(57)【要約】  車両制御装置１０は、列車の走行に必要な駆動力を算出する駆動力算出部１０Ｂと、駆動力に基づいてＭ車の稼働数を決定する稼働数算出部１０Ｃと、稼働数に応じて稼動するＭ車に付与する駆動力指令を算出する駆動力指令算出部１０Ｄと、を備え、駆動力指令算出部１０Ｄは、稼働数が変化する際に、駆動力指令を連続して変化させる。
2017216931.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電動車を備えた列車において前記電動車の稼働数を減ずる電動車選択制御を行う車両制御装置であって、
前記列車の走行に必要な駆動力を算出する駆動力算出部と、
前記駆動力に基づいて電動車の稼働数を決定する稼働数算出部と、
前記稼働数に応じて稼動する前記電動車に付与する駆動力指令を算出する駆動力指令算出部と、
を備え、
前記駆動力指令算出部は、前記稼働数が変化する際に、前記駆動力指令を連続して変化させる
ことを特徴とする車両制御装置。
【請求項２】
前記駆動力指令算出部は、前記稼働数が変化する際に、動作継続側の前記電動車に対する駆動力指令が変化する期間と、動作継続側の前記電動車に対する駆動力指令が変化する期間とが一致するように前記駆動力指令を変化させることを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
【請求項３】
前記駆動力指令算出部は、前記稼働数が変化する際に、動作継続側の前記電動車に対する駆動力指令と、動作停止側の前記電動車に対する駆動力指令とが共に変動する過程において、両者の駆動力指令の合計値が一定値に維持されるように前記駆動力指令を変化させることを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。
【請求項４】
前記列車の速度を閾値判定し、前記速度が閾値を超えている場合に前記電動車選択制御を実施することを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の車両制御装置。
【請求項５】
雨天時の場合、又は、前記列車が雨天モードの場合、前記電動車選択制御の実施を解除することを特徴とする請求項４に記載の車両制御装置。
【請求項６】
前記列車の駆動輪が空転しているときには、前記電動車選択制御の実施を解除することを特徴とする請求項４に記載の車両制御装置。
【請求項７】
前記列車を構成する車両の応荷重検出値に基づいて各々の前記電動車ごとの応荷重指令を算出する応荷重指令算出部と、
前記応荷重指令に基づいて、通常力行時と電動車選択力行時の双方を含む複数のパターンでのトルク指令を算出するトルク指令算出部と、
を備えたことを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の車両制御装置。
【請求項８】
複数の電動車を備えた列車において前記電動車の稼働数を減ずる電動車選択制御を行う車両制御装置と、列車情報を管理する列車情報管理装置とを備えた車両制御システムであって、
前記列車情報管理装置は、
前記列車の走行に必要な駆動力を算出する駆動力算出部と、
前記駆動力に基づいて電動車の稼働数を決定する稼働数算出部と、
を備え、
前記車両制御装置は、前記稼働数に応じて稼動する前記電動車に付与する駆動力指令を算出する駆動力指令算出部、
を備え、
前記駆動力指令算出部は、前記稼働数が変化する際に、前記駆動力指令を連続して変化させる
ことを特徴とする車両制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の電動機を備えた列車を制御する車両制御装置及び車両制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電動機が搭載された電動車（以下「Ｍ車」と称する）が複数存在する場合、最大負荷でない状態においても各々のＭ車で均等に負荷を分担することが一般的である。一方、電動機の効率は、トルク−効率特性を考慮すると、電動機にかかる負荷が高負荷になる程、総合効率が高くなり、また、逆に低負荷になると、総合効率は著しく悪化するという特徴がある（例えば、下記特許文献１の図２を参照）。【０００３】
したがって、負荷が小さい場合、各々のＭ車で均等に負荷を分担していると著しく効率低下してしまう。このため、下記特許文献１では、必要トルクに応じてＭ車の稼働数と、各電動機の出力とを決定すると共に、稼動しないＭ車を解放するＭ車選択制御を実施している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３０８００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１では、Ｍ車選択方法は開示されているが、Ｍ車選択モードと通常モードとを切替えた際の切替え方法は開示されておらず、Ｍ車選択モード内においてＭ車の解放数が変化した際においても各電動機の出力トルクが大きく変動する構成となっている（先行文献の図４参照）。そのため、Ｍ車数が変動した際に乗り心地悪化を招くおそれがあった。