(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両（１００）に備えられ、車両（１００）内の空調機（６）を制御する車両用空調制御装置（１）であって、
予め定める車内温度設定値、車内温度上限値、および車内温度下限値を含む目標環境状況を入力する目標環境状況設定部（２１）と、
車内温度および車内湿度を含む車内環境を検出する車内環境検出部（２２）と、
前記車両（１００）の外部の温度である車外温度を含む車外環境を検出する車外環境検出部（２３）と、
前記車両（１００）の位置、乗車率および力行／回生電力を含む車両状態を検出する車両状態検出部（２４）と、
前記車両（１００）の走行計画、および過去の乗車率を表す乗車率情報に基づいて、前記車両（１００）の予測時点以降の加速度、予測時点以降の速度、予測時点以降の勾配、および予測時点以降の乗車率を予測する車両状態予測部（２５）と、
前記車内環境検出部（２２）によって検出される前記車内温度および前記車内湿度、前記車外環境検出部（２３）によって検出される前記車外温度、前記車両状態検出部（２４）によって検出される前記乗車率、ならびに前記目標環境状況設定部（２１）によって入力される前記車内温度設定値に基づいて、前記車両内の熱負荷を計算する熱負荷計算部（２６）と、
前記車両状態予測部（２５）によって予測される前記車両（１００）の前記予測時点以降の加速度、前記予測時点以降の速度、前記予測時点以降の勾配、および前記予測時点以降の乗車率に基づいて、前記予測時点以降の力行／回生電力を予測する力行／回生電力予測部（２７）と、
前記目標環境状況設定部（２１）によって入力される前記車内温度上限値および前記車内温度下限値、前記熱負荷計算部（２６）によって計算される前記熱負荷、前記車両状態検出部（２４）によって検出される前記力行／回生電力、前記力行／回生電力予測部（２７）によって予測される前記予測時点以降の力行／回生電力、ならびに前記車両状態予測部（２５）によって予測される前記予測時点以降の乗車率に基づいて、前記空調機（６）への出力指令値を計算する空調出力計算部（２９）と、
前記空調出力計算部（２９）によって計算される前記空調機（６）への出力指令値に基づいて、前記空調機（６）の出力を制御する空調制御部（３０）とを備え、
前記空調出力計算部（２９）は、前記車両状態検出部（２４）によって検出される前記力行／回生電力、前記力行／回生電力予測部（２７）によって予測される前記予測時点以降の力行／回生電力、および前記車両状態予測部（２５）によって予測される前記予測時点以降の乗車率に基づいて、前記空調機（６）への出力指令値を補正することを特徴とする車両用空調制御装置。
【請求項２】
き電電圧を検出する、き電電圧検出部（２８）を備え、
前記空調出力計算部（２９）は、前記車両状態検出部（２４）によって検出される前記力行／回生電力、前記力行／回生電力予測部（２７）によって予測される前記予測時点以降の力行／回生電力、前記車両状態予測部（２５）によって予測される前記予測時点以降の乗車率、および前記き電電圧検出部（２８）によって検出される前記き電電圧に基づいて、前記空調機（６）への出力指令値を補正することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調制御装置。
【請求項３】
前記空調機（６）の入出力特性をモデル化した空調機モデル（４９）をさらに備え、
前記車内環境検出部（２２）は、前記熱負荷計算部（２６）によって計算される前記熱負荷、および前記空調機モデル（４９）の出力に基づいて、前記車内温度および前記車内湿度を含む前記車内環境を予測する車内環境予測部（４２）としての機能を有し、
前記車外環境検出部（２３）は、前記車外温度を含む前記車外環境を予測する車外環境予測部（２５）としての機能を有し、
前記車両状態検出部（２４）は、前記車両の走行計画および前記過去の乗車率情報に基づいて、前記予測時点以降の加速度、前記予測時点以降の速度、前記予測時点以降の勾配、前記予測時点以降の乗車率、および前記予測時点以降の力行／回生電力を含む前記車両状態を予測する車両状態予測部（４４）としての機能を有し、
前記熱負荷計算部（２６）は、前記車内環境検出部（２２）によって検出される前記車内温度および前記車内湿度、前記車外環境検出部（２３）によって検出される前記車外温度、前記車両状態検出部（２４）によって検出される前記乗車率、ならびに前記目標環境状況設定部（２１）によって入力される前記車内温度設定値に基づいて、予測時点以降の前記熱負荷および前記空調機（６）の運転モードを予測する熱負荷予測部（４５）としての機能を有し、
前記力行／回生電力予測部（２７）は、前記車両状態予測部（２５）によって予測される前記予測時点以降の加速度、前記予測時点以降の速度、前記予測時点以降の勾配、および前記予測時点以降の乗車率に基づいて、前記予測時点以降の力行／回生電力を予測する力行／回生電力予測部（４６）としての機能を有し、
前記空調出力計算部（２９）は、前記目標環境状況設定部（２１）によって入力される前記車内温度上値および前記車内温度下限値、前記熱負荷計算部（２６）によって予測される前記予測時点以降の前記熱負荷、前記車両状態検出部（２４）によって検出される前記力行／回生電力、前記力行／回生電力予測部（２７）によって予測される前記予測時点以降の力行／回生電力、ならびに前記車両状態予測部（２５）によって予測される前記予測時点以降の乗車率に基づいて、前記空調機（６）への出力指令値を計画する空調出力計画部（４８）の機能を有し、
前記空調制御部（３０）は、前記空調出力計画部（４８）によって計画された前記空調機（６）への出力指令値に基づいて、前記空調機モデル（４９）の出力を制御する機能を有し、
前記空調出力計画部（４８）は、前記車両状態検出部（２４）によって検出される前記力行／回生電力、前記力行／回生電力予測部（２７）によって予測される前記予測時点以降の力行／回生電力、および前記車両状態予測部（２５）によって予測される前記予測時点以降の乗車率に基づいて、前記空調機（６）への出力指令値を補正することを特徴とする請求項１に記載の車両用空調制御装置。
【請求項４】
前記走行計画に基づいて、き電電圧を予測するき電電圧予測部（４７）を備え、
前記空調出力計算部（２９）は、前記車両状態検出部（２４）によって検出される前記力行／回生電力、前記力行／回生電力予測部（２７）によって予測される前記予測時点以降の力行／回生電力、前記車両状態予測部（２５）によって予測される前記予測時点以降の乗車率、および前記き電電圧検出部（２８）によって検出される前記き電電圧に基づいて、前記空調機（６）への出力指令値を補正することを特徴とする請求項３に記載の車両用空調制御装置。
【請求項５】
前記車両（１００）は、複数の車両と通信可能な上位システム（１０）と通信可能な通信装置（２）を備え、
前記空調出力計算部（２９）によって計算された前記空調機（６）への出力指令値に関する情報は、各前記車両（１００）の消費電力とともに前記上位システム（１０）に送信され、
前記上位システム（１０）によって、各前記車両（１００）の空調機（６）への出力指令値が補正され、
前記上位システム（１０）から各前記車両（１００）に、空調機（６）への出力指令値の補正値が送信され、
前記空調出力計算部（２９）は、前記上位システム（１０）から受信した前記補正値に基づいて、前記空調機（６）への出力指令値を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用空調制御装置。
【請求項６】
前記車両（１１０）は、蓄電池（１１）を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用空調制御装置。
【請求項７】
前記車両（１２０）は、蓄熱装置（１２）を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用空調制御装置。
【請求項８】
前記空調出力計算部（２９）は、次車両よりも前を走行する他車両の熱負荷の予測値に基づいて、前記熱負荷の予測値を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用空調制御装置。
【請求項９】
前記車両（１３０）は、空気ブレーキ用の圧縮空気を生成するコンプレッサ（１３）を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用空調制御装置。
【請求項１０】
前記空調出力計算部（２９）は、周囲を走行する列車の本数または列車の混雑度に基づいて、前記空調機（６）への出力指令値を補正することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに１つに記載の車両用空調制御装置。
【請求項１１】
時間帯ごとの利用者数または駅ごとの利用者数に応じて、開閉する扉の数を変更する扉開閉部を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに１つに記載の車両用空調制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載されて、車両内の空調を制御する車両用空調制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電車などの車両に搭載されて、車両内（以下「車内」という場合がある）の空調を制御する車両用空調制御装置について、様々な技術が提案されている。従来の車両用空調制御装置は、車内温度、車内湿度および外気温度を検出し、設定温度と車内温度との差、車内湿度、および外気温度に基づいて空調能力を制御する。【０００３】
たとえば、外気温度が高い夏季などの時期には、駅到着時に扉が開いて多くの乗客が車両に乗車すると、開扉時の空気の交換と乗客の発熱とによって、車内温度が上昇する。【０００４】
従来の車両用空調制御装置では、車内温度の上昇を検出して、空調能力を増加させる、といった、いわゆるフィードバック制御を行っている。しかし、車内温度の上昇を検出してから空調が効き出すまでにはタイムラグがあるので、車内の快適性が一時的に損なわれるという問題がある。【０００５】
そこで、車内の快適性の変化に着目し、統計的な予測から算出した次駅の乗車率に基づいて、次駅に到着する前に、次駅に到着した時点での温度変化を予測して、事前に車内の空調を制御する技術が考えられている（たとえば、特許文献１および２参照）。【０００６】
特許文献１に開示される車両用空調制御方法を適用した車両用空調制御装置は、車内温度と、車外温度と、車内湿度と、車両の乗車率とに基づいて、車両内の空調基準温度を演算する。車両用空調制御装置は、演算によって求めた空調基準温度に基づいて、車両内を空調するための空調制御パターンを決定し、決定した空調制御パターンに基づいて、車両用空調装置を制御する。【０００７】
具体的には、特許文献１に開示される車両用空調制御装置は、車内温度と空調基準温度との差が所定値を超える場合に、車両用空調装置に備えられている空調コンプレッサを起動させることによって車内を空調する。車両用空調制御装置は、車内温度と空調基準温度との差が所定値以下の場合であっても、次の場合には、車内を空調する。【０００８】
たとえば、車内温度測定時から次駅に到着するまでの時間が、空調コンプレッサについて予め定められた再起動防止時素よりも短く、かつ、次駅における乗車率が、予め定めた所定値を超える、すなわち次駅で所定数以上の乗客が乗車すると予測される場合には、車両用空調制御装置は、次駅に到着する前に空調コンプレッサを起動させておく。そして、車両用空調制御装置は、予測される次駅の乗車率に基づいて車両用空調装置を制御することによって車内を空調する。【０００９】
このように、特許文献１に開示される車両用空調制御装置では、車内温度と空調基準温度との差が所定値以下の場合であっても、次駅で所定数以上の乗客が乗車すると予測される場合には、起動中の空調コンプレッサの起動を継続したり、または停止している空調コンプレッサを、再起動防止時素を犯さない範囲において、次駅に到着する前に起動させたりする。これによって、多くの乗客が一度に乗車してきた場合であっても、車内を効果的に空調し、車内環境が不快となることを阻止するようにしている。【００１０】
特許文献２に開示される車両用空気調和装置は、以下のようにして空調を制御する。車両用空気調和装置は、次駅に到着する前に、次駅での到着時間における乗車率を予測し、その予測した乗車率に基づいて補正温度を求める。車両用空気調和装置は、求めた補正温度を車両設定温度に加算して空調基準温度を求め、空調基準温度と車内温度とを照合し、その照合結果に基づいて空調制御を行う。【００１１】
このように特許文献２に開示される車両用空気調和装置は、車両が次駅に到着する前に、次駅と次々駅との間を走行するときの空調基準温度に対応して空調制御を行うように構成されている。これによって、車両が次駅に到着し、次駅を出発する時点において車内を快適に空調するようにしている。【００１２】
以上のように、特許文献１に開示される車両用空調制御装置、および特許文献２に開示される車両用空気調和装置は、車内の快適性を向上するように構成されている。これに対し、列車の走行に必要な消費電力、すなわち力行／回生電力に着目し、省エネルギーおよび節電について考慮して車内の空調を制御する技術が考えられている（たとえば、特許文献３および４参照）。【００１３】
特許文献３に開示される電気車の制御装置は、負荷制御手段を設けて、補助電源装置の負荷を利用して余剰な回生エネルギーを消費することができるように構成されている。これによって、電気車が回生制動状態にある場合は、回生エネルギーをクーラーなどの補助電源装置の負荷で消費させるようにできるので、省エネルギー性を向上させることができる。【００１４】
特許文献４に開示される電気車制御方法を適用した制御装置は、列車の運転中に、運転状態および消費電力からなる運転情報を監視し、操作器から入力される運転指令が力行指令である場合には、クーラーの投入指令がオンであっても、クーラーの制御指令を強制的にオフとして、クーラーを停止させる。また、制御装置は、運転指令が力行指令でなく主電動機の消費電流が少ない場合には、クーラーの投入指令がオンとなった時刻において、クーラーの制御指令をオンとする。このように力行時にクーラーを停止させることによって、列車全体の消費電力を平準化して、変電所のピーク電力を低くする、すなわち節電することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特許第３８４２６８８号公報
【特許文献２】特開２０１２−１７００３号公報
【特許文献３】国際公開第２００７／１３２５１５号パンフレット
【特許文献４】特開平１−２１４２０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
特許文献１および２に開示される技術では、次駅に到着する前に空調制御を行うことによって、次駅を出発する時点において車内の快適性を向上するようにしているが、省エネルギーおよび節電については考慮されていない。【００１７】
これに対し、特許文献３および４に開示される技術では、列車の走行に必要な消費電力に従って空調制御を行うことによって、省エネルギー化または節電となるようにしているが、その代わりに車内の快適性が損なわれるおそれがある。【００１８】
したがって、省エネルギー、節電および車内の快適性の総合的な観点から、適切な空調制御が可能な車両用空調制御装置が望まれている。【００１９】
本発明の目的は、省エネルギー、節電および車内の快適性の総合的な観点から、適切な空調制御が可能な車両用空調制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の車両用空調制御装置は、車両に備えられ、車両内の空調機を制御する車両用空調制御装置であって、予め定める車内温度設定値、車内温度上限値、および車内温度下限値を含む目標環境状況を入力する目標環境状況設定部と、車内温度および車内湿度を含む車内環境を検出する車内環境検出部と、前記車両の外部の温度である車外温度を含む車外環境を検出する車外環境検出部と、前記車両の位置、乗車率および力行／回生電力を含む車両状態を検出する車両状態検出部と、前記車両の走行計画、および過去の乗車率を表す乗車率情報に基づいて、前記車両の予測時点以降の加速度、予測時点以降の速度、予測時点以降の勾配、および予測時点以降の乗車率を予測する車両状態予測部と、前記車内環境検出部によって検出される前記車内温度および前記車内湿度、前記車外環境検出部によって検出される前記車外温度、前記車両状態検出部によって検出される前記乗車率、ならびに前記目標環境状況設定部によって入力される前記車内温度設定値に基づいて、前記車両内の熱負荷を計算する熱負荷計算部と、前記車両状態予測部によって予測される前記車両の前記予測時点以降の加速度、前記予測時点以降の速度、前記予測時点以降の勾配、および前記予測時点以降の乗車率に基づいて、前記予測時点以降の力行／回生電力を予測する力行／回生電力予測部と、前記目標環境状況設定部によって入力される前記車内温度上限値および前記車内温度下限値、前記熱負荷計算部によって計算される前記熱負荷、前記車両状態検出部によって検出される前記力行／回生電力、前記力行／回生電力予測部によって予測される前記予測時点以降の力行／回生電力、ならびに前記車両状態予測部によって予測される前記予測時点以降の乗車率に基づいて、前記空調機への出力指令値を計算する空調出力計算部と、前記空調出力計算部によって計算される前記空調機への出力指令値に基づいて、前記空調機の出力を制御する空調制御部とを備え、前記空調出力計算部は、前記車両状態検出部によって検出される前記力行／回生電力、前記力行／回生電力予測部によって予測される前記予測時点以降の力行／回生電力、および前記車両状態予測部によって予測される前記予測時点以降の乗車率に基づいて、前記空調機への出力指令値を補正することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の車両用空調制御装置によれば、車内の快適性だけでなく、省エネルギーおよび節電を考慮して、空調機の運転制御を行うことが可能となる。したがって、省エネルギー、節電および車内の快適性の総合的な観点から、適切な空調制御が可能な車両用空調制御装置を実現することができる。【００２２】
