JP5937584B2

JP5937584B2 - 移動体の制御装置および制御方法

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Publication number: JP5937584B2
Application number: JP2013516435A
Authority: JP
Inventors: 篤史小田; 裕佐藤; 努宮内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2016-06-22
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Description

本発明は、鉄道車両等、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換装置を備え、制動時に回生エネルギーを利用したブレーキを備えた移動体の制御装置に関する。

電動機を動力源として駆動される移動体、例えば、鉄道車両においては、圧縮空気の圧力を利用してシリンダを動作させ、制輪子をブレーキディスクまたは車輪踏面に押し当てることにより発生した摩擦力を利用する空気ブレーキに加え、省エネルギー、保守費用の低減を目的として、鉄道車両制動時の運動エネルギーを電気エネルギーに変換する回生ブレーキが設けられている。回生ブレーキは、制動時、駆動用の電動機を発電機として利用することにより制動力を発生させ、発生した電力を架線を通じて近隣の鉄道車両の加速などに使用するもので、省エネルギー及び空気ブレーキに関わる省保守の観点から、移動体の制動力は、これら二つのブレーキのうち、可能な限り回生ブレーキで負担させる方が好ましい。

しかし、回生ブレーキは、生成した回生電力を消費する回生負荷がなければブレーキ力を発揮できない。特に、鉄道車両においては、近隣の加速状態にある鉄道車両が、回生エネルギーを消費する負荷となるため、近隣の鉄道車両の加速タイミングと自車のブレーキタイミングが同期しなかった場合は、回生電力の行き場がなくなってしまう。
そのまま回生を続行した場合、架線電圧が上昇し、駆動装置や変電設備に損傷を与える恐れがあるため、回生ブレーキ力を絞り込む制御が行われる。この結果、回生ブレーキ力を発揮できない分を、空気ブレーキで補わざる得ないこととなり、回生効率の低下を招いていた。なお、回生電力を、鉄道車両に搭載した二次電池に回収させることも行われているが、充放電制御を含めシステムの複雑化、高コスト化を招き、また、二次電池の充電特性、劣化防止の観点から、回生電力の回収する際の応答性に限界がある。

下記特許文献１には、近隣の鉄道車両の加速状態が回生効率に与える影響を少なくするため、自車の空調を回生負荷として活用する技術が記載されている。
この公知技術では、架線電圧を測定し、架線電圧が上昇した場合は回生負荷が不足していると判断して自車の空調負荷を増大させ、回生電力を空調で消費することで回生効率を向上させている。

特開２００９−２２５６３０号公報

しかしながら、架線電圧のみの計測結果に基づいて空調負荷等の負荷消費電力を増大させた場合、各負荷出力が制御目標値よりも増大するという問題があった。例えば、空調負荷の場合は、回生電力量に応じて車内温度が変化するため、車内温度を目標値に制御するという空調本来の働きが果たせないという問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、移動体に搭載された負荷の制御対象の状態量を許容範囲内に維持しつつ、車両に搭載した負荷で消費する回生電力を増大させて、回生効率を向上させることを目的とする。
また、負荷として空調負荷を用いた場合は、移動体の車内温度を目標温度近傍に維持しながら、回生電力により回収される空調負荷を最大化することにより、移動体自身で回生電力を効率よく消費し、回生効率を向上させることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一実施の態様は、例えば特許請求の範囲に記載された技術的思想を用いる。

本発明によれば、車内温度を許容温度範囲に維持しつつ、回生効率を向上させることが可能である。
また、回生ブレーキを最大限有効に作動させ、回生失効する可能性を低下させることから、回生ブレーキと空気ブレーキへの切り替え頻度が少なくなり、乗り心地の向上にも寄与する。

実施例１のシステム構成図。実施例１において、車両制御装置内で行われる処理のフロー図。実施例１において、ブレーキ開始位置の手前において、空調装置の負荷を予め零とすべき地点の判定を行うための説明図。実施例１と公知技術に係る車内温度の挙動の対比図。実施例２のシステム構成図。実施例２において、車両制御装置内で行われる処理のフロー図。実施例２において、空調制御装置内で行われる処理のフロー図。実施例３のシステム構成図。実施例３において、車両制御装置内で行われる処理のフロー図。実施例４のシステム構成図。実施例４において、車両制御装置内で行われる処理のフロー図。実施例４において、空調制御装置内の行われる処理のフロー図。実施例４による車内温度及び空調負荷の挙動を示す図。

以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

［実施例１］
まず、本発明における移動体の回路構成の例を説明する。本実施形態は、鉄道車両を駆動する交流電動機と、交流電動機に交流電力を供給するインバータ装置と、前記インバータ装置と共通の電源に接続されて空調装置や照明装置などの負荷に電力を供給する補助電源装置を備えている。
図１を用いて本実施例のシステム構成の一例を説明する。
この実施例では、搭載される空調装置（１０２）が、空調負荷を連続的に調節可能なものであり、車内温度の監視や空調負荷決定を車両制御装置（１０１）が保持している鉄道車両について説明する。
すなわち、この実施例では、空調装置（１０２）は冷房及び暖房機能のみを有しており、冷房及び暖房の入り切のタイミングや負荷量の決定は、空調装置（１０２）自体で行わず、車両制御装置（１０１）からの指令により行われる。
鉄道車両の運行に関わる機能の管理を行う車両制御装置（１０１）は、鉄道車両客車内に設置された温度センサ（１０３）から車内温度情報（１５１）を取得する。

