JP3688023B2

JP3688023B2 - 列車運行制御方法

Info

Publication number: JP3688023B2
Application number: JP23852095A
Authority: JP
Inventors: 寛人竹内
Original assignee: Central Japan Railway Co
Current assignee: Central Japan Railway Co
Priority date: 1995-09-18
Filing date: 1995-09-18
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2015-09-18
Also published as: JPH0976914A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、列車の運行制御のための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
一般に、列車の自動制御あるいは半自動制御においては、ＡＴＳ（ａｕｔｏｍａｔｉｃｔｒａｉｎｓｔｏｐｓｙｓｔｅｍ）あるいはＡＴＣ（ａｕｔｏｍａｔｉｃｔｒａｉｎｃｏｎｔｒｏｌ）と呼ばれるシステムが知られている。このＡＴＳ、ＡＴＣはまた、ＡＴＰ（ａｕｔｏｍａｔｉｃｔｒａｉｎＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎ）と総称されることもある。
【０００３】
こうしたＡＴＰシステムでは、先行列車に対して後続列車が安全に停止できる速度を先行列車からの位置に応じて定めた速度制限曲線が算出され、この速度制限曲線に基づいて後続列車の速度制御が行われるようになっている。そして、後続列車がこの速度制限曲線による速度制限を越えると非常ブレーキが作動し、列車を自動的に減速又は停車させるようになっている。
【０００４】
こうしたＡＴＰシステムが許可する安全速度以下で、さらに、乗り心地、省エネルギー性、定時運転などを考慮しながら最も効率のよい列車速度制御を自動的に行うより進んだシステムとしてＡＴＯ（ａｕｔｏｍａｔｉｃｔｒａｉｎｏｐｅｒａｔｉｏｎ）が知られている。ＡＴＯシステムでは、前述した様なＡＴＰによる速度制限曲線に対して、上記の様な種々の条件を考慮しつつ列車の位置・速度制御条件を定めたランカーブあるいはＡＴＯブレーキ曲線とよばれる制御曲線を形成し、この制御曲線に従って列車の加速／減速を自動的に行っている。
【０００５】
ところで、従来のＡＴＯの考え方では、先行列車の「位置」を検知することによって後続列車の速度を制御するので、先行列車との間隔がある値まで縮まって初めて後続列車の減速が指令され、先行列車との間隔がある値まで広がって初めて加速指令がなされるようになっていた。
【０００６】
ところが、実際のシステムにおいては、乗り心地をよくするため、加速度を一定にするようなジャーク制御が実施されているため、先行列車が減速から加速に転じたとしても、距離的には変化が小さいので、後続列車の減速指令がそのまま続行される。この結果、先行列車との距離が十分に離れたときの両車両の速度差は相当なものとなっており、ここから加速指令がなされても先行車両との距離がなかなか縮まらない。そうこうしている内に先行車両が減速に入ったとすると、ジャーク制御によって最初はゆっくりとしか減速しないので距離はそれほど縮まらず、後続列車への減速指令はなされない。ところが先行列車の減速度が次第に大きくなるのである時点から後続列車と先行列車との間隔が急激に接近してしまい、あわてて後続列車に減速指令がなされることとなる。そして、こうした現象に加えて、システム的な反応時間の遅れが加わるため、加速・減速がオーバーシュートし、この結果、減速指令に続いて加速指令が、加速指令に続いて減速指令が、といった具合いに、後続列車に対する加速指令と減速指令とが交互に何度も繰り返されてしまうという制御上の「不安定動作」が発生してしまうおそれがある。そして、ある列車が不安定動作を起こすと、これに後続する列車にも不安定動作が発生し、これが増幅されながら後続列車へ波及してしまうおそれがある。
