列車制御システム
【課題】加減速性能と省エネ性能を両立するハイブリッド鉄道車両の列車制御システムを提供する。
【解決手段】エネルギー供給源１０１とエネルギー蓄積装置１０２に対する出力指令を行う列車制御装置１１１を備えた列車制御システムにおいて、現在時刻と車両の現在速度及び現在位置で定まる車両状態とデータベース１１２に含まれるデータとエネルギー蓄積装置１０２の状態を入力とし、エネルギー供給源１０１に対する出力指令とエネルギー蓄積装置１０２に対する充放電指令と駆動装置１０３に指令する目標減速度とを出力して、ダイヤの余力と走行状態により変化する必要な加減速性能に応じて充放電管理条件を変更する。
【解決手段】エネルギー供給源１０１とエネルギー蓄積装置１０２に対する出力指令を行う列車制御装置１１１を備えた列車制御システムにおいて、現在時刻と車両の現在速度及び現在位置で定まる車両状態とデータベース１１２に含まれるデータとエネルギー蓄積装置１０２の状態を入力とし、エネルギー供給源１０１に対する出力指令とエネルギー蓄積装置１０２に対する充放電指令と駆動装置１０３に指令する目標減速度とを出力して、ダイヤの余力と走行状態により変化する必要な加減速性能に応じて充放電管理条件を変更する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリッド鉄道車両の列車制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道車両においてモーターを発電機として利用する回生ブレーキの導入が盛んである。回生ブレーキにより回収された回生エネルギーを加速力に変換して利用することができるので、従来の摩擦ブレーキよりも省エネ性能が向上する。一般に架線敷設路線において、回生エネルギーは減速中の車両から加速中の車両へと架線を通じて伝達して使用することができる。架線未敷設の路線においては、車両に蓄電装置を搭載することで、減速時の回生エネルギーを蓄電装置へ一時的に保存し加速時に使用することができる。このように蓄電装置を搭載した車両は、通常蓄電装置とは別のエネルギー供給源も搭載しており、複数のエネルギー供給源を持つことからハイブリッド車両と呼ばれている。
【０００３】
一方、蓄電装置には充電量の限界があることから、蓄電装置の管理方法には工夫を要する。特許文献１では、速度と蓄電状態を指標にした制御マップによる制御が提案されており、速度と充電量を座標にとった、２次元制御マップ上に蓄電装置の使用方法の領域分割し、車両の速度・充電量と制御マップを参照することで、蓄電装置の使用方法を決定する方法が記されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８２８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献では、平坦な地形をある加減速により走行することを前提として充放電量の過不足を判断し、充電量の調整を行っている為に、前提条件と異なる実際の走行では充電量に過不足が生じる。
【０００６】
本発明の課題は、要求される加減速性能の大小に応じた電池管理制御を導入し、走行状態によって変動する加減速性能の余力を省エネ性能に充てることで、加減速性能と省エネ性能との両立を実現するハイブリッド車両の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】
【０００７】
本発明の列車制御システムは、エネルギーの供給のみを行えるエネルギー供給源と、エネルギーの供給と蓄積を行えるエネルギー蓄積装置と、前記エネルギー供給源からの第１の出力エネルギーと前記エネルギー蓄積装置からの第２の出力エネルギーを車輪部での力に変換する駆動装置と、前記第１の出力エネルギーと前記第２の出力エネルギーを制御する列車制御装置とを備え、前記列車制御装置は、現在時刻と車両の現在速度及び現在位置で定まる車両状態とデータベースに含まれるデータと前記エネルギー蓄積装置の状態を入力とし、前記エネルギー供給源に対する出力指令と前記エネルギー蓄積装置に対する充放電指令と前記駆動装置に指令する目標減速度とを出力することを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、前記データベースに含まれるデータは、走行状態を表す走行フェーズを位置に対して割り当てた走行フェーズ区分データと、位置と時刻に対して走行性能レベルを割り当てた走行性能レベル区分マップと、走行性能レベルに対応する加速放電量、目標加速度、減速充電量、目標減速度を示した走行性能テーブルとする。
【０００９】
また、好ましくは、前記列車制御装置は、前記現在時刻と前記車両状態と前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能レベル区分マップと前記走行性能テーブルから目標減速度と走行性能レベルを決定する走行性能決定装置と、前記車両状態と前記データベースに含まれるデータのうち前記走行フェーズ区分データから走行フェーズを出力する走行フェーズ判定装置と、前記走行性能レベルと前記走行フェーズと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから充放電条件を規定した充電量制御マップを作成する充電量制御マップ作成装置と、前記車両状態と前記エネルギー蓄積装置の状態と前記充放電量制御マップから前記出力指令と前記充放電指令を出力する出力指令装置とを備える。
【００１０】
また、好ましくは、前記走行性能決定装置は、前記車両状態と前記現在時刻と前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能レベル区分マップから前記走行性能レベルを出力する走行性能レベル決定装置と、前記走行性能レベルと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから前記目標減速度を決定する目標減速度決定装置とを備え、前記走行性能レベル決定装置は前記現在時刻と前記車両状態に含まれる現在位置に対し前記走行性能レベル区分マップを参照することで前記走行性能レベルを決定し、前記目標減速度決定装置は前記走行性能レベルに対し前記走行性能テーブルを参照することで目標減速度を決定する。
【００１１】
また、好ましくは、前記充電量制御マップ作成装置は、横軸を速度、縦軸を前記エネルギー蓄積装置の充電量とする二次元平面上を惰行時充電目標曲線と放電目標曲線により領域分割し、領域毎に領域指標を割り当てる機能を有し、前記惰行時充電目標曲線は、前記走行フェーズと前記走行性能レベルと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから決定し、前記放電目標曲線は、前記走行フェーズと前記走行性能レベルと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから決定する。
【００１２】
また、好ましくは、前記出力指令装置は、前記車両状態に含まれる現在速度と前記エネルギー蓄積装置の状態に含まれる充電量に対し、前記充電量制御マップを参照して前記領域指標を決定し、前記領域指標に対して惰行時出力の有無を前記出力指令、力行時放電の有無と惰行時充電の有無を前記充放電指令として出力する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以上の制御方法を実現することにより、加速性能と省エネ性能を最適に選択し、安定して加速性能を確保しつつ、省エネ効果の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明のハイブリッド車両の構成図である。
【図２】図２は、本発明の走行フェーズ区分データである。
【図３】図３は、本発明の走行性能レベル区分マップである。
【図４】図４は、本発明の走行性能テーブルである。
【図５】図５は、本発明の列車制御装置の構成図である。
【図６】図６は、本発明の走行性能決定装置の構成図である。
【図７】図７は、本発明の充電量制御マップの例である。
