(57)【要約】【課題】  簡易な構成で演算負荷を低減しながら、運転台主幹制御器からの運転ノッチ指令によって、各ノッチ指令に対する車両の総合機器効率を一目でわかるようにし、運転士が車両の総合機器効率が高い点で動作させるように促し、運転士が車両の総合機器効率が高い点で動作させる自由度を高くすること。【解決手段】  鉄道車両の運転台に設置される表示装置であって、運転台に設置されて運転士により操作される主幹制御器からの運転ノッチ指令情報と、車両重量検知器で検出された車両重量情報と、鉄道車両の速度を検出する速度検出器で検出された車両速度情報を入力情報として、当該入力情報に基づいて鉄道車両の駆動装置の動作効率を生成し、入力情報の変化に応じて、運転ノッチ指令情報と動作効率との関係を変更して表示する。【選択図】図１
2017135791.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の運転台に設置される運転台表示装置であって、
運転台に設置されて運転士により操作される主幹制御器からの運転ノッチ指令情報と、車両重量検知器で検出された車両重量情報と、前記鉄道車両の速度を検出する速度検出器で検出された車両速度情報を入力情報として、当該入力情報に基づいて前記鉄道車両の駆動装置の動作効率を生成し、
前記入力情報の変化に応じて、前記運転ノッチ指令情報と前記動作効率との関係を変更して表示することを特徴とする鉄道車両の運転台表示装置。
【請求項２】
請求項１に記載の運転台表示装置において、
前記運転指令ノッチ情報、前記車両重量情報、前記車両速度情報のうち１つ以上を、鉄道車両駆動用電動機に交流電力を供給する電力変換装置の制御装置から得ることを特徴とする鉄道車両の運転台表示装置。
【請求項３】
鉄道車両の運転台に設置される運転台表示装置であって、
鉄道車両駆動用電動機に交流電力を供給する電力変換装置の制御装置が出力する運転指令ノッチ情報と、車両重量情報と、車両速度情報を入力情報として、当該入力情報に基づいて前記鉄道車両の駆動装置の動作効率を生成し、前記入力情報の変化に応じて、前記運転ノッチ指令情報と前記動作効率との関係を変更して表示することを特徴とする鉄道車両の運転台表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両に関し、特に、運転台表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両を駆動し加速する力行動作のための電力は、例えば直流電車線式鉄道の場合、直流電車線から直流電力が供給され、電力変換装置で直流電力を交流電力に変換し、交流電動機を駆動することで、車両を駆動する。また、車両を減速させるためには、交流電動機を電力変換装置で発電動作とし、交流電動機で発生した交流電力を電力変換装置で直流電力に変換し、この電力（回生電力という）を直流電車線へ供給することで交流電動機にブレーキ力を発生させ（回生ブレーキ動作という）、車両を減速させる。
【０００３】
車両を力行動作するとき、直流電力を受けて交流電動機を駆動するまでの機器には、例えば、フィルタリアクトルと、インバータ制御装置と、交流電動機とギアといった機器を経る。この構成では電力変換装置として、インバータ制御装置を用いている。これらの機器は、電力を伝達するうえで損失を発生させる。
【０００４】
例えば、フィルタリアクトルは機器がもつ抵抗成分によって、電流が流れることで銅損が発生し、インバータ制御装置は半導体スイッチなどによるスイッチングを行うため、導通損失やスイッチング損失といった損失が発生し、交流電動機も交流電圧を印加し電流が流れている状態などでは、銅損や鉄損などの損失を発生させる。
【０００５】
これらの損失は、車両の運転状態やインバータ制御装置の制御状態等によって、各々発生する損失が常に変化している。車両を駆動するための電力は、直流電車線から入力した電力に対し、これらの機器の損失分を差し引いた残りの電力が駆動電力となる。ここで、（直流電車線から入力した電力−機器の損失）／（直流電車線から入力した電力）を力行動作時の総合機器効率とすると、この総合機器効率が高いほど損失が少なく、より少ない電力（以下、力行電力という）で車両を駆動することができる。
【０００６】
