JP2017093014A

JP2017093014A - 自動列車運転装置

Info

Publication number: JP2017093014A
Application number: JP2015215728A
Authority: JP
Inventors: 武郎青山; Takeo Aoyama; 浩司白土; Koji Shirato; 卓矢岡原; Takuya Okahara; 高木　雅通; Masamichi Takagi; 雅通高木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-11-02
Filing date: 2015-11-02
Publication date: 2017-05-25
Anticipated expiration: 2035-11-02
Also published as: JP6366559B2

Abstract

【課題】列車の定時性を確保しつつ乗り心地の悪化を抑制可能な自動列車運転装置を得ること。【解決手段】自動列車運転装置２が、走行状態検出部２１と、ブレーキ特性保持部２３と、走行環境データ保持部２２と、列車の目標地点、目標速度及び目標ノッチを保持してこの目標ノッチに応じた加減速度によって走行到達目標である目標地点に到達することが可能な目標ランカーブを自動で計算して設定する目標ランカーブ設定部２４と、現在の走行状態情報、ブレーキ特性データ、走行環境データ、目標ランカーブ及び現在のノッチ指令値が入力されて、目標ノッチに切り換える前に、現在の走行状態から目標ランカーブに近づくように補正ノッチ及び補正時間を出力する補正ノッチ演算部２５と、補正ノッチ及び補正時間が入力されて、補正時間だけ補正ノッチを出力した後に目標ノッチにノッチ指令値を変更して出力するノッチ出力部２６とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、列車の乗り心地及び定時性を維持する自動列車運転装置に関するものである。

従来の列車運転装置では、列車を目標位置に正確に停止するため、走行位置に応じた目標ランカーブに追従させるようにノッチを頻繁に切り替えているが、ノッチを頻繁に切り替えると乗り心地が悪化する。そこで、従来技術の一例である特許文献１の電気車は、「ノッチの切換を頻繁に行うことなく停止精度を確保することの出来る電気車定位置停止自動制御装置を提供すること」を課題とし、「電気車の各ブレーキノッチの減速度及びブレーキノッチ切換のむだ時間およびブレーキノッチ切換の応答遅れ時間等のブレーキ特性データを保持するブレーキ特性データ保持部と、電気車の現在速度及び現在位置及び現在ブレーキノッチ等のデータを取得する電気車現在データ取得手段とを備え」、現在時刻から使用する２つのノッチを選択し、その２つのノッチを用いて列車を目標位置に停止させる技術が提案されている。

特開２００４−２９７９１２号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、ノッチの切換え回数を抑えることは可能であるものの、目標位置に停止させるために選択された２つの異なるノッチのペアに関しては、現在出力中の１つ目のノッチから、選択した２つ目のノッチに指令値を変更する際のノッチ段数の変動量を考慮していない。そのため、ノッチ段数の変動量によってはノッチ切換え時に衝撃が発生して乗り心地を悪化させるおそれがある、という問題があった。

