JP2024014631A - 列車制御システムおよび列車制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】列車が勾配変化のある区間を走行するときでも、目標速度への追随性を高める制御を行うことができる列車制御システム、列車制御方法を提供する。
【解決手段】列車が走行する走行区間の勾配が変化する量として勾配変化量を取得する勾配取得部１０２と、列車の速度が目標速度から乖離する度合いに応じて設定された閾値を超えた場合に、列車の速度を目標速度に追随させるため、取得された勾配変化量に応じ列車の速度を制御するための指令を、勾配変化量を予め定められた補正量にて補正した上で求めるノッチ演算部１０３と、を備える列車制御システム。
【選択図】図１

Description

本発明は、列車制御システム、列車制御方法に関する。特に、列車の速度を制御する際に好適に使用できる列車制御システム、列車制御方法に関する。

列車を計画通りに運転する方法として、ＡＴＯ（Automatic Train Operation）やＴＡＳＣ（Train Automatic Stopping Controller）等のシステムの導入が検討されている。
ＡＴＯでは、出発から目標への停車までの列車制御を行い、ＴＡＳＣでは、目標への停車時のみの列車制御を行う。そして、それぞれ目標とする速度である目標速度に追随するように列車の速度を制御することで計画通りの運転を実現する。
列車が勾配変化のある区間を走行する際、目標速度を勾配に応じて可変せず、一定速度である場合、列車の速度を目標速度へ追随するように制御を行っても、主に勾配変化の影響によって列車の速度は目標速度から乖離する。またこの際に、列車を一定の加減速度で制御する場合についても同様に列車の速度は目標速度から乖離する。

特許文献１には、列車制御装置について開示されている。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。

特開２０１８－１３７８７５号公報

列車が勾配変化のある区間を走行する際に、列車の速度が目標速度から乖離する場合、目標速度への追随のために再びノッチ指令等の指令を行う制御では、列車を制御する際の指令の変化回数が増加する。そのため、列車の乗り心地性能が低下する可能性を生じる。また、再度指令を行うまで列車の速度は目標速度から乖離した状態となるため、勾配が一定である区間と比べて、目標速度への追随性が低下する可能性がある。
本発明は、列車が勾配変化のある区間を走行するときでも、目標速度への追随性を高める制御を行うことができる列車制御システム、列車制御方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため本発明は、列車が走行する走行区間の勾配が変化する量として勾配変化量を取得する勾配取得部と、列車の速度が目標速度から乖離する度合いに応じて設定された閾値を超えた場合に、列車の速度を目標速度に追随させるため、取得された勾配変化量に応じ列車の速度を制御するための指令を、勾配変化量を予め定められた補正量にて補正した上で求める演算部と、を備える列車制御システムである。

ここで、閾値は、指令を変化させる閾値にすることができる。この場合、列車の速度が列車の目標速度から限度を超えて乖離した場合にノッチ指令等の指令を行うことができる。
また、勾配変化量は、前回の指令をした地点から、指令を変化させる条件が成立したときの地点の間の区間の勾配に対するものにすることができる。この場合、今まで列車が走行した区間について、より適切な勾配変化量を取得することができる。
さらに、勾配変化量は、指令により生じる加加速度が終了するジャーク時間の以後に取得されることができる。この場合、ノッチ指令により生じる加加速度の影響を受けずに勾配変化量が測定できる。
さらに、演算部は、勾配変化量に対し、補正量として１倍より大きい値を乗算して、指令を求めるための勾配とすることができる。この場合、より適切な補正量が設定できる。

またさらに、演算部は、勾配変化量が変化する状態から変化しない状態になったときは、勾配変化量の補正を行わないようにできる。この場合、先の区間でも同様の勾配変化量が継続するという誤りを修正できる。
また、勾配取得部は、勾配変化量が予め設定された閾値を超えたときに、勾配変化量を取得し直すことができる。この場合、走行する区間に合わせた勾配変化量を取得することができる。
さらに、指令は、列車の速度が目標速度から乖離するように閾値を超えたときに変更され、列車の速度が目標速度に近づくように閾値を超えたときには変更されないようにできる。この場合、列車の速度を調整する必要があるときに速度を調整し、必要がないときは速度を調整しないことができる。