この温度センサ（１０３）は、例えば熱電対を用いて客室内の温度を計測するものであるが、車内温度が計測可能であれば様々な温度センサを使用することができる。
次に、車両制御装置（１０１）は現在位置推定手段（１０４）から現在位置情報（１５２）を取得する。現在位置推定手段（１０４）は、例えばＴＧ（速度発電機）（１０５）からの車両速度情報（１５３）に基づいて現在位置を推定する。車両速度情報（１５３）はＴＧ（速度発電機）（１０５）以外から取得してもよく、例えばカメラを用いた画像認識による測定、ＧＰＳを用いた測定、ドップラーセンサを用いた測定、光学センサ等を使用してもよい。
また現在位置推定手段（１０４）における現在位置の推定は、現在位置が推定可能であれば、車両速度情報（１５３）以外を用いてもよく、例えば車両速度情報（１５３）を地上子からの位置情報をもとに補正する方法、カメラを用いた画像認識による方法、ＧＰＳを用いた方法、地上子のみを用いる方法などを採用することができる。

次に、車両制御装置（１０１）は、鉄道車両のブレーキ開始地点を記憶している走行パタンデータベース（１０６）からブレーキ開始地点情報（１５４）を取得する。ブレーキ開始地点情報（１５４）は走行パタンデータベース（１０６）以外から取得してもよく、例えば、地上から無線通信を用いてブレーキ開始地点情報（１５４）を鉄道車両に送信する方法などがある。

次に、主幹制御器（１０７）からブレーキの状態を示すブレーキノッチ情報（１５５）を取得する。ブレーキノッチ情報（１５５）は、主幹制御器（１０７）以外から取得してもよく、例えば、保安装置やＡＴＯ装置などから取得することができる。またブレーキ状態にあることを示す情報はブレーキノッチ情報（１５５）以外でもよく、例えば、ブレーキ力指令値などを使用してもよい。

車両制御装置（１０１）は、車内温度情報（１５１）と現在位置情報（１５２）とブレーキ開始地点情報（１５４）とブレーキノッチ情報（１５５）から空調負荷情報（１５６）を決定し、空調負荷情報を（１５６）を空調装置（１０２）へ送信する。
実施例１における車両制御装置（１０１）内で行われる処理フローを図２に示す。図２のステップ２０１〜ステップ２１０により回生効率の向上と車内温度の目標値近傍での維持を確保する。

ステップ２０１：現在位置情報（１５２）を現在位置推定手段（１０４）から取得して、ステップ２０２に進む。

ステップ２０２：ブレーキ開始地点情報（１５４）を走行パタンデータベース（１０６）から取得して、ステップ２０３へ進む。

ステップ２０３：現在位置情報（１５２）とブレーキ開始地点情報（１５４）から空調負荷を零とすべき地点であるか否かを判定し、空調負荷を零とすべき地点であればステップ２０４に進み、空調負荷を零とすべきキロ程でなければステップ２０８へ進む。

ステップ２０４：主幹制御器（１０７）からブレーキノッチ情報（１５５）を取得して、ステップ２０５へ進む。

ステップ２０５：ブレーキノッチ情報（１５５）がブレーキ中であることを示しているか否かを判定し、ブレーキ中である場合はステップ２０８へ進み。ブレーキ中でない場合はステップ２０６へ進む。

ステップ２０６：空調負荷情報（１５６）を０とする。空調負荷情報（１５６）を０とするか、０以外の値とするかにより空調のＯＮ及びＯＦＦのタイミングを制御し、ステップ２０７に進む。

ステップ２０７：ステップ２０６で決定した空調負荷情報（１５６）を空調装置（１０２）へ送信する。

ステップ２０８：温度センサ（１０３）から車内温度情報（１５１）を取得して、ステップ２０９へ進む。

ステップ２０９：車内温度情報（１５１）から空調負荷情報（１５６）を決定し、ステップ２１０へ進む。なお、空調負荷情報（１５６）の決定は、車内温度情報（１５１）以外を用いてもよく、例えば、車内湿度、外気温度、乗車率などである。本実施例では、車内温度が目標値近傍に制御できればよく、車内温度を目標値近傍に制御するために必要な空調負荷量の決定手段は特定しない。

