CN1817680A - 自动列车运行装置以及列车运行辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动列车运行装置，该装置能降低行驶中产生的能量损失从而实现节能运行。而且该装置制订出可使列车在给定时刻停止在给定位置上的行驶模式，并将用于实现行驶模式的推力指令发送给带有电气机器的驱动制动装置。该自动列车运行装置包括：对表示列车行驶中驱动制动装置所产生的能量损失的损失指标进行运算的损失指标运算单元(16)，以及根据损失指标来补正行驶模式以便使列车停止在给定位置之前所需的时间成为给定值的行驶模式补正单元(19)。

Description

自动列车运行装置以及列车运行辅助装置

(本申请是在先的申请03133028.2的分案申请)

技术领域

本发明涉及一种用来自动运行列车使无人驾驶的电车能够定时定位停止的自动列车运行装置，以及将推荐推力或者主控制器的档位指示给司机的列车运行辅助装置。

背景技术

自动列车运行装置(下面称为ATO)的目的在于自动进行列车的站间运行，使列车能够停止在下站的给定停车位置上。装备有此种ATO的电车系统结构如图47所示。

由未图示的自动列车控制装置(ATC)发出的限速信号将被输入到自动列车运行装置1中，除了坡度和曲率等路线条件之外，来自数据库3中的车辆条件、运行时间表、行驶阻力等已定的存储信息也被输入到自动列车运行装置1中。自动列车运行装置1将根据由地上传感器10检测的车辆位置和速度检测器9检测的车辆速度推断当前车辆位置，并将该时刻应输出的推力(大小)作为推力指令Fcmd输出给驱动制动装置2。这里的推力指令Fcmd在本说明书中定义为包括车辆加速时的拉力指令和车辆减速时的制动力指令。如果是拉力，推力指令Fcmd就大于0；如果是制动力，推力指令Fcmd就小于0。

驱动制动装置2是由VVVF(可变电压和可变频率)换流器4、主电机5、制动控制装置6、以及机械制动器8构成。主电机5与在轨道11上行驶的车轮7机械连接，机械制动器8可以对车轮7进行机械制动。

从推力指令Fcmd获得实际推力的作用在获得拉力和获得制动力这两种情况下是不同的，下面分别进行说明。

获得拉力的情况下，推力指令Fcmd(大于0)将输入给换流器4。换流器4将对主电机5的扭矩进行控制以便获得与推力指令Fcmd相一致的拉力。此时，制动控制装置6以及机械制动器8不工作。

获得制动力的情况下，推力指令Fcmd(小于0)将输入给制动控制装置6而不是换流器4。制动控制装置6首先将推力指令也就是制动力指令输出给换流器4。通过换流器4的作用，将经主电机5输出的电制动力Felec反馈给制动控制装置6。由于推力指令Fcmd也就是制动力指令的作用，制动控制装置6将控制机械制动器8，首先使电制动力Felec发挥作用，将不能由该电制动力维持的不足部分通过机械制动器8的机械制动力Fmech进行补足。这样，机械制动力Fmech变成

Fmech＝Fcmd-Felec             ……(1)。

自动列车运行装置1，例如，如图48所示那样，包括暂时行驶策划装置12、最佳行驶策划装置13以及推力指令生成装置14。暂定行驶策划装置12将制订出暂定行驶模式(F0(x)，V0(x))作为制订最佳行驶模式的初始值。此处的行驶模式与一连串的位置相对应且表示路线上位置x处的推力Fn(x)和速度Vn(x)。最佳行驶策划装置13将根据暂定行驶模式(F0(x)，V0(x))和数据库3中的积蓄信息，制订出列车的最佳行驶模式F1(x)。在推力指令生成装置14中，制订出的最佳行驶模式F1(x)将根据列车的检测速度和检测位置、ATC发出的限速信号，将该时刻上应输出的推力(大小)作为推力指令Fcmd输出给换流器4。

策划列车的最佳行驶模式时，一般有很多种可以实现的行驶模式。特别是在与早晚运行过密的时间不同的列车运行数量很少的白天或者清早、深夜，列车的运行间隔很长，且方案设计上还留有富裕，可以缓解行驶方案的制约。

特开平8-216885号公报和特开平5-193502号公报中，将节能作为评价项目记载在最佳行驶方案中。但是，这些公知例中的所谓节能却没有涉及到驱动装置和制动装置等在列车的驱动、制动控制中产生能量损失的观点。

鉴于此，在“制动模式变更引发再生能量有效利用效果的基础研讨”(日本铁道技术联合研讨会第7回)、“纯电力制动实用化研讨”(日本电气学会全国大会5-244)中，专门研讨了针对列车制动控制，特别是制动时机械制动器上产生的能量损失的行驶方案。但是，列车驱动制动控制中产生的能量损失在驱动控制也会出现，而且在制动控制时，机械制动器以外的装置也可能有能量损失。如果真是这样，就无法减小综合能量损失。

发明内容

本发明的意图在于对列车驱动制动控制时产生的能量损失做出综合的评价，尽可能减小站间行驶过程中产生的能量损失，实现节能行驶。下面针对本发明要解决的能量损失简单进行说明。

列车运行中产生的损失会根据行驶模式发生变化，但在发生机器上可以分为主次两种。其一是作为驱动装置的换流器4和主电机5等电气机器上的能量损失。这些损失被表示成推力和速度的函数。其二是机械制动器工作时产生的能量损失。如果从能量流的观点来观测列车的加减速动作，在忽视前述电气机器中的能量损失和行驶阻力的情况下，在动力行驶加速过程中，换流器4和主电机5等驱动装置将由架线(图略)提供的电能转换成为车辆运动的能量；而电制动器在减速过程中，则将车辆运动的能量转换成电能，再生给电源。这种理想状态中不存在能量损失。但是，电制动器在减速过程中，ATO或司机发出的制动力指令如果超出电气机器能够输出的制动力，就用机械制动器8对不足的制动力进行补足，使减速度(加速度负值)维持在给定值。机械制动器8像这样工作时，将车辆的运动能量作为热量消耗，便产生了能量损失。本发明中，因机械制动器工作而产生的损失部分定义成制动损失。

如果制动力指令超过电气机器即驱动装置的允许量，只要与再生电力相应的负荷不存在于电源中，制动损失就会发生。对于后者，驱动装置如果得到制动力指令，就会控制换流器4以便让主电机5输出与制动力指令相应的制动力。此时，车辆的运动能量将转变成电源的再生能量，但如果不存在与电源中的再生电力相应的负荷也就是加速过程中的列车，就会产生多余的再生电力，因此架线电压将会上升。驱动装置将进行控制，对制动力进行抑制以便能够抑制架线电压的上升。以上称为轻负荷再生控制。在该轻负荷再生控制的动作中，主电机5将输出比制动力指令小的制动力。此时，不足的制动力由机械制动器8进行补充。

节能运行的情况下，既要制订出最佳的行驶模式，同时还要求在实际中按该照行驶模式进行行驶。作为实现与行驶模式一致运行的装置，自动列车运行装置(ATO)和自动列车停止装置(TASC)等，无人驾驶并自动产生推力指令的装置以被人们熟知。利用这些装置，可以精准地发出推力从而实现跟踪最佳行驶方案的行驶。但是，直接关系到车辆的驱动制动装置，需要检测位置的地上设备，因此系统比较复杂，成本很高。

另外，通过将最理想的推力指示给司机的办法，已经可以期待通过司机的技能来完成与制订出的行驶模式接近的列车行驶。这就是，运行辅助装置。使用运行辅助装置时得到的节能效果由于司机反应滞后等原因虽然不如使用ATO和TASC，但由于只需要将指令指示给司机，不直接涉及到车辆的驱动制动装置，因此具有可使系统简单化的优点。最终通过司机的操作，可以去掉检测位置用的地面设备等或者使系统简单化。通过这一系列办法，就可以期待降低成本，实现成本优化。另外，近几年由于逐渐ATO化，司机的运行技术好像出现了逐渐下降的趋势，使用运行辅助装置的情况中，司机要经常通过判断进行推力调整，因此就不会产生运行技术下降的问题。

另外，自动列车运行装置作为一种能使列车遵从列车限速、至距限速具有一定允许量的限速的装置早已进入实用化。但是，由于将PI控制等误差跟踪控制作为主体，需要依照列车和路线特性的情况还有很多，根据现状，针对各列车和各路线对其特性或控制参数进行调整的工作还需花费大量的时间和劳力。

另外，也考虑到使用制订出行驶方案并以方案为本进行列车行驶的自动列车运行装置。在制订行驶方案时，经常会利用简单的列车行驶模式。最简单的办法是将作为对象的列车运行按照下述简单的物理公式来表现。

F-Fr＝M·α                ……(7)

这里的F表示牵引力或者制动力，Fr表示列车行驶阻力，M为列车重量，α表加速度(包括负加速度、即减速度)。列车行驶阻力Fr是列车在行驶过程中产生的阻力，为便于计算，经常按照下述方式来分类。即，

出发阻力：发车时的阻力

空气阻力：空气对行驶列车的阻力

坡度阻力：路线倾斜产生的阻力

曲线阻力：路线弯曲产生的阻力

隧道阻力：列车在隧道内行驶产生的阻力

空气阻力中大多情况下还要考虑车轮踏面与轨道面之间的阻力，并作为速度的2次式进行处理。

一般情况下，列车行驶阻力Fr往往根据坡度阻力、空气阻力、曲线阻力、隧道阻力、出发阻力等进行考虑。列车在隧道外行驶时，要考虑坡度阻力、空气阻力、以及曲线阻力。此时，坡度阻力、空气阻力、以及曲线阻力将分别按照(8)、(9)、(10)来求(例如，参照文献“运行理论”(直流交流电气机车)交友社编)。即

(a)坡度阻力式

Frg＝s                 ……(8)

Frg：坡度阻力(千克力/吨)

s：坡度(‰)(向上为正，向下为负)

(a)空气阻力式

Fra＝A+Bv+Cv²          ……(9)

Fra：空气阻力(千克力/吨)

A、B、C：系数

v：速度(km/h)

(b)曲线阻力式

Frc＝800/r             ……(10)

Frc：曲线阻力(千克力/吨)

r：曲率半径(m)

列车自动运行时，利用(7)中的模型时，在基于行驶方案的自动列车运行方式中，列车特性和路线特性等特性将会大大提高乘车舒适度并改善停止精度。

本发明的目的是提供一种自动列车运行装置以及列车运行辅助装置，利用该装置可以在列车站间行驶过程中，达到定时定位停止要求的前提下，实现降低行驶中产生的能量损失的节能运行。

本发明的另一目的是，提供一种自动列车运行装置，降低调整中所需的时间或劳力，且在营业行驶开始后继续进行自动特性学习，改善乘车舒适度，并提高停止精度。

本发明再一目的是，提供了一种装置，利用该装置，仅需让列车在行驶预定路线上往复行驶就可以进行收集运行装置所需的数据的采集作业。

本发明的再一目的是，提供一种自动列车运行装置，第1、排除列车自动运行之际的摆动影响从而大大提高节能效果；第2、计算出空耗时间从而使目标位置上停车的精度状况大大提高；第3、能够对档位操作时因速度控制指令的阶段变化而引起恶劣的乘车环境进行有效改善。

本发明还有一个目的，是提供一种列车定位停止自动控制装置，无须频繁地进行档位切换就可以确保停止精度，并且不再需要很长的调整时间。

为了达到上述目的，本发明制订出能使列车在给定时刻并在给定位置停止的行驶模式，而且对设有包括换流器及主电机的电气机器的驱动控制装置发出用于实现行驶模式的推力指令，其特征在于，包括：对用于表示列车行驶过程中上述驱动制动装置所产生的能量损失的损失指标进行运算的损失指标运算单元；及按照该损失指标对上述行驶模式进行补正以便降低能量损失的第1行驶模式补正单元。

为了达到上述目的，本发明中的自动列车运行装置，还包括：对列车行驶时获得的数据进行在线处理的数据处理单元；根据由该数据处理单元在列车行驶时获得的数据以及预先获得的数据，在列车行驶时对列车行驶时的控制参数、列车特性及路线特性进行自动学习的自动特性学习单元；使用由自动特性学习单元学习的列车特性以及路线特性，来进行列车自动运行的列车自动运行单元。

为了达到上述目的，本发明中的自动列车运行装置，还包括：用来在列车行驶过程中收集列车特性和路线特性的列车特性学习单元；及根据上述列车特性学习单元收集到有关列车的信息计算出最佳行驶模式并按照该模式对列车进行自动运行的自动列车运行单元。

为达到上述目的，本发明中的自动列车运行装置，在根据列车检测位置、列车检测速度、数据库中保存的运行时特性数据、以及来自自动列车控制装置的运行条件，通过对列车的驱动装置或控制装置进行控制，进行自动运行，包括：在上述列车的站内停车时进行给定运算的站内停车时运算实施电路；及列车在站间行驶时进行给定运算或控制的站间行驶时运算实施电路，上述站内停车时运算实施电路具有可制订出让在一个站内停车中的列车能在目标时刻停止在目标位置上的最佳行驶方案的最佳行驶方案生成单元，上述站间行驶时运算实施电路包括：在上述列车从上述一个站发车并按照最佳行驶方案生成单元制订出的最佳行驶方案行驶过程中，在该最佳行驶方案与实际行驶结果的误差超过给定值的情况下进行行驶方案再运算的行驶方案再运算单元；从上述行驶方案再运算单元再运算过的行驶方案中提取出控制指令的控制指令提取单元；及将控制指令提取单元提取出的控制指令输出给上述驱动装置或控制装置的控制指令输出单元。

另外，为了达到上述目的，本发明中的列车定位停止自动控制装置，包括：用来存储列车各制动档位上的减速度、制动档位切换的空耗时间以及响应滞后时间等制动特性数据的“制动特性数据存储部”；获得列车当前速度、当前位置、当前制动档位等数据的“列车当前数据获取单元”；根据“制动特性数据存储部”中存储的制动特性数据和通过“列车当前数据获取单元”得到的列车当前数据，制订出通过使用多个制动档位使列车停止在给定位置上的减速控制方案的“减速控制方案生成单元”；从由“减速控制方案生成单元”制订出的减速控制方案中提取出各时刻上的减速控制指令的“减速控制指令提取单元”；将“减速控制指令提取单元”提取出的减速控制指令输出给制动装置的“减速控制指令输出单元”。

