JP2017221091A - 車両制御システム及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の鉄道車両の運行を制御するシステムにおいて、蓄電装置の助けを借りなくても、車両の回生エネルギーを活用できる車両制御システムを提供する。【解決手段】運転状態判定装置１０７は、自車両が出発可能な状態かどうかの判定と、他車両が回生走行又は力行走行かどうかの判定を行い、駆動制御装置１０３は、運転状態判定装置の判定結果に基づいて、架線１０１から電力の供給を受けて車両を走行させる駆動装置１０４を制御し、他車両の運転状態に合わせて自車両の力行走行を制御する。車両の運転状態を判定する第１のステップは、自車両が出発可能な状態かどうかの判定と、他車両が回生走行又は力行走行かどうかの判定を含み、駆動装置を制御する第２のステップは、第１のステップの判定結果に基づいて駆動装置を制御することによって、他車両の運転状態に合わせて自車両の力行走行を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の制御システム、及び、その制御方法に関する。

移動体の中でも比較的エネルギー効率が高いとされている鉄道の分野でも、更なる省エネのための技術改良が進んでいる。例えば、車両が消費する電力を低減するために、回生エネルギーを利用することが行われている。特開２０１２−１３９０１３号公報には、車両に蓄電装置を搭載し、車両の電圧が予測架線電圧よりも大きければ、架線から蓄電装置に充電し、車両の電圧が予測架線電圧よりも小さければ蓄電装置から架線に放電するシステムが開示されている。

特開２０１２−１３９０１３号公報

既述のシステムにおいては、車両の蓄電装置によって車両の回生エネルギーを利用することができるものの、蓄電装置に対する充放電時のエネルギーロスを避けることができなかった。本発明の課題は、複数の鉄道車両の運行を制御するシステムにおいて、蓄電装置の助けを借りなくても、車両の回生エネルギーを活用できる車両制御システム及びその方法を提供することである。

車両制御システムは、架線から電力の供給を受けて車両を走行させる駆動装置と、車両の運転状態を判定する運転状態判定装置と、駆動装置を制御する制御装置と、を備え、運転状態判定装置は、自車両が出発可能な状態かどうかの判定と、他車両が回生走行又は力行走行かどうかの判定を行い、制御装置は、運転状態判定装置の判定結果に基づいて駆動装置を制御することによって、他車両の運転状態に合わせて自車両の力行走行を制御する。さらに、車両制御方法は、車両の運転状態を判定する第１のステップと、駆動装置を制御する第２のステップと、を備え、第１のステップは、自車両が出発可能な状態かどうかの判定と、他車両が回生走行又は力行走行かどうかの判定を含み、第２のステップは、第１のステップの判定結果に基づいて駆動装置を制御することによって、他車両の運転状態に合わせて自車両の力行走行を制御する。

本発明によれば、架線から電力の供給を受けて走行する車両の制御システム及びその方法において、車両の回生エネルギーを活用しながら車両を運行できるという効果を達成する。

第１の実施の形態による車両制御システムの概略構成図である。 第１及び第２の実施の形態による出発可能状態データテーブルである。 第１及び第２の実施の形態による駆動制御データテーブルである。 第１の実施の形態による制御指令処理のフローチャートである。 第１の実施の形態による経過時間と、車両速度と、車両架線電圧と、出発可能状態と、制御指令と、路線消費電力量との関係図である。 第１の実施の形態による経過時間と、車両速度と、車両架線電圧と、出発可能状態と、制御指令と、路線消費電力量との関係図である。 第１の実施の形態の変形例による車両制御システムの概略構成図である。 第２の実施の形態による車両制御システムの概略構成図である。 第２の実施の形態による運行データテーブルである。 第２の実施の形態による制御指令処理のフローチャートである。 第２の実施の形態の変形例による車両制御システムの概略構成図である。 第２の実施の形態の変形例による車両制御システムの概略構成図である。 第３の実施の形態による車両制御システムの概略構成図である。 第３の実施の形態による制御指令処理のフローチャートである。 第３の実施の形態による経過時間と、車両速度と、出発時刻指令と、路線消費電力量との関係図である。 第３の実施の形態の変形例による車両制御システムの概略構成図である。 第３の実施の形態の変形例による車両制御システムの概略構成図である。

以下図面を参照しながら、車両制御システムの実施形態について説明する。車両制御システムは、車両が発車する際に、乗客用のドアが閉まっているか等の出発準備ができているかを判断する情報を参照し、出発準備ができていれば、力行（力行走行）する。

しかしながら、他車両の状態について考慮していないシステムにおいては、他車両が付近で回生（回生走行）をする予定にもかかわらず、その回生を待たず自車両を力行させてしまったり、他車両の力行のタイミングと自車両の力行のタイミングが重なってしまったりする。このため、電力消費量が増加することが多々ある。

そこで、車両制御システムは、他車両の回生や力行のタイミングを、架線電圧を測定することで把握し、又は／及び、運行データベース等を参照することで把握する。他車両の回生や力行のタイミングを把握することで、車両制御システムは、他車両の回生のタイミングに合わせて力行する、又は、他車両の力行のタイミングを避けて力行する。

（１）第１の実施の形態
（１−１）本実施の形態による車両制御システムの構成
図１を参照して、本実施の形態の車両制御システムの構成について説明する。本実施の形態の車両制御システムは、例えば自動運転により運行する車両に適用することができ、車両１０２は、図示せぬ変電所から供給される電力または他車両の回生電力を得るために架線１０１に接続される。駆動装置１０４は、例えば車両駆動モータと当該モータに電力を供給する電力変換装置で構成され、電力変換装置は架線１０１から電力の供給を受ける。また、電力変換装置は、制御装置である駆動制御装置１０３によって制御される。なお、車両１０２は、駆動装置１０４を制御することによって力行や回生等の動作を行う。

車両１０２の速度の値である速度１５２を計測する速度計測装置１０５と、車両１０２の架線電圧の値である架線電圧１５３を測定する架線電圧計測装置１０６とは、車両１０２の運転状態を判定する運転状態判定装置１０７に接続されている。なお、架線電圧計測装置１０６は架線１０１と駆動装置１０４との間に接続されている。また、速度計測装置１０５と架線電圧計測装置１０６とは車両１０２の走行状態に基づいた情報を出力する信号出力装置である。速度検知装置である速度計測装置１０５は速度検知信号である速度１５２を出力し、架線電圧計測装置１０６は架線電圧の計測信号である架線電圧１５３を出力する。

運転状態判定装置１０７は、架線電圧１５３と、速度１５２と、乗客ドアの開閉情報などに基づく出発可能状態とを基に、制御指令１５４を生成し、駆動制御装置１０３へ制御指令１５４を出力する。駆動制御装置１０３は、制御指令１５４を基に駆動指令１５１を作成し、駆動装置１０４へ駆動指令１５１を出力する。

駆動制御装置１０３で参照される、駆動制御データテーブルＴＢ１００を図２に示す。駆動制御データテーブルＴＢ１００は、運転状態判定装置１０７からの制御指令１５４を、駆動装置１０４への駆動指令１５１に変換するテーブルである。制御指令列ＴＢ１０１には、「出発（ＴＲＵＥ）」と「出発不可（ＦＡＬＳＥ）」の２値が格納されている。また駆動指令列ＴＢ１０２には、「出発（ＴＲＵＥ）」に対応する「通常運転」と、「出発不可（ＦＡＬＳＥ）」に対応する「制動」が格納されており、それぞれ変換される。制御指令１５４の「出発（ＴＲＵＥ）」又は「出発不可（ＦＡＬＳＥ）」を決める制御指令処理に関しては後述する。駆動指令１５１の「通常運転」は、次駅に向かって運行するように指令を出す。この指令は、例えば、目標走行パターンを決めておいて、その走行パターンに従って指令を出すなどでよい。「制動」はブレーキをかけ、駅を出発させない。

駆動装置１０４は、力行時には、図示せぬ変電所から供給される電力が、架線１０１を経由して駆動装置１０４に流れることで、図示せぬギアを介し、図示せぬ車輪を駆動する。逆に、回生時には、ブレーキがかかることで、駆動装置１０４は、発電機の役割を果たし、生じた電力が架線１０１に流れる。上述のように、架線１０１と駆動装置１０４との間では、電力の流れが、回生時と力行時で逆の向きになる。

