(57)【要約】【課題】営業列車のダイヤに影響を与えることなくエネルギーの更なる効率的利用を図ることができる列車制御システムを得る。【解決手段】無線基地局３、車上無線装置、列車推進装置、表示器、地上制御装置１を備え、列車推進装置はブレーキ指令に基づく回生動作時に検出される架線電圧を含む回生状態情報を生成し、車上無線装置は回生状態情報を列車情報に含めて地上制御装置１へ送信し、地上制御装置１は、列車情報に基づいて、回生状態情報によってブレーキ利用中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の力行量を高める力行指令を生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、回送列車等の表示器は、この力行指令に基づいて、力行ノッチを高める操作を促す表示情報を生成し、生成された表示情報を視覚化して表示する。【選択図】図１
2014144755.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車に搭載された列車推進装置と、
運転台に設置され列車運行上の情報を表示する表示器と、
列車情報に基づいて線路に在線する列車の走行を制御する地上制御装置と、
前記地上制御装置に情報を送信する車上無線装置と、
を備え、
前記列車推進装置は、回生動作中であることを示す回生状態情報を生成し、
前記車上無線装置は、前記回生状態情報を前記列車情報に含めて前記地上制御装置へ送信し、
前記地上制御装置は、この列車情報に基づいて、前記回生状態情報によってブレーキ利用中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の力行量を高める力行指令を生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、
前記表示器は、この力行指令に基づいて、力行ノッチを高める操作を促す表示情報を生成し、生成された表示情報を視覚化して表示することを特徴とする列車制御システム。
【請求項２】
列車に搭載された列車推進装置と、
列車に搭載された自動列車運転装置と、
列車情報に基づいて線路に在線する列車の走行を制御する地上制御装置と、
前記地上制御装置に情報を送信する車上無線装置と、
を備え、
前記列車推進装置は、回生動作中であることを示す回生状態情報を生成し、
前記車上無線装置は、前記回生状態情報を前記列車情報に含めて前記地上制御装置へ送信し、
前記地上制御装置は、この列車情報に基づいて、前記回生状態情報によってブレーキ利用中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の力行量を高める力行指令を生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、
前記自動列車運転装置は、この力行指令が入力されたときには目標速度を上げ、力行指令が無くなったときには目標速度を戻し、この目標速度に列車速度を追従させるノッチ情報を生成することを特徴とする列車制御システム。
【請求項３】
前記列車には、前記地上制御装置から送信された前記力行指令に基づいて、力行ノッチを高めるノッチ情報を生成する速度制御部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の列車制御システム。
【請求項４】
前記地上制御装置は、回生失効電力と力行ノッチのノッチ量とが対応づけられたテーブルを有し、このテーブルと前記回生状態情報とに基づいて、前記回生失効電力が大きいほど力行ノッチのノッチ量が高まる指令を前記力行指令として生成することを特徴とする請求項１〜３の何れか１つに記載の列車制御システム。
【請求項５】
列車に搭載された列車推進装置と、
運転台に設置され列車運行上の情報を表示する表示器と、
列車情報に基づいて線路に在線する列車の走行を制御する地上制御装置と、
前記地上制御装置に情報を送信する車上無線装置と、
を備え、
前記列車推進装置は、力行動作中であることを示す力行状態情報を生成し、
前記車上無線装置は、前記力行状態情報を前記列車情報に含めて前記地上制御装置へ送信し、
前記地上制御装置は、この列車情報に基づいて、前記力行状態情報によって力行中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の回生量を高める回生指令を生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、
前記表示器は、この回生指令に基づいて、ブレーキノッチを高める操作を促す表示情報を生成し、生成された表示情報を視覚化して表示することを特徴とする列車制御システム。
【請求項６】
列車に搭載された列車推進装置と、
列車に搭載された自動列車運転装置と、
列車情報に基づいて線路に在線する列車の走行を制御する地上制御装置と、
前記地上制御装置に情報を送信する車上無線装置と、
を備え、
前記列車推進装置は、力行動作中であることを示す力行状態情報を生成し、
前記車上無線装置は、前記力行状態情報を前記列車情報に含めて前記地上制御装置へ送信し、
前記地上制御装置は、この列車情報に基づいて、前記力行状態情報によって力行中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の回生量を高める回生指令を生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、
前記自動列車運転装置は、この回生指令が入力されたときには目標速度を下げ、回生指令が無くなったときには目標速度を戻し、この目標速度に列車速度を追従させるノッチ情報を生成することを特徴とする列車制御システム。
【請求項７】
前記列車には、前記地上制御装置から送信された前記回生指令に基づいて、ブレーキノッチを高めるノッチ情報を生成する速度制御部が設けられていることを特徴とする請求項５または６に記載の列車制御システム。
【請求項８】
前記地上制御装置は、力行消費電力とブレーキノッチのノッチ量とが対応づけられたテーブルを有し、このテーブルと前記力行状態情報とに基づいて、力行消費電力が大きいほどブレーキノッチのノッチ量が高まる指令を前記回生指令として生成することを特徴とする請求項５〜７の何れか１つに記載の列車制御システム。
【請求項９】
列車の加減速度を決める運転指令を出力する主幹制御器と、
