(57)【要約】 【課題】複数の並列に動作する動力装置を有する列車において、様々な粘着条件の下で、走行中の空転や滑走の発生を抑制する列車走行制御手段を提供する。【解決手段】複数の動力配分パターンをパターンテーブルPTとして用意する。動力配分パターンは、動力装置121〜124 のうち空転や滑走が発生しやすい前方車輪に対応する動力装置の出力を低減し、低減分を他の動力装置で補うように定める。空転滑走検知器131〜134から得られる走行中の車輪の空転や滑走の情報に基づき、選択手段154 が動力配分パターンを一つ選択する。駆動装置111〜114 は、運転指令Nと、選択手段154 で選択された動力配分パターンとに基いて、対応する動力装置121〜124への制御出力を決定する。これにより、空転や滑走の発生を抑制する効果を、様々な粘着条件において発揮できる。【選択図】  図１
2006304464.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の駆動装置が、運転指令に応じて複数の動力装置のうちのそれぞれ対応する動力装置を制御して列車を駆動する列車運転制御システムにおいて、
前記複数の動力装置の出力を規定する動力配分パターンを複数格納した格納手段と、
列車の状態を取得する監視手段と、
前記監視手段の出力に応じて、前記複数の動力配分パターンのうちの一つを選択する選択手段と
を備え、
前記複数の駆動装置は、前記運転指令と、前記選択手段で選択された動力配分パターンとに基いて、対応する前記動力装置への制御出力を決定する
ことを特徴とする列車運転制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の列車運転制御システムにおいて、
前記監視手段が、車輪の空転あるいは滑走の発生を監視する手段である
ことを特徴とする列車運転制御システム。
【請求項３】
運転指令に応じて複数の動力装置のうちのそれぞれ対応する動力装置を制御して列車を駆動する手段と列車の状態を取得する監視手段を有する複数の駆動装置、を統括制御する統括制御装置において、
前記複数の動力装置の出力を規定する動力配分パターンを複数格納した格納手段と、
前記複数の駆動装置の前記監視手段の出力を収集し、当該収集した出力を用いて前記複数の動力配分パターンのうちの一つを選択する選択手段と、  
前記選択手段で選択された動力配分パターンを用いて、前記複数の駆動装置への指令出力を生成する生成手段と
を備えたことを特徴とする統括制御装置。
【請求項４】
請求項３に記載の統括制御装置において、
前記監視手段が、車輪の空転あるいは滑走の発生を監視する手段である
ことを特徴とする統括制御装置。
【請求項５】
複数の駆動装置が、運転指令に応じて複数の動力装置のうちのそれぞれ対応する動力装置を制御して列車を駆動する列車運転制御システムにおいて、
前記複数の動力装置の出力を規定する動力配分パターンを複数格納した格納手段と、
列車の周囲の環境を監視する監視手段と、
前記監視手段の出力に応じて、前記複数の動力配分パターンのうちの一つを選択する選択手段と
を備え、
前記複数の駆動装置は、前記運転指令と、前記選択手段で選択された動力配分パターンとに基いて、対応する前記動力装置への制御出力を決定する
ことを特徴とする列車運転制御システム。
【請求項６】
請求項５に記載の列車運転制御システムにおいて、
前記監視手段が、気象を監視する手段である
ことを特徴とする列車運転制御システム。
【請求項７】
運転指令に応じて複数の動力装置のうちのそれぞれ対応する動力装置を制御して列車を駆動する複数の駆動装置、を統括制御する統括制御装置において、
列車の周囲の環境を監視する監視装置と通信する通信手段と、
前記複数の動力装置の出力を規定する動力配分パターンを複数格納した格納手段と、
前記通信手段を用いて前記監視手段の出力を収集し、当該収集した出力を用いて前記複数の動力配分パターンのうちの一つを選択する選択手段と、  
前記選択手段で選択された動力配分パターンを用いて、前記複数の駆動装置への指令出力を生成する生成手段と
を備えたことを特徴とする統括制御装置。
【請求項８】
請求項７に記載の統括制御装置において、
前記監視装置が、気象を監視する装置である
ことを特徴とする統括制御装置。
【請求項９】
請求項１または２に記載の列車制御システムにおいて、
各々の前記駆動装置が、前記格納手段及び前記選択手段を備えるとともに、他の前記駆動装置と情報を共有するための通信手段を備えており、
前記選択手段は、前記監視手段の出力と前記通信手段による共有情報とを用いて、前記動力配分パターンのうちの一つを選択する
ことを特徴とする列車運転制御システム。
【請求項１０】
請求項９に記載の列車運転制御システムにおいて、
前記通信手段による共有情報が、前記監視手段の出力である
ことを特徴とする列車運転制御システム。
【請求項１１】