また、上記従来の技術によれば、選択された２つのノッチが現在の走行時分を考慮していないので、初期に強いノッチで強く減速し、その後の２つ目のノッチで弱いノッチを選択して徐行運転を行う。そのため、乗り心地が悪く、走行時分を超過してしまうおそれがある、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、乗り心地の悪化を抑制しつつ列車の定時性及び停止位置の正確性を確保可能な自動列車運転装置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、本発明は、列車の現在の走行状態情報を検出する走行状態検出部と、前記列車のブレーキ特性データを保持するブレーキ特性保持部と、前記列車の走行環境データを保持する走行環境データ保持部と、前記列車の走行到達目標である目標地点、目標速度、及びこの目標地点に進入する際に出力されるノッチ指令値である目標ノッチを保持し、この目標ノッチに応じた加減速度によって走行到達目標である目標地点に到達することが可能な目標ランカーブを自動で計算して設定する目標ランカーブ設定部と、前記現在の走行状態情報、前記ブレーキ特性データ、前記走行環境データ、前記目標ランカーブ及び現在のノッチ指令値が入力されて、前記列車の走行状態を前記現在の走行状態から前記目標ランカーブに遷移させるために、前記目標ノッチに切り換える前に、前記現在の走行状態から前記目標ランカーブに近づくように補正ノッチを出力しつつ、この補正ノッチの出力時間である補正時間も出力する補正ノッチ演算部と、前記補正ノッチ及び前記補正時間が入力されて、前記補正時間だけ前記補正ノッチを出力した後に前記目標ノッチにノッチ指令値を変更して出力するノッチ出力部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、乗り心地の悪化を抑制しつつ列車の定時性及び停止位置の正確性を確保可能な自動列車運転装置を得ることができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる自動列車運転装置を備える列車の構成の一例を示す図実施の形態１における補正ノッチ演算部の構成の一例を示す図実施の形態１における補正ノッチ演算部における動作である検証ノッチ指定フロー及び補正ノッチ指定フローを示すフローチャート横軸を走行距離として縦軸を速度とした目標ランカーブ及び実走行ランカーブと、横軸を走行距離として縦軸をノッチ指令値とした出力ノッチ履歴とを示す図実施の形態１における、横軸を走行距離として縦軸を速度とした目標ランカーブ及び実走行ランカーブと、横軸を走行距離として縦軸を減速度とした指令減速度履歴及び出力減速度履歴とを示す図実施の形態２における、横軸を走行距離として縦軸を速度とした目標ランカーブ及び目標ランカーブに低速域から近づく実走行ランカーブと、横軸を走行距離として縦軸を減速度とした指令減速度履歴及び出力減速度履歴とを示す図実施の形態２における、横軸を走行距離として縦軸を速度とした目標ランカーブ及び目標ランカーブに高速域から近づく実走行ランカーブと、横軸を走行距離として縦軸を減速度とした指令減速度履歴及び出力減速度履歴とを示す図実施の形態２において補正ノッチ指令値及び補正時間の計算を示すフローチャート実施の形態２において横軸を走行距離とし、縦軸を速度とする、現在時刻から目標地点までの走行到達時分の概算手法を説明する図実施の形態２において横軸を走行距離とし、縦軸を速度とする、現在時刻から目標地点までの走行到達時分の概算手法を説明する図実施の形態３における補正ノッチ演算部の構成の一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる自動列車運転装置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。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる自動列車運転装置を備える列車の構成の一例を示す図である。図１に示す列車１は、車輪回転角度情報４ａ及び地上子検知情報６ａが入力されて現在のノッチ指令値２ａを出力する自動列車運転装置２と、車輪３と、車輪３に取り付けられ、車輪３の回転角度を検出して車輪回転角度情報４ａを出力する車輪回転角センサ４と、地上子５の地上子出力情報５ａが入力されて地上子検知情報６ａを出力する車上子６と、現在のノッチ指令値２ａが入力されてブレーキ指令７ａを出力するブレーキ指令部７と、ブレーキ指令７ａに従って動作するブレーキ装置８とを備える。自動列車運転装置２は、車輪回転角度情報４ａ及び地上子検知情報６ａが入力されて現在の走行状態情報２１ａを検出して出力する走行状態検出部２１と、保持している走行環境データ２２ａを出力する走行環境データ保持部２２と、保持しているブレーキ特性データ２３ａを出力するブレーキ特性保持部２３と、目標ランカーブ２４ａを設定して出力する目標ランカーブ設定部２４と、現在のノッチ指令値２ａ、現在の走行状態情報２１ａ、走行環境データ２２ａ、ブレーキ特性データ２３ａ及び目標ランカーブ２４ａが入力されて補正ノッチ２５ａ及び補正時間２５ｂを出力する補正ノッチ演算部２５と、補正ノッチ２５ａ及び補正時間２５ｂが入力されて現在のノッチ指令値２ａを出力するノッチ出力部２６とを備える。

走行状態検出部２１は、車輪回転角度情報４ａ及び地上子検知情報６ａから、列車１の現在の走行位置と、現在の列車速度と、現在の列車加減速度とを演算することで、現在の走行状態情報２１ａを検出して出力する。ここで、列車加減速度にノイズが含まれて精度が低下している場合には、このノイズの除去を行う。ノイズの除去には、一例としてローパスフィルタを用いることができる。

走行環境データ保持部２２は、列車１の走行環境である、走行勾配、走行曲率データ及び走行区間の目標走行時分を保持しており、これを出力する。なお、目標走行時分は、走行区間を走行するにあたり目標として設定する時間である。ブレーキ特性保持部２３は、列車１のブレーキ特性データ２３ａを保持しており、これを出力する。ここで、ブレーキ特性データは、各ブレーキノッチに対応したブレーキ減速度、ブレーキ指令のむだ時間及び一次遅れ時定数を含む。なお、図１においては、ブレーキ特性保持部２３が出力するブレーキ特性データ２３ａは、補正ノッチ演算部２５にのみ入力されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、自動列車運転装置２が備える他の各構成にブレーキ特性データ２３ａが必要に応じて入力されてもよい。

目標ランカーブ設定部２４は、走行到達目標である目標地点、目標速度、及びこの目標地点に進入する際に出力されるノッチ指令値である目標ノッチを保持し、この目標ノッチに応じた加減速度によって走行到達目標である目標地点に到達することが可能な目標ランカーブを自動で計算して設定する。なお、図１においては、目標ランカーブ２４ａは、補正ノッチ演算部２５にのみ入力されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、自動列車運転装置２が備える他の各構成に目標ランカーブ２４ａが必要に応じて入力されてもよい。また、目標ノッチは、列車１が目標地点に停止する際に許容される衝撃を考慮した減速度に相当するノッチ段数に設定される。この減速度の一例は１．４［ｋｍ／ｈ／ｓ］であるが、これに限定されるものではない。