【図８】図８は、本発明の充電量制御マップ作成装置により作成される充電量制御マップの例である。
【図９】図９は、本発明の出力指令装置の指令決定テーブルである。
【図１０】図１０は、本発明の動作例である。
【図１１】図１１は、従来制御の動作例である。
【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により説明する。
【実施例】
【００１６】
図１に本発明のハイブリッド車両の構成を示す。ハイブリッド車両１００はエネルギー供給源１０１と、エネルギー蓄積装置１０２と、エネルギー供給源１０１からのエネルギーとエネルギー蓄積装置１０２からのエネルギーを車輪部での力に変換し必要な加減速度を発生する駆動装置１０３と、現在時刻１０４とデータベース１１２に含まれる全てのデータ１０５と速度及び位置を含む現在の車両状態１０６とエネルギー蓄積装置１０２の状態１０７とを入力とし、エネルギー供給源１０１に対する出力指令１０８とエネルギー蓄積装置１０２に対する充放電指令１０９と駆動装置１０３へ指示する目標減速度１１０を出力する列車制御装置１１１により構成される。
【００１７】
エネルギー供給源１０１の具体例としては、エンジンなどの内燃機関またはパンタグラフ等の外部から電力を取り入れる媒体が挙げられる。エネルギー蓄積装置１０２の具体例としては、二次電池やキャパシタ、フライホイール等が挙げられる。
【００１８】
データベース１１２には図２に示す走行フェーズ区分データ２１と図３に示す走行性能レベル区分マップ３１と図４に示す走行性能テーブル４１を含むものとする。
【００１９】
走行フェーズ区分データ２１について図２を用いて説明する。走行フェーズ区分データ２１は走行する路線を、予め設定したダイヤに基づく走行パターン（基準パターン）により分割し、分割されたエリア毎に走行状態を示す走行フェーズを割り当てたデータである。
【００２０】
走行性能レベル区分マップ３１について図３を用いて説明する。走行性能レベル区分マップ３１は位置と時刻に対して走行性能レベルを割り当てた２次元マップであり、前記基準パターンで走行した場合の軌跡３２に対する余力に応じて走行性能レベルを割り当てる。
【００２１】
走行性能テーブル４１について図４を用いて説明する。走行性能テーブル４１は前記走行性能レベル区分マップ３１上の走行性能レベルに対応する加速時放電量、目標加速度、目標減速度、減速時充電量、最高速度到達時間、減速時間を与えたテーブルである。
【００２２】
次に、列車制御装置１１１について図５を用いて説明する。列車制御装置１１１は、現在時刻１０４とデータ１０５及び現在の車両状態１０６から、使用する加減速度の目安となる走行性能レベル５０１と目標減速度１１０を出力する走行性能決定装置５０２と、現在の車両状態１０６に含まれる現在位置に対しデータ１０５に含まれる走行フェーズ区分データ２１を参照することで走行フェーズ５０３を決定し出力する走行フェーズ判定装置５０４と、走行性能レベル５０１とデータ１０５と走行フェーズ５０３から充電量制御マップ５０５を出力する充電量制御マップ作成装置５０６と、エネルギー蓄積装置の状態１０７と現在の車両状態１０６と充電量制御マップ５０５から出力指令１０８と充放電指令１０９を出力する出力指令装置５０７から構成される。
【００２３】
走行性能決定装置５０２について図６を用いて説明する。走行性能決定装置５０２は、現在時刻１０４とデータ１０５と現在の車両状態１０６から走行性能レベル５０１を出力する走行性能レベル決定装置６０１と、走行性能レベル５０１から目標減速度１１０を出力する目標減速度決定装置６０２から構成される。
【００２４】
走行性能レベル決定装置６０１では、現在時刻１０４と現在の車両状態１０６に含まれる現在位置に対し、データ１０５に含まれる走行性能レベル区分マップ３１を参照することで走行性能レベル５０１を決定する。
【００２５】
次に、充電量制御マップ作成装置５０６について図７及び図８を用いて説明する。
【００２６】
図７は基本となる充電量制御マップの例である。充電量制御マップは横軸に速度、縦軸にエネルギー蓄積装置１０２の充電量をとり、放電目標曲線：ｆ（ｖ）と惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）により三つの領域に区分したマップである。
【００２７】
エネルギー蓄積装置１０２の充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）で定まる充電量を下回った場合には放電を停止し、エネルギー蓄積装置１０２の充電量が惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）で定まる充電量を上回った場合には惰行時及び停車時にエネルギー供給源１０１の駆動によるエネルギー蓄積装置１０２の充電を停止する。
【００２８】
放電目標曲線：ｆ（ｖ）と惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は、図７−（ａ）に示すようにｇ（ｖ）＞ｆ（ｖ）となる場合と、図７−（ｂ）に示すようにｇ（ｖ）＜ｆ（ｖ）となる場合の二通りが存在する。図７−（ｃ）のマップ区分表に従って、区分された３つの領域に対して指標を与える。
【００２９】
図８は走行性能レベルの区分を１〜３の３段階とし、走行フェーズをＡ〜Ｄの４状態の分類を仮定した場合の充電量制御マップ作成の例である。
【００３０】
走行フェーズＡ〜Ｄは
走行フェーズＡ：加速前の惰行再力行状態、加速前の定速走行状態、停止状態
走行フェーズＢ：加速状態
走行フェーズＣ：減速前の惰行再力行状態、減速前の定速走行状態
走行フェーズＤ：減速状態
とする。
【００３１】
以下に、各走行性能レベル、走行フェーズ毎の充電量制御マップ作成の例を示す。
走行フェーズＡ
＜走行フェーズＡかつ走行性能レベル１＞
図８のＡ‐１は走行フェーズＡかつ走行性能レベル１における充電量制御マップの例である。走行フェーズＡかつ走行性能レベル１においては、回生の機会を損なわないようにする事と、次の加速区間で最高速度まで放電を維持して加速を行う事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。
【００３２】
また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は最高速度において充電下限値となる加速時充電量の軌跡とする。充電上限値及び充電下限値はエネルギー蓄積装置１０２で使用可能な充電量の上限値と下限値である。以後充電上限値及び充電下限値は同様の意味で用いる。
【００３３】
＜走行フェーズＡかつ走行性能レベル２＞
図８のＡ‐２は走行フェーズＡかつ走行性能レベル２における充電量制御マップの例である。
【００３４】
走行フェーズＡかつ走行性能レベル２においては、回生の機会を損なわないようにする事と、次の加速区間で最高速度まで放電を維持して加速を行う事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は最高速度において充電下限値となる加速時充電量の軌跡とする。
【００３５】
＜走行フェーズＡかつ走行性能レベル３＞
図８のＡ‐３は走行フェーズＡかつ走行性能レベル３における充電量制御マップの例である。走行フェーズＡかつ走行性能レベル３においては、回生の機会を損なわないようにする事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事を目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値で一定とする。
【００３６】
走行フェーズＢ
＜走行フェーズＢかつ走行性能レベル１＞
図８のＢ‐１は走行フェーズＢかつ走行性能レベル１における充電量制御マップの例である。走行フェーズＢかつ走行性能レベル１においては、加速中の放電を可能な限り継続する事と、最高速度まで放電を維持して加速を行う事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、充電下限値とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は最高速度において充電下限値で一定となる加速時充電量の軌跡とする。
