JP2015123892A - 運転曲線作成装置、運転支援装置、運転制御装置および運転曲線作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】列車走行における消費エネルギーを低減させる運転曲線を作成する。
【解決手段】実施形態は、走行区間に含まれる制限速度が変化する位置で区切られた制限速度区間を取得する制限速度設定手段と、制限速度区間の終端位置とこの制限速度区間の制限速度に応じた上限速度に基づいて基点を定め、この基点から車両性能情報と路線情報を利用して逆行惰行カーブを作成する逆行惰行カーブ作成手段と、逆行惰行カーブに基づいて惰行の開始位置を決定するパラメータ設定手段と、走行区間、この走行区間の制限速度情報、逆行惰行カーブ、惰行の開始位置、および車両性能情報と路線情報とを用いて走行シミュレーションを行い、運転曲線を作成するシミュレーション手段とを備え、逆行惰行カーブ作成手段が、基点から出発点に向けて惰行させた場合に上限速度に満たない範囲を惰行範囲、そして上限速度以上となる範囲を上限速度に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、運転曲線作成装置、運転支援装置、運転制御装置および運転曲線作成方法に関する。

従来より、消費エネルギーを低減できる列車の走行方法として、惰行を活用し、走行時間を守りつつ消費エネルギーの低減を図るための運転曲線を作成する方法が知られている。

列車が走行する駅間が比較的短い場合の運転曲線は、最高速度近傍まで加速した後、惰行走行に移行し、次駅に接近したらブレーキをかけて減速、停止するパターンや、加速後、短時間所定の速度を保持して等速走行し、次駅に接近したらブレーキをかけて減速、停止するパターンが一般的である。このようなパターンで走行を行う場合、駅間走行の余裕時分に応じて惰行区間の延長や、等速部分と減速部分の転換点や加速部分と減速部分の転換点の付近、つまり、力行に続けてブレーキが動作する部分、を惰行へ置き換えれば、駆動装置の動作を最小限とし、熱となって失われる損失を低減できるので、消費エネルギーの低減を図ることができる。

一方、駅間の走行距離が長くなると、等速で走行する距離が長くなり、等速を保持するために力行の後にブレーキが動作することがある。上り勾配では、速度を維持するために列車に駆動力をかける必要があるが、下り急勾配では駆動力を０としても加速してしまうためブレーキが必要となる。従って、等速走行で勾配変化点を走行する場合、力行とブレーキが続けて動作する。このような等速走行途中の区間についても、力行とブレーキを適切に惰行に置き換えることによって、消費エネルギーの低減を図ることができる。

特許３８８１３０２号公報 特許２７０３８３０号公報

しかしながら、等速走行中にどのようなタイミングで惰行開始するかを決定する手法は知られていない。

本発明が解決しようとする課題は、等速走行途中の区間についても容易に惰行区間を挿入することができ、それにより列車走行における消費エネルギーを低減させることができる運転曲線を作成する運転曲線作成装置、運転支援装置、運転制御装置および運転曲線作成方法を提供することである。

実施形態の運転曲線作成装置は、制限速度情報、車両性能情報、および路線情報を記憶する記憶部を備える。また、設定された走行区間の出発点と到着点に基づき、この走行区間に含まれる制限速度が変化する位置で区切られた少なくとも１つの制限速度区間を記憶部から取得する制限速度設定手段を備える。また、制限速度区間の終端位置と、この制限速度区間の制限速度に応じた上限速度に基づいて基点を定め、この基点から記憶部に記憶された車両性能情報と路線情報を利用して逆行惰行カーブを作成する逆行惰行カーブ作成手段を備える。また、逆行惰行カーブ作成手段が作成した逆行惰行カーブに基づいて惰行の開始位置を決定するパラメータ設定手段を備える。また、設定された走行区間、この走行区間の制限速度情報、作成された逆行惰行カーブ、設定された惰行の開始位置、および記憶部に記憶されている車両性能情報と路線情報とを用いて走行シミュレーションを行い、運転曲線を作成するシミュレーション手段を備える。そして、逆行惰行カーブ作成手段は、基点から出発点に向けて惰行させた場合に上限速度に満たない範囲を惰行範囲、そして上限速度以上となる範囲を上限速度に設定する。

図１は、第１の実施形態に係る運転曲線作成装置の構成例を示すブロック図である。 図２は、同実施形態における各種逆行カーブの作成事例を示す図である。 図３は、同実施形態における逆行惰行カーブの作成に係る処理の流れを示すフローチャートである。 図４は、図３とともに逆行惰行カーブの作成方法を説明するための図である。 図５は、具体的な事例により、同実施形態における逆行惰行カーブの作成方法を説明するための図である。 図６は、具体的な事例により、同実施形態における走行シミュレーションの方法を説明するための図である。 図７−１は、該当駅間を目標走行時間で走行するのに、惰行区間を設定せず、加速、等速走行、減速のみで走行するようにした場合の運転曲線を例示した図である。 図７−２は、等速走行区間の走行速度を制限速度に応じた当該区間の上限速度とし、図７−１と同一の走行時間での走行となるように、減速区間の手前に惰行区間を設定して調整した運転曲線を例示した図である。 図７−３は、第１の実施形態の運転曲線作成装置で作成した運転曲線を例示した図である。 図８は、第２の実施形態に係る運転支援装置の機能構成を示すブロック図である。 図９は、第３の実施形態に係る運転制御装置の機能構成を示すブロック図である。

