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JP5785897B2 - 編成車両の駆動システム，及び制御方法 - Google Patents

編成車両の駆動システム，及び制御方法 Download PDF

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Description

本発明は，ディーゼルエンジン等のエンジンを搭載した鉄道車両を少なくとも２車両以上連結した編成車両の制御方法に関する。
特許文献１には，ディーゼルエンジン等のエンジンと蓄電池を搭載したディーゼルハイブリッド鉄道車両において，（１）駅停車時は，蓄電池の充電量が所定の範囲であることを条件に，エンジンを停止し，蓄電池から空調，照明等の補助機器に電力を供給し，（２）駅発車時は，エンジンを起動して車両速度が任意の速度（以下，仮にＡkm／ｈとする）に到達するまではエンジンからインバータ装置および補助機器に電力を供給し，（３）その後，惰行運転時は，蓄電池の充電量が所定の範囲であることを条件に，エンジンを停止し，蓄電池から空調，証明等の補助機器に電力を供給し，（４）制動運転時は，蓄電池の充電量が所定の範囲であることを条件に，エンジンを停止したままで，蓄電池から補助機器へ電力を供給することが記載されている。
また，特許文献２には，蓄電池の温度などの状態に応じて決定される放電電流の許容値を超えないように，複数のエンジンの起動／停止や運転状態を個別に制御して蓄電池の劣化を防止することが記載されている。
特開２００８−５４４０８号公報 特開２００７−２８８７４号公報
しかし，上記特許文献１においては，駅停車時にはエンジンを停止して蓄電池から補助機器に電力を供給するため，編成車両の停車時には駅構内におけるエンジン騒音を低減することができるが，編成車両の駅発車時には，エンジンを起動させる制御をおこなうため，駅構内において騒音が発生するという課題があった。
また，上記特許文献２においては，蓄電池の温度などの状態に応じて複数のエンジンの起動／停止や運転状態を個別に制御しているが，駅構内における騒音は一切考慮されていない。そのため，エンジンを起動した時点で，編成車両車の前方の車両は駅ホームを抜けているが，編成車両の後方の車両は駅ホームを抜けていない場合が考えられる。この場合，駅ホームを抜けていない車両に搭載されたエンジンが起動されて，駅構内において騒音が発生するという課題があった。
本発明の目的は，編成車両が駅を発車または駅へ停車する際に発生するエンジンからの騒音を調節して駅ホームにおける騒音の低減を図ることである。
複数の車両にそれぞれ搭載されるエンジンと，エンジンにより駆動される発電機と，発電機から出力される交流電力を直流に変換するコンバータ装置と，コンバータ装置から出力される直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置と，コンバータ装置の出力と並列に接続され空調装置を含む補助機器に直流電力を供給する補助電源装置と，インバータ装置により駆動される少なくとも１台以上の交流電動機を備え，エンジンを搭載した複数の車両が連結される編成車両の駆動システムにおいて，複数の車両にそれぞれ搭載されるエンジンの起動／停止または回転数または出力を個別に制御し，複数の車両にそれぞれ搭載される各エンジンの起動／停止または回転数または出力を特定の順番で変更する。
また，さらに各車両に搭載されたエンジンを個別制御できるよう各エンジンの制御装置を統括制御する統括制御装置を備え，車両の走行速度或いは走行位置或いは走行時間に基づいて，統括制御装置が各車両のエンジンの起動・停止を決定し，各車両のエンジンの起動・停止を個別に制御することで，駅発車時は駅ホームを離れた順に編成前位の車両のエンジンから順次起動させ，また駅到着時には駅ホームに近づいた順に編成前位の車両のエンジンから順次停止する。
また，さらに統括制御装置が編成として必要な出力（以下，必要駆動出力）を算出すると共に，必要駆動出力を各エンジンが分担して負担する際に，エンジン効率が最大となるようにエンジンの回転数（出力）を個別に制御する。
本発明の実施態様によれば，編成車両が駅を発車または駅へ停車する際に発生するエンジンからの騒音を調節することにより，駅ホームにおける騒音の低減が図れる。
本発明の鉄道車両の基本構成を示す図である。 本発明の実施例１における駅発車時のエンジンの個別制御方法を示す図である。 本発明の実施例１における駅到着時のエンジンの個別制御方法を示す図である。 エンジンの出力と回転数の関係を示す図である。 本発明の実施例３における駅発車時のエンジンの個別制御方法を示す図である。 本発明の実施例３における駅到着時のエンジンの個別制御方法を示す図である。 本発明の実施例５における車両加速時のエンジンの個別制御方法を示す図である。 本発明の鉄道車両の他の構成を示す図である。
以下に，本発明の実施の形態について，図面を参照して説明する。
本実施例は，エンジンを搭載した車両を複数備え，かつ蓄電池を備えた編成列車において，駅ホームでの騒音を低減するための一実施形態である。
図１は本発明の対象となる鉄道車両の第１の基本構成を示す図である。図１では，編成車両のうち，先頭車両１ａと２つの中間車両１ｂ，１ｚのみを示している。本発明においては中間車両の両数は２両以上であれば何両であっても良いが，３両を例に挙げて説明する。
