JP2008005585A - 車両制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】一般的な鉄道車両が搭載している車上で停止ブレーキを作成することができる設備のみで車両の定時運行を実現する列車自動運転制御を提供する。
【解決手段】停車位置に停車するために考えられる複数のブレーキパターンを持っている、あるいは複数のブレーキパターンを動的に作成することができ、また、車両のブレーキ段と地形の勾配情報から求まる当該列車の実減速度に基づき次の停車位置に到着する時間を予測する手段を持つ車上制御装置を有するシステムにおいて、車両の現在位置から次の停車位置に到着する到着予測時間と、ダイヤにより定まっている次の停車位置に到着する到着予定時間を比較し、駆動力もしくはブレーキ力を制御することにより、車両の定時運行を自動的に実現する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の定時運行を実現する車両制御システムに関する。

従来より、車両の自動運転制御システムについては、走行距離，走行時間，制限速度などの制約条件を遵守する最適走行パターンを作成し、その走行パターンに基づき自律的に走行する技術（例えば特許文献１参照）がある。

特開平５−１９３５０２号公報

しかし、上記従来の技術は、最適となる走行パターンを算出するために時間がかかるという問題があるとともに、最初に算出したデータを元に制御を行うため、天候などによる路線の状態や車両の状態を考慮していないため、必ずしもそのとおりの走行ができず遅延を招くことがあった。また、自動運転制御装置に相当する設備を持った鉄道車両でのみ実現できる技術であることから、現在、一般的な鉄道車両に搭載されている車上で停止ブレーキを作成することができる（Ｄ−ＡＴＣ（デジタル列車自動制御装置）やＡＴＳ−Ｐ
（連続速度照査式列車自動停止装置））設備だけでは実現できず、新たに設備を導入する必要があった。

そこで本発明の目的は、一般的な鉄道車両が搭載している車上で停止ブレーキを作成することができる（Ｄ−ＡＴＣやＡＴＳ−Ｐ）設備のみで新たに設備を導入することなく定時運行を実現する自動列車制御システムを提供することである。

本発明は、上記目的を達成するために、次の停車位置に停車するために考えられる複数のブレーキパターンを動的に作成するパターン作成装置と、作成されたブレーキパターンと入力された現在の車両速度と車両位置とに基づいて、次の停車位置に到着する時刻を予測する時刻予測装置と、車両性能と車両ダイヤ情報と地形情報が記憶された記憶装置と、車両を駆動する車両駆動制御装置と、時刻予測装置が予測した時刻と予め記憶された車両ダイヤ情報から決定される次に停車するための時刻から車両の加減速を決定し、その決定された加減速と予め記憶された地形情報と車両性能に基づきに車両駆動制御装置に対して指令を与える車両制御装置と、を有する構成とする。

また、次の停車位置に停車するために考えられる複数のブレーキパターンを動的に作成するパターン作成装置と、作成されたブレーキパターンと、入力された現在の車両速度と車両位置とに基づいて次の停車位置に到着する時刻を予測する時刻予測装置と、車両ダイヤ情報が記憶された記憶装置と、車両を駆動する車両駆動制御装置と、時刻予測装置が予測した時刻と予め記憶された車両ダイヤ情報から決定される次に停車するための時刻から、停車するためのブレーキ力および、停止開始時刻を表示する状況提示装置と、運転士からの指令に基づき車両を運行する車両制御装置と、を有する構成とする。

車上で停止ブレーキを作成することができる（Ｄ−ＡＴＣやＡＴＳ−Ｐ）設備のみで新たに設備を導入することなく定時運行を実現する自動列車制御システムを提供できる。

図１は、本発明の一実施形態による鉄道車両の概略構成図である。

次に停車する位置に到達するために、複数の異なるブレーキ力それぞれに対してブレーキパターンを動的に作成することができる機能を持つパターン作成装置１と、そのパターン作成装置１が作成したブレーキパターンと現在の車両速度と車両位置を基に、次の停車位置に対する到着予測時刻を求めることができる時刻予測装置２と、車両ダイヤ情報と車両が走行する勾配情報などの地形情報と加速性能，ブレーキ性能，車両重量，車両長などの車両性能とを保持する記憶装置３と、前記記憶装置３にある車両ダイヤ情報から、次の停車位置への到着予定時刻を検索し、その時刻予測装置２が予測した到着予測時刻と比較することで、車両の加減速を決定する車両制御装置４と、前記車両制御装置４が決定した加減速と地形情報と車両性能に基づき車両を駆動させる車両駆動装置５、および列車の速度を計測する速度発電機６によって構成される。