運転台に設置され列車運行上の情報を表示する表示器と、
列車情報に基づいて線路に在線する列車の走行を制御する地上制御装置と、
前記地上制御装置に情報を送信する車上無線装置と、
を備え、
前記車上無線装置は、前記主幹制御器からの運転指令がブレーキ指令である場合、このブレーキ指令を前記列車情報に含めて前記地上制御装置へ送信し、
前記地上制御装置は、この列車情報に基づいて、前記ブレーキ指令によってブレーキ利用中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の力行量を高める力行指令を生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、
前記表示器は、この力行指令に基づいて、力行ノッチを高める操作を促す表示情報を生成し、生成された表示情報を視覚化して表示することを特徴とする列車制御システム。
【請求項１０】
列車の加減速度を決める運転指令を出力する主幹制御器と、
列車に搭載された自動列車運転装置と、
列車情報に基づいて線路に在線する列車の走行を制御する地上制御装置と、
前記地上制御装置に情報を送信する車上無線装置と、
を備え、
前記車上無線装置は、前記前記主幹制御器からの運転指令がブレーキ指令である場合、このブレーキ指令を前記列車情報に含めて前記地上制御装置へ送信し、
前記地上制御装置は、この列車情報に基づいて、前記ブレーキ指令によってブレーキ利用中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の力行量を高める力行指令を生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、
前記自動列車運転装置は、この力行指令が入力されたときには目標速度を上げ、力行指令が無くなったときには目標速度を戻し、この目標速度に列車速度を追従させるノッチ情報を生成することを特徴とする列車制御システム。
【請求項１１】
前記列車には、前記地上制御装置から送信された前記力行指令に基づいて、力行ノッチを高めるノッチ情報を生成する速度制御部が設けられていることを特徴とする請求項９または１０に記載の列車制御システム。
【請求項１２】
列車の加減速度を決める運転指令を出力する主幹制御器と、
運転台に設置され列車運行上の情報を表示する表示器と、
列車情報に基づいて線路に在線する列車の走行を制御する地上制御装置と、
前記地上制御装置に情報を送信する車上無線装置と、
を備え、
前記車上無線装置は、前記主幹制御器からの運転指令が力行指令である場合、この力行指令を前記列車情報に含めて前記地上制御装置へ送信し、
前記地上制御装置は、この列車情報に基づいて、前記力行指令によって力行中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の回生量を高める回生指令を生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、
前記表示器は、この回生指令に基づいて、ブレーキノッチを高める操作を促す表示情報を生成し、生成された表示情報を視覚化して表示することを特徴とする列車制御システム。
【請求項１３】
列車の加減速度を決める運転指令を出力する主幹制御器と、
列車に搭載された自動列車運転装置と、
列車情報に基づいて線路に在線する列車の走行を制御する地上制御装置と、
前記地上制御装置に情報を送信する車上無線装置と、
を備え、
前記車上無線装置は、前記主幹制御器からの運転指令が力行指令である場合、この力行指令を前記列車情報に含めて前記地上制御装置へ送信し、
前記地上制御装置は、この列車情報に基づいて、前記力行指令によって力行中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の回生量を高める回生指令を生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、
前記自動列車運転装置は、この回生指令が入力されたときには目標速度を下げ、回生指令が無くなったときには目標速度を戻し、この目標速度に列車速度を追従させるノッチ情報を生成することを特徴とする列車制御システム。
【請求項１４】
前記列車には、前記地上制御装置から送信された前記回生指令に基づいて、ブレーキノッチを高めるノッチ情報を生成する速度制御部が設けられていることを特徴とする請求項１２または１３に記載の列車制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車制御システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、電気鉄道列車としては、省エネルギー化やブレーキシュー摩耗低減による保守作業の簡素化などのメリットから、減速時に制動エネルギーを電気エネルギーに変換する電力回生ブレーキ機能を有する電力回生列車（以下「回生列車」）の導入が積極的に進められている。回生列車で発生した回生電力は架線を通じて同一変電区間に存在する加速動作中の列車（以下「力行列車」）へ供給され、力行列車は回生電力を力行用のエネルギーとして消費する負荷車となる。このことにより省エネルギーを図ることができると共に、回生列車の空制ブレーキの使用回数が減少してブレーキシューや車輪等のブレーキ関連部品の摩耗を抑制することもできる。
【０００３】
ただし、線路上を走行する列車は、加速動作や制動動作以外にも惰行動作や停止動作を行っているため、回生列車と同一変電区間に複数の列車が存在する場合でも、加速動作と制動動作が時間的に重ならない場合が多い。そのため回生列車の回生能力が十分利用されているとは言えない状況にある。すなわち、回生列車が回生制動を行うとしても、発電した回生電力を消費する力行列車が同一変電区間に存在しない場合や、回生列車が回生制動中に力行列車がノッチオフされた場合、回生電力の行き場がなくなる。このような場合、架線に戻された回生電力によって架線電圧が上昇し過ぎて列車搭載機器が絶縁破壊するなどの弊害が生じる可能性がある。
【０００４】
このような弊害を防止するため、回生列車では、回生電力の絞り込み制御が行われ、空気ブレーキでの減速に切り替えられ、所謂回生失効が生じる。このとき、回生列車の運動エネルギーの一部または全てが機械ブレーキで摩擦熱として消費されてしまう。したがって回生列車を導入しても、回生失効を防止する手段を講じなければ十分な省エネルギー効果が得られなくなる。
【０００５】
