专利名称：列车控制系统、车上通信网络系统和列车控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及列车控制系统、车上通信网络系统以及列车控制装置。
背景技术：
本申请发明能够适用于任意的通过车辆驱动装置行驶的系统，但在此，以铁道车辆为例进行说明。
铁道车辆在行进方向上数辆到数十辆的车辆进行连接。通常，在其中的几辆车辆中设置驱动发动机的驱动装置，通过该发动机而车轮旋转，通过车轮的旋转在铁轨上前进。
例如在下雨时，由于铁轨变湿而摩擦力变小，有车轮空转、滑行的情况。由于越是行进方向前方的车辆越容易受到影响，所以在现有技术中，预先将前方的车辆的转矩设置得相对的低。
但是，即使是这样地设置，也有发生空转、滑行的情况。在此已知有以下技术在检测到空转、滑行时，通过各驱动装置独自地变更发动机的输出特性降低转矩，来防止空转、滑行，并及时地恢复为规定的转矩(例如，参照特开平5-276606号公报)。在该技术中，根据实际测量得到数据设想前方车辆的空转、滑行，将因设想的空转、滑行而降低的前方车辆的转矩分配给后方的车辆，使得作为车辆编组整体得到一定的转矩。
但是，上述现有技术能够根据实际测量得到的数据对应设想的规定的空转、滑行，但实际上，还有可能产生高于其设想状况的空转、滑行。特别地在新干线等高速铁道的情况下，因速度高而有可能产生设想外的空转、滑行，有可能得不到其结果应输出的转矩。其结果是，例如从煞车开始到停止所需要的时间和距离变长，延迟了到下一站的到达时刻。在要求高密度运行的线路区间，一部分到达时刻的延迟会对全体的行车时间表有很大影响。
发明内容
为了解决所述课题，不预先设想转矩的分配，而根据状态灵活地分配转矩。
所以，本发明的列车控制装置根据经由车上通信网络收集到的各车辆驱动装置的状态，决定各个车辆驱动装置的转矩指令值。在降低第1车辆驱动装置的转矩指令值的情况下，决定各个车辆驱动装置的转矩指令值使得将该降低的转矩量分配给与第1车辆驱动装置不同的第2车辆驱动装置，同时经由车上通信网络将决定了的转矩指令值传送到列车控制装置。
图1展示了本发明的一个实施例的转矩分配控制。
图2展示了本发明的一个实施例的列车的装置框图。
图3展示了本发明的一个实施例的列车的装置框图。
图4展示了本发明的一个实施例的列车的装置框图。
图5展示了本发明的一个实施例的控制系统的构成图。
图6展示了图5的列车控制装置内部的结构图。
图7展示了图6的存储装置内的信息。
图8展示了图6的列车性能数据库。
图9展示了图5的车辆驱动装置内部的构成图。
图10展示了图5的列车控制装置的控制流程图。
图11展示了图7的存储装置的状态信息更新的情况。
图12展示了向列车控制装置的输出转矩指令决定流程图。
图13展示了本发明的另一个实施例的控制系统的结构图。
图14展示了图13的列车控制装置内部的结构图。
图15展示了图14的存储装置内的信息。
图16展示了图13的车辆驱动装置内部的结构图。
图17展示了图13的列车控制装置的控制流程图。
图18展示了图13的实施例的对车辆驱动装置的分配比例决定流程图。
图19展示了本发明的另一个实施例的控制系统的结构图。
图20展示了图19的车辆装置的构成图的一个例子。
图21展示了图19的车辆装置的构成图的一个例子。
图22展示了图19的列车中央控制装置的控制流程图。
图23展示了本发明的一个实施例的空转、滑行检测过滤器。
图24展示了本发明的一个实施例的空转、滑行检测过滤器。
图25展示了本发明的一个实施例的空转、滑行检测过滤器。
图26展示了本发明的一个实施例的复位速度数据库。
图27展示了本发明的一个实施例的复位时间数据库。
图28展示了本发明的一个实施例的复位距离数据库。
具体实施例方式
作为通过多个驱动装置行驶的系统，在此以铁道车辆为例进行说明。
在铁道车辆中构成为数辆到十几辆的车辆连接起来，通常在其中的几辆车辆中设置变换器驱动装置，进而将1个或2个或4个发动机并联连接到变换器驱动装置上。各变换器驱动装置从先头车辆中的运转装置接受转矩指令，控制发动机使得发动机的转矩与指令值一致。
在铁道上，用铁制造的车在铁轨上加减速地运行。由于铁的摩擦系数小，所以车轮容易成为空转、滑行状态。另外，铁的摩擦力根据表面状态和加速度大小而变化很大。在降雨时，由于铁轨湿滑所以摩擦力小。因而，对于在规定的线路上行驶的铁道车辆，其先头车辆比后续车辆容易受到其影响，容易发生空转、滑行。
在铁道车辆的运行中，为了确保维护效率和加减速性能，理想的是对所有的车辆进行相同的控制。但是，如前所述，在雨天时或铁轨湿滑的状态下，越是前方的车辆越容易受到铁轨面的影响，容易发生空转、滑行。所以，在现有的铁道车辆中，越是前方的车辆越是预先将转矩设置得低。但是，由于即使这样设置也有空转、滑行的情况，所以各变换器驱动装置独自地降低转矩，防止空转、滑行，随着时间恢复为规定的转矩。另外，在检测到空转、滑行时，各变换器驱动装置通过变更发动机的输出特性，来得到的既定的转矩。
