JP6686452B2 - Electric vehicle control device and electric vehicle control method - Google Patents
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Description
本発明は、電気車制御装置及び電気車制御方法に関する。 The present invention relates to an electric vehicle control device and an electric vehicle control method.
複数の車両が連結された一編成内に複数台の電力変換装置を有し、各電力変換装置で電気車駆動用の電動機を駆動するようにした電気車において、各電力変換装置又は電動機の、運転又は停止を個々に判断して高効率運転を実現するようにした電気車制御装置として、例えば特許文献１に記載の電気車制御装置が知られている。
この特許文献１に記載の電気車制御装置では、その図１に示されるように運転士が操作するマスコンからの力行ノッチ指令と、各車両の質量検出値に相当する応荷重信号から求めた編成質量とから、編成としての必要トルク（引張力）を必要トルク演算部で求め、求めた必要トルクに応じて、編成内の稼動させる電動機を選択すると共に、各電動機への出力トルク指令を決定する制御装置を備えている。このような構成とすることによって、電力変換装置と電動機との効率を積算した総合効率が高い動作点での運転が可能となり、編成としての省エネルギー化を図るようになっている。
In an electric vehicle having a plurality of electric power conversion devices in one formation in which a plurality of vehicles are connected, each electric power conversion device driving an electric motor for driving an electric vehicle, in each electric power conversion device or electric motor, As an electric vehicle control device that individually determines whether to drive or stop the vehicle, an electric vehicle control device disclosed in Patent Document 1 is known.
In the electric vehicle control device described in Patent Document 1, as shown in FIG. 1, the composition obtained from the power running notch command from the masscon operated by the driver and the variable load signal corresponding to the mass detection value of each vehicle. The required torque (tensile force) for the knitting is obtained from the mass by the required torque calculation unit, and the electric motor to be operated in the knitting is selected according to the obtained required torque, and the output torque command to each electric motor is determined. It is equipped with a control device. With such a configuration, it is possible to operate at an operating point having a high total efficiency obtained by integrating the efficiencies of the power conversion device and the electric motor, and it is possible to save energy as a formation.
また、このように必要トルクに応じて稼動させる電動機を選択すると共に各電動機の出力トルクを決定するようにした電気車制御装置とは別に、ユニットカット手法によって、編成中の電力変換装置の停止や再起動を行うことで、高効率運転を行うようにした制御装置も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
特許文献２に記載の制御装置では、その図１、図２に示されるように、主幹制御器からのマスコンの力行ノッチ指令によって、演算装置内の第２の論理回路で編成として必要な駆動力を演算している。そして、この演算結果に応じて、各電力変換装置（パワーユニット）のユニットカットとそのリセットの指令や駆動力指令値を第１の論理回路で演算している。
このように、従来の制御装置では、少なくとも運転士が実際に扱っているマスコンの力行ノッチ指令に基づいて、編成として必要なトルク指令を演算し、この演算結果に基づいて編成内で稼動する電力変換装置や必要な電動機の選択を行っている。
Further, in addition to the electric vehicle control device that selects the electric motor to be operated according to the required torque and determines the output torque of each electric motor as described above, a unit cut method is used to stop or stop the power conversion device during formation. A control device that performs high efficiency operation by restarting is also proposed (for example, refer to Patent Document 2).
In the control device described in
As described above, in the conventional control device, at least based on the power running notch command of the masscon which the driver actually handles, the torque command necessary for the formation is calculated, and the electric power operating in the formation is calculated based on the calculation result. Selection of converters and required motors.
ところで、このように複数の車両を連結して１つの編成とし、この編成内に複数台の電力変換装置を有し、各電力変換装置で電気車駆動用電動機を駆動する電気車として、大都市内等を走行する通勤電車がある。この通勤電車では、朝の通勤時間帯等では満員の乗客が乗車する。その一方で、この通勤電車は、閑散時間帯ではほとんど乗客がいない場合もあり、編成としての合計質量が大幅に変化する。 By the way, as described above, a plurality of vehicles are connected to form a single formation, and a plurality of electric power conversion devices are provided in the formation, and each electric power conversion device drives an electric vehicle driving electric motor to drive an electric vehicle. There are commuter trains that run inside. On this commuter train, full passengers board the train during the morning commuting hours. On the other hand, in this commuter train, there may be few passengers during the off-hours, and the total mass of the train changes significantly.
この通勤電車では、このように編成としての合計質量が大幅に変化したとしても、運転士が扱う力行ノッチが同じ場合には電気車の加速性能が同じになるように、編成として必要なトルク指令は、編成の合計質量に応じて変更するようになされている。図５は、最大力行ノッチが扱われた場合の、速度に対する編成として必要なトルク指令を表した特性の一例であり、実線は乗客の乗車率が最大である最大荷重時、破線は乗客の乗車率が０％である最小荷重時の特性を示す。図５において横軸は速度、縦軸は編成として必要なトルク指令であり、このトルク指令は、全車速にわたって最大荷重時よりも最小荷重時の方が小さく、最大荷重時及び最小荷重時ともに、速度が５０％程度となるまでは略一定値を維持し、速度が５０％程度を超えると速度の増加に伴い減少している。 In this commuter train, even if the total mass as a train changes drastically in this way, if the power running notches handled by the driver are the same, the acceleration command of the electric car will be the same Is adapted to change according to the total mass of the knitting. FIG. 5 is an example of a characteristic that represents a torque command required as a formation for speed when the maximum power running notch is handled. The solid line indicates the maximum load at which the passenger loading rate is maximum, and the broken line indicates the passenger riding. The characteristics at the minimum load where the rate is 0% are shown. In FIG. 5, the horizontal axis is the speed, and the vertical axis is the torque command necessary for knitting. This torque command is smaller at the minimum load than at the maximum load over all vehicle speeds, and at both the maximum load and the minimum load, It keeps a substantially constant value until the speed reaches about 50%, and decreases when the speed exceeds about 50% as the speed increases.
