JP2021035069A - 鉄道車両の自動運転装置および列車自動運転システム - Google Patents

Abstract

【課題】駅間を走行する際に力行運転とブレーキ制御を頻繁に繰り返してしまうのを回避して乗り心地の改善およびエネルギー効率の向上を図ることができる自動運転装置および列車自動運転システムを提供する。【解決手段】鉄道車両１１の自動運転装置としての車上装置２０は、走行速度を検出する速度検出手段２１と、走行パターンに従って走行駆動装置２６およびブレーキ装置２２を制御する運転制御手段２７とを備える。走行パターンには、惰行運転開始点と惰行運転終了点で規定される惰行運転期間と惰行運転開始点までの加速期間と惰行運転終了点以降の減速期間とを含む惰行走行パターンがある。運転制御手段は、惰行走行パターンに従って走行速度を制御する場合、惰行運転期間においては走行駆動装置に対して速度を上げる制御信号を出力しない。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の自動運転装置および列車自動運転システムに関し、特に惰行運転を利用した鉄道車両の自動運転制御に有用な技術に関する。

現行の列車自動運転システムは、乗務員が自動運転装置の運転モード選択スイッチを扱うことで走行パターンを選択する方式や、乗務員行路を記憶したＩＣカードから運転速度条件を自動的に読み込ませる方式など、予め車上の記憶装置に保有している走行パターンの中から運転速度条件にあったものを選択し、選択した走行パターンに従って走行するものが一般的である。また、列車自動運転（ＡＴＯ）においては、車両に搭載されたＡＴＣ（自動列車制御装置）の受信装置が受信したＡＴＣ情報に基づいてＡＴＣパターンを生成しＡＴＣパターンに従って実行される力行／ブレーキ制御が併用されることが多い。

特許第３２７０３０５号公報 特開昭６１−２４４２０３号公報

しかしながら、従来の自動運転制御は、ＡＴＯ走行パターンに従った走行中に列車速度がＡＴＣパターンに到達するとブレーキをかけ、ＴＣパターンから離れると力行運転を行うことを繰り返すため、乗り心地の低下やエネルギー効率の低下を招くという課題があった。特許文献１には、力行運転とブレーキ制御の頻繁な繰り返しによる乗り心地の低下を改善するため、保安減速パターン区間と警戒減速パターンとの間に警戒ゾーンを設けて、列車が警戒ゾーンに入った場合には力行を禁止して惰行運転させるようにした発明が開示されている。

しかし、特許文献１に記載されている発明は、目標地点に向かって減速走行する際に警戒ゾーンに入っている間は惰行運転させるというものであるため、充分な省エネ効果が得られないとともに、制御入力として目標時分がないため力行運転時間をリアルタイムに制御できないという課題がある。
また、特許文献２には、惰行運転制御を取り入れることで省エネルギーの効果を得るようにした発明が記載されている。しかし、特許文献２に記載されている発明は、走行時分に影響しないよう惰行運転制御区間を下り勾配区間に設定しており、上り勾配など所定の下り勾配条件から外れた区間を走行する際には適用しないようにしているため、充分な省エネ効果が得られないという課題がある。

本発明は上記のような課題に着目してなされたもので、駅間を走行する際に力行運転とブレーキ制御を頻繁に繰り返してしまうのを回避して、乗り心地の改善およびエネルギー効率の向上を図ることができる鉄道車両の自動運転装置および列車自動運転システムを提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、与えられた目標時分に応じて力行運転時間をリアルタイムに制御することができる自動運転装置および列車自動運転システムを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、惰行期間を含む走行パターンを走行時の条件に応じて補正することができ、それによって勾配等の影響を受けることなく走行制御を行うことができるとともに、時刻表ダイヤに従った走行制御が可能な自動運転装置および列車自動運転システムを提供することにある。

上記課題を解決するために、本出願に係る発明は、
走行駆動装置およびブレーキ装置を制御することで走行パターンに従って走行速度を制御して走行する機能を有する鉄道車両の自動運転装置において、
走行速度を検出する速度検出手段と、
前記走行パターンに従って前記走行駆動装置および前記ブレーキ装置を制御する運転制御手段と、
を備え、前記走行パターンには、惰行運転開始点と惰行運転終了点で規定される惰行運転期間と、前記惰行運転開始点までの加速期間と、前記惰行運転終了点以降の減速期間とを含む惰行走行パターンがあり、
前記運転制御手段は、前記惰行走行パターンに従って走行速度を制御する場合、前記惰行運転期間においては前記走行駆動装置に対して速度を上げる制御信号を出力しないように構成したものである。

