列車制御システム
【課題】推力指令に対する応答遅れを改善して、安全性を確保した上で、走行時間の短縮、運転本数の増大、輸送能力の増強などを達成する。
【解決手段】 自動列車運転装置６からブレーキ制御器５に零推力指令を与えて、ＶＶＶＦインバータ３から励磁電流を出力させ、主電動機２を直ぐに動作可能な待機状態にさせるとともに、空制ブレーキ装置４に実トルクが生じない程度の空気圧（初込め圧）を与えて、直ぐに動作可能な待機状態にさせておき、自動列車運転装置６からブレーキ制御器５に引張力指令またはブレーキ力指令を含む推力指令が与えられたとき、主電動機２、空制ブレーキ装置４を直ぐに動作させる。
【解決手段】 自動列車運転装置６からブレーキ制御器５に零推力指令を与えて、ＶＶＶＦインバータ３から励磁電流を出力させ、主電動機２を直ぐに動作可能な待機状態にさせるとともに、空制ブレーキ装置４に実トルクが生じない程度の空気圧（初込め圧）を与えて、直ぐに動作可能な待機状態にさせておき、自動列車運転装置６からブレーキ制御器５に引張力指令またはブレーキ力指令を含む推力指令が与えられたとき、主電動機２、空制ブレーキ装置４を直ぐに動作させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引張力指令またはブレーキ力指令を含む推力指令を出力し、列車を自動制御する列車制御システムに係わり、特に推力指令に対する応答遅れを改善させるようにした列車制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電車や新幹線などの列車は、自動列車制御装置（ＡＴＣ）や自動列車運転装置（ＡＴＯ）によって、自動的に力行制御ないしブレーキ制御が実行されており、衝突を回避した安全性や駅への停止精度の確保や定時走行を達成している。
【０００３】
これらの装置の出力は、力行加速力（引張力）や減速ブレーキ力への指令値である。力行加速する場合には、ＶＶＶＦインバータと主電動機から成る駆動装置が生み出す力行トルク、また、ブレーキ減速する場合には、駆動装置による電制ブレーキ力と、空制ブレーキなどの空制ブレーキ力を合わせた力で減速する。
【特許文献１】特開２００４−２９７９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の装置への推力指令値（ここでは、「推力」とは、力行加速力とブレーキ減速力をあわせて呼ぶものと定義する）に対し、駆動装置や空制ブレーキ装置などの駆動／制動装置が、指令値に相応する力を生じるまでに、様々な遅れ要素がある。この遅れ時間により、次のような障害を引き起こしている。
【０００５】
自動列車制御装置（ＡＴＣ）では、先行する列車との安全距離を確保するようにブレーキが作用するが、この場合、ブレーキ指令を入れてから実際のブレーキ力が作用するまでの遅れ時間を考慮して空走距離を算定し、その分、事前にブレーキ力を作用させる。列車制御の大きな目的は、安全性を確保した上で、列車の間隔を狭めて、輸送能力を増大することであるが、空走距離が大きいと、列車の間隔がつめられない。
【０００６】
また、自動列車運転装置（ＡＴＯ）では、駅間走行を自動で行い、着駅の所定位置に自動停止させる装置である。推力指令値を入れてから、実推力が作用するまでに遅れが大きい場合、木目細やかな制御ができず、推力指令値（あるいは、それに相応するノッチ）がハンチングするなどして、停止精度や乗り心地が劣化することがある。特に、推力の応答遅れがシステムの状態によって変化する場合には、顕著な問題となる。場合によっては、速度制限をオーバーして、自動列車制御装置（ＡＴＣ）が作用し、乗り心地や走行時間が極端に劣化することもある。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑み、請求項１では、零推力指令を使用して、空制ブレーキ装置、電動機などをいつでも動作可能な待機状態にさせておくことにより、引張力列車に作用する推力指令からの応答遅れを改善し、列車の高密度化、停止精度、乗り心地、走行時間の改善、省エネルギー化などを促進するのに好適な列車制御システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために本発明は、引張力指令またはブレーキ力指令を含む推力指令もしくは零推力指令を出力し、列車を自動制御する列車自動制御手段と、前記推力指令に応じた引張力または零推力指令もしくは出力ブレーキ力を列車に発生させる駆動／制動手段とを備え、前記駆動／制動手段は、前記零推力指令を受けたとき、零推力を生成して列車の駆動／制動を実行することを特徴としている。
【０００９】
本発明では、前記駆動／制動手段は、ブレーキ力を発生する空制ブレーキ手段と、前記空制ブレーキ手段を制御する空制ブレーキ制御手段とを有し、この空制ブレーキ制御手段は、前記零推力指令を受けたとき、初込め圧を前記空制ブレーキ手段に与える。
【００１０】
また、本発明では、前記駆動／制動手段は、駆動力／制動力を発生する電動機と、前記電動機を制御するＶＶＶＦインバータを含む電動機制御手段を有し、この電動機制御手段は、前記零推力指令を受けたとき、前記電動機のトルクが零となるように制御する。
【００１１】
ここで、“零推力指令”とは、空制ブレーキ装置、電動機などをいつでも動作可能な待機状態にさせておく指令をいう。上述したように、零推力指令が出力された場合には、空制ブレーキ手段に対しては、初込め圧を与え、ブレーキシューを限りなくブレーキディスクに接近された状態にしておく。また、電動機制御手段に対しては、電動機のトルクが零となるように制御する。
【００１２】
さらに、零推力指令が出力された場合には、ＶＶＶＦインバータのフィルタコンデンサを充電させて電圧を確立させておく。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、零推力指令を使用して、空制ブレーキ装置、電動機などをいつでも動作可能な待機状態にさせておくことにより、引張力列車に作用する推力指令からの応答遅れを改善し、列車の高密度化、停止精度、乗り心地、走行時間の改善、省エネルギー化などを促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
《第１実施形態》
図１は本発明による列車制御システムの第１実施形態を示すブロック図である。
【００１５】
この図に示す列車制御システム１ａは、列車の駆動制御装置を示したものであり、特にブレーキ動作が係わる場合の構成を示している。本実施形態では、２つの駆動／制動手段でブレーキ力を発生する。一つは主電動機２とＶＶＶＦインバータ（variable voltage variable frequency inverter：可変電圧・可変周波数型インバータ）３から成るもので、もう一つは空制ブレーキ装置４である。空制ブレーキ装置４は、ＢＣ圧が供給されたとき、レール１０と接触している車輪９にブレーキパッドを押しつけて、車輪９の回転速度を低減させ、列車にブレーキをかける。
【００１６】
主電動機２の発生トルクは電制力と呼ばれ、ＶＶＶＦインバータ３による電流で決まる。このトルクないし電流を制御する電動機制御器は、同図中のＶＶＶＦインバータ３に含めて記載していると考えている。
【００１７】
また、本実施形態において、ブレーキ制御器５は、２つの役割を担っている。一つは自動列車運転装置６から出力され、車内伝送装置７を介して供給される推力指令“ＦＣ_ＢＣＵ１”に応じて、主電動機２によるブレーキ力と空制ブレーキ装置４によるブレーキ力との総和が“ＦＣ_ＢＣＵ１”に一致するように、それぞれのブレーキ指令の配分を決定することである。もう一方は、そのように割り当てられた空制ブレーキ力指令に一致したブレーキ力が空制ブレーキ装置４にて発生するように、空制ブレーキ装置４への空気圧を制御するものである。
