JP3198170B2 - 最適走行パターン算出装置および算出システム - Google Patents

最適走行パターン算出装置および算出システム

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JP3198170B2
JP3198170B2 JP28468492A JP28468492A JP3198170B2 JP 3198170 B2 JP3198170 B2 JP 3198170B2 JP 28468492 A JP28468492 A JP 28468492A JP 28468492 A JP28468492 A JP 28468492A JP 3198170 B2 JP3198170 B2 JP 3198170B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、走行距離、走行時間、
速度制限などの制約条件を見たしながら、少ない消費エ
ネルギーで乗り心地良く列車が走行するための最適走行
パターンを算出する最適走行パターン算出装置および算
出システムに関する。
【0002】
【従来の技術】列車走行の際、速度制限を守り、確実に
所定の位置に停車し、なるべく乗り心地良く少ない消費
エネルギーで走るための目標走行パターンとして運転手
に与えられる標準走行パターンは、一般に経験的に得ら
れた走り方に基づき、紙の上で人手で曲線をつなぎ合わ
せて作成されている。また、走行ダイヤから遅れが生じ
たときは、ダイヤを回復するためのダイヤ回復運転を行
なうが、この場合は参照する走行パターンはなく、運転
手が勘と経験に頼って行っているのが実情である。列車
の最適運転に関しては、問題の非線形性、不連続性が強
いため数学的に最適化するのが非常に難しい。列車の最
適運転方法に関して、次のような研究が行なわれてい
る。
【0003】[1]安信,他:予見Fuzzy 制御方式によ
る列車自動運転、システムと制御、vol.28,No. 1
0,pp. 605〜613,1984 [2]稲毛,他:次世代運転制御システムの室内実験,
鉄道総研報告,vol.5,No. 1,pp. 48〜55,19
91.1 [3]保川:運転エネルギーの一計算法とそれを用いた
新幹線各駅停車列車省エネルギー運転法の検討,電気学
会論文誌B,vol.106,No. 9,pp. 769〜77
6,1986.9 しかしながら、これらの研究におい
ても、乗り心地や消費エネルギー、時間合わせまですべ
て考慮した運転方法はみられない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】経験的に得られた走り
方は、乗り心地や消費エネルギーの点から最適なもので
あるかどうかは明らかではない上、人手で行う標準走行
パターンの作成には非常に時間と手間がかかる。また、
運行ダイヤが年々過密化する一方、運転手志願者が減っ
て熟練者が少なくなっている現在、運転手の技量に頼る
ダイヤ回復運転は、確実な所定位置に停車し速度制限を
守る走行を行えるかどうか保証できず、ダイヤ回復率も
一定ではない。
【0005】本発明は、速度制限を守り、確実に所定の
位置に停車し、所定の走行時間でなるべく乗り心地良く
少ない消費エネルギーで走るための最適走行パターンを
簡単に短時間で確実に求めることができる最適走行パタ
ーン算出装置および算出システムを提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は路線データおよ
び車両データが入力される入力手段と、入力手段からの
各種データと、逆行カーブ計算手段からの逆行カーブで
あって、ブレーキをかけたときの走行カーブを逆向きに
求めた逆行ブレーキカーブと、力行したときの走行カー
ブを逆向きに求めた逆行パワーカーブとからなる逆行カ
ーブと、パラメータ初期値設定手段からのノッチ切換え
パラメータおよび上限速度とを用い、列車の走行をシミ
ュレーションして所定走行距離内において制限速度内で
走行する列車の走行パターンを演算する走行シミュレー
ション手段と、走行シミュレーション手段により演算し
た走行パターンの走行時間が所定走行時間と相違する場
合に、上限速度調整手段からの信号により上限速度を調
整して走行シミュレーション手段に走行パターンを再度
演算させる時間合わせ手段と、を備えたことを特徴とす
る最適走行パターン算出装置、および路線データ、車両
データおよび運転条件データを格納するデータベースま
たは記憶媒体と、データベースまたは記憶媒体からの路
線データ、車両データおよび運転条件データに基づい
て、所定区間内を予め定められた走行時間で乗り心地良
く省エネルギ状態で走行するための走行パターンを算出
する上記記載の走行パターン算出装置と、走行パターン
算出装置に走行パターン算出指令を出力するとともに、
得られた走行パターンを表示するインタフェイスとを備
えたことを特徴とする最適走行パターン算出システムで
ある。
【0007】
【実施例】第1の実施例 以下、図面を参照して本発明の実施例について説明す
る。図1乃至図4は、本発明の第1の実施例を示す図で
ある。
【0008】図1において、最適走行パターン算出装置
は、路線データ、車両データなどを入力する入力手段1
と、入力手段1からのデータに基づき消費エネルギおよ
び乗り心地に関する評価関数を設定する評価関数設定手
段2と、列車の走行をシミュレーションして所定走行距
離を制限速度内で走行する列車の走行パターンを演算す
る走行シミュレーション手段3と、走行シミュレーショ
ン手段3により演算した走行パターンの走行時間を調整
する時間合わせ手段5と、時間合わせ手段5により走行
時間の調整が行なわれた走行パターンについて評価関数
が最小となるようにノッチ切換えパラメータに関する調
整を行なうパターン最適化手段7とを備えている。
【0009】また走行シミュレーション手段3には、パ
ラメータ初期値設定手段10および逆行カーブ計算手段
4が接続されている。さらに時間合わせ手段5には上限
速度調整手段6が接続され、またパターン最適化手段7
にはパラメータ調整手段8が接続されている。なお、パ
ターン最適化手段7には、パターン最適化手段7により
得られた走行パターンを出力する出力手段9が接続され
ている。
【0010】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。