【００３７】
＜走行フェーズＢかつ走行性能レベル２＞
図８のＢ‐２は走行フェーズＢかつ走行性能レベル２における充電量制御マップの例である。走行フェーズＢかつ走行性能レベル２においては、加速中の放電を可能な限り継続する事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、充電下限値で一定とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値とする。
【００３８】
＜走行フェーズＢかつ走行性能レベル３＞
図８のＢ‐３は走行フェーズＢかつ走行性能レベル３における充電量制御マップの例である。走行フェーズＢかつ走行性能レベル３においては、回生の機会を損なわないようにする事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値で一定とする。
【００３９】
走行フェーズＣ
＜走行フェーズＣかつ走行性能レベル１＞
図８のＣ‐１は走行フェーズＣかつ走行性能レベル１における充電量制御マップの例である。走行フェーズＣかつ走行性能レベル１においては、回生の機会を損なわないようにする事と、次の加速区間で最高速度まで放電を維持して加速を行う事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は最高速度において充電下限値となる加速時充電量の軌跡とする。
【００４０】
＜走行フェーズＣかつ走行性能レベル２＞
図８のＣ‐２は走行フェーズＣかつ走行性能レベル２における充電量制御マップの例である。走行フェーズＣかつ走行性能レベル１においては、回生の機会を損なわないようにする事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値で一定とする。
【００４１】
＜走行フェーズＣかつ走行性能レベル３＞
図８のＣ‐３は走行フェーズＣかつ走行性能レベル３における充電量制御マップの例である。走行フェーズＣかつ走行性能レベル３においては、回生の機会を損なわないようにする事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値で一定とする。
【００４２】
走行フェーズＤ
＜走行フェーズＤかつ走行性能レベル１＞
図８のＤ‐１は走行フェーズＤかつ走行性能レベル１における充電量制御マップの例である。走行フェーズＤかつ走行性能レベル１においては、回生の機会を損なわないようにする事と、次の加速区間で最高速度まで放電を維持して加速を行う事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は最高速度において充電下限値となる加速時充電量の軌跡とする。
【００４３】
＜走行フェーズＤかつ走行性能レベル２＞
図８のＤ‐２は走行フェーズＤかつ走行性能レベル２における充電量制御マップの例である。走行フェーズＤかつ走行性能レベル２においては、回生の機会を損なわないようにする事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値で一定とする。
【００４４】
＜走行フェーズＤかつ走行性能レベル３＞
図８のＤ‐３は走行フェーズＤかつ走行性能レベル３における充電量制御マップの例である。走行フェーズＤかつ走行性能レベル３においては、回生の機会を損なわないようにする事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値で一定とする。なお、走行性能レベルは必要に応じてレベルの数を増減させてもよい。
【００４５】
以上の処理により、放電目標曲線ｆ（ｖ）と惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）による充電量制御マップ５０５が作成される。
【００４６】
次に、出力指令装置５０７について図７を用いて説明する。
充電量制御マップ５０５と図７に示した制御マップ領域に対応する指標から、惰行時の出力の有無を出力指令１０８として出力する。また、力行時放電の有無、及び惰行時充電の有無を充放電指令１０９として出力する。
【００４７】
次に、本制御を搭載した車両の動作について、図１０、図１１を用いて説明する。
図１０に本発明の制御により走行した場合の位置−速度パターン、位置−時刻パターン、位置−充電量パターン、位置−燃料パターン、位置に対する走行フェーズ、走行性能レベル、充電量制御マップを示す。
【００４８】
なお、位置ｐ０において、充電量が充電上限で停車状態から走行を開始するものとする。
駅停車中は前述したように走行フェーズＡである。ダイヤどおりに出発するので、停車中はダイヤに余力があると見なすことはできない。従って、走行性能レベル１である。従って、充電量制御マップはＡ−１となる。充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）を上回っており、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）を上回っていることから、惰行時及び停車時の充電は行わず、停車中に充電量の変動はない。
【００４９】
出発時刻になると、加速状態の走行フェーズＢとなる。ダイヤどおりに出発すると基準パターンに対するダイヤの余力が少ないので、走行性能レベル１である。従って、充電量制御マップはＢ−１となる。充電量は放電目標曲線：ｆ（ｖ）を上回っているので加速時に蓄電装置は放電し、充電量は低下する。
【００５０】
次に、位置ｐ１に達すると、基準パターンと実際の走行パターンとのずれから基準ダイヤと実際の時刻との差が大きくなり、位置−時刻パターン上に示すように走行性能レベルが２となる。従って、充電量制御マップはＢ−２となる。位置ｐ１から位置ｐ２までは充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）を上回っているので加速時に蓄電装置は放電し、充電量は低下する。
【００５１】
なお、基準パターンと実際の走行パターンとのずれの原因としては、エンジン出力・変速機性能・乗車率・車輪などの車両性能や風や運転士のノッチ扱いのタイミングなどが基準パターン作成時に前提とした条件と厳密に一致しない為である。
【００５２】
次に、位置ｐ２に達すると、充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）に達するため、放電を停止する。このため、充電量が維持される。この状態のまま位置ｐ３まで走行する。
次に、位置ｐ３に達すると加速状態のエリアから惰行再力行状態のエリアになり、次のエリアにおける走行状態が減速であることから、走行フェーズＣとなる。
【００５３】
この状態は位置ｐ７に達するまで持続する。位置−時刻から走行性能レベル２を維持している。従って、充電量制御マップはＣ−２である。充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）を下回っており、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）を上回っていることから、放電を行わず、惰行時の充電も行わない。従って、位置ｐ３から位置ｐ７まで充電量は変動しないことになる。また、燃料消費量は加速中の位置ｐ４からｐ５、および位置ｐ６からｐ７のみ増加し、惰行期間中は増加しない。
【００５４】
次に、位置ｐ７に達すると運転士はダイヤの余力を考慮して、早めに減速を開始する。但し、基準パターンによる路線データ上では惰行再力行のエリアであるので、走行フェーズＣは維持される。また、位置−時刻から走行性能レベル２で、充電量制御マップはＣ−２である。この時、図４より目標減速度ｂ２を用い、回生ブレーキの使用により充電量は上昇する。
【００５５】
