TWI652187B - 鐵道車輛用控制裝置、列車編成及主電動機控制方法及鐵道車輛之內燃機控制方法 - Google Patents

鐵道車輛用控制裝置、列車編成及主電動機控制方法及鐵道車輛之內燃機控制方法 Download PDF

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Abstract

鐵道車輛用控制裝置，控制列車編成中所具備之複數個主電動機。鐵道車輛用控制裝置，具備：控制指令輸入部，供輸入控制指令；以及扭矩指令決定部，係在基於輸入至控制指令輸入部之控制指令的所需扭矩未滿最大值時，以使複數個主電動機中特定主電動機之扭矩小於特定主電動機以外之其他主電動機之扭矩的方式，決定對複數個主電動機之扭矩指令。

Description

鐵道車輛用控制裝置、列車編成及主電動機控制方法及鐵道車輛之內燃機控制方法
本發明係關於鐵道車輛用控制裝置、具備控制裝置之列車編成、及控制鐵道車輛之主電動機或內燃機的方法及鐵道車輛之內燃機控制方法。
在鐵道車輛中，存在例如地板下機器、搭載於台車之主電動機、及在主電動機與輪軸之間傳遞動力之齒輪或齒式聯軸器(gear coupling)等複數個鐵道車輛特有之噪音源。或是在氣動車(diesel railcar)中，內燃機亦為噪音源。來自此等複數個噪音源之噪音，成為鐵道車輛之車內及車外噪音。以往，提出有各種用於降低鐵道車輛之車內及車外噪音的技術。
專利文獻1，揭示有參照預先儲存之圖案並根據一組編成之負載來決定變流器(inverter)之運轉台數的車輛控制裝置。
專利文獻2，揭示有以縮短齒式聯軸器之齒面間的間隙之方式，於惰行(coasting)時使驅動扭矩或再生扭矩輸出至主電動機的控制裝置。
專利文獻1：日本特開平6-335107號公報
專利文獻2：日本特開平7-87612號公報
在列車編成，有以等級不同之複數個車輛組成者。等級高之 車輛，被設計成能提供乘客更多的舒適性。因此，即便在同一列車編成內，較佳為能夠對等級高之車輛提供更肅靜的環境。考量動力源為鐵道車輛之噪音源之一，亦有藉由將等級高之車輛設為附隨車以進一步提升其肅靜性的情形。然而，為了滿足對鐵道車輛高速化的要求，逐漸提高列車編成中動力車之比率，從而，亦有無法將等級高之車輛均設為附隨車的情形。在等級高之車輛為動力車的情形時，便難以對其車內提供特別肅靜的環境。
有將某機器僅搭載於一列車編成中的特定車輛，且該機器為噪音源之一的情形。集電裝置(例如，集電弓(pantagraph))即為其一例。搭載有噪音源即機器的車輛之車內噪音，有可能較不具有該機器的車輛之車內噪音大。
如上所述，在一列車編成中，有特定車輛之車內環境被要求更高肅靜性的情形，此外，亦有特定車輛之車內噪音變大的情形。但在專利文獻1及2中，對於上述情形，均未提出任何的對策。
因此，本發明之目的，在於降低一列車編成中的特定車輛之噪音。
本發明之一形態的鐵道車輛用控制裝置，係控制列車編成中所具備之複數個主電動機，具備：控制指令輸入部，供輸入控制指令；以及扭矩指令決定部，係在基於輸入至該控制指令輸入部之控制指令的所需扭矩未滿最大值時，以使該複數個主電動機中特定主電動機之扭矩小於該特定主電動機以外之其他主電動機之扭矩的方式，決定對該複數個主電動機之扭矩指令。
本發明之其他形態的鐵道車輛用控制裝置，係控制列車編成 中所具備之複數個內燃機，具備：控制指令輸入部，供輸入控制指令；以及輸出指令決定部，係在基於該輸入之控制指令的該內燃機之所需輸出未滿最大值時，以使該複數個內燃機中特定內燃機之輸出小於該特定內燃機以外之其他內燃機之輸出的方式，決定該複數個內燃機之輸出。
本發明之一形態的列車編成，具備上述鐵道車輛用控制裝置。
本發明之一形態的鐵道車輛之主電動機控制方法，輸入控制指令，且在基於所輸入之控制指令的所需扭矩未滿最大值時，以使該複數個主電動機中特定主電動機之扭矩小於該特定主電動機以外之其他主電動機之扭矩的方式，進行對該複數個主電動機之扭矩指令。
本發明之一形態的鐵道車輛之內燃機控制方法，輸入控制指令，且在基於所輸入之控制指令的該內燃機之所需輸出未滿最大值時，以使該複數個內燃機中特定內燃機之輸出小於該特定內燃機以外之其他內燃機之輸出的方式，進行對該複數個內燃機之輸出指令。
根據該構成，由於在基於控制指令的所需扭矩(所需輸出)未滿最大值時，特定主電動機(特定內燃機)之扭矩(輸出)小於其他主電動機(其他內燃機)，因此來自特定主電動機(特定內燃機)之噪音較來自其他主電動機(其他內燃機)之噪音更為降低。因此，能夠使藉由特定主電動機(特定內燃機)驅動之台車周邊(特定內燃機周邊)之噪音，較列車編成中其他區域更低。
根據本發明，能夠降低一列車編成中特定車輛之噪音。
1、101、201、301、501‧‧‧列車編成
2、502‧‧‧車輛
2M‧‧‧電動車
2Ma‧‧‧電動特別車
2Mc‧‧‧電動合造車
2Md‧‧‧特定車輛