本发明可以实现当列车在站间行驶过程中，在确保定时定位停止条件的基础上，使行驶中的能量损失降低的节能运行。

根据本发明，行驶中以在线方式对列车特性和路线特性、控制参数进行自动学习，实现了使用学习结果的有效列车自动运行。

另外，本发明还提供了一种能够通过让列车在预定行驶的路线上进行往返行驶就可以完成收集运行装置运行所需数据的数据采集作业的装置。

此外，根据本发明，大大排除了列车自动运行时摆动产生的影响，因此使节能效果大大提高。根据特定的实施例，可以求出空耗时间，因此目标位置上的停止精度大大提高，另外在其他实施例中，还能够改善因档位操作时速度控制指令的不连续变化而导致乘车舒适性不好的局面。

根据本发明，能够根据列车各档位上的减速度、制动档位切换的空耗时间以及响应滞后时间等的制动特性数据、列车的当前速度、当前位置、当前制动档位等的数据，制订出通过使用几个制动档位使列车能够停止在指定位置上的减速控制方案，这样，就能够制订出即便是只能用离散值来设定减速度的情况下也无须进行档位的频繁切换就可在给定位置上停车的方案，若按照该方案进行减速控制就可以提高乘车舒适度，并能够确保停车精度。

根据本发明，计算各制动档位的时间分配以便利用几个制动档位的组合达到定位停止的目的，并且减速控制方案可以根据所使用的制动档位和该制动档位的切换时刻来制订，这样，即使在减速度发生改变的情况下也可以通过改变时间分配的办法，无须升降档位就可以调整停止位置，可以使乘车舒适度提高，且能够确保停止精度。

根据本发明，减速控制方案中，先用减速度高的制动档位进行减速，然后切换到减速度低的制动档位，通过该办法能够在停车时以较低的制动档位停车，使乘坐舒适性提高。

根据本发明，按减速控制方案进行减速时切换时刻上的预测速度与切换时刻上的实际列车速度相比较，两者不同时就对减速控制方案进行变更，这样就容易对实际列车的减速状态做出评价，可以针对减速度的变动对减速控制方案进行再运算，使停止精度提高。

根据本发明，减速控制方案制订之后，减速度从制订方案时使用的值开始变化的情况下，对减速控制方案进行变更，这样就可以提高抵抗减速度变化干扰的可操控性，确保停止精度。

根据本发明，根据减速中列车速度的时系列数据来推断减速度，并根据推断出的减速度来制订减速控制方案，这样就可以提高抵抗减速度变化干扰的可操控性，而无须进行复杂的调整，确保停止精度。

根据本发明，对按减速控制方案进行减速时各时刻或各位置上的预测速度和实际列车速度相比较，针对比较的差值来补正减速控制方案中使用的减速度，根据该补正的减速度对减速控制方案进行变更调整，这样就可以提高抵抗减速度变化干扰的可操控性，而无须进行复杂的调整，确保停止精度。

根据本发明，根据上一次时间步骤中的速度、方案制订时使用的减速度、档位切换空耗时间以及响应滞后时间等，来对按减速控制方案进行减速时各时刻或各位置上的预测速度进行逐次计算，这样即使是在控制计算机的内存容量受到限制的情况下，也可以根据情况提高抗减速度变化干扰的可操控性，而无须进行复杂的调整，以确保停止精度。

附图说明

图1是表示本发明实施例1的自动列车运行置的框图。

图2是表示动力行驶时机器损失指标以及总损失指标例的曲线图。

图3是表示制动过程中机器损失指标、制动损失指标、以及总损失指标例的曲线图。

图4是表示动力行驶时变换器损失指标以及马达损失指标例的曲线图。

图5是表示动力行驶时变换器损失以及马达损失例的曲线图

图6是表示实施例1的行驶模式例的曲线图。

图7是表示本发明实施例2的自动列车运行装置的框图。

图8是表示动力行驶负载量受限情况下的制动损失例的曲线图。

图9是表示本发明实施例3的自动列车运行装置的框图。

图10是表示本发明实施例4的列车运行辅助装置的框图。

图11是表示实施例4的推力指示装置构成例的框图。

图12是表示图11中的推力指示装置的控制系统的框图。

图13是表示本发明实施例5的列车运行辅助装置的推力指示装置构成例的框图。

图14是表示本发明实施例6的列车运行辅助装置的框图。

图15是表示装备有本发明的自动列车运行装置的列车整体框图。

图16是图15的自动列车运行装置的内部结构的说明框图。

图17是动力行驶初期根据重量推断进行行驶模式补正的概念图。

图18是考虑到营业前和营业后特性学习步骤的程序框图。

图19是表示对本发明一实施例的自动特性学习结果进行补正的补正单元的框图。

图20是自动列车运行装置与数据保存部的结构图。

图21是自动列车行驶模式的一例。

图22是表示搭载有本发明各实施例所涉及的自动列车运行装置的列车结构框图。

图23是表示本发明实施例13所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图24是表示本发明实施例14所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图25是表示本发明实施例15所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图26是表示本发明实施例16所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图27是表示本发明的实施例17所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图28是表示本发明的实施例18所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图29是表示本发明实施例19所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图30是表示本发明的实施例20所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图31是表示本发明的实施例21所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图32是表示本发明的实施例22所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图33是表示本发明的实施例23所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图34是表示本发明的实施例24所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图35是表示本发明的实施例25所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。

图36是表示本发明的实施例26所涉及的自动列车运行装置1的基本结构框图。

图37是表示在本发明实施例中制订出的最佳行驶方案特性例的说明图。

图38是在本发明实施例中制订出的或经过再运算的行驶方案特性例的说明图。

图39是在本发明实施例中制订出的暂时行驶方案特性例的说明图。

图40是图36所示的行驶方案采用装置24的工作原理流程图。

图41是表示本发明的列车定位停止自动控制装置的实施例27的概略构成图。

图42是本发明所涉及的列车定位停止自动控制装置中使用的减速控制方一案例的概略图。

图43是表示在本发明涉及的列车定全停止自动控制装置中通过改变切换方案发生时间的办法来调整停止位置的例子的概略图。

图44是在本发明涉及的列车定位停止自动控制装置中通过改变切换方案发生时间的办法进行的停止位置调整步骤的例子的概略图。

图45是本发明所涉及的列车定位停止自动控制装置的实施例28的概略构成图。

图46是本发明所涉及的列车定位停止自动控制装置的实施例29的概略构成图。

图47是安装有自动列车运行装置的一般电车系统构成例的框图。

图48是图47所示系统中的自动列车运行装置的框图。

具体实施方式

下面，参考附图对本发明的实施例进行详细说明

图1表示实施例1的自动列车运行置的概略构成的框图。本实施例主要涉及自动列车运行装置的最佳行驶策划装置，而省略了其他部分的图示。

图1所示的最佳行驶策划部13是由行驶模式补正指标运算部15、行驶模式补正部19、行驶距离补正部20、以及定时性判断部21所组成。行驶模式补正指标运算部15是由损失指标运算部16、过载指标运算部17、以及加法器18所组成。损失指标运算部16根据暂定行驶模式(F0(x)，V0(x))，计算出列车位置x的损失指标CPL(x)。这里，CPL表示Cost of Power Loss(功率损失耗费)。行驶模式表示位置x上的推力Fn(x)或速度Vn(x)。

图2及图3表示各种损失指标的示例。图2示出了动力行驶时的损失指标，图3示出了制动减速时的损失指标。更详细地，图2(a)表示机器损失指标，图2(b)表示总损失指标，图3(a)表示机器损失指标，图3(b)表示制动损失指标，图3(c)表示总损失指标。这里的机器损失指标是指电气机器的损失指标，也就是指将变换器(换流器)损失指标与马达(主电机)损失指标加算到一起后的量。

这些指标作为速度v与推力F的函数，是在某个动作点(v，F)的损失[W]乘上速度[m/s]的倒数后获得的量。在乘算速度的倒数之后，某个动作点上的速度v1[m/s]发生微小变化Δv[m/s]时产生的损失就能够得到标准地评测。

总损失指标CPL(x)是将机器损失指标与制动损失指标进行相加，在其结果上乘以重量系数W1后得出的量。重量系数W1是从为了得到某种程度的降低损失的效果的观点出发设定的，或取得与其他各指标之间的平衡而设定的。即

损失指标CPL(x)

＝W1×(机器损失指标+制动损失指标)           ……(2)

过载指标运算部17按照暂定行驶模式(F0(x)，V0(x))对列车位置x上的过载负荷指标COL(x)进行运算。COL是Cost of Over Load(过载耗费)。

机器损失作为变换器损失与马达损失之和进行运算。图4(a)，(b)表示各动作点上的变换器损失[W]以及马达损失[W]。按照暂定行驶模式(F0(x)，V0(x))，将相对应的变换器损失[W]与马达损失[W]分另进行积分，这样就能够计算出附加了站间行驶时间的变换器损失[J]与马达损失[J]。当这些(指标)超过额定值[W]的情况下，相应地计算出过载指标。例如，将重量系数设为W2，将变换器损失指标COLC(x)按照

COLC(x)

＝W2×{变换器损失[J]/(行驶时间+站内停车时间)

-变换器额定值[W]}×变换器损失指标(图5(a))     ……(3)

计算出来。

COLC是Cost of Over Load in Converter(变换器中的过载耗费)。

同样可以使用图5(b)所示的马达损失指标来求出马达损失指标COLM(x)(但是，重量系数设为W3，可以独立设定)。过载指标COL(x)是按照

COL(x)＝COLC(x)+COLM(x)            ……(4)

进行计算。

COLM是Cost of Over Loss in Motor(马达中的过损失耗费)。

加法器18将损失指标CPL(x)与过载指标COL(x)相加，并将列车所处位置x上的总指标C(x)按照

C(x)＝CPL(x)+COL(x)            ……(5)

进行计算。

行驶模式补正部19将总指标C(x)加到暂定行驶模式的推力模式F0(x)上，并在此基础上输出第1补正行驶模式F01(x)(该阶段上速度模式V0(x)不发生变化)。

由于第1补正行驶模式F01(x)只补正推力模式，因此行驶距离与给定值不一致。为了让行驶距离x与给定值保持一致，行驶距离补正部20根据数据库3中存储的路线条件或车辆条件、行驶阻力的条件对第1补正行驶模式(F01(x)，V0(x))进行补正，并输出第2补正行驶模式(F02(x)，V02(x))以及行驶时间T run。距离补正可以通过调整惯性时间等的方法来实现。当然，距离补正的方法并不仅限于此。

通过定时性判断部21对行驶时间T run进行判断，针对给定值是否处于误差允许范围内的情况进行判断。行驶时间T run超出误差允许范围的情况下，将第2补正行驶模式(F02(x)，V02(x))设为新的暂定行驶模式(F0’(x)，V0’(x))，并重新进行计算。行驶时间T run处于误差允许范围内的情况下，将其设为最适行驶模式(F1(x)，V1(x))并输出。

根据上述结构，暂定行驶模式(F0(x)，V0(x))将根据损失指标CPL(x)以及过载指标COL(x)，对具有显著效果的位置x上的推力进行补正。例如，图6表示本发明实施例中的行驶模式生成的结果。在这里，不达到过载状态，过载指标不会产生影响。“原模式(A)”所表示的是暂定模式。“指标适用(B)”所表示的是第1补正行驶模式(F01(x)，V01(x))。损失指标越大的高速制动时就越需要大的推力补正，使制动力变弱。另一方面，动力行驶加速时值虽小，但与损失指标对应的拉力可以得到补正。“档位量子化(C)”虽然并未出现在本实施发明例中，但档位只有6档，对应于无法输出连续推力的情况，它能够针对第1补正行驶模式的推力F01(x)，选择与推力误差最小的档位对应的推力(大小)。“距离调整(D)”是针对“档位量子化(C)”模式对行驶距离进行补正使该距离相当与给定值1300m的第2补正行驶模式(F02(x)，V02(x))。补正前的行驶模式中的损失为2070[KJ]，相比之下第2补正行驶模式的损失为1650[KJ]，能量损失减低了不少。在行驶时间上，前者为84.5[sec]，而后者增加到84.9[sec]。重复进行运算直到行驶时间达到给定值为止，不仅能够保证定时性和定位停止性，而且还能产生使驱动制动控制涉及的能量损失变得最小的最佳行驶模式F1(x)。这样，在确保定时性和定位停止性的基础上，还可以达到最佳的节能效果。

使总能量损失减小的行驶模式中，包括在驱动制动装置2中的换流器4(变换器)或主电机5(马达)等的电气机器产生的能量损失有可能增大。电气机器具有额定的工作范围，在超出额定范围的运行条件也就是在过载条件下，会出现发热导致温度上升，保护工作或故障、烧伤等就会发生。过载指标运算部17根据暂定行驶模式来判断各个机器的过载程度。判断结果是过载的情况下，就按照过载指标补正推力以便使电气机器中的能量损失得到抑制。由于能量损失过大区域的推力可以得到补正，因而能够有效地避免进入过载状态。这样便可以避免因电气机器过载而导致运转停止和故障发生，使系统的信赖度大大提高。

通过在列车的行驶过程中实施最佳行驶方案，把各个瞬时的位置·速度当作初始条件，确保列车到站之前的定时性和定位停止性，在此基础上可以制订出最适合的节能行驶模式。就是说，利用ATC等限速条件，即使是临时脱离了最初的行驶模式，也能立即针对该状态得出一种最佳节能行驶模式。如果一味地按照最初的行驶模式，就有可能使损失变大，从能量的角度来看是不可取的。也就是说，当脱离最初的行驶模式导致意外发生的情况下，仍然能够在该时刻实现最佳的节能行驶方案。

本实施例中，将位置和速度当作初始条件，确保列车到站之前的定时性和定位停止性，并能在此基础上生成最佳节能行驶模式，本发明不但可以应用于站间进行自动列车运行的自动列车运行装置(ATO)中，也可适用于在制动区间内进行定位停车控制的列车自动停止控制装置(TASC)中。

本实施例所表示的算法是在行驶距离与给定值一致前提下，补正行驶模式以使行驶时间达到给定值。但是，也可以采用在行驶时间与给定值一致的前提下，补正行驶模式以使行驶距离达到给定值的算法。

