JP2016019411A - 自動列車運転装置及び自動列車運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】追従性の悪化を防止して、停止位置精度及び乗り心地を向上し得る自動列車運転装置を提供する。【解決手段】自列車の速度と、自列車の走行を制御するための制動指令とに基づいて、車両特性を学習する車両特性学習部５０５を備えた自動列車運転装置５０１において、車両特性学習部５０５は、車両特性を推定する車両特性推定部５０７と、車両特性を制動指令に反映させるか否かを判定する車両特性反映可否判定部５０８と、車両特性を新たに算出予定の制動指令に反映させる車両特性反映部５０９とを備える。車両特性反映部５０９は、車両特性反映可否判定部５０８により反映可と判定された場合に限って、車両特性推定部５０７により推定された車両特性を新たに算出予定の制動指令に反映させる。【選択図】図５

Description

本発明は、自動列車運転装置及び自動列車運転方法に関し、特に走行実績から学習した車両特性を活用して、列車の走行を制御する自動列車運転装置及び自動列車運転方法に適用して好適なものである。

近年、列車運行ダイヤの過密化やホームドアの整備充実化等を背景に乗務員の負担低減や人件費の削減を目的として自動列車運転（ATO：Automatic Train Control）装置の導入が進められている。ＡＴＯ装置のなかでも特に、ホームドア位置に車両ドア位置を正確に合わせて列車を停止させる列車定位置停止制御（TASC：Train Automatic Stop Control）装置は、既設路線駅にホームドア導入が進むに伴い多くの路線で盛んに導入されている。

特許文献１には、ＡＴＯ装置に関する技術が開示されている。具体的には、列車走行時に取得したデータをオンライン処理し、オンライン処理したデータ及び事前に取得したデータに基づいて、列車走行時の制御パラメータ、列車特性及び路線特性を列車走行時に自動学習し、自動学習した列車特性及び路線特性を用いて列車の自動運転を行う自動列車運転装置が開示されている。

また営業前の試験走行結果を用いて列車特性を推定し、推定結果が実際には起こり得ない特性値である場合又は実際に起こり得る限界の特性値を外れている場合、推定結果を限界の特性値内に補正する技術が開示されている。

この特許文献１によれば、走行中にオンラインで列車特性及び路線特性を自動学習することが可能であり、自動学習した結果を用いて列車の自動運転を行うことができるとしている。また列車特性の推定結果について補正を行うことにより、万が一でもあり得ない推定結果を得た場合にこの不適切な推定結果を制御に用いることを未然に回避することができるとしている。

特許第３９４０６４９号公報

しかし特許文献１に記載の技術では、営業前の試験走行結果を用いて列車特性を推定するとしているが、営業前の試験走行（或いは営業後の走行）が空転又は滑走などの外乱事象を含む場合、この外乱事象を含む走行結果を用いて列車特性を推定すると、推定結果が明らかに異常と判断することができない場合がある。

推定結果が明らかに異常と判断することができないと、不適切な推定結果を制御に用いてしまう場合がある。この場合、実際の車両速度を予め定められた目標速度に適切に追従させる追従性が悪化し、停止位置精度及び乗り心地が悪化するという問題が生じる。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、追従性の悪化を防止して、停止位置精度及び乗り心地を向上し得る自動列車運転装置を提案するものである。

かかる課題を解決するために、本発明においては、自列車の速度と、自列車の走行を制御するための制動指令とに基づいて、車両特性を学習する車両特性学習部を備えた自動列車運転装置において、車両特性学習部は、車両特性を推定する車両特性推定部と、車両特性を制動指令に反映させるか否かを判定する車両特性反映可否判定部と、車両特性を新たに算出予定の制動指令に反映させる車両特性反映部とを備え、車両特性反映部は、車両特性反映可否判定部により反映可と判定された場合に限って、車両特性推定部により推定された車両特性を新たに算出予定の制動指令に反映させることを特徴とする。

またかかる課題を解決するために、本発明においては、自列車の速度と、自列車の走行を制御するための制動指令とに基づいて、車両特性を学習する車両特性学習部を備えた自動列車運転装置の自動列車運転方法において、車両特性学習部が、車両特性を推定する第１のステップと、車両特性を制動指令に反映させるか否かを判定する第２のステップと、車両特性を新たに算出予定の制動指令に反映させる第３のステップとを備え、第３のステップにおいては、第２のステップにおいて反映可と判定された場合に限って、第１のステップにおいて推定された車両特性を新たに算出予定の制動指令に反映させることを特徴とする。

