JP2006033902A - 車両の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電気式ブレーキのみで、車両を目標地点で所定の制限速度あるいは停止状態にすることができ、車両の運動エネルギーの有効利用及び省エネルギー化を効果的に図ることができる車両の運転制御装置を提供する。
【解決手段】電気式ブレーキ手段（５）のみで、車両（５０）を目標地点で所定の制限速度あるいは停止状態にすべく、ブレーキ操作開始地点を通過した後は、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段（５）の最大ブレーキ力と前記車両（５０）を目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要なブレーキ力とを比較して、いずれか小さい方のブレーキ力を前記電気式ブレーキ手段（５）に発生させる制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備した鉄道車両（列車）等の車両を定位置（目標地点）で制限速度にする（あるいは停止させる）制御を行う運転制御装置に関する。

鉄道車両は、移動における走行抵抗が他の移動体と比べ低いという特長を持っている。この特長を更に向上させるため、車両を減速や停止させる際、車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、この変換時に生じるエネルギーを電力として有効に利用する電気式ブレーキを採用している。

しかし、電気式ブレーキは、速度が高い領域において、ブレーキ力が不足する。このため、この高速度領域で大きなブレーキ力を必要とする場合には、不足するブレーキ力を機械式ブレーキで補足するようにしていた。

車両を目標地点で制限速度にする制御を行う従来の運転制御装置では、電気式ブレーキの特性をさほど考慮しておらず、特に高い速度領域においてもブレーキ力の制限を行っていなかった（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２７４５１６号公報（第１〜１４頁、図１〜図１６）

従来の運転制御装置は、高い速度領域において、電気式ブレーキではブレーキ力が不足し機械式ブレーキが働くため、車両の運動エネルギーの一部が電気エネルギーに変換されず、運動エネルギーの有効利用及び省エネルギー化が充分には図れていなかった。

本発明は、前記の如くの従来の問題を解消すべくなされたもので、その目的とするところは、高い速度領域においても機械式ブレーキを用いないで、なるべく電気式ブレーキのみで、車両を目標地点で所定の制限速度あるいは停止状態にすることができ、もって、車両の運動エネルギーの有効利用及び省エネルギー化を効果的に図ることができる車両の運転制御装置を提供することにある。

前記目的を達成すべく、本発明に係る車両の運転制御装置は、基本的には、電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を有する車両に備えられ、前記電気式ブレーキ手段を用いて、前記車両を目標地点で所定の制限速度あるいは停止状態にすべく、電気式ブレーキ手段が発生し得る最大ブレーキ力が高速度領域では車両速度が高いほど小さくなることを考慮した運転制御を行うようにされる。

本発明に係る車両の運転制御装置の他の好ましい態様では、電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を有する車両に備えられ、前記電気式ブレーキ手段を用いて、前記車両を目標地点で所定の制限速度あるいは停止状態にすべく、設定されたブレーキ操作開始地点を通過した後は、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記車両を目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要なブレーキ力とを比較して、いずれか小さい方のブレーキ力を前記電気式ブレーキ手段に発生させる制御を行うようにされる。

本発明に係る車両の運転制御装置のより具体的な好ましい第１態様は、電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行うようにされ、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要なブレーキ力のうちの小さい方のブレーキ力によって前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするためのブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両を前記目標地点で制限速度あるいは停止状態にするために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段に、その最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力指令として出力する手段を備えていることを特徴としている。

本発明に係る車両の運転制御装置のより具体的な好ましい第２態様は、電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を設定時刻に所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行うようにされ、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力以下のブレーキ力により前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要なブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段に、その最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力指令として出力する手段を備えていることを特徴としている。

本発明に係る車両の運転制御装置のより具体的な好ましい第３態様は、電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行うようにされ、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要なブレーキ力のうちの小さい方のブレーキ力によって前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするためのブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両が前記目標地点を前記制限速度で通過あるいは停止するために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力として表示する手段を備えていることを特徴としている。

