JP4670754B2 - Power control device and train control system - Google Patents
Power control device and train control system Download PDFInfo
- Publication number
- JP4670754B2 JP4670754B2 JP2006180641A JP2006180641A JP4670754B2 JP 4670754 B2 JP4670754 B2 JP 4670754B2 JP 2006180641 A JP2006180641 A JP 2006180641A JP 2006180641 A JP2006180641 A JP 2006180641A JP 4670754 B2 JP4670754 B2 JP 4670754B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- power
- vibration
- output
- train
- unit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
- Y02T10/72—Electric energy management in electromobility
Landscapes
- Vibration Prevention Devices (AREA)
- Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)
- Control Of Multiple Motors (AREA)
Description
本発明は列車の運転を制御する動力制御装置及び列車制御システムに関する。 The present invention relates to a power control device and a train control system for controlling operation of a train.
鉄道列車は大量輸送を目的として複数車両で構成されることが多い。例えば都市部の通勤列車は通常8〜10両編成、新幹線列車は10〜16両編成で運行されている。また最近は、場所による乗客数の変動や、多様な目的地への旅客の輸送に適切に対応するため、比較的短編成な列車を複数併結して長編成の列車を構成する例も少なくない。逆に、長編成の列車を短編成に分割する例もある。このような列車編成の長大化,複雑化にともない、車両間の相互作用による車両の前後振動の影響がますます問題となる。 Railway trains are often composed of multiple vehicles for mass transport purposes. For example, commuter trains in urban areas are usually operated with 8-10 trains, and Shinkansen trains are operated with 10-16 trains. In recent years, there are many examples of long trains composed of multiple relatively short trains in order to respond appropriately to changes in the number of passengers depending on location and transport of passengers to various destinations. . Conversely, there is an example in which a long train is divided into short trains. As the train organization becomes longer and more complicated, the influence of longitudinal vibration of the vehicle due to the interaction between the vehicles becomes increasingly problematic.
列車の前後運動は、概ね各車両をばね要素と減衰要素で連結した振動系とみなせ、車両数と同数の固有振動を持つ。列車がN両編成であれば、運動はN通りの固有振動の重ね合わせである。通常、列車の固有振動は0.5〜3Hz 程度の周波数帯域に分布し、低次モードほど振動数が小さく、減衰が遅い。一方、人間は0.5〜2Hz 程度の振動を体感しやすいということが知られている。したがって、とりわけ振動の低次モード成分が乗り心地の上で問題とされる。 The longitudinal motion of the train can be regarded as a vibration system in which each vehicle is connected by a spring element and a damping element, and has the same number of natural vibrations as the number of vehicles. If the train is N-car train, the motion is a superposition of N natural vibrations. Normally, the natural vibration of a train is distributed in a frequency band of about 0.5 to 3 Hz, and the lower the mode, the lower the frequency and the slower the attenuation. On the other hand, it is known that humans can easily feel vibrations of about 0.5 to 2 Hz. Therefore, the low-order mode component of vibration is a problem in terms of riding comfort.
非特許文献1に、よく知られている乗り心地の定量評価基準が開示され、ある振動数の車両動揺が乗り心地にどの程度影響するかが示されている。
電車では駆動車と付随車が混在するのが普通であるため力は均一になり得ず、1次以上の振動モードが発生する。加減速特性の異なる2編成が併結されたときも、特性の違いが加振源となる。振動を防止する、あるいは発生した振動をできるだけ抑えるための対策法がいくつか考えられている。 In a train, it is normal for a driving car and an accompanying car to coexist, so the force cannot be uniform, and a primary or higher vibration mode occurs. Even when two trains having different acceleration / deceleration characteristics are combined, the difference in characteristics becomes the excitation source. Several countermeasures for preventing vibration or suppressing the generated vibration as much as possible have been considered.
特許文献1では、インバータがモータを制御して駆動する電車で、1つのインバータが複数車両のモータを制御することで、各車両のトルクを極力合わせる方法が開示されている。
特許文献2では、動的特性を持つ連結器に関して開示され、減衰特性を適宜変更すれば、振動が発生しても素早く収束させられる。また新幹線などの一部の車両では、制振用途のダンパが追加されている。ことが開示されている。
In
特許文献1の1台のインバータが複数車両にまたがるモータを制御することで複数車両の動力を極力合わせて車両間の振動を抑える方法は、動力装置を持たない付随車に対しては適用できず、付随車が電動車に押される、または引っ張られることで連成振動が励起される現象は解消されない。またインバータの性能の限界から1台のインバータで制御できるモータの数は限られるため、モータを数多く持つ列車ではやはり複数のインバータが必要であり、異なるインバータが制御する車両間の力の差で振動が励起される現象は解消されない。また現行の電車では1台のインバータで1車両のモータを制御する構成が普通であり、1台のインバータが複数車両のモータを駆動するように変更するためにはコストがかかる。
The method of suppressing the vibration between vehicles by combining the motive powers of a plurality of vehicles as much as possible by controlling a motor over which a single inverter of a plurality of vehicles in
また特許文献2のように減衰特性を改善するため連結器を複雑化したり、ダンパを追加したりするためにはコストがかかる。
Further, as in
本発明の目的は、簡単なシステムで低コストに列車の前後振動を抑え、乗り心地を向上することである。 An object of the present invention is to suppress the longitudinal vibration of a train at a low cost with a simple system and to improve riding comfort.
上記目的を達成するために、連結器で連結された複数の車両を有し、複数の車両の少なくとも一つの車両が動力装置と進行方向の運動を検出するセンサとを有する制御車両であり、動力装置の出力を制御する動力制御装置を有する列車制御システムにおいて、動力制御装置は、連結器の特性と連結器で連結された複数の車両の重量とで決まる連成振動の固有振動数のうち少なくとも一つを含むように予め定められた周波数帯域の振動成分を、センサで検出された検出情報から抽出する振動抽出部を有し、その振動抽出部から抽出された振動成分に応じて動力装置の調整出力を演算し、その調整出力に基づいて動力装置の出力を制御する構成とする。 In order to achieve the above object, a control vehicle having a plurality of vehicles connected by a coupler, wherein at least one of the plurality of vehicles has a power unit and a sensor for detecting movement in a traveling direction, In a train control system having a power control device that controls the output of the device, the power control device includes at least a natural frequency of coupled vibrations determined by characteristics of the coupler and weights of a plurality of vehicles connected by the coupler. A vibration extraction unit that extracts vibration components in a predetermined frequency band so as to include one from detection information detected by the sensor, and according to the vibration component extracted from the vibration extraction unit, The adjustment output is calculated, and the output of the power plant is controlled based on the adjustment output.
また、連結器で連結された複数の車両を運動させる動力装置の出力を制御する動力制御装置において、車両の進行方向の運動を検出するセンサを有し、連結器の特性と連結器で連結された複数の車両の重量とで決まる連成振動の固有振動数のうち少なくとも一つを含むように予め定められた周波数帯域を、そのセンサで検出された検出情報から抽出する振動抽出部を有し、その振動抽出部から抽出された振動成分に応じて前記動力装置の調整出力を演算し、その前記調整出力に基づいて動力装置の出力を制御する。
Further, a power control device that controls the output of a power device that moves a plurality of vehicles connected by a coupler, has a sensor that detects movement in the traveling direction of the vehicle, and is connected to the characteristics of the coupler by the coupler. A vibration extraction unit that extracts a predetermined frequency band so as to include at least one of the natural frequencies of the coupled vibration determined by the weight of the plurality of vehicles from detection information detected by the sensor. The adjustment output of the power unit is calculated according to the vibration component extracted from the vibration extraction unit, and the output of the power unit is controlled based on the adjustment output.
簡単なシステムで低コストに列車の前後振動を抑え、乗り心地を向上できる。 With a simple system, the train's longitudinal vibration can be suppressed and the ride quality can be improved.