請求項９に記載の列車運転制御システムにおいて、
前記通信手段による共有情報が、前記選択手段で選択された動力配分パターンである
ことを特徴とする列車運転制御システム。
【請求項１２】
運転指令に応じて動力装置を制御して列車を駆動する駆動装置において、
列車の状態を取得する監視手段と、
他の駆動装置と情報を共有するための通信手段と、
前記動力装置の出力を規定する動力配分パターンを複数格納した格納手段と、
前記監視手段の出力と前記通信手段による共有情報とを用いて、前記動力配分パターンのうち一つを選択する選択手段と、
前記運転指令と、前記選択手段で選択された動力配分パターンとを用いて、前記動力装置への制御出力を決定する決定手段と
を備えたことを特徴とする駆動装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の駆動装置において、
前記通信手段による共有情報が、前記監視手段の出力である
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の駆動装置において、
前記通信手段による共有情報が、前記選択手段で選択された動力配分パターンである
ことを特徴とする駆動装置。
【請求項１５】
請求項１２、１３または１４に記載の駆動装置において、
前記監視手段が、車輪の空転あるいは滑走の発生を監視する手段である
ことを特徴とする駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車の運転制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
列車は、連結された数両から十数両の車両から成る。モータを動力とする場合、いくつかの車両がインバータを備え、各インバータが複数のモータを駆動する構成が一般的である。列車は、モータが車輪に与える回転トルクで加減速を行う。
【０００３】
列車のような車輪を介して動作するシステムでは、車輪に踏面の最大摩擦力よりも大きな力を加えると、空転や滑走が発生する。空転や滑走は、加減速性能の低下を招いて列車の運行を妨げ、また車輪の摩耗を引き起こして保守のコストを増大させる。
【０００４】
現在、空転や滑走の影響を緩和するため駆動装置が独自に行う制御技術として、空転や滑走を検知した際にモータの出力トルクを一時的に低減し、空転や滑走の状態から通常の状態へと回復させた後、時間とともに規定の出力トルクに戻すという制御手法が利用されている。
【０００５】
また、２つ以上のモータが独立して動作できるという列車の特性をいかし、空転や滑走が発生しやすい車輪に対応するモータのトルクを低減し、低減分を他のモータで補うという制御手法が考えられている。これは列車全体の動力を損なうことなく空転や滑走の発生を防止することをねらった手法である。特に、空転や滑走の発生をはじめとする走行中の状態の変化を受けてトルクを変化させることで動的なトルク配分を実現でき、走行中の路面状態の変化に対応できる（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２７６６０６号公報（段落番号００１５〜００２４、図１〜４）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
路面と車輪の間の最大摩擦力は、粘着係数で決まる。粘着係数は路面状態、温度、車輪表面の状態など様々な要因で時々刻々と変化するため、これを予め知ることや、走行中に逐一測定することは困難である。したがって、粘着係数の変化に追従する最適な動力配分を実現することは難しい。
【０００８】
しかし、路面湿潤時の粘着係数について、進行方向に対して前方の車輪ほど小さく後方の車輪ほど大きいという傾向が知られている。これは、車輪と路面の間の水膜が粘着係数の低下を引き起こすが、前方の車輪が走行と共に水膜を掃き、後方の車輪が水膜の影響を受けにくいためである。
【０００９】
路面の湿潤は降雨などにより頻繁に起こる状況であるため、実用上は前方にあるモータの出力トルクを低減し、後方のモータの出力トルクを増やすという制御手法が有効である。実際いくつかの高速鉄道列車は、このようなトルク配分を常時適用したままで走行している。しかし、この手法では一部の駆動装置の出力が定常的に大きくなり、大きな物理的負担を強いられる。結果として装置寿命の偏りが起こり、保守の点で不利をもたらす。また、一度決めた動力配分を変化させない、すなわち動力配分が静的なこの手法では、想定よりも悪い粘着条件が発生した場合、空転や滑走の抑止効果が期待できない。
【００１０】
特許文献１に記載された制御手法は、走行中の状態変化を受けて動的に動力配分を変化する手法である。毎制御動作時に、空転あるいは滑走が発生中の車輪があれば、その車輪に対応するモータの出力トルクを逐次低減し、低減分を他のモータで負担する。この手法は、空転や滑走を抑制する一方で、特定の駆動装置での定常負荷の増大を抑える方法であり、上記の静的な動力配分の課題を克服する。
