TWI815965B

TWI815965B - 鐵路車輛的控制裝置

Info

Publication number: TWI815965B
Application number: TW108133266A
Authority: TW
Inventors: 加藤宏和; 加藤友哉
Original assignee: 日商東海旅客鐵道股份有限公司
Priority date: 2018-09-18
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2023-09-21
Also published as: TW202012211A; JP7168388B2; JP2020048279A

Abstract

本發明提供可以藉由相對簡單的控制來降低行駛時的電力消耗的一鐵路車輛的控制裝置。本發明係包括驅動單元之鐵路車輛的控制裝置。鐵路車輛的控制裝置包括用於產生規定鐵路車輛到達目標地點前的行駛速度的行駛曲線的行駛曲線產生部、選擇把位以便讓行駛速度在相對於行駛曲線預定的速度控制範圍內的把位選擇部及一用以記憶表示把位及行駛速度和鐵路車輛的驅動單元之能源效率之間的關係的效率數據的記憶部。把位選擇部，執行選擇把位之高效率化處理，以便參照效率數據而提高驅動單元的能源效率。

Description

鐵路車輛的控制裝置

本發明係有關於一種鐵路車輛的控制裝置。

在鐵路車輛中，作為降低沿預定之行駛曲線行駛的自動駕駛中的電力消耗的方法，眾所皆知係利用不驅動驅動單元(例如，主電動機)的惰性行駛的方法。

然而，在車站之間距離較遠的高速鐵路中，由於高速行駛時之阻力會增加，所以不易採用惰性行駛。故，考慮到驅動單元的能源效率，已經有人揭示出對複數個主轉換裝置分別指定扭矩的一種控制裝置(茲參考日本專利文獻1)。

[專利文獻]

日本專利特開2014-236547號公報。

如上述公報所述，分別指定每個主轉換裝置的扭矩的控制，必須與主轉換裝置之間的運轉率(亦即，負載)之平均化、減少空轉滑行等之控制兼容。然而，難以實現兩者兼容，或者即使兩者兼容，控制中的處理負荷也增加了。此外，有些情況下可能需要額外的控制機制。

本發明較佳提供一種可以藉由相對簡單的控制來降低行駛時的電力消耗的鐵路車輛的控制裝置。

本發明之一實施例為包括驅動單元的鐵路車輛的控制裝置。鐵路車輛的控制裝置包括用於產生用以規定鐵路車輛到達目標地點前的行駛速度的行駛曲線的行駛曲線產生部、選擇把位以便讓該行駛速度在相對於該行駛曲線的預定速度控制範圍內的把位選擇部及記憶用以表示把位及行駛速度與鐵路車輛的驅動單元之能源效率之間的關係的效率數據的記憶部。其中，把位選擇部，執行選擇把位之高效率化處理，以便參照效率數據而提高驅動單元的能源效率。

根據此種的構造，藉由依據效率數據來選擇把位，可以沿著行駛曲線來行駛鐵路車輛的同時，提高驅動單元的能源效率。結果，藉由相對簡單的控制，對於消耗電力較大的高速鐵路，可有效地降低自動駕駛中的電力消耗功。此外，可以很容易地應用於現有的車輛。

本發明之一實施例為高效率化處理，也可包含以下之處理：對於所有可選擇的把位，預測當選擇把位時的單位時間後或單位距離行駛後之行駛速度；及在預測之行駛速度成為速度控制範圍內的把位中，基於效率數據選擇能源效率最高的把位。根據此種的構造，在沿著行駛曲線行駛鐵路車輛的同時，可以容易且確實地降低電力消耗。

在本發明之一實施例中，把位選擇部，係可以基於所選擇的把位來執行將相同的扭矩指令輸出到鐵路車輛中具備的複數個主轉換裝置的處理。根據此種的構造，容易控制複數個主轉換裝置的運轉率之平均化及減少空轉滑行等。

1:鐵路車輛的控制裝置

2:行駛曲線產生部

3:把位選擇部

4:記憶部

11:主轉換裝置

12:驅動單元

12A:主電動機

13:ATC裝置

圖1為所示鐵路車輛的控制裝置的構造的一實施例的示意性方塊圖。

圖2A為所示由圖1的行駛曲線產生部設定的行駛曲線的一實施例的曲線圖；圖2B為所示圖2A的行駛曲線中的速度控制範圍的一實施例的曲線圖。

圖3A為所示記憶在圖1的記憶部內的每個把位的速度與拉力之間的關係的一實施例的曲線圖；圖3B為所示記憶在圖1的記憶部內的每個把位的速度與能源效率之間的關係的示例的曲線圖。

圖4為所示由圖1的把位選擇部執行的預測處理的概念之曲線圖。

圖5為所示由圖1的把位選擇部執行的處理的示意性流程圖。

以下，將參考附圖且說明應用本發明的實施例。

[1.第一實施例]

[1-1.構造]

圖1所示之鐵路車輛的控制裝置(以下，也簡稱「控制裝置」)1，係設置在具有複數個主轉換裝置11、含有複數個主電動機12A之驅動單元12、及ACT裝置13的鐵路車輛上。