次に、位置ｐ８に達すると減速エリアとなり、走行フェーズＤとなる。位置−時刻パターンから走行性能レベル２が維持されている。従って、位置ｐ８から位置ｐ９までは充電量制御マップはＤ−２である。この時、図４より目標減速度ｂ２を用い、回生ブレーキの使用により、充電量は上昇する。
【００５６】
次に、位置ｐ９に達すると、位置ｐ７において早めにブレーキを開始したため、基準パターンに対するダイヤの余力が減少し、走行性能レベル１となる。従って、位置ｐ９から位置ｐ１０まで充電量制御マップはＤ−１である。この時、図４より目標減速度ｂ１を用い、回生ブレーキの使用により、充電量は上昇し、位置ｐ１０において充電量が充電上限となる。
【００５７】
次に、位置ｐ１０において停止し、走行フェーズＡとなる。ダイヤどおり停車したので走行性能レベル１である。従って、充電量制御マップはＡ−１である。
【００５８】
一方、図１１に従来制御を搭載したハイブリッド車両が走行した場合の位置−速度パターン、位置−時刻パターン、位置−充電量パターン、位置−燃料パターンを示す。
位置ｐ０’において、充電量が充電上限で停車状態から走行を開始するものとする。
【００５９】
駅停車中は充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）を上回っており、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）を上回っていることから、惰行時の充電は行わず、停車中に充電量の変動はない。
出発時刻になると、加速を開始する。位置ｐ０’から位置ｐ１’までは限界ｆ（ｖ）を上回っているので蓄電装置は放電しながら加速し、充電量は低下する。
【００６０】
位置ｐ１’に達すると、充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）に達し、位置ｐ１’から位置ｐ２’まで加速時の放電を停止する。
【００６１】
位置ｐ２’に達すると加速状態のエリアから惰行再力行状態のエリアになる。惰行時の放電目標曲線：ｆ（ｖ）を上回っており、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）を下回っていることから、加速時は放電を行い、惰行時の充電は行う。従って、位置ｐ２’から位置ｐ９’まで充電量が上下する。
【００６２】
位置ｐ９’に達すると減速エリアを開始する。最大減速による開始を開始する。位置ｐ９’から位置ｐ１０’までは回生により充電量が上昇する。位置ｐ１０’になると充電量が充電上限となり、回生が停止し、空制のみによる減速となる。位置ｐ１１’で停車する。
【００６３】
図１１の位置−燃料パターンには従来制御のハイブリッド車両による走行時の燃料と、本発明のハイブリッド車両による走行時の燃料を示している。
【００６４】
本発明の制御により従来の制御に比べて、エンジンの燃料消費量が少なく、省エネ性能を向上していると言える。
【００６５】
また、図１０に示すように、基準パターンと同等の時間で走行可能であることから、走行性能も十分であると言える。
【００６６】
このことから、本発明による制御により、省エネ性能と加減速性能を両立したハイブリッド車両が可能となる。
【符号の説明】
【００６７】
２１ 走行フェーズ区分データ
３１ 走行性能レベル区分マップ
３２ 軌跡
４１ 走行性能テーブル
１００ ハイブリッド車両
１０１ エネルギー供給源
１０２ エネルギー蓄積装置
１０３ 駆動装置
１０４ 現在時刻
１０５ データ
１０６ 車両状態
１０７ エネルギー蓄積装置の状態
１０８ 出力指令
１０９ 充放電指令
１１０ 目標減速度
１１１ 列車制御装置
１１２ データベース
５０１ 走行性能レベル
５０２ 走行性能決定装置
５０３ 走行フェーズ
５０４ 走行フェーズ判定装置
５０５ 充電量制御マップ
５０６ 充電量制御マップ作成装置
５０７ 出力指令装置
６０１ 走行性能レベル決定装置
６０２ 目標減速度決定装置
【技術分野】
【０００１】
本発明はハイブリッド鉄道車両の列車制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鉄道車両においてモーターを発電機として利用する回生ブレーキの導入が盛んである。回生ブレーキにより回収された回生エネルギーを加速力に変換して利用することができるので、従来の摩擦ブレーキよりも省エネ性能が向上する。一般に架線敷設路線において、回生エネルギーは減速中の車両から加速中の車両へと架線を通じて伝達して使用することができる。架線未敷設の路線においては、車両に蓄電装置を搭載することで、減速時の回生エネルギーを蓄電装置へ一時的に保存し加速時に使用することができる。このように蓄電装置を搭載した車両は、通常蓄電装置とは別のエネルギー供給源も搭載しており、複数のエネルギー供給源を持つことからハイブリッド車両と呼ばれている。
【０００３】
一方、蓄電装置には充電量の限界があることから、蓄電装置の管理方法には工夫を要する。特許文献１では、速度と蓄電状態を指標にした制御マップによる制御が提案されており、速度と充電量を座標にとった、２次元制御マップ上に蓄電装置の使用方法の領域分割し、車両の速度・充電量と制御マップを参照することで、蓄電装置の使用方法を決定する方法が記されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８２８５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献では、平坦な地形をある加減速により走行することを前提として充放電量の過不足を判断し、充電量の調整を行っている為に、前提条件と異なる実際の走行では充電量に過不足が生じる。
【０００６】
本発明の課題は、要求される加減速性能の大小に応じた電池管理制御を導入し、走行状態によって変動する加減速性能の余力を省エネ性能に充てることで、加減速性能と省エネ性能との両立を実現するハイブリッド車両の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】
【０００７】
本発明の列車制御システムは、エネルギーの供給のみを行えるエネルギー供給源と、エネルギーの供給と蓄積を行えるエネルギー蓄積装置と、前記エネルギー供給源からの第１の出力エネルギーと前記エネルギー蓄積装置からの第２の出力エネルギーを車輪部での力に変換する駆動装置と、前記第１の出力エネルギーと前記第２の出力エネルギーを制御する列車制御装置とを備え、前記列車制御装置は、現在時刻と車両の現在速度及び現在位置で定まる車両状態とデータベースに含まれるデータと前記エネルギー蓄積装置の状態を入力とし、前記エネルギー供給源に対する出力指令と前記エネルギー蓄積装置に対する充放電指令と前記駆動装置に指令する目標減速度とを出力することを特徴とする。
【０００８】
好ましくは、前記データベースに含まれるデータは、走行状態を表す走行フェーズを位置に対して割り当てた走行フェーズ区分データと、位置と時刻に対して走行性能レベルを割り当てた走行性能レベル区分マップと、走行性能レベルに対応する加速放電量、目標加速度、減速充電量、目標減速度を示した走行性能テーブルとする。
【０００９】
また、好ましくは、前記列車制御装置は、前記現在時刻と前記車両状態と前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能レベル区分マップと前記走行性能テーブルから目標減速度と走行性能レベルを決定する走行性能決定装置と、前記車両状態と前記データベースに含まれるデータのうち前記走行フェーズ区分データから走行フェーズを出力する走行フェーズ判定装置と、前記走行性能レベルと前記走行フェーズと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから充放電条件を規定した充電量制御マップを作成する充電量制御マップ作成装置と、前記車両状態と前記エネルギー蓄積装置の状態と前記充放電量制御マップから前記出力指令と前記充放電指令を出力する出力指令装置とを備える。
【００１０】
