JP2017063556A - 走行パタン作成装置及び走行パタン作成装置と自動列車運転装置を備えた自動列車運転システム並びに走行パタン作成装置と運転支援装置を備えた運転支援システム - Google Patents

Abstract

【課題】シミュレーションの前提条件として想定した設計値から実際の走行実績に差異が生じた場合においても、目標走行時分を満たしつつ、消費電力量が小さくなる走行パタンを作成可能な走行パタン作成装置を提案する。
【解決手段】車両の駅間の走行パタンを作成する走行パタン作成装置において、次駅または通過駅または通過地点までの残走行時分を算出する残走行時分算出部と、次駅または通過駅または通過地点までの走行パタンを作成する走行パタン作成部とを備え、前記走行パタン作成部は、現在位置と現在速度における前記残走行時分と前記現在位置と前記現在速度から前記次駅または通過駅または通過地点までの走行パタンを作成することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、走行パタン作成装置及び走行パタン作成装置と自動列車運転装置を備えた自動列車運転システム並びに走行パタン作成装置と運転支援装置を備えた運転支援システムに関する。
更に詳しくは、車両の駅間の走行パタンを作成する走行パタン作成装置、特に実際の走行実績に応じて消費電力量が最小となるように駅間の走行パタンを作成する走行パタン作成装置、走行パタン作成装置と自動列車運転装置を備えた自動列車運転制御システム、走行パタン作成装置と運転支援装置を備えた運転支援システムに関する。

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 Operation）装置が多くの路線で導入されている。
近年では、本来の目的である定時運行や省力化に加えて消費電力量の削減もＡＴＯ装置に要求されるようになってきている。一方、ＡＴＯ装置が導入されていない路線向けに消費電力量が少ない走行パタンで走行できるように運転士に運転操作の支援を行う運転支援装置の導入も進められている。
ＡＴＯ装置や運転支援装置はあらかじめシミュレーションで導出された消費電力量が少ない走行パタンに基づいて走行制御や運転操作支援を実施する。ところが実際の走行ではシミュレーションの前提条件とは異なる条件（例えば、空気抵抗、乗車率など）により、シミュレーションにより導出された走行パタン通りに走行できないことが発生する。

背景技術として、特開２０１３−１４６１６６号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、走行パタンを実際の走行実績に応じて補正する技術が開示されている。具体的には、駅間を定速走行と惰行を組み合わせて走行する場合において、車両が走行する駅間を示す駅間情報と、駅間を走行する際の目標走行時分から駅間の走行に要する駅間走行時分と駅間の走行に要する消費電力量との関係をあらかじめシミュレーションで算出し記録した定速走行速度情報を参照して定速走行を行う速度を決定する車両走行制御装置および車両走行支援装置が開示されている。

特開２０１３−１４６１６６号公報

特許文献１に記載の技術では、シミュレーションで算出した定速走行速度情報を参照して駅出発前に定速走行を行う速度を決定している。このため、例えば、架線電圧の変動で力行性能が設計値と異なる場合、定速走行を行う速度までの到達時分がシミュレーションで算出した時分と異なってくる。
このように力行性能の違いによる走行時分のずれが発生した場合、特許文献１では、時分のずれは惰行開始地点を調整することで吸収することになっている。
しかし、走行パタンに惰行が存在する駅間でしか適用できない課題がある。また、力行性能が設計値と異なり、力行に要する時間が変化した場合、惰行位置を調整するよりも定速走行速度を調整した方が消費電力量を小さくできる場合があるが、このような場合に特許文献１では消費電力量が小さい走行パタンを選択できないという課題もある。

本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、シミュレーションの前提条件として想定した設計値から実際の走行実績に差異が生じた場合、例えば、位置・速度の組み合わせで規定され、設計値による目標走行パタンと実際の走行パタンとの間において、実際の走行パタンのある位置における速度が設計値の速度と異なる場合においても、目標走行時分を満たしつつ、消費電力量が小さくなる走行パタンを作成可能な技術を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、代表的な本発明の走行パタン作成装置、走行パタン作成装置と自動列車運転装置を備えた自動列車運転システム、走行パタン作成装置と運転支援装置を備えた運転支援システムの一つは、車両が走行する駅間の走行パタンを作成する走行パタン作成装置であって、到着目標時分と現在時刻から次駅または通過駅または通過地点までの残走行時分を算出する残走行時分算出部と、前記残走行時分と前記車両の現在位置と現在速度から前記次駅または通過駅または通過地点までの走行パタンを作成するものである。

本発明によれば、実際の走行実績に応じて目標走行時分を満たしつつ、消費電力量が小さくなる走行パタン、例えば、実際の走行実績に応じて消費電力量が最小となるような駅間の走行パタンを作成することができ、当該走行パタンに基づいてＡＴＯ装置や運転支援装置を制御することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