上述した通り、列車の前後運動は、概ね各車両をばね要素と減衰要素で連結した振動系とみなせ、車両数と同数の固有振動を持つ。その固有振動を図1の3両編成の例で解説する。3両編成の場合、固有振動は0〜2次モードの3通りである。0次モードは車両1,2,3全てが同位相で前進する並進運動である。1次モードは中央の車両2が節、両端の車両1、3が腹となり、状態(1A)と状態(1B)を繰り返す振動成分、2次モードは両端の車両1、3が同位相、中央の車両2が逆位相となり、状態(2A)と状態(2B)を繰り返す振動成分である。列車の進行方向の主な運動はこれら独立な3つの固有振動の重ね合わせである。列車がN両編成であれば、運動はN通りの固有振動の重ね合わせである。
As described above, the longitudinal motion of the train can be regarded as a vibration system in which each vehicle is connected by spring elements and damping elements, and has the same number of natural vibrations as the number of vehicles. The natural vibration will be explained with an example of a three-car train in FIG. In the case of a three-car train, there are three natural vibrations, 0 to secondary mode. The zero-order mode is a translational motion in which all the
このように列車が複数両編成である場合でも、より良い乗り心地を得るためには、連成振動の1次以上のモードに相当する成分が0であるのが理想である。もし全ての車両の特性が同じで、かつ全ての車両の駆動力が等しければ、連結器に力がかからず、1次以上の振動モードは生じない。しかし、電車では駆動車と付随車が混在するのが普通であるため力は均一になり得ず、1次以上の振動モードが発生する。本発明では、簡単なシステムで低コストに列車の前後振動を抑え、乗り心地を向上できる動力制御装置及びその動力制御装置を備えた列車制御システムを提供する。 Thus, in order to obtain a better riding comfort even when the train has a plurality of both trains, it is ideal that the component corresponding to the first-order or higher mode of the coupled vibration is 0. If the characteristics of all the vehicles are the same and the driving forces of all the vehicles are equal, no force is applied to the coupler, and the first and higher vibration modes do not occur. However, since it is normal for a train to have both a driving vehicle and an accompanying vehicle, the force cannot be uniform and a primary or higher vibration mode occurs. The present invention provides a power control device capable of suppressing the longitudinal vibration of a train at a low cost with a simple system and improving the ride comfort, and a train control system including the power control device.
以下各実施例について図面を用いて説明する。 Each embodiment will be described below with reference to the drawings.
図2は本実施例の列車制御システムの構成を示す図である。 FIG. 2 is a diagram showing the configuration of the train control system of this embodiment.
列車は複数の車両が連結器で連結されてなり、本実施例では車両c1〜c6の6両で成る。車両c2,c4,c5は動力装置としてそれぞれ誘導モータm2,m4,m5を持つ電動車である。車両c2は動力装置の出力を制御する動力制御装置であるインバータi2を、車両c4はインバータi4,i5を有し、それぞれ電力伝送線e2,e4,e5を介してトルク相当の電流を与えることで誘導モータm2,m4,m5を制御する。ここでは現行の電車でよく利用される構成にしたがい、1つのインバータが1電動車の全駆動軸に対応する誘導モータ全てを並列に制御する構成とし、便宜上、誘導モータm2,m4,
m5はそれぞれインバータi2,i4,i5が制御する複数の誘導モータを指すとする。
A train consists of a plurality of vehicles connected by a coupler, and in this embodiment, consists of six vehicles c1 to c6. Vehicles c2, c4, and c5 are electric vehicles having induction motors m2, m4, and m5 as power units, respectively. The vehicle c2 has an inverter i2 which is a power control device for controlling the output of the power unit, and the vehicle c4 has inverters i4 and i5, and each of them gives a current corresponding to torque via the power transmission lines e2, e4 and e5. The induction motors m2, m4, and m5 are controlled. Here, according to a configuration often used in the current train, one inverter controls all the induction motors corresponding to all the drive shafts of one electric vehicle in parallel. For convenience, the induction motors m2, m4,
m5 indicates a plurality of induction motors controlled by inverters i2, i4, i5, respectively.
以下の制御は、1つのインバータが1電動車の全誘導モータを制御する構成に限らず、誘導モータのような駆動力を発生する装置と、インバータのような駆動力を制御する装置があり、少なくとも車両単位で駆動力を制御できる構成であれば実施可能である。例えば1電動車にある複数の車軸が軸ごとに駆動装置とその制御装置を備え、各軸が独立に制御できる構成であっても、1車両の駆動力は各軸の駆動力の合計であるため車両単位で駆動力を制御でき、以下の制御は実施できる。 The following control is not limited to a configuration in which one inverter controls all the induction motors of one electric vehicle, but includes a device that generates a driving force such as an induction motor and a device that controls a driving force such as an inverter. Any configuration that can control the driving force at least in units of vehicles is possible. For example, even if a plurality of axles in one electric vehicle includes a drive device and its control device for each shaft and each shaft can be controlled independently, the drive force of one vehicle is the sum of the drive force of each shaft. Therefore, the driving force can be controlled on a vehicle basis, and the following control can be performed.
車両c1,c3,c6はモータを持たない付随車である。ここでは3電動車と3付随車で成る6両編成を扱うが、本実施例では複数の車両のうち、少なくとも1つの電動車(制御車両)があれば、編成の車両数や電動車と付随車の数によらず実施できる。 Vehicles c1, c3, and c6 are accompanying vehicles that do not have a motor. Here, six-car trains consisting of three electric vehicles and three associated vehicles are handled. However, in this embodiment, if there is at least one electric vehicle (control vehicle) among a plurality of vehicles, the number of trains and the number of electric vehicles are associated. This can be done regardless of the number of cars.
列車が走行する基本的なしくみは、運転手が車両c1にある運転装置drまたは車両
c6にある運転装置dr2を操作して運転指令を決め(非常時など運転手の操作によらず運転指令が決まることもある)、運転指令が指令伝送線cmdを介してインバータi2,i4,i5に配布され、インバータi2,i4,i5がそれぞれ指令トルク演算部t2,t4,t5で運転指令に応じた運動をするために必要なモータへの指令トルクを計算し、電力伝送線e2,e4,e5を介してこれに相当するモータ電流を伝送することで誘導モータm2,m4,m5を制御するという流れである。指令トルク演算部t2,t4,t5による指令トルクの計算は、例えば全車両を勘案した列車全体が運転指令に従い走行するために必要な総駆動力を加速度,車両重量などから求め、これを誘導モータm2,m4,m5で等分負担するという方法が考えられるが、以下の制御は誘導モータm2,m4,
m5の動力配分とは無関係であり、列車全体が運転指令に従い走行できるという前提があればよい。本実施例では車両c1を進行方向前方とする場合は運転装置drを、車両c6を進行方向前方とする場合は運転装置dr2を操作し、操作される方の運転装置のみが指令伝送線cmdに運転指令を発せられる構成とする。なおインバータi2,i4,i5が運転指令を一意に参照できれば運転装置の構成はこれに限らない。
The basic mechanism by which the train travels is that the driver operates the driving device dr in the vehicle c1 or the driving device dr2 in the vehicle c6 to determine a driving command (the driving command is not related to the driver's operation such as in an emergency). The operation command is distributed to the inverters i2, i4, i5 via the command transmission line cmd, and the inverters i2, i4, i5 are motions corresponding to the operation commands in the command torque calculation units t2, t4, t5, respectively. In order to control the induction motors m2, m4, and m5 by calculating the command torque to the motor required to perform the operation and transmitting the corresponding motor current via the power transmission lines e2, e4, and e5. is there. The command torque is calculated by the command torque calculators t2, t4, and t5, for example, the total driving force required for the entire train taking into account all the vehicles to travel according to the operation command is obtained from the acceleration, the vehicle weight, etc. Although a method of equally sharing m2, m4, and m5 can be considered, the following control is performed for the induction motors m2, m4, and m4.
It is not related to the power distribution of m5, and it is only necessary to have the premise that the entire train can travel according to the operation command. In the present embodiment, the driving device dr is operated when the vehicle c1 is forward in the traveling direction, and the driving device dr2 is operated when the vehicle c6 is forward in the traveling direction, and only the operated driving device is connected to the command transmission line cmd. The operation command can be issued. If the inverters i2, i4, i5 can uniquely refer to the operation command, the configuration of the operation device is not limited to this.