また，図２および図３は本発明の鉄道車両の制御方法における第１の実施形態を示す図である。
本発明の対象となる鉄道車両は，図１に示すように，車両１ａ〜１ｚの各車両に，エンジン２ａ〜２ｚと，エンジン２ａ〜２ｚによって駆動される発電機３ａ〜３ｚと，発電機３ａ〜３ｚから出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置４ａ〜４ｚと，コンバータ装置４ａ〜４ｚから出力される直流電力を可変電圧・可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置５ａ〜５ｚと，コンバータ装置４ａ〜４ｚの出力と並列に接続されインバータ装置５ａ〜５ｚに対して直流電力を供給する蓄電装置６ａ〜６ｚと，コンバータ装置４ａ〜４ｚの出力と並列に接続され空調や照明等の補助機器に直流電力を供給する補助電源装置（ＳＩＶ装置）７ａ〜７ｚと，インバータ装置５ａ〜５ｚにより駆動される少なくとも１台以上の交流電動機８ａ〜８ｚを備えた鉄道車両を複数両連結した編成車両である。本発明は，エンジンや発電機やインバータ装置や電動機を搭載しない客車を図１に示す車両１ａ〜１ｚの間に配置することも意図するものであるが，各実施例において，説明の簡略化のために客車を省略して説明する。
なお，エンジン２ａ〜２ｚ，コンバータ装置４ａ〜４ｚ，インバータ装置５ａ〜５ｚ，蓄電装置６ａ〜６ｚ，補助電源装置（ＳＩＶ装置）７ａ〜７ｚは，それぞれエンジン制御装置９ａ〜９ｚ，コンバータ制御装置１０ａ〜１０ｚ，インバータ制御装置１１ａ〜１１ｚ，蓄電制御装置１２ａ〜１２ｚ，補助電源制御装置１３ａ〜１３ｚによって制御される。ここで，数字は各車両に搭載している機器（１：車両，２：エンジン，３：発電機…）を表し，アルファベットは車両番号（ａ：１号車，ｂ：２号車，ｃ：３号車…）を表している。つまり，この数字とアルファベットの組み合わせで各機器がどの車両に搭載しているかを表現している。例えば，２ａは，「１号車に搭載してあるエンジン」を示し，３ｃは，「３号車に搭載してある発電機」を示すものとする。
本実施例では，編成車両の走行位置情報により，各車両１ａ〜１ｚに搭載された複数のエンジン２ａ〜２ｚの起動・停止を個別に制御する。
具体的には，各エンジン２ａ〜２ｚのエンジン制御装置９ａ〜９ｚを統括制御する統括制御装置１４を運転台のある先頭車両１ａに備え，統括制御装置１４とエンジン制御装置９ａ〜９ｚとの間を通信線１５で結合して，統括制御装置１４からのエンジン制御指令により各エンジン２ａ〜２ｚの起動・停止を個別に制御できるようにする。ここで，統括制御装置１４は，予め把握している各車両の長さ情報（または各車両に搭載されたエンジン間の設置間隔の距離情報）を考慮して，編成車両の走行位置情報を取得した場合に，どの車両（エンジン）が駅ホームを進出したかを判断できるようになっており，駅ホームを進出した車両に搭載されたエンジンへ起動を行うエンジン制御指定を出力する。
なお，統括制御装置１４は，運転台のある先頭車両１ａに搭載される必要はなく，いずれかの車両に搭載されていれば良い。さらに，統括制御装置１４が外部から編成車両の走行位置情報を取得し，取得した編成車両の走行位置情報に基づいて，エンジン制御指令（エンジン２ａ〜２ｚの起動・停止）を生成することで，走行位置に基づいて各車両１ａ〜１ｚのエンジン２ａ〜２ｚの起動・停止を個別に制御する。
ここで，統括制御装置１４が，編成車両の走行位置情報に基づいて各車両１ａ〜１ｚに搭載されたエンジン２ａ〜２ｚのエンジン制御指令を生成する例を説明したが，編成車両の走行速度情報や編成車両の走行時間情報に基づいて各エンジンへのエンジン制御指令を生成することも可能である。駅から発車する場合や駅へ停車する場合には，駅停車位置に近い場所では走行速度が遅く，駅停車位置から離れるほど走行速度が高くなるため，走行速度情報に基づき駅ホームを進出した車両を統括制御装置１４が特定することができる。また，列車の運行は，毎回ほぼ同じ加速パターンで行われるため，発車時刻からの経過時間である走行時間情報によっても駅ホームを進出した車両を統括制御装置１４が特定することができる。
駅発車時のエンジンの個別制御の手法を図２に示す。駅出発時は，まず先頭車両１ａが駅ホームの端（位置Ａ）を通過するが，先頭車両１ａが駅ホームの端（位置Ａ）を通過するまで（時刻ｔ1）は，全てのエンジン２ａ〜２ｚは停止し，蓄電装置６ａ〜６ｚからインバータ装置５ａ〜５ｚおよび補助電源装置７ａ〜７ｚに電力を供給する。時刻ｔ2で，先頭車両１ａが駅ホームの端（位置Ａ）を通過した時点で統括制御装置１４が先頭車両１ａのエンジン２ａに起動指令を出し，エンジン２ａを起動する。さらに，時刻ｔ3で，２両目の車両１ｂが駅ホームの端（位置Ａ）を通過した時点で統括制御装置１４が２両目の車両１ｂのエンジン２ｂに起動指令を出し，エンジン２ｂを起動する。以降，同様に，編成内の各車両１ｃ〜１ｚが駅ホームの端（位置Ａ）通過する毎に，各車両１ｃ〜１ｚに搭載されたエンジン２ｃ〜２ｚを順次起動していく。
以上により，駅発車時は図２に示すように車両が駅ホームを離れた（位置Ａを通過した）順に編成前位の車両のエンジンから順次起動させる。