〈主轉換裝置〉

複數個主轉換裝置11，分別藉由將自集電裝置(未圖示)所供給的電力供應給相應的主電動機12A，來驅動主電動機12A。

各主轉換裝置11，將依據來自控制裝置1的扭矩指令TC，來控制供應給主電動機12A的電流、電壓及頻率。藉此，控制鐵路車輛的速度。

〈驅動單元〉

驅動單元12係由複數個主電動機12A所構成。每個主電動機12A係用作行駛鐵路車輛的動力源的馬達。

〈ATC裝置〉

ATC裝置13係用以執行自動列車控制(ATC)的裝置。當鐵路車輛超過所規定的速度時，ATC裝置13將自動執行制動控制。

ATC裝置13係藉由設置在地面上的地面感應器(wayside coil)來辨識鐵路車輛的當前位置。此外，ATC裝置13藉由例如速度發電機來獲取鐵路車輛的當前速度。ATC裝置13係將當前之鐵路車輛的位置及速度的資訊I輸出到控制裝置1。

〈控制裝置〉

控制裝置1係用於控制鐵路車輛的自動駕駛的裝置，將基於動力運行把位或制動把位的扭矩指令TC輸出到複數個主轉換裝置11。控制裝置1包括運行曲線產生部2、把位選擇部3及記憶部4。

(行駛曲線產生部)

行駛曲線產生部2係產生用以規定鐵路車輛到達目標地點前的行駛速度行駛曲線(換言之，運轉曲線)。如圖2A所示，行駛曲線R係在從起點(亦即，出發站)S到目標地點(亦即，到達站)G的區間，所示鐵路車輛的位置X與行駛速度V之間的關係的曲線圖。

行駛曲線產生部2，係從鐵路車輛接收行車時間資訊D、當前時刻C以及鐵路車輛的當前位置及速度資訊I。行駛曲線產生部2，係基於此些資訊來產生行駛曲線R。

如圖2B所示，在鐵路車輛實際行駛之前，為行駛曲線R預先確定速度控制範圍W。速度控制範圍W係設定為在預定時間內到達目標地點G的可允許速度範圍。速度控制範圍W，例如，考量控制裝置1的速度控制性能、目標地點G的到達時間的容許誤差來確定。後述的把位選擇部3選擇把位，以免行駛實際情況P會超過速度控制範圍W。

(記憶部)

記憶部4係記憶表示圖3A所示的把位及行駛速度V與驅動單元12的拉力(亦即，扭矩)T之間的關係的扭矩數據及表示圖3B所示的把位及行駛速度V與驅動單元12的能源效率E之間的關係的效率數據。

圖3A所示的每條曲線為表示每個把位的行駛速度V與拉力T之間的關係，越靠向右上方，把位級數越高。同樣地，圖3B所示的每條曲線為表示每個把位的行駛速度V與能源效率E之間的關係，越靠向右上方，把位級數越高。

此外，扭矩數據及效率數據也可以為藉由分別上下水平地分割如圖3A，3B所示的曲線圖而獲得之表格。此表格記載有把位、行駛速度、扭矩或能源效率之關係。另外，記憶部4也可以以疊加扭矩數據及效率數據的多維圖形的形式記憶此等的數據。

在本實施例中，包含在驅動單元12中的複數個主電動機12A，具有相同的特性(亦即，相同的類型)。因此，扭矩數據及效率數據係藉由對包含在驅動單元12中的複數個主電動機12A中的一個主電動機12A的實際測量或參數計算預先計算出。

又，由效率數據表示的能源效率雖也可以僅由主電動機12A的效率來構成，但也可以考慮包含在主轉換裝置11中的變頻器等之驅動系統機器的效率。

(把位選擇部)

把位選擇部3，選擇把位以便讓鐵路車輛的行駛速度相對於由行駛曲線產生部2產生的行駛曲線R在速度控制範圍W內。把位選擇部3係藉由具有CPU(中央處理單元)、RAM，ROM等的記憶媒體以及輸入/輸出部之電腦所構成。

當行駛速度為高於或等於100km/h(公里/小時)時，把位選擇部3執行選擇把位之高效率化處理，以便參照記憶在記憶部4中的扭矩數據TD及效率數據ED而提高驅動單元12的能源效率。

在高效率化處理上，首先，對當時所有可選擇的把位，執行預測選擇該把位時的單位時間後或單位距離行駛後之行駛速度之預測處理。

例如，如圖4所示，當在目前位置X1可選擇的把位為惰性把位(N0)、動力運行1把位(N1)、動力運行2把位(N2)、以及動力運行3把位(N3)時，分別選擇每個把位，並且以演算的方式預測在行駛單位距離ΔX之後的預測位置X2的行駛速度(亦即，預測速度)。

於此，如圖3B所示，由於隨著速度加快，驅動單元12的能源效率趨於降低，所以可以預先確定每個把位的可用速度帶(亦即，可用速度的上限)。藉此，可事先縮界定可選擇的把位。