【００１８】
ブレーキ制御器５によるブレーキ力の配分は、次のようになされている。ＶＶＶＦインバータ３は、空転滑走や回生失効を回避しながら主電動機２を制御するため、ブレーキ指令“ＦＣ_ＢＣＵ１”に一致したブレーキ力を出力できるかは分からない。このため、実際に作用するブレーキ力を“ＦＢ_ＶＶＶＦ１”としてブレーキ制御器５に出力する。
【００１９】
ブレーキ制御器５では、自動列車運転装置６から指示されたブレーキ指令“ＦＣ_ＢＣＵ１”に、実際のブレーキ力が一致するように、ＶＶＶＦインバータ３から返ってきた実効ブレーキ力“ＦＢ_ＶＶＶＦ１”との不足分が、空制ブレーキ装置４によって発生するブレーキ力と一致するように、空制ブレーキ装置４へのＢＣ圧を制御する。
【００２０】
また、図１は、ブレーキ中の信号の機器構成や流れを示したものであるが、力行中の場合を図２に示す。この場合、ＶＶＶＦインバータ（あるいは、そこに含まれる電動機制御手段）３への推力指令“ＦＣ_ＶＶＶＦ１”は、自動列車運転装置６から直接、与えられる。
【００２１】
ここで、減速するブレーキ力、加速する引張力を合わせたものを推力とすると、本実施形態では、自動列車運転装置６の推力指令として、いつでも駆動できるように待機させる零推力指令を可能とするものである。
【００２２】
ずなわち、従来では、力行加速する際の引張力指令にも、ブレーキ減速する際のブレーキ力指令にも、推力が零となる指令はない。従来の構成範囲において、零推力を与えたい場合には、力行指令もブレーキ指令もオフとして、駆動／制動装置を動作停止した状態となる。すなわち、列車の惰行状態であり、空制ブレーキ装置は緩解し、ＶＶＶＦインバータは動作停止（ゲート停止）した状態である。空制ブレーキ装置の緩解状態では、ブレーキパッドが車輪踏面やブレーキディスクと離れており、非零なブレーキ指令を受けてからのブレーキ力を作用するまでに時間（数１００ｍｓ〜１ｓ程度）を要する。
【００２３】
そこで、図３（ａ）に示すように、自動列車制御装置６から出力される力行ノッチ指令またはブレーキノッチ指令に零推力指令（Ｎ０）を新たに加える。また、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、力行ノッチ指令またはブレーキノッチ指令を受けてトルク指令に変換する変換テーブルには、それぞれ零推力パターンＰＮ０，ＢＮ０ を新たに加える。力行トルクにおける零推力パターンＰＮ０ とブレーキトルクにおける零推力パターンＰＮ０，ＢＮ０ を図４（ａ），（ｂ）に模式的に示す。
【００２４】
具体的には、本実施形態では、図１のブレーキ制御器５が零推力指令を受けた場合、ブレーキパッドが車輪踏面やブレーキディスク面に僅かながら接触し、実トルクが生じない程度の空気圧（初込め圧）を与えるように設定すればよい。図５には、ブレーキトルクに対するＢＣ圧が模式的に図示されている。図５に示すように、ブレーキトルク指令Ｂ１〜Ｂ７が直線的に変化すると仮定し、緩解のときのＢＣ圧を“零”とすると、初込め圧は図５のように示すことができる。このように、初込め圧を与えることにより、ブレーキ指令“ＦＣ_ＢＣＵ１”が非零な値を指示したとき、時間遅れなくブレーキ力を発生させることが可能となる。
【００２５】
また、ＶＶＶＦインバータ３および主電動機２が、完全に動作を停止した状態からブレーキ力や引張力を発生させるためには、次のような手順にて、それぞれ時間を要する。
【００２６】
（１）指令を認識する時間（誤動作を回避するため、オンディレイなどがある）
（２）ＶＶＶＦインバータ３の入力側に存在するフィルタコンデンサを充電し、その電圧が確立する要する時間（時定数によって決まり、数１００ｍｓを要する）
（３）主電動機２をＶＶＶＦインバータ３にて励磁して主磁束が確立するに要する時間
よって、ＶＶＶＦインバータ３が零推力指令を受けた場合、上記の（３）までを実施した上で、主電動機２のトルクが零となるような電流を流せばよい。主電動機２が誘導電動機である場合、トルク電流を零とすればよい。主電動機２が永久磁石同期電動機である場合、リラクタンストルクの発生を考慮しながら、励磁電流とトルク電流を決定すればよい。
【００２７】
また、低速域では、“励磁電流＝トルク電流＝０”でよい。高速域では、弱め界磁のため、励磁電流は必ず零以外となる。突極比があると、この非零な励磁電流にてトルクが発生するが、このトルクが零になるようにトルク電流を決定すればよい。
【００２８】
この状態で、零以外の推力指令を受ければ、即座に所定のブレーキ力や引張力を発生させることができる。
【００２９】
〈第１実施形態の効果〉
以上のように、零推力指令を与えることで、実際のブレーキ力ないし引張力などの推力が生じる遅れ時間を短縮することが可能である。自動列車運転装置（ＡＴＯ）６などが列車を制御している際、その後に、減速や加速を開始することが予想される場合、事前に零推力指令を与えることで、車両走行には影響を与えず、その先に来る加減速を指令通りに遅れなく、遂行できる。推力指令値（あるいは、ノッチ）がハンチングするなど、停止精度や乗り心地が劣化を抑えることができる。また、推力の応答遅れが低減されるため、きめ細かな制御が可能となり、速度制限より若干低い速度を追従するように走行することが可能となる。
【００３０】
この結果、走行時間の短縮、ひいては、運転本数の増大の効果が得られる。更に、列車が過走を抑止し、安全性を確保している自動列車制御装置（ＡＴＣ）に関して言えば、ブレーキの立ち上がりの無駄時間が低減できることから空走距離が低減できる。結果的に、安全性を確保した上で、列車の間隔を狭めて、運転本数を増大するなど、輸送能力を増強することができるという効果が得られる。
【００３１】
〈誘導電動機（ＩＭ）の場合〉
また、主電動機２として、誘導電動機や永久磁石同期電動機を適用すると、それぞれの特徴がある。
【００３２】
まず、誘導電動機では、前述のように、ＶＶＶＦインバータ３が動作停止した状態では、磁束が零となっており、推力指令が入ると同時に磁束を立ち上げ、これが確立するのを待って、実トルクを発生させるトルク電流を流しており、トルク応答が遅れる。磁束の応答時定数は電動機の低損失化とともに長くなり、“４００〜５００ｍｓ”程度のものもある。磁束の立ち上げを待つ時間も、この時定数程度である。
【００３３】
以上のように、誘導電動機では、元来、磁束の立ち上がり遅れがあるため、本発明の零推力指令により、顕著のその効果を得ることが可能である。
【００３４】
〈永久磁石式同期電動機（ＰＭ）の場合〉
また、永久磁石同期電動機を主電動機２とする場合、誘導電動機とは異なり、磁束は常時確立された状態であるため、前述の磁束の立ち上げに要する遅れ時間は、存在しない。この点で、推力の応答遅れが小さいことが望ましい列車制御システム１ａにおいて、好適な電動機である。
【００３５】
ＶＶＶＦインバータ３および（その一機能としての）電動機制御器が、推力指令（非零であっても、零であっても同じであり、ＶＶＶＦインバータ３の動作停止ではなく、動作開始の指令ということ）を受けたときの様子を、主電動機２を誘導電動機、永久磁石同期電動機とする場合の双方を図６に示す。
【００３６】
図６の（ａ）は誘導電動機を主電動機２とする場合で、ＶＶＶＦインバータ３が運転停止から所定のブレーキ力ないし引張力を与えられた場合の動作である。始動指令からそれを受け付けるまでには、誤動作の防止などを目的に、オンディレイなどがあり、遅れている。始動受付とともに、ＶＶＶＦインバータ３は、主電動機２に電圧を印加することで電流を流す。
