JP2012080645A - 定速走行制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両駆動制御装置に出力する定速走行制御装置において、上位の制限速度から下位の制限速度に移行させる際、正確な運行時間を維持した上で不要な加減速を防止して、下位の目標速度に円滑かつ確実に追随させる。
【解決手段】制限速度信号２０２が、制限速度の高い上位の制限速度信号から、制限速度の低い下位の制限速度信号に切り換わる場合に、上位の制限速度信号に基づく目標速度と下位の制限速度信号に基づく目標速度に基づいて、予め減速するのに必要な距離を算出し、車両がこの距離を走行する間に、車両の速度に応じて、車両のブレーキ量を所定の初期値から解除に到るまでに段階的に切り換えるようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、列車を定速で走行する制御を行う制御装置に関わる。

一般に、駅間の運転時間は、ＡＴＣによる制限速度信号がある場合、この制限速度を下回る速度で計画されるため、自動列車運転装置（ＡＴＯ）では、出発時より、定速で制御する際の目標の速度を、制限速度をある速度下回る速度とし、勾配や制限速度の情報を考慮して、次駅まで制限速度を超過しない速度範囲で列車を定速で走行させる制御を行っている。

一方、通過列車や追い抜きがある場合や、運転最高速度が異なる列車が同一軌道にある場合など、複雑な運転形態の鉄道においては、基本的な駅間の運転時間は、制限速度をある程度下回る速度で計画されるが、列車によっては、先行列車との間隔の確保に伴う、重畳的な速度低下の防止を図るため、特定の地点であえて制限速度をさらに低下させ、速度を一層抑制して走行させる計画とする場合がある。

このような列車では、この運転計画に基づいて、より抑制した速度で走行するため、運転の自動化を図る場合には、列車や運転条件に従って定速で制御する際に、制限速度の変化に対応して、任意の目標の速度を選択する必要がある。

車両駆動制御装置では、運転台からの指令に定速段を設けて、定速段を扱った任意の速度を定速となるようにモータの制御を行うシステムがすでに存在するが、制御段階や区分をこまめに切り換わる必要がある勾配や制限速度信号による複雑な制御は、自動列車運転装置（ＡＴＯ）などの定速走行制御との組合せによっている。

特開２００４−２２４１５１号公報 特開平０８−１４０２１９号公報 特開２００１−０５５１４３号公報

図１に示すように、上位の制限速度信号２０２−１から下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる場合に、ＡＴＣブレーキにより減速した場合、列車速度は下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度を下回ることがある。

この原因を説明するため、図１の上位の制限速度信号２０２−１から、より速度の低い下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる状態を拡大したものを図２に示す。

図２に示すように、列車速度がＡＴＣブレーキにより減速した場合、下位の制限速度信号２０２−２を受信してから減速を開始し、列車はＡＴＣブレーキ緩解速度２１１まで減速する。

定速走行制御装置は、ＡＴＣブレーキ緩解速度２１１を認識すると、ブレーキ緩解指令を出力するが、緩解指令からブレーキが実際に緩解するまで、制御系、アクチュエータ系の作動に時間遅れが発生すること、そして、列車がきわめて大きな質量を有していることから、所定のブレーキ緩解時間２１２を必要とする。

その結果、下位の制限速度信号に基づく目標速度２０４−２を下回っても、ブレーキ緩解時間が経過するまでブレーキの作動が継続するため、列車は、実際には下位の制限速度信号に基づく目標速度２０４−２を下回ってからブレーキが緩解することになる。

また、図３に示すように、上位の制限速度信号２０２−１から下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる場合に、列車の減速度に基づいた減速パターンに沿って減速した場合、定速走行制御装置は、この減速パターンによる減速に必要な距離２１３を算出し、パターン終了時に２０４−２に示される下位の制限速度信号に基づく目標速度となるように制御するが、この場合でも、列車速度は下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度を下回ることがある。