下記特許文献１に代表される従来技術は、列車に搭載された電力蓄積手段に回生電力を充電させるように構成されており、電力蓄積手段に蓄えられた電力が周辺の列車間で利用されることにより省エネルギー化が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１７５８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に代表される従来技術は、例えば電力蓄積手段の充電状態によっては電力蓄積手段に回生電力を蓄えることができずに回生失効が生じるため、列車運行に必要なエネルギーの更なる効率的利用を図ることができないという課題があった。
【０００８】
一方、列車が力行運転中の場合には以下の課題がある。架線に電力を供給する変電所の容量が小さい場合や、変電所から列車までの距離が遠いため架線における電圧降下が大きい場合には、架線電圧が低下するときがある。この場合、電動機への力行電力をそのまま維持したり、さらに加速させるため電動機で電力を多く消費させたりすると、架線電圧が低下しすぎて当該電動機を駆動する電力変換装置が停止したり、同一変電区間で架線から受電中の他の列車が低電圧により走行不可能となる場合がある。従って、架線電圧が所定値以下となった場合には、電動機の力行トルクを引き下げ、力行電力を低減する必要がある。そこで、従来技術では、電力変換装置の入力側で検出された電圧が所定値より低下した場合、電動機の力行トルクを減少させる制御（力行トルク低減制御）が行われる。
【０００９】
しかしながら、力行トルク低減制御が行われた場合、営業列車のダイヤ遅延が生じる可能性があるため、営業列車のダイヤに影響を与える可能性があるという課題があった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、営業列車のダイヤに影響を与えることなくエネルギーの更なる効率的利用を図ることができる列車制御システムを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、列車に搭載された列車推進装置と、運転台に設置され列車運行上の情報を表示する表示器と、列車情報に基づいて線路に在線する列車の走行を制御する地上制御装置と、前記地上制御装置に情報を送信する車上無線装置と、を備え、前記列車推進装置は、回生動作中であることを示す回生状態情報を生成し、前記車上無線装置は、前記回生状態情報を前記列車情報に含めて前記地上制御装置へ送信し、前記地上制御装置は、この列車情報に基づいて、前記回生状態情報によってブレーキ利用中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の力行量を高める力行指令を生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、前記表示器は、この力行指令に基づいて、力行ノッチを高める操作を促す表示情報を生成し、生成された表示情報を視覚化して表示することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によれば、一の列車から出力された指令に基づいてこの列車と同一変電区間を走行する他の列車の走行を制御するようにしたので、営業列車のダイヤに影響を与えることなくエネルギーの更なる効率的利用を図ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る列車制御システムの構成を示す図である。
【図２】図２は、図１に示される地上制御装置の構成を示す図である。
【図３】図３は、列車制御システムの一部を含む列車搭載機器を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態１に係る列車制御システムの表示器の構成を示す図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態１に係る列車制御システムの動作を説明するための図である。
【図６】図６は、地上制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図７】図７は、地上制御装置の列車制御部に設定されるテーブルの一例を示す図である。
【図８】図８は、本発明の実施の形態２に係る列車保安装置の構成図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態３に係る列車制御システムの車上側機器を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施の形態４に係る列車制御システムの一部を含む列車搭載機器に示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態４に係る地上制御装置の構成図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態４に係る列車制御システムの表示器の構成を示す図である。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態４に係る列車制御システムの動作を説明するための図である。
【図１４】図１４は、地上制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１５は、地上制御装置の列車制御部に設定されるテーブルの一例を示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態５に係る列車保安装置の構成図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態６に係る列車制御システムの車上側機器を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る列車制御システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る列車制御システムの構成を示す図である。図２は、図１に示される地上制御装置の構成を示す図である。図３は、列車制御システムの一部を含む列車搭載機器を示す図である。図４は、本発明の実施の形態１に係る列車制御システムの表示器の構成を示す図である。
【００１６】