ステップ２１０：ステップ２０９で決定した空調負荷情報（１５６）を空調装置（１０２）へ送信する。

実施例１において、ブレーキ開始地点情報（１５４）に基づいて、空調負荷を零とすべき地点の判定方法について、図３を用いて説明する。
いま、車内温度の目標値が外気温度よりも高い場合、すなわち暖房制御時について説明する。
一般に車内温度を目標値に正確に追従させることは難しく、乗客が不快を感じない範囲で目標値に対して上限値、下限値を設定し、一定の偏差を許容している。ここで、目標値に許容する偏差を足した値を許容最高温度（３０１）、目標値から許容する偏差を引いた値を許容最低温度（３０２）と定義すると、車内温度の挙動は許容最高温度（３０１）と許容最低温度（３０２）の間に制御されることとなる。

まず、ブレーキ開始地点情報（１５４）からブレーキ開始キロ程（３０３）を把握し、次に、現在位置情報（１５２）から現在のキロ程を把握する。
現在のキロ程が、ブレーキ開始キロ程（３０３）の手前のキロ程（３０４）において、空調負荷を零（空調ＯＦＦ）とした場合の車内温度の挙動が点線（３０５）であると仮定した場合、車内温度が許容最低温度（３０２）以下となるキロ程（３０６）が算出される。
算出されたキロ程（３０６）がブレーキ開始キロ程（３０３）の手前である場合は、キロ程（３０４）において空調負荷を零とすると、ブレーキ開始キロ程（３０３）において車内温度が許容最低温度（３０２）を下回ることとなる。このように空調負荷を零とした場合に車内温度が許容最低温度（３０２）を下回ることが予想される場合は、空調負荷を零とすべきキロ程ではないと判定する。

次に、現在のキロ程がキロ程（３０７）において、空調負荷を零（空調ＯＦＦ）とした場合の車内温度の挙動が点線（３０８）であると仮定した場合、車内温度が許容最低温度（３０２）以下となるキロ程（３０９）が算出される。ブレーキ開始キロ程（３０３）よりも算出されたキロ程（３０９）が鉄道車両の進行方向に進んだキロ程である場合は、キロ程（３０７）において空調負荷を零としてもブレーキ開始キロ程（３０３）において車内温度が許容最低温度（３０２）を下回ることがない。このように空調負荷を零とした場合に車内温度が許容最低温度（３０２）を下回らないことが予想される場合は、空調負荷を零とすべきキロ程であると判定する。

ここで、点線（３０５）及び点線（３０８）で示す、空調負荷を零とした場合の車内温度の挙動を表すモデルは、シミュレーションや実機試験による結果から作成したり、空調負荷を零にした期間における車内温度の挙動から作成することができる。
車内温度の挙動が乗車率によって変化する場合は、モデルを乗車率に応じて複数保持したり、あるいは、基本となるモデルを乗車率に応じて補正するなどすることによりモデルの精度を向上させることが好ましい。

また、空調負荷を零とすべきキロ程の判定はモデルを用いた方法以外でもよく、例えば距離で規定する方法、時間で規定する方法などがある。またこれらの規定値は、乗務員または地上と鉄道車両間の通信を用いて地上にいる係員が変更可能としてもよい。
なお、車内温度の目標値が外気温度よりも低い場合、すなわち冷房時は、空調負荷を零とした場合に、ブレーキ開始キロ程（３０３）において、車内温度が許容最高温度（３０２）を上回らないことが予想されるキロ程を、空調負荷を零とすべきキロ程であると判定し、上回る場合は空調負荷を零とすべきキロ程でないと判定すればよい。

暖房時を例に、実施例１を実施した場合と、上記特許文献１に示されるような公知技術を実施した場合における車内温度及び空調負荷の挙動の対比を図４に示す。
本実施例によれば、車内温度（４０５）はブレーキ開始地点（４０３）直前で許容最低温度（４０２）付近まで低下する。そして、ブレーキ開始とともに回生電力を使用して、空調を作動させ、許容最高温度（４０１）を超えないように制御される。ブレーキ期間（４０４）中の車内温度（４０５）の挙動は、ブレーキ開始地点（４０３）を境に上昇し、許容最高温度（４０１）を超えないように制御され、回生電力を最大限有効活用することが可能になる。

一方、公知技術の場合、車内温度（４０６）は、ブレーキ開始まで目標値近傍への制御を行っており、ブレーキ開始とともに回生電力を使用して空調を作動させて上昇する。許容最高温度（４０１）を超えないように制御が行われると仮定すると、ブレーキ開始時の車内温度（４０６）から許容最高温度（４０１）に至るまでが、空調負荷で回収できる回生電力となり、限定されたものとなってしまう。
例えば、ブレーキ開始地点（４０３）において、車内温度（４０６）が許容最高温度（４０１）にある場合、回生電力を空調負荷で消費しようとすると、車内温度（４０６）を許容最高温度（４０１）以上にせざるを得ず、車内温度（４０６）が乗客が不快と感じる温度まで上昇することになり、回生電力を空調負荷で消費することが不可能になる。

このように、先行技術の場合、ブレーキ開始時の車内温度（４０６）から許容最高温度（４０１）となるまでと、空調負荷（４０７）による回生電力の消費が制限されているため、本実施例と比べて、回生電力を空調で消費できる量が斜線範囲（４０８）分だけ少なくなってしまい、空調以外に回生電力を消費する負荷がない場合、回生失効や回生ブレーキ力の絞り込みによる回生効率の低下などが発生することになる。