この原因を説明するため、上位の制限速度信号２０２−１から下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる状態を拡大したものを図４に示す。

一例として、列車のブレーキシステムが、Ｂ１（緩減速）〜Ｂ７（急減速）の７段階のブレーキノッチを有するものとしたとき、図４に示すように、列車速度が、上位の制限速度信号に基づく目標速度から、列車の減速度に基づいた減速パターンＢ１〜Ｂ４に沿って減速した場合、列車はそれぞれのブレーキノッチに応じた減速パターンによる減速制御から目標速度による定速制御に切り換わるまで減速する。

一般的に多用されているＢ４（例えば、毎秒２．０ｋｍ／ｈの減速が得られるブレーキノッチ）を使用して、上位の制限速度信号に基づく目標速度から、下位の速度制限信号２０２−２に基づく目標速度２０４−２に移行する場合、定速走行制御装置は、減速に必要な距離２１３の終了、すなわち減速パターンによる減速制御から下位の速度制限信号下での目標速度に到達に必要な距離を走行したことを判定すると、この時点でブレーキ緩解指令を出力するが、前述と同様の原因により、Ｂ４ノッチのブレーキはブレーキ緩解時間２１２が経過するまで継続するため、列車は下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度を下回ってからブレーキが緩解することになる。

このように、下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度を下回ると、列車は、運行時間の遅れを取り戻すため、下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度となるよう加速せざるを得ず、下位の制限速度信号２０４−２に落ち着くまで加減速を繰り返すことになり、乗客に不快感を与えることになりかねない。

そこで、上記の課題を解決するため、本発明の定速走行制御装置は、次のような技術的手段を講じた。すなわち、
（１）受信した制限速度信号に基づいて、これを下回る目標速度で走行する指令を車両駆動制御装置に出力する定速走行制御装置において、前記制限速度信号が、制限速度の高い上位の制限速度信号から、制限速度の低い下位の制限速度信号に切り換わる場合に、上位の制限速度信号に基づく目標速度と下位の制限速度信号に基づく目標速度に基づいて、予め減速するのに必要な距離を算出し、車両がこの距離を走行する間に、車両の速度に応じて、車両のブレーキ量を所定の初期値から解除に到るまでに段階的に切り換えるようにした。

（２）前記上位の制限速度信号に対応する目標速度と下位の制限速度信号との差を分割して、段階的な速度を設定し、車両の速度が該段階的な速度に到る度に車両のブレーキ量を順次切り換えるようにした。

（３）制限速度信号及び車両の走行速度の入力により定速で走行する指令を車両駆動制御装置に出力する定速走行制御装置において、前記制限速度信号が、制限速度の高い上位の制限速度信号から、制限速度の低い下位の制限速度信号に切り換わる場合に、所定のブレーキ量による減速パターンに沿って減速を開始するとともに、上位の制限速度信号に基づく目標速度から下位の制限速度信号に基づく目標速度に到るまで段階的な速度と、各速度で定速走行する際の指令に相当するブレーキ量をそれぞれ設定し、車両の減速に伴い、ブレーキ量を段階的に切り換え、前記下位の制限速度信号に基づく速度に制御するようにした。

（４）上記の定速走行制御装置において、段階的なブレーキ量のそれぞれに対応した減速パターンに減速された速度と、前記上位の制限速度信号に基づく目標速度から下位の制限速度信号に基づく目標速度に到るまで段階的に設定した速度とを比較し、減速時に低下する速度に応じ、より少ないブレーキ量を選択するようにした。

本発明の定速走行制御装置においては、制限速度の高い上位の制限速度信号から、制限速度の低い下位の制限速度信号に切り換わる場合に、上位の制限速度信号に基づく目標速度と下位の制限速度信号に基づく目標速度に基づいて、予め減速するのに必要な距離を算出し、車両がこの距離を走行する間に、車両の速度に応じて、車両のブレーキ量を所定の初期値から解除に到るまでに段階的に切り換えるようにしたから、正確な運行時間を維持した上で不要な加減速を防止して、下位の制限速度に円滑かつ確実に追随させることが可能となる。