【００３７】
このとき、まず、誘導電動機の磁束が立ち上がるように、励磁電流が流れるようにしている。その後、磁束が立ち上がったことをもって、トルクが出力されるように、トルク電流を流すように制御されている。
【００３８】
一方、図６の（ｂ）では、主電動機２を永久磁石同期電動機とした場合のものである。誘導電動機の場合と異なり、磁束は常時確立されており、始動受付し、モータに電圧印加した時点からトルクを立ち上げることができる。
【００３９】
なお、列車制御システム１ａで使用される駆動／制動装置の主電動機２として、従来からある誘導電動機ではなく、永久磁石電動機を適用することで、零推力指令が与えられなくとも、推力の応答遅れ時間を低減できる効果が得られることは言うまでもない。
【００４０】
《第２実施形態》
図７は、本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態と比べ、ブレーキ制御器５の周辺が異なるため、他を省略して説明する。本実施形態では、図１のブレーキ制御器５はなく、代わりに空制ブレーキ制御器８がある。
【００４１】
この図に示す列車制御システム１ｂの自動列車運転装置６は、ＶＶＶＦインバータ３に直接、伝送手段である車内伝送装置７を介して、電制ブレーキ指令“ＦＣ_ＶＶＦ１”を送る。また、同様に、空制ブレーキ制御器８に空制ブレーキ指令“ＦＣ_ＢＣＵ１”を送る。
【００４２】
この場合、列車トータルのブレーキ力が所定値になるように、電制ブレーキ力と空制ブレーキ力を調整することは、自動列車運転装置６にて実施する。すなわち、列車としてのトータルのブレーキ力指令“ＦＣＪＯＴＡＬ”（図示していない）に“ＦＢ_ＶＶＶＦ１”と“ＦＢ_ＢＣＵ１”の加算値が一致するように、“ＦＣ_ＶＶＶＦ１”および“ＦＣ_ＢＣＵ１”を調整する。基本的には、エネルギー効率に優れ、機械的な磨耗や騒音の少ない電制ブレーキが得られるように、“ＦＣ_ＶＶＶＦ１”を大きく設定するが、前述のように、空転滑走や軽負荷回生などにより、所定の電制ブレーキ力“ＦＢ_ＶＶＶＦ１”が得られない場合のその不足分を“ＦＣ_ＢＣＵ１”で負担するようにする。
【００４３】
〈第２実施形態の効果〉
これにより、第２実施形態では、零トルク指令を“ＦＣ_ＶＶＶＦ１”と“ＦＣ_ＢＣＵ１”に与えることで、第１実施形態と同様な作用効果が得られる。更に、それぞれを独立して与えることが可能である。これにより、いずれか一方を零推力指令として突発的なブレーキ力の要求に応答できるように待機させることが可能である。零推力指令状態は、ブレーキ力の発生遅れを改善する点では、第１実施形態の効果のように有効である。一方で、ＶＶＶＦインバータ３が動作することで、損失や騒音が生じること、また空制ブレーキ装置４が零推力で待機状態とするため、少なからず、機械的な磨耗が生じるなど、デメリットもある。よって、これら二つのブレーキを同時に零トルクでの待機状態とすることなく、一方のみを待機状態とすることで、上記のデメリットを改善（騒音低減、エネルギー損失低減、機械磨耗低減）するとともに、第１実施形態の効果を維持できる。
【００４４】
《第３実施形態》
図８は、本発明の第３実施形態を示す。図７の第２実施形態と比べ、ＶＶＶＦインバータと主電動機からなる駆動装置が３セットになった場合を示している。
【００４５】
この図に示す列車制御システム１ｃの自動列車運転装置６からは、空制ブレーキ制御器８へのブレーキ指令“ＦＣ_ＢＣＵｘ”（ここでの“ｘ”は“１”のみ）と、各ＶＶＶＦインバータ３、１１、１３への推力指令“ＦＣ_ＶＶＶＦｘ”（ここでの“ｘ”は、“１”から“３”、推力指令とはブレーキ力指令と引張力指令とを合わせたもの）を出力する。
【００４６】
すなわち、“ＦＣ_ＶＶＦ１”はＶＶＶＦインバータ３への推力指令、“ＦＣ_ＶＶＶＦ２”はＶＶＶＦインバータ１１への推力指令、“ＦＣ_ＶＶＦ３”はＶＶＶＦインバータ１３への推力指令である。また、自動列車運転装置６は、実際の各機器が生じているブレーキ力として、空制ブレーキ制御器８から“ＦＢ_ＢＣＵ１”を、各ＶＶＶＦインバータ３、１１、１３から“ＦＢ_ＶＶＶＦｘ”を、車内伝送装置７を介して受け取ることができる。
【００４７】
そして、第３実施形態では、自動列車運転装置６から、ＶＶＶＦインバータ３へのブレーキ指令“ＦＣ_ＶＶＶＦ１”として、非零の所定のブレーキ力を与えている。また、空制ブレーキ制御器８へのブレーキ指令“ＦＣ_ＢＣＵ１”およびＶＶＶＦインバータ１１へのブレーキ指令“ＦＣ_ＶＶＦ２”には、零推力指令を与える。更に、ＶＶＶＦインバータ１３へのブレーキ指令“ＦＣ_ＶＶＦ３”には、運転停止指令を与えている。
【００４８】
〈第３実施形態の効果１〉
このように、列車全体として、比較的小さいブレーキ力を必要とする場合、ブレーキ力を与えるＶＶＶＦインバータ３や空制ブレーキ装置４に限定することができる。他のＶＶＶＦインバータ１１や空制ブレーキ装置４には、必要に応じて、零推力指令を与えて突発的なブレーキ力や引張力への要求に対して待機状態とさせればよい。必要に応じてとは、現在出力するブレーキ力から、次に必要となるであろうブレーキ力や引張力の範囲を考えればよい。
【００４９】
更に、その他のＶＶＶＦインバータ１３や空制ブレーキ装置４には、運転停止状態としておく。
【００５０】
前述のように、ＶＶＶＦインバータ３、１１、１３は零推力指令状態においても、エネルギーを消費し、またスイッチング素子のスイッチングに起因した騒音が発生する。また、空制ブレーキ装置４も、零推力指令状態では、少なからず、機械磨耗なり消耗する。よって、全くブレーキ力が不要なＶＶＶＦインバータ１３や空制ブレーキ装置４は、完全に運転停止状態として、エネルギー消費や機械磨耗を抑制する。
【００５１】
以上のように、不測のブレーキ力要求に答えるように、零推力指令として待機させるとともに、列車全体として、エネルギー損失や機械磨耗を抑えた効果を得ることができる。
【００５２】
〈第３実施形態の効果２〉
また、第３実施形態の全てにわたり、ブレーキ力と記述しているが、引張力とブレーキ力とを合わせた推力として考えても、同様の作用効果である。例えば、図８においては、ＶＶＶＦインバータ３が力行引張力指令を“ＦＣ_ＶＶＶＦ１”に与えられている場合、零推力指令を与えられている空制ブレーキ制御器８に“ＦＣ_ＢＣＵ１”を与え、ＶＶＶＦインバータ１１に“ＦＣ_ＶＶＶＦ２”を与えてもよい。この場合、力行加速中ではあるが、更に加速したいという要求、また、急に減速したいという要求の、いずれにも対応できるように零推力指令にて待機していると言える。
【００５３】
《第４実施形態》
図９には、本発明の第４実施形態を示す。図８に示す第３実施形態と同様の構成だが、信号が異なるため、差異を説明する。
【００５４】
この図に示す列車制御システム１ｄでは、空制ブレーキ制御器８、ＶＶＶＦインバータ３、１１、１３は、車内伝送装置７を介して、自動列車運転装置６へ、それぞれの機器の保護信号“ＰＲＯＴ_ＢＣＵ１”、“ＰＲＯＴ_ＶＶＶＦ１”、“ＰＲＯＴ_ＶＶＶＦ２”、“ＰＲＯＴ_ＶＶＶＦ３”を送る。自動列車運転装置６では、保護信号“ＰＲＯＴ”に応じて、図１０のフローチャートの処理を実施する。
【００５５】
まず、それぞれの装置において、保護信号“ＰＲＯＴ”が立っているかを確認する（ステップＳ１）。保護の種類には、その機器が再起動可能な軽故障と、再起動が不可能な重故障とがある。軽故障の場合（ステップＳ２）、零推力指令を与え、前記機器を再起動させるとともに（ステップＳ３）、再度、動作停止させる（ステップＳ４）。但し、必ずしも動作停止させる必要はないことは言うまでもない。
【００５６】