列車に搭載された車両情報制御装置と自動列車運転装置（ＡＴＯ装置）と制駆動制御装置との関係及び自動列車運転装置（ＡＴＯ装置）の機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１における走行パタン作成装置の機能構成を示すブロック図である。 図２の走行パタン作成装置の走行パタン作成処理を示すフローチャートである。 定速開始判定テーブルの構成例を示す概要図である。 消費電力量が最小となる走行パタンを説明するための説明図である。 目標走行時分と消費電力量の関係を表す説明図である。 惰行開始判定テーブルの構成例を示す概要図である。 列車に搭載された車両情報制御装置と運転支援装置と制駆動制御装置との関係を示すブロック図である。 本発明の実施例２における走行パタン作成装置の機能構成を示すブロック図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。図１〜図９に図示されている各装置の各部は、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）自動列車運転装置（ＡＴＯ装置）２０３の概要
図１は、列車１に搭載された車両情報制御装置２０１と、自動列車運転装置（以下、ＡＴＯ装置と称する）２０３と、制駆動制御装置２１０と、マスター・コントローラ（以下、マスコンと略する）２０８、の関係を示す機能構成ブロック図である。列車１は、場合によっては列車を構成する車両と称する場合がある。

ＡＴＯ装置２０３は、以下に述べる通り、大きく２つの機能を有する。一つは、速度信号及び位置を検出する速度位置検出機能であり、一つは制駆動指令を算出する制御指令算出機能である。
そのため、ＡＴＯ装置２０３は、速度・位置検出機能を実行する速度・位置検出部２０３１、制御指令算出機能を実行する制御指令算出部２０３２、を備えている。

すなわち、ＡＴＯ装置２０３は、速度・位置検出部２０３１により、列車１の車輪軸に設置された速度発電機２２から速度信号を検出し、また地上子２１と通信する車上子１１から位置を検出する。車上子１１は、地上子２１に対向するように列車１の底面に設置されている。
また、ＡＴＯ装置２０３は、制御指令算出部２０３２により、取得した速度信号と位置信号とに基づいて制駆動指令を算出し、算出した制駆動指令を車両情報制御装置２０１や制駆動制御装置２１０に出力する。

制御指令算出部２０３２は、さらに計画機能を実行する計画部２０３２１、追従機能を実行する追従部２０３２２、及び速度偏差計算部２０３２３、から構成される。

計画部２０３１１は、速度・位置検出部２０３１からの位置情報を受け、列車１の目標速度を計画する。
速度偏差計算部２０３１３は、計画部２０３１１からの目標速度と速度・位置検出部２０３１からの速度とを受け、これらの速度の差、つまり、速度偏差を計算し、追従部２０３１２に出力する。
追従部２０３１２は、速度偏差計算部２０３１３にて算出した速度偏差を受け、制駆動力を出力する。

計画部２０３２１における計画機能とは、予め保持する駅間走行パタンに対し、現在の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、追従部２０３２２における追従機能とは、速度偏差計算部２０３２３により計算された目標速度と現在の速度との速度偏差を入力し、出力すべき制駆動力を算出する機能である。

ＡＴＯ装置２０３は、追従部２０３２２にて算出した制駆動力を制駆動指令に含めて車両情報制御装置２０１や制駆動制御装置２１０に出力する。
制駆動制御装置２１０は、入力した制駆動指令に基づいて、列車１の走行を制御する。

マスコン２０９１、ＡＴＯ装置２０３、からの制駆動指令には、ノッチ指令及びトルク指令等がある。車両情報制御装置２０１は、車上の情報伝送を管理する装置であり、ＡＴＯ装置２０３からの制駆動指令を入力すると、入力した制駆動指令を制駆動制御装置２１０に出力する。なお、マスコン２０８は、鉄道車両の出力・速度を遠隔制御するスイッチ装置であり、一般に鉄道車両の運転台２０９に設置される。

次に、車両情報制御装置２０１、走行パタン作成装置２０２、ＡＴＯ装置２０３が搭載された列車１における走行パタン作成装置２０２について説明する。

図２は、実施例１における車両情報制御装置２０１とＡＴＯ装置２０３との間に配置された走行パタン作成装置２０２の構成例を示す図である。

走行パタン作成装置２０２は、車両情報制御装置２０１より運用パタン、ダイヤ情報、位置情報、速度情報を受信する。
そして、走行パタン作成装置２０２は、後述する残走行時分と列車の現在位置と現在速度から次駅または通過駅または通過地点までの走行パタンを作成する。例えば、次駅の到着時分（車両１が次駅に到着する到着時間）を満たしつつ、消費電力量が小さくなる現在位置・現在速度から次駅までの走行パタン、または制駆動指令を作成する。
また、走行パタン作成装置２０２は、作成した走行パタン、または制駆動指令をＡＴＯ装置２０３に送信する。
なお、走行パタン作成装置２０２とＡＴＯ装置２０３間のデータ形式は問わない。