図１は従来の定速走行制御装置における速度と距離の関係を示す図である。 図２は図１における詳細図を示す。 図３は従来の定速走行制御装置における速度と距離の関係を示す図である。 図４は図２の詳細図を示す。 図５は定速走行制御装置の全体構成図である。 図６は本発明の実施例１において、上位の制限速度信号から下位の制限速度信号に切り換わる場合の速度と距離の関係を示す図である。 図７は図６の詳細図を示す。 図８は本発明の実施例２において、上位の制限速度信号から下位の制限速度信号に切り換わる場合の速度と距離の関係を示す図である。 図９は図８の詳細図を示す。 図１０は本発明の実施例３において、上位の制限速度信号から下位の制限速度信号に切り換わる場合の速度と距離の関係を示す図である。 図１１は図１０の詳細図を示す。

以下、本発明の各実施例を、図を用いて説明する。

［実施例１］
まず、本発明の実施例の全体構成を、図５を用いて説明する。

定速走行制御装置は、制限速度信号、車両の走行速度の入力、押しボタンなどによる制御の開始を指示する入力、入力情報により定速で走行する出力を算出する制御部、及び定速で走行する指令を車両駆動制御装置への出力により構成される。

図５で定速走行制御装置の基本的な動作を説明する。

定速走行制御装置は、制限速度２０２をある程度下回る速度を目標速度２０４とし、押しボタン入力２０３により押しボタンが扱われることにより、速度２０１が目標速度２０４に追随するように計算を行い、力行指令２０８、ブレーキ指令２０９の出力を行う。

本発明の定速走行制御装置において、上位の制限速度信号２０２−１から下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる場合に、ＡＴＣブレーキにより減速した場合の実施例を図６に示す。

定速走行制御装置は、上位の制限速度信号２０４−１に基づく目標速度に追随して走行中、特定の地点で信号現示が下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる場合、これに先だって、減速に必要な距離２１３を計算し、下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度に追随するようにする。

図６の上位の制限速度信号２０２−１から下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる状態を拡大したものを図７に示す。

ここでは、例として制限速度信号下回る速度におけるブレーキを４ノッチ（毎秒２．０ｋｍ／ｈの減速が得られるブレーキノッチＢ４）と仮定し、下位の制限速度信号２０２−２に基づく目標速度となったときのブレーキを解除（Ｂ０）と仮定し、ブレーキノッチＢ４〜Ｂ０は等分割されたものと仮定する。

この実施例では、ブレーキノッチＢ４〜Ｂ０を作動させる下限速度が設定されており、図７において、それぞれＢ４〜Ｂ０の水平ラインで示されている。

定速走行制御装置による２１３に示される減速に必要な距離の計算結果に基づき、列車が上位の制限速度信号２０４−１に基づく目標速度による定速制御領域を終了して下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度による定速制御領域となったとき、両目標速度の差に基づいて減速に必要な距離２１３を設定する。

上位の制限速度信号２０２−１から下位の制限速度信号２０２−２に切り替わった初期段階では、定速走行制御装置はＢ４ノッチを出力し、列車の速度が、図７において、Ｂ４の速度、すなわち、Ｂ４ノッチを作動させる下限速度まで減速したときブレーキノッチがＢ４からＢ３に切り換えられ、ブレーキが１ノッチ分緩められる。

同様に、列車の速度が、Ｂ３ノッチを作動させる下限速度に達したとき、ブレーキをＢ２ノッチに切り替え、ブレーキを１ノッチ分緩め、以下同様に１ノッチずつブレーキを緩め、最終的に列車の速度がＢ０ノッチとなる下限速度となったとき、ブレーキを解除することにより下位の制限速度信号に基づく目標速度に追随できるようにする。