この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の第１の実施の形態である車両用空調制御装置１を備える車両１００の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態である空調制御装置１の構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態である空調制御装置１の空調制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の第１の実施の形態における力行／回生電力Ｐ［ｋＷ］による空調機への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］の補正関数を示すグラフである。
【図５】本発明の第１の実施の形態における予め定める期間の力行／回生電力の総和ΣＰｆ［ｋＷｈ］による空調機への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］の補正関数を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施の形態である空調制御装置１Ａの構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態である空調制御装置１Ａの空調制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２の実施の形態におけるき電電圧による空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］の補正関数を示すグラフである。
【図９】本発明の第３の実施の形態である空調制御装置１Ｂの構成を示すブロック図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態である空調制御装置１Ｂの空調制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の第３の実施の形態である空調制御装置１Ｂにおける空調出力計画部４８の計画結果を示すグラフである。
【図１２】本発明の第４の実施の形態である空調制御装置１Ｃの構成を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態である空調制御装置１Ｃの空調制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図１４】本発明の第５の実施の形態における空調制御装置１と車両統合管理システム２とを備える複数の車両１００を含む複数の列車６１が存在する列車システム６０の構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第６の実施の形態における空調制御装置１と蓄電池１１とを備える車両１１０の構成を示すブロック図である。
【図１６】本発明の第７の実施の形態における空調制御装置１と蓄熱装置１２とを備える車両１２０の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の第９の実施の形態における空調制御装置１とコンプレッサ１３とを備える車両１３０の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態である車両用空調制御装置１を備える車両１００の構成を示すブロック図である。車両１００は、車両用空調制御装置（以下、単に「空調制御装置」という場合がある）１、車両統合管理システム２、メインモータ３、静止形インバータ４、ＶＶＶＦインバータ５、空調機６およびパンタグラフ７を備えて構成される。図１では、情報の授受を実線の矢印または破線で示し、電力の授受を一点鎖線で示している。
【００２５】
車両統合管理システム２は、モータ制御、ブレーキ制御、ドア制御、空調制御、照明制御、車内案内制御、および行先案内制御などの車両１００の制御を統合的に管理する。車両統合管理システム２は、車両１００内の他の装置と通信することによって、車両１００の制御を統合的に管理する。図１では、車両統合管理システム２と車両１００内の他の装置との通信の一部である静止形インバータ４、ＶＶＶＦインバータ５、および空調制御装置１の各装置との通信を示している。
【００２６】
車両統合管理システム２は、さらに、駅、車両管理部門、および他の車両などと、通信網９を介して通信することが可能である。車両統合管理システム２は、たとえば、中央演算処理装置（Central Processing Unit；略称：ＣＰＵ）などの演算装置と、ダイナミックランダムアクセスメモリ（Dynamic Random Access Memory；略称：ＤＲＡＭ）およびハードディスク装置などの記憶装置とを備えて構成される。
【００２７】
メインモータ３は、車両１００を駆動するための主電動機である。静止形インバータ４は、車両１００の空調および照明などの補助電源を供給するための電力変換装置である。ＶＶＶＦインバータ５は、周波数および電圧を可変にできるインバータである。ＶＶＶＦインバータ５は、車両１００のメインモータ３を駆動する電力を制御するための電力変換装置である。静止形インバータ４およびＶＶＶＦインバータ５は、パンタグラフ７を介して、き電線８から電力を取得する。
【００２８】
空調機６は、圧縮機、送風ファンおよび熱交換機を含む室外機と、送風ファンおよび熱交換機を含む室内機と、空気配管と、冷媒配管とを備えて構成される。空調機６は、空調制御装置１から送信される出力指令に従って制御される。
【００２９】
空調制御装置１は、車両１００に備えられ、車両１００内の空調機６を制御する。空調制御装置１は、車両統合管理システム２から与えられる車両１００に関する各種情報に基づいて、空調機６に対して出力指令を送信する。空調制御装置１は、たとえば、ＣＰＵなどの演算装置と、ＤＲＡＭおよびハードディスク装置などの記憶装置とを備えて構成される。以下の説明では、車両１００を複数連結させて１編成としたものを「列車」という。
【００３０】
図２は、本発明の第１の実施の形態である空調制御装置１の構成を示すブロック図である。空調制御装置１は、目標環境状況設定部２１、車内環境検出部２２、車外環境検出部２３、車両状態検出部２４、車両状態予測部２５、熱負荷計算部２６、力行／回生電力予測部２７、空調出力計算部２９、空調制御部３０、過去乗車率データベース３１および走行計画データベース３２を備えて構成される。
【００３１】
目標環境状況設定部２１は、目標環境状況を入力する手段である。目標環境状況は、車両１００の内部の環境である車内環境として目標とする状況である。目標環境状況は、車内温度設定値Ｔｓｅｔ、車内温度下限値Ｔｍｉｎおよび車内温度上限値Ｔｍａｘを含む。本実施の形態では、目標環境状況は、さらに、車内湿度設定値Ｈｓｅｔおよび目標整定時間ｔｃを含む。
【００３２】
車内温度設定値Ｔｓｅｔは、車両１００内の温度である車内温度が到達すべき温度として、予め定める値である。車内湿度設定値Ｈｓｅｔは、車両１００内の湿度である車両湿度が到達すべき湿度として、予め定める値である。車内温度下限値Ｔｍｉｎは、車内温度として許容される温度範囲の下限値である。車内温度上限値Ｔｍａｘは、車内温度として許容される温度範囲の上限値である。
【００３３】
目標整定時間ｔｃは、検出された車内温度から車内温度設定値Ｔｓｅｔを実現するまでに使用する時間として目標とする時間である。本実施の形態では、目標整定時間ｔｃは、検出された車内湿度から車内湿度設定値Ｈｓｅｔを実現するまでに使用する時間として目標とする時間を兼ねる。
【００３４】
目標環境状況設定部２１は、図示は省略するが、たとえば、モニタ、キーボードおよびマウスを含む入力部を備える。目標環境状況設定部２１は、入力部によって、目標環境状況を入力することができるように構成されている。具体的には、目標環境状況設定部２１は、入力部によって、車内温度設定値Ｔｓｅｔ、車内湿度設定値Ｈｓｅｔ、車内温度下限値Ｔｍｉｎ、車内温度上限値Ｔｍａｘおよび目標整定時間ｔｃをそれぞれ入力することができるように構成されている。
【００３５】
目標環境状況設定部２１は、入力部によって入力された車内温度設定値Ｔｓｅｔ、車内湿度設定値Ｈｓｅｔおよび目標整定時間ｔｃを熱負荷計算部２６に与える。また目標環境状況設定部２１は、入力部によって入力された車内温度下限値Ｔｍｉｎおよび車内温度上限値Ｔｍａｘを空調出力計算部２９に与える。
【００３６】
車内環境検出部２２は、車内環境を検出する。車内環境は、車内温度および車内湿度を含む。車内環境検出部２２は、たとえば、車内用温度センサおよび車内用湿度センサを備える。車内環境検出部２２は、車内用温度センサによって車内温度Ｔｉｎを検出するとともに、車内用湿度センサによって車内湿度Ｈｉｎを検出する。車内環境検出部２２は、検出した車内温度Ｔｉｎおよび車内湿度Ｈｉｎを車内環境として熱負荷計算部２６に与える。
【００３７】
車外環境検出部２３は、車両１００の外部の環境である車外環境を検出する。車外環境は、車両１００の外部の温度である車外温度を含む。本実施の形態では、車外環境は、さらに、車両１００の外部の湿度である車外湿度を含む。
【００３８】
車外環境検出部２３は、たとえば、車外用温度センサおよび車外用湿度センサを備える。車外環境検出部２３は、車外用温度センサによって車外温度Ｔｏｕｔを検出するとともに、車外用湿度センサによって車外湿度Ｈｏｕｔを検出する。車外環境検出部２３は、検出した車外温度Ｔｏｕｔおよび車外湿度Ｈｏｕｔを車外環境として熱負荷計算部２６に与える。
【００３９】
車両状態検出部２４は、車両１００の状態である車両状態を検出する。車両状態は、車両１００の位置（ｘ，ｙ，ｚ）、車両１００の乗車率θ、および車両１００の力行／回生電力Ｐを含む。ここで、車両１００の力行／回生電力Ｐとは、車両１００が属する列車のメインモータ２の消費電力のことである。
【００４０】
車両状態検出部２４は、たとえば、位置センサ、応荷重センサおよび電力センサを備える。車両状態検出部２４は、位置センサによって車両１００の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を検出する。ここで、ｘ，ｙ，ｚは、たとえば、緯度、経度、高度をそれぞれ表す。
【００４１】
車両状態検出部２４は、応荷重センサを用いて、車両１００の乗車率θを検出する。具体的には、車両状態検出部２４は、以下のようにして乗車率θを算出する。車両状態検出部２４は、応荷重センサによって車両１００の重量を検出し、乗客１人あたりの体重をたとえば６５ｋｇと仮定して、応荷重センサによって検出した車両１００の重量から乗車人数を算出する。車両状態検出部２４は、車両１００の予め定められる定員に対する、算出した乗車人数の比率を、乗車率θとして算出する。
【００４２】
車両状態検出部２４は、電力センサを用いて、車両１００が属する列車のメインモータ２の消費電力、すなわち力行／回生電力Ｐを検出する。電力センサでは、力行時における消費電力Ｐはプラスの値を示し、回生時における消費電力Ｐはマイナスの値を示すものとする。
【００４３】
車両状態検出部２４は、検出した乗車率θを熱負荷計算部２６に与える。また車両状態検出部２４は、検出した車両１００の位置（ｘ，ｙ，ｚ）および力行／回生電力Ｐを、空調出力計算部２９に与える。また車両状態検出部２４は、検出した乗車率θを過去乗車率データベース３１に蓄積する。ここで、過去乗車率データベース３１は、たとえば曜日、時間帯、ならびに特急、急行、および普通電車などの車両の種別に分けて管理されているものとする。
【００４４】
熱負荷計算部２６は、たとえば、車内環境検出部２２から与えられる車内温度Ｔｉｎおよび車内湿度Ｈｉｎと、車外環境検出部２３から与えられる車外温度Ｔｏｕｔおよび車外湿度Ｈｏｕｔと、車両状態検出部２４から与えられる乗車率θと、目標環境状況設定部２１から与えられる車内温度設定値Ｔｓｅｔ、車内湿度設定値Ｈｓｅｔおよび目標整定時間ｔｃとから、車内の熱負荷Ｑを計算する。熱負荷計算部２６は、計算した車内の熱負荷Ｑを空調出力計算部２９に与える。
【００４５】
また熱負荷計算部２６は、車内温度Ｔｉｎ、車内湿度Ｈｉｎ、車内温度設定値Ｔｓｅｔおよび車内湿度設定値Ｈｓｅｔに基づいて、空調機６の運転モード（operation mode；略称：ＯＭ）を決定し、決定した運転モード（ＯＭ）を空調出力計算部２９に与える。空調機６は、運転モードとして、たとえば、冷房モードおよび除湿モードを有する。
【００４６】
車両状態予測部２５は、車両１００の走行計画、および車両１００の過去の乗車率を表す乗車率情報に基づいて、車両１００の予測時点以降の加速度、予測時点以降の速度、予測時点以降の勾配、および予測時点以降の乗車率を予測する。ここで、「予測時点」とは、予測を行う時点のことである。たとえば、時刻ｔで予測を行う場合には、予測時点以降の加速度は、時刻ｔ以降の加速度となる。
【００４７】
具体的には、車両状態予測部２５は、車両１００の乗車率情報、たとえば乗車率の統計データに基づいて、予測時点以降の乗車率θｆを予測する。車両状態予測部２５で予測する乗車率は、車両状態検出部２４で検出する乗車率θと区別するために、記号「θ」に添字として、「ｆｕｔｕｒｅ」（未来）の頭文字「ｆ」を付して示す。
【００４８】
乗車率情報である乗車率の統計データは、たとえば、過去乗車率データベース３１に蓄積されている過去の乗車率である。車両状態予測部２５は、たとえば、過去乗車率データベース３１に蓄積されている過去の乗車率を読出し、読出した過去の乗車率に基づいて、予測時点以降の乗車率θｆを予測する。車両状態予測部２５は、予測した、予測時点以降の乗車率θｆを空調出力計算部２９に与える。乗車率情報は、過去の乗車率そのものでもよいし、過去の乗車率を表す情報であってもよい。
【００４９】
また、車両状態予測部２５は、たとえば、車両１００が属する列車の走行計画データベース３２から得られる車両１００の走行計画に基づいて、車両１００の予測時点以降の加速度ａ、予測時点以降の速度ｖ、および予測時点以降の勾配ｓを予測する。車両状態予測部２５は、予測した、車両１００の予測時点以降の加速度ａ、予測時点以降の速度ｖ、予測時点以降の勾配ｓ、および予測時点以降の乗車率θｆを力行／回生電力予測部２７に与える。
【００５０】
力行／回生電力予測部２７は、たとえば、車両状態予測部２５から与えられる、車両１００の予測時点以降の加速度ａ、予測時点以降の速度ｖ、予測時点以降の勾配ｓ、および予測時点以降の乗車率θｆに基づいて、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆを予測する。力行／回生電力予測部２７で予測する力行／回生電力は、車両状態検出部２４で検出する消費電力Ｐと区別するために、記号「Ｐ」に添字として、ｆｕｔｕｒｅ（未来）の頭文字「ｆ」を付して示す。力行／回生電力予測部２７は、予測した、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆを空調出力計算部２９に与える。
【００５１】
空調出力計算部２９は、熱負荷計算部２６から与えられる車内の熱負荷Ｑと、車両状態検出部２４から与えられる車両１００の力行／回生電力Ｐと、車両状態予測部２５から与えられる予測時点以降の乗車率θｆと、力行／回生電力予測部２７から与えられる予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆと、目標環境状況設定部２１から与えられる車内温度下限値Ｔｍｉｎおよび車内温度上限値Ｔｍａｘとに基づいて、空調機６への出力指令値Ｑｓを計算する。ここで、空調機６への出力指令値Ｑｓとは、空調機６が出力すべき値として、空調制御部３０から出力指令によって指示される値のことである。
【００５２】
本実施の形態では、空調出力計算部２９は、たとえば、車両状態検出部２４から与えられる乗車率θ、車両１００の位置（ｘ，ｙ，ｚ）および力行／回生電力Ｐと、熱負荷計算部２６から与えられる車内の熱負荷Ｑおよび空調機６の運転モード（ＯＭ）と、車両状態予測部２５から与えられる予測時点以降の乗車率θｆと、力行／回生電力予測部２７から与えられる予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆと、目標環境状況設定部２１から与えられる車内温度下限値Ｔｍｉｎおよび車内温度上限値Ｔｍａｘとに基づいて、空調機６への出力指令値Ｑｓを計算する。空調出力計算部２９は、計算した空調機６への出力指令値Ｑｓを空調制御部３０に与える。
【００５３】
空調制御部３０は、たとえば、空調出力計算部２９から与えられる空調機６への出力指令値Ｑｓに基づいて、空調機６の出力を制御する。
【００５４】
図３は、本発明の第１の実施の形態である空調制御装置１の空調制御処理の処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態では、空調制御処理における空調制御装置１の動作の一例として、車両１００を冷房または除湿する場合の空調制御装置１の動作について説明する。図３に示すフローチャートの各処理は、空調制御装置１を構成する各部によって実行される。図３に示すフローチャートの処理は、空調制御装置１に電力が供給されると開始され、ステップｓ１に移行する。
【００５５】
ステップｓ１において、目標環境状況設定部２１は、目標環境状況を設定する。具体的には、目標環境状況設定部２１は、モニタ、キーボードおよびマウスを含む入力部によって、車内温度設定値Ｔｓｅｔ［℃］、車内湿度設定値Ｈｓｅｔ［％］、車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］、車内温度上限値Ｔｍａｘ［℃］および目標整定時間ｔｃ［ｓｅｃ］を入力する。
