JP2018137875A - 列車制御装置、制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】適切なタイミングでノッチ指令変更を行いながら、ノッチ変更時の乗り心地を向上させる。
【解決手段】実施形態の列車制御装置の列車位置検出部は、列車の走行位置を検出し、記憶部は、列車に対応する路線情報、車両情報を記憶する。制御指令算出部は、走行位置、路線情報及び車両情報に基づいて、駆動／制動制御装置を制御するための制御指令を算出するに際し、列車の駆動時あるいは制動時における列車の躍度が所定のしきい値以下となるように、駆動／制動制御装置に対し、駆動制御あるいは制動制御に対応する応答遅れパラメータの値を調整し、制御指令に含める。これにより、駆動／制動制御装置は、制御指令算出部が算出した制御指令に基づいて、列車の駆動制御及び制動制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、列車制御装置、制御方法及びプログラムに関する。

近年、自動列車運転（ＡＴＯ：Automatic Train Operation）装置の導入が進んでいる。運転士の負担軽減、ワンマン運転化による人件費削減及び運転士の技量によらず安定してホームドア位置に合わせて列車を停止させることにより停止位置修正による遅延発生を防止するなど列車運行を安定化することが目的である。

自動列車運転時は、運転士よりもきめ細かく制御指令（ノッチ）を変更することが可能なので、その効果が十分得られるよう、車種によっては、主回路装置のトルク制御の応答遅れを、自動運転時には手動運転時よりも小さく設定し、ノッチ操作に対して迅速なトルク応答が得られるようにしているものがある。

しかし、トルクの応答遅れを小さくし過ぎると、ノッチ変更時の躍度（加加速度：ジャーク）が大きくなり、乗り心地悪化の要因となる。特に、出発直後や停止間際の低速域では、躍度が乗り心地に大きく影響する。

躍度の急激な変動を抑制するため、例えば、惰行からフルノッチまで一度に力行ノッチを上げる代わりに、躍度緩和制御として、躍度がしきい値を超えないようノッチを１段ないしは数段ずつ段階的に変更するようにすることが考えられる。これは、減速する場合も同様である（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１７２４７５号公報

しかしながら、ノッチの変更を抑制するようにして躍度制御を行なう場合、例えば、３１段ノッチの車両で、１制御周期にノッチを４段までしか動かせないようにノッチの変更を抑制した場合、惰行とフル力行あるいはフル制動との間でノッチを変更するには８制御周期も掛かるため、フル力行からノッチオフし切るまでの間にも加速し続けて制限速度を超過する可能性があった。

また、ノッチの変化を抑制するようにして躍度制御を行なう場合、列車の挙動予測に基づいてノッチ指令を算出するＡＴＯでは、変更前後のノッチ指令と列車の加速度の応答特性（ノッチの変更に対する加速度変化の応答遅れ）だけでなく、躍度緩和制御による段階的なノッチ変更のロジックも考慮して列車挙動予測を行う必要があり、予測計算が複雑になってしまうという虞があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、適切なタイミングでノッチ指令変更を行いながら、ノッチ変更時の乗り心地を向上させることが可能な列車制御装置、制御方法及びプログラムを提供することを目的としている。

実施形態の列車制御装置の列車位置検出部は、列車の走行位置を検出する。
記憶部は、列車に対応する路線情報、車両情報を記憶する。
制御指令算出部は、走行位置、路線情報及び車両情報に基づいて、駆動／制動制御装置を制御するための制御指令を算出するに際し、列車の駆動時あるいは制動時における列車の躍度が所定のしきい値以下となるように、駆動／制動制御装置に対し、駆動制御あるいは制動制御に対応する応答遅れパラメータの値を調整し、制御指令に含める。
これにより、駆動／制動制御装置は、制御指令算出部が算出した制御指令に基づいて、列車の駆動制御及び制動制御を行う。

図１は、実施形態の列車制御システムの概要構成ブロック図である。 図２は、実施形態のＡＴＯ装置の概要構成ブロック図である。 図３は、応答遅れの説明図である。 図４は、応答遅れの情報の記憶状態の説明図である。 図５は、実施形態の列車制御システムの動作処理フローチャートである。 図６は、時定数の更新処理のフローチャートである。 図７は、実施形態の変形例の列車制御システムの概要構成ブロック図である。 図８は、実施形態の変形例のＡＴＯ装置の概要構成ブロック図である。

