JP3959239B2

JP3959239B2 - Automatic train driving device

Info

Publication number: JP3959239B2
Application number: JP2001070948A
Authority: JP
Inventors: 純子山本; 義和大場; 麻美水谷; 陽太朗南
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2001-03-13
Filing date: 2001-03-13
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2021-03-13
Also published as: JP2002271918A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、列車の走行計画を生成し、必要に応じてこの計画を微調整しながら、計画に従って走行する自動列車運転装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
すでに実用化されている自動列車運転装置（Automatic Train Operation：ＡＴＯ）は、制限速度に、あるいは制限速度からある程度の余裕を持たせた速度に列車を追従させようとするものであるが、定時性（走行ダイヤの遵守）と省エネルギー性の両立が難しく、また、制限速度が下がる部分では非常ブレーキがかかってしまうために乗り心地が悪化する問題点がある。
【０００３】
そこで、走行開始前に、制限速度を超えることなく定時性を確保し、省エネルギー性をも実現するような最適走行計画を生成しておき、これに従って走行するようにすれば、定時性と省エネルギー性を両立でき、また、制限速度が下がる部分で予め速度を下げておけるので非常ブレーキによる乗り心地の悪化も避けられる。
【０００４】
しかし、その場合でも、予測モデルに誤差があったり、車輪の空転・滑走などの外乱が生じたりすると列車が走行計画からずれてしまう。このため、走行計画に沿って走るよう追従制御を行うと、モータ出力トルクが繰り返し急激に変化して、乗り心地が悪くなってしまうことが起こり得る。
【０００５】
これを解決するために、多少の予測モデル誤差や車輪の空転・滑走などの外乱があっても、一定周期で、また、地上子を検知して走行距離を修正した際などに走行計画を見直し、必要に応じて計画を再生成しながら走行するようにすれば、その影響を補償することができる。この場合、走行計画を見直す周期は、走行計画と実走行との差がそれほど大きくならず、また、走行計画再生成の計算が負担にならない程度に決めればよい。近年の電子計算機の高速化により、走行中でも走行計画を再生成することが可能である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の進歩した自動列車運転装置でも、定位置停止制御開始後は停止位置までの距離が短く、走行計画再生成の効果が出る前に列車が停止してしまうため、予測モデルに誤差があると停止位置誤差に大きな影響が出てしまう問題点がある。また、予測モデルに誤差があると、予測される停止位置誤差が正しくないため、停止計画を見直しても正確な位置に止まれるとは限らない問題点もある。
【０００７】
このような問題点を解決するには、定位置停止制御開始時に定位置停止用の走行計画（以下、「停止計画」と称する。）を改めて生成し、制御周期と同程度の短い周期で、また地上子を検知して走行距離を修正した際などに停止計画を見直しながら列車を走行させればよい。
【０００８】
また、予測モデルに誤差があると、制御周期ごとに停止計画を見直しても実走行が停止計画からずれてしまうが、停止制御開始後にブレーキトルク推定を行って予測モデルのブレーキトルク値を修正すれば解決できる。さらに、ブレーキトルク推定を精度良く行えなかったときは予測モデルに誤差が残り、やはり実走行は停止計画からずれてしまうが、新しい停止計画に基づいて停止位置誤差を予測するたびに停止位置誤差の予測値が同程度の大きさになる場合には、その分だけ停止目標位置を逆方向にずらしてやればよい。