【０００７】
このような不安定動作の発生及び波及を避けるには、先行列車と後続列車との運転時隔を十分に大きくしておく必要がある。この結果、従来のシステムでは、特に、駅部での運転時隔を短縮できず、これによって線区全体の輸送能力が制限されてしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、かかる問題点に着目し、先行列車の加速・減速による後続列車への不安定動作の波及を防止し、運転時隔の短縮を可能ならしめて線区の輸送能力を高めることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段、発明の実施の形態及び発明の効果】
本発明の列車運行制御方法は、先行列車の位置に応じて、後続列車に対する該後続列車の位置毎の目標速度を示す速度制御曲線を形成し、その速度制御曲線に従って前記後続列車の速度制御を行う列車運行制御方法において、前記先行列車の速度と前記後続列車の速度に基づいて、所定時間後の前記先行列車に対する前記後続列車の相対的位置関係の変化を予測し、その予測の結果、前記先行列車が前記後続列車に対して相対的に近づく状態にあるときは、前記速度制御曲線に従って制御されている現在の目標速度に拘わらず前記後続列車を予め減速し、前記先行列車が前記後続列車に対して相対的に遠ざかる状態にあるときは、前記速度制御曲線に従って制御されている現在の目標速度に拘わらず前記後続列車を予め加速することを特徴とする。
【００１０】
この列車運行制御方法によれば、先行列車と後続列車との間隔が相対的に近づいたり遠ざかったりしない場合には、先行列車の位置に応じて定まる速度制御曲線に基づいて後続列車の速度制御を行う。一方、先行列車が後続列車に対して相対的に近づく状態にあるときには、現在の目標速度に拘わらず後続列車を予め減速し、両列車が相対的に遠ざかる状態にあるときには、現在の目標速度に拘わらず後続列車を予め加速する。そのため、システムの応答遅れなどによってちょうどよく速度制御がなされ、先行列車に近づき過ぎたり、遠ざかり過ぎたりすることがない。
【００１１】
より具体的には、この列車運行制御方法において、前記先行列車の位置及び速度から、当該先行列車の前記所定時間後の到達位置を予測し、その予測した先行列車の到達位置に基づいて、前記所定時間後の前記後続列車に対する前記速度制御曲線を予測し、前記後続列車の位置及び速度から、当該後続列車の前記所定時間後の到達位置を予測し、その予測した後続列車の到達位置に対する、前記予測した速度制御曲線における当該後続列車の目標速度と、当該後続列車の現在速度とを比較して、その比較の結果、前記到達位置に対する目標速度が前記現在速度より大きい場合は、前記先行列車が前記後続列車に対して遠ざかる状態にあるものと判断し、前記到達位置に対する目標速度が前記現在速度より小さい場合は、前記先行列車が前記後続列車に対して近づく状態にあるものと判断することにより行うことができる。
【００１２】
この列車運行制御方法によれば、次に起こり得る状態を前もって予想し、この予想に基づいて次の制御条件となる所定時間後の速度制御曲線を求めてしまい、この速度制御曲線に向かって制御を行うのである。このように前もって次々と予想して制御を行うことで、システムの反応遅れをカバーして、各時点での制御が最適化されていくのである。
【００１３】
また、これらの列車運行制御方法において、先行列車が相対的に近づく関係にあるか遠ざかる関係にあるかの判別、即ち相対的位置関係の変化の予測は、さらに、線路の曲率や勾配などといった線路自体の条件と、駅部における停車・通過の違いなどの進路に関する条件とを含む地上設備側の条件を考慮して行うようにしてもよい。
【００１４】
先行列車の位置から上りに差し掛かりつつあることを判別したら、今後速度が低下し、相対的に近づくことが予想できるし、駅部において停車が予定されているなら同様に今後相対的に近づくことが予想できる。また、駅部を通過するために先行列車が減速しているけれども、通過列車であるなら、その後加速が予定されているので、一見近づきつつあるようでも実は逆に遠ざかりつつあると予想することもできるのである。
【００２１】