【００５６】
車内温度設定値Ｔｓｅｔ［℃］は、たとえば２７［℃］である。車内湿度設定値Ｈｓｅｔ［％］は、たとえば６０［％］である。車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］は、たとえば２４［℃］である。車内温度上限値Ｔｍａｘ［℃］は、たとえば３０［℃］である。目標整定時間ｔｃ［ｓｅｃ］は、たとえば６０［ｓｅｃ］である。
【００５７】
ステップｓ２において、車内環境検出部２２は、車内環境を検出する。具体的には、車内環境検出部２２は、車内用温度センサによって車内温度Ｔｉｎ［℃］を検出し、車内用湿度センサによって車内湿度Ｈｉｎ［％］を検出する。
【００５８】
ステップｓ３において、車外環境検出部２３は、車外環境を検出する。具体的には、車外環境検出部２３は、車外用温度センサによって車外温度Ｔｏｕｔ［℃］を検出し、車外用湿度センサによって車外湿度Ｈｏｕｔ［％］を検出する。
【００５９】
ステップｓ４において、車両状態検出部２４は、車両状態を検出する。具体的には、車両状態検出部２４は、位置センサによって車両１００の位置（ｘ，ｙ，ｚ）を検出し、応荷重センサによって乗車率θを検出し、電力センサによって車両１００が属する列車のメインモータ２の消費電力、すなわち力行／回生電力Ｐ［ｋＷ］を検出する。
【００６０】
ステップｓ５において、車両状態予測部２５は、予測時点以降の車両状態を予測する。具体的には、車両状態予測部２５は、過去乗車率データベース３１から、過去の乗車率を読出し、読出した過去の乗車率に基づいて、予測時点以降の乗車率θｆを予測する。また、車両状態予測部２５は、車両１００が属する列車の走行計画データベース３２から得られる走行計画に基づいて、車両１００の予測時点以降の加速度ａ［ｋｍ／ｈ／ｓ］、予測時点以降の速度ｖ［ｋｍ／ｈ］および予測時点以降の勾配ｓ［％］を予測する。
【００６１】
ステップｓ６において、熱負荷計算部２６は、車内の熱負荷Ｑを計算する。具体的には、熱負荷計算部２６は、車内温度Ｔｉｎ［℃］、車内湿度Ｈｉｎ［％］、車外温度Ｔｏｕｔ［℃］、車外湿度Ｈｏｕｔ［％］、乗車率θ、車内温度設定値Ｔｓｅｔ［℃］、車内湿度設定値Ｈｓｅｔ［％］および目標整定時間ｔｃ［ｓ］から、車内の熱負荷Ｑ［Ｗ］を計算する。
【００６２】
車内の熱負荷Ｑ［Ｗ］は、以下に示す式（１）によって求めることができる。式（１）では、車内温度および車内湿度から、車内温度設定値および車内湿度設定値を実現するために取り除くべき車内熱量Ｑｉｎ［Ｗｓ］を目標整定時間ｔｃ［ｓ］だけ時間をかけて取り除くものとしている。また、車外からの熱伝達量をＱｔｒａｎｓ［Ｗ］とし、開扉による熱流入量をＱｅｘ［Ｗ］とし、乗客からの発熱量をＱｐａｓ［Ｗ］としている。
Ｑ＝Ｑｉｎ／ｔｃ＋Ｑｔｒａｎｓ＋Ｑｅｘ＋Ｑｐａｓ      …（１）
【００６３】
式（１）に用いられる車内熱量Ｑｉｎ［Ｗｓ］は、車内比エンタルピーＥｉｎ［Ｊ／ｋｇ］、目標比エンタルピーＥｓｅｔ［Ｊ／ｋｇ］、車内の容積Ｖｉｎ［ｍ３］および空気密度ρ［ｋｇ／ｍ３］を用いて、以下に示す式（２）によって求めることができる。ここで、車内比エンタルピーＥｉｎ［Ｊ／ｋｇ］は、車内温度Ｔｉｎ［℃］および車内湿度Ｈｉｎ［％］から算出される。目標比エンタルピーＥｓｅｔ［Ｊ／ｋｇ］は、車内温度設定値Ｔｓｅｔ［℃］および車内湿度設定値Ｈｓｅｔ［％］から算出される。
Ｑｉｎ＝Ｖｉｎ×ρ×（Ｅｉｎ−Ｅｓｅｔ）              …（２）
【００６４】
式（１）に用いられる車外からの熱伝達量Ｑｔｒａｎｓ［Ｗ］は、車体の熱伝達係数をα［Ｗ／ｍ２・Ｋ］とし、車体の伝熱面積をＡ［ｍ２］として、以下に示す式（３）によって求めることができる。
Ｑｔｒａｎｓ＝Ａ×α×（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）            …（３）
【００６５】
式（１）に用いられる開扉による熱流入量Ｑｅｘ［Ｗ］は、単位時間あたりの車内と車外との空気の交換量をＶｅｘ［ｍ３／ｓ］として、以下に示す式（４）によって求めることができる。
Ｑｅｘ＝Ｖｅｘ×ρ×（Ｅｏｕｔ−Ｅｉｎ）              …（４）
【００６６】
式（１）に用いられる乗客からの発熱量Ｑｐａｓ［Ｗ］は、単位時間あたりの乗客１人あたりの発熱量をＱｍａｎ［Ｗ／人］とし、車両１００の定員をＭｍａｘ［人］として、以下に示す式（５）によって求めることができる。
Ｑｐａｓ＝θ×Ｍｍａｘ×Ｑｍａｎ                      …（５）
【００６７】
ステップｓ６において、熱負荷計算部２６は、以上のようにして車内の熱負荷Ｑを計算するとともに、車内温度Ｔｉｎ［℃］、車内湿度Ｈｉｎ［％］、車内温度設定値Ｔｓｅｔ［℃］および車内湿度設定値Ｈｓｅｔ［％］に基づいて、車内の快適性を保つために車内の除湿が必要であるか否かを判断する。
【００６８】
熱負荷計算部２６は、除湿が必要でないと判断した場合、計算した熱負荷Ｑ［Ｗ］と併せて、空調機６を冷房モードで運転をする指令を空調出力計算部２９に与える。また、熱負荷計算部２６は、除湿が必要であると判断した場合、計算した熱負荷Ｑ［Ｗ］と併せて、空調機６を除湿モードで運転をする指令を空調出力計算部２９に与える。
【００６９】
たとえば、車内温度Ｔｉｎ［℃］および車内湿度Ｈｉｎ［％］から算出できる車内絶対湿度［ｇ］と、車内温度設定値Ｔｓｅｔ［℃］および車内湿度設定値Ｈｓｅｔ［％］から算出できる車内絶対湿度設定値［ｇ］とを比較して、その差分あるいは比率が、予め定める値未満の場合は冷房モードを選択し、予め定める値以上の場合は除湿モードを選択するように運転モードを決定するようにしてもよい。絶対湿度は、空気線図などを用いて算出することができる。
【００７０】
ステップｓ７において、力行／回生電力予測部２７は、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆを予測する。具体的には、力行／回生電力予測部２７は、車両状態予測部２５で予測した、車両１００の予測時点以降の加速度ａ［ｋｍ／ｈ／ｓ］、予測時点以降の速度ｖ［ｋｍ／ｈ］、予測時点以降の勾配ｓ［％］および予測時点以降の乗車率θｆから、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆ［ｋＷ］を予測する。
【００７１】
さらに具体的には、たとえば以下に示す式（６）によって、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆ［ｋＷ］を予測する。式（６）において、ｇは、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆ［ｋＷ］を予測する関数である。
Ｐｆ＝ｇ（ａ，ｖ，ｓ，θｆ）                          …（６）
【００７２】
式（６）では、車両１００の予測時点以降の加速度ａ［ｋｍ／ｈ／ｓ］、予測時点以降の速度ｖ［ｋｍ／ｈ］、予測時点以降の勾配ｓ［％］および予測時点以降の乗車率θｆの４つの値から、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆ［ｋＷ］を予測するようにしている。これに限らず、さらに空気抵抗などを考慮して詳細に定式化した式によって、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆ［ｋＷ］を予測するようにしてもよい。
【００７３】
ステップｓ８〜ステップｓ１０において、空調出力計算部２９は、車両１００の位置（ｘ，ｙ，ｚ）、車内の熱負荷Ｑ［Ｗ］、予測時点以降の乗車率θｆ、力行／回生電力Ｐ［ｋＷ］、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆ［ｋＷ］、車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］および車内温度上限値Ｔｍａｘ［℃］に基づいて、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を決定する。
【００７４】
空調出力計算部２９は、まず、ステップｓ８において、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を、Ｑｓ＝ｈ（Ｑ）として計算し、空調機６の運転モードを、ステップｓ６で決定した運転モード、具体的には冷房モードまたは除湿モードに従うものとする。ここで、ｈは、空調機６への出力指令値Ｑｓを計算する関数であり、たとえば、Ｑｓ＝Ｑとなるように関数ｈを定義する。
【００７５】
次いで、空調出力計算部２９は、ステップｓ８で計算した空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を、以下のステップｓ９およびステップｓ１０において補正する。ステップｓ９において、空調出力計算部２９は、力行／回生電力Ｐ［ｋＷ］に基づいて、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を補正する。本実施の形態では、空調出力計算部２９は、力行時には、空調機６の出力を弱めるように出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を補正する処理を行い、回生時には、空調機６の出力を強めるように出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を補正する処理を行う。
【００７６】
図４は、本発明の第１の実施の形態における力行／回生電力Ｐ［ｋＷ］による空調機への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］の補正関数を示すグラフである。図４において、横軸は力行／回生電力Ｐ［ｋＷ］を示し、縦軸は空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を補正する値を示している。
【００７７】
車内温度Ｔｉｎ［℃］が予め定める許容範囲、具体的には車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］以上、かつ車内温度上限値Ｔｍａｘ［℃］以下の範囲に収まっている状況において、たとえば、力行／回生電力Ｐ［ｋＷ］が力行を示す正の値を示す場合、空調出力計算部２９は、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を、Ｑｓ×ｈ１（Ｐ）と補正する。ｈ１は、図４において破線で示されるように、０を下限とした単調減少を示す関数とする。
【００７８】
また、たとえば、力行／回生電力Ｐ［ｋＷ］が回生を示す負の値を示す場合、空調出力計算部２９は、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を、Ｑｓ×ｈ２（Ｐ）と補正する。ｈ２は、図４において実線で示されるように、単調減少を示す関数とする。
【００７９】
ここで、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］が空調機６の最大出力Ｑｓｍａｘ［Ｗ］を超える場合、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を最大、すなわち空調機６の最大出力Ｑｓｍａｘ［Ｗ］とする。
【００８０】
さらに、空調出力計算部２９は、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆ［ｋＷ］に基づいて、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を補正する。本実施の形態では、空調出力計算部２９は、以降で力行が予測される場合には、空調機６の出力を強めるように出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を補正する処理を行い、以降で回生が予測される場合には、空調機６の出力を弱めるように出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を補正する処理を行う。
【００８１】
図５は、本発明の第１の実施の形態における予め定める期間の力行／回生電力の総和ΣＰｆ［ｋＷｈ］による空調機への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］の補正関数を示すグラフである。図５において、横軸は力行／回生電力の総和ΣＰｆ［ｋＷｈ］を示し、縦軸は空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を示している。
【００８２】
たとえば、列車が、力行／回生電力が発生しない惰行時および停止時において、前述の力行／回生電力Ｐ［ｋＷ］に基づいた空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］の補正は、ほとんど行われないが、以降で力行または回生が予測される場合には、以下の処理を行う。空調出力計算部２９は、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆ［ｋＷ］がしばらく、たとえば出発直後から６０秒後までのうち３０秒間以上、力行を示す正の値を示す場合、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を、ｈ３（ΣＰｆ）×Ｑｓと補正する。この期間の力行／回生電力の総和をΣＰｆ［ｋＷｈ］とし、ｈ３は、図５において破線で示されるように、１を下限とした単調増加を示す関数とする。
【００８３】
また、たとえば、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆ［ｋＷ］がしばらく、たとえば出発直後から６０秒後までのうち３０秒間以上回生を示す負の値を示す場合、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を、ｈ４（ΣＰｆ）×Ｑｓと補正する。ただし、この期間の力行／回生電力の総和をΣＰｆ［ｋＷｈ］とし、ｈ４は、図５において実線で示されるように、１を上限とした単調増加を示す関数とする。
【００８４】
ここで、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］が空調機６の最大出力Ｑｓｍａｘ［Ｗ］を超える場合、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を最大、すなわち空調機６の最大出力Ｑｓｍａｘ［Ｗ］とする。
【００８５】
ステップｓ９では、掛け算による空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］の補正について述べたが、補正の仕方は、これに限定されない。たとえば、力行時は、０を下限として力行電力が大きくなるとともに、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］から減算する処理を行い、回生時は、回生電力が大きくなるとともに、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］に加算する処理を行ってもよい。車内温度Ｔｉｎ［℃］が、車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］以上、かつ車内温度上限値Ｔｍａｘ［℃］以下の範囲に収まっていなければ、ステップｓ９では空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］の補正を行わない。
【００８６】
ステップｓ９の処理によって、今後しばらく力行が続く場合、たとえば上り坂が続く場合は、惰行時および停車時に事前に冷やしておく、すなわち空調出力を強めておくことによって、力行時の電力ピーク時の節電が可能となる。また、今後しばらく回生が続く場合、たとえば下り坂が続く場合は、惰行時および停車時でも無理に冷やさない、すなわち空調出力を弱めておくことによって、回生時に回生電力をより多く回収し、省エネルギー化を図ることが可能となる。
【００８７】
ステップｓ１０において、空調出力計算部２９は、予測時点以降の乗車率θｆに基づいて空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を補正する。たとえば、車内温度Ｔｉｎ［℃］が予め定める許容範囲、具体的には車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］以上、かつ車内温度上限値Ｔｍａｘ［℃］以下の範囲に収まっている状況では、空調出力計算部２９は、車両１００の位置（ｘ，ｙ，ｚ）に基づいて、次駅に到着して乗客の乗降が完了するまでの時間（以下「乗降完了時間」という場合がある）ｔｒ［ｓ］を算出する。
【００８８】
空調出力計算部２９は、算出した乗降完了時間ｔｒ［ｓ］が、予め定める設定値ｔｒｍａｘ［ｓｅｃ］、たとえば６０秒よりも小さい場合に、以下の処理を行う。すなわち、予測時点以降の乗車率θｆのうち、たとえば、次駅を出発して次々駅に到着するまでの乗車率（ここでは、「次駅乗車率」と呼ぶ）θｎｅｘｔが乗車率θよりも小さい場合は、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を、以下に示す式（７）によって求め、空調機６の出力を弱める。式（７）において、θｍａｘは、車両１００の乗車率の最大値を表す。
Ｑｓ＝Ｑｓ×｛１−（θ−θｎｅｘｔ）／θｍａｘ｝      …（７）
【００８９】
また、次駅乗車率θｎｅｘｔが乗車率θよりも大きい場合は、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を、以下に示す式（８）によって求め、空調機６の出力を強める。