图7是实施例2中自动列车运转装置的基本构成例的框图，图7中与图1相同的部分采用相同的符号，其说明省略，在此只对与图1不同的部分加以说明。

将来自数据库3中的运行时间表输入到损失指标运算部16中，将来自数据库36中的动力行驶负载量输入到损失指标运算部16中。数据库36中的动力行驶负载量是将某时刻上供电区间内的动力行驶加速过程中列车上的电力，即动力行驶负载量存储下来。由损失指标运算部16从运行时间表和动力行驶负载的数据库信息中提取出对应的动力行驶负载(量)。如前所述，由于制动损失会依据动力行驶的负载进行变化，因而能够计算出与动力行驶负载量相对应的损失指标。其它部分同图1。

上述内容具有下面的作用和效果。

针对预测出的动力行驶负载量，将对损失指标CPL(x)，特别是对制动损失指标进行适当调整。例如，图3(b)中表示动力行驶负载十分大的情况下的制动损失指标，在换流器4中电量的限制下，越是高速高制动力的情况，损失指标就会越大。图8表示动力行驶负载不大的情况下(125KW/主电机)的制动损失指标。此情况下，由于动力行驶的负载不大，因而有不能输出与推力指令Fcmd相同的制动电力的区域。即，损失指标从低速时开始增大。这样就可以通过负载状态准确地预测能量损失，更加有效地实现节能行驶。

图9是实施例3中的自动列车运行装置的概略构成例的框图，该图中与图16相同的部分均采用相同符号并省去说明，在此仅对不同的部分加以说明。

图9所示的装置中采用数据库34及行驶模式抽取部35，来代替图48中的暂定行驶策划部12和最佳行驶策划部13。数据库34中存储有各列车在各站间行驶的行驶模式。行驶模式抽取部35将从存储着运行时间表的数据库3中抽取出与现行的站间行驶相对应的行驶模式F1(x)。通过预先执行实施例1所述的最佳行驶方案并将其结果中的最佳行驶模式存储下来的办法，存储在数据库34中的行驶模式就可以得到实现。

上述的结构可以达到下面的作用与效果。

对于最佳行驶模式的产生，由于要求重复进行收敛计算来执行最佳方案，因而运算起来相当花费时间。停车过程中实施针对下一站的行驶方案时，由于运算时间上的限制，就无法达到最佳效果。若提前执行这些方案就可以避开运算时间的限制，并能够得到最佳的行驶模式。这样，就能够更好实现节能的效果。而且，通过预先计算出行驶模式的办法，还可以准确地确认行驶模式。从而排除异常的模式，使系统的可信度大大提高。

图10是实施例4中的安装有列车运行辅助装置的电车系统的概略构成框图，该图中与图47中的相同部分均采用相同的符号并省略其说明，在此仅对不同的部分加以说明。

在此，采用列车运行辅助装置22代替实施例1中的自动列车运行装置1。列车运行辅助装置22是进行与实施例1中的自动列车运行装置1相同的处理，并产生输出推力推荐值Frec。就是说，列车运行辅助装置22相当于一个能取代自动列车运行装置1中的推力指令Fcmd，输出推力推荐值Frec的装置。该推力推荐值Frec被输入到附设在主控制器23上的推力指示装置24中。主控制器23将与主控制器的角度或者位置对应的推力指令Fcmd输出给驱动制动装置2。

推力指示装置24的构成例如图11所示。推力指示装置24是由角度指令运算部25、电阻抗控制器26、伺服放大器27、伺服马达28以及编码器29所构成。伺服马达28与主控制器23机械地结合在一起。

将从列车运行辅助装置22输出的推力推荐值Frec输入给角度指令运算部25。角度指令运算部25计算出与该推力推荐值Frec对应的主控制器角度，并将其作为角度指令θcmd输出。电阻抗控制器26将角度指令θcmd和编码器29检测出的实际主控制器的角度θ输入，并将能够使后者(角度θ)与前者(角度指令θcmd)保持一致的扭矩指令Tcmd输入给伺服放大器27。伺服放大器27对伺服马达28进行驱动以便让伺服马达28的输出扭矩与扭矩指令Tcmd保持一致。

电阻抗控制器26针对司机施加给主控制器23上的扭矩Tope，对伺服马达28进行控制以便达到所希望的电阻抗大小(惯性力矩J、阻尼D、刚度K)，控制系统的框图可如图12所示那样。J0相当于将伺服电机28的转子及主控制器23合并后的等价惯性力矩，g1及g2相当于降噪用滤波器的切断频率。

将角度指令θcmd置零(0)的情况下，来自外部的主控制器23所需的扭矩，即、司机施加在主控制器23上的扭矩Tope与主控制器角度θ之间的传递函数θ(s)，在忽视降噪滤波器的情况下，可以按照下式进行计算，并可得到所希望的电阻抗(J、D、K)。

$\mathrm{\θ}\left(s\right)=\frac{1}{J\·s^2+D\·s+K}\·\mathrm{Tope}\·\·\·\·\·\·\left(6\right)$

根据上述构成，可以达到下述的作用及效果。

利用伺服马达28来控制主控制器23的角度θ，以便让推力指示部24能够得到与列车运行辅助装置22运算出的推力推荐值Frec一致的推力指令Fcmd。因此，司机在操作主控制器23的时候，利用电阻抗控制器26对电阻抗的控制，可以让司机得到自己所希望的电阻抗(J、D、K)。就是说，在司机未接触主控制器23的状态下，可以得到与推力推荐值Frec一致的推力指令Fcmd。当司机操作主控制器23时，推力推荐值Frec的方向上将受到来自伺服马达28发出的力的作用，可以设定为任意角度即推力指令Fcmd。这样，司机就可以将运行控制工作交给列车运行辅助装置22来做，并可以根据需要对主控制器23进行操作，自由地控制推力指令。为实现节能运行而采用的主控制器23的角度θ可以作为来自主控制器23的反作用力进行检知，并能够在不断认识节能定位停止模式的同时进行运行。这样，通过司机的操作就能够实现节能行驶以及定位停止行驶，同时当预料之外的情况发生时也能够迅速地采取措施应付。

供给驱动控制装置2的推力指令Fcmd并不是由列车运行辅助装置22直接控制的，而是来自原有的主控制器23的角度θ，它可使系统变的更加简便。而且，列车运行辅助装置最终是由司机操作，无须严格地设定列车运行辅助装置22的定位停止精度，可使装置变得十分简便。这样，系统的可信度可以提高，成本也大大降低。

对于列车运行辅助装置的情况，由于最终需要由司机进行操作，因此要求司机的操作技术十分娴熟。如果按照本实施例所述，利用装有自动列车运行装置的系统就不会出现因司机操作技术不够而引起意外情况发生的情况等。

图13是实施例5中列车运行辅助装置的概略构成例的框图。本实施例与实施例4相比，推力指示装置24的结构有所不同，下面针对该部分进行详细说明。但是，本实施例中，推力指令将被设定成几种主控制器的档位，即动力行驶加速6档(P1-P6)、制动减速6档(B1-B6)、空档(N)以及特殊制动(EB)。

这里的档位表示速度与推力模式化的结果，并被使用在当前的电车驱动控制中。档位的档数从几档到30档以上不等，并根据系统的不同选用不同种类。另外，图13所示的主控制器23是从上面观看时的概略构成图。

推力指示装置24是由推荐档位显示控制部30和灯群31构成。在图示的实施例中，灯群31总共由14个灯组成，它们分别是：与动力行驶加速档位P1-P6相对应的6个灯，与制动减速档位B1-B6相对应的6个灯，与空档N相对应的1个灯，以及与异常制动档位EB对应的1个灯。推荐档位显示控制部30接收列车运行辅助装置22发出的推荐档位指令N rec，并点亮对应的灯。

根据上述结构，本例具有下述的作用及效果。

司机通过灯的点亮来确认更设定的档位，以便实行保证定时性与定位停止性的节能行驶(方案)。例如，推荐档位指令N rec的内容处于动力行驶加速档P6，与之相应的灯就会点亮，如果是制动减速档B3，与之对应的灯也会点亮。司机根据灯的点亮情况对主控制器23进行档位操作，这样便能够抑制能量损失，从而达到节能的目的。

推力指示装置24与驱动制动控制系统之间并无直接地电气或机械联系，由于这之间还需通过司机的操作来完成，因而在意外情况发生时推力指示装置24可以比司机的判断更早地做出处理，使系统的可信度大大提高。灯或LED(发光二极管)等显示装置比实施例4中的主控制器23的伺服结构更加简单，更容易实现，系统的可信度大大提高，而且达到降低构成装置成本的目的。

图14是实施例6中的列车运行辅助装置的概略构成例框图。本实旋例与实施例5有所不同，推力指示装置24的结构有变化，下面就不同点进行详细说明。

本实施例中的推力指示装置24是由推荐档位显示控制部32以及声音输出部33所构成。推荐档位显示控制部32接收由列车运行辅助装置22发出的推荐档位指令N rec，控制声音输出部33使其输出相应的报音。例如，推荐档位为B3时，就会输出“制动3档”等类似的报音。

上述结构具有下述作用和效果。

司机可通过报音获知设定档位的状况，以便保证定时性和定位停止性，达到节能行驶的目的，这样也能够达到实施例5中的同样的作用和效果。但实施例5是通过灯的状态来显示推荐档位，司机的注意力全部集中在档位显示上，造成前方注意力不集中，很有可能导致事故发生。与此相对，如果用声音进行指令传达，就不存在这个问题，同时系统的可信度也大大提高。

图15及图16表示本发明中的自动列车运行装置的一个实施例。图中列车0上搭载的自动列车运行装置(ATO)108从作为地上系统的自动列车控制装置(ATC)102中获取限速数据，并从列车0的数据库(DB)103中获取路线条件(倾斜角度及曲线曲率半径等)、车辆条件(列车编组、重量等)、运行条件等数据，并分别从操纵台104获取发车信号，从应荷重装置105中获取应荷重信号，从速度检测器106中获取列车速度信号，并从对适当地配置在路线上的地上传感器做出响应的地上传感器检测器107中获取列车的位置信号。路线上设置的地上传感器用来确认列车的位置。此处，DB103安装在列车0内，但也可以根据情况安装在列车0的外部作为地面系统，另外，根据情况还可以分散地设置在列车0内以及地上。

ATO108除安装着用来处理在线数据的数据处理单元180和列车自动运行单元181之外，还安装有以营业前特性判断单元124以及营业后特性学习单元134为代表的推断单元和学习单元。数据处理单元180进行列车速度信号的处理，除了列车速度以外，还要对列车位置(速度的时间积分)、列车加速度(速度的微分)以及列车行驶距离(速度绝对值的时间积分)进行连续运算。列车位置以及列车行驶距离将通过来自地上传感器107的列车位置信号适当进行补正。数字处理单元180根据各输入信号进行给定运算，为后述的学习或列车运行提供所需的计测数据。列车自动运行所必须的计测数据是由列车自动运行单元181提供。列车自动运行单元181按照各输入数据运算出的结果将动力行驶的指令发给驱动装置9，将减速指令发给减速装置110。驱动装置109包括牵引列车的主电机和控制主电机的电力变换器。减速装置110一般都同时具有机械制动器和电力制动器。

列车0中搭载着ATO108，如图16详细所示那样，其中涉及本发明学习功能的营业前特性推断单元124及营业后特性学习单元134是由下述各装置所构成：营业前行驶判断单元120、营业前特性初始值设定单元121、营业前试验行驶用列车自动运行单元122、行驶结果存储单元123、营业前特性推断单元124、推断结果补正单元125、特性推断值存储单元126、学习特性数据库(学习特性DB)130、特性初始设定单元131、列车自动运行单元132、营业后行驶结果存储单元133、营业后特性学习单元134、以及学习结果补正单元135。单元121-126属于营业行驶前试验行驶时所用的处理装置，单元131-135属于营业行驶开始后所用的处理装置，营业前行驶判断单元120以及学习特性DB130与营业前后并没有关系，两者均通用。

图16中，ATO108将被作为自动列车运行装置使用，省略原本安装的数据处理单元180以及列车自动运行单元181等。

下面说明图15及图16中装置的作用。

图15中，ATO108将从ATC102中获取限速数据，从DB103中获取路线条件或车辆条件、运行条件等事前可以得到的各种信息，并且获得速度，以此为标准进行给定的运算，发出动力行驶指令或减速指令等控制指令，如前述那样实现列车0的自动运行。

ATO108将接受由操纵台104发出的发车信号，让列车自动运行单元开始进行自动运行动作。发车后，将使用从应荷重装置105得到的应荷重信息、从速度检测器106得到的速度数据、以及从地上传感器检测器107得到的地上传感器检测信息。应荷重信息作为与列车重量有关的信息加以利用，地上传感器检测信息是为了补正位置信息而使用的。利用这些信息，ATO108将制订出控制列车的指令(动力行驶指令/减速指令)。动力行驶指令作为控制指令制订出的情况下，输出动力行驶指令，并通过驱动装置109驱动列车行驶。动力行驶指令除了动力扭矩(动力行驶牵引力)指令以外，档位行驶的情况下还可以采用动力行驶档位指令等等。在减速指令作为控制指令制订出的情况下，输出减速指令，并通过减速装置110使列车减速。作为减速指令，可以采用制动力指令，在档位动力行驶的情况下，可以采用制动器档位指令等等。

下面，参照图16详细说明ATO108的作用。

首先根据接收到的操纵台104发出的发车信号，让营业前行驶判断单元120判断(当前)属于营业前试验行驶还是营业开始后的行驶。判断的方法可以采用制订出软标志的方法，比如像“不立标志时为试验行驶”，“立标志时为营业行驶”等这样的利用软标志的方法，或者采用硬开关设定结果的方法等等。

如果营业前行驶判断单元120的判断结果是营业前的试验行驶，就在营业前特性初始值设定单元121中设定营业前试验行驶时的初始特性参数。设定的方法，可以采用人机·界面，利用手动方式在行驶开始之前进行设定的方法。设定值的内容，可以是列车的规格或路线特性等，从事前可以着手的信息中抽取出特性参数并输入。