本発明に係る車両の運転制御装置のより具体的な好ましい第４態様は、電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を設定時刻に所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行うようにされ、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力以下のブレーキ力により前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要なブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力として表示する手段を備えていることを特徴としている。

本発明に係る車両の運転制御装置のより具体的な好ましい第５態様は、電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行うようにされ、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要な目標ブレーキ力のうちの小さい方のブレーキ力によって前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするためのブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段に、その最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力指令として出力する出力手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力として表示する表示手段と、前記出力手段と前記表示手段のいずれを使用するかを選択して切り換えるための選択切換手段を備えていることを特徴としている。

本発明に係る車両の運転制御装置のより具体的な好ましい第６態様は、電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を設定時刻に所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行うようにされ、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力以下の目標ブレーキ力により前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要なブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段に、その最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力指令として出力する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力として表示する手段と、前記出力手段と前記表示手段のいずれを使用するかを選択して切り換えるための選択切換手段を備えていることを特徴としている。

本発明に係る車両の運転制御装置のより具体的な好ましい第７態様は、電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行うようにされ、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要な目標ブレーキ力のうちの小さい方のブレーキ力によって前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするための速度指令を演算する手段と、前記車両速度と前記速度指令とを比較してブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両速度と前記速度指令との偏差に基づいて、前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段に、その最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力指令として出力する手段を備えていることを特徴としている。

本発明に係る車両の運転制御装置のより具体的な好ましい第８態様は、電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を設定時刻に所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行うようにされ、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力以下のブレーキ力により前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するための速度指令を演算する手段と、前記車両速度と速度指令とを比較してブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両速度と前記速度指令との偏差に基づいて、前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段に、その最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力指令として出力する手段を備えていることを特徴としている。

本発明の車両の運転制御装置は、電気式ブレーキによる最大ブレーキ力が高速度領域では車両速度が高いほど小さくなることが考慮されており、車両の減速・停止には、電気ブレーキによる最大ブレーキ力と車両が目標地点を制限速度で通過あるいは停止するために必要な所要ブレーキ力のうちの小さい方が用いられるので、高い速度領域から低い速度領域まで、電気式ブレーキだけで、車両を目標地点で所定の制限速度あるいは停止状態にすることができ、そのため、電気式ブレーキ（発電ブレーキ）による発電を最大限利用できると同時に、機械式ブレーキの使用を最小限に止めることができ、その結果、回生できる電気エネルギーが増加するとともに、車両の減速、停止に消費される電気エネルギーが減少し、車両の運動エネルギーの有効利用及び省エネルギー化を効果的に図ることができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明に係る運転制御装置の第１実施形態をそれが搭載された車両と共に示す概略構成図である。図１において、レール６上を転動する車輪５、５、５、…を備えた車両５０には、本実施形態の運転制御装置１Aの主要部を構成する、マイクロコンピュータ等からなる運転制御部１０A、電気式（発電）ブレーキである電動機（兼発電機）４及び電気ブレーキ力制御装置３、ブレーキ受信部２、速度検出器７、機械式ブレーキ８、地上子検出器９等が設けられている。

本実施形態では、電動機（電気式ブレーキ）及び機械式ブレーキが１個の構成を示しているが、これが複数個搭載された場合や複数の車両が連結された構成であっても差し支えない。

運転制御部１０Aは、速度検出器７が検出した車両５０の現在速度va、及び地上子検出器９が地上子から受信した受信情報が入力され、ブレーキ受信部２へブレーキ力指令τ*を出力する。

ブレーキ受信部２は、ブレーキ力指令τ*及び電気ブレーキ力制御装置３が出力している電気ブレーキ力τeを入力し、電気ブレーキ力指令τe*及び機械ブレーキ力指令τm*を出力する。電気ブレーキ力指令τe*はτ*と一致する。