【0011】まず、入力手段1より、電子ペン、タッチ
センサ等を用いて駅間所定走行距離、駅間所定走行時
間、速度制限、路線条件(曲線、勾配)に関する路線デ
ータ、および列車編成、車両重量、乗車定員、牽引力特
性などに関する車両データが入力される。評価関数設定
手段2では、これらのデータ、例えば車両重量等の車両
データに基づいて力行時の列車の消費エネルギーの式を
求め、また、乗り心地の悪さの指標としてノッチ切換え
回数に関連した式を求め、これらを評価関数として設定
する。評価関数の重視する割合を変えたいときは、評価
関数所定手段2の評価関数の重みを重み変更手段2aに
より変更する。また、力行およびブレーキには、それぞ
れ離散的な牽引力に対応する複数のノッチがあり、走行
パターン算出に当っては、それぞれ一つづつのノッチを
代表して用いる。したがって、ノッチ切換回数は、ここ
ではブレーキのオン/オフ、パワー(力行)のオン/オ
フの四種類のノッチ切換えについての回数をいい、この
切換え回数が多い程乗り心地は悪くなる。また、切換え
時の牽引力の変化が大きい程乗り心地は悪くなる。
【0012】次に走行シミュレーション手段3における
作用について説明する。走行シミュレーション手段3に
おいては、入力手段1からの路線データおよび車両デー
タと、あらかじめ逆行カーブ計算手段4で求めた逆行カ
ーブと、パラメータ初期設定手段10により設定された
ノッチ切換えパラメータについての初期値および上限速
度に基づいて、列車の走行をシミュレーションする。逆
行カーブ計算手段4で求める逆行カーブは、逆行ブレー
キカーブと逆行パワーカーブとからなる。図2に示すよ
うに、逆行ブレーキカーブ12,12は上限速度14の
下がる点aと終点bを基準としてブレーキをかけたとき
の走行カーブを逆向きに求めたものをいう。一方逆行パ
ワーカーブ13は、上限速度が上がる点cを基準として
力行したときの走行カーブを逆向きに求めたものをい
う。
【0013】またノッチ切換えパラメータは、力行/ブ
レーキのオン、オフを基準として定められ、一般的に値
の大きい順にブレーキオン、パワーオフ、ブレーキオ
フ、パワーオンの4つの要素からなる。ノッチ切換えパ
ラメータの各要素は、上限速度に対して、例えば100
%、90%、80%、70%のような作動開始のための
固有数値を有する。すなわち、速度上昇中に上限速度に
対して100%の速度に達したらブレーキオンとし、速
度上昇中に上限速度に対して90%の速度に達したらパ
ワーオフとする。また速度降下中に上限速度に対して8
0%の速度まで降下したらブレーキオフとし、速度降下
中に上限速度に対して70%の速度まで降下したらパワ
ーオンとする。
【0014】図9に示すように、例えばブレーキオンパ
ラメータを100%、パワーオフパラメータを90%、
ブレーキオフパラメータを80%、パワーオンパラメー
タを70%とした場合、ニュートラル状態(N)で速度
が上昇し速度が100%に達するとブレーキオンとする
(図9(a))。またパワーオン状態(P)で速度が上
昇し速度が90%に達するとパワーオフとする(図9
(b))。この場合、パワーオフしたときの路線抵抗が
正の時はニュートラル状態(N)で減速し、路線抵抗が
負の時はニュートラル状態(N)で加速する。さらにブ
レーキオン状態(B)で速度が降下し、速度が80%ま
で降下するとブレーキオフとする(図9(c))。この
場合、ブレーキオフしたときの路線抵抗が正の時はニュ
ートラル状態(N)で減速し、路線抵抗が負の時はニュ
ートラル状態(N)で加速する。またニュートラル状態
(N)で速度が降下し、速度が70%まで降下するとパ
ワーオンとする(図9(d))。
【0015】パラメータ初期値設定手段10において
は、ノッチ切換えパラメータについての初期値が設定さ
れ、上述のノッチ切換えパラメータの4種類の要素の固
有数値、すなわち上限速度に対するパーセンテージが定
められる。
【0016】さらに、走行シミュレーション手段3に入
力される上限速度の初期値として制限速度が用いられ
る。ここで制限速度とは、路線条件等により予め求めら
れた区間毎の絶対的な制限速度であり、走行速度の制限
値である。一方、上限速度とは最適走行パターンを求め
る際用いられる便宜上の上限速度であり、制限速度は上
限速度の最大値となる。
【0017】走行シミュレーション手段3では、所定走
行距離を上限速度を越えない速度で走るように列車の走
行をシミュレーションする。走行シミュレーションを行
なう際、図2に示すように走行カーブが逆行ブレーキカ
ーブ12または逆行パワーカーブ13と交差したとき
は、これらの逆行ブレーキカーブ12、逆行パワーカー
ブ13に沿って走行カーブを描く。これにより、前方で
上限速度が上がるときは早めに力行して効率よく加速す
ることができ、また上限速度が下がるときはそれをオー
バーすることなく走行し、また所定の停止位置で確実に
止まることが可能となる。
【0018】走行シミュレーションにおいて、走行速度
がブレーキオン速度またはパワーオフ速度以上になった
ときは、それぞれ、ブレーキを始め、力行を切る。走行
速度がブレーキオフ速度またはパワーオン速度以下にな
ったときは、それぞれ、ブレーキを切り、力行を始め
る。これにより速度制限を守ることができ、また停止位
置より手前で止まることも防止することができる。この
ようにして図2に示すような走行パターン11が得られ
る。図2において消費エネルギは6.3、ノッチ切換回
数は6回、時間誤差は−17.5秒となる。
【0019】次に走行シミュレーション手段3により求
めた走行パターンの走行時間に余裕がある場合は、時間
合わせ手段5により走行時間を調整する。
【0020】すなわち走行シミュレーション手段3によ
り求めた走行パターンの走行時間に余裕(17.5秒)
があるとき(図2)、時間合せ手段5は上限速度調整手
段6に上限速度を調整させ、時間合せ手段5からの信号
が走行シミュレーション手段3に入力され、走行シミュ
レーションを繰り返す。走行シミュレーションは、なる
べく上限速度に近い速度で走るように行われるので、上
限速度を下げれば最高走行速度が下がり、走行時間は延
びる。上限速度調整手段6により行なう上限速度の調整
は、図2で求めた走行パターンにおいて凸状になった部
分の上限速度を下げて行う。これを、走行時間誤差が許
容範囲内に収まるまで繰り返す。このようにして、図3