接着，使用营业前特性初始值设定单元121设定好的特性参数，让营业前试验行驶用列车自动运行单元122进行自动运行方式的列车试验行驶。作为自动列车运行的方法，是在站内停车时制订出最佳行驶方案，以该方案为基准进行自动运行，若与最佳行驶方案发生较大偏差的情况下，就重新制订行驶方案，针对控制指令通过误差反馈的方法进行补正。而且，此时正好属于营业前的行驶，例如，对于档位行驶的列车，可以在用来测定特性的档位下进行试验行驶，能够进行以测定特性为目的的行驶。

然后，将营业前试验行驶用列车自动运行单元122进行自动运行得到的结果，存储到行驶结果存储单元123中。存储过程是将目标行驶方案以及行驶时计测的速度数据或位置数据等等以电子文件的形式存储到硬盘(HD)等的媒介中。

接着，根据行驶结果存储单元123存储下来的试验行驶结果，让营业前特性推断单元124来推断特性参数。营业前应推断好的特性参数可以选择重量、加速特性、减速特性等。

关于编组列车整体的重量，在营业前的试验行驶阶段，由于乘客没有上车，可以根据惯性行驶时的加速度或减速度(加速度负值)以及列车行驶阻力来进行推断。在此，作为测定对象的列车可以考虑按照式(7)那样的简单物理公式进行表现的情况。

计算列车行驶阻力时，可以按照考虑坡度、曲率等路线特性或空气阻力、摩擦阻力的公式来进行运算。此外，关于列车行驶阻力的运算请参照文献交友社编的“运行理论(直流交流电气机车)”。一般情况下，列车行驶阻力Fr可以表示为下式

Fr＝Frg+Fra+Frc

＝s+(A+Bv+Cv2)+800/r          ……(11)

其中，Fr是列车阻力[千克力/吨]，Frg为坡度阻力[千克力/吨](向上为正，向下为负)，Fra为行驶阻力[千克力/吨]，Frc为曲线阻力[千克力/吨]，s是坡度[‰]，A、B、C为系数，v为列车速度，r为曲率半径。

考虑到这些参数，(7)变形为

M＝(F-Fr)/α                   ……(12)，

重量按照式(12)进行推断。式(12)中，在惯性行驶下，牵引力可以为0。对于加速度(减速度)α，可以采用最小平方法，通过从计测结果(列车行驶速度)进行运算后得到。利用上述各个处理就可以推断重量M。

重量M的推断运算结束后，就可以利用该值来推断动力行驶特性以及制动特性。

首先，使用重量推断值Mest、动力行驶时的加速度αacc、以及列车行驶阻力Fr，进行动力行驶特性(动力行驶档位与牵引力的关系等)的推断。关于动力行驶时的加速度αccc和列车行驶阻力Fr，可以通过与前述重量运算同样的处理得到。使用这些量和重量推断值，按照下式来推断牵引力F

F＝Mestαacc+Fr                ……(13)。

按照式(13)可以推断出列车进行档位的动力行驶操作时，各档位上的动力行驶牵引力大小。这样便可以推断出动力行驶档位与牵引力之间的关系。

使用重量推断值、减速时的减速度以及列车行驶阻力，可以推断出制动力特性。减速时的减速度以及列车行驶阻力可以通过与上述重量时的运算同样的处理得到。使用这些量和重量推断值，按照下式来推断制动力F

F＝＝Mestαdec+Fr            ……(14)

其中αdec为减速度(加速度负值)。

按照式(14)，列车进行档位制动操作时，可以推断出各个档位上的制动力。根据推断结果就可以推断出制动档位与制动力之间的关系。

对于上述的推断值，最好能够在站间行驶后或者停车时进行运算，但是也可以在列车行驶过程中进行运算，并在行驶过程中对运算结果进行确认。这样，通过对重量、动力行驶特性、制动特性进行推断的办法，就可以在营业行驶前用比从前更短的时间来调整每个列车编组的偏差。

接着，让推断结果补正单元125针对营业前特性推断单元124推断好的特性推断值进行补正。进行补正之前，应预先设定好理论上可以实现的特性参数的允许范围，补正的目的是为了保证不超出该允许范围。例如，在特性推断值超出允许范围的情况下，要考虑使用预先运算出的设定值，或者使用允许范围中的临界值等。在严重偏离该允许范围的情况下，还需要进行再次试验行驶等的操作。

然后，特性推断值存储单元126将推断结果补正单元125补正好的特性推断值存储到学习特性DB130中。存储的方法，可以采用与前述行驶结果存储单元123相同的方法。学习特性DB130除了存储营业行驶前的试验行驶得到的特性推断结果以外，还存储有后述的营业行驶后的学习得到的特性学习结果。

接下来说明营业前行驶判断单元120判断的结果为营业后行驶的情况。

在营业行驶的情况下，先由特性初始值设定单元131对特性参数的初始值进行设定。在最初的营业行驶中，从学习特性DB130中取出由特性推断值存储单元126存储的特性参数(特性推断结果)进行使用。在进行营业行驶，并进行学习时，将使用从学习结果中得到的特性参数(特性学习结果)。

接着，使用由特性初始值设定单元131设定好的特性参数，由列车自动运行单元132控制列车进行自动行驶。列车的自动运行基本上与营业前试验行驶用列车自动运行单元122相同，但由于营业后乘车的乘客数不定，重量就会发生改变。因此，从列车出站刚开始进入动力行驶时，必须要推断出站间行驶时的重量。对于重量的推断方法，如果可以得到应荷重，就使用应荷重。如果不能利用应荷重，就通过在从出站后的刚进入动力行驶时发挥与营业前特性推断单元124和推断结果补正单元125相同的作用的办法来推断重量。如果推断结果与特性初始值设定单元131设定的值不同，就需要进行重新制订行驶方案等处理。在出站后刚进行动力行驶时进行重量推断的基本情况参见图17所示的情况。

在图17中，横轴表示从出站到达下一站的距离，即位置，纵轴表示以各位置上的速度作为速度模式的情况。在出站的停车状态下，将遵循根据特性推断值制订出的最佳行驶模式131(图中细虚线)开始行驶后，按照初期动力行驶区间130中的实际行驶结果，即实际行驶模式132(图中粗实线)来进行重量推断，通过基于重量推断值的再运算，制订出补正后的行驶模式132(图中粗虚线)，并以此为标准进行实际行驶运行。

然后，营业后行驶结果存储单元33将列车自动运行单元32的自动运行结果存储起来。存储的方法，可以采取与前述行驶结果存储单元23相同的方法。

然后，使用由营业后行驶结果存储单元133存储着的行驶结果，通过营业后特性学习单元134进行特性的学习。关于该特性的定期学习内容，分为下述几几种情况：

(1)按照站间行驶结果进行学习

(2)按照全路线行驶结果进行学习

(3)按照1天的行驶结果进行学习

(4)按照数日的行驶结果进行学习

(5)按照数个月的行驶结果进行学习

以下分别对(1)-(5)分别进行说明。

(1)按照站间行驶结果进行学习

站间行驶后得到的站间行驶结果作为基准进行学习，将学习结果反映到下一次站间行驶中。例如，下雨的时候针对制动力降低的特点进行学习。作为判断出有必要从站间行驶结果进行学习的例子，雨天时制动力降低的情况就是一个例子。雨天行车时，若要使用列车的空气制动器，就要考虑由于下雨使制动片的摩擦性能降低而导致制动力(减速性能)降低的情况发生。一旦下雨，减速性很可能会下降。在这个结果的基础上进行制动力特性的学习比较好。这里得到的学习结果多为暂时性的，也可以别的途径，作为暂时的特性参数来保持利用。

(2)根据全程的行驶结果进行学习

根据一条路线上从始至终行驶的结果进行学习，在下一条路线开始行驶时将学习结果反映出来。例如，结束了一条路线上的行驶，必须要到达各站，停止时发生偏离目标停止位置的情况下(产生了偏离量)，为了减小该偏离量，最好是针对偏离量来学习制动力特性。例如，超过目标停止位置的情况下，我们会想到制动力特性的设定值更适当大于实际值。由于制动力比实际要大，因此无法得到预想的减速度。这种情况下，最好是为了达到适当减小制动力特性的设定值的目的来进行学习。

(3)按照一天行驶结果进行学习

根据一天的行驶结果来进行学习，将学习结果反映在次日的行驶中。例如，观察一日的行驶结果(譬如1条路线上全程行驶多次的行驶结果)时，可称为必要的某车站上对于目标停止位置发生同程度的走过头的现象，有可能是因为站间坡度或曲线等路线特征参数的设定上产生了偏差。此时，学习的目的就是为了根据行驶结果逐步地对坡度或曲线等路线特征参数稍许进行调整。

(4)按照数日的行驶结果进行学习

将数日的行驶结果存储下来，根据该存储结果进行学习。例如，观测数日的行驶结果时，如果仅仅在相同的时间段内行驶方案上产生了偏差，那么就可以考虑是否由于某些影响，使该时间段内的动力行驶牵引力特性或制动力特性最终与实际发生偏差。在其他的时间段内没有观测到偏差的情况下，可以认为实际上并不完全因为特性参数本身发生偏差，因此可以只对作为对象的时间段进行补正，然后再通过学习对该补正值进行补正。

(5)按照数月的行驶结果进行学习

存储数个月的行驶结果时，根据存储的结果进行学习。例如，按照维修检查时存储的结果进行学习。例如，观测3个月的行驶结果时，有时可能按照3个月前、2个月前、1个月前，观察随着时间的经过制动力逐渐降低的状况。这些状况，如果按照数日行驶结果的学习是很难判断出的。在使用空气制动的情况下，有可能产生摩擦引起的制动片的磨耗。因此，就有必要根据该结果对特性参数进行变更(学习)，并根据程度采取更换制动片等措施。除此以外，也要采取更改车轮半径，或者采取措施以防止老化。

上述的学习方案，作为一个例子，可以通过如图18所示的程序进行学习、有选择地实现。在图18中，营业前行驶判断单元120判断属于营业前的试验行驶还是营业后的营业行驶(步骤151)的结果，如果是前者(营业前试验行驶)，就进行营业前试验行驶(步骤152)，并对初始参数进行推断(步骤153)，然后结束。如果步骤151中的判断结果为营业行驶，就进行与行驶内容相对应的5种学习中的任何一种。也就是说，对营业行驶的行驶结束时的状态进行判断(步骤154)，如果是站间行驶结束，就进行“(1)根据站间行驶结果进行学习”(步骤155)，如果是全程行驶结束，就进行“(2)根据全程行驶结果进行学习”(步骤156)。步骤154中，如果是1天的行驶结束，就判断已经存储了几天的数据与否(步骤157)，按照该结果，如果存储好1日的数据，就进行“(3)根据1日的行驶结果进行学习”(步骤158)，如果存储了数日的数据，就进行“(4)根据数日行驶结果进行学习”(步骤159)，如果存储了数个月的数据，就进行“(5)根据数个月的行驶结果进行学习”(步骤160)。

但是，图18中粗线表示的各学习步骤155、156、158、159、160仅积是在观测到行驶结果具有下述学习倾向的情况下才会进行。即

(a)同样倾向的偏差一直持续的情况(例如，对于全程行驶结果，在所有的车站间都观测到同程度的错过目标停止位置的情况等)，以及

(b)偏差明显的情况。

关于学习，可以考虑采用将相关的特性参数按照一定的比例进行增减的方法。例如，如前所述那样，对于全程行驶结果，若在所有的站间都观察到同程度的错过目标停止位置时，就可以考虑因制动力的设定值超过实际的制动力过多所造成的情况，因而可以进行学习以便能将制动力特性的设定值适当减小一定比例。

特别是对于以站间行驶结果为基准进行学习的情况，能够观察到几个具有相同倾向的偏差的情况是很少的。因此，在这种情况下，可以考虑下述方式的学习。即

·成为对象的自动列车运行方式：

此方式是当行驶方案和实际测量值上发生了较大的偏差的情况下，针对该偏差对控制指令(动力行驶档位指令、制动档位指令等)进行补正的自动列车运行方式。

·学习方法：

按照行驶方案和实际测量值之间发生偏差时的控制指令补正状况进行学习。以制动力的特性来说，例如在制动时，若出现比计划要强的制动力档位的控制指令补正的情况，就无法得到所预想的减速度。此时，由于制动力特性的设定值比实际的制动力值大很多，因此可以进行学习将制动力特性的预定值适当减小一定比例。若出现比计划要弱的制动力档位的控制指令补正的情况，则相反，进行学习，将制动力特性设定值増大一定的比例。

对于推断特性与实际值不同的判断，是按照作为计测数据得到的加速度，使用作为假设特性的列车行驶的有关特性、路钱形状特性(坡度、曲线等)、重量、牵引力或者制动力，判断是否满足式(7)。

如上所述，学习结果补正单元135将对由营业后特性学习单元134得到的学习结果进行补正。补正的方法，可以采用与前述推断结果补正单元125相同的处理进行实施。此处的补正结果将被作为特性学习结果存储到学习特性DB130中。

以上所述，进入营业运行后也要进行学习，一边调整特性参数的同时进行营业运行。

上述的大多数种类的学习所设想的是列车到站时等处于停车过程中的在线自动学习。但是，动力行驶时的重量推断则所设想的是行驶过程中的在线自动推断。

通过一边进行学习和推断的同时进行列车自动运行的方法，可以有效地针对列车编组的偏差和时效变化等因素进行自动运行。

如上所述，如果采用实施例7中的自动列车运行装置，通过在营业行驶前对重量、动力行驶牵引力、制动力的推断，就能够用比以前更短的时间针对每列列车编组的偏差进行调整，通过营业后进行特性参数学习的办法，即使特性参数上发生变化的情况下也可以实现满足乘车舒适性和停止精度的自动运行。在营业后的学习中，通过按照利用学习的数据期间划分为站间行驶部分和路线行驶部分等进行划分实施，可以实现更接近实际情况的学习。另外，营业前的推断和营业后的学习中，通过对推断和学习结果进行补正的办法，即使出现了极不常见的意外结果，也只要通过补正，就可以进行推断和学习，而不必使用那些不常见的特性参数。

如上所述，通过不断地进行特性的学习就有可能做出有效的最佳行驶方案。若在列车行驶中出现较大规模的学习，就以此为契机重新制订行驶方案，这样就能够实现满足乘车舒适度、目标停止位置精度、行驶时机的自动列车运行。