（第１の実施形態）
以下、運転曲線作成装置の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る運転曲線作成装置の構成例を示すブロック図である。

図１に示すように、運転曲線作成装置１００は、運転曲線作成管理部１、走行区間条件設定部２、制限速度情報設定部３、逆行カーブ作成部４、運転曲線パラメータ設定部５、走行シミュレーション実行部６、走行シミュレーション結果判定部７、運転曲線データ出力部８、車両性能・路線情報データベース９、および、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０で構成される。

運転曲線作成管理部１は、走行区間条件設定部２、制限速度情報設定部３、逆行カーブ作成部４、運転曲線パラメータ設定部５、走行シミュレーション実行部６、走行シミュレーション結果判定部７、および、運転曲線データ出力部８のそれぞれの機能による動作を統括し、既定の手順に従った運転曲線の作成を管理する。

走行区間条件設定部２は、運転曲線作成装置１００に、運転曲線を作成すべき走行区間、および目標走行時間に関する情報、すなわち出発駅および到着駅や運転ダイヤ等の情報が与えられると、運転曲線作成範囲となる走行区間の開始位置と終了位置、および目標走行時間を算出し、運転曲線の作成条件として設定する。本実施の形態において運転曲線の作成は、ここで設定された走行区間について実施する。なお、運転曲線作成装置１００に、走行開始位置および走行終了位置ならびに目標走行時間を直接入力するようにしてもよい。また、路線全体の始発駅から終着駅までの全てのダイヤ情報を運転曲線作成装置１００に入力し、路線内全体に対する運転曲線を一括して演算するようにしてもよい。

制限速度情報設定部３は、走行区間条件設定部２で設定した運転曲線作成範囲における制限速度情報を、車両性能・路線情報データベース９から抽出し、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存する。ここで運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存された制限速度情報は、逆行カーブ作成部４および走行シミュレーション実行部６で使用する。

逆行カーブ作成部４は、制限速度情報設定部３で運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存した制限速度情報、車両性能・路線情報データベース９に保存されている車両性能データおよび勾配等の路線情報データを参照し、逆行減速カーブ、逆行加速カーブ、および、逆行惰行カーブを作成する。作成した各逆行カーブ（逆行減速カーブ、逆行加速カーブ、および、逆行惰行カーブ）のデータは、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存する。

ここで、各逆行カーブの作成事例を図２に示す。図２の（Ａ）は逆行減速カーブを示し、制限速度が低下する点および次駅の停止位置を基点とし、進行方向とは逆向きに減速時の速度曲線を描いたものである。図２の（Ｂ）は逆行加速カーブを示し、制限速度が上がる点を基点とし、進行方向とは逆向きに加速時の速度曲線を描いたものである。作成された逆行減速カーブと逆行加速カーブは、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存し、走行シミュレーション実行部６で使用する。

図２の（Ｃ）は逆行惰行カーブを示し、逆行減速カーブが、制限速度よりも一定の速度余裕分下に任意に設定した速度である上限速度に達する点を基点とし、進行方向とは逆向きに惰行時の速度曲線を描いたものである。ただし、後述するように、逆行惰行カーブが上限速度を超えないようにする補正処理を実施している。なお、逆行惰行カーブの基点は、各制限速度区間の終端としてもよい。

（逆行惰行カーブの作成）
続いて、逆行惰行カーブの作成方法を、図３のフローチャートを用いて説明する。図３は、逆行惰行カーブの作成にかかる処理の流れを示すフローチャートである。

はじめに、逆行カーブ作成部４は、走行区間条件設定部２で設定された走行区間、制限速度情報設定部３で設定された運転曲線作成範囲の制限速度情報を基に、逆行惰行カーブの基点、終点の位置、および、上限速度を設定する（ステップＳ１０１）。なお、逆行惰行カーブ作成の対象となる走行区間内において、制限速度が異なる区間がある場合がある。この場合は、その各区間（速度制限区間）を対象として、基点（＝制限速度区間の終端位置）および上限速度、終点の位置（＝制限速度区間の始端位置）、および、上限速度を設定する。そして、速度制限区間毎に、以下のようにして、逆行惰行カーブを作成する。

次に、逆行カーブ作成部４は、上記で設定した逆行惰行カーブの基点を、今回の時間ステップの点として設定する（ステップＳ１０２：図４（Ａ））。

そして、逆行カーブ作成部４は、今回の時間ステップの点の位置における勾配抵抗、曲線抵抗、および走行抵抗に基づいて、惰行時の加速度を算出する（ステップＳ１０３）。

加速度の算出後、逆行カーブ作成部４は、算出した加速度の符号を反転し、既定の時間（刻み時間）経過後の次回の時間ステップの点の位置と速度とを算出する（ステップＳ１０４）。

そして、逆行カーブ作成部４は、次回の時間ステップの点の位置での速度が上限速度以下であると判断すると（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、ステップＳ１０４での算出結果を次回の時間ステップの点の位置および速度として採用する。（ステップＳ１０６）。

一方、逆行カーブ作成部４は、次回の時間ステップの点の位置での速度が上限速度を超過していると判断すると（ステップＳ１０５でＮｏ）、さらに、今回の時間ステップの点における速度が上限速度未満か否か判断する（ステップＳ１０７）。

そして、逆行カーブ作成部４は、今回の時間ステップの点における速度が上限速度未満であると判断すると（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、上限速度到達位置を、次回の時間ステップの点における位置および速度と今回の時間ステップの点における位置および速度との間での要素内補間により算出し、算出した上限速度到達位置を次回の時間ステップの点の位置とし、次回の時間ステップの点の速度を上限速度とする（ステップＳ１０８：図４（Ｂ））。

