 차량 정보 제어 장치(17a)의 감속 브레이크 토크 산출 수단(19)에 입력된다. 또한 열차 속도가 속도 검출기(14a)로부터의 열차 속도가 차량 정보 제어 장치(17a)의 감속 브레이크 토크 산출 수단(19)에 입력되어, 주행지점의 구배 정보가 구배 정보 저장 장치(15a)로부터 차량 정보 제어 장치(17a)의 감속 브레이크 토크 산출 수단(19)에 입력된다.
또한, 각 차량(11a∼11e)의 질량(M1∼M5)은 브레이크 제어 장치(16a∼16e)에서 검출되고, 자기 차량(11a)의 질량(M1)은 직접적으로 차량 정보 제어 장치(17a) 의 감속 브레이크 토크 산출 수단(19)에 입력되고, 다른 각 차량(11b∼1le)의 질량(M2∼M5)은 차량 정보 제어 장치(17b∼17e)를 통하여 차량 정보 제어 장치(17a)의 감속 브레이크 토크 산출 수단(19)에 입력된다. 즉, 각 차량 정보 제어 장치(17a∼17e)는 전송로(22a)에서 연결되어 있고, 다른 각 차량(11b∼11e)의 질량은 차량 정보 제어 장치(17b∼17e)에 입력되어 전송로(22a)를 통하여 중앙 장치인 차량 정보 제어 장치(17a)에 모아진다.
차량 정보 제어 장치(17a)의 감속 브레이크 토크 산출 수단(19)은 각 브레이크 제어 장치(16a∼16e)로부터 얻은 각 차량(11a∼11e)의 질량(M1∼M5)으로부터 열차의 편성 전체의 질량을 연산한다. 이 편성 전체의 질량과 감속 스위치(13a)가 아래로 눌려진(주간 제어 장치(12a)의 노치가 늦춰진 위치) 시점의 열차 속도를 목표 속도로 하고, 구배 정보와 속도 정보로부터 편성으로서 필요한 감속 브레이크 토크(F)를 연산한다. 그리고, 배정 수단(20)은 이 감속 브레이크 토크(F)를 각 주 변환장치(18b∼18d)와 브레이크 제어 장치(16a∼16e)에 차량 질량에 따라 배정한다. 편성으로서 필요한 감속 브레이크 토크(Fb[N])는 구배 저항을 Rs, 공기 저항을 Rm 이라고 하면, 하기의 (수학식 7)로 나타내진다.
(수학식 7)
Fb = Rs - Rm
Rs[N] = 9.8 * 구배량 s1[퍼밀] * 편성 질량[ton]
Rm[N] = 9.8 * {(a + b * 열차 속도v(t)[Km/h]) * 편성 질량 + k * (c + d * 편성 길이L[m]) * v(t) * v(t)}
여기에서, a, b, c, d, k는 주행 저항 파라미터이다.
그리고, 배정 수단(20)에 의해 주 변환장치(18b∼18d)를 탑재한 차량(11b∼11d)에 대하여 감속 브레이크 토크(F)를 배정한다. 2호차의 주 변환장치(18b)에 배정하는 감속 브레이크 토크(Fb2), 3호차의 주 변환장치(18c)에 배정하는 감속 브레이크 토크(Fb3), 4호차의 주 변환장치(18d)에 배정하는 감속 브레이크 토크(Fb4)는 각각 이하의 (수학식 8) ∼ (수학식 10)으로 나타내진다.
(수학식 8)
Fb2 = F * M2 / (M2 + M3 + M4)
(수학식 9)
Fb3 = F * M3 / (M2 + M3 + M4)
(수학식 10)
Fb4 = F * M4 / (M2 + M3 + M4)
또한, 이상의 설명에서는, 열차는 5량 편성이고 2호차 ∼ 4호차에 주 변환장치(18b∼18d)가 탑재되어 있는 경우를 나타내고 있지만, 전차(全車)에 주 변환장치(18)가 탑재되어 있는 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있고, 또한 주 변환장치(18)가 탑재되어 있는 차량이 보다 적은 경우에도 마찬가지로 적용할 수 있다.