補正ノッチ演算部２５は、現在の走行状態情報、ブレーキ特性データ、走行環境データ、目標ランカーブ及び現在出力中のノッチ指令値とを入力とし、列車１の走行状態を現在の走行状態から目標ランカーブに遷移させるために、目標ノッチに切り換える前に、現在の走行状態から目標ランカーブに近づくように出力する複数のノッチ指令値の組である補正ノッチを出力しつつ、この補正ノッチに対応する出力時間である補正時間も出力する。

図２は、補正ノッチ演算部２５の構成の一例を示す図である。図２に示す補正ノッチ演算部２５は、現在の走行状態情報２１ａ、走行環境データ２２ａ、ブレーキ特性データ２３ａ、目標ランカーブ２４ａ及び現在のノッチ指令値２ａが入力されて検証ノッチ２５１ａを出力する検証ノッチ指定部２５１と、現在の走行状態情報２１ａ、走行環境データ２２ａ、ブレーキ特性データ２３ａ、目標ランカーブ２４ａ及び検証ノッチ２５１ａが入力されて補正ノッチ２５ａ及び補正時間２５ｂを出力する補正ノッチ指定部２５２とを備える。現在のノッチ指令値２ａは検証ノッチ指定部２５１には入力されるものの補正ノッチ指定部２５２には入力されず、補正ノッチ指定部２５２には検証ノッチ指定部２５１が出力する検証ノッチ２５１ａが入力される。

図３は、補正ノッチ演算部２５における動作である検証ノッチ指定フロー及び補正ノッチ指定フローの動作を示すフローチャートである。検証ノッチ指定部２５１は、補正ノッチ２５ａの初期値となる検証ノッチ２５１ａを指定して出力する。検証ノッチ２５１ａの指定は、図３に示すフローチャートの検証ノッチ指定フローによって行う。検証ノッチ指定フローでは、列車１の現在の走行位置及び走行速度から、列車１の現在の走行状態が目標ランカーブに対して高速であるか低速であるかを判定し、列車１の現在の走行ランカーブを目標ランカーブに近づけ、且つ現在の出力ノッチとの差と目標ノッチとの差の和が最小となるように初期ノッチが選択される。この初期ノッチは、以後、検証ノッチとしてフロー処理される。なお、出力ノッチは、出力されるノッチ指令値である。

補正ノッチ指定部２５２は、図３に示すフローチャートの補正ノッチ指定フローによって、検証ノッチ２５１ａから補正ノッチ２５ａを求める。すなわち、以下に説明するように、補正ノッチ指定部２５２は、補正ノッチから目標ノッチへの切替地点を設定し、この切替地点は、補正ノッチから目標ノッチへ変更後に一定の時間以上かけて目標地点に到達するように設定する。一定の時間はブレーキ特性データを用いてもよいし、ブレーキ特性データを用いることなく設定してもよい。また、補正ノッチ指定部２５２は、切替地点の条件を満たすノッチ指令値の中で、目標走行時分と現在の走行時分から設定される走行時分設定値を満たすために必要な補正ノッチ段数の制約を設定する。

図３に示すフローチャートでは、まず処理をスタートし、現在の走行状態である現走行状態が目標ランカーブの高速域であるか否かを判定する（Ｓ１）。現走行状態が目標ランカーブの高速域である場合（Ｓ１：Ｙｅｓ）には、目標ノッチが現ノッチ以上であるか否かを判定する（Ｓ２）。目標ノッチが現ノッチ以上である場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）には、目標ノッチに１を加算して初期ノッチとし（Ｓ３）、目標ノッチが現ノッチ以上でない場合（Ｓ２：Ｎｏ）には、目標ノッチと現ノッチの和を２で割ったものを初期ノッチとする（Ｓ４）。そして、Ｃｅｉｌ（初期ノッチ）を初期ノッチとし（Ｓ５）、この初期ノッチを検証ノッチとする（Ｓ６）。一方で、現走行状態が目標ランカーブの高速域でない場合（Ｓ１：Ｎｏ）には、目標ノッチが現ノッチより大きいか否かを判定する（Ｓ７）。目標ノッチが現ノッチより大きい場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）には、目標ノッチと現ノッチの和を２で割ったものを初期ノッチとし（Ｓ８）、目標ノッチが現ノッチより大きくない場合（Ｓ７：Ｎｏ）には、目標ノッチから１を減算して初期ノッチとする（Ｓ９）。そして、Ｆｌｏｏｒ（初期ノッチ）を初期ノッチとし（Ｓ１０）、この初期ノッチを検証ノッチとする（Ｓ６）。なお、Ｃｅｉｌ関数は、引数以上で最も近い整数を算出する関数であり、天井関数とも呼ばれる。また、Ｆｌｏｏｒ関数は、引数以下で最も近い整数を算出する関数であり、床関数とも呼ばれる。すなわち、Ｃｅｉｌ（１．３）＝２であり、Ｆｌｏｏｒ（１．３）＝１である。また、Ｃｅｉｌ（２）＝Ｆｌｏｏｒ（２）＝２である。