上記のように構成された自動運転装置によれば、惰行走行パターンに従って走行速度を制御した場合、惰行運転開始点までは加速運転（力行運転）を行い、その後惰行運転終了点までは惰行で走行し、惰行運転終了点以降は減速して停止することになるため、駅間を走行する際に力行運転とブレーキ制御を頻繁に繰り返してしまうのを回避して、乗り心地の改善およびエネルギー効率の向上を図ることができる。

ここで、望ましくは、前記走行パターンには、同一の区間に関し運転条件に応じた複数の惰行走行パターンがあり、
前記運転制御手段は、発車直前に取得した運転条件に対応した惰行走行パターンを、前記複数の惰行走行パターンの中から選択し、選択した惰行走行パターンに従って走行速度を制御するように構成する。
かかる構成によれば、走行区間（駅間）ごとに、運転条件（雨天などの環境条件や回復運転などの運転モード）に応じた複数の惰行走行パターンを用意しておくことで、運転条件が変わっても適切な走行制御を行うことができる。また、与えられた目標時分に応じて力行運転制御時間をリアルタイムに制御することができる。

また、望ましくは、車両の重量を検出する荷重検出手段を備え、
前記惰行走行パターンに従った走行中に前記速度検出手段によって検出された走行速度および前記荷重検出手段によって検出された車両重量を逐次取得し記憶するトレース手段と、
前記トレース手段により取得された走行速度および車両の重量のデータから算出された走行抵抗補正値に基づいて、対応する前記惰行走行パターンを補正するパターン補正手段と、を備え、
前記運転制御手段は、前記パターン補正手段により補正された惰行走行パターンに従って走行速度を制御可能に構成する。

上記のような構成によれば、車両重量（編成荷重）の差異や走行区間（駅間）にある勾配の大小に起因する惰行運転終了点での車両速度の差異を考慮して惰行走行パターン（惰行ＡＴＯパターン）を補正することができるため、勾配等の影響を受けることなく走行制御を行うことができるとともに、時刻表ダイヤに従った走行制御が可能になる。

さらに、望ましくは、複数の前記惰行走行パターンにおける前記減速期間は、走行区間に関わらず共通であるように構成する。
かかる構成によれば、次駅に近づいて減速する際に、過度な制動力が働いて乗り心地が低下するのを回避できるとともに、次駅の所定の位置に正確に車両を停止させることができる。

また、望ましくは、地上装置からのＡＴＣ情報を受信可能な情報受信手段と、
自列車の位置を把握する位置把握手段と、
所定の位置を停止点として設定し当該停止点を終点とするＡＴＣパターンを生成する走行パターン生成手段と、を備え、
前記運転制御手段は、前記惰行走行パターンが前記走行パターン生成手段により生成されたＡＴＣパターンと交差する場合は、ＡＴＣパターンに従って走行速度を制御するように構成する。
かかる構成によれば、既設のＡＴＣ地上子からの情報に基づくＡＴＣ制御による安全性を担保しつつ列車の自動運転制御を実施することができ、例えば先行列車に遅れが生じているような場合に、先行列車に近づき過ぎるのを回避して、安全な自動運転を実現することができる。

さらに、望ましくは、前記運転制御手段は、発車直前に取得した運転条件に対応した惰行走行パターンがない場合には、前記走行パターン生成手段により生成されたＡＴＣパターンに従って走行速度を制御するように構成する。
かかる構成によれば、予め走行中に生じるあらゆる状況を想定して多数の惰行走行パターンを作成しておく必要がなく、臨機応変な自動運転を実現することができる。