以下では進行方向を車両c1を前方として運転装置drを操作する場合を想定するが、車両c6を前方として運転装置dr2を操作する場合も同様に実施できる。 In the following, it is assumed that the driving device dr is operated with the vehicle c1 as the forward direction, but the same can be applied when the driving device dr2 is operated with the vehicle c6 as the front.
運転装置dr,dr2、動力装置である誘導モータm2,m4,m5、その動力装置の出力を制御する動力制御装置であるインバータi2,i4,i5、という基本的な装置に加え、電動車である車両c5(制御車両)は進行方向の運動を検出するセンサを有する、本実施例では自車の加速度を検出する加速度センサa5を有する。またインバータi5は入力から連成振動の1次モードの固有振動数前後の周波数成分を抽出するように予め定められた振動抽出部である1次モード抽出部ftを有する。加速度センサa5で取得した車両c5の加速度情報は加速度伝送線b5を介してインバータi5に伝送される。インバータi5は加速度センサa5で取得した加速度情報から1次モード抽出部ftで振動成分を抽出し、これを用いて指令トルク演算部t5が運転指令に従って決める指令トルクとは別に車両c5の運動を調整するための調整トルクを求め、指令トルクと調整トルクを合わせた調整後トルクで誘導モータm5を制御する。なお、本実施例ではセンサで検出する進行方向の運動情報として加速度情報を用いたが、自車の速度情報や位置情報を用いてもよい。 In addition to basic devices such as driving devices dr and dr2, induction motors m2, m4, and m5 that are power devices, and inverters i2, i4, and i5 that are power control devices that control the output of the power devices, they are electric vehicles. The vehicle c5 (control vehicle) has a sensor for detecting the movement in the traveling direction, and in this embodiment, has an acceleration sensor a5 for detecting the acceleration of the own vehicle. The inverter i5 has a primary mode extraction unit ft which is a predetermined vibration extraction unit that extracts frequency components around the natural frequency of the primary mode of the coupled vibration from the input. The acceleration information of the vehicle c5 acquired by the acceleration sensor a5 is transmitted to the inverter i5 via the acceleration transmission line b5. The inverter i5 extracts the vibration component from the acceleration information acquired by the acceleration sensor a5 by the primary mode extraction unit ft, and uses this to adjust the motion of the vehicle c5 separately from the command torque determined by the command torque calculation unit t5 according to the driving command. An adjustment torque is calculated, and the induction motor m5 is controlled with an adjusted torque obtained by combining the command torque and the adjustment torque. In the present embodiment, acceleration information is used as movement information in the traveling direction detected by the sensor, but speed information and position information of the own vehicle may be used.
図3はインバータi5におけるトルク演算部の構成を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a torque calculation unit in the inverter i5.
インバータi5において、前述の通り指令トルク演算部t5は運転装置drから指令伝送線cmdを介して運転指令を受け、運転指令に合った指令トルクを計算するが、これに別途1次モード制御演算部opの出力である調整トルクを加えた調整後トルクで誘導モータm5を駆動するしくみがある。 In the inverter i5, as described above, the command torque calculation unit t5 receives the operation command from the driving device dr via the command transmission line cmd, and calculates the command torque that matches the operation command. There is a mechanism for driving the induction motor m5 with an adjusted torque obtained by adding an adjustment torque which is an output of op.
つまり、インバータi5は、受信した運転指令に基づいて指令トルクを計算する指令トルク演算部t5を有し、その指令トルク演算部t5から出力された指令トルクと、1次モード制御演算部op内に有する振動抽出部である1次モード抽出部から抽出された振動成分から計算された調整トルクとに基づいて誘導モータの出力を制御する。 That is, the inverter i5 has a command torque calculator t5 that calculates a command torque based on the received operation command, and the command torque output from the command torque calculator t5 and the primary mode control calculator op. The output of the induction motor is controlled based on the adjustment torque calculated from the vibration component extracted from the primary mode extraction unit which is the vibration extraction unit.
具体的に本実施例では、1次モード制御演算部opは車両c5の加速度から連成振動の1次モードに相当する振動成分を取り出し、振動成分と逆位相の調整トルクを生成する。この調整トルクが誘導モータm5に印加されると、車両の運動は連成振動の1次モード相当の加速度振動と逆方向に調整され、1次モードの振動がキャンセルされる。1次モード制御演算部opの構成はこの役割に適するものであればよい。本実施例では1次モード抽出部ftと、その出力をKp倍してモータトルク相当量に変換する1次モード比例ゲインkpと、位相を反転させるための−1乗算要素で1次モード制御演算部opを構成している。 Specifically, in the present embodiment, the primary mode control calculation unit op extracts a vibration component corresponding to the primary mode of the coupled vibration from the acceleration of the vehicle c5, and generates an adjustment torque having a phase opposite to that of the vibration component. When this adjustment torque is applied to the induction motor m5, the motion of the vehicle is adjusted in the direction opposite to the acceleration vibration corresponding to the primary mode of the coupled vibration, and the vibration of the primary mode is cancelled. The configuration of the primary mode control calculation unit op only needs to be suitable for this role. In this embodiment, a primary mode extraction unit ft, a primary mode proportional gain kp for multiplying its output by Kp and converting it to a motor torque equivalent, and a -1 multiplication element for inverting the phase, a primary mode control calculation. Part op.
つまりインバータは、センサである加速度センサで検出された検出情報である加速度情報から、予め定められた周波数帯域の振動成分を抽出する振動抽出部(1次モード抽出部)を有し、その振動抽出部から抽出された振動成分に応じて動力装置である誘導モータの調整出力(調整トルク)を演算し、その調整出力に基づいて誘導モータの出力を制御する。 That is, the inverter has a vibration extraction unit (primary mode extraction unit) that extracts a vibration component in a predetermined frequency band from acceleration information that is detection information detected by an acceleration sensor that is a sensor. The adjustment output (adjustment torque) of the induction motor, which is a power unit, is calculated according to the vibration component extracted from the unit, and the output of the induction motor is controlled based on the adjustment output.
具体的には、振動抽出部である1次モード抽出部ftが抽出する振動成分を連成振動の複数ある固有振動成分のうち抑えたい振動成分に合わせれば、その振動成分を抑えることが可能である。 Specifically, if the vibration component extracted by the primary mode extraction unit ft which is a vibration extraction unit is matched with the vibration component to be suppressed among a plurality of natural vibration components of the coupled vibration, the vibration component can be suppressed. is there.
ここで本実施例でとりわけ1次モード成分を抑えるように設定した理由と、1次モード成分の特徴を説明する。 Here, the reason why the first-order mode component is set to be suppressed in the present embodiment and the characteristics of the first-order mode component will be described.
説明に先立ち、本実施例が想定する列車諸元を挙げる。車両c1〜c6の重量は全て
30トンとする。各車両間の連結器の特性は、ばね定数約3000キロニュートン毎メートルのばねと減衰率5%のダンパの並列結合に等しいと仮定する。このとき車両重量,ばね定数,減衰率を用いて各車両の運動方程式を記述でき、運動方程式の解から連成振動の各振動モードの固有振動数が分かる。本実施例では1次,2次モード成分の固有振動数はそれぞれ0.8Hz,1.5Hz である。3次,4次,5次モードの固有振動数は2.1
Hz,2.6Hz,2.9Hzである。なお固有振動数は車両数,連結器の特性,車両重量(乗車率による変化も含む)によって異なるが、現行列車ではおよそ0.5〜3.0Hzに分布する。以下は列車諸元が異なり固有振動数が異なる場合でも同様であり、1次モード抽出部ftの通過帯域を変更することで適宜対応できる。つまり予め定められた周波数帯域は、少なくとも連結器の特性と、その連結器で連結された複数の車両の重量とで決まる連成振動の固有振動数のうち少なくとも1つを含むように定められる。
Prior to the description, the train specifications assumed in the present embodiment are listed. The weights of the vehicles c1 to c6 are all 30 tons. It is assumed that the characteristics of the coupling between each vehicle is equal to a parallel combination of a spring with a spring constant of about 3000 kilonewtons per meter and a damper with a damping rate of 5%. At this time, the equation of motion of each vehicle can be described using the vehicle weight, spring constant, and damping rate, and the natural frequency of each vibration mode of the coupled vibration can be found from the solution of the equation of motion. In this embodiment, the natural frequencies of the primary and secondary mode components are 0.8 Hz and 1.5 Hz, respectively. The natural frequency of the 3rd, 4th and 5th modes is 2.1.