図３に示す補正ノッチ指定フローでは、まず、現時刻において、現ノッチ指令値を検証ノッチに変更した場合の補正ランカーブを計算し、補正ランカーブと目標ランカーブとの交差点を計算する（Ｓ１１）。そして、補正ランカーブと目標ランカーブとの交差点が条件範囲内であるか否かを判定する（Ｓ１２）。すなわち、この交差点が、停止点よりも設定された距離だけ手前であるか否かを判定する。交差点が条件範囲内である場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）には、検証ノッチを補正ノッチとして設定する（Ｓ１３）。交差点が条件範囲内でない場合（Ｓ１２：Ｎｏ）には、現走行状態が目標ランカーブに対して高速域であれば検証ノッチを１増加し、現走行状態が目標ランカーブに対して低速域であれば検証ノッチを１減少させ（Ｓ１４）、検証ノッチが設定された制限範囲外であるか否かを判定する（Ｓ１５）。なお、補正ランカーブと目標ランカーブとの交差点が存在しない場合にも条件範囲外であるとする。ここで、Ｓ１５における設定された制限範囲は、一例として、ブレーキ装置８の段数によって設定され、補正ランカーブと目標ランカーブとの交差点が条件範囲外であっても検証ノッチが設定された制限範囲外である場合（Ｓ１５：Ｙｅｓ）には、検証ノッチを制限範囲内で飽和させ（Ｓ１６）、検証ノッチを補正ノッチとして設定する（Ｓ１３）が、検証ノッチが設定された範囲外でない場合（Ｓ１５：Ｎｏ）には、Ｓ１１に戻る。いずれの場合にも、検証ノッチを補正ノッチとして設定すると処理をエンドする。

また、Ｓ１２における条件範囲は、一例としてブレーキ特性データから設定することができる。ノッチ指令値の変化のブレーキ力の変化への反映が遅く、ブレーキ力の変化時間が長いブレーキ装置では、目標地点の直前に目標ノッチに変更したとしても目標ノッチ相当でない減速度で目標地点へ進入することにより乗り心地が悪化するおそれがある。このような乗り心地の悪化に対しては、目標ノッチへの切換地点から目標地点に到達するまでの時間をブレーキ力の変化時間よりも長くするようにＳ１２における条件範囲を設定すればよい。具体的には、目標ランカーブ上において、目標ノッチへの切換地点から目標地点に到達するまでの時間をブレーキ力の遅れ時間（Ｔ［ｓｅｃ］）以上に設定すればよい。このとき、目標ノッチに相当する減速度（βｒｅｆ［ｋｍ／ｈ／ｓ］）を用いると、目標地点のｄ［ｍ］手前の距離から目標地点へ到達するまでの時間（ｔ［ｓｅｃ］）は、定加速度運動をする物体の時間と移動距離との関係により得られる下記の式（１）によって表される。

上記の式（１）によれば、目標地点までの距離（ｄ［ｍ］）は下記の式（２）によって表される。なお、式（１）における時間ｔ［ｓｅｃ］は、下記の式（２）におけるブレーキ遅れ時間Ｔ［ｓｅｃ］に相当する。

上記の式（２）を用いて切換地点を設定すると、ブレーキ力の変化時間が長いブレーキ装置に対しても乗り心地の悪化を抑制しつつ指令値変更が可能である。

図３に示す検証ノッチ指定フローでは、まず、目標地点への到達可能性を無視し、現在出力ノッチ相当の加減速度又は計測した加減速度と、目標ノッチ相当の加減速度とをもとに、目標ノッチに追従し、且つノッチ段の変動が最も少ない検証ノッチを選択する。その後、補正ノッチ指定フローでは、目標地点への到達可能性及びブレーキ特性を考慮した条件を付加し、その条件を満たすように検証ノッチを１段ずつ変更する。このようにして、設定した条件下において、指令値変動が最も少なく、乗り心地を確保した指令値を生成することが可能である。