以上の構成により、次の作用効果を得る。
【００５７】
各機器は、重故障にしろ、軽故障にしろ、一旦保護となると、通常状態とは異なる状態と成っていることがある。図１１は一般的なＶＶＶＦインバータ、例えばＶＶＶＦインバータ３による一例である。主電動機２として誘導電動機を備えた場合である。図１１の（ａ）、（ｂ）は各々、ＶＶＶＦインバータ３の主回路入力側に接続されたフィルタコンデンサが充電状態であるか、放電状態であるかの差異であり、通常状態ではフィルタコンデンサが充電された状態である。
【００５８】
ＶＶＶＦインバータ３を初めて始動時には、フィルタコンデンサは放電状態であり、図１１の（ａ）である。一旦動作後に、長い時間を経たときにも、自然放電によって、図１１の（ａ）となる。通常に運転する中で、ＶＶＶＦインバータ３が動作したり、停止したりするときは、図１１の（ｂ）であると考えてよい。
【００５９】
フィルタコンデンサが放電した状態からＶＶＶＦインバータ３を始動する場合、フィルタコンデンサ電圧が充電するまで間、ＶＶＶＦインバータ３は主電動機２の電圧印加を待っている。すなわち、フィルタコンデンサが放電した状態からの始動では、より長い時間を要する。
【００６０】
ここで、機器が軽故障、ないし、重故障を起こした場合、安全性を確保するため、フィルタコンデンサ電圧を放電することが通例である。よって、次に始動する場合など、放電状態からの始動となり、推力が生じるまでに、通常より一層の時間を要する。
【００６１】
〈第４実施形態の効果１〉
このように、第４実施形態では、図１０のフローチャートに示す如く、保護状態となり、かつ機器が再起動可能な状態であるならば、一旦、零推力指令を与えることで、フィルタコンデンサを充電し、次の推力指令に速やかに応答できる状態としておく。このとき、零推力指令を与え続けるか、否かは、そのときの状況に応じて判断すればよい。
【００６２】
〈第４実施形態の効果２〉
また、保護信号に基づくと、各ＶＶＶＦインバータ３、１１、１３の初期起動や、長時間の動作停止によりフィルタコンデンサ電圧が放電した場合には、対処できない。よって、保護信号ではなく、フィルタコンデンサ電圧の情報を、自動列車運転装置６が受け取り、例えば、所定値よりフィルタコンデンサ電圧が低ければ、零推力指令を与えるなどの構成にすれば、より一層の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による列車制御システムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す列車制御システムにおける力行指令を実行するときのブロック図である。
【図３】自動列車運転装置から出力される力行ノッチまたはブレーキノッチに含まれる零推力指令と、トルク指令として出力される零推力パターンとを示す説明図である。
【図４】トルク指令における零推力パターンの説明図である。
【図５】ブレーキトルクに対するＢＣ圧特性上における初込め圧を示す説明図である。
【図６】図１に示すＶＶＶＦインバータの動作開始時の動作例（誘導電動機と永久磁石同期電動機）を示す波形図である。
【図７】本発明による列車制御システムの第２実施形態を示すブロック図である。
【図８】本発明による列車制御システムの第３実施形態を示すブロック図である。
【図９】本発明による列車制御システムの第４実施形態を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す列車制御システムの保護検知後の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】図９に示すＶＶＶＦインバータの動作開始時の動作例（フィルタコンデンサの充電の有無）を示す波形図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ａ〜１ｄ…列車制御システム
２…主電動機（駆動／制動手段、電動機）
３…ＶＶＶＦインバータ（駆動／制動手段、電動機制御手段）
４…空制ブレーキ装置（駆動／制動手段、空制ブレーキ手段）
５…ブレーキ制御器（駆動／制動手段、空制ブレーキ制御手段）
６…自動列車運転装置（列車自動制御手段）
７…車内伝送装置
８…空制ブレーキ制御器（駆動／制動手段、空制ブレーキ制御手段）
９…車輪
１０…レール
１１…ＶＶＶＦインバータ（駆動／制動手段、電動機制御手段）
１２…主電動機（駆動／制動手段、電動機）
１３…ＶＶＶＦインバータ（駆動／制動手段、電動機制御手段）
１４…主電動機（駆動／制動手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、引張力指令またはブレーキ力指令を含む推力指令を出力し、列車を自動制御する列車制御システムに係わり、特に推力指令に対する応答遅れを改善させるようにした列車制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電車や新幹線などの列車は、自動列車制御装置（ＡＴＣ）や自動列車運転装置（ＡＴＯ）によって、自動的に力行制御ないしブレーキ制御が実行されており、衝突を回避した安全性や駅への停止精度の確保や定時走行を達成している。
【０００３】
これらの装置の出力は、力行加速力（引張力）や減速ブレーキ力への指令値である。力行加速する場合には、ＶＶＶＦインバータと主電動機から成る駆動装置が生み出す力行トルク、また、ブレーキ減速する場合には、駆動装置による電制ブレーキ力と、空制ブレーキなどの空制ブレーキ力を合わせた力で減速する。
【特許文献１】特開２００４−２９７９１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記の装置への推力指令値（ここでは、「推力」とは、力行加速力とブレーキ減速力をあわせて呼ぶものと定義する）に対し、駆動装置や空制ブレーキ装置などの駆動／制動装置が、指令値に相応する力を生じるまでに、様々な遅れ要素がある。この遅れ時間により、次のような障害を引き起こしている。
【０００５】
自動列車制御装置（ＡＴＣ）では、先行する列車との安全距離を確保するようにブレーキが作用するが、この場合、ブレーキ指令を入れてから実際のブレーキ力が作用するまでの遅れ時間を考慮して空走距離を算定し、その分、事前にブレーキ力を作用させる。列車制御の大きな目的は、安全性を確保した上で、列車の間隔を狭めて、輸送能力を増大することであるが、空走距離が大きいと、列車の間隔がつめられない。
【０００６】
また、自動列車運転装置（ＡＴＯ）では、駅間走行を自動で行い、着駅の所定位置に自動停止させる装置である。推力指令値を入れてから、実推力が作用するまでに遅れが大きい場合、木目細やかな制御ができず、推力指令値（あるいは、それに相応するノッチ）がハンチングするなどして、停止精度や乗り心地が劣化することがある。特に、推力の応答遅れがシステムの状態によって変化する場合には、顕著な問題となる。場合によっては、速度制限をオーバーして、自動列車制御装置（ＡＴＣ）が作用し、乗り心地や走行時間が極端に劣化することもある。
【０００７】
本発明は上記の事情に鑑み、請求項１では、零推力指令を使用して、空制ブレーキ装置、電動機などをいつでも動作可能な待機状態にさせておくことにより、引張力列車に作用する推力指令からの応答遅れを改善し、列車の高密度化、停止精度、乗り心地、走行時間の改善、省エネルギー化などを促進するのに好適な列車制御システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために本発明は、引張力指令またはブレーキ力指令を含む推力指令もしくは零推力指令を出力し、列車を自動制御する列車自動制御手段と、前記推力指令に応じた引張力または零推力指令もしくは出力ブレーキ力を列車に発生させる駆動／制動手段とを備え、前記駆動／制動手段は、前記零推力指令を受けたとき、零推力を生成して列車の駆動／制動を実行することを特徴としている。