近年は、電気車の車体自体の軽量化が進んでいることから、図５に示すように、運転士が最大力行ノッチを扱う場合でも、乗客の乗車率の変化に伴って編成として必要なトルク指令を変化させる割合も特に大きくなっている。
また、通勤電車においては、運転士が扱う力行ノッチの大きさによって、速度に対する編成として必要なトルク指令の特性に全速度領域で変化を持たせることが行われる場合がある。その一例として、乗客の乗車率が最大である最大荷重時に最大力行ノッチである５ノッチが扱われた場合と、力行ノッチとしてそれより低い３ノッチが扱われた場合の、速度に対する編成として必要なトルクの特性例を図６に示す。
In recent years, since the weight of the electric vehicle itself has been reduced, as shown in FIG. 5, even when the driver handles the maximum power running notch, the torque required for the formation is changed in accordance with the change in the passenger loading rate. The rate at which commands are changed is also particularly high.
Further, in a commuter train, there are cases where the characteristics of a torque command required for formation of a train with respect to speed are changed in all speed regions depending on the size of a power running notch handled by a driver. As an example, it is necessary as a knitting for speed when 5 notches, which are the maximum power running notches, are handled at the maximum load when the passenger loading rate is the maximum, and when 3 lower notches are handled as the power running notches. An example of torque characteristics is shown in FIG.
速度に対する編成として必要なトルク指令の特性は、例えば図７に示すように、乗客の乗車率が最大荷重以外の場合にも、力行ノッチが５ノッチである場合よりも３ノッチである場合の方が、全速度領域で必要なトルク指令を低減する特性がとられる。なお、図７は、乗客の乗車率が最小である最小荷重時（乗車率０％）の特性を示す。
なお、図６及び図７において、横軸は速度、縦軸は編成としてのトルク指令であり、乗客の乗車率が最大荷重時（図６）及び最小荷重時（図７）ともに、トルク指令は、５ノッチよりも３ノッチである方が小さく、最大荷重時及び最小荷重時ともに、速度が４０％程度となるまでは略一定値を維持し、速度が４０％程度を超えると速度の増加に伴い減少している。
As shown in FIG. 7, for example, as shown in FIG. 7, the characteristic of the torque command necessary for the formation of the speed is that when the passenger loading rate is other than the maximum load, the power running notch has three notches rather than five notches. However, it has the characteristic of reducing the required torque command in the entire speed range. Note that FIG. 7 shows the characteristics at the minimum load (boarding rate of 0%) where the boarding rate of passengers is minimum.
6 and 7, the horizontal axis represents the speed and the vertical axis represents the torque command as the knitting. When the passenger loading rate is at the maximum load (FIG. 6) and at the minimum load (FIG. 7), the torque command is Three notches are smaller than five notches, and at both the maximum load and the minimum load maintain a substantially constant value until the speed reaches about 40%, and when the speed exceeds about 40%, the speed increases. It is decreasing with the increase.
なお、図５から図７においては、速度の最小値を０％、最大値を１００％とし、トルク指令の最小値を０％、最大値を１００％としている。また、ここでいう乗車率が最大である最大荷重時とは、車両内に乗車可能な最大人数を想定して計算した車両あたりの最大の荷重をいう。
ここで、駅間の間隔が比較的短い通勤電車においては、運転士は、通常時には、例えば図６や図７に５ノッチと記載した最大力行ノッチで加速し、所定の速度に達した時点で力行ノッチをオフして惰行状態に移行し、到着する駅に接近するとブレーキをかけて減速するという一連の操作をすることが多い。
5 to 7, the minimum value of the speed is 0% and the maximum value is 100%, and the minimum value of the torque command is 0% and the maximum value is 100%. The maximum load at which the boarding rate is the maximum here means the maximum load per vehicle calculated assuming the maximum number of people who can ride in the vehicle.
Here, in a commuter train where the distance between stations is relatively short, the driver normally accelerates at the maximum power running notch described as, for example, 5 notches in FIGS. 6 and 7 and reaches a predetermined speed. The power notch is turned off to shift to the coasting state, and when approaching the arriving station, the brake is applied and the speed is often reduced.
