JP2008182849A - 列車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な車上装置や地上設備を必要とせずに勾配や曲線を考慮した制御を行い、乗り心地を改善する。
【解決手段】自列車の列車速度を検知する速度検知手段３と、自列車が走行する路線の勾配または勾配加速度を検知する勾配検知手段４と、自列車が走行する路線上に設定されている速度制限情報、前記速度検知手段で検知される列車速度、および前記勾配検知手段で検知した勾配または勾配加速度に応じて制御指令を決定し、駆動／制動装置に出力するＡＴＣ装置５を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、列車の駆動／制動装置を制御し制限速度に応じて列車速度を調整する列車制御装置に関する。

列車の駆動／制動装置を制御し、制限速度に応じて列車速度を調整する自動列車制御装置(ATC:Automatic Train Control)として、多段ブレーキ制御ＡＴＣ（または階段ブレーキ制御ＡＴＣ）がある。この多段ブレーキ制御ＡＴＣでは、ＡＴＣ地上装置からレールを介して得られる制限速度情報と、速度発電機のパルス情報などから求められる列車速度を比較し、列車速度が制限速度を超過している場合、列車の駆動／制動装置に常用最大ブレーキ指令を出力し、列車速度が制限速度を下回るように制御する。
特開２０００−１８４５１７号公報

しかしながら、多段ブレーキ制御ＡＴＣでは、制限速度超過時に常用最大ブレーキ指令を出力するが、急な上り勾配では、ブレーキによって生じる減速度に、勾配によって生じる減速度が加算されるため、列車の実際の減速度は常用最大ブレーキのみによって生じる減速度よりも大きくなる。従って、乗り心地上許容される上限の減速度を超過して乗り心地が悪くなるおそれがある。

また、乗り心地を悪化させる他の要因として、曲線通過時の加減速度がある。曲率半径の小さい区間を走行している場合、大きな遠心加速度が発生している。この時に、力行やブレーキ操作で前後方向に大きな加減速度が発生すると、前後方向と曲率半径方向の加減速度の合成により、絶対値の大きい加減速度が生じ、乗り心地が悪くなるおそれがある。

一方、新幹線などで導入が進んでいるデジタルＡＴＣのようなパターン制御ＡＴＣでは、特許文献１に示されるように、勾配や曲線を含む路線情報のデータベースを保持するとともに、自列車の絶対位置を常時検知し、勾配を考慮した減速パターンを作成するため、減速度が大きくなりすぎてしまうという不具合を少なくすることができる。しかしながら、デジタルＡＴＣの車上装置は高価であり、また列車の絶対位置を車上で正確に認識するため、線路上に絶対位置補正用のトランスポンダなどを多数設置する必要があり、容易に導入することはできないのが現状である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高価な車上装置や地上設備を必要とせずに勾配や曲線を考慮した制御を行い、乗り心地を改善できる列車制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明の第１の態様は、自列車の列車速度を検知する速度検知手段と、自列車が走行する路線の勾配または勾配加速度を検知する勾配検知手段と、自列車が走行する路線上に設定されている速度制限情報、前記速度検知手段で検知される列車速度、および前記勾配検知手段で検知した勾配または勾配加速度に応じて制御指令を決定し、駆動／制動装置に出力する速度制御装置とを具備することを特徴としている。

本発明の第２の態様は、自列車の列車速度を検知する速度検知手段と、自列車が走行する路線の勾配または勾配加速度を検知する勾配検知手段と、運転士によって操作され、駆動／制動装置にブレーキ指令または力行指令を出力する主幹制御器とを具備し、前記主幹制御器は、前記勾配検知手段で検知される勾配または勾配加速度情報に応じてブレーキ指令または力行指令を調整して出力することを特徴としている。

本発明の第３の態様は、自列車の列車速度を検知する速度検知手段と、自列車が走行する路線の勾配または勾配加速度を検知する勾配検知手段と、前記勾配検知手段によって検知される勾配または勾配加速度情報を表示して運転士の運転を支援する運転支援モニタとを具備することを特徴としている。