また、補正ノッチ指定部２５２は、得られた補正ノッチ２５ａから、補正ノッチ２５ａに対応したブレーキ指令出力時間である補正時間２５ｂを演算する。具体的には、ブレーキの応答モデルを一次遅れ系とし、補正時間２５ｂを変数として、補正時間後の走行状態を計算することが可能である。そのため、補正時間後に目標ノッチに変更した際の、目標距離における列車速度及び目標速度における列車位置のいずれか一方は、補正時間の関数として導くことが可能である。目標距離における列車速度を補正時間の関数で表した場合には、列車速度に目標速度の値を代入することで補正時間を計算することができる。目標速度における列車走行位置を補正時間の関数で表した場合には列車走行位置に目標位置を代入することで補正時間を計算することが可能である。設定した補正時間をもとに、ノッチ出力部が現ノッチから補正ノッチへの切換と、補正ノッチから目標ノッチへの切換とを行うことで、目標ランカーブへの追従を達成することができる。

図４は、横軸を走行距離として縦軸を速度とした目標ランカーブ及び実走行ランカーブと、横軸を走行距離として縦軸をノッチ指令値とした出力ノッチ履歴とを示す図である。図４には、現在時刻において、出力ノッチが２０段であり、列車速度が１０［ｋｍ／ｈ］であり、列車の位置が目標地点の１０［ｍ］手前である場合の実走行ランカーブＡ，Ｂを例示している。実走行ランカーブＡ，Ｂは、現在時刻における走行状態は同じであるが、その後、目標地点に到達するまでのノッチ指令値の段数とノッチ指令値の変更時刻が異なり、実走行ランカーブＡでは、目標地点の１０［ｍ］手前の地点及び目標地点の６［ｍ］から７［ｍ］手前の地点においてノッチ指令値が変更され、実走行ランカーブＢでは、目標地点の１０［ｍ］手前の地点及び目標地点の３［ｍ］から４［ｍ］手前の地点においてノッチ指令値が大幅に変更されている。実走行ランカーブＢでは、切換点Ｂにおけるノッチ指令値の変化幅が大きいため、ノッチ切換時に比較的大きな衝撃が発生し、実走行ランカーブＡと比較すると、乗り心地が悪い。また、実走行ランカーブＡでは現在時刻から９秒で目標地点に到達するのに対し、実走行ランカーブＢでは現在時刻から１８秒もかけて目標地点に到達することになる。列車の運行では、各駅間における走行時分が設定され、その走行時分内に目標地点に到達することが求められる。このように、実走行ランカーブＢは実走行ランカーブＡと比較して、乗り心地が悪く、且つ目標地点への到達も遅い。そのため、列車は実走行ランカーブＡにより停止させるべきであるが、実走行ランカーブＢのように停止してしまうことがある。従来は実走行ランカーブＢのように停止してしまうことへの対処がなされていなかった。

しかしながら、上記説明した本実施の形態によれば、ノッチ切換時の衝撃を抑えつつ、乗り心地の悪化を抑えることが可能である。図５は、本実施の形態における、横軸を走行距離として縦軸を速度とした目標ランカーブ及び実走行ランカーブと、横軸を走行距離として縦軸を減速度とした指令減速度履歴及び出力減速度履歴とを示す図である。図５には、現在時刻において、出力ノッチが２０段であり、列車速度が１０［ｋｍ／ｈ］であり、列車の位置が目標地点の１０［ｍ］手前である場合の実走行ランカーブＣ，Ｄを例示している。実走行ランカーブＣ，Ｄは、現在時刻における走行状態は同じであるが、その後、目標地点に到達するまでのノッチ指令値の段数とノッチ指令値の変更時刻が異なる。実走行ランカーブＣでは、目標地点の１０［ｍ］手前の地点及び目標地点の１［ｍ］手前の地点においてノッチ指令値が変更され、実走行ランカーブＤでは、目標地点の１０［ｍ］手前の地点及び４．５［ｍ］手前の地点においてノッチ指令値が変更されている。実走行ランカーブＣと実走行ランカーブＤの相違点は、図３のＳ１２に起因する。実走行ランカーブＣは、交差点の条件を目標地点よりも手前の位置となるように設定したのみであり、実走行ランカーブＤは、目標ノッチへの切換地点から目標地点に到達するまでの時間をブレーキ力の変化時間よりも長くするように上記の式（２）を用いて切換地点を設定したときの実走行ランカーブである。実走行ランカーブＣでは、ノッチ変化段数が少ないが、目標地点直前にノッチ切換を行うことになる。実走行ランカーブＤを用いると、目標地点直前のノッチ切換は行われないが、実走行ランカーブＣよりもノッチ変化段数が増加することになる。