速度計測装置１０５は、速度発電機や速度センサ等であり、車両１０２の速度１５２を検知や検出や計測等する。速度発電機は、車両１０２の車軸に接触させ、その回転を利用する接触型でも、車両１０２の車軸に接触させず、磁束変化を利用する非接触型でもよい。速度センサは、ドップラ効果を使用したドップラ式でも格子状に作られた受光素子上に結像される光学像から、測定対象の光学的なムラの移動を検出する空間フィルタ式等とする。

架線電圧計測装置１０６で計測される架線電圧１５３は、他車両の運転状態との兼ね合いでその値が変化する。例えば、他車両が力行中であれば、架線電圧１５３は低くなり、逆に、他車両が回生中であれば、架線電圧１５３は高くなる。

運転状態判定装置１０７に参照される出発可能状態データテーブルＴＢ２００を図３に示す。出発可能状態データテーブルＴＢ２００は、乗客ドア状態等を出発可能状態に変換するテーブルである。乗客ドア状態とは、乗客ドアが閉まっているか開いているかの状態であり、閉まっている状態を「閉（ＬＯ）」、開いている状態を「開（ＨＩ）」とする。乗客ドア状態列ＴＢ２０１には、「閉（ＬＯ）」と「開（ＨＩ）」の２値が格納されている。出発可能状態列ＴＢ２０２には、「閉（ＬＯ）」に対応する「出発可能」と「開（ＨＩ）」に対応する「出発不可能」が格納されており、それぞれ変換される。よって、例えば、乗客が乗降している間は、乗客ドアは開いており、乗客ドア状態は「開（ＨＩ）」となり、出発可能状態は、「出発不可能」となる。ドアが閉じれば、乗客ドア状態は「閉（ＬＯ）」となり、出発可能状態は「出発可能」となる。

（１−２）同時力行抑制／力行回生同期機能
かかる車両制御システムの運転状態判定装置１０７での処理内容である同時力行抑制／力行回生同期機能について説明する。運転状態判定装置１０７は、上述の通り速度１５２と架線電圧１５３と出発可能状態とに基づいて、制御指令１５４を「出発」とするか「出発不可」とするかを判定する制御指令処理を行う。このことで、同時力行抑制／力行回生同期機能が実現されている。

運転状態判定装置１０７は、制御指令処理において、図４に示すように、入力情報である速度１５２から車両１０２が停車している（停止状態）かどうかを判定する（ＳＰ２０１）。停車と判定すると、運転状態判定装置１０７は、車両１０２の出発可能状態が「出発可能」であるか否かを判定する（ＳＰ２０２）。車両１０２が「出発可能」だと判定すると、運転状態判定装置１０７は、閾値電圧１が設定されているかを判定する（ＳＰ２０３）。閾値電圧１が設定されていると判定すると、運転状態判定装置１０７は、架線電圧１５３が閾値電圧１以上であるか否かを判定する（ＳＰ２０４）。架線電圧１５３が閾値電圧１以上であると判定すると、運転状態判定装置１０７は、制御指令１５４を「出発」とする（ＳＰ２０７、力行回生同期制御）。

また、運転状態判定装置１０７は、閾値電圧１が設定されていないと判定すると、又は、架線電圧１５３が閾値電圧１より小さいと判定すると、閾値電圧２が設定されているか否かを判定する（ＳＰ２０５）。閾値電圧２が設定されていると判定すると、運転状態判定装置１０７は、架線電圧１５３が閾値電圧２以上であるか否かを判定する（ＳＰ２０６）。架線電圧１５３が閾値電圧２以上であると判定すると、運転状態判定装置１０７は、制御指令１５４を「出発」とする（ＳＰ２０７、同時力行抑制制御）。

これに対し、運転状態判定装置１０７は、停車と判定しないと、制御指令１５４は前の状態を維持し（ＳＰ２０９）、処理を終了する。また、出発可能状態が「出発可能」でないと判定すると、制御指令を「出発不可」とし（ＳＰ２０８）、制御指令１５４は前の状態すなわち出発不可を維持し（ＳＰ２０９）、処理を終了する。

さらに、運転状態判定装置１０７は、ＳＰ２０５において閾値電圧２が設定されていないと判定すると、制御指令１５４は前の状態を維持し（ＳＰ２０９）、処理を終了する。また、架線電圧１５３が閾値電圧２より小さいと判定すると制御指令１５４は前の状態を維持し（ＳＰ２０９）、処理を終了する。

上述の通り、制御指令１５４を「出発」とする場合は、力行回生同期が可能な場合（ＳＰ２０４、ＹＥＳ）と、同時力行抑制が可能な場合（ＳＰ２０６、ＹＥＳ）とである。また、走行中（ＳＰ２０１、ＮＯ）には、制御指令１５４は前の状態とするため（ＳＰ２０９）、制御指令１５４が変化するのは停車中のみである。なお、制御指令が「出発」とならなければ、走行状態とはならない。このため、走行中（ＳＰ２０１、ＮＯの場合）に制御指令１５４が「出発不可」に変化することはない。

なお、閾値電圧１は変電所の無負荷時電圧（変電所から架線に対して供給電力がない場合の電圧）とする。架線電圧１５３が変電所の無負荷時電圧を超えている場合には、他車両が回生していることになるため、運転状態判定装置１０７は、回生している他車両と同期するかどうかを判定できる。

また、閾値電圧２は車両１０２の力行時基準電圧とする。力行時基準電圧は、一般的には変電所から定格出力した場合の電圧となっていることが多いが、変電所から定格出力した場合の電圧に対してある割合低減した値となっている場合であっても本発明の内容を妨げるものではない。架線電圧１５３が車両１０２の力行時基準電圧よりも低下している場合には、設計時に想定している条件よりも力行性能が低下することになる。この条件が起こるのは、少なくとも他の車両が力行している状況と考えられるため、運転状態判定装置１０７は、力行している他車両との同期を回避するかどうかを判定できる。

（１−３）本実施の形態と従来との消費電力量の比較
（１−３−１）力行回生同期制御の場合
図５を用いて、図４の処理において、回生している他車両と同期するかどうかを判定するための閾値電圧１のみが設定されていた場合の、本実施の形態における速度１５２と架線電圧１５３と路線消費電力量の関係について従来と比較しながら説明する。

上から、車両速度（ｋｍ／ｈ）と時刻の関係図（Ｘ１）、車両架線電圧（Ｖ）と時刻の関係図（Ｘ２）、出発可能状態と時刻の関係図（Ｘ３）、制御指令と時刻の関係図（Ｘ４）及び路線消費電力量（ｋＷｈ）と時刻の関係図（Ｘ５）を示している。横軸である時刻は共通の尺度であり、秒単位であり、縦軸は、それぞれ、車両速度（ｋｍ／ｈ）、車両架線電圧（Ｖ）、出発可能状態、制御指令及び路線消費電力量（ｋＷｈ）とする。なお、図中の破線は、従来の関係を示しており、実線が本実施の形態による関係を示している。また、関係図Ｘ１、Ｘ２、及びＸ３は運転状態判定装置１０７へ入力される情報についての図であり、関係図Ｘ４は運転状態判定装置１０７から出力される情報についての図である。関係図Ｘ５は、本実施の形態の効果を示すための車両１０２の消費電力量についての図である。

従来は、他車両の回生と車両１０２の力行のタイミングを調整しない。以下、図５中の破線に着目して説明する。時刻Ｔ１から、出発可能状態は「出発可能」となり（Ｘ３）、車両１０２が力行するが（Ｘ１）、車両１０２の架線電圧１５３が閾値電圧１以上となっておらず、他車両の回生がない。このため、変電所から電力供給等されて、路線消費電力量が増加している（Ｘ５）。

また、時刻Ｔ３からＴ５にかけて、車両１０２の架線電圧１５３が上昇しており、他車両が回生しているが、車両１０２は惰行中である（Ｘ１）。このため、発生している電力を有効活用できておらず消費電力量は変動しない（Ｘ５）。