本発明の第４の態様は、自列車の列車速度を検知する速度検知手段と、自列車が走行する路線の曲線の曲率半径または曲線による遠心加速度を検知する曲線検知手段と、運転士によって操作され、駆動／制動装置にブレーキ指令または力行指令を出力する主幹制御器とを具備し、前記主幹制御器は、前記曲線検知手段で検知される曲線の曲率半径または曲線による遠心加速度に応じてブレーキ指令または力行指令を調整して出力することを特徴としている。

本発明の第５の態様は、自列車の列車速度を検知する速度検知手段と、自列車が走行する路線の曲線の曲率半径または曲線による遠心加速度を検知する曲線検知手段と、前記曲線検知手段によって検知した曲線の曲率半径または曲線による遠心加速度の情報を表示して運転士の運転を支援する運転支援モニタとを具備することを特徴としている。

このような構成とすることにより本願発明によれば、高価な車上装置や地上設備を必要とせずに勾配や曲線を考慮した制御を行い、乗り心地を改善できる列車制御装置を提供することができる。

〈第１の実施形態〉
図１は本発明に係る列車制御装置の第１の実施形態を示す構成図である。

同図に示すように、列車制御装置１は列車２に搭載されており、速度検知手段３と、勾配検知手段４と、ＡＴＣ装置５と、マスコン（主幹制御器：マスターコントローラ(master controller）６Ａとを備えている。

速度検知手段３は、車輪７の回転数をパルス信号として出力する速度発電機からの信号を入力して速度情報を生成しＡＴＣ装置５に出力する。

勾配検知手段４は、３軸加速度計などで得られた加速度情報に基づいて路線の勾配または勾配加速度を検知し加速度情報としてＡＴＣ装置５に出力する。

ＡＴＣ装置５は、ＡＴＣ地上装置からレール８を介して得られる速度制限情報と速度検知手段３で検知した列車速度とを比較し、列車速度が制限速度を超過している時に駆動／制動装置９にブレーキ指令を出力するＡＴＣ装置５とを有する。

マスコン６Ａは、運転士によって操作され、力行またはブレーキ指令を駆動／制動装置９に出力するものである。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。

例えば、常用最大ブレーキによる平坦区間の減速度が４．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ、速度が制限速度を超過していた場合に発生させたい減速度が３．０（ｋｍ／ｈ）／ｓの場合を考える。勾配検知手段４によって検知した勾配による減速度が１．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ（上り３０‰程度の勾配）であった場合、常用最大ブレーキをかけると、列車に発生する減速度は５．０（ｋｍ／ｈ）／ｓとなって乗り心地が悪くなるおそれがある。従って、ＡＴＣ装置５では、勾配による減速度とブレーキによる減速度が合わせて３．０（ｋｍ／ｈ）／ｓとなるように低位のブレーキ指令を選択し、駆動／制動装置９に出力する。一方、勾配検知手段４によって検知した勾配による加速度が１．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ（下り３０‰程度の勾配）であった場合、ＡＴＣ装置５は、勾配による減速度とブレーキによる減速度が合わせて３．０（ｋｍ／ｈ）／ｓとなるように常用最大ブレーキ指令（ブレーキのみによる減速度４．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ）を選択し、駆動／制動装置９に出力する。

なお、路線勾配の場所による変化が大きく、列車の先端と尾端で勾配が異なるような場合、列車全体にかかる勾配減速度を精度良く評価するためには、それぞれの勾配にかかっている列車長に応じた平均勾配を求める必要がある。これに対し、勾配検知手段４を列車の先端に設置した場合、例えば１秒前に検知された勾配は、１秒前の先端位置の勾配、すなわち現時点では先端より後方の位置の勾配となる。従って過去に検知された勾配とその時点からの移動距離を記録しておくことで、現時点での列車在線範囲の平均勾配を求めることができる。

このように第１の実施形態によれば、高価な車上装置や地上設備を必要とせずに勾配や曲線を考慮した制御を行い、乗り心地を改善できる列車制御装置を提供することができる。

〈第２の実施形態〉
図２は本発明に係る列車制御装置の第２の実施形態を示す構成図である。なお、図１に示した第１の実施形態と同一構成部分については同一番号を付し、その説明は省略する。

