JP2003235116A - 自動列車運転装置 - Google Patents
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Abstract
を極力排除することにより省エネルギー効果を向上させ
ること。 【解決手段】 最適走行計画作成手段7は列車が駅に停
車している間に、データベース0に保存されているデー
タを用いて最適走行計画を作成する。列車が走行を開始
すると、走行計画再計算手段8は最適走行計画と実走行
結果とを比較し誤差が所定値以上になると走行計画の再
計算を行う。制御指令抽出手段9は再計算された走行計
画から制御指令を抽出し、これを制御指令出力手段10
に出力する。制御指令出力手段10は制御指令を駆動装
置又は制動装置に対して出力する。
Description
に基づき列車の運転を自動的に行う自動列車運転装置
(ATO:Automatic Train Operation)に関するものであ
る。
駅までの区間における一連の運転制御を自動的に行う装
置であり、列車の運転操作についての省力化を図るため
や、列車運行の際の効率化や快適性の追求を図るために
従来から鉄道などの交通システムに採用されてきている
ものである。ATOによる自動運転を行う場合、列車間
隔の制御や速度制限は自動列車制御装置(ATC:Automati
c Train Control)に依存することになるため、ATO
は必ずATCと用いられる。
は、ノッチ操作を基本とする速度制御が行われるのが通
常であるが、この速度制御はPI制御等の誤差追従制御
を主体とするものである。また、ATOによる自動運転
を行う際は、ある一の駅から次の停車駅までの区間にお
ける走行計画を予め作成しておき、この走行計画に従っ
て速度制御や制動制御などの種々の制御を行う方式が多
く採用されている。
は、一旦作成した走行計画を固定したデータとして取り
扱い、列車運転中にこの走行計画の内容を変更すること
は行われていなかった。しかし、予め作成した走行計画
に従って列車を自動運転し、且つノッチ操作を基本とす
る速度制御の方式の場合、制御指令が段階的に変化し微
妙な速度調整ができないために、誤差追従制御を主体と
するPI制御では、その制御過程においてどうしても所
謂ハンチングの現象(実走行結果が次第に走行計画とず
れてくる現象)が発生しやすくなる。そのため、列車の
実走行結果が次第に走行計画からずれてきてしまい、省
エネルギー化の観点や列車の乗り心地についての改善と
いった観点からは、決して満足のいくものではなかっ
た。
に列車を精度良く停車させることが求められる。そのた
めには、走行計画作成時において、制御指令に対する列
車の応答のむだ時間を考慮しなければならないが、演算
の速度や、アルゴリズムの複雑化等の理由により、列車
応答の際のむだ時間を求めるのが困難となっている。
であり、第1に、列車の自動運転を行う際のハンチング
の影響を極力排除することにより省エネルギー効果を向
上させることができるようにし、第2に、むだ時間を求
めることを可能にすることにより目標位置への停止精度
を向上させることができるようにし、第3に、ノッチ操
作を行った場合の速度制御指令の段階的変化に起因する
乗り心地の悪さを改善することができるようにした、自
動列車運転装置を提供することを目的としている。
の手段として、請求項1記載の発明は、列車検出位置、
列車検出速度、データベースに保存された運転時特性デ
ータ、及び自動列車制御装置からの運行条件の入力に基
づき、列車の駆動装置又は制動装置を制御することによ
り自動運転を行う自動列車運転装置において、前記列車
の駅停車時に所定の演算を行う駅停車時実施演算回路
と、前記列車の駅間走行時に所定の演算又は制御を行う
駅間走行時実施演算回路と、を備えており、前記駅停車
時実施演算回路は、一の駅に停車中の前記列車が次の停
車駅の目標位置へ目標時刻に停車するのに最適な走行計
画を作成する最適走行計画作成手段を有するものであ
り、前記駅間走行時実施演算回路は、前記列車が前記一
の駅を発車して前記最適走行計画作成手段が作成した最
適走行計画に基づいて走行している間に、この最適走行
計画と実走行結果との誤差が所定値以上になった場合に
走行計画の再計算を行う走行計画再計算手段と、前記走
行計画再計算手段が再計算した走行計画から制御指令を
抽出する制御指令抽出手段と、前記制御指令抽出手段が
抽出した制御指令を前記駆動装置又は制動装置に対して
出力する制御指令出力手段と、を有するものである、こ
とを特徴とする。
明において、前記走行計画再計算手段は、前記誤差とし
て累積誤差を用いる累積誤差参照形走行計画再計算手段
である、ことを特徴とする。
載の発明において、前記駅間走行時実施演算回路は、前
記制御指令抽出手段と前記制御指令出力手段との間に設
けられ、前記走行計画と実走行結果との誤差が所定値以
上になった場合に、この誤差に応じて前記制御指令抽出
手段からの制御指令に対して補正を行い、この補正した
制御指令を前記制御指令出力手段に対して出力する制御
指令補正手段を有するものである、ことを特徴とする。
明において、前記制御指令補正手段は、前記誤差として
累積誤差を用いる累積誤差参照形制御指令補正手段であ
る、ことを特徴とする。
いずれかに記載の発明において、前記最適走行計画作成