同様に、時刻Ｔ８からＴ９の、車両１０２の力行時には（Ｘ１）、他車両の回生がないため、変電所から電力供給されて、路線消費電力量が増加している（Ｘ５）。また、時刻Ｔ１０からＴ１１にかけて、他車両が回生しているため、車両１０２の架線電圧１５３が上昇しているが、車両１０２は惰行中である（Ｘ１）。このため、発生している回生電力を有効活用できず消費電力量は変動しない（Ｘ５）。

これに対し、本実施の形態について、図５中の実線に着目して説明する。なお、各駅においての出発可能状態は本制御適用前と同じである（Ｘ３）。

時刻Ｔ０において車両１０２は停車しており（Ｘ１）、出発可能状態は「出発不可能」となる（Ｘ３）。従って、時刻Ｔ０における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０８及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は「出発不可」となる（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発不可」は駆動指令１５１の「制動」に変換され、この駆動指令１５１の「制動」を受けた駆動装置１０４により、車両１０２は停車状態を維持する。車両１０２が走行していないため、路線消費電力量は０のままとなる（Ｘ５）。

時刻Ｔ１において、出発可能状態は「出発可能」となり（Ｘ３）、車両１０２の架線電圧１５３は閾値電圧１を超えていない（Ｘ２）。従って、時刻Ｔ１における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０３、ＳＰ２０４、ＳＰ２０５及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発不可」となる（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発不可」は駆動指令１５１の「制動」に変換され、この駆動指令１５１の「制動」を受けた駆動装置１０４により、車両１０２は停車状態を維持する。車両１０２が走行していないため、路線消費電力量は０のままとなる（Ｘ５）。

時刻Ｔ２において、車両１０２の架線電圧１５３が変化するが閾値電圧１を超えない（Ｘ２）。また、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｘ３）。従って、時刻Ｔ２における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０３、ＳＰ２０４、ＳＰ２０５及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発不可」となる（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発不可」は駆動指令１５１の「制動」に変換され、この駆動指令１５１の「制動」を受けた駆動装置１０４により、車両１０２は停車状態を維持する。車両１０２が走行していないため、路線消費電力量は０のままとなる（Ｘ５）。

時刻Ｔ３において、車両１０２の架線電圧１５３が変化し、閾値電圧１を超える（Ｘ２）。また、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｘ３）。従って、時刻Ｔ３における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０３、ＳＰ２０４及びＳＰ２０７と進み、車両１０２の制御指令１５４は「出発」となる（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換され、この駆動指令１５１の「通常運行」を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動され、車両１０２は力行し、速度１５２が上昇する（Ｘ１）。このとき、車両１０２は力行しているが、車両１０２の架線電圧１５３が閾値電圧１を超えているため、変電所から電力供給されず、他車両の回生電力のみで、車両１０２の力行が行われる。このため、路線消費電力量は０のままとなる（Ｘ５）。

時刻Ｔ４において、車両１０２の架線電圧１５３は変化し、閾値電圧１を下回る（Ｘ２）。また、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｘ３）。さらに、速度１５２は０を超えているため（Ｘ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｔ４における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発」が維持される（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の「通常運行」を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動され、車両１０２は力行し、速度１５２が上昇する（Ｘ１）。また、車両１０２が走行中であり（Ｘ１）、車両１０２の架線電圧１５３が閾値電圧１を下回っている（Ｘ２）。このため、変電所から電力供給が行われ、路線消費電力量が増加する（Ｘ５）。

時刻Ｔ５において、車両１０２の走行状態が力行から惰行に変化し（Ｘ１）、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｘ３）。また、速度１５２が０を超えているため（Ｘ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｔ５における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発」が維持される（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の通常運行を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動されるが、走行状態は惰行となっている。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｘ５）。

時刻Ｔ６において、車両１０２の走行状態が惰行から回生に変化し（Ｘ１）、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｘ３）。また、速度１５２が０を超えているため（Ｘ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｔ６における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発」が維持される（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の「通常運行」を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動されるが、走行状態は回生となっている。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｘ５）。

時刻Ｔ７において、車両１０２は停車直後であり、速度１５２は０であるため（Ｘ１）停車と判定される。また、乗客の乗降が行われることから出発可能状態は「出発不可能」に変更される（Ｘ３）。従って、時刻Ｔ７における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０８及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は「出発不可」となる（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発不可」は駆動指令１５１の「制動」に変換される。この駆動指令１５１の「制動」を受けた駆動装置１０４により、車両１０２は停車している。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｘ５）。

時刻Ｔ８において、出発可能状態は「出発可能」となる（Ｘ３）。また、車両１０２の架線電圧１５３は閾値電圧１を超えていない（Ｘ２）。従って、時刻Ｔ８における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０３、ＳＰ２０４、ＳＰ２０５及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発不可」である（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発不可」は駆動指令１５１の「制動」に変換される。この駆動指令１５１の「制動」を受けた駆動装置１０４により、車両１０２は停車している。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｘ５）。

時刻Ｔ９において、車両１０２の架線電圧１５３は閾値電圧１を超えている（Ｘ２）。また、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｘ３）。従って、時刻Ｔ９における制御指令処理は、図４より、ステップ２０１、２０２、２０３、２０４及び２０７と進み、車両１０２の制御指令１５４は「出発」となる（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の「通常運行」を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動され、車両１０２は力行し、速度１５２が上昇する（Ｘ１）。このとき、車両１０２は力行しているが、車両１０２の架線電圧１５３が閾値電圧１を超えているため（Ｘ２）、変電所から電力供給されず、他車両の回生電力のみで、車両１０２の力行が行われる。このため、路線消費電力量は変化しない（Ｘ５）。

時刻Ｔ１０において、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｘ３）。また、速度１５２が０を超えているため（Ｘ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｔ１０における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発」が維持される（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の「通常運行」を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動され車両１０２は力行し、速度１５２が上昇する（Ｘ１）。このとき、車両１０２は力行しているが、車両１０２の架線電圧１５３が閾値電圧１を超えているため、変電所から電力供給されず、他車両の回生電力のみで、車両１０２の力行が行われる。このため、路線消費電力量は変化しない（Ｘ５）。

時刻Ｔ１１において、車両１０２の走行状態が力行から惰行に変化し（Ｘ１）、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｘ３）。また、速度１５２が０を超えているため（Ｘ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｔ１１における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発」が維持される（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の通常運行を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動されるが、走行状態は惰行となっている。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｘ５）。

時刻Ｔ１２において、車両１０２の走行状態が惰行から回生に変化し（Ｘ１）、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｘ３）。また、速度１５２が０を超えているため（Ｘ１）停車と判定されない。この結果、時刻Ｔ１２における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発」が維持される（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の「通常運行」を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動されるが、走行状態は回生となっている。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｘ５）。

時刻Ｔ１３において、車両１０２は停車直後であり、速度１５２は０であるため（Ｘ１）停車と判定され、乗客の乗降が行われることから出発可能状態は「出発不可能」に変更される（Ｘ３）。時刻Ｔ１３における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０８及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は「出発不可」となる（Ｘ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発不可」は駆動指令１５１の「制動」に変換される。この駆動指令１５１の「制動」を受けた駆動装置１０４により、車両１０２は停車している。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｘ５）。

（１−３−２）同時力行抑制制御の場合
図６を用いて、図４の処理において、他車両が力行中かどうかを判定するための閾値電圧２のみが設定されていた場合の、本実施の形態における速度１５２と架線電圧１５３と路線消費電力量の関係について従来と比較しながら説明する。

上から、車両速度（ｋｍ／ｈ）と時刻の関係図（Ｙ１）、車両架線電圧（Ｖ）と時刻の関係図（Ｙ２）、出発可能状態と時刻の関係図（Ｙ３）、制御指令と時刻の関係図（Ｙ４）及び路線消費電力量（ｋＷh）と時刻の関係図（Ｙ５）を示している。横軸である時刻は共通の尺度であり、秒単位であり、縦軸は、それぞれ、車両速度（ｋｍ／ｈ）、車両架線電圧（Ｖ）、出発可能状態、制御指令及び路線消費電力量（ｋＷｈ）とする。なお、図中の破線は、従来の関係を示しており、実線が本実施の形態による関係を示している。また、関係図Ｙ１、Ｙ２、及びＹ３は運転状態判定装置１０７へ入力される情報についての図であり、関係図Ｙ４は運転状態判定装置１０７から出力される情報についての図である。関係図Ｙ５は、本実施の形態の効果を示すための車両１０２の消費電力量についての図である。