本発明によれば、追従性の悪化を防止して、停止位置精度及び乗り心地を向上することができる。

列車定位置停止制御装置の機能構成図である。 車両速度、指令減速度及び発生減速度と、経過時間との関係図である。 車両特性学習機能を備えた列車定位置停止装置の機能構成図である。 滑走及び再粘着が発生した場合の車両速度と経過時間との関係図である。 指令減速度及び発生減速度と、経過時間との関係図である。 第１の実施の形態における自動列車運転装置の機能構成図である。 残留偏差を説明する説明図である。 車両速度、指令減速度及び発生減速度と、経過時間との関係図である。 車両速度、指令減速度及び発生減速度と、経過時間との関係図である。 第１の実施の形態の調整パラメータ更新処理を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における自動列車運転装置の機能構成図である。 滑走発生時の車両速度と経過時間との関係図である。 滑走発生時の発生減速度波形に表れる特徴を示す図である。 小刻みにブレーキ指令をＯＮ／ＯＦＦした場合の減速度波形を示す図である。 第２の実施の形態の調整パラメータ更新処理を示すフローチャートである。 第３の実施の形態における自動列車運転装置の機能構成図である。 第３の実施の形態の調整パラメータ更新処理を示すフローチャートである。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。なお図１〜図４は、一般的な自動列車運転装置（ＡＴＯ装置）に含まれる列車定位置停止制御装置（ＴＡＳＣ装置）の構成及び課題について説明する説明図であり、図５〜図１４は、本実施の形態における自動列車運転装置（特に列車定位置停止制御装置）の構成について説明する説明図である。

また図１〜図１４に図示されている各部は、プロセッサ、記憶媒体又はプログラムの何れか又は組み合わせて構成される機器である。例えばプロセッサは、記憶媒体に記憶されているプログラムを読みだして各種機能を実現する。

（１）列車定位置停止制御装置の概要
図１は、列車定位置停止制御装置（ＴＡＳＣ装置）の機能構成を示す。ＴＡＳＣ装置は、速度位置検出部により、車輪軸に設置された速度発電機から速度信号を検出し、また地上子と通信する車上子から位置情報を検出する。またＴＡＳＣ装置は、制御指令算出部により、取得した速度信号と位置情報とに基づいて制動指令を算出し、算出した制動指令を車両情報制御装置に出力する。

ＴＡＳＣ装置の機能は、上記の通り大きく２つある。すなわち速度信号及び位置情報を検出する速度位置検出機能及び制動指令を算出する制御指令算出機能である。このうち制御指令算出機能を有する制御指令算出部は、さらに計画機能を有する計画部及び追従機能を有する追従部から構成される。

計画機能とは、予め保持する駅停止位置までの制動速度に対し、現在の車両位置を照らし合わせて目標速度を算出する機能である。また追従機能とは、目標速度と現在の車両速度との速度偏差を入力し、出力すべき制動力を算出する機能である。ＴＡＳＣ装置は、この算出した制動力を制動指令に含めて車両情報制御装置に出力する。

なお制動指令にはブレーキノッチ指令及びトルク指令等がある。車両情報制御装置は、車上の情報伝送を管理する装置であり、ＴＡＳＣ装置からの制動指令を入力すると、入力した制動指令を制駆動制御装置に出力する。制駆動制御装置は、入力した制動指令に基づいて、列車の走行を制御する。

ところで通常、ＴＡＳＣ装置から制動指令が出力された時間と、制動指令に基づく動作が列車に実際に反映される時間との間には、多少のずれが生じる。またＴＡＳＣ装置からの制動指令に含まれる制動力と、列車に実際に働く制動力との間についても多少のずれが生じることが知られている。

図２は、車両速度、指令減速度及び発生減速度と、経過時間との関係を示す。車両速度は点線で示し、指令減速度は実線で示し、発生減速度は一点鎖線で示す。図２に示すように、減速を指示する制動指令がＴＡＳＣ装置から出力された時間と、この制動指令に含まれる指令減速度が列車に実際に反映される時間との間には多少のずれが生じている。これを無駄時間と呼ぶ。

また指令減速度と列車に実際に働く発生減速度との間についても多少のずれが生じている。これを減速度偏差と呼ぶ。これら無駄時間及び減速度偏差が大きいほど、目標速度に追従する追従性が悪化する。よってＴＡＳＣ装置の導入に際しては、作業員による諸パラメータの調整作業を十分に行い、これら無駄時間及び減速度偏差による停止位置精度への悪影響をできるだけ低減する必要がある。

一方で作業員による調整作業の工数の低減を図るべく、近年では列車が実際に走行した際に得られる走行実績に基づいて、車両特性（無駄時間及び減速度偏差）を自動学習して制御に反映する機能の開発が進められている。この機能を車両特性学習機能と呼ぶ。