【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、Ｍ車の稼動数が変動した場合であっても、乗り心地の悪化を抑制することができる、車両制御装置及び車両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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る車両制御装置は、列車の走行に必要な駆動力を算出する駆動力算出部、駆動力に基づいてＭ車の稼働数を決定する稼働数算出部、及び、稼働数に応じて稼動するＭ車に付与する駆動力指令を算出する駆動力指令算出部を備える、駆動力指令算出部は、稼働数が変化する際に、駆動力指令を連続して変化させる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、Ｍ車の稼動数が変動した場合であっても、乗り心地の悪化を抑制することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る車両制御装置の構成例を示すブロック図
【図２】実施の形態１に係る車両制御装置の細部構成を示すブロック図
【図３】実施の形態１の車両制御装置における動作モードの切り替えに関するフローチャート
【図４】実施の形態１の車両制御装置におけるＭ車選択有効無効判定処理に関するフローチャート
【図５】実施の形態１の車両制御装置におけるＭ車選択モードでの処理に関するフローチャート
【図６】実施の形態１，２のジャーク制御の説明に供するタイムチャート
【図７】実施の形態２に係る車両制御装置の細部構成を示すブロック図
【図８】実施の形態２の車両制御装置におけるトルク指令生成の概念を示す説明図
【図９】実施の形態３に係る車両制御システムの構成を示すシステム構成図
【図１０】実施の形態１〜３における車両制御装置及び列車情報管理装置の機能を実現するハードウェア構成の一例を示すブロック図
【図１１】実施の形態１〜３における車両制御装置及び列車情報管理装置の機能を実現するハードウェア構成の他の例を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に、添付図面を参照し、本発明の実施の形態に係る車両制御装置及び車両制御システムについて説明する。なお、以下の実施の形態により、本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において、構成要素の個々を特定する場合には、構成要素の符号に下付文字を付して示すが、構成要素の個々を特定しない場合には、構成要素に付した下付文字を省略する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る車両制御装置を含む全体のシステム構成図である。図２は、実施の形態１に係る車両制御装置の細部構成を示すブロック図である。
【００１２】
図１には、電動機は搭載されずに運転台５０が搭載された指令車（以下「Ｔｃ車」と称する）１と、電動機が搭載されている４両のＭ車２１〜２４と、電動機が搭載されていない付随車（以下「Ｔ車」と称する）３と、を備えた列車１００が示されている。
【００１３】
Ｔｃ車１には、運転台５０の他に車両制御装置１０が搭載されている。Ｍ車２１には、列車１００に駆動力を付与する４台の電動機１６Ａ〜１６Ｄと、４台の電動機１６Ａ〜１６Ｄを一括駆動する１台のインバータ装置１４と、インバータ装置１４の電力変換動作を制御する制御装置１２とが搭載されている。他のＭ車２２〜２４も同様な構成である。また、Ｔｃ車１、Ｍ車２２〜２４及びＴ車３には、各車両の応荷重を検出する応荷重検出装置５２が設けられている。応荷重検出装置５２が検出した応荷重検出値は、伝送線５６を通じて車両制御装置１０に伝達される。なお、図１では、列車１００を構成するＭ車として４両のＭ車２２〜２４を示しているが、２両以上であれば何両でもよい。また、各々のＭ車２には４台の電動機１６Ａ〜１６Ｄを示しているが、少なくとも１台備えていれば何台でもよい。
【００１４】
車両制御装置１０は、図２に示すように、列車を構成するＭ車の中から、幾つかのＭ車を選択する制御を行うか否かを判定する判定部であるＭ車選択有効無効判定部１０Ａと、列車の走行に必要な駆動力を算出する駆動力算出部１０Ｂと、列車の走行に必要な駆動力に基づいてＭ車の稼働数を決定する稼働数算出部１０Ｃと、Ｍ車の稼動数に基づいて稼働するＭ車に付与する駆動力指令を算出する駆動力指令算出部１０Ｄとを備える。駆動力指令算出部１０Ｄが算出した駆動力指令は、伝送線５４を通じて電動機１６が搭載されているＭ車２の制御装置１２に伝達される。
【００１５】
次に、実施の形態１に係る車両制御装置の動作について説明する。図３は、動作モードの切り替えに関するフローチャートである。
【００１６】