手段は、前記制御指令出力手段から前記制御指令が出力
された後この制御指令の影響が現れるまでの間のむだ時
間を考慮して前記最適な走行計画を作成するむだ時間考
慮形最適走行計画作成手段である、ことを特徴とする。
いずれかに記載の発明において、前記走行計画再計算手
段は、前記制御指令出力手段から前記制御指令が出力さ
れた後この制御指令の影響が現れるまでの間のむだ時間
を考慮して前記再計算を行うむだ時間考慮形走行計画再
計算手段である、ことを特徴とする。
明は、前記むだ時間考慮形最適走行計画作成手段は、前
記列車を前記目標位置に停車させるための前記走行計画
の作成を、前記列車の進行方向への走行予測に基づき行
う前向き予測形最適走行計画作成手段である、ことを特
徴とする。
明において、前記むだ時間考慮形走行計画再計算手段
は、前記列車を前記目標位置に停車させるための前記再
計算を、前記列車の進行方向への走行予測に基づき行う
前向き予測形走行計画再計算手段である、ことを特徴と
する。
明において、前記前向き予測形走行計画再計算手段は、
所定の周期で前記再計算を行う逐次前向き予測形走行計
画再計算手段である、ことを特徴とする。
発明において、前記逐次前向き予測形走行計画再計算手
段は、前記所定の周期で列車速度を計測し、この計測毎
に前記再計算を行う速度計測駆動型逐次前向き予測形走
行計画再計算手段である、ことを特徴とする。
0のいずれかに記載の発明において、前記駅間走行時実
施演算回路は、列車検出位置及び列車検出速度を含む走
行結果データを保存するための駅間走行結果保存手段を
有すると共に、前記駅停車時実施演算回路は、この駅間
走行結果保存手段に保存された走行結果データの入力に
基づいて前記むだ時間を推定し、その推定結果を前記む
だ時間考慮形最適走行計画作成手段及びむだ時間考慮形
走行計画再計算手段に出力するむだ時間推定手段を有す
るものである、ことを特徴とする。
の発明において、前記駅間走行時実施演算回路は、前記
駅間走行結果保存手段に保存された走行結果データの入
力に基づいて前記むだ時間を推定し、その推定結果を前
記むだ時間考慮形走行計画再計算手段に出力するオンラ
インむだ時間推定手段を有するものである、ことを特徴
とする。
の発明において、前記駅間走行時実施演算回路は、前記
列車が前記目標位置に所定距離以内に接近した時点で停
車位置を予測する停車用仮走行計画計算手段と、前記む
だ時間考慮形最適走行計画作成手段、前記むだ時間考慮
形走行計画再計算手段、及び前記停車用仮走行計画計算
手段からの計算結果を入力し、現在の列車位置に応じて
これら入力した計算結果のいずれかを採用し、この採用
した走行計画を前記制御指令抽出手段に出力する走行計
画採用手段と、を有するものである、ことを特徴とす
る。
の発明において、前記停車用仮走行計画計算手段は、前
記列車を前記目標位置に停車させるための前記予測を、
前記列車の進行方向への走行予測に基づき行う前向き予
測形停車用仮走行計画計算手段である、ことを特徴とす
る。
発明において、前記最適走行計画作成手段及び前記走行
計画再計算手段は、力行時には前記制御指令出力手段が
前記駆動装置に対して連続的な牽引力指令を出力するよ
うに、前記走行計画の作成及び再計算を行うものであ
る、ことを特徴とする。
発明において、前記最適走行計画作成手段及び前記走行
計画再計算手段は、制動時には前記制御指令出力手段が
前記制動装置に対して連続的なブレーキ力指令を出力す
るように、前記走行計画の作成及び再計算を行うもので
ある、ことを特徴とする。
る自動列車運転装置が搭載される列車の構成を示すブロ
ック図である。列車1は、車輪の回転軸に取り付けられ
たパルスジェネレータ(PG)等により構成される速度
検出器2と、軌道上に設置された地上子(トランスポン
ダ)を検出する地上子検出器3とを備えており、更に、
これらの列車検出速度置信号及び列車検出位置信号を入
力する自動列車運転装置4と、この自動列車運転装置4
により制御される駆動装置5及び制動装置6とを備えて
いる。自動列車運転装置4には、図示を省略してある自
動列車制御装置(ATC)から制限速度等に関するAT
C信号や運行条件などが入力されるようになっている。
駅停車時実施演算回路4A、及び駅間走行時実施演算回
路4Bを有しており、上記の列車検出速度信号及び列車
検出位置信号はこの駅間走行時実施演算回路4Bに入力
されるようになっている。駅停車時実施演算回路4A
は、列車1の駅停車時に後述する所定の演算を行うもの
であり、駅間走行時実施演算回路4Bは、列車1の駅間
走行時に後述する所定の演算、又は制御を行うものであ
る。そして、データベース0には、路線条件(勾配、曲
率等)や車両条件(制限速度、並びに車両重量及び加減
速性能等の列車特性など)等の運転時特性データ、及び
ダイヤ(運行表)等の各種データが保存されている。こ
のデータベース0としては、自動列車運転装置4内に搭
載されたハードディスクのようなものであってもよい
が、近時はカード技術が発達してきており、運転士が携
帯可能なICカードを用いることもできる。
動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。駅停
車時実施演算回路4Aは、最適走行計画作成手段7を有
しており、駅間走行時実施演算回路4Bは、走行計画再