【００１１】
しかし特許文献１に記載の制御手法は、収束に時間がかかる。これは、空転や滑走の発生を受けて動力配分を逐次変化させるにあたり、一回あたりのトルク低減量が小さい場合は、空転や滑走を抑えるまでに多数回の制御動作を必要とし、反対に一回あたりのトルク低減量が大きい場合は、動力配分が増した駆動装置のもとで新たな空転や滑走が発生して再び動力配分を変化させなければならないという状況が起こるからである。例えば時間的に密な運転計画のもと走行する列車など、所望の速度に到達するまでに長時間を要しない列車では、多数回の制御動作を行う余裕がない。その結果、空転や滑走の抑制に関して十分な効果が得られない。制御の動作間隔を短くすれば制御の収束は速くなるが、これには高性能な処理装置や情報伝送装置が必要となるためコストがかかる。
【００１２】
本発明は、上述の点に鑑み、走行中に実施可能で収束が速い制御により、列車走行時の空転や滑走の発生を抑えることを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、複数の駆動装置が、運転指令に応じて複数の動力装置のうちのそれぞれ対応する動力装置を制御して列車を駆動する列車運転制御システムにおいて、これらの複数の動力装置の出力を規定する動力配分パターンを複数格納した格納手段と、列車の状態を取得する監視手段と、この監視手段の出力に応じて、これらの複数の動力配分パターンのうちの一つを選択する選択手段とを備え、これらの複数の駆動装置は、この運転指令と、この選択手段で選択された動力配分パターンとに基いて、対応する動力装置への制御出力を決定することを特徴とする。
【００１４】
また、運転指令に応じて複数の動力装置のうちのそれぞれ対応する動力装置を制御して列車を駆動する手段と列車の状態を取得する監視手段を有する複数の駆動装置、を統括制御する統括制御装置において、これらの複数の動力装置の出力を規定する動力配分パターンを複数格納した格納手段と、これらの複数の駆動装置のこの監視手段の出力を収集し、当該収集した出力を用いてこれらの複数の動力配分パターンのうちの一つを選択する選択手段と、この選択手段で選択された動力配分パターンを用いて、これらの複数の駆動装置への指令出力を生成する生成手段とを備えたことを特徴とする。
【００１５】
また、複数の駆動装置が、運転指令に応じて複数の動力装置のうちのそれぞれ対応する動力装置を制御して列車を駆動する列車運転制御システムにおいて、これらの複数の動力装置の出力を規定する動力配分パターンを複数格納した格納手段と、列車の周囲の環境を監視する監視手段と、この監視手段の出力に応じて、これらの複数の動力配分パターンのうちの一つを選択する選択手段とを備え、これらの複数の駆動装置は、この運転指令と、この選択手段で選択された動力配分パターンとに基いて、対応する動力装置への制御出力を決定することを特徴とする。
【００１６】
また、運転指令に応じて複数の動力装置のうちのそれぞれ対応する動力装置を制御して列車を駆動する複数の駆動装置、を統括制御する統括制御装置において、列車の周囲の環境を監視する監視装置と通信する通信手段と、これらの複数の動力装置の出力を規定する動力配分パターンを複数格納した格納手段と、この通信手段を用いてこの監視手段の出力を収集し、当該収集した出力を用いてこれらの複数の動力配分パターンのうちの一つを選択する選択手段と、この選択手段で選択された動力配分パターンを用いて、これらの複数の駆動装置への指令出力を生成する生成手段とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
また、運転指令に応じて動力装置を制御して列車を駆動する駆動装置において、列車の状態を取得する監視手段と、他の駆動装置と情報を共有するための通信手段と、この動力装置の出力を規定する動力配分パターンを複数格納した格納手段と、この監視手段の出力とこの通信手段による共有情報とを用いて、この動力配分パターンのうち一つを選択する選択手段と、この運転指令と、この選択手段で選択された動力配分パターンとを用いて、動力装置への制御出力を決定する決定手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、列車走行時の空転や滑走の発生を抑えることで、列車の走行性能の向上と、機器負担の軽減をもたらす。このような効果を、走行中に実施可能で収束が速い制御により、走行中の様々な粘着条件に対応して発揮できる。その結果、より密な運行計画の下での列車の走行が可能となり、また列車の保守コストを低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【実施例１】
【００２０】
本発明の第一の実施例を説明する。図１は、第一の実施例における列車運転制御システムを示す。