502E‧‧‧氣動車
502Eb‧‧‧氣動合造車
3‧‧‧車體
3a‧‧‧特別區(一等區)
3b‧‧‧一般區(二等區)
4、504‧‧‧台車
4a、504a‧‧‧合造車之第1台車
4b、504b‧‧‧合造車之第2台車
21‧‧‧主電動機
21a‧‧‧特定主電動機
21b‧‧‧一般主電動機(其他主電動機)
22‧‧‧集電弓
23‧‧‧主變壓器
24‧‧‧主變換裝置
522‧‧‧內燃機
522a‧‧‧特定內燃機
522b‧‧‧一般內燃機
30、530‧‧‧控制裝置
31‧‧‧主幹控制器
32、532‧‧‧車輛控制裝置
39、541‧‧‧控制指令輸入部
40‧‧‧扭矩指令決定部
542‧‧‧輸出指令決定部
CP‧‧‧空氣壓縮機
圖1，係第1實施形態之列車編成之概念圖。
圖2，係第1實施形態之主電路及控制裝置之概念圖。
圖3，係表示第1實施形態之扭矩指令映射圖之圖。
圖4A，係顯示實施例中之主電動機之扭矩；圖4B，係顯示比較例中之主電動機之扭矩。
圖5，係第2實施形態之列車編成之概念圖。
圖6，係第3實施形態之列車編成之概念圖。
圖7，係第4實施形態之列車編成之概念圖。
圖8，係第5實施形態之列車編成之概念圖。
圖9，係第5實施形態之引擎單元及控制裝置之概念圖。
圖10A，係表示第5實施形態之輸出指令映射圖之圖；圖10B，係表示第5實施形態之速度段指令映射圖之圖。
以下，參照圖式針對實施形態進行說明。
[第1實施形態]
(列車編成)
圖1，係顯示第1實施形態之列車編成1。列車編成1，以複數個車輛2組成。圖例中，各車輛2係具備有車體3及2個台車4之轉向架車(bogie car)。2個台車4於車輛長度方向分開配置，且各台車4具備在軌道R上滾動之2個輪軸5。車體3由2個台車4支承。地板下機器6，設置於車體3之地板 下，且配置於2個台車4之間。另外，在圖1上部，以對應各車輛2之方式，記載有區塊AC、CP、TM、CI、MTr或Pan，該記載係示意性地顯示各車輛2中具備之機器。其中，空調裝置AC、空氣壓縮機CP、主電動機TM、主變換裝置CI及主變壓器MTr，構成地板下機器6。集電弓Pan雖設於車頂，但與地板下機器6一併記載(圖6及圖8亦相同)。另外，空調裝置AC亦可設於車頂(參照圖8所示之第5實施形態)。列車編成1，藉由以連結器(未圖示)連結在車輛長度方向相鄰之2個車輛2而組成。
於此列車編成1中，車輛2之一部分或全部(圖例為一部分)為電動車2M，各電動車2M搭載1個以上之主電動機21。各主電動機21之輸出軸透過動力傳達機構(未圖示)與1個以上之輪軸5連結，各主電動機21旋轉驅動對應之1個以上之輪軸5。以下，有將透過動力傳達機構而與主電動機21連結之輪軸稱為「動軸5a」(參照圖1之塗黑圓)之情形。
例如，主電動機21，與動軸5a一對一地對應，且旋轉驅動對應之1個動軸5a。電動車2M之4個輪軸5均為動軸5a。2個主電動機21設於電動車2M之1個台車4，4個主電動機21搭載於1個電動車2M。但是，1個電動車M中的主電動機21之數量可適當地變更。亦可電動車2M之1個台車4搭載1個主電動機21，該主電動機21驅動該台車4之2個輪軸5。
各車輛2，係在車體3內具有客室之旅客車。客室，以「特別(或一等)區3a」、「一般(或二等)區3b」來區分等級。在一般區3b設置一般座席。在特別區3a中，為了提供較一般區3b更為舒適之車內環境，而設置在性狀面(大小、硬度、鋪設之材質等)或功能面比一般座席高級之特別座 席。本說明書之「座席」，係指乘客在搭乘中身體倚靠之設備，可為座椅或臥鋪。以下，有將客室之全部設為一般區3b之旅客車稱為「一般車」，將客室之一部分或全部設為特別區3a之旅客車稱為「特別車」。關於特別車之中，作為客室而具有特別區3a與一般區3b之車輛，有特別稱為「合造車」(參照第2實施形態)之情形。「特別車」之等級較「一般車」高，且將在同一區間內移動所需之運費設定為較「一般車」高，另一方面，座席樣式或服務亦較高品質。
此列車編成1中，存在2種以上之等級。例如，1個車輛2為特別車，其餘之車輛2為一般車。本實施形態中，特別車之客室之全部為特別區3a，此外，該特別車為電動車2M。以下，有將作為電動車之特別車稱為「電動特別車2Ma」，將作為電動車之一般車稱為「電動一般車2Mb」之情形。
本實施形態中，根據狀況，使搭載於電動特別車2Ma之4個主電動機21之扭矩，小於其餘之主電動機21之扭矩。藉此，提高特別區3a中之肅靜性，且謀求提供給特別車之乘客的車內環境之品質提升。以下，列車編成1內之主電動機21中，有將如上述般有將扭矩設為特別小之情形者稱為「特定主電動機21a」，將特定主電動機21a以外之主電動機稱為「一般主電動機21b」之情形。本實施形態中，搭載於電動特別車2Ma之全部4個主電動機21係特定主電動機21a。
(主電路機器、控制裝置)