实施例7中，大部分的学习所设想的都是列车到站时等处于停车过程中进行的在线自动学习，动力行驶过程中的重量推断所设想是行驶过程中进行的在线自动推断。但是，如果安装了能够在列车行驶过程中确认学习进行状况的人机界面，就可以实现在行驶过程中进行在线自动学习并通过司机的判断来利用学习结果的系统。在此情况下，可以将学习装置以单个装置作为自动列车运行的辅助装置。

图19表示实施例9中的自动列车运行装置的主要部分的结构。本实施例中，作为营业后特性学习装置，包括权利要求中的自动特性学习单元1341、自动特性学习单元1342、自动特性学习单元1343、自动特性学习单元1344、以及自动特性学习单元1345，另外还包括用来输入这些自动特性学习单元取得的学习结果的学习结果比较单元136，还包括按照学习结果比较单元136中的比较结果对学习结果进行补正的学习结果补正单元137。

自动特性学习单元1341-1345如实施例7中说明的那样分别进行特性学习。学习结果比较单元136接受来自自动特性学习单元1341-1345中得到的学习结果，对这些学习结果进行比较，检查相互之间是否有大的矛盾。自动特性学习单元1341-1345之间，由于学习期间、即学习的间隔相差比较大，因此可以通过短的学习期间得到的结果对长的学习期间的结果进行检查。例如，自动特性学习单元1345中的学习结果与自动特性学习单元1344中的学习结果在同时间段相差n倍，比如相差10倍的情况下，判断为出现明显异常，并可以认为自动特性学习单元1345的学习结果出现很大的矛盾。另外，利用自动特性学习单元1341-1345中的多个结果来进行检查，可以使检查的精度大大提高。

然后，学习结果补正单元137针对学习结果比较单元136的出现较大矛盾的比较结果进行补正。最简单的补正方法，就是直接利用短的学习期间(学习间隔)自动特性学习单元的学习结果。但是，使用自动特性学习单元1341-1345中的多个学习结果时，可以考虑使用这些学习结果的平均值。在自动特性学习单元1341-1345中的学习结果中的大部分出现矛盾的情况，以及自动特性学习单元1341-1345的学习结果相互之间存在大的偏差的情况下，也可以考虑将这些学习结果取出平均值来使用。

在自动特性学习单元134中，使用适宜观测器就可以进行特性的学习。适宜观测器，是在将对象装置按照式(7)进行数字模型化的情况下，根据观测(测定)可能值对其参数进行识别的。也可以考虑按照观测方法进行系统识别，不断地让列车自动运行单元181利用适宜观测器的识别结果，构成一种适宜的控制系统。按照式(7)，使用适宜观测器，可以利用观测值的加减速度(由速度检测器106的检测速度算出)和控制指令值的动力行驶牵引力或者制动力，不断地对重量、列车行驶阻力进行识别。作为适宜观测器的算法，可以采用可扩充最小二乘法或扩充卡尔曼滤波器、适宜滤波器等(详细情况参见“强有力适应控制入门”(寺尾满鉴修、金井喜美雄著，オ-ム社刊)的第2章“未知装置的推断与适应观测器”P.47-87，或者“系统控制系列6最佳滤波”(西山清著，培风馆)的3.3节“适应滤波器”P.50-57)。

如上所述，通过比较学习期间(学习间隔)不同的几个自动特性学习装置，将出现矛盾的学习结果排除掉，就可以得到更高精度的特性学习结果。

实施例11中，自动特征学习单元134通过干扰观测器进行特性学习。干扰观测器被充分地用到动作控制等工作中，是用来识别干扰的装置(详细参见“MATLAB控制系统设计”(野波健藏编著，西村秀和、平田光男共著，东京电机大学出版社)的4.4节“动作控制中的干扰观测器”P.99-102)。将式(1)中的列车行驶阻力看作动作控制中的干扰力，就可以利用干扰观测器不断地对列车行驶外力进行推断。利用推断结果进行学习，可以大大提高学习的精度。

下面，参考附图详细说明本发明的实施例12。图20是表示自动列车运行装置1与数据保存单元201的结构图。

自动列车运行装置1是由作为列车特性学习单元的列车特性学习装置207和作为自动列车运行单元的自动运行控制部208所构成。列车特性学习装置207会在列车行驶过程中获取列车特性数据(列车阻力、空耗时间等(后述))和路线数据等。列车特性学习装置207获取到的数据将被保存在数据保存部201中。由列车特性学习装置207获取到的、且保存在数据保存部201中的数据将被输出到自动运行控制部208中。通过自动运行控制部208，根据由列车特性学习装置207取得并被保存在数据保存部201中的数据，建立行驶方案。按照该方案让列车进行自动运行。

列车特性学习装置207由下述各部分构成：作为数据保存单元的数据保存部201、作为列车重量计算单元和动力行驶牵引力偏差检测单元的列车重量计算部209、作为列车阻力计算单元的列车阻力计算部210、作为制动力计算单元和制动力偏差检测单元的制动力计算部211、作为空耗时间计算单元的空耗时间计算部212、作为乘车率计算单元的乘车率计算部213、以及检测列车速度的装置。

数据保存部201输出的内容将输入到列车重量计算部209、列车阻力计算部210、制动力计算部211、乘车率计算部213、自动运行控制部208中。列车重量计算部209输出的内容将输入到数据保存部201中。列车阻力计算部210的输出内容将输入到数据保存部201中。制动力计算部211的输出内容将输入到数据保存部201中。

空耗时间计算部212的输出内容将输入到数据保存部201中。乘车率计算部213的输出内容将输入到数据保存部201中。运行控制部8的输出内容将输入到列车重量计算部209、制动力计算部211、空耗时间计算部212、乘车率计算部213中。

列车重量计算部209在列车加速行驶的动力行驶时，将输入来自数据保存部201中的列车阻力值、来自自动运行控制部208的动力行驶牵引力值F、以及该时刻上的列车速度V。列车重量计算部209根据列车阻力值Fr、牵引力值F和列车速度V，按照式(15)进行计算，得出列车重量M。列车重量计算部209求得的列车重量M将保存在数据保存部中。在式(15)中，M为列车重量、F为动力行驶牵引力值、Fr为列车阻力、α为列车加速度。列车加速度α可以通过列车速度V求出。

M＝(F-Fr)/α                ……(15)

列车重量计算部209作为动力行驶牵引力偏差检测部，关于动力行驶牵引力值F，列车重量计算部209也使用算出的列车重量值M，当速度V的值与计算列车重量M时使用的V1值不同的时候，将M的值代入式(15)就可以求出正确的动力行驶牵引力值F。而且，该动力行驶牵引力值F与自动运行控制部208发出的动力行驶牵引力指令值Fk的偏差也能由列车重量计算部209测量出来。动力行驶牵引力指令值Fk与动力行驶牵引力值F之间的偏差将被输出到数据保存部201中保存起来。为了能够测定出动力行驶牵引力指令值Fk与动力行驶牵引力值F之间的偏差，将动力行驶牵引力指令值Fk与动力行驶牵引力值F之间的偏差加到测定时的动力行驶牵引力指令值Fk上，将得到的值作为新的动力行驶牵引力指令值Fk计算出，通过这样的处理能够更加正确地进行列车自动运行。

列车阻力计算部210在列车做惯性滑行时通过数据保存部201将列车重量M、速度V输入。通过数据保存部201输入的列车重量M、速度V将按照式(16)来计算列车阻力值Fr。列车惯性滑行时，由于动力行驶牵引力不起作用，可以设动力行驶牵引力值F为0。由于动力行驶牵引力值F为0的原因，式(15)变形为式(16)。通过式(16)算出的列车阻力值Fr将输出给数据保存部并在那里存储下来。式(16)中，M为列车重量，F为动力行驶牵引力值，Fr为列车阻力值，α为列车加速度。列车加速度α可以通过列车速度V求出。

Fr＝F-Mα＝0-Mα            ……(16)

如“运行理论(直流交流电气机车)交友社编”所示的普通列车(高速车辆多少有些不同)中，列车阻力值Fr将按式(17)那样表示成坡度阻力值Frg、曲线阻力值Frc及行驶阻力值Fra三者的和。另外，容易知道坡度阻力值Frg、行驶阻力值Fra、曲线阻力值Frc分别如式(18)、式(19)、式(20)所示。

惯性行驶时列车阻力值Fr是通过列车重量M与速度V计算得出，因此通过列车阻力计算部210也可以计算出坡度阻力值Frg和行驶阻力值Fra。行驶阻力值Fra通过速度V计算得出。曲线阻力值Frc则使用预先保存在数据保存部1中的数据。为了能够将列车阻力值Fr、行驶阻力值Fr、曲线阻力值Frc作为数值数据来使用，列车阻力计算部210将根据式(17)的变形式计算出坡度阻力值Frg。由列车阻力计算部210算出的坡度阻力值Frg将被输出到数据保存部201中并保持在那里。式(18)中，s表示坡度(％)(向上为正，向下为负)。式(19)中，A，B，C为系数，V表示速度(km/h)。式(20)中，r表示曲线半径(m)。列车阻力计算部能够在列车行驶时对坡度阻力值或列车阻力值进行测定，因此不难得到正确的数据。另外，因为按照预定的路线往复行驶一次就能够测定数据，因此时间上可以大大缩短。式(17)、式(18)、式(19)、式(20)中，列车阻力为Fr，列车阻力值为Fr，行驶阻力值为Fr，曲线阻力值为Frc。A，B，C为系数，r表示曲率半径。

Fr＝Frg+Fra+Frc            ……(17)

Frg＝s                     ……(18)

Fra＝A+Bv+Cv²              ……(19)

Frc＝800/r                 ……(20)

制动力计算部211分别通过自动运行控制部208输入列车速度V、制动指令Fs，通过数据保存部201输入列车重量M、列车阻力值Fr。制动力计算部211将利用列车速度V、列车重量M、列车阻力值Fr按照式(21)进行运算从而得出制动力值Fb。由制动力计算部211算出的制动力值Fb将被输出到数据保存部201中并存储在那里。

使用前述的公式再次进行说明。式(21)中，制动力为Fb，重量为M，加速度为α，列车阻力值表示为Fr。

Fb＝Mα+Fr               ……(21)

制动力计算部211作为制动力偏差检测装置，将对制动力计算部211算出的制动力值Fb与制动力指令值Fs之间的偏差Fh进行计算(参考式(22))。制动力计算部211算出的制动力值Fb与制动力指令值Fs之间的偏差Fh将被输出到保存部201并保存在那里。将制动力计算部211算出的制动力值Fb与制动力指令值Fs之间的偏差Fh加到进行偏差Fh测定时的制动指令值Fs上就可以得到新的制动力指令值Fs，按照这种方法就能够让列车选取更加准确的制动力值Fb进行工作。式(22)中，制动力值为Fb，制动力指令值为Fs，偏差表示成Fh。

Fh＝Fs-Fb             ……(22)

进行制动时，通过自动运行控制部208将制动指令值Fs输出的时刻T1的数据与列车减速时的时刻T2的数据输入到空耗时间计算部中。空耗时间计算部211将计算出制动力指令值Fs被输出的T1时刻的数据与列车减速时的T2时刻的数据之间的偏差Th(参考式(23))。空耗时间计算部211计算出的偏差Th将被输出到数据保存部201中并保存在那里。空耗时间Th表示实际的制动指令由自动运行控制部208进行指令后直到制动指令到达驱动装置205或制动装置206的整个过程需要的时间。通过对空耗时间Th的测定的办法，在考虑空耗时间Th的基础上制订行驶方案，就可以建立更加正确而且安全的行驶方案。在式(23)中，通过自动运行控制部208将制动指令值F输出后的时刻称为T1，列车减速的时刻为T2，空耗时间表示为Th。

Th＝T2-T1               ……(23)

乘车率计算部213通过数据存储部201分别输入空车时的列车重量Mk和该时刻上的列车重量M、满载时乘客的人数N、人的平均体重Mc。乘车率计算部213将使用空车时的列车重量Mk与该时刻上的列车重量M、满载时的乘客人数N、人的平均体重Mc这些数据按照式(24)进行运算，将乘车率推断值Mrate算出。乘车率计算部213计算出的乘车率推断值Mrate将被输出到数据保存部201中，并保存在数据保存部201中。在式(24)中，空车时的列车重量为Mk，该时刻上的列车重量为M，列车满载时乘客人数为N，人的平均体重为Mc，乘车率推断值表示为Mrate。

$\mathrm{Mrate}=\frac{\frac{M-\mathrm{Mk}}{\mathrm{Mc}}}{N}\·\·\·\·\·\·\left(24\right)$

如上所述的列车特性学习装置202中，列车重量计算部209可以在列车进行动力行驶时将列车重量M计算出来，并可以通过数据保存部201将当前时刻上的列车重量M输出到乘车率计算装置中。因此，能够估算出每个站间的乘车率Mrate。因为能够在站间推断出乘车率Mrate，因此，就可以分析每站乘车率的变化和因时间不同导致乘车率的变化。而且，因为列车重量计算部9可以计算出当前时刻上的列车重量M，因此可以就列车阻力值Fr或坡度阻力值Frg计算出正确的数据。自动运行控制部208，正如像在特开平5-193502和特开平6-284519所记述的那样，通过地上传感器和列车速度以及经过的时间对列车当前位置进行检测，根据自动列车运转模式(参照图21(纵轴为速度，横轴为距离(位置)))，决定目标速度。通过自动运行控制让列车跟踪该目标速度。另外，还有通过行驶距离和地上传感器来检测位置的方法，因此自动运行控制部的控制方式是没有限制的。

本实施例中的运行控制部208包括未安装在传统的自动运行控制部中的空耗时间补正单元、动力行驶牵引力偏差补正单元、制动力偏差补正单元。作为空耗时间补正单元的空耗时间补正部(图中略)通过空耗时间计算部212输入空耗时间。空耗时间补正部(图中略)在附加了空耗时间的基础上计算出制动力或动力行驶牵引力开始时间，并控制动力行驶牵引力开始时间。动力行驶牵引力偏差补正单元(图中略)通过作为动力行驶牵引力偏差检测单元的列车重量计算部209输入动力行驶牵引力偏差。动力行驶牵引力偏差补正单元(图中略)在附加了动力行驶牵引力偏差的基础上重新计算出动力行驶牵引力指令值，并控制动力行驶牵引力。制动力偏差补正单元(图中略)通过制动力计算装置输入制动力偏差补正值。制动力偏差补正单元(图中略)在附加制动力偏差补正值的基础上，重新计算出制动力指令值，控制制动力。