现有的铁道车辆根据实际测量得到的数据设想最差的条件，为了在该条件下也不发生空转、滑行，而降低前方车辆的中高速区域的转矩，将降低的该转矩分配给后方的车辆，作为车辆编队整体得到一定的转矩。但是，如上所述，由于现有的铁道车辆设想最差的条件，所以对后方车辆的转矩分配量大，即使预先进行这样的分配，也可能发生空转、滑行。
在发生了空转、滑行的情况下，各变换器驱动装置独自地降低转矩，防止空转、滑行，并随着时间恢复为规定的转矩，因而降低了车辆编队整体的转矩。特别地，在新干线等高速铁道的情况下，降低车辆编队整体的转矩的结果是不能确保充分的转矩，从煞车开始到停止所需要的时间和距离变长，延迟了到下一站的到达时刻，发生行车时间表的混乱。设想这种情况，可以冗余地设置通常的铁道行车时间表，但在要求高速、高密度运行的线路区域中，理想的是尽量减少该冗余，能够与晴天时一样地进行控制。
另外，在要求高度、高密度运行的线路区域中，由于时间的制约，所以难以根据天气等切换分配方法。所以，在现有技术中，不管是雨天还是晴天，列车都以同样的分配方法行驶。因此，不能实现对各车辆均等的加减速分配，越是后方的车辆越容易发生因煞车损耗、负荷增大引起的故障。
另外，在现有技术中，在发生了空转、滑行情况下，由于对每个车辆改变发动机特性进行控制，所以在各车辆的转矩输出不足的情况下，没有对其补救的方法，转矩低下。另外，为了存储发动机特性，就必须有大容量的存储装置。
为了解决上述问题，在本实施例中，并不预先设想转矩的分配，而是考虑行驶状态和外界状态地实时并且灵活地分配转矩。
具体地说，通过通信网络连接各车辆，考虑各车辆的状态地动态地变更转矩。例如，在各车辆驱动装置中设置监视装置的状态的监视装置、传送监视功能的信息的通信网络、用来向各车辆驱动装置分配转矩的列车控制装置。设置在各车辆驱动装置中的监视装置从各车辆驱动装置读取信息，利用通信网络等，传送到列车控制装置。在列车控制装置中，根据各车辆驱动装置的转矩量和从监视装置发送来的各车辆驱动装置的状态，决定该装置的转矩。另外，在各车辆驱动装置的转矩超过了容许值的情况下，降低该装置的转矩，将降低量分配给其他车辆驱动装置。调整了的各车辆驱动装置的转矩经由通信网络被传送给各车辆驱动装置，各车辆驱动装置根据来自列车控制装置的转矩指令进行控制。
以下，使用附图进行说明。
图1展示了本发明的作为一个实施例的转矩分配控制。图1(a)展示了以车辆为单位进行转矩分配，图1(b)展示了以整车为单位进行转矩分配，图1(c)展示了以车轴为单位进行转矩分配。在先头车辆成为了空转状态和滑行状态时，到用来避免空转和滑行的转矩指令值为止，降低先头车辆的转矩指令值，通过将降低了的转矩量分配给第2辆以后的车辆，来维持作为列车整体的转矩量。即，传送给规定的车辆驱动装置的转矩指令值的降低量为传送给其他车辆驱动装置的转矩指令值的增加量的和。列车控制装置根据通过车辆网络从各车辆的车辆驱动装置输入的状态信息，使用后述的方法决定应该以何种程度降低转矩指令值、将何种程度的转矩分配给第2辆以后的车辆。列车控制装置通过通信网络，输出基于该决定了的转矩分配的各车辆驱动装置的新转矩指令值。各车辆驱动装置根据该转矩指令值驱动发动机、车轴。
在此，对于对第2辆以后的车辆的转矩分配，展示了将第1辆的转矩的减少量平均分配给后面车辆的实施例，但并不必须使第2辆以后的车辆的转矩分配与后面车辆均等，也可以降低先头车辆的转矩，而维持作为车辆整体的转矩量等各种分配方法。例如，也可以减少第2辆的分配量，决定转矩分配量使得越是后面车辆分配量越大。
图2、图3和图4是本发明的一个实施例的列车的装置框图。由以下部分构成根据由速度发电机或转换器的速度推算得到的速度信息(未图示)、来自司机室2504的档位指令、来自各车辆驱动装置102的状态信息，决定对各车辆驱动装置102的转矩量的列车控制装置101；根据来自列车控制装置101的控制信息决定输出转矩量，另外输出自身的状态信息的车辆驱动装置102；以及相互通信这些控制信息的通信网络103。
即，该列车控制系统具有驱动列车的各车辆的车辆驱动装置102；传送各车辆驱动装置102的状态数据的车上的通信网络103；输入由通信网络103传送的状态数据，根据该状态数据决定向各个车辆驱动装置102发出的转矩指令值的列车控制装置101。列车控制装置在根据状态数据减小第1车辆驱动装置102(在本实施例中为先头车辆)的转矩指令值的情况下，决定各个车辆驱动装置102的转矩指令值使得将该减少的转矩量分配给与第1车辆驱动装置102不同的第2车辆驱动装置102(在本实施例中为第2辆以后的车辆驱动装置102)，同时向通信网络103输出决定了的转矩指令值。通信网络103将由列车控制装置101决定的转矩指令值传送给各个车辆驱动装置102。车辆驱动装置102根据传送来的转矩指令值驱动车辆2501。
图2是一个车辆驱动装置102控制一个车辆的所有发动机2505的实施例，图3是一个车辆驱动装置102控制一个车箱2506的发动机2505的实施例，图4是一个车辆驱动装置102(在图1中表示为“I”)控制各发动机2505的实施例。
理想的是通信网络103是100Mbps以上高速的、大容量的网络。为了适用本实施例，维持作为列车整体的转矩量，理想的是尽快将来自各车辆驱动装置102的状态信息输入到列车控制装置101，并且状态信息最好是详细的信息，使得列车控制装置101能够确实地决定转矩分配。