計算手段8、制御指令抽出手段9、及び制御指令出力手
段10を有している。そして、データベース0に保存さ
れているデータは駅停車時実施演算回路4A及び駅間走
行時実施演算回路4Bの双方に入力されるようになって
おり、また、速度検出器2及び地上子検出器3からの各
検出信号、並びにATC信号は駅間走行時実施演算回路
4Bのみに入力されるようになっている。
一の駅から次の停車駅の目標位置へ目標時刻に停車する
のに最適な走行計画を、データベース0に保存されてい
る各種のデータに基づき作成するものである。この場合
の「最適な」条件は種々に設定することができる。例え
ば、走行時間を最優先にしたり、省エネルギー効率を高
めることを最優先にしたり、あるいは、急な加減速を行
わないようにするなどして乗り心地を最優先にすること
もできる。なお、最適走行計画作成手段7の最適走行計
画に関するデータの持ち方の例としては、時間又は距離
に対応する速度目標値などを制御指令として持つことが
考えられる。
作成する方法としては、例えば、力学的な列車モデルを
使用し、列車の走行挙動を予測する方法(例えば、特開
平5−193502号)などがある。これは、図16に
示すように、力行カーブ、惰行カーブ、及び逆行ブレー
キカーブを予測により求めておき、惰行カーブと逆行ブ
レーキカーブとの交点をブレーキ開始点とするものであ
る。
成手段7が作成した走行計画を入力すると共に、速度検
出器2及び地上子検出器3からそれぞれ列車検出速度、
列車検出位置、及びATCからのATC信号を入力する
ようになっており、作成された走行計画と実走行結果と
の誤差が所定値以上になった場合に、走行計画の再計算
を行うものである。
段8から入力する走行計画に基づき、駆動装置5及び制
動装置6に対する現時点での加速指令及び減速指令を抽
出し、これを制御指令出力手段10に出力するようにな
っている。制御指令出力手段10は、制御指令抽出手段
9から入力した加速指令及び減速指令を駆動装置5及び
制動装置6に出力するようになっている。
につき説明する。いま、列車1がある駅に停車中である
とすると、最適走行計画作成手段7はデータベース0に
保存されたデータを参照して、次の停車駅までの最適走
行計画を作成する。次いで、列車1が走行を開始する
と、走行計画再計算手段8は、最適走行計画作成手段7
が作成した最適走行計画と、速度検出器2、地上子検出
器3からの列車検出速度及び列車検出位置に基づき演算
した実走行結果とを比較し、両者の差(例えば、最適走
行計画における速度目標値と速度実績値との差である速
度誤差)が予め設定してある閾値以上になった時点で走
行計画の再計算を行う。
状態は、前述したハンチング現象に起因して発生する他
に、進行方向前方に別の列車が停車しているためATC
から制限速度の変更指令を入力したことに起因して発生
する場合などがある。また、走行計画再計算手段8が行
う再計算は、再計算時点の実績速度や実績距離(列車位
置)、あるいは駅間走行に許される残り時間を考慮して
行えばよい。
再計算手段8が再計算した走行計画から加速指令又は減
速指令などの制御指令を抽出し、制御指令出力手段10
は抽出されたこれらの制御指令を駆動装置5又は制動装
置6に出力する。自動列車運転装置4のこのような演算
及び制御により、列車1は次の停車駅の目標位置へ目標
時刻に到着する。この後、列車1が次の停車駅に停車し
ている間に、最適走行計画作成手段7は更に次の駅まで
の最適走行計画を作成し、手段8〜10は同様の動作を
行う。なお、走行計画再計算手段8は、最適走行計画作
成手段7が作成した最適走行計画と実走行結果との誤差
が所定値を超えていなければ再計算を行わず、最適走行
計画作成手段7からの最適走行計画をそのまま制御指令
抽出手段9に出力することになる。
最適走行計画作成手段7により作成された最適走行計画
に基づき列車1が走行を開始した後、実走行結果がこの
走行計画から一定以上ずれてしまった場合は、直ちに走
行計画再計算手段8が走行計画にいついての再計算を行
うようになっているので、従来発生してハンチング現象
を大きく抑制することができ、省エネルギー効果を向上
させることができる。
動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。図3
が図2と異なる点は、図2における走行計画再計算手段
8に累積誤差参照形走行計画再計算手段11を用いた点
である。図2の走行計画再計算手段8は、再計算時点毎
にその場その場の誤差が閾値以上になったか否かを判別
しているので、ノイズの影響を大きく受けたり、ハンチ
ング気味の再計算を行ってしまう場合もあり得る。そこ
で、この実施形態では、累積誤差参照形走行計画再計算
手段11が、ある程度累積した誤差(例えば、5分の時
間の間に累積した誤差)についての判別を行うようにし
ている。これにより、上記のようなノイズの影響を大き
く受けたり、ハンチング気味の再計算を行うことを防止
できる。
動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。図4
が図2と異なる点は、制御指令抽出手段9と制御指令出
力手段10との間に制御指令補正手段12が設けられて
いる点である。この制御指令補正手段12は、走行計画
