特開 2023-38424 鉄道車両用試験装置および試験方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023038424

(43)【公開日】2023-03-17

(54)【発明の名称】鉄道車両用試験装置および試験方法

(51)【国際特許分類】

   G01M 17/08 20060101AFI20230310BHJP

【ＦＩ】

G01M17/08

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021145123

(22)【出願日】2021-09-07

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000062

【氏名又は名称】弁理士法人第一国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】須藤 鎮喜

(72)【発明者】

【氏名】小暮 浩史

(72)【発明者】

【氏名】篠宮 健志

(57)【要約】

【課題】鉄道車両では一つの駆動装置で複数台の軸を駆動させ編成を組んで動作するため、複数の軸が連動した負荷試験装置が必要であり、また、鉄道特有の種々の外乱を模擬することも必要である。
【解決手段】鉄道車両用試験装置として、供試装置と継手を介して接続される負荷発電機および当該負荷発電機を制御する負荷制御器の組み合わせを複数台有し、負荷制御器は、試験対象とする鉄道車両の車体情報および走行条件に基づいて負荷発電機に対する制御指令を演算し、複数台の負荷制御器それぞれは、対応する負荷発電機を制御指令によって制御して鉄道車両の走行状態を模擬する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

供試装置と継手を介して接続される負荷発電機および当該負荷発電機を制御する負荷制御器の組み合わせを複数台有し、
前記負荷制御器は、試験対象とする鉄道車両の車体情報および走行条件に基づいて前記負荷発電機に対する制御指令を演算し、
前記複数台の前記負荷制御器それぞれは、対応する前記負荷発電機を前記制御指令によって制御して前記鉄道車両の走行状態を模擬する
ことを特徴とする鉄道車両用試験装置。

【請求項2】

請求項１に記載の鉄道車両用試験装置であって、
前記負荷制御器は、前記車体情報および前記走行条件として、自らの内部に有するパラメータ情報を用いるか、または、当該パラメータ情報および外部から入力される供試制御情報を用いる
ことを特徴とする鉄道車両用試験装置。

【請求項3】

請求項１に記載の鉄道車両用試験装置であって、
前記複数台の前記負荷制御器を統括して制御する統括制御装置を有し、
前記統括制御装置は、前記負荷制御器に替わって、前記車体情報および前記走行条件に基づいて前記制御指令を演算して、当該制御指令を前記負荷制御器それぞれに出力する
ことを特徴とする鉄道車両用試験装置。

【請求項4】

請求項３に記載の鉄道車両用試験装置であって、
前記統括制御装置は、前記車体情報および前記走行条件として、自らの内部に有するパラメータ情報を用いるか、または、当該パラメータ情報および外部から入力される供試制御情報を用いる
ことを特徴とする鉄道車両用試験装置。

【請求項5】

請求項３に記載の鉄道車両用試験装置であって、
前記統括制御装置は、前記鉄道車両が構成する編成に関する情報を演算する演算部を備え、前記車体情報、前記走行条件および前記編成に関する情報に基づいて前記制御指令を演算して、当該制御指令を前記負荷制御器それぞれに出力する
ことを特徴とする鉄道車両用試験装置。

【請求項6】

請求項５に記載の鉄道車両用試験装置であって、
前記統括制御装置は、前記車体情報および前記走行条件並びに前記編成に関する情報を演算するための基礎データとして、自らの内部に有するパラメータ情報を用いるか、または、当該パラメータ情報および外部から入力される供試制御情報を用いる
ことを特徴とする鉄道車両用試験装置。

【請求項7】

請求項１または２に記載の鉄道車両用試験装置であって、
前記複数台の前記負荷制御器それぞれは、自らを前記複数台から除いた前記負荷制御器それぞれの前記車体情報および前記走行条件を相互に共有する
ことを特徴とする鉄道車両用試験装置。

【請求項8】

供試装置と継手を介して接続される負荷発電機を複数台組み合わせた鉄道車両用試験装置に対して、
試験の対象とする鉄道車両の車体情報および走行条件に基づいて前記負荷発電機に対する制御指令を演算し、
前記複数台の前記負荷発電機を前記制御指令によって制御して前記鉄道車両の走行状態を模擬する
ことを特徴とする鉄道車両用試験方法。