另外，图2的实施例与图1(a)的实施例对应，图3的实施例与图1(b)的实施例对应，图4的实施例与图1(c)的实施例对应。例如，即使是图2的实施例，如果车辆驱动装置102能够分别控制各列车或各车轴的转矩量，则也能够将图2适用于图1(b)和(c)的实施例。同样，也能够将图3适用于图1(a)和(c)，将图4适用于图1(a)和(b)。
以下，详细进行说明。
图5是本发明的一个实施例的控制系统的基本图，展示了控制系统内的控制信息的流向。即，由以下部分构成根据由速度发电机或转换器的速度推算得到的速度信息、来自司机室的档位指令、来自各车辆驱动装置102的状态信息，决定对各车辆驱动装置的转矩量的列车控制装置101；根据来自车辆控制装置101的控制信息决定输出转矩量，另外输出自身的状态信息的车辆驱动装置102；以及相互通信这些控制信息的通信网络103。另外，本实施例至少由一个列车控制装置101和2个以上的车辆驱动装置102构成。
如图6所示，列车控制装置101至少由存储装置201、分配决定装置202、输入输出装置203、列车性能数据库204构成。图7展示了存储装置201内的状态信息，图8展示了列车性能数据库204。
如图7所示，上述存储装置201内的状态信息由各车辆驱动装置的空转·滑行履历、状态(故障、正常)、各驱动装置的输出上限超过的有无、对各车辆驱动装置的转矩分配量构成。关于各车辆驱动装置的空转·滑行履历，用1表示有空转·滑行履历的情况，用0表示没有的情况。另外，关于各车辆驱动装置的状态，用1表示故障，用0表示正常。同样，关于各驱动装置的输出上限超过的有无，用1表示超过，用0表示未超过。最后，关于转矩分配量，用2进制数表示输出指令转矩量。另外，要确保认为必要的比特数。
另外，也可以是与在此表示的1和0相反的情况。另外，在此用2进制数表示状态、转矩分配量，但例如除了有无，也可以作为连续量用10进制数保存状态。
进而，代替指令分配量，也可以使用牵引力、制动力、转矩、加减速度等。
另外，对上述存储装置101内的状态信息进行初始化(复位)就是要设置为没有各车辆驱动装置的空转·滑行履历，状态为正常，没有超过各驱动装置的输出上限，并且对各车辆驱动装置的转矩分配量为0。
列车性能数据库204构成为图8所示的形式，通过速度和档位表示输出的转矩。
车辆驱动装置102如图9所示，至少由驱动装置401、状态监视装置402以及输入输出装置403构成。
车辆驱动装置102具有监视装置的状态的状态监视装置402，检测车辆驱动装置102的状态。检测出的装置状态信息通过输入输出装置403并经由通信网络等被传送到列车控制装置101。
列车控制装置101通过输入输出装置203得到每个车辆驱动装置的装置状态信息，并存储到存储装置201中。另外，由分配决定装置202参照存储装置201决定对各车辆驱动装置的输出转矩量。
图10是由列车控制装置101进行的控制流程。使用图10说明由列车控制装置101进行的对各车辆驱动装置的输出转矩量决定处理。
在步骤501，检查是否有存储装置的复位指令，在有复位指令的情况下前进到步骤502，在没有的情况下前进到步骤503。作为产生复位指令的条件，可以考虑一定时间内转矩分配量没有变化、在行驶一定距离期间转矩分配量没有变化、列车速度下降某一速度、从驾驶员发出了复位指令等。
在步骤502，对列车控制装置内部的存储装置201的状态信息进行初始化。接着前进到步骤503。
在步骤503，接收速度信息和来自驾驶室的档位指令，参照列车控制装置内部的列车性能数据库204，求出作为编组车辆所必需的转矩量T，计算出均等分配给各车辆驱动装置的转矩量S。在设编组内的所有车辆驱动装置的合计为M，发生了故障的车辆驱动装置为X的情况下，通过下式计算出来S＝T/(M-X)接着，前进到步骤504。
在步骤504，接收各车辆驱动装置的状态信息，更新上述存储装置201的各车辆驱动装置的状态信息。该更新的情况如图11所示，将在后面详细叙述。接着前进到步骤505。
在步骤505，根据存储装置201的状态信息，计算对各车辆驱动装置的合计转矩量Pn。接着前进到步骤506。
在步骤506，根据存储在上述存储装置201内的各车辆驱动装置的状态信息、在步骤505求出的对各车辆驱动装置的合计转矩量Pn、在步骤504计算出的转矩量S，决定对各车辆的转矩量。图12展示了该决定处理的处理流程，将在后面详细叙述。接着前进到步骤507。
在步骤507，更新存储装置201内的对各车辆驱动装置的转矩量S1n(n表示各车辆驱动装置的编号)。
如上所述，通过到停车为止循环进行上述处理，能够高效率地对各车辆进行转矩分配。
图11展示了在步骤404进行的存储装置201的各车辆驱动装置的状态信息的更新。如上述对步骤401的记述所示，在列车处于停车中时，是初始状态。如果列车开始行驶，则依存于天气状态和地形，各车辆驱动装置的空转·滑行履历、状态(故障、正常)、各驱动装置的输出上限超过的有无、对各车辆驱动装置的转矩分配的比例发生变化。在该变化持续一段时间后，状态变化停止。