また、本出願に係る他の発明は、上記のような構成を有する自動運転装置と、
前記自動運転装置へ運転条件に関する情報を送信可能な通信手段を有する地上装置と、を備えた列車自動運転システムにおいて、
前記自動運転装置は、前記地上装置との間で情報の送受信を行う送受信手段を備え、前記トレース手段により取得された編成荷重および走行速度の情報を前記送受信手段により前記地上装置へ送信可能であり、
前記地上装置は、
走行区間毎に予め作成された複数の走行パターンを記憶する走行パターン記憶手段と、
前記通信手段によって前記自動運転装置の前記送受信手段から送信された前記編成荷重および走行速度の情報を受信し、受信した情報を用いて所定の補正モデルに従って走行抵抗補正値を演算する演算手段と、
を備え、前記演算手段により演算された走行抵抗補正値を前記通信手段により前記自動運転装置へ送信し、
前記パターン補正手段は、前記送受信手段によって前記走行抵抗補正値を受信し、受信した走行抵抗補正値に基づいて、対応する惰行走行パターンを補正可能に構成したものである。

上記のように構成された列車自動運転システムによれば、駅間を走行する際に力行運転とブレーキ制御を頻繁に繰り返してしまうのを回避して、乗り心地の改善およびエネルギー効率の向上を図ることができるとともに、時刻表ダイヤに従った走行制御が可能になる。また、走行パターン記憶手段と走行抵抗補正値を演算する演算手段を地上装置に設けているため、車上装置としての自動運転装置の負担を減らすことができる。

本発明に係る列車自動運転システムおよび自動運転装置によれば、駅間を走行する際に力行運転とブレーキ制御を頻繁に繰り返してしまうのを回避して、乗り心地の改善およびエネルギー効率の向上を図ることができる。また、本発明によれば、与えられた目標時分に応じて力行運転制御時間をリアルタイムに制御することができる。さらに、本発明によれば、惰行期間を含む走行パターンを走行時の条件に応じて補正することができ、それによって勾配等の影響を受けることなく走行制御を行うことができるとともに、時刻表ダイヤに従った走行制御が可能になるという効果がある。

本発明に係る列車自動運転システムを構成する自動運転装置（車上装置）の具体例を示すブロック図である。 本発明に係る列車自動運転システムの一実施形態を示すシステム構成図である。 実施形態の列車自動運転システムにおいて自動運転装置（車上装置）が参照する惰行期間を含む走行パターンの例を示すパターン説明図である。 列車自動運転システムの構成する自動運転装置により実行される自動運転制御処理の手順の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明に係る自動運転装置および列車自動運転システムの一実施形態について説明する。図１は本発明に係る列車自動運転システムにおける鉄道車両（列車）に搭載される車上装置２０の構成例を示すブロック図、図２は本発明の列車自動運転システムを適用した場合における鉄道軌道設備（地上側設備）の一実施形態を示すシステム構成図である。

図１に示すように、本実施形態における車上装置２０は、走行速度および走行距離を算出するために車輪の回転数を検出する速度発電機２１、ブレーキディスクやブレーキパッドおよび駆動手段などを有するブレーキ装置２２、軌道回路を介して送信される情報（ＡＴＣ情報）を受信するＡＴＣ受信装置２３、受信したＡＴＣ情報に基づいて走行パターンとしてのＡＴＣパターンを生成しこのＡＴＣパターンに従ってブレーキ装置２２を制御するＡＴＣ制御装置２４、軌道に沿って設けられているＡＴＯトランスポンダからの情報を受信するＡＴＯトランスポンダ車上子２５、車輪を回転駆動するモータなどからなる走行駆動装置２６、走行速度を見ながら走行駆動装置２６およびブレーキ装置２２を制御するノッチ指令を出力して自動運転を行う自動運転制御装置２７、運転モードを選択するためのスイッチを含むスイッチ類を有する運転台スイッチ装置（運転台ＳＷ）２８を備える。

自動運転制御装置２７は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）とＭＰＵが実行するプログラムや速度照査パターンを記憶するＲＯＭのような不揮発性記憶装置と、ＲＡＭのような読み出し書き込み可能な記憶装置とから構成される。記憶装置には、走行区間の各駅間ごとに基準となる走行パターンが記憶されており、自動運転制御装置２７は、記憶装置から基準となる駅間走行パターンを読み出し、当該走行パターンとそのときの列車の位置や走行速度に基づいて力行に必要なノッチ指令を走行駆動装置２６へ出力したり最適なブレーキ力を算出してブレーキ装置２２へノッチ指令を出力したりすることができるように構成されている。さらに、先行列車の在線位置に応じて走行パターンを切り替えることができるように構成されていても良い。