に示すような走行パターン21が得られる。図3におい
て、符号22は逆行ブレーキカーブであり、符号24お
よび25は、各々調整前の上限速度と調整後の上限速度
を示す。また図3において消費エネルギは3.5、ノッ
チ切換回数は8回、時間誤差は0.1秒となる。
【0021】ノッチ切換えパラメータの4つの要素が例
えば100%、90%、80%、70%のような固有数
値を有するように定められると、図3に示す走行時間調
整後の走行パターンは一定に決まる。このため、パター
ン最適化手段7でノッチ切換えパラメータを走行パター
ン最適化パラメータに選ぶ。次に最適化パラメータであ
るノッチ切換えパラメータを調整しながら、パターン最
適化手段7からの信号が走行シミュレーション手段3に
入力され、走行シミュレーション手段3による走行シミ
ュレーションおよび時間合わせ手段5による走行時間の
調整が繰り返される。このようにして、評価関数が最小
となるような固有数値を持ったノッチ切換えパラメータ
が求まる。
【0022】最適化パラメータの調整は、パラメータ調
整手段8で、例えば、ノッチの切換状況や評価関数の変
化の様子などに基づいて定めたルールや、AI(Artifi
cialIntelligence )システムを用いて行う。また、現
時点で得られている走行パターン、評価関数値などをパ
ターン最適化手段7に設けられた表示機上で見ながら、
マニュアルで調整することもできる。逆行カーブによる
以外のノッチ切換え、すなわちノッチ切り換え基準速度
(上限速度×ノッチ切換パラメータ)によるノッチ切り
換えが少ないほど乗り心地は良くなり、無駄な加速も減
るので、消費エネルギーが少なくなるような走行パター
ン31が求まる(図4)。このようにして求めた走行パ
ターンは、走行パターン表示装置により表示される。
【0023】図4において、符号32は逆行ブレーキカ
ーブであり、符号34および35は、各々調整前の上限
速度および調整後の上限速度を示す。また、図4におい
て消費エネルギは2.5、ノッチ切換回数は2回、時間
誤差は0.1秒となる。
【0024】これより、所定走行距離、所定走行時間、
速度制限を守り、乗り心地良く少ない消費エネルギーで
走る走行パターンが、簡単に短時間で確実に得られる。
所定走行時間を短めに与えれば、ダイヤ回復運転のため
の走行パターンが得られる。また最短走行時間も求める
ことができるので、ダイヤ改正時や新線のダイヤ作成時
にも本装置を使うことができる。また、最適な走行パタ
ーンをあらかじめ求めておき、自動列車運転(ATO)
システムに目標走行パターンとして与え、このパターン
に追従するように列車を制御すれば、走行距離、走行時
間、速度制限を守り、消費エネルギーが少なく乗り心地
の良い走行が実現できる。
【0025】第2の実施例 次に図5乃至図8により本発明の第2の実施例について
説明する。
【0026】図5乃至図8に示す第2の実施例は、走行
シミュレーション手段に入力されるノッチ切換パラメー
タが異なるのみで、他は図1乃至図4に示す第1の実施
例と略同様である。
【0027】まず、入力手段1(図1参照)より、例え
ばマウス、電子ペン、タッチセンサなどにより、駅間所
定走行距離、駅間所定走行時間、速度制限、路線条件
(曲線、勾配)などの路線データ、列車編成、車両重
量、乗車定員、牽引力特性などの車両データが入力され
る。評価関数設定手段2では、これらのデータに基づい
て消費エネルギーの式を求め、また、乗り心地の悪さ指
標としてノッチ切換回数に関連した式を求め、これらを
評価関数を設定する。評価関数の重視する割合を変えた
いときは、評価関数の重みを変更する。ここで、ノッチ
切換回数とは、ブレーキのオン/オフ、パワー(力行)
のオン/オフの4種類のノッチ切換についての回数をい
い、この切換回数が多い程、また、切換時の牽引力の変
化が大きい程、乗り心地は悪くなる。
【0028】次に、走行シミュレーション手段3では、
入力手段1からの路線データおよび車両データと、あら
かじめ逆行カーブ計算手段4で求めた逆行カーブと、パ
ラメータ初期設定手段10により設定された一組のノッ
チ切換えパラメータの初期値および上限速度に従って、
列車の走行をシミュレーションする。
【0029】逆行カーブ計算手段4で求める逆行カーブ
には、逆行ブレーキカーブと逆行パワーカーブとがあ
る。図5に示すように、逆行ブレーキカーブ102と
は、ブレーキをかけたときの走行カーブを、上限速度1
04の下がる地点aと終点bから逆向きに求めたものを
いう。逆行パワーカーブ103とは、力行したときの走
行カーブを、上限速度104の上がる地点cから逆向き
に求めたものをいう。
【0030】パラメータ初期値設定手段10ではノッチ
切換パラメータの初期値が設定される。ノッチ切換パラ
メータは、ブレーキや力行のオン/オフを行うかどうか
の判断基準として定められるもので、ブレーキオン、パ
ワーオフ、ブレーキオフ、パワーオンの四つの要素があ
る。各要素は一つの駅間でそれぞれ一定値に決められた
固有数値をもち、この固有数値は上限速度に対する割合
(%)として表される。ブレーキオンパラメータの値は
パワーオンパラメータの値より大きい。パワーオフパラ
メータおよびブレーキオフパラメータは、ブレーキオン
パラメータとパワーオンパラメータの間の数値を持つ。
【0031】本実施例では上記各要素のうちパワーオフ
パラメータとブレーキオフパラメータは路線抵抗の正負
に対応した2つづつの固有数値を持っている。路線抵抗
は、勾配抵抗、曲線抵抗、走行抵抗によって地点毎にそ
の値が決まる。パワーオフパラメータおよびブレーキオ
フパラメータに関しては、2つの値のうちいづれをとる
かは走行中の地点での路線抵抗値によって決められる。
【0032】上限速度の初期値には制限速度が用いられ
る。ここで、制限速度とは、路線条件の一つとしてあら
かじめ定められた区間毎の絶対的な制限速度であり、走
行速度の制限値である。一方、上限速度とは、最適走行
パターンを求める際用いる便宜上の制限速度であり、制
限速度は上限速度の最大値となる。
【0033】走行シミュレーション手段3では、所定走
行距離を上限速度を超えない速度で走るように列車の走
行をシミュレーションする。走行シミュレーションを行
う際、図5に示すように走行カーブが逆行ブレーキカー
ブ102または逆行パワーカーブ103と交差したとき
は、これらの逆行ブレーキカーブ102または逆行パワ
ーカーブ103に沿って走行カーブを描く。これによ