圖2，係概略性地顯示列車編成1之主電路20及控制裝置30之構成。 主電路20，係將主電動機21與電源連接並驅動主電動機21之主要的電氣電路。作為構成主電路20之主電路機器，除了主電動機21之外，可例示集電裝置、主變壓器、主變換裝置。列車編成1，具備可根據例如電氣方式、主電動機之形式及控制方式等之樣式，從此處已例示及未例示者中適當地取捨選擇之複數個機器以作為主電路機器。主電路機器中，包含車輛控制裝置所控制之主變換裝置(以下，稱為被控制機器29)。被控制機器29，控制、操作或調整主電動機21中產生之動力。例如，在列車編成1係在架空電車線方式之單相交流電化區間行走之交流電動車，主電動機21係交流電動機，控制方式係變流器控制(inverter control)的情形時，該列車編成1，具備作為集電裝置之集電弓22、主變壓器23及主變換裝置24，以作為主電路機器。主變壓器23及主變換裝置24構成地板下機器6。於此例中，主變換裝置24中具備之變流器24a相當於被控制機器29。
列車編成1具備2個以上之被控制機器29，各被控制機器29與在主電路20中與電源相反側之1個以上之主電動機21連接。被控制機器29，分為與特定主電動機21a對應之1個以上之「特定被控制機器29a」、和與一般主電動機21b對應之1個以上之「一般被控制機器29b」。
控制裝置30，具備主幹控制器31及車輛控制裝置32。車輛控制裝置32，包含中央單元33及2個以上之終端單元34。主幹控制器31，包含設置於控制車2C之駕駛室3c(參照圖1)內之操作器35。操作器35，係設置於駕駛室3c之1個以上之桿(lever)或手柄(handle)，且駕駛者能夠對操作器35進行控制指令之輸入操作。控制指令中包含動力運行指令(powering order)及制動指令(braking order)，操作器35中包含輸入動力運行指令之動力 運行操作器、及輸入制動指令之制動指令器等。另外，動力運行操作器可與制動操作器個別地設置，亦可一體化。
中央單元33，搭載於控制車2C，包含輸入部36及指令決定部37。輸入部36，自操作器35輸入控制指令。另外，輸入部36，亦可自車外之自動列車駕駛系統以無線方式輸入控制指令。指令決定部37，根據輸入至輸入部36之控制指令決定應對複數個主電動機21下指令之扭矩，被決定之扭矩指令輸出至終端單元34。
終端單元34，構成地板下機器6，與被控制機器29以一對一之方式對應(而且，與和該被控制機器29連接之主電動機21對應)。終端單元34，依據來自中央單元33之指令決定部37的扭矩指令，控制被控制機器29之動作或狀態，藉此控制在所對應之主電動機21產生之動力。若被控制機器29如上述之一例為變流器24a，則終端單元34控制所對應之變流器24a之動作，身為被控制機器29之變流器24a，使主電動機21之施加電壓或頻率改變，藉此控制主電動機21之扭矩或輸出。以此方式，主電動機21輸出於指令決定部37決定之扭矩。
終端單元34，分成與特定被控制機器29a對應之1個以上之「特定終端單元34a」、及與一般被控制機器29b對應之1個以上之「一般終端單元34b」。例如，亦可為電動特別車2Ma搭載1個特定被控制機器29a及1個特定終端單元34a，該1個特定被控制機器29a與搭載於電動特別車2Ma之4個特定主電動機21a連接，該1個特定終端單元34a通過該1個特定被控制機器29a之動作控制，控制該4個特定主電動機21a之扭矩及輸出。圖例中，1個一般被控制機器29b及1個一般終端單元34b搭載於1個 電動一般車2Mb，該一般被控制機器29b與該電動一般車2Mb之4個一般主電動機21b對應。但是，一般被控制機器29b亦可與搭載於鄰接之其他電動一般車2Mb之一般主電動機21b連接，1個一般終端單元34b亦可一次控制共計8個一般主電動機21b之扭矩及輸出。
為了簡化說明，首先，將控制指令限於動力運行指令以進行說明。用於輸入動力運行指令之動力運行操作器，可於既定之可動帶內往復直線移動或往復旋動，在該可動帶內，離散地設定既定之複數個操作位置。以下，將動力運行操作器之操作位置中可動帶一端之操作位置稱為「斷開位置」，可動帶另一端之操作位置稱為「最大動力位置」。
當動力運行操作器位於斷開位置時，動力運行操作器輸出「Notch Off指令」作為控制指令(動力運行指令)。當動力運行操作器位於最大動力位置時，動力運行操作器輸出「Full Notch指令」作為控制指令(動力運行指令)。
指令決定部37，根據輸入至輸入部36之控制指令，決定列車編成1整體所需之扭矩(以下，稱為「所需扭矩」)。對於所需扭矩之決定，除了控制指令外，亦可參照負載、行進速度、所在地傾斜度。例如，在輸入Notch Off指令的情形時，基於該指令的所需扭矩設為零，車輛為惰行狀態。在輸入Full Notch指令的情形時，有基於該指令的所需扭矩為最大的情形，此時使列車編成1發揮最大限度的牽引性能以進行加速或爬坡。隨著動力運行操作器之操作位置從斷開位置朝向最大動力位置進行切換，控制指令(動力運行指令)隨之改變，所需扭矩階段性地變大。指令決定部37，參照扭矩指令映射圖(Map)38決定應下指令之扭矩，將所決定之扭矩指令分別 輸出至終端單元34。如上述，終端單元34，依據自指令決定部37輸出之扭矩指令控制被控制機器29之動作，藉此主電動機21輸出所決定之扭矩。