しかし、降雪や降雨等によって各電気車駆動用電動機が駆動する車輪の空転が発生しやすいレール条件の場合には、この車輪が空転する頻度を抑えて乗り心地の悪化を招くことなくスムーズに加速するように、例えば図６や図７に示すノッチ割の特性を有する場合に、最大力行ノッチではなく３ノッチで加速することがしばしば行われる。言い換えればこのような運転士の操作を想定して、３ノッチにおける、編成として必要なトルク指令を、５ノッチにおける、編成として必要なトルク指令に対して、全速度領域で低減した特性を持たせているのである。 However, under rail conditions in which the wheels driven by each electric vehicle drive motor tend to idle due to snowfall or rainfall, the frequency of these wheels idle is suppressed to accelerate smoothly without reducing the riding comfort. As described above, when the notch splitting characteristics shown in FIGS. 6 and 7 are used, acceleration is often performed with three notches instead of the maximum power running notch. In other words, assuming such a driver's operation, the torque command required for the formation at 3 notches should be reduced in the entire speed range with respect to the torque command required for the formation at 5 notches. -ing
しかしながら、従来の制御方法では、例えば、同じ乗車率の場合でも、力行ノッチが変わると、編成として必要なトルク指令が変化するため、５ノッチでの電力変換装置や電動機の稼働台数よりも、３ノッチでの稼働台数の方が少なくなる場合がある。このように電力変換装置の稼働台数を低減すると、レール条件が悪いときに、運転士が扱う力行ノッチを下げ、各電動機の出力トルクを下げることで各電動機が駆動する車輪の空転発生頻度を低減しようとしたとしても、電動機１台当たりの出力トルクを下げることができず、空転の頻発によって乗り心地が悪く、運転する電力変換装置の台数低減も相まって加速性能も低下し、ダイヤの遅延を招くという問題点を生じる。 However, in the conventional control method, for example, even in the case of the same boarding rate, if the power running notch changes, the torque command necessary for the formation changes, so that the number of operating power converters and electric motors at 5 notches is 3 more than the operating number. The number of operating machines at the notch may be smaller. By reducing the number of operating power converters in this way, when the rail conditions are poor, the power running notch handled by the driver is lowered, and the output torque of each electric motor is reduced to reduce the frequency of idling of the wheels driven by each electric motor. Even if an attempt is made, the output torque per electric motor cannot be reduced, the riding comfort is poor due to frequent idling, and the acceleration performance is reduced due to the reduction in the number of operating power conversion devices, resulting in a delay in the schedule. The problem arises.
この問題点を単純な具体例によって、より詳しく説明する。
１つの編成内に６台の電力変換装置を有し、各電力変換装置で４台の電動機を駆動する電気車を考え、各電力変換装置が搭載された車両のそれぞれの質量は、全て同じという条件とする。そして、編成の合計質量が最大荷重時より１７％程度小さく、最大力行ノッチである５ノッチで加速する際には、１台の電力変換装置とそれが駆動する４台の電動機を停止し、５台の電力変換装置とそれが駆動する合計２０台の電動機を運転して、高効率運転を実現する場合を考える。
This problem will be described in more detail with a simple concrete example.
Considering an electric vehicle that has six power conversion devices in one formation and drives four electric motors with each power conversion device, the mass of each vehicle equipped with each power conversion device is said to be the same. As a condition. Then, when the total mass of the knitting is about 17% smaller than that at the maximum load, and when accelerating with the maximum power running notch of 5 notches, one power conversion device and the four electric motors that drive it are stopped and Consider a case where a high efficiency operation is realized by operating a total of 20 electric motors driven by the electric power converters.
この場合、運転士が５ノッチ（この時のトルク指令を１００%として説明する）の代わりに３ノッチを選択すると、ノッチ低下分だけ、編成として必要なトルクは低下する。その５ノッチに対する低下分を全速度領域で２０％とすると、編成として必要なトルク指令は５ノッチの時の８０％（＝１００%−２０%）となる。
この際、従来の制御方法では、編成として必要なトルクが２０％低下した分、運転させる電力変換装置を５台から４台に減少させ、電力変換装置を１台減らしている。この時、運転させる電力変換装置や電動機の台数は、５ノッチで駆動する場合の４/５（８０％）であるから、各電動機の出力トルク指令は５ノッチの場合と全く同じになる。このため、各電動機が駆動する車輪の空転頻度は５ノッチの場合と変わらず、運転士がわざわざ力行ノッチを下げて空転発生頻度を抑えようとしても、各電動機が駆動する車輪の空転発生頻度は低減しない。なお、この際には、空転した車輪を再粘着させるために、電動機の出力トルクを絞りこむ制御を実施することになり、この繰り返しによって高効率な動作点での運転も実現できない。
In this case, if the driver selects 3 notches instead of 5 notches (the torque command at this time will be described as 100%), the torque required for knitting decreases by the amount of notch reduction. If the reduction amount relative to the 5 notches is 20% over the entire speed range, the torque command required for the knitting is 80% (= 100% -20%) for the 5 notches.
At this time, in the conventional control method, the power conversion device to be operated is reduced from 5 to 4 and the power conversion device is reduced by 1 as much as the torque required for the formation is reduced by 20%. At this time, the number of power converters and electric motors to be operated is 4/5 (80%) of the case of driving with 5 notches, so the output torque command of each electric motor is exactly the same as in the case of 5 notches. For this reason, the idling frequency of the wheels driven by each electric motor is the same as in the case of 5 notches. Does not reduce. At this time, in order to re-adhere the idle wheel, control is performed to narrow down the output torque of the electric motor, and by repeating this, it is also impossible to realize operation at a highly efficient operating point.
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題点に着目してなされたものであり、高効率な動作点での電気車の運転と、レール条件が悪化したこと等による空転の発生頻度の抑制とを両立させることができる電気車制御装置及び電気車制御方法を提供することを目的としている。 Therefore, the present invention has been made by paying attention to the above-mentioned unsolved problems of the related art, and the operation of the electric vehicle at a highly efficient operating point, and the occurrence frequency of idling due to deterioration of rail conditions, etc. It is an object of the present invention to provide an electric vehicle control device and an electric vehicle control method capable of achieving both suppression.