そして、勾配変化量は、指令を変化させる条件が成立したときの地点から勾配が終了する地点の間の区間の勾配に対するものにすることができる。この場合、列車がこれから走行する区間について、より適切な勾配変化量を取得することができる。
また、演算部は、勾配変化量に対し、補正量として１倍より小さい値を乗算して、指令を求めるための勾配とすることができる。この場合、より適切な補正量が設定できる。
さらに、勾配取得部は、区間を複数の箇所に分割し、分割した複数の箇所のそれぞれにおける勾配変化量を取得することができる。この場合、走行する区間に合わせた勾配変化量を取得することができる。

また、本発明は、列車が走行する走行区間の勾配が変化する量として勾配変化量を取得し、列車の速度が目標速度から乖離する度合いに応じて設定された閾値を超えた場合に、列車の速度を目標速度に追随させるため、取得された勾配変化量に応じ列車の速度を制御するための指令を、勾配変化量を予め定められた補正量にて補正した上で求める、列車制御方法である。

本発明によれば、列車が勾配変化のある区間を走行するときでも、目標速度への追随性を高める制御を行うことができる列車制御システム、列車制御方法を提供することができる。

本実施の形態における列車運転システムの全体構成を示す概念図である。 （ａ）～（ｄ）は、第１の実施形態における列車の制御について示した図である。 （ａ）～（ｄ）は、第１の実施形態における列車の制御について他の例を示した図である。 第１の実施形態で車上制御装置が行う処理について説明したフローチャートである。 （ａ）～（ｄ）は、第２の実施形態における列車の制御について示した図である。 第２の実施形態で車上制御装置が行う処理について説明したフローチャートである。

以下、添付図面を参照し、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
＜列車運転システム１の全体構成の説明＞
図１は、本実施の形態における列車運転システム１の全体構成を示す概念図である。
図示する列車運転システム１は、線路１０８上を走行する列車１００に搭載される。列車運転システム１は、車上制御装置１０１と、列車保安装置１０６と、情報管理装置１０７とを備える。

車上制御装置１０１は、列車制御システムの一例であり、勾配取得部１０２と、ノッチ演算部１０３と、速度位置取得部１０４と、走行線区データベース１０５とを備える。
勾配取得部１０２は、勾配変化量を算出することで取得する。勾配変化量は、列車が走行する走行区間の勾配が変化する量である。なお、「勾配変化量」は、勾配の変化率であると考えることもできる。勾配変化量は、列車１００の速度の変化から算出することができる。本実施の形態では、前回ノッチ指令を行ってから、再びノッチ指令を行うまでの区間の勾配変化量を使用する。
ノッチ演算部１０３は、演算部の一例であり、ノッチ指令を行うための所定の演算を行う。詳しくは後述するが、ノッチ演算部１０３は、列車の速度を目標速度に追随させるため、取得された勾配変化量に応じ列車の速度を制御するためのノッチ指令を、勾配変化量を予め定められた補正量にて補正した上で求める。また、ノッチ演算部１０３は、演算の結果としてノッチ指令を出力する。ここで、「ノッチ指令」とは、指令の一例であり、列車１００の速度を制御するための指令である。
速度位置取得部１０４は、列車１００の速度や走行位置を取得する。
走行線区データベース１０５は、走行区間に応じた目標速度や駅間走行距離などを記憶する。

列車保安装置１０６は、列車を安全に走行させるための装置である。列車保安装置１０６としては、例えば、自動列車停止装置（ＡＴＳ：Automatic Train Stop）、自動列車制御装置（ＡＴＣ：Automatic Train Control）等が挙げられる。
情報管理装置１０７は、車上制御装置１０１が出力したノッチ指令を駆動装置やブレーキ装置へ伝達し、この制御を実現する。

＜車上制御装置１０１の動作の説明＞
[第１の実施形態]
次に、車上制御装置１０１の動作についてさらに詳しく説明する。ここではまず、車上制御装置１０１の動作として、第１の実施形態について説明する。第１の実施形態では、車上制御装置１０１が、列車１００が今まで走行した区間の勾配の変化を検出し、これにより、ノッチ指令を変化させる制御を行う場合について説明を行う。

図２（ａ）～（ｄ）は、第１の実施形態における列車１００の制御について示した図である。
ここでは、上り勾配がある区間において、車上制御装置１０１が、列車１００の速度（列車速度１１４）を目標速度１１０に近づける制御を行う場合について示している。
図２（ａ）～（ｄ）で、横軸は、列車１００が走行する距離を示す。この場合、列車１００は、図２（ｂ）に示すように、線路１０８上を図中右方向に走行する。また、縦軸は、図２（ａ）では、速度を表す。また、図２（ｃ）では、勾配１１３の大きさを表し、図２（ｄ）では、ノッチ指令１１８を表す。