軌道回路を介して車上装置２０へ送信する情報（デジタル情報）を生成する地上装置は、軌道回路の在線情報を収集したり分岐器や信号機の現示を制御したりする連動装置に接続され連動装置からの信号に基づいて先行列車の位置等の情報を生成する駅装置などにより構成される。この場合、先行列車の在線位置情報は先行列車が在線する軌道回路の終端位置（軌道回路の境界）となる。
ＡＴＣ制御装置２４によるＡＴＣ制御では、列車の車上装置２０は、ＡＴＣ受信装置２３により列車が停止すべき軌道回路の情報を受けるとＴＡＳＣ（定位置停止制御）パターンと呼ばれる速度照査パターンを生成して、自己の速度と該パターンとを比較しながらブレーキ装置２２を作動させて車両速度を落とし停止する制御が実行される。

本実施形態においては、ＡＴＣ受信装置２３により受信した情報は、ＡＴＣ制御装置２４および自動運転制御装置２７へ伝送され、自動運転制御に反映される。なお、ＡＴＣ受信装置２３を設ける代わりに、車上装置２０および地上装置に無線通信機能を持たせ、各列車の車上装置２０は無線により地上装置へ自列車の位置情報を送信し、地上装置は後続列車の車上装置２０へ先行列車の位置情報等を送信するように構成しても良い。
ここで、各列車から送信される位置情報は、例えば当該列車の車上装置２０が速度発電機等からの信号に基づいて把握している位置情報である。この位置情報は、ＡＴＯトランスポンダ車上子２５により受信した情報により補正される。

次に、本実施形態の列車自動運転システムの概要について、図２を用いて説明する。図２は、図１に示すような構成を有する車上装置２０が走行する軌道側に設けられる設備（地上側設備）の構成例を示す。
図２において、符号１０が付されているのは鉄道車両が走行する軌道、符号１１は軌道１０上を走行する列車、符号１２は駅のプラットホームであり、軌道１０に沿って所定の間隔をおいて付されている符号Ｒ１〜Ｒ９，Ｒ１１〜Ｒ１４は軌道回路（ブロック）である。なお、図２において、軌道回路Ｒ６上の列車は先行列車、軌道回路Ｒ２上の列車は後続列車を示す。

また、図２において、符号１３が付されている三角形「▲」の記号は軌道１０に沿って設けられているＡＴＯ（自動列車制御）のためのトランスポンダと呼ばれるデータ送信機能を有する地上子（ＡＴＯトランスポンダ）であり、ＡＴＯトランスポンダ１３の送信情報はＡＴＯトランスポンダ車上子２５によって受信される。ＡＴＯトランスポンダ１３の送信情報には、例えば列車が自己の位置を補正するための情報が含まれている。

また、本実施形態においては、各駅に軌道回路を介して車上装置２０との間で情報の送受信を行う送受信部１４が設けられており、送受信部１４は先行列車の在線位置（停止ブロック）や経路、前方開通などの情報をデジタル情報として車上装置２０へ送信する機能を有する。送受信部１４は、ＬＡＮなどの伝送手段１５を介してＡＴＯ地上装置１６と接続されている。また、伝送手段１５にはＡＴＣ地上装置１８も接続されており、ＡＴＣ地上装置１８には、軌道回路に接続され軌道回路から列車在線情報を収集する機能を有する連動装置１７からの情報が伝送され、ＡＴＣ地上装置１８からのＡＴＣ情報も伝送手段１５および送受信部１４を介して車上装置２０へ送信される。

車上装置２０の自動運転制御装置２７は、時刻表ダイヤ上の出発時刻になるか列車運行管理システム等からの発車許可を受けると、記憶装置から基準となる駅間走行パターン（ＡＴＯパターン）を読み出して、当該走行パターンに従って走行制御を開始する。
本実施形態においては、記憶装置のデータベースに、駅間ごとに作成されたＡＴＯパターンが記憶されており、ＡＴＯパターンは、図３に破線で示すような惰行運転期間Ｔciを含むように作成されている。なお、図３の横軸は時間、縦軸は列車速度である。したがって、ＡＴＯパターンで囲まれた範囲の面積は走行距離に相当する。