再計算手段8から出力される走行計画と実走行結果との
誤差が閾値以上であるか否かを判別する機能を持ってお
り、閾値以上であると判別した場合には制御指令抽出手
段9が抽出した制御指令を補正するものである。このよ
うな制御指令補正手段12を設けることにより、自動列
車運転装置4に対してバックアップ的機能を持たせるこ
とができる。
又は走行計画再計算手段8が演算した走行計画通りに実
走行してくれていれば何の問題もないが、ときとして走
行計画から大きく逸脱して走行せざるを得ない場合が発
生する。例えば、複数のブレーキのうちの一つに異常が
発生した場合等である。しかし、本実施形態では、この
ような場合にも制御指令補正手段12がバックアップ的
機能を果たし、制御指令を適正に補正することができる
ので、列車1の停止位置が目標位置から大きくずれてし
まうことを防止することができる。なお、図4の構成
は、図2における制御指令抽出手段9と制御指令出力手
段10との間に制御指令補正手段12を設けた例を示し
たが、もちろん、この制御指令補正手段12は図3にお
ける制御指令抽出手段9と制御指令出力手段10との間
に設けることもできる。
動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。図5
が図4と異なる点は、図4における制御指令補正手段1
2に累積誤差参照形制御指令補正手段13を用いた点で
ある。図4における制御指令補正手段12では、1回で
も走行計画と実走行結果との誤差が閾値以上と判別する
と、直ちに制御指令補正手段12が制御指令抽出手段9
からの制御指令に対して補正を行うので、ノイズの影響
を受けたり、ハンチング気味の制御を行いがちになる。
そこで、この実施形態では、累積誤差参照形制御指令補
正手段13がある程度累積した誤差(例えば、5分の時
間の間に累積した誤差)についての判別を行うようにし
ている。これにより、上記のようなノイズの影響を大き
く受けたりすることや、ハンチング気味の制御を行うこ
とを防止できる。
動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。図6
が図5と異なる点は、走行計画再計算手段8が累積誤差
参照形走行計画再計算手段11となっている点である。
その他の構成は図5と同様であるため詳しい説明を省略
する。なお、この実施形態では、走行計画と実走行結果
との累積誤差を2つの手段11,13が判別するように
なっているが、これらの手段が累積誤差の判別を行う際
に用いる閾値は、種々の条件に応じてそれぞれ異なる値
に設定することが可能である。
動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。図7
が図6と異なる点は、駅停車時実施演算回路4Aの最適
走行計画作成手段7がむだ時間考慮形最適走行計画作成
手段14になっている点と、データベース0に保存され
ている列車特性データの中に「むだ時間」データが含ま
れている点である。
る列車応答のむだ時間、すなわち制御指令が出力されて
から実際の列車の走行に制御指令の影響が出るまでの時
間を求めるのは、演算アルゴリズムの負荷が大きくな
り、実用化するには演算速度の点で困難である。そこ
で、本実施形態では、データベース0に保存される列車
特性データの中に予め求めておいたむだ時間を含めてお
くと共に、最適走行計画作成手段として「むだ時間考慮
形」の最適走行計画作成手段14とし、最適走行計画作
成の際には、このむだ時間を考慮するようにしている。
これにより、次の停車駅での目標位置停止精度をより向
上させることができる。
動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。図8
が図7と異なる点は、図7における累積誤差参照形走行
計画再計算手段11をむだ時間考慮形走行計画再計算手
段15にしている点である。このむだ時間考慮形走行計
画再計算手段15は、むだ時間考慮形最適走行計画作成
手段14と同様に、データベース0の列車特性データの
中に含まれているむだ時間データを参照して、走行計画
についての再計算を行うようにしている。これにより、
次の停車駅での目標位置停止精度を一層向上させること
ができる。
間考慮形」の走行計画再計算手段15が「むだ時間考慮
形」の最適走行計画作成手段14と組み合わせた構成を
示しているが、「むだ時間考慮形」ではない普通の最適
走行計画作成手段7と組み合わせた構成、すなわち、図
2乃至図6における走行計画再計算手段8,11をこの
むだ時間考慮形走行計画再計算手段15に置き換える構
成とすることも可能である。
動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。図9
が図8と異なる点は、図8におけるむだ時間考慮形最適
走行計画作成手段14を前向き予測形最適走行計画作成
手段16にしている点である。この前向き予測形最適走
行計画作成手段16も「むだ時間考慮形」の一種である
が、列車1を次の停車駅の目標位置に停車させるための
走行計画の作成を、列車1の進行方向への予測に基づき
行うようにしている。
予測を列車進行方向に演算し、目標とする地点を目標速
度で通過するように収束演算をする(または、減速開始
点を少しずつずらしながら収束演算する)ことにより逆