列車が上位の制限速度信号２０４−１に基づく目標速度による定速制御領域から、下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度による定速制御領域に到るまでに走行距離は、上述のようにＢ４ノッチからＢ０ノッチに到るまでのブレーキ作動により徐々に減速される速度を時間で積分したものに相当するから、上位の制限速度信号２０４−１に基づく目標速度と下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度とから、円滑な減速が実現するより適宜設定すればよい。

そしてこの走行距離が実現されるよう、上述のブレーキノッチをＢ４からＢ０に順次切り換えるようにすればよい。

このように、列車が下位の制限速度信号２０２−２以下となったとき、下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度に追随するように、ブレーキ出力をＢ４からＢ０まで徐々に緩解させるごとで、下位の制限速度信号に基づく目標列車速度を下回ることなく下位の目標速度にスムーズに追随することが可能となる。

［実施例２］
本発明の定速走行制御装置において、上位の制限速度信号２０２−１から下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる場合に、図８に示す実施例２では、列車速度が列車の減速度に基づいた減速パターンに沿って減速する。

定速走行制御装置は、上位の制限速度信号２０４−１に基づく目標速度２０４−１に追随して走行中、信号現示が下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる場合、実施例１と同様に２１３に示される減速に必要な距離を計算し、下位の制限速度信号に基づく目標速度２０４−２に追随するようにする。

図８の上位の制限速度信号２０２−１から下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる状態を拡大したものを図９に示す。

ここでは、例として減速パターン２１４におけるブレーキを４ノッチ（Ｂ４）と仮定し、減速パターン２１４と、下位の制限速度信号２０２−２との交点を地点２１５とし、減速パターンのブレーキノッチをＢ４からＢ１まで等分割されたものと仮定する。

地点２１５から、ブレーキノッチＢ３からＢ０のそれぞれに対応した目標速度が、Ｂ３〜Ｂ０の水平ラインで示されている。

定速走行装置による２１３に示される減速に必要な距離の計算結果に基づき、地点２１５において、列車がブレーキノッチＢ４による減速パターン２１４の減速制御から目標速度による定速制御となったとき、列車速度は、下位の制限速度信号２０２−２以下であるため、最終的に下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度に追随するように、Ｂ３〜Ｂ０に対応する目標速度に到る毎に、ブレーキ出力をＢ４からＢ０まで徐々に緩解させることで、列車速度を下回ることなく下位の目標速度に追随することが可能となる。

［実施例３］
本発明の定速走行制御装置において、上位の制限速度信号２０２−１から下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる場合に、列車速度が列車の減速度に基づいた減速パターンに沿って減速させる際、減速パターンに沿って減速する制御の計算をすると同時に、下位の制限速度信号に基づく定速で制御する目標の速度に沿って制御する計算をするときに、制御出力を両者の弱い側に選択した実施例を図１０に示す。

定速走行制御装置は、上位の制限速度信号２０４−１に基づく目標速度に追随して走行中、信号現示が下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる場合、定速走行制御装置は、減速パターン２１４（この例の場合、ブレーキノッチＢ４による減速パターン）を発生させるとともに、減速に必要な距離２１３を計算し、下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度に追随するようにする。

図１０の上位の制限速度信号２０２−１から下位の制限速度信号２０２−２に切り換わる状態を拡大したものを図１１に示す。

ここでは、例として２１４に示される減速パターンにおけるブレーキを４ノッチ（Ｂ４）と仮定し、下位の制限速度信号２０４−２に基づく目標速度との交点を２１５に示される減速パターンが下位信号以下となる地点とする。

ここでは、目標速度が下位の制限速度信号２０２−２であるときのブレーキノッチをＢ４と仮定し、下位の制限速度信号２０４−２に示される目標速度となったときのブレーキをユルメ（Ｂ０）と仮定し、ブレーキノッチは等分割されたものと仮定する。

