JP2017506603A - 目的地に到着すべき車両の運転遅延を低減するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、目的地に到着すべき車両の運転遅延を低減するための方法であって、車両が、異なる時刻で車両の速度及び位置を定義する走行プロファイルに従うように運転手によって運転される、方法に関する。方法は、− 現在のタイミングを決定するステップと、− 車両の名目加速度を取得するステップであって、名目加速度が、現在のタイミングで走行プロファイルに従うように車両の運転手によって決定される、ステップと、− ローリングプロファイルを用いて車両の速度誤差を判定するステップと、− ローリングプロファイルを用いて車両の位置誤差を判定するステップと、− 目的地に到着するための時間の予測を決定するステップと、− 速度誤差、位置誤差及び目的地に到着するための予測時間から限界加速度を決定するステップと、− 名目加速度及び決定された限界加速度の和で車両を加速するステップとを含む。

Description

本発明は、概して、目的地に到着すべき車両の運転遅延を低減するための方法及び装置に関する。

出発駅と停車駅との間で、車両は、走行プロファイルに従わなければならない。走行プロファイルは、連続的な瞬間における車両の位置、速度及び加速度を示す。

走行プロファイルは、典型的には、軌道によって課される速度制限下で車両の速度を維持し、且つ走行中の車両のエネルギ消費を最小化しながら、出発駅と停車駅との間の走行時間を設定するように設計される。

走行プロファイルの計算は、典型的には、車両及びそのペイロードの質量、軌道の傾斜、車両の速度と空気及びレールによる抵抗力の変動法則、異なる加速ノッチレベルで動作する車両運転の制限、及びカテナリにおける電力の利用可能性などの想定によって決定される。

最新技術において、走行プロファイルに含まれる速度に追いつくために、自動列車制御システムが、典型的には、走行プロファイルに示されている加速度レベルを適用するか又は速度追跡装置を用いる。

走行プロファイルによる車両の運転を支援するために、運転アドバイスシステム（ＤＡＳ）を用いながら、人間の運転手がまた、理想的で実際的な列車位置の図的表現を用いる。

最先端の列車運転システムを実際に用いる場合に、列車の位置及び速度は、走行プロファイルに示されているものと異なる可能性がある。

典型的な状況として、走行プロファイルは、時折、列車の運転によって達することができない加速レベルを示し、目的地に到着するときに列車が遅れることになる。例えば、これは、過度のペイロード、又は強風、軌道上の雨若しくはカテナリにおける電圧降下の存在によって引き起こされる可能性がある。

本発明は、目的地に到着すべき車両の運転遅延を低減することを目的とする。

その目的のため、本発明は、目的地に到着すべき車両の運転遅延を低減するための方法であって、車両が、異なる時刻で車両の速度及び位置を定義する走行プロファイルに従うように運転手によって運転される、方法において、
− 現在のタイミングを決定するステップと、
− 車両の名目加速度を取得するステップであって、名目加速度が、現在のタイミングで走行プロファイルに従うように車両の運転手によって決定される、ステップと、
− ローリングプロファイルを用いて車両の速度誤差を判定するステップと、
− ローリングプロファイルを用いて車両の位置誤差を判定するステップと、
− 目的地に到着するための時間の予測を決定するステップと、
− 速度誤差、位置誤差及び目的地に到着するための予測時間から限界加速度を決定するステップと、
− 名目加速度及び決定された限界加速度の和で車両を加速するステップと
を含むことを特徴とする、方法に関する。

本発明はまた、目的地に到着すべき車両の運転遅延を低減するための装置であって、車両が、異なる時刻で車両の速度及び位置を定義する走行プロファイルに従うように運転手によって運転される、装置において、
− 現在のタイミングを決定するための手段と、
− 車両の名目加速度を取得するための手段であって、名目加速度が、現在のタイミングで走行プロファイルに従うように車両の運転手によって決定される、ステップと、
− ローリングプロファイルを用いて車両の速度誤差を判定するための手段と、
− ローリングプロファイルを用いて車両の位置誤差を判定するための手段と、
− 目的地に到着するための時間の予測を決定するための手段と、
− 速度誤差、位置誤差及び目的地に到着するための予測時間から限界加速度を決定するための手段と、
− 名目加速度及び決定された限界加速度の和で車両を加速するための手段と
を含むことを特徴とする、装置に関する。