一方、回生ブレーキ動作においては、同様に（交流電動機で発生した電力−機器の損失）／（交流電動機で発生した電力）を回生ブレーキ動作時の総合機器効率とすると、この総合機器効率が高いほど損失が少なく、より多くの電力を直流電車線に供給できる。力行電力と回生電力を消費電力とすると、力行電力をより少ない電力として車両を駆動、加速し、減速時の回生ブレーキ動作でより多くの回生電力を直流電車線に供給できれば、消費電力を少なくできる。より少ない消費電力の動作点で車両を走行させることができれば、消費電力量も小さくでき、車両の走行に必要なエネルギを低減することができる。
【０００７】
鉄道車両には、省エネルギ化のニーズが強く、車両を走行させるのに必要なエネルギを極力小さくできることが望ましい。そのため、車両を走行させる際に、予め定められたダイヤを守りながらも、前述した機器の効率の高い動作点で運転を行い、車両の走行に必要なエネルギを小さくすることが望ましい。このために、車両を運転する運転士が機器の高効率動作点で運転されるように操作すれば、車両の駆動における消費電力を減らし、省エネルギ化が実現できる。
【０００８】
このように、鉄道車両の高効率運転を運転士に促すことを目的に、車両の駆動または走行により発生する損失を算出するために、車両速度と路線条件を車両駆動に関わる機器より収集し、総合機器効率が高効率となるような運転速度を算出し、高効率運転となる速度を、運転台の表示装置に表示する表示装置が特許文献１に示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１０−０８８１４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に記載されている方式は、最も効率がよくなる速度情報を運転士に提示するものであるが、ノッチ情報と効率情報との関係を、例えば車両重量（乗車率）や車両速度に応じて変更して表示することはない。このため、運転士は表示された速度に追従するように運転するしかなく操作の自由度が少なく、また、総合機器効率に大きく影響する車両重量を考慮していないという課題がある。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、車両重量が変化した場合であっても総合機器効率の演算の精度を低下させず、各ノッチ指令に対する車両の総合機器効率がどの程度であるか一目でわかるようにし、運転士が車両の総合機器効率が高い点で動作させるための操作自由度を高くすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
そこで本発明は、鉄道車両の運転台に設置される表示装置であって、
運転台に設置されて運転士により操作される主幹制御器からの運転ノッチ指令情報と、車両重量検知器で検出された車両重量情報と、前記鉄道車両の速度を検出する速度検出器で検出された車両速度情報を入力情報として、当該入力情報に基づいて前記鉄道車両の駆動装置の動作効率を生成し、前記入力情報の変化に応じて、前記運転ノッチ指令情報と前記動作効率との関係を変更して表示する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明により、各運転ノッチ指令に対する車両の総合機器効率がどの程度であるか一目でわかるようになり、運転士が車両の総合機器効率が高い点で動作させるための操作自由度が高くなる。また、車両重量が変化した場合であっても運転士に総合機器効率を向上させる運転支援情報を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の運転台表示装置の力行動作時の表示例を示した図である。
【図２】直流電車線の鉄道車両の機器構成を示す図である。
【図３】本発明の運転台表示装置の信号入力構成の第一の実施例を示した図である。
【図４】本発明の運転台表示装置の力行動作時の第二の表示例を示した図である。
【図５】本発明の運転台表示装置の回生ブレーキ動作時の表示例を示した図である。
【図６】本発明の運転台表示装置の信号入力構成の第二の実施例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
図２は、本発明の鉄道車両の駆動装置の構成の一例を示す。直流架線５１から直流電力を受けて交流電動機５５を駆動する駆動装置は、直流架線５１から電力を受ける集電装置５２と、直流電力のノイズを除去するフィルタリアクトル５３と、電力変換装置５４と、交流電動機５５とギア５６と車輪５７と接地ブラシ５８を備える。本構成では電力変換装置として、交流電動機５５に交流電力を供給するインバータ制御装置を用いている。