次に図面を参照して実施形態の列車制御装置を備えた列車制御システムについて説明する。
図１は、実施形態の列車制御システムの概要構成ブロック図である。
列車制御システム１０を構成する列車１１には、列車１１の制御を行う列車制御装置１２と、列車制御装置１２からの力行指令、制動（ブレーキ）指令等の制御指令を伝送する制御伝送装置１３と、制御伝送装置１３を介して伝送された制御指令に基づいてモータ１４、ブレーキ装置１５等を制御する駆動／制動制御装置１６と、速度発電機（ＴＧ）１７と、地上子検知情報を出力する車上子１８と、軌道回路を構成しているレールＲＬを介してＡＴＣ信号を受電する受電器１９と、架線ＬＮとの間で電力の授受を行うための集電器（パンタグラフ）２０と、を備えている。
列車１１は、駆動／制動制御装置１６に制御されたモータ１４とブレーキ装置１５により車輪Ｗが駆動／制動されてレールＲＬ上を走行する。

上記構成において、列車制御装置１２は、列車１１の速度及び走行位置を検出する速度位置検出部２１と、列車１１の自動速度制御を行うＡＴＣ車上装置２２と、列車１１の自動運転を行うＡＴＯ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）装置２３と、路線情報、運行情報、車両性能等の車両情報等の各種情報を記憶した記憶部２４と、を備えている。

より詳細には、速度位置検出部２１は、速度発電機（ＴＧ）１７の出力したＴＧパルスや、地上子２５から車上子１８を介して受信する地上子検知情報に基づいて、列車の速度と位置を検出し、速度位置情報としてＡＴＣ車上装置２２及びＡＴＯ装置２３に出力する。

また、ＡＴＣ車上装置２２は、速度位置検出部２１からの速度位置情報と、レールＲＬ及び受電器１９を介して入力されたＡＴＣ地上装置２６の送信したＡＴＣ信号とに基づいて列車１１を先行列車１１Ａとの間の距離を確保して走行速度を制限するために、ＡＴＣ信号に基づく制限速度と、速度位置検出部２１の出力した速度位置情報に対応する列車１１の速度と、を比較する。そしてＡＴＣ車上装置２２は、列車１１の速度が制限速度を超過している場合に、駆動／制動制御装置１６にブレーキ指令を出力する。ここで、ＡＴＣ地上装置２６は、軌道回路を構成しているレールＲＬを介して各閉塞区間の列車在線有無を検知し、在線状況に応じて各閉塞区間のＡＴＣ信号（信号現示）を決定し、レールＲＬを介してＡＴＣ信号をＡＴＣ車上装置２２に送信している。

ＡＴＯ装置２３は、列車１１を次駅まで走行させるための力行指令、ブレーキ指令及び時定数指令を駆動／制動制御装置１６に出力する。
この場合において、時定数指令は、力行指令及びブレーキ指令を実行する場合の目標速度に至るまでの時定数を制御するための指令であり、予め列車１１の走行速度及び路線情報に対応する走行位置に基づいて設定されている。そして時定数指令は、実効的には躍度（加加速度、ジャーク［ｊｅｒｋ］）を制御することとなる。
そして、ＡＴＯ装置２３は、速度位置検出部２１が出力した速度位置情報と、記憶部２４から読み出した路線情報、運行情報及び車両情報と、ＡＴＣ車上装置２２の受信したＡＴＣ信号（信号現示）とに基づいて、列車１１が所定の時刻に次駅の所定の位置に到着するように走行計画を算出し、これに基づいて力行指令、ブレーキ指令及び時定数指令を出力する。

記憶部２４は、路線情報として、各駅の停止目標位置、路線の勾配と曲線（曲率半径）、各閉塞区間の制限速度情報と閉塞長（閉塞区間の距離）を記憶している。また記憶部２４は、運行情報として、運転種別ごとの停車駅と、各駅の発着予定時刻と到着予定番線を記憶している。さらに記憶部２４は、車両情報として、自列車の列車長と、力行指令及びブレーキ指令に対応した加速度の特性並びに力行指令、ブレーキ指令及び列車１１の運転曲線毎に対応した基準となる時定数データである基準時定数データを更新可能に記憶している。