なお、地形情報には、勾配情報の他に、曲線情報やトンネル情報なども含むことで、より正確な定時運転が可能となる。

次に、図２は、本発明の一実施形態による車両制御装置４の車両の加減速を決定するフローを示している。

ステップ２０１では、車両は出発点Ｓにいることとし、現在位置が決定される。また、現在速度は０である。また、記憶装置３に予め記憶された車両ダイヤ情報から次の停車位置Ｇへの到着予定時刻Ｔｒと、現在位置である出発点Ｓの出発予定時刻Ｔｓを入手し、出発予定時刻になったら出発する。なお、ブレーキパターン作成装置１により次の停車位置Ｇに到達するための異なるブレーキ力で作成したブレーキパターンを作成する。次にステップ２０２に進む。

ステップ２０２で、車両の現在位置，現在速度を求める。なお、現在位置の求め方としては、速度発電機６のパルスによる積算で求める方法がある。次にステップ２０３に進む。

ステップ２０３では、車両の現在位置，現在速度において、ステップ２０１で作成した複数のブレーキパターンのいずれかに接触するかどうかをチェックし、接触していれば、ステップ２０４に進む。また、接触しなければステップ２１１に進む。

ステップ２０４では、ブレーキパターンに接触したことから、そのブレーキ力を時間
Ｔｂ出力し続けることでＧに到着することができる。このことから、現在時刻をＴｎｏｗとすると、
Ｔ＝Ｔｎｏｗ＋Ｔｂ …（式１）
により、Ｇへの到着予想時刻Ｔを求める。次にステップ２０５に進む。

ステップ２０５では、到着予想時刻Ｔと、到着予定時刻Ｔｒから加減速Ｔ＞Ｔｒであれば、時刻に余裕がないことから制限速度を遵守した上で最大加速の運転を行う。また、Ｔ＜Ｔｒであれば、時間に余裕があることから接触したブレーキパターンよりも強めのブレーキ力による運転を行う。Ｔ＝Ｔｒであれば、時間はぴったりであることから、接触したブレーキパターンと同じブレーキ力で運転を行う。次にステップ２０２に戻る。

ステップ２１１では、ブレーキパターンに接触していないことから、次の式により
Ｔ＝Ｔｓ＋７.２×（現在位置からＧまでの距離(ｍ)）／（現在速度(km／ｈ)）
…（式２）
によってＧへの到着予想時刻Ｔを求める。次にステップ２１２に進む。

ステップ２１２では、到着予想時刻Ｔと、到着予定時刻ＴｒからＴ＞Ｔｒであれば、時刻に余裕がないことから最大加速にて運転を行う。Ｔ＝Ｔｒであれば、時間はぴったりであることから、次の（式３）
ａ＝（現在速度(km／ｈ)）×（現在速度(km／ｈ)）／７.２／(現在位置からＧまでの 距離(ｍ)) …（式３）
により加速度を求め、地形情報および車両性能を考慮し車両の実加速度ａ１を（式４）により求め、その実加速度ａ１に相当するノッチでの運転を行う。

ａ１＝ａ−（走行抵抗＋地形による走行抵抗） …（式４）
また、Ｔ＜Ｔｒであれば、時間に余裕があることから前記（式３）および（式４）によって求めた実加速度よりも低い加速度での運転を行う。次にステップ２０２に戻る。

このステップを車両が停車するまでの間、適時繰り返す。

このように、複数のブレーキパターンを動的に作成し、そのブレーキパターンと車両の現在の位置と速度に基づいて、次の停車位置に到着する時間を予測し、予測した時間と予め記憶された車両ダイヤ情報から決定される次に停車するための時刻から車両の加減速を決定し、前記加減速に基づき車両を運行すれば、車上で停止ブレーキを作成することができる（Ｄ−ＡＴＣやＡＴＳ−Ｐ）設備のみで新たに設備を導入することなく定時運行を実現する車両制御システムを提供できる顕著な効果を奏することができる。

図３は、図２のフローに従い走行した一例を示している。

Ｓ１が車両の出発位置、Ｇが車両の到着位置とする。また、車両が次に停車するためにかかる時間を予測し、次の走行状態を決定する判定ポイントをＳ２〜Ｓ９とし、車両で生成される異なるブレーキパターンを４種類として、Ｂ１〜Ｂ４（Ｂ１が一番弱く、Ｂ４が一番強い）とする。なお、出発位置の出発予定時刻をＴｓ、到着位置への到着予定時間をＴｒとする。また、上から順に（ａ）実際に走行した位置−速度パターン，（ｂ）位置
Ｓ２の時のＧに到着する予想時刻を示した位置−時刻パターン，（ｃ）位置Ｓ３の時のＧに到着する予想時刻を示した位置−時刻パターン、以下（ｄ）〜（ｉ）は位置Ｓ４〜Ｓ９それぞれの時のＧに到着する予想時刻を示した位置−時刻パターンを示している。