また、図３において、Ｐ０は空車時に使用するＡＴＯパターン、Ｃ０_sはそのパターンにおける惰行運転開始点、Ｃｉ_sはｉ番目のＡＴＯパターンＰｉの惰行運転開始点、Ｃ０_e, Ｃｉ_eは惰行運転終了点、Ｖc0_s, Ｖci_sは惰行運転開始時の列車速度である。惰行運転開始点Ｃｉ_sの前は力行運転を行う加速期間Ｔαiであり、自動運転制御装置２７から走行駆動装置２６に対して出力されるノッチ指令に従って加速する制御が実行される。惰行運転終了点Ｃｉ_e以降は、共通のＴＡＳＣ（定位置停止制御）パターンに従って速度を落とし停止する制御が行われる減速期間Ｔβiである。なお、走行する駅間が上り勾配である場合、ＡＴＯパターンの惰行運転期間Ｔcｉの傾きは急峻になり、駅間が下り勾配である場合、惰行運転期間Ｔcｉの傾きは緩やかになるが、後述の補正モデルに従って補正することができるので、当初のＡＴＯパターンは軌道の勾配を考慮して作成しておかなくても良い。

なお、荷重すなわち車両の重量が異なると同一のノッチ制御でも加速カーブが変化するので、データベースには、荷重別に、駅間走行時分を一定として惰行運転開始点の速度（以下、惰行初速と称する）を変えた複数のＡＴＯパターンが格納されている。惰行運転開始点Ｃｉ_sの速度Ｖci_sは、各駅間における自動列車制御装置の速度照査パターン（ＡＴＣパターン）の制限速度以下に設定される。自動運転制御装置２７は、惰行運転期間Ｔcｉ（Ｃｉ_s−Ｃi_e間）においては走行駆動装置２６に対して速度を上げる制御信号を出力しないようにプログラムが構成されている。

また、一般的な自動運転制御と同様に、自動列車制御装置の速度照査パターン（ＡＴＣパターン）も車上装置２０のデータベースに記憶されており、ＡＴＣ受信装置２３がデジタルＡＴＣ電文信号の情報を受信すると、自動運転制御装置２７は、該当するＡＴＣパターンをデータベースの中から検索して、該当するＡＴＣパターンと自列車位置を元に求めた許容速度以下となるようにブレーキ制御を行うように構成されている。
例えば、遅延した先行列車が前方に在線する情報を受信すると、ＡＴＣパターンの速度制限線（図３のＶＬ）が下がり、ＡＴＯパターンと交差するようになると、ＡＴＯパターンに従った自動運転制御を解除して、ＡＴＣパターンに従った運転制御を実施する。ただし、先行車に対するＡＴＣの目標停車位置（先行列車の在線ブロックの終端）を惰行運転の終了点すなわちブレーキ開始点に見立てることで、惰行運転を含む図３のようなＡＴＯパターン（以下、ＡＴＯ惰行パターンと称する）を有効に活用するように構成しても良い。

さらに、本実施形態においては、「平常」、「回復」、「雨天」などの運転条件（走行環境や運転モード）ごとに惰行運転期間を含む複数のＡＴＯ惰行パターンが作成され、データベースに記憶されており、運転開始時の条件に応じていずれかのＡＴＯ惰行パターンが読み出されて、自動運転制御が開始されるように構成されている。「回復」は、ダイヤ遅れが生じている場合に遅れ時間を解消もしくは短縮するための回復運転を意味しており、惰行運転開始時の速度の高いＡＴＯ惰行パターンが用意されている。「雨天」を設けているのは、降雨時の走行においては、ブレーキの利きが低下するので、制動力の強いブレーキを回避したＡＴＯ惰行パターンが用意されている。

また、本実施形態においては、自動運転制御装置２７がＡＴＯ惰行パターンを補正する機能を備えるように構成されている。具体的には、惰行期間の速度変化について、走行抵抗、軌道の勾配を基に、惰行初速から終速（ブレーキ開始点）の運動エネルギー保存則をモデル化し、この区間の実際のトレース記録と終速誤差を運動エネルギー保存則の走行抵抗と勾配（ポテンシャルエネルギー）項の補正値で吸収する補正モデルを作成して車上装置２０の記憶装置もしくはＡＴＯ地上装置１６の記憶装置に記憶しておく。

