JP2009254015A - 自動列車制御装置および自動列車制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】車輪の空転や滑走が発生する場合においても、車軸の回転数から求められる自列車位置の算出精度を向上させることが可能な自動列車制御装置および自動列車制御方法を得ること。
【解決手段】回転数取り込み部５ａは、自列車に編成されている全ての車両の全ての車軸の回転数を取り込み、最高位速度選択部５ｂは、回転数取り込み部５ａにて取り込まれた車軸の回転数の中から、最高位速度を示す回転数を選択し、速度・残走距離演算部５は、最高位速度選択部５ｂにて選択された最高位速度を示す回転数に基づいて、現在の自列車位置からの残走距離を算出し、減速パターン演算部８は、現在の自列車位置からの残走距離分の区間において自列車を所定速度に減速させる速度パターンを求める。
【選択図】 図１

Description

本発明は自動列車制御装置および自動列車制御方法に関し、特に、自動列車制御装置のパターン減速制御に関する。

従来の自動列車制御装置では、列車の運行の安全を確保するために、現在の自列車位置から目標停止位置までの間において、自列車の減速性能に基づいて減速パターンを求め、自列車速度がその減速パターンで示される速度を超過しているかどうかの判断結果からブレーキ指令を出力する方法がある（特許文献１）。ここで、現在の自列車位置を算出する方法としては、設備費を安く抑えつつ、自列車位置の算出精度を確保するために、ある基点からの車軸の回転数を積算して求める方法が一般的に採用されている。ただし、ある基点からの車軸の回転数を積算して求める方法では、車輪の空転や滑走が発生すると、算出された自列車位置に誤差が発生するため、安全面を見込んだ補正処理が施されている（特許文献２）。

特許第３３６９４７７号公報 特許第３７２９７４８号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、現在の自列車位置を算出する場合、自動列車制御装置が搭載された先頭車の２軸分の車軸の回転数しか考慮されないため、その２軸分の車輪の空転や滑走が発生すると、その車軸の回転数から求めた自列車位置と、実際の自列車位置との乖離が大きくなる。そのため、自列車位置の算出精度が劣化し、パターン減速制御が不安定になるだけでなく、必要な時にブレーキがかからず、列車の運行の安全性が損なわれることがあるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車輪の空転や滑走が発生する場合においても、車軸の回転数から求められる自列車位置の算出精度を向上させることが可能な自動列車制御装置および自動列車制御方法を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の自動列車制御装置は、複数の車両の車軸の回転数の参照結果に基づいて、現在の自列車位置からの残走距離を算出する残走距離演算部と、現在の自列車位置からの残走距離分の区間において自列車を所定速度に減速させる速度パターンを求める減速パターン演算部と、前記減速パターン演算部にて求められた速度パターンと列車速度との比較結果に基づいてブレーキ指令を出力するブレーキ指令判定部とを備えることを特徴とする。

また、本発明の自動列車制御方法は、自列車に編成されている複数の車両の車軸の回転数の中から、最高位速度を示す回転数を選択するステップと、前記最高位速度を示す回転数に基づいて、現在の自列車位置からの残走距離を算出するステップと、前記算出された現在の自列車位置からの残走距離分の区間において自列車を所定速度に減速させる速度パターンを算出するステップと、前記算出された速度パターンと列車速度との比較結果に基づいてブレーキ指令を出力するステップとを備えることを特徴とする。

この発明によれば、車輪の空転や滑走が発生する場合においても、車軸回転数から求められる自列車位置の算出精度を向上させることが可能という効果を奏する。

以下に、本発明に係る自動列車制御装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明に係る自動列車制御装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。図１において、列車上には、パターン減速制御を行う自動列車制御装置１、車輪の回転ごとにパルス信号を出力する速度発電機２、基準点上の自列車の地点情報を受信する地点信号受信装置３、ＡＴＣ信号を受信するＡＴＣ信号受信装置４、自列車のブレーキ制御を行うブレーキ制御装置１０ａ〜１０ｎおよび各車軸のブレーキ操作の連携制御を行う連携制御装置１２が搭載され、連携制御装置１２はブレーキ制御装置１０ａ〜１０ｎと通信ネットワークＮＷを介して接続されている。ここで、自動列車制御装置１は、先頭車両に搭載することができ、ブレーキ制御装置１０ａ〜１０ｎは、各車両に設けられた車軸ごとに搭載することができる。また、ブレーキ制御装置１０ａ〜１０ｎには、各車軸の回転数を検出する速度検出器１１ａ〜１１ｎがそれぞれ設けられている。