一方、逆行カーブ作成部４は、今回の時間ステップの点における速度が上限速度以上であると判断すると（ステップＳ１０７でＮｏ）、次回の時間ステップの点の速度（＝上限速度を超過した速度）を上限速度に置き換える（ステップＳ１０９：図４（Ｃ））。なお、この次回の時間ステップの点の位置は、ステップＳ１０４で算出した位置とする。

そして、逆行カーブ作成部４は、以上のようにして求めた次回の時間ステップの点が逆行惰行カーブの終点に到達したと判断すると（ステップＳ１１０でＹｅｓ）、一連の処理を終了する。

そうでない場合は、逆行カーブ作成部４は、以上のようにして求めた次回の時間ステップの点の位置と速度を、今回の時間ステップの点の位置と速度として設定し（ステップＳ１１１）、ステップＳ１０３に戻って、このステップ以降の処理をさらに実行する。

なお、逆行惰行カーブ作成の対象となる走行区間内において、制限速度が異なる区間がある場合は、ステップＳ１１０でＹｅｓと判定された後、続く制限速度区間について、ステップＳ１０１からの処理を実施し、走行区間全体について、逆行惰行カーブを作成するようにする。

ここで、図５を参照し、逆行惰行カーブの作成方法の具体例をさらに説明する。

逆行惰行カーブは、上述のように、既定の時間刻みで進行方向とは逆向きにシミュレーション（逆行惰行シミュレーション）を進めることで作成していく。図５では、基点位置（ｐ０）の勾配は上り勾配で、走行抵抗と合わせた惰行時の加速度は負であり、惰行時には速度は進行方向に減速する状況であることを想定している。このとき、逆行惰行シミュレーションにおいては、次の時間ステップ（既定の時間刻み後）における列車の速度は逆に上昇し、上限速度よりも高い値（ｐ１の点の値）となる。本実施形態の逆行惰行カーブの作成では、上限速度を超えないようにするため、次の時間ステップの位置を、上限速度に一致する点（ｐ２）に補正する。ｐ２の点は、基点位置（ｐ０）から上限速度で既定の時間刻み分だけ進行方向とは逆向きに進んだ位置となる。

次の時間ステップではｐ２の点が始点となる。このｐ２の点の位置でも、勾配と走行抵抗による加速度は負であるとする。このとき、逆行惰行シミュレーションでは列車の速度が上限速度を超える（ｐ３）。従って、上限速度を超えないようにするため、次の時間ステップの位置を、上限速度に一致する点（ｐ４）に補正する。ｐ４の点は、ｐ２の点の位置から上限速度で既定の時間刻み分だけ進行方向とは逆向きに進んだ位置となる。

ｐ４の点の位置では勾配と走行抵抗がつりあい、加速度がゼロであるとする。この場合、既定の時間刻み後の速度は上限速度に等しく上限速度のままであるので、逆行惰行シミュレーションの値（ｐ５の点の値）をそのまま採用する。ｐ５の点は、ｐ４の点の位置から上限速度で既定の時間刻み分だけ進行方向とは逆向きに進んだ位置となる。

ｐ５の点の位置は、下り勾配であるとする。この場合、走行抵抗と合わせて生じる加速度が進行方向に正となるので、進行方向には加速する。一方、逆行惰行シミュレーションでは列車の速度が低下し、次の時間ステップではｐ６の点の速度と位置となる。このように逆行惰行シミュレーションにおける列車の速度が上限速度以下となる場合は、逆行惰行シミュレーション結果をそのまま採用する。

続く逆行惰行シミュレーション結果がｐ７、ｐ８の点が示す速度となった場合も、その速度が上限速度以下であるので補正は実施せず、逆行惰行シミュレーションの結果をそのまま採用する。

次に、ｐ８の点を始点とした逆行惰行シミュレーションにおいては、惰行時に発生する加速度が負であるとする。この場合、進行方向には減速することになる。従って、逆行惰行シミュレーションでは速度が上昇するが、このときの既定の時間刻みの間に上限速度を超えるため、上限速度に達する位置を、ｐ８の点とｐ９の点の位置および速度から補間処理によって求め、逆行惰行シミュレーションの結果（ｐ９の点）を上限速度に達する位置の点（ｐ１０）に補正する。ここではこのような補正を行っているため、ｐ８の点とｐ１０の点間の時間間隔は、逆行惰行シミュレーションにおける既定の時間刻みよりも短くなる。

続くｐ１０、ｐ１２の点を始点とした逆行惰行シミュレーションにおいても、惰行時に発生する加速度が負であるとすると、ｐ１１、ｐ１３の点でも逆行惰行シミュレーションの時間刻み後の速度が上限速度を超えるため、上記と同様にして、それぞれ、ｐ１２、ｐ１４の点に補正する。

続くｐ１４の点の位置では勾配と走行抵抗がつりあい、加速度がゼロであるとする。この場合、時間刻み後の速度は上限速度に等しく上限速度のままであるので、逆行惰行シミュレーションの結果（ｐ１５の点の値）をそのまま採用する。