図１において列車制御システムは車上側装置および地上側装置から成り、ネットワーク２を介して相互に接続された地上制御装置１および複数の無線基地局３−１〜３−ｎ（以下「無線基地局３」）を有すると共に、列車８に搭載された列車推進装置１０、列車制動装置１４、自動列車運転装置１１、列車保安装置１７、および車上無線装置１２を有して構成されている。地上制御装置１は、例えば、線区もしくは地区における列車８の運行を集中的に取扱う指令室などに設置される。なお、実施の形態１の列車制御システムには、一例として１つの地上制御装置１が設けられ、地上制御装置１に４つの無線基地局３が接続されているが、地上制御装置１および無線基地局３の数はこれに限定されるものではない。
【００１７】
図２に示される地上制御装置１は、主たる構成として列車制御部１−１、情報受信部１−２、および情報送信部１−３を有して構成されている。
【００１８】
図３には直流架線５からの直流電力により駆動する列車８が示されている。列車８の一部車両（例えば先頭車両）が示され、当該車両には、例えば列車推進装置１０、自動列車運転装置１１、車上無線装置１２、車上子１９、、列車の空気ブレーキの出力を制御する列車制動装置１４、列車の加減速度を決めるノッチ指令である運転指令１５ａを出力する主幹制御器（マスコン）１５、表示器１６、および列車保安装置１７が搭載されている。なお、実際の車両にはこれらの機器以外にも多種多様な機器（例えば空気調和機や開閉ドアなど）が搭載されていることは言うまでもない。そしてこれらの機器は車両内伝送路および車両間伝送路によって相互に接続されている。
【００１９】
列車保安装置１７は、地上側からの列車保安信号に基づいて列車の速度を自動的に制限速度以下に制御する装置である。列車保安装置１７は例えばＡＴＣ車上装置であり、ＡＴＣ信号をＡＴＣ地上装置（図示せず）から受信する。ＡＴＣ信号には、列車の制限速度情報１７ａが含まれている。
【００２０】
列車推進装置１０は、主たる構成として電力変換部１０−１と、制御部１０−２と、電力変換部１０−１の直流架線５側の入力電圧ＥＳを検出する電圧検出器１０−３とを有して構成されている。
【００２１】
制御部１０−２には、例えば電圧検出器１０−３で検出された検出値が入力され、またマスコン１５からの運転指令１５ａが入力される。運転指令１５ａとしては、力行指令、ブレーキ指令、惰行指令などである。制御部１０−２は、これらの検出値や運転指令１５ａに基づいて、電力変換部１０−１内のスイッチング素子を制御する制御信号ＰＷＭを生成して出力する。
【００２２】
列車推進装置１０には、直流架線５からの直流電力が集電装置６を介して受電され、受電された直流電力が電力変換部１０−１に供給される。電力変換部１０−１は、例えばＡＣ／ＤＣ変換器またはＤＣ／ＡＣ変換器として機能する。運転指令１５ａが力行指令である場合、電力変換部１０−１はＤＣ／ＡＣ変換器として動作し、直流架線５からの直流電力が交流電力に変換されて電動機１３に供給され、この交流電力によって電動機１３が駆動される。例えばマスコン１５からの運転指令１５ａがブレーキ指令である場合、電力変換部１０−１はＡＣ／ＤＣ変換器として動作し、電動機１３からの回生電力が直流電力に変換されて直流架線５に供給される。
【００２３】
なお、電力変換部１０−１の機能は、ＡＣ／ＤＣ変換器またはＤＣ／ＡＣ変換器に限定されるものではなく、例えば直流架線５からの直流電力を電力貯蔵装置（図示せず）に対応した直流電力に変換する機能や、電力貯蔵装置からの直流電力を交流電力に変換して電動機１３に供給する機能などを有するように構成してもよい。
【００２４】
また、列車推進装置１０では回生状態情報１０ａが生成され、生成された回生状態情報１０ａが車上無線装置１２に送信される。回生状態情報１０ａは、例えば回生動作中に検出される架線電圧等（電圧検出器１０−３で検出される入力電圧ＥＳや、列車推進装置１０の入力側のフィルタコンデンサに印加され入力電圧ＥＳに相当するフィルタコンデンサ電圧）の値（回生電圧値）や、例えば電力変換部１０−１の直流架線５側の入力端に設けられた電流検出器（図示せず）で検出される回生動作中の電流値（回生電流値）や、回生動作中に制御部１０−２で生成される回生トルクのトルク絞り込み量や回生失効電力などである。
【００２５】
表示器１６は、運転台に設置され列車運行に必要な各種情報を表示する。図４に示されるように表示器１６は、表示制御部１６ａおよび表示部１６ｂを有して構成されている。
【００２６】
無線基地局３は、列車８の車上無線装置１２との間で相互に情報を伝送する。無線基地局３および車上無線装置１２は、自動列車運転装置１１と地上制御装置１との間における情報を無線で伝送可能な通信手段であればその方法は問わず、携帯電話のインフラを用いた通信手段や、ミリ波を用いた通信手段でもよい。
【００２７】
以下、動作を説明する。図５は、本発明の実施の形態１に係る列車制御システムの動作を説明するための図である。図６は、地上制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。例えば図５に示される変電区間Ｂを走行中の営業列車において、マスコン１５からの運転指令１５ａがブレーキ指令である場合、制御部１０−２では回生状態情報１０ａが生成され、生成された回生状態情報１０ａは車上無線装置１２に送信される。車上無線装置１２では無線伝送用のフレームに送信元情報、送信先情報、および回生状態情報１０ａなどがセットされ、列車情報として無線基地局３へ送信される。なお、車上無線装置１２から無線基地局３へ送信される情報はこれらに限定されるものではなく、例えば図示しない列車情報管理装置で処理される列車運行情報、列車種別、列車ＩＤ、列車位置情報、マスコン１５からの運転指令１５ａ、列車搭載機器の状態情報なども含まれる。列車種別は、例えば乗客を乗せて運転中の営業列車であるか、乗客を乗せずに運行中の非営業列車である回送列車や貨物列車（以下「回送列車等」）であるかなどを示す。列車ＩＤは各列車をユニークに識別する識別情報である。そして、このフレームを受信した無線基地局３では列車情報が抽出され、抽出された列車情報は各無線基地局３を管理する地上制御装置１に送信される。
【００２８】
図６において、地上制御装置１の情報受信部１−２では、各無線基地局３で抽出された列車情報が受信され（ステップＳ１）、この列車情報は、列車制御部１−１に入力される。列車制御部１−１では、各列車８からの列車情報に基づいて以下のような処理が行われる。列車制御部１−１は、各列車８の列車ＩＤおよび列車種別によって、列車毎に営業列車であるか回送列車等であるかを判定する（ステップＳ２）。