また、好ましくは、前記走行性能決定装置は、前記車両状態と前記現在時刻と前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能レベル区分マップから前記走行性能レベルを出力する走行性能レベル決定装置と、前記走行性能レベルと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから前記目標減速度を決定する目標減速度決定装置とを備え、前記走行性能レベル決定装置は前記現在時刻と前記車両状態に含まれる現在位置に対し前記走行性能レベル区分マップを参照することで前記走行性能レベルを決定し、前記目標減速度決定装置は前記走行性能レベルに対し前記走行性能テーブルを参照することで目標減速度を決定する。
【００１１】
また、好ましくは、前記充電量制御マップ作成装置は、横軸を速度、縦軸を前記エネルギー蓄積装置の充電量とする二次元平面上を惰行時充電目標曲線と放電目標曲線により領域分割し、領域毎に領域指標を割り当てる機能を有し、前記惰行時充電目標曲線は、前記走行フェーズと前記走行性能レベルと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから決定し、前記放電目標曲線は、前記走行フェーズと前記走行性能レベルと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから決定する。
【００１２】
また、好ましくは、前記出力指令装置は、前記車両状態に含まれる現在速度と前記エネルギー蓄積装置の状態に含まれる充電量に対し、前記充電量制御マップを参照して前記領域指標を決定し、前記領域指標に対して惰行時出力の有無を前記出力指令、力行時放電の有無と惰行時充電の有無を前記充放電指令として出力する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、以上の制御方法を実現することにより、加速性能と省エネ性能を最適に選択し、安定して加速性能を確保しつつ、省エネ効果の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明のハイブリッド車両の構成図である。
【図２】図２は、本発明の走行フェーズ区分データである。
【図３】図３は、本発明の走行性能レベル区分マップである。
【図４】図４は、本発明の走行性能テーブルである。
【図５】図５は、本発明の列車制御装置の構成図である。
【図６】図６は、本発明の走行性能決定装置の構成図である。
【図７】図７は、本発明の充電量制御マップの例である。
【図８】図８は、本発明の充電量制御マップ作成装置により作成される充電量制御マップの例である。
【図９】図９は、本発明の出力指令装置の指令決定テーブルである。
【図１０】図１０は、本発明の動作例である。
【図１１】図１１は、従来制御の動作例である。
【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により説明する。
【実施例】
【００１６】
図１に本発明のハイブリッド車両の構成を示す。ハイブリッド車両１００はエネルギー供給源１０１と、エネルギー蓄積装置１０２と、エネルギー供給源１０１からのエネルギーとエネルギー蓄積装置１０２からのエネルギーを車輪部での力に変換し必要な加減速度を発生する駆動装置１０３と、現在時刻１０４とデータベース１１２に含まれる全てのデータ１０５と速度及び位置を含む現在の車両状態１０６とエネルギー蓄積装置１０２の状態１０７とを入力とし、エネルギー供給源１０１に対する出力指令１０８とエネルギー蓄積装置１０２に対する充放電指令１０９と駆動装置１０３へ指示する目標減速度１１０を出力する列車制御装置１１１により構成される。
【００１７】
エネルギー供給源１０１の具体例としては、エンジンなどの内燃機関またはパンタグラフ等の外部から電力を取り入れる媒体が挙げられる。エネルギー蓄積装置１０２の具体例としては、二次電池やキャパシタ、フライホイール等が挙げられる。
【００１８】
データベース１１２には図２に示す走行フェーズ区分データ２１と図３に示す走行性能レベル区分マップ３１と図４に示す走行性能テーブル４１を含むものとする。
【００１９】
走行フェーズ区分データ２１について図２を用いて説明する。走行フェーズ区分データ２１は走行する路線を、予め設定したダイヤに基づく走行パターン（基準パターン）により分割し、分割されたエリア毎に走行状態を示す走行フェーズを割り当てたデータである。
【００２０】
走行性能レベル区分マップ３１について図３を用いて説明する。走行性能レベル区分マップ３１は位置と時刻に対して走行性能レベルを割り当てた２次元マップであり、前記基準パターンで走行した場合の軌跡３２に対する余力に応じて走行性能レベルを割り当てる。
【００２１】
走行性能テーブル４１について図４を用いて説明する。走行性能テーブル４１は前記走行性能レベル区分マップ３１上の走行性能レベルに対応する加速時放電量、目標加速度、目標減速度、減速時充電量、最高速度到達時間、減速時間を与えたテーブルである。
【００２２】
次に、列車制御装置１１１について図５を用いて説明する。列車制御装置１１１は、現在時刻１０４とデータ１０５及び現在の車両状態１０６から、使用する加減速度の目安となる走行性能レベル５０１と目標減速度１１０を出力する走行性能決定装置５０２と、現在の車両状態１０６に含まれる現在位置に対しデータ１０５に含まれる走行フェーズ区分データ２１を参照することで走行フェーズ５０３を決定し出力する走行フェーズ判定装置５０４と、走行性能レベル５０１とデータ１０５と走行フェーズ５０３から充電量制御マップ５０５を出力する充電量制御マップ作成装置５０６と、エネルギー蓄積装置の状態１０７と現在の車両状態１０６と充電量制御マップ５０５から出力指令１０８と充放電指令１０９を出力する出力指令装置５０７から構成される。
【００２３】
走行性能決定装置５０２について図６を用いて説明する。走行性能決定装置５０２は、現在時刻１０４とデータ１０５と現在の車両状態１０６から走行性能レベル５０１を出力する走行性能レベル決定装置６０１と、走行性能レベル５０１から目標減速度１１０を出力する目標減速度決定装置６０２から構成される。
【００２４】
走行性能レベル決定装置６０１では、現在時刻１０４と現在の車両状態１０６に含まれる現在位置に対し、データ１０５に含まれる走行性能レベル区分マップ３１を参照することで走行性能レベル５０１を決定する。
【００２５】
次に、充電量制御マップ作成装置５０６について図７及び図８を用いて説明する。
【００２６】
図７は基本となる充電量制御マップの例である。充電量制御マップは横軸に速度、縦軸にエネルギー蓄積装置１０２の充電量をとり、放電目標曲線：ｆ（ｖ）と惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）により三つの領域に区分したマップである。
【００２７】
エネルギー蓄積装置１０２の充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）で定まる充電量を下回った場合には放電を停止し、エネルギー蓄積装置１０２の充電量が惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）で定まる充電量を上回った場合には惰行時及び停車時にエネルギー供給源１０１の駆動によるエネルギー蓄積装置１０２の充電を停止する。
【００２８】
放電目標曲線：ｆ（ｖ）と惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は、図７−（ａ）に示すようにｇ（ｖ）＞ｆ（ｖ）となる場合と、図７−（ｂ）に示すようにｇ（ｖ）＜ｆ（ｖ）となる場合の二通りが存在する。図７−（ｃ）のマップ区分表に従って、区分された３つの領域に対して指標を与える。
【００２９】
図８は走行性能レベルの区分を１〜３の３段階とし、走行フェーズをＡ〜Ｄの４状態の分類を仮定した場合の充電量制御マップ作成の例である。
【００３０】
走行フェーズＡ〜Ｄは
走行フェーズＡ：加速前の惰行再力行状態、加速前の定速走行状態、停止状態
