JPH0274105A

JPH0274105A - 鉄道車両用制御装置

Info

Publication number: JPH0274105A
Application number: JP63222384A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kasai; 河西　省司; Tetsuji Hirotsu; 弘津　哲二; Hiroyuki Akiyama; 弘之秋山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-09-07
Filing date: 1988-09-07
Publication date: 1990-03-14
Anticipated expiration: 2013-04-02
Also published as: JP2735237B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は鉄道車両の制御装置に係り、特に、駆動力、な
いし、ブレーキ力の制御手段を複数個備えた鉄道車両、
ないし、連結されて走行する一編成の鉄道車両等におけ
る粘着性能の向上を図る鉄道車両の制御装置に関する。

〔従来の技術〕

鉄道車両は、その牽引力、または、制動力を車輪レール
間の粘着力により得ており、車輪周に加わる駆動力、ま
たは、ブレーキ力が車軸レール間の粘着係数により定ま
る限界値（粘着限界力と称する）を越すと、車輪は空転
ないし滑走を生じてしまい、所要の牽引力または制動力
が得られない。

しかし、粘着係数は、レールの表面状態等によって０．
０５〜０．５位の間に大きくばらついている。

従って、高速、高加減速度、大牽引力輸送など経済性の
高い鉄道車両を得るには、粘着係数の増大や有効利用な
ど、粘着性能の向上を図る必要がある。粘着係数を増す
には、レール表面に砂を撒いたりプラズマを照射するな
どの方法が古くから行われている。また、空転、ないし
、滑走を検出するセンサを設け、その出力信号によって
、空転、ないし、滑走した車軸の駆動力、または、ブレ
ーキ力を減少させて再粘着（空転ないし滑走の速度を零
にする）を図り、粘着限界力をできるだけ有効に利用す
るように駆動力、ないし、ブレーキ力を制御する手段（
これを再粘着制御装置と称する）等が実用化されている
。

また、特開昭６０−９１８０５号公報に開示されている
ように、常に、最大粘着力を得るように制御することも
できる。

ところで、車軸・レール間の粘着係数は、前述のように
、レールの表面状態によって大きなばらつきを示す、ま
た、速度の上昇とともに低下すること、いったん空転な
いし滑走すると静摩擦から動摩擦の状態に移行するため
摩擦係数が著るしく低下することなどが、従来から定性
的にわかっている。また、複数の駆動装置や制動装置を
備えた鉄道車両や複数の車両を連結して走行する一編成
の鉄道車両（列車）では、進行方向先頭の車輪や先頭車
両の各車軸の転勤によってレール表面を清掃するため、
後続する車軸ないし連結された後続車両の車軸とレール
間の粘着係数はかなり改善され、高いレベルを示すこと
が周知である。

一方、各駆動装置ないし制動装置ごとに、それぞれ、独
立した制御手段を備えた鉄道車面や複数の駆動装置、な
いし、制動装置をいくつかの群に分け、各群ごとに独立
した制御手段を備えた鉄道車両、および、複数の車両を
連結して走行する列車など複数の制御手段によって駆動
力、ないし、ブレーキ力を制御するように構成した従来
の鉄道車両では、各制御手段に与えられる制御指令値と
して各車輪へ加わる駆動力、ないし、ブレーキ力が平均
的な粘着限界力より小さくなるように、概ね、一定値に
設定されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従って、空転ないし滑走をできるだけ生じさせないよう
な制御指令値を設定した従来の鉄道車両では、粘着係数
のレベルが最も小さい先頭車軸で期待される粘着係数を
基準にした指令値レベルを設定する必要があるため、鉄
道車両、ないし、列車全体は真に粘着限界力を有効に利
用しているとはいえず、鉄道車面、ないし、列車が大型
化したり、効率が低下するなどの欠点があった。

また、各制御手段に前述の再粘着制御装置を設け、空転
、ないし、滑走した車輪の駆動力、または、ブレーキ力
を減少させ再粘着させるようにした従来の鉄道車両では
、鉄道車両、ないし、列車全体として期待される粘着係
数を基準にした制御指令値を設定することができるが、
先頭側の車軸を含む制御単位には粘着限界力を超える駆
動力、ないし、ブレーキ力が発生する機会が増加するた
め空転、滑走の頻度が増え、粘着性能や乗心地の悪化を
招いたり、場合によっては、大空転、滑走固着による車
輪、駆動装置、レール等の損傷や騒音の増加を招く恐れ
があった。