【００２９】
また、列車制御部１−１は、列車情報に基づいて、回生状態情報１０ａによってブレーキ利用中と判定された営業列車が在線する変電区間と同じ区間に、回送列車等が存在するか否かを判定する（ステップＳ３）。ブレーキ利用中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に回送列車等が存在しない場合（ステップＳ３，Ｎｏ）、列車制御部１−１ではステップＳ１以降の処理が繰り返される。
【００３０】
ブレーキ利用中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に回送列車等が存在する場合（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、列車制御部１−１は、列車情報に基づいて、回送列車等を加速させる力行指令１ａを演算して出力する（ステップＳ４）。この力行指令１ａは、回送列車等に搭載された電力変換部１０−１をＤＣ／ＡＣ変換器として動作させて、電動機１３に力行トルクを与えるための指令である。
【００３１】
具体的例で説明する。列車制御部１−１は、例えば、回送列車等からの列車位置情報、および路線情報に基づいて、回送列車等の現在位置から停車する場所までの残走距離を求める。さらに列車制御部１−１は、この残走距離と列車速度と制限速度とに基づいて、力行ノッチの増加量および継続時間を演算する。例えば、列車速度と制限速度との差分が比較的大きい（例えば３０ｋｍ／ｈ以上）場合、列車制御部１−１は、例えば力行ノッチを２ノッチ増加させる力行指令１ａを生成する。このように、回送列車等の力行ノッチを比較的多く増加させることにより、営業列車からの回生電力が当該力行指令１ａを受信した回送列車等の力行電力として有効に利用される。
【００３２】
また、列車速度と制限速度との差分が比較的小さい（例えば３０ｋｍ／ｈ未満）場合、列車制御部１−１は、例えば力行ノッチを１ノッチ増加させる力行指令１ａを生成する。このように、回送列車等の力行ノッチを１ノッチ増加させることでも、営業列車からの回生電力が回送列車等の力行電力として有効に利用される。
【００３３】
また、他の演算例としては、図７に示されるテーブル２０を予め地上制御装置１に設定しておき、列車制御部１−１は、前述した残走距離と、このテーブル２０と、列車速度と、制限速度とに基づいて、力行ノッチの増加量および継続時間を演算するようにしてもよい。テーブル２０には、回生トルクの回生失効電力と力行ノッチのノッチ量とが対応づけられており、例えば、回生失効電力が２の場合、列車制御部１−１は、力行ノッチを２ノッチ増加させる力行指令１ａを生成する。回生失効電力が大きいほど回生失効の度合いが大きいため、回生失効電力が大きいほど力行ノッチのノッチ量が高まる力行指令１ａを生成することにより、営業列車からの回生電力が回送列車等の力行電力として有効に利用される。なお、図７では説明の便宜上、回生トルクの回生失効電力が１，２と表記されているが、回生失効電力の値はこれに限定されるものではない。
【００３４】
また、他の演算例としては、回生トルクの回生失効電力の代わりにマスコン１５からのブレーキ指令を用いて、このブレーキ指令のノッチ量が大きいほど回送列車等の力行ノッチのノッチ量が高まる力行指令１ａを生成するように構成してもよい。この構成により、回生失効電力計測機能のない営業列車においても、他の回送列車等で回生電力を有効に利用させることができる。また、営業列車の乗車率を考慮して、例えば乗車率が高いほど回送列車等の力行ノッチのノッチ量が高まる力行指令１ａを生成するように構成してもよい。
【００３５】
列車制御部１−１で判定された回送列車等の列車ＩＤと、列車制御部１−１で生成された力行指令１ａは、情報送信部１−３を介して、この回送列車等と通信中の無線基地局３に送信される。力行指令１ａを受信した無線基地局３は、無線伝送用フレームに送信先情報、送信元情報、および力行指令１ａをセットし、図５に示される変電区間Ｂを走行中の回送列車等に送信する。無線基地局３からのフレームを受信した車上無線装置１２では力行指令１ａが抽出され、抽出された力行指令１ａは、表示器１６に送信される。
【００３６】
表示器１６の表示制御部１６ａは、力行指令１ａに基づいて、力行ノッチを増加させることを促す表示情報を生成する。この表示情報は、例えば表示器１６に力行ノッチの増加数や継続時間を視覚化して表示させるものである。表示部１６ｂでは、表示制御部１６ａからの表示情報に基づいて、力行ノッチの増加数などの表示が行われる。表示部１６ｂには、例えば「回生失効中の列車が存在するため力行ノッチを１ノッチ増加させる」や「回生失効中の列車が存在するため力行ノッチを数秒程度増加させる」などのメッセージが表示される。この表示を確認した運転士によって、例えば力行ノッチを高めるようにマスコン１５の操作が行われ、このことで回生電力が回送列車等で消費され、架線電圧の上昇が抑制される。その結果、営業列車における回生失効が抑制され、機械ブレーキの摩耗などが抑制される。
【００３７】
例えば早朝、夜間や、列車の運行本数の少ない閑散線区では、自列車付近に他の列車が存在しないため、回生負荷が不足する状態となり、回生ブレーキにより発生した回生電力が十分に消費されない場合がある。他の列車で消費される電力よりも自列車の回生電力が大きくなると架線電圧が上昇することになり、架線に接続される種々の機器が過電圧でトリップし、あるいは破損する虞れがある。このような問題を解消するため、電力変換部１０−１は、架線電圧等（電圧検出器１０−３で検出される入力電圧ＥＳや、入力電圧ＥＳに相当する列車推進装置１０の入力側のフィルタコンデンサに印加される電圧）を検出し、架線電圧等が上昇して所定値を超過した場合、入力電圧ＥＳ等の増加に基づいて、回生トルクのトルク絞り込み量を生成し、ブレーキ指令に基づいて生成される要求トルクからこのトルク絞り込み量を減じる（回生絞り込み制御）。要求トルクから回生トルクのトルク絞り込み量を減じることにより、電動機１３の回生トルクが低減されて、回生電力が減少し、架線電圧の上昇が規定値以下に抑制される。
【００３８】
ただし、回生電力の絞り込み制御が行われた場合、列車制動装置１４による空気ブレーキでの減速に切り替えられため回生失効が生じる。このとき回生中における列車８の運動エネルギーの一部または全てが機械ブレーキで摩擦熱として消費されてしまう。
【００３９】