そして、自動列車制御装置１には、速度発電機２からのパルス信号または速度検出器１１ａ〜１１ｎにて検出された各車軸の回転速度に基づいて自列車の現在の速度を算出し、現在の自列車位置からの残走距離を算出する速度・残走距離演算部５、基準点上の自列車位置からの残走距離を設定する残走距離設定部６、ＡＴＣ信号に基づいて目標停止位置を設定する目標停止位置設定部７、目標停止位置と現在の自列車位置との間において自列車を所定速度に減速させる速度パターンを演算する減速パターン演算部８および列車速度がその速度パターンで示される速度を超過しているかどうかの判断結果に基づいてブレーキ指令を出力するブレーキ指令判定部９が設けられている。

ここで、速度・残走距離演算部５は、自列車の現在の速度を算出する場合、先頭車の車軸の回転数だけでなく、先頭車以外の車両の車軸の回転数を参照することができ、例えば、自列車に編成されている全ての車両の全ての車軸の回転数を参照することができる。そして、速度・残走距離演算部５は、自列車に編成されている全ての車両の全ての車軸の回転数の中から最も粘着していると見込まれる車軸の回転数を選択し、その最も粘着していると見込まれる車軸の回転数に基づいて、現在の自列車位置からの残走距離を算出することができる。

具体的には、速度・残走距離演算部５には、自列車に編成されている全ての車両の全ての車軸の回転数を取り込む回転数取り込み部５ａ、回転数取り込み部５ａにて取り込まれた車軸の回転数の中から、最高位速度を示す回転数を選択する最高位速度選択部５ｂが設けられている。そして、速度・残走距離演算部５は、最高位速度選択部５ｂにて選択された最高位速度を示す回転数に基づいて、現在の自列車位置からの残走距離を算出することができる。ここで、最高位速度を示す回転数に基づいて、現在の自列車位置からの残走距離を算出することにより、現在の自列車位置から目標停止位置までの残走距離を短く見積もることができ、自列車の前方を走行している先行列車との衝突を回避させるブレーキ指令を早めに出力させることが可能となることから、より安全側で動作させることができる。

図２は、図１の自動列車制御装置における減速パターン制御方法を概念的に示す図である。図２において、列車１４には、図１の自動列車制御装置１、速度発電機２、地点信号受信装置３、ＡＴＣ信号受信装置４、ブレーキ制御装置１０ａ〜１０ｎおよび連携制御装置１２が搭載され、列車１４が走行する路線１３には地上子１６が数ｋｍ程度の間隔で設置されている。また、図１の地点信号受信装置３としては、例えば、地上子１６と結合可能な車上子を用いることができる。

そして、列車１４が地上子１６上に到達すると、地上子１６が車上子と結合し、地上子１６の位置情報が残走距離設定部６に送られる。そして、残走距離設定部６は、地上子１６の位置情報に基づいて、列車１４が地上子１６上に到達した時の自列車位置からの残走距離を設定し、速度・残走距離演算部５に出力する。また、列車１４の先頭車両の車軸の回転数は速度発電機２にて検出され、速度発電機２は、車軸の回転ごとにパルス信号を速度・残走距離演算部５に出力する。また、先頭車両の後続車両の各車軸の回転数は速度検出器１１ａ〜１１ｎにてそれぞれ検出され、速度検出器１１ａ〜１１ｎは、通信ネットワークＮＷを介して各車軸の回転数を連携制御装置１２に送るとともに、速度・残走距離演算部５に出力する。

そして、速度発電機２または通信ネットワークＮＷを介して各車両の車軸の回転数が速度・残走距離演算部５に入力されると、回転数取り込み部５ａは、自列車に編成されている全ての車両の全ての車軸の回転数を取り込み、最高位速度選択部５ｂに出力する。そして、最高位速度選択部５ｂは、回転数取り込み部５ａにて取り込まれた車軸の回転数の中から、最高位速度を示す回転数を選択する。そして、速度・残走距離演算部５は、最高位速度を示す回転数に基づいて自列車の現在の走行速度Ｖｒを算出するとともに、最高位速度を示す回転数の積算結果に基づいて、地上子１６上を列車１４が通過してからの進行距離を算出する。

そして、速度・残走距離演算部５は、地上子１６の位置情報に基づいて設定された残走距離から、地上子１６上を列車１４が通過してからの進行距離を差し引くことにより、現在の自列車位置からの残走距離を算出し、減速パターン演算部８に出力する。また、ＡＴＣ信号がＡＴＣ信号受信装置４にて受信されると、そのＡＴＣ信号は目標停止位置設定部７に送られる。そして、目標停止位置設定部７は、目標停止位置設定部７から送られたＡＴＣ信号に基づいて目標停止位置１５を設定し、減速パターン演算部８に出力する。