上述した実施例１では、図２のステップ２０６によってブレーキ開始前に空調負荷を零とする実施形態について説明したが、少なくとも空調負荷が減少されれば良く、必ずしも空調負荷を零とする必要は無い。このようにブレーキ開始直前の空調負荷を駅停車時や力行時などの通常よりも低い値とすれば良い。また、ブレーキ開始直前の空調負荷を零よりも大きな値とした場合には、空調負荷を零とする実施例と比較して回生電力の利用率は少なくなるが、車内温度の変動速度が小さくなり、温度の変動幅を小さくできるという効果がある。

［実施例２］
図５は、実施例２のシステム構成を示しており、空調制御装置（５０２）が車両制御装置（５０１）からの空調ＯＮ指令を受けて、空調負荷を連続的に調節可能であり、車内温度の監視や空調負荷決定を空調制御装置（５０２）が保持している。
鉄道車両の運行に関わる機能の管理を行う車両制御装置（５０１）は、鉄道車両客室内に設置された温度センサ（５０３）から車内温度情報（５５１）を取得し、次に、現在位置推定手段（５０４）から現在位置情報（５５２）を取得する。なお、温度センサ（５０３）、現在位置推定手段（５０４）は、実施例１の温度センサ（１０３）、現在位置推定手段（１０４）と同様のものを使用する。

次に、車両制御装置（５０１）は、鉄道車両のブレーキ開始地点を記憶している走行パタンデータベース（５０６）からブレーキ開始地点情報（５５４）を取得したに後、主幹制御器（５０７）からブレーキの状態を示すブレーキノッチ情報（５５５）を取得する。
なお、ブレーキ開始地点情報（５５４）は、実施例１のブレーキ開始地点情報（１５４）と同様の手段により取得すればよく、ブレーキの状態を示す情報としてブレーキノッチ情報以外に、例えばブレーキ力指令値を使用してもよい。

車両制御装置（５０１）は、車内温度情報（５５１）と現在位置情報（５５２）とブレーキ開始地点情報（５５４）とブレーキノッチ情報（５５５）から空調ＯＮ指令（５５６）を決定し、空調ＯＮ指令を（５５６）を空調制御装置（５０２）へ送信する。
空調制御装置（５０２）は前記温度センサ（５０３）からの車内温度情報（５５１）と車両制御装置（５０１）からの空調ＯＮ指令（５５６）をもとに空調を制御する。

実施例２における車両制御装置（５０１）内での処理の流れを図６に示す。図６のステップ６０１〜ステップ６０８により、回生効率の向上と車内温度の目標値近傍での維持を確保する。

ステップ６０１：現在位置情報（５５２）を現在位置推定手段（５０４）から取得して、ステップ６０２に進む。

ステップ６０２：ブレーキ開始地点情報（５５４）を走行パタンデータベース（５０６）から取得して、ステップ６０３へ進む。

ステップ６０３：温度センサ（５０３）からから車内温度情報（５５１）を取得して、ステップ６０４へ進む。

ステップ６０４：現在位置情報（５５２）とブレーキ開始地点情報（５５４）から、実施例１と同様の処理により、空調負荷を零とすべきキロ程であるか否かを判定し、空調負荷を零とすべきキロ程であればステップ６０５に進み、空調負荷を零とすべきキロ程でなければステップ６０６へ進む。

ステップ６０５：
主幹制御器（５０７）からブレーキノッチ情報（５５５）を取得する。ステップ６０７へ進む。

ステップ６０６：
空調ＯＮ指令（５５６）を空調制御装置（５０２）へ送信する。

ステップ６０７：
ブレーキノッチ情報（５５５）がブレーキ中であることを示しているか否かを判定し、ブレーキ中である場合はステップ６０８へ進み、ブレーキ中でない場合は処理を終了する。

ステップ６０８：
空調ＯＮ指令（５５６）を空調制御装置（５０２）へ送信する。

次に実施例２における空調制御装置（５０２）内での処理フローを図７に示す。

ステップ７０１：温度センサから（５０３）から車内温度情報（５５１）を取得し、ステップ７０２へ進む。

ステップ７０２：車内温度情報（５５１）から空調負荷を決定して、ステップ７０３へ進む。なお、空調負荷の決定は、車内温度情報（５５１）以外を用いてもよく、例えば車内湿度、外気温度、乗車率などである。要するに、車内温度が目標値近傍に制御できればよく、車内温度を目標値近傍に制御するために必要な空調負荷量の決定手段は特定しない。

ステップ７０３：車両制御装置（５０１）から空調ＯＮ指令（５５６）の受信確認を行い、ステップ７０４へ進む。

ステップ７０４：空調ＯＮ指令（５５６）が空調ＯＮを指令しているか否かを判定し、空調ＯＮを指令していればステップ７０６に進み、空調ＯＮを指令していなければステップ７０５へ進む。

