JP2009254016A - 自動列車制御装置および自動列車制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】目標停止位置と自列車位置との間のパターン速度の揺らぎを抑制しつつ、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ことが可能な自動列車制御装置を得ること。
【解決手段】減速パターン演算部８には、列車の空走を考慮することなく各区間ｎの勾配が反映された速度パターンＶｐｎを求める第１演算式を設定する第１演算式設定部８ａと、自列車の空走時間に基づき在線区間の勾配が一律に設定された速度パターンＶｐｎを求める第２演算式を設定する第２演算式設定部８ｂを設け、自列車の在線区間以外の区間では、第１演算式設定部８ａにて設定された第１演算式から速度パターンＶｐｎを求め、自列車の在線区間では、第２演算式設定部８ｂにて設定された第２演算式から速度パターンＶｐｎ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、列車の走行間隔を高密度化するために、走行区間を勾配ごとに分割し、各勾配における減速度β（ｋｍ／ｈ／ｓ）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）。この方法では、各勾配区間ｎにおける減速度をβｎ、区間内距離をＳｎとすると、各勾配区間ｎにおけるパターン速度Ｖｐｎは以下の（１）式にて求めることができる。
Ｖｐｎ^２＝７．２βｎＳｎ＋Ｖｐ（ｎ−１）^２ ・・・（１）

そして、（１）式から求めた放物線の基本パターンを勾配区間ごとに接続することで、目標停止位置と自列車位置との間の減速パターンが生成される。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）

特許第３３６９４７７号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、目標停止位置と自列車位置との間の全ての区間で空走距離Ｌｋを見込んだ補正が行われるため、ブレーキ指令が出力される瞬間のパターン速度Ｖｐｎは正しく出力されるものの、そのパターン速度Ｖｐｎ以外の速度で列車が走行している時には、列車が加速または減速されると、照査速度がそれに応じて減速されたり加速されたりするような不安定な挙動を示すようになる。そのため、運転士が現在の自列車速度と比較しながら照査速度を超えないように運転するためのパターン速度情報が一定の値とならず、運転操作が困難になるという問題があった。また、事後解析用に記録されるパターン速度情報も列車の現在の走行速度Ｖｒに依存するため、動作解析に時間がかか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、目標停止位置と自列車位置との間のパターン速度の揺らぎを抑制しつつ、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、列車の走行区間を勾配に応じて複数の区間に分割し、前記区間のうちの列車の在線区間においては、前記列車の空走時間に基づき、前記列車の在線区間以外の区間においては、前記列車の空走時間を除外して、各区間の勾配が反映された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。

この発明によれば、目標停止位置と自列車位置との間のパターン速度の揺らぎを抑制しつつ、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。

図１は、本発明に係る自動列車制御装置の実施の形態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および自列車のブレーキ制御を行うブレーキ制御装置１０が搭載されている。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の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、減速パターン演算部８は、勾配が一律とみなせる区間ｎのうちの列車の在線区間においては、自列車の空走時間に基づき、自列車の在線区間以外の区間ｎにおいては、自列車の空走時間を除外して、各区間ｎの勾配が反映された速度パターンを求めることができる。具体的には、減速パターン演算部８には、列車の空走時間を除外して各区間ｎの勾配が反映された速度パターンを求める第１演算式を設定する第１演算式設定部８ａ、自列車の空走時間に基づき在線区間の勾配が一律に設定された速度パターンを求める第２演算式を設定する第２演算式設定部８ｂおよび自列車の在線区間を判定する在線区間判定部８ｃが設けられている。そして、減速パターン演算部８は、自列車の在線区間以外の区間では、第１演算式設定部８ａにて設定された第１演算式から速度パターンを求め、自列車の在線区間では、第２演算式設定部８ｂにて設定された第２演算式から速度パターンを求めることができる。

この第１演算式設定部８ａにて設定された第１演算式は、各区間ｎにおける減速度βｎおよび区間内距離Ｓｎを考慮して速度パターンを演算することができ、具体的には、上記の（１）式で表すことができる。また、第２演算式設定部８ｂにて設定された第２演算式は、自列車の在線区間における減速度β、区間内距離Ｓおよび空走時間τを考慮して速度パターンを演算することができ、具体的には、以下の（３）式から得られる（４）式で表すことができる。

Ｓ＝（Ｖｐτ）／３．６＋（Ｖｐ^２−Ｖ０^２）／（７．２β） ・・・（３）
（Ｖｐ＋βτ）^２＝７．２βＳ＋（βτ）^２ ＋Ｖ０^２ ・・・（４）ただし、Ｖ０は、目標停止位置における自列車の速度である。

そして、自列車の在線区間以外の区間ｎでは、（１）式から求めた速度パターンを勾配区間ごとに接続し、自列車の在線区間では、（４）式から求めた速度パターンを接続することで、目標停止位置と自列車位置との間の減速パターンを生成することができる。

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およびブレーキ制御装置１０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。