機械ブレーキ力指令τm*は、ブレーキ力指令τ*及び電気ブレーキ力τeから下記の式（１）に基づき演算する。

電気ブレーキ力制御装置３は、電気ブレーキ力指令τe*に基づき、電動機４の運動エネルギーを電気ブレーキに変換することにより発生する電気ブレーキ力を制御するとともに、発生した電気ブレーキ力τeをブレーキ受信部２へ出力する。

機械式ブレーキ８は、機械ブレーキ力指令τm*に基づき、制輪子を車輪踏面に押し付けることにより、運動エネルギーを熱エネルギーに変換し、機械ブレーキ力を発生する。

図２は、電気ブレーキ力τeの特性例を示す。横軸は車両５０の速度、及び縦軸はブレーキ力である。太い実線で示す特性ａは、電気ブレーキ力制御装置３と電動機４から構成される電気式ブレーキが発生し得る最大ブレーキ力τmaxである。電動機４に印加できる電圧の制限により高速域では速度が高いほど最大ブレーキ力τmaxは低下する。ブレーキ力指令τ*がτ0である場合、速度vaがv0以下であればブレーキ力指令τ*が最大ブレーキ力τmax以下であるため、機械ブレーキ力指令τm*は0である。

一方、速度vaがv0より大きいときには、ブレーキ力指令τ*が最大ブレーキ力τmaxより大きいため、電気ブレーキ力制御装置３は、電気ブレーキ力τeとして最大ブレーキ力τmaxを出力し、不足するブレーキ力を機械ブレーキ力指令τm*として出力する。すなわち、機械式ブレーキを用いることなく減速するには、ブレーキ力指令τ*を常に最大ブレーキ力τmax以下に制御すれば良い。

次に、図４を参照しながら地上子検出器９の機能を説明する。
図４において、４２は地上子、Ｑは軌道上の目標地点、Ｐは軌道上のブレーキ操作開始地点である。なお、図1に示される各部と同一の構成部分には同一符号が付されている。

地上子検出器９は、地上に設置された地上子４２の上を通過するとき、地上子４２を通過したことを示す通過情報tc、地上子４２から目標地点Ｑまでの距離xp、目標地点Ｑにおける制限速度vp、及び目標ブレーキ力τ２を、地上子４２から受信する。

次に、図１の運転制御部１０Aの詳細を説明する。
運転制御部１０Aは、距離演算部１１、最大ブレーキ力演算部１２、ブレーキ開始地点演算部１３、ブレーキ開始判断部１４、一定ブレーキ力演算部１５、ブレーキ力選択部１６及びブレーキ力指令出力部１７で構成される。

距離演算部１１は、通過情報tcを基準として現在速度vaにより式（２）を用いて、地上子４２から現在位置までの距離xを演算する。

最大ブレーキ力演算部１２は、速度vaから図２の特性ａに従って、最大ブレーキ力τmaxを演算する。

ブレーキ開始地点演算部１３は、速度va、目標ブレーキ力τ２、制限速度vp、及び目標地点Ｑまでの距離xpから、テーブルＴ２を用いて、地上子４２からブレーキ操作開始地点Ｐまでの距離ｘ1を演算する。

次にテーブルT2の詳細を説明する。車両５０は、地上子４２からブレーキ操作開始地点Ｐまでは惰行すなわちブレーキ力指令τ*=0で進行し、ブレーキ操作開始地点Ｐから目標地点Ｑまでは機械式ブレーキを用いずに制限速度vpに減速するため、最大ブレーキ力τmaxと目標ブレーキ力τ２のうちの小さい方をブレーキ力指令τ*として出力する。よって、時刻tにおける速度ｖ（t）は、式（３）で求められる。

ただし、時刻t1はブレーキ操作開始地点Ｐを車両５０が通過する時刻、min（τ２,τmax（v(t)））はτ２とτmax(v(t))のうちの小さい方を表す。また、時刻tにおける地上子４２から車両５０までの距離x(t)は、式（４）で求める。