図３は、車両特性学習部を備えたＴＡＳＣ装置の機能構成を示す。車両特性学習部は、制動指令及び現在速度を入力して減速度に関する無駄時間及び減速度偏差を推定し、車両特性値を含む調整パラメータを制御指令算出部に出力する機能である。

制御指令算出部は、車両の位置と速度に関して、無駄時間後の予測位置及び予測速度を算出し、無駄時間分の遅れを考慮して予測制御を行う。また減速度偏差を考慮して制動力の指令値を補正する。

ここで車両特性の推定に際しては、図２に示したように指令減速度の波形と発生減速度の波形とがおよそ相似形であり、時間軸方向及び減速度軸方向に平行移動することで両波形を重ね合わせることができる。この場合、無駄時間及び減速度偏差の値を適切に推定することができる。

しかし空転又は滑走などの外乱事象を含む走行実績に基づいて車両特性を推定しようとすると、列車の走行を制御する際に用いる調整パラメータを適切に設定することができない。この場合、目標速度の追従性が悪化し、停止位置精度及び乗り心地が低下する。

図４Ａは、滑走及び再粘着が発生した場合の車両速度と経過時間との関係を示す。また図４Ｂは、滑走及び再粘着が発生した場合の指令減速度及び発生減速度と、経過時間との関係を示す。車両速度は点線で示し、指令減速度は実線で示し、発生減速度は一点鎖線で示す。

図４Ａ及び図４Ｂに示すように、制動中に滑走及び再粘着が発生した場合、一定の指令減速度が出力されているにもかかわらず、滑走と再粘着の繰り返しによって車両速度に乱れが生じ、車両速度から算出される発生減速度の波形が大きく波打っている。この場合、指令減速度の波形と、発生減速度の波形とを比較して車両特性を適切に推定することは困難である。

（２）第１の実施の形態
第１の実施の形態では、指令減速度波形と発生減速度波形とを比較して残留偏差を算出し、外乱事象が発生して残留偏差が所定の閾値以上となる場合には列車の走行を制御する際に用いる調整パラメータの値を更新せず、残留偏差が所定の閾値よりも小さい場合に限って、調整パラメータの値を更新する自動列車運転装置（ＡＴＯ装置）について説明する。

（２−１）自動列車運転装置の構成
図５は、第１の実施の形態における自動列車運転装置５０１の機能構成を示す。自動列車運転装置５０１は、制動指令を算出し、算出した制動指令を制駆動制御装置５０２を介してアクチュエータ５０３に出力することにより列車の走行を制御する。

自動列車運転装置５０１は、速度位置検出部５０４により自列車の位置及び速度を取得し、車両特性学習部５０５により車両特性値を取得する。そして自動列車運転装置５０１は、制御指令算出部５０６により速度位置検出部５０４からの位置及び速度と、車両特性学習部５０５からの車両特性値とを入力して、制動指令を算出する。

なお速度位置検出部５０４による自列車の速度の検出方法には、例えば車輪軸に設置された速度発電機からの速度信号を用いて車軸の回転速度に車輪円周長を乗算して検出する方法やドップラーレーダーを用いて地上との速度差を測定する方法等がある。

次いで車両特性学習部５０５について説明すると、車両特性学習部５０５は、車両特性推定部５０７、車両特性反映可否判定部５０８及び車両特性反映部５０９から構成される。

車両特性推定部５０７は、速度位置検出部５０４からの自列車の位置及び速度と、制御指令算出部５０６からの自列車の制動指令とを入力して、自列車の車両特性を推定する。

車両特性反映可否判定部５０８は、車両特性推定部５０７により推定された車両特性及び推定過程で使用された減速度波形に基づいて、車両特性推定部５０７により推定された車両特性を列車の走行を制御する際に用いる調整パラメータに反映するか否かを判断し、反映する場合には車両特性を車両特性反映部５０９に出力する。

車両特性反映部５０９は、車両特性反映可否判定部５０８により反映可と判断された車両特性値を蓄積及び統計処理し、制御指令算出部５０６に出力する。

次いで車両特性推定部５０７の詳細について説明する。車両特性推定部５０７は、走行実績データ蓄積部５１０、指令減速度波形算出部５１１、発生減速度波形算出部５１２及び波形シフト量算出部５１３から構成される。

走行実績データ蓄積部５１０は、速度位置検出部５０４からの自列車の位置及び速度と、制御指令算出部５０６からの自列車の制動指令とを走行実績を示すデータとして蓄積する。