Ｑｓ＝Ｑｓ×｛１＋（θｎｅｘｔ−θ）／θｍａｘ｝      …（８）
【００９０】
ステップｓ１０において、前述のように、予測時点以降の乗車率θｆのうち、たとえば、次駅乗車率θｎｅｘｔに基づいて空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を補正することによって、次駅到着時の車内の快適性を向上させることが可能となる。なお、車内温度Ｔｉｎ［℃］が、車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］以上、かつ車内温度上限値Ｔｍａｘ［℃］以下の範囲に収まっていなければ、ステップｓ１０では空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］の補正を行わない。
【００９１】
ステップｓ１１において、空調制御部３０は、空調機６を制御する。空調制御部３０は、たとえば、空調機６への出力指令値Ｑｓと、ステップｓ６で決定した運転モードとに基づいて、空調機６を制御する。ステップｓ１１の処理が終了した後は、全ての処理手順を終了する。
【００９２】
以上のように本実施の形態によれば、空調出力計算部２９は、ステップｓ８〜ステップｓ１０において、車内の熱負荷Ｑ［Ｗ］、力行／回生電力Ｐ［ｋＷ］、予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆ［ｋＷ］、予測時点以降の乗車率θｆ、車両１００の位置（ｘ，ｙ，ｚ）、設定温度すなわち車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］および車内温度上限値Ｔｍａｘ［℃］に基づいて、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を決定する。これによって、車内の快適性だけでなく、省エネルギーおよび節電を考慮して、空調機６の運転制御を行うことが可能となる。したがって、省エネルギー、節電および車内の快適性の総合的な観点から、適切な空調制御が可能な空調制御装置１を実現することができる。
【００９３】
本実施の形態では、車外環境検出部２３は、車外環境として、車外温度Ｔｏｕｔおよび車外湿度Ｈｏｕｔの両方を検出し、これらに基づいて、車内の熱負荷Ｑを計算するが、車外環境としては、車外温度Ｔｏｕｔのみを用いてもよい。車外温度Ｔｏｕｔのみを用いる場合でも、車外温度Ｔｏｕｔおよび車外湿度Ｈｏｕｔの両方を用いる本実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００９４】
＜第２の実施の形態＞
図６は、本発明の第２の実施の形態である空調制御装置１Ａの構成を示すブロック図である。本実施の形態の空調制御装置１Ａは、前述の図２に示す本発明の第１の実施の形態の空調制御装置１に、き電電圧検出部２８をさらに備えて構成される。本実施の形態の空調制御装置１Ａは、第１の実施の形態の空調制御装置１と同様に、車両用空調制御装置であり、たとえば前述の図１に示す車両１００において、第１の実施の形態の空調制御装置１に代えて用いられる。すなわち、空調制御装置１Ａは、車両１００に備えられ、車両１００内の空調機６を制御する。
【００９５】
ここでは、第２の実施の形態である空調制御装置１Ａの構成と、第１の実施の形態である空調制御装置１の構成との差分について記述する。第２の実施の形態における空調制御装置１Ａの構成のうち、第１の実施の形態における空調制御装置１と同一の構成については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【００９６】
き電電圧検出部２８は、たとえば、き電電圧センサを備える。き電電圧検出部２８は、き電電圧センサによって、車両１００が走行する地点のき電電圧Ｖｏを検出する。き電電圧検出部２８は、検出したき電電圧Ｖｏを空調出力計算部２９に与える。
【００９７】
空調出力計算部２９は、たとえば、き電電圧検出部２８から与えられるき電電圧Ｖｏと、車両状態検出部２４から与えられる乗車率θおよび、車両１００の位置（ｘ，ｙ，ｚ）および力行／回生電力Ｐと、熱負荷計算部２６から与えられる車内の熱負荷Ｑおよび空調機６の運転モード（ＯＭ）と、乗車率予測部２５車両状態予測部２５から与えられる予測時点以降の乗車率θｆと、力行／回生電力予測部２７から与えられる予測時点以降の力行／回生電力Ｐｆと、目標環境状況設定部２１から与えられる車内温度下限値Ｔｍｉｎおよび車内温度上限値Ｔｍａｘとに基づいて、空調機６への出力指令値Ｑｓを計算する。空調出力計算部２９は、計算した空調機６への出力指令値Ｑｓを空調制御部３０に与える。
【００９８】
図７は、本発明の第２の実施の形態である空調制御装置１Ａの空調制御処理の処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態では、空調制御処理における空調制御装置１Ａの動作の一例として、車両１００を冷房または除湿する場合の空調制御装置１Ａの動作について説明する。図７に示すフローチャートの各処理は、空調制御装置１Ａを構成する各部によって実行される。図７に示すフローチャートの処理は、空調制御装置１Ａに電力が供給されると開始され、ステップｓ１に移行する。
【００９９】
ここでは第２の実施の形態である空調制御装置１Ａの空調制御処理と、第１の実施の形態である空調制御装置１の空調制御処理との差分について記述する。
【０１００】
ステップｓ２１において、き電電圧検出部２８は、き電電圧を検出する。具体的には、き電電圧検出部２８は、き電電圧センサによって、き電電圧Ｖｏ［Ｖ］を検出する。
【０１０１】
ステップｓ２２において、空調出力計算部２９は、き電電圧Ｖｏ［Ｖ］に基づいて、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を補正する。
【０１０２】
図８は、本発明の第２の実施の形態におけるき電電圧による空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］の補正関数を示すグラフである。図８において、横軸は、き電電圧Ｖｏ［Ｖ］を示し、縦軸は空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を示している。
【０１０３】
車内温度Ｔｉｎ［℃］が予め定める許容範囲、具体的には車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］以上、かつ車内温度上限値Ｔｍａｘ［℃］以下の範囲に収まっている状況において、図８に示すように、たとえば、き電電圧Ｖｏ［Ｖ］が、き電電圧下限値Ｖｏｍｉｎ［Ｖ］よりも小さい場合、空調出力計算部２９は、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を０とし、空調機６の出力をオフにする。
【０１０４】
また、き電電圧Ｖｏ［Ｖ］が、き電電圧下限値Ｖｏｍｉｎ［Ｖ］と、き電電圧の下側の基準値Ｖｏｓｅｔ１［Ｖ］との間にある場合、空調出力計算部２９は、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を、以下に示す式（９）によって求め、空調機６の出力を弱める。
Ｑｓ＝Ｑｓ×（Ｖｏ−Ｖｏｍｉｎ）／（Ｖｏｓｅｔ１−Ｖｏｍｉｎ）
…（９）
【０１０５】
また、き電電圧Ｖｏ［Ｖ］が、き電電圧の上側の基準値Ｖｏｓｅｔ２［Ｖ］と、き電電圧上限値Ｖｏｍａｘ［Ｖ］との間にある場合、空調出力計算部２９は、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を、以下に示す式（１０）によって求め、空調機６の出力を強める。
Ｑｓ＝Ｑｓ＋｛（Ｑｓｍａｘ−Ｑｓ）×（Ｖｏ−Ｖｏｓｅｔ２）
／（Ｖｏｍａｘ−Ｖｏｓｅｔ２）｝…（１０）
【０１０６】
また、き電電圧Ｖｏ［Ｖ］が、き電電圧上限値Ｖｏｍａｘ［Ｖ］よりも大きい場合は、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を最大、すなわち空調機６の最大出力Ｑｓｍａｘとし、空調機６の出力を最大にする。
【０１０７】
また、き電電圧Ｖｏ［Ｖ］が、き電電圧の下側の基準値Ｖｏｓｅｔ１［Ｖ］以上、き電電圧の上側の基準値Ｖｏｓｅｔ２［Ｖ］以下の範囲にある場合、空調出力計算部２９は、空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を、出力指令値Ｑｓの基準値Ｑｓ＿ｓｅｔとする。出力指令値Ｑｓの基準値Ｑｓ＿ｓｅｔは、式（９）において、き電電圧Ｖｏが、き電電圧の下側の基準値Ｖｏｓｅｔ１であるときの値とする。出力指令値Ｑｓの基準値Ｑｓ＿ｓｅｔは、式（１０）において、き電電圧Ｖｏが、き電電圧の上側の基準値Ｖｏｓｅｔ２であるときの値と等しい。
【０１０８】
ステップｓ２２において、前述のように、き電電圧Ｖｏ［Ｖ］に基づいて空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］を補正することによって、き電電圧Ｖｏが基準値Ｖｏｓｅｔ１，Ｖｏｓｅｔ２から逸脱することを抑えることができる。なお、車内温度Ｔｉｎ［℃］が、車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］以上、かつ車内温度上限値Ｔｍａｘ［℃］以下の範囲に収まっていなければ、ステップｓ２２では空調機６への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］の補正を行わない。
【０１０９】
以上のように本実施の形態によれば、空調機６への出力指令値は、力行／回生電力、予測時点以降の力行／回生電力、および予測時点以降の乗車率に加えて、き電電圧に基づいて補正される。これによって、き電電圧が基準値から逸脱することを抑えつつ、車内の快適性、省エネルギーおよび節電を考慮して、空調機６の運転制御を行うことが可能となる。したがって、省エネルギー、節電および車内の快適性の総合的な観点から、より適切な空調制御が可能な空調制御装置１Ａを実現することができる。
【０１１０】
＜第３の実施の形態＞
前述の第１および第２の実施の形態では、車内の快適性だけでなく、省エネルギーおよび節電を考慮して、空調制御、すなわち空調機６の運転制御を行うことを可能とする空調制御装置１，１Ａについて述べた。本発明の第３の実施の形態では、空調制御後の車内の温度および湿度の変化予測を含めて、空調運転計画を立案し、事前に車内の快適性、省エネルギーおよび節電について把握することが可能な空調制御装置について述べる。
【０１１１】
図９は、本発明の第３の実施の形態である空調制御装置１Ｂの構成を示すブロック図である。本実施の形態の空調制御装置１Ｂは、第１および第２の実施の形態の空調制御装置１，１Ａと同様に、車両用空調制御装置であり、たとえば前述の図１に示す車両１００において、第１の実施の形態の空調制御装置１に代えて用いられる。すなわち、空調制御装置１Ｂは、車両１００に備えられ、車両１００内の空調機６を制御する。
【０１１２】
空調制御装置１Ｂは、目標環境状況設定部４１、車内環境予測部４２、車外環境予測部４３、車両状態予測部４４、熱負荷予測部４５、力行／回生電力予測部４６、部空調出力計画部４８、空調機モデル４９、空調制御部５０、過去乗車率データベース５１および走行計画データベース５２を備えて構成される。
【０１１３】
目標環境状況設定部４１は、たとえば、モニタ、キーボードおよびマウスを含む入力部を備える。目標環境状況設定部４１は、入力部によって、時刻ｔにおける車内温度設定値Ｔｓｅｔ（ｔ）、車内湿度設定値Ｈｓｅｔ（ｔ）、車内温度下限値Ｔｍｉｎ（ｔ）、車内温度上限値Ｔｍａｘ（ｔ）および目標整定時間ｔｃ（ｔ）をそれぞれ入力することができるように構成されている。ここで、「（ｔ）」は、時刻ｔにおける値を意味し、計画を開始する時刻をｔ＝０とし、次の時刻をｔ＝１、その次の時刻をｔ＝２というようにカウントする。
【０１１４】
目標環境状況設定部４１は、入力部によって入力された時刻ｔにおける車内温度設定値Ｔｓｅｔ（ｔ）、車内湿度設定値Ｈｓｅｔ（ｔ）および目標整定時間ｔｃ（ｔ）を熱負荷予測部４５に与える。目標環境状況設定部４１は、入力部によって入力された時刻ｔにおける車内温度下限値Ｔｍｉｎ（ｔ）および車内温度上限値Ｔｍａｘ（ｔ）を空調出力計画部４８に与える。
【０１１５】
車内環境予測部４２は、前述の第１の実施の形態における車内環境検出部２２を、車内環境を予測する車内環境予測部の機能を有するように構成したものに相当する。車内環境予測部４２は、たとえば、車内用温度センサおよび車内用湿度センサを備える。車内環境予測部４２は、ｔ＝０のときには車内環境を検出し、ｔ＞０のときには車内環境を予測する。
【０１１６】
具体的には、ｔ＝０のとき、車内環境予測部４２は、車内用温度センサによって、時刻ｔ＝０における車内温度Ｔｉｎ（ｔ）、すなわち車内温度Ｔｉｎ（０）を検出する。また車内環境予測部４２は、車内用湿度センサによって、時刻ｔ＝０における車内湿度Ｈｉｎ（ｔ）、すなわち車内湿度Ｈｉｎ（０）を検出する。車内環境予測部４２は、検出した車内温度Ｔｉｎ（０）および車内湿度Ｈｉｎ（０）を熱負荷予測部４５に与える。ここでは、車内温度Ｔｉｎ（０）および車内湿度Ｈｉｎ（０）は、車内用温度センサおよび車内用湿度センサによって検出すると記述したが、これに限らず、たとえば、モニタ、キーボードおよびマウスを含む入力部によって任意の値を設定してもよい。
【０１１７】
ｔ＞０のとき、車内環境予測部４２は、具体的には、後述する熱負荷予測部４５で予測した熱負荷Ｑ（ｔ−１）および運転モードＯＭ（ｔ−１）と、後述する空調機モデル４９から出力される空調負荷Ｑｏｕｔ（ｔ−１）とに基づいて、時刻ｔにおける車内温度Ｔｉｎ（ｔ）および車内湿度Ｈｉｎ（ｔ）を予測する。後述するように、空調機モデル４９から、吹出温度Ｔａｃ（ｔ−１）、吹出湿度Ｈａｃ（ｔ−１）、吹出流量Ａａｃ（ｔ−１）が得られる場合は、これらの値と、車内温度Ｔｉｎ（ｔ−１）、車内湿度Ｈｉｎ（ｔ−１）および車内容積Ｖｉｎから、空気線図を用いて、混合した空気の温度および湿度を算出し、時刻ｔにおける車内温度Ｔｉｎ（ｔ）および車内湿度Ｈｉｎ（ｔ）を予測することが可能である。車内環境予測部４２は、予測した時刻ｔにおける車内温度Ｔｉｎ（ｔ）および車内湿度Ｈｉｎ（ｔ）を熱負荷予測部４５に与える。
【０１１８】
車外環境予測部４３は、前述の第１の実施の形態における車外環境検出部２３を、車外環境を予測する車外環境予測部の機能を有するように構成したものに相当する。車外環境予測部４３は、たとえば、車外用温度センサおよび車外用湿度センサを備える。車外環境予測部４３は、ｔ＝０のときには車外環境を検出し、ｔ＞０のときには車外環境を予測する。
【０１１９】
具体的には、ｔ＝０のとき、車外環境予測部４３は、車外用温度センサによって、時刻ｔ＝０における車外温度Ｔｏｕｔ（ｔ）、すなわち車外温度Ｔｏｕｔ（０）を検出する。また車外環境予測部４３は、車外用湿度センサによって、時刻ｔ＝０における車外湿度Ｈｏｕｔ（ｔ）、すなわち車外湿度Ｈｏｕｔ（０）を検出する。車外環境予測部４３は、検出した現在の車外温度Ｔｏｕｔ（０）および車外湿度Ｈｏｕｔ（０）を車外環境として熱負荷予測部４５に与える。ここでは、車外温度Ｔｉｎ（０）および車外湿度Ｈｉｎ（０）は、車外用温度センサおよび車外用湿度センサによって検出すると記述したが、これに限らず、たとえば、モニタ、キーボードおよびマウスを含む入力部によって任意の値を設定してもよい。
【０１２０】
ｔ＞０のとき、車外環境予測部４３は、具体的には、天気予報などから、時刻ｔにおける車外温度Ｔｏｕｔ（ｔ）および車外湿度Ｈｏｕｔ（ｔ）を予測する。車外環境予測部４３は、予測した車外温度Ｔｏｕｔ（ｔ）および車外湿度Ｈｏｕｔ（ｔ）を車外環境として熱負荷予測部４５に与える。
【０１２１】
車両状態予測部４４は、前述の第１の実施の形態における車両状態検出部２４および車両状態予測部２５の機能を有するように構成したものに相当する。車両状態予測部４４は、たとえば、位置センサ、応荷重センサ、および電力センサを備える。車両状態予測部４４は、ｔ＝０のときには車両状態を検出し、ｔ＞０のときには車両状態を予測する。
【０１２２】
具体的には、ｔ＝０のとき、車両状態予測部４４は、位置センサによって、時刻ｔ＝０における車両１００の位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））、すなわち車両１００の位置（ｘ（０），ｙ（０），ｚ（０））を検出する。また車両状態予測部４４は、応荷重センサを用いて、時刻ｔ＝０における乗車率θ（ｔ）、すなわち乗車率θ（０）を検出する。さらに、車両状態予測部４４は、電力センサを用いて、時刻ｔ＝０における力行／回生電力Ｐ（ｔ）、すなわち力行／回生電力Ｐ（０）を検出する。
【０１２３】
乗車率θ（０）は、以下のようにして算出される。車両状態予測部４４は、応荷重センサによって車両１００の重量を検出し、乗客１人あたりの体重をたとえば６５ｋｇと仮定して、応荷重センサによって検出した車両１００の重量から乗車人数を算出する。車両状態予測部４４は、車両１００の予め定められる定員に対する、算出した乗車人数の比率を、乗車率θ（０）として算出する。
【０１２４】
車両状態予測部４４は、検出した乗車率θ（０）を熱負荷予測部４５に与える。また車両状態予測部４４は、検出した乗車率θ（０）、車両１００の位置（ｘ（０），ｙ（０），ｚ（０））、および力行／回生電力Ｐ（０）を、空調出力計画部４８に与える。ここでは、車両１００の位置（ｘ（０），ｙ（０），ｚ（０））、乗車率θ（０）、および力行／回生電力Ｐ（０）［ｋＷ］は、位置センサ、応荷重センサ、および電力センサによって検出すると記述したが、これに限らず、たとえば、モニタ、キーボードおよびマウスを含む入力部によって任意の値を設定してもよい。
【０１２５】