このようなことを鑑みて本実施の形態に係る列車制御システムでは、回生動作中の列車（例えば営業列車）から出力される回生状態情報１０ａを含む列車情報が地上制御装置１で受信され、この列車情報を受信した地上制御装置１では、ブレーキ利用中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車等を力行させるための力行指令１ａが生成され、この力行指令１ａを受信した回送列車等の表示器１６では、力行ノッチを高める操作を促す表示が行われる。これにより、力行ノッチを高める操作が行われ、回生電力が回送列車等で消費され架線電圧の上昇が抑制される。その結果、営業列車における回生失効が抑制され、機械ブレーキの摩耗などが抑制される。
【００４０】
なお、回生動作中の列車は１台に限定されるものではない。すなわち、地上制御装置１の列車制御部１−１は、例えば２以上の営業列車から出力された回生状態情報１０ａを用いて力行指令１ａを生成するように構成してもよい。
【００４１】
以上に説明したように、本実施の形態に係る列車制御システムは、列車に搭載された列車推進装置１０と、運転台に設置された列車運行上の情報を表示する表示器１６と、列車情報に基づいて線路に在線する列車の走行を制御する地上制御装置１と、地上制御装置１に情報を送信する車上無線装置１２と、を備え、列車推進装置１０は、回生動作中であることを示す回生状態情報１０ａを生成し、車上無線装置１２は、回生状態情報１０ａを列車情報に含めて地上制御装置１へ送信し、地上制御装置１は、この列車情報に基づいて、回生状態情報１０ａによってブレーキ利用中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の力行量を高める力行指令１ａを生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、回送列車等の表示器１６は、この力行指令１ａに基づいて、力行ノッチを高める操作を促す表示情報を生成し、生成された表示情報を視覚化して表示するように構成されている。この構成により、表示器１６の情報に従って力行ノッチを高める操作が行われることで、営業列車からの回生電力が回送列車等で消費され架線電圧の上昇が抑制される。その結果、営業列車における回生失効が抑制され、列車運行に必要なエネルギーの更なる効率的利用を図ることができ、さらに列車制動装置１４の使用頻度が抑えられるためメンテナンスコストの低減を図ることができる。
【００４２】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２に係る列車保安装置の構成図である。実施の形態２は、自動列車運転装置１１が地上制御装置１からの力行指令１ａによって運転曲線を変化させるように構成されている実施例である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４３】
自動列車運転装置１１は、主たる構成として、目標速度設定部３３および速度制御部３４を有して構成されている。目標速度設定部３３は、車上無線装置１２からの力行指令１ａが入力されたときには、制限速度情報１７ａから導かれる制限速度の範囲内で力行指令１ａに応じて目標速度を上げ、力行指令１ａが無くなったときにはその目標速度を戻す。速度制御部３４は、目標速度設定部３３からの目標速度に列車速度を追従させるようにノッチ情報１１ａを生成する。生成されたノッチ情報１１ａは列車推進装置１０へ送信され、列車推進装置１０はこのノッチ情報１１ａに基づいて電動機１３を動作させる。
【００４４】
以上に説明したように、本実施の形態に係る列車制御システムは、列車に搭載された列車推進装置１０と、列車に搭載され自動列車運転装置１１と、列車情報に基づいて線路に在線する列車の走行を制御する地上制御装置１と、地上制御装置１に情報を送信する車上無線装置１２と、を備え、列車推進装置１０は、回生動作中であることを示す回生状態情報１０ａを生成し、車上無線装置１２は、回生状態情報１０ａを列車情報に含めて地上制御装置１へ送信し、地上制御装置１は、この列車情報に基づいて、回生状態情報１０ａによってブレーキ利用中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の力行量を高める力行指令１ａを生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、自動列車運転装置１１は、この力行指令１ａが入力されたときには目標速度を上げ、力行指令１ａが無くなったときには目標速度を戻し、この目標速度に列車速度を追従させるノッチ情報を生成するように構成されている。この構成により、自動列車運転装置が用いられている場合でも、営業列車からの回生電力が回送列車等で消費され架線電圧の上昇が抑制される。
【００４５】
実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係る列車制御システムの車上側機器を示す図である。実施の形態１，２との相違点は速度制御部２１が設けられている点である。以下、実施の形態１，２と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４６】
速度制御部２１は、車両内伝送路に接続され、車上無線装置１２で抽出された力行指令１ａを受信し、力行指令１ａに対応したノッチ情報２１ａを生成する。生成されたノッチ情報２１ａは列車推進装置１０に受信され、列車推進装置１０はこのノッチ情報２１ａに基づいて電動機１３を駆動させる。
【００４７】
以上に説明したように、本実施の形態に係る列車制御システムは、地上制御装置１から送信された力行指令１ａに基づいて、力行ノッチを高めるノッチ情報２１ａを生成する速度制御部２１を有するようにしたので、例えば回送列車等に自動列車運転装置が装備されていない場合や、自動運転機能がオフされた状態で回送運転が行われている回送列車等に対しても力行動作を行わせることができる。
【００４８】
実施の形態４．
実施の形態４は、営業列車が力行する際、この営業列車と同一の変電区間に走行する回送列車等に回生指令を送信して、回送列車等からの回生電力を営業列車の力行電力として利用させるものである。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００４９】