指令減速度波形算出部５１１は、走行実績データ蓄積部５１０により蓄積される制動指令に基づいて、制動時に指令された減速度の時系列データ（指令減速度波形）を算出する。また発生減速度波形算出部５１２は、走行実績データ蓄積部５１０により蓄積される位置及び速度に基づいて、制動時に発生した減速度の時系列データ（発生減速度波形）を算出する。

なお制動時に発生した減速度の波形を算出する過程において、自列車の位置データを用いて図示しない路線勾配情報を参照することにより、発生減速度に対する勾配抵抗の影響を除去し、列車に実際に発生した減速度をより正確に算出することができる。

波形シフト量算出部５１３は、指令減速度波形算出部５１１により算出された指令減速度波形と、発生減速度波形算出部５１２により算出された発生減速度波形とを入力する。

そして波形シフト量算出部５１３は、両波形が時間軸方向及び減速度軸方向にどれだけシフトしているか（差分）を示す波形シフト量を算出する。この波形シフト量が車両特性推定部５０７により推定される車両特性値である。

次いで車両特性反映可否判定部５０８の詳細について説明する。車両特性反映可否判定部５０８は、残留偏差算出部５１４及び残留偏差閾値判定部５１５から構成される。

残留偏差算出部５１４は、指令減速度波形と、発生減速度波形と、波形シフト量算出部５１３で算出された波形シフト量とを入力して、残留偏差を算出する。

図６は、残留偏差を説明する説明図を示す。残留偏差とは、指令減速度波形と、発生減速度波形を波形シフト量だけシフトさせた後の波形（補正後の発生減速度波形）との間に残った減速度方向の偏差に関し、その絶対値の時間当たり平均であり、指令減速度波形と発生減速度波形の形状差を表現する定量値である。

図７Ａは、残留偏差が小さい場合の車両速度、指令減速度及び発生減速度と、経過時間との関係を示す。減速中の指令減速度波形の形状及び発生減速度波形の形状がよく一致しており、この場合、両波形を重ね合わせるための波形シフト量に基づいて、車両特性を適切に推定することができる。

図７Ｂは、残留偏差が大きい場合の車両速度、指令減速度及び発生減速度と経過時間との関係を示す。指令減速度波形の形状及び発生減速度波形の形状が大きく異なっており、この場合、両者を重ね合わせるための波形シフト量に基づいて、車両特性を適切に推定することができない。

なお図７Ｂに示す指令減速度波形は、自動列車運転装置５０１による減速中に、手動でステップ状の大きなノッチ変化指令が加えられた波形である。発生減速度波形においては一次遅れや振動の要素が指令減速度に応答して形成されていることが示されている。他に残留偏差が大きくなる場合の例として、電気ブレーキを用いた減速中に回生失効が生じた場合が挙げられる。

回生失効が生じると、電気ブレーキよりも効きが良い空気ブレーキの負担割合が増加するため、一定の制動指令を保っていても、すなわち指令減速度が一定であっても、発生減速度が途中から増大することになる。その結果、指令減速度波形と発生減速度波形には形状の差異が生じ、残留偏差が大きくなる。

残留偏差算出部５１４により算出された残留偏差は、残留偏差閾値判定部５１５に出力される。残留偏差閾値判定部５１５は、入力した残留偏差が所定の残留偏差閾値よりも小さいか否かを判定する。残留偏差が残留偏差閾値よりも小さい場合、残留偏差閾値判定部５１５は、波形シフト量算出部５１３により算出された波形シフト量を車両特性反映部５０９に出力する。

次いで車両特性反映部５０９の詳細について説明する。車両特性反映部５０９は、車両特性データ蓄積部５１６及び車両特性統計処理部５１７から構成される。車両特性データ蓄積部５１６は、車両特性反映可否判定部５０８からの波形シフト量を車両特性値としてデータベースに蓄積する。

車両特性統計処理部５１７は、車両特性データ蓄積部５１６に蓄積されている車両特性値の集合を参照し、統計処理を行うことにより車両特性値の集合のなかから代表値を決定し、制御指令算出部５０６において保持されている調整パラメータを代表値で更新する。

制御指令算出部５０６は、更新後の調整パラメータを用いて制動指令を算出し、算出した制動指令を制駆動制御装置５０２を介してアクチュエータ５０３に出力することにより列車の走行を制御することになる。

（２−２）フローチャート
図８は、車両特性学習部５０５により実行される調整パラメータ更新処理の処理手順を示す。まず車両特性推定部５０７は、速度位置検出部５０４により検出された自列車の位置を取得し、自列車がＴＡＳＣ制御開始点（着駅の所定距離手前）に到達しているか否かを判断する（ＳＰ１）。