行カーブを使用せずに最適走行計画を作成することが可
能になる。もし、むだ時間を考慮しなくて済むのなら
ば、目標位置をブレーキ特性を参照しながら逆引きして
求めた地点をブレーキ開始点とすればよいので演算が容
易となるが、むだ時間を考慮しなければならない場合
は、このような逆引き方式で求めたのでは演算アルゴリ
ズムが複雑となる。そのため、ブレーキ開始点を求める
のに多くの演算時間を要することになり、ブレーキ開始
点の演算結果が得られた時点では目標位置を通過してし
まうことになる。なお、図17に示すような方法は、進
行方向への予測演算を複数回行ってブレーキ開始点を求
めることになるが、このような演算はたとえ複数回であ
っても所定のサンプリング周期毎に行うことができ短時
間で終了する。
自動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。図
10が図8と異なる点は、図8におけるむだ時間考慮形
走行計画再計算手段15を前向き予測形走行計画再計算
手段17としている点である。この前向き予測形走行計
画再計算手段17は、前向き予測形最適走行計画作成手
段16と同様に、走行計画についての再計算を行う際、
列車1を次の停車駅の目標位置に停車させるための演算
を列車1の進行方向への予測に基づき行うようにしてい
る。したがって、むだ時間を考慮した走行計画の再計算
を短時間で行うことが可能になる。なお、この前向き予
測形走行計画再計算手段17は、図8におけるむだ時間
考慮形走行計画再計算手段15ばかりでなく、図2乃至
図6及び図9における走行計画再計算手段8,11,1
5についても置き換えることが可能である。
る自動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。
図11が図10と異なる点は、図10における前向き予
測形走行計画再計算手段17を逐次前向き予測形走行計
画再計算手段18にしている点である。図10における
前向き予測形走行計画再計算手段17は、予め設定され
た所定制御周期毎に前向き予測演算による走行計画の再
計算を行っているが、この実施形態の逐次前向き予測形
走行計画再計算手段18では必ずしも制御周期毎に再計
算を行う必要はない。例えば、サンプリング制御周期が
0.3秒であれば、1秒毎程度でよいし、あるいは更に
10秒毎でもよい。このように再計算を行う周期を変え
ることにより、演算負荷を小さくすることができる。な
お、計算周期は、線路の勾配の急変化地点や制限速度の
変化地点などを考慮した上で適切に決定することができ
る。
る自動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。
図12が図11と異なる点は、図11における逐次前向
き予測形走行計画再計算手段18を速度計測駆動型逐次
前向き予測形走行計画再計算手段19にしている点であ
る。すなわち、速度検出器2の検出サンプリング周期が
例えば1〔msec〕であったとすると、駅間走行時実施演
算回路4B側ではこのような周期で入力した速度検出信
号をそのまま使うのではなく、5〜10〔msec〕程度の
期間に入力した速度検出信号に対してフィルタリング等
の加工を行ない、その後にデータを更新するようにして
いる。そして、速度計測駆動型逐次前向き予測形走行計
画再計算手段19は、このようなデータの更新周期で前
向き予測形の走行計画再計算を行うようにしている。こ
れにより、ノイズ等の影響を抑制することができ、再計
算を行う際の演算精度を向上させることができる。
る自動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。
この実施形態は、図10の構成において、駅間走行時実
施演算回路4Bに駅間走行結果保存手段20を付加する
と共に、駅停車時実施演算回路4Aにむだ時間推定手段
21を付加したものであり、最新の走行結果に基づきむ
だ時間を推定できるようにしたものである。したがっ
て、この実施形態におけるデータベース0は必ずしもむ
だ時間データを保存していなくてもよい。
列車位置、列車速度、ATC信号等の次の停車駅に到着
するまでの期間における駅間走行結果データが駅間走行
結果保存手段20に保存される。そして、列車1が次の
駅に到着して停車すると、この停車中にむだ時間推定手
段21は駅間走行結果保存手段20に保存されたデータ
に基づきむだ時間の推定を行い、その推定結果をむだ時
間考慮形最適走行計画作成手段14及び前向き予測形走
行計画再計算手段17に出力する。むだ時間考慮形最適
走行計画作成手段14及び前向き予測形走行計画再計算
手段17は、更にその次の停車駅までの区間における走
行計画の作成及び再計算をその推定されたむだ時間を考
慮しつつ行うようにする。
時間の推定方法につき述べると、これは複雑な演算アル
ゴリズムを用いるものではなく、計測データの信号レベ
ルの変化から推定する簡単な方法である。例えば、ブレ
ーキ時についていえば、ブレーキ制御指令が出力されて
ノッチ操作が行われると、ある時間経過後に列車速度が
低下する現象が現れるが、このとき予め設定しておいた
閾値に低下するまでの時間をむだ時間として推定するこ
とができる。なお、既述した図7乃至図12におけるデ
ータベース0に保存されたむだ時間は、特に時間的制約