目標地点通過時の時刻tpにおいて、速度は制限速度vpであり、距離xはxpである必要があるため、下記の式（５）、式（６）を満たす必要がある。

よって、目標ブレーキ力τ２及びブレーキ操作開始時の速度v1を与えて、数式（５）及び数式（６）を解くことにより、ｘ１を求めることができる。数式（５）及び数式（６）を解析的に解くことは難しいため、予めシミュレーション等でテーブルＴ２を作成する。

ブレーキ開始判断部１４は、入力した距離ｘ1、及び距離ｘを比較する。x1>xの場合は、ブレーキ開始フラグDecとして0を出力し、x1<xの場合はブレーキ開始フラグDecとして1を出力する。

一定ブレーキ力演算部１５は、現在速度va、距離x、制限速度vp、及び距離xpに基づき、限定（所要）ブレーキ力指令τaを演算する。

限定ブレーキ力指令τaは、現在位置から目標地点Ｑまで一定ブレーキ力で減速させた場合において、地点Ｑにおける速度がvpとなるブレーキ力指令値である。具体的には、式（７）に基づき演算する。

ブレーキ力選択部１６は、最大ブレーキ力τmaxと限定ブレーキ力指令τaを比較して、小さい方を目標ブレーキ力指令τkとして出力する。

ブレーキ力指令出力部１７は、ブレーキ開始フラグDecが0の場合は、ブレーキ力指令τ*として0を出力し、ブレーキ開始フラグDecが１の場合は、τ*としてτkを出力する。

次に、図３を用いて本実施形態の運転制御装置１Ａの具体的動作について説明する。
図３は、上から順に、地上子４２からの距離、車両の速度、及びブレーキ力を示している（横軸は時刻tを示す時間軸）。

時刻t=0において、地上子検出器９が地上子４２を通過する。このときの速度vaはv1である。地上子検出器９は、地上子４２を基準とする通過情報tc、距離xp、制限速度vp、及び目標ブレーキ力τ２を、地上子４２から受信する。

距離演算部１１は、通過情報tcにより距離xを0に初期化する。ブレーキ開始判断部１４は、距離xがブレーキ開始地点演算部１３で演算したブレーキ操作開始地点Ｐまでの距離x1より小さいため、ブレーキ開始フラグDecとして0を出力する。

ブレーキ力指令出力部１７は、ブレーキ開始フラグDecが0であるため、ブレーキ力指令τ*として0を出力する。

時刻ｔが0からt1では、ブレーキ力指令τ*が0であるため、速度vaはv1一定であり、距離xは時刻に比例して増加する。

時刻t1で距離xがブレーキ操作開始地点Ｐまでの距離x1に到達すると、ブレーキ開始判断部１４の出力であるブレーキ開始フラグDecが1となり、ブレーキ力指令出力部１７はブレーキ力指令τ*として目標ブレーキ力指令τkを出力する。

速度vaがv1と高い速度であるため、図３中に破線で示されている限定ブレーキ力指令τaが最大ブレーキ力τmaxより大きく、ブレーキ力選択部１６は目標ブレーキ力指令τkとして最大ブレーキ力τmaxを出力する。

時刻t1からt2においても同様に、ブレーキ力指令τ*として最大ブレーキ力τmaxを出力する。よって、ブレーキ力指令τ*が最大ブレーキ力τmax以下であるため、機械式ブレーキ８は動作しない。

時刻t2において、限定ブレーキ力指令τaが最大ブレーキ力τmaxとなる速度v2に達すると、時刻t2以降は目標ブレーキ力指令τk及びブレーキ力指令τ*は、限定（所要）ブレーキ力指令τaとなる。ここでも、ブレーキ力指令τ*が最大ブレーキ力τmax以下であるため、機械式ブレーキ８は動作しない。

また、ブレーキ開始位置x1を上述のように決定しているため、このときのブレーキ力指令τ*はほぼ目標ブレーキ力τ２に一致する。

さらに数式（７）に基づきブレーキ力指令τ*を操作するため、時刻tpにおいて距離xはxp、即ち車両５０が目標地点Ｑに到達し、このときの速度vaは制限速度vpに一致する。