第２の実施形態の列車制御装置２Ｂは、速度検知手段３からの速度情報と、勾配検知手段４からの勾配情報をマスコン６Ｂに入力するようにしている以外は、第１の実施形態の構成と同様であり、ＡＴＣ装置５の機能も第１の実施形態の構成と同様である。

マスコン６Ｂは、運転士によって操作され、力行またはブレーキ指令を駆動／制動装置９に出力するもので、第２の実施形態では速度検知手段３からの速度情報と勾配検知手段４からの勾配情報とを入力してこれらの情報に応じた力行／ブレーキ指令を出力する。

例えば、最大トルク発生時の平坦区間の力行加速度が３．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ、加速時に発生させたい加速度が最大３．０（ｋｍ／ｈ）／ｓの場合を考える。勾配検知手段４によって検知した勾配加速度が１．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ（下り３０‰程度の勾配）であった場合、最大力行トルクが列車にかかってしまうと加速度が４．０（ｋｍ／ｈ）／ｓとなり、乗り心地が悪くなるおそれがある。従って、マスコン６Ｂは、運転士が最大トルクを発生する操作を行った場合、駆動／制動装置９への力行指令を制限し、勾配による加速度と力行トルクによって発生する加速度が合わせて３．０（ｋｍ／ｈ）／ｓとなるように力行指令を選択し、駆動／制動装置９に出力する。

次に、常用最大ブレーキによる平坦区間の減速度が４．０（ｋｍ／ｈ）／ｓの場合を考える。勾配検知手段４によって検知した勾配による減速度が１．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ（上り３０‰程度の勾配）であった場合、常用最大ブレーキをかけると、列車に発生する減速度は５．０（ｋｍ／ｈ）／ｓとなり、乗り心地が悪くなるおそれがある。従って、マスコン６Ｂは、運転士が常用最大ブレーキを扱った場合、駆動／制動装置９へのブレーキ指令を制限し、勾配による減速度とブレーキによって発生する減速度が合わせて例えば４．０（ｋｍ／ｈ）／ｓを超えないようにブレーキ指令を選択し、駆動／制動装置９に出力する。

このように第２の実施形態によれば、高価な車上装置や地上設備を必要とせずに勾配や曲線を考慮した制御を行い、乗り心地を改善できる列車制御装置を提供することができる。

〈第３の実施形態〉
図３は本発明に係る列車制御装置の第３の実施形態を示す構成図である。なお、図１に示した第１の実施形態と同一構成部分については同一番号を付し、その説明は省略する。

第３の実施形態の列車制御装置３１は、速度検知手段３からの速度情報と、勾配検知手段４からの勾配情報を運転支援モニタ１０Ａに入力するようにしている以外は、第１の実施形態の構成と同様であり、また、ＡＴＣ装置５の機能も第１の実施形態の構成と同様である。

第３の実施形態において、運転支援モニタ１０Ａは、速度検知手段３からの速度情報と勾配検知手段４からの勾配情報とを入力してこれらの情報に基づき、路線の勾配、勾配による加減速度、勾配による加減速度に相当する力行またはブレーキ指令、勾配に応じた適切な力行またはブレーキ指令などをモニタに表示し、運転士の運転を支援するものである。

例えば、最大トルク発生時の平坦区間の力行加速度が３．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ、加速時に発生させたい加速度が最大３．０（ｋｍ／ｈ）／ｓの場合を考える。勾配検知手段４によって検知した勾配加速度が１．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ（下り３０‰程度の勾配）であった場合、最大力行トルクが列車にかかってしまうと加速度が４．０（ｋｍ／ｈ）／ｓとなり、乗り心地が悪くなるおそれがある。従って、運転支援モニタ１０Ａは、勾配による加速度と力行トルクによって発生する加速度が合わせて３．０（ｋｍ／ｈ）／ｓとなるように力行指令を選択し、モニタ画面に表示する。運転士はモニタ画面に表示された力行指令を参考にして運転操作を行う。