走行パタン作成装置２０２は、残走行時分算出部２０４、走行パタン作成部２０５から構成される。以下、各部における機能について説明する。

残走行時分算出部２０４は、例えば、運用パタン、ダイヤ情報から次駅の到着目標時分を算出する。
本実施例では、到着目標時分算出のために、車両情報制御装置２０１から運用パタン、ダイヤ情報を受け、当該情報用いて次駅到着目標時分を特定しているが、次駅の到着目標時分が算出できればよく、算出方法や使用するデータは問わない。
また、残走行時分算出部２０４は、現在時刻から残走行時分を算出し、当該残走行時分を前記到着目標時分とともに走行パタン作成部２０５に送信する。

走行パタン作成部２０５は、現在位置・現在速度から次駅までの走行パタン、または制駆動指令を作成し、走行パタンまたは制駆動指令をＡＴＯ装置２０３に送信する。走行パタン、または制駆動指令は、残走行時分と現在位置、現在速度から次駅の到着時分を満たしつつ、消費電力量が小さくなる走行パタン、または制駆動指令である。

走行パタン作成部２０５は、定速開始判定部２０６と惰行開始判定部２０７から構成される。
定速開始判定部２０６は、定速運転に移行するタイミングを判定する。惰行開始判定部２０７は、惰行運転に移行するタイミングを判定するから構成される。
定速開始判定部２０６及び惰行開始判定部２０７は、走行パタン差異を検出するパタン差異検出部とも言える。

本実施例では、上述した如く、走行パタン作成装置２０２にて作成される制駆動指令をＡＴＯ装置２０３に送信する構成例について説明する。
なお、位置・速度の形式で表される走行パタンをＡＴＯ装置２０３に送信する場合は、制駆動指令と車両条件・路線条件から運動方程式を用いて走行パタンを走行パタン作成部２０５が算出するようにする。

また、本実施例では、速度制限直前のブレーキ動作や、駅停止時のブレーキ動作はＡＴＯ装置２０３により制御される構成について説明する。

走行パタン作成装置２０２において、速度制限直前のブレーキ動作や、駅停止時のブレーキ動作を背走行パタンまたは制駆動指令としてＡＴＯ装置２０３に出力する場合は、運用パタン、ダイヤ情報、現在位置、現在時刻に基づいて、自列車が走行している駅間を特定し、予め保持しているブレーキパタンから自列車が走行する駅間のブレーキパタンを取得し、走行パタンを算出する。また、制駆動指令はＡＴＯ装置２０３の論理を使用して、ブレーキパタン５０１（図５参照）に追従可能な制駆動指令を算出する。

図３は、走行パタン作成部２０５により実行される作業パタンを規定する制駆動指令（車両の運転走行を指令する制駆動指令）を作成の処理手順を示すフローチャートである。車両の運転走行パタンを作成する場合も同様な処理手順で行う。

ステップ３０１〜３０７では、制駆動指令、例えば、車両の走行運転を制御指令する情行運転指示、定速運転指示、カ行運転指示、制動運転指示、などを作成する。本処理は走行パタン作成装置２０２の動作周期ごとに実行される。
なお、ステップ３０１〜３０２が、図２の走行パタン作成部２０５における惰行開始判定部２０７の処理に対応し、ステップ３０３〜３０７が、図２の走行パタン作成部２０５における定速開始判定部２０６の処理に対応する。
図３のフローチャート基づく動作は以下のとおりである。

ステップ３０１：
現在位置と現在速度に基づき、惰行開始判定テーブル７１（図７）を参照し、当該テーブルに記載された値（走行時分）を取得する。次いで、惰行開始判定テーブルの値と残走行時分との相違を検出する。例えば、惰行開始判定テーブルの時分と残走行時分を比較し、一致するか否かを判定する。
ステップ３０１にて、残走行時分とテーブルの値が一致していると判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップ３０２に進む。残走行時分とテーブルの値が一致していない場合（Ｎｏ）は、ステップ３０３に進む。ここで、残走行時分とテーブルの値が一致とは、厳密に完全一致するだけではなく、略一致（惰行開始テーブル値≒残走行時分）していればよい。

なお、残走行時分とテーブルの値の一致判定には一定の許容誤差を認めてもよく、例えば、運転台表示器より乗務員・保守員が許容誤差を変更可能としてもよい。許容誤差は駅間走行時分に認められている許容誤差時分（ここでは±１５秒とする）を参考にして決定する。また、駅間走行時分に認められている許容誤差時分をＡＴＯ装置２０３で予め保持している駅間走行パタンに含まれている惰行区間の数で割った値を許容誤差としてもよい。
なお、許容誤差の算出方法は上記に限らないことは言うまでもない。惰行開始判定テーブル７１の詳細は後述する。