図３に示す処理フローは、図２に示したＭ車選択有効無効判定部１０Ａによって実行される。まず、ステップＳ１０１において、Ｍ車選択有効無効判定部１０Ａは、運転台５０からの情報に基づいて、Ｍ車選択制御を有効とするか、Ｍ車選択制御を無効とするかの判定を行う。Ｍ車選択制御を有効と判定した場合には（ステップＳ１０１、Ｙｅｓ）、Ｍ車選択モードに移行する（ステップＳ１０２）。一方、Ｍ車選択制御を無効と判定した場合には（ステップＳ１０１、Ｎｏ）、通常モードに移行する（ステップＳ１０３）。なお、Ｍ車選択モード及び通常モードについては、後述する。
【００１７】
図４は、Ｍ車選択有効無効判定処理に関するフローチャートである。図４に示す処理フローも、Ｍ車選択有効無効判定部１０Ａによって実行される。まず、ステップＳ２０１において、Ｍ車選択有効無効判定部１０Ａは、車両制御装置１０に対する運転台５０からの指示が通常力行であるか否かを判定する。なお、通常力行とは、後述するＭ車選択制御時の力行（以下「Ｍ車選択力行」と称する）と区別する意図で命名した用語である。車両制御装置１０への指示が通常力行ではない場合（ステップＳ２０１、Ｎｏ）、図３に示したステップＳ１０３に移行する。一方、車両制御装置１０への指示が通常力行である場合（ステップＳ２０１、Ｙｅｓ）、ステップＳ２０２に移行する。
【００１８】
ステップＳ２０２において、Ｍ車選択有効無効判定部１０Ａは、列車速度が閾値以下であるか否か判定する。列車速度が閾値以下である場合（ステップＳ２０２、Ｙｅｓ）、図３に示したステップＳ１０３に移行する。一方、列車速度が閾値を超えている場合（ステップＳ２０２、Ｎｏ）、ステップＳ２０３に移行する。なお、ステップＳ２０２の判定処理を設ける理由は、列車がある程度の速度以上で走行している場合に、Ｍ車選択制御を適用する趣旨である。低速度域では、電動機で消費される電力が小さいため、Ｍ車選択制御の効果は小さくなる。乗り心地の悪化を抑制しつつ、省エネ効果を得るためには、高速度域でのＭ車選択制御が有効である。
【００１９】
次のステップＳ２０３において、Ｍ車選択有効無効判定部１０Ａは、列車の運行モードが雨天モードであるか否かを確認する。運行モードが雨天モードである場合（ステップＳ２０３、Ｙｅｓ）、図３に示したステップＳ１０３に移行する。一方、運行モードが雨天モードではない場合（ステップＳ２０３、Ｎｏ）、ステップＳ２０４に移行する。なお、雨天モードとは、雨天の場合と、雨天以外の場合とで一部の制御系の動作を変更又は区別するためのモードである。雨天時には、車輪の粘着力が低下して滑走が起こりやすくなるため、乗り心地の悪化を抑制する制御が難しくなる場合がある。このため、ステップＳ２０３の判定処理を設け、雨天モードでのＭ車選択モードへの移行を回避している。また、雨天モードへの移行は、運転士の手動動作による設定、又はワイパーの動作による自動設定が例示できる。なお、雨天モードがない場合、ワイパーの動作信号に基づいて判断してもよいし、本実施の形態に係る制御のために、雨天モードを構築してもよい。
【００２０】
次のステップＳ２０４において、Ｍ車選択有効無効判定部１０Ａは、列車を駆動させているＭ車２の車輪、すなわち駆動輪が空転しているか否かを判定する。駆動輪のうちの少なくとも１つが空転している場合（ステップＳ２０４、Ｙｅｓ）、図３に示したステップＳ１０３に移行する。一方、全ての駆動輪が空転していない場合（ステップＳ２０４、Ｎｏ）、図３に示したステップＳ１０２に移行する。空転時においては、乗り心地の悪化を抑制する制御が難しくなるため、ステップＳ２０４の判定処理を設け、空転時におけるＭ車選択モードへの移行を回避している。
【００２１】
次に、上記ステップＳ２０１の判定処理及びステップＳ２０４の判定処理について補足する。まず、ステップＳ２０１の判定処理では、運転台５０からの指示が通常力行であるか否かを判定している。ところが、惰行状態又は停止状態から力行動作に移る際は、車両間の連結器の遊びの影響により、前後の車両同士が押したり押されたりする振動現象が発生しやすい。したがって、乗り心地を重視するなら力行起動時は通常モードがよい。このため、停止状態から通常力行に移行する場合、及び、惰行状態から通常力行に移行する場合には、ステップＳ２０２の判定処理に即時に移行するのではなく、移行までの時間要素（以下「時素」と略す）を設け、当該時素を経た後にステップＳ２０２に移行することが好ましい。
【００２２】
また、ステップＳ２０４の判定処理では、全ての駆動輪が空転していない場合には、ステップＳ１０２の処理、すなわちＭ車選択モードに移行するようしにている。ところが、直前の判定処理で空転していると判定された場合、空転の判定が安定せずに揺動することが考えられる。このため、空転しているとの判定がされた場合には、ステップＳ１０２へ即時に移行するのではなく、移行までの時素を設け、当該時素を経た後にステップＳ１０２に移行することが好ましい。具体的な手法の一例としては、Ｍ車選択有効無効判定部１０Ａ内もしくは車両制御装置１内に空転フラグを設け、空転フラグを立てた場合には、時素の経過後に空転フラグを解除すればよい。
【００２３】