本発明の一実施形態によれば、複数の電気車駆動用電動機と複数の電気車駆動用電動機を制御する電力変換装置とを備えた車両を一編成中に複数含む電気車を制御する電気車制御装置であって、一編成中に含まれる全ての車両の合計質量を検出する合計質量検出部と、入力される力行ノッチ指令と合計質量とに基づき第１編成トルクを演算する第１編成トルク演算部と、最大ノッチと合計質量とに基づき第２編成トルクを演算する第２編成トルク演算部と、第２編成トルクに基づき運転させる電力変換装置の台数を決定し、決定された台数分の電力変換装置を、複数の電力変換装置の中から選択する運転／停止選択部と、運転／停止選択部で選択された台数分の電力変換装置によって第１編成トルクを発するために必要な電力変換装置一台当たりの発生トルクを演算し、演算結果をトルク指令として対応する電力変換装置に出力するトルク分配部と、を備える電気車制御装置が提供される。 According to an embodiment of the present invention, an electric vehicle that controls an electric vehicle that includes a plurality of vehicles in one formation that includes a plurality of electric vehicle driving electric motors and a power conversion device that controls the plurality of electric vehicle driving electric motors. A controller, which is a total mass detection unit that detects a total mass of all vehicles included in one formation, and a first composition torque that calculates a first composition torque based on an input power running notch command and total mass. The calculation unit, the second formation torque calculation unit that calculates the second formation torque based on the maximum notch and the total mass, and the number of power conversion devices to be operated based on the second formation torque are determined, and the number of determined units is calculated. A power conversion device that selects a power converter from a plurality of power converters and a power conversion device that generates the first set torque by the number of power converters selected by the operation / stop selector. One device It calculates the Rino generated torque, corresponding electric vehicle control device comprising: a torque distribution unit which outputs to the power converter, there is provided an operation result as the torque command.
本発明の一実施形態によれば、最大ノッチでの加速時には、編成としての合計質量に応じて、電力変換装置と電動機の総合効率が最大値付近となるように運転することができ、降雪や降雨時等のレール条件が悪い環境下等で運転士が最大ノッチよりも低いノッチを指令したときには空転の発生頻度を抑え、乗り心地の悪化や遅延等の発生を抑制することができる。 According to one embodiment of the present invention, when accelerating at the maximum notch, it is possible to operate so that the total efficiency of the power conversion device and the electric motor is close to the maximum value according to the total mass of the formation, and snowfall or When the driver commands a notch lower than the maximum notch in an environment where rail conditions are bad, such as during rainfall, the frequency of idling can be suppressed, and deterioration of riding comfort and delay can be suppressed.
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態（以下、実施形態という）について説明する。
なお、以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の具体的な構成について記載されている。しかしながら、このような特定の具体的な構成に限定されることなく他の実施態様が実施できることは明らかであろう。また、以下の実施形態は、特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention (hereinafter, referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.
It should be noted that in the following detailed description, numerous specific specific configurations are set forth in order to provide a thorough understanding of the embodiments of the invention. However, it will be apparent that other embodiments can be implemented without being limited to such a specific configuration. Further, the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all of the combinations of features described in the embodiments are essential to the solving means of the invention.
まず、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、第１実施形態における電気車制御装置の一例を示す構成図である。
第１実施形態における電気車制御装置１００を適用した電気車は、電動機が搭載されていない付随車１１が２両と、電動機が搭載された電動車１２が３両との合計５両で編成を構成している。付随車１１それぞれには、付随車１１の質量を検出する質量検出部１１１が搭載されている。また、電動車１２それぞれには、電動車１２の質量を検出する質量検出部１２１と電力変換装置１２２（１２２−１〜１２２−３）と４台の電動機１２３が搭載されている。電力変換装置１２２は、入力される運転／停止指令により運転が指定されるとき、入力されるトルク指令相当のトルクを発生するように４台の電動機（電気車駆動用電動機）１２３を駆動する。
First, a first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of an electric vehicle control device according to the first embodiment.
The electric vehicle to which the electric
電気車制御装置１００は、マスターコントローラ（以下、マスコンという。）１からの力行ノッチ指令が入力される第１編成トルク演算部２と、トルク分配部３と、編成質量演算部４と、第２編成トルク演算部５と、運転／停止選択部６と、を備える。なお、各車両に設けられた質量検出部１１１及び１２１と編成質量演算部４とが合計質量検出部に対応している。
The electric