図２（ｃ）で示すように、列車１００は、上り勾配を走行する。そしてこの上り勾配は、徐々に小さくなる。つまり、上り勾配が徐々に緩やかになっていく。またこれは、勾配１１３が、徐々に下り勾配に近づいていく、と言うこともできる。そして、図２（ｄ）で示すように、車上制御装置１０１は、これに応じてノッチ指令１１８を変化させる。

車上制御装置１０１は、列車速度１１４を目標速度１１０へ追随させるノッチ指令１１８を求めることで、列車１００の制御を行う。目標速度１１０は、制限速度１０９未満に設定される。このとき、車上制御装置１０１は、列車速度１１４が目標速度１１０から乖離する度合いに応じて設定された閾値を設ける。本実施の形態では、車上制御装置１０１は、目標速度１１０を挟み、ノッチ指令上限閾値１１１およびノッチ指令下限閾値１１２の２つの閾値を設定する。即ち、ノッチ指令上限閾値１１１は、列車速度１１４の上限として設けられる閾値であり、ノッチ指令下限閾値１１２は、列車速度１１４の下限として設けられる閾値である。これらのノッチ指令上限閾値１１１およびノッチ指令下限閾値１１２は、列車速度１１４を制御するためのノッチ指令１１８を変化させる閾値である。つまり、列車速度１１４が、目標速度１１０から乖離するように、ノッチ指令上限閾値１１１やノッチ指令下限閾値１１２を超えた場合、列車速度１１４が、上限や下限を超えて目標速度１１０から離れていくことを意味する。よってこのような場合、車上制御装置１０１は、列車速度１１４を目標速度１１０に追随させるため、ノッチ指令１１８を変化させる必要がある。

列車速度１１４が、目標速度１１０から乖離するようにノッチ指令上限閾値１１１を超えた場合、車上制御装置１０１は、力行を弱めるノッチ指令１１８を行う。これは、図２（ｂ）では、Ｑ２点に対応する。
一方、列車速度１１４が、目標速度１１０から乖離するようにノッチ指令下限閾値１１２を超えた場合、車上制御装置１０１は、力行を強めるノッチ指令１１８を行う。
具体的には、車上制御装置１０１は、これらのノッチ指令１１８として、ノッチ指令用の加減速度に適合するノッチを選択する。そして、これにより、列車速度１１４を目標速度１１０へ追随させる。

ノッチ指令１１８を変化させる場合、車上制御装置１０１は、目標速度１１０への追随に必要な加減速度から列車１００の走行抵抗や勾配抵抗、曲線抵抗を減じたノッチ指令用の加減速度を算出する。そして、車上制御装置１０１は、ノッチ指令用の加減速度に適合するノッチを選択することで、目標速度１１０への追随を図る。

上り勾配の走行区間で一定の目標速度１１０へ追随するためには、車上制御装置１０１が、力行のノッチ指令１１８を行い、均衡を保つことが可能である。しかし、図２（ｃ）に示すように、上り勾配が徐々に小さくなるように変化すると、均衡を保つための加速度よりも、ノッチ指令時点で設定したノッチ指令１１８による加速度の方が大きくなる。その結果、列車速度１１４は、目標速度１１０から乖離することになる。

つまり、図２（ｃ）に示すように、列車１００に抵抗として影響する勾配１１３が連続的に変化している場合、ノッチ指令時点の勾配抵抗を加味してノッチ指令１１８を行うと、その後の勾配変化によって、列車速度１１４は、目標速度１１０から徐々に乖離する。この場合、列車速度１１４は、徐々に大きくなっていく。図２（ａ）では、Ｑ１点が、上り勾配に対応してノッチ指令１１８の変更を行ったノッチ指令時点に対応する。そして、Ｑ１点からＱ２点の間の区間で、勾配１１３が緩やかになることで、列車速度１１４は、徐々に大きくなり、Ｑ２点で、ノッチ指令上限閾値１１１に達する。これにより、新たにノッチ指令１１８を変化させるノッチ指令条件が成立する。なお、以下このノッチ指令条件が成立した地点を、「ノッチ指令条件成立地点」と言うことがある。なおこの場合、ノッチ指令条件成立地点は、Ｑ２点である。