次に駆動／制動制御装置１６の概要構成について説明する。
駆動／制動制御装置１６は、ＡＴＣ車上装置２２からのブレーキ指令と、ＡＴＯ装置２３からの力行指令・ブレーキ指令と、図示しない運転士の操作する図示しない主幹制御器（マスコン）からの力行指令・ブレーキ指令のうち、ブレーキ側に最も高位の指令に基づいて、モータ１４を制御し、ブレーキ時は、モータ１４での回生トルク発生量に関する情報をブレーキ制御装置に通知する。モータ１４の制御の際は、力行トルクないし回生トルクの過渡応答がＡＴＯ装置２３から指定された時定数指令（時定数データ）に従うように制御を行う主回路装置３１を備えている。

また、駆動／制動制御装置１６は、ＡＴＣ車上装置２２からのブレーキ指令、ＡＴＯ装置２３からのブレーキ指令、あるいは、図示しない運転士の操作する図示しない主幹制御器（マスコン）からのブレーキ指令のうち、ブレーキ側に最も高位のブレーキ指令（制動力が最も大きくなるブレーキ指令）と、主回路装置３１からの回生トルク発生量情報とに基づいて、モータ１４の回生ブレーキだけで賄いきれない制動力を補足（補助）するよう、ブレーキ装置を制御するブレーキ制御装置３２を備えている。
列車１１は、駆動／制動制御装置１６の制御下で、モータ１４及びブレーキ装置１５により車輪Ｗが駆動あるいは制動されてレールＲＬ上を走行する。

ここで、ＡＴＯ装置２３についてより詳細に説明する。
図２は、実施形態のＡＴＯ装置の概要構成ブロック図である。
ＡＴＯ装置２３は、速度位置検出部２１から入力された列車１１の速度の推移から列車の加速度、ひいては躍度を検出する加速度検出部４１と、加速度検出部４１が検出した躍度（加加速度：ジャーク）が所定のしきい値を超えたときに、後述する車両特性保持部４３に保持されている時定数データの値を所定値（例えば、０．１秒）だけ大きくする応答遅れ調整部４２と、車両特性として力行ノッチ・ブレーキノッチごとの設定加速度、ノッチ変更に対する加速度の応答遅れの情報、空気抵抗・勾配抵抗・曲線抵抗の特性、電空切換開始速度・終了速度を記憶している車両特性保持部４３と、駅間の走行計画を更新可能に算出する走行計画算出部４４と、を備えている。

また、ＡＴＯ装置２３は、速度位置検出部２１からの列車速度位置情報、記憶装置から読みだした路線情報・運行情報・車両情報、車両特性保持部４３から読みだした車両特性に基づいて、加速度の過渡応答後の列車の速度と位置を予測する列車挙動予測部４５と、速度位置検出部２１からの列車速度位置情報、ＡＴＣ車上装置２２からの信号現示情報、記憶部２４から読みだした路線情報、運行情報、車両情報、ＡＴＯ装置２３の車両特性保持部４３から読みだした車両特性、ＡＴＯ装置２３の走行計画算出部４４が算出した走行計画、ＡＴＯ装置２３の列車挙動予測部４５が予測した加速度の過渡応答後の列車速度と位置に基づいて、列車１１を走行計画に追従して走行させたり、駅の所定位置に停止させたりするための力行指令・ブレーキ指令を算出する力行／ブレーキ指令算出部４６と、を備えている。
列車１１は、モータ１４とブレーキ装置により車輪が駆動／制動されてレールＲＬ上を走行する。

ここで、ノッチ変更に対する加速度の応答遅れについて説明する。
図３は、応答遅れの説明図である。
図３においては、制御指令が時刻ｔ_０において変更された場合、加速度ａ（ｔ）が正の値を有し、列車１１の速度が高くなる場合のものである。

上記構成において、ノッチ変更に対する加速度の応答遅れの情報は、加速度の応答を一次遅れ系に近似したときの無駄時間ＴＮと時定数ＴＣであり、制御伝送装置１３の伝送遅れや主回路系の制御パラメータに依存して決まるものである。

具体的には、制御指令によりノッチが時刻ｔ_０において、初期状態ｎ_０（段）から状態ｎ（段）に変更された場合に、伝送系の伝送遅れ等に基づいて発生する無駄時間ＴＮは次式により表される。
ＴＮ＝ｔ_１−ｔ_０