図１０は、本発明の実施の形態４に係る列車制御システムの一部を含む列車搭載機器に示す図である。図１１は、本発明の実施の形態４に係る地上制御装置の構成図である。図１２は、本発明の実施の形態４に係る列車制御システムの表示器の構成を示す図である。図１３は、本発明の実施の形態４に係る列車制御システムの動作を説明するための図である。図１４は、地上制御装置の動作を説明するためのフローチャートである。図１５は、地上制御装置の列車制御部に設定されるテーブルの一例を示す図である。
【００５０】
実施の形態１との相違点は、列車推進装置１０の代わりに列車推進装置１０Ａが用いられ、列車推進装置１０Ａからの力行状態情報１０ｂが車上無線装置１２に送信される点と、地上制御装置１の代わりに地上制御装置１Ａが用いられている点である。力行状態情報１０ｂは、例えば力行動作中に検出される架線電圧等の電圧値や、電力変換部１０−１の直流架線５側の入力端に設けられた電流検出器（図示せず）で検出される力行動作中の電流値や、力行動作中に制御部１０−２で生成される力行消費電力などである。
【００５１】
以下、図１３から図１５を用いて動作を説明する。図１３に示される変電区間Ｂを走行中の営業列車において、マスコン１５からの運転指令１５ａが力行指令である場合、制御部１０−２では力行状態情報１０ｂが生成され、生成された力行状態情報１０ｂは車上無線装置１２に送信され、車上無線装置１２では無線伝送用のフレームに送信元情報、送信先情報、および力行状態情報１０ｂなどがセットされ、列車情報として無線基地局３へ送信される。このフレームを受信した無線基地局３では列車情報などが抽出され、抽出された列車情報は各無線基地局３を管理する地上制御装置１Ａに送信される。
【００５２】
図１４において、地上制御装置１Ａの情報受信部１−２では、各無線基地局３で抽出された列車情報が受信され（ステップＳ１１）、この列車情報は、列車制御部１−１Ａに入力される。列車制御部１−１Ａでは、各列車８からの列車情報に基づいて以下のような処理が行われる。列車制御部１−１Ａは、各列車８の列車ＩＤおよび列車種別によって、列車毎に営業列車であるか回送列車等であるかを判定する（ステップＳ１２）。
【００５３】
また、列車制御部１−１Ａは、列車情報に基づいて、力行状態情報１０ｂによって力行中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に、回送列車等が存在するか否かを判定する（ステップＳ１３）。力行中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に回送列車等が存在しない場合（ステップＳ１３，Ｎｏ）、列車制御部１−１ＡではステップＳ１１以降の処理が繰り返される。
【００５４】
力行中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に回送列車等が存在する場合（ステップＳ１３，Ｙｅｓ）、列車制御部１−１Ａは、列車情報に基づいて、回送列車等を減速させる回生指令１ｂを演算する（ステップＳ１４）。この回生指令１ｂは、回送列車等に搭載された電力変換部１０−１をＡＣ／ＤＣ変換器として動作させて回生電力を発生させるための指令である。
【００５５】
具体的に説明すると、列車制御部１−１Ａは、例えば、回送列車等からの列車位置情報および路線情報に基づいて、回送列車等の現在位置から停車する場所までの残走距離を求める。さらに列車制御部１−１Ａは、この残走距離と列車速度とに基づいて、ブレーキノッチの増加量および継続時間を演算する。列車制御部１−１Ａは、例えばブレーキノッチを２ノッチ増加させる回生指令１ｂを生成する。このように回送列車等のブレーキノッチを比較的多く増加させることにより、回送列車等からの回生電力が営業列車の力行電力として有効に利用される。
【００５６】
また、列車制御部１−１Ａは、例えばブレーキノッチを１ノッチ増加させる回生指令１ｂを生成する。このように回送列車等のブレーキノッチを１ノッチ増加させることでも、回送列車等からの回生電力が営業列車の力行電力として有効に利用される。
【００５７】
また、他の演算例としては、図１５に示されるテーブル２０Ａを予め地上制御装置１Ａに設定しておき、列車制御部１−１Ａは、前述した残走距離と、テーブル２０Ａと、列車速度に基づいて、ブレーキノッチの増加量および継続時間を演算するようにしてもよい。テーブル２０Ａには、力行消費電力とブレーキノッチのノッチ量とが対応づけられており、例えば、力行消費電力が２の場合、列車制御部１−１Ａは、ブレーキノッチを２ノッチ増加させる回生指令１ｂを生成する。力行消費電力は、架線電圧が低下するほど増加し、かつ、電動機１３を駆動させる要求トルクが大きいほど低下する。力行消費電力が大きいほどブレーキノッチのノッチ量が高まる回生指令１ｂを生成することにより、回送列車等からの回生電力が営業列車の力行電力として有効に利用される。
【００５８】
また、他の演算例としては、力行消費電力の代わりにマスコン１５からの力行指令を用いて、この力行指令のノッチ量が大きいほど回送列車等のブレーキノッチのノッチ量が高まる回生指令１ｂを生成するように構成してもよい。この構成により、力行消費電力計測機能のない営業列車においても、他の回送列車等からの回生電力を利用することができる。
【００５９】
列車制御部１−１Ａで判定された回送列車等の列車ＩＤと、列車制御部１−１Ａで生成された回生指令１ｂは、情報送信部１−３を介して、この回送列車等と通信中の無線基地局３に送信される。回生指令１ｂなどを受信した無線基地局３は、無線伝送用フレームに送信先情報、送信元情報、および回生指令１ｂをセットし、図１３に示される変電区間Ｂを走行中の回送列車等に送信する。無線基地局３からのフレームを受信した回送列車等の車上無線装置１２では、回生指令１ｂが抽出され、抽出された回生指令１ｂは、表示器１６Ａに送信される。
【００６０】
図１２において、表示器１６Ａの表示制御部１６ａ−１は、回生指令１ｂに基づいて、ブレーキノッチを増加させることを促す表示情報を生成する。この表示情報は、例えば表示部１６ｂにブレーキノッチの増加数や継続時間を視覚化して表示させるものである。表示部１６ｂでは、表示制御部１６ａ−１からの表示情報に基づいて、ブレーキノッチの増加数などの表示が行われる。表示部１６ｂには、例えば「力行中の列車が存在するためブレーキノッチを１ノッチ増加させる」や「力行中の列車が存在するためブレーキノッチを数秒程度増加させる」などのメッセージが表示される。
【００６１】