従来は、他車両の力行と車両１０２の力行のタイミングを調整しない。以下、図６中の破線に着目して説明する。時刻Ｓ１から、出発可能状態は「出発可能」となり（Ｙ３）、車両１０２が力行する（Ｙ１）。また、他車両が力行しているため、車両１０２の架線電圧１５３が閾値電圧２よりも低下している。このため、変電所から電力供給等され、架線の送電ロスが増加し、路線消費電力量が増加している（Ｙ５）。

また、時刻Ｓ３からＳ４にかけて、車両１０２の架線電圧１５３が上昇しており、他車両が回生しているが、車両１０２は惰行中のため（Ｙ１）、発生している回生電力を有効活用できない（Ｙ５）。

これに対し、本実施の形態について、図６中の実線に着目して説明する。なお、各駅において出発可能状態になるタイミングは本制御適用前と同じである（Ｙ３）。

時刻Ｓ０において車両１０２は停車しており（Ｙ１）、出発可能状態は「出発不可能」となる（Ｙ３）。従って、時刻Ｓ０における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０８及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は「出発不可」となる（Ｙ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発不可」は駆動指令１５１の「制動」に変換される。この駆動指令１５１の「制動」を受けた駆動装置１０４により、車両１０２は停車状態を維持する。車両１０２が走行していないため、路線消費電力量は０のままとなる（Ｙ５）。

時刻Ｓ１において、出発可能状態は「出発可能」となるが（Ｙ３）、車両１０２の架線電圧１５３は閾値電圧２を超えていない（Ｙ２）。従って、時刻Ｓ１における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０３、ＳＰ２０５、ＳＰ２０６及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発不可」となる（Ｙ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発不可」は駆動指令１５１の「制動」に変換される。この駆動指令１５１の「制動」を受けた駆動装置１０４により、車両１０２は停車状態を維持する。車両１０２が走行していないため、路線消費電力量は０のままとなる（Ｙ５）。

時刻Ｓ２において、車両１０２の架線電圧１５３が変化し、閾値電圧２を超える（Ｙ２）。また、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｙ３）。従って、時刻Ｓ２における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０３、ＳＰ２０５、ＳＰ２０６及びＳＰ２０７と進み、車両１０２の制御指令１５４は「出発」となる（Ｙ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の「通常運行」を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動され、車両１０２は力行し、速度１５２が上昇する（Ｙ１）。また、車両１０２が走行中であり（Ｙ１）、車両１０２の架線電圧１５３が変電所の無負荷時電圧を下回っている。このため、変電所から電力供給が行われ、路線消費電力量が増加する（Ｙ５）。

時刻Ｓ３において、車両１０２の架線電圧１５３が変化し、変電所の無負荷時電圧を超え（Ｙ２）、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｙ３）。また、速度１５２は０を超えているため（Ｙ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｓ３における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４に「出発」が出力される（Ｙ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の「通常運行」を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動され、車両１０２は力行し、速度１５２が上昇する（Ｙ１）。このとき、車両１０２は力行しているが、車両１０２の架線電圧１５３が変電所の無負荷時電圧を超えているため、変電所から電力供給されず、他車両の回生電力のみで、車両１０２の力行が行われる。このため、路線消費電力量は変化しない（Ｙ５）。

時刻Ｓ４において、車両１０２の走行状態が力行から惰行に変化し（Ｙ１）、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｙ３）。また、速度１５２が０を超えているため（Ｙ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｓ４における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発」が維持される（Ｙ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の通常運行を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動されるが、走行状態は惰行となっている。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｙ５）。

時刻Ｓ５において、車両１０２の走行状態が惰行から回生に変化し（Ｙ１）、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｙ３）。また、速度１５２が０を超えているため（Ｙ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｓ５における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発」が維持される（Ｙ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の「通常運行」を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動されるが、走行状態は回生となっている。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｙ５）。

時刻Ｓ６において、車両１０２は停車直後であり、上述の通り乗客の乗降が行われることから出発可能状態は「出発不可能」に変更される（Ｙ３）。また、速度１５２は０であるため（Ｙ１）停車と判定される。従って、時刻Ｓ６における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０８及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は「出発不可」となる（Ｙ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発不可」は駆動指令１５１の「制動」に変換される。この駆動指令１５１の「制動」を受けた駆動装置１０４により、車両１０２は停車している。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｙ５）。

時刻Ｓ７において、出発可能状態は「出発可能」となり（Ｙ３）、車両１０２の架線電圧１５３は閾値電圧２を超えている（Ｙ２）。このため、他車両の力行を回避することができる。この結果、時刻Ｓ７における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０３、ＳＰ２０５、ＳＰ２０６及びＳＰ２０７と進み、車両１０２の制御指令１５４は「出発」となる（Ｙ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の「通常運行」を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動され、車両１０２は力行となり、速度１５２が上昇する（Ｙ１）。また、車両１０２が走行中であり（Ｙ１）、車両１０２の架線電圧１５３が変電所の無負荷時電圧を下回っているため（Ｙ２）、変電所から電力供給が行われ、路線消費電力量が増加する（Ｙ５）。

時刻Ｓ８において、車両１０２の架線電圧１５３は変電所の無負荷時電圧を超えるが（Ｙ２）、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｙ３）。また、速度１５２が０を超えているため（Ｙ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｓ８における制御指令処理は、図４より、ステップ２０１、及び２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４から「出発」が出力される（Ｙ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換され、この駆動指令１５１の「通常運行」を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動される。このため、車両１０２は力行し、速度１５２が上昇する（Ｙ１）。このとき、車両１０２は力行しているが、車両１０２の架線電圧１５３が変電所の無負荷時電圧を超えているため（Ｙ２）、変電所から電力供給されず、他車両の回生電力のみで、車両１０２の力行が行われる。このため、路線消費電力量は変化しない（Ｙ５）。

時刻Ｓ９において、車両１０２の走行状態が力行から惰行に変化する（Ｙ１）。また、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｙ３）。また、速度１５２が０を超えているため（Ｙ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｓ９における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発」が維持される（Ｙ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の通常運行を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動されるが、走行状態は惰行となっている。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｙ５）。

時刻Ｓ１０において、車両１０２の走行状態が惰行から回生に変化するが（Ｙ１）、出発可能状態は「出発可能」を維持する（Ｙ３）。また、速度１５２が０を超えているため（Ｙ１）停車と判定されない。従って時刻Ｓ１０における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は前回と同じため「出発」が維持される（Ｙ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発」は駆動指令１５１の「通常運行」に変換される。この駆動指令１５１の「通常運行」を受けた駆動制御装置１０３により、駆動装置１０４が駆動されるが、走行状態は回生となっている。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｙ５）。

時刻Ｓ１１において、車両１０２は停車直後であり、上述の通り乗客の乗降が行われることから出発可能状態は「出発不可能」となる（Ｙ３）。また、速度１５２は０であるため（Ｙ１）停車と判定される。従って、時刻Ｓ１１における制御指令処理は、図４より、ステップＳＰ２０１、ＳＰ２０２、ＳＰ２０８及びＳＰ２０９と進み、車両１０２の制御指令１５４は「出発不可」となる（Ｙ４）。上述の駆動制御データテーブルＴＢ１００により、制御指令１５４の「出発不可」は駆動指令１５１の「制動」に変換される。この駆動指令１５１の「制動」を受けた駆動装置１０４により、車両１０２は停車している。このため、変電所からの電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｙ５）。

（１−４）本実施の形態の効果
以上のように本実施の形態の車両制御システムは、架線電圧１５３から他車両が回生していることを判定し、自車両１０２等の制御対象車両１０２の力行のタイミングを同期する。このことで、本実施の形態の車両制御システムは、他車両の回生電力を自車両１０２等の制御対象車両１０２の力行電力として使用し、省エネを図ることができる。

また、本実施の形態の車両制御システムは、架線電圧１５３から他車両が力行していることを判定し、自車両１０２等の制御対象車両１０２の力行のタイミングをずらす。このことで、本実施の形態の車両制御システムは、不要なエネルギーの使用を避け、省エネを図ることができる。