また無駄時間経過後の時定数ＴＣは、次式により表される。
ＴＣ＝ｔ_２−ｔ_１ このとき、ノッチの状態が状態ｎ(段)における目標加速度をａ_ｎとした場合、次式が成り立つ。
ａ（ｔ_２）＝ａ_ｎ０＋0.632・（ａ_ｎ−ａ_ｎ０）
無駄時間経過後（時刻ｔ≧ｔ１）の加速度の応答は次式で表される。
ａ（ｔ）＝ａ_ｎ０＋（ａ_ｎ−ａ_ｎ０）・（１−ｅ^{−（ｔ−ｔ１）／ＴＣ}）

図４は、応答遅れの情報の記憶状態の説明図である。
車両特性保持部４３は、応答遅れ情報Ｉｄとして、無駄時間に対応する無駄時間データ並びにノッチの変更量及び列車１１の走行位置及び走行速度帯に対応づけられて加速度の応答遅れを表す時定数に対応する時定数データを更新可能に記憶している。

具体的には、車両特性保持部４３は、応答遅れ情報Ｉｄとして、無駄時間が記憶された無駄時間データＤ_ＴＮと、走行位置データＤ_Ｐ及び走行速度帯データＤ_ＳＢをインデックスとして時定数の値に相当する時定数値データＤ_ＴＣＶが格納された時定数データＤ_ＴＣと、を備えている。

次に実施形態の列車制御システム１０の動作について説明する。
図５は、実施形態の列車制御システムの動作処理フローチャートである。
まず、駅出発時に、走行計画算出部４４は、駅間の走行計画（どこでどのくらい力行・定速走行・惰行・ブレーキを行うか）を算出する（ステップＳ１１）。
次に図示しない運転台の出発ボタンが押されたか否かを判別する（ステップＳ１２）。
ステップＳ１２の判別において、未だ出発ボタンが押されていない場合には（ステップＳ１２；Ｎｏ）、待機状態となる。

ステップＳ１２の判別において、図示しない運転士が図示しない運転台の出発ボタンを押すと（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、力行／ブレーキ指令算出部４６は、列車１１が次駅に対して当該次駅に対応する所定距離以内に接近したか否かを判別する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３の判別において、列車が次駅に対して当該次駅に対応する所定距離以内に接近していない場合には（ステップＳ１３；Ｎｏ）、すなわち、列車が次駅に対して当該次駅に対応する所定距離以上の距離が離れた位置を走行している間には、力行／ブレーキ指令算出部４６は、列車１１が制限速度を守りながら走行計画で設定された速度の近傍の速度を維持するように力行指令・ブレーキ指令を算出し、上述した処理に基づいて必要に応じて時定数データＤ_ＴＣの値を調整し、更新する（ステップＳ２０）。

ここで、時定数の更新処理について説明する。
図６は、時定数の更新処理のフローチャートである。
また、走行中、加速度検出部４１は、列車速度の推移に基づいて列車の加速度を検出し（ステップＳ２１）、応答遅れ調整部４２は、検出された加速度に対応する躍度（単位：ｋｍ／ｈ／ｓ^２）を算出する（ステップＳ２２）。

そして、算出した躍度が所定のしきい値を超えたか否かを判別する（ステップＳ２３）。
この場合において、所定のしきい値としては、乗客が乗り心地が悪いと感じ始める躍度に設定される。

ステップＳ２３の判別において、算出した躍度が所定のしきい値を超えた場合には（ステップＳ２３；Ｙｅｓ）、走行位置データＤ_Ｐ及び走行速度帯データＤ_ＳＢを参照して列車の現在走行位置に対応する加速度の応答遅れ情報Ｉｄのうち、時定数データＤ_ＴＣの時定数値データＤ_ＴＣＶの値を、所定値だけ（例えば、１回の判別に付き０．１秒）大きくして（ステップＳ２４）、より乗客が乗り心地が悪いと感じない方向に時定数値データＤ_ＴＣＶの値を設定して時定数の更新処理を終了する。