車両特性推定部５０７は、ステップＳＰ１の判断で否定結果を得ると、速度位置検出部５０４により検出される自列車の位置を一定周期ごとに継続して取得するとともに、ステップＳＰ１における判断を繰り返す。

これに対し、車両特性推定部５０７は、ステップＳＰ１の判断で肯定結果を得ると、これ以降の自列車の位置及び速度と、制動指令とを走行実績データとして走行実績データ蓄積部５１０に蓄積する（ＳＰ２）。

次いで車両特性推定部５０７は、ＴＡＳＣ制御が終了したか否かを判断する（ＳＰ３）。車両特性推定部５０７は、ステップＳＰ３の判断で否定結果を得ると、走行実績データを一定周期ごとに継続して走行実績データ蓄積部５１０に蓄積する。

これに対し、車両特性推定部５０７は、ステップＳＰ３の判断で肯定結果を得ると、走行実績データ蓄積部５１０により蓄積した走行実績データに基づいて、指令減速度波形算出部５１１により指令減速度波形を算出し、発生減速度波形算出部５１２により発生減速度波形を算出する（ＳＰ４）。

次いで車両特性推定部５０７は、波形シフト量算出部５１３により、発生減速度波形を指令減速度波形に近づけるように時間軸方向及び減速度軸方向に所定量だけシフトさせて補正する。そしてこのときシフトさせた量を波形シフト量として算出し（ＳＰ５）、算出した波形シフト量を車両特性反映可否判定部５０８に出力する。

車両特性反映可否判定部５０８は、車両特性推定部５０７からの波形シフト量を入力すると、残留偏差算出部５１４により、指令減速度波形と、補正後の発生減速度波形と、波形シフト量とに基づいて、残留偏差を算出する（ＳＰ６）。

次いで車両特性反映可否判定部５０８は、残留偏差閾値判定部５１５により、ステップＳＰ６において算出された残留偏差が所定の閾値よりも小さいか否かを判断する（ＳＰ７）。

車両特性反映可否判定部５０８は、ステップＳＰ７の判断で否定結果を得ると、本処理を終了する。これに対し、車両特性反映可否判定部５０８は、ステップＳＰ７の判断で肯定結果を得ると、車両特性推定部５０７により算出された波形シフト量を車両特性反映部５０９に出力する。

車両特性反映部５０９は、車両特性反映可否判定部５０８からの波形シフト量を入力すると、波形シフト量を車両特性データとして車両特性データ蓄積部５１６に蓄積する（ＳＰ８）。

次いで車両特性反映部５０９は、車両特性統計処理部５１７により、車両特性データ蓄積部５１６に蓄積されている車両特性データの集合を母集団とした車両特性データ統計処理を行う（ＳＰ９）。なお車両特性データ統計処理の例として最頻値処理が挙げられるが、統計処理の内容は代表値を決定するものであれば他の処理内容でもよい。

そして最後に車両特性反映部５０９は、車両特性データ統計処理により決定した代表値を制御指令算出部５０６に反映させて、制御指令算出部５０６内の調整パラメータの値を更新することにより（ＳＰ１０）、本処理を終了する。

（２−３）第１の実施の形態による効果
以上のように第１の実施の形態によれば、指令減速度波形と発生減速度波形とを比較して残留偏差を算出し、外乱事象が発生して残留偏差が所定の閾値以上となる場合には調整パラメータの値を更新せず、残留偏差が所定の閾値よりも小さい場合に限って、調整パラメータの値を更新するようにしたので、適切な調整パラメータに基づいて列車の走行を制御することができる。よって目標速度に対する追従性の悪化を防止して、停止位置精度及び乗り心地を向上させることができる。

（３）第２の実施の形態
第２の実施の形態では、発生減速度波形に存在する特徴量を算出し、外乱事象が発生して特徴量が所定の閾値以上となる場合には調整パラメータの値を更新せず、特徴量が所定の閾値よりも小さい場合に限って、調整パラメータの値を更新する他の自動列車運転装置（ＡＴＯ装置）について説明する。なお第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

（３−１）自動列車運転装置の構成
図９は、第２の実施の形態における自動列車運転装置５０１Ａの機能構成を示す。車両特性学習部５０５Ａは、車両特性推定部５０７、車両特性反映可否判定部５０８Ａ及び車両特性反映部５０９から構成される。ここでは車両特性推定部５０７及び車両特性反映部５０９についての説明は省略し、車両特性反映可否判定部５０８Ａについて説明する。