对各车辆驱动装置的转矩分配为通过降低检测到空转·滑行的驱动装置的转矩，并将降低的转矩量分配给没有空转·滑行履历并且没有超过各车辆驱动装置的输出上限的驱动装置，来进行控制使得作为编组整体保持指定的转矩量。以下，使用图12详细进行说明。
在步骤701，参照存储装置201，用以下方法根据从各车辆驱动装置的状态得到的对各车辆驱动装置的指令转矩量Sn(n表示各车辆驱动装置的编号)、在步骤503计算出的对各车辆驱动装置的合计转矩量Pn，计算出转矩分配量Hn(n表示各车辆驱动装置的编号)。
Hn＝Sn/Pn(n表示各车辆驱动装置的编号)其中，由于在存储装置201被复位后，马上成为Pn＝0，所以此时成为Hn＝初始转矩分配量(n表示各车辆驱动装置的编号)接着，前进到步骤702。
在步骤702，根据从各车辆驱动装置的状态信息得到的空转·滑行履历、状态以及各车辆驱动装置的输出上限超过的有无，求出没有空转·滑行履历并且正常动作的、没有超过各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的合计数L、各车辆驱动装置中的正常动作并且有空转·滑行履历的车辆驱动装置的合计数Y、超过各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的合计数Z。另外，以下关系成立。
M＝L+Y+Z+X接着，前进到步骤703。
在步骤703，使各车辆驱动装置中的正常动作的、有空转·滑行履历的车辆驱动装置和超过了各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的转矩分配量Hn降低某一决定的值a。另外，用下式计算出各车辆驱动装置中的正常动作的、有空转·滑行履历的车辆驱动装置和超过了各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的转矩指令量S1n。
S1n＝(Hn-a)×S接着，前进到步骤704。
在步骤704，增加没有空转·滑行履历的、正常动作并且没有超过各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的转矩分配量，使得编组整体得到规定的转矩量。即，进行以下处理以正常动作并且没有超过各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的总数，将在步骤703中计算出的减少量进行均等分配。因而，用下式计算正常动作并且没有超过各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的转矩指令量S1n。
b＝a×(Y+Z)/LS1n＝(Hn+b)×S通过以上处理，能够求出对各驱动装置的转矩指令量S1n。将求出的对各驱动装置的转矩指令量S1n传送到各驱动装置，各驱动装置进行控制使得遵守该转矩指令量。另外，在上述实施例中使用了转矩指令量，但也可以使用牵引力、制动力指令、加减速指令、转矩指令。另外，在上述实施例中，在变更转矩指令量时将空转·滑行履历信息作为一个进行判断，但也可以作为每个控制周期的空转·滑行。在该情况下，存储装置201内部的信息就是每个控制周期的空转·滑行信息。另外，通过使用每个控制周期的空转·滑行，能够进一步减少对后面的车辆驱动装置的偏差，但由于到状态变化停止为止的时间变长，所以有可能使停止距离稍微延长。另外，在上述实施例中，在各驱动装置中检测空转·滑行的状态信息，但也可以由列车控制装置进行各驱动装置的空转·滑行检测。在该情况下，从各驱动装置的状态监视装置得到各驱动装置的速度信息。
接着，使用图13～图18说明其他实施例。
图13是本发明的一个实施例的控制系统的基本图，展示了控制系统内的控制信息的流向。即，由以下部分构成根据由速度发电机和转换器的速度推算得到的速度信息、来自驾驶室的档位指令、来自各车辆驱动装置802的状态信息，决定对各车辆驱动装置的分配比例的列车控制装置801；根据来自列车控制装置801的控制信息，决定输出转矩量，并且输出自身的状态信息的车辆驱动装置802；相互通信这些控制信息的通信网络803。
如图14所示，列车控制装置901至少由存储装置901、分配决定装置902、输入输出装置903构成。图15展示了存储装置901内的状态信息。
如图15所示，上述存储装置901内的状态信息由各车辆驱动装置的空转·滑行履历、状态(故障、正常)、各驱动装置的输出上限超过的有无、对各车辆驱动装置的转矩分配比例构成。关于各车辆驱动装置的空转·滑行履历，用1表示有空转·滑行履历的情况，用0表示没有的情况。另外，关于各车辆驱动装置的状态，用1表示故障，用0表示正常。同样，关于各驱动装置的输出上限超过的有无，用1表示超过，用0表示未超过。最后，关于转矩分配比例，在此用2进制数表示，但例如也可以用10进制数保存状态。
另外，也可以是与在此表示的1和0相反的情况。
另外，对上述存储装置901内的状态信息进行初始化(复位)就是要设置为没有各车辆驱动装置的空转·滑行履历，状态为正常，没有超过各驱动装置的输出上限的状态，并且对各车辆驱动装置的分配比例为100。
车辆驱动装置902如图16所示，至少由驱动装置1101、状态监视装置1102、输入输出装置1103以及列车性能数据库1104构成。