以下、順に説明する。

Ｓ１を出発した車両はＳ２に到達後、Ｇへの到達予定時刻Ｔ１を求める。この時Ｓ２を含むブレーキパターンがないことから、（式２）を用いて
Ｔ１＝Ｔｓ＋７.２×（Ｓ２からＧまでの距離）／（Ｓ２の速度）
によって求める。

図３（ｂ）に示したように、Ｓ２の時点ではＴ１＞Ｔｒであり到着点に定時に着くためには余裕が無いことから最速の加速を行う。

次に、Ｓ３に到達後、Ｓ３を含むブレーキパターンＢ１があることから、ブレーキパターンから求めることができる。すなわちＢ１のブレーキ力を時間Ｔｂ出力し続ければＧへ到達することから、（式１）を用いてＧへの到達予定時刻Ｔ２を求める。図３（ｃ）に示したように、Ｓ３の時点ではＴ２＞Ｔｒであり到着点に定時に着くためには余裕が無いことから最速の加速を行う。

次に、Ｓ４に到達後、Ｓ４を含むブレーキパターンＢ２があることから、ブレーキパターンから求めることができ、Ｇへの到達予定時刻Ｔ３を求める。図３（ｄ）に示したように、Ｓ４の時点ではＴ３＜Ｔｒであり到着点に定時に着くためには余裕があることからブレーキパターンＢ２よりも強いブレーキを行う。

次に、Ｓ５に到達後、Ｓ５を含むブレーキパターンがないことから、（式２）を用いてＧへの到達予定時刻Ｔ４を求める。図３（ｅ）に示したように、Ｓ５の時点ではＴ４＞
Ｔｒであり到着点に定時に着くためには余裕が無いことから最速の加速を行う。

次に、Ｓ６に到達後、Ｓ６を含むブレーキパターンＢ２があることから、ブレーキパターンから求めることができる。すなわちＢ２のブレーキ力を時間Ｔｂ出力し続ければＧへ到達することから、（式１）を用いてＧへの到達予定時刻Ｔ５を求める。図３（ｆ）に示したように、Ｓ６の時点ではＴ５＜Ｔｒであり到着点に定時に着くためには余裕があることからブレーキパターンＢ２よりも強いブレーキを行う。

次に、Ｓ７に到達後、Ｓ７を含むブレーキパターンがないことから、（式２）を用いてＧへの到達予定時刻Ｔ６を求める。図３（ｇ）に示したように、Ｓ７の時点ではＴ６＞
Ｔｒであり到着点に定時に着くためには余裕が無いことから最速の加速を行う。

次に、Ｓ８に到達後、Ｓ８を含むブレーキパターンＢ２があることから、ブレーキパターンから求めることができる。すなわちＢ２のブレーキ力を時間Ｔｂ出力し続ければＧへ到達することから、（式１）を用いてＧへの到達予定時刻Ｔ７を求める。図３（ｈ）に示したように、Ｓ８の時点ではＴ７＞Ｔｒであり到着点に定時に着くためには余裕が無いことから最速の加速を行う。

次に、Ｓ９に到達後、Ｓ９を含むブレーキパターンＢ３があることから、ブレーキパターンから求めることができる。すなわちＢ３のブレーキ力を時間Ｔｂ出力し続ければＧへ到達することから、（式１）を用いてＧへの到達予定時刻Ｔ８を求める。図３（ｉ）に示したように、Ｓ９の時点ではＴ８＝Ｔｒであり到着点に定時に着くことから、Ｂ３に相当するブレーキを行う。

上記の処理により定時にＧに到着する。

なお、説明の便宜上、車両の加減速を判断するポイントをＳ１〜Ｓ９およびＧ、ブレーキをＢ１〜Ｂ４までとしているが、このポイントおよびブレーキの数についての制限はなく、例えば、１秒周期や１ｍ進むごとに加減速を判定しても良く、ブレーキの数も減速度の異なるブレーキ力毎に数種類作成しても良い。

本発明では、鉄道車両のうち電車を１つの例として説明したが、例えば、電化されていない区間を走行するディーゼル車両についても適用できる。また、蓄電装置やキャパシタなどを搭載した鉄道車両への適用もできる。