図５は、Ｍ車選択モードでの処理に関するフローチャートである。図５に示す処理フローは、ステップＳ３０１からステップＳ３０３による３つの処理からなる。まず、ステップＳ３０１の処理は、駆動力算出部１０Ｂによって実行される。ステップＳ３０１において、駆動力算出部１０Ｂは、列車全体の駆動力を算出する。列車全体の駆動力は、応荷重検出装置５２によって検出された全ての車両の応荷重に、運転台５０から指示された力行指令に対応する加速度を乗算することで算出することができる。
【００２４】
次のステップＳ３０２の処理は、稼働数算出部１０Ｃによって実行される。ステップＳ３０２において、稼働数算出部１０Ｃは、ステップＳ３０１で算出された駆動力に基づいてＭ車の稼働数を決定する。具体的には、ステップＳ３０１で算出した駆動力Ｗを、１両のＭ車の最大出力値Ｐで除算した商の値の小数点を切り上げて整数化することで、Ｍ車の稼働数を算出することができる。
【００２５】
次のステップＳ３０３の処理は、駆動力指令算出部１０Ｄによって実行される。ステップＳ３０３において、駆動力指令算出部１０Ｄは、ステップＳ３０１で求めた駆動力と、ステップＳ３０２で求めた稼働数とに基づいて、Ｍ車２の制御装置に付与する駆動力指令を算出する。駆動力指令算出部１０Ｄは、駆動力指令を算出する際に、ジャーク制御を実行する。ジャーク制御の詳細については、図６を参照して説明する。
【００２６】
図６は、本実施の形態のジャーク制御の説明に供するタイムチャートである。図６において、横軸は時間を表し、縦軸は駆動力指令を表している。また、図６において、上段側の波形は動作継続側の駆動力指令の波形であり、下段側の波形は動作停止側の駆動力指令の波形である。「動作継続側の駆動力指令」とは、Ｍ車選択力行において、稼動側に指定されたＭ車全体の駆動力指令であり、「動作停止側の駆動力指令」とは、Ｍ車選択力行において、非稼動側に指定されたＭ車全体の駆動力指令である。
【００２７】
また、図６の下段側には、力行フラグ、Ｍ車選択フラグ及び空転フラグが示されている。力行フラグは、運転台１０から力行指令が出力されているときに立てられるフラグであり、Ｍ車選択フラグは、Ｍ車選択モードへの移行時に立てられるフラグであり、空転フラグは、駆動輪のうちの少なくとも１つが空転していると判定された場合に立てられるフラグである。なお、以下の説明では、フラグが立てられたときを“オン”、フラグが解除されたときを“オフ”として説明する。
【００２８】
図６において、時刻ｔ０では、力行フラグがオンとなり、通常力行モードによる通常力行運転を開始する。通常力行運転では、動作継続側の駆動力指令も、動作停止側の駆動力指令も、それぞれ破線の楕円Ｋ１、Ｋ２で示されるように、駆動力指令の立ち上げの傾きが一定に制御されて立ち上がり、時刻ｔ１で、指定された駆動力指令に落ち着く。なお、破線の楕円Ｋ１、Ｋ２で示される部分の制御を、本実施の形態においては、通常力行起動時のジャーク制御と称する。
【００２９】
時刻ｔ２では、Ｍ車選択フラグがオンとなる。ここで、時刻ｔ２と時刻ｔ０との時間差Ｔ１は、前述したステップＳ２０２の判定処理での時素に相当する時間差である。時刻ｔ２においてＭ車選択モードに移行し、時刻ｔ２から時刻ｔ４までの間、Ｍ車選択力行運転が行われる。Ｍ車選択力行運転では、動作停止側の駆動力指令は、一点鎖線の楕円Ｋ４で示されるように、ゼロに向かって立ち下がる。一方、動作継続側の駆動力指令は、一点鎖線の楕円Ｋ３で示されるように、駆動力算出部１０Ｂで算出された駆動力指令となるように、当該駆動力指令に向かって立ち上がる。
【００３０】
上記の制御において、特徴的なところは、次の４点である。第１の点は、各々のＭ車に指示する駆動力指令に移行期間を設けている点である。第２の点は、前記移行期間において、動作継続側の駆動力指令が変化する期間と、動作停止側の駆動力指令が変化する期間とが、共にｔ２からｔ３の期間で一致することにある。すなわち、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの間において、目標の駆動力指令に到達するまでの到達時間が共に等しくなるように制御されることにある。第３の点は、Ｍ車の稼働数が変化する時刻ｔ２から時刻ｔ３にかけて、駆動力指令の値が飛び飛びにならず、連続して変化していることにある。第４の点は、動作継続側の駆動力指令と動作停止側の駆動力指令とが共に変動する過程において、両者の駆動力指令の合計値が一定値に維持されることにある。時刻ｔ３から時刻ｔ４までは、それぞれの駆動力が維持される。
【００３１】
時刻ｔ４では、空転の検知によって空転フラグがオンとなる。空転フラグのオンによって、Ｍ車選択フラグはオフになり、動作モードは、Ｍ車選択モードから通常モードに切り替わる。よって、時刻ｔ４では、通常力行モードによる通常力行運転に切り替わる。時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間、動作継続側の駆動力指令は、一点鎖線の楕円Ｋ５で示されるように、Ｍ車選択モードに切り替わる前の駆動力指令、本例で言えば時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間で指定されていた駆動力指令となるように立ち下がる。一方、動作停止側の駆動力は、一点鎖線の楕円Ｋ６で示されるように、Ｍ車選択モードに切り替わる前の駆動力指令、本例で言えば時刻ｔ１から時刻ｔ２までの間で指定されていた駆動力指令となるように立ち上がる。なお、一点鎖線の楕円Ｋ３〜Ｋ６で示される部分の制御を、本実施の形態においては、動作切り替え時のジャーク制御と称する。