【０００９】
本発明では、前記駆動／制動手段は、ブレーキ力を発生する空制ブレーキ手段と、前記空制ブレーキ手段を制御する空制ブレーキ制御手段とを有し、この空制ブレーキ制御手段は、前記零推力指令を受けたとき、初込め圧を前記空制ブレーキ手段に与える。
【００１０】
また、本発明では、前記駆動／制動手段は、駆動力／制動力を発生する電動機と、前記電動機を制御するＶＶＶＦインバータを含む電動機制御手段を有し、この電動機制御手段は、前記零推力指令を受けたとき、前記電動機のトルクが零となるように制御する。
【００１１】
ここで、“零推力指令”とは、空制ブレーキ装置、電動機などをいつでも動作可能な待機状態にさせておく指令をいう。上述したように、零推力指令が出力された場合には、空制ブレーキ手段に対しては、初込め圧を与え、ブレーキシューを限りなくブレーキディスクに接近された状態にしておく。また、電動機制御手段に対しては、電動機のトルクが零となるように制御する。
【００１２】
さらに、零推力指令が出力された場合には、ＶＶＶＦインバータのフィルタコンデンサを充電させて電圧を確立させておく。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、零推力指令を使用して、空制ブレーキ装置、電動機などをいつでも動作可能な待機状態にさせておくことにより、引張力列車に作用する推力指令からの応答遅れを改善し、列車の高密度化、停止精度、乗り心地、走行時間の改善、省エネルギー化などを促進することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
《第１実施形態》
図１は本発明による列車制御システムの第１実施形態を示すブロック図である。
【００１５】
この図に示す列車制御システム１ａは、列車の駆動制御装置を示したものであり、特にブレーキ動作が係わる場合の構成を示している。本実施形態では、２つの駆動／制動手段でブレーキ力を発生する。一つは主電動機２とＶＶＶＦインバータ（variable voltage variable frequency inverter：可変電圧・可変周波数型インバータ）３から成るもので、もう一つは空制ブレーキ装置４である。空制ブレーキ装置４は、ＢＣ圧が供給されたとき、レール１０と接触している車輪９にブレーキパッドを押しつけて、車輪９の回転速度を低減させ、列車にブレーキをかける。
【００１６】
主電動機２の発生トルクは電制力と呼ばれ、ＶＶＶＦインバータ３による電流で決まる。このトルクないし電流を制御する電動機制御器は、同図中のＶＶＶＦインバータ３に含めて記載していると考えている。
【００１７】
また、本実施形態において、ブレーキ制御器５は、２つの役割を担っている。一つは自動列車運転装置６から出力され、車内伝送装置７を介して供給される推力指令“ＦＣ_ＢＣＵ１”に応じて、主電動機２によるブレーキ力と空制ブレーキ装置４によるブレーキ力との総和が“ＦＣ_ＢＣＵ１”に一致するように、それぞれのブレーキ指令の配分を決定することである。もう一方は、そのように割り当てられた空制ブレーキ力指令に一致したブレーキ力が空制ブレーキ装置４にて発生するように、空制ブレーキ装置４への空気圧を制御するものである。
【００１８】
ブレーキ制御器５によるブレーキ力の配分は、次のようになされている。ＶＶＶＦインバータ３は、空転滑走や回生失効を回避しながら主電動機２を制御するため、ブレーキ指令“ＦＣ_ＢＣＵ１”に一致したブレーキ力を出力できるかは分からない。このため、実際に作用するブレーキ力を“ＦＢ_ＶＶＶＦ１”としてブレーキ制御器５に出力する。
【００１９】
ブレーキ制御器５では、自動列車運転装置６から指示されたブレーキ指令“ＦＣ_ＢＣＵ１”に、実際のブレーキ力が一致するように、ＶＶＶＦインバータ３から返ってきた実効ブレーキ力“ＦＢ_ＶＶＶＦ１”との不足分が、空制ブレーキ装置４によって発生するブレーキ力と一致するように、空制ブレーキ装置４へのＢＣ圧を制御する。
【００２０】
また、図１は、ブレーキ中の信号の機器構成や流れを示したものであるが、力行中の場合を図２に示す。この場合、ＶＶＶＦインバータ（あるいは、そこに含まれる電動機制御手段）３への推力指令“ＦＣ_ＶＶＶＦ１”は、自動列車運転装置６から直接、与えられる。
【００２１】
ここで、減速するブレーキ力、加速する引張力を合わせたものを推力とすると、本実施形態では、自動列車運転装置６の推力指令として、いつでも駆動できるように待機させる零推力指令を可能とするものである。
【００２２】
ずなわち、従来では、力行加速する際の引張力指令にも、ブレーキ減速する際のブレーキ力指令にも、推力が零となる指令はない。従来の構成範囲において、零推力を与えたい場合には、力行指令もブレーキ指令もオフとして、駆動／制動装置を動作停止した状態となる。すなわち、列車の惰行状態であり、空制ブレーキ装置は緩解し、ＶＶＶＦインバータは動作停止（ゲート停止）した状態である。空制ブレーキ装置の緩解状態では、ブレーキパッドが車輪踏面やブレーキディスクと離れており、非零なブレーキ指令を受けてからのブレーキ力を作用するまでに時間（数１００ｍｓ〜１ｓ程度）を要する。
【００２３】
そこで、図３（ａ）に示すように、自動列車制御装置６から出力される力行ノッチ指令またはブレーキノッチ指令に零推力指令（Ｎ０）を新たに加える。また、図３（ｂ），（ｃ）に示すように、力行ノッチ指令またはブレーキノッチ指令を受けてトルク指令に変換する変換テーブルには、それぞれ零推力パターンＰＮ０，ＢＮ０ を新たに加える。力行トルクにおける零推力パターンＰＮ０ とブレーキトルクにおける零推力パターンＰＮ０，ＢＮ０ を図４（ａ），（ｂ）に模式的に示す。
【００２４】
具体的には、本実施形態では、図１のブレーキ制御器５が零推力指令を受けた場合、ブレーキパッドが車輪踏面やブレーキディスク面に僅かながら接触し、実トルクが生じない程度の空気圧（初込め圧）を与えるように設定すればよい。図５には、ブレーキトルクに対するＢＣ圧が模式的に図示されている。図５に示すように、ブレーキトルク指令Ｂ１〜Ｂ７が直線的に変化すると仮定し、緩解のときのＢＣ圧を“零”とすると、初込め圧は図５のように示すことができる。このように、初込め圧を与えることにより、ブレーキ指令“ＦＣ_ＢＣＵ１”が非零な値を指示したとき、時間遅れなくブレーキ力を発生させることが可能となる。
【００２５】
また、ＶＶＶＦインバータ３および主電動機２が、完全に動作を停止した状態からブレーキ力や引張力を発生させるためには、次のような手順にて、それぞれ時間を要する。
【００２６】
（１）指令を認識する時間（誤動作を回避するため、オンディレイなどがある）
（２）ＶＶＶＦインバータ３の入力側に存在するフィルタコンデンサを充電し、その電圧が確立する要する時間（時定数によって決まり、数１００ｍｓを要する）
（３）主電動機２をＶＶＶＦインバータ３にて励磁して主磁束が確立するに要する時間
よって、ＶＶＶＦインバータ３が零推力指令を受けた場合、上記の（３）までを実施した上で、主電動機２のトルクが零となるような電流を流せばよい。主電動機２が誘導電動機である場合、トルク電流を零とすればよい。主電動機２が永久磁石同期電動機である場合、リラクタンストルクの発生を考慮しながら、励磁電流とトルク電流を決定すればよい。
【００２７】