ステップ７０５：空調負荷を零とする。

ステップ７０６：
ステップ７０２で決定した空調負荷に基づいて空調装置を制御し、また、ステップ７０５で決定した空調負荷を零とする指令に基づいて空調装置のＯＮ及びＯＦＦのタイミングを制御する。

以上に述べた処理により、回生効率を向上させつつ、車内温度を目標値近傍で制御することができる。

上述した実施例２では、図７のステップ７０５によって、ブレーキ開始前に空調負荷を零とする実施形態について説明したが、必ずしも空調負荷は零とする必要は無く、ブレーキ開始直前の空調負荷を駅停車時や力行時などの通常よりも低い値としても良い。

［実施例３］
図８は、本実施例のシステム構成の一例を示しており、空調制御装置（８０２）が空調負荷を連続的に調節する機能を備えておらず、車内温度の調整を前記空調のＯＮ／ＯＦＦで行っている。
鉄道車両の運行に関わる機能の管理を行う車両制御装置（８０１）は、鉄道車両の客室内に設置された温度センサ（８０３）から車内温度情報（８５１）を取得する。

次に、車両制御装置（８０１）は現在位置推定手段（８０４）から現在位置情報（８５２）を取得する。なお、温度センサ（８０３）、現在位置推定手段（８０４）は、実施例１の温度センサ（１０３）、現在位置推定手段（１０４）と同様のものを使用する。

次に、車両制御装置（８０１）は、鉄道車両のブレーキ開始地点を記憶している走行パタンデータベース（８０６）からブレーキ開始地点情報（８５４）を取得し、その後、主幹制御器（８０７）からブレーキの状態を示すブレーキノッチ情報（８５５）を取得する。
なお、ブレーキ開始地点情報（８５４）は、実施例１のブレーキ開始地点情報（１５４）と同様の手段により取得すればよく、ブレーキの状態を示す情報としてブレーキノッチ情報意外に例えばブレーキ力指令値を使用してもよい。

車両制御装置（８０１）は、車内温度情報（８５１）と現在位置情報（８５２）とブレーキ開始地点情報（８５４）とブレーキノッチ情報（８５５）から、空調ＯＮ指令（８５６）及び空調ＯＦＦ指令（８５７）を決定し、空調ＯＮ指令（８５６）及び空調ＯＦＦ指令（８５７）を空調制御装置（８０２）へ送信する。

空調制御装置（８０２）は温度センサ（８０３）からの車内温度情報（８５１）をもとに車内温度が目標値となるように空調のＯＮ／ＯＦＦを決定する。ただし、車両制御装置（５０１）から空調ＯＮ指令（８５６）及び空調ＯＦＦ指令（８５７）を受信した場合は、車両制御装置（５０１）からの空調ＯＮ指令（８５６）及び空調ＯＦＦ指令（８５７）をもとに制御する。

実施例３における車両制御装置（８０１）内での処理フローを図９に示す。図９のステップ９０１〜ステップ９０７により回生効率の向上を確保する。

ステップ９０１：現在位置情報（８５２）を現在位置推定手段（８０４）から取得し、ステップ９０２に進む。

ステップ９０２：ブレーキ開始地点情報（８５４）を走行パタンデータベース（８０６）から取得し、ステップ９０３へ進む。

ステップ９０３：現在位置情報（８５２）とブレーキ開始地点情報（８５４）から、実施例１と同様の処理により、空調負荷を零とすべきキロ程であるか否かを判定する。
空調負荷を零とすべきキロ程であればステップ９０４に進み、空調負荷を零とすべきキロ程でなければ処理を終了する。

ステップ９０４：主幹制御器（８０７）から前記ブレーキノッチ情報（８５５）を取得し、ステップ９０５へ進む。

ステップ９０５：ブレーキノッチ情報（８５５）がブレーキ中であることを示しているか否かを判定し、ブレーキ中である場合はステップ９０６へ進み、ブレーキ中でない場合はステップ９０７へ進む。

ステップ９０６：空調ＯＮ指令（８５６）を空調制御装置（８０２）へ送信する。

ステップ９０７：空調ＯＦＦ指令（８５６）を空調制御装置（８０２）へ送信する。

以上に述べた処理により回生効率を向上させつつ、車内温度を目標値近傍で制御することができる。

［実施例４］
図１０は、実施例４のシステム構成の一例を示し、空調制御装置（１００２）が空調負荷を連続的に調節可能であり、車内温度の監視や空調負荷決定を空調制御装置（１００２）が保持している。

この実施例では、第１許容温度偏差（１０５６）に加えて、この第１許容温度偏差（１０５６）よりも小さい第２許容温度偏差（１０５７）を設定する。
鉄道車両の運行に関わる機能の管理を行う車両制御装置（１００１）は、鉄道車両の客室内に設置された温度センサ（１００３）から車内温度情報（１０５１）を取得し、次に、車両制御装置（１００１）は現在位置推定手段（１００４）から現在位置情報（１０５２）を取得する。