駅ホームでの騒音を低減しようとする場合，駅発車時にエンジンを起動させず，蓄電池からの電力のみで車両を加速させ，速度がＡkm／ｈに到達した時点で，編成車両が完全に駅から所定距離以上離れたと判断して，エンジンを起動させることが考えられる。しかし，この方法では，エンジンが搭載される車両が駅のホームを完全に進出するまで，蓄電池のみで編成車両の駆動に必要な電力を供給する必要があるため，容量の大きな蓄電池が必要となるという課題や必要な駆動力が得られず列車の加速性能が低下するという課題があった。例えば，先頭車両にだけエンジンが搭載されている場合，前進を行う際には，エンジンを搭載した先頭車両が直ぐに駅のホームを進出できるが，後進を行う際には，エンジンを搭載した車両が駅のホームを進出するのに長い時間が掛かるため，上記した蓄電池の大容量化や加速性能低下という問題が発生する。
また，特許文献２のようにエンジンを搭載した車両を複数有する編成車両においても，速度がＡkm／ｈに到達した時点で複数車両のエンジンを一斉に起動する場合には，エンジンを起動した時点で，編成車両の前方の車両は駅ホームを抜けているが，編成車両の後方の車両は駅ホームを抜けていない場合が考えられる。この場合，列車内のエンジンを搭載した車両が完全に駅ホームを進出するまでに時間が掛かり，この場合にも同様に，上記した蓄電池の大容量化や加速性能低下という問題が発生する。
しかし，図２に示した方法によると，駅ホームを離れた車両に搭載されたエンジンから順に起動させるため，駅ホームにおける騒音を低減しつつ，複数のエンジンの起動を短い時間で行うことができるため，上記した蓄電池の大容量化や加速性能低下という課題を解決することができる。
また，エンジンを搭載した車両を複数連結した編成車両において，複数のエンジンをすべて起動すると，車両速度が低い等，編成として必要な駆動出力（以下，必要駆動出力）が小さい場合には，エンジン１台あたりの出力負担が小さく，エンジンの効率が低下するという課題がある。しかし，図２に示した方法によると，駅ホームを離れた車両に搭載されたエンジンから順に起動させるため，車両速度が低く編成として必要な駆動出力が小さい場合には，起動しているエンジン数が少なく，車両速度が高くなり編成として必要な駆動出力が大きくなるにつれて，起動しているエンジンの数が多くなるため，エンジン１台あたりの効率低下を避けることが可能となる。
次に，駅到着時のエンジンの個別制御の手法を図３に示す。駅到着時は，まず先頭車両１ａが駅ホームの端（位置Ｂ）を通過するが，時刻ｔ6で，先頭車両１ａが駅ホームの端（位置Ｂ）を通過した時点で統括制御装置１４が先頭車両１ａに搭載されたエンジン２ａに停止指令を出し，エンジン２ａを停止する。このとき，先頭車両１ａにおいてはエンジン２ａが停止するため，蓄電装置６ａ〜６ｚからインバータ装置５ａ〜５ｚおよび補助電源装置７ａ〜７ｚに電力を供給する。さらに，時刻ｔ7で，２両目の車両１ｂが駅ホームの端（位置Ｂ）を通過した時点で統括制御装置１４が２両目の車両１ｂに搭載されたエンジン２ｂに停止指令を出し，エンジン２ｂを停止する。以降，同様に，編成内の各車両１ｃ〜１ｚが駅ホームの端（位置Ｂ）を通過する毎に，各車両１ｃ〜１ｚに搭載されたエンジン２ｃ〜２ｚを順次停止していく。
以上により，駅到着時には図３に示すように駅ホームに近づいた（位置Ｂを通過した）順に編成前位の車両のエンジンから順次停止する。
ここで，車両の位置検出の方法としてはトランスポンダ（無線機）や光センサ・赤外線センサ等の位置検出装置を用いる方法が考えられる。位置検出装置は，地上側と車上側にそれぞれ設置され，これらにて任意の位置を車両が通過したこと検知する。統括制御装置１４は，車上側に設置した位置検出装置から当該車両が任意の位置を車両が通過したという信号を受け取り，この位置情報により，各車両１ａ〜１ｚに搭載されたエンジン２ａ〜２ｚの起動・停止を個別制御する。ここで，車上側に設置する位置検出装置は，各車両１ａ〜１ｚに搭載しても良いし，先頭車両１ａのみに設置し，２両目以降の車両１ｂ〜１ｚの位置通過は，１両目の車両１ａの通過および予め統括制御装置１４に格納した各車両１ａ〜１ｚの長さ等を基に予測しても良い。
別の位置検出の方法として，ＧＰＳ（Global Positioning System）の利用も考えられる。統括制御装置１４は，ＧＰＳから任意の位置を車両が通過したこという信号を受け取り，予め統括制御装置１４に格納した各車両１ａ〜１ｚの長さを基に各車両１ａ〜１ｚの位置通過を予測し，この位置情報により，各車両１ａ〜１ｚに搭載されたエンジン２ａ〜２ｚの起動・停止を個別制御する。
本実施例では，図２に示すような駅発車時と図３に示すような駅到着時の制御動作について説明しているが，必ずしも両方の制御機能を有している必要は無く，少なくともいずれか一方の制御機能を有していれば良い。
本実施例では，編成列車に搭載されたエンジンのうち，進行方向前方の車両に搭載されたエンジンから順に起動または停止させる制御について説明したが，進行方向前方の車両に搭載されたエンジンから順に起動または停止させる制御は必ずしも必須の構成ではない。本発明の目的である，駅ホームにおけるエンジンの騒音を低減することを実現するためには，駅ホームに位置しないエンジン（駅ホームを進出した車両または駅ホームに進入する前の車両に搭載されたエンジン）を優先して起動させて，駅ホームに在線する車両に搭載されたエンジンをできるだけ停止させれば良い。そのため，必ずしも進行方向前方から順に起動や停止を制御する必要はなく，駅発車時には，駅ホームを進出した車両のエンジンを優先して起動させ，駅侵入時は，駅ホームへ進入する車両のエンジンを優先して停止させれば良い。もしくは，複数の車両の搭載された複数のエンジンを特定の順番で起動または停止させる制御を行うことにより，本発明の目的が達成される。