従って、運転手によって決定された名目加速度が、走行プロファイルに従って車両を運転するのに効果的でない場合、有効加速度は、限界加速度を用いて修正される。速度及び位置誤差は補正され得、目的地への到着時には解消することができる。目的地への到着時には、車両は、カテナリ電圧の降下、ペイロード質量の変化、風又は雨の存在などの混乱が存在する状態でさえ、走行プロファイルに従って作動している。

更に、本発明によってもたらされる運転支援は、走行プロファイルを厳密に遵守する運転手の責任を軽減する。運転手の注意が安全問題からそらされない。

特有の特徴によれば、目的地は、車両の次の停車地である。

従って、車両は、駅に時間通りに到着する。遅延は、鉄道網において伝搬されない。

特有の特徴によれば、目的地は、自動停止制御システムが車両の停車を管理し始める位置である。

従って、自動停止制御システムは、デッキに沿った正確な位置に時間通りに車両を停車させる際に効果的である。

特有の特徴によれば、目的地は、車両が速度制限エリアに入る位置である。

従って、遅延は、車両が速度制限エリアに入る前に補償される。車両の速度は、速度制限エリアに入った後では速度制限を超過しない。

特有の特徴によれば、限界加速度は、目的地に到着するための時間によって割られたパラメータの２倍×速度誤差と、目的地に到着するための時間の二乗によって割られたパラメータの二乗×位置誤差との和の負の値として決定される。

従って、車両の位置及び速度の誤差は、変動なしに効果的に低減され、且つ目的地に到着するときに完全に補償される。限界加速度が変動しないため、乗客の不快が最小化される。

特有の特徴によれば、パラメータは予め決定され、且つ３．５〜５に含まれる。

従って、パラメータが固定されるため、パラメータは、目的地に到着するための時間に対して適合される必要がない。

パラメータが２＋√２より高い場合、限界加速度はまた、目的地に到着するときにゼロに達する。その結果、追加の加速電力が制限され、乗客にもたらされる不快も低減される。

パラメータが５より低い場合、初期限界加速度は制限される。

特有の特徴によれば、パラメータは３．７に等しい。

従って、パラメータは、限界加速度の点で優れた特性を示す。

特有の特徴によれば、名目加速度及び限界加速度の和は最大加速度に制限され、最大加速度は、車両の速度制限レベルと速度との間の差を期間で割ったものとして決定される。

従って、少なくとも速度が速度制限を超過し始めるための期間がかかる。典型的には、期間が、提案されたアルゴリズムのリフレッシュ時間より長いため、車両は、速度制限を決して超過することができず、脱線の危険が低減される。

特有の特徴によれば、名目加速度及び限界加速度の和は最小加速度に制限され、最小加速度は、車両の測定値を期間で割ったものの負の値として決定される。

従って、少なくとも速度がその符号を変更するための期間がかかる。典型的には、期間が、提案されたアルゴリズムのリフレッシュ時間より長いため、車両は、その速度の符号を決して変更することができず、後続列車との衝突の危険が低減される。

特有の特徴によれば、方法は、
− 限界加速度が、車両の運転手によってイネーブルにされるかどうかをチェックするステップと、
− 限界加速度が、車両の運転手によってイネーブルにされる場合に、限界加速度を名目加速度に追加するステップと、
− 限界加速度が、車両の運転手によってイネーブルにされていない場合に、走行プロファイルに従うために車両の運転手によって定義された車両の加速度に限界加速度を追加しないステップと
を更に含む。

従って、運転手は、混乱が存在する状態において、遅延の回復のために支援される。運転手はまた、いつでも、例えば緊急の場合に支援をディスエーブルにするように決定できるため、車両の完全な制御を維持する。