次に、常用最大ブレーキによる平坦区間の減速度が４．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ、の場合を考える。勾配検知手段４によって検知した勾配による減速度が１．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ（上り３０‰程度の勾配）であった場合、常用最大ブレーキをかけると、列車に発生する減速度は５．０（ｋｍ／ｈ）／ｓとなり、乗り心地が悪くなるおそれがある。従って、運転支援モニタ１０Ａは、勾配による減速度とブレーキによって発生する減速度が合わせて例えば４．０（ｋｍ／ｈ）／ｓを超えないようにブレーキ指令を選択し、モニタ画面に表示する。運転士はモニタ画面に表示されたブレーキ指令を参考にして運転操作を行う。

このように第３の実施形態によれば、高価な車上装置や地上設備を必要とせずに勾配や曲線を考慮した制御を行い、乗り心地を改善できる列車制御装置を提供することができる。

〈第４の実施形態〉
図４は本発明に係る列車制御装置の第４の実施形態を示す構成図である。なお、図１に示した第１の実施形態と同一構成部分については同一番号を付し、その説明は省略する。

第４の実施形態において、列車制御装置４１は、曲線検知手段１１を有し、曲線検知手段１１からの曲線情報をマスコン６Ｃに入力するようにしている以外は、本発明の第２の実施形態の構成と同様であり、ＡＴＣ装置５の機能は本発明の第２の実施形態の構成と同様である。また、勾配情報に応じたマスコン４の機能も本発明の第２の実施形態の構成と同様である。

曲線検知手段１１は、自列車が走行する路線の曲線の曲率半径または曲線による遠心加速度を検知する。具体的には、例えば、3軸の加速度計を用い、進行方向に対して直行かつ水平な方向の加速度を検知し、遠心加速度を得る。マスコン６Ｃは運転士によって操作され、力行またはブレーキ指令を駆動／制動装置９に出力するもので、第４の実施形態では速度検知手段３からの速度情報と勾配検知手段４からの勾配情報と曲線検知手段１１からの曲線情報とを入力してこれらの情報に応じた力行／ブレーキ指令を出力する。

例えば、図５に示すように、常用最大ブレーキによる平坦区間の減速度が４．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ、曲線検知手段１１によって検知した曲線による遠心加速度が２．０（ｋｍ／ｈ）／ｓの場合を考える。このような遠心加速度がかかっている状態で、常用最大ブレーキをかけると進行方向の減速度と、進行方向に対して直交方向の遠心加速度の合成により、列車内の乗客には絶対値４．４７（ｋｍ／ｈ）／ｓの加速度が生じ、乗り心地が悪くなるおそれがある。従って、マスコン６Ｃは、運転士が常用最大ブレーキを扱った場合、駆動／制動装置９へのブレーキ指令を制限し、勾配による減速度とブレーキによって発生する減速度が合わせて例えば４．０（ｋｍ／ｈ）／ｓを超えないようにブレーキ指令を選択し、駆動／制動装置９に出力する。

このように第４の実施形態によれば、高価な車上装置や地上設備を必要とせずに勾配や曲線を考慮した制御を行い、乗り心地を改善できる列車制御装置を提供することができる。

〈第５の実施形態〉
図６は本発明に係る列車制御装置の第５の実施形態を示す構成図である。なお、図１に示した第１の実施形態と同一構成部分については同一番号を付し、その説明は省略する。

第５の実施形態の列車制御装置５１は、曲線検知手段１１を有し、かつ曲線検知手段１１からの曲線情報を運転支援モニタ１０Ｂに入力するようにしている以外は、第３の実施形態の構成と同様であり、ＡＴＣ装置５の機能は第３の実施形態の構成と同様である。

第５の実施形態の運転支援モニタ１０Ｂは、速度検知手段３からの速度情報と勾配検知手段４からの勾配情報と曲線検知手段１１からの曲線情報とを入力してこれらの情報に基づき、路線の勾配、勾配による加減速度、勾配による加減速度に相当する力行またはブレーキ指令、勾配に応じた適切な力行またはブレーキ指令、自列車が走行する路線の曲線の曲率半径、曲線による遠心加速度などをモニタに表示し、運転士の運転を支援するものである。