がある状態で求める必要はないので、複雑な演算アルゴ
リズムを用いて推定した結果を保存することも可能であ
るが、列車1をテスト走行させ、この実施形態のむだ時
間推定手段21を用いることで、より簡単にデータを取
得することができる。
反映したむだ時間を得ることができるので、むだ時間考
慮形最適走行計画作成手段14及び前向き予測形走行計
画再計算手段17がそれぞれ作成及び再計算する走行計
画はより信頼性の向上したものとなる。
る自動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。
図14が図13と異なる点は、駅間走行時実施演算回路
4Bにオンラインむだ時間推定手段22が付加されてお
り、前向き予測形走行計画再計算手段17はこのオンラ
インむだ時間推定手段22で推定されたむだ時間を考慮
して再計算を行う用になっている点である。
駅間走行結果に基づきむだ時間を推定し、この推定結果
をその次の区間についての走行計画の再計算に用いるよ
うにしているが、この図14の実施形態では、同一区間
を走行中でも僅かな駅間走行結果に基づきむだ時間を推
定できるようにし、これを再計算を行う際に利用できる
ようにしたものである。したがって、この実施形態にお
ける前向き予測形走行計画再計算手段17の再計算結果
は、図13におけるものよりも更に最新の列車特性を反
映したものになる。
る自動列車運転装置4の構成を示すブロック図である。
この実施形態は、図14の駅間走行時実施演算回路4B
に前向き予測形停車用仮走行計画計算手段23及び走行
計画採用手段24を付加したものである。そして、この
実施形態では、走行計画を列車走行時点に応じてP1,
P2,P3の3種類に分類しておき、列車1が目標位置の
手前の所定地点に到達した時点で、前向き予測形停車用
仮走行計画計算手段23の計算した走行計画P3を走行
計画採用手段24が採用するようにしている。以下、こ
の第14の実施形態については詳しく説明する。
に定義する。
手段14(又は7,16でも可)により作成された最適
走行計画。
算手段17(又は8,11,15,18,19でも可)
により再計算された再計算走行計画。
目標位置の手前Nメートル(例えば、N=300
〔m〕)の地点に到達した時点以降に前向き予測形停車
用仮走行計画計算手段23により作成された停車用仮走
行計画。
位置の手前Nメートルに到達すると、それ以降は所定周
期(例えば、速度検出器2の検出サンプリング周期)で
停車用仮走行計画P3を作成する。この停車用仮走行計
画P3の作成は、その時点における列車検出速度、及び
列車検出位置を利用し、列車進行方向にむだ時間を考慮
しながら列車の停車挙動を予測することにより行われ
る。この場合の停車挙動としては、例えば現時点より直
ちに所定のブレーキノッチ位置でブレーキをかけて停車
した場合における停車基本挙動を策定しておき、これを
利用することができる。そして、列車の走行挙動予測に
関しては下記の(1)式に基づく物理モデルを使用する
方法が考えられる。
ネル抵抗等) M:列車質量 α:加速度又は減速度 列車抵抗Frは列車走行時に発生する抵抗力であり、計
算の便宜上、上記のように、走行抵抗、勾配抵抗、曲線
抵抗、トンネル抵抗等で構成されると考えられる場合が
多い。したがって、列車抵抗Frは下記の(2)式を用
いて求めることができる。
るデータを使用し、以下の抵抗式(3)〜(6)に基づ
き求めることができる(「運転理論(直流交流電気機関
車)」、交友社編、参照)。
や大きさ、及び列車速度等により大幅に変化するために
便宜上以下の値を使用することがある) Frt=2(単線トンネルの場合) 又は、 =1(複線トンネルの場合) … (6) Frt:トンネル抵抗〔kg重/ton〕 仮走行計画計算手段23は、上述した(1)式に基づく
物理モデルを用いることにより、目標位置の手前Nメー
トルの地点に到達した以降に停車用仮走行計画P3の作
成を繰り返し行っていく。この計画の作成を繰り返し行
うことで、停車用仮走行計画P3における停車位置が目
標位置に次第に接近していくことになる。図18は、こ
の様子を示したものである。なお、目標位置から停車用
仮走行計画演算開始位置までの距離Nの値は、「走行距
離」±「余裕距離」等の式に基づき決定する。
作を図19のフローチャートに基づき説明する。このフ
ローチャートは、P1,P2,P3のいずれかの走行計画
が所定周期で作成又は再計算されると設定されている場
合に、ある1周期における処理手順を示すものである。
1の走行状態又は走行時点が、駅停車時または駅発車直
後か、駅間走行時か、目標停車位置近辺か、につき判別
する(ステップ1)。そして、「駅停車時又は駅発車直
後」と判別した場合はむだ時間考慮形最適走行計画作成
手段14が作成した最適走行計画P1を採用する(ステ
ップ2)。この後、走行計画採用手段24はこの最適走
行計画P1を制御指令抽出手段9に出力する。なお、制
御指令抽出手段9が走行計画を入力した以降の動作につ
いては、既述した実施形態において既に説明しているの
で重複した説明を省略する。
の場合、走行計画採用手段24は今回周期における走行
計画再計算が実施されたか否かにつき判別する(ステッ
プ3)。そして、再計算が実施されているのであれば、
前向き予測形走行計画再計算手段17が再計算した再計