本実施の形態にて説明したように、目標ランカーブ設定部が、現在位置から、許容される一定加減速度で目標地点に到達可能なランカーブを設定し、補正ノッチ演算部で実走行ランカーブと目標ランカーブのずれを是正する補正ノッチと補正時間とを、現時点における目標地点までに残された走行距離である残走距離、速度、現在のノッチ段数及び目標ノッチ段数をもとに算出することで、停止位置に正確に停止することが可能であり、且つノッチの急激な切替による衝撃が発生しないようなノッチの切り替えタイミングを決定することが可能である。

実施の形態２．
図６は、本実施の形態における、横軸を走行距離として縦軸を速度とした目標ランカーブ及び目標ランカーブに低速域から近づく実走行ランカーブと、横軸を走行距離として縦軸を減速度とした指令減速度履歴及び出力減速度履歴とを示す図である。図７は、本実施の形態における、横軸を走行距離として縦軸を速度とした目標ランカーブ及び目標ランカーブに高速域から近づく実走行ランカーブと、横軸を走行距離として縦軸を減速度とした指令減速度履歴及び出力減速度履歴とを示す図である。本実施の形態２では、補正ノッチ指定部２５２において、図３に示されるフローチャートと同様な処理により求められた補正ノッチをもとに、図８に示される処理を行うことで、目標地点への到達時間が目標到達時分内となるような補正ノッチ指令値及び補正時間を計算する。なお、本実施の形態２にかかる自動列車運転装置は図１に示すものと同様である。なお、目標到達時分は、到達する目標時刻である。

図８は、本実施の形態２において補正ノッチ指令値及び補正時間の計算を示すフローチャートである。図８に示すフローチャートでは、まず、現在時刻における目標到達時分を設定する（Ｓ２１）。この目標到達時分は、例えば駅間で設定されている走行時分余裕と、現在時刻に残された走行時分余裕とを使用して設定される。その後、図８に示すフローチャートで得られる補正ノッチをもとに補正時間を演算する（Ｓ２２）。計算方法は、実施の形態１と同様である。そして、演算によって得られた補正時間をもとに、現在の走行状態から目標地点に到達するまでに要する走行到達時分を計算する（Ｓ２３）。目標地点までの走行到達時分は、現在の走行状態から目標地点までの補正ノッチと目標ノッチとを用いた走行シミュレーションにより得ることが可能である。また、走行シミュレーションによる計算が現実的でない場合には、別の概算手法により求めることも可能であるが、その手法は後述する。

次に、計算した走行到達時分が設定した目標到達時分内であるか否かを判定する（Ｓ２４）。走行到達時分が設定した目標到達時分内である場合（Ｓ２４：Ｙｅｓ）には、現在の補正ノッチを出力ノッチ指令値として設定し、補正時間だけ出力する（Ｓ２５）。走行到達時分が設定した目標到達時分内でない場合（Ｓ２４：Ｎｏ）には、補正ノッチの値からブレーキ力の弱いノッチに１段階変更し（Ｓ２６）、その補正ノッチでの補正ランカーブを計算し、目標地点に到達できるか確認するために、補正ランカーブと目標ランカーブとの交差点を計算する（Ｓ２７）。次に、計算した交差点が条件範囲外か否かを判定する（Ｓ２８）。この条件範囲は、実施の形態１と同様に設定可能である。交差点が条件範囲外である場合（Ｓ２８：Ｙｅｓ）には、制約を満たさないので、補正ノッチを前回の値に戻すためにブレーキ力の強いノッチに１段階変更して（Ｓ２９）このノッチを出力ノッチ指令値として補正ノッチ及び補正時間を設定する（Ｓ２５）。この処理により、仮に目標到達時分が物理的に不可能な値に設定されたとしても、計算が破たんしない範囲で、目標到達時分からの遅延を最小とするようにノッチ指令値を生成することができる。交差点が条件範囲外でない場合（Ｓ２８：Ｎｏ）には、変更した補正ノッチをもとに走行到達時分についての検証を繰り返すことで、目標走行時分と乗り心地とを考慮したノッチ指令値の生成が可能である。

ここで、現在時刻から目標地点までの走行到達時分の概算手法を説明する。図９，１０は、横軸を走行距離とし、縦軸を速度とする、現在時刻から目標地点までの走行到達時分の概算手法を説明する図である。図９，１０は、現在時刻から、補正ノッチで走行している状態から目標ノッチに切り替えて目標地点に到達する例を示し、図９では目標ランカーブより低速側から追従し、図１０では目標ランカーブより高速側から追従している。図９，１０のいずれも、現在の走行状態Ｐ３より補正ノッチを出力しつつ目標ランカーブへ接近し、目標ノッチへの切換え点であるＰ２において、補正ノッチから目標ノッチへ指令値を変更することによりランカーブＢを走行しつつ目標地点に到達する。図９に示す補正ランカーブは、補正ノッチで走行中である現在の走行状態Ｐ３から最後まで補正ノッチを出力し続けた際の走行軌道である。