り、前方で上限速度が上がるときは早めに力行をかけて
効率よく加速すること、上限速度が下がるときはそれを
オーバーしないこと、所定の停止位置で確実に止まるこ
とが可能となる。また、走行シミュレーション中は、走
行中の区間の上限速度に対してノッチ切換パラメータの
各要素の固有数値を乗じて、ノッチ切換の基準となるブ
レーキオン速度、パワーオフ速度、ブレーキオフ速度、
パワーオン速度をそれぞれ求めておく。
【0034】パワーオフ速度とブレーキオフ速度につい
ては、上述のように路線抵抗が正のときと負のときに対
応する固有数値をそれぞれ求めておく。走行速度がブレ
ーキオン速度以上またはパワーオン速度以下になったと
きは、それぞれ、ブレーキおよび力行を始める。路線抵
抗が正(惰行すると速度が落ちる)の地点では、走行速
度が路線抵抗が正のときに対応する方の固有数値に基づ
くパワーオフ速度またはブレーキオフ速度を選ぶ。ま
た、路線抵抗が負(惰行すると速度が上がる)の地点で
は、走行速度が路線抵抗が負のときに対応する方の固有
数値に基づいてパワーオフ速度またはブレーキオフ速度
を選ぶ。そして速度がパワーオフ速度およびブレーキオ
フ速度に達したら、それぞれ、力行およびブレーキを切
る。これにより、速度制限を守り、また、停止位置より
手前で止まることも防ぐことができる。
【0035】このようにして図5に示すような走行パタ
ーン101が得られる。図5において、ブレーキオンパ
ラメータは100%、パワーオンパラメータは45%、
パワーオフパラメータとブレーキオフパラメータは、路
線抵抗の正負に対応するどちらの値も99%である(初
期値)。消費エネルギーは1156、ノッチ切り換え回
数は15回、走行時間誤差は−5.616秒となる。
【0036】走行シミュレーション手段3により求めた
走行パターンの走行時間に余裕(図5では5.616
秒)がある場合は、時間合わせ手段5により走行時間を
調整する。
【0037】時間合わせ手段5では、走行シミュレーシ
ョン手段3で求めた走行パターンの走行時間誤差を判定
する。そしてこの誤差に応じて上限速度調整手段6に上
限速度を調整させ、新しい上限速度を走行シミュレーシ
ョン手段3に出力して走行シミュレーションを行わせ
る。これを走行時間誤差が許容範囲内に収まるまで繰り
返して行う。
【0038】上限速度調整手段6では、図5の凸状にな
った部分の上限速度を、走行時間誤差の正負に応じて制
限速度以下の範囲で上下させ、新しい上限速度を決め
る。ノッチ切換えパラメータの各要素の固有数値が一定
に決まっているので、上限速度を下げれば最高走行速度
が下がって走行時間は延び、上限速度を上げれば最高走
行速度が上がって走行時間は短くなる。
【0039】このようにして、図6に示すような走行パ
ターン121が得られる。図6において、符号122は
逆行ブレーキカーブ、123は逆行パワーカーブ、12
4は調整前の上限速度(制限速度に等しい)、125は
調整後の上限速度である。消費エネルギーは705、ノ
ッチ切換え回数は15回、走行時間誤差は−0.099
秒となる。
【0040】一組のノッチ切換パラメータの各要素の固
有数値が一定に決まれば、時間合わせ手段5で時間合わ
せを行った結果得られる走行パターンは一意に決まるの
で、走行パターン最適化手段7ではノッチ切換パラメー
タを調整して走行パターンを最適化することにする。
【0041】走行パターン最適化手段7では、時間合わ
せ手段5で走行時間を合わせた走行パターンのノッチの
切換状況や評価関数の変化の様子を判定し、これらの状
況に応じてパラメータ調整手段8に評価関数値が減るよ
うにノッチ切換パラメータを調整する。そして新しいノ
ッチ切換パラメータを走行シミュレーション手段3に送
って走行シミュレーションを行わせ、このことを評価関
数が最小となるまで繰り返して行う。
【0042】パラメータ調整手段8では、例えば、ノッ
チの切換状況や評価関数の変化の様子などに基づいて定
めたルールや、AIシステムなどを用いて、評価関数値
が減るようにノッチ切換パラメータを調整する。また、
現時点で得られている走行パターン、評価関数値などを
見ながら、マニュアルで調整することもできる。逆行カ
ーブによるもの以外のノッチ切換、すなわちノッチ切換
パラメータによるノッチ切換が少ない程乗り心地は良く
なり、無駄な力行も減るので消費エネルギーが少なくな
る。
【0043】ノッチ切換パラメータの調整は、一組のノ
ッチ切換パラメータのうちからいくつかを選んで行う。
パワーオフパラメータ、ブレーキオフパラメータについ
ては、上述のように路線抵抗の正負に応じた2つづつの
固有数値を個々に調整する。ある駅間の路線抵抗の正負
が異なる地点でブレーキまたは力行をオフする場合であ
っても、路線抵抗の現状に沿った、最適な走行パターン
131が得られる(図7)。図7において、符号132
は逆行ブレーキカーブ、133は逆行パワーカーブ、1
34および135はそれぞれ調整前と調整後の上限速度
である。ブレーキオンパラメータの固有数値は100
%、パワーオンパラメータの固有数値は45%、パワー
オフパラメータのうち、路線抵抗が正のときに対応する
方の固有数値は98%、負のときに対応する方の固有数
値は91%、ブレーキオフパラメータの固有数値は両方
とも99%である。この場合、消費エネルギーは89
6、ノッチ切り換え回数は5回、走行時間誤差は0.1
38秒である。
【0044】図7の場合に比較して、パワーオフパラメ
ータ、ブレーキオフパラメータに1つづつの値しか持た
せなかったときはパラメータを最適化しきれず、図8に
示すような走行パターン141となる。図8において、
符号142は逆行ブレーキカーブ、143は逆行パワー
カーブ、144および145はそれぞれ調整前と調整後
の上限速度である。ブレーキオンパラメータの固有数値
は100%、パワーオンパラメータの固有数値は45
%、パワーオフパラメータの固有数値は93%、ブレー
キオフパラメータの固有数値は99%である。この場
合、消費エネルギーは905、ノッチの切換回数は7
回、走行時間誤差は−0.057秒である。ノッチ切換
えパラメータで路線条件を考慮したときの方(図7)
が、路線条件を考慮しない場合(図8)に比べて不要の
ブレーキを行わずに済み、消費エネルギーも1%少なく
なっている。
【0045】このようにして、所定走行距離、所定走行
時間、速度制限を守り、乗り心地良く少ない消費エネル