このとき、車上制御装置１０１は、列車速度１１４が目標速度１１０から乖離し、ノッチ指令上限閾値１１１の超過を以ってノッチ指令１１８を変化させる際、前回から今回のノッチ指令条件成立までに走行した区間（この場合、Ｑ１点～Ｑ２点の区間）の勾配変化が今後も継続すると推定する。そして、車上制御装置１０１は、勾配変化量１１５の２倍の大きさである２倍の勾配変化量１１６を求め、これをノッチ選択用勾配１１７とする。そして、現在位置（この場合、Ｑ２点）の勾配変化量１１５から２倍の勾配変化量１１６を減じたノッチ選択用勾配１１７を用いてノッチ指令１１８を行う。つまり、車上制御装置１０１は、勾配変化量１１５に対し、補正量として２倍の値を乗じ、これを補正した勾配補正量であるノッチ選択用勾配１１７とする。

なお、第１の実施形態で、勾配変化量１１５は、列車１００が今まで走行した区間の勾配に対するものである。具体的には、前回のノッチ指令１１８をした地点（Ｑ１点）から、ノッチ指令１１８を変化させる条件が成立したときの地点（Ｑ２点）の間の区間の勾配に対するものである。

これにより、新たなノッチ指令条件成立地点（Ｑ２点）でのノッチ指令１１８による加速度が、今まで指令していたノッチ指令１１８による加速度よりも小さくなる。その結果、列車速度１１４は、目標速度１１０に接近する。つまり、徐々に上り勾配が小さくなっても、列車速度１１４の均衡を保つために必要な加速度と、新たなノッチ指令条件成立地点（Ｑ２点）で設定したノッチ指令１１８による加速度とが近接する。これにより、列車速度１１４を、目標速度１１０へ追随することができる。またこれにより、ノッチ指令１１８の回数を減少させることができる。その結果、列車１００の乗り心地性能が向上する。

図３（ａ）～（ｄ）は、第１の実施形態における列車１００の制御について他の例を示した図である。
ここでは、下り勾配がある区間において、車上制御装置１０１が、列車速度１１４を目標速度１１０に近づける制御を行う場合について示している。
図３（ａ）～（ｄ）で、横軸および縦軸は、図２（ａ）～（ｄ）とそれぞれ同様である。
一方、図３（ｃ）で示すように、列車１００は、下り勾配を走行する。そしてこの下り勾配１１３は、徐々に小さくなる。つまり、下り勾配が徐々に緩やかになっていく。またこれは、勾配１１３が、徐々に上り勾配に近づいていく、と言うこともできる。そして、図３（ｄ）で示すように、車上制御装置１０１は、これに応じてノッチ指令１１８を変化させる。

以下、図２（ａ）～（ｄ）と異なる箇所を中心に説明を行う。
列車速度１１４が、目標速度１１０から乖離するようにノッチ指令上限閾値１１１を超えた場合、車上制御装置１０１は、ブレーキを強めるノッチ指令１１８を行う。
一方、列車速度１１４が、目標速度１１０から乖離するようにノッチ指令下限閾値１１２を超えた場合、車上制御装置１０１は、ブレーキを弱めるノッチ指令１１８を行う。これは、図３（ｂ）では、Ｑ４点に対応する。

下り勾配の走行区間で一定の目標速度１１０へ追随するためには、車上制御装置１０１が、ブレーキのノッチ指令１１８を行い、均衡を保つことが可能である。しかし、図３（ｃ）に示すように、下り勾配が徐々に小さくなるように変化すると、均衡を保つための減速度よりも、ノッチ指令時点で設定したノッチ指令１１８による減速度の方が大きくなる。その結果、目標速度１１０から乖離することになる。

つまり、図３（ｃ）に示すように、列車１００に抵抗として影響する勾配１１３が連続的に変化している場合、ノッチ指令時点の勾配抵抗を加味してノッチ指令１１８を行うと、その後の勾配変化によって、列車速度１１４は、目標速度１１０から徐々に乖離する。この場合、列車速度１１４は、徐々に低くなっていく。図３（ａ）では、Ｑ３点が、下り勾配に対応してノッチ指令１１８の変更を行ったノッチ指令時点に対応する。そして、Ｑ３点からＱ４点の間の区間で、勾配１１３が緩やかになることで、列車速度１１４は、徐々に低くなり、Ｑ４点で、ノッチ指令下限閾値１１２に達する。これにより、新たにノッチ指令１１８を変化させるノッチ指令条件が成立する。なおこの場合、ノッチ指令条件成立地点は、Ｑ４点である。