ｔ＞０のとき、車両状態予測部４４は、具体的には、車両１００が属する列車の走行計画データベース５２から得られる走行計画、および過去乗車率データベース５１に蓄積された過去の乗車率に基づいて、時刻ｔにおける車両１００の位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））、加速度ａ（ｔ）、速度ｖ（ｔ）、勾配ｓ（ｔ）および乗車率θ（ｔ）を予測する。
【０１２６】
車両状態予測部４４は、予測した時刻ｔにおける乗車率θ（ｔ）を熱負荷予測部４５に与える。車両状態予測部４４は、予測した時刻ｔ以降における車両１００の加速度ａ（ｔａ）、速度ｖ（ｔａ）、勾配ｓ（ｔａ）および乗車率θ（ｔａ）（ｔａ＞ｔ）を力行／回生電力予測部４６に与える。また車両状態予測部４４は、予測した時刻ｔ以降における乗車率θ（ｔａ）（ｔａ＞ｔ）および時刻ｔにおける車両１００の位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））を、空調出力計画部４８に与える。
【０１２７】
熱負荷予測部４５は、前述の第１の実施の形態における熱負荷計算部２６を、熱負荷を予測する熱負荷予測部の機能を有するように構成したものに相当する。熱負荷予測部４５は、ｔ＝０のときには、時刻ｔ＝０における熱負荷Ｑ（ｔ）、すなわち熱負荷Ｑ（０）を計算し、ｔ＞０のときには、予測時点以降の熱負荷、たとえば時刻ｔにおける熱負荷Ｑ（ｔ）を予測する。
【０１２８】
具体的には、ｔ＝０のとき、熱負荷予測部４５は、たとえば、第１の実施の形態における熱負荷計算部２６と同様にして、車内温度Ｔｉｎ（０）、車内湿度Ｈｉｎ（０）、車外温度Ｔｏｕｔ（０）、車外湿度Ｈｏｕｔ（０）、乗車率θ（０）、車内温度設定値Ｔｓｅｔ（０）、車内湿度設定値Ｈｓｅｔ（０）および目標整定時間ｔｃ（０）［ｓ］から、時刻ｔ＝０における車内の熱負荷Ｑ（ｔ）、すなわち車内の熱負荷Ｑ（０）を計算する。
【０１２９】
熱負荷予測部４５は、計算した車内の熱負荷Ｑ（０）を空調出力計画部４８に与える。また熱負荷予測部４５は、計算した車内の熱負荷Ｑ（０）に基づいて、時刻ｔ＝０における空調機モデル４９の運転モードＯＭ（０）を決定し、決定した運転モードＯＭ（０）を空調出力計画部４８に与える。
【０１３０】
ｔ＞０のとき、熱負荷予測部４５は、たとえば、車内環境予測部４２から与えられる時刻ｔにおける車内温度Ｔｉｎ（ｔ）および車内湿度Ｈｉｎ（ｔ）と、車外環境予測部４３から与えられる時刻ｔにおける車外温度Ｔｏｕｔ（ｔ）および車外湿度Ｈｏｕｔ（ｔ）と、車両状態予測部４４から与えられる時刻ｔにおける乗車率θ（ｔ）と、目標環境状況設定部４１から与えられる時刻ｔにおける車内温度設定値Ｔｓｅｔ（ｔ）、車内湿度設定値Ｈｓｅｔ（ｔ）および目標整定時間ｔｃ（ｔ）とから、時刻ｔにおける車内の熱負荷Ｑ（ｔ）を予測する。
【０１３１】
熱負荷予測部４５は、予測した時刻ｔにおける車内の熱負荷Ｑ（ｔ）を車内環境予測部４２および空調出力計画部４８に与える。また熱負荷予測部４５は、予測した時刻である予測時点ｔにおける車内の熱負荷Ｑ（ｔ）に基づいて、予測時点以降の空調機６の運転モード、たとえば時刻ｔにおける空調機モデル４９の運転モードＯＭ（ｔ）を決定し、決定した運転モードＯＭ（ｔ）を空調出力計画部４８に与える。
【０１３２】
力行／回生電力予測部４６は、前述の第１の実施の形態における力行／回生電力予測部２７と同等の機能を有するように構成したものに相当する。
【０１３３】
力行／回生電力予測部４６は、たとえば、車両１００の走行計画と、車両状態予測部４４から与えられる予測時点である時刻ｔ以降、たとえば時刻ｔよりも後の時刻ｔａ（ｔａ＞ｔ）における車両１００の加速度ａ（ｔａ）、速度ｖ（ｔａ）、勾配ｓ（ｔａ）および乗車率θ（ｔａ）とから、時刻ｔ以降、たとえば時刻ｔよりも後の時刻ｔａ（ｔａ＞ｔ）における力行／回生電力Ｐ（ｔａ）を予測する。力行／回生電力予測部４６は、予測した時刻ｔ以降、たとえば時刻ｔよりも後の時刻ｔａ（ｔａ＞ｔ）における力行／回生電力Ｐ（ｔａ）を空調出力計画部４８に与える。
【０１３４】
空調出力計画部４８は、前述の第１の実施の形態における空調出力計算部２９を、空調出力を計画する空調出力計画部の機能を有するように構成したものに相当する。
【０１３５】
空調出力計画部４８は、たとえば、車両状態予測部４４から与えられる時刻ｔ以降、たとえば時刻ｔよりも後の時刻ｔａ（ｔａ＞ｔ）における乗車率θ（ｔａ）と、車両１００の位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））および時刻ｔにおける力行／回生電力Ｐ（ｔ）と、熱負荷予測部４５から与えられる時刻ｔにおける車内の熱負荷Ｑ（ｔ）および空調機モデル４９の運転モードＯＭ（ｔ）と、力行／回生電力予測部４６から与えられる時刻ｔ以降、たとえば時刻ｔよりも後の時刻ｔａ（ｔａ＞ｔ）における力行／回生電力Ｐ（ｔａ）と、目標環境状況設定部４１から与えられる時刻ｔにおける車内温度下限値Ｔｍｉｎ（ｔ）および車内温度上限値Ｔｍａｘ（ｔ）とに基づいて、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）を計画する。空調出力計画部４８は、計画した空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）を空調制御部５０に与える。
【０１３６】
空調制御部５０は、たとえば、空調出力計画部４８から与えられる時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）に基づいて、空調機モデル４９を制御する。
【０１３７】
空調機モデル４９は、たとえば空調機６の入出力特性、すなわち消費電力と空調負荷との関係をモデル化したものである。空調機モデル４９は、空調出力計画部４８によって計画された時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）に基づいて制御され、結果として時刻ｔにおける空調による消費電力Ｐｏｕｔ（ｔ）および空調負荷Ｑｏｕｔ（ｔ）を出力する。空調機モデル４９は、時刻ｔにおける空調負荷Ｑｏｕｔ（ｔ）を車内環境予測部４２に与える。
【０１３８】
空調機モデル４９は、さらに、空調機６を模擬したシミュレータなどを用いて、空調負荷Ｑｏｕｔ（ｔ）、車内温度Ｔｉｎ（ｔ）、車内湿度Ｈｉｎ（ｔ）、車外温度Ｔｏｕｔ（ｔ）、車外湿度Ｈｏｕｔ（ｔ）および運転モードＯＭ（ｔ）に基づいて、空調機モデル４９が吹き出す空気の吹出温度Ｔａｃ（ｔ）、吹出湿度Ｈａｃ（ｔ）および吹出流量Ｖａｃ（ｔ）を計算し、車内環境予測部４２に与えてもよい。
【０１３９】
図１０は、本発明の第３の実施の形態である空調制御装置１Ｂの空調制御処理の処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態では、空調制御処理における空調制御装置１Ａの動作の一例として、車両１００を冷房または除湿する場合の空調制御装置１Ａの動作について説明する。図１０に示すフローチャートの各処理は、空調制御装置１Ａを構成する各部によって実行される。図１０に示すフローチャートの処理は、空調制御装置１Ａに電力が供給されると開始され、ステップｓ３１に移行する。
【０１４０】
ステップｓ３１において、目標環境状況設定部４１は、目標環境状況を設定する。具体的には、目標環境状況設定部４１は、モニタ、キーボードおよびマウスを含む入力部によって、時刻ｔにおける車内温度設定値Ｔｓｅｔ（ｔ）［℃］、車内湿度設定値Ｈｓｅｔ（ｔ）［％］、車内温度下限値Ｔｍｉｎ（ｔ）［℃］、車内温度上限値Ｔｍａｘ（ｔ）［℃］および目標整定時間ｔｃ（ｔ）［ｓ］を入力する。ステップｓ３２において、時刻ｔを０（ｔ＝０）とする。
【０１４１】
ステップｓ３３において、車内環境予測部４２は、ｔ＝０であれば、車内環境を検出する。具体的には、車内環境予測部４２は、車内用温度センサによって、時刻ｔ＝０における車内温度Ｔｉｎ（ｔ）［℃］、すなわち車内温度Ｔｉｎ（０）［℃］を検出する。また車内環境予測部４２は、車内用湿度センサによって、時刻ｔ＝０における車内湿度Ｈｉｎ（ｔ）［％］、すなわち車内湿度Ｈｉｎ（０）［％］を検出する。
【０１４２】
車内環境予測部４２は、ｔ＞０であれば、車内環境を予測する。具体的には、車内環境予測部４２は、直前の車内温度Ｔｉｎ（ｔ−１）と、直前の車内湿度Ｈｉｎ（ｔ−１）と、後述するステップｓ３６で予測した熱負荷Ｑ（ｔ−１）［Ｗ］および運転モードＯＭ（ｔ−１）と、後述するステップｓ４１で空調機モデル４９から出力される空調負荷Ｑｏｕｔ（ｔ−１）［Ｗ］とに基づいて、時刻ｔにおける車内温度Ｔｉｎ（ｔ）［℃］および車内湿度Ｈｉｎ（ｔ）［％］を予測する。
【０１４３】
空調機モデル４９から、吹出温度Ｔａｃ（ｔ−１）［℃］、吹出湿度Ｈａｃ（ｔ−１）［％］、吹出流量Ａａｃ（ｔ−１）［ｍ３］が得られる場合は、これらの値と、車内温度Ｔｉｎ（ｔ−１）［℃］、車内湿度Ｈｉｎ（ｔ−１）［％］および車内容積Ｖｉｎ［ｍ３］から、空気線図を用いて、混合した空気の温度および湿度を算出し、時刻ｔにおける車内温度Ｔｉｎ（ｔ）［℃］および車内湿度Ｈｉｎ（ｔ）［％］を予測することが可能である。
【０１４４】
ステップｓ３４において、車外環境予測部４３は、ｔ＝０であれば、車外環境を検出する。具体的には、車外環境予測部４３は、車外用温度センサおよび車外用湿度センサによって、時刻ｔ＝０における車外温度Ｔｏｕｔ（ｔ）［℃］および車外湿度Ｈｏｕｔ（ｔ）［％］、すなわち車外温度Ｔｏｕｔ（０）［℃］および車外湿度Ｈｏｕｔ（０）［％］を検出する。車外環境予測部４３は、ｔ＞０であれば、車外環境を予測する。具体的には、車外環境予測部４３は、天気予報などから、時刻ｔにおける車外温度Ｔｏｕｔ（ｔ）［℃］および車外湿度Ｈｏｕｔ（ｔ）［％］を予測する。
【０１４５】
ステップｓ３５において、車両状態予測部４４は、ｔ＝０であれば、車両状態を検出する。具体的には、車両状態予測部４４は、位置センサによって、時刻ｔ＝０における車両１００の位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））、すなわち車両１００の位置（ｘ（０），ｙ（０），ｚ（０））を検出する。また車両状態予測部４４は、応荷重センサによって、時刻ｔ＝０における乗車率θ（ｔ）、すなわち乗車率θ（０）を検出する。さらに、車両状態予測部４４は、電力センサによって、時刻ｔ＝０における力行／回生電力Ｐ（ｔ）、すなわち力行／回生電力Ｐ（０）を検出する。
【０１４６】
車両状態予測部４４は、ｔ＞０であれば、車両状態を予測する。具体的には、車両状態予測部４４は、車両１００が属する列車の走行計画データベース５２から得られる走行計画、および過去乗車率データベース５１に蓄積された過去の乗車率に基づいて、時刻ｔにおける車両１００の位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））と、時刻ｔにおける乗車率θ（ｔ）と、時刻ｔにおける車両１００の加速度ａ（ｔ）［ｋｍ／ｈ／ｓ］、速度ｖ（ｔ）［ｋｍ／ｈ］および勾配ｓ（ｔ）［％］とを予測する。
【０１４７】
ステップｓ３６において、熱負荷予測部４５は、ｔ＝０であれば、時刻ｔ＝０における車内の熱負荷を計算する。具体的には、熱負荷予測部４５は、第１の実施の形態における熱負荷計算部２６と同様にして、車内温度Ｔｉｎ（０）［℃］、車内湿度Ｈｉｎ（０）［％］、車外温度Ｔｏｕｔ（０）［℃］、車外湿度Ｈｏｕｔ（０）［％］、乗車率θ（０）、車内温度設定値Ｔｓｅｔ（０）［℃］、車内湿度設定値Ｈｓｅｔ（０）［％］および目標整定時間ｔｃ（０）［ｓ］から、車内の熱負荷Ｑ（０）［Ｗ］を計算する。
【０１４８】
熱負荷予測部４５は、ｔ＞０であれば、時刻ｔにおける車内の熱負荷を予測する。具体的には、熱負荷予測部４５は、時刻ｔにおける車内温度Ｔｉｎ（ｔ）［℃］、車内湿度Ｈｉｎ（ｔ）［％］、車外温度Ｔｏｕｔ（ｔ）［℃］、車外湿度Ｈｏｕｔ（ｔ）［％］、乗車率θ（ｔ）、車内温度設定値Ｔｓｅｔ（ｔ）［℃］、車内湿度設定値Ｈｓｅｔ（ｔ）［％］および目標整定時間ｔｃ（ｔ）［ｓ］から、時刻ｔにおける車内の熱負荷Ｑ（ｔ）［Ｗ］を予測する。
【０１４９】
時刻ｔにおける車内の熱負荷Ｑ（ｔ）［Ｗ］は、以下に示す式（１１）によって求めることができる。式（１１）では、時刻ｔにおける車内温度および車内湿度から、車内温度設定値および車内湿度設定値を実現するために取り除くべき車内熱量Ｑｉｎ（ｔ）［Ｗｓ］を目標整定時間ｔｃ（ｔ）［ｓ］だけ時間をかけて取り除くものとしている。また、車外からの熱伝達量をＱｔｒａｎｓ（ｔ）［Ｗ］とし、開扉による熱流入量をＱｅｘ（ｔ）［Ｗ］とし、乗客からの発熱量をＱｐａｓ（ｔ）［Ｗ］としている。
Ｑ（ｔ）＝Ｑｉｎ（ｔ）／ｔｃ（ｔ）＋Ｑｔｒａｎｓ（ｔ）
＋Ｑｅｘ（ｔ）＋Ｑｐａｓ（ｔ）…（１１）
【０１５０】
式（１１）に用いられる車内熱量Ｑｉｎ（ｔ）［Ｗｓ］は、車内比エンタルピーＥｉｎ（ｔ）［Ｊ／ｋｇ］、目標比エンタルピーＥｓｅｔ（ｔ）［Ｊ／ｋｇ］、車内の容積Ｖｉｎ［ｍ３］および空気密度ρ（ｔ）［ｋｇ／ｍ３］を用いて、以下に示す式（１２）によって求めることができる。ここで、車内比エンタルピーＥｉｎ（ｔ）［Ｊ／ｋｇ］は、車内温度Ｔｉｎ（ｔ）［℃］および車内湿度Ｈｉｎ（ｔ）［％］から算出される。目標比エンタルピーＥｓｅｔ（ｔ）［Ｊ／ｋｇ］は、車内温度設定値Ｔｓｅｔ（ｔ）および車内湿度設定値Ｈｓｅｔ（ｔ）から算出される。
Ｑｉｎ（ｔ）＝Ｖｉｎ×ρ（ｔ）×（Ｅｉｎ（ｔ）−Ｅｓｅｔ（ｔ））
…（１２）
【０１５１】
式（１１）に用いられる車外からの熱伝達量Ｑｔｒａｎｓ（ｔ）［Ｗ］は、車体の熱伝達係数をα［Ｗ／ｍ２・Ｋ］とし、車体の伝熱面積をＡ［ｍ２］として、以下に示す式（１３）によって求めることができる。
Ｑｔｒａｎｓ（ｔ）＝Ａ×α×（Ｔｏｕｔ（ｔ）−Ｔｉｎ（ｔ））
…（１３）
【０１５２】
式（１１）に用いられる開扉による熱流入量Ｑｅｘ（ｔ）［Ｗ］は、単位時間あたりの車内と車外との空気の交換量をＶｅｘ（ｔ）［ｍ３／ｓ］として、以下に示す式（１４）によって求めることができる。
Ｑｅｘ（ｔ）＝Ｖｅｘ（ｔ）×ρ（ｔ）
×（Ｅｏｕｔ（ｔ）−Ｅｉｎ（ｔ））…（１４）
【０１５３】
式（１１）に用いられる乗客からの発熱量Ｑｐａｓ（ｔ）［Ｗ］は、単位時間あたりの乗客１人あたりの発熱量をＱｍａｎ［Ｗ／人］とし、車両１００の定員をＭｍａｘ［人］として、以下に示す式（１５）によって求めることができる。
Ｑｐａｓ（ｔ）＝θ（ｔ）×Ｍｍａｘ×Ｑｍａｎ        …（１５）
【０１５４】
ステップｓ３６において、熱負荷予測部４５は、以上のようにして車内の熱負荷Ｑ（ｔ）を計算または予測するとともに、車内温度Ｔｉｎ（ｔ）［℃］、車内湿度Ｈｉｎ（ｔ）［％］、車内温度設定値Ｔｓｅｔ（ｔ）［℃］および車内湿度設定値Ｈｓｅｔ（ｔ）［％］に基づいて、車内の快適性を保つために車内の除湿が必要であるか否かを判断する。
【０１５５】
熱負荷予測部４５は、除湿が必要でないと判断した場合、計算または予測した熱負荷Ｑ（ｔ）［Ｗ］と併せて、空調機モデル４９を冷房モードで運転をする指令を空調出力計画部４８に与える。また、熱負荷予測部４５は、除湿が必要であると判断した場合、計算または予測した熱負荷Ｑ（ｔ）［Ｗ］と併せて、空調機モデル４９を除湿モードで運転をする指令を空調出力計画部４８に与える。
【０１５６】
ステップｓ３７において、力行／回生電力予測部４６は、ｔ＞０における力行／回生電力を予測する。具体的には、力行／回生電力予測部４６は、時刻ｔにおける車両１００の加速度ａ（ｔ）［ｋｍ／ｈ／ｓ］、速度ｖ（ｔ）［ｋｍ／ｈ］、勾配ｓ（ｔ）［％］および乗車率θ（ｔ）から、時刻ｔにおける力行／回生電力Ｐ（ｔ）［ｋＷ］を予測する。
【０１５７】
さらに具体的には、力行／回生電力予測部４６は、たとえば以下に示す式（１６）によって、時刻ｔにおける力行／回生電力Ｐ（ｔ）［ｋＷ］を予測する。式（１６）において、ｇは、力行／回生電力を予測する関数である。
Ｐ（ｔ）＝ｇ（ａ（ｔ），ｖ（ｔ），ｓ（ｔ），θ（ｔ））…（１６）
【０１５８】
式（１６）では、時刻ｔにおける車両１００の加速度ａ（ｔ）、速度ｖ（ｔ）、勾配ｓ（ｔ）および乗車率θ（ｔ）の４つの値から、時刻ｔにおける力行／回生電力Ｐ（ｔ）［ｋＷ］を予測するようにしている。これに限らず、さらに空気抵抗などを考慮して詳細に定式化した式によって、時刻ｔにおける力行／回生電力Ｐ（ｔ）［ｋＷ］を予測するようにしてもよい。
【０１５９】
ステップｓ３８〜ｓ４０において、空調出力計画部４８は、時刻ｔにおける車両１００の位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））、車内の熱負荷Ｑ（ｔ）［Ｗ］、力行／回生電力Ｐ（ｔ）［ｋＷ］、車内温度下限値Ｔｍｉｎ（ｔ）［℃］および車内温度上限値Ｔｍａｘ（ｔ）［℃］、ならびに時刻ｔ以降、たとえば時刻ｔよりも後の時刻ｔａにおける乗車率θ（ｔａ）および力行／回生電力Ｐ（ｔａ）［ｋＷ］（ただしｔａ＞ｔとする）に基づいて、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を決定する。
【０１６０】
空調出力計画部４８は、まず、ステップｓ３８において、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を、Ｑｓ（ｔ）＝ｈ（Ｑ（ｔ））として計画し、空調機モデル４９の運転モードを、ステップｓ３６で決定した運転モード、具体的には冷房モードまたは除湿モードに従うものとする。ここで、ｈは、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）を計算する関数であり、たとえば、Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］＝Ｑ（ｔ）となるように関数ｈを定義する。
【０１６１】