また、低速域では、“励磁電流＝トルク電流＝０”でよい。高速域では、弱め界磁のため、励磁電流は必ず零以外となる。突極比があると、この非零な励磁電流にてトルクが発生するが、このトルクが零になるようにトルク電流を決定すればよい。
【００２８】
この状態で、零以外の推力指令を受ければ、即座に所定のブレーキ力や引張力を発生させることができる。
【００２９】
〈第１実施形態の効果〉
以上のように、零推力指令を与えることで、実際のブレーキ力ないし引張力などの推力が生じる遅れ時間を短縮することが可能である。自動列車運転装置（ＡＴＯ）６などが列車を制御している際、その後に、減速や加速を開始することが予想される場合、事前に零推力指令を与えることで、車両走行には影響を与えず、その先に来る加減速を指令通りに遅れなく、遂行できる。推力指令値（あるいは、ノッチ）がハンチングするなど、停止精度や乗り心地が劣化を抑えることができる。また、推力の応答遅れが低減されるため、きめ細かな制御が可能となり、速度制限より若干低い速度を追従するように走行することが可能となる。
【００３０】
この結果、走行時間の短縮、ひいては、運転本数の増大の効果が得られる。更に、列車が過走を抑止し、安全性を確保している自動列車制御装置（ＡＴＣ）に関して言えば、ブレーキの立ち上がりの無駄時間が低減できることから空走距離が低減できる。結果的に、安全性を確保した上で、列車の間隔を狭めて、運転本数を増大するなど、輸送能力を増強することができるという効果が得られる。
【００３１】
〈誘導電動機（ＩＭ）の場合〉
また、主電動機２として、誘導電動機や永久磁石同期電動機を適用すると、それぞれの特徴がある。
【００３２】
まず、誘導電動機では、前述のように、ＶＶＶＦインバータ３が動作停止した状態では、磁束が零となっており、推力指令が入ると同時に磁束を立ち上げ、これが確立するのを待って、実トルクを発生させるトルク電流を流しており、トルク応答が遅れる。磁束の応答時定数は電動機の低損失化とともに長くなり、“４００〜５００ｍｓ”程度のものもある。磁束の立ち上げを待つ時間も、この時定数程度である。
【００３３】
以上のように、誘導電動機では、元来、磁束の立ち上がり遅れがあるため、本発明の零推力指令により、顕著のその効果を得ることが可能である。
【００３４】
〈永久磁石式同期電動機（ＰＭ）の場合〉
また、永久磁石同期電動機を主電動機２とする場合、誘導電動機とは異なり、磁束は常時確立された状態であるため、前述の磁束の立ち上げに要する遅れ時間は、存在しない。この点で、推力の応答遅れが小さいことが望ましい列車制御システム１ａにおいて、好適な電動機である。
【００３５】
ＶＶＶＦインバータ３および（その一機能としての）電動機制御器が、推力指令（非零であっても、零であっても同じであり、ＶＶＶＦインバータ３の動作停止ではなく、動作開始の指令ということ）を受けたときの様子を、主電動機２を誘導電動機、永久磁石同期電動機とする場合の双方を図６に示す。
【００３６】
図６の（ａ）は誘導電動機を主電動機２とする場合で、ＶＶＶＦインバータ３が運転停止から所定のブレーキ力ないし引張力を与えられた場合の動作である。始動指令からそれを受け付けるまでには、誤動作の防止などを目的に、オンディレイなどがあり、遅れている。始動受付とともに、ＶＶＶＦインバータ３は、主電動機２に電圧を印加することで電流を流す。
【００３７】
このとき、まず、誘導電動機の磁束が立ち上がるように、励磁電流が流れるようにしている。その後、磁束が立ち上がったことをもって、トルクが出力されるように、トルク電流を流すように制御されている。
【００３８】
一方、図６の（ｂ）では、主電動機２を永久磁石同期電動機とした場合のものである。誘導電動機の場合と異なり、磁束は常時確立されており、始動受付し、モータに電圧印加した時点からトルクを立ち上げることができる。
【００３９】
なお、列車制御システム１ａで使用される駆動／制動装置の主電動機２として、従来からある誘導電動機ではなく、永久磁石電動機を適用することで、零推力指令が与えられなくとも、推力の応答遅れ時間を低減できる効果が得られることは言うまでもない。
【００４０】
《第２実施形態》
図７は、本発明の第２実施形態を示す。第１実施形態と比べ、ブレーキ制御器５の周辺が異なるため、他を省略して説明する。本実施形態では、図１のブレーキ制御器５はなく、代わりに空制ブレーキ制御器８がある。
【００４１】
この図に示す列車制御システム１ｂの自動列車運転装置６は、ＶＶＶＦインバータ３に直接、伝送手段である車内伝送装置７を介して、電制ブレーキ指令“ＦＣ_ＶＶＦ１”を送る。また、同様に、空制ブレーキ制御器８に空制ブレーキ指令“ＦＣ_ＢＣＵ１”を送る。
【００４２】
この場合、列車トータルのブレーキ力が所定値になるように、電制ブレーキ力と空制ブレーキ力を調整することは、自動列車運転装置６にて実施する。すなわち、列車としてのトータルのブレーキ力指令“ＦＣＪＯＴＡＬ”（図示していない）に“ＦＢ_ＶＶＶＦ１”と“ＦＢ_ＢＣＵ１”の加算値が一致するように、“ＦＣ_ＶＶＶＦ１”および“ＦＣ_ＢＣＵ１”を調整する。基本的には、エネルギー効率に優れ、機械的な磨耗や騒音の少ない電制ブレーキが得られるように、“ＦＣ_ＶＶＶＦ１”を大きく設定するが、前述のように、空転滑走や軽負荷回生などにより、所定の電制ブレーキ力“ＦＢ_ＶＶＶＦ１”が得られない場合のその不足分を“ＦＣ_ＢＣＵ１”で負担するようにする。
【００４３】
〈第２実施形態の効果〉
これにより、第２実施形態では、零トルク指令を“ＦＣ_ＶＶＶＦ１”と“ＦＣ_ＢＣＵ１”に与えることで、第１実施形態と同様な作用効果が得られる。更に、それぞれを独立して与えることが可能である。これにより、いずれか一方を零推力指令として突発的なブレーキ力の要求に応答できるように待機させることが可能である。零推力指令状態は、ブレーキ力の発生遅れを改善する点では、第１実施形態の効果のように有効である。一方で、ＶＶＶＦインバータ３が動作することで、損失や騒音が生じること、また空制ブレーキ装置４が零推力で待機状態とするため、少なからず、機械的な磨耗が生じるなど、デメリットもある。よって、これら二つのブレーキを同時に零トルクでの待機状態とすることなく、一方のみを待機状態とすることで、上記のデメリットを改善（騒音低減、エネルギー損失低減、機械磨耗低減）するとともに、第１実施形態の効果を維持できる。
【００４４】
《第３実施形態》
図８は、本発明の第３実施形態を示す。図７の第２実施形態と比べ、ＶＶＶＦインバータと主電動機からなる駆動装置が３セットになった場合を示している。
【００４５】
この図に示す列車制御システム１ｃの自動列車運転装置６からは、空制ブレーキ制御器８へのブレーキ指令“ＦＣ_ＢＣＵｘ”（ここでの“ｘ”は“１”のみ）と、各ＶＶＶＦインバータ３、１１、１３への推力指令“ＦＣ_ＶＶＶＦｘ”（ここでの“ｘ”は、“１”から“３”、推力指令とはブレーキ力指令と引張力指令とを合わせたもの）を出力する。
【００４６】
すなわち、“ＦＣ_ＶＶＦ１”はＶＶＶＦインバータ３への推力指令、“ＦＣ_ＶＶＶＦ２”はＶＶＶＦインバータ１１への推力指令、“ＦＣ_ＶＶＦ３”はＶＶＶＦインバータ１３への推力指令である。また、自動列車運転装置６は、実際の各機器が生じているブレーキ力として、空制ブレーキ制御器８から“ＦＢ_ＢＣＵ１”を、各ＶＶＶＦインバータ３、１１、１３から“ＦＢ_ＶＶＶＦｘ”を、車内伝送装置７を介して受け取ることができる。
【００４７】
そして、第３実施形態では、自動列車運転装置６から、ＶＶＶＦインバータ３へのブレーキ指令“ＦＣ_ＶＶＶＦ１”として、非零の所定のブレーキ力を与えている。また、空制ブレーキ制御器８へのブレーキ指令“ＦＣ_ＢＣＵ１”およびＶＶＶＦインバータ１１へのブレーキ指令“ＦＣ_ＶＶＦ２”には、零推力指令を与える。更に、ＶＶＶＦインバータ１３へのブレーキ指令“ＦＣ_ＶＶＦ３”には、運転停止指令を与えている。