【００３２】
上記の制御において、特徴的なところは、次の４点である。第１の点は、各々のＭ車に指示する駆動力指令に移行期間を設けている点である。第２の点は、第２の点は、前記移行期間において、動作継続側の駆動力指令が変化する期間と、動作停止側の駆動力指令が変化する期間とが、共にｔ４からｔ５の期間で一致することにある。すなわち、時刻ｔ４から時刻ｔ５までの間において、指定された駆動力指令に到達するまでの到達時間が共に等しくなるように制御されることにある。第３の点は、Ｍ車の稼働数が変化する時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけて、駆動力指令の値が飛び飛びにならず、連続して変化していることにある。第４の点は、動作継続側の駆動力指令と動作停止側の駆動力指令が共に変動する過程において、両者の駆動力指令の合計値が一定値に維持されることにある。時刻ｔ５から時刻ｔ６までは、それぞれの駆動力指令が維持される。
【００３３】
時刻ｔ６では、力行フラグがオフとなり、動作継続側の駆動力指令も、動作停止側の駆動力指令も、ゼロに向かって立ち下がる。このとき、両者は、それぞれ破線の楕円Ｋ７、Ｋ８で示されるように、駆動力指令の立ち下げの傾きが一定に制御されて立ち下がり、時刻ｔ７で、駆動力指令がゼロに落ち着く。なお、破線の楕円Ｋ７、Ｋ８で示される部分の制御を、本実施の形態においては、通常力行オフ時のジャーク制御と称する。
【００３４】
図５に戻り、ステップＳ３０３の処理を実行した後は、図３に示すステップＳ１０１の処理に戻り、Ｍ車選択有効無効の判定処理を継続する。なお、車両制御装置１０が算出した駆動力指令は、伝送線５４を通じてＭ車２の制御装置１２に伝達される。Ｍ車２における各々の制御装置１２は、駆動力指令に基づいて、電動機１６に付与するトルク指令を生成し、インバータ装置１４を制御して４台の電動機１６Ａ〜１６Ｄを駆動する。なお、車両制御装置１０から指示された駆動力が維持されるのであれば、４台の電動機１６Ａ〜１６Ｄの全てを駆動せずに、選択された１〜３台までの電動機を駆動してもよい。
【００３５】
以上に説明した実施の形態１に係る車両制御装置によれば、列車の走行に必要な駆動力を算出し、算出した駆動力に基づいてＭ車の稼働数を決定し、決定した稼働数に応じて、稼動するＭ車に付与する駆動力指令を算出すると共に、Ｍ車の稼働数が変化する際に、駆動力指令を連続して変化させることとしたので、Ｍ車の稼動数が変動した場合であっても、乗り心地の悪化を抑制することが可能となる。
【００３６】
また、駆動力指令を連続して変化させる際に、動作継続側の電動車に対する駆動力指令が変化する期間と、動作継続側の電動車に対する駆動力指令が変化する期間とが一致するように駆動力指令を変化させることとしたので、Ｍ車の稼動数が変動した場合であっても、乗り心地の悪化を抑制することが可能となる。
【００３７】
更に、駆動力指令を連続して変化させる際に、動作継続側の電動車に対する駆動力指令と、動作停止側の電動車に対する駆動力指令とが共に変動する過程において、両者の駆動力指令の合計値が一定値に維持されるように駆動力指令を変化させることとしたので、Ｍ車の稼動数が変動した場合であっても、乗り心地の悪化を抑制することが可能となる。
【００３８】
なお、実施の形態１に係る車両制御装置において、列車速度を閾値判定し、列車速度が閾値を超えている場合にＭ車の稼働数を減ずるＭ車選択制御を実施するようにしてもよい。列車速度が速い場合には、電動機で消費される電力も大きくなるので、Ｍ車選択制御の実施によって、省エネ効果を得ることができる。
【００３９】
また、実施の形態１に係る車両制御装置において、雨天時の場合、又は雨天モードの場合には、Ｍ車選択制御の実施を解除してもよい。Ｍ車選択制御の実施を解除することにより、乗り心地の悪化を抑制する制御の容易性を確保することができる。
【００４０】
また、実施の形態１に係る車両制御装置において、列車の駆動輪が空転しているときには、Ｍ車選択制御の実施を解除してもよい。Ｍ車選択制御の実施を解除することにより、乗り心地の悪化を抑制する制御の容易性を確保することができる。
【００４１】
実施の形態２．
実施の形態１では、車両制御装置１０が生成した駆動力指令を各々のＭ車２の制御装置１２に出力し、制御装置１２側でトルク指令を生成していた。これに対し、実施の形態２では、車両制御装置１０が一括してトルク指令を生成し、生成したトルク指令を各々のＭ車２の制御装置１２に付与する実施の形態である。以下、図７及び図８の図面を参照して、実施の形態２に係る車両制御装置について説明する。図７は、実施の形態２に係る車両制御装置の細部構成を示すブロック図である。図８は、実施の形態２の車両制御装置におけるトルク指令生成の概念を示す説明図である。なお、実施の形態２に係る車両制御装置を含む全体のシステム構成は、図１と同一もしくは同等である。