なお、最近の鉄道車両では、各車軸、ないし、各車両に
加わる垂直荷重の大きさに見合って駆動力、ないし、ブ
レーキ力を増減させる応荷重補償や電気的軸重補償等の
制御手段も行なわれているがこれらはいずれも各車輪な
いし各車両の駆動力、ないし、ブレーキ力と垂直荷重と
の比を概ね一定値にして粘着性能の向上を図るようにし
たもので。

各制御単位での車輪レール間の粘着限界力を有効に利用
することが考慮されておらず、鉄道車両の大型化、効率
の低下、騒音の増加２乗心地の悪化などを招くおそれが
あった。

本発明の目的は、複数の制御手段を備えた鉄道車両、な
いしは、連結されて走行する一編成の鉄道車両における
粘着性能の向上を図り、駆動力。

ないし、ブレーキ力を最大限有効に牽引力、ないし、制
動力として利用することができ、経済的な鉄道車両の制
御装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、駆動力、ないし、ブレーキ力の制御手段を
複数個備えた鉄道車両、ないし、連結されて走行する一
編成の鉄道車両において、その進行方向を検出する手段
と、ブレーキ力の制御手段の駆動力、ないし、ブレーキ
力の制御指令信号をブレーキ力の制御手段で制御される
駆動装置、ないし、ブレーキ装置が設置された各車輪、
ないし、車輪群の期待される粘着係数に見合って設定す
る手段とを設け、鉄道車両の進行方向によって制御指令
信号の増減量を切換えることにより達成される。

〔作用〕

本発明の方法は、鉄道車両、ないし、連結されて走行す
る一編成の鉄道車両で、車輪レール間の粘着係数が最少
値となる先頭車輪、ないし、これを含む車輪群の駆動力
、ないし、ブレーキの制御指令信号レベルを車軸ないし
車輪群で期待される粘着係数に見合って設定し、後続の
車軸、ないし、車輪群に連結した各制御装置では制御指
令信号レベルを車輪の転勤による清掃作用よって増加し
た期待粘着係数に見合って増し、鉄道車両、ないし。

連結された一編成の鉄道車両全体として所要の牽引力な
いし制動力を発生するように動作する。又、各制御装置
の制御指令信号レベルの増減量は、鉄道車両の進行方向
を検出する手段によって切換えるれる。それによって、
各制御単位における駆動力、ないし、ブレーキ力は、常
に、車輪群の期待粘着係数相当に制御されるため空転、
ないし、滑走による牽引力、ないし、制動力の減少を最
小限にとどめることができ、粘着性能が効果的に向上す
る。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図から第３図により詳細
に説明する。第１図は本発明をチョッパ式電気車に適用
した場合の駆動時の一実施例の制御ブロック図であり、
第２図は第１図のように構成した制御装置を三個用いて
内軸の鉄道車両を構成した場合の制御ブロック図を示し
、第３図は第２図のように構成した本発明の一実施例に
おける粘着限界力ｆ、＆、と駆動力Ｆおよび粘着限界力
指令回路の補正係数ＫＦの関係を示す説明図である。

第１図において、ＰＧは集電装置を、ＦＬはフィルタ回
路を構成するりアクドルを、ＦＣはフィルタコンデンサ
を、Ａｌ、Ａ２は直流電動機の電機子を、Ｆｌ、Ｆ２は
直流電動機の界磁巻線を、ＭＳＬは平滑用リアクトルを
、ＣＨはチョッパを、Ｄはフリーホイールダイオードを
、ＤＣＣＴは電流検出器を、それぞれ、示す、また、Ｒ
Ｖは運転室に設置された主幹制御器（図示せず）からの
指令により電機子Ａｌ、Ａ２の接続を前進、または、後
進方向に切換えるための転換器である。また、１はチョ
ッパ制御装置を示し、比較演算回路２、及び、移相回路
３等で構成され、駆動力指令信号Ｉｃと電流検出器ＤＣ
ＣＴによって検出された電動機電流Ｉｍとを比較演算回
路２で比較演算し、この比較結果に基づく移相回路３か
らの制御信号によりチョッパＣＨにおける通流率を制御
して駆動力を制御する。