车辆驱动装置902具有监视装置的状态的状态监视装置1102，检测车辆驱动装置902的状态。检测出的装置状态信息通过输入输出装置1103并经由通信网络等被传送到列车控制装置801。
列车控制装置801通过输入输出装置903得到每个车辆驱动装置的装置状态信息，并存储到存储装置901中。另外，由分配决定装置902参照存储装置901决定对各车辆驱动装置的输出比例。
图17是由列车控制装置进行的控制流程。使用图17，说明由列车控制装置801进行的对各车辆驱动装置的输出转矩量决定处理。
在步骤1201，检查是否有存储装置的复位指令，在有复位指令的情况下前进到步骤1202，在没有的情况下前进到步骤1203。作为产生复位指令的条件，可以考虑一定时间内转矩分配量没有变化、在行驶一定距离期间转矩分配量没有变化、列车速度下降某一速度、从驾驶员发出了复位指令等。
在步骤1202，对列车控制装置内部的存储装置901的状态信息进行初始化。接着前进到步骤1203。
在步骤1203，接收各车辆驱动装置的状态信息，更新上述存储装置901的各车辆驱动装置的状态信息。该更新的处理是与上述图1相同的处理。接着，前进到步骤1204。
在步骤1204，根据存储在上述存储装置901内的各车辆驱动装置的状态信息，决定对各车辆驱动装置的分配比例。图18展示了该分配比例决定处理的处理流程，将在后面详细叙述。接着，前进到步骤1205。
在步骤1205，更新存储装置201内的对各车辆驱动装置的转矩分配量H1n(n表示各车辆驱动装置的编号)。
如上所述，通过到停车为止循环进行上述处理，能够高效率地对各车辆进行转矩分配。
对各车辆驱动装置的转矩分配为通过降低检测到空转·滑行的驱动装置的转矩，并将降低的转矩量分配给没有空转·滑行履历并且没有超过各车辆驱动装置的输出上限的驱动装置，来进行控制使得作为编组整体保持指定的转矩量。以下，使用图18详细进行说明。
在步骤1301，根据从各车辆驱动装置的状态信息得到的空转·滑行履历、状态以及各车辆驱动装置的输出上限超过的有无，求出没有空转·滑行履历并且正常动作的、没有超过各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的合计数L、各车辆驱动装置中的正常动作并且有空转·滑行履历的车辆驱动装置的合计数Y、超过各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的合计数Z。另外，以下关系成立。
M＝L+Y+Z+X接着，前进到步骤1302。
在步骤1302，使各车辆驱动装置中的正常动作的、有空转·滑行履历的车辆驱动装置和超过了各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的转矩分配量Hn降低某一决定的值a。另外，用下式计算出各车辆驱动装置中的正常动作的、有空转·滑行履历的车辆驱动装置和超过了各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的分配比例S1n。
H1n＝Hn-a接着，前进到步骤1303。
在步骤1303，增加没有转矩·滑行履历的、正常动作并且没有空超过各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的转矩分配量，使得编组整体得到规定的转矩量。即，进行以下处理以正常动作并且没有超过各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的总数，将在步骤1302中计算出的减少量进行均等分配。因而，用下式计算正常动作并且没有超过各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的分配比例H1n。
b＝a×(Y+Z)/LH1n＝Hn+b通过以上处理，能够求出对各驱动装置的分配比例H1n。另外，在上述实施例中，在变更分配比例时将空转·滑行履历信息作为一个进行判断，但也可以作为每个控制周期的空转·滑行。在该情况下，存储装置901内部的信息就是每个控制周期的空转·滑行信息。另外，通过使用每个控制周期的空转·滑行，能够进一步减少对后面的车辆驱动装置的偏差，但由于到状态变化停止为止的时间变长，所以有可能使停止距离稍微延长。
将通过上述处理求出的对各驱动装置的转矩分配比例H1n传送到各驱动装置，各驱动装置根据该转矩分配比例、档位指令以及速度信息决定转矩量，并进行控制使得遵守该转矩量。另外，在上述实施例中，在各驱动装置中检测空转·滑行的状态信息，但也可以由列车控制装置进行各驱动装置的空转·滑行检测。在该情况下，从各驱动装置的状态监视装置得到各驱动装置的速度信息。
接着，使用图19～图22说明本发明的其他实施例。
图19是本发明的控制系统的基本图，展示了控制系统内的控制信息的流向。即，由以下部分构成根据由速度发电机和转换器的速度推算得到的速度信息、来自驾驶室的档位指令、来自各车辆驱动装置1502的状态信息，决定对各车辆驱动装置的分配比例的列车中央控制装置1501；根据来自列车中央控制装置1501的控制信息，决定输出转矩量，并且输出自身的状态信息的车辆装置1502；相互通信这些控制信息的通信网络1503。