【０００９】
本発明はこのような考察のもとになされたもので、予測モデルに誤差があるときでも、停止位置誤差を小さくできる自動列車運転装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、次駅までの走行計画を生成し、これに従って列車を自動で走行させ定位置停止させる自動列車運転装置において、次駅までの基本走行計画を保持する記憶手段と、列車の挙動データを保持する予測モデルと、走行中に一定周期で、また、所定のトリガ入力時に、前記基本走行計画を見直し、実走行との誤差が大きいときには走行計画を再生成し、定位置停止制御開始時に停止計画を生成し、定位置停止制御開始前よりも細かい周期で停止計画を見直す走行計画生成手段と、前記停止計画を見直す際、前記予測モデルによる停止位置と前記走行計画生成手段の作成した予測停止位置との誤差を求め、この誤差がもっとも小さくなるよう停止計画を再生成する停止計画再生成手段と、前記定位置停止制御開始後、再生成された停止計画の速度と現在速度とを比較し、現在速度と停止計画の速度との差に応じて停止目標位置を前後にずらし、前記停止計画再生成手段に停止計画を再生成させる停止目標位置操作手段と、現在位置又は時刻に基づいて、前記走行計画又は再生成された停止計画から対応する出力トルクを抽出し、トルク指令として出力するトルク指令抽出手段とを備えたものである。
【００１１】
請求項２の発明は、次駅までの走行計画を生成し、これに従って列車を自動で走行させ定位置停止させる自動列車運転装置において、次駅までの基本走行計画を保持する記憶手段と、列車の挙動データを保持する予測モデルと、走行中に一定周期で、また、所定のトリガ入力時に、前記基本走行計画を見直し、実走行との誤差が大きいときには走行計画を再生成し、定位置停止制御開始時に停止計画を生成し、定位置停止制御開始前よりも細かい周期で停止計画を見直す走行計画生成手段と、前記停止計画を見直す際、前記予測モデルによる停止位置と前記走行計画生成手段の作成した予測停止位置との誤差を求め、この誤差がもっとも小さくなるよう停止計画を再生成する停止計画再生成手段と、前記定位置停止制御開始後、ブレーキトルク推定を行い、前記予測モデルのブレーキトルク値を当該ブレーキトルク推定値にて修正するブレーキトルク推定手段と、前記定位置停止制御開始後、再生成された停止計画の速度と現在速度とを比較し、現在速度と停止計画の速度との差に応じて停止目標位置を前後にずらし、前記停止計画再生成手段に停止計画を再生成させる停止目標位置操作手段と、現在位置又は時刻に基づいて、前記走行計画又は再生成された停止計画から対応する出力トルクを抽出し、トルク指令として出力するトルク指令抽出手段とを備えたものである。
【００１６】
本発明の自動列車運転装置では、定位置停止制御開始時に停止計画を生成し、制御周期と同程度の短い周期で見直しながら走行することにより、予測モデル誤差の影響が大きくなる前にこの影響をなるべく打ち消して、停止位置誤差を小さくする。
【００１７】
本発明の自動列車運転装置では、また、ブレーキトルク推定を行って予測モデルのブレーキトルク値を修正することにより予測モデル誤差を小さくし、停止位置誤差を小さくする。
【００１８】