（１−５）変形例
変形例として、図１の構成に車両制御システムの出力や速度１５２を操作する装置であるマスコンと、車両制御システムの運転をする運転士に対して運転を支援する運転支援装置とを搭載し、運転士がマスコンを操作することで車両制御システムを制御する構成も可能である。

図７を参照して、変形例の構成について説明する。変形例による車両制御システムは、運転士によって、運転される車両６０１に適用することができ、車両６０１は、図示せぬ変電所から供給される電力または他車両の回生電力を得るために架線１０１に接続される。車両６０１は、駆動装置１０４を備え、駆動装置１０４は、駆動制御装置１０３によって制御されており、車両６０１は駆動装置１０４によって力行や回生等する。

車両６０１の速度１５２を計測する速度計測装置１０５と、車両６０１の架線電圧１５３を測定する架線電圧計測装置１０６とは、車両６０１の運転状態を判定する運転状態判定装置１０７に接続されている。なお、架線電圧計測装置１０６は架線１０１と駆動装置１０４との間に接続されている。また、速度計測装置１０５と架線電圧計測装置１０６とは車両の走行状態に基づいた情報を出力する信号出力装置である。

駆動制御装置１０３には、運転状態判定装置１０７の代わりに、運転士によって操作されるマスコン６０２が接続されている。運転士は、運転支援装置６０３の表示内容に基づいて、マスコン６０２を操作し、運転指令６５１を駆動制御装置１０３に伝える。運転支援装置６０３は、運転状態判定装置１０７に接続されており、制御指令１５４に基づいて、「出発」、「出発不可」を操作支援指令として表示する。運転士とマスコン６０２を介して、運転状態判定装置１０７は、駆動制御装置１０３に、制御指令１５４と同等の内容である運転指令６５１を伝える。このため本変形例は、図４又は図５で示した第１の実施の形態の効果と同様の効果を得ることができる。なお、本変形例の場合は、マスコン６０２と駆動制御装置１０３を合わせて制御装置とみなしてもよい。第１の実施の形態においては、図２，３に示す変換テーブルを使用する例を示したが、当該変換テーブルを用いずに、演算により指令情報を生成しても良い。

（２）第２の実施の形態
（２−１）本実施の形態による車両制御システムの構成
第１の実施の形態においては、架線電圧１５３に基づいて車両１０２が力行するタイミングを調整している。この場合、他車両の回生や力行を待ったために、運行計画通りの時間に次駅に到着することができず、遅れの発生原因となってしまう可能性がある。

そこで、本実施の形態の車両システムは、同一路線上を走行する全ての車両の運行データを記録する運行データベース７０２内の運行データ７５１を参照する。このことで、本車両システムは、発車タイミング調整のために使用できる時間、例えば停車中の駅から次駅までに予定されている走行時間から実際に走行にかかる時間を減算した時間、を把握することができる。このため、その時間内（余裕時間）で発車タイミング調整し、運行計画通りの時間に次駅に到着することができる。

本実施の形態の車両制御システムは、運行データベース７０２と位置計算装置７０３とがさらに設けられている点を除いて、第１の実施の形態の車両制御システムと同様に構成されている。特に説明のない点に関しては、実施の形態１と同様とする。

図８に示す、本実施の形態による車両制御システムは、例えば自動運転により運行する車両に適用することができる。車両７０１は、図示せぬ変電所からの電力を供給する架線１０１に接続される。駆動装置１０４には架線１０１を介して電力が供給されて、駆動装置１０４により車両７０１は駆動される。駆動装置１０４は、駆動制御装置１０３によって制御されており、車両７０１は、駆動装置１０４によって力行や回生等を行う。

また、車両７０１の架線電圧１５３を測定する架線電圧計測装置１０６は、架線１０１と駆動装置１０４との間に接続され、車両７０１の運転状態を判定する運転状態判定装置７０４に接続されている。また、車両７０１の速度１５２を計測するために速度計測装置１０５も同様に、運転状態判定装置７０４に接続されている。

また、速度１５２を基に車両７０１の位置７５２を算出する位置計算装置７０３と、車両７０１の運行データ７５１を記録する運行データベース７０２は、運転状態判定装置７０４に接続されている。位置計算装置７０３で算出する位置７５２は、車両７０１が、どの駅にいるか、どの区間にいるか等を運転状態判定装置７０４が判定するために使用される。

なお、位置計算装置７０３は、例えば、速度１５２を利用せずに、ＧＰＳ（Global Positioning System）を利用することで位置情報を求めてもよいものとする。

駆動制御装置１０３には、運転状態判定装置７０４から制御指令１５４が出され、駆動制御装置１０３は、制御指令１５４を基に駆動指令１５１を作成する。ここで、制御指令１５４は、架線電圧１５３と、速度１５２と、位置７５２と、運行データ７５１と、乗客ドアの情報などに基づく出発可能状態とを基に作成される。

駆動制御装置１０３に参照される、駆動制御データテーブルＴＢ１００と、運転状態判定装置７０４に参照される、出発可能状態データテーブルＴＢ２００とについては、第１の実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

運行データベース７０２の運行データ７５１は、遅れを発生させないために運転状態判定装置７０４で参照されるデータであり、運行データベース７０２には、図９に示すような列車計画（ダイヤグラム）の内容が運行データテーブルＴＢ３００として格納されており、列車ごとの列車番号と編成と運行区間及び経路及び停車駅及び各駅の着発時刻（又は通過時刻）等が格納されている。

運行データテーブルＴＢ３００には、列車１、列車２、…、列車Ｎまでの路線内の列車の運行データを格納する運行データ列ＴＢ３０１が設けられており、列車ごとの詳細な情報はそれぞれ列車データテーブルＴＢ４００のように格納されている。本実施の形態においては、自車両７０１等の制御対象車両７０１のデータを参照する。

列車データテーブルＴＢ４００には、列車番号、編成、及び運転区間等といった項目名等の索引情報が格納されている項目列ＴＢ４０１と、内容である、車両形式、両数、駅名、発着時刻及び進路といった詳細が格納される内容列ＴＢ４０２が設けられている。

（２−２）本実施の形態による同時力行抑制／力行回生同期機能
図１０は、本実施の形態による同時力行抑制／力行回生同期機能に関して、運転状態判定装置７０４により実行される制御指令処理の処理手順を示す。

制御指令処理において、制御指令１５４を「出発」とするか「出発不可」とするかを判定するという処理内容については、第１の実施の形態と同様であるため、差分がある箇所についてのみ説明する。

本実施の形態では、運転状態判定装置７０４は、制御指令処理を実行するために、位置７５２と、運行データ７５１を入力情報としてさらに取得する。

停車中の場合、運転状態判定装置７０４は、位置７５２からどの駅に停車しているかを判定し（ＳＰ８０１）、次の駅への到着が遅延しない時刻までの時間である余裕時間を算出済であるかを判定し（ＳＰ８０２）、余裕時間を算出済の場合は、車両７０１の出発可能状態が「出発可能」かを判定する（ＳＰ８０５）。

運転状態判定装置７０４が、余裕時間を算出していない場合、運転状態判定装置７０４は余裕時間の算出（ＳＰ８０３）と、出発限度時刻の算出（ＳＰ８０４）を実施し、ステップＳＰ８０５へ進む。なお、出発限度時刻は、列車計画（ダイヤグラム）上で予定されている出発時刻（列車データテーブルＴＢ４００の発時刻）に余裕時間を加算することで算出する。

また、運転状態判定装置７０４は、車両７０１の出発可能状態が「出発可能」の場合に、現時刻が出発限度時刻または出発限度時刻を超えているかを判定し（ＳＰ８０６）、現時刻が出発限度時刻または出発限度時刻を超えている場合に、運転状態判定装置７０４は、制御指令１５４を「出発」とする（ＳＰ８１１、出発限度時刻制御）。運転状態判定装置７０４が、現時刻が出発限度時刻を超えていないと判定した場合は、ＳＰ８０７へ進む。