【００１７】
図３は、本発明の鉄道車両の運転台に設置される運転台表示装置の入出力情報の構成を示すものである。
【００１８】
運転台表示装置１は、車両に搭載されている車両重量検知器２で検出した車両重量情報Ｗａと、運転士により操作される主幹制御器３からの運転ノッチ指令ＮＴＣａと、車両に搭載された速度検出器４で検出した車両速度情報ＶＥＬａを入力する。運転ノッチ指令ＮＴＣａは、例えば力行動作させるための運転情報である力行ノッチ指令や、回生ブレーキ動作のための運転情報であるブレーキノッチ指令や、加速も減速もしない惰性走行とさせるための、ノッチオフ指令などの運転ノッチ指令である。また、運転台表示装置１は、予め車両の速度、および車両の引張力または電動機のトルクに対する前記総合機器効率のデータを記録している。これを効率マップ情報２１とする。
【００１９】
以上の構成によって、運転台表示装置１は、図１に示すように、それぞれの運転ノッチ指令ＮＴＣａに応じた、車両の速度対引張力と総合機器効率の関係を常時変更して表示する。図１は、力行動作時における運転台表示装置１の表示例の一例である。横軸に車両速度、縦軸に車両の引張力をとったグラフ上に、総合機器効率（Ｘ％、Ｙ％、Ｚ％）の等高線図を重ねて表示する。ここで、図１では効率の大きさをＸ％＞Ｙ％＞Ｚ％とする。これに、各運転ノッチ指令ＮＴＣａに対応する速度対引張力のラインを重ねて描画する。図１では、運転ノッチ指令について力行３ノッチ指令を「Ｐ３Ｎ」、力行４ノッチ指令を「Ｐ４Ｎ」、力行５ノッチ指令を「Ｐ５Ｎ」とし、これらの運転ノッチ指令の速度対引張力の関係を描画している。この各運転ノッチ指令と速度対引張力の関係は、車両重量情報Ｗａによって特性が変化し、車両の重量が変化しても加速度が一定に保たれるように変化する。
【００２０】
ここで、図１では縦軸を引張力としているが、電動機のトルクなど車両の加速に関わる力に関連する表示で表してもよい。さらに、現在の車両速度ＶＥＬａと、運転ノッチ指令ＮＴＣａに基づいて、現在の速度と引張力の動作点を示す表示を動作点表示１１のように表す。
【００２１】
運転台表示装置１を、以上のような表示とすることで、現在の運転ノッチ指令と車両速度に対して、総合機器効率がどの動作点にあるかを運転士が認識することができる。これにより運転士に、現在の運転ノッチ指令よりもより総合機器効率が高い動作点で運転した方がよいと認識させ、運転ノッチ指令を変更したり、速度を変更したりして、総合機器効率が高い動作点で動作させることを促す。運転士にとっては、運転ノッチ指令を選択したり、速度を選択したりしながら、動作点を調整でき自由度の幅が広まり臨機応変に対応可能となる。例えば、図１のように、現在の動作点が動作点表示１１の位置にある場合（車両速度Ｋａ、運転ノッチ指令が力行５ノッチ指令（Ｐ５Ｎ））、同じ車両速度Ｋａでは力行３ノッチ（Ｐ３Ｎ）に投入した方が、総合機器効率が高い（Ｘ％＞Ｚ％）ことが一目で把握できるため、運転士は運転ノッチ指令をＰ３Ｎに変更することができる。これにより、動作点が動作点表示１１から動作点表示１２の位置に変更され、総合機器効率がより高い動作点で動作するようになり、先に説明した消費電力を低減でき、結果的に車両の走行エネルギを省エネルギ化できる。
【００２２】
ところで、図４は運転台表示装置の力行動作時の第二の表示例を示した図である。図４の例では、横軸に車両速度、縦軸に総合機器効率をとり、それぞれの運転ノッチ指令ＮＴＣａに対応する総合機器効率値を表示している。さらに、現在の車両速度ＶＥＬａと、運転ノッチ指令ＮＴＣａに基づいて、現在の速度と運転ノッチ指令の動作点を示す表示を動作点表示１３のように表す。図４の例では、現在の動作点が動作点表示１３の位置にある場合（車両速度Ｋａ、運転ノッチ指令が力行５ノッチ指令（Ｐ５Ｎ））、同じ車両速度では力行３ノッチ（Ｐ３Ｎ）に投入した方が、縦軸に示す総合機器効率が高いことが一目で把握できるため、運転士は運転ノッチ指令をＰ３Ｎに変更することができる。これにより、動作点が動作点表示１４の位置になり、総合機器効率がより高い動作点で動作するようになり、先に説明した消費電力を低減でき、結果的に車両の走行エネルギを省エネルギ化できる。
【００２３】