本発明の自動列車運転装置では、さらに、前回の制御周期に見直した停止計画に基づいて停止位置誤差を予測するたびに停止位置誤差の予測値が同程度の値になる場合には、その分だけ停止目標位置を逆方向にずらすことにより、実際の停止位置誤差を小さくする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は、本発明の１つの実施の形態の自動列車運転装置の構成を示している。列車１には、自動列車運転装置（ＡＴＯ）１１が搭載されている。このＡＴＯ１１は、駅停車中に自動列車制御装置（ＡＴＣ）２から制限速度情報を取得し、データベースあるいは運転手の持参したＩＣカードなどの記憶装置３から、次駅までの路線条件（駅、トンネル、勾配、曲線、固定制限速度などに関するデータ）と、車両条件（車両長、車両重量、トルク特性など）と、運行条件（ダイヤスケジュールなど）とを取得し、応荷重装置１３から応荷重信号を取得し、これらに基づいて、現在時刻とダイヤスケジュールとの遅れを考慮しながら次駅までの最適な運転計画を生成する。ここで「最適」とは、「列車が所定の走行距離をダイヤスケジュール通りに、制限速度をオーバーすることなく、なるべく省エネルギーで、なるべく乗り心地良く走れる」という意味で用いている。
【００２０】
ＡＴＯ１１は、出発条件（ドア閉など）が成立しているときに運転台１２から出発信号を受け取ると、生成した走行計画に従ってトルク指令（加速度指令あるいはノッチ指令でも良い）をフィードフォワードで出力する。ここで、走行計画が時間、距離、速度、加速度、出力トルクなどの一覧表として保存してある場合には、現在位置（あるいは現在時刻でも良い）に対応する出力トルクを抽出し、それをトルク指令とする。駆動／制動系制御装置１４は、このトルク指令に従ってモータやブレーキ装置のような駆動／制動装置１５を制御する。タコジェネレータやパルスジェネレータのような速度検出器１６は、列車の速度を検出する。なお、この列車速度を積分することによって列車位置を検出することができ、地上子検出器１７が地上子を検出すると、その列車位置を補正することができる。
【００２１】
図２は、ＡＴＯ１１の内部構成を示している。走行計画生成装置１０１は、ＡＴＣ２やデータベースあるいはＩＣカードのような記憶装置３、応荷重装置１３、速度検出器１６などからの各種条件に基づき走行計画（定位置停止制御開始後は停止計画）を生成する。予測モデル１０２は、走行計画又は停止計画を生成する際、列車の挙動を予測するために利用する。ブレーキトルク推定装置１０３は、予測された列車の挙動と実際の列車の挙動とを比較して列車のブレーキトルクを推定し、予測モデルのブレーキトルク値を修正する。トルク指令抽出装置１０４は、現在位置又は時刻に基づいて、走行計画から対応する出力トルクを抽出し、トルク指令として出力する。
【００２２】
次に、図１および図２を用いて、本実施の形態の自動列車運転装置の動作について説明する。駅間走行中は、一定周期（例えば、制御周期の１０倍の周期）で走行計画を見直し、列車の速度と走行計画との誤差が大きくなった場合は現在位置から停止目標位置までの走行計画を再生成する。これにより、外乱や予測モデルの誤差があっても、定時性を保ちながら省エネルギーで乗り心地の良い走行を実現できる。
【００２３】
定位置停止制御の開始後は、停止位置までの距離が短く、走行計画再生成の効果が出る前に列車が停止してしまうため、外乱や予測モデルの誤差があると停止位置誤差に大きな影響が出てしまう。そこで、この影響をなるべく小さく抑えるため、より小さな周期、例えば、走行計画からトルク指令を算出する制御周期と同じ周期で定位置停止用の走行計画（停止計画）を見直す。
【００２４】
また、予測モデルに誤差があると予測される停止位置誤差が正しく出ないため、停止計画を見直しても正確な位置に止まれるとは限らない。そこで、停止制御開始後、停止ブレーキのトルクがある程度安定してからブレーキトルク推定を行い、予測モデルのブレーキトルク値を修正する。このブレーキトルク推定には、例えば、次のような方法を用いることができる。
【００２５】
図３において、停止ブレーキ開始後、ブレーキトルクが充分立ち上がった時刻をｔ₀（そのときの速度はｖ₀）とし、ここから一定時間Ｔ_pの間のデータから、ブレーキトルクを推定する。この時間Ｔ_pは信頼できるよう充分長い値で、しかも手遅れにならないようなるべく短い値として決める。
【００２６】
時刻ｔ₀＋Ｔ_pでの予測モデルによって得られる速度ｖ₁と実際に計測される速度ｖ_cntとは、次のように表される。
【００２７】
【数１】