Ｒ１，Ｒ２およびＤＣＰＴは空転検出用の抵抗器と電圧
検出器であり、車輪の空転により電機子Ａ１とＡ２との
間に生じる逆起電力の不平＃７ｊＳ圧ΔＥが電圧検出器
ＤＣＰＴで検出される。この検出量ΔＥは比較演算回路
２に入力され、空転量に見合って駆動力を減少させ、再
粘着制御される。

駆動力の指令は、基準パターン発生回路４により、所望
の駆動力基準パターンＩｐが与えられ、粘着限界力指令
回路５によってＩｐを制御装置により駆動される車輪群
における期待粘着係数に見合って補正し、駆動力指令信
号Ｉｃを出力する。

ここで、ｒＩｊＡ動力基準パターンＩｐは、制御装置を
複数個備えた鉄道車両で要請される牽引力を各制御装置
で均等に負担するような基準値が設定される。また、粘
着限界力指令回路５では、制御装置により駆動される車
輪群が鉄道車両で配置された軸位によって決まる期待粘
着係数相当の駆動力指令信号Ｉｃを出力するように補正
係数を設定する。

又、鉄道車両の進行方向によって、軸位が変更され期待
粘着係数も異なった値となるため、運転室に設置された
主幹制御器（図示せず）から前後進切換信号Ｒｅｖを受
信し、これによって補正係数が変更されるようにも！成
する。

第２図及び第３図は六個の駆動輪（Ｗｌ〜Ｗ６）を備え
た鉄道車両７に本発明の一実施例として第１図に示した
制御装置を王台設置した場合の態様について示しており
、各制御装置は説明に必要な部分のみを表示している０
図において、第２図中に表示した進行方向における先頭
車輪をＷｌとし。

後続の車輪は、順次、ｗ２がらｗ６の記号で示し、これ
らの車輪を駆動する直流電動機もＭｌがらＭ６で示して
いる。ＣＨＩは電動機Ｍｌ、Ｍ２の駆動力を制御するた
めのチョッパを、１１はチョッパ制御装置を、１５は粘
着限界力指令回路を、１４は基準パターン発生回路をそ
れぞれ示し、これらを−群の制御単位と称する。また、
車＠ｗ３゜Ｗ４に設置した直流電動機Ｍ３．Ｍ４の駆動
力を制御する二部の制御単位は、チョッパＣＨ２，チョ
ッパ制御装Ｒ２１，基準パターン発生回路２４゜および
、粘着限界力指令回路２５で、車輪Ｗ５゜Ｗ６に設置し
た直流電動機Ｍ５．Ｍ６の駆動力を制御する三部の制御
単位はチョッパＣＨ３，チョッパ制御装置３１．基準パ
ターン発生回路３４および粘着限界力指令回路３Ｓによ
って構成されている。なお、６は主幹制御器であり、運
転手の操作により第１図に示した転換器ＲＶが動作して
進行方向の変更とともに前後進切換信号Ｒｅｖが発信さ
れる。

第３図は第２図の構成とした鉄道車両の表示された進行
方向での粘着限界力ｆ　ｍ＆Ｘの分布傾向と各制御単位
で与えられる駆動力Ｆの関係を示している。なお、図中
の破線は鉄道車両において要請す、基準パターン発生回
路１４，２４．３４には、このＦｍに相当する駆動力基
準パターンＩｐが設定される１図から、先頭車輪ｗ１を
含む一群の制御単位ではレール表面の影響を直接受は易
く、特に、雨天時には雨水とともにレール表面に錆が発
生するなどの影響で粘着限界力はかなり低下した値を示
す、一方、二部及び三部の制御単位では先行する車軸Ｗ
ｌ、Ｗ２の転動によってレール表面が清掃されるため粘
着限界力が、順次、増加している。そこで１本発明の一
実施例では上記粘着限界力傾向に見合った各制御単位に
おける駆動力指令信号Ｉｃが出力されるように補正係数
ＫＦＩ（Ｉｃｌ−ＩｐまたはＩｃｌ／Ｉｐ）〜ＫＦ３を
決定し、各粘着限界力指令回路１５，２５．３５に設定
される。