ステップ３０２：
ステップ３０２は、現在位置・現在速度から惰行運転を開始した場合、駅間走行時分を満たせると判定されている状態である。このため、当該ステップにて、制駆動指令に惰行運転をセット（情報運転指示）する。

ステップ３０３：
現在位置と現在速度に基づき惰行開始判定テーブル７１を参照し、惰行開始判定テーブル７１に記載された値を取得する。次いで、惰行開始判定テーブル７１の値と残走行時分を比較する。
ステップ３０３にて、残走行時分が惰行開始判定テーブル７１の値よりも小さい（惰行開始テーブル値＞残走行時分）と判定した場合（Ｙｅｓ）はステップ３０４に進む。残走行時分が惰行開始判定テーブル７１の値よりも大きい（惰行開始テーブル値＜残走行時分）場合（Ｎｏ）は、ステップ３０５に、進む。

ステップ３０４：
ステップ３０４は、現在位置・現在速度から惰行運転した場合に駅間走行時分より多く時分がかかると判定されている状態である。ステップ３０４では定速開始判定テーブル４１を用いて、現在位置・現在速度から力行したほうがよいか、定速運転した方がよいかを判定する。
列車１の現在位置と現在速度に基づき、定速開始判定テーブル４１（図４）を参照し、当該テーブルに記載された値を取得する。次いで、定速開始判定テーブル４１の値と残走行時分を比較する。
ステップ３０４にて、残走行時分の方が定速開始判定テーブルの値よりも大きい（定速開始判定テーブル値＜残走行時分）と判定した場合（Ｙｅｓ）は、ステップ３０６に進む。残走行時分の方が定速開始判定テーブル４１の値よりも小さい（定速開始判定テーブル値＞残走行時分）と判定した場合（Ｎｏ）は、ステップ３０７に進む。定速開始判定テーブル４１の詳細は後述する。

ステップ３０５：
ステップ３０５は現在位置・現在速度から惰行運転を開始した場合、早着すると判定されている状態である。このため、当該ステップにて、制駆動指令に制動運転をセット（制動運転指示）する。制駆動指令にセットする制動ノッチの値は予め保持しておいてもよいし、列車１の運転台に設置した運転台表示器（図示せず）より乗務員・保守員が変更可能としてもよい。

ステップ３０６：
ステップ３０６は、現在位置・現在速度から定速運転を開始した場合、駅間走行時分を満たせると判定されている状態である。このため、当該ステップにて、制駆動指令に現在速度での定速運転をセット（定速運転指示）する。

ステップ３０７：
ステップ３０７は、現在位置・現在速度から定速運転を開始しても駅間走行時分に間に合わない、すなわち力行が必要と判定されている状態である。このため、当該ステップにて、制駆動指令に力行運転をセット（力行運転指示）する。
制駆動指令にセットする力行ノッチの値は予め保持しておいてもよいし、運転台に設置した運転台表示器（図示せず）より乗務員・保守員が変更可能としてもよい。

次に、定速開始判定テーブル４１について説明する。図４は定速開始判定テーブル４１の一構成例を示す図である。

定速開始判定テーブル４１は、位置・速度のマトリクスで保持される。位置の刻み幅と速度の刻み幅は予めシミュレーションなどを行い、駅間の許容誤差時分を満たすように定義される。マトリクスの各升目に記載される値について以下に詳述する。

ある位置・速度からある位置・速度までの走行パタンの内、消費電力量が最小となる走行パタンは、ある位置・速度からある位置・速度までの走行に与えられる時分によって異なる。

図５は、列車１の位置（横軸）と速度（縦軸）との関係を示し、地点１〜地点２間におけるブレーキパタン５０１、走行パタン５０２〜５０５を示す図であり、図６は、目標走行時分（横軸）と消費電力量（縦軸）の関係を示す図である。

同図において、現在の位置・速度を地点１とし、次の駅または次の目標地点を地点２とする。
そして、地点１から惰行運転を行い、地点２までのブレーキパタン５０１に抵触した時点からはブレーキパタン５０１に沿って運転を行う走行パタン５０２の走行時分（時分１）を基準走行時分６０１（図６参照）と定義する。