以上構成中，操作器35及輸入部36，構成輸入控制指令之控制指令輸入部39。此外，指令決定部37及終端單元34，構成根據基於所輸入之控制指令的所需扭矩而決定對複數個主電動機21之扭矩指令的扭矩指令決定部40。扭矩指令映射圖38，例如定義扭矩指令之相對於所需扭矩之關聯性，並預先儲存在車輛控制裝置32(例如，中央單元33)。
扭矩指令決定部40(指令決定部37)，在所需扭矩未滿最大值時，以特定主電動機21a之扭矩小於一般主電動機21b之扭矩之方式，決定對主電動機21之扭矩指令。在本實施形態中，扭矩指令決定部40(指令決定部37)，參照扭矩指令映射圖38，依照所需扭矩，導出特定主電動機21a用之扭矩指令與一般主電動機21b用之扭矩指令。特定主電動機21a用之扭矩指令自指令決定部37輸出至特定終端單元34a。一般主電動機21b用之扭矩指令自指令決定部37輸出至一般終端單元34b。
如圖3所示，所需扭矩若為最大值(100%)，則以所有主電動機21之能力及列車編成1之牽引性能發揮最大限度之方式，將特定主電動機21a用之扭矩指令及一般主電動機21b用之扭矩指令均設定為最大值(100%)。所需扭矩若為零(例如，控制指令若為Notch Off指令)，則將特定主電動機21a用之扭矩指令設定為限制值。限制值例如為零，於該情形，在特定主電動機21a不產生扭矩。
隨著所需扭矩從零增加，一般主電動機21b用之扭矩指令亦增加。另一方面，特定主電動機21a用之扭矩指令維持於限制值。當所需扭 矩增至未滿最大值之既定啟動值T1時，一般主電動機21b用之扭矩指令達最大值。當所需扭矩從此處進一步增加時，一般主電動機21b用之扭矩指令維持於最大值，另一方面，特定主電動機21a用之扭矩指令自限制值起增加。當所需扭矩達最大值時，特定主電動機21a用之扭矩指令亦達最大值。另外，圖3雖示出一般主電動機21b用之扭矩指令及特定主電動機21a用之扭矩指令以線性方式增減之情形、及特定主電動機21a用之扭矩指令之限制值為0之情形，但此僅為一例。相對於所需扭矩之變化的扭矩指令之變化(亦即，圖形的傾斜)亦可為非線性或階段狀，限制值亦可為如下述設定為零以外之值。
圖4A及圖4B，顯示動力運行操作器位於斷開位置與最大動力位置之中間的操作位置、且所需扭矩為最大值之30%的情形時之主電動機21之產生扭矩。另外，啟動值T1(參照圖3)係大於所需扭矩最大值之30%之值。圖4B之比較例中，對所有的主電動機21，將扭矩指令設為相同值，各主電動機21均等分擔所需扭矩。因此，各主電動機21產生自身可產生之扭矩之最大值的30%之扭矩。圖4A之實施例中，特定主電動機21a用之扭矩指令被抑制於限制值。一般主電動機21b補償因特定主電動機21a用之扭矩指令被抑制於限制值而不足之扭矩。此時，例如一般主電動機21b均等地分擔應補償之扭矩。圖例中，由於所需扭矩為最大值之30%，一般主電動機21b的數量為特定主電動機21a之5倍，且限制值為零，因此，各一般主電動機21b產生相較於比較例多出6%之扭矩。藉此，所需扭矩由一般主電動機21b承擔。
圖4B之比較例中，任一電動車2M中，來自主電動機21之 噪音程度均相同。圖4A之實施例中，在所需扭矩未滿最大值時，特定主電動機21a之扭矩小於一般主電動機21b之扭矩。因此，若所需扭矩未滿最大值，則搭載有特定主電動機21a之處附近的噪音，小於搭載有一般主電動機21b之處附近的噪音。
本實施形態中，電動特別車2Ma之主電動機21全為特定主電動機21a。因此，能夠提供已改善特別車之車內靜肅性、確保特別車之座席之與乘客相應之車內環境。關於特別車成為電動車2M之要因之一，可例舉係為了因應對鐵道車輛高速化之要求而提高電動車比率。由此點觀之，根據本實施形態，能夠兼顧鐵道車輛之高速化、且提高特別車之車內環境品質。
若所需扭矩為最大值，則特定主電動機21a與一般主電動機21b均產生最大扭矩。藉此，能夠使列車編成1之牽引性能發揮最大限度，以進行加速或爬坡。
隨著所需扭矩增加，一般主電動機21b用之扭矩指令自限制值上升，另一方面，特定主電動機21a用之扭矩指令維持於限制值。因此，能夠根據控制指令(動力運行指令)調整列車編成1之速度，並且能夠持續抑制由特定主電動機21a產生之噪音。該限制值之維持持續進行直到一般主電動機21b用之扭矩指令達最大值為止。因此，擴大持續抑制由特定主電動機21a產生之噪音的控制區域。
上述實施例中，雖將該限制值設為零，但限制值亦可為超過零之值。在用於將特定主電動機21a之驅動力傳達至動軸5a之動力傳達機構具備齒式聯軸器的情形時，當主電動機21之扭矩為零時，則有時會有聯 軸器產生碰撞齒輪之聲音的情形。藉由將限制值設定成能夠使齒面間縫隙閉合而使齒面彼此密接之狀態的值，以抑制碰撞齒輪之聲音，使特定主電動機21a之搭載處附近的車內噪音變更小。因此，限制值例如亦可設為特定主電動機21a可產生之扭矩最大值之1%以上10%以下之範圍內之值。