ここで、ランカーブＡは、目標ノッチへの切換え点であるＰ２において一定の加速度で目標地点に到達する際の走行軌道を表わし、ランカーブＣは、目標ランカーブ上で、Ｐ２における目標地点距離までの残走距離から目標地点へ到達する走行軌道を表している。またＰ４はランカーブＣ上におけるＰ２での走行距離と同等の地点を示している。その場合、ランカーブＡ上をＰ２から目標地点まで走行するのに要する走行時間ＴＡおよびランカーブＣ上をＰ４から目標地点まで走行するのに要する走行時間ＴＣはいずれも等加速度運動であるため、ＴＡ＝２（Ｘｆ−Ｘ１）／Ｖ１、ＴＣ＝｛２（Ｘｆ−Ｘ１）／βｆ｝^１／２と見積もることが可能である。ただし、ここで、Ｐ２での走行距離をＸ１［ｍ］とし、速度をＶ１［ｍ／ｓ］とし、目標地点での走行距離をＸｆ［ｍ］とし、目標ノッチでの減速度をβｆ［ｍ／ｓ^２］とする。図９，１０より、ランカーブＢはＰ２から目標地点に到達するまでランカーブＡとランカーブＣの間に位置するため、ランカーブＢ上のＰ２から目標地点までを走行するのに要する走行時間ＴＢはＴＡとＴＣの間である。図９ではランカーブＣはランカーブＢに比べ常に高速側に位置するためにＴＣ≦ＴＢである。ここで、等号は点Ｐ２から目標地点までの間においてランカーブＢとランカーブＣが一致する場合である。同様にして、ＴＡ，ＴＢ，ＴＣについての大小関係を導くことで、ＴＢの上下限を設定することが可能である。

このように、図９，１０のいずれの場合においても、ｍｉｎ（ＴＡ，ＴＣ）≦ＴＢ≦ｍａｘ（ＴＡ，ＴＣ）とすることができる。ただし、ここで、ｍｉｎは、内部引数の最小値を選択する関数であり、ｍａｘは、内部引数の最大値を選択する関数である。このようにして、現在時刻から目標地点までの到達時間Ｔｒｅａｃｈは、補正時間Ｔｃｏｍｐを用いてＴｒｅａｃｈ＝Ｔｃｏｍｐ＋ｍａｘ（ＴＡ，ＴＣ）とすることで概算される。

図６において、目標到達時分の制約を課さない場合の実走行ランカーブは実走行ランカーブＥであり、目標到達時分の制約を最速到達とした場合での実走行ランカーブは、実走行ランカーブＦである。実走行ランカーブＥでは到達時間が１１．０１［ｓｅｃ］に対して実走行ランカーブＦでは１０．４３［ｓｅｃ］であり、走行時間を考慮したノッチ指令値を生成していることが確認できる。また、図７においては目標到達時分の制約を課さない場合の実走行ランカーブは実走行ランカーブＧであり、目標到達時分の制約を最速到達とした場合での実走行ランカーブは、実走行ランカーブＨである。実走行ランカーブＧでは到達時間が８．６５［ｓｅｃ］に対して実走行ランカーブＨでは８．５５［ｓｅｃ］であり、図６と同様に走行時間を考慮したノッチ指令値を生成していることが確認できる。

実施の形態３．
本実施の形態３にかかる自動列車運転装置は、図１に示す自動列車運転装置２における補正ノッチ演算部２５に代えて補正ノッチ演算部２５Ａを備える。図１１は、補正ノッチ演算部２５Ａの構成の一例を示す図である。図１１に示す補正ノッチ演算部２５Ａは、走行状態情報２１ａ、走行環境データ２２ａ、ブレーキ特性データ２３ａ、目標ランカーブ２４ａ及びノッチ指令値２ａが入力されて検証ノッチ２５１Ａａを出力する検証ノッチ指定部２５１Ａと、走行状態情報２１ａ、走行環境データ２２ａ、ブレーキ特性データ２３ａ、目標ランカーブ２４ａ及び検証ノッチ２５１Ａａが入力されて補正ノッチ２５Ａａ及び補正時間２５Ａｂを出力する補正ノッチ指定部２５２Ａと、走行状態情報２１ａ、走行環境データ２２ａ、ブレーキ特性データ２３ａ、目標ランカーブ２４ａ、補正ノッチ２５Ａａ及び補正時間２５Ａｂが入力されて再計算指令２５３ａを出力する再計算指令部２５３とを備える。