【００４８】
〈第３実施形態の効果１〉
このように、列車全体として、比較的小さいブレーキ力を必要とする場合、ブレーキ力を与えるＶＶＶＦインバータ３や空制ブレーキ装置４に限定することができる。他のＶＶＶＦインバータ１１や空制ブレーキ装置４には、必要に応じて、零推力指令を与えて突発的なブレーキ力や引張力への要求に対して待機状態とさせればよい。必要に応じてとは、現在出力するブレーキ力から、次に必要となるであろうブレーキ力や引張力の範囲を考えればよい。
【００４９】
更に、その他のＶＶＶＦインバータ１３や空制ブレーキ装置４には、運転停止状態としておく。
【００５０】
前述のように、ＶＶＶＦインバータ３、１１、１３は零推力指令状態においても、エネルギーを消費し、またスイッチング素子のスイッチングに起因した騒音が発生する。また、空制ブレーキ装置４も、零推力指令状態では、少なからず、機械磨耗なり消耗する。よって、全くブレーキ力が不要なＶＶＶＦインバータ１３や空制ブレーキ装置４は、完全に運転停止状態として、エネルギー消費や機械磨耗を抑制する。
【００５１】
以上のように、不測のブレーキ力要求に答えるように、零推力指令として待機させるとともに、列車全体として、エネルギー損失や機械磨耗を抑えた効果を得ることができる。
【００５２】
〈第３実施形態の効果２〉
また、第３実施形態の全てにわたり、ブレーキ力と記述しているが、引張力とブレーキ力とを合わせた推力として考えても、同様の作用効果である。例えば、図８においては、ＶＶＶＦインバータ３が力行引張力指令を“ＦＣ_ＶＶＶＦ１”に与えられている場合、零推力指令を与えられている空制ブレーキ制御器８に“ＦＣ_ＢＣＵ１”を与え、ＶＶＶＦインバータ１１に“ＦＣ_ＶＶＶＦ２”を与えてもよい。この場合、力行加速中ではあるが、更に加速したいという要求、また、急に減速したいという要求の、いずれにも対応できるように零推力指令にて待機していると言える。
【００５３】
《第４実施形態》
図９には、本発明の第４実施形態を示す。図８に示す第３実施形態と同様の構成だが、信号が異なるため、差異を説明する。
【００５４】
この図に示す列車制御システム１ｄでは、空制ブレーキ制御器８、ＶＶＶＦインバータ３、１１、１３は、車内伝送装置７を介して、自動列車運転装置６へ、それぞれの機器の保護信号“ＰＲＯＴ_ＢＣＵ１”、“ＰＲＯＴ_ＶＶＶＦ１”、“ＰＲＯＴ_ＶＶＶＦ２”、“ＰＲＯＴ_ＶＶＶＦ３”を送る。自動列車運転装置６では、保護信号“ＰＲＯＴ”に応じて、図１０のフローチャートの処理を実施する。
【００５５】
まず、それぞれの装置において、保護信号“ＰＲＯＴ”が立っているかを確認する（ステップＳ１）。保護の種類には、その機器が再起動可能な軽故障と、再起動が不可能な重故障とがある。軽故障の場合（ステップＳ２）、零推力指令を与え、前記機器を再起動させるとともに（ステップＳ３）、再度、動作停止させる（ステップＳ４）。但し、必ずしも動作停止させる必要はないことは言うまでもない。
【００５６】
以上の構成により、次の作用効果を得る。
【００５７】
各機器は、重故障にしろ、軽故障にしろ、一旦保護となると、通常状態とは異なる状態と成っていることがある。図１１は一般的なＶＶＶＦインバータ、例えばＶＶＶＦインバータ３による一例である。主電動機２として誘導電動機を備えた場合である。図１１の（ａ）、（ｂ）は各々、ＶＶＶＦインバータ３の主回路入力側に接続されたフィルタコンデンサが充電状態であるか、放電状態であるかの差異であり、通常状態ではフィルタコンデンサが充電された状態である。
【００５８】
ＶＶＶＦインバータ３を初めて始動時には、フィルタコンデンサは放電状態であり、図１１の（ａ）である。一旦動作後に、長い時間を経たときにも、自然放電によって、図１１の（ａ）となる。通常に運転する中で、ＶＶＶＦインバータ３が動作したり、停止したりするときは、図１１の（ｂ）であると考えてよい。
【００５９】
フィルタコンデンサが放電した状態からＶＶＶＦインバータ３を始動する場合、フィルタコンデンサ電圧が充電するまで間、ＶＶＶＦインバータ３は主電動機２の電圧印加を待っている。すなわち、フィルタコンデンサが放電した状態からの始動では、より長い時間を要する。
【００６０】
ここで、機器が軽故障、ないし、重故障を起こした場合、安全性を確保するため、フィルタコンデンサ電圧を放電することが通例である。よって、次に始動する場合など、放電状態からの始動となり、推力が生じるまでに、通常より一層の時間を要する。
【００６１】
〈第４実施形態の効果１〉
このように、第４実施形態では、図１０のフローチャートに示す如く、保護状態となり、かつ機器が再起動可能な状態であるならば、一旦、零推力指令を与えることで、フィルタコンデンサを充電し、次の推力指令に速やかに応答できる状態としておく。このとき、零推力指令を与え続けるか、否かは、そのときの状況に応じて判断すればよい。
【００６２】
〈第４実施形態の効果２〉
また、保護信号に基づくと、各ＶＶＶＦインバータ３、１１、１３の初期起動や、長時間の動作停止によりフィルタコンデンサ電圧が放電した場合には、対処できない。よって、保護信号ではなく、フィルタコンデンサ電圧の情報を、自動列車運転装置６が受け取り、例えば、所定値よりフィルタコンデンサ電圧が低ければ、零推力指令を与えるなどの構成にすれば、より一層の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による列車制御システムの第１実施形態を示すブロック図である。
【図２】図１に示す列車制御システムにおける力行指令を実行するときのブロック図である。
【図３】自動列車運転装置から出力される力行ノッチまたはブレーキノッチに含まれる零推力指令と、トルク指令として出力される零推力パターンとを示す説明図である。
【図４】トルク指令における零推力パターンの説明図である。
【図５】ブレーキトルクに対するＢＣ圧特性上における初込め圧を示す説明図である。
【図６】図１に示すＶＶＶＦインバータの動作開始時の動作例（誘導電動機と永久磁石同期電動機）を示す波形図である。
【図７】本発明による列車制御システムの第２実施形態を示すブロック図である。
【図８】本発明による列車制御システムの第３実施形態を示すブロック図である。
【図９】本発明による列車制御システムの第４実施形態を示すブロック図である。
【図１０】図９に示す列車制御システムの保護検知後の処理手順を示すフローチャートである。
【図１１】図９に示すＶＶＶＦインバータの動作開始時の動作例（フィルタコンデンサの充電の有無）を示す波形図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ａ〜１ｄ…列車制御システム
２…主電動機（駆動／制動手段、電動機）
３…ＶＶＶＦインバータ（駆動／制動手段、電動機制御手段）
４…空制ブレーキ装置（駆動／制動手段、空制ブレーキ手段）
５…ブレーキ制御器（駆動／制動手段、空制ブレーキ制御手段）
６…自動列車運転装置（列車自動制御手段）
７…車内伝送装置
８…空制ブレーキ制御器（駆動／制動手段、空制ブレーキ制御手段）
９…車輪
１０…レール
１１…ＶＶＶＦインバータ（駆動／制動手段、電動機制御手段）
１２…主電動機（駆動／制動手段、電動機）
１３…ＶＶＶＦインバータ（駆動／制動手段、電動機制御手段）
１４…主電動機（駆動／制動手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
引張力指令またはブレーキ力指令を含む推力指令もしくは零推力指令を出力し、列車を自動制御する列車自動制御手段と、