例えば、常用最大ブレーキによる平坦区間の減速度が４．０（ｋｍ／ｈ）／ｓ、曲線検知手段１１によって検知した曲線による遠心加速度が２．０（ｋｍ／ｈ）／ｓの場合を考える。このような遠心加速度がかかっている状態で、常用最大ブレーキをかけると進行方向の減速度と、進行方向に対して垂直方向の遠心加速度の合成により、列車内の乗客には絶対値４．４７（ｋｍ／ｈ）／ｓの加速度が生じ、乗り心地が悪くなるおそれがある。従って、運転支援モニタ１０Ｂは、勾配による減速度とブレーキによって発生する減速度が合わせて例えば４．０（ｋｍ／ｈ）／ｓを超えないようにブレーキ指令を選択し、モニタ画面に表示する。運転士はモニタ画面に表示されたブレーキ指令を参考にして運転操作を行う。

このように第５の実施形態によれば、高価な車上装置や地上設備を必要とせずに勾配や曲線を考慮した制御を行い、乗り心地を改善できる列車制御装置を提供することができる。

以上、各実施形態では、速度制御装置としてＡＴＣが採用されている場合について説明したが、本発明は、速度制御装置がＡＴＳ（Automatic Train Stop：自動列車停止）装置やＡＴＯ（Automatic Train Operation：自動列車運転）装置であっても同様な乗り心地改善効果が得られる。

本発明の第１の実施形態の列車制御装置の構成図。 本発明の第２の実施形態の列車制御装置の構成図。 本発明の第３の実施形態の列車制御装置の構成図。 本発明の第４の実施形態の列車制御装置の構成図。 第４の実施形態の作用を示す説明図。 本発明の第５の実施形態の列車制御装置の構成図。

符号の説明

１，２１，３１，４１，５１：列車制御装置
２：列車
３：速度検知手段
４：勾配検知手段
５：ＡＴＣ装置
６Ａ，６Ｂ，６Ｃ：マスコン（主幹制御器）
７：車輪
８：レール
９：駆動／制動装置
１０Ａ，１０Ｂ：運転支援モニタ
１１：曲線検知手段

Claims (5)

1. 自列車の列車速度を検知する速度検知手段と、
   自列車が走行する路線の勾配または勾配加速度を検知する勾配検知手段と、
   自列車が走行する路線上に設定されている速度制限情報、前記速度検知手段で検知される列車速度、および前記勾配検知手段で検知した勾配または勾配加速度に応じて制御指令を決定し、駆動／制動装置に出力する速度制御装置と、
   を具備することを特徴とする列車制御装置。
2. 自列車の列車速度を検知する速度検知手段と、
   自列車が走行する路線の勾配または勾配加速度を検知する勾配検知手段と、
   運転士によって操作され、駆動／制動装置にブレーキ指令または力行指令を出力する主幹制御器とを具備し、
   前記主幹制御器は、前記勾配検知手段で検知される勾配または勾配加速度情報に応じてブレーキ指令または力行指令を調整して出力することを特徴とする列車制御装置。
3. 自列車の列車速度を検知する速度検知手段と、
   自列車が走行する路線の勾配または勾配加速度を検知する勾配検知手段と、
   前記勾配検知手段によって検知される勾配または勾配加速度情報を表示して運転士の運転を支援する運転支援モニタと、
   を具備することを特徴とする列車制御装置。
4. 自列車の列車速度を検知する速度検知手段と、
   自列車が走行する路線の曲線の曲率半径または曲線による遠心加速度を検知する曲線検知手段と、
   運転士によって操作され、駆動／制動装置にブレーキ指令または力行指令を出力する主幹制御器とを具備し、
   前記主幹制御器は、前記曲線検知手段で検知される曲線の曲率半径または曲線による遠心加速度に応じてブレーキ指令または力行指令を調整して出力することを特徴とする列車制御装置。
5. 自列車の列車速度を検知する速度検知手段と、
   自列車が走行する路線の曲線の曲率半径または曲線による遠心加速度を検知する曲線検知手段と、
   前記曲線検知手段によって検知した曲線の曲率半径または曲線による遠心加速度の情報を表示して運転士の運転を支援する運転支援モニタと、
   を具備することを特徴とする列車制御装置。

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