また、進行方向が反転した場合には（車輪ｗ６が先頭に
なる）粘着限界力傾向も反対になるので前後進切換信号
Ｒｅｖによって、補正係数ＫＦＩ〜ＫＦ３が変更され各
駆動力指令信号Ｉｃは、常に、車輪群で期待される粘着
係数に見合って出力される。なお、補正係数は鉄道車両
の車軸配置や編成状況によって異なった値が設定される
が、最大補正係数（ＴｐとＩＱの比）は一般的に±１０
％程度の値である。

実施例によれば、複数の制御手段を備えた鉄道車両にお
ける各制御単位当りの駆動力は制御単位で駆動される車
輪群における期待粘着係数相当に制御されるので２空転
の発生頻度が著るしく減少し、空転による駆動装置や車
輪・レールの損耗や乗心地の悪化などを防ぐことができ
る。また、各制御単位における駆動力と粘着限界力は、
常に、近接して制御されており、空転を発生しても、大
空転に至らず、若干駆動力を減少させることにより容易
に再粘着するなど粘着性能の向上に効果がある。

なお、第２図では、−両の鉄道車両について示している
が、連結されて走行する一編成の鉄道車両についても適
用でき同様の効果を示す。特に、電動車と付随車を多数
連結した列車では、各制御単位の間により多くの車輪が
介在するため、各制御単位における期待粘着係数の偏差
分が大きく、本発明の適用により、さらに、効果的な粘
着性能の向上が期待できる。

第４図は本発明の他の実施例を示す、第４図は、駆動力
指令信号Ｉｃを制御装置で駆動される車輪群の期待粘着
係数相当に設定し、た本発明の制御装置において、設定
された時間内に所定の頻度以上に空転が発生した場合こ
れを検出して粘着限界力指令回路４５に設定した補正係
数を修正する粘着限界力修正回路４１を備えている。粘
着限界力修正回路４１は１例えば、第５図に示すように
、積分器５１．リセット回路５２．タイマ５３及び不感
帯要素５４などで構成される。すなわち、積分器５１は
、ダイオードｄと抵抗ｒ及びコンデンサＣよりなる積分
回路に空転検出信号ΔＥを入力して５その積分値を求め
る。また、積分回路にはリセット回路５２が並設されて
おり、タイマ５３によって設定された時間ごとに積分値
はリセットされる。不感帯要素５４では、積分値が設定
値ｅを超えた時、出力信号Ｅｒを出力し、この出力信号
によって粘着限界力指令回路４５に設定された補正係数
を減算することにより駆動力指令信号Ｉｒ。

をその時点の期待粘着係数相当値に修正するように構成
している。

なお、粘着限界力修正回路４１によって修正された粘着
限界力指令回路４５の補正係数は、運転室等に設けたリ
セット回路、別設したタイマによるリセット回路（いず
れも図示せず）等によるリセット操作を行なうまで継続
することが望ましい。

本発明の制御装置では、粘着係数のレベルが大きく変動
する各種の天候条件下でも、常に、各制御単位での駆動
力を期待粘着係数付近に設定し、適応制御することがで
き、粘着性能の向上がより顕著となる。

第６図は本発明をブレーキ制御に適用した場合の一実施
例を示す回生ブレーキ装置のブロック図である。図から
、６１は運転室に設置されたブレーキ弁を、６２はブレ
ーキ弁６１の指令にもとずき必要なブレーキ力に相当す
る基準パターンＩＢＰを発生する基準パターン発生回路
を、６３はブレーキ制御単位によってブレーキ操作が行
われる車輪群の期待粘着係数に見合って基準パターン発
生回路の出力を補正し、ブレーキ力指令信号Ｉａｃを出
力する粘着限界力指令回路を示す、粘着限界力指令回路
６３の構成は第１図、および、第２図に示した粘着限界
力指令回路５，１５，２５．３５と同一である。

ブレーキ力指令信号Ｉａｃはチョッパ制御装置の比較演
算回路２に入力され、チョッパＣＨによる回生ブレーキ
が行なわれる。

ブレーキ力指令信号ＩＢＣはパイロット弁増幅器６４お
よびパイロット弁６５にも送信され、電気信号に見合っ
た空気圧に変換され中継弁６６を介してブレーキシリン
ダＢＣに空気圧を供給し、空気ブレーキの操作が行なわ
れる。なお、６７は比較器であり電流検出器ＤＣＣＴに
より回生ブレーキ電流Ｉｍを検出して基準値と比較し１
回生ブレーキ力が不足した場合に空気ブレーキ力を増加
させ補足ブレーキ制御が行われる。