以上説明した本発明の列車運行制御方法によれば、先行列車の速度変化に対応して、次に実現しておくべき最適な状態を予測し、この最適な状態に向かって前もって制御を開始してしまうようにしたので、システムの応答遅れをカバーし、また、先行列車がジャーク制御のような運転を行っている場合にも後続列車の近づき過ぎや離れ過ぎを防止し後続列車の不安定動作を防止するので、運転時隔を短くすることが可能になり、もって、線区の輸送能力を向上させることができる。また、換言すれば、線区の輸送能力の向上と、ジャーク制御による乗り心地の向上とは従来は相入れないものであったけれども、本発明により、これらを両立させることができるようになるということもできる。
【００２２】
【実施例】
次に、本発明の実施例について説明する。
実施例は、電気鉄道における車上制御方式のＡＴＯシステムに係り、図１に示す様に、各列車ＴＲ１，ＴＲ２と地上制御装置１０との間での情報を伝送するための地上車上間情報伝送装置２０が軌道ＲＬに沿って設置されている。この地上車上間情報伝送装置２０を介して、地上制御装置１０は、各列車ＴＲ１，ＴＲ２の位置・速度情報を入力すると共に、後続列車ＴＲ２に対して先行列車の位置・速度情報を与えるように構成されている。また、地上制御装置１０は、線路の曲率や勾配などといった線路自体の条件と、駅部における停車・通過の違いなどの進路に関する条件とを含む地上設備側の条件を記憶しており、上述の位置・速度情報に併せて、これらの地上設備側の条件を後続列車ＴＲ２に対して与える様にもなっている。なお、地上車上間情報伝送装置２０は、例えば軌道ＲＬに沿って敷設される誘導線や、列車無線などによって構成することができる。
【００２３】
各列車には、速度発電機３１の他に、ＡＴＯコンピュータ３５及びＡＴＰブレーキ装置３７が搭載されている。ＡＴＰブレーキ装置３７は、ＡＴＰコンピュータが生成したＡＴＰブレーキ曲線と自列車の位置・速度情報とを照合し、ＡＴＰブレーキ曲線を超過する速度となっているときにＡＴＰブレーキ（非常ブレーキ）を作動させる。速度発電機３１は、各列車の速度情報を把握し、地上制御装置１０へと伝送するために設けられている。また、地上制御装置１０側で、速度発電機３１の出力を積算することによって、各列車の位置を特定するためにも用いられる。なお、位置情報については、線区の特定位置に設けられている地上子と各列車の車上子との結合によっても確認されており、地上子間の中間部分での位置を特定するのに、上記の速度発電機３１の出力が利用される。
【００２４】
ＡＴＯコンピュータ１０は概念的にいうと、図２に示す様に、先行列車の位置・速度と、自列車の位置・速度と、線路情報及び進路条件とを入力し、自列車に対する加速／減速指令を出力する役割を果たしている。
この加速／減速指令は、図３に示す様な手順で、△ｔ毎に繰り返し実行される。
【００２５】
まず、先行列車の現在位置Ｘ１（ｔ）及び現在の速度Ｖ１（ｔ）と、自列車の現在位置Ｘ２（ｔ）及び現在の速度Ｖ２（ｔ）と、線路情報や進路条件等を入力する（Ｓ１０）。
次に、次回演算タイミングにおける先行列車及び自列車の到達位置Ｘ１（ｔ＋△ｔ）及びＸ２（ｔ＋△ｔ）を、下記の式に基づいて算出する（Ｓ２０）。
【００２６】
【数１】
Ｘ１（ｔ＋△ｔ）＝Ｘ１（ｔ）＋Ｖ１（ｔ）・△ｔ・Ｃ１
Ｘ２（ｔ＋△ｔ）＝Ｘ２（ｔ）＋Ｖ２（ｔ）・△ｔ・Ｃ２
ここで、Ｃ１，Ｃ２は、それぞれ、線路情報や進路条件等による修正係数である。例えば、線路勾配がこの後上りに転ずる場合には、１未満の修正係数が、下りに転ずる場合には１を越える修正係数が、右辺第２項に乗算される。修正係数に関しては、予め、線区内の位置毎に加速要因及び減速要因を特定し、決定してテーブル化したものを地上制御装置１０に記憶させておくとよい。
【００２７】
次に、Ｓ２０で求めた先行列車の△ｔ後の位置を起点として、自列車に対するＡＴＯブレーキ曲線（本発明の速度制御曲線に相当）を生成する（Ｓ３０）。このとき、ＡＴＯブレーキ曲線は、自列車のブレーキ能力、線路の勾配、線区内における速度制限等を考慮して決定する。そして、この新たに生成したＡＴＯブレーキ曲線上に、前記Ｘ２（ｔ＋△ｔ）との交点を求め、これを自列車に対する目標速度Ｖ２（ｔ＋△ｔ）とする（Ｓ４０）。
【００２８】