そして、速度・残走距離演算部５は、速度発電機２からのパルス信号の送信間隔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、速度発電機２からのパルス信号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、在線区間判定部８ｃは、各勾配区間が列車１４の現在の在線区間であるかどうかを判定し、＋４‰の勾配区間および０‰の勾配区間は列車１４の現在の在線区間でなく、−５‰の勾配区間は列車１４の現在の在線区間であると判定されたものとする。

この場合、＋４‰の勾配区間について、（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を演算し、勾配変化点で許容される許容走行速度Ｖ１を設定する。また、０‰の勾配区間について、（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２５ｂを演算し、勾配変化点で許容される許容走行速度Ｖ２を設定する。また、−５‰の勾配区間について、（４）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２５ｃを演算し、地上子１６の位置における許容走行速度Ｖを設定する。

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。そして、＋４‰の勾配区間および０‰の勾配区間については、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を見込むことなく、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、ブレーキ指令をブレーキ制御装置１０に出力することで、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。

図３は、図１の減速パターン演算部８における減速パターン演算処理を示すフローチャートである。図３において、減速パターン演算部８は、自列車の残走距離が０でない場合（ステップＳ０）、現在の自列車位置から目標停止位置までの間において、ｍ個の勾配区間を定義し、各勾配区間における区間内距離Ｓｎおよび減速度βｎを演算する（ステップＳ１）。そして、ｎを１からインクリメントさせながら（ステップＳ２、Ｓ５）、速度パターンの演算対象となる勾配区間ｎが自列車の在線区間ｍであるかどうかを順次判定し（ステップＳ３）、列車の在線区間ｍでない場合には、（１）式を用いることで、各勾配区間ｎの速度パターンを順次算出する（ステップＳ４）。

そして、速度パターンの演算対象となる勾配区間ｎが自列車の在線区間ｍに達すると、（４）式を用いることで、勾配区間の始端から自列車位置までの在線区間ｍの速度パターンを算出し（ステップＳ６）、（Ｖｐ＋βτ）^２の項から在線区間ｍの照査速度Ｖｐｍを得ることができる（ステップＳ７）。そして、自列車の残走距離が０になるまで、ステップＳ１〜Ｓ７までの処理を１００ｍｓ程度の周期で繰り返し、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順次更新することができる。

これにより、自列車の在線区間については勾配を一律として速度パターンを求めることが可能となるとともに、自列車の現在位置から遥か前方の勾配区間については空走距離を除外して各区間の勾配が反映された速度パターンを求めることができる。このため、列車の現在の走行速度Ｖｒに依存することなく、各区間ごとに勾配が反映された速度パターンを求めることができ、パターン速度以外の速度で列車が走行している時に列車が加速または減速された場合においても、照査速度がそれに応じて減速されたり加速されたりするような不安定な挙動を示すのを抑制することが可能となることから、運転操作の利便性を損なうことなく、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、列車の運行時の安全性を確保することができる。

なお、上述した実施の形態では、現在の自列車位置から目標停止位置までの各区間ごとに勾配が反映された速度パターンを求めるために、（１）式の演算式と（４）式の演算式とを組み合わせて用いる方法について説明したが、列車の在線区間において勾配が一律に設定されるならば、それ以外の演算式の組み合わせであってもよい。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。

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の減速パターン演算部における減速パターン演算処理を示すフローチャートである。

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
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
８ａ 第１演算式設定部
８ｂ 第２演算式設定部
８ｃ 在線区間判定部
９ ブレーキ指令判定部
１０ ブレーキ制御装置

Claims (4)

1. 列車の走行区間を勾配に応じて複数の区間に分割し、前記区間のうちの列車の在線区間においては、前記列車の空走時間に基づき、前記列車の在線区間以外の区間においては、前記列車の空走時間を除外して、各区間の勾配が反映された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. 前記減速パターン演算部は、
   前記列車の空走時間を除外して各区間の勾配が反映された速度パターンを求める第１演算式を設定する第１演算式設定部と、
   前記列車の空走時間に基づき前記在線区間の勾配が一律に設定された速度パターンを求める第２演算式を設定する第２演算式設定部と、
   前記列車の在線区間を判定する在線区間判定部とを備え、
   前記列車の在線区間以外の区間では、前記第１演算式から前記速度パターンを求め、前記列車の在線区間では、前記第２演算式から前記速度パターンを求め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. 前記第１演算式は、各区間における減速度に基づき速度パターンを演算し、前記第２演算式は、在線区間における減速度および空走時間に基づき速度パターンを演算することを特徴とする請求項２に記載の自動列車制御装置。
4. 走行中の列車の在線区間を判定するステップと、
   前記列車の在線区間以外の区間においては、前記列車の空走時間を除外して各区間の勾配を反映して速度パターンを求めるステップと、
   前記列車の在線区間においては、前記列車の空走時間に基づき前記在線区間の勾配を一律に設定して速度パターンを求めるステップと、
   前記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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