このとき、車上制御装置１０１は、列車速度１１４が目標速度１１０から乖離し、ノッチ指令下限閾値１１２の超過を以ってノッチ指令１１８を変化させる際、前回から今回のノッチ指令条件成立までに走行した区間（この場合、Ｑ３点～Ｑ４点の区間）の勾配変化が今後も継続すると推定する。そして、車上制御装置１０１は、勾配変化量１１５の２倍の大きさである２倍の勾配変化量１１６を求め、これをノッチ選択用勾配１１７とする。そして、現在位置（この場合、Ｑ４点）の勾配変化量１１５から２倍の勾配変化量１１６を減じたノッチ選択用勾配１１７を用いてノッチ指令１１８を行う。

これにより、新たなノッチ指令条件成立地点（Ｑ４点）でのノッチ指令１１８による減速度が、今まで指令していたノッチ指令１１８による減速度よりも小さくなる。その結果、列車速度１１４は、目標速度１１０に接近する。つまり、徐々に下り勾配が小さくなっても、列車速度１１４の均衡を保つために必要な減速度と、新たなノッチ指令条件成立地点（Ｑ４点）で設定したノッチ指令１１８による減速度とが近接する。これにより、列車速度１１４を、目標速度１１０へ追随することができる。またこれにより、ノッチ指令１１８の回数を減少させることができる。その結果、列車１００の乗り心地性能が向上する。

図４は、第１の実施形態で車上制御装置１０１が行う処理について説明したフローチャートである。
まず、ステップＳ２００で、ノッチ演算部１０３が、自列車位置と速度、目標速度１１０を認識する。ステップＳ２００実行後、ステップＳ２０１を実行する。
ステップＳ２０１では、ノッチ演算部１０３が、ノッチ指令（変化）条件成立によりノッチ指令１１８を行う。ステップＳ２０１実行後、ステップＳ２０２を実行する。
ステップＳ２０２では、ノッチ演算部１０３が、ノッチ変化によるジャーク時間が経過したか否かを判断する。
ノッチ変化によるジャーク時間が経過した場合（Ｙ（Ｙｅｓ））は、ステップＳ２０３を実行し、ノッチ変化によるジャーク時間が経過していない場合（Ｎ（Ｎｏ））は、ステップＳ２０２の判定を繰り返す。
ステップＳ２０３では、勾配取得部１０２が、列車速度１１４から勾配抵抗を測定する。ステップＳ２０３を実行後、ステップＳ２０４を実行する。

ステップＳ２０４では、ノッチ演算部１０３が、ノッチ指令条件が成立したか否かを判断する。ノッチ指令条件が成立する場合とは、列車速度１１４が、目標速度１１０から乖離するように、ノッチ指令上限閾値１１１やノッチ指令下限閾値１１２を超えた場合である。つまり、勾配変化量１１５は、ノッチ指令１１８により生じる加加速度（ジャーク）が終了するジャーク時間の以後に取得される。
そして、ノッチ指令条件が成立した場合（Ｙ）は、ステップＳ２０５を実行し、ノッチ成立条件が成立しなかった場合（Ｎ）は、ステップＳ２０３を実行する。
ステップＳ２０５では、ノッチ演算部１０３が、測定した勾配抵抗差分の２倍を減じた勾配をノッチ選択用勾配１１７に設定し、ノッチ指令１１８を行う。ステップＳ２０５を実行後、処理を終了する。

以上の処理を用いて、車上制御装置１０１は、列車１００が勾配変化のある区間を走行するときでも、目標速度１１０への追随性を高める制御を行うことができる。詳しくは、車上制御装置１０１は、ノッチ指令１１８間の勾配変化を以って、先の進路に対する勾配変化を推定する。これにより、先の進路の勾配変化によって列車速度１１４が目標速度１１０から乖離することを防ぐことができる。そして、ノッチ指令１１８の回数を削減することができる。

なお、上述した例では、ノッチ演算部１０３は、勾配変化量１１５の２倍の大きさをノッチ選択用勾配１１７としたが、これに限られるものではない。つまり、ノッチ演算部１０３は、勾配変化量１１５に対し、補正量として１倍より大きい値を乗算して、ノッチ選択用勾配１１７とすることができる。
また、第１の実施形態では、図２で、上り勾配が徐々に小さくなる場合について説明し、図３で、下り勾配が徐々に小さくなる場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、上り勾配が徐々に大きくなる場合、および下り勾配が徐々に大きくなる場合でも同様の制御が適用できる。