【００２１】
第一の実施例では、車両101および102の二車両で成る列車を運転する。列車は、車両101に駆動装置111と112、車両102に駆動装置113と114の、合計4つの並列に動作できる駆動装置を持つ。また列車は、動力源である動力装置121、122、123、124を持つ。動力装置121、122、123、124は、それぞれ駆動装置111、112、113、114と電力線で接続される。駆動装置111、112、113、114は、それぞれこの電力線を介して動力装置121、122、123、124を制御し、車輪を回転させることで列車を走行させる。ここで、動力装置121、122、123、124は誘導電動機であり、駆動装置111、112、113、114には可変電圧可変周波数(VVVF)制御インバータが用いられている。
【００２２】
本実施例では、説明を簡単にするために、列車の車両数を二両にするとともに、各車両に二組の駆動装置および対応する動力装置を設けている。しかし、本発明の実施のためには、車両数は二両に限らず一両または三両以上であってもよいし、各車両に二組以上の駆動装置および対応する動力装置があってもよい。また、動力装置に空圧ブレーキを用いたり駆動装置にブレーキ制御装置を用いる場合などにも、本実施例と同様に列車運転制御システムを構成できる。
【００２３】
先頭車両である車両101は、運転装置161と統括制御装置151とを備える。統括制御装置151と駆動装置111、112、113、114と運転装置161とは、通信ネットワーク153により相互に接続される。運転装置161は、運転者が操作する装置であり、列車の所望の加減速特性を決める運転指令Nを決める機能を持つ。統括制御装置151は、伝送制御を含み通信ネットワーク153を管理する機能に加え、通信ネットワーク153を介して駆動装置111、112、113、114を統括制御する機能を持つ。統括制御装置151は、駆動装置111、112、113、114から状態情報fs1、fs2、fs3、fs4を受信し、制御に用いる値tr1、tr2、tr3、tr4を駆動装置111、112、113、114に送信する。状態情報fs1、fs2、fs3、fs4および値tr1、tr2、tr3、tr4については後に説明する。
【００２４】
列車の走行は以下の手順にしたがう。運転者が、運転装置161で所望の加減速特性に応じた運転指令Nを与える。運転装置161は、運転指令Nを通信ネットワーク153を介して駆動装置111、112、113、114と統括制御装置151へ伝送する。駆動装置111、112、113、114は、それぞれ運転指令Nを用いて所望の走行性能を達するための指令トルクを算出し、指令トルクを用いて動力装置121、122、123、124への制御出力を生成し、動力装置121、122、123、124を制御する。
【００２５】
本実施例の特徴は、駆動装置111、112、113、114において動力装置121、122、123、124への制御出力を決めるにあたり、指令トルクに加え、空転や滑走の発生を抑制する目的で、統括制御装置151の出力を用いる点である。ここでは、駆動装置111、112、113、114の各々が、指令トルクに統括制御装置151の出力である補正指令値tr1、tr2、tr3、tr4を加算して制御出力を決める。統括制御装置151は、統括制御する駆動装置111、112、113、114のそれぞれに対する補正指令値を記した動力配分パターンを複数を持ち、この中から駆動装置111、112、113、114のそれぞれにある空転滑走検知器131、132、133、134の出力を用いて一つの動力配分パターンを選択し、当該選択した動力配分パターンを用いて補正指令値tr1、tr2、tr3、tr4を生成する。統括制御装置151が動力配分パターンを選択する手順は、後に説明する。
【００２６】
まず、空転滑走検知器131、132、133、134の動作を説明する。空転滑走検知器131、132、133、134は、それぞれ周期的に動作し、動作周期ごとに動力装置121、122、123、124の状態を取得し、これを用いて車輪の空転や滑走を判別する。動力装置121、122、123、124が誘導電動機である本実施例では、電動機の回転速度を速度センサで取得し、加速度を速度の差分で近似し、加速度の絶対値がある閾値よりも大きくなれば空転あるいは滑走と判定すれば、所望の機能が実現できる。空転滑走検知器131、132、133、134は、それぞれ空転または滑走を検知したときは1、それ以外は値を0とする空転滑走フラグfs1、fs2、fs3、fs4を出力し、通信ネットワーク153を介して統括制御装置151に伝送する。なお空転滑走検知器131、132、133、134の動作は、周期的な動作に限らず、車輪の空転や滑走を判定するのに十分な時間間隔で動作すればよい。
【００２７】