ここで、Ｆ′，Ｌ′は予測モデルでのトルクとトルク損失であり、Ｆ，Ｌは実際のトルクとトルク損失（観測値）である。
【００２８】
そして、（１），（２）式より、
【数２】

が得られる。ここで、
【数３】

と書き換えると、（３）式より、
【数４】

が得られる。さらに変形して、
【数５】

となり、実際のブレーキトルクＦの、予測モデルのブレーキトルクＦ′に対する比率Ｆ／Ｆ′は、次の（６）式で得られる。
【００２９】
【数６】

ここにおいて、トルク損失の誤差を無視する場合は、
【数７】

となる。
【００３０】
より簡易に、トルク損失を無視する場合は、
【数８】

となる。
【００３１】
（６），（７），（８）のどの式でも、実際の出力トルク（実際には、その観測値又は推定値）Ｆを必要としない。トルク損失の観測値Ｌは、勾配データ、曲線データ、走行抵抗式及び列車速度（観測値）から求めることができ、これを制御周期毎に足し込んでいくことにより、
【数９】

を求めることができる。
【００３２】
以上のように、ブレーキトルクを推定することにより停止位置誤差の精度を上げることができる。
【００３３】
また、前回の制御周期に見直した停止計画に基づいて停止位置誤差を予測するたびに停止位置誤差の予測値が同程度の値になる場合は、実際のブレーキトルクが予測モデルのものとずれていると考えられる。
【００３４】
例えば、停止計画が停止ブレーキの最後に弱いブレーキを使用するものであり、実際のブレーキトルクが予測モデルのものより２０％弱い場合、図４に示すように、停止位置誤差の予測値がほぼ０になるように停止前の弱いブレーキヘの切換を延期しても、次の計画見直し時に停止位置誤差を予測すると前回と同じ程度の停止位置誤差が予測される。
【００３５】
すなわち、停止制御開始から１制御周期後に現在位置からの列車の走行を予測する場合、ブレーキトルクが予測モデルのものより弱いため、最初に生成した停止計画よりも現在速度が高くなっている。このため、停止計画どおりの位置で弱いブレーキに切り換えると停止目標位置を過走してしまうと予測される。そこで、停止位置誤差がなるべく小さくなるよう、停止計画を生成し直して弱いブレーキへの切換点を遠方にずらす。しかし、この計画は実際とずれた予測モデルを使用して生成しているため、次の制御周期にはやはり停止計画よりも速度が高くなってしまい、「過走する」という予測結果が得られる（なお、図４では、見やすくするため、１制御周期を大きめに描いてある）。
【００３６】
このように、実際のブレーキトルクと予測モデルのブレーキトルクとのずれは変わらないため、予測される停止位置誤差、あるいは、停止位置誤差を予測するときの速度と最新の停止計画との速度誤差は、毎回同じ程度の値となるのである。
【００３７】
そこで、停止位置誤差の予測値あるいは停止計画からの速度のずれが前回と同じ程度であったとき、予測される停止位置誤差の分だけ停止位置目標値を反対側にずらすことにより、図５に示すように、次の制御周期での停止位置誤差予測値は０に近くなる。なお、図５では、２回目の予測で、停止位置誤差が前回の予測での誤差と同じ程度になると予測されたため、この誤差の分だけ停止目標位置を手前にずらして停止計画を生成し直している。
【００３８】
これを繰り返せば、最終的な停止位置誤差を小さくすることができ、あるいは、今のブレーキトルクでは過走を防げないケースであるとより早く判断できるため、より強いブレーキを停止ブレーキに使用するよう停止計画を生成し直すなどの対応を早めに取ることができる。さらに、その新しく使用するブレーキも予測モデルのものとはトルク値がずれていると考えられるので、停止位置をずらしたままにしておくことによって最終的な停止位置誤差を小さくすることができる。
【００３９】
なお、ここでブレーキトルク推定を併せて行えば、より正確な予測が可能となり、停止位置誤差をいっそう小さくでき、過走を防げない場合などでも、それに対する処理（停止計画のブレーキを強く／弱くする、など）を早めに行うことができる。
【００４０】
また、上記よりも簡便な方法として、停止目標位置を最初から手前にずらしておいて停止計画を生成し、停止前の最後の地上子検出時に本来の停止目標位置に戻して停止計画を生成するようにすることもできる。このように停止目標位置を手前にずらしておくことにより、停止前に充分に速度を落としておくことができ、本来の停止目標位置まで余裕を持って、弱いブレーキで乗り心地良く進んでから停止することができるようになる。
【００４１】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、定位置停止制御開始時に停止計画を生成し、制御周期と同程度の短い周期で見直しながら走行することにより、予測モデル誤差の影響が大きくなる前にこの影響をなるべく打ち消して、停止位置誤差を小さくすることができる。
【００４２】
また、本発明によれば、ブレーキトルク推定を行って、予測モデルのブレーキトルク値を修正することにより、予測モデル誤差を小さくすることができ、停止位置誤差を小さくすることができる。さらに、前回の制御周期に見直した停止計画に基づいて停止位置誤差を予測するたびに停止位置誤差の予測値が同程度の値になる場合には、その分だけ停止目標位置を逆方向にずらすことによって実際の停止位置誤差を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態の自動列車運転装置の構成を示すブロック図。
【図２】上記の実施の形態の自動列車運転装置の内部構成を示すブロック図。
【図３】本発明において、ブレーキトルク推定を行うのに用いる列車速度データの範囲を示すグラフ。
【図４】本発明において、停止目標位置をずらさないときの停止計画と予測された列車走行とを示す速度パターン図。
【図５】停止目標位置をずらしたときの停止計画と予測された列車走行とを示す速度パターン図。
【符号の説明】
１列車
２自動列車制御装置（ＡＴＣ）
３記憶装置
１１自動列車運転装置（ＡＴＯ）
１２運転台
１３応荷重装置
１４駆動／制動系制御装置
１５駆動／制動装置
１６速度検出器
１７地上子検出器
１０１走行計画生成装置
１０２予測モデル
１０３ブレーキトルク推定装置
１０４トルク指令抽出装置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic train operation apparatus that generates a train travel plan and travels according to the plan while finely adjusting the plan as necessary.
[0002]
[Prior art]
Automatic train operation (ATO), which has already been put into practical use, is intended to make a train follow a speed limit or a speed with a certain margin from the speed limit. There is a problem that it is difficult to satisfy both (observation of driving schedule) and energy saving, and that the emergency braking is applied at the portion where the speed limit is lowered, so that the riding comfort is deteriorated.
[0003]
Therefore, if the optimal travel plan that ensures timeliness without exceeding the speed limit and also realizes energy savings is generated before the start of traveling, and the vehicle is driven according to this, it will be timely and energy efficient. Moreover, since the speed can be reduced in advance at the part where the speed limit decreases, deterioration of the riding comfort due to emergency braking can be avoided.
[0004]
However, even in such a case, if there is an error in the prediction model or a disturbance such as idling / sliding of a wheel occurs, the train deviates from the travel plan. For this reason, if follow-up control is performed so that the vehicle travels in accordance with the travel plan, the motor output torque may repeatedly and suddenly change, resulting in poor ride comfort.
[0005]
To solve this, even if there are some prediction model errors and disturbances such as wheel slipping and sliding, the travel plan is reviewed at regular intervals and when the ground distance is detected and the travel distance is corrected. If the vehicle is run while regenerating the plan as necessary, the influence can be compensated. In this case, the period for reviewing the travel plan may be determined so that the difference between the travel plan and the actual travel is not so large, and the calculation of the travel plan regeneration is not burdened. With the recent increase in the speed of electronic computers, it is possible to regenerate a travel plan even while traveling.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, even with conventional advanced automatic train operation devices, the distance to the stop position is short after starting the fixed position stop control, and the train stops before the travel plan regeneration effect is effective, so there is an error in the prediction model. If there is, there is a problem that the stop position error is greatly affected. In addition, if there is an error in the prediction model, the predicted stop position error is not correct, so there is a problem that the stop position is not always correct even if the stop plan is reviewed.