更に別の態様によれば、本発明は、プログラム可能な装置に直接ロード可能であり得るコンピュータプログラムであって、前記コンピュータプログラムがプログラム可能な装置上で実行される場合に、本発明に従って方法のステップを実行するための命令、又はコードの一部を含むコンピュータプログラムに関する。

コンピュータプログラムに関連する特徴及び利点が、本発明による方法及び装置に関連して上記で提示した特徴及び利点と同じであるため、それらは、ここでは繰り返されない。

本発明の特徴は、例示的な実施形態の以下の説明を読めばより明白になるであろう。前記説明は、添付の図面に関連して作成されている。

本発明が実施されるシステムにおける車両を表す。 本発明による車両によって実行されるアルゴリズムを開示する。 車両の速度対位置の走行プロファイルの例を表す。 車両の例示的な名目加速度及び限界加速度対位置を表す。

図１は、本発明が実施されるシステムにおける車両を表す。

図１には、車両１２０が示されている。車両１２０は、車両の運転遅延を低減するための装置１１０を含む。車両の運転遅延を低減するための装置１１０は、例えば、通信バス１０１によって一緒に接続されるコンポーネント、及び図２に開示されているようなプログラムによって制御されるプロセッサ１００に基づいたアーキテクチャを有する。

通信バス１０１は、読み取り専用メモリＲＯＭ１０２、ランダムアクセスメモリＲＡＭ１０３、名目加速度検出モジュール１０６、加速度コマンドモジュール１０９、並びにタイミング、車両位置及び速度決定手段１０７にプロセッサ１００を連結する。

名目加速度検出モジュール１０６は、現在のタイミングで走行プロファイルに従うために、車両の運転手によって設定される車両の加速度コマンドを検出する。

プロセッサ１００は、速度誤差、位置誤差及び目的地に到着するための予測時間から限界加速度を決定する。プロセッサ１００は、通信バス１０１を介して、加速度コマンドを加速度コマンドモジュール１０９に送信する。

加速度コマンドモジュール１０９は、プロセッサ１００から受信した加速度コマンドに従って車両が加速するように、車両の少なくとも１つの牽引電動機を制御する。

メモリ１０３は、図２に開示されているようなアルゴリズムに関係するプログラムの変数及び命令並びに走行プロファイルを受信するように意図されたレジスタを含む。

読み取り専用メモリ１０２は、図２に開示されているようなアルゴリズムに関係するプログラムの命令を含み、それらの命令は、車両の運転遅延を低減するための装置１１０に電源が入れられた場合に、ランダムアクセスメモリ１０３に転送される。

以下で図２に関係して説明されるアルゴリズムのいずれか又は全てのステップは、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）、ＤＳＰ（デジタル信号プロセッサ）又はマイクロコントローラなどのプログラム可能な計算機による命令又はプログラムセットの実行によってソフトウェアで実行されてもよく、そうでなければＦＰＧＡ（フィールドプログラマブルゲートアレイ）又はＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）などのマシン又は専用コンポーネントによってハードウェアで実行されてもよい。

換言すれば、車両の運転遅延を低減するための装置１１０は、以下で図２に関係して説明されるアルゴリズムのステップを、車両の運転遅延を低減するための装置１１０に実行させる回路又は回路を含む装置を含む。

本発明によれば、車両の運転遅延を低減するための装置１１０は、
− 現在のタイミングを決定し、
− 車両の名目加速度を取得し、ここで、名目加速度は、現在のタイミングで走行プロファイルに従うために車両の運転手によって決定され、
− ローリングプロファイルを用いて車両の速度誤差を判定し、
− ローリングプロファイルを用いて車両の位置誤差を判定し、
− 目的地に到着するための時間の予測を決定し、
− 速度誤差、位置誤差及び目的地に到着するための予測時間から限界加速度を決定し、
− 名目加速度及び決定された限界加速度の和で車両を加速する。