【請求項9】

請求項８に記載の鉄道車両用試験方法であって、
前記鉄道車両が構成する編成に関する情報を演算し、
前記制御指令を、前記車体情報、前記走行条件および前記編成に関する情報に基づいて演算する
ことを特徴とする鉄道車両用試験方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両用駆動装置ための試験装置および試験方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車用モータドライブシステムを試験するために、負荷発電機を制御して電気慣性制御を行う自動車用ダイナモメータシステムや動力計が提案されている。これらは、自動車のドライブトレインやエンジン等を試験するための装置である。

【0003】

例えば、特許文献１では、ダイナモメータシステムで前輪・後輪を同期速度で回転する制御について提案されている。また、特許文献２では、動力計でタイヤ慣性や車体慣性を模擬した負荷制御により、実車の走行状態を模擬する制御が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第６５２５０７６号公報

【特許文献2】特許第６７３７３６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記した公知技術は、自動車用の試験を行う試験装置のための技術であるため、鉄道用において、模擬をしたい車両内や編成を構成する車両間の車輪径、勾配や曲線などの走行抵抗、車輪単位での空転滑走、といった鉄道特有の種々の外乱を模擬していない。

【0006】

また、鉄道車両では、一つの駆動装置で複数台の軸を駆動させ、編成を組んで動作するため、複数の軸が様々に連動することになり、複数軸が連動した負荷試験装置が必要であるが、自動車用の試験装置では模擬がされていない。そのため、鉄道用駆動装置を正しく評価することができない。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題を解決するために、代表的な本発明の鉄道車両用試験装置の一つは、供試装置と継手を介して接続される負荷発電機および当該負荷発電機を制御する負荷制御器の組み合わせを複数台有し、負荷制御器は、試験対象とする鉄道車両の車体情報および走行条件に基づいて負荷発電機に対する制御指令を演算し、複数台の負荷制御器それぞれは、対応する負荷発電機を制御指令によって制御して鉄道車両の走行状態を模擬するものである。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、実際の鉄道車両における走行路線の勾配、曲線、トンネル区間や明かり区間などの走行抵抗、レールの継ぎ目による負荷変動、車両内や編成を構成する車両間の車輪径および車両が空転や滑走挙動の車輪単位の変動など、鉄道車両への種々の外乱や挙動を忠実に考慮した鉄道車両用駆動装置のための試験装置を提供することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施をするための形態における説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の実施例１に係る複数駆動源を有する鉄道車両用試験装置の全体構成を示す図である。

【図2】実施例１の負荷駆動制御システムを構成する制御ブロックを示す図である。

【図3】負荷発電機のトルクと供試電動機のトルクとの関係を示す図である。

【図4】実施例２の負荷駆動制御システムを構成する制御ブロックを示す図である。

【図5】実施例３の負荷駆動制御システムを構成する制御ブロックを示す図である。

【図6】実施例４の負荷駆動制御システムを構成する制御ブロックを示す図である。

【図7】実施例５の負荷駆動制御システムを構成する制御ブロックを示す図である。

【図8】実施例６の負荷駆動制御システムを構成する制御ブロックを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して、本発明の実施例１から６について説明する。なお、これら実施例１から６により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

【0011】

また、以下の説明では、車軸としては、４軸または２軸の例を示しているが、これに限定されるものではなく、５軸以上でも適用可能である。

【0012】

更に、以下の説明では、負荷機として、三相交流機とインバータとの組み合わせの例を示しているが、直流機とチョッパとでもよい、または、単相交流機とインバータとでもよい。他方、供試機についても、三相誘導電動機を例としているが、同期電動機、直流電動機およびエンジンのいずれかでもよい。

【実施例0013】

図１は、本発明の実施例１に係る複数駆動源を有する鉄道車両用試験装置の全体構成の一例を示す図である。鉄道車両用試験装置は、試験対象である供試駆動システム１と、この供試駆動システム１に対して負荷を与える負荷駆動システム２とから構成される。この試験装置としては、実車両の編成にできるだけ沿った形態に構成することが望ましい。