続くｐ１５の点以降は進行方向に下り勾配となっているとする。この場合、ｐ１５の点以降の区間は、下り勾配の影響により惰行で加速する区間であり、逆行惰行シミュレーションでは再度速度が低下していく。よって、ｐ１５以降の区間では、速度が上限速度以下であるので補正は実施せず、逆行惰行シミュレーション結果を採用する。このようにして、点ｐ０，ｐ２，ｐ４〜ｐ８，ｐ１０，ｐ１２，ｐ１４〜ｐ１７をつないだ逆行惰行カーブが作成される。

以上、具体例を示したが、このような手法により、逆行カーブ作成部４が、制限速度区間毎に逆行惰行カーブを作成する。

ところで、上記で説明した図５において、ｐ７の点からｐ５の点間は、進行方向への下り勾配により惰行で加速する区間であった。この区間で等速度を保つためにはブレーキ動作が必要であるが、進行方向に向かった走行で、手前のｐ１０の点で上限速度から惰行を開始すると、勾配と走行抵抗の影響により、ｐ７の点までに、ちょうどｐ７の点からｐ５の点までの速度上昇分を相殺するだけの減速が行われる。ｐ７の点からｐ５の点間でも惰行を継続することで結果的に上限速度に戻ることになる。従って、このような走行制御を行えば、上限速度を超過することなく、力行とブレーキを惰行で置き換えることができ、消費エネルギーを低減することができる。なお、作成された逆行惰行カーブは、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存し、運転曲線パラメータ設定部５で、惰行開始点を設定するために使用する。

（惰行開始点の設定）
運転曲線パラメータ設定部５は、走行シミュレーション実行部６（後述）が運転曲線を作成する際に、走行時間を調整しつつ消費エネルギーの低減を図るための惰行開始点を設定する。初期設定は、惰行開始点が設定されていない条件であり、走行シミュレーション実行部６による走行シミュレーションでは惰行の入らない最速走行時の運転曲線が得られる。その後、運転曲線パラメータ設定部５は、惰行開始点の設定を行い、徐々に惰行を増やすことにより、走行シミュレーションにおける走行時間を目標走行時間に合わせるように調整する。これにより、運転曲線作成装置１００は、所望の走行時間で走行しつつ消費エネルギーを小さくすることができる運転曲線を作成することができる。この運転曲線パラメータ設定部５による惰行開始点の設定は、下記のとおりである。

前述の逆行惰行カーブで、進行方向とは逆向きに速度が上限速度未満から上限速度に達する点（すなわち、逆行惰行カーブを進行方向に見た場合の速度低下開始点；例えば、図５のｐ１０の点）が、上記最速走行時の運転曲線における等速走行の範囲に含まれている場合、その点（等速走行の終了点）を惰行開始点の候補として抽出する。また、上記最速走行時の運転曲線において、等速走行から減速走行に移行する点を抽出する。そして、これら等速走行の終了点の一定距離手前の位置に惰行開始点を設定する。これらの設定を行うのは、減速区間の初めのブレーキを、等速区間の終わりの力行と組み合わせて惰行に置き換えることによって消費エネルギーを低減するためである。

また、上記最速走行時の運転曲線において、下り勾配となっている区間で、加速走行から等速走行に移行する点または加速走行から減速走行に移行する点を抽出し、加速終了点の一定距離手前の位置に惰行開始点を設定する。この設定を行うのは、等速走行の初めのブレーキを、加速区間の終わりの力行と組み合わせて惰行に置き換えることによって消費エネルギーを低減するためである。

上記のようにして最速走行の運転曲線に対して惰行開始点を設定し、惰行を徐々に増やしていき、目標走行時間に等しくなるまで、運転曲線の調整のための走行シミュレーションを繰り返していく。本実施形態では、パラメータとなる等速区間の終了点手前の惰行開始点の設定、および加速終了点手前の惰行開始点の設定は、それぞれ等速終了点、加速終了点から一定の変更量だけ惰行区間を広げるように変化させていくようにする。なお、運転曲線パラメータ設定部５で設定した惰行開始点情報は、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存する。

（走行シミュレーション）
走行シミュレーション実行部６は、運転曲線作成のための走行シミュレーションを実行する。走行シミュレーションは、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存された運転曲線の作成範囲、運転曲線作成範囲の制限速度情報、各逆行カーブ（逆行減速カーブ、逆行加速カーブ、逆行惰行カーブ）、および惰行開始点情報、ならびに、車両性能・路線情報データベース９に保存された車両性能（力行特性やブレーキ特性）、および路線情報（路線の勾配および曲線情報）を参照し、出発駅を基点として次駅まで、進行方向に対して順方向に進める。

ここで具体的な走行シミュレーションの事例を、図６を用いて説明する。以下は、当該走行シミュレーションにおける列車の仮想的な動作例である。

列車は、出発駅ｑ１からは既定のノッチで力行し、該当制限速度区間で走行可能な上限速度まで加速する。加速区間の終了点が下り勾配の場合、前述のように加速区間の終了点の手前に惰行開始点ｑ２が設定されている場合がある。その場合、列車は、惰行開始点ｑ２から惰行を開始し、惰行で加速する。そして、加速の結果、列車が、上限速度に達すると（ｑ３）、等速走行に移行する。

また、減速区間前の等速走行区間の終了点手前に惰行開始点ｑ４が設定されている場合は、列車は、惰行開始点ｑ４から惰行を開始し、惰行で減速する。惰行中に、速度曲線が逆行減速カーブに抵触すると（ｑ５）ブレーキを動作させ、列車は、逆行減速カーブの基点である減速終了位置まで減速する。そして、列車が、減速終了位置ｑ６まで減速すると、等速走行に移行する。