由于列车特性学习装置207可以在列车行驶过程中获取像乘车率、列车重量、列车阻力、制动力等等数据，因此本发明中的实施例12中的自动列车运行装置不仅仅适用于安全自动运行之前的数据采集的情况，还适用于实际上有乘客乘坐运行的情况，或是通过运行时采集的数据重新制订行驶方案的车辆中。在本实施例中，采取在列车行驶过程中通过列车特性学习装置207进行数据处理的方式，当然，数据处理在列车行驶后进行也没有问题。在本实施例中，说明了制动力的情况，当然也包括制动档位，制动的方法是没有限制的。此外，本实施例中的列车特性学习装置还考虑到雨天的数据采集、每个不同季节的数据、每个不同路线的数据，每个不同车站的数据采集等等，因此路线数据并不限于只采集一次。

图22表示搭载有本发明各实施例所涉及的自动列车运行装置的列车结构框图。列车0上搭载有由安装在车轮的转轴上的脉冲发生器(PG)等构成的速度检测器302和用来检测设置在轨道上的地上传感器(脉冲转发器)的地上传感器检测器303，另外还搭载有输入这些列车检测速度置信号以及列车检测位置信号的自动列车运行装置1、由该自动列车运行装置1控制的驱动装置305及制动装置306。图中未表示出的自动列车控制装置(ATC)所发出的关于限速等的ATC信号或运行条件等将被输入到自动列车运行装置4中。

自动列车运行装置1中设有数据库300、站内停车时运算实施电路304A、以及站间行驶时运算实施电路304B，上述列车检测速度信号以及列车检测位置信号将被输入到该站间行驶时运算实施电路304B中。站内停车时运算实施电路304A用来在列车0停车时进行下述的给定运算，站间行驶时运算实施电路304B在列车0站间行驶过程中进行下述的给定运算或控制。而且，数据库300中存储有路线条件(坡度、曲率等)和车辆条件(限速、车辆重量以及加减速性能等列车特性等)等运行时的特性数据、以及运行时间表(运行表)等各种数据。作为数据库300可以采用像自动列车运行装置1内搭载的硬盘等等，但随着磁卡技术的不断发展，司机也可以使用便携的IC卡。

图23是表示本发明的实施例13所涉及的自动列车运行装置1构成的框图。站内停车时运算实施电路304A设有最佳行驶方案生成单元307，站间行驶时运算实施电路304B设有行驶方案再运算单元308、控制指令提取单元309，以及控制指令输出单元310。而且，数据库300中存储的数据将被输入到站内停车时运算实施电路304A和站间行驶时运算电路实施304B这两者中。来自速度检测器302及地上传感器检测器303的各种检测信号以及ATC信号则仅仅被输入到站间行驶时运算实施电路304B中。

最佳行驶方案生成单元307将根据数据库300中存储的各种数据生成最佳行驶方案，以便使列车0从某一站出发能在目标时刻停在下一停车站的目标位置上。这里的“最佳”条件可以设为各种条件。例如，可以设为行驶时间最优先，提高节能效率最优先，或者最优先考虑为了不突然加减速等从而达到良好的乘车环境。另外，对于最佳行驶方案生成单元307的最佳行驶方案中所涉及的数据的保持方法，作为一个例子可以考虑将与时间或距离相对应的速度目标值等作为控制指令对待。

最佳行驶方案生成单元307制成最佳行驶方案的方法，有例如使用力学列车模型，预测列车行驶举动的方法(例如，特开平5-193502号)等。如图37所示，这种方法是通过预测的办法先求出动力行驶曲线、惯性行驶曲线、以及逆行制动曲线，将惯性曲线与逆行制动曲线的交点设为制动开始点。

行驶方案再运算单元308输入由最佳行驶方案生成单元307制订出的行驶方案的同时，分别通过速度检测器302和地上传感器检测器303输入列车检测速度、列车检测位置、以及来自ATC的ATC信号，当生成的行驶方案与实际行驶结果之间的误差超出给定值时，进行行驶方案的再次运算。

控制指令提取单元309根据从行驶方案再运算单元308输入的行驶方案，抽取出与驱动装置305和制动装置306相对应的该时刻上的加速指令和减速指令，并输出给控制指令输出单元310。控制指令输出单元310将从控制指令提取装置9输入的加速指令和减速指令输出给驱动装置305和制动装置306。

下面，说明如上所述结构的图22中的动作。现在，假设列车0停在某个车站内，最佳行驶方案生成单元307参照数据库300中存储的数据生成到达下一停车站的最佳行驶方案。接着，列车0开始行驶，行驶方案再运算单元308将对最佳行驶方案生成单元307制出的最佳行驶方案和按照速度检测器302、地上传感器检测器303获得的检测速度及列车检测位置进行运算而得到的实际行驶结果进行比较，当两者的差(例如，最佳行驶方案中的速度目标值与速度实际值之间的差，即速度误差)超过预先设定的临界值时就进行行驶方案的再运算。

在此，两者的差超出临界值的状态，除因前述的列车摇摆现象引发以外，还有可能是因为前进方向的前方停着别的车，而从ATC发出限速变更指令引发的情况。行驶方案再运算单元308可以在考虑由再运算时刻上的实际速度和实际距离(列车位置)或是站间行驶所允许的剩余时间的基础之上进行再运算。

而且，控制指令提取单元309从行驶方案再运算单元308经再运算得出的行驶方案中提取出加速指令或减速指令等控制指令，控制指令输出单元310将提取出的这些控制指令输出给驱动装置305或制动装置306。根据自动列车运行装置304的运算以及控制，列车0将在目标时刻达到下一停车站的目标位置。之后，列车0在下一停车站停车期间，最佳行驶方案生成单元307还将制订出到达下一站的最佳行驶方案，单元308-310将进行相同的动作。此外，行驶方案再运算单元308必须要到最佳行驶方案生成单元307制订的最佳行驶方案与实际行驶结果之间的误差超出给定值时才进行再运算，将由最佳行驶方案生成单元307制订出的最佳行驶方案直接输出给控制指令提取单元309。

根据上述图23中的实施例13，列车0开始按照由最佳行驶方案生成单元307制订出的最佳行驶方案行驶之后，实际行驶结果与该行驶方案产生一定偏差的情况下，行驶方案再运算单元308会立即进行形式方案的再运算，这样便可以抑制以前曾发生过的较大的列车摇摆现象，达到节能的效果。

图24是表示本发明的实施例14所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。图24与图23的不同点在于，在图23的行驶方案再运算单元308上使用了累计误差参照型行驶方案再运算单元311。图23中的行驶方案再运算单元308由于在每个再运算时刻都必须对该时刻上误差是否超过临界值做出判断，因此有可能受到较大的噪音影响，从而导致不稳定的再运算。因此，在本实施例中，累计误差参照型行驶方案再运算单元311将对累计到某一程度的误差(例如，累计达5分钟的时间之间误差)进行判断。这样做就可以防止受到上述的大的噪音影响以及不稳定的再运算发生。

图25表示本发明的实施例15所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。图25与图24的不同点在于，控制指令提取单元309与控制指令输出装置310之间设置了控制指令补正单元312。该控制指令补正单元312具有判断行驶方案再运算单元308输出的行驶方案与实际行驶结果之间的误差是否超出临界值的功能，在判断为超出临界值的情况下，将对由控制指令提取单元309提取出的控制指令进行补正。由于设计了上述的控制指令补正单元312，因此具有支持自动列车运行装置1的功能。

就是说，列车0按照最佳行驶方案生成单元307或行驶方案再运算单元308运算出的行驶方案进行实际行驶就不会有任何问题，但有时也必须要脱离行驶方案进行行驶。例如，多个制动器中的其中一个上发生了异常时等。但是，本实施例中，即使是这种情况，制动指令补正单元312也可以达到辅助支持的作用，对控制指令能够进行适当补正，因此可以防止列车0的停止位置偏离目标位置过大。另外，按照图25的结构，图23中的控制指令提取单元309与控制指令输出单元310之间安装了控制指令补正单元312，不过，该控制指令补正单元312也可以设置在图24中的控制指令提取单元309与指控指令输出单元310之间。

图26表示本发明实施例16所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。图26与图25不同之处在于，图25中所示的控制指令补正单元312中使用了累计误差参照型控制指令补正单元313。对于图25中的控制指令补正单元312，只要一次判断出行驶方案与实际行驶方案之间的误差超出临界值时，控制指令补正单元312就会立即针对来自控制指令提取单元309的控制指令进行补正，这样做很容易受到噪音的影响，容易导致不稳定的控制。因此，在本实施例中，累计误差参照型控制指令补正单元313将围绕已经累计一定程度的误差(例如，累计达到5分钟时间之间的误差)进行判别。这样可以防止上面提到噪音影响和不稳定的控制。

图27表示本发明的实施例17所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。图27与图26中的不同之处在于，行驶方案再运算单元308变为累计误差参照型行驶方案再运算单元311。其他部分的结构与图26相同，在这里不再做详细说明。另外，该实施例中，行驶方案与实际行驶结果之间的累计误差将通过2个单元311、313来进行判断，这2个单元在对累计误差进行判断时使用的临界值会根据条件的不同而设定成不同的值。

图28表示本发明的实施例18所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。图28与图27的不同之处在于，站内停车时运算实施电路304A的最佳行驶方案生成单元307将变成空耗时间考虑型最佳行驶方案生成单元314，另外数据库300中存储的列车特性数据中包括“空耗时间”数据。

针对进行行驶方案生成运算之际的控制指令的列车响应的空耗时间，也就是从控制指令输出后到控制指令的影响确实作用给实际列车的行驶这段时间，对于其求解过程，运算算法的负荷会变得过大，就运算速度来讲不是很实用。因此，在本实施例中，存储在数据库300中列车特性数据中已经包括预先求出的空耗时间，作为最佳行驶方案生成单元的是“空耗时间考虑型”的最佳行驶方案生成单元314，在最佳行驶方案生成的时候会考虑到该空耗时间。这样做，可以在到达下一停车站时大大提高目标位置停止精度。

图29表示本发明实施例19所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。图29与图28的不同之处在于，将图28中的累计误差参照型行驶方案再运算单元311改设成空耗时间考虑型行驶方案再运算单元315。该空耗时间考虑型行驶方案再运算单元315与空耗时间考虑型最佳行驶方案生成单元314相同，参考存储在数据库300中的列车特性数据中的时间数据，进行与行驶方案相关的再运算。这样做，可以在到达下一停车站时大大提高目标位置停止精度。

实施例19中表示的是“空耗时间考虑型”的行驶方案再运行单元315与“空耗时间考虑型”最佳行驶方案生成单元314组合后的结构。但是，也可以有与非“空耗时间考虑型”的普通最佳行驶方案生成单元307组合的结构，也就是将图23至图27中的行驶方案再运算单元308、311置换成空耗时间考虑型行驶方案再运算单元315的结构。

图30表示本发明的实施例20所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。图30与图29的不同之处在于，图29中的空耗时间考虑型最佳行驶方案生成单元314被设定成为前方预测型最佳行驶方案生成单元316。该前方预测型最佳行驶方案生成单元316也属于“空耗时间考虑型”的一种，但它是按照列车0前进方向上的预测来制订行驶方案，以便使列车0能够停在下一停车站里的目标位置上。

如图38所示，沿列车行使方向对列车动机预测进行运算，并进行收敛运算以便让列车以目标速度通过目标地点(或者一点一点地错开减速开始点的同时进行收敛运算)，这样不使用逆行曲线就可以制订出最佳行驶方案。若不考虑空耗时间也可以的情况下，由于可以将在参考制动特性的同时反转目标位置求出的地点设为制动开始点，因此运算还算容易进行，但是在必须考虑空耗时间的情况下，按照这个反转式进行计算的话运算算法会变得十分复杂。因此，在求制动开始点上需要花费很多的运算时间，在得到制动开始点的的运算结果的时刻已经走过了目标位置。此外，图38所示的方法将通过多次行驶方向上的预测运算来求出制动开始点，类似这样的运算即使有很多次，也可以在每个给定的取样周期内进行，并以短时间中止。

图31表示本发明的实施例21所涉及的自动列车运行装置1的基本结构框图。图31与图29的不同之处在于，将图29中的空耗时间考虑型行驶方案再运算单元315设定成前方预测型行驶方案再运算单元317。该前方预测型行驶方案再运算单元317与前方预测型最佳行驶方案生成单元316一样，在进行行驶方案再运算时按照列车0的前进方向上的预测进行运算以便使列车0能够停在下一停车站里的目标位置上。因此，仅用很短时间就可以完成考虑了空耗时间的行驶方案再运算。另外，该前方预测型行驶方案再运算单元317不仅可以用图29中的空耗时间考虑型行驶方案再运算单元315来替换，还可以用图23至图27以及图30中的行驶方案再运算单元308、311、315来进行替换。

图32表示本发明的实施例22所涉及的自动列车运行装置1的基本结构框图。图32与图31的不同之处在于，将图31中的前方预测型行驶方案再运算单元317设定成逐次前方预测型行驶方案再运算单元318。图31中的前方预测型行驶方案再运算单元317在预先设定的每个给定控制周期中进行前方预测运算的行驶方案再运算，但是，如果利用本实施例中的逐次前方预测型行驶方案再运算单元318就不一定非得在每个控制周期内进行再运算。例如，取样控制周期为0.3秒，那么每1秒，或者每10秒进行一次运算都可以。这样改变了再运算的周期，就可以使运算负荷变小。此外，决定运算周期时可以在考虑线路坡度的骤然变化和限速的变化地点等等的基础上适当地做出决定。

图33表示本发明的实施例23所涉及的自动列车运行装置1的基本结构框图。图33与图32的不同之处在于，将图32中的逐次前方预测型行驶方案再运算单元318设定成速度计测驱动型逐次前方预测型行驶方案再运算单元319。即，速度检测器302的检测取样周期如果设定成例如1(msec)的话，站间行使时运算实施电路304B并不是直接使用以该周期输入的速度检测信号，而是对在5-10(msec)程度的期间内输入的速度检测信号进行滤波等加工，然后更新数据。而且，速度计测驱动型逐次前方预测型行驶方案再运算单元319将按照该数据更新周期进行前方预测型的行驶方案再运算。这样就能够抑制噪音等的影响，提高再运算时的运算精度。