第１編成トルク演算部２は、編成質量演算部４で演算される編成質量とマスコン１から入力される力行ノッチ指令とに基づき、力行ノッチ指令に対応する加速を実現するために編成として必要なトルクを演算し、演算したトルクを第１編成トルク指令としてトルク分配部３に出力する。
第１編成トルク演算部２では、例えば図５〜図７に示すような、編成質量と、力行ノッチ指令と、速度と、編成として必要なトルク指令との対応を表す特性を記憶しておき、この特性と、編成質量演算部４で演算される編成質量と、図示しない速度センサの出力等に基づき検出される電気車の速度と、マスコン１から入力される力行ノッチ指令と、に対応する編成として必要なトルク指令を決定し、これを第１編成トルクとする。
The first knitting
The first knitting
トルク分配部３は、第１編成トルク演算部２から入力される第１編成トルク指令で指定されるトルクを、運転／停止選択部６からの運転／停止指令で運転させる電力変換装置として選択された電力変換装置１２２に分配し、分配したトルクを対応する電力変換装置１２２に出力する。つまり、トルク分配部３は、第１編成トルク指令で指定されるトルクを、運転させる電力変換装置として選択された台数の電力変換装置１２２で発生させるための、電力変換装置１２２一台当たりの発生トルクを演算する。
The
例えば、３台の電力変換装置１２２（１２２−１〜１２２−３）のうち、運転させる電力変換装置として第１電力変換装置１２２−１及び第２電力変換装置１２２−２が選択され、停止される電力変換装置として第３電力変換装置１２２−３が選択された場合、トルク分配部３では、第１編成トルク指令で指定されるトルクを１／２倍し、これを第１及び第２電力変換装置１２２−１、１２２−２のトルク指令として第１及び第２電力変換装置１２２−１、１２２−２に出力する。
For example, among the three power conversion devices 122 (122-1 to 122-3), the first power conversion device 122-1 and the second power conversion device 122-2 are selected as the power conversion devices to be operated and stopped. When the third power conversion device 122-3 is selected as the power conversion device to be used, the
編成質量演算部４は、各車両に搭載された質量検出部１１１及び１２１で検出された各車両の質量の和から、一編成に含まれる全車両の質量の総和を編成質量として演算し、演算結果を第１編成トルク演算部２及び第２編成トルク演算部５に出力する。
第２編成トルク演算部５は、マスコン１で設定可能な最大ノッチと、編成質量演算部４で演算された編成質量とに基づき、最大ノッチに対応する加速を実現するために必要なトルクを演算し、演算したトルクを第２編成トルク指令として運転／停止選択部６に出力する。例えば、第２編成トルク演算部５では、例えば第１編成トルク演算部２と同様に図５〜図７に示す、予め設定された編成として必要なトルク指令の特性に基づき、最大ノッチ、編成質量及び図示しない速度センサの出力等に基づき検出される電気車の速度に対応するトルク指令を決定し、これを第２編成トルクとする。
The formation mass calculation unit 4 calculates the sum of the masses of all the vehicles included in one formation as the formation mass from the sum of the masses of the respective vehicles detected by the
The second knitting
運転／停止選択部６は、第２編成トルク演算部５から入力される第２編成トルク指令に基づき、３台の電力変換装置１２２について運転させる電力変換装置、停止させる電力変換装置を選択し、運転するか停止するかを指定する運転／停止指令を、トルク分配部３及び各電力変換装置１２２に出力する。運転／停止選択部６は、例えば、第２編成トルク指令で指定されるトルクが、予め設定した最大トルクの２／３以上であるならば、運転させる電力変換装置として３台の電力変換装置１２２を選択し、２／３よりも小さければ、３台の電力変換装置１２２のうちの２台を、運転させる電力変換装置として選択し、残りの１台を停止させる電力変換装置として選択する。停止させる１台の電力変換装置１２２を、３台の電力変換装置１２２のうちのいずれにするかは、例えば、輪番で選ぶ等のいろいろなやり方を適用することができる。
The operation / stop selection unit 6 selects a power conversion device to be operated for the three power conversion devices 122 and a power conversion device to be stopped based on the second composition torque command input from the second composition
なお、最大トルクとは、最大荷重時に最大ノッチに対応する加速を実現するために必要なトルクをいう。
次に、上記第１実施形態の動作を説明する。
例えば、駅間の距離が比較的短い通勤電車においては、レール条件が良好な環境下では、運転士は発車時、最大ノッチで加速する。
The maximum torque is the torque required to realize the acceleration corresponding to the maximum notch at the maximum load.
Next, the operation of the first embodiment will be described.
For example, in a commuter train with a relatively short distance between stations, under an environment where the rail conditions are good, the driver accelerates at the maximum notch when leaving.
電気車制御装置１００では、マスコン１から最大ノッチが指令されると、第１編成トルク演算部２は、編成質量演算部４で演算される編成質量と、マスコン１からの最大ノッチ指令とに基づき、最大ノッチに応じた加速を実現するために編成として必要な第１編成トルクを演算する。
また、第２編成トルク演算部５では、編成質量演算部４からの編成質量と最大ノッチとに基づき、最大ノッチ相当の加速を実現するために編成として必要な第２編成トルクを演算する。このとき編成質量が比較的大きく、演算された第２編成トルクが最大荷重時に最大ノッチに対応する加速度を実現するために必要なトルクの２／３以上であるならば、運転／停止選択部６において、３台の電力変換装置１２２が運転させる電力変換装置として選択され、トルク分配部３では、第１編成トルクを１／３倍した値を、各電力変換装置１２２のへのトルク指令として出力する。
In the electric
Further, the second knitting
このため、各電力変換装置１２２では、入力されるトルク指令に応じて４台の電動機を駆動制御し、３台の電力変換装置１２２のそれぞれで４台の電動機が駆動制御される結果、編成として第１編成トルク相当のトルクが発生されることになり、最大ノッチに応じた加速が行われることになる。そして、電気車の速度が所定速度に達したときにノッチオフして惰行に移行し、次の駅に近づくとブレーキをかけて減速する。 Therefore, in each power conversion device 122, four electric motors are drive-controlled in accordance with the input torque command, and four electric motors are drive-controlled by each of the three power conversion devices 122. A torque corresponding to the first formation torque is generated, and the acceleration corresponding to the maximum notch is performed. Then, when the speed of the electric vehicle reaches a predetermined speed, the notch is turned off to shift to coasting, and when approaching the next station, the brake is applied to decelerate.
