具有固定位置自动停止控制机构的电气车辆的控制装置

摘要

本发明涉及一种电气车辆的控制装置。在以往的固定位置自动停止控制中，通过基于组合再生制动和空气制动而成的恒定制动力的恒定减速模式而使车辆停止在目标位置，由此车辆的动能因空气制动而无用消耗。针对此问题，本发明电气车辆的控制装置的技术方案是，使电气车辆的控制装置的固定位置自动停止控制机构中预先配备能够在由主电动机的电力再生所得到的制动力的范围内进行减速的全电气制动减速模式。根据该全电气制动减速模式来将车辆停止在目标位置上。通过仅由再生制动进行固定位置自动停止控制，从而能够避免空气制动使动能无用消耗，进而由于空气制动的使用频率也减少，所以能够抑制制动靴的磨耗。

说明书

技术领域

本发明涉及一种铁道车辆的固定位置自动停止控制装置，涉及具有固定位置自动停止控制机构的电气车辆的控制装置。

背景技术

以将车辆自动停止在固定位置为目的的固定位置自动停止控制技术已众所周知。固定位置自动停止控制是自动控制车辆的制动力，将车辆自动停止在停止目标点(例如车站的停止点)的控制。作为将车辆固定位置自动停止的方法有如下等方案：如图10所示，在停止点前方的规定地点设置地点信号发送机(地上机)，其由搭载于车辆上的天线(车上机)和地点信号检测装置检测，在车上从该地点朝向图10所示的停止点生成在目标点速度为零的距离相对速度模式(停止模式)，并且基于速度积算等求出自地上机信号接收地点的前进距离，与上述停止模式对照，得到逐次目标速度，使车辆速度追随该目标速度，而使车辆停止。

在实际的例子中，也有这样的方法：如图11所示，为了提高停止位置的精度，多有将多个地上机设置在停止控制范围内的情况。另外，该停止所使用的停止模式采用从高速区域至低速区域保持恒定减速度的第一停止模式、在停止期间内最影响停止精度的部分降低减速度的第二停止模式等，来实现停止位置精度的提高。

作为车辆所要求的制动力如图12所示，高速区域以前要求规定的制动力，但大部分情况下，电动机所能够产生的制动力形成在高速侧弱化的特性，所以不足量由空气制动等其他系统的制动装置补充，以确保规定的制动力。

但是，目前的固定位置自动停止控制没有将这样的制动特性考虑进去，因此，进行如上所述自高速区域要求恒定的制动力的恒定制动减速控制。由此，与图13中的A所示的部分对应的动能的量被空气制动等无用消耗。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种能够避免空气制动引起的动能无用消耗的固定位置自动停止控制装置。

本发明的电气车辆的控制装置具有：驱动电气车辆的主电动机；驱动该主电动机的电力变换装置；使所述电气车辆自动停止在停止目标点的固定位置自动停止控制机构，其特征在于，在所述固定位置自动停止控制机构中配置基于由所述主电动机和所述电力变换装置决定的制动力模式生成的减速模式，当由所述固定位置自动停止控制机构使所述电气车辆自动停止时，追随所述减速模式而将所述电气车辆减速。

在本发明的固定位置自动停止控制机构中，在主电动机能够产生的制动力的范围内预先生成减速模式，在进行固定位置自动停止控制时，依据该减速模式来将车辆停止在停止目标点。另外，形成能够切换成恒定制动减速模式的结构，当与由运行时间表(運行ダイヤ)决定的通过时间相比有富余的情况下，能够进行基于全电气制动减速模式的固定位置自动停止控制，当没有富余的情况下，能够进行基于恒定制动力减速模式的固定位置自动停止控制。

另外，也可以加入曲线阻力、坡度阻力来对各个车站生成全电气制动减速模式，使其配备在车辆装置上。

〔发明效果〕

根据本发明，在主电动机能够产生的制动力的范围内生成减速模式，依据该模式进行固定位置自动停止控制，从而从高速区域至停止，仅由再生制动使车辆停止。由此，能够避免空气制动引起的动能无用消耗，能够提高再生率。

另外，也能够大幅度降低空气制动的作用频率，由此制动靴和制动块等的消耗也能够大幅度降低。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的图。

图2是表示供给交流电力的情况下的电力变换装置的结构例的图。

图3是表示图1所示的全电气制动减速模式的图。

图4是表示主电动机的一般特性的图。

图5是表示用于生成图2所示的全电气减速模式的全电气制动力模式的图。

图6是表示基于恒定制动减速模式进行固定位置自动停止控制时的减速模式、制动力模式、基于空气制动的消耗能量、再生能量的图。

图7是表示基于本发明的全电气制动减速模式进行固定位置自动停止控制时的减速模式、制动力模式、再生能量的图。

图8是表示恒定制动减速模式和全电气制动减速模式的时间关系的图。

图9是表示图1所示的运转切换器的结构例的方块图。

图10是表示以往例的恒定制动减速模式的图。

图11是表示以往例的设置多个地上机的情况下的恒定制动减速模式的图。

图12是表示作为以往例的车辆的要求制动力、用于得到要求制动力的电气制动力和空气制动力的比例的图。

图13是表示用于得到生成以往例的恒定制动减速模式的恒定制动力的电气制动力和空气制动力的比例的图。

附图标记说明

1集电装置

2滤波电抗器

3电力变换装置

4转换装置

5滤波电容器

6倒相装置

7倒相控制装置

8a、8b、8c电流检测器

9主电动机

10减速器

11车轮

12制动靴

13转速检测器

14运转切换器

15车上机(車上子)