また、減速パターンが下位信号以下となる地点２１５における減速パターン２１４のブレーキノッチをＢ４からＢ１まで等分割されたものと仮定する。

図１１に示すとおり、２１４に示される減速パターンによるブレーキノッチ別の減速パターンと、２０２−２に示される下位の制限速度信号によるブレーキノッチ別の定速パターンとの交点のうち、ブレーキノッチの弱い方を選択し、２０４−２に示される下位の制限速度信号に基づく目標速度に追随するように、ブレーキ出力をＢ４からＢ０まで徐々に緩解させることで、列車速度を下回ることなく下位の目標速度に追随することが可能となる。

以上説明したように、本発明によれば、自動列車運転装置（ＡＴＯ）等を利用した運行システムにおいて、制限速度信号が、制限速度の高い上位の制限速度信号から、制限速度の低い下位の制限速度信号に切り換わる場合に、上位の制限速度信号に基づく目標速度と下位の制限速度信号に基づく目標速度に基づいて、予め減速するのに必要な距離を算出し、車両がこの距離を走行する間に、車両の速度に応じて、車両のブレーキ量を所定の初期値から解除に到るまでに段階的に切り換えるようにしたから、正確な運行時間及び快適な乗り心地を両立させる定速走行制御装置として、広く利用されることが期待される。

１０１ 制御部
１０２ 目標速度算出
１０３ データ用メモリ
１０４ 目標速度設定部
２０１ 速度
２０２ 制限速度信号
２０２−１ 上位の制限速度信号
２０２−２ 下位の制限速度信号
２０３ 押しボタン入力
２０４ 目標速度
２０４−１ 上位の制限速度信号に基づく目標速度
２０４−２ 下位の制限速度信号に基づく目標速度
２０５ 勾配データ
２０６ 速度制限データ
２０７ 車両性能データ
２０８ 力行指令
２０９ ブレーキ指令
２１１ ＡＴＣブレーキ緩解速度
２１２ ブレーキ緩解時間
２１３ 減速に必要な距離
２１４ 減速パターン
２１５ 減速パターンが下位信号以下となる地点

Claims (4)

1. 受信した制限速度信号に基づいて、これを下回る目標速度で走行する指令を車両駆動制御装置に出力する定速走行制御装置において、
   前記制限速度信号が、制限速度の高い上位の制限速度信号から、制限速度の低い下位の制限速度信号に切り換わる場合に、
   上位の制限速度信号に基づく目標速度と下位の制限速度信号に基づく目標速度に基づいて、予め減速するのに必要な距離を算出し、車両がこの距離を走行する間に、車両の速度に応じて、車両のブレーキ量を所定の初期値から解除に到るまでに段階的に切り換えることを特徴とする定速走行制御装置。
2. 前記上位の制限速度信号に対応する目標速度と下位の制限速度信号との差を分割して、段階的な速度を設定し、車両の速度が該段階的な速度に到る度に車両のブレーキ量を順次切り換えることを特徴とする請求項１記載の定速走行制御装置。
3. 制限速度信号及び車両の走行速度の入力により定速で走行する指令を車両駆動制御装置に出力する定速走行制御装置において、
   前記制限速度信号が、制限速度の高い上位の制限速度信号から、制限速度の低い下位の制限速度信号に切り換わる場合に、
   所定のブレーキ量による減速パターンに沿って減速を開始するとともに、上位の制限速度信号に基づく目標速度から下位の制限速度信号に基づく目標速度に到るまで段階的な速度と、各速度で定速走行する際の指令に相当するブレーキ量をそれぞれ設定し、車両の減速に伴い、ブレーキ量を段階的に切り換え、前記下位の制限速度信号に基づく速度に制御することを特徴とする定速走行制御装置。
4. 段階的なブレーキ量のそれぞれに対応した減速パターンに減速された速度と、前記上位の制限速度信号に基づく目標速度から下位の制限速度信号に基づく目標速度に到るまで段階的に設定した速度とを比較し、減速時に低下する速度に応じ、より少ないブレーキ量を選択するようにした請求項３に記載の定速走行制御装置。

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