作为车辆装置1502的结构，如图20所示，也可以考虑以下构成根据由速度发电机或转换器的速度推算得到的速度信息、来自列车中央控制装置1501的指令值、来自各车辆驱动装置102的状态信息，决定对各车辆驱动装置的转矩量的列车控制装置101；根据来自列车控制装置101的控制信息决定输出转矩量，另外输出自身的状态信息的车辆驱动装置102；以及相互通信这些控制信息的通信网络103。在此所述的列车控制装置101、车辆驱动装置102以及通信网络103与在实施例1中所述的一样。另外，如图21所示，也可以考虑以下构成根据由速度发电机和转换器的速度推算得到的速度信息、来自列车中央控制装置1501的指令值、来自各车辆驱动装置802的状态信息，决定对各车辆驱动装置的分配比例的列车控制装置801；根据来自列车控制装置801的控制信息，决定输出转矩量，并且输出自身的状态信息的车辆驱动装置802；相互通信这些控制信息的通信网络803。在此所述的列车控制装置801、车辆驱动装置802以及通信网络803与在上述其他实施例中所述的一样。
其次，作为列车中央控制装置1501的结构，如图6所示，可以考虑以下构成由存储装置201、分配决定装置202、输入输出装置203、列车性能数据库204构成。在此所述的存储装置201、分配决定装置202、输入输出装置203以及列车性能数据库204与实施例1中所述的一样。另外，如图14所示，也可以考虑由存储装置901、分配决定装置902、输入输出装置903构成。
以下，使用图22，详细说明车辆装置1502是图20的构成，列车中央控制装置1501是图6的构成的情况下的列车中央控制装置的处理。
在步骤1601，检查是否有列车中央控制装置内的存储装置的复位指令，在有复位指令的情况下前进到步骤1602，在没有的情况下前进到步骤1603。作为产生复位指令的条件，可以考虑一定时间内转矩分配量没有变化、在行驶一定距离期间转矩分配量没有变化、列车速度下降某一速度、从驾驶员发出了复位指令等。
在步骤1602，对列车中央控制装置内部的存储装置201的状态信息进行初始化。接着前进到步骤1603。
在步骤1603，接收速度信息和来自驾驶室的档位指令，参照列车控制装置内部的列车性能数据库204，求出作为编组车辆所必需的转矩量T，计算出均等分配给各车辆驱动装置的转矩量S。在设编组内的所有车辆驱动装置的合计为M，发生了故障的车辆驱动装置为X的情况下，通过下式计算出来S＝T/(M-X)接着，前进到步骤1604。
在步骤1604，接收各车辆驱动装置的状态信息，更新上述存储装置201的各车辆驱动装置的状态信息。该更新的情况如图2所示，将在后面详细叙述。接着前进到步骤1605。
在步骤1605，根据存储装置201的状态信息，计算对各车辆驱动装置的合计转矩量Pn。接着前进到步骤1606。
在步骤1606，根据存储在上述存储装置201内的各车辆驱动装置的状态信息、在步骤1605求出的对各车辆驱动装置的合计转矩量Pn、在步骤1604计算出的转矩量S，决定对各车辆装置1502的转矩量。接着前进到步骤1607。
在步骤1607，更新存储装置201内的对各车辆装置1502的转矩量S1n(n表示各车辆驱动装置的编号)。
通过到停车为止循环进行上述处理，能够高效率地对各车辆进行转矩分配。
各车辆装置接收上述转矩量，决定对各驱动装置的转矩分配量。该分配量决定处理与在图10中所述的处理中，将来自驾驶室的档位指令转换为上述转矩量完全相同。
在上述各实施例中，在变更分配比例时将空转·滑行履历信息作为一个进行判断，但也可以作为每个控制周期的空转·滑行。在该情况下，存储装置201内部的信息就是每个控制周期的空转·滑行信息。另外，通过使用每个控制周期的空转·滑行，能够进一步减少对后面的车辆驱动装置的偏差，但由于到状态变化停止为止的时间变长，所以有可能使停止距离稍微延长。
将通过上述处理求出的对各驱动装置的转矩分配比例H1n传送到各驱动装置，各驱动装置根据该转矩分配比例、档位指令以及速度信息决定转矩量，并进行控制使得遵守该转矩量。另外，在上述实施例中，在各驱动装置中检测空转·滑行的状态信息，但也可以由列车控制装置进行各驱动装置的空转·滑行检测。在该情况下，从各驱动装置的状态监视装置得到各驱动装置的速度信息。
另外，在此所述的实施例中，设来自驾驶室的指令都是档位指令，但是转矩指令也能够通过上述系统实现。
以下说明在上述各实施例中所述的空转·滑行检测的方法。另外，在由状态监视装置进行空转·滑行检测的情况下和在由列车控制装置进行各驱动装置的空转·滑行检测的情况下，该方法都是一样的。图23～图25展示了实现上述方法的空转·滑行检测过滤器。
在图23所示的过滤器中，对由各状态监视装置或列车控制装置检测到的空转·滑行检测信息进行时间平均，如果是阈值以上的值则判断发生了空转·滑行，如果不是则作为没有发生空转·滑行进行处理。接着，在图24所示的过滤器中，根据空转·滑行检测信息和震动信息进行频率解析，判断是否是瞬间发生的空转·滑行，在是瞬间发生的空转·滑行的情况下，作为没有发生空转·滑行进行处理。接着在如图25所示的过滤器中，预先存储在铁轨的接缝处瞬间发生空转·滑行的位置信息，通过对照该位置信息和发生了空转·滑行的位置，判断是否是瞬间发生的空转·滑行，在是瞬间发生的空转·滑行的情况下，作为没有发生空转·滑行进行处理。另外，也可以用组合了图23～图25的过滤器，判断瞬间发生的空转·滑行。