車両特性反映可否判定部５０８Ａは、車両特性推定部５０７により算出される発生減速度波形に基づいて、車両特性推定部５０７により推定された車両特性を制御指令算出部５０６に反映するか否かを判断し、反映する場合には車両特性を車両特性反映部５０９に出力する。

次いで車両特性反映可否判定部５０８Ａの詳細について説明する。車両特性反映可否判定部５０８Ａは、発生減速度波形特徴量算出部５１４Ａ及び波形特徴量閾値判定部５１５Ａから構成される。

発生減速度波形特徴量算出部５１４Ａは、発生減速度波形算出部５１２により算出された発生減速度波形を入力して、発生減速度波形に存在する特徴量を算出する。

図１０及び図１１は、特徴量を説明する説明図である。具体的に図１０Ａは、滑走発生時の車両速度と経過時間との関係を示す図であり、図１０Ｂは、滑走発生時の発生減速度波形と経過時間との関係を示す図である。また図１１は、小刻みにブレーキ指令をＯＮ／ＯＦＦした場合の減速度波形を示す図である。

発生減速度波形に存在する特徴量の例としては「発生減速度が正の区間に挟まれた、発生減速度が零又は負の値となる瞬間」の数が挙げられる。このような現象は、制動中の滑走や細かなブレーキノッチのＯＮ／ＯＦＦ時に発生する。

制動中に滑走が生じる場合又は細かなブレーキノッチのＯＮ／ＯＦＦがある場合、指令減速度波形と発生減速度波形との形状には乖離があり、時間軸方向及び減速度軸方向に発生減速度波形をシフトさせても、大きな残留偏差が残る。よって車両特性値を適切に推定することができない。

発生減速度波形特徴量算出部５１４Ａにより算出された特徴量は、波形特徴量閾値判定部５１５Ａに出力される。波形特徴量閾値判定部５１５Ａは、入力した特徴量が所定の閾値よりも小さいか否かを判定する。

特徴量が所定の閾値よりも小さい場合、波形特徴量閾値判定部５１５Ａは、波形シフト量算出部５１３により算出された波形シフト量を車両特性反映部５０９に出力する。

（３−２）フローチャート
図１２は、車両特性学習部５０５Ａにより実行される調整パラメータ更新処理の処理手順を示す。ステップＳＰ１１〜ＳＰ１５の処理は、第１の実施の形態における調整パラメータ更新処理（図８：ＳＰ１〜ＳＰ５）と同様であるためここでの説明は省略する。

ステップＳＰ１６において車両特性反映可否判定部５０８Ａは、車両特性推定部５０７により算出された発生減速度波形を入力し、発生減速度波形特徴量算出部５１４Ａにより、入力した発生減速度波形に存在する特徴量を算出する（ＳＰ１６）。

次いで車両特性反映可否判定部５０８Ａは、波形特徴量閾値判定部５１５Ａにより、ステップＳＰ１６において算出された特徴量が所定の閾値よりも小さいか否かを判断する（ＳＰ１７）。

ステップＳＰ１７の判断で否定結果を得ると、車両特性反映可否判定部５０８Ａは本処理を終了する。これに対し、車両特性反映可否判定部５０８Ａは、ステップＳＰ７の判断で肯定結果を得ると、車両特性推定部５０７により算出された波形シフト量を車両特性反映部５０９に出力する。

以降のステップＳＰ１８〜ＳＰ２０は、第１の実施の形態における調整パラメータ更新処理（図８：ＳＰ８〜ＳＰ１０）と同様であるためここでの説明は省略する。

（３−３）第２の実施の形態による効果
以上のように第２の実施の形態によれば、発生減速度波形に存在する特徴量を算出し、外乱事象が発生して特徴量が所定の閾値以上となる場合には調整パラメータの値を更新せず、特徴量が所定の閾値よりも小さい場合に限って、調整パラメータの値を更新するようにしたので、適切な調整パラメータに基づいて列車の走行を制御することができる。よって目標速度に対する追従性の悪化を防止して、停止位置精度及び乗り心地を向上させることができる。

（４）第３の実施の形態
第３の実施の形態では、指令減速度波形に存在する特徴量を算出し、外乱事象が発生して特徴量が所定の閾値以上となる場合には調整パラメータの値を更新せず、特徴量が所定の閾値よりも小さい場合に限って、調整パラメータの値を更新する他の自動列車運転装置（ＡＴＯ装置）について説明する。なお第１の実施の形態と同一の構成については同一の符号を付してその説明を省略する。