ギーで走る走行パターンが、簡単に短時間で確実に得ら
れる。所定走行時間を短めに与えれば、ダイヤ回復運転
のための走行パターンが得られる。最短走行時間も求め
られるので、ダイヤ改正時や新線のダイヤ作成時にも本
装置を使うことができる。また、最適な走行パターンを
あらかじめ求めておき、自動列車運転(ATO)システ
ムに目標走行パターンとして与え、このパターンに追従
するように列車を制御すれば、走行距離、走行時間、速
度制限を守り、消費エネルギーが少なく乗り心地の良い
走行が実現できる。
【0046】第3の実施例 次に図10乃至図14により、本発明の第3の実施例に
ついて説明する。第3の実施例は第1の実施例または第
2の実施例の最適走行パターン算出装置を組込んだ最適
走行パターン算出システムである。
【0047】図10は地上型の最適走行パターン算出シ
ステムを示す図である。図10において、最適走行パタ
ーン算出システムは、データベース202と、インタフ
ェイス201と、第1および第2の実施例で説明した走
行パターン算出装置203と、記憶装置204と、出力
装置205とから構成されている。
【0048】データベース202は、列車番号、運行ダ
イヤなどの運転条件データと、駅名、駅間距離、勾配、
曲線、分岐、制限速度などの路線データと、車両重量、
車両長、列車編成、加速度、減速度、勾配抵抗式、曲線
抵抗式、天候毎の走行抵抗式、乗車定員、時間帯毎の乗
車率などの車両データとを、走行パターン算出のために
格納しており、これらのデータを必要に応じて参照でき
るようになっている。なお、データベース202の代わ
りにフロッピーディスクや磁気カードなどの記憶媒体を
利用してもよい。
【0049】またインタフェイス201は、例えば図1
1のような操作画面から、マウスやキィボードなどの入
力装置を用いて、(a)走行パターンを算出する区間、
時間、天候、走行パターンの種類(標準/速め/遅め/
最速、走行時間のずれ)、走行パターンに関する条件、
などの入力、(b)自動/マニュアルの調整モード切
換、自動調整モードでのノッチ切換パラメータの初期値
変更、マニュアル調整モードでのノッチ切換パラメータ
の設定、(c)走行パターン計算の指示、(d)算出し
た走行パターンの図示、ノッチ切換パラメータ調整結果
の表示、(e)算出した走行パターンの出力先の切換お
よび出力、(f)補助機能として、データベースのデー
タ変更(走行ダイヤの改正、車両種の変更/追加など)
などの操作が簡単に行える。上述のうち、走行パターン
の種類とは、走行時間を4種類決めておき、各走行時間
に対応した4種類の走行パターンをいう(標準/速め/
遅め/最速)。各走行時間のずれは適宜選択できる。
【0050】走行パターン算出装置203は、第1およ
び第2の実施例で述べたように、インタフェイス201
で指定された区間内においてデータベース202から読
み出したデータに基づき、予め定められた走行時間で乗
り心地良く省エネルギー状態で走行するような走行パタ
ーンを算出する。
【0051】記憶装置204は、走行パターン算出装置
203で算出した走行パターンを保存する。出力装置2
05は、走行パターン算出装置203で算出し、あるい
は記憶装置204で保存した走行パターンを、ICカー
ドなどの記憶媒体または通信システム212を通じて列
車上のATOシステム213に出力する。
【0052】次に、このような構成の本実施例の作用に
ついて説明する。
【0053】まず、インタフェイス201から、走行パ
ターンを算出する区間を指定する。図11のような構成
の画面から、マウスやキィボードを用いて、路線と運転
種別と走行区間、走行区間と列車番号、あるいは、走行
区間と発車時刻などを入力して、いつどこを走る走行パ
ターンを求めるのか指定する。
【0054】インタフェイス201で走行パターンを算
出する区間が指定されると、路線データ、運転条件デー
タ、および列車データのうち、インタフェイス201で
入力されなかった項目については、データベース202
からデータを読み出して表示する。
【0055】インタフェイス201では、さらに、車両
種や天候といった条件を変更したり、走行パターンの種
類を標準/速め/遅め/最速に切り換えたり、走行パタ
ーンに関する条件やノッチ切換パラメータの初期値を変
更したりできる。
【0056】走行パターンの種類を標準/速め/遅め/
最速に切り換えるのは、いくつかの走行パターンを求め
ておき、運行ダイヤからのずれに応じて目標走行パター
ンを選択することができるようにするためである。標準
/速め/遅め/最速の切換の他、インタフェイス201
により変更時分の大きさやその走行時間に対する割合を
指定することもできる。
【0057】走行パターンに関する条件をインタフェイ
ス201から入力する場合、インタフェイス201のパ
ターン条件のボタンを選択すると、例えば図12のよう
な条件入力用のサブウィンドウが開き、制限速度までの
余裕、走行パターン作成に用いるパワー(力行)/ブレ
ーキのノッチ、パターン追従走行時の追従余裕、時間合
わせの精度を、それぞれ標準で定められた値から変更で
きる。
【0058】図12において、制限速度までの余裕は、
パターン追従走行時に走行パターンからの若干のずれを
許容するために、走行速度と制限速度の間に最低限確保
する速度差で、速度差の値あるいは制限速度に対する割
合を入力する。
【0059】走行パターン作成に用いる力行/ブレーキ
のノッチは、力行ノッチ1種類、ブレーキノッチは、停
止用のものと上限速度を超えないための減速用のものの
2種類が指定される。減速用のブレーキノッチは、乗り
心地を悪化させないよう、停止用よりも弱いものを指定
する。図12において力行ノッチは「4」の1種類、ブ
レーキノッチは「2」「5」の2種類を使用することと
なっている。
【0060】追従余裕は、パターン追従走行時に外乱が
あっても、その影響を打ち消す余裕がどのくらいある走
行パターンとするか定めるものである。追従余裕を大に
すると、走行パターンで、乗り心地を良くするために停
止ブレーキの最後(停止直前)に弱いブレーキを使用す
る時間を長くすることができる。またパターン追従走行
時に外乱のため走行パターンからのずれが大きくなった
ときでも、そのずれを解消する余裕が大きくなる。
【0061】時間合わせ精度は、走行時間をどのくらい
の精度とするか、許容誤差の大きさあるいは走行時間に