以上により、本実施形態の運転制御装置１Aによれば、地上子４２の通過から目標地点Ｑの到達まで機械式ブレーキが動作することなく電気式ブレーキのみで車両を制御することが可能である。

また、制限速度vpを0とすることにより、距離xpで車両を停止させることが可能であるため、本実施形態の運転制御装置１Aは車両を目標位置で停止させることも可能である。

そのため、電気式ブレーキ（電動機４）による発電を最大限利用できると同時に、機械式ブレーキ８の使用を最小限に止めることができ、その結果、回生できる電気エネルギーが増加するとともに、車両の減速、停止に消費される電気エネルギーが減少し、車両の運動エネルギーの有効利用及び省エネルギー化を効果的に図ることができる。

［第２実施形態］
図５は、本発明に係る運転制御装置の第２実施形態をそれが搭載された車両と共に示す概略構成図である。図５において、図１の各部に対応する部分については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の運転制御装置１Ｂでは、地上子検出器９が地上子（図示せず）を通過するとき、地上子検出器９は、通過情報tc、目標地点Ｑまでの距離xp、及び地点Ｑにおける制限速度vpに加えて、地点Ｑに到達する時刻指令tp*を地上子から受信する。

運転制御部１０Ｂに備えられている定時性ブレーキ開始地点演算部１３ａは、現在速度va、制限速度vp、距離xp、及び時刻指令tp*を入力し、ブレーキ距離テーブルＴ３より地上子を基準とするブレーキ操作開始地点Ｐまでの距離ｘ１を演算する。

テーブルT３は、式（８）、式（９）に基づいて作成する。

第１実施形態の運転制御装置１Ａでは、目標ブレーキ力τ２を与えたが、本実施形態では、時刻指令tp*を与えてブレーキ開始地点x1を求める。x1は第１実施形態と同様に解析により求めることは難しいため、予めシミュレーション等により求める。時刻指令tp*を用いてブレーキ操作開始地点Ｐを決定しているため、目標地点Ｑにおいて、車両５０は速度vaが制限速度vpであるだけでなく、通過時刻も時刻指令tp*に一致する。

また、第１実施形態と同様に、ブレーキ力指令τ*は、最大ブレーキ力τmax以下であるため、機械式ブレーキは動作しない。

このような構成とされた第２実施形態の運転制御装置１Ｂにおいても、第１実施形態と略同様な作用効果が得られる。

［第３、第４実施形態］
図６は、本発明に係る運転制御装置の第３実施形態をそれが搭載された車両と共に示す概略構成図である。図６において、図１、図５の各部に対応する部分については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の運転制御装置１Ｃは、前記実施形態と同様な運転制御部１０Ｃの他、マスタコントローラ１０１、表示器１０２、及び切換器１０３を備える。

マスタコントローラ１０１は、速度va、及び運転者が選択したブレーキノッチに基づきブレーキノッチテーブルTBを用いて、ノッチブレーキ力指令τcを出力する。 ブレーキノッチテーブルTBは、速度-ブレーキ力のノッチ曲線より作成する。

表示器１０２は、速度va、理想ブレーキ力指令τk*を入力し、理想ブレーキ力指令τk*を超えない最大のブレーキノッチを選択し、運転者が認識できる形態で伝達する。

切換器１０３は、自動制御と運転者による手動制御を切り換える手段である。
切換器１０３が自動制御モードの場合は、ブレーキ力指令τ*として理想ブレーキ力指令τk*を出力する。切換器１０３が手動制御モードの場合は、ブレーキ力指令τ*として、表示器１０２を見て運転者が操作するマスタコントローラの出力τcを出力する。自動制御モードの場合は、第1実施形態と同一の構成となり、同様の作用効果が得られる。手動制御モードの場合、表示器１０２に従い運転者がマスタコントローラ１０１を操作することにより、第１実施形態と略同様に、機械式ブレーキ８によるブレーキ力の補完なしで目標地点Ｑを通過するとき、速度を制限速度vpに制御できる。また、運転者がマスタコントローラ１０１を操作するため、状況に応じた柔軟な対応が可能となる。