16地上机(地上子)

17距离积算机构

18全电气制动减速模式发生器

19恒定制动减速模式发生器

20运转切换开关

21制动控制机构

22空气控制装置

23固定位置自动停止控制装置

24比较器

25计时器

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

首先，使用图1，以直流车辆为例说明本发明的一实施例。如图所示，与电车线电连接的集电装置1和倒相装置6经由滤波电抗器2连接。在该倒相装置6的输入侧连接滤波电容器5，在倒相装置6的输出侧连接主电动机9。电力变换装置3由滤波电抗器2、倒相装置6和滤波电容器5构成。另外，设置检测从倒相装置6流入主电动机9的电机电流的电流检测器8a、8b、8c和减速器10以及对车轮11的转速进行检测的转速检测器13。转速检测器13将检测到的转速检测值f输送给距离积算机构17。

另外，在线路中，在车站等目标停止点前方设置地上机16，用于检测从地上机16输送来的地点信号P的车上机15设于车上。车上机1 5向距离积算机构17输送地点信号P。距离积算机构17从地上机16接收地点信号P后，使用车轮11的转速检测值f进行速度积算，从而计算出与车辆行驶过的量对应的积算距离L，并且将该积算距离L输出给全电气制动减速模式发生器18和恒定制动减速模式发生器19。

从全电气制动减速模式发生器18和恒定制动减速模式发生器19输出与距地上机16的积算距离L对应的速度指令V₁^*和V₂^*。全电气制动减速模式发生器18和恒定制动减速模式发生器19经由运转切换开关20与制动控制机构21连接，通过从运转切换器14输送来的切换信号K来选择全电气制动减速模式V₁^*和恒定制动减速模式V₂^*中的任一者作为速度指令V^*，以进行固定位置自动停止控制。固定位置自动停止控制装置23由车上机15、距离积算机构17、全电气制动减速模式发生器18、恒定制动减速模式发生器19、运转切换开关20、制动控制机构21构成。

在制动控制机构21中计算出与输入的速度指令值V^*和车轮11的转速f的差值对应的制动指令值F_b^*，将该计算出的制动指令值F_b^*输送给空气制动装置22。从空气制动装置22向倒相控制装置7输送基于主电动机9的电气制动指令值F_eb^*。在倒相控制装置7中，与该电气制动指令值F_eb^*对应而生成用于流动电机电流的门脉冲G_p，将门脉冲G_p输送给倒相装置6。另外，从倒相控制装置7向空气制动装置22输送主电动机9产生的电气制动力F_eb，在空气制动装置22中，根据从制动控制机构21输送的制动力指令值F_b^*和从倒相控制装置7输送的电气制动力F_eb的差值来计算基于空气制动的制动力F_b。

通过形成图1所示的结构，由运转切换器14和运转切换开关20来切换基于本发明的全电气制动减速模式V₁^*或恒定制动减速模式V₂^*，以进行固定位置自动停止控制。通过由该切换开关20选择全电气制动减速模式V₁^*，从而从高速区域至停止之前能够仅由再生制动使车轮停止，其结果是，能够避免空气制动引起的动能无用消耗，能够提高再生率。

图2是表示交流区间的电力变换装置的结构例的图。在从架线供给交流电力的情况下，电力变换装置3如图2所示由转换装置4、滤波电容器5和倒相装置6构成。

图3是表示图1所示的全电气制动减速模式V₁^*的图，横轴取距地上机的距离，纵轴取车辆的速度指令值。该全电气制动减速模式V₁^*为根据后述的全电气制动减速时的制动模式生成的减速模式。全电气制动减速模式V₁^*根据从地上机16到目标停止点的距离而计算出，并预先配备在车上装置中。列车在地上机上通过时，车上机将其检测出，距离积算机构开始工作。

由此，求出距地上机设置点的积算距离L。在全电气制动减速模式中，从固定位置自动停止控制装置输入距地上机13的积算距离L，输出与积算距离L对应的速度指令值。依据该速度指令位置使车辆减速，则能够由再生制动使车辆停止，能够提高再生率。全电气制动减速模式V₁^*的求算方法参照图4、图5如下所示。

图4是表示主电动机9的一般特性的图。图4中横轴取主电动机9的转速，纵轴取主电动机9的电压、电流、制动力的大小。另外，a表示主电动机电压、b表示主电动机电流，c表示主电动机能够产生的主电动机制动力。在此，图中的点划线表示的速度为制动力降低开始速度，转速比制动力降低开始速度高的区域为高速区域，比其低的区域为低速区域。如图4的c所示，主电动机9能够产生的制动力在低速区域为恒定的，但是在高速区域中形成制动力随着转速而衰减的特性。