図２は、本発明に従って車両により実行されるアルゴリズムを開示する。

より正確には、本アルゴリズムは、車両の運転遅延を低減するための装置１１０のプロセッサ１００によって実行される。

ステップＳ２００において、プロセッサ１００は、本アルゴリズムを開始する。

次のステップＳ２０１において、プロセッサ１００は、車両の目的位置を取得する。

目的位置は、車両の次の停車位置であるか、列車自動停止制御（ＴＡＳＣ）システムの範囲エリアに入る位置など、鉄道路線に沿った所定の位置であってもよく、又は鉄道路線の速度制限区域に入る位置であってもよい。

ＴＡＳＣは、目的地に到着する前に車両の運転手によって作動され、且つ駅のデッキに沿って車両の正確な位置決めを制御するシステムである。目的位置は、例えば、ＲＡＭメモリ１０３に格納される。

次のステップＳ２０２において、プロセッサ１００は、車両の走行プロファイルを取得する。走行プロファイルは、所与のスケジュールに従って車両が時間通りである場合に、車両が従うべきタイミング、位置、速度を示す。走行プロファイルはまた、スケジュールを維持するために必要とされる加速度プロファイルを示してもよい。走行プロファイルは、例えば、ＲＡＭメモリ１０３に格納される。

次のステップＳ２０３において、プロセッサ１００は、車両位置及び速度を取得する。位置及び速度は、車両位置及び速度決定手段１０７によって提供される。

次のステップＳ２０４において、プロセッサ１００は、現在時刻ｔの車両の位置誤差ΔＸを判定する。プロセッサ１００は、ステップＳ２０３で取得された車両の有効位置Ｘ（ｔ）から、走行プロファイルに従って現在時刻ｔにおいて車両が位置すべき位置Ｘ_{ｔａｒｇｅｔ}（ｔ）を減じる。
ΔＸ＝Ｘ（ｔ）−Ｘ_{ｔａｒｇｅｔ}（ｔ）

次のステップＳ２０５において、プロセッサ１００は、速度誤差ΔＶを判定する。プロセッサ１００は、ステップＳ２０３で取得された車両の有効速度Ｖ（ｔ）から、走行プロファイルに従って現在時刻ｔにおいて車両が位置すべき位置Ｘ_{ｔａｒｇｅｔ}（ｔ）の経時的な派生を減じる。
ΔＶ＝Ｖ（ｔ）−ｄＸ_{ｔａｒｇｅｔ}（ｔ）／ｄｔ（ｔ）

次のステップＳ２０６において、プロセッサ１００は、目的地までの時間ΔＴを決定する。プロセッサ１００は、走行プロファイルに従って車両が目的地に到着すべき到着時刻ｔ_ａから現在時刻ｔを減じる。

次のステップＳ２０７において、プロセッサ１００は、目的地までの時間ΔＴが、ヌル値と等しいかどうかをチェックする。

目的地までの時間ΔＴがヌル値と等しい場合、プロセッサ１００は本アルゴリズムを中断する。変形形態において、プロセッサはＳ２０１に進み、そこにおいてプロセッサは、次の目的位置を決定する。そうでなければ、プロセッサ１００はＳ２０８に進む。

ステップＳ２０８において、プロセッサ１００は、本発明に従って、適用される限界加速度ΔＧを決定する。

本発明によれば、減衰λ＝Ω／ΔＴは、動的であり、駅に到着するための時間から決定される。Ωは、例えば、３．５〜４の範囲で設定される、典型的には２＋√２を超過する制御パラメータである。例えば、Ωは、３．７に等しい。

限界加速度は、次の式に従って決定される。

第１の所与の瞬間ｔ_０において、車両が、初期位置誤差ΔＸ_０及び速度誤差ΔＶ_０を経験したと仮定すると、数学的解析は、更なる混乱がない状態で、速度及び位置誤差が、次の式に従って、連続的瞬間ｔ（ｔ_０＜ｔ＜ｔ_ａ）に対して時間と共に減少することを示す。即ち、