Hz, 2.6 Hz, and 2.9 Hz. The natural frequency varies depending on the number of vehicles, the characteristics of the coupler, and the vehicle weight (including changes due to the boarding rate), but is distributed in the range of about 0.5 to 3.0 Hz in the current train. The following is the same even when the train specifications are different and the natural frequencies are different, and can be appropriately handled by changing the passband of the primary mode extraction unit ft. That is, the predetermined frequency band is determined so as to include at least one of the natural frequencies of the coupled vibrations determined by at least the characteristics of the coupler and the weights of the plurality of vehicles connected by the coupler.
図4は非特許文献1の72頁から、よく知られている乗り心地の定量評価基準を抜粋したものである。
FIG. 4 is an excerpt of a well-known quantitative evaluation criterion for riding comfort from page 72 of
縦軸の値が大きいほど乗り心地を悪化させやすい。これによると、振動数の低い低次モード成分ほど乗り心地への影響が大きい。本実施例では1次モード成分(0.8Hz )と2次モード成分(1.5Hz )が同程度に乗り心地を悪化させる。この傾向は列車全般に関して成り立つ。 The larger the value on the vertical axis, the worse the ride comfort. According to this, the lower order mode component having a lower frequency has a greater influence on the ride comfort. In this embodiment, the primary mode component (0.8 Hz) and the secondary mode component (1.5 Hz) deteriorate the riding comfort to the same extent. This trend holds for all trains.
図5は本実施例の列車の連成振動の各モードのダンピング係数を示している。 FIG. 5 shows the damping coefficient in each mode of the coupled vibration of the train of this embodiment.
ダンピング係数が小さい振動モードほど減衰が遅い。これによると、1次モード成分の減衰が最も遅く、高次モード成分ほど減衰が速い。この高次モードほど減衰しやすい傾向は、一般の連成振動に関して成り立ち、列車の構成によらない。 Damping is slower for vibration modes with a smaller damping coefficient. According to this, the attenuation of the first-order mode component is the slowest, and the attenuation is faster as the higher-order mode component. The tendency that the higher order mode is more damped is related to the general coupled vibration and does not depend on the train configuration.
以上より、振動の1次モード成分が最も減衰が遅い上に、固有振動数が低周波数であるため乗り心地に影響しやすく、最も乗り心地を悪化させると分かる。逆に言えば、振動の1次モード成分を抑えることができれば、乗り心地を向上させる効果が最も大きい。この効果をねらい、本実施例では複数ある振動モードの中でもとりわけ1次モード成分を抑えている。ただし以下の制御は抑えたい振動モードに応じて1次モード抽出部ftを適宜変更すれば、1次モードに限らず他の振動成分も抑えられる。 From the above, it can be seen that the primary mode component of vibration has the slowest attenuation and the natural frequency is low frequency, so that the ride comfort is easily affected and the ride comfort is most deteriorated. In other words, if the primary mode component of vibration can be suppressed, the effect of improving riding comfort is the greatest. Aiming at this effect, in this embodiment, the primary mode component is suppressed among the plural vibration modes. However, if the primary mode extracting unit ft is appropriately changed according to the vibration mode to be suppressed in the following control, not only the primary mode but also other vibration components can be suppressed.
図6に振動の1次モード成分の変化を示す。図中の矢印は、その向きが運動の方向を、長さが振幅の大きさを表す。車両c1の振幅が最も大きい状態1aを起点とすると1周期の間に状態1a→状態1b→状態1c→状態1d→状態1e→状態1d→状態1c→状態1b→状態1aと変化する。両端が腹,中央が節であり、腹に近い車両ほど振幅が大きく、節に近い車両ほど振幅が小さい。すなわち端に近い車両ほど連成振動の1次モード相当の振動が大きく、乗り心地を損ないやすい。本実施例では連成振動の1次モードに相当する振動は、車両c1,c6で最大、車両c3,c4で最小である。車両c5が連成振動の1次モード成分を抑えるように運動すると、その運動は連結器を介して他の車両にも伝搬し、他の車両でも1次モードに相当する振動が抑えられる。 FIG. 6 shows changes in the primary mode component of vibration. The arrows in the figure indicate the direction of motion and the length indicates the magnitude of the amplitude. If the starting point is the state 1a where the amplitude of the vehicle c1 is the largest, the state changes in a cycle from state 1a → state 1b → state 1c → state 1d → state 1e → state 1d → state 1c → state 1b → state 1a. Both ends are antinodes, and the center is nodes. The closer to the belly, the larger the amplitude, and the closer to the node, the smaller the amplitude. That is, as the vehicle is closer to the end, the vibration corresponding to the primary mode of the coupled vibration is larger and the ride comfort is likely to be impaired. In the present embodiment, the vibration corresponding to the primary mode of the coupled vibration is maximum for the vehicles c1 and c6 and minimum for the vehicles c3 and c4. When the vehicle c5 moves so as to suppress the primary mode component of the coupled vibration, the motion propagates to other vehicles via the coupler, and the vibration corresponding to the primary mode is suppressed in the other vehicles.
数値例で制御効果を具体的に示す。1次モード抽出部ftの伝達関数F(s)を
F(s)=(T1×s)/(T1×s+1)×1/(T2×s+1) (1)
とする(sはラプラス演算子)。T1,T2は正の定数で、T1=1/(2×π×0.6),T2=1/(2×π×1.0)である。
The control effect is specifically shown by a numerical example. The transfer function F (s) of the primary mode extraction unit ft is expressed as F (s) = (T1 × s) / (T1 × s + 1) × 1 / (T2 × s + 1) (1)
(S is a Laplace operator). T1 and T2 are positive constants, and T1 = 1 / (2 × π × 0.6) and T2 = 1 / (2 × π × 1.0).
図7はこのときの1次モード抽出部ftの入出力特性である。1次モード抽出部ftは連成振動の1次モードの固有振動数にあたる0.8Hz の周波数成分を最もよく通過させ、0.8Hz から離れた周波数成分ほど小さくするという特性を持つ。列車は運転計画に沿った所望の運動(並進成分)と、車両間の相対的な運動である1次モード以上の振動成分の重ね合わせで運動するが、運転計画を妨げずに振動を抑えて乗り心地を向上するためには、1次モード以上の振動成分を的確に抽出し、これを並進成分に干渉することなく抑えることが望まれる。2車両間の加速度の差分(相対加速度)を取れば並進成分をキャンセルして振動成分のみを取り出せるが、これには2つ以上の加速度センサと、それらの出力を共有するための伝送線を敷設する必要があり、コストがかかる。これに対し、図7の特性を持つ式(1)のようなフィルタを用いれば、入力を単車両の加速度としても、運転計画に沿った加減速成分は主に非常に低い周波数帯域に分布する(例えば加速度一定であれば周波数0(DC成分))ため除去されて振動成分のみを抽出でき、簡単・低コストに振動を抑えて乗り心地を向上できる。 FIG. 7 shows the input / output characteristics of the primary mode extraction unit ft at this time. The primary mode extraction unit ft has a characteristic that it allows the frequency component of 0.8 Hz corresponding to the natural frequency of the primary mode of the coupled vibration to pass through best, and decreases the frequency component far from 0.8 Hz. The train moves by superimposing the desired motion (translational component) along the driving plan and the vibration component of the primary mode or higher, which is a relative motion between vehicles, but suppresses the vibration without disturbing the driving plan. In order to improve riding comfort, it is desirable to accurately extract vibration components of the first and higher modes and suppress them without interfering with translational components. If the difference in acceleration (relative acceleration) between the two vehicles is taken, the translational component can be canceled and only the vibration component can be extracted. For this purpose, two or more acceleration sensors and a transmission line for sharing their outputs are installed. Need to be costly. On the other hand, if a filter like the expression (1) having the characteristics shown in FIG. 7 is used, even if the input is the acceleration of a single vehicle, the acceleration / deceleration components along the driving plan are mainly distributed in a very low frequency band. (For example, if the acceleration is constant, the frequency is 0 (DC component)). Therefore, only the vibration component can be extracted, and the ride comfort can be improved by suppressing vibration easily and at low cost.