上記補正モデルの一例について説明する。先ず、走行抵抗をＲ、編成の荷重をＭ(kg)、走行抵抗と編成の荷重から決まる列車の減速度をＸ”とおくと、減速度Ｘ”は次式
Ｘ”＝−Ｒ（ｘ’)／Ｍ ……（１）
で表わされる。ここで、列車速度をＸ’とおくと、走行抵抗Ｒ(x)は、次式
Ｒ(x’)＝ｋ1・Ｘ’＋ｋ2 ……（２）
で表わされる。式（２）において、ｋ1，ｋ2は係数である。式（１）を時間ｔで積分し、式（２）へ代入することで、列車速度Ｘ’を時間関数で表わす次式
Ｘ’＝∫ｘ”ｄｔ＝−∫{Ｒ(ｘ’)／Ｍ}ｄｔ≒−(1/M)(ｋ1ｔ²＋ｋ2ｔ＋Ｃ) ……（３）
が得られる。この式（３）が惰行期間の走行カーブを表わすこととなる。

一方、惰行期間（初速から終速）の運動エネルギー保存則モデルは、運動エネルギーの公式Ｅ＝（１/２）ｍ・Ｖ²より、次式
０．５Ｍ・Ｖci_s ²＝０．５Ｍ・Ｖci_e²＋２ｇ(Δh＋ｈx)+(Ｒavg+Ｒx)・Ｌ ……（４）
で表わすことができる。なお、式（４）において、ｇは重力加速度、Δhは惰行期間の勾配に影響する高低差、Ｒavgは惰行期間の平均走行抵抗、Ｌは惰行期間の走行距離、ｈxとＲxはそれぞれ補正する誤差である。
上記補正モデルの式（４）におけるＭ,Ｖci_s,Ｖci_e,Ｌは、ＡＴＯ惰行パターンに従った走行中に車載のＴＩＭＳ（列車情報管理システム）が採取し記憶装置に蓄積したトレース記録データから取得することができるため、当初のパターンと記録データの違いを、これらの値を使用して上記補正モデル式（４）のｈx,Ｒxに換算することによって、惰行期間の初速Ｖci_sの補正に使用することができる。

次に、本実施形態の列車自動運転システムにおける駅間の自動運転制御の具体的な手順について、図４に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図４に示すフローチャートに従った処理は、車上装置２０の自動運転制御装置２７によって実行される。

また、図４には示されていないが、自動運転制御装置２７は、走行中に速度発電機２１からの回転数信号を読み込んで回転数と車輪径とから自列車の速度および走行距離を演算し、出発点の在線位置情報に走行距離を加算することで常時自列車の位置（キロ程）を把握しつつ、ＡＴＯトランスポンダから受信した情報に基づいて位置を補正する。さらに、自動運転制御装置２７は、ＡＴＣ制御装置２４により生成された速度照査パターン（ＡＴＣパターン）等を監視する処理を実行しており、走行速度がＡＴＣパターンで規制される速度に達するとブレーキ装置２２を作動させて減速を行う。また、速度発電機２１からの信号等に基づいて走行／停車を判定し、停車を検出すると停車検出フラグをセットし、走行を検出すると停車検出フラグをクリアする処理を実行する。

図４の制御処理が開始されると、自動運転制御装置２７は、先ず停車検出フラグを読み込んで、停車検出フラグが立っているか否か判定する（ステップＳ１）。そして、停車検出フラグが立っている場合は、ステップＳ２へ進んで、ＡＴＯ惰行パターンによる自動運転判定を開始する。停車検出フラグは、例えば自身が把握している列車位置が駅であって速度発電機から検出信号が所定時間以上継続して出力していないとか、各駅の所定の停止位置に設けられているＴＡＳＣ地上子からの信号を受信したことに基づいてセットすることができる。
続いて、自動運転制御装置２７は、自列車の位置を読み込んで停車位置判定を行う（ステップＳ３）。ここで、停車位置が駅と駅の間または位置不確定と判断すると、ステップＳ１へ戻る。