算走行計画P2を採用する(ステップ4)。
行計画再計算が実施されていなければ、1時点前すなわ
ち前回周期において最適走行計画P1が採用されていた
か否かを判別する(ステップ5)。1時点前に最適走行
計画P1が採用されていたのであれば、走行計画採用手
段24はその最適走行計画P1を採用する(ステップ
2)。しかし、1時点前に最適走行計画P1が採用され
ていない場合、これは現時点が、最適走行計画P1が過
去に採用され且つその後に再計算が既に行われた後の時
点であることを意味しているので、1時点前に採用され
たのは再計算された走行計画ということになる。したが
って、走行計画採用手段24はこの1時点前に採用され
ていた走行計画を採用する(ステップ6)。
置近辺」すなわち目標停車位置のNメートル以内である
場合、走行計画採用手段24は仮走行計画計算手段23
が既に作成している停車用仮走行計画P3を入力し、そ
の停車位置が「目標停車位置」±「許容誤差」の範囲に
入っているか否かを判別する(ステップ7)。そして、
停車位置がこの範囲内に入っていれば、その停車用仮走
行計画P3を採用する(ステップ8)。しかし、この範
囲内に入っていなければ、ステップ5に戻って、1時点
前(又は更にそれ以前の時点)に再計算されている走行
計画を採用し、再びステップ1を経由した後、ステップ
7での判別を範囲内に入るまで繰り返し行う。
よれば、目標停車位置近辺にて「目標停車位置」±「許
容誤差」に停車できるような停車用仮走行計画を作成す
ることで、目標停車位置に精度良く停車させることが可
能となる。また、列車進行方向に列車挙動を予測しなが
ら停車用仮走行計画を作成することにより、むだ時間の
考慮がしやすくなり、且つ演算アルゴリズムも単純とな
る自動列車運転装置を容易に制作することが可能にな
る。なお、この実施形態では、停車用仮走行計画計算手
段23が「前向き予測形」のものである場合を例にとり
説明したが、この停車用仮走行計画計算手段23は特に
「前向き予測形」のみに限定する必要はない。
態の自動列車運転装置では、現在通常の列車において採
用されている力行ノッチ、及びブレーキノッチにより制
御指令が段階的に変化する方式のものを想定している。
しかし、近い将来においては、駆動装置及び制動装置を
連続的な制御指令信号により動作させることが可能にな
ると考えられる。したがって、加速時の制御指令を連続
的な牽引力指令又は力行トルク指令とし最適走行計画作
成又は走行計画再計算を実施することで、より乗り心地
及び省エネルギー効果を向上させた自動運転が可能とな
る。また、減速時の制御指令についても連続的なブレー
キ力指令とし最適走行計画作成又は走行計画再計算を実
施することで、同様に、より乗り心地及び省エネルギー
効果を向上させた自動運転が可能となる。あるいは更
に、加速時及び減速時の双方において、上記のような連
続的な制御指令とし、乗り心地及び省エネルギー効果を
一層向上させた自動運転も可能となる。
自動運転を行う際のハンチングの影響を極力排除するこ
とにより省エネルギー効果を向上させることができる。
また、特定の実施形態によれば、むだ時間を求めること
を可能にすることにより目標位置への停止精度を向上さ
せることができ、さらに別の実施形態によれば、ノッチ
操作を行った場合の速度制御指令の段階的変化に起因す
る乗り心地の悪さを改善することもできる。
搭載される列車の構成を示すブロック図。
置4の構成を示すブロック図。
置4の構成を示すブロック図。
置4の構成を示すブロック図。
置4の構成を示すブロック図。
置4の構成を示すブロック図。
置4の構成を示すブロック図。
置4の構成を示すブロック図。
置4の構成を示すブロック図。
装置4の構成を示すブロック図。
転装置4の構成を示すブロック図。
転装置4の構成を示すブロック図。
転装置4の構成を示すブロック図。
転装置4の構成を示すブロック図。
転装置4の構成を示すブロック図。
行計画の特性例を示す説明図。
れる走行計画の特性例を示す説明図。
計画の特性例を示す説明図。
を説明するためのフローチャート。
手段 20 駅間走行結果保存手段 21 むだ時間推定手段 22 オンラインむだ時間推定手段 23 前向き予測形停車用仮走行計画計算手段 24 走行計画採用手段
Claims (16)
- 【請求項1】列車検出位置、列車検出速度、データベー
スに保存された運転時特性データ、及び自動列車制御装
置からの運行条件の入力に基づき、列車の駆動装置又は
制動装置を制御することにより自動運転を行う自動列車
運転装置において、 前記列車の駅停車時に所定の演算を行う駅停車時実施演
算回路と、 前記列車の駅間走行時に所定の演算又は制御を行う駅間
走行時実施演算回路と、 を備えており、 前記駅停車時実施演算回路は、 一の駅に停車中の前記列車が次の停車駅の目標位置へ目
標時刻に停車するのに最適な走行計画を作成する最適走
行計画作成手段を有するものであり、 前記駅間走行時実施演算回路は、 前記列車が前記一の駅を発車して前記最適走行計画作成
手段が作成した最適走行計画に基づいて走行している間
に、この最適走行計画と実走行結果との誤差が所定値以
上になった場合に走行計画の再計算を行う走行計画再計
算手段と、 前記走行計画再計算手段が再計算した走行計画から制御