なお1次モード抽出部ftはこの構成に限らず、1次モードの固有振動数前後の帯域を十分に通過させる特性を持つものであればよく、特に前述の理由で低周波成分をよく除去できるものであればよい。 Note that the primary mode extraction unit ft is not limited to this configuration, and may have any characteristic that sufficiently passes the band around the natural frequency of the primary mode. Particularly, the low-frequency component can be well removed for the reason described above. Anything is acceptable.
1次モード比例ゲインkpの値はKp=500とする。以下では制御を無効にした場合も考えるが、これは本実施例の構成でKp=0のときに相当する。 The value of the primary mode proportional gain kp is Kp = 500. In the following, although the case where the control is invalidated is considered, this corresponds to the case where Kp = 0 in the configuration of the present embodiment.
本実施例の列車を図8の目標加速度である運転計画alpで運転する。加速度0からの起動(時刻0秒)で、時刻0.5秒で列車全体の加速度が0.83メートル毎秒毎秒となるようにトルクを立ち上げ、以降は6.0秒までトルク一定で、6.0秒以降は時間に反比例するようにトルクを低減する。以下では振動の大きさを運転計画に沿った運動からのずれの二乗平均値で評価する。二乗平均値による振動の評価は乗り心地と関連づけて一般的に用いられる(非特許文献1,72頁)。評価する時間区間は0〜10秒とする。すなわち、時間をt(単位は秒)、車両加速度をa(t)(単位はメートル毎秒毎秒)、運転計画に沿った加速度パターンをA(t)(単位はメートル毎秒毎秒)とすると、
evl=√[∫(a(t)−A(t))^2dt×(1/10)] (2)
で定義される評価値evl(単位はメートル毎秒毎秒)が大きいほど振動が大きい、小さいほど振動が小さいと評価する(x^2はxの二乗、∫x(t)dtは時間区間0〜10秒におけるxの時間積分、√[x]はxの平方根を表す)。
The train of this embodiment is operated with the operation plan alp which is the target acceleration of FIG. Starting from acceleration 0 (
evl = √ [∫ (a (t) −A (t)) ^ 2dt × (1/10)] (2)
The larger the evaluation value evl (unit is meter per second per second), the greater the vibration, and the smaller the evaluation value evl, the smaller the vibration (x ^ 2 is the square of x, and ∫x (t) dt is the time interval 0-10. X time integral in seconds, √ [x] represents the square root of x).
図9は制御有効のときの車両c5の加速度al55、制御無効のときの車両c5の加速度al50、目標とする加速度パターンの運転計画alpを併記した図である。制御無効の場合の加速度al50に関して評価値evl(al50)=0.040 で、制御有効の場合の加速度al55に関して評価値evl(al55)=0.020 であるため、制御により車両c5の振動が抑えられている。 FIG. 9 shows the acceleration al55 of the vehicle c5 when the control is valid, the acceleration al50 of the vehicle c5 when the control is invalid, and the driving plan alp of the target acceleration pattern. Since the evaluation value evl (al50) = 0.040 for the acceleration al50 when the control is invalid and the evaluation value evl (al55) = 0.020 for the acceleration al55 when the control is valid, the vibration of the vehicle c5 is suppressed by the control. It has been.
図10は制御有効のときの車両c1の加速度al15、制御無効のときの車両c1の加速度al10、目標とする加速度パターンの運転計画alpを併記した図である。制御無効の場合の加速度al10に関して評価値evl(al10)=0.056 で、制御有効の場合の加速度al15に関して評価値evl(al15)=0.037 であるため、制御により車両c1の振動が抑えられている。 FIG. 10 shows the acceleration al15 of the vehicle c1 when the control is valid, the acceleration al10 of the vehicle c1 when the control is invalid, and the driving plan alp of the target acceleration pattern. Since the evaluation value evl (al10) = 0.056 with respect to the acceleration al10 when the control is invalid and the evaluation value evl (al15) = 0.037 with respect to the acceleration al15 when the control is valid, the vibration of the vehicle c1 is suppressed by the control. It has been.
図11は制御有効のときの車両c2の加速度al25,制御無効のときの車両c2の加速度al20,目標とする加速度パターンの運転計画alpを併記した図である。制御無効の場合の加速度al20に関して評価値evl(al20)=0.043 で、制御有効の場合の加速度al25に関して評価値evl(al25)=0.031 であるため、制御により車両c2の振動が抑えられている。 FIG. 11 shows the acceleration al25 of the vehicle c2 when the control is valid, the acceleration al20 of the vehicle c2 when the control is invalid, and the driving plan alp of the target acceleration pattern. Since the evaluation value evl (al20) = 0.04 with respect to the acceleration al20 when the control is invalid and the evaluation value evl (al25) = 0.31 with respect to the acceleration al25 when the control is valid, the vibration of the vehicle c2 is suppressed by the control. It has been.
図12は制御有効のときの車両c6の加速度al65,制御無効のときの車両c2の加速度al60,目標とする加速度パターンの運転計画alpを併記した図である。制御無効の場合の加速度al60に関して評価値evl(al60)=0.060 で、制御有効の場合の加速度al65に関して評価値evl(al65)=0.038 であるため、制御により車両c6の振動が抑えられている。 FIG. 12 shows the acceleration al65 of the vehicle c6 when the control is valid, the acceleration al60 of the vehicle c2 when the control is invalid, and the driving plan alp of the target acceleration pattern. Since the evaluation value evl (al60) = 0.060 with respect to the acceleration al60 when the control is invalid and the evaluation value evl (al65) = 0.038 with respect to the acceleration al65 when the control is valid, the vibration of the vehicle c6 is suppressed by the control. It has been.
図13は以上に示した車両c1,c2,c5,c6の結果に車両c3,c4の結果を合わせ、制御有効,制御無効のときの結果を一覧した表である。車両c3,c4ではもともと振動が小さく、制御無効時の評価値はそれぞれ0.036,0.035で、車両c1,
c2,c6の制御有効時程度の水準である。車両c3,c4の制御有効時の評価値はそれぞれ0.038,0.038であり、やはり車両c1,c2,c6の制御有効時と同程度である。この表から、振動制御を実施した車両である車両c5で振動が最も小さくなり、その他の車両でも特に列車の両端に近い車両c1,c6で大きく振動が抑えられ、もともと振動の1次モード成分が小さい中央付近の車両c3,c4では式(2)の評価値では振動を抑える効果は見られないが、列車全体の平均としては振動が抑えられたと言える。
FIG. 13 is a table that lists the results of the vehicles c1, c2, c5, and c6 and the results of the vehicles c3 and c4 and the results when the control is valid and invalid. In the vehicles c3 and c4, the vibration is originally small, and the evaluation values when the control is invalid are 0.036 and 0.035, respectively.
The level is about the time when control of c2 and c6 is effective. The evaluation values when the controls of the vehicles c3 and c4 are valid are 0.038 and 0.038, respectively, which are similar to those when the controls of the vehicles c1, c2 and c6 are valid. From this table, the vibration is the smallest in the vehicle c5 that is the vehicle that has performed the vibration control, and the vibration is greatly suppressed in the vehicles c1 and c6 that are close to both ends of the train in other vehicles as well. In the vehicles c3 and c4 near the small center, the evaluation value of the formula (2) does not show the effect of suppressing the vibration, but it can be said that the vibration is suppressed as an average of the entire train.
以上より、運転指令に従いインバータである動力制御装置が誘導モータである動力装置を制御して走行する列車に加速度センサa5と1次モード抽出部ftを付加することで列車の前後振動が抑えられ、乗り心地が向上することが分かる。この方法により、動力車と付随車が混在する場合でも全ての車両の振動を抑えることができる。またこの方法は複数車両にまたがるモータを制御するようにモータとインバータの構成を変更したり、振動をよく抑えられるように連結器の物理特性を変更したりするためのコストを必要とせずに実施できる。 From the above, the longitudinal vibration of the train is suppressed by adding the acceleration sensor a5 and the primary mode extraction unit ft to the train that runs while the power control device that is an inverter controls the power device that is an induction motor in accordance with the operation command. It can be seen that ride comfort is improved. By this method, even when a power vehicle and an accompanying vehicle are mixed, vibrations of all the vehicles can be suppressed. This method is also implemented without the cost of changing the configuration of the motor and inverter so as to control the motor across multiple vehicles, or changing the physical characteristics of the coupler so that vibration can be suppressed well. it can.