중앙 장치인 차량 정보 제어 장치(17a)에 의해 연산된 각 주 변환장치(18b∼18d)의 감속 브레이크 토크(Fb2, Fb3, Fb4)는 전송로(22c)를 통과시켜 각 호차의 차량 정보 제어 장치(17b∼17d)에 전달되고, 차량 정보 제어 장치(17b∼17d)로부터 각 주 변환장치(18b∼18d)에 출력된다.
도 5는 1호차인 차량(11a)에 탑재된 차량 정보 제어 장치(중앙 장치)(17a)의 다른 일 예를 나타낸 구성도이다. 차량 정보 제어 장치(중앙 장치)(17a)의 배정 수단(20)에는 주 변환장치(18b∼18d)로부터의 감속 브레이크 토크의 피드백 신호(A2∼A4)가 입력되고 있다.
배정 수단(20)은 각 주 변환장치(18b∼18d)에 출력한 감속 브레이크 토크(Fb2∼Fb4)에 대하여, 주 변환장치(18b∼18d)로부터 출력된 발생 토크를 피드백 신호에서 수신하고, 주 변환장치(18b∼18d)로부터의 피드백 신호의 합계가 부족한 경우에는, 부족분을 브레이크 제어 장치(16a∼16e)에 차량 중량에 따라 배정한다. 이때, 우선 주 변환장치(18b∼18d)를 설치하지 않은 차량(11a, 11e)으로부터 공기 브레이크 토크 지령을 출력한다(지연 제어).
이상의 설명에서는, 배정 수단(20)은 주 변환장치(18b∼18d)로부터의 감속 브레이크 토크의 피드백 신호(A2∼A4)를 입력하도록 했지만, 주 변환장치(18b∼18d)의 해방 신호 또는 고장 신호를 입력해도 좋다. 예를 들면 3호차의 주 변환장치(18c)가 해방 또는 고장인 경우에는 3호차인 차량(11c)으로부터 해방 신호 또는 고장 신호가 배정 수단(20)에 입력된다. 배정 수단(20)은 3호차의 주 변환장치(18c)로부터 해방 신호 또는 고장 신호가 입력되면, 각 주 변환장치(18b∼18d)에 배정하는 감속 브레이크 토크(Fb2, Fb3, Fb4)를 이하의 (수학식 11)∼( 수학식 13)과 같이 변경된다. 즉, 건전(健全)한 주 변환장치(18)의 차량 질량에 따라 브레이크 토크를 배정한다.
(수학식 11)
Fb2 = Fb * M2 / (M2 + M4)
(수학식 12)
Fb3 = 0
(수학식 13)
Fb4 = Fb * M4 / (M2 + M4)
또한, 주 변환장치(18b∼18d)로부터의 감속 브레이크 토크가 차량 정보 제어 장치(17a)의 배정 수단(20)이 배정한 감속 브레이크 토크보다 작을 때는, 배정 수단(20)은 부족분의 감속 브레이크 토크를 다른 주 변환장치에 배정하도록 하는 것도 가능하다. 예를 들면, 3호차의 주 변환장치(18c)의 감속 브레이크 토크가 지령값에 대하여 50%밖에 나오지 않을 경우에는, 부족분으로서 주 변환장치(18b, 18d)에 차량 중량에 따라 재배분한다.
즉, 편성으로서 필요한 감속 브레이크 토크(Fb)에 대하여, 3호차의 주 변환장치(18c)의 감속 브레이크 토크가 작으므로, 각 주 변환장치(18b∼18d)로부터의 발생 토크값을 합계(FBb)로 하면, 필요한 감속 브레이크 토크(Fb)보다 작아진다. 그래서, 배정 수단(20)은 Fb - FBb를 부족분으로서 주 변환장치(18b, 18d)에 차량 중량에 따라 재배분한다. 여기에서, 지령값과 발생 토크값이 크게 다른 주 변환장치(18b∼18d)에 대하여는 재배분의 배정을 실시하지 않도록 한다. 또한 재 배정 시에 주 변환장치(18b, 18d)도 이미 한계인 경우에는, 다시 한번 배당을 행해도 발생 토크값은 증가하지 않으므로, 이 경우에는 브레이크 제어 장치(16a∼16e)에 배정하게 된다.