なお、温度センサ（１００３）、現在位置推定手段（１００４）は、実施例１の温度センサ（１０３）、現在位置推定手段（１０４）と同様のものを使用する。

次に、前記車両制御装置（１００１）は、鉄道車両のブレーキ開始地点を記憶している走行パタンデータベース（１００６）からブレーキ開始地点情報（１０５４）を取得し、その後、主幹制御器（１００７）からブレーキの状態を示すブレーキノッチ情報（１０５５）を取得する
なお、ブレーキ開始地点情報（１０５４）は、実施例１のブレーキ開始地点情報（１５４）と同様の手段により取得すればよく、ブレーキの状態を示す情報としてブレーキノッチ情報（１０５５）以外に、例えばブレーキ力指令値を使用してもよい。

車両制御装置（１００１）は、車内温度情報（１０５１）と現在位置情報（１０５２）とブレーキ開始地点情報（１０５４）とブレーキノッチ情報（１０５５）から許容温度偏差を決定し、第１許容温度偏差（１０５６）または第２許容温度偏差（１０５７）を空調制御装置（１００２）へ送信する。

空調制御装置（１００２）は温度センサ（１００３）からの車内温度情報（１０５１）と車両制御装置（１００１）からの第１許容温度偏差（１０５６）または第２許容温度偏差（１０５７）をもとに空調を制御する。

実施例４における車両制御装置（１００１）内での処理フローを図１１示す。図１１のステップ１１０１〜ステップ１１０７により回生効率の向上と車内温度の目標値近傍での維持を確保する。

ステップ１１０１：現在位置情報（１０５２）を現在位置推定手段（１００４）から取得し、ステップ１１０２に進む。

ステップ１１０２：ブレーキ開始地点情報（１０５４）を走行パタンデータベース（１００６）から取得し、ステップ１１０３へ進む。

ステップ１１０３：温度センサ（１００３）から車内温度情報（１０５１）を取得し、ステップ１１０３へ進む。

ステップ１１０４：主幹制御器（１００７）からブレーキノッチ情報（１０５５）を取得し、ステップ１１０５へ進む。

ステップ１１０５：現在位置情報（１０５２）とブレーキ開始地点情報（１０５４）とブレーキノッチ情報（１０５５）から、実施例１と同様の処理により、空調負荷を零とすべきキロ程であるか否か、あるいはブレーキ中であるか否かを判定する。
空調負荷を零とすべきキロ程またはブレーキ中であれば、ステップ１１０６に進み、それ以外であればステップ１１０７へ進む。

ステップ１１０６：第１許容温度偏差（１０５６）を空調制御装置（１００２）へ送信する。

ステップ１１０７：第２許容温度偏差（１０５７）を空調制御装置（１００２）へ送信する。

次に実施例４における空調制御装置（１００２）内での処理フローを図１２に示す。
ステップ１２０１：温度センサから（１００３）から車内温度情報（１０５１）を取得し、ステップ１２０２へ進む。

ステップ１２０２：車両制御装置（１００１）から第１許容温度偏差（１０５６）を受信し、ステップ１２０３へ進む。

ステップ１２０３：車両制御装置（１００１）から第２許容温度偏差（１０５７）を受信し、ステップ１２０４へ進む。

ステップ１２０４：車内温度情報（１０５１）から車内温度を目標値近傍に制御するために必要な空調負荷を決定し、ステップ１２０５へ進む。なお空調負荷の決定は、車内温度情報（１０５１）以外を用いてもよく、例えば車内湿度、外気温度、乗車率などである。要するに車内温度が目標値近傍に制御できればよく、車内温度を目標値近傍に制御するために必要な空調負荷量の決定手段は特定しない。
また車内温度の目標値は日付及び季節などに応じてあらかじめ規定された値を使用してもよいし、乗務員または、地上と鉄道車両間の通信を用いて地上にいる係員が決定した値としてもよい。

ステップ１２０５：車両制御装置（１００１）から第１許容温度偏差（１０５６）及び第２許容温度偏差（１０５７）のいずれを受信しているかを判定する。第１許容温度偏差（１０５６）を受信している場合はステップ１２０７へ進み、第１許容温度偏差（１０５６）を受信していない場合はステップ１２０６へ進む。

ステップ１２０６：空調装置をステップ１２０４で決定した空調負荷をもとに制御する。

ステップ１２０７：空調負荷を零とする。

ステップ１２０８：空調装置をステップ１２０７で決定した空調負荷をもとに制御する。

ステップ１２０９：車内温度情報（１０５１）と車内温度の目標値との偏差が第１許容温度偏差（１０５６）より大きいかを判定し、大きければステップ１２１０へ進み、小さければステップ１２０７へ進む。