なお，本実施例では，統括制御装置がエンジン２ａ〜２ｚの起動・停止を個別制御するためのエンジン制御指令を生成する例を示したが，統括制御装置は必ずしも本発明の必須の構成ではなく，各車両の搭載された各エンジン制御装置が，編成車両や当該車両の走行位置情報や走行速度情報や走行時間情報を取得して，個別にエンジンの起動・停止や回転数を制御することによっても，本発明の効果を得ることができる。
なお，本実施例では，図１〜図３に示すように，エンジンを搭載した車両が３両以上連結された編成車両を例に挙げて説明したが，エンジンを搭載した車両が２両の場合，たとえば，先頭車両と後尾車両にエンジンを搭載した実施形態にも，本発明は適用可能である。
図１の構成を例に挙げて説明したが，本実施例は，図８のような構成であっても良い。つまり，図１では各車両に補助電源装置（ＳＩＶ装置）を搭載した例を示したが，補助電源装置は図８に示すようにエンジンを搭載しない客車に搭載しても良い。この場合は，補助電源装置の搭載スペースの確保が容易となる。
また，進行方向前方のエンジンから順に起動または停止されることを上述したが，図８のようにエンジンを搭載した車両２，３と車両６，７の間に，客車を配置するような場合は，必ずしも前方から順に起動または停止させる必要はなく，車両２，３のエンジンを同時に起動し，その後，車両６，７を同時に起動するようにしても良い。
実施例１では，蓄電装置を備えたディーゼルハイブリッド鉄道車両の実施形態について説明し，駅停車時などでエンジンを起動しない場合は，蓄電池から車両の駆動力および空調装置，照明装置等の補助機器への電力供給を行う例を示したが，蓄電池を使用せずに，補助機器への電力供給や車両を初期力行するのに必要最小限のエンジンを常時起動しておく実施形態によっても本発明の目的は達成可能であるため，本実施例では，駆動用の蓄電池を搭載しない実施例について説明する。
なお，本実施例で言及しない構成や制御については，実施例１と同様であるものとする。
本実施例では，駅停車中にも少なくとも１台のエンジンを起動させておき，車両が発車し始める時の駆動力を発生するのに必要最小限の電力を発生させる。また，補助機器への電力もこのエンジンにより供給しても良いが，この車両が発車し始める時に，補助機器の使用を控えたり，制御用の電源である１１０Ｖバッテリから必要な一部の補助機器へ電力を供給したりすることにより，駅停車中に起動させるエンジンの容量を小さく抑えることが可能となり，駅ホームにおける騒音の低減を図ることができる。
本実施例においても，駅発車時や駅停車時に，駅ホームを離れた車両に搭載されたエンジンを優先して起動させ，駅ホームに在線する車両に搭載されたエンジンを停止させる制御動作については，実施例１と同様であり，また，蓄電装置及び蓄電制御装置を有さない点以外の構成については，図１と同様である。
本発明の実施態様により，駅ホームではエンジン２ａ〜２ｃを確実に停止することが可能となり，駅ホームにおけるエンジン騒音の低減が図れる。
なお，本実施例では，図１や図２に示すように，エンジンを搭載した車両が３両以上連結された編成車両を例に挙げて説明したが，エンジンを搭載した車両が２両の場合，たとえば，先頭車両と後尾車両にエンジンを搭載した実施形態にも，本発明は適用可能である。
図５および図６は本発明の鉄道車両の制御方法における第２の実施形態を示す図である。
第１の実施例と異なる点は，実施例１では各エンジン２ａ〜２ｚの起動・停止を個別制御したが，本実施例では各エンジン２ａ〜２ｚの出力（回転数）を個別に制御することである。
なお，本実施例で言及しない構成や制御については，実施例１と同様であるものとする。
図１に示すディーゼルハイブリッド鉄道車両において，各車両１ａ〜１ｚに搭載されたエンジン制御装置９ａ〜９ｚは，車両の走行位置により，各車両１ａ〜１ｚに搭載されたエンジン２ａ〜２ｚの出力（回転数）を個別制御できるようする。
具体的には，各エンジン制御装置９ａ〜９ｚを統括制御する統括制御装置１４を運転台のある先頭車両１ａに備え，統括制御装置１４とエンジン制御装置９ａ〜９ｚとの間を通信線１５で結合することで，統括制御装置１４からのエンジン制御指令により各エンジン２ａ〜２ｚの出力（回転数）を個別制御できるようにする。なお，統括制御装置１４は，運転台のある先頭車両１ａに必ずしも搭載されなくても良い。さらに，統括制御装置１４が外部から車両の走行位置情報を取得し，車両の走行位置に基づいて，エンジン制御指令（エンジン２ａ〜２ｚの出力（回転数））を生成することで，走行位置に基づいて各車両１ａ〜１ｚのエンジン２ａ〜２ｚの出力（回転数）を個別に制御する。
ここで，エンジンの出力と回転数の関係には，図４に示すように，燃料消費量低減・排ガス抑制という観点からエンジンの出力（縦軸）とエンジン回転数（横軸）の関係を定めた理想特性が存在するため，エンジンの動作点はできる限りこの理想特性上にあるのが望ましい。