【００４２】
実施の形態２に係る車両制御装置１０は、図７に示すように、図２の構成から、応荷重指令算出部１０Ｅ及びトルク指令算出部１０Ｆが構成要素として付加されている。前後の車両同士が押したり押されたりする振動現象を抑止するためには、各々のＭ車における加速力が均等である必要がある。一方、加速力を均等にするためには、応荷重の値が必要であるが、応荷重の値は乗客の数によって異なる。このため、応荷重指令算出部１０Ｅを設けている。
【００４３】
応荷重指令算出部１０Ｅは、応荷重検出装置５２が検出した応荷重検出値と、Ｍ車選択有効無効判定部１０ＡからのＭ車選択情報に基づいて各々のＭ車２ごとに応荷重指令を算出し、算出した応荷重指令すなわち応荷重指令演算値をトルク指令算出部１０Ｆに出力する。トルク指令算出部１０Ｆは、応荷重指令算出部１０Ｅが算出した応荷重指令演算値に基づいて、通常力行時とＭ車選択力行時の双方を含む複数のパターンでのトルク指令を算出する。なお、応荷重指令算出部１０Ｅの処理において、Ｍ車選択有効無効の情報に関わらず応荷重指令演算値を算出するのであれば、Ｍ車選択有効無効の情報は不要である。
【００４４】
図８では、図７に示した応荷重指令算出部１０Ｅ及びトルク指令算出部１０Ｆの構成をさらに詳細に示している。なお、図８は、列車を構成するＭ車の数が４両の場合を例示するものである。図８において、括弧書きで“通常時”とあるのは、Ｍ車選択を実施しない場合の処理の流れである。また、括弧書きで“Ｍ車選択制御時”とあるのは、Ｍ車選択を実施する場合の処理の流れである。さらに、“Ｍ車選択制御時”において、括弧書きで“３Ｍカット”とあるのは、４両あるＭ車のうちの３両のＭ車をカットする、すなわち１両のＭ車を選択した場合の処理の流れである。以下、同様に、“２Ｍカット”は、４両あるＭ車のうちの２両のＭ車をカット（２両のＭ車を選択）した場合の処理の流れであり、“１Ｍカット”は、４両あるＭ車のうちの１両のＭ車をカット（３両のＭ車を選択）した場合の処理の流れである。
【００４５】
図８において、応荷重指令算出部１０Ｅには、通常時の応荷重指令を演算する応荷重指令演算ブロック１０Ｅ１と、Ｍ車選択制御時の応荷重指令を演算する応荷重指令演算ブロック１０Ｅ２とが構成されている。また、トルク指令算出部１０Ｆには、Ｍ車の数が４であり、とり得るバリエーションが、通常時（すなわち０カット）、３Ｍカット、２Ｍカット及び１Ｍカットという４つのパターンに対応して、４つのトルク指令演算ブロック１０Ｆ１〜１０Ｆ４と、４つのトルク指令演算ブロック１０Ｆ１〜１０Ｆ４のうちの何れか１つの演算ブロックの出力を選択するトルク指令演算ブロック１０Ｆ５が構成されている。なお、応荷重指令算出部１０Ｅには、Ｍ車選択有効無効情報、応荷重検出値及び解放故障情報（以下、ここでは「入力情報」と称する）が入力される。なお、解放故障情報とは、解放又は故障等による駆動できない電動機に関する情報である。
【００４６】
応荷重指令演算ブロック１０Ｅ１は、入力情報に基づいて、通常時の応荷重指令演算ブロック１０Ｅ１は、入力情報に基づいて、通常時の応荷重指令演算値を算出して、トルク指令演算ブロック１０Ｆ１に出力する。また、応荷重指令演算ブロック１０Ｅ２は、入力情報に基づいて３Ｍカット時の応荷重指令演算値を算出してトルク指令演算ブロック１０Ｆ２に出力する。以下同様に、応荷重指令演算ブロック１０Ｅ２は、入力情報に基づいて２Ｍカット時の応荷重指令演算値を算出してトルク指令演算ブロック１０Ｆ３に出力すると共に、入力情報に基づいて１Ｍカット時の応荷重指令演算値を算出してトルク指令演算ブロック１０Ｆ４に出力する。
【００４７】
４つのトルク指令演算ブロック１０Ｆ１〜１０Ｆ４では、カット数に対応した全てのＭ車のトルクパターンが生成される。ここでは、一例として２Ｍカットの場合について説明する。
【００４８】
２Ｍカットの場合、４両のＭ車２１〜２４のうちの２つのＭ車が選択されることになるため、その組合せは、（２１，２２）、（２１，２３）、（２１，２４）、（２２，２３）、（２２，２４）及び（２３，２４）の６通りである。よって、トルク指令演算ブロック１０Ｆ３は、これらの６通りの組合せに対応するトルクパターンを予め算出しておく。なお、駅に停車するごとに乗客の数は変わるため、トルク指令演算ブロック１０Ｆ３は、その都度、トルクパターンを更新する。
【００４９】
以上は２Ｍカットの場合の説明であるが、１Ｍカット又は３Ｍカットの場合も同様な要領でトルクパターンを作成する。トルク指令選択ブロック１０Ｆ５は、必要なトルク指令を満たすものの中からカット数が最大のものを選択して、制御装置１２に出力する。
【００５０】