一方、例えば、降雪や降雨でレール条件が悪化している状態で、運転士が、レール条件の悪化を考慮して、発車時、最大ノッチより低い例えば３ノッチで加速を行うと、第１編成トルク演算部２では、編成質量演算部４で演算される編成質量と、マスコン１からの３ノッチ指令とに基づき、３ノッチ相当の加速を実現するために編成として必要な第１編成トルクを演算する。この第１編成トルクは、最大ノッチが指令されたときの第１編成トルクよりも小さな値となる。
On the other hand, for example, in a state where the rail condition is deteriorated due to snowfall or rainfall, the driver accelerates with, for example, 3 notches lower than the maximum notch at the time of departure in consideration of the deterioration of the rail condition. The
また、第２編成トルク演算部５では、編成質量演算部４からの編成質量と最大ノッチとに基づき、最大ノッチ相当の加速を実現するために編成として必要な第２編成トルクを演算する。編成質量はレール条件が良好な環境下にある場合と同一とすると、レール条件が良好な環境下である場合と同様に、運転／停止選択部６では、３台の電力変換装置１２２を運転させる電力変換装置として選択する。
Further, the second knitting
このため、トルク分配部３では、第１編成トルクを１／３倍した値を、各電力変換装置１２２へのトルク指令として出力し、３台の電力変換装置１２２では、入力されたトルク指令相当のトルクを発生するように電動機を駆動する。その結果、編成として、第１編成トルク相当のトルクが発生されることになり、３ノッチに応じた加速が行われることになる。そして、電気車の速度が所定速度に達したときにノッチオフして惰行に移行し、次の駅に近づくとブレーキをかけて減速する。
Therefore, the
つまり、レール条件が悪化した環境下においては、例えば２台の電力変換装置１２２によって、第２編成トルク相当のトルクを十分発生させることができるが、敢えて３台の電力変換装置１２２を運転させ、電力変換装置１２２が発生すべき１台当たりのトルクを低減させているため、レール条件が悪化した環境下にある場合でも、各電力変換装置１２２が駆動する電動機により駆動される車輪が空転したりすることを抑制することができる。また、３台の電力変換装置１２２全体によって、第２編成トルク相当のトルクを発生させているため、力行ノッチ指令に応じた走行を行うことができる。すなわち、レール条件が悪化した環境下においては、総合効率は多少低下するが、空転の発生頻度を抑制しつつ、力行ノッチ指令に応じたトルクを発生させることができる。そのため、空転に伴う乗り心地の悪化やダイヤの遅延等の発生を抑制することができる。 That is, in an environment where the rail conditions are deteriorated, for example, two power conversion devices 122 can sufficiently generate a torque equivalent to the second formation torque, but three power conversion devices 122 are intentionally operated, Since the torque per unit to be generated by the power conversion device 122 is reduced, even when the rail condition is deteriorated, the wheels driven by the electric motors driven by the power conversion devices 122 may run idle. Can be suppressed. Further, since the torque equivalent to the second formation torque is generated by the three power conversion devices 122 as a whole, the vehicle can travel in accordance with the power running notch command. That is, in an environment in which the rail condition is deteriorated, the overall efficiency is slightly reduced, but it is possible to generate the torque according to the power running notch command while suppressing the occurrence frequency of the idling. Therefore, it is possible to suppress the deterioration of the riding comfort and the delay of the diamond due to the idling.
このように、第１実施形態における電気車制御装置１００によれば、レール条件が良好な環境下にある場合には、力行ノッチ指令で指定されるノッチが大きいときほど総合効率が比較的高効率となるように電力変換装置１２２及び電動機１２３を運転させることができ、逆に、レール条件が悪化した環境下にある場合には、総合効率は多少低下するものの、車輪の空転の発生頻度を抑制しつつ、力行ノッチ指令に応じて運転させることができる。つまり、レール条件が良好な環境下においては、高効率な動作点で電気車を運転させることができるとともに、レール条件が悪化した環境下においては、空転の発生頻度を抑制することができる。
As described above, according to the electric
レール条件が良好な環境下にある場合、力行ノッチ指令で指定されるノッチが小さいときほど総合効率は低下することになるが、例えば、通勤電車等、駅間の距離が比較的短く主に最大ノッチでの走行が指定される区間を走行する電気車に適用することによって、比較的低ノッチでの走行時における総合効率の低下の影響を低減し、総合的にみて、高効率な運転を行うことができる。 When the rail condition is good, the smaller the notch specified by the power running notch command is, the lower the overall efficiency will be.For example, the distance between stations is relatively short, such as commuter trains. By applying to an electric vehicle that travels in a section where notch running is specified, the effect of a decrease in overall efficiency when running in a relatively low notch is reduced, and overall high efficiency driving is performed. be able to.
特に、前方の障害物や信号等に注意を払い、乗客の人命を預かる運転士によって、運転のし易さは重要な要素である。第１実施形態における電気車制御装置１００では、最大ノッチで加速する場合には高効率な運転が可能になると同時に、それより低いノッチを扱えば、空転の発生を抑制することの可能な、今までと同様の運転のし易さを両立した電気車制御装置を実現することができる。
In particular, the ease of driving is an important factor depending on the driver who pays attention to obstacles and signals in front and keeps the lives of passengers. In the electric
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
図２に示す、第２実施形態における電気車制御装置２００は、第１実施形態における電気車制御装置１００において、第２編成トルク演算部５及び運転／停止選択部６に代えて、運転／停止選択部６ａを設けたものである。第１実施形態における電気車制御装置１００と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
The electric
運転／停止選択部６ａは、編成質量演算部４で演算された編成質量を入力し、この編成質量に基づいて、３つの電力変換装置１２２について、運転させる電力変換装置及び停止させる電力変換装置を選択し、運転／停止指令を各電力変換装置１２２及びトルク分配部３に出力する。
ここで、第１実施形態における電気車制御装置１００においては、運転／停止選択部６では、第２編成トルク演算部５で演算された第２編成トルクに基づいて、各電力変換装置１２２について運転させるか否かを選択している。第２編成トルク演算部５では、マスコン１で設定可能な最大ノッチと、編成質量演算部４で演算された編成質量とに基づき、第２編成トルクを演算しており、最大ノッチは固定値である。したがって、第２編成トルクは、編成質量と略比例関係にあるとみなすことができる。
The operation /
Here, in the electric
そこで、第２実施形態では、運転／停止選択部６ａにおいて、編成質量に基づいて運転／停止を選択する。運転／停止選択部６ａでは、例えば、編成質量がその最大値、つまり、乗車率が最大である場合の編成質量の２／３以上であるならば、３台の電力変換装置１２２を運転させる電力変換装置として選択し、編成質量がその最大値の２／３より小さければ１台の電力変換装置１２２を停止させる電力変換装置、残りの２台の電力変換装置１２２を運転させる電力変換装置として選択する。この場合も、停止させる電力変換装置としていずれの電力変換装置１２２を選択するかは、例えば、輪番で選択する等、いろいろなやり方を適用することができる。
Therefore, in the second embodiment, the operation /
この第２実施形態における電気車制御装置２００も、第１実施形態における電気車制御装置１００と同等の作用効果を得ることができると共に、電気車制御装置１００における第２編成トルク演算部５を設ける必要がないため、その分、電気車制御装置１００の処理負荷を軽減することができる。
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
The electric
Next, a third embodiment of the present invention will be described.