ステップＳ３で、駅停車中と判断した場合は、ステップＳ４へ進み、運転台に設けられている「平常」、「回復」、「雨天」などの運転モードを選択するためのスイッチの情報あるいは地上装置から送信されて来る運転モードや臨時速度制限などの情報、車上装置２０の記憶装置に記憶されている次駅到達目標時分および走行経路の情報、ＴＩＭＳ（列車情報管理システム）が採取し記憶装置に記憶した編成荷重の情報など、データベースＤＢを検索するための条件を読み込む。

次に、ステップＳ４で読み込んだ情報に基づいてデータベースＤＢを検索して、停止中の駅から次停止駅までのＡＴＯ惰行パターンの読込みを行う（ステップＳ５）。ここで、自動運転制御装置２７が検索するデータベースＤＢは、車上装置２０の記憶装置に格納されているものでも良いし、地上装置（ＡＴＯ地上装置、サーバを含む）の記憶装置に格納されているものでも良い。地上装置のデータベースを検索してＡＴＯ惰行パターンを読み込む場合、その情報は、駅停止位置にＡＴＯトランスポンダが設けられている場合にはトランスポンダから受信しても良いし、無線通信装置が搭載されている場合には無線通信により受信しても良い。以下の説明では、データベースＤＢは地上装置側にあるものとする。

また、ＡＴＯ惰行パターンの補正を行う場合には、ステップＳ５において、データベースＤＢから補正値情報を読み込み、読み込んだ補正値情報を用いて上述の補正モデルを用いてＡＴＯ惰行パターンを補正し、パターンを仮確定する。
続いて、自動運転制御装置２７は、ステップＳ５で確定したＡＴＯ惰行パターンを適用する否かの判定を行う（ステップＳ６）。ステップＳ５の処理には数秒間の時間を要しその間に条件が変化することがあるためである。ステップＳ６で、駅停車中などの状態や地上装置からの入力情報に変化があったと判定した場合には、ステップＳ１へ戻って、上記処理を繰り返す。

一方、ステップＳ６で、駅停車中などの状態や地上装置からの入力情報に変化がないと判定すると、ステップＳ７へ進み、ＡＴＯ惰行パターンを確定して自動運転制御を開始するとともに、自動運転中の各種データの取得、記録を開始する。
その後、次駅に到着して停止した（ステップＳ８：Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ９へ進んで、ＡＴＯ惰行パターンに従った自動運転制御をリセットするとともに、ステップＳ７で記録したトレース情報から補正モデルに従った補正演算に必要な情報を抽出して、データベースＤＢを保有する地上装置へ送信して格納させ、ステップＳ１へ戻る。なお、情報を受信した地上装置は、前述の補正モデルを使用してパターン補正値（ｈｘ，Ｒｘ）を演算し、補正値に基づいて惰行運転開始点や惰行運転終了点を更新した補正ＡＴＯ惰行パターンを管理コードと共にデータベースＤＢに格納する。

上記のような手順に従った処理によれば、駅間を走行する際に惰行運転を取り入れることができ、力行運転とブレーキ制御を頻繁に繰り返してしまうのを回避して、乗り心地の改善およびエネルギー効率の向上を図ることができる。また、ＡＴＯ惰行パターンに、軌道の勾配を考慮した傾斜を持たせておくことにより、勾配に関係なく走行制御を行うことができる。また、惰行期間を含む走行パターンを走行時の条件に応じて補正することができ、それによって時刻表ダイヤに従った走行制御が可能となる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形や変更が可能である。例えば、上記実施形態では、車上装置２０が、列車の車軸に設けられている速度発電機からの信号に基づいて演算した走行距離情報から自身の位置を算出しているが、列車に搭載したＧＰＳ信号の受信装置からの情報に基づいて自列車位置を把握するようにしても良い。
また、上記実施形態では、ＡＴＯパターン（走行パターン）を１方の軸を時間軸として表わしたが、時間軸の代わりに距離を軸として表わしたパターンを用いても良い。
さらに、上記実施形態では、ＡＴＣ地上装置とＡＴＯ地上装置は別の装置であるとして説明したが、両方の装置の機能を有する一個の装置として構成しても良い。