対する割合として、指定する。
【0062】ノッチ切換えパラメータの初期値は、ブレ
ーキオン(減速ブレーキ開始)速度とパワーオン(再力
行)速度に関して、インタフェーイス201上に表示さ
れた各パラメータのバーを上下させたり、値を入力した
りして、指定することができる。
【0063】走行パターンに関する条件の設定ができた
ら、インタフェース201上の計算ボタンを選択して、
走行パターン計算を指示する。
【0064】走行パターン算出装置203では、インタ
フェイス201から走行パターン計算を指示されると、
必要なデータをデータベース202から読み出し、走行
パターンを算出する。走行パターン算出については図1
に示す第1の実施例と略同様の手順で行われる。
【0065】すなわち、図1に示すように走行シミュレ
ーション手段3で、入力手段1からの各種データと、逆
行カーブと、一組のノッチ切換パラメータと、上限速度
とを用いて列車の走行をシミュレーションして所定走行
距離を制限速度以下で走行する列車の走行パターンを演
算する。
【0066】上限速度の初期値は、インタフェイス20
1で指定した余裕を制限速度から減じた値とし、パラメ
ータ初期設定手段10から走行シミュレーション手段3
に入力される。上限速度の上がる地点からは逆行パワー
カーブ、下がる地点と終点からは逆行ブレーキカーブを
求めておき、これらを逆行カーブ計算手段4から走行シ
ミュレーション手段3に入力する。走行シミュレーショ
ン中、逆行カーブと交差したときは、逆行カーブが終わ
るところまで逆行カーブに沿って走行する。必要に応じ
て、上限速度の上がる地点や、逆行ブレーキカーブが上
限速度と交差する地点から、逆行ニュートラルカーブを
求めておき、これに沿って走行パターンを作成する。こ
の場合、無駄なノッチの切換を避け乗り心地の良い走行
パターンとするとともに、ノッチ切換えパラメータの調
整回数を減らして走行パターン算出をより効率的に行う
ことができる。
【0067】また、ノッチ切換えパラメータは、ノッチ
の切換を行うかどうかの判断基準として、力行/ブレー
キのオン/オフに関する4つの要素を持っている。各要
素の固有数値は上限速度に対する割合として表され、1
つの駅間でそれぞれ一定値に決められている。力行/ブ
レーキのオフに関する値は、楕行したときに速度が上が
るときまたは下がるときのそれぞれの場合に応じた2つ
づつの値を持っている。走行中は、走行中の地点の上限
速度にノッチ切換パラメータの各要素の固有数値を乗じ
て得られるノッチ切換基準速度に基づいて、ノッチの切
換を行う。
【0068】逆行ブレーキカーブに交差する前にブレー
キオン速度に到達してブレーキノッチを入れるときは、
乗り心地を悪化させないように、弱いノッチのブレーキ
を使う。また、終点からの逆行ブレーキカーブの停止直
前の部分の一定時間は、弱いノッチに切り換えるように
しておき、停車時の乗り心地を良くすると同時にパター
ン追従走行時に走行パターンからずれたときに、そのず
れを解消する余裕を与えておく。
【0069】走行シミュレーション手段3(図1参照)
で得られた走行パターンの走行時間が、指定された走行
時間と相違する場合には、時間合わせ手段5で上限速度
を調整し、走行シミュレーション手段3に走行パターン
を再度演算させる。これを繰り返して走行時間を調整
し、指定の走行時間に合わせる。
【0070】走行時間が所定の走行時間に一致したら、
路線データや車両データに基づいて評価関数設定手段2
で設定された消費エネルギーや乗り心地に関する評価関
数が、より小さくなるよう、走行パターン最適化手段7
でノッチ切換パラメータを調整し、走行シミュレーショ
ン手段3に走行パターンを再度演算させる。これを繰り
返して、走行距離、走行時間、速度制限などの制約条件
を満たしながら、少ない消費エネルギーで乗り心地良く
列車が走行するための最適走行パターンを簡単に短時間
で確実に算出する。
【0071】上述のようにノッチ切換えパラメータの各
要素は、ノッチの切換を行うかどうかの判断基準とし
て、ある駅間でそれぞれ一定固有数値を有している。駅
間をいくつかの区間に分けて区間毎にノッチの切換を行
う速度の絶対値を決めるのに比べ、上限速度に対する割
合(%)として表現することにより、効果的にパラメー
タの調整ができ、走行パターンを最適化することができ
る。
【0072】ノッチ切換えパラメータ調整をマニュアル
で行う場合には、インタフェイス201で調整モードを
自動からマニュアルに切り換え、ノッチ切換えパラメー
タの値を指定して走行パターン算出装置203に走行パ
ターン計算を指示し、走行パターンを算出する。あるい
はインタフェイス201のランカーブ図示部(図11)
でノッチの切換地点を指定して走行パターン計算を指示
し、走行パターンを算出することもできる。
【0073】得られた走行パターンは、走行時間が合わ
せられる度に、制限速度、路線の勾配、曲線などととも
に、ランカーブの形でインタフェイス201の画面上に
表示され確認できる。また、ノッチ切換パラメータの調
整結果もインタフェイス201の画面上に表示される。
【0074】必要に応じて走行パターン算出を繰り返
す。得られた走行パターンのデータは、インタフェイス
201の操作画面上の出力ボタンを選択することによ
り、記憶装置204および出力装置205を経てICカ
ードなどの記憶媒体または通信システム212を通じて
車上ATOシステム213に出力される。この場合、走
行パターンデータは、走行区間、走行距離、走行時間、
走行パターンの種類(標準/速め/遅め/最速)、天候
条件、ノッチの切換点の位置、時刻、速度、使用ノッ
チ、および、ランカーブデータ(位置、時刻、速度、駆
動/制動装置の出力トルク、実効トルク)から成る。ま
た記憶装置に保存した走行パターンを、必要に応じてイ
ンタフェイス201の走行パターン読出用サブウィンド
ウから確認したり、読出を指示したりできる(図1
3)。
【0075】走行パターンデータの出力先は記憶装置と
出力装置との間であらかじめ切り換えておくことができ
る。また記憶装置204に保存しておいた走行パターン
を読み出して、ICカードや通信システム212に出力
することもできる。ICカードなどの記憶媒体に記録さ
れた走行パターンデータは、車上ATOシステム213
に備えられたカードリード装置などにより読み出され、
目標走行パターンとして、用いられる。
【0076】走行ダイヤが改正された場合や、車両種が