駅発車時のエンジンの個別制御の手法を図５に示す。駅出発時は，まず先頭車両１ａが駅ホームの端（位置Ａ）を通過するが，先頭車両１ａが駅ホームの端（位置Ａ）を通過するまで（時刻ｔ1）は，駅ホームにおけるエンジン騒音低減という観点から，全てのエンジン２ａ〜２ｚの出力（回転数）は極力小さくし，蓄電装置６ａ〜６ｚからインバータ装置５ａ〜５ｚおよび補助電源装置７ａ〜７ｚに電力を供給する。時刻ｔ2で，先頭車両１ａが駅ホームの端（位置Ａ）を通過した時点で，先頭車両１ａのエンジン２ａの動作点を理想特性上に持っていくため，統括制御装置１４が先頭車両１ａのエンジン２ａに出力（回転数）増大指令を出し，エンジン２ａの出力（回転数）を増大させる。さらに，時刻ｔ3で，２両目の車両１ｂが駅ホームの端（位置Ａ）を通過した時点で，２両目の車両１ｂのエンジン２ｂの動作点を理想特性上に持っていくため，統括制御装置１４が２両目の車両１ｂのエンジン２ｂに出力（回転数）増大指令を出し，エンジン２ｂの出力（回転数）を増大させる。以降，同様に，編成内の各車両１ｃ〜１ｚが駅ホームの端（位置Ａ）通過する毎に，各車両１ｃ〜１ｚに搭載されたエンジン２ｃ〜２ｚの出力（回転数）を順次増大させる。
駅到着時のエンジンの個別制御の手法を図６に示す。駅到着時は，まず先頭車両１ａが駅ホームの端（位置Ｂ）を通過するが，時刻ｔ6で，先頭車両１ａが駅ホームの端（位置Ｂ）を通過した時点で統括制御装置１４が先頭車両１ａに搭載されたエンジン２ａに出力（回転数）抑制指令を出し，エンジン２ａの出力（回転数）を減少させる。このとき，先頭車両１ａにおいてはエンジン２ａの出力が減少するため，蓄電装置６ａ〜６ｚからインバータ装置５ａ〜５ｚおよび補助電源装置７ａ〜７ｚへの電力供給を増大する。さらに，時刻ｔ7で，２両目の車両１ｂが駅ホームの端（位置Ｂ）を通過した時点で統括制御装置１４が２両目の車両１ｂに搭載されたエンジン２ｂに出力（回転数）抑制指令を出し，エンジン２ｂの出力（回転数）を減少させる。以降，同様に，編成内の各車両１ｃ〜１ｚが駅ホームの端（位置Ｂ）を通過する毎に，各車両１ｃ〜１ｚに搭載されたエンジン２ｃ〜２ｚの出力（回転数）を順次減少させる。
以上により，駅発車時は図５に示すように車両が駅ホームを離れた（位置Ａを通過した）順に編成前位の車両のエンジンから出力（回転数）を順次増大させる。また，駅到着時には図６に示すように駅ホームに近づいた（位置Ｂを通過した）順に編成前位の車両のエンジンからの出力（回転数）を順次減少させる。
ここで，車両の位置検出の方法としてはトランスポンダ（無線機）や光センサ・赤外線センサ等の位置検出装置を用いる方法が考えられる。位置検出装置は，地上側と車上側にそれぞれ設置され，これらにて任意の位置を車両が通過したこと検知する。統括制御装置１４は，車上側に設置した位置検出装置から当該車両が任意の位置を車両が通過したという信号を受け取り，この位置情報により，各車両１ａ〜１ｚに搭載されたエンジン２ａ〜２ｚの起動・停止を個別制御する。ここで，車上側に設置する位置検出装置は，各車両１ａ〜１ｚに搭載しても良いし，先頭車両１ａのみに設置し，２両目以降の車両１ｂ〜１ｚの位置通過は，１両目の車両１ａの通過および予め統括制御装置１４に格納した各車両１ａ〜１ｚの長さ等を基に予測しても良い。
別の位置検出の方法として，ＧＰＳ（Global Positioning System）の利用も考えられる。統括制御装置１４は，ＧＰＳから任意の位置を車両が通過したこという信号を受け取り，予め統括制御装置１４に格納した各車両１ａ〜１ｚの長さを基に各車両１ａ〜１ｚの位置通過を予測し，この位置情報により，各車両１ａ〜１ｚに搭載されたエンジン２ａ〜２ｚの起動・停止を個別制御する。
なお，本実施例では，車両の走行位置により，各車両１ａ〜１ｚに搭載されたエンジン２ａ〜２ｚの起動・停止を個別制御する例を示したが，車両の走行位置ではなく，車両の走行速度や車両の走行時間でも良い。
なお，本実施例では，蓄電装置を有したディーゼルハイブリッド鉄道車両の例を示し，エンジンの出力（回転数）が小さい場合は，蓄電池から車両の駆動力および空調，照明等の補助機器への電力供給を行うが，エンジンは出力（回転数）が小さいながらも起動しているため，蓄電池を使用しなくても，加速性能は低下するが車両の駆動力は得られる。また，空調，照明等の補助機器に関しても使用を控えたり，必要な機器のみ１１０Ｖバッテリから供給するという対応も可能であるため，対象車両としては蓄電装置を持たないディーゼル鉄道車両でも良い。
本発明の実施態様により，駅ホームではエンジン２ａ〜２ｃの出力（回転数）を抑えることが可能となり，駅ホームにおけるエンジン騒音の低減が図れる。
実施例１及び３では，蓄電装置を備え，駅停車時に当該蓄電装置から補助電源へ電力を供給する例を説明したが，蓄電装置の導入コストや蓄電装置の充放電制御が煩雑となる課題がある。また，実施例２では，少なくとも一つのエンジンが駅停車時にも起動しており，補助電源へ電力を供給する例を説明したが，当該実施例においても，駅停車時にエンジンが起動しているため，駅構内での騒音が課題となる。
本実施例では，駅に給電設備を備え，編成車両が当該給電設備から電力供給を受けるためのパンタグラフまたは集電靴を備えることにより，編成車両に蓄電池を有さなくても，駅停車時にエンジンを停止させて騒音を低減しつつ，補助電源への電力供給を確保することを実現する。
なお，駅停車時にパンタグラフまたは集電靴により駅の給電設備から電力供給を受けて，補助電源へ電力を供給する機能以外は，実施例１及び２と同様であるものとする。
本実施例によっても，駅ホームではエンジンを停止させ，またはエンジンの出力（回転数）を抑えることが可能となり，駅ホームにおけるエンジン騒音の低減が図れる。