次に、統括制御装置151が有する動力配分パターンについて説明する。動力配分パターンは、列車全体の空転や滑走の発生を抑制し、かつ動力装置121、122、123、124の出力の合計を保存するように決められる。統括制御装置151は、この条件を満たす動力配分パターン３つを含む４つの動力配分パターンを、パターンテーブルPTとしてメモリに格納している。これら４つの動力配分パターンは、運転指令Nが、とり得る運転指令のうち絶対値が最大の加速度を要求するものであるときに用いる。なお運転指令Nがこれに限らない場合も、以下同様の手順が適用できる。
【００２８】
図２に、パターンテーブルPTを示す。パターンテーブルPTでは、４つの動力配分パターンが、それぞれパターン番号0、1、2、3で管理される。パターン番号0の動力配分パターンは、全ての補正指令値が0、すなわち補正指令値が動力装置121、122、123、124の出力に影響しないものに相当する。パターン番号1の動力配分パターンは、空転や滑走を抑制する効果を持たせるため、過去の走行で得られた空転や滑走の発生回数を用いて作成される。空転や滑走の発生を検知し記録する手段により、ある期間の走行で、図４のような駆動装置の位置に関する空転あるいは滑走の発生回数が得られたとする。空転や滑走を記録する手段は、前述の空転滑走検知器131、132、133、134の出力を記憶することで実現できる。ただし図４は一例であり、履歴は前方ほど空転や滑走が発生しやすいという路面湿潤時における傾向を反映するものであれば、この限りではない。空転や滑走の発生の多少を発生回数10を閾値として判定する場合、図４では前方にある二つの駆動装置に対応する空転や滑走の発生が多く、後方の二つの駆動装置に対しては空転や滑走の発生が少ない。これを受け、前方から二つの駆動装置では空転や滑走の回数に比例する減算補正を、後方二つの駆動装置では反比例する加算補正を適用する。ただし最後尾の駆動装置では空転や滑走の発生回数が0であり反比例として値を決められないため、回数が1の場合と同様に扱う。以上により空転と滑走の回数から比率を定め、これに補正指令値を適当な値とするための基本補正量tbを積算した結果、パターン番号1の動力配分パターンが得られる。基本補正量tbは、動力装置121、122、123、124の出力の許容値を用い、許容値を越えないように逆算して定める。パターン番号2やパターン番号3に対応する動力配分パターンは、パターン番号1の動力配分パターンに比べて変化量を大きくする目的で、基本補正量tbをそれぞれ2倍、3倍として決める。以上でパターンテーブルPTの４つの動力配分パターンが得られる。これらは対応するパターン番号が大きいものほど補正指令値が大きい。なお動力配分パターンは、空転や滑走の発生が多い車輪に対応する動力装置の出力を低減するような動力配分パターンであれば、定め方はこの限りでない。
【００２９】
次に、統括制御装置151が動力配分パターンを選択する手順を説明する。統括制御装置151は、パターン選択器154を持つ。パターン選択器154は、停車状態から走行を開始した後の空転や滑走の発生頻度をもとにパターンテーブルPTから動力配分パターンを一つ選択する。このとき、空転や滑走の発生が累積するほど補正指令値が大きい動力配分パターンを選択する。
【００３０】
図３は、パターン選択器154の処理のフローチャートである。起点500は、処理の起点を表す。はじめに運転を開始する場合は、起点500より処理を開始する。処理501は、運転の開始時や条件判定507で駅などに停車中と判定されたときに実施する変数の初期化であり、パターン番号を0に、また空転や滑走の検知回数を格納する空滑カウンタを0にする。パターン選択器154の主な処理は、ループ始点502とループ終点508の間にある処理である。パターン選択器154は、周期的に動作し、周期ごとに当該の処理ループを一回実施する。ループ中では、まず処理503で空転滑走フラグfs1、fs2、fs3、fs4を参照し、それらの和を空滑カウンタに加算する。例えば駆動装置111と112に対応する車輪で空転あるいは滑走があり(fs1=1、fs2=1)、駆動装置113と114に対応する車輪で空転あるいは滑走がない(fs3=0、fs4=0)場合であれば、空滑カウンタの値は2増加する。次に条件判定504で、空滑カウンタの値が10より大であるかどうか判定する。空滑カウンタの値が10より大であれば、処理505でパターン番号を1加算し、同時に空滑カウンタを0にリセットする。ただし、パターン番号は、パターンテーブルPT中で最大のパターン番号である3を上限とする。空滑カウンタの値が10以下であれば、処理505は行わず、パターン番号は変化しない。以上でパターン番号が決まる。なお、条件判定504で判定に用いる値10は、空転や滑走の頻度を識別する閾値であり、空転や滑走の発生が少なく制御の必要がない場合や空転や滑走の誤検知への対策として、ある程度検出が累積した場合に制御動作を行なうために設ける。