接着，使用图26的复位速度数据库、图27的复位时间数据库、图28的复位距离数据库，补充说明在上述实施例中所述的对各车辆驱动装置的转矩分配量的复位方法。作为复位的条件，考虑以下情况。
①针对转矩分配结束了的速度V1，准备定义了复位速度V2的数据库，如果速度在V2以下则进行复位。另外，作为求出复位速度V2的方法，例如使用以下的求出理想粘接系数μ的公式μ＝α×13.6/(85+V) ......(式1)(α由路面的干燥状态决定。如果α＝1则是湿润，如果α＝2则是干燥状态。V是列车速度)，求出速度V1时的粘接系数μ1，根据μ1求出并确定变化了β％左右的速度V2。
作为上述例子，如果求出了在α＝1、β＝1、速度V1＝255km/h的情况下的复位速度V2，则μ1＝1×13.6/(85+255)＝0.04，即4％。求出变动了1％的速度V2。在加速的情况下，由于可以考虑速度越是上升则粘接系数越低，所以成为从4％到3％。如果使用它求出复位速度V2，则是0.03＝1×13.6/(85+V2)，V2＝368.333km/h。相反，在减速的情况下，由于可以考虑速度越是减少则粘接系数越高，所以成为从4％到5％。如果使用它求出复位速度V2，则是0.05＝1×13.6/(85+V2)，V2＝187km/h。
②针对转矩分配结束了的速度V1，准备定义了复位时间T2的数据库，如果从转矩分配结束后经过了T2则进行复位。另外，作为求出复位时间T2的方法，例如可以使用求出理想粘接系数μ的(式1)，求出速度V1时的粘接系数μ1，根据μ1求出变化了β％左右的速度V2，进而根据加减速度ω计算出T2＝|(V2-V1)/ω|。
作为上述例子，如果求出了在α＝1、β＝1、加减速度ω＝2.5km/h/s，速度V1＝255km/h的情况下的复位速度V2，则μ1＝1×13.6/(85+255)＝0.04，即4％。并求出其变化了1％的速度V2。在加速的情况下，由于可以考虑速度越是上升则粘接系数越低，所以成为从4％到3％。如果使用它求出复位速度V2，则是0.03＝1×13.6/(85+V2)，V2＝368.333km/h。由此，T2＝(368.333-255)/2.5＝45.3秒。相反，在减速的情况下，由于可以考虑速度越是减少则粘接系数越高，所以成为从4％到5％。如果使用它求出复位速度V2，则是0.05＝1×13.6/(85+V2)，V2＝187km/h。由此，T2＝|(187-255)/2.5|＝27.2秒。
③针对转矩分配结束了的速度V1，准备定义了复位距离S2的数据库，如果从转矩分配结束后行驶了S2则进行复位。另外，作为求出复位时间S2的方法，例如可以使用求出理想粘接系数μ的(式1)，求出速度V1时的粘接系数μ1，根据μ1求出变化了β％左右的速度V2，进而根据加减速度ω计算出S2＝|(V2×V2-V1×V1)/7.2×ω|。
作为上述例子，如果求出了在α＝1、β＝1、加减速度ω＝2.5km/h/s，速度V1＝255km/h的情况下的复位速度V2，则μ1＝1×13.6/(85+255)＝0.04，即4％。并求出其变化了1％的速度V2。在加速的情况下，由于可以考虑速度越是上升则粘接系数越低，所以成为从4％到3％。如果使用它求出复位速度V2，则是0.03＝1×13.6/(85+V2)，V2＝368.333km/h。由此，S2＝(368.333×368.333-255×255)/(7.5 ×2.5)＝3924.7m。相反，在减速的情况下，由于可以考虑速度越是减少则粘接系数越高，所以成为从4％到5％。如果使用它求出复位速度V2，则是0.05＝1×13.6/(85+V2)，V2＝187km/h。由此，S2＝(187×187-255×255)/(7.2×2.5)＝1669.7m。
④在变更了来自驾驶员的指令时，由于相对于路面的粘接变化了，所以进行复位。
⑤也可以组合上述①～④进行复位判断。
另外，也可以考虑用以下方法决定α的值根据天气信息数据库作为某值而决定的方法；根据车轮的空转和车轮的滑行的发生概率，学习地变更的方法等。
另外，在上述说明中，预先准备数据库，但也可以通过将上述方法安装在列车控制装置中，动态地进行计算，来进行复位处理。
发明者已经确认通过模拟实施上述处理，在雨天和晴天实现同样的加减速，与在预先进行了分配的情况下，没有空转·滑行履历的正常动作并且没有超过各车辆驱动装置的输出上限的车辆驱动装置的车辆有必要增加7％左右相对，在动态地分配的情况下，只要增加3％左右就可以，并能够减少对车辆驱动装置的偏差。