また、本実施形態では、第１実施形態にマスタコントローラ１０１、表示器１０２、切換器１０３を組み合わせたが、図７に示される如くに、第２実施形態と組み合わせることも可能である。かかる第２実施形態と組み合わせた運転制御装置１０Ｄ（第４実施形態）の場合、自動制御モードでは第２実施形態と同様の作用効果が得られる。また、手動制御モードの場合、運転者が表示器に従ってマスタコントローラ１０１を操作することにより、第２実施形態と略同様の作用効果が得られるとともに、運転者がマスタコントローラ１０１を操作するため、状況に応じた柔軟な対応が可能となる。

［第５実施形態］
図８は、本発明に係る運転制御装置の第５実施形態をそれが搭載された車両と共に示す概略構成図である。図８において、図１の各部に対応する部分については同一符号を付してその説明を省略する。

本実施形態の運転制御部１０Ｅは、パターン発生部１３ｂ、ブレーキ開始判断部１４ａ、及びブレーキ力制御部１５ａを備える。

パターン発生部１３ｂは、現在速度va、制限速度vp、目標地点Ｑまでの距離xp、及び目標ブレーキ力τ２を入力し、式（１０）、式（１１）に基づいて目標速度パターンvptを作成し、速度指令va*を逐次演算する。

図９に目標速度パターンvptの一例を示す。横軸は地上子４２からの距離x、縦軸は現在速度vaである。

実線は、時刻tにおける速度v(t)と距離x（t）の軌跡で、一点鎖線は上記で求めた目標速度パターンvptである。

破線は、目標ブレーキ力τ２で減速した場合の最大速度パターンvptmaxを表している。

本実施形態で用いる速度パターンvptは、速度パターンvptmaxよりも目標地点に対し手前で減速することにより、高速域で必要なブレーキ力を減らすことができる。

ブレーキ開始判断部１４ａは、入力した現在速度vaと速度指令va*を比較し、ブレーキ開始フラグDecを出力する。

通過情報tcによりブレーキ開始フラグDecは0に初期化され、ブレーキ開始フラグDecが0のとき、速度指令va*が現在速度vaより大きい場合は、ブレーキ開始フラグDecとして0を出力する。また、速度指令va*が現在速度va以下の場合はブレーキ開始フラグDecとして１を出力する。ブレーキ開始フラグDec=1の時は、目標地点xpに到達するまでブレーキ開始フラグDecとして1を出力する。

ブレーキ力制御部１５ａは、現在速度vaが速度指令va*に一致するよう式（１２）に基づいて限定ブレーキ力指令τaを演算する。

ただし、Kpは比例ゲイン、Kiは積分ゲインである。

次に、図１０を用いて本実施形態の運転制御装置１Ｅの具体的動作について説明する。
図１０は、前述した図３と同様に、上から順に、地上子４２からの距離、車両の速度、及びブレーキ力を示している（横軸は時刻tを示す時間軸）。

時刻t=0において、地上子４２を通過する。このときの速度vaはv1’である。パターン発生部１３ｂは、目標速度パターンvptの演算を開始し、距離xから速度指令va*を演算する。

このとき、車両５０は目標地点より遠いため速度指令va*が大きいので、速度vaより大きい。よって、ブレーキ開始判断部１４ａは、ブレーキ開始フラグDecとして0を出力し、ブレーキ力出力指令部１７はブレーキ力指令τ*として0を出力する。

時刻ｔが0からt1’では、ブレーキ力指令τ*が0であるため、速度vaはv1’一定であり、距離xは時刻に比例して増加する。

時刻t1’で速度vaが速度指令va*以上になる距離x=x1’の地点に到達すると、ブレーキ開始判断部１４の出力であるブレーキ開始フラグDecが１となり、ブレーキ力指令出力部１７はブレーキ力指令τ*として目標ブレーキ力指令τkを出力する。