图5表示图4所示的主电动机9所能够产生的制动力和全电气制动减速时的制动力的各自的速度相对制动力特性。在高速区域，以主电动机9所能够产生的制动力为全电气制动减速时的制动力，在低速区域，以与恒定制动控制等同的制动力为全电气制动减速时的制动力。这样，全电气制动减速时的制动力设为在主电动机9能够输出的制动力以下，基于该制动力生成图3所示的全电气制动减速模式V₁^*。然后，若车辆速度追随全电气制动减速模式V₁^*而进行固定位置自动停止控制，则从高速区域至停止之前能够仅由再生制动使车辆停止。

设图5所示的速度控制的全电气制动减速时的速度相对制动力特性为F〔N〕，车辆质量为M〔kg〕，则作用于车辆的减速力由以下公式(1)求得。

〔公式1〕

$\beta =\frac{F}{M}---\left(1\right)$

使用该减速力和车辆的最高速度V0，能够根据以下的公式(2)求得从最高速度V0到速度0之前的车辆的全电气制动减速模式V₁^*。

〔公式2〕

V₁^*＝V₀-∫βdt    (2)

另外，若设距地上机的距离L的目标速度为V_X，则距离L：

〔公式3〕

$L={\int }_{V_0}^{V_X}{V}_1^{*}\mathrm{dt}---\left(3\right)$

根据以上的公式(3)求得的L为横轴，根据公式(3)求得的全电气制动减速模式V₁^*为纵轴，表示距离相对目标速度特性的为图3的全电气制动减速模式V₁^*。该全电气制动减速模式V₁^*预先配备在控制装置中，另外，在距目标停止点离开所述求得的至停止的行驶距离Lmax的地点设置地上机16。检测从地上机16输送的地点信息后，追随该全电气制动减速模式V₁^*而进行固定位置停止控制，则能够仅由再生制动从高速区域使车辆停止，因此，能够避免空气制动引起的无用的动能消耗。

另外，实际上，由于受到路线形状、坡度等影响，所以也可以配备针对每个停止车站的全电气制动减速模式。曲线阻力F1〔N〕和坡度阻力F2〔N〕当设曲线半径为r〔m〕、坡度为n〔‰〕、重力加速度为g〔m/s²〕，则由以下公式(4)、公式(5)求得。

〔公式4〕

$F_1=\frac{d}{r}\mathrm{Mg}---\left(4\right)$

〔公式5〕

F₂＝±nMg    (5)

其中，d为与车辆特性对应的常数，取d＝800。将公式(4)、公式(5)加入公式(1)中，根据以下公式(6)计算减速力。

〔公式6〕

$\beta =\frac{F+F_1+F_2}{M}---\left(6\right)$

能够使用公式(2)、公式(3)、公式(6)，生成针对各车站加入曲线阻力、坡度所得的全电气制动减速模式V₁^*。

图6示出了恒定制动减速模式V₂^*和追随其时的减速所需要的制动力，图7示出了全电气制动减速模式V₁^*和追随其时的减速所需要的制动力。在使用图6所示的恒定制动减速模式V₂^*的情况下，因为是恒定减速，所以自高速区域开始必须为恒定的制动力，但是在高速区域由于仅限于再生能力，所以与A相当的部分由空气制动补充，与此相应的量的能量无用消耗，再生的能量仅构成与B相当的部分。

另一方面，在使用图7所示的全电气制动减速模式V₁^*的情况下，由于在电气系统的能力范围内进行减速控制，从而自高速区域与减速对应的制动力全部为基于电气系统的再生能力的范围，所以与C相当的全能量能够变换作为再生能量，能够避免空气制动引起的动能无用消耗。

图8示出了恒定制动控制和全电气制动控制各自的、从地上机16接收地点信号P后至停止的时间和速度模式的关系。如根据图8能够容易推定那样，与恒定制动控制比较，则由于从较早的地点开始减速，所以从地上机设置地点到停止目标点所要的行驶时间增长t0(在最高速度100km/h、制动力减速开始速度50km/h左右的情况下，从地上机设置地点到停止目标点的同区间的行驶时间的增长的量t0＝5秒左右)。

因此，可以基于驾驶人或地上的运行管理系统的判断，利用运转切换装置14当行驶时间有富余的情况下切换为全电气制动方式、当没有富余的情况下切换为其他方式(例如图6所示的恒定制动力控制)。

图9为表示图1所示的运转切换器14的结构例的方块图。当地点信号P输入到运转切换器14中，则计算出运行时间表上的地上机通过时刻t和通过地上机的时刻t1的差值t2，输入给比较器24。比较器24预先配备有图8所示的t0，在比较器24中比较t0和t2，当t2比t0大时，判断为行驶时间有富余，使用全电气制动减速模式18，当t2比t0小时，判断为行驶时间没有富余，使用恒定制动减速模式19，以这样的方式从运转切换器14将切换信号K输送给运转切换开关20。由此，在行驶时间有富余的情况下，能够切换为全电气制动控制方式，在没有富余的情况下，能够切换为恒定制动力控制。另外，运转切换开关20也可以构成从运转操作台输送切换信号K而进行切换的结构。