変更/追加された場合などには、インタフェイス201
からデータベース202のデータを修正することができ
る。
【0077】次に図14により車上型の最適走行パター
ン算出システムを示す。図14において、最適走行パタ
ーン算出システムは、列車210上に搭載されたインタ
フェイス201と、データベース202と、走行パター
ン算出装置203と、記憶装置204と、出力装置20
5と、から構成され、走行パターン算出装置203に通
信システム223が接続されている。
【0078】通信システム223を通じては、先行車2
25との間でその位置および速度データを受け取った
り、運行管理システム224との間で運行ダイヤ変更デ
ータおよび臨時速度制限データなどを受け取ったりする
ことができる。また自車の位置および速度データを後続
列車および運行管理システム224へ送ることができ
る。
【0079】データベース202は、駅名、駅間距離、
勾配、曲線、分岐、制限速度などの路線データを格納し
ており、またICカード209などの記憶媒体は、列車
番号、運行ダイヤなどの運転条件データ、および車両重
量、車両長、列車編成、加速度、減速度、勾配抵抗式、
曲線抵抗式、天候毎の走行抵抗式、乗車定員、時間帯毎
の乗車率などの車両データを格納しており、これらのデ
ータは必要に応じてインタフェイス201を通して参照
できる。
【0080】インタフェイス201は、走行パターン算
出装置203に対して、(a)天候、走行ダイヤからの
ずれ、走行パターンに関する条件などの入力、(b)ノ
ッチ切換パラメータの初期値変更、(c)走行パターン
計算/再計算の指示を行なう。またインタフェイス20
1では走行パターン算出装置203からの信号に基づい
て(d)算出した走行パターンの図示、ノッチ切換パラ
メータ調整結果の表示が行なわれる。また、インタフェ
イス201の操作により、出力装置205へ(e)算出
した走行パターンが出力され、さらにデータベース20
2に対して(f)データベースのデータ変更(路線デー
タの変更)も行うことができる。
【0081】走行パターン算出装置203は、走行中あ
るいは停車中に次の駅間の目標走行パターンをデータベ
ース202と、ICカードなどの記憶媒体から読み出し
たデータに基づいて算出する。あるいはまた、運転条件
や、路線条件などに変更が生じたときに、次駅までの走
行パターンを、データベース202と、ICカードなど
の記憶媒体から読み出したデータに基づき、列車の走行
シミュレーションを利用して算出する。
【0082】記憶装置204は、走行パターン算出装置
203で算出した走行パターンを保存する。また、出力
装置205は、走行パターン算出装置203で算出し、
あるいは記憶装置204で保存した走行パターンを、追
従制御装置に出力する。
【0083】次に、このような構成の本実施例の作用に
ついて説明する。
【0084】走行中あるいは停車中に次の駅間の走行パ
ターンを求める場合は、まず、運転手がインタフェイス
201から、天候条件を必要に応じて変更し、走行ダイ
ヤからずれている場合はそのずれを入力する。また、図
10に示す場合と同様に、インタフェイス201から走
行パターンに関する条件やノッチ切換パラメータの初期
値を変更できる。条件の設定ができたら走行パターン計
算を走行パターン算出装置203に指示する。
【0085】追従走行時に大きく目標走行パターンから
ずれてしまった場合や、先行車225に接近しすぎてし
まった場合は、ずれや先行車225との距離などから自
動的に判断して、あるいは運転手の判断により走行パタ
ーン再計算を行う。雨が降り出すなど路線の状態が変わ
った場合は、センサの情報から自動的に判断して、ある
いは運転手の判断により走行パターン再計算を行う。何
らかの理由で臨時速度制限が発生した場合や事故などに
より走行ダイヤが混乱した場合などは、自動的に、走行
パターン再計算を行う。運転手による再計算の指示はイ
ンタフェイス201から走行パターン算出装置203に
対して行ない、自動的な再計算の指示は追従制御装置あ
るいは通信システム223から走行パターン算出装置2
03に対して行なう。
【0086】走行パターン算出装置203では、インタ
フェイス201から走行パターン計算が指示されると、
必要なデータをデータベース202とICカード209
等の記憶媒体から読み出し、次の駅間の走行パターンを
算出する。また、走行パターン再計算を指示されたとき
は、先行列車225に接近することなく、また走行ダイ
ヤをできるだけ回復できるように、あるいは通信システ
ム223を通じて運行管理システム224から与えられ
る臨時の所定走行時間で走行するように、次駅までの走
行パターンをデータベース202とICカード209等
の記憶媒体から読み出したデータ、および通信システム
223やモニタ装置208から受け取ったデータに基づ
いて算出する。走行パターンの算出は図10に示す最適
走行パターン算出システムと同様の手順で行われる。
【0087】走行パターン算出装置203で得られた走
行パターンは、走行時間が合わせられる度に、制限速
度、路線の勾配、曲線などとともに、ランカーブの形で
インタフェイス201の画面上に表示され確認される。
同時にノッチ切換えパラメータの調整結果もインタフェ
イス201の画面上に表示される。
【0088】必要に応じて走行パターン算出を繰り返
し、得られた走行パターンのデータは、走行パターン算
出装置203から記憶装置204に出力される。走行パ
ターンデータは、走行区間、走行距離、走行時間、走行
パターンの種類(標準/速め/遅め/最速)、天候条
件、ノッチの切換点の位置、時刻、速度、使用ノッチ、
および、ランカーブデータ(位置、時刻、速度、駆動/
制動装置の出力トルク、実行トルク)から成る。出力装
置205は、必要に応じて記憶装置204から走行パタ
ーンデータを追従制御装置207に出力し、この追従制
御装置207は走行パターンデータに基づき当該列車2
10の走行制御を行なう。
【0089】補助機能として、路線条件が変更になった
ときなど、インタフェイス201からデータベース20
2のデータを修正することができる。
【0090】パターン追従走行は、通常は記憶媒体か
ら、地上型最適走行パターン算出システム(図10)で
算出した目標走行パターンを読み出して利用し、走行パ
ターン再計算だけを車上型最適走行パターン算出システ