パターン選択器の動作周期や所望する動力配分パターンの切り替え頻度によって、閾値10はこの限りではない。最後に、条件判定507で列車が停車中であるかどうかを判定し、停車中でなければループ始点502へ、停車中であれば初期化処理501へ移る。以上で決まるパターン番号をもとに、パターンテーブルPTから対応する動力配分パターンを一つ選択する。選択した動力配分パターンの値は、駆動装置111、112、113、114に対してそれぞれ補正指令値tr1、tr2、tr3、tr4として伝送される。ここではパターン選択器154は周期的に動作するとしたが、空転や滑走を抑制する効果を発揮するのに十分な時間間隔で動作すればよく、この限りではない。例えば、所望の速度に到達するまでに少なくとも3回パターンの切り替えが起こる程度の時間間隔であればよい。またパターン選択器154の処理は、空転や滑走が累積するほど順次補正指令値が大きい動力配分パターンを選択するものであればよく、この限りではない。
【００３１】
選択された動力配分パターンで決まる補正指令値tr1、tr2、tr3、tr4の扱いについて補足する。本実施例では駆動装置111、112、113、114で指令トルクと補正指令値の和をとるが、空転や滑走を抑制するように駆動装置111、112、113、114の制御出力を変化させるものであればよく、補正指令値の適用方法はこの限りではない。例えば、動力配分パターンを指令トルクの百分率とし、駆動装置111、112、113、114において積算による補正を適用してもよい。
【００３２】
本実施例の利点を示す。本実施例の列車運転システムは、走行中に空転や滑走が累積するほど前方の動力装置の出力を大きく低減し、低減分を後方の動力装置の出力で補う。これにより、路面湿潤時に空転や滑走の抑制効果を発揮し、かつ様々な粘着状態への対応が可能である。特に、空転や滑走が発生しないとき、または空転や滑走の検知回数の累積値が閾値に満たない程度であるときは、補正指令値が動力装置121、122、123、124の出力に影響しないような動力配分パターンを用いるため、制御に起因する機器負担の偏りがない。また、本実施例では高々３回の配分動作で制御が収束する。所望の速度までの加減速時間が１分に満たないような列車の走行においても、３回程度の配分動作を加減速中に実行することは容易である。また、動力配分パターンは全ての動力装置への補正指令値を一斉に定めるため、未だ空転や滑走が発生していない駆動装置に対しても予見的に出力の変化を適用でき、効果的に空転や滑走を抑制できる。
【実施例２】
【００３３】
本発明の第二の実施例を説明する。図５は、第二の実施例における列車運転制御システムを示す。
【００３４】
車両、駆動装置、動力装置、統括制御装置、運転装置および通信ネットワークの構成は、実施例１と同様である。また駆動装置111、112、113、114において動力装置121、122、123、124への制御出力を生成する方法は、実施例１と同様に、それぞれ運転指令Nで決まる指令トルクと統括制御装置151の出力tr1、tr2、tr3、tr4との和をとる。統括制御装置151は、実施例１と同様に、図２に示すパターンテーブルPTを持つ。
【００３５】
先頭車両である車両101は、気象監視装置891を有する。気象監視装置891は、通信ネットワーク153により統括制御装置151と接続される。本実施例は、統括制御装置151における動力配分パターンの決定に、気象監視装置891の出力を用いることを特徴とする。
【００３６】
気象監視装置891の機能を説明する。気象監視装置891は、晴天、小雨、多雨、降雪を判別する機能を有し、それぞれの天候を値0、1、2、3で表す気象情報Wを統括制御装置151に伝送する。上記判別機能は、降雨については自動車で用いられるものと同様の、雨滴の量を発光ダイオードの反射光によって判別するセンサを用い、降雪に関しては気温を測定して降雨中に気温が氷点下であることで判別すれば実現できる。なお、判別する天候の種類は、路面の粘着係数への影響が知られているものであれば利用可能であり、この限りではない。判別手段も、目的の天候を判別できればよく、この限りではない。
【００３７】
統括制御装置151が動力配分パターンを選択する手順を説明する。統括制御装置151は、気象型パターン選択器854を有する。気象型パターン選択器854は一分ごとに動作し、気象監視装置891から取得した気象情報Wを用い、パターンテーブルPTから動力配分パターンを一つ選択する。この際、選択する動力配分パターンは、図６に示す気象情報Wと動力配分パターンの対応表にしたがう。図６の表では、晴天時よりも降雨時に、降雨時よりも降雪時に路面と車輪の間の粘着係数が低下するという傾向に基づき、粘着係数が低い天候であるときほど補正指令値の大きい動力配分パターンに対応している。なお、気象情報Wから動力配分パターンを選択する手順は、気象による粘着係数の傾向を反映するものであればよく、この限りではない。また、気象型パターン選択器854の動作タイミングは、気象の変化に追従できる程度の時間間隔であればよく、本実施例の限りではない。気象の変化は踏面の微視的状態に応じて刻々と変化する粘着係数に比べ緩慢であることを考慮すれば、気象型パターン選択器854は比較的大きな動作間隔でもよい。