この等速走行の途中に惰行開始点ｑ７が設定されている場合、列車は、当該惰行開始点ｑ７で惰行を開始し、惰行で減速後に惰行で加速する。そして、列車が、上限速度に復帰するまで惰行を継続し、上限速度に達すると等速走行に移行する。

また、列車が等速走行中に、速度曲線が逆行加速カーブに抵触すると（ｑ８）、列車は、次の制限速度区間の上限速度まで加速する。そして、列車の速度が上限速度に達すると（ｑ９）、列車は、等速走行に移行する。そして等速走行中に、列車が惰行開始点ｑ１０に達すると惰行を開始し、惰行で減速する。その後、惰行中に当該走行シミュレーションにおける速度曲線が次駅停止に向けた逆行減速カーブに抵触すると（ｑ１１）、ブレーキを動作させ、列車は次駅の停止位置（ｑ１２）で停止するまで減速する。

本実施形態の運転曲線作成装置１００は、走行シミュレーション実行部６でこのような走行シミュレーションを行うことで、惰行を活用した運転曲線を作成する。作成した運転曲線は、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存する。

走行シミュレーション結果判定部７は、走行シミュレーション実行部６で作成された運転曲線の走行時間を評価し、該当駅間の目標走行時間に合致した運転曲線となっているかどうかを判定する。この判定で、走行時間が目標走行時間に合致している場合は、当該運転曲線を、実際に使用する運転曲線として採用し、運転曲線データ出力部８に渡す。一方、合致していない場合、例えば、走行時間が目標走行時間に対してまだ余裕がある場合は、走行シミュレーション結果判定部７は、惰行区間を増加させるように運転曲線パラメータ設定部５に要求を出す。そして、走行シミュレーション結果判定部７が新たな惰行開始点の設定を行うと、運転曲線作成管理部１は、新たな設定の下での走行シミュレーションを走行シミュレーション実行部６に実行させる。逆に走行時間が目標走行時間をオーバーしている場合は、惰行区間を増加させる前に作成した目標走行時間内の運転曲線を、実際に使用する運転曲線として採用する。

運転曲線データ出力部８は、走行シミュレーション結果判定部７の判定によって、実際に使用する運転曲線として採用された、各時刻における速度および位置のデータからなる運転曲線データを運転曲線作成管理部１を介して外部に出力する。この運転曲線データは、画面表示されたり、数値データとして出力され、定められた走行時間で走行しつつ消費電力量を低減できる運転曲線として、実際の列車運転時に活用される。

車両性能・路線情報データベース９は、車両性能（力行特性およびブレーキ特性）、路線情報（勾配および曲線情報）、および、路線全体の制限速度情報等を保持するものである。

運転曲線作成用テンポラリーデータ１０は、メモリ等からなり、走行区間条件設定部２で設定した運転曲線の作成範囲、制限速度情報設定部３で設定した運転曲線作成範囲の制限速度情報、逆行カーブ作成部４で作成した各逆行カーブ、運転曲線パラメータ設定部５で設定した惰行開始点情報、走行シミュレーション実行部６で作成した運転曲線等の各種データを保持するものである。

次に、以上のような構成、機能を持つ運転曲線作成装置１００によって作成される運転曲線に基づく走行を行った場合の消費電力量の低減の効果について、図７−１〜図７−３を用いて説明する。なお、図７−１〜図７−３での走行時間は同一である。

図７−１は、該当駅間を目標走行時間で走行するのに、惰行区間を設定せず、加速、等速走行、減速のみで走行するようにした場合の運転曲線である。等速走行区間の途中には下り勾配の区間があり、等速を維持するためのブレーキ動作が発生している。

図７−２は、等速走行区間の走行速度を制限速度に応じた当該区間の上限速度とし、図７−１と同一の走行時間での走行となるように、減速区間の手前に惰行区間を設定して調整した運転曲線である。等速走行中にブレーキ動作が発生する点については、図７−１の場合と同様である。

図７−３は、本実施形態の運転曲線作成装置１００により作成した運転曲線である。逆行惰行カーブを活用することで、減速区間の手前だけでなく、等速走行区間の途中の複数の位置に適切な惰行開始点を設定し、等速走行中のブレーキ動作を回避している。走行時間を目標走行時間に合わせるため、本例では、等速走行中の惰行に加えて、減速区間手前の等速走行区間の終了部分にも惰行区間を設定している。このように、減速区間手前の等速走行区間の終了部分にも惰行区間を設定することでも、走行時間の調整が可能である。

これらの運転曲線を比較すると、図７−２では、図７−１と比べて消費エネルギー７．９％減、図７−３では、図７−１と比べて消費エネルギー１３．２％減となった。消費エネルギーを算出する際は、回生電力量も考慮し、回生電力量を差し引いた正味の消費エネルギーで比較している。本実施形態の運転曲線作成装置１００では、減速区間手前の惰行に加えて等速走行途中の惰行区間を適切に設定することで、従来の惰行を活用した運転曲線と比べても更に消費エネルギーを低減できていることがわかる。