ステップ１２１０：ステップ１２０４と同様の処理を行いで空調負荷を決定する。

ステップ１２１１：空調装置をステップ１２１０で決定した空調負荷をもとに制御する。

この実施例における車内温度の挙動及び空調負荷について図１３を用いて説明する。
いま、車内温度の目標値が外気温度よりも高い場合、すなわち暖房制御時について説明する。
一般に車内温度を目標値に正確に追従させることは難しく、目標値に対して、一定の偏差を許容している。目標値に対し、許容する第１許容温度偏差（１０５６）を足した値を第１許容最高温度（１３０１）、目標値に対して、許容する第１許容温度偏差（１０５６）を引いた値を第１許容最低温度（１３０２）とそれぞれ定義する。
また、この実施例では第１許容最高温度（１３０１）、第１許容最低温度（１３０２）に加えて、目標値に対し、第１許容温度偏差（１０５６）より小さい第２許容温度偏差（１０５７）を足した値を第２許容最高温度（１３０３）、引いた値を第２許容最低温度（１３０４）と定義し、第１許容最高温度（１３０１）と第１許容最低温度（１３０２）の偏差を第１許容温度偏差、第２許容最高温度（１３０３）、第２許容最低温度（１３０４）の偏差を第２許容温度偏差とし、第１許容温度偏差は第２許容温度偏差より大きな値としている。

空調負荷を零とすべきキロ程またはブレーキ中でない期間（１３０５）では許容される温度偏差が第２許容温度偏差であるため、車内温度（１３０８）の挙動は第２許容最高温度（１３０３）と第２許容最低温度（１３０４）の間に制御されることとなる。
そして、空調負荷を零とする期間（１３０６）、ブレーキ中（１３０７）では、許容される温度偏差が第２許容温度偏差より大きな第１許容温度偏差に変更される。

車内温度（１３０８）が第１許容最低温度（１３０２）よりも高い場合は、空調負荷（１３０９）が零となる。なお、冷房制御時に空調負荷（１３０９）を零とすべき条件は車内温度（１３０８）が第１許容最高温度（１３０１）よりも低い場合となることはいうまでもない。

実施例１と同様に、空調負荷を零とすべきキロ程になったとき、車内温度（１３０８）が第１許容最低温度（１３０２）よりも低くなった場合は、ブレーキ中（１３０７）であると考えられる。そこで、この時点で空調制御装置（１００２）は車内温度（１３０８）が目標値となるように空調負荷（１３０９）を増大させ、車内温度（１３０８）は第１許容最高温度（１３０１）まで上昇することになる。
なお、冷房制御時において空調制御装置（１００２）が空調負荷（１３０９）を増大させる条件であるブレーキ中（１３０７）であるかの否かの判定は、車内温度（１３０８）が許容最高温度（１３０１）よりも高くなった場合とすればよい。

また、ブレーキ中（１３０７）であるか否かの判定は、車内温度（１３０８）と第１許容最高温度（１３０１）または第１許容最低温度（１３０２）との関係以外を用いて実施してもよく、例えば、主幹制御器（１００７）からのブレーキノッチ情報（１０５５）、ブレーキ力指令値などがある。ブレーキノッチ情報（１０５５）は、主幹制御器（１００７）以外から取得してもよく、例えば、保安装置やＡＴＯ装置などがある。本発明では、ブレーキ状態にあることが判定できればよく、その手段は特定しない。

このように実施例４では、空調負荷を零とすべきキロ程になった時点では、車内温度（１３０８）が第２許容最高温度（１３０３）と第２許容最低温度（１３０４）の間の小さな許容温度偏差に制御されているため、空調負荷を零とすべきキロ程を正確に選定することができ、ブレーキ中に回生電力で消費される空調負荷を一層高めることができる。また、空調負荷を零とする期間（１３０６）、ブレーキ中（１３０７）では、許容される温度偏差が第２許容温度偏差より大きな第１許容温度偏差に変更されるので、空調負荷を零とする期間（１３０６）を最大限長くするとともに、ブレーキ中（１３０７）に空調装置で消費される回生電力を最大限増大させることが可能になる。

なお、この実施例では、ブレーキ開始地点情報及びブレーキノッチ情報をもとに目標値に対して許容する温度偏差を変更したが、ブレーキ開始地点情報及びブレーキノッチ情報をもとに目標値を変更しても効果は変わらない。
さらに、各実施例において、空調負荷を零とすべきキロ程及びブレーキ中の判定を車両制御装置で実施しているが、この判定を空調制御装置で実施しても効果は変わらない。
要は、空調制御に必要な機能を鉄道車両全体で実現できていればよく、空調制御に必要な機能を車両制御装置、空調制御装置または空調装置のどちらで分担してもよい。

上述した実施例４では、図１２のステップ１２０７によって、空調負荷を零とする実施形態について説明したが、必ずしも空調負荷は零とする必要は無く、ブレーキ開始直前の空調負荷を駅停車時や力行時などの通常よりも低い値としても良い。

なお、上述した各実施例では、空調負荷の制御を例に挙げて説明したが、負荷の種類は必ずしも空調に限られず、制御対象の状態量を一定範囲内に保つことが望まれる装置であれば良い。

以上の実施例では、運動エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換装置を備えた移動体として、鉄道車両に適用した場合について説明したが、本発明は、鉄道車両に限らず、例えば、空調装置を個別に搭載したエレベータ、カーナビゲーション等により予め減速区間を取得できる路線バス等の自動車等、予め減速開始位置を特定できる様々な移動体にも適用することできる。