以上に説明したように、本実施の形態に係る列車制御システムは、列車推進装置１０Ａは、力行動作中であることを示す力行状態情報１０ｂを生成し、車上無線装置１２は、力行状態情報１０ｂを列車情報に含めて地上制御装置１Ａへ送信し、地上制御装置１Ａは、この列車情報に基づいて、力行状態情報１０ｂによって力行中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の回生量を高める回生指令１ｂを生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、回送列車等の表示器１６Ａは、この回生指令１ｂに基づいて、ブレーキノッチを高める操作を促す表示情報を生成し、生成された表示情報を視覚化して表示するように構成されている。この構成により、表示器１６Ａの情報に従ってブレーキノッチを高める操作が行われることで、回送列車等からの回生電力が営業列車に供給され、営業列車における力行トルク低減制御が抑制される。その結果、営業列車のダイヤ遅延を抑制することができると共に、営業列車を力行させるために必要な電力の一部を他の列車から賄うことができるため、列車運行に必要なエネルギーの更なる効率的利用を図ることができる。
【００６２】
実施の形態５．
図１６は、本発明の実施の形態５に係る列車保安装置の構成図である。実施の形態５は、自動列車運転装置１１Ｂが地上制御装置１からの回生指令１ｂによって運転曲線を変化させるように構成されている実施例である。以下、実施の形態４と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００６３】
自動列車運転装置１１Ｂは、主たる構成として、目標速度設定部３３Ａおよび速度制御部３４を有して構成されている。目標速度設定部３３Ａは、車上無線装置１２からの回生指令１ｂが入力されたときには、回生指令１ｂに応じて目標速度を下げ、回生指令１ｂが無くなったときにはその目標速度を戻す。速度制御部３４は、目標速度設定部３３Ａからの目標速度に列車速度を追従させるようにノッチ情報１１ａを生成する。生成されたノッチ情報１１ａは列車推進装置１０Ａへ送信され、列車推進装置１０Ａではこのノッチ情報１１ａに基づいて回生動作が行われる。
【００６４】
以上に説明したように、本実施の形態に係る列車制御システムでは、列車に搭載された列車推進装置１０Ａと、列車に搭載された自動列車運転装置１１Ｂと、列車情報に基づいて線路に在線する列車の走行を制御する地上制御装置１Ａと、地上制御装置１Ａに情報を送信する車上無線装置１２と、を備え、列車推進装置１０Ａは、力行動作中であることを示す力行状態情報１０ｂを生成し、車上無線装置１２は、力行状態情報１０ｂを列車情報に含めて地上制御装置１Ａへ送信し、地上制御装置１Ａは、この列車情報に基づいて、力行状態情報１０ｂによって力行中と判定された営業列車が在線する変電区間と同一変電区間に在線する回送列車または貨物列車の電動機の回生量を高める回生指令１ｂを生成してこの回送列車または貨物列車へ送信し、回送列車等の自動列車運転装置１１Ｂは、この回生指令１ｂが入力されたときには目標速度を下げ、回生指令１ｂが無くなったときには目標速度を戻し、この目標速度に列車速度を追従させるノッチ情報１１ａを生成するように構成されている。この構成により、自動列車運転装置が用いられている場合でも、回送列車等からの回生電力が営業列車に供給され、営業列車における力行トルク低減制御が抑制される。
【００６５】
実施の形態６．
図１７は、本発明の実施の形態６に係る列車制御システムの車上側機器を示す図である。実施の形態４，５との相違点は速度制御部２１Ａが設けられている点である。以下、実施の形態４，５と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００６６】
速度制御部２１Ａは車両内伝送路に接続され、車上無線装置１２で抽出された回生指令１ｂを受信し、回生指令１ｂに対応したノッチ情報２１ｂ（ブレーキノッチ）を生成する。生成されたノッチ情報２１ｂは、列車推進装置１０Ａに受信され、列車推進装置１０Ａはこのノッチ情報２１ｂに基づいて回生動作を行う。
【００６７】
以上に説明したように、本実施の形態に係る列車制御システムは、地上制御装置１Ａから送信された回生指令１ｂに基づいて、ブレーキノッチを高めるノッチ情報２１ｂを生成する速度制御部２１Ａを有するようにしたので、例えば回送列車等に自動列車運転装置が搭載されていない場合や、自動運転機能がオフされた状態で回送運転が行われている回送列車等に対しても回生動作を行わせることができる。
【００６８】
なお、本発明の実施の形態に係る電列車制御システムは、本発明の内容の一例を示すものであり、更なる別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略するなど、変更して構成することも可能であることは無論である。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上のように、本発明は、列車制御システムに適用可能であり、特に、営業列車のダイヤに影響を与えることなくエネルギーの更なる効率的利用を図ることができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００７０】
１，１Ａ  地上制御装置、１ａ  力行指令、１ｂ  回生指令、１−１，１−１Ａ  列車制御部、１−２  情報受信部、１−３  情報送信部、２  ネットワーク、３  無線基地局、５  直流架線、６  集電装置、８  列車、１０，１０Ａ  列車推進装置、１０−１  電力変換部、１０−２  制御部、１０−３  電圧検出器、１０ａ  回生状態情報、１０ｂ  力行状態情報、１１，１１Ｂ  自動列車運転装置、１１ａ  ノッチ情報、１２  車上無線装置、１３  電動機、１４  列車制動装置、１５  マスコン、１５ａ  運転指令、１６，１６Ａ  表示器、１６ａ，１６ａ−１  表示制御部、１６ｂ  表示部、１７  列車保安装置、１７ａ  制限速度情報、１８  速度発電機、１９  車上子、２０，２０Ａ  テーブル、２１，２１Ａ  速度制御部、２１ａ，２１ｂ  ノッチ情報、３３，３３Ａ  目標速度設定部、３４  速度制御部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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