図７は本発明の鉄道車両の制御方法における第３の実施形態を示す図である。
第１及び第２の実施例と異なる点は，実施例１及び実施例２では，統括制御装置１４が車両の走行位置または走行速度または走行時間に基づいて，各エンジン２ａ〜２ｚを個別制御（起動・停止，出力（回転数）の増減）していたが，本実施例では統括制御装置１４が編成として必要な出力（以下，編成必要出力）に応じて，各エンジン２ａ〜２ｚを個別制御（起動・停止，出力（回転数）の増減）することである。
図１に示すディーゼルハイブリッド鉄道車両において，編成必要出力に応じて，各車両１ａ〜１ｚに搭載されたエンジン２ａ〜２ｚの出力（回転数）を個別制御できるようにする。
具体的には，各エンジン２ａ〜２ｚのエンジン制御装置９ａ〜９ｚを統括制御する統括制御装置１４を運転台のある先頭車両１ａに備え，統括制御装置１４とエンジン２ａ〜２ｚのエンジン制御装置９ａ〜９ｚとの間を通信線１５で結合することで，統括制御装置１４からのエンジン制御指令により各エンジン２ａ〜２ｚの出力（回転数）を個別制御できるようにする。なお，統括制御装置１４は，運転台のある先頭車両１ａに搭載されなくても良い。さらに，統括制御装置１４が編成必要出力に応じて，エンジン制御指令（エンジン２ａ〜２ｚの出力（回転数））を生成することで，編成必要出力に応じて各車両１ａ〜１ｚのエンジン２ａ〜２ｚの出力（回転数）を個別に制御する。ここで，鉄道車両においては，車両の速度から必要駆動出力が算出できるため，統括制御装置１４が車両の速度から必要駆動出力を常時計算する。
車両加速時のエンジンの個別制御の手法を図７に示す。
加速開始時は，速度（ｖ1）が低く必要駆動出力Ｐ1も小さいため，必要駆動出力Ｐ1をエンジン１台で負担する。速度が上がり，速度ｖ2に達し，そのときの必要駆動出力Ｐ2がエンジン１台で負担できる最大出力Ｐmaxを上回った時点で，統括制御装置１４が２台目のエンジンを起動し，２台のエンジンが必要駆動出力Ｐ2を均等に負担するように２台のエンジンの出力（回転数）を調整する。さらに速度が上がると，速度ｖ3のときの必要駆動出力Ｐ3をそのまま２台のエンジンが均等に負担する。さらに速度が上がり，速度ｖ4に達し，そのときの必要駆動出力Ｐ4をエンジン２台が各々均等に負担した出力（Ｐ4／２）が各々のエンジンで負担できる最大出力Ｐmaxを上回った時点で，統括制御装置１４が３台目のエンジンを起動し，３台のエンジンが必要駆動出力Ｐ4を均等に負担するように３台のエンジンの出力（回転数）を調整する。
以降，同様に，速度が上がり，必要駆動出力が増大すると，必要駆動出力Ｐnをエンジンｎ台（エンジン２ａ，２ｂ・・・２ｎ）が各々均等に負担した出力（Ｐn／ｎ）が各々のエンジン（エンジン２ａ，２ｂ・・・２ｎ）で負担できる最大出力Ｐmaxを上回った時点で，統括制御装置１４がｎ＋１台目のエンジンを起動し，ｎ＋１台のエンジン２ａ，２ｂ，２ｃ・・・２ｎ＋１が必要駆動出力Ｐnを均等に負担するようにエンジン２ａ，２ｂ，２ｃ・・・２ｎ＋１の出力（回転数）を調整する。
本実施例では，車両の速度から必要駆動出力を算出し，そのときの編成必要出力に応じて，各エンジン２ａ〜２ｚを個別制御（起動・停止，出力（回転数）の増減）したが，鉄道車両ではトルクが一定であるため，加速度も一定となり，時間が分かれば速度も分かる。同様に，位置がわかれば速度もわかる。以上のことから，必要駆動出力は車両の走行速度だけでなく，車両の走行位置や車両の走行時間からも算出することが可能である。
なお，本実施例では，蓄電装置を有したディーゼルハイブリッド鉄道車両の例を示し，エンジンの出力（回転数）が小さい場合は，蓄電池から車両の駆動力および空調，照明等の補助機器への電力供給を行うが，エンジンは出力（回転数）が小さいながらも起動しているため，蓄電池を使用しなくても，加速性能は低下するが車両の駆動力は得られる。また，空調，照明等の補助機器に関しても使用を控えたり，必要な機器のみ１１０Ｖバッテリから供給するという対応も可能であるため，対象車両としては蓄電装置を持たないディーゼル鉄道車両でも良い。
ここで，エンジンは，図４に示すように，回転数が高い，定格出力付近で動作させたときに最もエンジン効率が良くなることが知られている。
本発明の実施形態により，編成必要出力に応じて，各車両１ａ〜１ｚに搭載されたエンジン２ａ〜２ｚの出力（回転数）を個別制御することで，各エンジン２ａ〜２ｚの動作点を定格出力付近で推移させることが可能となり，エンジン効率の向上が図れ，エンジン燃料消費量の低減が期待できる。
なお，図７では，先頭車両から順にエンジンを起動している例を示しているが，エンジンの起動順序は限定されず，どのような順序で起動しても良い。図７で示したように，先頭車両から順にエンジンを起動する場合は，エンジン効率の向上という効果に加えて，駅ホームにおけるエンジン騒音の低減という効果も期待できる。
１ａ〜１ｃ 車両
２ａ〜２ｃ エンジン
３ａ〜３ｃ 発電機
４ａ〜４ｃ コンバータ装置
５ａ〜５ｃ インバータ装置
６ａ〜６ｃ 蓄電装置
７ａ〜７ｃ 補助電源装置
８ａ〜８ｃ 電動機
９ａ〜９ｃ エンジン制御装置
１０ａ〜１０ｃ コンバータ制御装置
１１ａ〜１１ｃ インバータ制御装置
１２ａ〜１２ｃ 蓄電制御装置
１３ａ〜１３ｃ 補助電源制御装置
１４ 統括制御装置
１５ 通信線

Claims (19)