ム(図14)で行う、というように図10および図14
の最適走行パターン算出システムを使い分けることも可
能である。
【0091】以上説明したように、本実施例の最適走行
パターン算出システムによれば、定時性を確保しながら
少ない消費エネルギーで乗り心地良く列車が走行するた
めの走行パターンを、簡単に短時間で確実に得ることが
できる。また目標走行パターン追従型の自動走行制御が
可能なものとなり、任意の走行時間で乗り心地良い走行
が実現できる。
【0092】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
所定走行距離、所定走行時間および所定速度制限の範囲
内で、乗り心地良く少ない消費エネルギーで走る走行パ
ターンを簡単に短時間で得ることができる。
【0093】また目標走行パターン追従型の自動走行制
御が可能となり、任意の走行時間で乗り心地良い走行が
実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例を示す最適走行パターン
算出装置の概略図。
【図2】走行シミュレーション手段により求められる走
行パターンを示す図。
【図3】時間合わせ手段を経て求められる走行パターン
を示す図。
【図4】パターン最適化手段を経て求められる走行パタ
ーンを示す図。
【図5】本発明の第2の実施例において走行シミュレー
ション手段により求められる走行パターンを示す図。
【図6】時間合わせ手段を経て求められる走行パターン
を示す図。
【図7】パターン最適化手段を経て求められる走行パタ
ーンを示す図。
【図8】路線抵抗を考慮しない場合のノッチ切換えパラ
メータを用いて得られた走行パターンを示す図。
【図9】ノッチ切換えパラメータの各要素の態様を示す
図。
【図10】本発明の第3の実施例を示す最適走行パター
ン算出システムの概略図。
【図11】インタフェイスの操作画面を示す図。
【図12】インタフェイスにおける走行パターンに関す
る条件入力サブウィンドウを示す図。
【図13】インタフェイスにおける走行パターン読出用
サブウィンドウを示す図。
【図14】最適走行パターン算出システムの他の例を示
す概略図。
【符号の説明】
1 入力手段 2 評価関数設定手段 3 走行シミュレーション手段 5 時間合わせ手段 7 パターン最適化手段 201 インタフェイス 202 データベース 203 走行パターン算出装置 204 記憶装置 205 出力装置 207 追従制御装置 210 列車

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】路線データおよび車両データが入力される
    入力手段と、 入力手段からの各種データと、逆行カーブ計算手段から
    の逆行カーブであって、ブレーキをかけたときの走行カ
    ーブを逆向きに求めた逆行ブレーキカーブと、力行した
    ときの走行カーブを逆向きに求めた逆行パワーカーブと
    からなる逆行カーブと、パラメータ初期値設定手段から
    のノッチ切換えパラメータおよび上限速度とを用い、列
    車の走行をシミュレーションして所定走行距離内におい
    て制限速度内で走行する列車の走行パターンを演算する
    走行シミュレーション手段と、 走行シミュレーション手段により演算した走行パターン
    の走行時間が所定走行時間と相違する場合に、上限速度
    調整手段に上限速度を調整させて走行シミュレーション
    手段に走行パターンを再度演算させる時間合わせ手段
    と、 を備えたことを特徴とする最適走行パターン算出装置。
  2. 【請求項2】入力手段に入力された各種データに基づい
    て消費エネルギおよび乗り心地に関する評価関数を設定
    する評価関数設定手段と、 時間合わせ手段により走行時間が調整された走行パター
    ンに対してパラメータ調整手段からの信号によりノッチ
    切換えパラメータを前記評価関数が最小となるように調
    整して走行シミュレーション手段に走行パターンを再度
    演算させるパターン最適化手段とを更に備えたことを特
    徴とする請求項1記載の最適走行パターン算出装置。
  3. 【請求項3】評価関数設定手段に対して、消費エネルギ
    ーおよび乗り心地の評価項目に対する評価の重みを任意
    に設定し変更する重み変更手段を更に備えたことを特徴
    とする請求項2記載の最適走行パターン算出装置。
  4. 【請求項4】走行シミュレーション手段に入力されるノ
    ッチ切換パラメータは、各々上限速度に対する固有数値
    を有する複数の要素からなり、このうちいくつかの要素
    は路線抵抗を考慮した複数の固有数値を有することを特
    徴とする請求項1記載の最適パターン算出装置。
  5. 【請求項5】ノッチ切換パラメータはブレーキオン、パ
    ワーオフ、ブレーキオフ、パワーオンの各要素からな
    り、このうちパワーオフパラメータおよびブレーキオフ
    パラメータは路線抵抗が正の時と負の時とに対応した2
    つの固有数値を有することを特徴とする請求項4記載の
    最適パターン算出装置。
  6. 【請求項6】路線データ、車両データおよび運転条件デ
    ータを格納するデータベースまたは記憶媒体と、 データベースまたは記憶媒体からの路線データ、車両デ
    ータおよび運転条件データに基づいて、所定区間内を予
    め定められた走行時間で乗り心地良く省エネルギ状態で
    走行するための走行パターンを算出する請求項1記載の
    走行パターン算出装置と、 走行パターン算出装置に走行パターン算出指令を出力す
    るとともに、得られた走行パターンを表示するインタフ
    ェイスとを備えたことを特徴とする最適走行パターン算
    出システム。
  7. 【請求項7】走行パターン算出装置で求めた走行パター
    ンを外部の通信システムに出力する出力装置を更に備え
    たことを特徴とする請求項6記載の最適走行パターン算
    出システム。
  8. 【請求項8】走行パターン算出装置で求めた走行パター
    ンを一時的に記憶して出力装置に出力する記憶装置を更
    に備えたことを特徴とする請求項7記載の最適走行パタ
    ーン算出システム。
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