そして、減速パターン演算部８は、現在の自列車位置からの残走距離および目標停止位置１５を受け取ると、現在の自列車位置から目標停止位置１５までの経路を勾配ごとに分割する。そして、例えば、現在の自列車位置から目標停止位置１５までの経路が＋４‰の勾配区間、０‰の勾配区間および−５‰の勾配区間の３つに分割されたものとすると、各勾配区間ごとに減速度β１、β２、β３を演算するとともに、区間内距離Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を算出する。

そして、＋４‰の勾配区間、０‰の勾配区間および−５‰の勾配区間について、以下の（１）式を用いることにより、目標停止位置１５に列車１４を停止させるための走行曲線２５ａ、２５ｂ、２５ｃをそれぞれ演算し、勾配変化点で許容されるパターン速度Ｖ１、Ｖ２、Ｖをそれぞれ設定する。

Ｖｐｎ^２＝７．２βｎＳｎ＋Ｖｐ（ｎ−１）^２ ・・・（１）ただし、Ｖｐｎは、各勾配区間ｎにおけるパターン速度、βｎは、各勾配区間ｎにおける減速度、Ｓｎは、各勾配区間ｎにおける区間内距離である。

このようにして、現在の自列車位置から目標停止位置１５までの残走距離Ｌ（ｍ）に対して、各勾配区間ごとに走行曲線２５ａ、２５ｂ、２５ｃが設定される。ここで、ブレーキ指令が発令されてから実際にブレーキがかかるまでの時間遅れを考慮するために、自列車位置を予め空走距離分だけ前進させる補正が行われる。この空走距離Ｌｋは、列車の現在の走行速度をＶｒ、空走時間をτとすると、以下の（２）式にて表すことができる。
Ｌｋ＝Ｖｒ・τ ・・・（２）

そして、＋４‰の勾配区間、０‰の勾配区間および−５‰の勾配区間について、ブレーキ系統の応答遅れ分の距離に相当する空走距離２６を見込むことで、現在の自列車位置から目標停止位置１５までの速度パターン２３ａを設定し、ブレーキ指令判定部９に出力する。そして、ブレーキ指令判定部９は、現在の列車１４の速度と速度パターン２３ａとを比較し、現在の列車１４の速度が速度パターン２３ａで示される速度を超過しているかどうかを判断する。そして、現在の列車１４の速度が速度パターン２３ａで示される速度を超過している場合、ブレーキ制御装置１０ａ〜１０ｎにブレーキ指令を出力することで、走行曲線２５ａ、２５ｂ、２５ｃに沿って列車１４を減速させ、目標停止位置１５で列車１４を停止させる。

これにより、列車の一部の車輪の空転や滑走が発生した場合においても、空転や滑走のない車軸の回転数から自列車位置を算出することができ、自列車位置を算出時に車輪の空転や滑走が及ぼす影響を軽減することができる。このため、車輪の空転や滑走が発生する場合においても、自列車位置の算出精度を向上させることができ、パターン減速制御を安定化させ、列車の走行間隔を高密度化することが可能となるとともに、必要な時にブレーキがかからなくなるのを防止して、列車の運行時の安全性を確保することができる。

実施の形態２．
図３は、図１の自動列車制御装置における速度の空転補正処理を示す図である。図３において、列車の走行中に車輪が空転すると、車輪の回転数が見かけ上増加するため、空転による検出速度の乱れ２１が発生し、実速度よりも検出速度の方が大きくなる。ここで、列車の走行中に車輪が空転した場合においても、各車両の各車軸ごとに空転の度合いにはばらつきがある。このため、自列車に編成されている全ての車両の全ての車軸の回転数を取り込むことで、空転時の車軸の粘着確率２５を上昇させることができ、空転が発生した時の検出速度を実速度に近づけることができる。

ここで、安全面を最優先とする保安用途では、空転による検出速度の乱れ２１が発生した場合においても、最高位速度２２を示す回転数に基づいて、現在の自列車の先頭位置からの残走距離を算出することができる。そして、現在の自列車の先頭位置からの残走距離に基づいて、現在の自列車位置から目標停止位置までの速度パターンを設定することが好ましい。これにより、現在の自列車位置から目標停止位置までの残走距離を短く見積もることができ、自列車の前方を走行している先行列車との衝突を回避させるブレーキ指令を早めに出力させることが可能となることから、より安全側で動作させることができる。