以上に述べたとおり、本発明によれば、ブレーキ開始位置の手前の地点において、空調装置の負荷を予め零とし、ブレーキ開始位置からブレーキ終了までの期間において、エネルギー変換装置による回生される電気エネルギーを、空調装置で消費するようにしたから、車内温度を許容温度範囲に維持しつつ、回生効率を大幅に向上させることが可能であり、システムの複雑化、高コスト化を招くことなく、優れた省エネ、省保守を実現できることから、様々な移動体に広く採用されることが期待できる。

１０１車両制御装置
１０２空調装置
１０３温度センサ
１０４現在位置推定手段
１０５速度発電機（ＴＧ）
１０６走行パタンデータベース
１０７主幹制御器
１５１車内温度情報
１５２現在位置情報
１５３車両速度情報
１５４ブレーキ開始地点情報
１５５ブレーキノッチ情報
１５６空調負荷情報
５０１車両制御装置
５０２空調制御装置
５０３温度センサ
５０４現在位置推定手段
５０５速度発電機（ＴＧ）
５０６走行パタンデータベース
５０７主幹制御器
５５１車内温度情報
５５２現在位置情報
５５３車両速度情報
５５４ブレーキ開始地点情報
５５５ブレーキノッチ情報
５５６空調ＯＮ指令
８０１車両制御装置
８０２空調制御装置
８０３温度センサ
８０４現在位置推定手段
８０５速度発電機（ＴＧ）
８０６走行パタンデータベース
８０７主幹制御器
８５１車内温度情報
８５２現在位置情報
８５３車両速度情報
８５４ブレーキ開始地点情報
８５５ブレーキノッチ情報
８５６空調ＯＮ指令
８５７空調ＯＦＦ指令
１００１車両制御装置
１００２空調制御装置
１００３温度センサ
１００４現在位置推定手段
１００５速度発電機（ＴＧ）
１００６走行パタンデータベース
１００７主幹制御器
１０５１車内温度情報
１０５２現在位置情報
１０５３車両速度情報
１０５４ブレーキ開始地点情報
１０５５ブレーキノッチ情報
１０５６第１許容温度偏差
１０５７第２許容温度偏差

Claims

運動エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換装置を備えた移動体の制御装置において、
前記移動体に搭載される空調装置の負荷を調整する機器制御装置を備え、
前記機器制御装置は、
前記移動体のブレーキ動作直前の所定期間に、前記空調装置の負荷を停止させる手段と、
前記移動体のブレーキ動作中に、前記空調装置を前記所定期間よりも大きな負荷で動作させて回生電力を消費させる手段と、を備え、
前記機器制御装置は、空調負荷を零とした場合の室内温度の挙動を表すモデルを前記移動体の乗車率に応じて複数保持、又は前記モデルを前記移動体の乗車率に応じて補正することにより前記空調装置の負荷を停止させた際の前記移動体の室内温度を予測し、予測した室内温度が所定の範囲となるように前記所定期間を決定し、
前記移動体のブレーキ開始位置を把握するブレーキ開始位置把握手段を備え、
前記ブレーキ開始位置の手前の地点において、前記空調装置の負荷を予め零とし、ブレーキ開始位置からブレーキ終了までの期間において、前記エネルギー変換装置により回生される電気エネルギーを、前記空調装置で消費するようにしたことを特徴とする移動体の制御装置。
前記空調装置の負荷を予め零とする地点は、前記ブレーキ開始位置において、暖房時は室温が最低許容温度に、冷房時は室温が最高許容温度になるよう決定されることを特徴とする請求項１に記載の移動体の制御装置。
前記空調装置による室内の許容最低温度と許容最高温度の偏差である許容温度偏差として、第１許容温度偏差と、前記第１許容温度偏差よりも偏差が小さい第２許容温度偏差を設定し、前記空調装置の負荷を予め零とする地点からブレーキ終了までの期間では、前記第１許容温度偏差内に室内温度を制御し、それ以外の期間では、前記第２許容温度偏差内に室内温度を制御するようにしたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の移動体の制御装置。
運動エネルギーを電気エネルギーに変換するエネルギー変換装置と、移動体の室内温度を制御する空調装置と、当該空調装置の負荷を調整する機器制御装置と、を備えた移動体の制御方法において、
前記移動体のブレーキ開始位置を把握し、
前記移動体が前記ブレーキ開始位置の手前の所定区間に存在する所定期間に、前記空調装置の負荷を予め零とするステップと、
前記移動体のブレーキ動作中に、前記空調装置を前記所定期間よりも大きな負荷で動作させ、前記エネルギー変換装置により回生される電気エネルギーを、前記空調装置で消費するステップと、を有し、
前記移動体の前記空調装置の負荷を零とした場合の前記移動体の室内温度の挙動を、前記移動体の乗車率に応じて作成した複数のモデル、又は一のモデルを前記移動体の乗車率に応じて補正したモデルを用いて予測し、前記所定期間を、前記予測された室内温度が所定の範囲となるように決定することを特徴とする移動体の制御方法。