つまり、連結器で連結された複数の車両で成る列車で、一部の駆動車において比較的安価なセンサの追加と動力制御装置内部のソフトウェアの追加程度の低コストな変更を加えることで、当該駆動車はもちろん他の車両においても進行方向の振動を抑えられ、列車の乗り心地が向上する。 In other words, in a train consisting of a plurality of vehicles connected by a coupler, by adding a relatively inexpensive sensor in some drive vehicles and adding low-cost changes such as addition of software inside the power control device, Vibrations in the traveling direction can be suppressed in other vehicles as well as driving vehicles, and the riding comfort of the train is improved.
本実施例では加速度センサを設けて加速度をフィードバックしているが、連成振動による車両の前後運動を表す量で、加速度のように時間にともなう振動が観測できる量を用いれば、振動と逆位相の制御力をかけることで同様に振動を抑えることができる。これには速度や変位が利用できる。速度センサは車軸の回転をカウントすることで速度を求める装置で簡単に実現でき、またこのような装置は現行の列車で別途利用されていることが多いため、導入は容易で低コストである。変位は速度あるいは加速度の積算値として算出できる。 In this example, an acceleration sensor is provided to feed back the acceleration. However, if an amount that represents the longitudinal motion of the vehicle due to coupled vibrations and that can observe vibrations with time, such as acceleration, is used, the phase is opposite to that of the vibrations. The vibration can be similarly suppressed by applying the control force of. For this, speed and displacement can be used. The speed sensor can be easily realized by a device that obtains the speed by counting the rotation of the axle, and such a device is often used separately in current trains, so that the introduction is easy and low-cost. The displacement can be calculated as an integrated value of speed or acceleration.
図14は実施例2の列車制御システムを示す図である。 FIG. 14 is a diagram illustrating a train control system according to the second embodiment.
実施例1の制御システムと比較して実施例2で追加された装置,演算部のみ説明する。 Only the apparatus and the arithmetic unit added in the second embodiment as compared with the control system of the first embodiment will be described.
本実施例では、電動車c5およびインバータi5と同様に、電動車c2に加速度センサa2があり、加速度センサa2の出力が加速度伝送線b2を介してインバータi2に伝送され、インバータi2は加速度センサa2の出力から車両の連結による連成振動の1次モードの固有振動数前後の周波数成分を取り出す1次モード抽出部ft2と、その出力を用いて誘導モータm2を制御する機能を有する。またインバータi5は方向検出部d5を持つ。本実施例では車両c1を先頭として前進するとき運転装置drが指令伝送線cmdに運転指令を発し、車両c6を先頭として前進するとき運転装置dr2が運転指令を発する。運転指令にはどの運転装置から発せられたかという情報が記されている。方向検出部
d5は運転指令を参照し、運転指令がどの運転装置から発せられたかを調べて列車の進行方向を検出する。なお列車の進行方向を検出する方法はこれに限らず、例えば指令トルク演算部t5の指令トルクの符号から検出することも可能である。インバータi5は、加速度センサa5の出力を用いて算出した振動を抑えるためのトルクを誘導モータm5の制御に反映するか反映しないかを、方向検出部d5で検出した列車の進行方向に応じて切り替える。インバータi2は方向検出部d2を持つ。方向検出部d2は方向検出部d5と同様にして列車の進行方向を検出する。インバータi2は、加速度センサa2の出力を用いて算出した振動を抑えるためのトルクを誘導モータm2の制御に反映するか反映しないかを、方向検出部d2で検出した列車の進行方向に応じて切り替える。なお、加速度センサ
a2は加速度センサa5と同様の特性を持つもので十分である。
In the present embodiment, like the electric vehicle c5 and the inverter i5, the electric vehicle c2 has an acceleration sensor a2, and the output of the acceleration sensor a2 is transmitted to the inverter i2 via the acceleration transmission line b2, and the inverter i2 is the acceleration sensor a2. Primary mode extraction unit ft2 for extracting frequency components around the natural frequency of the primary mode of the coupled vibration due to vehicle connection from the output of the motor, and a function of controlling the induction motor m2 using the output. The inverter i5 has a direction detection unit d5. In this embodiment, the driving device dr issues a driving command to the command transmission line cmd when moving forward with the vehicle c1 as the head, and the driving device dr2 issues a driving command when moving forward with the vehicle c6 as the head. In the operation command, information on which driving device is issued is written. The direction detection unit d5 refers to the operation command, checks which driving device has issued the operation command, and detects the traveling direction of the train. Note that the method of detecting the traveling direction of the train is not limited to this, and for example, it is possible to detect from the sign of the command torque of the command torque calculation unit t5. The inverter i5 switches whether to reflect the torque for suppressing the vibration calculated using the output of the acceleration sensor a5 in the control of the induction motor m5 according to the traveling direction of the train detected by the direction detection unit d5. . The inverter i2 has a direction detection unit d2. The direction detection unit d2 detects the traveling direction of the train in the same manner as the direction detection unit d5. The inverter i2 switches whether to reflect the torque for suppressing the vibration calculated using the output of the acceleration sensor a2 in the control of the induction motor m2 according to the traveling direction of the train detected by the direction detection unit d2. . It is sufficient that the acceleration sensor a2 has the same characteristics as the acceleration sensor a5.
なお本実施例では、電動車である車両c2は、動力装置である誘導モータm2と、その動力装置の出力を制御する動力制御装置であるインバータi2と、加速度センサa2を設けている。電動車の車両c5は誘導モータm5と加速度センサa5を設けている。 In the present embodiment, the vehicle c2 that is an electric vehicle is provided with an induction motor m2 that is a power device, an inverter i2 that is a power control device that controls the output of the power device, and an acceleration sensor a2. An electric vehicle c5 is provided with an induction motor m5 and an acceleration sensor a5.
図15はインバータi5,i2におけるトルク演算部の構成を示す図である。インバータi5の構成はスイッチsw5と方向検出部d5を除けば実施例1と同様である。 FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a torque calculation unit in inverters i5 and i2. The configuration of the inverter i5 is the same as that of the first embodiment except for the switch sw5 and the direction detection unit d5.
スイッチsw5は指令トルク演算部t5で求めた指令トルクをそのまま調整後トルクとして誘導モータm5の制御に用いるか、指令トルクに1次モード制御演算部opの出力である調整トルクを合わせた調整後トルクを誘導モータm5の制御に用いるかを切り替える機能を有する。言い換えればスイッチsw5は、指令トルクに基づいて誘導モータの出力を制御するか、指令トルクと調整トルクに基づいて誘導モータの出力を制御するかを切り替える機能を有する。なお、この機能を実現するものであればどのような構成でもよい。 The switch sw5 uses the command torque obtained by the command torque calculation unit t5 as it is as the adjusted torque for control of the induction motor m5, or the adjusted torque obtained by combining the command torque with the adjustment torque output from the primary mode control calculation unit op. Has a function of switching whether to use for controlling the induction motor m5. In other words, the switch sw5 has a function of switching whether to control the output of the induction motor based on the command torque or to control the output of the induction motor based on the command torque and the adjustment torque. Any configuration that realizes this function may be used.
例えば指令トルク演算部t5の指令トルクをそのまま制御量として用いる場合は1次モード制御演算部opの調整トルクが0となるように1次モード比例ゲインkpの値を0に変更するという手段であってもよい。スイッチsw5は方向検出部d5が検出した列車の進行方向に応じて切り替えられ、車両c1の側が前方であれば指令トルクと調整トルクを合わせて調整後トルクとする方向、車両c6の側が前方であれば指令トルクをそのまま調整後トルクとする方向に切り替える。 For example, when the command torque of the command torque calculation unit t5 is used as it is as the control amount, the value of the primary mode proportional gain kp is changed to 0 so that the adjustment torque of the primary mode control calculation unit op becomes 0. May be. The switch sw5 is switched according to the traveling direction of the train detected by the direction detection unit d5. If the vehicle c1 side is the front, the command torque and the adjustment torque are combined into the adjusted torque, and the vehicle c6 side is the front. For example, the command torque is switched to the adjusted torque as it is.