图34表示本发明的实施例24所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。该实施例是在图31的结构中的站间行驶时运算实施电路304B上添加站间行使结果保存单元320，同时在空耗时间推断单元321上附加站内停车时运算实施电路304A后形成的装置，可以根据最新的行使结果来推断空耗时间。这样，该实施例中的数据库300中不一定存储空耗时间数据。

就是说，列车0一旦从车站发出，到达下一停车站之前的期间的站间行使结果数据，像列车位置、列车速度、ATC信号等就将被存储到站间行使结果存储单元320中。而且，一旦列车0到达下一站停车时，在该停车过程中，空耗时间推断单元321就参照站间行驶结果保存单元320中存储着的数据进行时间推断，并将推断结果输出给空耗时间考虑型最佳行驶方案生成单元314以及前方预测型行驶方案再运算单元317。空耗时间考虑型最佳行驶方案生成单元314以及前方预测型行驶方案再运算单元317将在考虑已推断出的空耗时间的同时，制订出到达下一停车站前的区间的行驶方案并进行再运算。

在此，将说明一下空耗时间推断单元321实行的空耗时间推断方法，该方法并没有使用到复杂的运算算法，采用的是根据计测数据的信号值变化来进行推断的简单方法。例如，以制动时为例，将制动控制指令输出并执行档位操作，经过一段时间后列车速度就会出现下降的现象，此时可以将降到预先设定好的临界值以前的时间作为空耗时间来进行推断。此外，存储在图28至图33中的数据库300中的空耗时间没有必要特别在时间的制约到达某种状态下来求出，因此用复杂的运算算法推断出的结果也可以进行保存，让列车0进行试验行驶，使用该实施例中的空耗时间推断单元321，可以更简单地得到数据。

根据该实施例，可以得到能够反映最新列车特性的空耗时间，因此经过空耗时间考虑型最佳行驶方案生成单元314以及前方预测型行驶方案再运算单元317分别制订出的并通过再运算处理的行使方案的可靠性会大大提高。

图35表示本发明的实施例25所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。图35与图34的不同之处在于，站间行使时运算实施电路304B上附加了空耗时间在线推断单元322，前方预测型行使方案再运算单元317会根据由该空耗时间在线推断单元322推断出的空耗时间进行再运算。

就是说，图34所示的结构将根据某区间内的站间行使结果对空耗时间进行推断，并将该推断结果运用到下一个区间中的行驶方案的再运算上，而图35所示的实施例中，在同一区间内的行驶过程中就能够根据站间行使结果对空耗时间进行推断，并可以将推断结果使用在再运算过程中。这样，本实施例中的前方预测型行使方案再运算单元317的再运算结果就能够比图34更好地反映最新的列车特性。

图36表示本发明的实施例26所涉及的自动列车运行装置1的结构框图。该实施例中，在图35所示的站间行驶时运算实施电路304B上附加了前方预测型停车用暂时行驶方案运算单元323和行驶方案采用单元324。而且，本实施例中，行驶方案按照列车的行使时间分为P1、P2、P3这3个种类，列车0到达目标位置之前给定地点的时刻上，行驶方案采用单元324将开始采用由前方预测型停车用暂时行驶方案运算单元323计算出的行驶方案P3。接下来将对实施例26进行详细说明。

首先，按照下述那样对行驶方案P1、P2、P3进行定义。

P1：列车1在站内停车时由行驶方案再运算单元314(或者307、316)制订出的最佳行驶方案。

P2：列车1站间行驶中由行驶方案再运算单元317(或者308、311、315、318、319)进行再运算后得出的再运算行驶方案。

P3：列车0站间行驶中以及列车0到达目标位置前N米(例如N＝300(m))处的时刻之后由前方预测型停车用暂时行驶方案运算单元323制订出的停车用暂时行驶方案。

暂时行驶方案运算单元323在列车0到达目标位置之前N米处后，按照给定周期(例如，速度检测器2的检测取样周期)制订出停车用暂时行驶方案P3。制订该停车用暂时行驶方案P3时，利用了该时刻上的列车检测速度、列车检测位置(等条件)，并在列车前进方向上一边考虑空耗时间的同时预测列车的停车举动。作为这里的停车举动，例如，从当前时刻开始迅速地策划制订出在给定的制动档位位置上采取制动来停车这种情况下的停车基本举动，并能够进行利用。而且，列车行驶举动的预测可以采用下面式(25)的物理模型。

F-Fr＝M·α           ……(25)

F：动力行驶牵引力或制动力

Fr：列车阻力(行驶阻力、坡度阻力、曲线阻力、隧道阻力等)

M：列车质量

α：加速度或减速度

列车阻抗Fr是列车行驶时产生的阻力，为了计算方便，往往像上述那样将它考虑成是由行驶阻力、坡度阻力、曲线阻力、隧道阻力等组成。这样，列车阻力Fr可以按照下面的式(26)求出。

Fr＝Frg+Fra+Frc+Frt           ……(26)

(26)式中的各阻力值则使用保存在数据库300中的数据，可以按照下面的阻力式(27)-(30)来求(参考“运转理论(直流交流电气机车)”，交友社编)。

·坡度阻力式

Frg＝s                  ……(27)

Frg：坡度阻力(千克力/吨)

S：坡度(‰)(向上为正，向下为负)

·行驶阻力式

Fra＝A+B·v+Cv²(v的二次方)            ……(28)

Fra：行驶阻力(千克力/吨)

A，B，C：系数

V：速度(km/h)

·曲线阻力式

Frc＝800/r                           ……(29)

Frc：曲线阻力(千克力/吨)

R：曲线半径(m)

·隧道阻力式(由于隧道阻力会因隧道截面形状、大小以及列车速度等引起大幅变化，所以，为方便起见，将使用以下的值)

Frt＝2(单线隧道)

或者

＝1(多线隧道)               ……(30)

Frt：隧道阻力(千克力/吨)

按照上述式(25)中的物理模型，暂时行驶方案运算单元323在(列车)到达距离目标位置之前N米处之后开始重复进行停车用暂时行驶方案P3的制订。通过该方案的重复制订，停车用暂时行驶方案P3中的停车位置就会逐渐向目标位置接近。图39就表示该情况。此外，从目标位置到列车用暂时行驶方案运算开始位置之间的距离N的值是根据“行驶距离”±“余量距离”等公式来确定。

接下来，参考图40中的程序框图来说明图36中的行驶方案采用单元324的工作原理。该程序框图中，表示按照给定周期对P1、P2、P3任意一种中的行驶方案进行制订或者进行再运算时，某一周期中的处理顺序。

首先，行驶方案采用单元324将判断当前的列车0行驶状态或者行驶时刻是否处于站内停车时、或者从车站刚发车不久、或者站间行驶过程中、或是处在目标停车位置附近中的哪一种情况(步骤1)。如果判断结果是“站内停车时或者从车站刚发车不久”，就采用空耗时间考虑型最佳行驶方案生成单元314制订出的最佳行驶方案P1(步骤2)。之后，行驶方案采用单元324将该最佳行驶方案P1输出到控制指令提取单元309。控制指令提取单元309输入行驶方案之后的动作在上述实施例中已经说明过了，因此这里不在赘述。

若步骤1中的判断结果是“站间行驶时”，行驶方案采用单元324就会判断本周期中的行驶方案再运算是否已经实施(步骤3)。如果再运算正在实施，前方预测型行驶方案再运算单元317就会采用再运算行驶方案P2(步骤4)。

另一方面，若步骤3中，本周期中行驶方案再运算没有被实施，就判断1小时前、即前一个周期中是否已经采用了最佳行驶方案P1(步骤5)。若在1小时前采用了最佳行驶方案P1，行驶方案采用单元324将采用最佳行驶方案P1(步骤2)。但是，如果1小时前未采用最佳行驶方案P1的情况下，则说明当前时刻是最佳行驶方案P1在过去已被采用并在那之后不久还进行了再运算后的时刻，因此1小时前所采用的方案就是再运算后的行驶方案。因此，行驶方案采用单元324将采用1小时前已经采用的行驶方案(步骤6)。

如果，步骤1中判断结果是“目标停车位置附近”即位于目标停车位置N米以内，行驶方案采用单元324将输入由暂时行驶方案运算单元323正在制订的停车用暂时行驶方案P3，并判断此时的停车位置是否处于(目标停车位置)±(允许误差)的范围之内(步骤7)。若停车位置处于此范围之内，就采用停车用暂时行驶方案P3(步骤8)。但若不在该范围内，则返回步骤5，采用从1小时前(或者从更早的时刻)开始再运算的行驶方案，再次经过步骤1后，重复步骤7中的判断直到进入范围为止。

如上所示，根据实施例26，可以制订出能够在目标停车位置附近(目标停车位置)±(允许误差)停车的停车用暂时行驶方案，因此可以在目标位置上更加准确地停车。另外，列车前进方向上对列车举动进行预测的同时来制订停车用暂时行驶方案，可以使空耗时间的处理变得更加简单，并可以很容易地制订出运算算法很简单的自动列车运行装置。另外，本实施例中，停车用暂时行驶方案运算单元323是以“前方预测型”为例来说明的，但该暂时行驶方案运算单元323并不仅限于“前方预测型”的形式。

然而，到目前为止所描述的各实施例的自动列车运行装置都是设想通过在普通的列车中采用动力行驶档位以及制动档位，使控制指令发生阶段式(非连续式)变化方式。但是，在不久的将来有可能让驱动装置以及制动装置根据连续的控制信号来进行工作。因此，使加速时的控制指令变成连续的牵引力指令或动力行驶扭矩指令，再来进行最佳行驶方案的制订或者行驶方案的再运算，就可以使自动运转达到大大改善乘车舒适度和节能的效果。另外，使减速时的控制指令也变成连续的制动力指令，再来进行最佳行驶方案的制订或者行驶方案的再运算，同样可以使自动运转达到大大改善乘车舒适度和节能的效果。如果在加速时和减速时都能实现上述连续的控制指令，自动运转将实现更大地改善乘车舒适度和节能的效果。

接下来参考附图来说明实施例27。图41表示本发明实施例的概略构成图。

行驶中的列车0的速度与位置将根据测速发电机等速度检测部403的信息和用于检测传输器等地上传感器信号的地上传感器检测部404的信息，由速度位置运算部405进行运算，并利用列车当前数据获取单元412将其放入到列车定位停止自动控制单元410中。另外，虽然图中未示，但是，将当前制动档位或停止目标位置等信息也通过列车当前数据获取单元412放入列车定位停止自动控制单元410。通过列车定位停止自动控制单元410的作用，根据经列车当前数据获取单元412得到的当前速度、当前位置、当前制动档位等数据以及保存在制动特性数据存储部411中的各制动档位的减速度、制动档位切换的空耗时间及响应滞后时间等的制动特性数据，由减速控制方案生成单元413制订出能够通过几个档位之间的组合实现目标位置停止的减速控制方案。

所谓的减速控制方案是指对每个制动档位的时间分配进行计算以便通过档位组合能够停止在给定位置上，例如2个档位组合的情况下，首先在按照时间分配计算方法求出的给定时间保持第1个制动档位，然后切换到第2个制动档位，并保持该制动档位直到停止为止。减速控制方案的最简单例如图42所示。该例表示从距离目标10米处开始的减速控制方案，如果在剩余距离为6米处的附近切换档位，就可以停止在目标停止位置。时间分配可以通过下述方法来求出：例如针对当前速度和剩余距离，暂时定出在方案中使用的2个制动档位，并将第1个制动档位的保持时间设成变量，求出在第1个制动档位下减速时的行驶距离与在第2个制动档位下减速时的行驶距离的和与剩余距离相等的第1个制动档位的保持时间。如果不存在满足条件的解，就更改2个档位的组合，重复同样的计算。在求行驶距离的积算时，可以通过下述方法制订出考虑了档位切换时制动响应特性的方案：在制动档位输出指令后的档位切换空耗时间内，以切换之前的制动档位上的减速度进行减速，在经过空耗时间后的响应滞后时间内，从切换之前的制动档位上的减速度逐渐向切换后的制动档位上的减速度变化，经过响应滞后时间后就以切换后的制动档位上的减速度进行减速，并且在这一系列动作变化的基础上对行驶距离进行计算。各制动档位上的减速度值达到正常稳定时，按照上述那样制订出的方案进行档位切换，就不但可以避免频繁地进行档位切换而且能够停止在给定的位置上。另外，在制订方案时，将第1个制动档位设定成高减速度档，将第2个制动档位设定成低减速度的档，这样就可以以低档停止，从而提高乘车舒适度。

各制动档位的减速度发生变动时，例如，经过第1个制动档位(减速度高的档位)的保持时间之时(切换方案的时刻)，比较按方案使用的减速度进行减速时预测出的速度和实际列车的速度，如果实际速度小，即减速度比假设的要小，那么不要立即切换到第2个制动档位(减速度低的档位)，而是延长第1个制动档位的保持时间，以防止超过目标停止位置。图43表示方案切换时刻的变更对停车位置的调整的例子。该图例中，由于实际的减速度比假设的要小，使减速变缓，因此将最初方案中在5m附近处切换到减速度低的档位的情况，改为在3.2m处切换，并调整停止位置。这种通过切换时刻变更对停车位置的调整过程用图44所示的流程图表示。

延长保持时间的情况下，例如，根据切换方案时刻上的实际列车速度来推断实际的列车减速度，对以推断出的减速度进行减速的、从第1个制动档位指令时刻开始的减速控制方案通过再运算的办法来求得，或者根据推断出的减速度，对方案切换时刻开始的方案进行再运算。在制订最初的减速控制方案时，使用预先设定的最大减速度，因此实际减速度偏小的情况至偏大的情况都可以通过推迟档位切换时间的方法来调整停止位置。

图45表示本发明实施例28中的基本结构图。本例中安装了根据减速中列车速度时系列数据来推断减速度的减速度推断单元416，其他结构与实施例27相同，基本功能也相同。

利用减速度推断单元416推断减速度时可以通过在例如档位切换的空耗时间、响应滞后时间经过之后，由于该档位上的给定减速度的作用而引起给定时间内速度降低的情况来求得。列车速度的数据如果带有很大的偏差，最好能够通过取得速度的移动平均，或者采取适当滤波的办法来除去噪音，再根据处理完的数据来推断减速度。利用减速度推断单元416来推断该时刻上的减速度，并根据推断出的减速度对逐次减速控制方案进行补正，这样各制动档位上的减速度就与1次行驶中因时间或速度产生的变化相对应，保证停止精度。