トルク指令選択ブロック１０Ｆ５の選択処理については、さらに具体例を示して詳細に説明する。図８と同様に４両のＭ車を仮定する。また、ある時刻における力行するために必要な列車全体の必要トルクが４０００Ｎｍであったとする。通常時の場合、Ｍ車が４両なので、各々のＭ車に均等にトルクを分担させると、１両のＭ車あたり１０００Ｎｍのトルク指令がトルク指令演算ブロック１０Ｆ１から出力されることになる。同様に、１Ｍカットの場合はＭ車が３両なので、各々のＭ車に均等に出力トルクを分担させると、１両のＭ車あたり１３３３Ｎｍ（４０００÷３）のトルク指令がトルク指令演算ブロック１０Ｆ４から出力される。一方で、２Ｍカットの場合は１両のＭ車あたり２０００Ｎｍのトルク指令がトルク演算ブロック１０Ｆ３から出力され、３Ｍカットの場合は１両のＭ車あたり４０００Ｎｍのトルク指令がトルク演算ブロック１０Ｆ２から出力されることになる。ところが、各々のＭ車には出力トルクに限界があり、例えばその限界トルクが１５００Ｎｍであったとすると、トルク指令演算ブロックから出力されるトルク指令を１５００Ｎｍに制限して出力されることになる。選択部は全Ｍ車のトルク指令の総和が通常時と等しいもののうちカット数の多いもの選択する。したがって、ここの例では、１両のＭ車あたり１３３３Ｎｍのトルク指令を出力できる１Ｍカットが選択されることになる。
【００５１】
実施の形態２に係る車両制御装置によれば、列車を構成する車両の応荷重検出値に基づいて各々のＭ車ごとの応荷重指令を算出し、算出した応荷重指令に基づいて、通常力行時と電動車選択力行時の双方を含む複数のパターンでのトルク指令を算出するようにしているので、通常モードからＭ車選択モードに切り替わる際のトルク指令の切り替えと、Ｍ車選択モードから通常モードに切り替わる際のトルク指令の切り替えの双方を、迅速且つ円滑に行うことが可能となる。これにより、乗り心地の悪化を抑制する制御の安定性を確保することができる。
【００５２】
実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る車両制御システムの構成を示すシステム構成図である。実施の形態１に係る図１の構成との相違点は、Ｔｃ車１に列車情報管理装置（ＴＩＳ）１８が設けられている点にある。列車情報管理装置１８は、列車内で伝送される各種情報（以下「列車情報」と称する）を管理する装置である。実施の形態３において、車両制御装置１０と列車情報管理装置１８とは、車両制御システムを構成する。なお、その他の構成については、図１に示す実施の形態１の構成と同一又は同等であり、同一又は同等の構成部には同一の符号を付して重複する説明は割愛する。
【００５３】
次に、車両制御装置１０と列車情報管理装置１８との間の機能分担について説明する。まず、図２の機能ブロックにおいて、Ｍ車選択有効無効判定部１０Ａ、駆動力算出部１０Ｂ及び稼働数算出部１０Ｃの機能については列車情報管理装置１８に持たせることができ、駆動力指令算出部１０Ｄの機能については車両制御装置１０に持たせることができる。
【００５４】
また、図７の機能ブロックでは、Ｍ車選択有効無効判定部１０Ａ、駆動力算出部１０Ｂ、稼働数算出部１０Ｃ及び応荷重指令算出部１０Ｅの機能については列車情報管理装置１８に持たせることができ、駆動力指令算出部１０Ｄ及びトルク指令算出部１０Ｆの機能については車両制御装置１０に持たせることができる。
【００５５】
上記のような機能配分により、車両制御装置の改修規模を小さくすることができるので、車両の床下に搭載する車両制御装置へのインパクトを小さくできるという効果が得られる。
【００５６】
最後に、本実施の形態における車両制御装置１０及び列車情報管理装置１８の機能を実現するハードウェア構成について、図１０を参照して説明する。車両制御装置１０及び列車情報管理装置１８の機能を実現する場合には、図１０に示すように、演算を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ：中央処理装置）２００、ＣＰＵ２００によって読みとられるプログラムが保存されるメモリ２０２及び信号の入出力を行うインタフェース２０４を含む構成とすることができる。なお、ＣＰＵ２００は、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、又はＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）などと称されるものであってもよい。また、メモリ２０２とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性又は揮発性の半導体メモリなどが該当する。
【００５７】
具体的に、メモリ２０２には、車両制御装置１０及び列車情報管理装置１８の機能を実行するプログラムが格納されている。ＣＰＵ２００は、インタフェース２０４を介して、必要な情報の授受を行うことにより、本実施の形態で説明された各種の演算処理を実行する。
【００５８】
なお、図１０に示すＣＰＵ２００及びメモリ２０２は、図１１のように処理回路２０３に置き換えてもよい。処理回路２０３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、又は、これらを組み合わせたものが該当する。
【００５９】