  1. 複数の車両にそれぞれ搭載されるエンジンと，前記エンジンにより駆動される発電機と，前記発電機から出力される交流電力を直流に変換するコンバータ装置と，前記コンバータ装置から出力される直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置と，前記コンバータ装置の出力と並列に接続され空調装置を含む補助機器に直流電力を供給する補助電源装置と，前記インバータ装置により駆動される少なくとも１台以上の交流電動機を備え、前記エンジンを搭載した複数の車両が連結される編成車両の駆動システムにおいて，
    前記複数の車両にそれぞれ搭載されるエンジンの起動／停止または回転数または出力を個別に制御し，
    前記編成車両が駅を発車する際に，駅ホームを進出した車両に搭載されたエンジンから優先して起動または回転数の増加または出力の増加を行うことを特徴とする駆動システム。
  2. 請求項１に記載の駆動システムにおいて，
    前記編成車両が駅へ進入する際に，駅ホームへ進入する車両に搭載されたエンジンから優先して停止または回転数の減少または出力の減少を行うことを特徴とする駆動システム。
  3. 複数の車両にそれぞれ搭載されるエンジンと，前記エンジンにより駆動される発電機と，前記発電機から出力される交流電力を直流に変換するコンバータ装置と，前記コンバータ装置から出力される直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置と，前記コンバータ装置の出力と並列に接続され空調装置を含む補助機器に直流電力を供給する補助電源装置と，前記インバータ装置により駆動される少なくとも１台以上の交流電動機を備え、前記エンジンを搭載した複数の車両が連結される編成車両の駆動システムにおいて，
    前記複数の車両にそれぞれ搭載されるエンジンの起動／停止または回転数または出力を個別に制御し，
    前記編成車両が駅へ進入する際に，駅ホームへ進入する車両に搭載されたエンジンから優先して停止または回転数の減少または出力の減少を行うことを特徴とする駆動システム。
  4. 複数の車両にそれぞれ搭載されるエンジンと，前記エンジンにより駆動される発電機と，前記発電機から出力される交流電力を直流に変換するコンバータ装置と，前記コンバータ装置から出力される直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置と，前記コンバータ装置の出力と並列に接続され空調装置を含む補助機器に直流電力を供給する補助電源装置と，前記インバータ装置により駆動される少なくとも１台以上の交流電動機を備え、前記エンジンを搭載した複数の車両が連結される編成車両の駆動システムにおいて，
    前記複数の車両にそれぞれ搭載されるエンジンの起動／停止または回転数または出力を個別に制御し，
    前記複数の車両にそれぞれ搭載される各エンジンの起動／停止または回転数または出力は，編成車両の進行方向前方に搭載されたエンジンから順に変更することを特徴とする駆動システム。
  5. 複数の車両にそれぞれ搭載されるエンジンと，前記エンジンにより駆動される発電機と，前記発電機から出力される交流電力を直流に変換するコンバータ装置と，前記コンバータ装置から出力される直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置と，前記コンバータ装置の出力と並列に接続され空調装置を含む補助機器に直流電力を供給する補助電源装置と，前記インバータ装置により駆動される少なくとも１台以上の交流電動機を備え、前記エンジンを搭載した複数の車両が連結される編成車両の駆動システムにおいて，
    前記複数の車両にそれぞれ搭載されるエンジンの起動／停止または回転数または出力を個別に制御し，
    前記編成車両が駅を発車する際に，駅ホームを進出した車両に搭載されたエンジンから順に起動または回転数の増加または出力の増加を行うことを特徴とする駆動システム。
  6. 請求項５に記載の駆動システムにおいて，
    前記編成車両が駅へ進入する際に，駅ホームへ進入する車両に搭載されたエンジンから順に停止または回転数の減少または出力の減少を行うことを特徴とする駆動システム。
  7. 複数の車両にそれぞれ搭載されるエンジンと，前記エンジンにより駆動される発電機と，前記発電機から出力される交流電力を直流に変換するコンバータ装置と，前記コンバータ装置から出力される直流電力を可変電圧可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置と，前記コンバータ装置の出力と並列に接続され空調装置を含む補助機器に直流電力を供給する補助電源装置と，前記インバータ装置により駆動される少なくとも１台以上の交流電動機を備え、前記エンジンを搭載した複数の車両が連結される編成車両の駆動システムにおいて，
    前記複数の車両にそれぞれ搭載されるエンジンの起動／停止または回転数または出力を個別に制御し，
    前記編成車両が駅へ進入する際に，駅ホームへ進入する車両に搭載されたエンジンから順に停止または回転数の減少または出力の減少を行うことを特徴とする駆動システム。
  8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の駆動システムにおいて，