また、本発明では１つの例としＡＴＣによって決まる複数のブレーキパターンを用いて制御することとしたが、その代用手段となるブレーキパターン作成装置を持っていれば本発明を適用することが可能である。

また、本発明は鉄道車両の自動運転制御を想定しているが、運転士が乗車している状態での運転支援としても利用できる。それについて、次の実施例にて説明する。

図４は、本発明の他の実施形態による鉄道車両の概略構成図である。

次に停車する位置に到達するために、複数の異なるブレーキ力それぞれに対してブレーキパターンを動的に作成することができる機能を持つパターン作成装置１と、前記パターン作成装置１が作成したブレーキパターンを基に、次の停車位置に対する到着予測時刻を求めることができる時刻予測装置２と、車両ダイヤ情報および車両が走行する地形情報を保持する記憶装置３と、前記記憶装置３にある車両ダイヤ情報から、次の停車位置への到着予定時刻を検索し、前記時刻予測装置２が予測した到着予測時刻と比較することで、運転士に対して状況を知らせる状況提示装置８を介して運転士に状況を知らせるとともに、運転士が操作する運転台７の指令により車両を制御する車両制御装置４と、前記車両制御装置４を介して得られた運転台７の加減速指令に基づき車両を駆動させる車両駆動装置５、および列車の速度を計測する速度発電機６によって構成される。

このような構成によれば、図２と同様の効果を達成できると共に、運転士が適宜状況を把握しているため、何か異常が発生した場合であっても早急に対応が可能であり、より信頼性の高い車両制御システムを提供できる顕著な効果を奏することができる。

次に、図５は、上記図４で示した車両制御装置４が状況提示装置８への情報を作成するフローの一例を示している。

ステップ５０１では、車両は出発点Ｓにいることとし、現在位置が決定される。また、現在速度は０である。また、車両ダイヤ情報から次の停車位置Ｇへの到着予定時刻Ｔｒと、現在位置である出発点Ｓの出発予定時刻Ｔｓを入手し、出発予定時刻になったら出発する。なお、ブレーキパターン作成装置により次の停車位置Ｇに到達するための異なるブレーキ力で作成したブレーキパターンを作成する。次にステップ５０２に進む。

ステップ５０２で、車両の現在位置，現在速度を求める。なお、現在位置の求め方としては、速度発電機６のパルスによる積算で求める方法がある。次にステップ５０３に進む。

ステップ５０３では、車両の現在位置から現在速度でｎ（任意の正数）秒進行した場合に、ステップ５０１で作成した複数のブレーキパターンのいずれかに接触するかどうかをチェックし、接触すれば、ステップ５０４に進む。また、接触しなければステップ５１１に進む。

ステップ５０４では、ｎ秒後にブレーキパターンに接触することから、ｎ秒後にそのブレーキ力を時間Ｔｂ出力し続けることでＧに到着することができる。このことから、現在時刻をＴｎｏｗとすると、
Ｔ＝Ｔｎｏｗ＋Ｔｂ＋ｎ …（式５）
により、Ｇへの到着予想時刻Ｔが求まる。次にステップ５０５に進む。

ステップ５０５では、到着予想時刻Ｔと、到着予定時刻ＴｒからＴ＜Ｔｒであれば、ｎ秒後に接触するブレーキパターンよりも強めのブレーキ力による運転をｎ秒後に行うよう、状況提示装置に提示させる。Ｔ＝Ｔｒであれば、ｎ秒後に接触するブレーキパターンと同じブレーキ力による運転をｎ秒後に行うよう、状況提示装置８に提示させる。また、Ｔ＞Ｔｒであれば、遅れていることを、状況提示装置８に提示させる。次にステップ５０２に戻る。

ステップ５１１では、ブレーキパターンに接触していないことから、前記（式２）によりＧへの到着予想時刻Ｔを求める。次にステップ５１２に進む。

ステップ２１２では、到着予想時刻Ｔと、到着予定時刻Ｔｒから加減速Ｔ＞Ｔｒであれば、時刻に余裕がないことから最大加速にて運転を行う。Ｔ＝Ｔｒであれば、時間はぴったりであることから、前記（式３）により加速度を求め、それに順ずるノッチでの運転を行う。また、Ｔ＜Ｔｒであれば、時間に余裕があることから前記（式３）によって求めた加速度よりも低い加速度での運転を行う。次にステップ５０２に戻る。

このステップを車両が停車するまでの間、適時繰り返す。

なお、状況提示装置８としては音声によって、状況を知らせる装置（ｎ秒後に、どのブレーキ力で運転する、遅れているのでなるだけ早く運転する、といった音声で運転士に知らせる）や、図６のような走行曲線を表示することで、運転士に視認させることで、運転士の支援を行う装置が考えられる。