図３に示す、第３実施形態における電気車制御装置３００は、第１実施形態における電気車制御装置１００においてトルク分配部３に代えてトルク分配部３ａを設け、トルク分配部３ａでは、各質量検出部１２１それぞれで検出した各電動車１２の質量も利用して、トルク指令を演算するようにしたものである。第１実施形態における電気車制御装置１００と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
The electric
電気車制御装置３００においてトルク分配部３ａでは、運転／停止選択部６からの運転／停止指令と、第１編成トルク演算部２からの第１編成トルク指令と、質量検出部１２１で検出した電力変換装置１２２を備えた電動車１２の質量それぞれとを入力し、これらに基づいて、トルク指令を演算する。
トルク分配部３ａでは、第１編成トルクを、運転／停止選択部６で運転させる電力変換装置として選択された電力変換装置１２２に分配してトルク指令を演算するが、このとき第１編成トルクを、運転させる電力変換装置として選択された電力変換装置１２２を有する車両の質量に応じて重み付けして配分する。
In the electric
The
例えば、運転させる電力変換装置がＮ台の場合に、これらに対するトルク指令をＴｉ（ｉ＝１〜Ｎ）とし、Ｎ台の電力変換装置が搭載された各電動車１２の質量をＷｉ（ｉ＝１〜Ｎ）とする。そして、次式（１）及び（２）を満足するように重み付けをして配分する。なお式中のＴｓは、運転させるＮ台の電力変換装置に対するトルク指令の総和、すなわち第１編成トルクを表す。また、Ｗｓは、運転させるＮ台の電力変換装置を有する車両の質量の総和を表す。
For example, when there are N power converters to be operated, the torque command for them is Ti (i = 1 to N), and the mass of each
例えば、運転させる電力変換装置として、３台の電力変換装置１２２のうち、第１電力変換装置１２２−１と第２電力変換装置１２２−２とが選択されたものとする。また、第１電力変換装置１２２−１の質量を１００％としたときの第２電力変換装置１２２−２の質量が１１０％であったものとする。この場合には、第１電力変換装置１２２−１へのトルク指令は、次式（３）から演算される。また、第２電力変換装置１２２−２へのトルク指令は、次式（４)から演算される。
第１編成トルク×１００％／（１００％＋１１０％）
＝第１編成トルク×４７．６％ …（３）
第１編成トルク×１１０％／（１００％＋１１０％）
＝第１編成トルク×５２．４％ …（４）
For example, assume that the first power conversion device 122-1 and the second power conversion device 122-2 are selected from the three power conversion devices 122 as the power conversion devices to be operated. In addition, it is assumed that the mass of the second power converter 122-2 is 110% when the mass of the first power converter 122-1 is 100%. In this case, the torque command to the first power converter 122-1 is calculated from the following equation (3). Further, the torque command to the second power converter 122-2 is calculated from the following equation (4).
1st composition torque × 100% / (100% + 110%)
= 1st composition torque x 47.6% (3)
1st composition torque × 110% / (100% + 110%)
= 1st composition torque x 52.4% (4)
そして、このようにして演算したトルクをトルク指令として、第１電力変換装置１２２−１及び第２電力変換装置１２２−２に出力する。
このように、第３実施形態における電気車制御装置３００では、電力変換装置１２２を有する電動車１２の質量を考慮して第１編成トルクを配分している。そのため、上記第１実施形態と同等の作用効果を得ることができると共に、さらに、質量の大きい車両に搭載された電力変換装置に対しては、質量が大きい分だけ大きなトルク指令を行うことができるため、運転させる電力変換装置に対して均等にトルク指令を配分する場合に比較して、空転の発生頻度をより的確に低減することができる。
Then, the torque calculated in this way is output as a torque command to the first power conversion device 122-1 and the second power conversion device 122-2.
As described above, in the electric
なお、トルク分配部３ａにおける重み付けの方法は、上記方法に限るものではなく、質量が大きい電動車１２ほど、発生すべきトルクが大きくなるように重み付けする方法であれば適用することができる。また、運転させる電力変換装置として選択された電力変換装置１２２を有する車両だけでなく、一編成における各車両の質量の分布状況も考慮し、例えば、運転させる電力変換装置として選択された電力変換装置１２２を有する電動車１２が引っ張るべき他の車両の質量等も考慮して、重み付けするようにしてもよい。
Note that the weighting method in the
次に、本発明の第４実施形態を説明する。
図４に示す、第４実施形態における電気車制御装置４００は、第２実施形態における電気車制御装置２００においてトルク分配部３に代えてトルク分配部３ａを設け、トルク分配部３ａでは、各質量検出部１２１それぞれで検出した各電動車１２の質量も利用して、トルク指令を演算するようにしたものである。第２実施形態における電気車制御装置２００と同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described.