再計算指令部２５３は、補正ノッチ指定部２５２Ａから出力される補正ノッチ２５Ａａ及び補正時間２５Ａｂをもとに、現在時刻から一定時間の間だけ、補正ランカーブと実走行ランカーブとの差であるランカーブ差を計測して計数することで、ランカーブ差がしきい値を超えた場合に再計算指令２５３ａを出力する。具体的には、現在時刻を０とした時の時刻Ｎにおけるランカーブ差ΔＮは下記の式（３）で計算される。

ここで、ｘ（ｉ）は時刻ｉにおける走行位置であり、Ｖ_Ｈ（ｘ（ｉ））は走行位置ｘ（ｉ）における補正ランカーブの速度であり、Ｖ_Ｒ（ｘ（ｉ））は走行位置ｘ（ｉ）における実走行ランカーブの速度である。また、λ_Ｎ，ｉは、忘却係数であり、時間に関する重み関数として設定し、過去のランカーブ差の影響を小さくするためには、一例として指数関数を用いる。

また、下記の式（４）とした場合には、時刻Ｎのみでの補正ランカーブと実走行ランカーブの速度差を評価することも可能である。

このようにして、保持されたブレーキ特性データが実際のブレーキ特性と乖離している場合においても、自動的に誤差を判断し、ランカーブの修正を行うことが可能である。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１列車、２自動列車運転装置、２ａノッチ指令値、３車輪、４車輪回転角センサ、４ａ車輪回転角度情報、５地上子、５ａ地上子出力情報、６車上子、６ａ地上子検知情報、７ブレーキ指令部、７ａブレーキ指令、８ブレーキ装置、２１走行状態検出部、２１ａ走行状態情報、２２走行環境データ保持部、２２ａ走行環境データ、２３ブレーキ特性保持部、２３ａブレーキ特性データ、２４目標ランカーブ設定部、２４ａ目標ランカーブ、２５，２５Ａ補正ノッチ演算部、２５ａ，２５Ａａ補正ノッチ、２５ｂ，２５Ａｂ補正時間、２６ノッチ出力部、２５１，２５１Ａ検証ノッチ指定部、２５１ａ，２５１Ａａ検証ノッチ、２５２，２５２Ａ補正ノッチ指定部、２５３再計算指令部、２５３ａ再計算指令。

Claims

列車の現在の走行状態情報を検出する走行状態検出部と、
前記列車のブレーキ特性データを保持するブレーキ特性保持部と、
前記列車の走行環境データを保持する走行環境データ保持部と、
前記列車の走行到達目標である目標地点、目標速度、及びこの目標地点に進入する際に出力されるノッチ指令値である目標ノッチを保持し、この目標ノッチに応じた加減速度によって前記目標地点に到達することが可能な目標ランカーブを自動で計算して設定する目標ランカーブ設定部と、
前記現在の走行状態情報、前記ブレーキ特性データ、前記走行環境データ、前記目標ランカーブ及び現在のノッチ指令値が入力されて、前記列車の走行状態を前記現在の走行状態から前記目標ランカーブに遷移させるために、前記目標ノッチに切り換える前に、前記現在の走行状態から前記目標ランカーブに近づくように補正ノッチを出力しつつ、この補正ノッチの出力時間である補正時間も出力する補正ノッチ演算部と、
前記補正ノッチ及び前記補正時間が入力されて、前記補正時間だけ前記補正ノッチを出力した後に前記目標ノッチにノッチ指令値を変更して出力するノッチ出力部とを備えることを特徴とする自動列車運転装置。
前記補正ノッチ演算部は、
前記現在の走行状態情報、前記走行環境データ、前記ブレーキ特性データ、前記目標ランカーブ及び前記現在のノッチ指令値が入力されて検証ノッチを出力する検証ノッチ指定部と、
前記現在の走行状態情報、前記走行環境データ、前記ブレーキ特性データ、前記目標ランカーブ及び前記検証ノッチが入力されて前記補正ノッチ及び前記補正時間を出力する補正ノッチ指定部とを備え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。
前記補正ノッチ指定部は、前記補正ノッチから前記目標ノッチへの切替地点を設定し、
前記切替地点は、前記補正ノッチから目標ノッチへ変更後に一定の時間以上をかけて前記目標地点に到達するように設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。
前記補正ノッチ指定部は、前記切替地点の条件を満たすノッチ指令値の中で、前記目標走行時分と現在の走行時分から設定される走行時分設定値を満たすために必要な補正ノッチ段数の制約を設定することを特徴とする請求項３に記載の自動列車運転装置。
前記補正ノッチ演算部は、
現在時刻以後の一定期間の実走行ランカーブと補正ランカーブとの誤差を演算し、この誤差がしきい値を超えると、前記補正ノッチ及び前記補正時間の再計算指令を出力する再計算指令部を備え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。