また、図７−３において、逆行惰行カーブを点線で示している。本実施形態では、運転曲線パラメータ設定部５が、逆行惰行カーブ上で、走行速度が上限速度未満から上限速度に達する点（進行方向には、上限速度から速度が低下し始める点）を抽出し、その点を惰行開始点に設定しているが、処理としては、走行シミュレーション実行時に、走行速度が当該制限速度区間の逆行惰行カーブを超過すると惰行を開始し、その後走行速度が低下した後に上限速度に復帰したら等速走行に移行するようにしても同様な結果となる。また、走行シミュレーションにおいて、等速走行の途中に上記惰行開始点で惰行を入れると目標走行時間をオーバーしてしまう場合には、逆行惰行カーブ上の、進行方向に向かって上限速度から速度が低下し始める点（図５のｐ１０）より先の位置、かつ加速度が負から正に変化する点（図５のｐ７）より手前に惰行開始点を設定し、全てのブレーキ動作ではなく、一部のブレーキ動作を回避することで、大きな速度低下を抑制することが可能となる。

以上に説明したように、本実施形態の運転曲線作成装置１００によれば、等速走行途中の区間についても容易に惰行区間を挿入することができるので、消費エネルギーの小さい運転曲線を作成することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、図８を参照して説明する。本実施形態は、運転曲線作成装置１００（前述）を備える運転支援装置２０１を車上に設置し、この運転支援装置２０１が、時々刻々の運転状況に応じて運転曲線を作成することで、実走行が元の作成済みの運転曲線に従った走行からずれてしまった場合でも、列車ダイヤを遵守しつつ消費エネルギーを低減することができる走行を実現するためのものである。

運転支援装置２０１は、上記運転曲線作成装置１００に加え、運転支援情報作成部１１、運転支援情報表示部２１、列車ダイヤ情報受信部３０、および速度位置情報受信部４０で構成される。

運転曲線作成装置１００の構成と動作は、第１の実施形態の運転曲線作成装置１００と同様である。従って、ここでは、運転曲線作成装置１００についての説明は省略する。ただし、下記の速度位置情報受信部４０から取得される列車の現在速度と現在位置に応じて、現在位置を出発点として、該出発点から到着点までの現走行区間について、運転曲線の作成を行う。

運転支援情報作成部１１は、列車の現在速度と現在位置に応じて作成された運転曲線を基に、現時点での目標速度を抽出し、抽出した目標速度またはこの目標速度を基にした目標運転操作（力行操作、ブレーキ操作）等の情報からなる運転支援情報を作成する。

運転支援情報表示部２１は、運転支援情報作成部１１で作成された運転支援情報を運転士に提示する。本実施形態では、運転士は、運転支援情報表示部２１により提示された運転支援情報に基づいて、力行ハンドル５１０またはブレーキハンドル５２０の操作を行い、運転曲線作成装置１００で作成された運転曲線に基づいた列車の走行制御を行うことになる。

列車ダイヤ情報受信部３０は、当該運転支援装置２０１を搭載した列車の列車ダイヤ情報を取得する。列車ダイヤ情報は、従来から行われているように車上のモニタ装置３００等に運転士がＩＣカード情報を読み込ませて保持している場合、このモニタ装置３００から取得することができる。また、車上の既存の装置で列車ダイヤ情報を管理していない場合は、運転支援装置２０１に、列車ダイヤ情報の記録部（図示せず）および列車ダイヤ情報入力インタフェース（図示せず）を持たせ、列車ダイヤ情報を取り込むようにする。また、列車ダイヤ情報として走行区間と当該走行区間を走行する時間が決まっている場合は、時刻ベースの列車ダイヤ情報ではなく、区間とその区間における走行時間とを列車ダイヤ情報として記録するようにしてもよい。なお、上記モニタ装置３００を、前述の運転支援情報表示部２１による表示を行う表示装置として構成するようにしてもよい。

速度位置情報受信部４０は、列車の速度および位置情報を取得する。速度情報は、通常、列車車両に備わる速度発電機（図示せず）等により計測されているので、計測された速度を取得する。位置情報は、地上に設置されたトランスポンダからの絶対位置情報を車上の位置情報検知部（図示せず）で受信するとともに、速度と走行時間の積算によって得られる移動距離を加算することによって得られる。速度位置情報受信部４０は、これらの速度および位置情報を受信して走行途中の位置を演算し求めることができるようになっている。

なお、速度位置情報は、自動列車制御装置（ＡＴＣ：Automatic Train Control）等で既に演算されている場合があり、その場合は、速度位置情報を自動列車制御装置等から受信するようにしてもよい。あるいは、速度位置演算装置４００の機能、または上記自動列車制御装置の速度位置情報を演算する機能を、速度位置情報受信部４０側にもたせるようにしてもよい。また、運転支援装置２０１は、専用のハードウェア装置のほか、一般的なコンピュータ装置等によっても構成することができる。一般的なコンピュータ装置を用いた場合、上記各部の処理機能は、このコンピュータ装置に備わるＣＰＵ、表示装置、記憶装置、この記憶装置に格納されＣＰＵにより実行される制御プログラム、および入出力インタフェースによる機能として実現される。

運転支援装置２０１は、上記列車ダイヤ情報受信部３０および速度位置情報受信部４０を有しているので、運転支援装置２０１の運転曲線作成装置１００は、時々刻々における列車の実際の運転状況と、列車ダイヤ情報とに基づいた運転曲線の作成を行うことができる。従って、予め作成された運転曲線と、実際の運転状況にずれが生じてしまった場合でも、列車ダイヤを守りつつ消費電力量を低減することができる運転曲線を、車上でリアルタイムに演算し作成することができる。さらに、リアルタイムに作成した運転曲線に基づく運転支援情報を運転支援情報表示部２１の画面に表示し、運転士が表示された運転支援情報に基づいて力行ハンドル５１０およびブレーキハンドル５２０を操作することにより駆動制動制御装置５００を制御して列車の運転を行うことで、列車ダイヤを遵守しつつ消費電力量を低減できる運転を実現することができる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態について、図９を参照して説明する。本実施形態は、運転曲線作成装置１００を含む運転制御装置２０２を車上に設置し、この運転制御装置２０２が、時々刻々の運転状況に応じて運転曲線を作成することで、実走行が元の作成済みの運転曲線に従った走行からずれてしまった場合でも、列車ダイヤを遵守しつつ消費エネルギーを低減することができる自動走行を実現するためのものである。