次いで、空調出力計画部４８は、ステップｓ３８で計画した時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を、以下のステップｓ３９〜ステップｓ４０において補正する。ステップｓ３９において、空調出力計画部４８は、時刻ｔにおける力行／回生電力Ｐ（ｔ）［ｋＷ］に基づいて、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を補正する。本実施の形態では、空調出力計画部４８は、力行時には、空調機モデル４９の出力を弱めるように時刻ｔにおける出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を補正する処理を行い、回生時には、空調機モデル４９の出力を強めるように時刻ｔにおける出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を補正する処理を行う。
【０１６２】
車内温度Ｔｉｎ（ｔ）［℃］が予め定める許容範囲、具体的には車内温度下限値Ｔｍｉｎ（ｔ）［℃］以上、かつ車内温度上限値Ｔｍａｘ（ｔ）［℃］以下の範囲に収まっている状況において、たとえば、力行／回生電力Ｐ（ｔ）［ｋＷ］が力行を示す正の値を示す場合には、空調出力計画部４８は、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を、Ｑｓ（ｔ）×ｈ１（Ｐ（ｔ））と補正する。ｈ１は、前述の図４において破線で示されるように、０を下限とした単調減少を示す関数とする。
【０１６３】
また、たとえば、時刻ｔにおける力行／回生電力Ｐ（ｔ）［ｋＷ］が回生を示す負の値を示す場合には、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を、Ｑｓ（ｔ）×ｈ２（Ｐ（ｔ））と補正する。ｈ２は、前述の図４において実線で示されるように、単調減少を示す関数とする。
【０１６４】
ここで、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］が空調機６の最大出力Ｑｓｍａｘ［Ｗ］を超える場合、時刻ｔにおける空調機６への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を最大、すなわち空調機６の最大出力Ｑｓｍａｘとする。
【０１６５】
さらに、空調出力計画部４８は、時刻ｔ以降の時刻ｔａにおける力行／回生電力Ｐ（ｔａ）［ｋＷ］（ただしｔａ＞ｔとする）に基づいて、空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を補正する。本実施の形態では、空調出力計画部４８は、時刻ｔ以降で力行が予測される場合には、空調機モデル４９の出力を強めるように出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を補正する処理を行い、時刻ｔ以降で回生が予測される場合には、空調機モデル４９の出力を弱めるように出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を補正する処理を行う。
【０１６６】
空調出力計画部４８は、たとえば、列車が力行／回生電力を発生しない惰行時および停止時において、前述の力行／回生電力Ｐ（ｔ）［ｋＷ］に基づいた空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ［Ｗ］の補正をほとんど行わないが、時刻ｔ以降で力行あるいは回生が予測される場合には、以下の処理を行う。
【０１６７】
空調出力計画部４８は、時刻ｔ以降の時刻ｔａにおける力行／回生電力Ｐ（ｔａ）［ｋＷ］がしばらく、たとえば時刻ｔの直後から６０秒後までのうち３０秒間以上力行を示す正の値を示す場合、空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を、ｈ３（ΣＰ（ｔａ））×Ｑｓ（ｔ）と補正する。ｈ３は、前述の図５において破線で示されるように、１を下限とした単調増加を示す関数とする。
【０１６８】
また、たとえば、時刻ｔ以降の時刻ｔａにおける力行／回生電力Ｐ（ｔａ）［ｋＷ］がしばらく、たとえば時刻ｔの直後から６０秒後までのうち３０秒間以上回生を示す負の値を示す場合、空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を、ｈ４（ΣＰ（ｔａ））×Ｑｓ（ｔ）と補正する。ｈ４は、前述の図５において実線で示されるように、１を上限とした単調増加を示す関数とする。
【０１６９】
ここで、空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］が、空調機６の最大出力Ｑｓｍａｘ［Ｗ］を超える場合、空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を最大、すなわち空調機６の最大出力Ｑｓｍａｘ［Ｗ］とする。
【０１７０】
ステップｓ３９では、掛け算による時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］の補正について述べたが、補正の仕方は、これに限定されない。たとえば、力行時には、０を下限として力行電力が大きくなるとともに、時刻ｔにおける空調機６への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］から減算する処理を行い、回生時は回生電力が大きくなるとともに、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］に加算する処理を行ってもよい。なお、車内温度Ｔｉｎ（ｔ）［℃］が、車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］以上、かつ車内温度上限値Ｔｍａｘ［℃］以下の範囲に収まっていなければ、ステップｓ３９では空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］の補正を行わない。
【０１７１】
ステップｓ３９の処理によって、時刻ｔ以降しばらく力行が続く場合、たとえば上り坂が続く場合は、惰行時および停車時に事前に冷やしておくことによって、力行時の電力ピーク時の節電が可能となる。また、時刻ｔ以降しばらく回生が続く場合、たとえば下り坂が続く場合は、惰行時および停車時でも無理に冷やさないようにすることによって、回生時に回生電力をより多く回収し、省エネルギー化を図ることが可能となる。
【０１７２】
ステップｓ４０において、空調出力計画部４８は、時刻ｔ以降の時刻ｔａにおける乗車率θ（ｔａ）に基づいて、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を補正する。たとえば、車内温度Ｔｉｎ（ｔ）［℃］が予め定める許容範囲、具体的には車内温度下限値Ｔｍｉｎ（ｔ）［℃］以上、かつ車内温度上限値Ｔｍａｘ（ｔ）［℃］以下の範囲に収まっている状況では、空調出力計画部４８は、時刻ｔにおける車両１００の位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））に基づいて、次駅に到着して乗客の乗降が完了するまでの乗降完了時間ｔｒ［ｓ］を算出し、乗降完了時間ｔｒ［ｓ］が、予め定める設定値ｔｒｍａｘ［ｓ］、たとえば６０秒よりも小さい場合に、以下の処理を行う。
【０１７３】
ここでは、ｔａ＝ｔ＋ｔｒとし、時刻ｔａにおける乗車率θ（ｔａ）が時刻ｔにおける乗車率θ（ｔ）よりも小さい場合は、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を、以下に示す式（１７）によって求め、空調機モデル４９の出力を弱める。式（１７）において、θｍａｘは、車両１００の乗車率の最大値を表す。
Ｑｓ（ｔ）＝Ｑｓ（ｔ）×｛１−（θ（ｔ）−θ（ｔａ））／θｍａｘ｝                                                    …（１７）
【０１７４】
また、時刻ｔａにおける乗車率θ（ｔａ）が時刻ｔにおける乗車率θ（ｔ）よりも大きい場合は、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を、以下に示す式（１８）によって求め、空調機モデル４９の出力を強める。
Ｑｓ（ｔ）＝Ｑｓ（ｔ）×｛１＋（θ（ｔａ）−θ（ｔ））／θｍａｘ｝                                                    …（１８）
【０１７５】
ステップｓ３１において、前述のように、時刻ｔａにおける乗車率θ（ｔａ）に基づいて、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を補正することによって、次駅到着時の車内の快適性を向上させることが可能となる。
【０１７６】
ステップｓ４１において、空調制御部５０は、空調機モデル４９を制御する。空調制御部５０は、たとえば、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］と、ステップｓ３６で決定した運転モードとに基づいて、空調機モデル４９を制御し、結果として、時刻ｔにおける空調による消費電力Ｐｏｕｔ（ｔ）［ｋＷ］と空調負荷Ｑｏｕｔ（ｔ）［Ｗ］とを出力する。
【０１７７】
ステップｓ４２において、空調制御部５０は、時刻ｔが、予め設定した終了時刻ｔｍａｘ［ｓ］を経過しているか否かを判断する。空調制御部５０が、時刻ｔが、設定した終了時刻ｔｍａｘ［ｓ］を経過している（ｔ≧ｔｍａｘ）と判断した場合は、全ての処理手順を終了し、時刻ｔが設定した終了時刻ｔｍａｘ［ｓ］を経過していない（ｔ＜ｔｍａｘ）と判断した場合は、ステップｓ４３に移行する。
【０１７８】
ステップｓ４３において、空調出力計画部４８は、時刻ｔをｔ＋１（ｔ＝ｔ＋１）とする。ステップｓ４３の処理が終了した後は、ステップｓ３３に戻る。
【０１７９】
以上の図１０に示すフローチャートの各処理を行うことによって、たとえば図１１に示すグラフが得られる。図１１は、本発明の第３の実施の形態である空調制御装置１Ｂにおける空調出力計画部４８の計画結果を示すグラフである。図１１（ａ）のグラフの縦軸は、時刻ｔにおける車両１００の速度ｖ（ｔ）［ｋｍ／ｈ］を示す。図１１（ｂ）のグラフの縦軸は、時刻ｔにおける乗車率θ（ｔ）を示す。図１１（ｃ）のグラフの縦軸は、時刻ｔにおける空調負荷Ｑｏｕｔ（ｔ）［Ｗ］を示す。図１１（ｄ）のグラフの縦軸は、時刻ｔにおける力行／回生電力Ｐ（ｔ）［ｋＷ］、および力行／回生電力Ｐ（ｔ）［ｋＷ］と空調による消費電力Ｐｏｕｔ（ｔ）［ｋＷ］とを足し合わせた消費電力Ｐｔｏｔａｌ（ｔ）［ｋＷ］を示す。図１１（ｅ）のグラフの縦軸は、時刻ｔにおける車内温度Ｔｉｎ（ｔ）［℃］を示す。図１１（ａ）〜図１１（ｅ）のグラフの横軸は、時刻ｔを示す。
【０１８０】
時刻ｔが０≦ｔ＜ｔ１を満たす区間では、車内温度Ｔｉｎ［℃］は、車内温度設定値Ｔｓｅｔ［℃］付近にあるが、駅Ａでの停車時間Ｔ１（ｔ２〜ｔ３）における開扉と乗車率θ（ｔ）の上昇とによる車内温度Ｔｉｎ［℃］の上昇に備え、駅Ａでの乗客の乗降が完了するまでの乗降完了時間ｔｒ［ｓ］が設定値ｔｒｍａｘ［ｓ］よりも小さくなった時点で、快適性を考慮して、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を上げる。
【０１８１】
時刻ｔがｔ１≦ｔ＜ｔ２を満たす区間では、車両１００の減速による回生電力が発生しており、回生電力を多く回収するために、省エネルギー化を考慮して、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を上げる。
【０１８２】
時刻ｔがｔ２≦ｔ＜ｔ３を満たす区間では、駅Ａへの到着とともに車両１００の減速が終わり、回生電力の発生が止まるので、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を一旦下げる。駅Ａに停車しているときも、時刻ｔ２ａにおいて扉が開いて乗客の乗降が完了するまで、車内温度Ｔｉｎ［℃］が車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］を下回らないように、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を調整する。乗客の乗降が完了した後は、快適性を考慮して、車内温度Ｔｉｎ［℃］が車内温度設定値Ｔｓｅｔ［℃］に近づくように、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を調整する。
【０１８３】
時刻ｔがｔ３≦ｔ＜ｔ４を満たす区間では、車両１００の加速によって力行電力が大きく発生しており、節電を考慮して消費電力Ｐｔｏｔａｌ（ｔ）［ｋＷ］を抑えるために、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を下げる。
【０１８４】
時刻ｔがｔ４≦ｔ＜ｔ５を満たす区間では、快適性を考慮して、車内温度Ｔｉｎ［℃］を車内温度設定値Ｔｓｅｔ［℃］に近づけるために、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を上げる。
【０１８５】
時刻ｔがｔ５≦ｔ＜ｔ６を満たす区間では、車両１００の減速による回生電力が発生しており、回生電力を多く回収するために、省エネルギー化を考慮して、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を上げる。
【０１８６】
時刻ｔがｔ６≦ｔ＜ｔ７を満たす区間では、車内温度Ｔｉｎ［℃］が車内温度設定値Ｔｓｅｔ［℃］付近にあり、駅Ｂでの停車時間Ｔ２（ｔ８〜ｔ９）における開扉による車内温度Ｔｉｎ［℃］の上昇と、乗車率θの減少による車内温度Ｔｉｎ［℃］の下降とに備え、駅Ｂでの乗客の乗降が完了するまでの乗降完了時間ｔｒ［ｓ］が設定値ｔｒｍａｘ［ｓ］よりも小さくなった時点で、快適性を考慮して、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を調整する。ここでは、車内温度Ｔｉｎ［℃］の上昇と下降とが相殺し、元の空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を維持する結果となっている。
【０１８７】
時刻ｔ７≦ｔ＜ｔ８を満たす区間では、車両１００の減速による回生電力が発生しており、回生電力を多く回収するために、省エネルギーを考慮して、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を上げる。
【０１８８】
時刻ｔがｔ８≦ｔ＜ｔ９を満たす区間では、駅Ｂへの到着とともに車両１００の減速が終わり、回生電力の発生が止まるので、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を一旦下げる。駅Ｂに停車しているときも、時刻ｔ８ａにおいて扉が開いて乗客の乗降が完了するまで、車内温度Ｔｉｎ［℃］が車内温度下限値Ｔｍｉｎ［℃］を下回らないように、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を調整する。乗客の乗降が完了した後は、快適性を考慮して、車内温度Ｔｉｎ［℃］が車内温度設定値Ｔｓｅｔ［℃］に近づくように、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を調整する。
【０１８９】
時刻ｔがｔ９≦ｔ＜ｔ１０を満たす区間では、車両１００の加速によって力行電力が大きく発生しており、節電を考慮して消費電力Ｐｔｏｔａｌ（ｔ）［ｋＷ］を抑えるために、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を下げ、０にする。
【０１９０】
時刻ｔがｔ≧ｔ１０を満たす区間では、快適性を考慮して、車内温度Ｔｉｎ［℃］が車内温度設定値Ｔｓｅｔ［℃］に近づけるために、空調負荷Ｑｏｕｔ［Ｗ］を上げる。
【０１９１】
図１１の説明では、時刻ｔ以降の時刻ｔａにおける力行／回生電力Ｐ（ｔａ）［ｋｗ］による空調出力補正の説明を省略したが、時刻ｔにおける力行／回生電力による空調出力補正、および予測時点以降の乗車率による空調出力補正と同様にして行う。
【０１９２】
また、一旦計画した結果である図１１のグラフから、車内の快適性および消費電力を考慮して、空調出力に補正を加えて再計画してもよい。さらに、本実施の形態では、逐次的に計画を立案する例を示したが、複数時刻を一度に計画してもよい。
【０１９３】
以上のように本実施の形態によれば、空調出力計画部４８は、ステップｓ３８〜ステップｓ４０において、時刻ｔにおける車内の熱負荷Ｑ（ｔ）［Ｗ］、力行／回生電力Ｐ（ｔ）［ｋＷ］、車両１００の位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））、設定温度すなわち車内温度下限値Ｔｍｉｎ（ｔ）［℃］、車内温度上限値Ｔｍａｘ（ｔ）［℃］、時刻ｔ以降の時刻ｔａにおける乗車率θ（ｔａ）および力行／回生電力Ｐ（ｔａ）［ｋＷ］などに基づいて、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を決定する。これによって、車内の快適性だけでなく、省エネルギーおよび節電を考慮して、空調機６の運転計画を立てることが可能となる。したがって、省エネルギー、節電および車内の快適性の総合的な観点から、適切な空調制御が可能な空調制御装置１Ａを実現することができる。
【０１９４】
本実施の形態では、車外環境予測部４３は、車外環境として、車外温度Ｔｏｕｔおよび車外湿度Ｈｏｕｔの両方を検出または予測し、これらに基づいて、車内の熱負荷Ｑを計算または予測するが、車外環境としては、車外温度Ｔｏｕｔのみを用いてもよい。車外温度Ｔｏｕｔのみを用いる場合でも、車外温度Ｔｏｕｔおよび車外湿度Ｈｏｕｔの両方を用いる本実施の形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【０１９５】
＜第４の実施の形態＞