一方、減速の場合の回生ブレーキ動作時の運転台表示装置１の表示例を、図５に示す。力行動作時における運転台表示装置１の表示例に示したのと同様に、横軸に速度、縦軸に車両のブレーキ力をとったグラフ上に、総合機器効率（Ｘ％、Ｙ％、Ｚ％）の等高線図を重ねて表示する。ここで、図５では効率の大きさをＸ％＞Ｙ％＞Ｚ％とする。これに、各運転ノッチ指令ＮＴＣａに対応する速度とブレーキ力の関係のラインを重ねて描画する。図５では、運転ノッチ指令についてブレーキ３ノッチ指令を「Ｂ３Ｎ」、ブレーキ４ノッチ指令を「Ｂ４Ｎ」、ブレーキ５ノッチ指令を「Ｂ５Ｎ」とし、これらの運転ノッチ指令を描画している。この各運転ノッチ指令に対応する速度とブレーキ力の関係は、車両重量情報Ｗａによって特性が変化し、車両の重量が変化しても減速度が一定に保たれるように変化する。ここで、図５では縦軸をブレーキ力としているが、電動機のトルクなど車両の減速に関わる力に関連する表示で表してもよい。さらに、現在の車両速度ＶＥＬａと、運転ノッチ指令ＮＴＣａに基づいて、現在の速度とブレーキ力の動作点を示す表示を動作点表示１５のように表す。
【００２４】
運転台表示装置１を、以上のような表示とすることで、現在の運転ノッチ指令と車両速度に対して、総合機器効率がどの動作点にあるかを運転士が認識することができる。これにより運転士に、現在の運転ノッチ指令よりもより総合機器効率が高い動作点で運転した方がよいと認識させ、運転ノッチ指令を変更したり、速度を変更したりして、総合機器効率が高い動作点で動作させることを促すことができる。運転士にとっては、運転ノッチ指令を選択したり、速度を選択したりしながら、動作点を調整でき自由度の幅が広まり臨機応変に対応可能となる。例えば、図５のように、現在の動作点が動作点表示１５の位置にある場合（車両速度Ｋｂ、運転ノッチ指令がブレーキ５ノッチ指令（Ｂ５Ｎ））、同じ車両速度ではブレーキ３ノッチ（Ｂ３Ｎ）に投入した方が、総合機器効率が高いことが一目で把握できる（Ｘ％＞Ｚ％）ため、運転士は運転ノッチ指令をＢ３Ｎに変更することができる。これにより、動作点が動作点表示１６の位置になり、総合機器効率がより高い動作点で動作するようになり、先に説明した消費電力を低減でき、結果的に車両の走行エネルギを省エネルギ化できる。
【００２５】
また、実施例１で示したような構成は、必要な入力情報が必要最低限であり、逐次効率を演算する必要もなく演算負荷を低減でき、簡易な構成で省エネルギ走行を実現することができる。
【実施例２】
【００２６】
図６は、本発明の鉄道車両の運転台に設置される運転台表示装置の入出力情報の構成の第２の実施例を示す図である。実施例１との違いは、運転台表示装置１の入力信号をインバータ制御装置５の出力信号としている点である。
【００２７】
運転台表示装置１は、インバータ制御装置５の出力する車両重量情報Ｗｉと、運転ノッチ指令ＮＴＣｉと、車両速度情報ＶＥＬｉを入力する。インバータ制御装置は外部機器からの入力信号や、インバータ制御装置内部での演算によって、これら３つの信号を生成しているため、インバータ制御装置５との間に信号インターフェースを構成することで、実施例１に比べ簡易に運転台表示装置１の入力信号を接続するこができる。運転台表示装置１の表示例は、実施例１で示した車両重量情報ＷａをＷｉに、運転ノッチ指令情報ＮＴＣａをＮＴＣｉに、車両速度情報ＶＥＬａをＶＥＬｉに置き換えた場合と同じである。
【００２８】
また、図６では、運転台表示装置に入力される車両重量情報、運転ノッチ指令、車両速度情報の全ての信号をインバータ制御装置５の出力信号としたが、この３つの信号の一部をインバータ制御装置１５の出力とし、残りの信号を図２に示した車両重量検知器１や、主幹制御器３や、速度検出器４の出力信号とした構成としてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１…運転台表示装置、２…車両重量検知器、３…主幹制御器、４…速度検出器、５…インバータ制御装置、１１、１２、１３、１４、１５、１６…動作点表示、２１…効率マップデータ、５１…直流電車線、５２…集電装置、５３…フィルタリアクトル、５４…インバータ制御装置、５５…交流電動機、５６…ギア、５７…車輪、５８…接地ブラシ
【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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