【００３８】
本実施例の利点を示す。気象情報は、車輪の空転や滑走のような走行中頻繁に変化する量を精度よく取得して判別することが望まれる状態に比べ、容易に監視できる上、踏面の粘着係数の傾向を決める要因として影響が大きい。このため、気象情報を用いる本実施例は、高々４とおりの天候を区別し、実施例１より大きい時間間隔で制御動作を行うにも関わらず、十分空転や滑走の抑制効果を持つ。なお、粘着係数が降雨量の大小や気温の高低で変化するという既知の傾向を用い、区別する天候の種類を増やし、多くの動力配分パターンを対応させることで、より高精度に粘着係数の変化に追従する制御が実現できる。また、車輪や路面の形状など微視的要因による粘着係数の変化に対応するため、気象情報と空転や滑走の情報をあわせて用いる列車運転制御システムも考えられる。
【実施例３】
【００３９】
本発明の第三の実施例を説明する。図７は、第三の実施例における列車運転制御システムを示す。
【００４０】
車両、駆動装置、動力装置の構成は、実施例１と同様である。先頭車両である車両101は、運転装置161と通信制御装置1451を備える。運転装置161は、列車の加減速特性を決める運転指令Nを定める機能を持つ。通信制御装置1451は、伝送制御など、通信ネットワーク153を管理する機能を有する。運転装置161と駆動装置111、112、113、114とは、通信制御装置1451の管理する通信ネットワーク153により相互に接続される。
【００４１】
駆動装置111、112、113、114の各々は、独自に図２のパターンテーブルPTをメモリに格納している。また駆動装置111、112、113、114は、それぞれ空転滑走検知器131、132、133、134と協調型パターン選択器1491、1492、1493、1494を有する。空転滑走検知器131、132、133、134は、実施例１と同様のものである。
【００４２】
協調型パターン選択器1491、1492、1493、1494について説明する。協調型パターン選択器1491、1492、1493、1494は、選択する動力配分パターンを他の駆動装置で選択される動力配分パターンと一致させるよう他の駆動装置と情報を共有するための通信機能と、空転滑走検知器131、132、133、134の出力に加えてこの通信機能で得た共有情報を用いて動力配分パターンを選択する機能を持つ。
【００４３】
駆動装置111、112、113、114は、それぞれ運転装置161から伝送された運転指令Nを用いて所望の走行性能を達するための指令トルクを算出する。そして、その指令トルクに、協調型パターン選択器1491、1492、1493、1494が選択した動力配分パターンにおける駆動装置111、112、113、114への補正指令値を加算して、動力装置121、122、123、124への制御出力を決める。
【００４４】
協調型パターン選択器1491、1492、1493、1494の通信機能について説明する。協調型パターン選択器1491、1492、1493、1494は、駆動装置111、112、113、114の出力p1、p2、p3、p4を共有情報として受信する。ただし、自らの属する駆動装置の出力は受信しない。ここで駆動装置111、112、113、114の出力p1、p2、p3、p4は、それぞれが選択した動力配分パターンのパターン番号である。この共有情報は、他の駆動装置と同じ動力配分パターンを選択するよう制御するために用いる。協調型パターン選択器1491、1492、1493、1494は、キューで実装されたバッファ領域（ＦＩＦＯメモリ）に、他の駆動装置から受信したパターン番号を格納する。キューのサイズは、他の駆動装置の数に等しく３である。協調型パターン選択器1491、1492、1493、1494は、等しく通信ネットワーク153上での伝送機会を持つ。このとき、キューには他の駆動装置の出力が一つずつ格納される。なお、受信バッファのサイズとデータ構造、また伝送機会は、駆動装置111、112、113、114の各々が他の全ての駆動装置の出力をパターンの選択に反映できるものであればよく、この限りではない。
【００４５】