ステップＳ２３の判別において、算出した躍度が所定のしきい値以下である場合には（ステップＳ２３；Ｎｏ）、時定数の更新処理を終了する。

そしてＡＴＯ装置２３は、算出した力行指令・ブレーキ指令、無駄時間データＤ_ＴＮ及び値を調整した時定数データＤ_ＴＣを、制御伝送装置１３経由で駆動／制動制御装置１６に出力する（ステップＳ１６）。
駆動／制動制御装置１６の主回路装置３１は、受信した力行指令・ブレーキ指令に対応する加速度を実現するだけのトルクを出力するよう、図示しない応荷重装置からの乗車率信号を参照しながら、モータ１４を制御する（ステップＳ１７）。この際、受信した時定数データＤ_ＴＣの時定数値データＤ_ＴＣＶの値を、モータ１４の制御時の時定数として用いる。

これにより、算出した躍度が所定のしきい値を超えるときは、ＡＴＯ装置２３の応答遅れ調整部４２が大きくした時定数データＤ_ＴＣの時定数値データＤ_ＴＣＶの値に従って主回路装置３１がモータ１４を制御することにより、時定数値データＤ_ＴＣＶの値を大きくする前の制御と比較して、躍度が小さくなるので、力行指令・ブレーキ指令の変更時に乗客の受ける衝撃を小さくすることができ、乗り心地を改善できる。

ＡＴＯ装置２３は、主回路装置３１によるトルク制御における時定数（及びさらには無駄時間）を把握しているので、列車の挙動を正確に予測することができ、適切なタイミングでノッチ変更を行いながら、躍度の変動を抑制して乗り心地の悪化を低減することができる。

また、ＡＴＯ装置２３側で躍度緩和制御として力行指令・ブレーキ指令を段階的に変化させる必要がないので、ＡＴＯ装置２３の列車挙動予測部４５では、ノッチ変化を抑制するロジックを考慮する必要がなく、車両特性の応答遅れ（無駄時間及び時定数）のみ考慮して加速度の過渡応答を計算すればよいので、ソフトウェア構成の単純化に効果が期待できる。

そして、走行計画算出部４４は、走行中、走行計画からのずれが大きくなったり、あるいは、ＡＴＣ車上装置２２からの信号現示情報が変更されたりしたか否かを判別する（ステップＳ１８）。

ステップＳ１８の判別において、走行中、走行計画からのずれが大きくなったり、あるいは、ＡＴＣ車上装置２２からの信号現示情報が変更されたりした場合には（ステップＳ１８；Ｙｅｓ）、走行計画算出部４４は、走行計画を算出し直し（ステップＳ１９）、処理を再びステップＳ１３に移行することとなる。

一方、ステップＳ１３の判別において、列車１１が次駅に対して当該次駅に対応する所定距離以内に接近した場合、すなわち、列車が次駅に対して当該次駅に対応する所定距離未満の位置を次駅に向かって走行している場合には（ステップＳ１３；Ｙｅｓ）、次駅に到着したか否かを判別する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４の判別において、次駅に到着した場合には（ステップＳ１４；Ｙｅｓ）、処理を終了する。
一方、ステップＳ１４の判別において、未だ次駅に到着していない場合には（ステップＳ１４；Ｎｏ）、力行／ブレーキ指令算出部４６は、列車１１が所定の停止位置近傍に停止するように、力行指令・ブレーキ指令を算出し、必要に応じて時定数データＤ_ＴＣの値を調整し、更新する（ステップＳ１５）。

そしてＡＴＯ装置２３は、算出した力行指令・ブレーキ指令、無駄時間データＤ_ＴＮ及び値を調整した時定数データＤ_ＴＣを、制御伝送装置１３経由で駆動／制動制御装置１６に出力する（ステップＳ１６）。

駆動／制動制御装置１６の主回路装置３１は、受信した力行指令・ブレーキ指令に対応する加速度を実現するだけのトルクを出力するよう、図示しない応荷重装置からの乗車率信号を参照しながら、モータ１４を制御する（ステップＳ１７）。この際、受信した時定数データＤ_ＴＣの時定数値データＤ_ＴＣＶの値を、モータ１４の制御時の時定数として用いる。

これにより、算出した躍度が所定のしきい値を超えるときは、ＡＴＯ装置２３の応答遅れ調整部４２が大きくした時定数データＤ_ＴＣの時定数値データＤ_ＴＣＶの値に従って主回路装置３１がモータ１４を制御することにより、時定数値データＤ_ＴＣＶの値を大きくする前の制御と比較して、躍度が小さくなるので、力行指令・ブレーキ指令の変更時に乗客の受ける衝撃を小さくすることができ、乗り心地を改善できる。

ＡＴＯ装置２３は、主回路装置３１によるトルク制御における時定数（及びさらには無駄時間）を把握しているので、列車の挙動を正確に予測することができ、適切なタイミングでノッチ変更を行いながら、躍度の変動を抑制して乗り心地の悪化を低減することができる。

また、ＡＴＯ装置２３側で躍度緩和制御として力行指令・ブレーキ指令を段階的に変化させる必要がないので、ＡＴＯ装置２３の列車挙動予測部４５では、ノッチ変化を抑制するロジックを考慮する必要がなく、車両特性の応答遅れのみ考慮して加速度の過渡応答を計算すればよいので、ソフトウェア構成の単純化に効果が期待できる。

以上の説明では、時定数の調整、更新については、概要について説明したので、以下では、具体的な時定数の調整、更新について説明する。
列車１１が駅を出発する際、力行ノッチ（３１段）をフルノッチまで上げたときの躍度が、起動時に対応するしきい値（起動時しきい値：例えば、４．０ｋｍ／ｈ／ｓ^２）を超えた場合、応答遅れ調整部４２は「時速５ｋｍ／ｈ以下［起動時相当］・力行時・ノッチ変更量３１段」のときの時定数の値を０．１秒大きくする。

また、下り勾配２０‰の箇所で駅停止制御を開始するときに、所定の減速度を得るためにブレーキノッチ（３１段）を駅停止の標準のブレーキ２２ノッチより強いブレーキ２４ノッチまで上げたときの勾配の影響を差し引いた躍度が、走行中に対応するしきい値（走行時しきい値：例えば、３．０ｋｍ／ｈ／ｓ^２）を超えた場合、応答遅れ調整部４２は、「時速５ｋｍ／ｈ以上［走行時相当］・ブレーキ時・ノッチ変更量２４段以上」のときの時定数の値を０．１秒大きくする。

次に駅を出発するとき、ＡＴＯ装置２３は、列車１１の走行速度帯（走行速度帯データＤ_ＳＢの値に相当）及び力行ノッチ変更量の条件に該当する時定数調整結果を検索し、力行３１ノッチの指令と同時に、調整した時定数の値を有する時定数データを、駆動／制動制御装置１６に出力する。

この場合において、走行速度帯を考慮しているのは、力行ノッチ変更量（＝段数）が同じであっても、列車１１の走行速度が高い場合には、実際に得られる躍度が列車１１の走行速度が低い場合と比較して、小さくなるからである。

また、実際の列車１１の走行において、算出した躍度が走行時のしきい値を超えた場合は、応答遅れ調整部４２は時定数データの値をさらに０．１秒大きくする。

一方、算出した躍度が走行時のしきい値を超えなかった場合は、応答遅れ調整部４２は、時定数の値をそのままとし、値を大きくしない。
さらに応答遅れ調整部４２は、ノッチ変更に対する加速度変化が落ち着いたら、時定数をノッチ変更直前の値である元の値に戻すよう駆動／制動制御装置１６に指令する。

また、次に駅停止制御を開始するときにブレーキ２４ノッチ以上を指令しようとするとき、走行速度帯（走行速度帯データＤ_ＳＢの値に相当）及びブレーキノッチ変更量の条件に該当する時定数調整結果を検索し、ブレーキ２４ノッチ（以上）の指令と同時に、調整した時定数に対応する時定数データを時定数指令として駆動／制動制御装置１６に出力する。

また、躍度がブレーキ時のしきい値を超えた場合は、時定数をさらに０．１秒大きくする。
一方、算出した躍度がブレーキ時のしきい値を超えなかった場合は、時定数はそのままとして大きくしない。

さらに、ノッチ変更に対する加速度変化が落ち着いたら、時定数を元に戻すよう駆動／制動制御装置１６に指令する。
ノッチ選択のために、指令中のノッチでの列車挙動予測においては、指令中の時定数を用いて加速度・速度・位置の変化を予測する。