走行フェーズＢ：加速状態
走行フェーズＣ：減速前の惰行再力行状態、減速前の定速走行状態
走行フェーズＤ：減速状態
とする。
【００３１】
以下に、各走行性能レベル、走行フェーズ毎の充電量制御マップ作成の例を示す。
走行フェーズＡ
＜走行フェーズＡかつ走行性能レベル１＞
図８のＡ‐１は走行フェーズＡかつ走行性能レベル１における充電量制御マップの例である。走行フェーズＡかつ走行性能レベル１においては、回生の機会を損なわないようにする事と、次の加速区間で最高速度まで放電を維持して加速を行う事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。
【００３２】
また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は最高速度において充電下限値となる加速時充電量の軌跡とする。充電上限値及び充電下限値はエネルギー蓄積装置１０２で使用可能な充電量の上限値と下限値である。以後充電上限値及び充電下限値は同様の意味で用いる。
【００３３】
＜走行フェーズＡかつ走行性能レベル２＞
図８のＡ‐２は走行フェーズＡかつ走行性能レベル２における充電量制御マップの例である。
【００３４】
走行フェーズＡかつ走行性能レベル２においては、回生の機会を損なわないようにする事と、次の加速区間で最高速度まで放電を維持して加速を行う事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は最高速度において充電下限値となる加速時充電量の軌跡とする。
【００３５】
＜走行フェーズＡかつ走行性能レベル３＞
図８のＡ‐３は走行フェーズＡかつ走行性能レベル３における充電量制御マップの例である。走行フェーズＡかつ走行性能レベル３においては、回生の機会を損なわないようにする事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事を目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値で一定とする。
【００３６】
走行フェーズＢ
＜走行フェーズＢかつ走行性能レベル１＞
図８のＢ‐１は走行フェーズＢかつ走行性能レベル１における充電量制御マップの例である。走行フェーズＢかつ走行性能レベル１においては、加速中の放電を可能な限り継続する事と、最高速度まで放電を維持して加速を行う事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、充電下限値とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は最高速度において充電下限値で一定となる加速時充電量の軌跡とする。
【００３７】
＜走行フェーズＢかつ走行性能レベル２＞
図８のＢ‐２は走行フェーズＢかつ走行性能レベル２における充電量制御マップの例である。走行フェーズＢかつ走行性能レベル２においては、加速中の放電を可能な限り継続する事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、充電下限値で一定とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値とする。
【００３８】
＜走行フェーズＢかつ走行性能レベル３＞
図８のＢ‐３は走行フェーズＢかつ走行性能レベル３における充電量制御マップの例である。走行フェーズＢかつ走行性能レベル３においては、回生の機会を損なわないようにする事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値で一定とする。
【００３９】
走行フェーズＣ
＜走行フェーズＣかつ走行性能レベル１＞
図８のＣ‐１は走行フェーズＣかつ走行性能レベル１における充電量制御マップの例である。走行フェーズＣかつ走行性能レベル１においては、回生の機会を損なわないようにする事と、次の加速区間で最高速度まで放電を維持して加速を行う事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は最高速度において充電下限値となる加速時充電量の軌跡とする。
【００４０】
＜走行フェーズＣかつ走行性能レベル２＞
図８のＣ‐２は走行フェーズＣかつ走行性能レベル２における充電量制御マップの例である。走行フェーズＣかつ走行性能レベル１においては、回生の機会を損なわないようにする事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値で一定とする。
【００４１】
＜走行フェーズＣかつ走行性能レベル３＞
図８のＣ‐３は走行フェーズＣかつ走行性能レベル３における充電量制御マップの例である。走行フェーズＣかつ走行性能レベル３においては、回生の機会を損なわないようにする事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値で一定とする。
【００４２】
走行フェーズＤ
＜走行フェーズＤかつ走行性能レベル１＞
図８のＤ‐１は走行フェーズＤかつ走行性能レベル１における充電量制御マップの例である。走行フェーズＤかつ走行性能レベル１においては、回生の機会を損なわないようにする事と、次の加速区間で最高速度まで放電を維持して加速を行う事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は最高速度において充電下限値となる加速時充電量の軌跡とする。
【００４３】
＜走行フェーズＤかつ走行性能レベル２＞
図８のＤ‐２は走行フェーズＤかつ走行性能レベル２における充電量制御マップの例である。走行フェーズＤかつ走行性能レベル２においては、回生の機会を損なわないようにする事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値で一定とする。
【００４４】
＜走行フェーズＤかつ走行性能レベル３＞
図８のＤ‐３は走行フェーズＤかつ走行性能レベル３における充電量制御マップの例である。走行フェーズＤかつ走行性能レベル３においては、回生の機会を損なわないようにする事と、惰行時及び停車時の充電を最大限回避する事とを目標とする。その為に、放電目標曲線：ｆ（ｖ）は、速度０において充電上限値となる減速時充電量の軌跡とする。また、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）は充電下限値で一定とする。なお、走行性能レベルは必要に応じてレベルの数を増減させてもよい。
【００４５】
以上の処理により、放電目標曲線ｆ（ｖ）と惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）による充電量制御マップ５０５が作成される。
【００４６】
次に、出力指令装置５０７について図７を用いて説明する。
充電量制御マップ５０５と図７に示した制御マップ領域に対応する指標から、惰行時の出力の有無を出力指令１０８として出力する。また、力行時放電の有無、及び惰行時充電の有無を充放電指令１０９として出力する。
【００４７】
次に、本制御を搭載した車両の動作について、図１０、図１１を用いて説明する。
図１０に本発明の制御により走行した場合の位置−速度パターン、位置−時刻パターン、位置−充電量パターン、位置−燃料パターン、位置に対する走行フェーズ、走行性能レベル、充電量制御マップを示す。
【００４８】
なお、位置ｐ０において、充電量が充電上限で停車状態から走行を開始するものとする。
駅停車中は前述したように走行フェーズＡである。ダイヤどおりに出発するので、停車中はダイヤに余力があると見なすことはできない。従って、走行性能レベル１である。従って、充電量制御マップはＡ−１となる。充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）を上回っており、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）を上回っていることから、惰行時及び停車時の充電は行わず、停車中に充電量の変動はない。