（２−３）本実施の形態の効果
上述の処理以外に関しては、第１の実施の形態と同様であり、ステップＳＰ２０１〜ＳＰ２０９と、ステップＳＰ８０１、ＳＰ８０５及びＳＰ８０７〜ＳＰ８１３とが対応している。本実施の形態によれば、出発可能状態の判定（ＳＰ８０５）後に、出発限度時刻の判定（ＳＰ８０６）を行うことで、列車計画（ダイヤグラム）の計画内容を守りつつ、他車両の回生電力の有効利用や、他車両の力行と自車両７０１の力行タイミングの同期を回避することができる。

（２−４）変形例
なお、図１１に示すように、運行データベース７０２の代わりに地上システムと通信する通信装置９０２を車両９０１に設けてもよい。通信装置９０２が、運行状況を管理している地上システムと適切なタイミングで通信を行い、運転状態判定装置７０４が参照する列車計画（ダイヤグラム）を適切に更新するようにしてもよい。

また、図１２に示すように、運行データベース７０２に加えて通信装置９０２を車両１００１に設け、運転状態判定装置７０４が参照する運行データベース７０２を適切に更新するようにしてもよい。

いずれの構成においても運転状態判定装置７０４の処理は変更とならないため、図８のシステム構成と同じ効果が得られる。

第２の実施の形態においては、図２，３に示す変換テーブルを使用する例を示したが、当該変換テーブルを用いずに、演算により指令情報を生成しても良い。

（３）第３の実施の形態
（３−１）本実施の形態による車両制御システムの構成
第１及び第２の実施の形態においては、他車両の力行や回生の情報を、架線電圧１５３を測定することで取得していたが、架線電圧１５３を参照せずとも、他車両の運行計画（ダイヤグラム）を参照することによって、他車両の力行や回生のタイミングを予測することができる。

そこで、本実施の形態では、架線電圧１５３を測定する架線電圧計測装置１０６やその測定した電圧を参照する機能を省略することで車両制御システムにかかるコストを減らすことができる。

本実施の形態の車両制御システムは、架線電圧計測装置１０６が設けられていない点を除いて、第２の実施の形態の車両制御システムと同様に構成されている。特に説明のない点に関しては、実施の形態２と同様とする。

図１３に示す、本実施の形態による車両制御システムは、架線電圧１５３の代わりに、運行データ７５１により、他車両の力行及び回生のタイミングを予測する。

駆動制御装置１１０２は、現在時刻が後述の制御指令処理によって設定された出発時刻に達するまたは超えた場合には、次駅に向かって運行するように「通常運行」指令を出す。例えば、目標走行パターンを決めておいて、その走行パターンに従った指令を出力する。現在時刻が後述の制御指令処理によって設定された出発時刻に達していない場合には、「制動」指令を出して、駅を出発させない。なお、本実施の形態においても第１及び第２の実施の形態と同様に変換テーブルを使用してもよいものとする。

（３−２）本実施の形態による同時力行抑制／力行回生同期機能
かかる車両制御システムの運転状態判定装置１１０３での処理内容である同時力行抑制／力行回生同期機能について説明する。上述の通り速度１５２と位置７５２と運行データ７５１とに基づいて、出発時刻指令１１５１の時刻を判定する制御指令処理を運転状態判定装置１１０３で実行することで、同時力行抑制／力行回生同期機能を実現している。

運転状態判定装置１１０３は、制御指令処理において、図１４に示すように、入力情報である速度１５２から車両１１０１が停車しているかどうかを判定する（ＳＰ１２０１）。停車と判定しない場合は処理を終了し、停車と判定すると、運転状態判定装置１１０３は、停車中の駅で出発時刻指令１１５１が未算出か判定する（ＳＰ１２０２）。出発時刻指令１１５１が算出されている場合は処理を終了する。

また、運転状態判定装置１１０３は、現在停車している駅において、出発時刻指令１１５１が算出されていない場合、前の駅等で設定されて残っている出発時刻指令１１５１を初期化し（ＳＰ１２０３）、位置７５２で現在停車中の駅を特定して、運行データ７５１に基づいて、余裕時間を算出し（ＳＰ１２０４）、当該余裕時間に基づいて出発限度時刻ＴＬを算出する（ＳＰ１２０５）。

次に、他車両の回生開始予想時刻である回生開始予想時刻ＴＳ（ＳＰ１２０６）と、他車両の力行終了予想時刻である力行終了予想時刻ＴＥ（ＳＰ１２０７）とを算出する。運行データ７５１には図９の運行データテーブルＴＢ３００に示したとおり、他車両のデータに関しても格納されているため、運行データ７５１の他車両のデータを参照することにより他車両の回生開始予想時刻及び力行終了予想時刻を算出する。

ステップＳＰ１２０６において回生開始予想時刻ＴＳは、車両１１０１の位置７５２から、運行データ７５１を基に、１０ｋｍ以内かつその時点から一番早く回生を開始する他車両の時刻とする。また、ステップＳＰ１２０７において力行終了予想時刻ＴＥは、運行データ７５１を基に、車両１１０１の位置７５２に対して電力を供給する変電所の給電範囲内で、その時点から一番早く力行を開始する他車両の時刻とする。

次に、出発限度時刻ＴＬと、回生開始予想時刻ＴＳと、力行終了予想時刻ＴＥとを比較することで、この時刻のいずれかを出発時刻指令１１５１とする。具体的には、まず、出発限度時刻ＴＬが回生開始予想時刻ＴＳ以上（ＴＬの方がＴＳよりも遅い時刻またはＴＬとＴＳが同じ時刻）かを判定する（ＳＰ１２０８）。出発限度時刻ＴＬが回生開始予想時刻ＴＳ以上であれば、出発時刻指令１１５１を回生開始予想時刻ＴＳとし（ＳＰ１２０９）、処理を終了する。

出発限度時刻ＴＬが回生開始予想時刻ＴＳより小さければ（ＴＳの方がＴＬより遅い時刻）、出発限度時刻ＴＬが力行終了想時刻ＴＥ以上（ＴＬの方がＴＥよりも遅い時刻またはＴＬとＴＥが同じ時刻）かを判定する（ＳＰ１２１０）。出発限度時刻ＴＬが力行終了予想時刻ＴＥ以上であれば、出発時刻指令１１５１を力行終了予想時刻ＴＥとする（ＳＰ１２１１）。出発限度時刻ＴＬが力行終了予想時刻ＴＥ以上でなければ、出発時刻指令１１５１を出発限度時刻ＴＬとし（ＳＰ１２１２）処理を終了する。

以上に記載した通り、走行中に、出発時刻指令１１５１を変更する処理は実行していないため、走行中に出発時刻指令１１５１が変動することはない。

なお、ステップＳＰ１２０９の処理により、出発時刻指令１１５１を回生開始予想時刻ＴＳと設定した場合には、列車計画（ダイヤグラム）を守りながら、他車両の回生電力を有効に活用することができる。また、ステップＳＰ１２１１の処理により、出発時刻指令１１５１を力行終了予想時刻ＴＥと設定した場合には、他車両の回生電力を有効活用できないが、他車両と車両１１０１との同時力行を回避して運行することが可能となる。また、ステップＳＰ１２１２の処理により、出発時刻指令１１５１を出発限度時刻ＴＬと設定した場合には、他車両と同時に力行している時間をできるだけ小さくすることができる。ただし、出発時刻指令１１５１を出発限度時刻ＴＬと設定した場合には、他車両の回生電力を有効に活用することも、他車両と車両１１０１との同時力行を完全に回避することもできない。

また、ステップ１２０６で１０ｋｍ以内と指定したが、この距離は路線に応じて変更しても良い。また、架線およびレールで定まる抵抗値をＲ〔Ω／ｋｍ〕、車両１１０１の最大回生電力をＰ〔ｋＷ〕、回生絞り込みする電圧をＶ１〔Ｖ〕、及び変電所の無負荷時電圧をＶ０〔Ｖ〕とした場合、
Ｘ＝Ｖ１（Ｖ１−Ｖ０）／（１０００ＰＲ）
で求まる距離Ｘ〔ｋｍ〕を用いても良い。この距離は、他車両が回生絞り込みすることなく、最大回生した場合に、車両１１０１の架線電圧１５３が、変電所の無負荷時電圧で受電可能な距離を求めている。従って、この距離以内で回生電力が発生した際に力行すれば、回生絞り込みが行われることなく回生電力の利用が可能となる。