図６について説明する。

図６は、横軸に速度、縦軸に時刻をとるＶ−Ｔ曲線であり、現在時刻のところにスコープをあて、表示している。まず、（ａ）の場合、停止する為のブレーキとして上から順に６１，６２，６３の３つの線が引いてある。そして、この場合、運転士が少しの時間経過後６１のブレーキを実行し、有る時刻まで進んだのが（ｂ）である。この時、目標時刻Ｇに目標点に到達する為には、運転士が６２のブレーキを実行することが望ましいということを示している。実際に、（ｂ）の局面で６２のブレーキを実行した場合、（ｃ）の画面となり、目標時刻Ｇに到達させることが可能となる。

また、Ｖ−Ｔ曲線に限らず、Ｓ−Ｔ曲線，Ｓ−Ｖ曲線でも同様の表示が可能である。

なお、以上の実施例では、鉄道車両について述べているが、鉄道車両に限らず自動車の場合にも、停車位置が決定している場合には有効な方法となる。特にバスの場合には停留所と時刻が決まっているため、本発明の利用をすることにより円滑な運転を行うことが可能となる。

本発明に係る鉄道車両の一実施形態の概略構成図を示す図である。 本発明に係る車両制御システムの加減速決定フローの一例を示す図である。 図２の加減速決定フローを用いた鉄道車両の走行を説明する図である。 本発明に係る鉄道車両の他の実施形態の概略構成図を示す図である。 本発明に係る車両制御システムの加減速決定フローの他の例を示す図である。 図４の鉄道車両の走行曲線の一実施形態を示す図である。

符号の説明

１…パターン作成装置、２…時刻予測装置、３…記憶装置、４…車両制御装置、５…車両駆動装置、６…速度発電機、７…運転台、８…状況提示装置。

Claims (5)

1. 次の停車位置に停車するために考えられる複数のブレーキパターンを動的に作成するパターン作成装置と、
   前記パターン作成装置で作成されたブレーキパターンと、入力された現在の車両速度と車両位置とに基づいて、次の停車位置に到着する時刻を予測する時刻予測装置と、
   車両性能と車両ダイヤ情報と地形情報が記憶された記憶装置と、
   前記車両を駆動する車両駆動制御装置と、
   前記時刻予測装置が予測した時刻と前記車両ダイヤ情報から決定される次に停車するための時刻から車両の加減速を決定し、前記加減速と前記地形情報と前記車両性能に基づき前記車両駆動制御装置に対して指令を与える車両制御装置と、を有する車両制御システム。
2. 請求項１記載の車両制御システムにおいて、
   前記車両制御装置は、前記現在の車両速度と車両位置から前記複数のブレーキパターンのうち、いずれかのブレーキパターンに接触した場合、且つ前記時刻予測装置が予測した時刻が、前記予め記憶された車両ダイヤ情報から決定される次に停車するための時刻より大きい場合は、予め定められた制限速度に基づいて最大加速の運行を行うよう制御する車両制御システム。
3. 請求項１記載の車両制御システムにおいて、
   前記車両制御装置は、前記現在の車両速度と車両位置から前記複数のブレーキパターンのうち、いずれかのブレーキパターンに接触した場合、且つ前記時刻予測装置が予測した時刻が、前記予め記憶された車両ダイヤ情報から決定される次に停車するための時刻より小さい場合は、前記接触したブレーキパターンよりも強いブレーキ力で運行するよう制御する車両制御システム。
4. 請求項１記載の車両制御システムにおいて、
   前記車両性能は、加速性能，ブレーキ性能，車両重量，車両長であり、
   前記地形情報は、地形の勾配情報である車両制御システム。
5. 次の停車位置に停車するために考えられる複数のブレーキパターンを動的に作成するパターン作成装置と、
   前記パターン作成装置で作成されたブレーキパターンと、入力された現在の車両速度と車両位置とに基づいて、次の停車位置に到着する時刻を予測する時刻予測装置と、
   車両ダイヤ情報が記憶された記憶装置と、
   前記車両を駆動する車両駆動制御装置と、
   前記時刻予測装置が予測した時刻と前記車両ダイヤ情報から決定される次に停車するための時刻から、停車するためのブレーキ力および停止開始時刻を決定し、決定された前記停車するためのブレーキ力と前記停止開始時刻を表示する状況提示装置と、
   運転士からの指令に基づき車両を運行する車両制御装置と、を有する車両制御システム。
   

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