地点１から地点２までの走行時分を基準走行時分６０１（時分１）よりも短くした場合走行時分６０２（時分２）には、地点１から地点２までのブレーキパタン（図５の５０１）に抵触する時点までは、定速運転を経て惰行運転（定速運転⇒惰行運転）に移行する。地点２までのブレーキパタン（図５の５０１）に抵触した時点からはブレーキパタン５０１に沿って運転を行う走行パタン（図５の５０３）とする。この走行パタンが消費電力量の最小となる。
地点１から地点２までの走行時分をさらに走行時分６０３と短くしていく（時分３）と、地点１から定速運転を経て惰行運転（定速運転⇒惰行運転）に移行する走行パタン（図５の５０４）よりも、地点１から地点２までのブレーキパタン（図５の５０１）に抵触する時点までは、力行を経て定速運転に移行（力行⇒定速運転）に移行し、次いで、定速運転から惰行運転に移行（定速運転⇒惰行運転）する走行パタン（図５の５０５）とする。これにより、消費電力量が小さくなる走行時分６０３（時分３）が現れる。この走行時分が定速開始判定テーブル４１に記載される値となる。定速開始判定テーブル４１は、図示していないが記憶部（ＤＢ）に保持する。

すなわち、定速開始判定テーブル４１には、ある位置・速度において定速運転に移行した方が消費電力量小さくなるか、力行をした方が消費電力量小さくなるかの境界となる走行時分（値）が記載されていることになる。
定速開始判定テーブル４１の値（走行時分）よりも残走行時分が小さければ、力行を続ける必要があると判断し、残走行時分が大きければ定速運転に移行してもよいと判断できる。

このように、定速開始判定テーブル４１を用いることにより、ミュレーションの前提条件として想定した設計値（目標の走行パタン）から実際の走行実績（実際の走行パタン）に差異が生じた場合、例えば、位置・速度の組み合わせで規定され、設計値による目標走行パタンと実際の走行パタンとの間において、実際の走行パタンのある位置における速度が設計値の速度と異なる場合においても、適切な定速目標速度が算出可能となり、目標走行時分を満たしつつ、消費電力量が最小となる走行パタンや走行方法を判断できる。

次に、惰行開始判定テーブル７１について説明する。図７は、惰行開始判定テーブル７１の一構成例を示している。
惰行開始判定テーブル７１は、位置・速度のマトリクスで保持される。位置の刻み幅と速度の刻み幅は予めシミュレーションなどを行い、許容誤差時分を満たすように定義される。惰行開始判定テーブル７１は、図示していないが記憶部（ＤＢ）に保持する。
マトリクスの各升目には、升目に対応する位置・速度から惰行運転を実施した場合に次の駅または次の目標地点までに必要な走行時分が記載されている。

惰行開始判定テーブル７１は、定速運転中に発生した走行時分の差異を調整するために使用する。
これは、動作遅れなどにより定速開始判定された速度と実際の定速運転速度にかい離が発生することがあり、実際の走行時分と定速開始判定テーブル４１で想定していた走行時分とに差異が発生してしまうためである。

本実施例では、駅間のすべての位置・速度における定速開始判定テーブル４１と惰行開始判定テーブル７１を記憶部に保持する設定で説明したが、到達する頻度が低い駅間中間位置の低速度域の位置・速度領域についてはテーブルを保持しないことも可能である。
この時、テーブルを保持していない位置・速度に列車が進入した場合は、残走行時分と残走行距離から平均速度を算出し、平均速度で定速運転するようにする。このようにすれば、定速開始判定テーブル４１と惰行開始判定テーブル７１の保持に必要なデータ容量を少なくすることができるうえ、予め定速開始判定テーブル４１と惰行開始判定テーブル７１を作成する作業量も削減可能となる。

また、走行パタン作成装置２０２が保持する定速開始判定テーブル４１と惰行開始判定テーブル７１をリモートで書き換え可能としてもよい。また、実際の走行実績から車両特性を学習し、定速開始判定テーブル４１と惰行開始判定テーブル７１を作成するときのシミュレーションの前提条件に反映させてもよい。このようにすれば、シミュレーション条件と実際の走行実績の差異が発生しにくくなり、安定した走行パタンと制駆動指令が算出できるようになる。

定速開始判定テーブル４１は、定速運転速度判定テーブル（図示せず）に置き換えてもよい。定速運転速度判定テーブルは、位置・速度・残走行時分に対応する最適な定速運転速度が記載されている。最適な定速運転速度は予めシミュレーションで算出しておく。定速開始判定部２０６は、現在位置・現在速度・残走行時分に対応する定速運転速度判定テーブルを参照する。テーブルの値と現在速度を比較して、テーブルの値より現在速度が小さい場合は、最適な定速運転速度に列車が達していないと判定し、力行運転指示を継続する。一方、テーブルの値と現在速度が一致したときに定速運転への移行を判定し、定速運転指示を出力する。

以上のように実施例１によれば、力行運転時の走行実績がシミュレーションの前提条件として想定した設計値から差異が生じた場合は定速開始判定部２０６によって定速開始位置を調整することで走行時分の差異を吸収できるようになる。
また、定速運転時の走行実績がシミュレーションの前提条件として想定した設計値から走行時分の差異が生じた場合は惰行開始判定部２０７によって惰行開始位置を調整することで差異を吸収できるようになる。
その結果、目標駅間走行時分を満たしつつ、消費電力量が最小となる走行パタンで走行することがＡＴＯ装置２０３を搭載した列車で可能となる。