（３−３）本実施の形態と従来との消費電力量の比較
図１５を用いて、本実施の形態における速度１５２と架線電圧１５３と路線消費電力量の関係について従来と比較しながら説明する。

図１５の上から、車両速度（ｋｍ／ｈ）と時刻の関係図（Ｚ１）、出発時刻指令１１５１と時刻の関係図（Ｚ２）、及び路線消費電力量（ｋＷｈ）と時刻の関係図（Ｚ３）を示している。横軸である時刻は共通の尺度であり、秒単位である。縦軸は、それぞれ、車両速度（ｋｍ／ｈ）、出発時刻指令（秒単位）及び路線消費電力量（ｋＷｈ）とする。なお、図中の破線は従来の関係を示しており、実線が本実施の形態による関係を示している。また、関係図Ｚ１は運転状態判定装置１１０３へ入力される情報についての図であり、関係図Ｚ２は運転状態判定装置１１０３から出力される情報についての図である。関係図Ｚ３は、本実施の形態の効果を示すための車両１１０１の消費電力量についての図である。

従来は、他車両の回生と車両１１０１の力行のタイミングを調整しない。以下、図５中の破線に着目して説明する。時刻Ｒ１において、車両１１０１が力行するが（Ｚ１）、他車両の回生がないため、変電所から電力供給等されて、路線消費電力量が増加している（Ｚ３）。

また、時刻Ｒ３からＲ５にかけて、他車両が回生しているが、車両１１０１は惰行中のため（Ｚ１）、ここで発生している電力を有効活用できていない（Ｚ３）。

これに対し、本実施の形態について、図１５中の実線に着目して説明する。

時刻Ｒ０において車両１１０１は停車している（Ｚ１）。このとき、停車している駅で出発時刻指令１１５１を算出していない（Ｚ２）。また、時刻Ｒ０における制御指令処理は、図１４より、ステップＳＰ１２０１、ＳＰ１２０２、ＳＰ１２０３、ＳＰ１２０４、ＳＰ１２０５、ＳＰ１２０６及びＳＰ１２０７と進む。この結果、運転状態判定装置１１０３は、運行データ７５１より、ＴＬ＝Ｒ４、ＴＳ＝Ｒ３、ＴＥ＝Ｒ２を算出する。次に、運転状態判定装置１１０３は、ステップＳＰ１２０８にて、ＴＳ≦ＴＬの判定を行い、成立するため、ステップＳＰ１２０８に進み、出発時刻指令１１５１としてＲ３が算出される（Ｚ２）。なお、現時刻であるＲ０が出発時刻指令１１５１であるＲ３に至っていない（Ｒ０＜Ｒ３）。このため、駆動指令１５１は「制動」となり、この駆動指令１５１の「制動」を受けた駆動装置１０４により、車両１１０１は停車状態を維持する。車両１１０１が走行していないため、路線消費電力量は０のままとなる（Ｚ３）。

時刻Ｒ３において、出発時刻となったため車両１１０１は力行となる。このとき、速度１５２が上昇し速度１５２が０を超えるため（Ｚ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｒ３における制御指令処理は、図１４より、ステップＳＰ１２０１及びＳＰ１２０２と進み、出発時刻指令１１５１はＲ３のままとなる（Ｚ２）。時刻Ｒ３からＲ４においては、車両１１０１は力行しているが、他車両が回生しており、車両１１０１の架線電圧１５３が変電所の無負荷時電圧を超える。このため、変電所から電力供給されず、他車両の回生電力のみで、車両１１０１の力行が行われる。このため、路線消費電力量は０のままとなる（Ｚ３）。

時刻Ｒ４において、車両１１０１の架線電圧１５３が変化し、変電所の無負荷時電圧を下回り、速度１５２は０を超えているため（Ｚ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｒ４における制御指令処理は、図１４より、ステップＳＰ１２０１及びＳＰ１２０２と進み、出発時刻指令１１５１はＲ３のままとなる（Ｚ２）。このとき、車両１１０１は力行しており、車両１１０１の架線電圧１５３が変電所の無負荷時電圧を下回っているため、変電所から電力供給が行われ、路線消費電力量が増加する（Ｚ３）。

時刻Ｒ５において、車両１１０１の走行状態が力行から惰行に変化する（Ｚ１）。このとき、速度１５２が０を超えているため（Ｚ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｒ５における制御指令処理は、図１４より、ステップＳＰ１２０１及びＳＰ１２０２と進み、出発時刻指令１１５１はＲ３のままとなる（Ｚ２）。このとき、車両１１０１は惰行しており、変電所から電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｚ３）。

時刻Ｒ６において、車両１１０１の走行状態が惰行から回生に変化する（Ｚ１）。このとき、速度１５２が０を超えているため（Ｚ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｒ６における制御指令処理は、図１４より、ステップＳＰ１２０１及びＳＰ１２０２と進み、出発時刻指令１１５１はＲ３のままとなる（Ｚ２）。このとき、車両１１０１は回生しており、変電所から電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｚ３）。

時刻Ｒ７において、車両１１０１は停車している（Ｚ１）。このとき、当該駅で出発時刻指令１１５１を算出済みでない（Ｚ２）。従って、時刻Ｒ７における制御指令処理は、図１４より、ステップＳＰ１２０１、ステップＳＰ１２０２、ステップＳＰ１２０３、ステップＳＰ１２０４、ステップＳＰ１２０５、ステップＳＰ１２０６及びＳＰ１２０７と進む。この結果、運転状態判定装置１１０３は、運行データ７５１より、ＴＬ＝Ｒ８、ＴＳ＝Ｒ９、ＴＥ＝Ｒ８を算出する。次に、ステップＳＰ１２０８にて、運転状態判定装置１１０３は、ＴＳ≦ＴＬの判定を行うが、ＴＳ≦ＴＬの条件が成立しないことから、ステップＳＰ１２１０に進む。次に、ステップＳＰ１２１０にて、ＴＥ≦ＴＬの判定を行い、ＴＥ≦ＴＬの条件が成立するため、ステップＳＰ１２１１に進み、出発時刻指令１１５１としてＲ８が算出される（Ｚ２）。なお、現時刻であるＲ７が出発時刻指令１１５１であるＲ８に至っていない（Ｒ７＜Ｒ８）。このため、駆動指令１５１は「制動」となり、この駆動指令１５１の「制動」を受けた駆動装置１０４により、車両１１０１は停車状態を維持する。車両１１０１が走行していないため、路線消費電力量は変化しない（Ｚ３）。

時刻Ｒ８において、出発時刻となったため車両１１０１は力行となる。このとき、速度が上昇し速度１５２が０を越えるため（Ｚ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｒ８における制御指令処理は、図１４より、ステップＳＰ１２０１及びＳＰ１２０２と進み、出発時刻指令１１５１はＲ８のままとなる（Ｚ２）。このとき、車両１１０１は力行しており、車両１１０１の架線電圧１５３が変電所の無負荷時電圧を下回っている。このため、変電所からの電力供給は行われ、路線消費電力量が増加する（Ｚ３）。

時刻Ｒ９において、車両１１０１の架線電圧１５３が変化し、変電所の無負荷時電圧を超え、速度１５２は０を超えているため（Ｚ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｒ９における制御指令処理は、図１４より、ステップＳＰ１２０１及びＳＰ１２０２と進み、出発時刻指令１１５１はＲ８のままとなる（Ｚ２）。このとき、車両１１０１は力行しているが、他車両との同時力行を回避したため、車両１１０１の架線電圧１５３が変電所の無負荷時電圧を超える。このため、変電所から電力供給はされず、路線消費電力量は変化しない（Ｚ３）。

時刻Ｒ１０において、車両１１０１の走行状態が力行から惰行に変化し（Ｚ１）、速度１５２が０を超えているため（Ｚ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｒ５における制御指令処理は、図１４より、ステップＳＰ１２０１及びＳＰ１２０２と進み、出発時刻指令１１５１はＲ８のままとなる（Ｚ２）。このとき、車両１１０１は惰行しており、変電所から電力供給はないため、路線消費電力量は変化しない（Ｚ３）。