    前記編成車両の走行位置情報，または前記編成車両の走行速度情報，または前記編成車両の駅発車時刻からの経過時間である走行時間情報に応じて，複数の車両にそれぞれ搭載される各エンジンの起動／停止または回転数または出力を個別に制御することを特徴とする駆動システム。
  9. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の駆動システムにおいて，
    編成として必要な駆動出力に応じて，複数の車両にそれぞれ搭載される各エンジンの起動／停止または回転数または出力を個別に制御することを特徴とする駆動システム。
  10. 請求項１乃至請求項９のいずれかに記載の駆動システムを有する編成車両。
  11. エンジンと，前記エンジンによって駆動される発電機と，前記発電機から出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と，前記コンバータ装置から出力される直流電力を可変電圧，可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置と，前記コンバータ装置の出力と並列に接続され空調等の補助機器に直流電力を供給する補助電源装置と，前記インバータ装置により駆動される少なくとも１台以上の交流電動機を備えた鉄道車両を複数両連結した編成車両の制御方法において，
    各車両の走行位置、または各車両の走行速度、または各車両の駅発車時刻からの経過時間である走行時間情報に基づいて，各車両のエンジンが特定の順番で起動或いは停止するように各車両のエンジンを個別制御することを特徴とする編成車両の制御方法。
  12. 請求項１１において，編成前位の車両のエンジンから順にエンジンを起動，或いは編成前位の車両のエンジンから順にエンジンを停止するように各車両のエンジンを個別制御することを特徴とする編成車両の制御方法。
  13. エンジンと，前記エンジンによって駆動される発電機と，前記発電機から出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と，前記コンバータ装置から出力される直流電力を可変電圧，可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置と，前記コンバータ装置の出力と並列に接続され空調等の補助機器に直流電力を供給する補助電源装置と，前記インバータ装置により駆動される少なくとも１台以上の交流電動機を備えた鉄道車両を複数両連結した編成車両の制御方法において，
    各車両の走行位置に基づいて，各車両のエンジンが特定の順番で回転数或いは出力を大きくする或いは小さくするように各車両のエンジンを個別制御することを特徴とする編成車両の制御方法。
  14. 請求項１３において，編成前位の車両のエンジンから順にエンジンの回転数或いは出力を増大させる，或いは編成前位の車両のエンジンから順に回転数或いは出力を低下させるように各車両のエンジンを個別制御することを特徴とする編成車両の制御方法。
  15. エンジンと，前記エンジンによって駆動される発電機と，前記発電機から出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と，前記コンバータ装置から出力される直流電力を可変電圧，可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置と，前記コンバータ装置の出力と並列に接続され空調等の補助機器に直流電力を供給する補助電源装置と，前記インバータ装置により駆動される少なくとも１台以上の交流電動機を備えた鉄道車両を複数両連結した編成車両の制御方法において，
    編成として必要な駆動出力に応じて，各車両のエンジンが特定の順番で起動或いは停止するように各車両のエンジンを個別制御することを特徴とする編成車両の制御方法。
  16. 請求項１５において，編成前位の車両のエンジンから順にエンジンを起動，或いは編成前位の車両のエンジンから順にエンジンを停止するように各車両のエンジンを個別制御することを特徴とする編成車両の制御方法。
  17. エンジンと，前記エンジンによって駆動される発電機と，前記発電機から出力される交流電力を直流電力に変換するコンバータ装置と，前記コンバータ装置から出力される直流電力を可変電圧，可変周波数の交流電力に変換するインバータ装置と，前記コンバータ装置の出力と並列に接続され空調等の補助機器に直流電力を供給する補助電源装置と，前記インバータ装置により駆動される少なくとも１台以上の交流電動機を備えた鉄道車両を複数両連結した編成車両の制御方法において，
    編成として必要な駆動出力に応じて，各車両のエンジンが特定の順番で回転数或いは出力を大きくする或いは小さくするように各車両のエンジンを個別制御することを特徴とする編成車両の制御方法。
  18. 請求項１７において，編成前位の車両のエンジンから順にエンジンの回転数或いは出力を増大させる，或いは編成前位の車両のエンジンから順に回転数或いは出力を低下させるように各車両のエンジンを個別制御することを特徴とする編成車両の制御方法。
  19. 請求項１５乃至請求項１８のいずれかにおいて，必要駆動出力は車両の走行速度、または車両の走行位置、または車両の走行時間に基づいて推測することを特徴とする編成車両の制御方法。
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