【００４９】
出発時刻になると、加速状態の走行フェーズＢとなる。ダイヤどおりに出発すると基準パターンに対するダイヤの余力が少ないので、走行性能レベル１である。従って、充電量制御マップはＢ−１となる。充電量は放電目標曲線：ｆ（ｖ）を上回っているので加速時に蓄電装置は放電し、充電量は低下する。
【００５０】
次に、位置ｐ１に達すると、基準パターンと実際の走行パターンとのずれから基準ダイヤと実際の時刻との差が大きくなり、位置−時刻パターン上に示すように走行性能レベルが２となる。従って、充電量制御マップはＢ−２となる。位置ｐ１から位置ｐ２までは充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）を上回っているので加速時に蓄電装置は放電し、充電量は低下する。
【００５１】
なお、基準パターンと実際の走行パターンとのずれの原因としては、エンジン出力・変速機性能・乗車率・車輪などの車両性能や風や運転士のノッチ扱いのタイミングなどが基準パターン作成時に前提とした条件と厳密に一致しない為である。
【００５２】
次に、位置ｐ２に達すると、充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）に達するため、放電を停止する。このため、充電量が維持される。この状態のまま位置ｐ３まで走行する。
次に、位置ｐ３に達すると加速状態のエリアから惰行再力行状態のエリアになり、次のエリアにおける走行状態が減速であることから、走行フェーズＣとなる。
【００５３】
この状態は位置ｐ７に達するまで持続する。位置−時刻から走行性能レベル２を維持している。従って、充電量制御マップはＣ−２である。充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）を下回っており、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）を上回っていることから、放電を行わず、惰行時の充電も行わない。従って、位置ｐ３から位置ｐ７まで充電量は変動しないことになる。また、燃料消費量は加速中の位置ｐ４からｐ５、および位置ｐ６からｐ７のみ増加し、惰行期間中は増加しない。
【００５４】
次に、位置ｐ７に達すると運転士はダイヤの余力を考慮して、早めに減速を開始する。但し、基準パターンによる路線データ上では惰行再力行のエリアであるので、走行フェーズＣは維持される。また、位置−時刻から走行性能レベル２で、充電量制御マップはＣ−２である。この時、図４より目標減速度ｂ２を用い、回生ブレーキの使用により充電量は上昇する。
【００５５】
次に、位置ｐ８に達すると減速エリアとなり、走行フェーズＤとなる。位置−時刻パターンから走行性能レベル２が維持されている。従って、位置ｐ８から位置ｐ９までは充電量制御マップはＤ−２である。この時、図４より目標減速度ｂ２を用い、回生ブレーキの使用により、充電量は上昇する。
【００５６】
次に、位置ｐ９に達すると、位置ｐ７において早めにブレーキを開始したため、基準パターンに対するダイヤの余力が減少し、走行性能レベル１となる。従って、位置ｐ９から位置ｐ１０まで充電量制御マップはＤ−１である。この時、図４より目標減速度ｂ１を用い、回生ブレーキの使用により、充電量は上昇し、位置ｐ１０において充電量が充電上限となる。
【００５７】
次に、位置ｐ１０において停止し、走行フェーズＡとなる。ダイヤどおり停車したので走行性能レベル１である。従って、充電量制御マップはＡ−１である。
【００５８】
一方、図１１に従来制御を搭載したハイブリッド車両が走行した場合の位置−速度パターン、位置−時刻パターン、位置−充電量パターン、位置−燃料パターンを示す。
位置ｐ０’において、充電量が充電上限で停車状態から走行を開始するものとする。
【００５９】
駅停車中は充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）を上回っており、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）を上回っていることから、惰行時の充電は行わず、停車中に充電量の変動はない。
出発時刻になると、加速を開始する。位置ｐ０’から位置ｐ１’までは限界ｆ（ｖ）を上回っているので蓄電装置は放電しながら加速し、充電量は低下する。
【００６０】
位置ｐ１’に達すると、充電量が放電目標曲線：ｆ（ｖ）に達し、位置ｐ１’から位置ｐ２’まで加速時の放電を停止する。
【００６１】
位置ｐ２’に達すると加速状態のエリアから惰行再力行状態のエリアになる。惰行時の放電目標曲線：ｆ（ｖ）を上回っており、惰行時充電目標曲線：ｇ（ｖ）を下回っていることから、加速時は放電を行い、惰行時の充電は行う。従って、位置ｐ２’から位置ｐ９’まで充電量が上下する。
【００６２】
位置ｐ９’に達すると減速エリアを開始する。最大減速による開始を開始する。位置ｐ９’から位置ｐ１０’までは回生により充電量が上昇する。位置ｐ１０’になると充電量が充電上限となり、回生が停止し、空制のみによる減速となる。位置ｐ１１’で停車する。
【００６３】
図１１の位置−燃料パターンには従来制御のハイブリッド車両による走行時の燃料と、本発明のハイブリッド車両による走行時の燃料を示している。
【００６４】
本発明の制御により従来の制御に比べて、エンジンの燃料消費量が少なく、省エネ性能を向上していると言える。
【００６５】
また、図１０に示すように、基準パターンと同等の時間で走行可能であることから、走行性能も十分であると言える。
【００６６】
このことから、本発明による制御により、省エネ性能と加減速性能を両立したハイブリッド車両が可能となる。
【符号の説明】
【００６７】
２１ 走行フェーズ区分データ
３１ 走行性能レベル区分マップ
３２ 軌跡
４１ 走行性能テーブル
１００ ハイブリッド車両
１０１ エネルギー供給源
１０２ エネルギー蓄積装置
１０３ 駆動装置
１０４ 現在時刻
１０５ データ
１０６ 車両状態
１０７ エネルギー蓄積装置の状態
１０８ 出力指令
１０９ 充放電指令
１１０ 目標減速度
１１１ 列車制御装置
１１２ データベース
５０１ 走行性能レベル
５０２ 走行性能決定装置
５０３ 走行フェーズ
５０４ 走行フェーズ判定装置
５０５ 充電量制御マップ
５０６ 充電量制御マップ作成装置
５０７ 出力指令装置
６０１ 走行性能レベル決定装置
６０２ 目標減速度決定装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギーの供給のみを行えるエネルギー供給源と、
エネルギーの供給と蓄積を行えるエネルギー蓄積装置と、
前記エネルギー供給源からの第１の出力エネルギーと前記エネルギー蓄積装置からの第２の出力エネルギーを車輪部での力に変換する駆動装置と、
前記第１の出力エネルギーと前記第２の出力エネルギーを制御する列車制御装置とを備え、
前記列車制御装置は、現在時刻と車両の現在速度及び現在位置で定まる車両状態とデータベースに含まれるデータと前記エネルギー蓄積装置の状態を入力とし、前記エネルギー供給源に対する出力指令と前記エネルギー蓄積装置に対する充放電指令と前記駆動装置に指令する目標減速度とを出力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、
前記データベースに含まれるデータは、走行状態を表す走行フェーズを位置に対して割り当てた走行フェーズ区分データと、位置と時刻に対して走行性能レベルを割り当てた走行性能レベル区分マップと、走行性能レベルに対応する加速放電量、目標加速度、減速充電量、目標減速度を示した走行性能テーブルであ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または請求項２に記載の列車制御システムにおいて、
前記列車制御装置は、
前記現在時刻と前記車両状態と前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能レベル区分マップと前記走行性能テーブルから目標減速度と走行性能レベルを決定する走行性能決定装置と、