インバータi2はインバータi5と同様のしくみである。1次モード制御演算部op2、1次モード比例ゲインkp2はそれぞれ1次モード制御演算部op、1次モード比例ゲインkpと同様である。スイッチsw2は方向検出部d2が検出した列車の進行方向に応じて切り替えられる。スイッチsw2はスイッチsw5とは逆に、車両c1の側が前方であれば指令トルクをそのまま調整後トルクとする方向、車両c6の側が前方であれば指令トルクと調整トルクを合わせて調整後トルクとする方向に切り替えられる。 The inverter i2 has the same structure as the inverter i5. The primary mode control calculation unit op2 and the primary mode proportional gain kp2 are the same as the primary mode control calculation unit op and the primary mode proportional gain kp, respectively. The switch sw2 is switched according to the traveling direction of the train detected by the direction detection unit d2. Contrary to the switch sw5, the switch sw2 is a direction in which the command torque is directly adjusted after the vehicle c1 is forward, and the adjusted torque is the combined torque and command torque when the vehicle c6 is forward. Switch to direction.
スイッチsw5,sw2の機能により、結果として、車両c1が進行方向前方であれば誘導モータm5に振動を抑えるための調整トルクが印加され、誘導モータm2には振動を抑えるための調整トルクは印加されない。逆に車両c6が進行方向前方であれば、誘導モータm5に振動を抑えるための調整トルクは印加されず、誘導モータm2に振動を抑えるための調整トルクが印加される。すなわち進行方向に対して後方の電動車にあるモータのみが振動を抑えるように制御される。制御系をこのように構成したのは次の理由による。 As a result, if the vehicle c1 is forward in the traveling direction, the adjustment torque for suppressing vibration is applied to the induction motor m5, and the adjustment torque for suppressing vibration is not applied to the induction motor m2. . Conversely, if the vehicle c6 is forward in the traveling direction, the adjustment torque for suppressing vibration is not applied to the induction motor m5, and the adjustment torque for suppressing vibration is applied to the induction motor m2. In other words, only the motor in the rear electric vehicle with respect to the traveling direction is controlled to suppress vibration. The reason why the control system is configured in this way is as follows.
レール上を走行する鉄道列車では車輪が滑る現象がしばしば起こる。車輪が滑ると車輪やレールが物理的に消耗したり、動力が十分に伝わらず列車の加減速が妨げられるため、車輪の滑りはできるだけ抑えることが望ましい。滑りは車輪とレール間の摩擦力が接触面の状態で決まる一定値を越えると発生する。車輪・レール間の接触面の状態を滑りが起こりやすい状態にする最大の要因とされているのは雨天等によるレール表面の湿潤である。レール表面に水滴が付着すると滑りやすくなること、前方車両が水滴を踏み散らすことで後方車両ほど水滴の影響を受けず滑りにくくなることが知られている。これを踏まえると、運転指令で決まる指令トルクに対して振動を抑えるための調整トルクを上乗せしてモータのトルクを増加させたとき、前方車両ほどトルクの上乗せが原因で車輪の滑りが発生する可能性が大きく、後方車両では逆にその可能性が小さいことが分かる。 In railroad trains running on rails, the phenomenon of wheel slipping often occurs. If the wheels slip, the wheels and rails are physically consumed, and the power is not sufficiently transmitted to hinder the acceleration / deceleration of the train. Therefore, it is desirable to suppress the slipping of the wheels as much as possible. Slip occurs when the frictional force between the wheel and the rail exceeds a certain value determined by the state of the contact surface. It is wetness of the rail surface due to rain or the like that makes the state of the contact surface between the wheel and the rail easy to slip. It is known that when water droplets adhere to the rail surface, it becomes slippery, and the vehicle ahead is scattered by water droplets, so that the rear vehicle is less affected by water droplets and is less slippery. Based on this, when the adjustment torque for suppressing vibration is added to the command torque determined by the operation command and the motor torque is increased, wheel slippage may occur due to the additional torque of the vehicle ahead. It can be seen that the possibility is large and the possibility is small in the rear vehicle.
以上のような理由で、本実施例では車両の振動を制御できる電動車のうち振動を抑えるための調整トルクの印加を後方の車両に限ることで、車両の振動を抑える制御が車輪の滑りを誘発することを防いでいる。 For the reasons as described above, in the present embodiment, among the electric vehicles that can control the vibration of the vehicle, the application of the adjustment torque for suppressing the vibration is limited to the rear vehicle, so that the control for suppressing the vibration of the vehicle can prevent the wheel from slipping. Prevents triggering.
なお、本実施例では列車の進行方向に従い2つの電動車c2,c5で車両の振動を抑えるための制御を排他的に実施したが、制御車両が3つ以上ある場合は、車輪の滑り易さに応じて振動を制御するための調整トルクの大きさを(0にすることも含めて)変化させ、車輪が滑り易い場合ほど調整トルクを小さくするように制御系を構成すればよい。例えば列車の後ろ半分に属する電動車のみで振動を制御するという方法でもよい。 In this embodiment, the control for suppressing the vibration of the vehicle is exclusively performed by the two electric vehicles c2 and c5 in accordance with the traveling direction of the train. However, when there are three or more controlled vehicles, the slipping of the wheels is easy. Accordingly, the control system may be configured such that the magnitude of the adjustment torque for controlling the vibration is changed (including zero) and the adjustment torque is reduced as the wheel slips. For example, a method of controlling vibration only by an electric vehicle belonging to the rear half of the train may be used.
c1,c2,c3,c4,c5,c6…車両、m2,m4,m5…誘導モータ、i2,i4,i5…インバータ、dr,dr2…運転装置、cmd…指令伝送線、t2,t4,t5…指令トルク演算部、e2,e4,e5…電力伝送線、a2,a5…加速度センサ、b2,b5…加速度伝送線、ft,ft2…1次モード抽出部、op,op2…1次モード制御演算部、kp,kp2…1次モード比例ゲイン、alp…運転計画、al50,
al55…車両c5の加速度、al10,al15…車両c1の加速度、al20,
al25…車両c2の加速度、al60,al65…車両c6の加速度。
c1, c2, c3, c4, c5, c6 ... vehicle, m2, m4, m5 ... induction motor, i2, i4, i5 ... inverter, dr, dr2 ... operating device, cmd ... command transmission line, t2, t4, t5 ... Command torque calculation unit, e2, e4, e5 ... power transmission line, a2, a5 ... acceleration sensor, b2, b5 ... acceleration transmission line, ft, ft2 ... primary mode extraction unit, op, op2 ... primary mode control calculation unit , Kp, kp2 ... primary mode proportional gain, alp ... operation plan, al50,
al55: acceleration of the vehicle c5, al10, al15 ... acceleration of the vehicle c1, al20,
al25 ... acceleration of the vehicle c2, al60, al65 ... acceleration of the vehicle c6.
Claims (12)
前記動力制御装置は、前記連結器の特性と前記連結器で連結された複数の車両の重量とで決まる連成振動の固有振動数のうち少なくとも一つを含むように予め定められた周波数帯域の振動成分を、前記センサで検出された検出情報から抽出する振動抽出部を有し、
前記振動抽出部から抽出された振動成分に応じて前記動力装置の調整出力を演算し、演算された前記調整出力に基づいて前記動力装置の出力を制御することを特徴とする列車制御システム。 A control vehicle having a plurality of vehicles connected by a coupler, wherein at least one of the plurality of vehicles has a power unit and a sensor for detecting movement in a traveling direction, and controls an output of the power unit; In a train control system having a power control device,
The power control device has a predetermined frequency band so as to include at least one of natural frequencies of coupled vibrations determined by characteristics of the coupler and weights of a plurality of vehicles connected by the coupler. A vibration extraction unit that extracts a vibration component from detection information detected by the sensor;
A train control system, wherein an adjustment output of the power unit is calculated according to a vibration component extracted from the vibration extraction unit, and an output of the power unit is controlled based on the calculated adjustment output.