（１）運転支援装置９０３の概要
図８は、列車１に搭載された車両情報制御装置９０１と運転支援装置９０３と制駆動制御装置９１０の関係を示す機能構成ブロック図である。

運転支援装置９０３は、車両情報制御装置９０１より速度、位置を受信する。運転支援装置９０３は、現在の速度、位置と予め保持する駅間走行パタンとを比較して制駆動指令を算出する制御指令算出部９０３２を有する。制御指令算出部９０３２は、図１の制御指令算出部２０３２に相当し、その詳細説明は省略する。

運転支援装置９０３は、制御指令算出部９０３２にて算出した制駆動指令を制駆動操作指示として、運転士に通知する。例えば、運転台９０９に設けられた表示器（図示せず）や音声通信によって運転士に通知する。運転士は、この制駆動操作指示に従い、運転台９０９のマスコン９０９１を操作する。

車両情報制御装置９０１は、車上の情報伝送を管理する装置であり、マスコン９０９１からの制駆動指令を入力すると、入力した制駆動指令を制駆動制御装置９１０に出力する。制駆動制御装置０は、入力した制駆動指令に基づいて、列車の走行を制御する。

次に、車両１に搭載された車両情報制御装置９０１（図２の車両情報制御装置２０１に相当）と運転支援装置９０３との間に位置する走行パタン作成装置９０２について説明する。

図９は、本発明の走行パタン作成装置９０２の構成例を示すプロック図である。
走行パタン作成装置９０２は、車両情報制御装置９０１より運用パタン、ダイヤ情報、車両質量、架線電圧、現在位置、現在速度を受信する。
また、走行パタン作成装置９０２は、次駅の到着時分を満たしつつ、消費電力量が小さくなる現在位置・現在速度から次駅までの走行パタンを作成する。
走行パタン作成装置９０２は、作成した走行パタンを運転支援装置９０３に送信する。

なお、運転支援装置９０３に送信する走行パタンは、位置・速度の形式であるのが一般的であるが、制駆動指令そのものを運転支援装置９０３に送信してもよい。走行パタン作成装置９０２の作成した走行パタン通りに走行するように運転支援装置９０３が運転士に運転操作指示を通知できればよく、走行パタン作成装置９０２と運転支援装置９０３間のデータ形式は問わない。

走行パタン作成装置９０２は、残走行時分算出部９０４（図２の残走行時分算出部２０４に相当）、位置・速度予測部９０５、走行パタン作成部９０６（図２の走行パタン作成部に相当）からなる。以下、各部における機能の詳細を説明する。

残走行時分算出部９０４は、運用パタン、ダイヤ情報から次駅の到着目標時分を算出する。
本実施例では到着目標時分算出のために運用パタンを用いてダイヤを特定しているが、次駅の到着目標時分が算出できればよく、算出方法や使用するデータは問わない。
残走行時分算出部９０４は、前記到着目標時分と現在時刻から残走行時分を算出し、走行パタン作成部９０６に送信する。

運転支援装置９０３は、運転台９０９の運転士に対して運転操作を事前に通知する必要があるため、走行パタンの変化を事前に知る必要がある。そのため、将来の位置・速度を用いて走行パタンを決定する機能が運転支援装置９０３を搭載した列車１の走行パタン作成装置９０２に必要となる。

位置・速度予測部９０５は、予め保持している車両条件・路線条件と車両情報制御装置９０１から取得した車両質量・架線電圧から所定の時間経過したときの自列車の位置・速度を予測する。

所定の時間は、運転支援装置９０３において運転操作の変化タイミングから何秒前に運転操作を運転士に通知するかによって決定される。例えば、運転操作の変化タイミングの１０秒前から運転操作の通知を運転士に実施する場合は、１０秒後の位置・速度を予測する。
自列車の位置・速度の予測は運動方程式を解くことで算出してもよいし、実験的に求めた近似式から算出してもよい。要は所定の時間経過したときの位置・速度が予測できれば良く、手段は問わない。位置・速度予測部９０５は、予測した位置・速度を走行パタン作成部９０６に送信する。

走行パタン作成部９０６は、さらに定速運転に移行するタイミングを判定する定速開始判定部９０７と惰行運転に移行するタイミングを判定する惰行開始判定部９０８から構成される。
走行パタン作成部９０６における処理は、実施例１に記載した処理の現在位置・現在速度を位置・速度予測部が予測した位置・速度に置き換えればよい。