＜変形例＞
以下に、第１の実施形態の変形例（代替例）を記載する。第１の実施形態では、上述した形態に加え、これらの変形例をさらに組み合わせることができる。
例えば、列車１００が、ある勾配変化区間を走行中において、ノッチ指令１１８をした後に次のノッチ指令条件が成立しない場合がある。これは、例えば、上記Ｑ２点の後に、次のノッチ指令条件が成立しなかった場合が該当する。実際の具体例としては、Ｑ２点の後に勾配変化がなくなり、勾配が一定になった場合などが該当する。この場合、現在の勾配変化が先の区間でも継続するという推定に誤りが生じる。そのため、ノッチ演算部１０３は、列車速度１１４から求める勾配抵抗が一定であることを検知した場合、上述した勾配変化量１１５を補正する処理を中止し、誤った推定をするのを防止してもよい。つまり、勾配抵抗が一定になった場合、勾配変化がなくなったことを意味するため、上記処理を中止する。この場合、ノッチ演算部１０３は、勾配変化量１１５が変化する状態から変化しない状態になったときは、勾配変化量１１５の補正を行わない、と言うこともできる。

また、短い区間に異なる勾配変化をする箇所が複数含まれることがある。即ち、ある区間内で、勾配変化の変化率が一定ではなく、変化する場合である。この場合、ノッチ演算部１０３が、個々の勾配変化単位に勾配変化量１１５を算出した場合、推定する勾配変化量１１５に誤差が生じる。つまり、ある箇所の勾配変化量１１５を基にした場合、その先の箇所にある勾配の勾配変化量１１５は、異なっているため、推定する勾配変化量１１５とその先の実際の勾配の勾配変化量との間に差分が生じる。この場合、ノッチ演算部１０３が、推定する勾配変化量１１５により補正されたノッチ選択用勾配１１７を用いてノッチ指令１１８を行っても、列車速度１１４は、目標速度１１０から乖離する。そのため、ノッチ演算部１０３は、取得された勾配変化量１１５が予め設定された閾値内である場合は、今まで使用していた勾配変化量１１５を使用し、ノッチ選択用勾配１１７を算出する処理を継続する。対して、この閾値を超えた場合、勾配取得部１０２は、勾配変化量１１５を算出し直す。そして、ノッチ演算部１０３は、算出し直した勾配変化量１１５を使用し、ノッチ選択用勾配１１７を算出する。つまり、勾配取得１０２部は、勾配変化量１１５が予め設定された閾値を超えたときに、勾配変化量１１５を取得し直す。

[第２の実施形態]
次に、車上制御装置１０１の動作として、第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、車上制御装置１０１が、列車１００がこれから走行する区間の勾配の変化を取得し、これにより、ノッチ指令１１８を変化させる制御を行う場合について説明を行う。

図５（ａ）～（ｄ）は、第２の実施形態における列車１００の制御について示した図である。
ここでは、下り勾配がある区間において、車上制御装置１０１が、列車速度１１４を目標速度１１０に近づける制御を行う場合について示している。
図５（ａ）～（ｄ）で、横軸および縦軸は、図３（ａ）～（ｄ）とそれぞれ同様である。そして、図５（ｃ）に示すように、列車１００は、下り勾配を走行する。そしてこの下り勾配は、徐々に小さくなる。つまり、下り勾配が徐々に緩やかになっていく。これは、図３（ｂ）の場合と同様である。そして、図５（ｄ）で示すように、車上制御装置１０１は、これに応じてノッチ指令１１８を変化させる。

以下、図３（ａ）～（ｄ）と異なる箇所を中心に説明を行う。
図示するような下り勾配の走行区間で、列車速度１１４を一定減速度の目標速度１１０へ追随させる場合、車上制御装置１０１は、走行線区データベース１０５を参照する。そして、車上制御装置１０１は、ノッチ指令条件が成立した地点（この場合、Ｑ５点）から勾配変化終了地点（この場合、Ｑ６点）までの勾配を検索する。さらに、車上制御装置１０１は、ノッチ指令条件成立地点（Ｑ５点）から勾配変化終了地点（Ｑ６点）までの勾配変化量１１９を求めることで取得する。そして、車上制御装置１０１は、ノッチ指令条件成立地点（Ｑ５点）から勾配変化終了地点（Ｑ６点）までの勾配変化量１１９の１／２倍の勾配変化量をノッチ選択用勾配１１７に設定し、ノッチ指令１１８を行う。つまり、車上制御装置１０１は、勾配変化量１１９に対し、補正量として１／２倍の値を乗じ、これを補正した勾配補正量であるノッチ選択用勾配１１７とする。