本発明のブレーキ制御装置は各制御単位のブレーキ力が
車輪群の期待粘着係数に見合って設定されるため、ブレ
ーキ時の粘着性能も駆動時と同様に向上させることがで
きる。また、付随車と電動車が連結された一編成の鉄道
車両のブレーキ制御の場合、付随車のブレーキは空気ブ
レーキのみで与えられ、一般に、再粘着制御が実施され
てぃない。従って、鉄道車両の必要な制動力を各制御単
位で等分に負担した従来の制御装置では、先頭の制御単
位（一般に付随車が配置されている）で滑走・固着が生
じ易く騒音の増大２乗心地の悪化等が多発していた。

本発明によれば、各制御単位におけるブレーキ力を制御
単位に連結した車輪群の期待粘着係数に見合って増減さ
せ、かつ、鉄道車両全体として所望の制動力が得られる
ように構成したので、滑走・固着による問題点を回避す
ることができ、効率や信頼性も向上する。

なお、本発明はチョッパ式車両のみでなく、駆Ｆｆ１機
構、ないし、ブレーキ機構を備えたすべての鉄道車両、
および、列車２モルレール等の軌道車両にも適用できる
。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複数の制御手段を備えた鉄道車両、な
いし、連結されて走行する一編成の鉄道車両において、
車輪レール間の粘着力を最大限有効に牽引力、ないし、
制動力として利用することができ、粘着性能を向上する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の制御系統図、第２図は鉄道
車両の制御ブロック図、第３図は第２図の粘着限界力と
駆動力および補正係数の関係の説明図、第４図は本発明
の他の実施例の駆動時の制御系統図、第５図は第４図の
粘着限界力修で回路のブロック図、第６図は本発明のブ
レーキ時の制御系統図である。４．１４，２４，３４．６２・・・基準パターン発生回
路、５，１５，２５，３５，４５．６３・・・粘着限界
力指令回路、４１・・・粘着限界力指令回路。

Claims

【特許請求の範囲】１、複数個の駆動力、ないし、ブレーキ力の発生手段と
、一つの発生手段、又は、複数の群に分けた発生手段の
駆動力、ないし、ブレーキ力をそれぞれ独立して制御す
る複数の制御手段を備えた鉄道車両において、前記各制御手段で制御される駆動力、ないし、ブレーキ
力の指令信号をそれぞれ独立に設定することができ、前
記鉄道車両の進行方向を検出する手段によつて前記指令
信号を変更できる制御指令信号発生手段を設け、前記制
御指令信号を各制御手段で制御される駆動力、ないし、
ブレーキ力がその発生手段を設置したそれぞれの車輪群
の各進行方向に期待される車輪・レール間の粘着係数付
近に制御されるように設定したことを特徴とする鉄道車
両用制御装置。２、前記制御指令信号発生手段は、前記鉄道車両として
要請された牽引力ないし制動力に対し、前記各制御手段
で駆動力ないしブレーキ力を均等に負担するのに必要な
基準パターンを発生する基準パターン発生回路と、前記
各制御手段で制御される駆動力ないしブレーキ力が前記
車輪群の各進行方向で期待される粘着係数付近に制限さ
れるように前記基準パターンを補正する粘着限界力指令
回路で構成し、鉄道車両全体として、要請された牽引力
、ないし、制動力に制御されるように制御指令信号を設
定したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の鉄
道車両用制御装置。３、前記各制御手段は、前記車輪の空転ないし滑走を検
出する手段と、設定された基準時間内で発生する空転、
ないし、滑走の頻度を計数し、その計数値が所定の値以
上で制御指令信号を減少させ、一定期間にわたつてこれ
を保持する手段とを備えたことを特徴とする特許請求の
範囲第１項または第２項記載の鉄道車両用制御装置。４、前記駆動力ないしブレーキ力の発生手段および前記
制御手段をおのおの複数個備えた前記鉄道車両は、複数
の独立した車両で構成され、連結されて走行する一編成
の鉄道車両であり、特に付随車両と電動車両を複数連結
して総括制御する鉄道車両であることを特徴とする特許
請求の範囲第１項、第２項または第３項記載の鉄道車両
用制御装置。