１０ 軌道
１１ 列車（車両）
１２ 駅プラットホーム
１３ ＡＴＯトランスポンダ（ＡＴＣ地上子）
２０ 車上装置（自動運転装置）
２１ 速度発電機
２２ ブレーキ装置
２３ ＡＴＣ受信装置
２４ ＡＴＣ制御装置
２５ ＡＴＯトランスポンダ車上子
２６ 走行駆動装置
２７ 自動運転制御装置（運転制御手段）

Claims (7)

1. 走行駆動装置およびブレーキ装置を制御することで走行パターンに従って走行速度を制御して走行する機能を有する鉄道車両の自動運転装置であって、
   走行速度を検出する速度検出手段と、
   前記走行パターンに従って前記走行駆動装置および前記ブレーキ装置を制御する運転制御手段と、
   を備え、前記走行パターンには、惰行運転開始点と惰行運転終了点で規定される惰行運転期間と、前記惰行運転開始点までの加速期間と、前記惰行運転終了点以降の減速期間とを含む惰行走行パターンがあり、
   前記運転制御手段は、前記惰行走行パターンに従って走行速度を制御する場合、前記惰行運転期間においては前記走行駆動装置に対して速度を上げる制御信号を出力しないように構成されていることを特徴とする鉄道車両の自動運転装置。
2. 前記走行パターンには、同一の区間に関し運転条件に応じた複数の惰行走行パターンがあり、
   前記運転制御手段は、発車直前に取得した運転条件に対応した惰行走行パターンを、前記複数の惰行走行パターンの中から選択し、選択した惰行走行パターンに従って走行速度を制御するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両の自動運転装置。
3. 車両の重量を検出する荷重検出手段を備え、
   前記惰行走行パターンに従った走行中に前記速度検出手段によって検出された走行速度および前記荷重検出手段によって検出された車両重量を逐次取得し記憶するトレース手段と、
   前記トレース手段により取得された走行速度および車両の重量のデータから算出された走行抵抗補正値に基づいて、対応する前記惰行走行パターンを補正するパターン補正手段と、を備え、
   前記運転制御手段は、前記パターン補正手段により補正された惰行走行パターンに従って走行速度を制御可能に構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両の自動運転装置。
4. 複数の前記惰行走行パターンにおける前記減速期間は、走行区間に関わらず共通であることを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両の自動運転装置。
5. 地上装置からのＡＴＣ情報を受信可能な情報受信手段と、
   自列車の位置を把握する位置把握手段と、
   所定の位置を停止点として設定し当該停止点を終点とするＡＴＣパターンを生成する走行パターン生成手段と、を備え、
   前記運転制御手段は、前記惰行走行パターンが前記走行パターン生成手段により生成されたＡＴＣパターンと交差する場合は、ＡＴＣパターンに従って走行速度を制御するように構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の鉄道車両の自動運転装置。
6. 前記運転制御手段は、発車直前に取得した運転条件に対応した惰行走行パターンがない場合には、前記走行パターン生成手段により生成されたＡＴＣパターンに従って走行速度を制御するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の鉄道車両の自動運転装置。
7. 請求項３〜６のいずれかに記載の自動運転装置と、
   前記自動運転装置へ運転条件に関する情報を送信可能な通信手段を有する地上装置と、を備えた列車自動運転システムであって、
   前記自動運転装置は、前記地上装置との間で情報の送受信を行う送受信手段を備え、前記トレース手段により取得された編成荷重および走行速度の情報を前記送受信手段により前記地上装置へ送信可能であり、
   前記地上装置は、
   走行区間毎に予め作成された複数の走行パターンを記憶する走行パターン記憶手段と、
   前記通信手段によって前記自動運転装置の前記送受信手段から送信された前記編成荷重および走行速度の情報を受信し、受信した情報を用いて所定の補正モデルに従って走行抵抗補正値を演算する演算手段と、
   を備え、前記演算手段により演算された走行抵抗補正値を前記通信手段により前記自動運転装置へ送信し、
   前記パターン補正手段は、前記送受信手段によって前記走行抵抗補正値を受信し、受信した走行抵抗補正値に基づいて、対応する惰行走行パターンを補正可能に構成されていることを特徴とする列車自動運転システム。

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