図１２は、本発明の第４の実施の形態である空調制御装置１Ｃの構成を示すブロック図である。本実施の形態の空調制御装置１Ｃは、前述の図９に示す本発明の第３の実施の形態の空調制御装置１Ｂに、き電電圧予測部４７をさらに備えて構成される。本実施の形態の空調制御装置１Ｃは、第１〜第３の実施の形態の空調制御装置１，１Ａ，１Ｂと同様に、車両用空調制御装置であり、たとえば前述の図１に示す車両１００において、第１の実施の形態の空調制御装置１に代えて用いられる。すなわち、空調制御装置１Ｃは、車両１００に備えられ、車両１００内の空調機６を制御する。
【０１９６】
ここでは、第４の実施の形態である空調制御装置１Ｃの構成と、第３の実施の形態である空調制御装置１Ｂの構成との差分について記述する。第４の実施の形態における空調制御装置１Ｃの構成のうち、第３の実施の形態における空調制御装置１Ｂと同一の構成については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０１９７】
き電電圧予測部４７は、前述の第２の実施の形態におけるき電電圧検出部２８を、き電電圧を予測するき電電圧予測部としての機能を有するように構成したものに相当する。すなわち、き電電圧予測部４７は、き電電圧を検出するき電電圧検出機能と、き電電圧を予測するき電電圧予測機能とを有する。き電電圧予測部４７は、たとえば、き電電圧センサを備える。
【０１９８】
き電電圧予測部４７は、き電電圧センサによって、車両が走行する地点の時刻ｔ＝０におけるき電電圧Ｖｏ（ｔ）、すなわち、き電電圧Ｖｏ（０）を検出する。き電電圧予測部４７は、車両１００の走行計画から、時刻ｔにおいて車両１００が走行する地点のき電電圧Ｖｏ（ｔ）を予測する。き電電圧予測部４７は、予測した時刻ｔにおけるき電電圧Ｖｏ（ｔ）を空調出力計画部４８に与える。
【０１９９】
空調出力計画部４８は、たとえば、き電電圧予測部４７から与えられる時刻ｔにおけるき電電圧Ｖｏ（ｔ）と、車両状態予測部４４から与えられる時刻ｔ以降における乗車率θ（ｔａ）（ｔａ＞ｔ）と、車両１００の位置（ｘ（ｔ），ｙ（ｔ），ｚ（ｔ））および時刻ｔにおける力行／回生電力Ｐ（ｔ）と、熱負荷予測部４５から与えられる時刻ｔにおける車内の熱負荷Ｑ（ｔ）および空調機モデル４９の運転モードＯＭと、力行／回生電力予測部４６から与えられる時刻ｔ以降における力行／回生電力Ｐ（ｔａ）（ｔａ＞ｔ）と、目標環境状況設定部４１から与えられる時刻ｔにおける車内温度下限値Ｔｍｉｎ（ｔ）および車内温度上限値Ｔｍａｘ（ｔ）に基づいて、時刻ｔにおける空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）を計画する。空調出力計画部４８は、計画した空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）を空調制御部５０に与える。
【０２００】
図１３は、本発明の第４の実施の形態である空調制御装置１Ｃの空調制御処理の処理手順を示すフローチャートである。本実施の形態では、空調制御処理における空調制御装置１Ｃの動作の一例として、車両１００を冷房または除湿する場合の空調制御装置１Ｃの動作について説明する。図１３に示すフローチャートの各処理は、空調制御装置１Ｃを構成する各部によって実行される。図１３に示すフローチャートの処理は、空調制御装置１Ｃに電力が供給されると開始され、ステップｓ３１に移行する。
【０２０１】
ここでは第４の実施の形態である空調制御装置１Ｃの空調制御処理と、第３の実施の形態である空調制御装置１Ａの空調制御処理との差分について記述する。
【０２０２】
ステップｓ５１において、き電電圧予測部４７は、ｔ＝０であれば、き電電圧を検出する。具体的には、き電電圧予測部４７は、き電電圧センサによって、車両１００が走行する地点の現在のき電電圧Ｖｏ（０）［Ｖ］を検出する。また、き電電圧予測部４７は、ｔ＞０であれば、たとえば車両１００の走行計画から、時刻ｔにおいて車両１００が走行する地点のき電電圧Ｖｏ（ｔ）［Ｖ］を予測する。
【０２０３】
ステップｓ５２において、空調出力計画部４８は、時刻ｔにおけるき電電圧Ｖｏ（ｔ）［Ｖ］に基づいて、時刻ｔにおける空調機６空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を補正する。
【０２０４】
車内温度Ｔｉｎ（ｔ）［℃］が予め定める許容範囲、具体的には車内温度下限値Ｔｍｉｎ（ｔ）［℃］以上、かつ車内温度上限値Ｔｍａｘ（ｔ）［℃］以下の範囲に収まっている状況において、前述の図８に示すように、たとえば、き電電圧Ｖｏ（ｔ）［Ｖ］が、き電電圧下限値Ｖｏｍｉｎ［Ｖ］よりも小さい場合は、空調出力計画部４８は、時刻ｔにおける空調機６空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を０とし、空調機６空調機モデル４９の出力をオフにする。
【０２０５】
また、き電電圧Ｖｏ（ｔ）［Ｖ］が、き電電圧下限値Ｖｏｍｉｎ［Ｖ］と、き電電圧の下の基準値Ｖｏｓｅｔ１［Ｖ］との間にある場合は、空調出力計画部４８は、時刻ｔにおける空調機６空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を、以下に示す式（１９）によって求めて、空調機６空調機モデル４９の出力を弱める。
Ｑｓ（ｔ）＝Ｑｓ（ｔ）×（Ｖｏ（ｔ）−Ｖｏｍｉｎ）
／（Ｖｏｓｅｔ１−Ｖｏｍｉｎ）      …（１９）
【０２０６】
また、き電電圧Ｖｏ（ｔ）［Ｖ］が、き電電圧の上の基準値Ｖｏｓｅｔ２［Ｖ］と、き電電圧上限値Ｖｏｍａｘ［Ｖ］との間にある場合は、空調出力計画部４８は、時刻ｔにおける空調機６空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を、以下に示す式（２０）によって求めて、空調機６空調機モデル４９の出力を強める。
Ｑｓ（ｔ）＝Ｑｓ（ｔ）＋｛（Ｑｓｍａｘ−Ｑｓ（ｔ））
×（Ｖｏ（ｔ）−Ｖｏｓｅｔ２）／（Ｖｏｍａｘ−Ｖｏｓｅｔ２）｝
…（２０）
【０２０７】
また、き電電圧Ｖｏ（ｔ）［Ｖ］が、き電電圧上限値Ｖｏｍａｘ［Ｖ］よりも大きい場合は、時刻ｔにおける空調機６空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｖ］を最大、すなわち空調機６の最大出力Ｑｓｍａｘ［Ｖ］とし、空調機６空調機モデル４９の出力を最大にする。
【０２０８】
また、き電電圧Ｖｏ［Ｖ］が、き電電圧の下側の基準値Ｖｏｓｅｔ１［Ｖ］以上、き電電圧の上側の基準値Ｖｏｓｅｔ２［Ｖ］以下の範囲にある場合、空調出力計画部４８は、時刻ｔにおける空調機６空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を、前述の図８に示す出力指令値Ｑｓの基準値Ｑｓ＿ｓｅｔとする。
【０２０９】
ステップｓ５２において、前述のように、き電電圧Ｖｏ［Ｖ］に基づいて時刻ｔにおける空調機６空調機モデル４９への出力指令値Ｑｓ（ｔ）［Ｗ］を補正することによって、き電電圧が基準値Ｖｏｓｅｔ１，Ｖｏｓｅｔ２から逸脱することを抑えることができる。
【０２１０】
以上のように本実施の形態によれば、空調機６への出力指令値は、力行／回生電力、予測時点以降の力行／回生電力、および予測時点以降の乗車率に加えて、き電電圧に基づいて補正される。これによって、き電電圧が基準値から逸脱することを抑えつつ、車内の快適性、省エネルギーおよび節電を考慮して、空調機６の運転制御を行うことが可能となる。したがって、省エネルギー、節電および車内の快適性の総合的な観点から、より適切な空調制御が可能な空調制御装置１Ｃを実現することができる。
【０２１１】
＜第５の実施の形態＞
前述の第１〜第４の実施の形態では、自装置が搭載された車両（以下「自車両」という場合がある）１００の快適性、省エネルギーおよび節電を考慮した空調制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃについて述べた。本発明の第５の実施の形態では、自車両１００を含む列車の周辺の他の列車と連携して、複数の列車を含む列車システム全体として、更なる快適性、省エネルギー化および節電を実現可能な空調制御装置について述べる。
【０２１２】
図１４は、本発明の第５の実施の形態における空調制御装置１と車両統合管理システム２とを備える車両１００を含む複数の列車６１が存在する列車システム６０の構成を示すブロック図である。図１４では、列車システム６０を構成する複数の列車６１間の連携を示している。図１４では、複数の列車６１として、３本の列車を示す。以下の説明では、３本の列車を区別せずに示す場合には、参照符号「６１」で示し、３本の列車を区別して示す場合には、参照符号「６１」に添え字「ａ」、「ｂ」、「ｃ」を付して示す。
【０２１３】
各列車６１は、複数の車両１００で構成される。各列車６１を構成する車両１００の構成は、前述の本発明の第１〜第４の実施の形態における車両１００の構成と同様である。したがって、第１〜第４の実施の形態における車両１００と同一の構成については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。図１４では、第１の車両６１ａの先頭の車両１００以外の車両１００については、具体的な構成の記載を省略する。
【０２１４】
本実施の形態では、列車システム６０は、車両１００の上位システムとして、集中管理システム１０を備える。
【０２１５】
本実施の形態における車両統合管理システム２は、集中管理システム１０を介して、他の列車６１の車両１００に備わる車両統合管理システム２との連携を可能とする通信装置を備える。車両統合管理システム２の通信装置は、たとえば無線端末装置または携帯電話端末装置などによって構成することができる。
【０２１６】
集中管理システム１０は、たとえば駅などに設置される。集中管理システム１０は、ＣＰＵなどの演算装置と、ＤＲＡＭおよびハードディスク装置などの記憶装置と、マウスおよびキーボードなどの入力装置と、ディスプレイなどの出力装置と、ネットワークインターフェースなどの通信装置とを備えるコンピュータによって構成することができる。
【０２１７】
車両統合管理システム２は、自車両１００の消費電力に関する情報を、通信網９を介して、集中管理システム１０に送信する。また車両統合管理システム２は、通信網９を介して集中管理システム１０から送信される、他の列車６１の車両１００の消費電力に基づいて決定した制御に関する情報を受信する。これによって、他の列車６１の車両１００との連携が可能になる。
【０２１８】
集中管理システム１０は、各列車６１の車両１００の消費電力に関する情報（以下「消費電力情報」という場合がある）を集める。集中管理システム１０は、集めた消費電力情報に基づいて、回生失効が生じるおそれのある列車６１があると判断した場合、その列車６１の周辺に存在する列車６１の車両１００の空調機６の出力の上げ幅に余裕があるときは、省エネルギー化を考慮して、空調機６への出力指令値を上げる。
【０２１９】
また集中管理システム１０は、周辺で力行中の列車６１があり、節電要求がある場合、その列車６１の周辺に存在する他の列車６１の車両１００の空調機６の出力の下げ幅に余裕があるときは、節電を考慮して、空調機６への出力指令値を下げる。空調機６の出力の上げ幅および下げ幅は、車内温度と車内温度の下限値との差、および車内温度と車内温度の上限値との差によって決定される。
【０２２０】
たとえば、第１の列車６１ａが力行中であり、節電要求がある場合、集中管理システム１０は、第１の列車６１ａの周辺に存在する他の列車６１、すなわち第２の列車６１ｂおよび第３の列車６１ｃの車両１００の空調機６の出力の下げ幅に余裕があるときは、第２の列車６１ｂおよび第３の列車６１ｃの車両１００の空調機６への出力指令値を下げる。
【０２２１】
集中管理システム１０は、き電電圧を検出または予測するき電電圧予測部を備える場合には、き電電圧が、き電電圧下限値を下回るおそれがあるときに、空調機６への出力指令値を下げ、き電電圧が、き電電圧上限値を超えるおそれがあるときに、空調機６への出力指令値を上げるように構成されてもよい。これによって、き電電圧を安定させることができる。
【０２２２】
以上に述べた本実施の形態によれば、自車両１００単体での車内の快適性、省エネルギー化および節電だけでなく、自車両１００を含む列車６１の周辺の他の列車６１と連携することによって、周辺の列車６１を含む列車システム６０全体として、より省エネルギー化および節電が可能となる、空調機６の運転制御または運転計画を実現することができる。
【０２２３】
本実施の形態では、各車両１００は、前述の図１および図２に示す第１の実施の形態の空調制御装置１を備えるが、これに限定されず、前述の図６に示す第２の実施の形態の空調制御装置１Ａ、前述の図９に示す第３の実施の形態の空調制御装置１Ｂ、または前述の図１２に示す第４の実施の形態の空調制御装置１Ｃを備えてもよい。第２の実施の形態の空調制御装置１Ａ、第３の実施の形態の空調制御装置１Ｂ、または第４の実施の形態の空調制御装置１Ｃを備える場合でも、第１の実施の形態の空調制御装置１を備える場合と同様の効果を得ることができる。
【０２２４】
＜第６の実施の形態＞
前述の第１〜第５の実施の形態では、車両１００の快適性、省エネルギー化および節電を考慮した空調制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃについて述べた。本発明の第６の実施の形態では、車両１００に蓄電池１１を搭載して、更なる快適性、省エネルギー化および節電を実現可能な構成について述べる。
【０２２５】
図１５は、本発明の第６の実施の形態における空調制御装置１と蓄電池１１とを備える車両１１０の構成を示すブロック図である。本実施の形態における車両１１０は、前述の第１〜第５の実施の形態における車両１００の構成に、蓄電池１１をさらに備えて構成される。本実施の形態における車両１１０は、第１〜第５の実施の形態における車両１００と構成が類似しているので、第１〜第５の実施の形態と同一の構成については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０２２６】
蓄電池１１は、車両１１０の消費電力に基づいて、車両統合管理システム２からの出力指令によって、充電および放電が可能である。
【０２２７】
車両統合管理システム２は、回生時、空調機６の出力の上げ幅に余裕があるときは、回生電力を消費するように、空調制御装置１で用いられる空調機６への出力指令値Ｑｓを上げる。また車両統合管理システム２は、回生失効が生じるおそれがある場合、蓄電池１１に充電の余裕、すなわち充電可能な空き容量があるときには、回生電力を蓄電池１１に充電する。
【０２２８】
また車両統合管理システム２は、力行時、空調機６の出力の下げ幅に余裕があるときは、消費電力を抑えるように、空調制御装置１で用いられる空調機６への出力指令値Ｑｓを下げる。また車両統合管理システム２は、節電要求などで消費電力が逼迫している場合、蓄電池１１に放電の余裕、すなわち放電可能な電力があるときは、蓄電池１１から放電して消費電力を抑制する。
【０２２９】
以上のように本実施の形態によれば、車両１１０は、蓄電池１１を備える。これによって、空調制御装置１は、蓄電池１１と連携して、空調機６の運転制御を行うことができる。したがって、空調制御装置１は、より省エネルギー化および節電が可能となる、空調機６の運転制御を行うことが可能である。
【０２３０】
本実施の形態では、車両１１０は、前述の図１および図２に示す第１の実施の形態の空調制御装置１を備えるが、これに限定されず、前述の図６に示す第２の実施の形態の空調制御装置１Ａ、前述の図９に示す第３の実施の形態の空調制御装置１Ｂ，あるいは前述の図１２に示す第４の実施の形態の空調制御装置１Ｃを備えてもよい。第２の実施の形態の空調制御装置１Ａ、第３の実施の形態の空調制御装置１Ｂ、あるいは第４の実施の形態の空調制御装置１Ｃを備える場合でも、第１の実施の形態の空調制御装置１を備える場合と同様の効果を得ることができる。すなわち、空調制御装置１Ａおよび１Ｃは、蓄電池１１と連携して、空調機モデル４９の運転制御または運転計画を行うことができる。したがって、空調制御装置１Ａおよび１Ｃは、より省エネルギー化および節電が可能となる、空調機モデル４９の運転制御または運転計画を行うことが可能である。
【０２３１】
＜第７の実施の形態＞
前述の第１〜第５の実施の形態では、車両１００の快適性、省エネルギー化および節電を考慮した空調制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃについて述べた。本発明の第７の実施の形態では、車両１００に蓄熱装置１２を搭載して、更なる快適性、省エネルギー化および節電を実現可能な構成について述べる。
【０２３２】
図１６は、本発明の第７の実施の形態における空調制御装置１と蓄熱装置１２とを備える車両１２０の構成を示すブロック図である。本実施の形態における車両１２０は、前述の第１〜第５の実施の形態における車両１００の構成に、蓄熱装置１２をさらに備えて構成される。本実施の形態における車両１２０は、第１〜第５の実施の形態における車両１００と構成が類似しているので、第１〜第５の実施の形態と同一の構成については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０２３３】
蓄熱装置１２は、車両１２０の消費電力に基づいて、車両統合管理システム２からの出力指令によって、蓄熱および放熱が可能である。本実施の形態では、空調機６が冷房モードで運転している場合に、冷気を貯めることを「蓄熱」といい、冷気を放出することを「放熱」ということにする。
【０２３４】
また、蓄熱装置１２を新たに設置する以外に、たとえば、空調機６の冷媒管を長くして冷媒の量を増やし、冷媒での蓄熱容量を大きくすることができれば、空調機６の一部を蓄熱装置１２とすることも可能である。この場合、空調機６の室外機の運転を強めて、室内機の運転を弱めることによって、蓄熱装置１２に蓄熱することが可能である。また、空調機６の室外機の運転を弱めて、室内機の運転を強めることによって、蓄熱装置１２から放熱することが可能である。
【０２３５】