（４−１）自動列車運転装置の構成
図１３は、第３の実施の形態における自動列車運転装置５０１Ｂの機能構成を示す。車両特性学習部５０５Ｂは、車両特性推定部５０７、車両特性反映可否判定部５０８Ｂ及び車両特性反映部５０９から構成される。ここでは車両特性推定部５０７及び車両特性反映部５０９についての説明は省略し、車両特性反映可否判定部５０８Ｂについて説明する。

車両特性反映可否判定部５０８Ｂは、車両特性推定部５０７により算出される指令減速度波形に基づいて、車両特性推定部５０７により推定された車両特性を制御指令算出部５０６に反映するか否かを判断し、反映する場合には車両特性を車両特性反映部５０９に出力する。

次いで車両特性反映可否判定部５０８Ｂの詳細について説明する。車両特性反映可否判定部５０８Ｂは、指令減速度波形特徴量算出部５１４Ｂ及び波形特徴量閾値判定部５１５Ｂから構成される。

指令減速度波形特徴量算出部５１４Ｂは、指令減速度波形算出部５１１により算出された指令減速度波形を入力して、指令減速度波形に存在する特徴量を算出する。

指令減速度波形に存在する特徴量の例としては「指令減速度が正の区間に挟まれた、指令減速度が零となる瞬間」の数が挙げられる。このような現象は、細かなブレーキノッチのＯＮ／ＯＦＦ時に発生する（図１１）。

細かなブレーキノッチのＯＮ／ＯＦＦがある場合、指令減速度波形と発生減速度波形との形状には乖離があり、時間軸方向及び減速度軸方向に波形をシフトさせても、大きな残留偏差が残る。よって車両特性値を適切に推定することができない。

指令減速度波形特徴量算出部５１４Ｂにより算出された特徴量は、波形特徴量閾値判定部５１５Ｂに出力される。波形特徴量閾値判定部５１５Ｂは、入力した特徴量が所定の閾値よりも小さいか否かを判定する。

特徴量が所定の閾値よりも小さい場合、波形特徴量閾値判定部５１５Ｂは、波形シフト量算出部５１３により算出された波形シフト量を車両特性反映部５０９に出力する。

（４−２）フローチャート
図１４は、車両特性学習部５０５Ｂにより実行される調整パラメータ更新処理の処理手順を示す。ステップＳＰ２１〜ＳＰ２５の処理は、第１の実施の形態における調整パラメータ更新処理（図８：ＳＰ１〜ＳＰ５）と同様であるためここでの説明は省略する。

ステップＳＰ２６において車両特性反映可否判定部５０８Ｂは、車両特性推定部５０７により算出された指令減速度波形を入力し、指令減速度波形特徴量算出部５１４Ｂにより、入力した指令減速度波形に存在する特徴量を算出する（ＳＰ２６）。

次いで車両特性反映可否判定部５０８Ｂは、波形特徴量閾値判定部５１５Ｂにより、ステップＳＰ２６において算出された特徴量が所定の閾値よりも小さいか否かを判断する（ＳＰ２７）。

ステップＳＰ２７の判断で否定結果を得ると、車両特性反映可否判定部５０８Ｂは本処理を終了する。これに対し、車両特性反映可否判定部５０８Ｂは、ステップＳＰ２７の判断で肯定結果を得ると、車両特性推定部５０７により算出された波形シフト量を車両特性反映部５０９に出力する。

以降のステップＳＰ２８〜ＳＰ３０は、第１の実施の形態における調整パラメータ更新処理（図８：ＳＰ８〜ＳＰ１０）と同様であるためここでの説明は省略する。

（４−３）第３の実施の形態による効果
以上のように第３の実施の形態によれば、指令減速度波形に存在する特徴量を算出し、外乱事象が発生して特徴量が所定の閾値以上となる場合には調整パラメータの値を更新せず、特徴量が所定の閾値よりも小さい場合に限って、調整パラメータの値を更新するようにしたので、適切な調整パラメータに基づいて列車の走行を制御することができる。よって目標速度に対する追従性の悪化を防止して、停止位置精度及び乗り心地を向上させることができる。

（５）他の実施の形態
第１〜第３の実施の形態においては、車両特性の推定精度に基づいて、推定された車両特性を制御に適切に反映させる自動列車運転装置について説明してきたが、適用対象は自動列車運転装置に限らず、例えば運転士や運行事業者に車両の状態を通知する車両状態診断装置に適用するとしてもよい。

この場合、車両特性統計処理部５１７（図５、図９、図１３）から出力される車両特性値は、運転士や運行事業者に対して車上／地上、運行中／運行後を問わず通知される。通知は、例えば画面表示や音声による通知がある。