時刻Ｒ１１において、車両１１０１の走行状態が惰行から回生に変化し（Ｚ１）、速度１５２が０を超えているため（Ｚ１）停車と判定されない。従って、時刻Ｒ１１における制御指令処理は、図１４より、ステップＳＰ１２０１及びＳＰ１２０２と進み、出発時刻指令１１５１はＲ３のままとなる（Ｚ２）。このとき、車両１１０１は回生しており、変電所から電力供給はなく、路線消費電力量は変化しない（Ｚ３）。

時刻Ｒ１２において、車両１１０１は停車しており（Ｚ１）、また、当該駅で列車ダイヤが終了となるため制御指令処理は実行されず終了となる。

（３−４）本実施の形態の効果
本実施の形態によれば、架線電圧１５３を測定する架線電圧計測器１０６を車両制御システムに設けることなく、他車両の力行及び回生のタイミングを予測することができ、車両制御システムの省エネ化を図ると共にコストの低減も図れる。

（３−５）変形例
なお、図１６に示すように、運行データベース７０２の代わりに地上システムと通信する通信装置９０２を車両１４０１に設けてもよい。このことで、適切なタイミングで運行状況を管理しているサーバ等の地上システムと通信を行い、車両１４０１の運転状態を判定する運転状態判定装置１１０３が参照する列車計画（ダイヤグラム）を適切に更新するようにしてもよい。

また、図１７に示すように、運行データベース７０２に加えて地上システムと通信する通信装置９０２を車両１５０１に設けてもよい。このことで、車両１５０１の運転状態を判定する運転状態判定装置１１０３が参照する運行データベース７０２を、通信装置を介して地上システムから受信した情報に基づいて適切に更新するようにしてもよい。

いずれの構成においても運転状態判定装置１１０３の処理は変更とならないため、図１３のシステム構成と同じ効果が得られる。

（４）その他の実施例
制御指令１５４、出発時刻指令１１５１及び出発可能状態の初期値は、特に定めず不定としてもよいし、特定の値としてもよいものとする。また、駆動制御データテーブルＴＢ１００や出発可能状態データテーブルＴＢ２００や運行データテーブルＴＢ３００等のデータテーブルは、そのデータテーブルを使用する駆動制御装置１０３、１１０２や運転状態判定装置１０７、７０４、１１０３等が保持していてもよいし、図示せぬメモリ等に他のデータテーブルと共に保持していても良いものとする。

なお、第１の実施の形態において、運転士を支援する変形例として、図７に示すように、生成した制御指令１５４に基づいて運転支援装置に「出発」、「出発不可」を表示する例を示したが、このような運転支援装置を搭載する実施形態は、第２及び第３の実施の形態においても、当然適用することができる。

１０１：架線、１０２、６０１、７０１、９０１、１００１、１１０１、１４０１、１５０１：車両、１０３、１１０２：駆動制御装置、１０４：駆動装置、
１０５：速度計測装置、１０６：架線電圧計測装置、１０７、７０４、１１０３：運転状態判定装置、１５１：運転指令、１５２：速度、１５３：架線電圧、１５４：制御指令、６０２：マスコン、６０３：運転支援装置、７０２：運行データベース、７０３：位置計算装置、７５１：運行データ、７５２：位置、９０２：通信装置、１１５１：出発時刻指令。

Claims (14)

1. 架線から電力の供給を受けて車両を走行させる駆動装置を備えた車両制御システムであって、
   車両の運転状態を判定する運転状態判定装置と、
   前記駆動装置を制御する駆動制御装置と、
   を備え、
   前記運転状態判定装置は、
   自車両の力行走行の可能状態、及び他車両の回生走行又は力行走行の状態を判定し、
   前記駆動制御装置は、前記運転状態判定装置の判定結果に基づいて前記駆動装置を制御することによって、前記他車両の運転状態に合わせて前記自車両の力行タイミングを制御する車両制御システム。
2. 前記駆動制御装置は、前記他車両の回生走行のタイミングに合わせて前記自車両を力行走行させる、請求項１記載の車両制御システム。
3. 前記駆動制御装置は、前記他車両の力行走行のタイミングを避けて前記自車両を力行走行させる、請求項１記載の車両制御システム。
4. 車両の速度検知信号を出力する速度検知装置と、
   架線電圧の計測信号を出力する架線電圧計測装置と、
   を備え、
   前記運転状態判定装置は、
   前記速度検知信号に基づいて前記自車両の運転状態を判定し、
   前記計測信号に基づいて前記他車両の運転状態を判定する
   請求項１記載の車両制御システム。
5. 前記自車両は、運転士による運転を支援する運転支援装置を備え、
   当該運転支援装置は、前記運転状態判定装置によって判定された車両の運転状態に基づいて、運転士に対して操作支援指令を出力し、
   前記駆動制御装置は、運転士の操作に基づいて、前記駆動装置を制御する
   請求項１記載の車両制御システム。
6. 前記駆動制御装置は、前記自車両及び前記他車両を含む複数の車両の運行データベースに記録されている運行データに基づいて、前記駆動装置を制御する
   請求項１記載の車両制御システム。
7. 地上システムとの相互通信を行う通信装置を備え、
   前記駆動制御装置は、
   前記通信装置を介して、前記地上システムから、前記自車両及び前記他車両を含む複数の車両の運行データを取得し、
   当該運行データを参照して前記駆動装置を制御する
   請求項１記載の車両制御システム。
8. 前記運転状態判定装置は、
   前記速度検知信号に基づいて、前記自車両の運転状態が停車状態であるか否かを判定し、
   前記架線電圧が第１の閾値電圧以上であることに基づいて、前記他車両が回生走行状態にあると判定し、
   前記駆動制御装置は、前記運転状態判定装置の判定結果に基づいて、前記自車両を停車状態から出発させるように、前記駆動装置を制御する
   請求項４記載の車両制御システム。
9. 前記第１の閾値電圧は、変電所の無負荷時電圧である
   請求項８記載の車両制御システム。
10. 前記運転状態判定装置は、
    前記速度検知信号に基づいて、前記自車両の運転状態が停車状態であるか否かを判定し、
    前記架線電圧が前記第１の閾値電圧より小さく、前記架線電圧が前記第１の閾値電圧より小さい第２の閾値電圧以上である場合に前記他車両が力行走行を終了していると判定し、
    前記駆動制御装置は、前記運転状態判定装置が前記自車両が停止状態にあると判断した場合に、前記運転状態判定装置の判定結果に基づいて、前記自車両を停車状態から出発させるように、前記駆動装置を制御する
    請求項８記載の車両制御システム。
11. 前記第２の閾値電圧は、前記自車両の力行時基準電圧である
    請求項１０記載の車両制御システム。
12. 前記運転状態判定装置は、
    前記自車両が停車状態にあるか否かを判定し、
    さらに、前記自車両及び前記他車両を含む複数の車両の運行データベースに記録されている運行データに基づいて前記他車両が回生するタイミングを予測し、
    前記駆動制御装置は、前記運転状態判定装置が前記自車両が停止状態にあると判断した場合に、前記タイミングで前記自車両が停車状態から出発するように前記駆動装置を制御する
    請求項１記載の車両制御システム。
13. 前記運転状態判定装置は、
    前記自車両が停車状態にあるか否かを判定し、
    さらに、前記自車両及び他の車両を含む複数の車両の運行データベースに記録されている運行データに基づいて前記他の車両が力行終了するタイミングを予測し、
    前記駆動制御装置は、前記運転状態判定装置が前記自車両が停止状態にあると判断した場合に、前記タイミングで前記自車両が停車状態から出発するように前記駆動装置を制御する
    請求項１記載の車両制御システム。
14. 駆動装置に架線から電力を供給して車両を走行させる車両制御方法であって、
    車両の運転状態を判定する第１のステップと、
    前記駆動装置を制御する第２のステップと、
    を備え、
    前記第１のステップでは、
    自車両の力行走行の可能状態の判定、及び他車両の回生走行又は力行走行の状態の判定を実行し、
    前記第２のステップでは、前記第１のステップの判定結果に基づいて前記駆動装置を制御することによって、前記他車両の運転状態に合わせて前記自車両の力行走行を制御する
    車両制御方法。
    

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