速度vaがv1’と高い速度であるため、図１０中に破線で示される限定ブレーキ力指令τaは最大ブレーキ力τmax近傍の値である。ブレーキ力選択部１６は限定ブレーキ力指令τaが最大ブレーキ力τmaxより小さいとき、目標ブレーキ力指令τkとして限定ブレーキ力指令τaを出力し、τaがτmax以上のときは、目標ブレーキ力指令τkとして最大ブレーキ力τmaxを出力する。

すなわち、速度vaが速度指令va*よりも大きい場合でも、ブレーキ力指令τ*として最大ブレーキ力τmaxを出力するため、機械式ブレーキ８は動作しない。 また、このとき生じる速度偏差は後述する時刻t2’以降で補償する。

時刻t2’以降では、速度vaの減少により、最大ブレーキ力τmaxが増加するため、速度vaが速度指令va*よりも大きい場合でも、限定ブレーキ力指令τaは最大ブレーキ力τmaxより小さくなる。よって、目標ブレーキ力指令τk及びブレーキ力指令τ*は、限定ブレーキ力指令τaとなり、速度vaは速度指令va*と一致するように制御される。時刻t1’からt2’で生じた速度偏差はここで補償される。

ここでも、ブレーキ力指令τ*が最大ブレーキ力τmax以下であるため、機械式ブレーキ８は動作しない。

時刻t2’以降は速度パターンvptに一致するように速度vaを制御するため、車両５０が目標地点Ｑに到達する距離xはxp、vaは制限速度vpに一致する。

以上により、本実施形態の運転制御装置１Ｅによれば、地上子４２の通過から目標地点Ｑの到達まで機械式ブレーキ８が動作することなく、電気式ブレーキ４のみで車両５０を制御することが可能である。また、制限速度vpを0とすることにより、距離xpで車両を停止させることが可能であるため、本実施形態の運転制御装置１Ｅは、車両５０を目標位置で停止させることも可能である。

なお、本実施形態では、vptはパターン発生部１３ｂで作成しているが、地上子から受信する構成であってもよく、この場合においても同様の効果が得られる。

また、目標ブレーキ力τ２の代わりに到達時刻指令tp*を地上子から受信する構成にすることにより、予定時刻に到達するよう制御することもできる。

本発明に係る運転制御装置の第１実施形態をそれが搭載された車両と共に示す概略構成図。 電気ブレーキ力の特性例を示す図。 第１実施形態の運転制御装置の具体的動作例を示す図。 地上子検出器の機能の説明に供される図。 本発明に係る運転制御装置の第２実施形態をそれが搭載された車両と共に示す概略構成図。 本発明に係る運転制御装置の第３実施形態をそれが搭載された車両と共に示す概略構成図。 本発明に係る運転制御装置の第４実施形態をそれが搭載された車両と共に示す概略構成図。 本発明に係る運転制御装置の第５実施形態をそれが搭載された車両と共に示す概略構成図。 目標速度パターンの一例を示す図。 第５実施形態の運転制御装置の具体的動作例を示す図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ…運転制御装置
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ、１０Ｅ…運転制御部
２…ブレーキ受信部
３…電気ブレーキ力制御装置
４…電動機（電気式ブレーキ）
８…機械式ブレーキ
１２…最大ブレーキ力演算部
１３…ブレーキ開始地点演算部
１３ａ…定時性ブレーキ開始地点演算部
１３ｂ…パターン発生部
１４…ブレーキ開始判断部
１４ａ…ブレーキ開始判断部
１５…一定ブレーキ力演算部
１５ａ…ブレーキ力制御部
１６…ブレーキ力選択部
１７…ブレーキ力指令出力部
５０…車両
１０２…表示器
１０３…切換器
Ｐ…ブレーキ操作開始地点
Ｑ…目標地点