前記動力制御装置は、インバータであることを特徴とする列車制御システム。 In the train control system according to claim 1,
The train control system , wherein the power control device is an inverter .
前記センサで検出される検出情報は、加速度情報,速度情報,位置情報のいずれかであることを特徴とする列車制御システム。 In the train control system according to claim 1 or 2 ,
The detection information detected by the sensor is any one of acceleration information, speed information, and position information .
前記動力制御装置は、前記連結器で連結された複数の車両の進行方向を検出する方向検出部を有し、前記動力装置を制御する際の前記動力装置の制御量を前記方向検出部により検出された進行方向に基づいて変更することを特徴とする列車制御システム。 In the train control system according to any one of claims 1 to 3,
The power control device includes a direction detection unit that detects traveling directions of a plurality of vehicles connected by the coupler, and the direction detection unit detects a control amount of the power device when controlling the power device. The train control system is characterized in that the train control system changes based on the travel direction .
前記制御車両は、前記動力制御装置を有することを特徴とする列車制御システム。 In the train control system according to any one of claims 1 to 4,
The control vehicle includes the power control device .
前記動力制御装置は、受信した運転指令に基づいて指令トルクを計算する指令トルク演算部を有し、前記指令トルク演算部から出力された前記指令トルクと前記振動抽出部から抽出された振動成分から計算された調整トルクとに基づいて前記動力装置の出力を制御することを特徴とする列車制御システム。 In the train control system according to any one of claims 1 to 5,
The power control apparatus includes a command torque calculation unit that calculates a command torque based on the received operation command, and includes the command torque output from the command torque calculation unit and the vibration component extracted from the vibration extraction unit. A train control system that controls the output of the power unit based on the calculated adjustment torque .
前記動力制御装置は、前記指令トルクに基づいて前記動力装置の出力を制御するか、前記指令トルクと前記調整トルクとに基づいて前記動力装置の出力を制御するかを切り替えるスイッチを有することを特徴とする列車制御システム。 In the train control system according to claim 6 ,
The power control device includes a switch for switching whether to control the output of the power device based on the command torque or to control the output of the power device based on the command torque and the adjustment torque. And train control system.
前記車両の進行方向の運動を検出するセンサを有し、前記連結器の特性と前記連結器で連結された複数の車両の重量とで決まる連成振動の固有振動数のうち少なくとも一つを含むように予め定められた周波数帯域を、前記センサで検出された検出情報から抽出する振動抽出部を有し、前記振動抽出部から抽出された振動成分に応じて前記動力装置の調整出力を演算し、演算された前記調整出力に基づいて前記動力装置の出力を制御することを特徴とする動力制御装置。A sensor for detecting movement in the traveling direction of the vehicle, and including at least one of natural frequencies of coupled vibrations determined by characteristics of the coupler and weights of a plurality of vehicles connected by the coupler; A vibration extraction unit that extracts a predetermined frequency band from detection information detected by the sensor, and calculates an adjustment output of the power unit according to the vibration component extracted from the vibration extraction unit. A power control device that controls an output of the power device based on the calculated adjustment output.
前記センタで検出される検出情報は、加速度情報,速度情報,位置情報のいずれかであることを特徴とする動力制御装置。 The power control apparatus according to claim 8, wherein
Detection information detected at the center is any one of acceleration information, speed information, and position information .
前記連結器で連結された複数の車両の進行方向を検出する方向検出部を有し、前記動力装置を制御する際の前記動力装置の制御量を前記方向検出部により検出された進行方向に基づいて変更することを特徴とする動力制御装置。 In the power control device according to claim 8 or 9,
A direction detection unit that detects a traveling direction of a plurality of vehicles connected by the coupler, and a control amount of the power unit when controlling the power unit is based on the traveling direction detected by the direction detection unit; The power control device is characterized by being changed .
受信した運転指令に基づいて指令トルクを計算する指令トルク演算部を有し、前記指令トルク演算部から出力された前記指令トルクと前記振動抽出部から抽出された振動成分から計算された調整トルクとに基づいて前記動力装置の出力を制御することを特徴とする動力制御装置。 In the power control device according to any one of claims 8 to 10 ,
A command torque calculation unit that calculates a command torque based on the received operation command, and an adjustment torque calculated from the command torque output from the command torque calculation unit and a vibration component extracted from the vibration extraction unit; A power control device that controls the output of the power device based on the above .
前記指令トルクに基づいて前記動力装置の出力を制御するか、前記指令トルクと前記調整トルクとに基づいて前記動力装置の出力を制御するかを切り替えるスイッチを有することを特徴とする動力制御装置。 The power control apparatus according to claim 11 , wherein
A power control device comprising: a switch that switches between controlling the output of the power unit based on the command torque or controlling the output of the power unit based on the command torque and the adjustment torque .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006180641A JP4670754B2 (en) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Power control device and train control system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2006180641A JP4670754B2 (en) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Power control device and train control system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2008011659A JP2008011659A (en) | 2008-01-17 |
| JP4670754B2 true JP4670754B2 (en) | 2011-04-13 |
Family
ID=39069326
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2006180641A Expired - Fee Related JP4670754B2 (en) | 2006-06-30 | 2006-06-30 | Power control device and train control system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4670754B2 (en) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101449605B1 (en) * | 2013-04-30 | 2014-10-13 | 한국철도기술연구원 | Wireless sensor network system for railroad system |
| JP6542537B2 (en) * | 2015-02-05 | 2019-07-10 | 東洋電機製造株式会社 | Brake system of the accompanying car |
| JP6570769B2 (en) * | 2016-11-29 | 2019-09-04 | 三菱電機株式会社 | Propulsion control device |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05300606A (en) * | 1992-04-21 | 1993-11-12 | Toshiba Corp | Electric vehicle control device |
| JPH07231504A (en) * | 1994-02-18 | 1995-08-29 | Hitachi Ltd | Railway vehicle drive control method |
| JP2002171778A (en) * | 2000-09-25 | 2002-06-14 | Aisin Seiki Co Ltd | Device for suppressing and controlling vibrations of electric motor and designing technique in suppression and control of the vibrations of the electric motor |
| JP4628772B2 (en) * | 2004-12-21 | 2011-02-09 | 株式会社日立製作所 | Electric vehicle drive system and drive control method |
-
2006
- 2006-06-30 JP JP2006180641A patent/JP4670754B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2008011659A (en) | 2008-01-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5255780B2 (en) | Railway vehicle vibration control device | |
| CN108136933B (en) | Control device for electric vehicle, control system for electric vehicle, and control method for electric vehicle | |
| CN106573628A (en) | Method for stabilizing a rail vehicle | |
| JP5794446B2 (en) | Wheel control device, vehicle, wheel control method | |
| JP4670754B2 (en) | Power control device and train control system | |
| JP4845426B2 (en) | Car body vibration control device and car body vibration control method | |
| JP3661877B2 (en) | Vibration control device for vehicle | |
| CN107264297B (en) | tram control device | |
| JP5528154B2 (en) | Electric vehicle control device | |
| JP5010297B2 (en) | Train control device | |
| JP4628772B2 (en) | Electric vehicle drive system and drive control method | |
| JPS63268405A (en) | train drive system | |
| JP4271605B2 (en) | Railway vehicle control method | |
| JP4429955B2 (en) | Vehicle vibration control device | |
| JP2014192930A (en) | Controlling device for cart in which each wheel is driven independently | |
| TW201641330A (en) | Brake control device of railway vehicle | |
| JP4657881B2 (en) | Electric car drive system | |
| KR100659708B1 (en) | Balance driving stability device and driving safety method using MR fluid | |
| JP4972190B2 (en) | Drive system and drive control method | |
| Yasuoka et al. | Consideration of wheel slip and readhesion control for induction traction motor electric locomotives with individual traction control | |
| JP2010178417A (en) | Operation assisting system and operation assisting method | |
| JP6542537B2 (en) | Brake system of the accompanying car | |
| JP5748555B2 (en) | Electric vehicle control device | |
| JPH1178881A (en) | Inter-body damper device for railway vehicles | |
| KR20130080527A (en) | Wheel-axle set steering system for railway vehicle |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080603 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20100921 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100928 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20101125 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20101221 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110103 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 4670754 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140128 Year of fee payment: 3 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |