JP2019193426A - 列車制御装置および列車制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】精度の良い自動列車運転を実施するための空制用パラメータの調整をより簡単に実施する。【解決手段】実施形態にかかる列車制御装置は、列車の空制時に、検出部により検出された速度および位置と、記憶部に記憶された列車抵抗と、に基づいて、列車の実際の減速度の推定値を算出する推定部と、列車の空制後の停止時に、推定部により算出された実際の減速度の推定値と、記憶部に記憶された減速モデルおよび空制用パラメータから算出される、推定値と対応した時点での列車の設定上の減速度を示す設定値と、の差分に基づいて、記憶部に記憶された空制用パラメータを調整する調整部と、空制用パラメータの調整後の列車の空制時に、検出部により検出された速度および位置と、記憶部に記憶された減速モデル、空制用パラメータおよび列車抵抗と、に基づいて、制動指令を算出する指令算出部と、を少なくとも備える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、列車制御装置および列車制御方法に関する。

近年、列車の運行を安定化させるための自動列車運転の技術の導入が進んでいる。自動列車運転の例として、たとえば、列車が停車駅に接近して減速する場合に、予め設定された減速モデルに基づいて列車の挙動を予測し、予測結果に基づいて列車の制動装置に与える制動指令を適宜調整することで、列車を停車駅の所定の位置に停止させるための駅停止制御がある。

特開２０１０−１０４０８４号公報 特開２０１３−０３４３７４号公報 特開２００６−３２００３７号公報

ところで、列車の制動装置は、一般に、電気ブレーキおよび空気ブレーキといった２種類のブレーキを含んでいる。電気ブレーキは、比較的安定した（たとえば線形な）減速度の変化を実現するのに対し、空気ブレーキは、状況に応じて様々に変動する不安定な（たとえば非線形な）減速度の変化を実現する。

ここで、空気ブレーキの減速特性の非線形性に対応するために、空気ブレーキによる制動時（空制時）における減速モデルを補正するための空制用パラメータが設定される場合がある。この場合、精度の良い自動列車運転を実施するための空制用パラメータの調整をより簡単に実現することが望まれる。

実施形態にかかる列車制御装置は、検出部と、記憶部と、推定部と、調整部と、指令算出部と、を備える。検出部は、列車の速度および位置を検出する。記憶部は、列車の少なくとも空制時に列車の制動装置に与えられる制動指令に応じて発生する減速度に関する減速モデルと、当該減速モデルを補正するために使用される空制用パラメータと、列車に発生する列車抵抗と、を記憶する。推定部は、列車の空制時に、検出部により検出された速度および位置と、記憶部に記憶された列車抵抗と、に基づいて、列車の実際の減速度の推定値を算出する。調整部は、列車の空制後の停止時に、推定部により算出された実際の減速度の推定値と、記憶部に記憶された減速モデルおよび空制用パラメータから算出される、推定値と対応した時点での列車の設定上の減速度を示す設定値と、の差分に基づいて、記憶部に記憶された空制用パラメータを調整する。指令算出部は、空制用パラメータの調整後の列車の空制時に、検出部により検出された速度および位置と、記憶部に記憶された減速モデル、空制用パラメータおよび列車抵抗と、に基づいて、制動指令を算出する。

図１は、実施形態にかかる列車制御装置を含む列車制御システムの構成を示した例示的かつ模式的な図である。 図２は、実施形態にかかる列車制御装置におけるＡＴＯ装置の機能的構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。 図３は、実施形態にかかる第１の空制用パラメータの概念を説明するための例示的かつ模式的な図である。 図４は、実施形態にかかる第２の空制用パラメータの概念を説明するための例示的かつ模式的な図である。 図５は、実施形態にかかる列車制御装置が空制用パラメータを調整する際に実行する処理の一例を示した例示的かつ模式的なフローチャートである。 図６は、実施形態にかかる列車制御装置が空制用パラメータを調整する際に実行する処理の図３とは異なる他の一例を示した例示的かつ模式的なフローチャートである。 図７は、実施形態にかかる列車制御装置が走行時パラメータを調整する際に実行する処理の一例を示した例示的かつ模式的なフローチャートである。

以下、実施形態を図面に基づいて説明する。以下に記載する実施形態の構成、ならびに当該構成によってもたらされる作用および結果（効果）は、あくまで一例であって、以下の記載内容に限られるものではない。

図１は、実施形態にかかる列車制御装置１１を含む列車制御システムの構成を示した例示的かつ模式的な図である。図１に示されるように、列車制御システムは、線路Ｒに沿って運行する列車１０と、線路Ｒの各閉塞区間における列車１０の在線の有無を各閉塞区間に設けられる軌道回路などを介して検知し、検知結果に応じて、各閉塞区間における信号現示を決定するＡＴＣ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ）地上装置２０と、を備えている。

図１に示されるように、列車１０は、列車制御装置１１と、主幹制御器１２と、制御伝送装置１３と、駆動／制動制御装置１４と、を備えている。なお、図１には、列車１０と、当該列車１０の前を先行する先行列車１０Ａと、が図示されているが、この先行列車１０Ａも、列車１０と同様の構成を備えているものとする。

列車制御装置１１は、列車１０の運行を制御する。主幹制御器１２は、運転士による列車１０に対する運行操作（たとえば列車１０を力行させるための力行操作や列車１０を制動させるための制動操作など）を受け付ける。

制御伝送装置１３は、列車制御装置１１および主幹制御器１２からの出力に応じて、列車１０を運行させるための制御指令（たとえば列車１０を力行させるための力行指令や列車１０を制動させるための制動指令など）を出力する。より具体的に、制御伝送装置１３は、列車制御装置１１からの出力に対応した制御指令と、主幹制御器１２からの出力に対応した制御指令と、のうち、ブレーキ側に最も高位の制御指令を出力する。

駆動／制動制御装置１４は、制御伝送装置１３から伝送された制御指令にしたがい、モータ１５および制動装置１６を制御する。なお、制動装置１６は、電力の回生を利用した電気ブレーキと、空気圧などを利用した空気ブレーキとの、特性の異なる（詳細は後述する）２種類のブレーキを含んでいる。

ここで、実施形態において、列車制御装置１１は、速度位置検出部１０１と、ＡＴＣ車上装置１０２と、記憶部１０３と、ＡＴＯ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）装置１０４と、を備えている。

速度位置検出部１０１は、車輪１７の車軸に設けられるタコジェネレータ（速度発電機）１８の出力のパルスをカウントすることで算出される移動距離および速度に基づいて、列車１０の位置および速度を検出（推定）する。速度位置検出部１０１は、線路Ｒに設けられる地上子２１から列車１０に設けられる車上子１９ａを介して情報を受信することで取得される絶対位置に基づいて、列車１０の位置を補正することが可能である。なお、地上子２１は、線路Ｒの予め決められた位置に複数設けられる。たとえば、地上子２１は、列車１０が駅の停止目標位置に停止しているときの車上子１９ａに相対する位置に設けられたホームドアの制御用の地上子２１に対して手前の数箇所（たとえば４００ｍ手前、２０ｍ手前、１ｍ手前の３箇所に設けられる。

ＡＴＣ車上装置１０２は、列車１０の先行列車１０Ａへの衝突や列車１０の脱線などを回避するための制御指令（制動指令）を出力するものである。ＡＴＣ車上装置１０２は、列車１０に設けられる受電器１９ｂを介してＡＴＣ地上装置２０から信号現示に関する情報を受信すると、この信号現示に応じて設定される制限速度と、速度位置検出部１０１で検出され列車１０の実速度とを比較し、実速度が制限速度を超過している場合に、制御伝送装置１３を介して駆動／制動制御装置１４に制動指令を出力する。

記憶部１０３は、たとえば、路線情報、運行情報、および車両情報を記憶する。路線情報は、線路Ｒにより構成される路線の勾配や曲線(曲率半径)を示す情報や、線路Ｒの各閉塞区間における制限速度、閉塞長(各閉塞区間の距離)、および線形情報(閉塞区間の並び)を示す情報や、各駅における地上子２１の設置位置などを示す情報などを含んでいる。また、運行情報は、各駅の停止目標位置を示す情報や、運行種別ごとの停車駅および各駅間に対して予め設定された走行時間を示す情報などを含んでいる。また、車両情報は、列車１０の長さや、重量、車輪１７の径を示す情報などを含んでいる。

ＡＴＯ装置１０４は、列車１０の運行を安定化させるための制御を実行する。たとえば、ＡＴＯ装置１０４は、列車１０が停車駅に接近して減速する場合に、予め設定された減速モデルに基づいて列車１０の挙動を予測し、予測結果に基づいて駆動／制動制御装置１４に与える制動指令を適宜調整することで、列車１０を停車駅の所定の位置に停止させるための駅停止制御を実行する。なお、減速モデルとは、与えられた制動指令に対して制動装置１６が実際に発生させる減速度の設計値を示したモデルである。

なお、実際の減速度は、編成の個体差、レールの表面状態、ブレーキ装置の経年変化などにより変動する。したがって、実施形態において、ＡＴＯ装置１０４は、駅停止制御の精度を確保するために、制動時の列車１０に発生する減速度の推定結果などに基づき、パラメータを使用して減速モデルを適宜補正する機能を有している。

ところで、実施形態にかかる列車１０の制動装置１６は、前述したように、電気ブレーキおよび空気ブレーキといった、減速特性（減速度を発生させる能力、ブレーキの利き具合）が異なる２種類のブレーキを含んでいる。これらの電気ブレーキおよび空気ブレーキは、たとえば、列車１０の速度が閾値（電空切替速度）より大きい場合は電気ブレーキが使用され、列車１０の速度が閾値以下の場合は空気ブレーキが使用されるなどといったように、列車１０の速度に応じて切り替えられる。

ここで、一般に、電気ブレーキによって実現される減速と、空気ブレーキによって実現される減速とは、特性が全く異なっている。より具体的に、電気ブレーキは、比較的安定した（たとえば線形な）減速度の変化を実現するのに対し、空気ブレーキは、状況に応じて様々に変動する不安定な（たとえば非線形な）減速度の変化を実現する。たとえば、空気圧でブレーキシュー(またはブレーキディスク)を車輪１７に押し付けることで減速度を発生させる機構を有した空気ブレーキは、経年劣化や列車１０の状態（現在の速度など）により同じ制動指令に対して得られる減速度が異なったり、同じ制動指令でも制動指令が強くなる方向に変化するときと弱くなる方向に変化するときで得られる減速度が異なったりする傾向が見られるため、減速特性の非線形性が顕著である。

上記のような減速特性の違いに対応するためには、減速モデルの補正に用いるパラメータを、電気ブレーキによる制動時（電制時）における減速モデルの補正のための電制用パラメータと、空気ブレーキによる制動時（空制時）における減速モデルの補正のための空制用パラメータと、に分けて設定することが望ましい。

空制用パラメータを設定するための手法として、たとえば、空気ブレーキによって実現される減速度の変動に関する情報を走行試験などにより予め取得し、取得した情報に基づいて空制用パラメータを設定する手法が考えられる。しかしながら、この手法では、精度の良い自動列車運転を実施するための空制用パラメータを設定するのに十分な情報を得るために、与えられうる制動指令の変化の様々なパターンを想定した走行試験を数多く実施する必要があり、困難である。また、空制用パラメータを走行中の列車１０の挙動に基づいてリアルタイムで調整する手法も考えられるが、この手法は、空制用パラメータとして調整すべきパラメータの数が制動指令の変化の様々なパターンに応じて増大し、処理負担が増大する。

そこで、実施形態は、列車制御装置１１のＡＴＯ装置１０４に以下のような機能を持たせることで、精度の良い自動列車運転を実施するための空制用パラメータの調整をより簡単に実施することを実現する。

図２は、実施形態にかかる列車制御装置１１におけるＡＴＯ装置１０４の機能的構成を示した例示的かつ模式的なブロック図である。図２に示されるように、ＡＴＯ装置１０４は、特性情報保持部２０１と、走行計画算出部２０２と、列車挙動予測部２０３と、制御指令算出部２０４と、加減速度検出部２０５と、パラメータ調整部２０６と、を有している。

特性情報保持部２０１は、たとえば、与えられた制動指令に対して制動装置１６が実際に発生させる減速度に関する前述した減速モデルと、当該減速モデルを補正するために使用されるパラメータと、列車１０に発生する列車抵抗（空気抵抗や勾配抵抗、曲線抵抗などを含む）と、を含む特性情報を記憶（保持）する記憶部として機能する。特性情報には、制御指令（力行指令／制動指令）に対する制動装置１６の応答の遅れに関する情報や、電制と空制との切り替わりの基準となる電空切替速度なども含みうる。なお、実施形態では、減速モデルが、電制時に対応した減速モデルと、空制時に対応した減速モデルと、の２種類に分けて用途別に記憶されていてもよい。同様に、実施形態では、応答遅れに関する情報も、電制時に対応した情報と、空制時に対応した情報と、の２種類に分けて用途別に記憶されていてもよい。

ここで、実施形態において、特性情報保持部２０１に記憶されたパラメータは、電制時における減速モデルの補正のための電制用パラメータと、空制時における減速モデルの補正のための空制用パラメータと、を含んでいる。詳細は後述するが、これらの電制用パラメータおよび空制用パラメータは、列車１０の停止時に調整される。

さらに、実施形態において、特性情報保持部２０１に記憶されたパラメータは、電制用パラメータおよび空制用パラメータとは別に減速モデルを補正するために使用される走行時パラメータを含んでいる。この走行時パラメータは、駅間を走行している列車１０の制動中に適宜調整される。

走行計画算出部２０２は、ＡＴＣ車上装置１０２から出力される信号現示に関する情報と、速度位置検出部１０１から出力される列車１０の速度および位置と、記憶部１０３および特性情報保持部２０１から読み出される各種の情報と、に基づいて、列車１０が制限速度を守りながら所定時間で駅間を走行するための走行計画を算出する。走行計画は、たとえば列車１０の出発時に算出されるが、列車１０の走行中に信号現示に関する情報の変化が検知された場合は、走行中に新たな走行計画が算出されうる。

列車挙動予測部２０３は、列車１０の制動時に、速度位置検出部１０１から出力される列車１０の速度および位置と、記憶部１０３から読み出される路線情報、運行情報、および車両情報と、特性情報保持部２０１から読み出される特性情報のうちの減速モデルおよびパラメータと、に基づいて、過渡応答後の列車１０の挙動を予測する。列車１０の挙動は、たとえば、列車１０の速度や、位置、減速度などの予測値として算出される。この予測値は、あくまで設定上（設計上）の値であり、列車１０の実際の挙動とは異なる場合がある。

制御指令算出部２０４は、ＡＴＣ車上装置１０２から出力される信号現示情報と、速度位置検出部１０１から出力される列車１０の速度および位置と、記憶部１０３から読み出される路線情報、運行情報、および車両情報と、特性情報保持部２０１から読み出される特性情報のうちの列車抵抗と、走行計画算出部２０２により算出された走行計画と、列車挙動予測部２０３により予測された予測値と、に基づいて、列車１０を走行計画に追従して走行させたり、列車１０を駅の所定位置に停止させたりするための力行指令／制動指令を算出する。

加減速度検出部２０５は、速度位置検出部１０１から出力される列車１０の速度および位置と、ＡＴＣ車上装置１０２から読み出される路線情報と、特性情報保持部２０１から読み出される列車抵抗と、に基づいて、列車１０の実際の加減速度の推定値を算出する推定部として機能する。

パラメータ調整部２０６は、加減速度検出部２０５から出力される列車１０の実際の減速度の推定値と、特性情報保持部２０１から読み出される減速モデルおよびパラメータから算出される、列車１０の実際の減速度の推定値と対応した時点での列車１０の設定上の減速度を示す設定値と、を比較し、比較結果に基づいて、特性情報保持部２０１に記憶されたパラメータを調整する調整部として機能する。前述した通り、実施形態にかかる特性情報保持部２０１は、電制用パラメータと、空制用パラメータと、走行時パラメータと、の３種類のパラメータを記憶されているが、電制用パラメータおよび空制用パラメータの調整は、列車１０が駅で停止している際に実施され、走行時パラメータの調整は、列車１０が駅間を走行している際に実施される。

まず、空制用パラメータの調整について説明する。

実施形態において、パラメータ調整部２０６は、列車１０の空制後の停止時に、空制時において加減速度検出部２０５により算出された列車１０の実際の減速度の推定値と、減速モデルおよび空制時パラメータから算出される、推定値と対応した時点での列車１０の設定上の減速度を示す設定値と、の差分（または比率）に基づいて、当該差分が０に近づく（または比率が１に近づく）ように、加減速度検出部２０５に記憶された空制時パラメータを調整する。

より具体的に、実施形態において、加減速度検出部２０５は、列車１０の空制時に、上記の推定値の算出を、所定の制御サイクルで複数回実行する。そして、パラメータ調整部２０６は、列車１０の空制後の停止時に、複数の推定値と、当該複数の推定値に対応した複数の設定値と、の差分（または比率）の平均値に基づいて、空制用パラメータを調整する。

たとえば、パラメータ調整部２０６は、過去の一定期間に求められた複数の平均値に基づいて、実際の減速度（推定値）が設定上の減速度（設定値）に対して強めに出た第１の期間における平均値には比較的小さい第１の重みを乗じ、実際の減速度が設定上の減速度に対して弱めに出た第２の期間における平均値には比較的大きい第２の重みを乗じることで算出される、複数の平均値の重み付き平均値に基づいて、空制用パラメータを調整する、という調整方法を実施しうる。この調整方法によれば、列車１０の走行時において、減速度が強めに出ると予測されたものの実際は弱めだった場合、走行時パラメータの調整が間に合わずに列車１０の過走が発生するのを抑制することができる。なお、このような重み付き平均値を用いた調整方法の詳細については、図５を参照して後で説明するため、ここではこれ以上の説明を省略する。

また、パラメータ調整部２０６は、上記とは別の調整方法として、直近に求められた平均値をそのまま空制用パラメータの調整に反映すると現在の空制用パラメータをそのまま使用するよりも実際の減速度（推定値）が設定上の減速度（設定値）に対して強めに出る場合、平均値を比較的小さい第１の割合で空制用パラメータの調整に反映し、直近に求められた平均値をそのまま空制用パラメータの調整に反映すると現在の空制用パラメータをそのまま使用するよりも実際の減速度が設定上の減速度に対して弱めに出る場合、平均値を比較的大きい第２の割合で空制用パラメータの調整に反映する、という調整方法も実施しうる。この調整方法によっても、列車１０の走行時において、減速度が強めに出ると予測されたものの実際は弱めだった場合、走行時パラメータの調整が間に合わずに列車１０の過走が発生するのを抑制することができる。なお、このような直近の平均値のみを用いた調整方法の詳細については、図６を参照して後で説明するため、ここではこれ以上の説明を省略する。

ところで、前述したように、空気ブレーキは、同じ制動指令でも制動指令が強くなる方向に変化するときと弱くなる方向に変化するときで得られる減速度が異なるという傾向（減速特性の非線形性）が見られる。このため、制動指令が強くなる方向に変化するときと弱くなる方向に変化するときとで同一の空制用パラメータを使用すると、減速モデルの適切な補正が実現されないことがある。

そこで、実施形態は、空制用パラメータを、制動指令が弱くなる方向に変化する第１の状況において使用する第１の空制用パラメータと、制動指令が強くなる方向に変化する第２の状況において使用する第２の空制用パラメータと、の２つに分けて設定する。

第１の状況とは、たとえば、駅停止制御における停止間際の状況である。一般に、駅停止制御においては、乗り心地の悪化を抑制するため、停止間際になるほど、列車１０の速度の低下に合わせて制動指令が弱くなる。しかしながら、制動指令が弱くなるときには列車１０の実際の減速度が設計上の減速度よりも強めに出ることがある。

そこで、実施形態は、第１の状況において、第１の空制用パラメータによる減速モデルの補正を、減速モデルに基づく減速度に対する設定値の加算として実現する。つまり、実施形態は、第１の空制用パラメータを、減速モデルに基づく減速度に対する加算値（偏差）として設定する。このように設定すれば、以下に示される図３のように、制動指令が弱くなるときに実際の減速度が設計上の減速度よりも強めに出てしまうという自列車の特性を学習して、列車挙動を予測することで、より精度よく停止目標位置に停止することができる。

図３は、実施形態にかかる第１の空制用パラメータの概念を説明するための例示的かつ模式的な図である。図３の（Ａ）〜（Ｃ）は、縦軸が表しているものはそれぞれ異なるものの、それぞれ同一の内容を表している。

より具体的に、図３の（Ａ）は、減速モデルに基づく減速度（点線参照）と、第１の空制用パラメータによる補正後の減速度（実線参照）と、の関係を表している。この図３の（Ａ）において、横軸は、制動指令の強弱に対応しており、縦軸は、減速度の強弱に対応している。図３の（Ａ）に示されるように、第１の空制用パラメータによる補正は、減速モデルに基づく減速度に、制動指令が弱い側であっても強い側であっても同等のバイアスをかけるものとして実現される。これにより、制動指令が弱いほど列車１０の実際の減速度が設計上の減速度よりも強めに出るという制御が実現される。

図３の（Ｂ）は、図３の（Ａ）の縦軸の減速度を、当該減速度と所定の比較値（減速モデルに基づく減速度）との偏差に変換したものである。つまり、図３の（Ｂ）は、減速モデルに基づく減速度と比較値との偏差（＝一定値０）（点線参照）と、第１の空制用パラメータによる補正後の減速度と比較値との偏差（実線参照）と、の関係を表している。図３の（Ｂ）において、点線と実線との縦軸方向の間隔は、横軸方向の位置によらず略一定である。したがって、図３の（Ｂ）によれば、図３の（Ａ）の点線を実線に沿った形にする補正は、第１の空制用パラメータを減速モデルに基づく減速度に対する加算値（偏差）として設定すれば容易に実現できるということが分かる。

図３の（Ｃ）は、図３の（Ａ）の縦軸の減速度を、当該減速度の、所定の比較値（減速モデルに基づく減速度）に対する比率に変換したものである。つまり、図３の（Ｃ）は、減速モデルに基づく減速度の比較値に対する比率（＝一定値１）（点線参照）と、第１の空制用パラメータによる補正後の減速度の比較値に対する比率（実線参照）と、の関係を表している。図３の（Ｃ）において、点線と実線との縦軸方向の間隔は、横軸方向の位置によって変化する（特に制動指令が弱くなるほど非線形的に大きくなる）。したがって、図３の（Ｃ）によれば、図３の（Ａ）の点線を実線に沿った形にする補正は、第１の空制用パラメータを減速モデルに基づく減速度に対する乗算値（比率）として設定すると容易には実現できないということが分かる。

以上の理由で、実施形態では、制動指令が弱くなる方向に変化する第１の状況で使用される第１の空制用パラメータが、減速モデルに基づく減速度に対する加算値（偏差）として設定される。したがって、実施形態では、第１の空制用パラメータが、前述した推定値および設定値の差分に基づいて調整される。

一方、第２の状況とは、たとえば、駅停止制御の開始直後の状況である。第２の状況においては、上述した第１の状況と異なり、制動指令が強くなるときには列車１０の実際の減速度が設計上の減速度よりも強めに出ることや経年変化によっては弱めに出ることがある。

そこで、実施形態は、第２の状況において、第２の空制用パラメータによる減速モデルの補正を、減速モデルに基づく減速度に対する設定値の乗算として実現する。つまり、実施形態は、第２の空制用パラメータを、減速モデルに基づく減速度に対する乗算値（比率）として設定する。このように設定すれば、以下に示される図４のように、制動指令が強くなるときに実際の減速度が設計上の減速度よりも強めまたは弱めに出てしまうという自列車の特性を学習して、列車挙動を予測することで、より精度よく停止目標位置に停止することができる。

図４は、実施形態にかかる第２の空制用パラメータの概念を説明するための例示的かつ模式的な図である。図４の（Ａ）〜（Ｃ）は、縦軸が表しているものはそれぞれ異なるものの、それぞれ同一の内容を表している。

より具体的に、図４の（Ａ）は、減速モデルに基づく減速度（点線参照）と、第２の空制用パラメータによる補正後の減速度（実線参照）と、の関係を表している。この図３の（Ａ）において、横軸は、制動指令の強弱に対応しており、縦軸は、減速度の強弱に対応している。図４の（Ａ）に示されるように、第２の空制用パラメータによる補正は、減速モデルに基づく減速度に、制動指令が弱い側であっても強い側であっても同等のゲインをかけるものとして実現される。これにより、制動指令が強いほど列車１０の実際の減速度が設計上の減速度よりも強めに出るという制御が実現される。

図４の（Ｂ）は、図４の（Ａ）の縦軸の減速度を、当該減速度と所定の比較値（減速モデルに基づく減速度）との偏差に変換したものである。つまり、図４の（Ｂ）は、減速モデルに基づく減速度と比較値との偏差（＝一定値０）（点線参照）と、第２の空制用パラメータによる補正後の減速度と比較値との偏差（実線参照）と、の関係を表している。図４の（Ｂ）において、点線と実線との縦軸方向の間隔は、横軸方向の位置によって変化する。したがって、図４の（Ｂ）によれば、図４の（Ａ）の点線を実線に沿った形にする補正は、第２の空制用パラメータを減速モデルに基づく減速度に対する加算値（偏差）として設定すると容易には実現できないということが分かる。

図４の（Ｃ）は、図４の（Ａ）の縦軸の減速度を、当該減速度の、所定の比較値（減速モデルに基づく減速度）に対する比率に変換したものである。つまり、図４の（Ｃ）は、減速モデルに基づく減速度の比較値に対する比率（＝一定値１）（点線参照）と、第２の空制用パラメータによる補正後の減速度の比較値に対する比率（実線参照）と、の関係を表している。図４の（Ｃ）において、点線と実線との縦軸方向の間隔は、横軸方向の位置によらず略一定である。したがって、図４の（Ｃ）によれば、図４の（Ａ）の点線を実線に沿った形にする補正は、第２の空制用パラメータを減速モデルに基づく減速度に対する乗算値（比率）として設定すれば容易に実現できるということが分かる。

以上の理由で、実施形態では、制動指令が強くなる方向に変化する第２の状況で使用される第２の空制用パラメータが、減速モデルに基づく減速度に対する乗算値（比率）として設定される。したがって、実施形態では、第２の空制用パラメータは、前述した推定値および設定値の比に基づいて調整される。

なお、電制時パラメータおよび走行時パラメータについては、空制用パラメータと異なり、空気ブレーキの減速特性の非線形性を考慮する必要がない。したがって、実施形態では、電制時パラメータおよび走行時パラメータは、空制用パラメータのうち減速特性の非線形性を想定していない第２の空制用パラメータと同様に、前述した推定値および設定値の比に基づいて調整される。

以下、実施形態において実行される処理について説明する。

図５は、実施形態にかかる列車制御装置１１が空制用パラメータを調整する際に実行する処理の一例を示した例示的かつ模式的なフローチャートである。この図５に示される処理フローは、前述したような、重み付き平均値に基づいた調整方法に対応する。また、図５に示される処理フローは、列車１０が駅で停止したことを条件として開始する。

図５に示される処理フローでは、まず、Ｓ５０１において、列車制御装置１１は、今回走行した駅間で取得された情報、つまり直近の走行区間において所定の制御サイクルで複数回取得された減速度の推定値および設定値に基づき、第１の状況における推定値と設定値との差分の平均値を偏差平均データ群に追加するとともに、第２の状況における推定値と設定値との比率の平均値を比率平均データ群に追加する。