至此為止，雖設定控制指令為動力運行指令，但在根據作為控制指令之制動指令而使用主電動機21進行再生煞車(regeneration brake)時亦相同。在根據制動指令而所需之再生煞車量從零至既定之再生啟動值之期間，隨著所需再生煞車量之增加，為了以一般主電動機21b使再生煞車量增加而增加一般主電動機21b之煞車扭矩指令，另一方面特定主電動機21a之再生煞車量則維持於既定之再生限制值(例如為零)。在所需再生煞車量係再生啟動值與最大值之間時，隨著所需之再生煞車量之增加，使特定主電動機21a之再生煞車量增加。藉此，在制動時，亦能在所需制動扭矩未滿最大值時，使特定主電動機21a用之煞車扭矩指令小於一般主電動機21b用之煞車扭矩指令。據此，搭載有特定主電動機21a之處附近的噪音，小於搭載有一般主電動機21b之處附近的噪音。
雖將列車編成1內之特別車之輛數設為1輛，但亦可在列車編成中包含有複數輛特別車。此時，搭載於各特別車之主電動機亦可為特定主電動機。
[第2實施形態]
如圖5所示，在第2實施形態之列車編成101中，將特定主電動機21a搭載於將客室之一半設為特別區3a而其餘一半設為一般區3b而成之合造車 中。以下，將身為合造車之電動車稱為「電動合造車2Mc」，並以和第1實施形態之不同點為中心進行說明。
在電動合造車2Mc中，客室之車長方向一側為特別區3a，車長方向另一側為一般區3b。電動合造車2Mc，具有在車長方向分開之2個台車4a、4b，各台車4a、4b具有2個動軸5a。合計4個輪軸均為動軸5a，各台車4a、4b搭載2個主電動機21。車長方向一側之第1台車4a，位於特別區3a之下方，車長方向另一側之第2台車4b，位於一般區3b之下方。設於第1台車4a之主電動機21為特定主電動機21a，設於第2台車4b之主電動機21為一般主電動機21b。
藉此，能夠將目標鎖定在特別區3a提高其靜肅性。隨此，在合造車中，即便所需扭矩未滿啟動值，亦能夠產生扭矩。另外，亦可在列車編成中包含有複數個電動合造車。
[第3實施形態]
如圖6所示，在第3實施形態之列車編成201中，電動車2M均為一般車，電動車2M之客室等級均做相同處理。但是，鐵道車輛之噪音源，並不限於主電動機21，空氣壓縮機CP、集電弓22、主變壓器23(參照圖2)、主變換裝置24(參照圖2)亦會產生噪音。如上述之噪音產生機器並非搭載於所有的車輛。據此，搭載有噪音產生機器之特定車輛中，相較於未搭載噪音產生機器之車輛，其噪音較大。
圖例中，2個電動車2M係搭載有集電弓22之特定車輛2Md，其他的電動車2M則未搭載有集電弓。因此，將特定車輛2Md之主電 動機21設為特定主電動機21a，將未搭載有集電弓22之電動車2M之主電動機21設為一般主電動機21b。
藉此，在噪音源集中之特定車輛2Md中，能夠抑制來自主電動機21之噪音，能夠抑制來自特定車輛2Md之噪音過大。特定車輛2Md，只要是取代集電弓22或者再加上，搭載有空氣壓縮機CP、主變換裝置24(參照圖2)之至少1個的電動車即可。
於車內，有時會在車長方向之端部形成自客室獨立出之房間或空間。例如，可例示廁所w、車掌室ca、車內販售準備室k。在如上述之空間設於搭載有如集電弓22或主變壓器23(參照圖2)般之噪音產生機器的車輛之情形時，亦可將配置於如上述空間之下方的台車4之主電動機21設為一般主電動機21b，將其餘的台車4之主電動機21設為特定主電動機21a來實行控制。
[第4實施形態]
如圖7所示，在第4實施形態中，列車編成301具備1個電動特別車2Ma，一般電動車之中存在有作為主電動機21以外之噪音源而搭載有集電弓22之特定車輛2Md。如上述情形中，亦可將搭載於特別電動車2Ma之主電動機21及搭載於特定車輛2Md之主電動機21，均設為特定主電動機21a。於該情形，亦可對特定主電動機21a賦予相同扭矩指令。
特定主電動機21a，亦可分成第1特定主電動機121與第2特定主電動機221。在一般主電動機21b用之扭矩指令達最大值之後，亦可伴隨所需扭矩之增大，使第2特定主電動機221用之扭矩指令自限制值起增 加，而另一方面使第1特定主電動機121用之扭矩指令維持於限制值。在第2特定主電動機221用之扭矩指令達最大值之後，亦可伴隨所需扭矩之增大，使第1特定主電動機121用之扭矩指令自限制值起增加。圖例中，雖電動特別車2Ma之主電動機21為第1特定主電動機121，但特定車輛2Md之主電動機21亦可為第1特定主電動機121。
[第5實施形態]