運転制御装置２０２は、運転曲線作成装置１００、運転制御情報作成部１２、自動制御部２２、列車ダイヤ情報受信部３０、速度位置情報受信部４０で構成される。本実施形態において、運転曲線作成装置１００の構成と動作は、第１の実施形態と同様であり、列車ダイヤ情報受信部３０、および速度位置情報受信部４０の構成と動作は、第２の実施形態と同様である。本実施形態は、第２の実施形態の運転支援装置２０１に対し、運転支援情報作成部１１および運転支援情報表示部２１の代わりに、運転制御情報作成部１２および自動制御部２２を設けた点を特徴としている。以下において、前述の諸実施形態と共通する部分については、その説明を省略する。

運転制御情報作成部１２は、運転曲線作成装置１００で作成した運転曲線に基づいた、現時点での制御指令（力行ノッチ、ブレーキノッチ）を決定し、決定した制御指令からなる運転制御情報を作成し自動制御部２２に出力する。なお、運転制御情報の作成は、運転制御情報作成部１２が、走行シミュレーション実行部６で算出した、惰行しない区間の力行指令またはブレーキ指令の指令値を取得するようにして、この指令値に基づいて作成するようにしてもよい。

自動制御部２２は、運転制御情報作成部１２で作成された運転制御情報に従い、随時制御指令を当該列車の駆動制動制御装置５００に送信することで、自動制御を行う。駆動制動制御装置５００は、自動制御部２２からの制御指令に従い、当該列車の駆動制動装置（図示せず）を制御する。これにより、当該列車の走行が自動制御されることとなる。また、当該列車にＡＴＯ（Automatic Train Operation）を運転制御装置２０２とは別に備える場合、運転曲線作成装置１００で作成した運転曲線をＡＴＯに通知し、このＡＴＯ側で駆動制動制御装置５００に対する制御指令を決定するようにしてもよい。この場合、運転制御情報作成部１２および自動制御部２２を省略することができる。

なお、運転制御装置２０２は、専用のハードウェア装置のほか、一般的なコンピュータ装置等によっても構成することができる。一般的なコンピュータ装置を用いた場合、上記各部の処理機能は、このコンピュータ装置に備わるＣＰＵ、記憶装置、この記憶装置に格納されＣＰＵにより実行される制御プログラム、および入出力インタフェースによる機能として実現される。

本実施形態では、運転制御情報作成部１２および自動制御部２２により運転曲線作成装置１００で作成した走行計画に基づく制御指令を直接駆動制動制御装置５００に送信して列車の走行を自動制御するため、運転士による操作の遅れや操作ミスの影響が小さくなるとともに、列車ダイヤを遵守しつつ消費電力量を低減できる運転を、自動で、かつ容易に実現することができる。

以上説明したとおり、第１から第３の実施形態で説明した運転曲線作成装置、運転支援装置および運転制御装置によれば、列車ダイヤで規定される所定区間の所定の時間での走行を遵守しつつ、走行にかかる消費エネルギーを低減することができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 運転曲線作成管理部
２ 走行区間条件設定部
３ 制限速度情報設定部
４ 逆行カーブ作成部
５ 運転曲線パラメータ設定部
６ 走行シミュレーション実行部
７ 走行シミュレーション結果判定部
８ 運転曲線データ出力部
９ 車両性能・路線情報データベース
１０ 運転曲線作成用テンポラリーデータ
１１ 運転支援情報作成部
１２ 運転制御情報作成部
２１ 運転支援情報表示部
２２ 自動制御部
３０ 列車ダイヤ情報受信部
４０ 速度位置情報受信部
１００ 運転曲線作成装置
２０１ 運転支援装置
２０２ 運転制御装置
３００ モニタ装置
４００ 速度位置演算装置
５００ 駆動制動制御装置
５１０ 力行ハンドル
５２０ ブレーキハンドル

Claims (6)