通过根据各驱动装置的空转·滑行检测和故障信息，动态地进行加减速性能的分配，能够对应于天气和状况进行灵活的控制。另外，上述空转·滑行检测通过进行时间平均、与位置信息的比较、频率分析的过滤处理，能够排除在铁轨的接缝等处产生的瞬间的空转·滑行，能够防止无用的转矩再分配。另一方面，与设想最差条件而预先进行分配相比，能够减少对后续车辆的分配量。另外，在某一条件以上未发生空转·滑行的情况下，通过复位分配量，能够减少不必要的分配。通过这些处理，能够使各车辆和列车等难以发生因磨损和负荷增大造成的故障，与干燥·湿润的状态无关地进行同样的加减速。
在预先进行转矩分配时，通过模拟和实际试验，求出靠站停车时的对各车辆驱动装置的转矩分配量，使用它进行分配，由此能够不产生空转·滑行地，与干燥·湿润的状态无关地进行同样的加减速。
权利要求
1.一种列车控制系统，其特征在于包括驱动列车的各车辆的车辆驱动装置；传送各车辆驱动装置的状态数据的车上通信网络；以及输入由上述车上通信网络传送的状态数据，根据该状态数据，决定向各个上述车辆驱动装置发出的转矩指令值的列车控制装置，其中上述列车控制装置在根据上述状态数据降低第1车辆驱动装置的转矩指令值的情况下，决定各个上述车辆驱动装置的转矩指令值，使得将该降低了的转矩量分配给与上述第1车辆驱动装置不同的第2车辆驱动装置，同时将决定了的转矩指令值输出到上述车上通信网络，上述车上通信网络将由上述列车控制装置决定的上述转矩指令值传送到各个上述车辆驱动装置，上述车辆驱动装置根据传送来的上述转矩指令值驱动车辆。
2.根据权利要求1所述的列车控制系统，其特征在于上述列车控制装置在转矩分配量维持了规定的时间的情况、该转矩分配量维持到规定的速度为止的情况、该转矩分配量维持了规定的距离的情况或变更了来自驾驶员的指令的情况下，使将降低了的转矩量分配给与上述第1车辆驱动装置不同的第2车辆驱动装置的控制恢复到该分配控制以前的状态。
3.根据权利要求1所述的列车控制系统，其特征在于上述车辆控制装置至少具有一个或一个以上的状态监视装置，通过上述车上通信网络将该状态监视装置的监视结果传送到上述列车控制装置，上述列车控制装置根据上述状态监视装置的监视结果和控制周期前的对各车辆驱动装置的转矩指令值的分配量，决定对各个上述车辆驱动装置的转矩指令值的分配量。
4.根据权利要求3所述的列车控制系统，其特征在于上述列车控制装置将上述状态监视装置的监视结果保存到存储装置中。
5.根据权利要求3所述的列车控制系统，其特征在于上述列车控制装置将被上述状态监视装置判断为异常的上述车辆驱动装置从上述车上通信网络电切离，同时将该车辆驱动装置输出的转矩均等地分配给正常并且没有超过输出上限的其他上述车辆驱动装置。
6.根据权利要求3所述的列车控制系统，其特征在于上述状态监视装置对车轮空转或滑行的情况进行判断。
7.根据权利要求6所述的列车控制系统，其特征在于在判断了车轮的空转或滑行的情况下，根据现在的车辆速度和加减速度推算粘接系数。
8.根据权利要求6所述的列车控制系统，其特征在于上述状态监视装置在车轮的空转或滑行的检出次数的时间平均超过了阈值的情况下，判断为车轮发生了空转或滑行。
9.根据权利要求6所述的列车控制系统，其特征在于上述状态监视装置通过对判断出车轮发生了空转或滑行时的震动信息进行频率解析，判断车轮发生空转或滑行。
10.根据权利要求6所述的列车控制系统，其特征在于上述状态监视装置对照判断出车轮发生了空转或滑行的位置、预测车轮发生空转或滑行的位置数据库，来判断车轮发生了空转或滑行。
11.根据权利要求10所述的列车控制系统，其特征在于上述位置数据库包含天气信息。
12.一种车上通信网络系统，与驱动列车的各车辆的车辆驱动装置和决定上述各车辆驱动装置的转矩指令值的列车控制装置连接，将上述车辆驱动装置的状态信息传送给上述列车控制装置，将上述列车控制装置的转矩指令值传送给上述各车辆驱动装置，其特征在于传送给第1上述车辆驱动装置的上述转矩指令值的降低量是传送给与上述第1车辆驱动装置不同的上述车辆驱动装置的上述转矩指令值的增加量的和。
13.一种列车控制装置，经由车上通信网络输入驱动列车的各车辆的车辆驱动装置的状态数据，根据输入的该状态数据，决定对各个上述车辆驱动装置发出的转矩指令值，其特征在于在根据上述状态数据，降低第1车辆驱动装置的转矩指令值的情况下，决定各个上述车辆驱动装置的转矩指令值，使得将该降低了的转矩量分配给与上述第1车辆驱动装置不同的第2车辆驱动装置，同时经由上述车上通信网络将决定了的该转矩指令值输出到上述各车辆驱动装置。
全文摘要
本发明的列车控制系统不预先设想列车的各车辆的转矩分配，而根据状态灵活地分配转矩。列车控制装置(101)根据经由车上通信网络(103)收集到的各车辆驱动装置(102)的状态，决定各个车辆驱动装置(102)的转矩指令值。在降低第1车辆驱动装置(102)的转矩指令值的情况下，决定各个车辆驱动装置(102)的转矩指令值，使得将该降低了的转矩量分配给与第1车辆驱动装置(102)不同的第2车辆驱动装置(102)，同时经由车上通信网络(103)将决定了的转矩指令值输出到车辆驱动装置(102)。
文档编号B60L15/38GK1535862SQ200410032850
公开日2004年10月13日 申请日期2004年4月9日 优先权日2003年4月10日
发明者宫内努, 长洲正浩, 北林英朗, 石田启二, 佐藤裕, 高桥广考, 二, 朗, 浩, 考 申请人:株式会社日立制作所