또한, 배정 수단(20)으로의 피드백 신호로서 각 주 변환장치(18b∼18d)로부터의 온도 정보를 입력하고, 그 온도 정보에 의거하여 온도 조건의 엄격한 주 변환장치(18b∼18d)에 배정하는 감속 브레이크 토크를 작게 하고, 부족분을 다른 주 변환장치(18b∼18d) 또는 브레이크 제어 장치(16a∼16e)에 배정해도 좋다.
이상의 설명에서는, 열차의 주행하는 선로의 구배 정보를 얻기 위해서 구배 정보 저장 장치(15a, 15e)를 마련했지만, 구배 정보 저장 장치(15a, 15e) 대신에, 구배 검출기를 설치해도 좋다. 즉, 열차의 편성으로서 필요한 감속 브레이크 토크(F)의 연산에 구배 검출기로부터의 실시간 구배 정보로 연산을 실시한다. 연산 실시 후의 브레이크 토크의 배정은 상기와 마찬가지로 행한다.
제 3 실시예에 의하면, 차량 정보 제어 장치(17a)에서 브레이크 제어 장치(16a∼16e)로부터의 각 차량의 질량과 구배 정보 및 열차 속도로부터 편성 전체로서 필요한 감속 브레이크 토크를 연산하여, 각 주 변환장치(18b∼18d) 및 브레이크 제어 장치(16a∼16e)에 브레이크 토크 지령으로서 배정하므로, 최적의 감속 브레이크 토크의 배분을 실시하는 것이 가능해 진다. 또한 주 변환 장치(18b∼18d)에 해방 상태나 고장 상태가 발생했을 경우라도, 소정의 감속 브레이크 토크를 얻는 것이 가능해진다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 철도 차량 정보 제어 시스템의 구성 도이다. 이 제 4 실시예는 도 3에 나타낸 제 3 실시예에 대하여 구배 정보 저장 장치(15a, 15e)를 생략하고, 감속 주행의 요구가 있었을 때의 열차 속도를 속도 목표값으로 하고 열차 속도를 피드백하여 열차 속도가 구배에 관계없이 일정해지도록 제어하게 한 것이다.
차량 정보 제어 장치(17a)는 저속 중에 감속 스위치(13a)가 눌려지면, 눌려진 때의 속도 검출기(14a)로부터의 속도를 목표 속도(VREF)로 한다. 그리고, 이 목표 속도(VREF)와 열차 속도(V)의 차분을 편차로서 피드백 제어를 행한다. 그리고, 이 결과를 얻은 조작 변수(브레이크 토크)를 제 3 실시예와 마찬가지로 차량 중량에 따라 주 변환장치(18b∼18d)와 브레이크 제어 장치(16a∼16e)에 배정한다. 피드백 제어는 일반적인 PID 제어일 수도, 보다 고도한 제어일 수도 있다.
또한 제 3 실시예에 제 4 실시예를 조합시키고, 구배 정보로부터 연산한 브레이크 토크를 이용하여 제어하고, 그 보정으로서 피드백 제어를 병용하도록 해도 좋다. 제 2 실시예에 의하면, 구배 정보 저장 장치(15a, 15e)나 구배 검출기를 마련할 필요가 없고, 제 3 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이상의 설명에 따른 본 발명에 의하면, 차량 정보 제어 장치에서 주간 제어 장치로부터의 노치 정보와 차량 질량 검출 장치로부터의 각 차량의 질량으로부터 편성 전체로서 필요한 역행(力行) 토크량을 연산하고, 각 주 변환장치에 역행 토크 지령으로서 전송함으로써 차량수에 관계없이 최소의 데이터포맷으로, 주 변환장치에 해방이나 고장이 발생했을 경우라도 소정의 가속력을 얻을 수 있다. 또한 차량 정보 제어 장치에서 정속 주행에 필요한 토크값을 연산함으로써, 주 변환장치의 특성(차륜계(車輪系)의 차이, 인식 속도의 차이 등)에 의해 생기는 발생 토크의 편차를 없앨 수 있다.