運転士は、通知された車両状態を踏まえて運転操作を変更することにより、より安定した輸送を実現可能にすることができる。例えば減速度偏差が普段より小さい、すなわち減速度が普段よりも出にくいという車両状態が通知された場合、普段よりも大きなブレーキノッチを使用したり、普段よりも手前からブレーキをかけたりして、駅停止時オーバーランの可能性を減らすことができる。

また運行事業者は、通知された車両状態を踏まえて保守計画を策定することにより、より安定した輸送を実現することができる。例えば減速度偏差が徐々に小さくなってきている、すなわち同じ指令に対して発生減速度が小さくなってきているという車両状態が通知された場合、制輪子の劣化を疑い、車両の保守の時期を早めることで、ブレーキが効かないという不安全事象に至る可能性を減らすことができる。

また路線内の特定の駅間においてのみ減速度偏差が小さくなっている、という車両状態が通知された場合であれば、該当箇所の地上設備に不具合がある可能性を疑い、地上設備の保守又は点検の計画を最適化して、不安全事象に至る可能性を減らすことができる。

５０１、５０１Ａ、５０１Ｂ 自動列車運転装置
５０２ 制駆動制御装置
５０３ アクチュエータ
５０４ 速度位置検出部
５０５、５０５Ａ、５０５Ｂ 車両特性学習部
５０６ 制御指令算出部
５０７ 車両特性推定部
５０８、５０８Ａ、５０８Ｂ 車両特性反映可否判定部
５０９ 車両特性反映部

Claims (8)

1. 自列車の速度と、自列車の走行を制御するための制動指令とに基づいて、車両特性を学習する車両特性学習部を備えた自動列車運転装置において、
   前記車両特性学習部は、
   前記車両特性を推定する車両特性推定部と、
   前記車両特性を制動指令に反映させるか否かを判定する車両特性反映可否判定部と、
   前記車両特性を新たに算出予定の制動指令に反映させる車両特性反映部とを備え、
   前記車両特性反映部は、
   前記車両特性反映可否判定部により反映可と判定された場合に限って、前記車両特性推定部により推定された車両特性を前記新たに算出予定の制動指令に反映させる
   ことを特徴とする自動列車運転装置。
2. 前記車両特性推定部は、
   前記自列車の速度に基づいて、自列車に実際に発生した発生減速度を算出し、一方で前記制動指令に基づいて、自列車に指令された指令減速度を算出し、算出した前記発生減速度と前記指令減速度とを比較して、時間軸方向及び減速度軸方向の差分を前記車両特性として推定し、
   前記車両特性反映可否判定部は、
   前記発生減速度、前記指令減速度及び前記車両特性に基づいて、該車両特性を新たに算出予定の制動指令に反映させるか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動列車運転装置。
3. 前記車両特性反映可否判定部は、
   前記車両特性に基づいて、前記発生減速度を時間軸方向及び減速度軸方向にシフトさせて補正し、補正後の発生減速度と前記指令減速度との間における減速度軸方向の差分を残留偏差として算出し、残留偏差が所定の閾値よりも小さいか否かに基づいて、前記車両特性を新たに算出予定の制動指令に反映させるか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項２に記載の自動列車運転装置。
4. 前記車両特性推定部は、
   前記自列車の速度に基づいて、自列車に実際に発生した発生減速度を算出し、
   前記車両特性反映可否判定部は、
   前記発生減速度に存在する特徴量に基づいて、前記車両特性を新たに算出予定の制動指令に反映させるか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動列車運転装置。
5. 前記車両特性反映可否判定部は、
   前記発生減速度の値が零又は負の値となる瞬間の発生回数を前記特徴量として算出する
   ことを特徴とする請求項４に記載の自動列車運転装置。
6. 前記車両特性推定部は、
   前記制動指令に基づいて、自列車に指令された指令減速度を算出し、
   前記車両特性反映可否判定部は、
   前記指令減速度に存在する特徴量に基づいて、前記車両特性を新たに算出予定の制動指令に反映させるか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動列車運転装置。
7. 前記車両特性反映可否判定部は、
   前記指令減速度の値が零となる瞬間の発生回数を前記特徴量として算出する
   ことを特徴とする請求項６に記載の自動列車運転装置。
8. 自列車の速度と、自列車の走行を制御するための制動指令とに基づいて、車両特性を学習する車両特性学習部を備えた自動列車運転装置の自動列車運転方法において、
   前記車両特性学習部が、
   前記車両特性を推定する第１のステップと、
   前記車両特性を制動指令に反映させるか否かを判定する第２のステップと、
   前記第２のステップにおいて反映可と判定された場合に限って、前記車両特性を新たに算出予定の制動指令に反映させる第３のステップとを備える
   ことを特徴とする自動列車運転方法。

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