実施例２によれば、力行運転時の走行実績（実際の走行パタン）がシミュレーションの前提条件として想定した設計値（目標の走査パタン）から差異が生じた場合、例えば、位置・速度の組み合わせで規定され、設計値による目標走行パタンと実際の走行パタンとの間において、実際の走行パタンのある位置における速度が設計値の速度と異なる場合、定速開始判定部９０７によって定速開始位置を調整することで走行時分の差異を吸収できるようになる。
また、定速運転時の走行実績がシミュレーションの前提条件として想定した設計値から走行時分の差異が生じた場合は、惰行開始判定部９０８によって惰行開始位置を調整することで差異を吸収できるようになる。
その結果、目標駅間走行時分を満たしつつ、消費電力量が最小となる走行パタンで走行することが運転支援装置を搭載した列車で可能となる。

上述した実施例１、２では、駅間走行時分を満たすために、動作周期ごとに力行・定速・惰行・制動の動作モードの判定を行い、走行実績とシミュレーションで想定した前提条件との差異を常に補正している。このようにすることで、列車の走行実績に応じてリアルタイムに走行パタンまたは制駆動指令を補正可能としている。
なお、現車試験または運転中に走行実績がシミュレーションで想定した前提条件に近いことが確認できた場合は、動作周期ごとの力行・定速・惰行・制動の動作モードの判定をやめるようにしてもよい。具体的には、一度定速運転に移行した後は、惰行開始判定のみを行うようにし、一度惰行運転に移行した後は動作モードの判定は行わないようにする。このようにすることで不必要な制駆動指令の変化を削減することができる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１ 列車（車両）
２０１、９０１ 車両情報制御装置
２０２、９０２ 走行パタン作成装置
２０３ 自動列車運転装置（ＡＴＯ装置）
２０４、９０４ 残走行時分算出部
２０５、９０６ 走行パタン作成部
２０６、９０７ 定速開始判定部
２０７、９０８ 惰行開始判定部
９０３ 運転支援装置
９０５ 位置・速度予測部

Claims (10)