協調型パターン選択器1491、1492、1493、1494が動力配分パターンを選択する手順を説明する。図８は、協調型パターン選択器1491の処理を示すフローチャートである。起点1500は処理の起点である。運転開始時には、起点1500よりフローチャートの処理を開始する。処理1501は、運転開始時や条件判定1510で駅などに停車中と判定されたときに実施する変数の初期化であり、パターン番号を0に、また空転や滑走の検知回数を表す空滑カウンタを0にし、キューを値0で満たす。協調型パターン選択器1491は、ループ始点1502およびループ終点1511の間のループ処理を、動作周期ごとに１回行う。処理1503では、空転滑走検知器131の空転滑走フラグを参照し、空滑カウンタに加算する。ただし空転滑走フラグは、空転あるいは滑走があれば1、なければ0を値とする。条件判定1504では、空滑カウンタの値が10より大であるかどうか調べる。空滑カウンタの値が10より大であれば、処理1505によりパターン番号を1加算する。ただしパターン番号は、パターンテーブルPTにおける最大のパターン番号である3を上限とする。空滑カウンタの値が10以下であれば、パターン番号を維持する。なお、条件判定1504における閾値10は、実施例１におけるパターン選択器154の処理を示す図３のフローチャート中の条件判定504で用いた閾値10と同様の理由で、この限りではない。次に処理1506に移る。処理1506では、キューの値を全て取り出して最大の値を取得し、キューを先の最大の値で満たす。条件判定1507では、パターン番号がキューから得た値より小であるかどうか判定する。パターン番号がキューの値より小であれば、処理1508でパターン番号をキューの値とし、同時に空滑カウンタを0とする。パターン番号がキューの値より小でなければ、パターン番号を維持する。次に処理1509で、以上で決まったパターン番号を通信ネットワーク153を介して他の駆動装置へ伝送する。条件判定1510では、列車が停車中であるかどうか調べ、停車中であれば初期化処理1501へ移る。停車中でなければループ始点1502へ戻る。図８は協調型パターン選択器1491の処理を示すが、協調型パターン選択器1492、1493、1494についても同様である。
【００４６】
以上により、駆動装置111、112、113、114はいずれも、対応する車輪の空転や滑走の情報を用いて独自に選択した動力配分パターンと、他の駆動装置が用いる動力配分パターンのうち、補正指令値の大きい動力配分パターンを採用する。このように駆駆動装置111、112、113、114が同じくより大きい動力配分パターンを選択するため、空転や滑走を検知していない駆動装置においても予見的に補正が適用され、駆動装置111、112、113、114の出力の和は保存される。なお、本実施例では共有情報をパターン番号としたが、例えば選択した動力配分パターンの値など、駆動装置111、112、113、114の出力の和を保存するような制御が可能な情報であればこの限りではない。
【００４７】
本実施例の利点を示す。本実施例の通信制御装置1451は、実施例１で用いた図１の統括制御装置151のように通信ネットワーク153の管理機能と動力配分パターンの選択機能を共に持つ装置に比べ、高い性能を要求しない。また通信ネットワーク153上の情報はパターン番号であり、これは高々パターン数程度の情報でよいため、例えばトルク値のように精度が必要な情報（トルク値は４桁程度の分解能が必要である）を伝送する場合に比べて簡潔である。本実施例は、通信ネットワークやその制御装置がコストの問題などで実施例１ほど高性能でない場合でも、実施例１と同等の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】実施例１における列車制御システムを示す図である。
【図２】パターンテーブルの値を示す図である。
【図３】実施例１のパターン選択器の処理内容を示すフローチャートである。
【図４】実施例１でパターンテーブルの作成に用いる空転や滑走の履歴を示す図である。
【図５】実施例２における列車制御システムを示す図である。
【図６】実施例２で用いる気象情報とパターン番号の対応表を示す図である。
【図７】実施例３における列車制御システムを示す図である。
【図８】実施例３における図７の協調型パターン選択器の処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００４９】
101、102   車両
111〜114   駆動装置
121〜124   動力装置
131〜134   空転滑走検知器
151   統括制御装置
153   通信ネットワーク
154   パターン選択器
161   運転装置
854   気象型パターン選択器
891   気象監視装置
1451   通信制御装置
1491〜1494   協調型パターン選択器
【図１】
2006304464.tif 000003
【図２】
2006304464.tif 000004
【図３】
2006304464.tif 000005
【図４】
2006304464.tif 000006
【図５】
2006304464.tif 000007
【図６】
2006304464.tif 000008
【図７】
2006304464.tif 000009
【図８】
2006304464.tif 000010