如圖8所示，在第5實施形態之列車編成501中，車輛502之一部分或全部為氣動車502E。圖例中，組成列車編成501之4輛全為氣動車502E，其中1輛為合造車，其餘3輛為一般車。以下，將為氣動車之合造車稱為「氣動合造車502Ec」，為氣動車之一般車稱為「氣動一般車502Eb」。氣動合造車502Ec中，客室之車長方向一側稱為特別區3a，客室之車長方向另一側稱為一般區3b。氣動合造車502Ec，具有配置在車長方向一側且位於特別區3a下方之第1台車504a、與配置在車長方向另一側且位於一般區3b下方之第2台車504b。
氣動車502E，作為地板下機器之一部分，具備旋轉驅動輪軸505之引擎單元521。以下，將藉由引擎單元521驅動之台車稱為「動力台車」。輪軸505之中，將自引擎單元521傳達動力者稱為「動軸505a」(參照圖8之塗黑圓)，將不自引擎單元521傳達動力者稱為「從軸505b」(參照圖8之塗白圓)。
引擎單元521，具備內燃機522及動力傳達裝置523。該氣動車502E，係液體式柴油動車。亦即，內燃機522係柴油內燃機，動力傳 達裝置523具備具有液壓扭矩變換器(hydraulic torque converter)(未圖示)之變速機524。
內燃機522之輸出，藉由內燃機522中具備之燃料噴射裝置525之燃料噴射量控制。內燃機522之輸出軸與變速機524之輸入軸連接，內燃機522中所產生之動力被輸入至變速機524。變速機524，以對應速度段之速比改變旋轉動力並傳達至輸出軸。變速機524之速度段，包含「變速段」、「直結(direct coupling)段」及「中立段」。變速機524，具備用於切換速度段之離合器526，能夠藉由操作離合器切換速度段。為了簡化說明，此處將變速段、直結段均設為1段，但變速段數及直結段數亦可為複數。
概略而言，變速段係在低車速帶利用之低速段(1速)，直結段係在高車速帶利用之高速度(2速)。變速段之選擇時，所輸入之動力透過液壓扭矩變換器傳達至變速機524之輸出軸。直結段之選擇時，所輸入之動力不透過液壓扭矩變換器而以機械方式傳達至變速機524之輸出軸。中立段之選擇時，內燃機522成為自動軸505a切離之無負載狀態，在變速機524之輸出入軸間不傳達動力。
本實施形態中，引擎單元521，與動力台車504以一對一方式對應，旋轉驅動動力台車504所具備之2個輪軸中的1個。變速機524之輸出軸，透過推進軸或最終減速機等之動力傳達機構，與動力台車504之1個輪軸連接。
與第1及第2實施形態同樣地，與第1台車504a對應之引擎單元521的內燃機522之輸出以及旋轉數，小於其餘的內燃機522之輸出以及旋轉數。藉此，使特別區3a中的靜肅性提高。
以下，將列車編成501內之內燃機522之中，有以上述方式使輸出以及旋轉數變特別小之情形者，稱為「特定內燃機522a」，將特定內燃機522a以外之內燃機稱為「一般內燃機522b」。此外，將包含特定內燃機522a之引擎單元521稱為「特定引擎單元521a」，將包含一般內燃機522b之引擎單元521稱為「一般引擎單元521b」。
本實施形態中，與氣動合造車502Ec之第1台車504a對應之內燃機522，係特定內燃機522a，與氣動合造車502Ec之第2台車504b對應之內燃機522及搭載於氣動一般車502Eb之內燃機522，係一般內燃機522b。
圖9係概略性地顯示列車編成501之引擎單元521及控制裝置530之構成。如圖9所示，控制裝置530，與第1實施形態同樣的，具備主幹控制器31。控制裝置530具備車輛控制裝置532。車輛控制裝置532，具備搭載於控制車2C之中央單元533、及與引擎單元521以一對一方式對應並構成地板下機器之2個以上之終端單元534。終端單元534，分為與特定引擎單元521a對應之「特定終端單元534a」、和與一般引擎單元521b對應之「一般終端單元534b」。
中央單元533，包含自主幹控制器31輸入控制指令之輸入部536、和根據輸入至輸入部536之控制指令決定對各內燃機522之輸出指令之指令決定部537。
指令決定部537，根據輸入之控制指令，決定列車編成1整體所需之輸出(以下，稱為「所需輸出」)。對於所需輸出之決定，除了控制指令外，亦可參照負載、行進速度、所在地傾斜度。隨著主幹控制器31之 動力運行操作器之操作位置從斷開位置朝向最大動力位置進行切換，控制指令隨之改變，所需輸出階段性地變大。指令決定部537，參照輸出指令映射圖(Map)538決定應下指令之輸出(換言之，係燃料噴射量或燃料噴射壓)，將所決定之輸出指令輸出至終端單元534。進一步地，指令決定部537，參照速度段指令映射圖539決定根據車速而應下指令之速度段(換言之，係離合器之狀態)，將所決定之速度段輸出至終端單元534。映射圖538、539，預先儲存在車輛控制裝置532(尤其是，中央單元533)。
終端單元534，包含引擎控制裝置540與變速機控制裝置541。引擎控制裝置540，依照來自中央單元533之輸出指令操作燃料噴射裝置525，藉此控制內燃機522之輸出。變速機控制裝置541，依照來自中央單元533之速度段指令操作離合器526，藉此自動地切換變速機524中所設立之速度段。