1. 車両が走行する駅間の走行パタンを作成する走行パタン作成装置において、
   車両が各駅に到着する到着目標時分と現在時刻から次駅または通過駅または通過地点までの残走行時分を算出する残走行時分算出部と、
   前記次駅または通過駅または通過地点までの走行パタンを作成する走行パタン作成部を備え、
   前記走行パタン作成部は、
   前記残走行時分算出部により算出した残走行時分と前記車両の現在位置と現在速度、または予め予測した位置・速度から前記次駅または通過駅または通過地点までの、前記車両の走行パタン、または前記車両の運転走行指示を行う制駆動指令を作成することを特徴とする走行パタン作成装置。
2. 前記走行パタン作成部は、
   前記残走行時分算出部により算出した残走行時分と前記車両の現在位置と現在速度から前記車両が前記次駅に到着する到着時間を満たし、かつ、消費電力が小さくなる現在位置と現在速度から次駅までの走行パタンを作成し、当該走行パタンを自動列車運転装置、または運転支援装置に送信し、
   前記走行パタンは、位置・速度の形式で表され、前記車両を制駆動するための制駆動指令と車両条件・路線条件から運転方程式により算出し、惰行運転、定速運転、力行運転、を含むパタンを含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の走行パタン作成装置。
3. 前記走行パタン作成部は、
   前記残走行時分算出部により算出した残走行時分と前記車両の現在位置と現在速度から前記次駅の到着時間を満たし、かつ、消費電力が小さくなる現在位置と現在速度から次駅までの制駆動指令を作成し、当該制駆動指令は、前記車両の運転を支援する運転支援装置、または自動列車運転装置に送信し、
   前記制駆動指令は、惰行運転、定速運転、力行運転、の指示を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の走行パタン作成装置。
4. 前記走行パタン作成部は、さらに、
   前記車両が定速運転に移行するタイミングを判定する定速開始判定部と、惰行運転に移行するタイミングを判定する惰行開始判定部と、位置・速度のマトリクスで記載された惰行開始判定値及び定速開始判定値を保持する記憶部を備え、
   前記惰行開始判定部は、
   前記残走行時分と前記記憶部の惰行開始判定値を比較し、当該惰行開始判定値が当該残走行時分と一致または近似する場合、惰行運転指示を前記車両の運転を自動制御する自動列車運転装置、または前記車両の運転を支援する運転支援装置に出力し、
   前記定速開始判定部は、
   前記残走行時分と前記記憶部の惰行開始判定値及び定速開始判定値を比較し、前記惰行開始判定値が前記残走行時分より大きく、前記定速開始判定値が前記残走行時分より小さい場合、定速運転指示を前記自動列車運転装置、または前記運転支援装置に出力し、
   前記惰行開始判定値が前記残走行時分より大きくない場合、制動運転指示を前記自動列車運転装置、または前記運転支援装置に出力し、
   前記定速開始判定値が前記残走行時分より大きい場合、力行運転指示を前記自動列車運転装置、または前記運転支援装置に出力する
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の走行パタン作成装置。
5. 前記走行パタン作成部は、さらに、
   前記車両が定速運転に移行するタイミングを判定する定速開始判定部と、惰行運転に移行するタイミングを判定する惰行開始判定部と、位置・速度のマトリクスで記載された惰行開始判定値及び定速開始判定値を含む記憶部、及び前記車両を含む自列車の位置・速度を予測する位置・速度予測部を備え、
   前記位置・速度予測部は、
   予め保持している車両条件・路線条件と前記車両の車両情報を制御する車両情報制御部からの車両質量・架線電圧から所定時間を経過したときにおける自列車の位置・速度を予測し、当該予測した位置・速度を前記現在位置と現在速度に置き換え、
   前記定速開始判定部は、
   前記残走行時分と前記記憶部の惰行開始判定値及び定速開始判定値を比較し、前記惰行開始判定値が前記残走行時分より大きく、前記定速開始判定値が前記残走行時分より小さい場合、定速運転指示を前記車両の運転を自動制御する自動列車運転装置、または前記車両の運転を支援する運転支援装置に出力し、
   前記惰行開始判定値が前記残走行時分より大きくない場合、制動運転指示を前記自動列車運転装置、または運転支援装置に出力し、
   前記定速開始判定値が前記残走行時分より大きい場合、力行運転指示を前記自動列車運転装置、または運転支援装置に出力し、
   前記惰行開始判定部は、
   前記残走行時分と前記記憶部の惰行開始判定値を比較し、当該惰行開始判定値が当該残走行時分と一致または近似する場合、惰行運転指示を前記車両の運転を自動制御する自動列車運転装置、または前記車両の運転を支援する運転支援装置に出力する
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の走行パタン作成装置。
6. 前記走行パタン作成部は、
   前記車両の現在位置と現在速度から次駅または通過駅または通過地点までにおいて、定速運転を惰行運転に移行したときにおける第１消費電力量と、力行運転から定速運転に移行し、さらに定速運転を惰行運転に移行したときにおける第２消費電力量とを、前記現在位置と現在速度から次駅または通過駅または通過地点までの目標走行時分を変化させて比較し、前記第２消費電力量が前記第１消費電力量より小さくなった時点での目標走行時分を、前記車両が力行運転から定速運転に移行する定速運転に移行するタイミングを判定する前記定速運転の定速開始判定値として保存する
   ことを特徴とする請求項４に記載の走行パタン作成装置。
7. 前記走行パタン作成部は、
   前記車両の現在位置と現在速度に基づく走行時分を含む定速開始判定値と、前記残走行時分算出部により算出した残走行時分を比較し、定速運転への移行タイミングを判定する定速開始判定部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の走行パタン作成装置。
8. 前記走行パタン作成部は、
   前記残走行時分算出部にて算出した残走行時分と、前記車両の現在位置と現在速度から惰行運転に移行した場合における次駅または通過駅または通過地点までに必要な走行時分とを比較し、惰行運転への移行タイミングを判定する惰行開始判定部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の走行パタン作成装置。
9. 請求項１から請求項７の何れか一つに記載された前記走行パタン作成部を含むパタン作成装置と、制駆動指令を車両情報制御装置に入力する自動列車運転装置を備え、
   前記走行パタン作成装置は、
   前記車両情報制御装置から運用パタン、ダイヤ情報、現在位置、現在速度または現在時刻情報、を含む情報を受信し、当該情報に基づいて、前記車両が走行している駅間を特定し、予め保持しているブレーキパタンから前記車両が走行している駅間のブレーキパタンを取得し、前記走行パタン、または前記ブレーキパタンに追従可能な前記制駆動指令を算出し、当該走行パタン、または制駆動指令を前記自動列車運転装置に入力し、
   前記自動列車運転装置は、
   前記走行パタン作成装置から入力される走行パタン、または制駆動指令を元に前記車両の運転速度を自動制御する
   ことを特徴とする走行パタン作成装置と自動列車運転装置を備えた自動列車運転システム。
10. 請求項１から請求項７の何れか一つに記載された前記走行パタン作成部を含むパタン作成装置と、運転支援装置とを備え、
    前記パタン作成装置は、
    車両情報制御装置から運用パタン、ダイヤ情報、現在位置・現在速度を予測する予測情報を含む情報を受信し、当該情報に基づいて、前記車両が走行している駅間を特定し、予め保持しているブレーキパタンから前記車両が走行している駅間のブレーキパタンを取得し、前記走行パタン、または前記ブレーキパタンに追従可能な前記制駆動指令を算出し、当該走行パタン、または制駆動指令を前記運転支援装置に入力し、
    前記運転支援装置は、
    前記走行パタン作成装置から入力される走行パタン、または制駆動指令に基づく運転指示を運転士側に通知する通知部を有する
    ことを特徴とする走行パタン作成装置と運転支援装置を備えた運転支援システム。

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