Claims (11)

1. 電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を有する車両に備えられる運転制御装置であって、前記電気式ブレーキ手段を用いて、前記車両を目標地点で所定の制限速度あるいは停止状態にすべく、前記電気式ブレーキ手段が発生し得る最大ブレーキ力が高速度領域では車両速度が高いほど小さくなる運転制御を行うことを特徴とする車両の運転制御装置。
2. 電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を有する車両に備えられる運転制御装置であって、前記電気式ブレーキ手段を用いて、前記車両を目標地点で所定の制限速度あるいは停止状態にすべく、設定されたブレーキ操作開始地点を通過した後は、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記車両を目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要なブレーキ力とを比較して、いずれか小さい方のブレーキ力を前記電気式ブレーキ手段に発生させる制御を行うことを特徴とする車両の運転制御装置。
3. 電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行う運転制御装置であって、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要なブレーキ力のうちの小さい方のブレーキ力によって前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするためのブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両を前記目標地点で制限速度あるいは停止状態にするために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段に、その最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力指令として出力する手段と、を備えていることを特徴とする車両の運転制御装置。
4. 電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を設定時刻に所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行う運転制御装置であって、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力以下のブレーキ力により前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要なブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段に、その最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力指令として出力する手段と、を備えていることを特徴とする車両の運転制御装置。
5. 電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行う運転制御装置であって、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要なブレーキ力のうちの小さい方のブレーキ力によって前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするためのブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両が前記目標地点を前記制限速度で通過あるいは停止するために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力として表示する手段と、を備えていることを特徴とする車両の運転制御装置。
6. 電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を設定時刻に所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行う運転制御装置であって、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力以下のブレーキ力により前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要なブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力として表示する手段と、を備えていることを特徴とする車両の運転制御装置。
7. 電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行う運転制御装置であって、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要な目標ブレーキ力のうちの小さい方のブレーキ力によって前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするためのブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段に、その最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力指令として出力する出力手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力として表示する表示手段と、前記出力手段と前記表示手段のいずれを使用するかを選択して切り換えるための選択切換手段と、を備えていることを特徴とする車両の運転制御装置。
8. 電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を設定時刻に所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行う運転制御装置であって、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力以下の目標ブレーキ力により前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要なブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段に、その最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力指令として出力する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力として表示する手段と、前記出力手段と前記表示手段のいずれを使用するかを選択して切り換えるための選択切換手段と、を備えていることを特徴とする車両の運転制御装置。
9. 電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行う運転制御装置であって、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力と前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要な目標ブレーキ力のうちの小さい方のブレーキ力によって前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするための速度指令を演算する手段と、前記車両速度と前記速度指令とを比較してブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両速度と前記速度指令との偏差に基づいて、前記車両を前記目標地点で前記制限速度あるいは停止状態にするために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段に、その最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力指令として出力する手段と、を備えていることを特徴とする車両の運転制御装置。
10. 電気式ブレーキ手段及び機械式ブレーキ手段を具備し、前記電気式ブレーキ手段を用いて、車両が目標地点を設定時刻に所定の制限速度で通過あるいは停止するように運転制御を行う運転制御装置であって、車両速度に対応する前記電気式ブレーキ手段の最大ブレーキ力以下のブレーキ力により前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するための速度指令を演算する手段と、前記車両速度と速度指令とを比較してブレーキ操作開始地点を求める手段と、前記車両速度と前記速度指令との偏差に基づいて、前記車両が前記目標地点を前記設定時刻に前記制限速度で通過あるいは停止するために必要な所要ブレーキ力を演算する手段と、前記ブレーキ操作開始地点を通過した後、前記電気式ブレーキ手段に、その最大ブレーキ力と前記所要ブレーキ力のうちの小さい方を目標ブレーキ力指令として出力する手段と、を備えていることを特徴とする運転制御装置。
11. 請求項１から１０のいずれかに記載の運転制御装置を搭載した車両。

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