指令を抽出する制御指令抽出手段と、 前記制御指令抽出手段が抽出した制御指令を前記駆動装
置又は制動装置に対して出力する制御指令出力手段と、 を有するものである、ことを特徴とする自動列車運転装
置。 - 【請求項2】前記走行計画再計算手段は、前記誤差とし
て累積誤差を用いる累積誤差参照形走行計画再計算手段
である、ことを特徴とする請求項1記載の自動列車運転
装置。 - 【請求項3】前記駅間走行時実施演算回路は、前記制御
指令抽出手段と前記制御指令出力手段との間に設けら
れ、前記走行計画と実走行結果との誤差が所定値以上に
なった場合に、この誤差に応じて前記制御指令抽出手段
からの制御指令に対して補正を行い、この補正した制御
指令を前記制御指令出力手段に対して出力する制御指令
補正手段を有するものである、 ことを特徴とする請求項1又は2記載の自動列車運転装
置。 - 【請求項4】前記制御指令補正手段は、前記誤差として
累積誤差を用いる累積誤差参照形制御指令補正手段であ
る、 ことを特徴とする請求項3記載の自動列車運転装置。 - 【請求項5】前記最適走行計画作成手段は、前記制御指
令出力手段から前記制御指令が出力された後この制御指
令の影響が現れるまでの間のむだ時間を考慮して前記最
適な走行計画を作成するむだ時間考慮形最適走行計画作
成手段である、 ことを特徴とする前記1乃至4のいずれかに記載の自動
列車運転装置。 - 【請求項6】前記走行計画再計算手段は、前記制御指令
出力手段から前記制御指令が出力された後この制御指令
の影響が現れるまでの間のむだ時間を考慮して前記再計
算を行うむだ時間考慮形走行計画再計算手段である、 ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の自
動列車運転装置。 - 【請求項7】前記むだ時間考慮形最適走行計画作成手段
は、前記列車を前記目標位置に停車させるための前記走
行計画の作成を、前記列車の進行方向への走行予測に基
づき行う前向き予測形最適走行計画作成手段である、 ことを特徴とする請求項5記載の自動列車運転装置。 - 【請求項8】前記むだ時間考慮形走行計画再計算手段
は、前記列車を前記目標位置に停車させるための前記再
計算を、前記列車の進行方向への走行予測に基づき行う
前向き予測形走行計画再計算手段である、 ことを特徴とする請求項6記載の自動列車運転装置。 - 【請求項9】前記前向き予測形走行計画再計算手段は、
所定の周期で前記再計算を行う逐次前向き予測形走行計
画再計算手段である、 ことを特徴とする請求項8記載の自動列車運転装置。 - 【請求項10】前記逐次前向き予測形走行計画再計算手
段は、前記所定の周期で列車速度を計測し、この計測毎
に前記再計算を行う速度計測駆動型逐次前向き予測形走
行計画再計算手段である、 ことを特徴とする請求項9記載の自動列車運転装置。 - 【請求項11】前記駅間走行時実施演算回路は、列車検
出位置及び列車検出速度を含む走行結果データを保存す
るための駅間走行結果保存手段を有すると共に、 前記駅停車時実施演算回路は、この駅間走行結果保存手
段に保存された走行結果データの入力に基づいて前記む
だ時間を推定し、その推定結果を前記むだ時間考慮形最
適走行計画作成手段及びむだ時間考慮形走行計画再計算
手段に出力するむだ時間推定手段を有するものである、 ことを特徴とする請求項6乃至10のいずれかに記載の
自動列車運転装置。 - 【請求項12】前記駅間走行時実施演算回路は、前記駅
間走行結果保存手段に保存された走行結果データの入力
に基づいて前記むだ時間を推定し、その推定結果を前記
むだ時間考慮形走行計画再計算手段に出力するオンライ
ンむだ時間推定手段を有するものである、 ことを特徴とする請求項11記載の自動列車運転装置。 - 【請求項13】前記駅間走行時実施演算回路は、前記列
車が前記目標位置に所定距離以内に接近した時点で停車
位置を予測する停車用仮走行計画計算手段と、 前記むだ時間考慮形最適走行計画作成手段、前記むだ時
間考慮形走行計画再計算手段、及び前記停車用仮走行計
画計算手段からの計算結果を入力し、現在の列車位置に
応じてこれら入力した計算結果のいずれかを採用し、こ
の採用した走行計画を前記制御指令抽出手段に出力する
走行計画採用手段と、 を有するものである、ことを特徴とする請求項12記載
の自動列車運転装置。 - 【請求項14】前記停車用仮走行計画計算手段は、前記
列車を前記目標位置に停車させるための前記予測を、前
記列車の進行方向への走行予測に基づき行う前向き予測
形停車用仮走行計画計算手段である、 ことを特徴とする請求項13記載の自動列車運転装置。 - 【請求項15】前記最適走行計画作成手段及び前記走行
計画再計算手段は、力行時には前記制御指令出力手段が
前記駆動装置に対して連続的な牽引力指令を出力するよ
うに、前記走行計画の作成及び再計算を行うものであ
る、ことを特徴とする請求項1記載の自動列車運転装
置。 - 【請求項16】前記最適走行計画作成手段及び前記走行
計画再計算手段は、制動時には前記制御指令出力手段が
前記制動装置に対して連続的なブレーキ力指令を出力す
るように、前記走行計画の作成及び再計算を行うもので
ある、 ことを特徴とする請求項1記載の自動列車運転装置。
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