以上の説明のように、本実施形態によれば、ＡＴＯ装置２３が、加速度応答の時定数を、躍度が乗客が不快に感じない所定のしきい値以下になるように調整し、トルク制御の時定数として主回路装置３１に指示するので、複雑な予測計算を必要とせず、ノッチ指令変更が間に合わない事態も防ぎながら、ノッチ変更時のジャーク緩和制御を可能とする列車制御装置を提供できる。

次に実施形態の変形例について説明する。
以上の説明においては、勾配抵抗による加速度の影響を考慮していなかったが、記憶部２４から読みだした路線条件に基づいて勾配抵抗による加速度を算出し、加速度検出部４１において列車速度の推移から算出した加速度から差し引いて、モータ１４とブレーキ装置１５による加速度を求めるようにしてもよい。これにより、乗客の感じる衝撃をより正確に考慮できる。

図７は、実施形態の変形例の列車制御システムの概要構成ブロック図である。
図８は、実施形態の変形例のＡＴＯ装置の概要構成ブロック図である。
図７及び図８に示すように、上述した実施形態の場合と比較して、ＡＴＯ装置２３の加速度検出部４１で列車速度の推移から加速度を算出するのに代えて、加速度計などの加速度検出部５１を設け、直接、乗客の受けるのと同じ加速度を検出するようにしてもよい。これにより、起動時（停車状態からの出発時）など低速で列車速度を正確に検出できない場合にも、加速度変化を抑制するように時定数を調整することができる。

また、車両特性保持部４３が、力行時の時定数データ及びブレーキ時時定数データの２種類の時定数データを保持するようにし、力行時とブレーキ時で別々に時定数を調整するようにしてもよい。

この場合において、空気シリンダなど物理的部材で調整する空気ブレーキの時定数を、ＡＴＯ装置２３が出力した時定数の値に合わせることは、簡単にはできない。ブレーキ時は、回生ブレーキによる制動力の不足分を空気ブレーキが補足する仕組みになっているので、ブレーキ時の時定数を大きくして回生ブレーキの加速度変化率を小さくしても、空気ブレーキが補助に入ってしまうためトータルの制動力の加速度変化率は小さくならない。

そこで、ブレーキ時については、時定数の調整に上限を設定するか、調整しないようにしてもよい。そして、ＡＴＯ装置２３は、力行指令出力時は力行時の、ブレーキ出力時はブレーキ時の時定数を指令するようにすればよい。

さらに、車両特性保持部４３が、複数の速度域に対応する時定数データを持つようにし、速度域毎に時定数を調整するようにしてもよい。
そして、同じ加速度変化率でも、速度が低いときほど、乗客の感じる衝撃は大きいので、低い速度域ほど、加速度変化率のしきい値を小さく設定し、速度域ごとに時定数を調整する。ＡＴＯ装置２３は、列車速度に合わせた時定数を指令するようにすればよい。

さらに、列車について複数の速度域を設定し、特に衝撃を感じる起動時（停車状態からの出発時）の速度域（例えば、５ｋｍ／ｈ以下の速度域）においてのみ、時定数の調整を行うようにしてもよい。

さらに、図示しない運転台に、調整モードと運行モードを切り換えるモード切換部（スイッチなど）を追加し、調整モードに設定した時のみ、時定数を調整するようにしてもよい。営業運転開始前の走行試験や、定期検修から営業運転に戻す際の走行試験の間、調整モードに設定して時定数の調整を行って、乗り心地の良い時定数の値を決定しておき、営業運転投入後は運行モードに設定して、ＡＴＯ装置２３からは調整済みの時定数を指示するのみとする。これにより、乗客は、調整初期に乗車して乗り心地の悪い思いをすることがない。