なお、第２の実施形態で、勾配変化量１１９は、列車１００がこれから走行する区間の勾配に対するものになる。具体的には、勾配変化量１１９は、ノッチ指令１１８を変化させる条件が成立したときの地点（Ｑ５点）から、勾配が終了する地点（Ｑ６点）までの間の区間の勾配に対するものである。

これにより、ノッチ指令条件成立地点（Ｑ５点）では、新たなノッチ指令１１８による減速度が、Ｑ５点の勾配に対するノッチ指令１１８による減速度よりも小さくなる。その結果、列車速度１１４は、目標速度１１０から一時的に乖離する。即ち、図５（ａ）に示すように、列車速度１１４は、目標速度１１０より大きくなる。しかし、徐々に下り勾配が大きく（上り勾配に近づく方向に）なると、新たなノッチ指令１１８による減速度が、実際の勾配に応じた減速度より大きくなり、列車速度１１４は目標速度１１０へ接近する。即ち、図５（ａ）に示すように、減速度が大きいため、列車速度１１４の速度は、より速く低下し、列車速度１１４は、目標速度１１０に近づいていく。これにより、列車速度１１４を、目標速度１１０へ追随することができる。またこれにより、ノッチ指令１１８の回数を減少させることができる。その結果、列車１００の乗り心地性能が向上する。

図６は、第２の実施形態で車上制御装置１０１が行う処理について説明したフローチャートである。
まず、ステップＳ３００で、ノッチ演算部１０３が、列車１００の位置と列車速度１１４、目標速度１１０を認識する。ステップＳ３００実行後、ステップＳ３０１を実行する。
ステップＳ３０１では、ノッチ演算部１０３が、ノッチ指令条件が成立したか否かを判断する。つまり、ノッチ演算部１０３は、ノッチ指令１１８を変更する条件が成立したか否かを判断する。
ノッチ指令条件が成立した場合（Ｙ）は、ステップＳ３０２を実行し、ノッチ成立条件が成立しなかった場合（Ｎ）は、ステップＳ３０１を繰返す。
ステップＳ３０２では、勾配取得部１０２が、ノッチ指令条件が成立してから勾配変化終了までの勾配変化量１１９を取得する。ステップＳ３０２を実行後、ステップＳ３０３を実行する。
ステップＳ３０３では、ノッチ演算部１０３が、取得した勾配変化量１１９の１／２倍の勾配をノッチ選択用勾配１１７に設定し、ノッチ指令１１８を行う。ステップＳ３０３を実行後、処理を終了する。

以上の処理を用いて、車上制御装置１０１は、列車１００が勾配変化のある区間を走行するときでも、目標速度１１０への追随性を高める制御を行うことができる。詳しくは、車上制御装置１０１は、一定減速度の目標速度１１０へ追随させることを目的としたノッチ指令１１８を行う際に、ノッチ指令時点で、先の勾配変化を考慮したノッチ指令１１８を行うことができる。これにより、現在の勾配変化が継続している最中に再度ノッチ指令１１８を行うことを防ぐことができる。そして、ノッチ指令１１８の回数を削減することができる。

なお、上述した例では、ノッチ演算部１０３は、勾配変化量１１９の１／２倍の大きさをノッチ選択用勾配１１７としたが、これに限られるものではない。つまり、ノッチ演算部１０３は、勾配変化量１１９に対し、補正量として１倍より小さい値を乗算して、ノッチ選択用勾配１１７とすることができる。

また、第２の実施形態では、図５で、下り勾配が徐々に小さくなる場合について説明したが、これに限られるものではない。例えば、上り勾配が徐々に小さくなる場合でも同様の制御が適用できる。
そして、第２の実施形態で、勾配取得部１０２は、走行線区データベース１０５に記憶された勾配から勾配変化を求めていたが、走行線区データベース１０５に走行線区に応じた勾配変化を記憶し、勾配取得部１０２は、この勾配変化を取得してもよい。

＜変形例＞
以下に、第２の実施形態の変形例（代替例）を記載する。第２の実施形態では、上述した形態に加え、これらの変形例をさらに組み合わせることができる。
第１の実施形態の変形例でも述べたが、短い区間に異なる勾配変化をする箇所が複数含まれることがある。この場合、個々の勾配変化単位に勾配変化量１１９を取得した場合、取得した勾配変化量１１９に誤差が生じる。この場合、ノッチ演算部１０３が、取得した勾配変化量１１９により補正されたノッチ選択用勾配１１７を用いてノッチ指令１１８を行っても、列車速度１１４は、目標速度１１０から乖離する。よってここでは、勾配取得部１０２は、ノッチ指令条件が成立してから勾配変化終了までの区間を、複数の箇所に分割する。そして、勾配取得部１０２は、分割した箇所のそれぞれにおける勾配変化量１１９を取得する。さらに、ノッチ演算部１０３は、複数の区間のそれぞれにおける勾配変化量１１９を使用してノッチ選択用勾配１１７を算出する。