1. 制限速度情報、車両性能情報、および路線情報を記憶する記憶部と、
   設定された走行区間の出発点と到着点に基づき、この走行区間に含まれる制限速度が変化する位置で区切られた少なくとも１つの制限速度区間を前記記憶部から取得する制限速度設定手段と、
   前記制限速度区間の終端位置と、この制限速度区間の制限速度に応じた上限速度に基づいて基点を定め、この基点から前記記憶部に記憶された車両性能情報と路線情報を利用して逆行惰行カーブを作成する逆行惰行カーブ作成手段と、
   前記逆行惰行カーブ作成手段が作成した逆行惰行カーブに基づいて惰行の開始位置を決定するパラメータ設定手段と、
   前記設定された走行区間、この走行区間の制限速度情報、前記作成された逆行惰行カーブ、前記設定された惰行の開始位置、および前記記憶部に記憶されている車両性能情報と路線情報とを用いて走行シミュレーションを行い、運転曲線を作成するシミュレーション手段と
   を備え、
   前記逆行惰行カーブ作成手段は、前記基点から前記出発点に向けて惰行させた場合に前記上限速度に満たない範囲を惰行範囲、そして前記上限速度以上となる範囲を前記上限速度に設定することを特徴とする運転曲線作成装置。
2. 前記逆行惰行カーブ作成手段は、前記基点から前記出発点に向け、前記記憶部に記憶された車両性能情報と路線情報を利用して複数の位置における速度を順次演算し、各演算の結果、求めた速度が前記上限速度以上となるごとに、前記所定の位置における速度を前記上限速度に設定することを特徴とする請求項１に記載の運転曲線作成装置。
3. 前記パラメータ設定手段は、前記出発点から前記到着点に前記逆行惰行カーブをたどった際に、前記上限速度に設定された範囲から前記惰行範囲に変化する位置を惰行の開始位置として設定することを特徴する請求項１に記載の運転曲線作成装置。
4. 現在の速度位置情報を受信する速度位置情報受信部と、
   制限速度情報、車両性能情報、および路線情報を記憶する記憶部と、
   前記速度位置情報受信部から得られる現在位置を出発点とし設定された走行区間の出発点と到着点に基づき、この走行区間に含まれる制限速度が変化する位置で区切られた少なくとも１つの制限速度区間を前記記憶部から取得する制限速度設定手段と、
   前記制限速度区間の終端位置と、この制限速度区間の制限速度に応じた上限速度に基づいて基点を定め、この基点から前記記憶部に記憶された車両性能情報と路線情報を利用して逆行惰行カーブを作成する逆行惰行カーブ作成手段と、
   前記逆行惰行カーブ作成手段が作成した逆行惰行カーブに基づいて惰行の開始位置を決定するパラメータ設定手段と、
   前記設定された走行区間、この走行区間の制限速度情報、前記速度位置情報受信部から得られる現在速度、前記作成された逆行惰行カーブ、前記設定された惰行の開始位置、および前記記憶部に記憶されている車両性能情報と路線情報とを用いて走行シミュレーションを行い、運転曲線を作成するシミュレーション手段と、
   前記シミュレーション手段で作成された運転曲線から目標速度を抽出し、該目標速度または該目標速度を達成するための目標操作情報を作成する運転支援情報作成手段と、
   前記運転支援情報作成手段で作成された前記目標速度または該目標速度を達成するための目標操作情報を運転士に提示する運転支援情報表示手段と
   を備え、
   前記逆行惰行カーブ作成手段は、前記基点から前記出発点に向けて惰行させた場合に前記上限速度に満たない範囲を惰行範囲、そして前記上限速度以上となる範囲を前記上限速度に設定することを特徴とする運転支援装置。
5. 現在の速度位置情報を受信する速度位置情報受信部と、
   制限速度情報、車両性能情報、および路線情報を記憶する記憶部と、
   前記速度位置情報受信部から得られる現在位置を出発点とし設定された走行区間の出発点と到着点に基づき、この走行区間に含まれる制限速度が変化する位置で区切られた少なくとも１つの制限速度区間を前記記憶部から取得する制限速度設定手段と、
   前記制限速度区間の終端位置と、この制限速度区間の制限速度に応じた上限速度に基づいて基点を定め、この基点から前記記憶部に記憶された車両性能情報と路線情報を利用して逆行惰行カーブを作成する逆行惰行カーブ作成手段と、
   前記逆行惰行カーブ作成手段が作成した逆行惰行カーブに基づいて惰行の開始位置を決定するパラメータ設定手段と、
   前記設定された走行区間、この走行区間の制限速度情報、前記速度位置情報受信部から得られる現在速度、前記作成された逆行惰行カーブ、前記設定された惰行の開始位置、および前記記憶部に記憶されている車両性能情報と路線情報とを用いて走行シミュレーションを行い、運転曲線を作成するシミュレーション手段と、
   前記シミュレーション手段で作成された運転曲線から目標速度を抽出し、該目標速度を達成するための運転制御情報を作成する運転制御情報作成手段と、
   前記運転制御情報作成手段で作成された運転制御情報に基づき、車両の駆動・制動装置を制御する制御手段と
   を備え、
   前記逆行惰行カーブ作成手段は、前記基点から前記出発点に向けて惰行させた場合に前記上限速度に満たない範囲を惰行範囲、そして前記上限速度以上となる範囲を前記上限速度に設定することを特徴とする運転制御装置。
6. 設定された走行区間の出発点と到着点に基づき、この走行区間に含まれる制限速度が変化する位置で区切られた少なくとも１つの制限速度区間を記憶部から取得し、
   前記制限速度区間の終端位置と、この制限速度区間の制限速度に応じた上限速度に基づいて基点を定め、この基点から前記記憶部に記憶された車両性能情報と路線情報を利用して逆行惰行カーブを作成するとともに、前記基点から前記出発点に向けて惰行させた場合に前記上限速度に満たない範囲を惰行範囲、そして前記上限速度以上となる範囲を前記上限速度に設定し、
   前記作成された逆行惰行カーブに基づいて惰行の開始位置を決定し、
   前記設定された走行区間、この走行区間の制限速度情報、前記作成された逆行惰行カーブ、前記設定された惰行の開始位置、および前記記憶部に記憶されている車両性能情報と路線情報とを用いて走行シミュレーションを行って運転曲線を作成する
   ことを特徴とする運転曲線作成方法。

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