또한, 열차 속도와 구배 정보와 각 차량의 질량으로부터 열차의 편성 전체로서 필요한 감속 브레이크 토크량을 연산하여, 각 주 변환장치 및 브레이크 제어 장치에 감속 브레이크 토크를 배정하기 때문에, 주 변환장치의 특성(차류계의 차이나 인식 속도의 차이 등)에 의해 생기는 발생 브레이크 토크의 편차를 없애는 것이 가능해 진다. 따라서, 감속 주행 시에 적정하게 주 변환장치에 의해 감속 브레이크 토크를 발생시킬 수 있다.

Claims (14)

  1. 복수대의 차량이 연결된 열차의 역행 및 브레이크의 조작을 행하는 주간(主幹) 제어 장치와, 각 차량의 질량을 검출하는 차량 질량 검출 장치와, 열차를 주행시키는 역행(力行) 토크를 발생시키는 주(主) 변환장치와, 상기 주간 제어 장치로부터의 역행 노치 정보와 각 차량의 차량 질량 검출 장치로부터의 차량 질량으로부터 필요한 편성 전체의 역행 토크를 연산하여 주 변환장치에 전송하는 차량 정보 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 철도 차량 정보 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량 정보 제어 장치는 복수의 주 변환장치 중 해방 상태 또는 고장 상태에 있는 주 변환장치분의 역행 토크를 다른 주 변환장치에 배정하는 것을 특징으로 하는 철도 차량 정보 제어 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량 정보 제어 장치는 상기 주 변환장치에 출력한 역행 토크 지령과 그 주 변환장치로부터의 발생 토크에 차이가 있을 경우에는, 부족분(不足分)의 토크를 다른 주 변환장치에 배정하는 것을 특징으로 하는 철도 차량 정보 제어 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차량 정보 제어 장치는 상기 주 변환장치에 대하여 전송하는 지령에, 역행 토크 지령에 부가하여, 노치 지령 및 편성 전체의 질량을 전송하고, 상기 주 변환장치 측에서 역행 토크 지령의 타당성을 검산하는 것을 특징으로 하는 차량 정보 제어 시스템.
  5. 복수대의 차량이 연결된 열차의 역행 및 브레이크의 조작을 행하는 주간 제어 장치와, 열차의 정속 주행을 요구하는 정속 주행 스위치와, 열차 속도를 검출하는 속도 검출기와, 각 차량의 질량을 검출하는 차량 질량 검출 장치와, 열차를 주행시키는 역행 토크를 발생시키는 주 변환장치와, 상기 주간 제어 장치로부터의 역행 노치 정보와 각 차량의 차량 질량 검출 장치로부터의 차량 질량으로부터 필요한 편성 전체의 역행 토크를 연산하는 차량 정보 제어 장치를 구비하고, 상기 차량 정보 제어 장치는 상기 정속 주행 스위치로부터 정속 주행의 요구가 있었을 때는, 그 때의 열차의 속도를 열차의 목표 속도로 해서 피드백 제어에 의해 필요한 역행 토크를 연산하여 상기 주 변환장치에 전송하는 것을 특징으로 하는 철도 차량 정보 제어 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    복수대의 차량이 연결된 열차의 역행 및 브레이크의 조작을 행하는 주간 제어 장치와, 열차의 정속 주행을 요구하는 정속 주행 스위치와, 열차 속도를 검출하 는 속도 검출기와, 각 차량의 질량을 검출하는 차량 질량 검출 장치와, 열차를 주행시키는 역행 토크를 발생시키는 주 변환장치와, 상기 주간 제어 장치로부터의 역행 노치 정보와 각 차량의 차량 질량 검출 장치로부터의 차량 질량으로부터 필요한 편성 전체의 역행 토크를 연산하는 차량 정보 제어 장치를 구비하고, 상기 차량 정보 제어 장치는 상기 정속 주행 스위치로부터 정속 주행의 요구가 있었을 때는, 그 때의 열차의 속도를 열차의 목표 속도로 해서 그 목표 속도로부터 주행 저항을 연산하여, 이 주행 저항을 상쇄하는 역행 토크를 각 주 변환장치에 출력하는 것을 특징으로 하는 철도 차량 정보 제어 시스템.