在以上之構成中，操作器35及輸出部536構成輸入控制指令之控制指令輸入部542。此外，指令決定部537及終端單元534(尤其是引擎控制裝置540)，構成根據基於所輸入之控制指令的所需輸出而決定對複數個內燃機522之輸出指令的輸出指令決定部543。
圖10A，顯示輸出指令映射圖538。如圖10A所示，在所需輸出為最大值(100%)(例如，輸入之控制指令為Full Notch指令)時，特定內燃機522a及一般內燃機522b，皆控制為輸出本身可產生之輸出之最大值。在所需輸出為最低值(例如，輸入之控制指令為Notch Off指令)時，特定內燃機522a及一般內燃機522b，皆控制為進行空轉(idling)。另外，在輸入之動力運行指令為Notch Off指令且未輸入制動指令時，速度段指令成為應設 立中立段之指令，斷開離合器526。藉此，列車編成501成為惰行狀態。
隨著所需輸出從最低值起上升(例如，隨著動力運行操作器之操作位置從斷開位置往最大動力位置側轉換)，一般內燃機522b用之輸出指令變大。另一方面，特定內燃機522a用之輸出指令持續被限制於最低值(最低值為限制值)。在所需輸出達既定之啟動值時，一般內燃機522b用之輸出指令，相當於在一般內燃機522b可產生之輸出之最大值。啟動值為未滿最大值(100%)之值，且特定內燃機522a用之輸出指令維持於小於最大值之值。當所需輸出從該處起上升時，一般內燃機522b用之輸出指令維持於最大值。一旦所需輸出從該處起上升，則一般內燃機522b用之輸出指令維持於最大值，而特定內燃機522a用之輸出指令則上升。編成之合計產生輸出上升。在所需輸出達最大值時，特定內燃機522a用之輸出指令達最大值(100%)。
圖10B，顯示速度段指令映射圖539。如圖10B所示，特定引擎單元521a及一般引擎單元521b，均在車速為零時，速度段指令成為應設立中立段之指令。針對一般引擎單元521b，車速在自開始產生後至既定之變直切換(變速段-直結段之切換)速度之間的區間，成為應設立變速段之指令，當車速超過變直切換速度時，成為應設立直結段之指令。針對特定引擎單元521a，車速在自零起至既定之中直切換(中立段-直結段之切換)速度之間的區間，維持於應設立中立段之指令，當車速超過中直切換速度時，成為應設立直結段之指令。如上所述，一般引擎單元與特定引擎單元中，關於速度之速度段之切換點不同，在特定引擎單元中，並不利用變速段。中直切換速度，設定成較變直切換速度低。
若針對參照該等映射圖538、539決定指令以執行控制之情形沿自發車起之時間經過進行說明，首先，於停車時，由於動力運行操作器位於斷開位置，因此在所有的引擎單元521中，離合器526斷開以設立中立段。此外，由於所需輸出為最低值，因此所有的內燃機522進行空轉。內燃機之旋轉數在使用帶內為最低水準，車內之任何區域均靜肅。當動力運行操作器從斷開位置往最大動力位置操作時，一般內燃機522b之輸出及旋轉數逐漸變大，此外，速度段從中立段切換至變速段。藉由液壓扭矩變換器而放大之扭矩，傳達至與一般引擎單元521b對應之動軸505a，車速上升。於發動前進時，在特定引擎單元521a，特定內燃機以持續空轉之狀態而成為無負載狀態。因此，使特定區3a中之靜肅性保持與停車時相同。在動力運行過程中，在速度到達變直切換速度前，首先，到達中直切換速度。當速度到達中直切換速度時，在特定引擎單元中，速度段成為直結段。另一方面，當動力運行操作器位於既定之中間位置時，一般內燃機522b之輸出達最大值，特定內燃機522a脫離空轉，使輸出雖未滿最大值但產生。該輸出透過直結段選擇中之動力傳達裝置523，傳達至第1台車504a之動軸505a。
如上所述，在採用動力分散方式之列車編成內使特定車輛之噪音降低的技術，並不僅如第1~第4實施形態所示之電動車，亦可應用於氣動車。在本實施形態中，亦能夠與第1~第4實施形態同樣地降低特定車輛(尤其是氣動合造車502Ec之特別區3a)中的噪音。
另外，上述例中，特定引擎單元521a，不進行透過液壓扭矩變換器之動力傳達。因此，特定引擎單元521a亦可省略液壓扭矩變換器。 在仍設置有液壓扭矩變換器的情形時，例如，在從中立段切換至直結段時，可短期間經由變速段。
氣動車搭載之引擎單元(動力傳達裝置、變速機)，並不限定於液體式，亦可為機械式、電氣式。此外，氣動車搭載之發動機，亦不限定於柴油發動機。
上述例中，雖說明了包含氣動合造車之情形，亦即，與第1~第4實施形態中第2實施形態對應之形態，但在氣動車中亦可實現與第1實施形態或第3實施形態對應之形態。亦可將以全部客室作為特別區之特別車之內燃機設為特定內燃機來實行控制，亦可將搭載有噪音產生機器之氣動車之內燃機設為特定內燃機來實行控制。
[其他實施形態]
至此為止雖已針對實施形態進行了說明，但上述構成僅為一例，可適當地進行變更、刪除、增加。上述各實施形態亦可彼此任意組合，例如亦可將一實施形態中之一部分構成或方法適用於其他實施形態中。此外，實施形態中之一部分構成，可從該實施形態中之其他構成分離而任意抽出。