また、自列車の後方を走行している後続列車との関係においては、最低位速度２６を示す回転数に基づいて、現在の自列車の後尾位置を算出し、後続列車の目標停止位置を決めるための情報として、その後尾位置を後続列車に伝えることができる。これにより、空転による検出速度の乱れ２１が発生した場合においても、現在の自列車位置から後続列車までの距離が長く見積もられるのを抑制することができ、自列車との衝突を回避させるブレーキ指令の出力が遅れるのを抑制することが可能となる。

実施の形態３．
図４は、図１の自動列車制御装置における大滑走時の速度の滑走補正処理を示す図である。図４において、列車の走行中に車輪が滑走すると、車輪の回転数が見かけ上減少するため、滑走による検出速度の乱れ２３が発生し、実速度よりも検出速度の方が小さくなる。ここで、列車の走行中に車輪が滑走した場合においても、各車両の各車軸ごとに滑走の度合いにはばらつきがある。このため、自列車に編成されている全ての車両の全ての車軸の回転数を取り込むことで、滑走時の車軸の粘着確率２５を上昇させることができ、滑走が発生した時の検出速度を実速度に近づけることができる。

ここで、安全面を最優先とする保安用途では、滑走が発生した時の検出速度が実速度に近い場合においても、実速度よりも小さな検出速度を示す回転数に基づいて、現在の自列車の先頭位置からの残走距離を算出すると、現在の自列車位置から目標停止位置までの残走距離が長く見積もられるようになる。このため、いずれかの車輪についての滑走状態が検出された場合には、実速度よりも大きな仮想速度２４に基づいて、現在の自列車位置からの残走距離を算出することができる。そして、現在の自列車位置からの残走距離に基づいて、現在の自列車位置から目標停止位置までの速度パターンを設定することが好ましい。

これにより、いずれかの車輪についての滑走状態が検出された場合においても、現在の自列車位置から目標停止位置までの残走距離を短く見積もることができ、自列車の前方を走行している先行列車との衝突を回避させるブレーキ指令を早めに出力させることが可能となることから、より安全側で動作させることができる。なお、仮想速度２４としては、例えば、滑走検出時の速度を用いることができ、この滑走検出時の速度が滑走終了時まで持続するとみなして現在の自列車位置からの残走距離を算出することができる。また、滑走状態の検出方法としては、車軸の回転数から算出された減速度βを用いることができ、減速度βが６以上の場合には滑走状態であると判定し、減速度βが６に満たない場合には滑走状態でないと判定することができる。

実施の形態４．
図５は、図１の自動列車制御装置における微小滑走時の速度の滑走補正処理を示す図である。図５において、列車の走行中に車輪が滑走すると、車輪の回転数が見かけ上減少するため、滑走による検出速度の乱れ２３が発生し、実速度よりも検出速度の方が小さくなる。ここで、列車の走行中に車輪が滑走した場合においても、各車両の各車軸ごとに滑走の度合いにはばらつきがある。このため、自列車に編成されている全ての車両の全ての車軸の回転数を取り込むことで、滑走時の車軸の粘着確率２５を上昇させることができ、滑走が発生した時の検出速度を実速度に近づけることができる。

ここで、滑走が実際に発生した場合においても、減速度βが６に満たないような微小滑走の場合には、その滑走状態を検出することができない。このため、滑走が実際に発生した場合においても、滑走状態を検出することができない場合においては、最高位速度２７を示す回転数に基づいて、現在の自列車の先頭位置からの残走距離を算出することができる。そして、現在の自列車の先頭位置からの残走距離に基づいて、現在の自列車位置から目標停止位置までの速度パターンを設定することが好ましい。これにより、滑走が実際に発生しているにもかかわらず、滑走状態を検出することができない場合においても、現在の自列車位置から目標停止位置までの残走距離が長く見積もられるのを抑制することができ、自列車の前方を走行している先行列車との衝突を回避させるブレーキ指令の出力が遅れるのを抑制することが可能となる。

また、自列車の後方を走行している後続列車との関係においては、最低位速度２８を示す回転数に基づいて、現在の自列車の後尾位置を算出し、後続列車の目標停止位置を決めるための情報として、その後尾位置を後続列車に伝えることができる。これにより、滑走による検出速度の乱れ２３が発生した場合においても、現在の自列車位置から後続列車までの距離を短く見積もることができ、自列車との衝突を回避させるブレーキ指令を後続列車に早めに出力させることが可能となることから、自列車と後続列車との関係においては、より安全側で動作させることができる。