  7. 복수대의 차량이 연결된 열차의 역행 및 브레이크의 조작을 행하는 주간 제어 장치와, 열차의 감속 주행을 요구하는 감속 스위치와, 열차의 속도를 검출하는 속도 검출기와, 열차가 주행하는 선로의 구배 정보를 저장 하고 있는 구배 정보 저장 장치와, 열차의 각각의 차량의 질량을 검출하는 동시에 열차를 정지시키는 공기브레이크를 발생하는 브레이크 제어 장치와, 열차를 주행시키는 역행 토크와 열차를 정지시키는 회생브레이크를 발생시키는 주 변환장치와, 상기 감속 스위치로부터 열차의 감속 주행의 요구가 있었을 때 각 차량의 상기 브레이크 제어 장치로부터의 차량 질량과 상기 구배 정보 저장 장치로부터의 구배 정보와 상기속도 검출기로부터의 열차 속도로부터 열차편성 전체로서 필요한 감속 브레이크 토크를 연산하여 각 차량의 상기 주 변환장치 및 상기 브레이크 제어 장치에 감속 브레이크 토크를 배정하는 차량 정보 제어 장치를 구비한 것을 특징이라고 하는 철도 차량 정보 제 어 시스템.
  8. 복수대의 차량이 연결된 열차의 역행 및 브레이크의 조작을 행하는 주간 제어 장치와, 열차의 감속 주행을 요구하는 감속 스위치와, 열차의 속도를 검출하는 속도 검출기와, 열차의 각각의 차량의 질량을 검출하는 동시에 열차를 정지시키는 공기 브레이크를 발생하는 브레이크 제어 장치와, 열차를 주행시키는 역행 토크와 열차를 정지시키는 회생 브레이크를 발생시키는 주 변환장치와, 상기 감속 스위치로부터 열차의 감속 주행의 요구가 있었을 때의 상기 속도 검출기로부터의 열차 속도를 목표 속도로 하여 피드백 루프(feedback loop)를 구성해서 필요한 감속 브레이크 토크를 연산하여 각 차량의 상기 주 변환장치 및 상기 브레이크 제어 장치에 감속 브레이크 토크를 배정하는 차량 정보 제어 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 철도 차량 정보 제어 시스템.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 차량 정보 제어 장치는 연산하여 구한 감속 브레이크 토크를 각 차량 중량에 따라 상기 주 변환장치에 배정하고, 부족분을 상기 브레이크 제어 장치에 배정하는 것을 특징으로 하는 철도 차량 정보 제어 시스템.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 차량 정보 제어 장치는 해방 상태 또는 고장 상태의 주 변환장치가 있 을 때는 나머지의 주 변환장치에 감속 브레이크 토크를 배정하는 것을 특징으로 하는 철도 차량 정보 제어 시스템.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 차량 정보 제어 장치는 상기 주 변환장치로부터의 감속 브레이크 토크가 상기 차량 정보 제어 장치가 배정한 감속 브레이크 토크보다 작을 때는, 부족분의 감속 브레이크 토크를 다른 주 변환장치에 배정하는 것을 특징으로 하는 철도 차량 정보 제어 시스템.
  12. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 차량 정보 제어 장치는 각 주 변환장치로부터의 온도 정보에 의거하여 온도 조건의 엄격한 주 변환장치에 배정하는 감속 브레이크 토크를 작게 하고, 부족분을 다른 주 변환장치 또는 브레이크 제어 장치에 배정하는 것을 특징으로 하는 철도 차량 정보 제어 시스템.
  13. 제 7 항에 있어서,
    상기 구배 정보 저장 장치 대신에, 열차가 주행하는 선로의 구배 정보를 검출하는 구배 검출기를 마련하는 것을 특징으로 하는 철도 차량 정보 제어 시스템.
  14. 열차의 각각의 차량의 질량을 검출하는 동시에 열차를 정지시키는 공기브레 이크를 발생하는 브레이크 제어 장치와, 열차를 주행시키는 역행 토크와 열차를 정지시키는 회생 브레이크를 발생시키는 주 변환장치와, 열차가 감속 주행을 행할 경우에 상기 브레이크 제어 장치에 의해 검출되는 각각의 차량의 질량으로부터 차량마다의 브레이크 토크를 연산하여 각각의 차량에 탑재된 상기 주 변환장치가 배정하는 배정 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 철도 차량 정보 제어 시스템.
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