であり、式中、

である。

制御パラメータΩが２よりも高く選択される場合、速度及び位置誤差の両方が、目的地への到着時にゼロになることに留意されたい。制御パラメータΩが、２＋√２より高く選択される場合、最大速度誤差は小さく維持され、限界加速度もまた、目的地への到着時にゼロになる。制御パラメータΩが増加する場合、初期限界加速度もまた増加し、鉄道のエネルギ消費は低下する。

制御パラメータΩの値は、例えば３．５〜５の単一値、典型的には３．７に設定されてもよく、それに対して、速度及び位置誤差は、初期速度及び位置誤差に関係なく、限界加速度及び従って消費電力を最小化しながら、目的地への到着時刻には常にゼロに達する。

次のステップＳ２０９において、プロセッサ１００は、車両１２０の運転手によって設定された加速度を検出する名目加速度検出モジュール１０６から名目加速度を取得する。人間によって運転される車両に関し、名目加速度は、人間の運転手によって、例えばレバーによって手動で設定される。

自動列車制御システムに関し、名目加速度は、走行プロファイルから名目加速度検出モジュール１０６によって決定される。例として、名目加速度は、ＲＡＭ１０３に格納された現在時刻ｔ用に示されている加速度である。他の例として、名目加速度はまた、カテナリ電圧の観察された変動から結果として得られる補償加速度を含む。

次のステップＳ２１０において、プロセッサ１００は、適用される有効加速度Ｇ_{ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ}を決定する。プロセッサ１００は、限界加速度ΔＧを名目加速度Ｇ_{ｎｏｍｉｎａｌ}に追加する。

ここで、有効加速度が最大加速度を考慮して決定され得、最大加速度が、車両の速度制限レベルと速度との間の差を期間で割ったものとして決定されることに留意されたい。例として、期間は、１秒である。

ここで、有効加速度が最小加速度に更に制限され、最小加速度が、車両の速度を期間で割ったものの負の値として決定されることに留意されたい。車両の運転手が、限界加速度ΔＧの適用を停止してもよいことに留意されたい。

次のステップＳ２１１において、プロセッサ１００は、有効加速度を適用する。プロセッサ１００は、ステップＳ２１０で決定された加速度コマンドを加速度コマンドモジュール１０９に送信する。

次のステップＳ２１２において、プロセッサ１００は、次の時間ステップを待つ。時間ステップは、典型的には数百ミリ秒の間隔を置かれる。

その後、プロセッサはステップＳ２０３に戻る。

図３は、車両の速度対位置の走行プロファイルの例を表す。

水平軸は、秒単位で時間を表し、垂直軸は、車両が有するべき速度をキロメートル毎時で表す。

図３の速度プロファイル３０ａは、走行プロファイルに従うために車両の運転手が適用しなければならない速度を示す。

図３の例において、車両は、時刻ｔ_１に第１の停車駅から出発し、時刻ｔ_２に第２の目的停車駅に停車する。

図３の速度プロファイル３０ｂは、加速度が制限されている場合の車両の速度を示す。加速度の制限は、車両の過剰重量によって、又は車両に電力を供給するカテナリ線における電圧降下のために引き起こされる可能性がある。制限された加速度のために、列車は、巡航速度を得るのが遅れ、それは、時刻ｔ_２ｂに目的停車駅に到着する際の遅延をもたらす。

図３の速度プロファイル３０ｃは、加速が制限されている場合の、且つ列車が本発明に従って運転される場合の車両の速度を示す。加速段階の終わりに列車が速度及び位置誤差の両方を有するため、速度は、プロセッサ１００によって決定された限界加速度に従って展開する。速度及び位置誤差の両方は、時刻ｔ_ａに目的地点で回復され、車両は、次に、遅延なしに目的停車駅に到着する。