以上の説明においては、駅出発時に駅間の走行計画（どこでどのくらい力行・定速走行・惰行・ブレーキを行うか）を算出した後に図示しない運転台の出発ボタンが押されたか否かを判別する構成を採っていたが、出発ボタンが押されたことを検出して、それをトリガとして駅間の走行計画を算出するようにすることも可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 列車制御システム
１１ 列車
１１Ａ 先行列車
１２ 列車制御装置
１３ 制御伝送装置
１４ モータ
１５ ブレーキ装置
１６ 駆動／制動制御装置
１７ 車上子
１８ 車上子
１９ 受電器
２０ 集電器
２１ 速度位置検出部
２２ ＡＴＣ車上装置
２３ ＡＴＯ装置
２４ 記憶部
３１ 主回路装置
３２ ブレーキ制御装置
４１ 加速度検出部
４２ 応答遅れ調整部
４３ 車両特性保持部
４４ 走行計画算出部
４５ 列車挙動予測部
４６ 力行／ブレーキ指令算出部
５１ 加速度検出部
Ｄ_Ｐ 走行位置データ
Ｄ_ＳＢ 走行速度帯データ
Ｄ_ＴＣ 時定数データ
Ｄ_ＴＣＶ 時定数値データ
Ｄ_ＴＮ 無駄時間データ
Ｉｄ 応答遅れ情報
ＬＮ 架線
ＲＬ レール

Claims (10)

1. 列車の走行位置を検出する列車位置検出部と、
   前記列車に対応する路線情報、車両情報を記憶する記憶部と、
   前記列車の駆動制御及び制動制御を行う駆動／制動制御装置と、
   前記走行位置、前記路線情報及び前記車両情報に基づいて、前記駆動／制動制御装置を制御するための制御指令を算出する制御指令算出部と、を備え、
   前記制御指令算出部は、前記列車の駆動時あるいは制動時における前記列車の躍度が所定のしきい値以下となるように、前記駆動／制動制御装置に対し、前記駆動制御あるいは制動制御に対応する応答遅れパラメータの値を調整し、前記制御指令に含める、
   列車制御装置。
2. 前記列車の躍度を検出する躍度検出部を備え、
   前記制御指令算出部は、前記検出された躍度に基づいて、前記応答遅れパラメータの値を調整する、
   請求項１記載の列車制御装置。
3. 前記列車の走行速度を検出する列車速度検出部を備え、
   前記躍度検出部は、前記列車速度検出部が検出した走行速度に基づいて、前記躍度を検出する、
   請求項２記載の列車制御装置。
4. 前記列車の加速度を検出する加速度検出部を備え、
   前記躍度検出部は、前記加速度検出部が検出した加速度に基づいて、前記躍度を検出する、
   請求項２記載の列車制御装置。
5. 前記躍度検出部は、前記路線情報に基づいて路線の勾配に起因する影響を除いて前記躍度を検出する、
   請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の列車制御装置。
6. 前記制御指令算出部は、前記列車の速度を複数の速度帯に分け、前記速度帯毎に前記応答遅れパラメータの値を算出する、
   請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の列車制御装置。
7. 前記制御指令算出部は、前記複数の速度帯は、前記列車の走行開始時の速度帯を含む、
   請求項６記載の列車制御装置。
8. 前記列車制御装置の動作モードとして、前記応答遅れパラメータの値の調整を行う調整モードと、前記応答遅れパラメータの値に基づいて運行を行う運行モードとを備え、
   前記制御指令算出部は、前記運行モードにおける前記応答遅れパラメータの調整を禁止する、
   請求項１乃至請求項７のいずれか一項記載の列車制御装置。
9. 列車の走行位置を検出する列車位置検出部と、前記列車に対応する路線情報、車両情報を記憶する記憶部と、前記列車の駆動制御及び制動制御を行う駆動／制動制御装置と、を備えた列車制御装置において実行される方法であって、
   前記走行位置、前記路線情報及び前記車両情報に基づいて、前記駆動／制動制御装置を制御するための制御指令を算出する過程と、
   前記列車の駆動時あるいは制動時における前記列車の躍度が所定のしきい値以下となるように、前記制御指令に対応する応答遅れパラメータの値を調整する過程と、
   を備えた方法。
10. 列車の走行位置を検出する列車位置検出部と、前記列車に対応する路線情報、車両情報を記憶する記憶部と、前記列車の駆動制御及び制動制御を行う駆動／制動制御装置と、を備えた列車制御装置をコンピュータにより制御するためのプログラムであって、
    前記コンピュータを、
    前記走行位置、前記路線情報及び前記車両情報に基づいて、前記駆動／制動制御装置を制御するための制御指令を算出する手段と、
    前記列車の駆動時あるいは制動時における前記列車の躍度が所定のしきい値以下となるように、前記制御指令に対応する応答遅れパラメータの値を調整する手段と、
    して機能させるプログラム。

Images