Claims (15)

  1. 一種鐵道車輛用控制裝置，係控制列車編成中所具備之複數個主電動機，具備：控制指令輸入部，供輸入控制指令；以及扭矩指令決定部，係在基於該輸入之控制指令的所需扭矩未滿最大值時，以使該複數個主電動機中特定主電動機之扭矩小於該特定主電動機以外之其他主電動機之扭矩的方式，決定對該複數個主電動機之扭矩指令，隨著必要扭矩於未滿最大值之範圍內變大，該扭矩指令決定部，以超過零之既定之限制值維持該特定主電動機之扭矩。
  2. 如申請專利範圍第1項之鐵道車輛用控制裝置，其中，該輸入之控制指令為動力運行指令；在基於該動力運行指令的所需扭矩為最大值時，該扭矩指令決定部，以包含該特定主電動機之該複數個主電動機之全部的扭矩為相同扭矩之方式，決定對該複數個主電動機之扭矩指令。
  3. 如申請專利範圍第1項之鐵道車輛用控制裝置，其中，該輸入之控制指令為動力運行指令；隨著基於該動力運行指令的所需扭矩在未滿最大值之範圍內變大，該扭矩指令決定部，使複數個該其他主電動機之扭矩上升至最大值，另一方面，以該限制值維持該特定主電動機之扭矩。
  4. 如申請專利範圍第3項之鐵道車輛用控制裝置，其中，隨著基於該動力運行指令的所需扭矩在未滿最大值之範圍內變大，該扭矩指令決定部，以搭載於同一車輛內之複數個該其他主電動機之扭矩彼此為相同扭矩之方式，使該複數個其他主電動機之扭矩上升至最大值。
  5. 如申請專利範圍第3項之鐵道車輛用控制裝置，其中，在該其他主電動機之扭矩達到最大值後，隨著基於動力運行指令的所需扭矩變大，該扭矩指令決定部，使該特定主電動機之扭矩從該限制值上升至最大值。
  6. 如申請專利範圍第1項之鐵道車輛用控制裝置，其中，該輸入之控制指令為制動指令；該扭矩指令決定部，對該複數個主電動機進行使其產生作為再生煞車之煞車扭矩指令。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之鐵道車輛用控制裝置，其中，該列車編成，包含至少1個以上之等級高之特別車輛、和等級較該特別車輛低之一般車輛，該其他主電動機驅動該一般車輛，該特定主電動機驅動該特別車輛。
  8. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之鐵道車輛用控制裝置，其中，該列車編成，包含含有主電動機之至少1個以上之合造車；該合造車，包含：第1台車，配置於車輛長邊方向之一側，具有至少1個主電動機；第2台車，配置於車輛長邊方向之另一側，具有至少1個主電動機；一等區，在該合造車內形成於該車輛長邊方向之該一側；以及二等區，在該合造車內形成於該車輛長邊方向之該另一側；該第1台車之該主電動機係該特定主電動機，該第2台車之該主電動機係該其他主電動機。
  9. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之鐵道車輛用控制裝置，其中，該列車編成包含複數個電動車，該複數個電動車中之1個以上之特定車輛搭載有噪音產生機器，該特定主電動機驅動該特定車輛。
  10. 如申請專利範圍第9項之鐵道車輛用控制裝置，其中，該噪音產生機器，係空氣壓縮機、主變換裝置、主控制器及集電弓之至少一個。
  11. 一種鐵道車輛用控制裝置，係控制列車編成中所具備之複數個內燃機，具備：控制指令輸入部，供輸入控制指令；以及輸出指令決定部，係在基於該輸入之控制指令的該內燃機之所需輸出未滿最大值時，以使該複數個內燃機中特定內燃機之輸出小於該特定內燃機以外之其他內燃機之輸出的方式，決定該複數個內燃機之輸出。
  12. 如申請專利範圍第11項之鐵道車輛用控制裝置，其中，該輸出指令決定部，在基於該輸入之控制指令的該內燃機之所需輸出未滿最大值時，以使該複數個內燃機中特定內燃機之輸出小於該特定內燃機以外之其他內燃機之輸出的方式，決定該複數個內燃機之燃料噴射量。
  13. 一種列車編成，具備申請專利範圍第1至12項中任一項之鐵道車輛用控制裝置。
  14. 一種鐵道車輛之主電動機控制方法，係控制列車編成中所具備之複數個主電動機；輸入控制指令；在基於所輸入之控制指令的所需扭矩未滿最大值時，以使該複數個主電動機中特定主電動機之扭矩小於該特定主電動機以外之其他主電動機之扭矩的方式，進行對該複數個主電動機之扭矩指令，隨著必要扭矩於未滿最大值之範圍內變大，以超過零之既定之限制值維持該特定主電動機之扭矩。
  15. 一種鐵道車輛之內燃機控制方法，係控制列車編成中所具備之複數個內燃機；輸入控制指令；在基於所輸入之控制指令的該內燃機之所需輸出未滿最大值時，以使該複數個內燃機中特定內燃機之輸出小於該特定內燃機以外之其他內燃機之輸出的方式，進行對該複數個內燃機之輸出指令。
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