图46表示本发明的实施例29的基本结构图。本例中安装有通过对按减速控制方案进行减速情况下的各个时刻或者各个位置上的预测速度与实际的列车速度进行比较，按照差值对减速控制方案中使用的减速度进行补正的减速度方案补正单元417。除此以外的结构与实施例27相同，且基本功能也相同。

按减速控制方案进行减速时各个时刻或者各个位置中的预测速度是在方案中使用的制动档位和时间分配分别进行计算之后，根据当前列车速度、方案中使用的制动档位上的减速度、档位切换的空耗时间、以及响应滞后时间等再进行计算。预测速度将以排列方式保持从方案的开始到停止过程内的值，并可以逐次对排列的各值进行参照，但当控制用的计算机内存容量受限制时，也可以从上次时间步骤中的列车速度和当时的制动档位上的减速度开始逐次进行计算。该时刻上的预测速度与实际的列车速度相比较，如果列车速度低，实际的减速度就要比方案中使用的减速度值要大，因此应将减速度提高，对减速控制方案进行再运算。相反，如果列车速度高，比起方案中的减速度值实际的减速度就要小，因此应将减速度降低，对减速控制方案进行再运算。在改变减速度时，例如要设定预测速度与实际的列车速度的误差允许值，根据达到误差允许值所需的时间量决定减速度的改变量。利用减速度方案补正单元417逐次对预测速度与实际列车速度进行比较并补正减速度，这样就可以针对减速度的时间性变化经常适当地更新减速控制方案。由于实际的列车速度数据中带有偏差，最好使用滤波后的数据，设定减速度变化量的上下限等等，采取能够防止发散的处理。

Claims (50)

1、一种自动列车运行装置，其特征在于包括：

对列车行驶时获得的数据进行在线处理的数据处理单元；

根据由该数据处理单元在列车行驶时获得的数据以及预先获得的数据，在列车行驶时对列车行驶时的控制参数、列车特性及路线特性进行自动学习的自动特性学习单元；以及

使用由自动特性学习单元学习的列车特性以及路线特性，来进行列车自动运行的列车自动运行单元。

2、根据权利要求1所述的自动列车运行装置，其特征在于，还包括通过营业前的提前试验行驶，预先推断出列车自动运行所需的列车特性及路线特性和控制参数初始值的营业前特性推断单元，所述自动特性学习单元将根据所述营业前特性推断单元推断出的初始值在营业后的行驶中进行学习。

3、根据权利要求1或2所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述自动特性学习单元在列车行驶时，在判断出假设特性值与实际值明显不同的时刻进行学习，并将学习内容反映到以后的列车行驶中。

4、根据权利要求1或2所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述自动特性学习单元根据一个站间行驶结果进行学习，并将学习内容反映到到达下站之前的列车行驶中。

5、根据权利要求1或2所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述自动特性学习单元根据某一路线上的行驶结果进行学习，并将学习内容反映到下一条路线上的行驶时。

6、根据权利要求1或2所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述自动特性学习单元根据一日内的行驶结果进行学习，将学习内容反映到下一日的列车行驶中。

7、根据权利要求1或2所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述自动特性学习单元根据至少几日的行驶结果进行学习，将学习内容反映到次日以后的列车行驶中。

8、根据权利要求1或2所述的自动列车运行装置，其特征在于，同时设有至少2个所述自动特性学习单元，且还包括将各自动特性学习单元得到的学习结果进行比较的学习结果比较单元；及按照该学习结果比较单元的比较结果对每个学习结果进行补正的学习结果补正单元。

9、根据权利要求2所述的自动列车运行装置，其特征在于，还包括推断结果补正单元，该推断结果补正单元在所述营业前特性推断单元的推断结果属于实际不可能出现的特性值，或者超出实际出现的界限特定值的情况下，将所述推断结果补正到该界限特性值范围之内。

10、根据权利要求1或2所述的自动列车运行装置，其特征在于，还包括第2学习结果补正单元，该第2学习结果补正单元在所述自动特性学习单元的学习结果属于实际不可能出现的特性值，或者超出实际出现的界限特定值的情况下，将学习结果补正到界限特性值范围之内。

11、根据权利要求1或2所述的自动列车运行装置，其特征在于，在根据目标行驶方案值的误差来补正控制指令，并进行自动列车运行的自动列车运行单元中，所述自动学习特性单元，在营业行驶中进行特性学习时，针对由目标行驶方案值之间的误差决定的制动指令补正量来进行特性学习。

12、根据权利要求1或2所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述自动特性学习单元用适当的观测器来进行特性学习。

13、根据权利要求1或2所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述自动特性学习单元用干扰观测器进行特性学习。

14、一种自动列车运行装置，其特征在于，包括：

列车行驶中获取列车特性与路线特性的列车特性学习单元；以及

根据由所述列车特性学习单元获取的列车信息计算出列车的最佳行驶模式，并根据该模式使列车自动运行的自动列车运行单元。

15、根据权利要求14所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述列车特性学习单元是列车重量计算单元。

16、根据权利要求14所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述列车特性学习单元是列车阻力计算单元。

17、根据权利要求14所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述列车特性学习单元是制动力计算单元。

18、根据权利要求14所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述列车特性学习单元是空耗时间计算单元。

19、根据权利要求14所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述列车特性学习单元是乘车率计算单元。

20、根据权利要求14所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述列车特性学习单元是路线形状计算单元。

21、根据权利要求14所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述列车特性学习单元是坡度阻力计算单元。

22、根据权利要求14所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述列车特性学习单元是用来检测动力行驶牵引力指令值与动力行驶牵引力之间偏差的动力行驶牵引力偏差检测单元。

23、根据权利要求14所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述列车特性学习单元是用来检测制动力指令值与制动力之间偏差的制动力偏差检测单元。

24、根据权利要求14所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述自动列车运行控制部是在用所述列车特性学习单元算出了空耗时间时，进行空耗时间补正的空耗时间补正单元。

25、根据权利要求14所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述自动列车运行控制部是在用所述列车特性学习单元检测到动力行驶牵引力指令值与动力行驶牵引力之间偏差时，对动力行驶牵引力指令值与动力行驶牵引力之间的偏差进行补正的牵引力偏差补正单元。

26、根据权利要求14所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述自动列车运行控制部是在用所述列车特性学习单元检测到制动力指令值与制动力之间的偏差时，对制动力指令值与制动力的偏差进行补正的制动力偏差补正单元。

27、一种自动列车运行装置，通过根据列车检测位置、列车检测速度、数据库中保存的运行时特性数据、以及来自自动列车控制单元的运行条件，对列车的驱动装置或控制装置进行控制，进行自动运行，其特征在于包括：

在所述列车的站内停车时进行给定运算的站内停车时运算实施电路；以及

列车在站间行驶时进行给定运算或控制的站间行驶时运算实施电路，

所述站内停车时运算实施电路具有：制订使在一个站内停车中的所述列车能在目标时刻停止在下一个停车站的目标位置上的最佳行驶方案的最佳行驶方案生成单元，

所述站间行驶时运算实施电路包括：

在所述列车从所述一个站发车并按照最佳行驶方案生成单元制订出的最佳行驶方案行驶过程中，在该最佳行驶方案与实际行驶结果的误差超过给定值的情况下进行行驶方案再运算的行驶方案再运算单元；

从所述行驶方案再运算单元再运算过的行驶方案中提取出控制指令的控制指令提取单元；和

将控制指令提取单元提取出的控制指令输出给所述驱动装置或控制装置的控制指令输出单元。

28、根据权利要求27所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述行驶方案再运算单元是使用累计误差作为所述误差的累计误差参照型行驶方案再运算单元。

29、根据权利要求27或28所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述站间行驶时运算实施电路还包括控制指令补正单元，该控制指令补正单元设置在所述控制指令提取单元与所述控制指令输出单元之间，并用来在所述行驶方案与实际行驶结果之间的误差超出给定值的情况下，针对该误差对来自所述控制指令提取单元的控制指令进行补正，并将补正后的控制指令输入给所述控制指令输出单元。

30、根据权利要求29所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述控制指令补正单元是使用累计误差作为所述误差的累计误差参照型控制指令补正单元。

31、根据权利要求27所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述最佳行驶方案生成单元是考虑所述控制指令从所述控制指令输出单元输出后到该控制指令产生影响这一过程之间的空耗时间，来制订最佳行驶方案的空耗时间考虑型最佳行驶方案生成单元。

32、根据权利要求27所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述行驶方案再运算单元是考虑所述控制指令从所述控制指令输出单元输出后到该控制指令产生影响这一过程之间的空耗时间，进行再运算的空耗时间考虑型行驶方案再运算单元。

33、根据权利要求31所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述空耗时间考虑型最佳行驶方案生成单元是基于所述列车的前进方向上进行的行驶预测，制订出可使所述列车停止在所述目标位置上的所述行驶方案的前方预测型最佳行驶方案生成单元

34、根据权利要求32所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述空耗时间考虑型行驶方案再运算单元是基于所述列车的前进方向上的行驶预测进行再运算，使所述列车停止在所述目标位置上的前方预测型行驶方案再运算单元。

35、根据权利要求34所述的自动列车运装置，其特征在于，所述前方预测型行驶方案再运算单元是按照给定的周期进行所述再运算的逐次前方预测型行驶方案再运算单元。

36、根据权利要求35所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述逐次前方预测型行驶方案再运算单元是按照所述给定周期对列车速度进行计测，根据每次该计测进行所述再运算的速度计测驱动型逐次前方预测型行驶方案再运算单元。

37、根据权利要求32所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述站间行驶时运算实施电路具有用来保存包括列车检测位置和列车检测速度的行驶结果数据的站间行驶结果保存单元，且

所述站内停车时运算实施电路具有空耗时间推断单元，该空耗时间推断单元根据保存在站间行驶结果保存单元中的行驶结果数据的输入来推断空耗时间，将该推断结果输出到所述空耗时间考虑型最佳行驶方案生成单元以及空耗时间考虑型行驶方案再运算单元。

38、根据权利要求37所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述站间行驶时运算实施电路具有空耗时间在线推断单元，该空耗时间在线推断单元根据保存在所述站间行驶结果保存单元中的行驶结果数据的输入来推断空耗时间，并将推断结果输出给所述空耗时间考虑型行驶方案再运算单元。

39、根据权利要求38所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述站间行驶时运算实施电路包括：

当所述列车接近距所述目标位置给定距离以内时对停车位置进行预测的停车用暂时行驶方案运算单元；以及

输入从所述空耗时间考虑型最佳行驶方案生成单元、所述空耗时间考虑型行驶方案再运算单元以及所述停车用暂时行驶方案运算单元得到的计算结果，并参照当前的列车位置从所述输入的结果中选用任意一种计算结果，并将所选用的行驶方案输出给所述控制指令提取单元的行驶方案采用单元。

40、根据权利要求39所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述停车用暂时行驶方案运算单元是根据在所述列车的前进方向上进行的行驶预测，进行用来使所述列车停止在所述目标位置上的所述预测的前方预测型停车用暂时行驶方案运算单元。

41、根据权利要求27所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述最佳行驶方案生成单元以及所述行驶方案再运算单元用来进行所述行驶方案的制订以及再运算，以便在动力行驶时使所述控制指令输出单元向所述驱动装置输出连续的牵引力指令。

42、根据权利要求27所述的自动列车运行装置，其特征在于，所述最佳行驶方案生成单元以及所述行驶方案再运算单元用来进行所述行驶方案的制订以及再运算，以便在制动时使所述控制指令输出单元向所述制动装置输出连续的制动力指令。

43、一种列车定位停止自动控制装置，使列车在给定位置上自动停止，其特征在于包括：

用来存储列车各制动档位上的减速度、制动档位切换的空耗时间以及响应滞后时间等制动特性数据的制动特性数据存储部；

获得列车当前速度、当前位置、当前制动档位等数据的列车当前数据获取单元；

根据制动特性数据存储部中存储的制动特性数据和通过列车当前数据获取单元得到的列车当前数据，制订出通过使用多个制动档位使列车停止在给定位置上的减速控制方案的减速控制方案生成单元；

从由减速控制方案生成单元制订出的减速控制方案中提取出各时刻上的减速控制指令的减速控制指令提取单元；

将减速控制指令提取单元提取出的减速控制指令输出给制动装置的减速控制指令输出单元。

44、根据权利要求43所述的列车定位停止自动控制装置，其特征在于，对各制动档位上的时间分配进行运算，以便通过多个制动档位的组合停止在给定位置上，由使用的制动档位与制动档位上的切换时刻来构成减速控制方案。

45、根据权利要求44所述的列车定位停止自动控制装置，其特征在于，减速控制方案中，先以减速度高的制动档位进行减速，然后再切换到减速度低的制动档位。

46、根据权利要求44所述的列车定位停止自动控制装置，其特征在于，把按减速控制方案减速时切换时刻的预测速度与切换时刻的实际列车速度进行比较，在两者不同时对减速控制方案进行变更。

47、根据权利要求43所述的列车定位停止自动控制装置，其特征在于，减速控制方案制订出之后，当减速度值从制订方案时使用的值变化了时，对减速控制方案进行变更。

48、根据权利要求43所述的列车定位停止自动控制装置，其特征在于，还包括根据减速中的列车速度的时序列数据来推断减速度的减速度推断单元，并根据推断出的减速度来制订减速控制方案。

49、根据权利要求43所述的列车定位停止自动控制装置，其特征在于，还包括把按减速控制方案进行减速时各时刻的或各位置上的预测速度和实际列车速度进行比较，并针对其差值补正减速控制方案中使用的减速度值的减速度方案补正单元，根据由减速度方案补正单元计算出的减速度补正值对减速控制方案进行变更。

50、根据权利要求46所述的列车定位停止自动控制装置，其特征在于，根据前一次时间步骤的速度和制订方案时使用了的减速度、档位切换空耗时间以及响应滞后时间，对按照减速控制方案进行减速时各时刻或各位置上的预测速度进行逐次计算。

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