＜列車制御方法の説明＞
ここで、車上制御装置１０１が行う処理は、列車１００が走行する走行区間の勾配が変化する量として勾配変化量１１５や勾配変化量１１９を取得し、列車速度１１４が目標速度１１０から乖離する度合いに応じて設定された閾値を超えた場合に、列車速度１１４を目標速度１１０に追随させるため、取得された勾配変化量１１５や勾配変化量１１９に応じ列車速度１１４を制御するための指令を、勾配変化量１１５や勾配変化量１１９を予め定められた補正量にて補正した上で求める、列車制御方法であると捉えることができる。

なお上述した例では、ノッチ指令１１８が、列車速度１１４としてノッチ指令上限閾値１１１やノッチ指令下限閾値１１２を超えたときに変更される場合について示したが、運転士の手動介入など、他の要因によりノッチ指令１１８が変更される場合があるのは、もちろんである。

以上、本実施の形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、種々の変更または改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。

１…列車運転システム、１００…列車、１０１…車上制御装置、１０２…勾配取得部、１０３…ノッチ演算部、１０４…速度位置取得部、１０５…走行線区データベース、１０６…列車保安装置、１０７…情報管理装置、１０８…線路、１０９…制限速度、１１０…目標速度、１１１…ノッチ指令上限閾値、１１２…ノッチ指令下限閾値、１１３…勾配、１１４…列車速度、１１５、１１９…勾配変化量、１１６…２倍の勾配変化量、１１７…ノッチ選択用勾配、１１８…ノッチ指令、Ｑ１～Ｑ６…地点

Claims (12)

1. 列車が走行する走行区間の勾配が変化する量として勾配変化量を取得する勾配取得部と、
   前記列車の速度が目標速度から乖離する度合いに応じて設定された閾値を超えた場合に、前記列車の速度を前記目標速度に追随させるため、取得された前記勾配変化量に応じ前記列車の速度を制御するための指令を、前記勾配変化量を予め定められた補正量にて補正した上で求める演算部と、
   を備える列車制御システム。
2. 前記閾値は、前記指令を変化させる閾値である請求項１に記載の列車制御システム。
3. 前記勾配変化量は、前回の前記指令をした地点から、前記指令を変化させる条件が成立したときの地点の間の区間の勾配に対するものである請求項２に記載の列車制御システム。
4. 前記勾配変化量は、前記指令により生じる加加速度が終了するジャーク時間の以後に取得される請求項３に記載の列車制御システム。
5. 前記演算部は、前記勾配変化量に対し、前記補正量として１倍より大きい値を乗算して、前記指令を求めるための勾配とする請求項３に記載の列車制御システム。
6. 前記演算部は、前記勾配変化量が変化する状態から変化しない状態になったときは、前記勾配変化量の補正を行わない請求項１に記載の列車制御システム。
7. 前記勾配取得部は、前記勾配変化量が予め設定された閾値を超えたときに、前記勾配変化量を取得し直す請求項１に記載の列車制御システム。
8. 前記指令は、前記列車の速度が前記目標速度から乖離するように前記閾値を超えたときに変更され、前記列車の速度が前記目標速度に近づくように前記閾値を超えたときには変更されない請求項１に記載の列車制御システム。
9. 前記勾配変化量は、前記指令を変化させる条件が成立したときの地点から勾配が終了する地点の間の区間の勾配に対するものである請求項２に記載の列車制御システム。
10. 前記演算部は、前記勾配変化量に対し、前記補正量として１倍より小さい値を乗算して、前記指令を求めるための勾配とする請求項９に記載の列車制御システム。
11. 前記勾配取得部は、前記区間を複数の箇所に分割し、分割した複数の箇所のそれぞれにおける勾配変化量を取得する請求項１０に記載の列車制御システム。
12. 列車が走行する走行区間の勾配が変化する量として勾配変化量を取得し、
    前記列車の速度が目標速度から乖離する度合いに応じて設定された閾値を超えた場合に、前記列車の速度を前記目標速度に追随させるため、取得された前記勾配変化量に応じ前記列車の速度を制御するための指令を、前記勾配変化量を予め定められた補正量にて補正した上で求める、
    列車制御方法。
    

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