An electric
電気車制御装置４００においてトルク分配部３ａでは、運転／停止選択部６ａからの運転／停止指令と、第１編成トルク演算部２からの第１編成トルク指令と、質量検出部１２１で検出した電力変換装置１２２を備えた電動車１２の質量それぞれと、を入力する。そして、第３実施形態におけるトルク分配部３ａと同様の手順で、第１編成トルクを、運転させると電力変換装置として選択された電力変換装置１２２に対して分配しトルク指令を演算する。
In the electric
この第４実施形態における電気車制御装置４００でも、上記第３実施形態における電気車制御装置３００と同等の作用効果を得ることができる。
なお、上記実施形態においては、電動機が搭載されていない付随車１１が２両と、電動機が搭載された電動車１２が３両との合計５両で編成される電気車に適用した場合について説明したが、これに限るものではなく電動機が搭載された電動車１２を複数備える電気車であれば適用することができる。
The electric
In addition, in the above-described embodiment, a case where the invention is applied to an electric vehicle that is composed of a total of 5 vehicles, that is, 2
１ マスターコントローラ
２ 第１編成トルク演算部
３、３ａ トルク分配部
４ 編成質量演算部
５ 第２編成トルク演算部
６、６ａ 運転／停止選択部
１１ 付随車
１２ 電動車
１００、２００、３００、４００ 電気車制御装置
１１１、１２１ 質量検出部
１２２ 電力変換装置
１２３ 電動機
1
Claims (3)
一編成中に含まれる全ての車両の合計質量を検出する合計質量検出部と、
入力される力行ノッチ指令と前記合計質量とに基づき第１編成トルクを演算する第１編成トルク演算部と、
最大ノッチと前記合計質量とに基づき第２編成トルクを演算する第２編成トルク演算部と、
前記第２編成トルクに基づき運転させる電力変換装置の台数を決定し、決定された台数分の電力変換装置を、複数の前記電力変換装置の中から選択する運転／停止選択部と、
当該運転／停止選択部で選択された前記台数分の電力変換装置によって前記第１編成トルクを発するために必要な電力変換装置一台当たりの発生トルクを演算し、演算結果をトルク指令として対応する電力変換装置に出力するトルク分配部と、を備えることを特徴とする電気車制御装置。 An electric vehicle control device for controlling an electric vehicle that includes a plurality of vehicles in one formation, the vehicle including a plurality of electric vehicle driving electric motors and a power conversion device that controls the plurality of electric vehicle driving electric motors,
A total mass detection unit that detects the total mass of all vehicles included in one formation,
A first formation torque calculation unit that calculates a first formation torque based on the input power running notch command and the total mass;
A second formation torque calculating unit that calculates a second formation torque based on the maximum notch and the total mass,
An operation / stop selection unit that determines the number of power conversion devices to be operated based on the second formation torque, and selects the determined number of power conversion devices from the plurality of power conversion devices;
The generated torque per power conversion device required to generate the first formation torque is calculated by the power conversion devices for the number of units selected by the operation / stop selection unit, and the calculation result is used as a torque command. An electric vehicle control device comprising: a torque distribution unit that outputs the electric power conversion device.
前記合計質量検出部は、前記車両それぞれに搭載された前記質量検出部の検出結果から前記合計質量を演算し、
前記トルク分配部は、選択した前記台数分の電力変換装置を有する車両それぞれの質量に応じて重み付けをして前記発生トルクを演算することを特徴とする請求項１に記載の電気車制御装置。 Each of the vehicles is equipped with a mass detector that detects the mass of the vehicle,
The total mass detection unit calculates the total mass from the detection result of the mass detection unit mounted on each of the vehicles,
The electric vehicle control device according to claim 1, wherein the torque distribution unit calculates the generated torque by weighting according to the mass of each of the vehicles having the selected number of power conversion devices.
入力される力行ノッチ指令と一編成中に含まれる全ての車両の合計質量とに基づき第１編成トルクを演算するステップと、
最大ノッチと前記合計質量とに基づき第２編成トルクを演算するステップと、
前記第２編成トルクに基づき運転させる電力変換装置の台数を決定し、決定された台数分の電力変換装置を、複数の前記電力変換装置の中から選択するステップと、
選択された前記台数分の電力変換装置によって前記第１編成トルクを発するために必要な電力変換装置一台当たりの発生トルクを演算し、演算結果をトルク指令として対応する電力変換装置に出力するステップと、を備えることを特徴とする電気車制御方法。 A control method for an electric vehicle that includes a plurality of vehicles in one formation, the vehicle including a plurality of electric vehicle driving electric motors and a power converter that controls the plurality of electric vehicle driving electric motors,
Calculating a first formation torque based on the input power running notch command and the total mass of all vehicles included in one formation;
Calculating a second formation torque based on the maximum notch and the total mass,
A step of determining the number of power conversion devices to be operated based on the second formation torque, and selecting the determined number of power conversion devices from the plurality of power conversion devices;
A step of calculating a generated torque per power converter required to generate the first formation torque by the selected number of power converters, and outputting the calculation result as a torque command to the corresponding power converter. An electric vehicle control method comprising:
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