【0014】

供試駆動システム１は、供試インバータ１１、供試制御器１２および供試電動機１３から構成される。供試インバータ１１は、電力源の架線もしくは設備の直流電源から直流電力が供給され、直流－交流電力変換した交流電力により供試電動機１３を駆動する。この際、供試電動機１３を駆動する力であるトルクは、供試制御器１２によって演算される。

【0015】

供試電動機１３それぞれは、継手１４およびシャフト１５を介して、負荷駆動システム２のそれぞれの負荷発電機２１に接続される。

【0016】

ここで、図１では、例示的に供試電動機１３および負荷発電機２１をそれぞれ４台としているが、４台に限定されるものではない。また、複数台の供試電動機１３は、それぞれ同じ種類の電動機に限定されるものではなく、それぞれ異なる種類の電動機が混在しても構わない。この点は、複数台の負荷発電機２１についても、同様である。

【0017】

負荷駆動システム２は、負荷発電機２１、負荷インバータ２２、負荷制御器２３および負荷統括制御装置２４から構成される。

【0018】

負荷インバータ２２の方も、電力源の架線もしくは設備の直流電源から直流電力が供給され、直流－交流電力変換した交流電力により負荷発電機２１を駆動する。この際、負荷発電機２１を駆動する力であるトルクは、負荷制御器２３により制御される。このトルク発生のためのトルク指令は、負荷統括制御装置２４により演算される。

【0019】

図２は、実施例１の負荷駆動制御システム３１を構成する制御ブロックを示す図である。負荷駆動制御システム３１は、負荷統括制御装置２４と負荷制御器２３とから構成される。図２では、負荷制御器２３が２台の場合を示すが、試験対象に応じて適宜２台以上とすればよい。この点は、実施例２から６における負荷制御器２３の台数についても同様である。

【0020】

負荷統括制御装置２４は、車両モデル５１を有し、この車両モデル５１は、車両や走行状態を表す車両パラメータを内部に有する。この車両パラメータを用いて、車両の走行条件や走行状態に応じたトルク指令または速度指令を演算し、負荷制御器２３へ出力する。

【0021】

図３は、負荷発電機２１のトルク（図３で点線で示す負荷トルク）と供試電動機１３のトルク（図３で実線で示す供試トルク）との関係を示す図である。
試験対象である供試電動機１３のトルク出力に対して、対抗するように負荷発電機２１のトルクを出力する。双方の差分が車両の加速もしくは減速のトルクとなる（例えば、図３に示す、双方の差分による加速トルク）。

【0022】

実際の車両については、同一の供試トルクで動作した場合においても、車体の重量や乗客の荷重により車両の加速度が異なる。よって、負荷統括制御装置２４は、車両モデル５１を用いて車両パラメータに応じて得られる加速度を演算し、これらの加速度を再現するトルクを演算することで、車両や走行路線の状態を模擬した試験を実現する。

【0023】

以上のように、負荷制御器２３が出力する指令がトルクとなり車両の挙動を模擬する方法について説明した。また、速度等の電動機を制御するパラメータであれば、車両の挙動を模擬することが可能であり、実施例１では速度指令として記した場合が該当する。

【実施例0024】

図４は、実施例２の負荷駆動制御システム３１を構成する制御ブロックを示す図である。実施例１の負荷駆動制御システム３１と異なる点は、車両モデル５１が、指令演算を車両パラメータのみならず外部から入力される供試制御情報も用いて演算する点である。ここで、供試制御情報とは、供試駆動システム１に係わる情報であって、例えば、供試トルク、供試機の速度情報などが挙げられる。

【0025】

負荷統括制御装置２４が有する車両モデル５１は、車両の走行条件や走行状態を模擬するための車両パラメータを内部に有する。この車両モデル５１は、車両パラメータと外部から入力された供試制御情報とに基づき、負荷発電機制御指令（トルク指令または速度指令）を演算する。

【0026】

負荷統括制御装置２４は、この演算された負荷発電機制御指令（トルク指令または速度指令）を負荷制御器２３へ出力する。