前記車両状態と前記データベースに含まれるデータのうち前記走行フェーズ区分マップから走行フェーズを出力する走行フェーズ判定装置と、
前記走行性能レベルと前記走行フェーズと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから充放電条件を規定した充電量制御マップを作成する充電量制御マップ作成装置と、
前記車両状態と前記エネルギー蓄積装置の状態と前記充放電量制御マップから前記出力指令と前記充放電指令を出力する出力指令装置とを備えることを特徴とする列車制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の列車制御システムにおいて、
前記走行性能決定装置は、
前記車両状態と現在時刻前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能レベル区分マップから前記走行性能レベルを出力する走行性能レベル決定装置と、
前記走行性能レベルと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから前記目標減速度を決定する目標減速度決定装置とを備え、
前記走行性能レベル決定装置は、
前記現在時刻と前記車両状態に含まれる現在位置に対し前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能レベル区分マップを参照することで前記走行性能レベルを決定し、
前記目標速度決定装置は、
前記走行性能レベルに対し前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルを参照することで目標減速度を決定することを特徴とする列車制御システム。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の列車制御システムにおいて、
前記充電量制御マップ作成装置は、
横軸を速度、縦軸を前記エネルギー蓄積装置の充電量とする二次元平面上を惰行時充電目標曲線と放電目標曲線により領域分割し、領域毎に領域指標を割り当てる機能を有し、
前記惰行時充電目標曲線は、と前記走行フェーズと前記走行性能レベルと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから決定し、
前記放電目標曲線は、前記走行フェーズと前記走行性能レベルと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから決定することを特徴とする列車制御システム。
【請求項６】
請求項５に記載の列車制御システムにおいて、
前記出力指令装置は、前記車両状態に含まれる現在速度と前記エネルギー蓄積装置の状態に含まれる充電量に対し、前記充電量制御マップを参照して前記領域指標を決定し、前記領域指標に対して惰行時出力の有無を前記出力指令、力行時放電の有無と惰行時充電の有無を前記充放電指令として出力することを特徴とする列車制御システム。
【請求項１】
エネルギーの供給のみを行えるエネルギー供給源と、
エネルギーの供給と蓄積を行えるエネルギー蓄積装置と、
前記エネルギー供給源からの第１の出力エネルギーと前記エネルギー蓄積装置からの第２の出力エネルギーを車輪部での力に変換する駆動装置と、
前記第１の出力エネルギーと前記第２の出力エネルギーを制御する列車制御装置とを備え、
前記列車制御装置は、現在時刻と車両の現在速度及び現在位置で定まる車両状態とデータベースに含まれるデータと前記エネルギー蓄積装置の状態を入力とし、前記エネルギー供給源に対する出力指令と前記エネルギー蓄積装置に対する充放電指令と前記駆動装置に指令する目標減速度とを出力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、
前記データベースに含まれるデータは、走行状態を表す走行フェーズを位置に対して割り当てた走行フェーズ区分データと、位置と時刻に対して走行性能レベルを割り当てた走行性能レベル区分マップと、走行性能レベルに対応する加速放電量、目標加速度、減速充電量、目標減速度を示した走行性能テーブルであ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または請求項２に記載の列車制御システムにおいて、
前記列車制御装置は、
前記現在時刻と前記車両状態と前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能レベル区分マップと前記走行性能テーブルから目標減速度と走行性能レベルを決定する走行性能決定装置と、
前記車両状態と前記データベースに含まれるデータのうち前記走行フェーズ区分マップから走行フェーズを出力する走行フェーズ判定装置と、
前記走行性能レベルと前記走行フェーズと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから充放電条件を規定した充電量制御マップを作成する充電量制御マップ作成装置と、
前記車両状態と前記エネルギー蓄積装置の状態と前記充放電量制御マップから前記出力指令と前記充放電指令を出力する出力指令装置とを備えることを特徴とする列車制御システム。
【請求項４】
請求項３に記載の列車制御システムにおいて、
前記走行性能決定装置は、
前記車両状態と現在時刻前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能レベル区分マップから前記走行性能レベルを出力する走行性能レベル決定装置と、
前記走行性能レベルと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから前記目標減速度を決定する目標減速度決定装置とを備え、
前記走行性能レベル決定装置は、
前記現在時刻と前記車両状態に含まれる現在位置に対し前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能レベル区分マップを参照することで前記走行性能レベルを決定し、
前記目標速度決定装置は、
前記走行性能レベルに対し前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルを参照することで目標減速度を決定することを特徴とする列車制御システム。
【請求項５】
請求項３または請求項４に記載の列車制御システムにおいて、
前記充電量制御マップ作成装置は、
横軸を速度、縦軸を前記エネルギー蓄積装置の充電量とする二次元平面上を惰行時充電目標曲線と放電目標曲線により領域分割し、領域毎に領域指標を割り当てる機能を有し、
前記惰行時充電目標曲線は、と前記走行フェーズと前記走行性能レベルと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから決定し、
前記放電目標曲線は、前記走行フェーズと前記走行性能レベルと前記データベースに含まれるデータのうち前記走行性能テーブルから決定することを特徴とする列車制御システム。
【請求項６】
請求項５に記載の列車制御システムにおいて、
前記出力指令装置は、前記車両状態に含まれる現在速度と前記エネルギー蓄積装置の状態に含まれる充電量に対し、前記充電量制御マップを参照して前記領域指標を決定し、前記領域指標に対して惰行時出力の有無を前記出力指令、力行時放電の有無と惰行時充電の有無を前記充放電指令として出力す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２０１１−１４７２４５（Ｐ２０１１−１４７２４５Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５１０３（Ｐ２０１０−５１０３）
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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