前記推力指令に応じた引張力または零推力指令もしくは出力ブレーキ力を列車に発生させる駆動／制動手段とを備え、
前記駆動／制動手段は、前記零推力指令を受けたとき、零推力を生成して列車の駆動／制動を実行する、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の列車制御システムにおいて、
前記駆動／制動手段は、ブレーキ力を発生する空制ブレーキ手段と、前記空制ブレーキ手段を制御する空制ブレーキ制御手段とを有し、
この空制ブレーキ制御手段は、前記零推力指令を受けたとき、初込め圧を前記空制ブレーキ手段に与える、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の列車制御システムにおいて、
前記駆動／制動手段は、駆動力／制動力を発生する電動機と、前記電動機を制御するＶＶＶＦインバータを含む電動機制御手段を有し、
この電動機制御手段は、前記零推力指令を受けたとき、前記電動機のトルクが零となるように制御する、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項４】
請求項２または３に記載の列車制御システムにおいて、
前記列車自動制御手段は、前記空制ブレーキ制御手段または前記電動機制御手段に対し、推力指令、零推力指令を個別に与える、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の列車制御システムにおいて、
前記駆動／制動手段は、列車に複数、搭載され、
前記列車自動制御手段は、各駆動／制動手段の１つに、現時点で必要な推力を得るために非零な推力指令を与えるとともに、各駆動／制動手段の他の１つに、必要となることが予想される推力に応じて零推力指令を与え、それ以外の駆動／制動手段に、動作停止指令を与える、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載の列車制御システムにおいて、
前記列車自動制御手段は、前記電動機制御手段に非零な推力指令として引張力指令を与えると同時に、前記空制ブレーキ制御手段に零推力指令を与える、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の列車制御システムにおいて、
前記駆動／制動手段は、故障情報、異常情報、装置の再起動可否情報のいずれかを含む保護信号を出力し、
前記列車自動制御手段は、前記保護信号に応じて、前記駆動／制動手段が再起動可能かどうかをチェックし、再起動可能なとき、前記駆動／制動手段に対して零推力指令を与える、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項８】
請求項３に記載の列車制御システムにおいて、
前記電動機制御手段は、装置の起動可否情報と前記ＶＶＶＦインバータのフィルタコンデンサ電圧を検出する手段とを有し、
前記列車自動制御手段は、前記電動機制御手段を制御して、装置を起動させるとともに、前記ＶＶＶＦインバータのフィルタコンデンサ電圧に応じて、前記電動機制御手段に零推力指令を与える、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれか１項に記載の列車制御システムにおいて、
前記電動機は、永久磁石同期電動機である、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項１】
引張力指令またはブレーキ力指令を含む推力指令もしくは零推力指令を出力し、列車を自動制御する列車自動制御手段と、
前記推力指令に応じた引張力または零推力指令もしくは出力ブレーキ力を列車に発生させる駆動／制動手段とを備え、
前記駆動／制動手段は、前記零推力指令を受けたとき、零推力を生成して列車の駆動／制動を実行する、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項２】
請求項１に記載の列車制御システムにおいて、
前記駆動／制動手段は、ブレーキ力を発生する空制ブレーキ手段と、前記空制ブレーキ手段を制御する空制ブレーキ制御手段とを有し、
この空制ブレーキ制御手段は、前記零推力指令を受けたとき、初込め圧を前記空制ブレーキ手段に与える、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項３】
請求項１に記載の列車制御システムにおいて、
前記駆動／制動手段は、駆動力／制動力を発生する電動機と、前記電動機を制御するＶＶＶＦインバータを含む電動機制御手段を有し、
この電動機制御手段は、前記零推力指令を受けたとき、前記電動機のトルクが零となるように制御する、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項４】
請求項２または３に記載の列車制御システムにおいて、
前記列車自動制御手段は、前記空制ブレーキ制御手段または前記電動機制御手段に対し、推力指令、零推力指令を個別に与える、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の列車制御システムにおいて、
前記駆動／制動手段は、列車に複数、搭載され、
前記列車自動制御手段は、各駆動／制動手段の１つに、現時点で必要な推力を得るために非零な推力指令を与えるとともに、各駆動／制動手段の他の１つに、必要となることが予想される推力に応じて零推力指令を与え、それ以外の駆動／制動手段に、動作停止指令を与える、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項６】
請求項４または５に記載の列車制御システムにおいて、
前記列車自動制御手段は、前記電動機制御手段に非零な推力指令として引張力指令を与えると同時に、前記空制ブレーキ制御手段に零推力指令を与える、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の列車制御システムにおいて、
前記駆動／制動手段は、故障情報、異常情報、装置の再起動可否情報のいずれかを含む保護信号を出力し、
前記列車自動制御手段は、前記保護信号に応じて、前記駆動／制動手段が再起動可能かどうかをチェックし、再起動可能なとき、前記駆動／制動手段に対して零推力指令を与える、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項８】
請求項３に記載の列車制御システムにおいて、
前記電動機制御手段は、装置の起動可否情報と前記ＶＶＶＦインバータのフィルタコンデンサ電圧を検出する手段とを有し、
前記列車自動制御手段は、前記電動機制御手段を制御して、装置を起動させるとともに、前記ＶＶＶＦインバータのフィルタコンデンサ電圧に応じて、前記電動機制御手段に零推力指令を与える、
ことを特徴とする列車制御システム。
【請求項９】
請求項２乃至８のいずれか１項に記載の列車制御システムにおいて、
前記電動機は、永久磁石同期電動機である、
ことを特徴とする列車制御システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−２４７１７０（Ｐ２００９−２４７１７０Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９２８６７（Ｐ２００８−９２８６７）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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