そして、現在の自列車の速度Ｖ２（ｔ）と目標速度Ｖ２（ｔ＋△ｔ）を比べ、その大小関係から自列車に対する加速／減速指令を決定する（Ｓ５０）。
例えば、先行列車と自列車が全く同一の速度で一定の間隔を保って走行している場合、図４（Ａ）に示す様に、△ｔ経過後の自列車の目標速度Ｖ２（ｔ＋△ｔ）は現在の速度Ｖ２（ｔ）と同一となる。一方、先行列車の方が速くて両者の間隔が相対的に広がる様な関係にあるときは、同図（Ｂ）に示す様に、Ｖ２（ｔ＋△ｔ）は現在の速度よりも大きい値として決定される。また、先行列車の方が遅くて両者の間隔が相対的に狭まる様な関係にあるときは、同図（Ｃ）に示す様に、Ｖ２（ｔ＋△ｔ）は現在の速度よりも小さい値として決定される。
【００２９】
これにより、後続の列車は、先行列車が加速を行って間隔が広がりつつある場合には、早めに加速を開始して間隔が開き過ぎない様に制御され、逆に、先行列車が減速を開始した様な場合には、早めに減速を開始して間隔が狭くなり過ぎないように制御される。
【００３０】
この結果、加速／減速時にジャーク制御が行われた場合にも、△ｔ後の位置関係を予測することで車間距離の変化を前もって把握し、早めにこれに対処しておくことができるので、後続列車の制御を安定化することができる。
この結果、さらに後続する列車へと不安定動作が波及することがなく、列車間の運転時隔を短くしても何等の問題が生じない。
【００３１】
よって、線区全体の高密度運行化に対応することができ、一層の輸送能力の向上が期待される。
以上、本発明の一実施例を説明したが、他の態様にて本発明を実施してもよく、そうした態様も本発明の要旨を逸脱しない限りは本発明の技術的範囲内に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例のシステムの全体構成図である。
【図２】実施例のシステムのＡＴＯコンピュータへの入出力の説明図である。
【図３】実施例におけるメインルーチンのフローチャートである。
【図４】実施例における制御例のタイミングチャートである。
【符号の説明】
１０・・・地上制御装置、２０・・・地上車上間情報伝送装置、３１・・・速度発電機、３５・・・ＡＴＯコンピュータ、３７・・・ＡＴＰブレーキ装置、ＴＲ１・・・先行列車、ＴＲ２・・・自列車。

Claims

先行列車の位置に応じて、後続列車に対する該後続列車の位置毎の目標速度を示す速度制御曲線を形成し、その速度制御曲線に従って前記後続列車の速度制御を行う列車運行制御方法において、
前記先行列車の速度と前記後続列車の速度に基づいて、所定時間後の前記先行列車に対する前記後続列車の相対的位置関係の変化を予測し、その予測の結果、前記先行列車が前記後続列車に対して相対的に近づく状態にあるときは、前記速度制御曲線に従って制御されている現在の目標速度に拘わらず前記後続列車を予め減速し、前記先行列車が前記後続列車に対して相対的に遠ざかる状態にあるときは、前記速度制御曲線に従って制御されている現在の目標速度に拘わらず前記後続列車を予め加速すること
を特徴とする列車運行制御方法。
請求項１記載の列車運行制御方法において、
前記先行列車の位置及び速度から、当該先行列車の前記所定時間後の到達位置を予測し、
その予測した先行列車の到達位置に基づいて、前記所定時間後の前記後続列車に対する前記速度制御曲線を予測し、
前記後続列車の位置及び速度から、当該後続列車の前記所定時間後の到達位置を予測し、
その予測した後続列車の到達位置に対する、前記予測した速度制御曲線における当該後続列車の目標速度と、当該後続列車の現在速度とを比較して、
その比較の結果、前記到達位置に対する目標速度が前記現在速度より大きい場合は、前記先行列車が前記後続列車に対して遠ざかる状態にあるものと判断し、前記到達位置に対する目標速度が前記現在速度より小さい場合は、前記先行列車が前記後続列車に対して近づく状態にあるものと判断すること
を特徴とする列車運行制御方法。
請求項１又は２記載の列車運行制御方法において、
前記相対的位置関係の変化の予測は、さらに、線路の曲率や勾配などといった線路自体の条件と、駅部における停車・通過の違いなどの進路に関する条件とを含む地上設備側の条件とを考慮して行うこと
を特徴とする列車運行制御方法。