車両統合管理システム２は、回生時、空調機６の出力の上げ幅に余裕があるときは、車内温度下限値を下回らない範囲で回生電力を消費するように、空調制御装置１で用いられる空調機６への出力指令値Ｑｓを上げる。
【０２３６】
また車両統合管理システム２は、回生失効が生じるおそれがある場合、蓄熱装置１２に蓄熱の余裕、すなわち蓄熱可能な空き容量があるときには、空調制御装置１で用いられる空調機６への出力指令値Ｑｓを上げて、蓄熱装置１２に蓄熱する。または、空調機６の室外機の運転を強めて、室内機の運転を弱めることによって、蓄熱装置１２に蓄熱することが可能である。
【０２３７】
また車両統合管理システム２は、力行時、空調機６の出力の下げ幅に余裕があるときは、車内温度上限値を超えない範囲で消費電力を抑えるように、空調制御装置１で用いられる空調機６への出力指令値Ｑｓを下げる。また車両統合管理システム２は、節電要求などで消費電力が逼迫している場合、蓄熱装置１２に放熱の余裕、すなわち放熱可能な熱量があるときは、蓄熱装置１２から放熱して消費電力を抑制する。または、空調機６の室外機の運転を弱めて、室内機の運転を強めることによって、蓄熱装置１２から放熱することが可能である。
【０２３８】
以上のように本実施の形態によれば、車両１２０は、蓄熱装置１２を備える。これによって、空調制御装置１は、蓄熱装置１２と連携して、空調機６の運転制御を行うことができる。したがって、空調制御装置１は、より省エネルギー化および節電が可能となる、空調機６の運転制御を行うことが可能である。
【０２３９】
本実施の形態では、車両１２０は、前述の図１および図２に示す第１の実施の形態の空調制御装置１を備えるが、これに限定されず、前述の図６に示す第２の実施の形態の空調制御装置１Ａ、前述の図９に示す第３の実施の形態の空調制御装置１Ｂ、または前述の図１２に示す第４の実施の形態の空調制御装置１Ｃを備えてもよい。
【０２４０】
車両１２０が、第１の実施の形態の空調制御装置１に代えて、第２の実施の形態の空調制御装置１Ａ、第３の実施の形態の空調制御装置１Ｂ、または第４の実施の形態の空調制御装置１Ｃを備える場合でも、第１の実施の形態の空調制御装置１を備える場合と同様の効果を得ることができる。
【０２４１】
具体的には、空調制御装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、蓄熱装置１２と連携して、空調機モデル４９の運転制御または運転計画を行うことができる。したがって、空調制御装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、より省エネルギー化および節電が可能となる、空調機モデル４９の運転制御または運転計画を行うことが可能である。
【０２４２】
また本実施の形態における車両１２０は、蓄熱装置１２に加えて、前述の図１５に示す第６の実施の形態における車両１１０と同様に、蓄電池１１を備えてもよい。蓄電池１１を備えることによって、第６の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２４３】
＜第８の実施の形態＞
前述の図１４に示す第５の実施の形態における列車システム６０では、駅到着時の開扉による車内温度の上昇を考慮して、事前に空調機６の出力指令値Ｑｓを上げている。この場合、開扉による車内温度の上昇、すなわち熱負荷の予測が難しい。そこで、本発明の第８の実施の形態では、前列車の情報または過去の実績に基づいて、熱負荷予測を補正する空調制御装置について述べる。ここで、「前列車」とは、自車両１００の進行方向において、自車両１００が属する列車よりも前を走行する列車のことである。
【０２４４】
本実施の形態における列車システムは、図１４に示す第５の実施の形態における列車システム６０と同様の構成であるので、第５の実施の形態と同一の構成については同一の参照符号を付して、図示および共通する説明を省略する。本実施の形態において、各列車６１の車両１００に備わる車両統合管理システム２は、通信網９を介して集中管理システム１０と通信することができる。
【０２４５】
自車両１００の進行方向において、自車両１００が属する列車よりも前を走行する前列車の車両１００の車内温度Ｔｉｎが車内温度下限値Ｔｍｉｎを下回る場合、および車内温度上限値Ｔｍａｘを超える場合、前列車の車両１００は、前列車の車両１００の熱負荷予測がうまくいかなかったとして、その旨の情報を、車両統合管理システム２から集中管理システム１０に送信する。
【０２４６】
集中管理システム１０は、前列車の後ろを走る列車である次列車の車両１００の車両統合管理システム２に、前列車の車内温度Ｔｉｎが車内温度下限値Ｔｍｉｎを下回ったか、または車内温度上限値Ｔｍａｘを超えたか、いずれかの情報を送信する。
【０２４７】
次列車は、集中管理システム１０から受信した情報に基づいて、前列車の車両１００の車内温度Ｔｉｎが車内温度下限値を下回ったと判断した場合、前列車の車両１００の熱負荷Ｑを過大評価したと判断し、自列車である次列車の車両１００の熱負荷Ｑを下げる。熱負荷Ｑの下げ幅は、前列車の車両１００の熱負荷がどれだけ過大評価されたかに基づいて決定される。
【０２４８】
次列車は、前列車の車両１００の車内温度Ｔｉｎが車内温度上限値を上回ったと判断した場合、前列車の車両１００の熱負荷Ｑを過小評価したと判断し、自列車である次列車の車両１００の熱負荷Ｑを上げる。熱負荷Ｑの上げ幅は、前列車の車両１００の熱負荷がどれだけ過小評価されたかに基づいて決定される。
【０２４９】
以上のように本実施の形態によれば、次列車の車両１００の空調制御装置１は、前列車の車両１００での車内の快適性に基づいて、次列車の車両１００の車内の快適性を向上させることが可能となる。
【０２５０】
本実施の形態では、車両１００は、前述の図１および図２に示す第１の実施の形態の空調制御装置１を備えるが、これに限定されず、前述の図６に示す第２の実施の形態の空調制御装置１Ａ、前述の図９に示す第３の実施の形態の空調制御装置１Ｂ、または前述の図１２に示す第４の実施の形態の空調制御装置１Ｃを備えてもよい。車両１００が、第１の実施の形態の空調制御装置１に代えて、第２の実施の形態の空調制御装置１Ａ、第３の実施の形態の空調制御装置１Ｂ、または第４の実施の形態の空調制御装置１Ｃを備える場合でも、第１の実施の形態の空調制御装置１を備える場合と同様の効果を得ることができる。
【０２５１】
＜第９の実施の形態＞
本発明の第１〜第８の実施の形態では、減速時は回生ブレーキを使用することに着目していたが、実際には回生ブレーキだけで制動力が足りない場合は、車両１００，１１０，１２０は、空気ブレーキを使用して減速する。空気ブレーキを使用するには、空気溜め用のタンクに圧縮空気を溜めておく必要がある。
【０２５２】
この圧縮空気を駅間の走行中に生成するが、圧縮空気の生成中は、圧縮空気用のコンプレッサへの電力供給が増え、空調機６のコンプレッサへの電力供給が弱まる。そこで、本発明の第９の実施の形態では、空気ブレーキの使用を考慮した、空調制御装置について述べる。
【０２５３】
図１７は、本発明の第９の実施の形態における空調制御装置１とコンプレッサ１３とを備える車両１３０の構成を示すブロック図である。本実施の形態における車両１３０は、前述の第１〜第５の実施の形態における車両１００の構成に、空気ブレーキに使用する圧縮空気用のコンプレッサ１３をさらに備えて構成される。本実施の形態における車両１３０は、第１〜第５の実施の形態における車両１００と構成が類似しているので、第１〜第５の実施の形態と同一の構成については、同一の参照符号を付して、説明を省略する。
【０２５４】
本実施の形態における車両１３０は、車両統合管理システム２と、コンプレッサ１３とが連携し、情報の授受を行うことが可能となるように構成される。
【０２５５】
本実施の形態における車両１３０の車両統合管理システム２は、前述の第１〜第５の実施の形態における車両１００において、空気ブレーキ用の圧縮空気の圧力が許容範囲に収まっている状況では、以下のように動作する。車両統合管理システム２は、回生失効が生じそうな場合に、車両１３０での消費電力を増やすために、コンプレッサ１３によって積極的に空気ブレーキ用の圧縮空気を生成する。車両統合管理システム２は、力行時には、車両１３０での消費電力を減らすために、コンプレッサ１３による空気ブレーキ用の圧縮空気の生成を抑える。
【０２５６】
また、車両統合管理システム２は、自車両１３０の消費電力に関する情報を前述の図１４に示す集中管理システム１０と連携して、周辺の列車と情報をやり取りでき、空気ブレーキ用の圧縮空気の圧力が許容範囲に収まっている状況では、以下のように動作する。車両統合管理システム２は、周辺に回生失効が生じそうな列車がある場合には、省エネルギー化を考慮して、コンプレッサ１３によって、空気ブレーキ用の圧縮空気を生成する。また車両統合管理システム２は、周辺で力行中の列車があり、節電要求がある場合には、節電を考慮して、コンプレッサ１３による空気ブレーキ用の圧縮空気の生成を抑える。
【０２５７】
以上のように本実施の形態によれば、車内の熱負荷、力行／回生電力、次駅の乗車率、設定温度等に基づいて、空調機６の出力、およびコンプレッサ１３による空気ブレーキ用の圧縮空気の生成が決定される。これによって、空調制御装置１は、コンプレッサ１３で空気ブレーキ用の圧縮空気を生成する場合においても、車内の快適性だけでなく、省エネルギー化および節電を考慮した空調機６の運転制御を行うことが可能となる。
【０２５８】
本実施の形態では、車両１００は、前述の図１および図２に示す第１の実施の形態の空調制御装置１を備えるが、これに限定されず、前述の図６に示す第２の実施の形態の空調制御装置１Ａ、前述の図９に示す第３の実施の形態の空調制御装置１Ｂ、または前述の図１２に示す第４の実施の形態の空調制御装置１Ｃを備えてもよい。車両１３０が、第１の実施の形態の空調制御装置１に代えて、第２の実施の形態の空調制御装置１Ａ、第３の実施の形態の空調制御装置１Ｂ、または第４の実施の形態の空調制御装置１Ｃを備える場合でも、第１の実施の形態の空調制御装置１を備える場合と同様の効果を得ることができる。
【０２５９】
また、車両統合管理システム２は、き電電圧を検出または予測するき電電圧予測部を備える場合には、き電電圧が、き電電圧下限値を下回りそうなときに、コンプレッサ１３によって圧縮空気を生成し、き電電圧が、き電電圧上限値を超えそうなときに、コンプレッサ１３による圧縮空気の生成を抑えるように構成されてもよい。これによって、き電電圧を安定させることができる。
【０２６０】
また本実施の形態における車両１３０は、コンプレッサ１３に加えて、前述の図１５に示す第６の実施の形態における車両１１０と同様に、蓄電池１１を備えてもよい。蓄電池１１を備えることによって、第６の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２６１】
さらに、本実施の形態における車両１３０は、前述の図１６に示す第７の実施の形態における車両１２０と同様に、蓄熱装置１２を備えてもよい。蓄熱装置１２を備えることによって、第７の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０２６２】
＜第１０の実施の形態＞
本発明の第１０の実施の形態では、第１〜第９の実施の形態における走行計画データベース３２，５２に基づいて、自車両１００，１１０，１２０，１３０が属する列車の周囲に他列車がどれくらい存在するかを予測する他列車存在予測部を、前述の車両１００，１１０，１２０，１３０の車両統合管理システム２が備える。
【０２６３】
自車両１００，１１０，１２０，１３０が属する列車が力行時に、車両統合管理システム２の他列車存在予測部によって、周囲に回生中の列車が存在すると予測される場合には、力行によって回生電力を消費する可能性が下がる。したがって、空調制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの空調出力計算部２９は、自車両１００，１１０，１２０，１３０の空調機６の出力を弱めないように、空調機６への出力指令値を補正する。
【０２６４】
また、自車両１００，１１０，１２０，１３０が属する列車が回生時に、車両統合管理システム２の他列車存在予測部によって、周囲に力行中の列車が存在すると予測される場合には、回生失効の可能性が下がる。したがって、空調制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの空調出力計算部２９は、自車両１００，１１０，１２０，１３０の空調機６の出力を強めないように、空調機６への出力指令値を補正する。
【０２６５】
また、車両統合管理システム２の他列車存在予測部によって、周囲を走行する列車が比較的多数存在すると予測される場合には、空調制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの空調出力計算部２９は、以下のように動作する。
【０２６６】
自車両１００，１１０，１２０，１３０が属する列車が力行時には、周囲に回生中の列車が存在する可能性が高いので、空調制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの空調出力計算部２９は、自車両１００の空調機６の出力を弱めないように、空調機６への出力指令値を補正する。また、自車両１００が属する列車が回生時には、周囲に力行中の列車が存在する可能性が高いので、空調制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの空調出力計算部２９は、自車両１００の空調機６の出力を強めないように、空調機６への出力指令値を補正する。
【０２６７】
また、車両統合管理システム２の他列車存在予測部によって、周囲を走行する列車があまり存在しないと予測される場合には、空調制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの空調出力計算部２９は、以下のように動作する。
【０２６８】
第１〜第９の実施の形態で述べたように、自車両１００，１１０，１２０，１３０が属する列車が力行時には、空調制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの空調出力計算部２９は、自車両１００，１１０，１２０，１３０の空調機６の出力を弱めるように空調機６への出力指令値を補正する。自車両１００，１１０，１２０，１３０が属する列車が回生時には、空調制御装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの空調出力計算部２９は、自車両１００の空調機６の出力を強めるように空調機６への出力指令値を補正する。
【０２６９】
以上のように本実施の形態によれば、空調出力計算部２９は、周囲を走行する列車の本数または列車の混雑度に基づいて、空調機６への出力指令値を補正する。これによって、自車両１００，１１０，１２０，１３０において、力行時の空調機６の出力を弱めすぎたり、回生時の空調機６の出力の強めすぎたりすることを回避することができる。したがって、省エネルギーおよび節電の効果を維持しつつ、快適性を向上させることができる。
【０２７０】
＜第１１の実施の形態＞
第１〜第１０の実施の形態では、扉の開閉について特に考慮しなかったが、本発明の大１１の実施の形態では、扉の開閉を制御する扉開閉部を、前述した車両１００、車両１１０、車両１２０、車両１３０の車両統合管理システム２が備える。扉開閉部は、時間帯ごとの利用者数または駅ごとの利用者数に応じて、開閉する扉の数を変更する。
【０２７１】
駅停車時に扉が開くことによる熱流入が非常に大きいと考えられるので、たとえば利用者の比較的少ない時間帯、および利用者の比較的少ない駅に到着した場合、扉開閉部は、利便性に大きな影響を及ぼさない程度に、開閉する扉の数を減らすようにする。
【０２７２】
開閉する扉の数が減ることによって、熱流入量が減り、車内の温度変化を抑制することができるので、快適性を向上させることができる。また、熱流入量が減り、空調機６の出力を抑えることができるので、省エネルギーおよび節電となる。
【０２７３】
以上のように本実施の形態によれば、扉開閉部は、時間帯ごとの利用者数または駅ごとの利用者数に応じて、開閉する扉の数を変更する。これによって、扉の開閉による熱流入量を減らすことができるので、第１〜第１０の実施の形態における効果に加えて、更なる省エネルギー化および節電を実現することができるとともに、快適性をさらに向上させることができる。
【０２７４】
この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
【符号の説明】
【０２７５】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ  車両用空調制御装置（空調制御装置）、２  車両統合管理システム、３  メインモータ、４  静止型インバータ、５  ＶＶＶＦインバータ、６  空調機、７  パンタグラフ、８  き電線、９  通信網、１０  集中管理システム、１１  蓄電池、１２  蓄熱装置、１３  コンプレッサ、２１  目標環境状況設定部、２２  車内環境検出部、２３  車外環境検出部、２４  車両状態検出部、２５  車両状態予測部、２６  熱負荷計算部、２７  力行／回生電力予測部、２８  き電電圧検出部、２９  空調出力計算部、３０，５０  空調制御部、３１，５１  過去乗車率データベース、３２，５２  走行計画データベース、４１  目標環境状況設定部、４２  車内環境予測部、４３  車外環境予測部、４４  車両状態予測部、４５  熱負荷予測部、４６  力行／回生電力予測部、４７  き電電圧予測部、４８  空調出力計画部、４９  空調機モデル、６０  列車システム、６１，６１ａ，６１ｂ，６１ｃ  列車、１００，１１０，１２０，１３０  車両。
【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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