図４は、例示的な車両の名目加速度及び限界加速度対位置を表す。

水平軸は、時間を秒単位で表し、垂直軸は、車両の加速度を２のべき乗秒当たりのメートルで表す。

図４の４０ａで示されている加速度プロファイルは、走行プロファイルに従うために車両の運転手が適用しなければならない加速度を示す。

図４の４０ｂで示されている加速度プロファイルは、加速度が制限されている場合に車両の運転手が効果的に適用する加速度を示す。

図４の４０ｃで示されている加速度プロファイルは、加速が制限されている場合に、且つ列車が本発明に従って運転される場合に、車両の運転手が効果的に適用する加速度を示す。加速度プロファイル４０ｃは、本発明に従って決定される限界加速度だけ加速度プロファイル４０ｂと異なる。

当然のことながら、本発明の範囲から逸脱せずに、上記で説明した本発明の実施形態に対する多くの修正形態をなすことができる。

Claims (11)

1. 目的地に到着すべき車両の運転遅延を低減するための方法であって、前記車両が、異なる時刻で前記車両の速度及び位置を定義する走行プロファイルに従うように運転手によって運転される、方法において、
   − 現在のタイミングを決定するステップと、
   − 前記車両の名目加速度を取得するステップであって、前記名目加速度が、前記現在のタイミングで前記走行プロファイルに従うように前記車両の前記運転手によって決定される、ステップと、
   − 前記ローリングプロファイルを用いて前記車両の速度誤差を判定するステップと、
   − 前記ローリングプロファイルを用いて前記車両の位置誤差を判定するステップと、
   − 前記目的地に到着するための時間の予測を決定するステップと、
   − 前記速度誤差、前記位置誤差及び前記目的地に到着するための前記予測時間から限界加速度を決定するステップと、
   − 名目加速度及び決定された限界加速度の和で前記車両を加速するステップと
   を含むことを特徴とする、方法。
2. 前記目的地が、前記車両の次の停車地であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記目的地が、自動停止制御システムが前記車両の停車を管理し始める位置であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
4. 前記目的地が、前記車両が速度制限エリアに入る位置であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
5. 前記限界加速度が、前記目的地に到着するための時間によって割られたパラメータの２倍×速度誤差と、前記目的地に到着するための時間の二乗によって割られた前記パラメータの二乗×位置誤差との和の負の値として決定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記パラメータが予め決定され、且つ３．５〜５に含まれることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記パラメータが３．７に等しいことを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 前記車両の限界加速度及び前記加速度の前記和が最大加速度に制限され、前記最大加速度が、前記車両の速度制限レベルと前記速度との間の差を期間で割ったものとして決定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記車両の限界加速度及び前記加速度の前記和が最小加速度に制限され、前記最小加速度が、前記車両の測定値を期間で割ったものの負の値として決定されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
10. − 前記限界加速度が、前記車両の前記運転手によってイネーブルにされるかどうかをチェックするステップと、
    − 前記限界加速度が、前記車両の前記運転手によってイネーブルにされる場合に、前記限界加速度を前記名目加速度に追加するステップと、
    − 前記限界加速度が、前記車両の前記運転手によってイネーブルにされていない場合に、前記走行プロファイルに従うために前記車両の前記運転手によって定義された前記車両の前記加速度に前記限界加速度を追加しないステップと
    を更に含むことを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 目的地に到着すべき車両の運転遅延を低減するための装置であって、前記車両が、異なる時刻で前記車両の速度及び位置を定義する走行プロファイルに従うように運転手によって運転される、装置において、
    − 現在のタイミングを決定するための手段と、
    − 車前記両の名目加速度を取得するための手段であって、前記名目加速度が、前記現在のタイミングで前記走行プロファイルに従うように前記車両の前記運転手によって決定される、手段と、
    − 前記ローリングプロファイルを用いて前記車両の速度誤差を判定するための手段と、
    − 前記ローリングプロファイルを用いて前記車両の位置誤差を判定するための手段と、
    − 前記目的地に到着するための時間の予測を決定するための手段と、
    − 前記速度誤差、前記位置誤差及び前記目的地に到着するための前記予測時間から限界加速度を決定するための手段と、
    − 名目加速度及び決定された限界加速度の和で前記車両を加速するための手段と
    を含むことを特徴とする、装置。

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