ここで、偏差平均データ群とは、過去一定期間内に取得された差分の複数の平均値を蓄積するデータ構造であり、比率平均データ群とは、過去一定期間内に取得された比率の複数の平均値を蓄積するデータ構造である。したがって、Ｓ５０２において、列車制御装置１１は、一定期間が経過して蓄積の必要がなくなった平均値、つまり一定期間前に追加された過去の平均値を、偏差平均データ群および比率平均データ群から削除する。

Ｓ５０３において、列車制御装置１１は、偏差平均データ群を参照し、当該偏差平均データ群内における（差分の）平均値の最大値と最小値との差に応じて、各平均値に乗じる重みを按分する。たとえば、Ｓ５０３において、列車制御装置１１は、実際の減速度（推定値）が設定上の減速度（設定値）に対して最も強めに出た期間における平均値には最小の重みを設定し、推定値が設定値に対して最も弱めに出た期間における平均値には最大の重みを設定し、それらの中間に対応した平均値には中間の重みを設定する。

そして、Ｓ５０４において、列車制御装置１１は、Ｓ５０３で設定された重みを対応する平均値に乗算し、重み付き平均を計算することで、第１の空制用パラメータを調整する。たとえば、列車制御装置１１は、ここで計算された重み付き平均値を、次に使用する第１の空制用パラメータとして設定する。

Ｓ５０５において、列車制御装置１１は、比率平均データ群を参照し、当該比率平均データ群内における（比率の）平均値の最大値と最小値との差に応じて、各平均値に乗じる重みを按分する。たとえば、Ｓ５０５において、列車制御装置１１は、上述したＳ５０３と同様に、実際の減速度（推定値）が設定上の減速度（設定値）に対して最も強めに出た期間における平均値には最小の重みを設定し、推定値が設定値に対して最も弱めに出た期間における平均値には最大の重みを設定し、それらの中間に対応した平均値には中間の重みを設定する。

そして、Ｓ５０６において、列車制御装置１１は、Ｓ５０５で設定された重みを対応する平均値に乗算し、重み付き平均を計算することで、第２の空制用パラメータを調整する。たとえば、列車制御装置１１は、ここで計算された重み付き平均値を、次に使用する第２の空制用パラメータとして設定する。

このようにして、２種類の空制用パラメータ（第１の空制用パラメータおよび第２の空制用パラメータ）の重み付き平均値に基づいた調整が終了する。

なお、前述したように、実施形態は、空制用パラメータの調整方法として、過去一定期間における複数の平均値に基づく重み付き平均値を用いた調整方法のみならず、以下に説明するような、直近の平均値のみを用いた調整方法も実施しうる。

図６は、実施形態にかかる列車制御装置１１が空制用パラメータを調整する際に実行する処理の図５とは異なる他の一例を示した例示的かつ模式的なフローチャートである。この図６に示される処理フローも、図５に示される処理フローと同様に、列車１０が駅で停止したことを条件として開始する。

図６に示される処理フローでは、まず、Ｓ６０１において、列車制御装置１１は、今回走行した駅間で取得された情報、つまり直近の走行区間において所定の制御サイクルで複数回取得された減速度の推定値および設定値に基づき、第１の状況における推定値と設定値との差分の平均値と、第２の状況における推定値と設定値との比率の平均値と、を算出する。

そして、Ｓ６０２において、列車制御装置１１は、Ｓ６０１において今回算出された差分の平均値をそのまま、つまり１００％の割合で第１の空制用パラメータの更新値とすると、今回算出された差分の平均値を減速モデルに加算して得られる減速度が、第1の空制用パラメータの前回値を減速モデルに加算して得られる減速度より強いか否かを判断する。

Ｓ６０２において、減速度が強くなると判断された場合、Ｓ６０３に処理が進む。そして、Ｓ６０３において、列車制御装置１１は、Ｓ６０１において今回算出された差分の平均値を小さい割合（第１の割合）で第１の空制用パラメータに反映する。

一方、Ｓ６０２において、減速度が弱くなると判断された場合、Ｓ６０４に処理が進む。そして、Ｓ６０４において、列車制御装置１１は、Ｓ６０１において今回算出された差分の平均値を大きい割合（第２の割合）で第１の空制用パラメータに反映する。

そして、Ｓ６０５において、列車制御装置１１は、Ｓ６０１において今回算出された比率の平均値をそのまま、つまり１００％の割合で第２の空制用パラメータの更新値とすると、今回算出された比率の平均値を減速モデルに乗じて得られる減速度が、第1の空制用パラメータの前回値を減速モデルに加算して得られる減速度より強いか否かを判断する。

Ｓ６０５において、減速度が強くなると判断された場合、Ｓ６０６に処理が進む。そして、Ｓ６０６において、列車制御装置１１は、Ｓ６０１において今回算出された比率の平均値を小さい割合（第１の割合）で第２の空制用パラメータに反映する。

一方、Ｓ６０５において、減速度が弱くなると判断された場合、Ｓ６０７に処理が進む。そして、Ｓ６０７において、列車制御装置１１は、Ｓ６０１において今回算出された比率の平均値を大きい割合（第２の割合）で第２の空制用パラメータに反映する。

このようにして、２種類の空制用パラメータ（第１の空制用パラメータおよび第２の空制用パラメータ）の直近の平均値のみに基づいた調整が終了する。

なお、詳細な説明は省略するが、空制用パラメータと同様、電制用パラメータの調整も、列車１０の駅での停止時に実施される。実施形態において、電制用パラメータの調整は、たとえば、電制時における列車１０の減速度の推定値と設定値との比率に基づいて実施される。

また、実施形態において、走行時パラメータの調整は、以下に説明するように、駅間を走行している列車１０の制動中に実施される。

図７は、実施形態にかかる列車制御装置１１が走行時パラメータを調整する際に実行する処理の一例を示した例示的かつ模式的なフローチャートである。この図７に示される処理フローは、駅間を走行している列車１０の制動中、つまり列車１０が制動指令に応じて減速する場合に開始する。

図７に示される処理フローでは、まず、Ｓ７０１において、列車制御装置１１は、列車１０が電気ブレーキによる制動中か否かを判断する。この判断は、たとえば、列車１０の現在の速度が電空切替速度を下回ったか否かなどに基づいて行われる。列車１０の現在の速度が電空切替速度以上である場合、列車１０が電気ブレーキによる制動中であると判断され、列車１０の現在の速度が電空切替速度を下回った場合、列車１０が電気ブレーキではなく空気ブレーキによる制動中であると判断される。

Ｓ７０１において、列車１０が電気ブレーキによる制動中であると判断された場合、Ｓ７０２に処理が進む。そして、Ｓ７０２において、列車制御装置１１は、特性情報保持部２０１に記憶された各種の情報などに基づいて、減速モデルに基づく減速度に電制用パラメータを乗じて、列車１０の減速度の設定値を算出する。

一方、Ｓ７０１において、列車１０が空気ブレーキによる制動中であると判断された場合、Ｓ７０３に処理が進む。そして、Ｓ７０３において、列車制御装置１１は、駆動／制動制御装置１４に与えられている制動指令が弱くなる方向に変化しているか否かを判断する。

Ｓ７０３において、制動指令が弱くなる方向に変化していると判断された場合、つまり前述した第１の状況が発生していると判断された場合、Ｓ７０４に処理が進む。そして、Ｓ７０４において、列車制御装置１１は、減速モデルに基づく減速度に第１の空制用パラメータを加算して減速度の設定値を算出する。

また、Ｓ７０３において、制動指令が強くなる方向に変化していると判断された場合、つまり前述した第２の状況が発生していると判断された場合、Ｓ７０５に処理が進む。そして、Ｓ７０５において、列車制御装置１１は、減速モデルに基づく減速度に第２の空制用パラメータを乗じて減速度の設定値を算出する。

Ｓ７０２、Ｓ７０４、またはＳ７０５で減速度の設定値が算出されると、Ｓ７０６に処理が進む。そして、Ｓ７０６において、列車制御装置１１は、速度位置検出部１０１により取得される列車１０の速度の推移と、特性情報保持部２０１に記憶された列車抵抗とから、列車１０の実際の減速度の推定値を算出する。

そして、Ｓ７０７において、列車制御装置１１は、Ｓ７０６で算出された推定値と、Ｓ７０２、Ｓ７０４、またはＳ７０５で算出された設定値との差分および比率を算出し、算出した値を状況別に蓄積する。たとえば、Ｓ７０６で算出された推定値とＳ７０２で算出された設定値との比率は、電制用パラメータの調整用として蓄積され、Ｓ７０６で算出された推定値とＳ７０４で算出された設定値との差分は、第１の空制用パラメータの蓄積用として（前述した偏差平均データ群に）蓄積され、Ｓ７０６で算出された推定値とＳ７０５で算出された設定値との比率は、第２の空制用パラメータの蓄積用として（前述した比率平均データ群に）蓄積される。

そして、Ｓ７０８において、列車制御装置１１は、Ｓ７０６で算出された推定値と、Ｓ７０２、Ｓ７０４、またはＳ７０５で算出された設定値との比率に基づいて、走行時パラメータを調整する。

そして、Ｓ７０９において、列車制御装置１１は、Ｓ７０８における補正後の減速モデルに基づいて、列車１０の挙動を予測する。

そして、Ｓ７１０において、列車制御装置１１は、Ｓ７０９における列車１０の挙動の予測結果に応じて、駆動／制動制御装置１４に与える制御指令（力行指令／制動指令）を算出する。そして、処理が終了する。

なお、列車１０の挙動の予測（Ｓ７０９と同様の処理）と、当該予測の結果に基づく制御指令の算出（Ｓ７１０と同様の処理）とは、列車１０が減速していない場合においても実施される。

以上説明したように、実施形態にかかる列車制御装置１１は、速度位置検出部１０１と、特性情報保持部２０１と、加減速度検出部２０５と、パラメータ調整部２０６と、制御指令算出部２０４と、を有している。速度位置検出部１０１は、列車１０の速度および位置を検出する。特性情報保持部２０１は、列車１０の少なくとも空気制動時に列車１０の駆動／制動制御装置１４に与えられる制動指令に応じて発生する減速度に関する減速モデルと、当該減速モデルを補正するために使用される空制用パラメータと、列車１０に発生する列車抵抗と、を記憶する。加減速度検出部２０５は、列車１０の空気制動時に、速度位置検出部１０１により検出された速度および位置と、特性情報保持部２０１に記憶された列車抵抗と、に基づいて、列車１０の実際の減速度の推定値を算出する。パラメータ調整部２０６は、列車１０の空気制動後の停止時に、特性情報保持部２０１により算出された実際の減速度の推定値と、特性情報保持部２０１に記憶された減速モデルおよび空制用パラメータから算出される、推定値と対応した時点での列車１０の設定上の減速度を示す設定値との差分に基づいて、特性情報保持部２０１に記憶された空制用パラメータを調整する。制御指令算出部２０４は、空制用パラメータの調整後の列車１０の空気制動時に、速度位置検出部１０１により検出された速度および位置と、特性情報保持部２０１に記憶された減速モデル、空制用パラメータおよび列車抵抗と、に基づいて、制動指令を算出する。このような構成により、精度の良い自動列車運転を実施するための空制用パラメータの調整をより簡単に実施することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、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。上記実施形態およびその変形は、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
１１ 列車制御装置
１０１ 速度位置検出部（検出部）
２０１ 特性情報保持部（記憶部）
２０４ 制御指令算出部（指令算出部）
２０５ 加減速度検出部（推定部）
２０６ パラメータ調整部（調整部）

Claims (8)

1. 列車の速度および位置を検出する検出部と、
   前記列車の少なくとも空制時に前記列車の制動装置に与えられる制動指令に応じて発生する減速度に関する減速モデルと、当該減速モデルを補正するために使用される空制用パラメータと、前記列車に発生する列車抵抗と、を記憶する記憶部と、
   前記列車の空制時に、前記検出部により検出された前記速度および前記位置と、前記記憶部に記憶された前記列車抵抗と、に基づいて、前記列車の実際の減速度の推定値を算出する推定部と、
   前記列車の空制後の停止時に、前記推定部により算出された前記実際の減速度の推定値と、前記記憶部に記憶された前記減速モデルおよび前記空制用パラメータから算出される、前記推定値と対応した時点での前記列車の設定上の減速度を示す設定値と、の差分に基づいて、前記記憶部に記憶された前記空制用パラメータを調整する調整部と、
   前記空制用パラメータの調整後の前記列車の空制時に、前記検出部により検出された前記速度および前記位置と、前記記憶部に記憶された前記減速モデル、前記空制用パラメータおよび前記列車抵抗と、に基づいて、前記制動指令を算出する指令算出部と、
   を備える、列車制御装置。
2. 前記推定部は、前記推定値の算出を所定の制御サイクルで複数回実行し、
   前記調整部は、複数の前記推定値と、当該複数の推定値に対応した複数の前記設定値と、のそれぞれの差分の平均値に基づいて、前記空制用パラメータを調整する、
   請求項１に記載の列車制御装置。
3. 前記調整部は、過去の一定期間に求められた複数の前記平均値に基づいて、前記実際の減速度が前記設定上の減速度に対して強めに出た第１の期間における前記平均値には第１の重みを乗じ、前記実際の減速度が前記設定上の減速度に対して弱めに出た第２の期間における前記平均値には前記第１の重みよりも大きい第２の重みを乗じることで算出される、前記複数の平均値の重み付き平均値に基づいて、前記空制用パラメータを調整する、
   請求項２に記載の列車制御装置。
4. 前記調整部は、直近に求められた前記平均値をそのまま前記空制用パラメータの調整に反映すると現在の前記空制用パラメータをそのまま使用するよりも前記実際の減速度が前記設定上の減速度に対して強めに出る場合、前記平均値を第１の割合で前記空制用パラメータの調整に反映し、直近に求められた前記平均値をそのまま前記空制用パラメータの調整に反映すると現在の前記空制用パラメータをそのまま使用するよりも前記実際の減速度が前記設定上の減速度に対して弱めに出る場合、前記平均値を前記第１の割合よりも大きい第２の割合で前記空制用パラメータの調整に反映する、
   請求項２に記載の列車制御装置。
5. 前記空制用パラメータは、前記制動指令が弱くなる方向に変化する第１の状況において使用される第１の空制用パラメータと、前記制動指令が強くなる方向に変化する第２の状況において使用される第２の空制用パラメータと、を含み、
   前記調整部は、少なくとも前記第１の空制用パラメータを、前記第１の状況における前記差分の平均値に基づいて調整する、
   請求項２〜４のいずれか１項に記載の列車制御装置。
6. 前記調整部は、前記第２の状況における複数の前記推定値と、当該複数の推定値に対応した複数の前記設定値と、のそれぞれの比率の平均値に基づいて、前記第２の空制用パラメータを調整する、
   請求項５に記載の列車制御装置。
7. 前記記憶部は、前記列車の走行中に前記減速モデルを補正するために使用される走行時パラメータをさらに記憶し、
   前記調整部は、前記列車の走行中に、前記推定値の前記設定値に対する比率に基づいて、前記走行時パラメータを調整する、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の列車制御装置。
8. 列車の速度および位置を検出する検出ステップと、
   前記列車の少なくとも空制時に前記列車の制動装置に与えられる制動指令に応じて発生する減速度に関する減速モデルと、当該減速モデルを補正するために使用される空制用パラメータと、前記列車に発生する列車抵抗と、を記憶部に記憶する記憶ステップと、
   前記列車の空制時に、前記検出ステップにより検出された前記速度および前記位置と、前記記憶部に記憶された前記列車抵抗と、に基づいて、前記列車の実際の減速度の推定値を算出する推定ステップと、
   前記列車の空制後の停止時に、前記推定ステップにより算出された前記実際の減速度の推定値と、前記記憶部に記憶された前記減速モデルおよび前記空制用パラメータから算出される、前記推定値と対応した時点での前記列車の設定上の減速度を示す設定値と、の差分に基づいて、前記記憶部に記憶された前記空制用パラメータを調整部により調整することと、
   前記空制用パラメータの調整後の前記列車の空制時に、前記検出ステップにより検出された前記速度および前記位置と、前記記憶部に記憶された前記減速モデル、前記空制用パラメータおよび前記列車抵抗と、に基づいて、前記制動指令を算出する指令算出ステップと、
   を備える、列車制御方法。

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