なお、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、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、構成の一部を省略、変更することも可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１  指令車（Ｔｃ車）、２（２１〜２４）  電動車（Ｍ車）、３  付随車（Ｔ車）、１０  車両制御装置、１０Ａ  Ｍ車選択有効無効判定部、１０Ｂ  駆動力算出部、１０Ｃ  稼働数算出部、１０Ｄ  駆動力指令算出部、１０Ｅ  応荷重指令算出部、１０Ｅ１，１０Ｅ２  応荷重指令演算ブロック、１０Ｆ  トルク指令算出部、１０Ｆ１〜１０Ｆ４  トルク指令演算ブロック、１０Ｆ５  トルク指令演算ブロック、１２  制御装置、１４  インバータ装置、１６（１６Ａ〜１６Ｄ）  電動機、１８  列車情報管理装置（ＴＩＳ）、５０  運転台、５２  応荷重検出装置、５４，５６  伝送線、１００  列車、２００  ＣＰＵ、２０２  メモリ、２０３  処理回路、２０４  インタフェース。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月27日(2018.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電動車を備えた列車において前記電動車の稼働数を減ずる電動車選択制御を行う車両制御装置であって、
前記稼働数に応じて稼動する前記電動車に付与する駆動力指令を算出する駆動力指令算出部を備え、
前記駆動力指令算出部は、前記稼働数が変化する際に、前記駆動力指令を連続して変化させる
ことを特徴とする車両制御装置。
【請求項２】
前記列車の走行に必要な駆動力に基づいて、前記電動車の稼働数を決定する稼働数算出部をさらに備える、請求項１に記載の車両制御装置。
【請求項３】
前記列車の走行に必要な駆動力を算出する駆動力算出部をさらに備える、請求項２に記載の車両制御装置。
【請求項４】
前記駆動力指令算出部は、前記稼働数が変化する際に、動作継続側の前記電動車に対する駆動力指令が変化する期間と、動作停止側の前記電動車に対する駆動力指令が変化する期間とが一致するように前記駆動力指令を変化させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の車両制御装置。
【請求項５】
前記駆動力指令算出部は、前記稼働数が変化する際に、動作継続側の前記電動車に対する駆動力指令と、動作停止側の前記電動車に対する駆動力指令とが共に変動する過程において、両者の駆動力指令の合計値が一定値に維持されるように前記駆動力指令を変化させることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の車両制御装置。
【請求項６】
前記列車の速度を閾値判定し、前記速度が閾値を超えている場合に前記電動車選択制御を実施することを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の車両制御装置。
【請求項７】
雨天時の場合、又は、前記列車が雨天モードの場合、前記電動車選択制御の実施を解除することを特徴とする請求項６に記載の車両制御装置。
【請求項８】
前記列車の駆動輪が空転しているときには、前記電動車選択制御の実施を解除することを特徴とする請求項６に記載の車両制御装置。
【請求項９】
前記列車を構成する車両の応荷重検出値に基づいて各々の前記電動車ごとの応荷重指令を算出する応荷重指令算出部と、
前記応荷重指令に基づいて、通常力行時と電動車選択力行時の双方を含む複数のパターンでのトルク指令を算出するトルク指令算出部と、
を備えたことを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の車両制御装置。
【請求項１０】
複数の電動車を備えた列車において前記電動車の稼働数を減ずる電動車選択制御を行う車両制御装置と、列車情報を管理する列車情報管理装置とを備えた車両制御システムであって、
前記列車情報管理装置は、
前記列車の走行に必要な駆動力を算出する駆動力算出部と、
前記駆動力に基づいて電動車の稼働数を決定する稼働数算出部と、
を備え、
前記車両制御装置は、前記稼働数に応じて稼動する前記電動車に付与する駆動力指令を算出する駆動力指令算出部、
を備え、
前記駆動力指令算出部は、前記稼働数が変化する際に、前記駆動力指令を連続して変化させる
ことを特徴とする車両制御システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明に係る車両制御装置は、複数の電動車を備えた列車において電動車の稼働数を減ずる電動車選択制御を行う。車両制御装置は、稼働数に応じて稼動する電動車に付与する駆動力指令を算出する駆動力指令算出部を備える。駆動力指令算出部は、稼働数が変化する際に、駆動力指令を連続して変化させる。
【国際調査報告】
2017216931.tif 000014
2017216931.tif 000015
2017216931.tif 000016
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