なお、上述した実施の形態では、自列車の現在の速度を算出する場合、自列車に編成されている全ての車両の全ての車軸の回転数を取り込む方法について説明したが、必ずしも全ての車両の全ての車軸の回転数を取り込む必要はなく、先頭車以外の複数の車両の車軸のうちの一部の車軸の回転数を取り込むようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、自列車の現在の速度を算出するために車軸の回転数を取り込む方法について説明したが、各車軸の回転数以外の速度情報を取り込むようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、車軸の粘着度を考慮したパターン減速制御を自動列車制御装置に適用する方法について説明したが、自列車の現在位置を参照しながら制御を行う自動列車停止装置や自動列車運転装置に適用してもよい。

また、上述した実施の形態では、速度パターンを求める際に目標停止位置に列車を停止させる方法を例にとって説明したが、速度制限区間までの所定速度に減速させる速度パターンの発生方法に適用してもよい。

また、上述した実施の形態では、自列車の現在位置を求めるために、図２の地上子１６からの情報を用いる方法について説明したが、トランスポンダや人工衛星などとの無線通信から得られる情報を用いるようにしてもよい。

また、上述した実施の形態では、自列車に編成されている全ての車両の全ての車軸の回転数を取り込むために、各ブレーキ制御装置１０ａ〜１０ｎに設けられている速度検出器１１ａ〜１１ｎからの信号を用いる方法について説明したが、車両用制御伝送装置やそれに類する高速通信機能を有する機器からの信号を用いるようにしてもよい。

以上のように本発明に係る自動列車制御装置は、列車制動時の減速パターン演算に有用であり、特に、各勾配区間における減速度が反映されたパターン速度を算出する方法に適している。

本発明に係る自動列車制御装置の実施の形態１の概略構成を示すブロック図である。 図１の自動列車制御装置における減速パターン制御方法を概念的に示す図である。 図１の自動列車制御装置における速度の空転補正処理を示す図である。 図１の自動列車制御装置における大滑走時の速度の滑走補正処理を示す図である。 図１の自動列車制御装置における微小滑走時の速度の滑走補正処理を示す図である。

符号の説明

１ 自動列車制御装置
２ 速度発電機
３ 地点信号受信装置
４ ＡＴＣ信号受信装置
５ 速度・残走距離演算部
５ａ 回転数取り込み部
５ｂ 最高位速度選択部
６ 残走距離設定部
７ 目標停止位置設定部
８ 減速パターン演算部
９ ブレーキ指令判定部
１０ａ〜１０ｎ ブレーキ制御装置
１１ａ〜１１ｎ 速度検出器
１２ 連携制御装置
ＮＷ 通信ネットワーク

Claims (4)

1. 複数の車両の車軸の回転数の参照結果に基づいて、現在の自列車位置からの残走距離を算出する残走距離演算部と、
   前記算出された現在の自列車位置からの残走距離分の区間において自列車を所定速度に減速させる速度パターンを求める減速パターン演算部と、
   前記減速パターン演算部にて求められた速度パターンと列車速度との比較結果に基づいてブレーキ指令を出力するブレーキ指令判定部とを備えることを特徴とする自動列車制御装置。
2. 前記残走距離演算部は、
   自列車に編成されている複数の車両の車軸の回転数を取り込む回転数取り込み部と、
   前記回転数取り込み部にて取り込まれた車軸の回転数の中から、最高位速度を示す回転数を選択する最高位速度選択部を備え、
   前記最高位速度を示す回転数に基づいて、現在の自列車位置からの残走距離を算出することを特徴とする請求項１に記載の自動列車制御装置。
3. 前記残走距離演算部は、
   車軸の回転数から算出された減速度に基づいて各車輪の滑走状態を判定する滑走判定部と、
   いずれかの車輪についての前記滑走状態が検出された場合、滑走検出時の速度が滑走終了時まで持続するとみなして現在の自列車位置からの残走距離を算出する滑走補正処理部とを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の自動列車制御装置。
4. 自列車に編成されている複数の車両の車軸の回転数の中から、最高位速度を示す回転数を選択するステップと、
   前記最高位速度を示す回転数に基づいて、現在の自列車位置からの残走距離を算出するステップと、
   前記算出された現在の自列車位置からの残走距離分の区間において自列車を所定速度に減速させる速度パターンを算出するステップと、
   前記算出された速度パターンと列車速度との比較結果に基づいてブレーキ指令を出力するステップとを備えることを特徴とする自動列車制御方法。

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