其次，在預測之行駛速度V成為速度控制範圍W內的把位中，執行選擇基於效率數據E的能源效率D最高的把位的選擇處理。在圖4所示的實施例中，預測位置X2的行駛速度V在排除位於速度控制範圍W之外的惰行把位(N0)及動力行駛3把位(N3)的把位中，選擇了在參照效率數據ED時具有最高能源效率的把位(N1或N2)。

高效率化處理之後，把位選擇部3執行基於所選擇的把位將相同的扭矩指令TC輸出到鐵路車輛中具有的複數個主轉換裝置11的輸出處理。參照扭矩數據TD而決定扭矩命令TC。

藉由輸出處理，使複數個主電動機12A的扭矩由複數個主轉換裝置11均勻地控制。結果，可以使複數個主轉換裝置11之間的負載均勻。

[1-2.處理]

以下，將參考圖5的流程圖並且說明由把位選擇部3執行的高效率化處理。

首先，把位選擇部3取得行駛曲線R以及鐵路車輛的當前位置和速度資訊I(步驟S10)。

其次，把位選擇部3，對於當前可選擇的把位N0，執行預測當選擇把位N0時的單位時間後或單位距離行駛後之行駛速度之預測處理(步驟S20)。

此後，把位選擇部3判斷預測速度是否在速度控制範圍W內(步驟S30)。當預測速度在速度控制範圍W內時(S30：是)，把位選擇部3將把位N0設為候選對象(步驟S40)。當預測速度在速度控制範圍W外時(S30：否)，把位選擇部3將從候選對象中去除把位N0(步驟S50)。

對於當前可選擇的所有把位，把位選擇部3分別執行從此等步驟S20到步驟S40或步驟S50的處理。另外，雖圖5所示了可選擇的把位的數量具有三種情況，但可選擇的把位之數量係根據鐵路車輛的情況而適當地改變。

決定作為候選對象的把位之後，把位選擇部3將從候選對象中選擇參照效率數據ED時能源效率最高的把位(步驟S60)。再者，把位選擇部3將基於所選擇的把位的扭矩指令TC輸出到複數個主轉換裝置11(步驟S70)。

[1-3.效果]

根據以上之詳述的實施例，將可以獲得以下之效果。

(1a)當以大於或等於100km/h(公里/小時)的速度行駛時，根據效率數據ED選擇把位，使得鐵路車輛沿著行駛曲線R行進的同時，提高驅動單元12的能源效率。結果，藉由相對簡易的控制，對於電力消耗較大的高速鐵路，可有效地降低自動駕駛中的電力消耗。此外，也可以很容易地應用於既有的車輛。

(1b)把位選擇部3基於預測速度和能源效率而選擇把位，可容易且確實地使鐵路車輛沿著行駛曲線R行進的同時，降低電力消耗。

(1c)利用基於由把位選擇部3選擇的把位將相同的扭矩指令輸出到複數個主轉換裝置11，容易控制複數個主轉換裝置11的運轉率之平均化及減少空轉滑行等。

[2.其他之實施例]

以上雖已說明過本發明之實施例，但本發明並不限於上述實施例，當然也可以採用各種形態。

(2a)上述實施例的鐵路車輛的控制裝置1，也可以應用於具有一個主轉換裝置11的鐵路車輛。此外，控制裝置1也可從除ATC裝置13之外的機器獲取鐵路車輛的當前位置和速度的資訊I。

(2b)上述實施例中的一個構成要件具有的功能也可以分佈作為複數個構成要件，或者也可將複數個構成要件具有的功能整合為一個構成要件。另外，也可以省略上述實施例的一部分構造。此外，也可以將上述實施例的構造的至少一部分添加或是替換到另一實施例的構造中。又，由申請專利範圍所記載的措辭特定的技術構思中所包含的所有的形態既為本發明之實施例。

Claims

一種鐵路車輛的控制裝置，包括：一驅動單元；一行駛曲線產生部，用於產生規定一鐵路車輛到達目標地點前的一行駛速度的一行駛曲線；一把位選擇部，用以選擇一把位以便讓該行駛速度在相對於該行駛曲線預定的一速度控制範圍內；以及一記憶部，用以記憶表示該把位及該行駛速度與該鐵路車輛的該驅動單元之一能源效率之間的關係的一效率數據；其中，該把位選擇部，執行選擇該把位之一高效率化處理，以便參照該效率數據而提高該驅動單元的該能源效率，其中，該高效率化處理，包含以下之處理：對於所有可選擇的把位，預測當選擇各個該把位時的單位時間後或單位距離行駛後之該行駛速度；以及在預測之該行駛速度成為該速度控制範圍內的把位中，基於該效率數據選擇能源效率最高的把位。
如申請專利範圍第1項所述之鐵路車輛的控制裝置，其中該把位選擇部，基於所選擇的該把位執行將相同的一扭矩指令輸出到該鐵路車輛中具有的複數個主轉換裝置的處理。