[0007]
In order to solve such problems, a travel plan for fixed position stop (hereinafter referred to as “stop plan”) is generated again at the start of fixed position stop control, and the cycle is as short as the control cycle. Moreover, what is necessary is just to run a train, reexamining a stop plan, when detecting a ground element and correcting a travel distance.
[0008]
In addition, if there is an error in the prediction model, even if the stop plan is reviewed every control cycle, the actual travel will deviate from the stop plan.However, after the stop control starts, the brake torque is estimated to correct the brake torque value of the prediction model. Can be solved. Furthermore, if the brake torque cannot be estimated accurately, an error remains in the prediction model, and the actual driving will still deviate from the stop plan. However, every time the stop position error is predicted based on the new stop plan, the stop position error If the predicted values are comparable, the stop target position may be shifted in the opposite direction.
[0009]
The present invention has been made based on such considerations, and an object thereof is to provide an automatic train operation device that can reduce a stop position error even when there is an error in a prediction model.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The invention of claim 1 produces the travel plan to the next station, in this automatic train operation that is run automatically Ru is fixed-position stop the train in accordance with a storage means for holding a basic trip plan to the next station, A prediction model that retains train behavior data, and the basic travel plan is reviewed at regular intervals during travel and when a predetermined trigger is input. A travel plan generation unit that generates a stop plan at the start of stop control and reviews the stop plan at a finer period than before the start of the fixed position stop control, and a stop position based on the prediction model and the travel plan generation unit when reviewing the stop plan The stop plan regeneration means for regenerating the stop plan so as to minimize the error, and the regenerated after the start of the fixed position stop control. A stop target position operation that compares the stop plan speed with the current speed, shifts the stop target position back and forth according to the difference between the current speed and the stop plan speed, and causes the stop plan regeneration means to regenerate the stop plan. And a torque command extracting means for extracting a corresponding output torque from the travel plan or the regenerated stop plan based on the current position or time, and outputting it as a torque command .
[0011]
The invention of claim 2 is directed to an automatic train driving device that generates a travel plan to the next station, automatically travels the train in accordance with the travel plan, and stops at a fixed position, and storage means for holding the basic travel plan to the next station; The prediction model that retains the behavior data and the basic travel plan is reviewed at regular intervals during travel and when a predetermined trigger is input. A travel plan generation unit that generates a stop plan at the start of control and reviews the stop plan at a period shorter than that before the start of the fixed position stop control, and a review of the stop position based on the prediction model and the travel plan generation unit when reviewing the stop plan. An error from the prepared predicted stop position is obtained, and a stop plan regenerating means for regenerating a stop plan so that the error is minimized, and after the start of the fixed position stop control, The brake torque estimation means for performing estimation and correcting the brake torque value of the prediction model with the brake torque estimated value, and comparing the speed of the stop plan regenerated after the start of the fixed position stop control with the current speed. The stop target position is shifted back and forth according to the difference between the current speed and the speed of the stop plan, based on the stop target position operating means for causing the stop plan regenerating means to regenerate the stop plan, and the current position or time, Torque command extraction means for extracting a corresponding output torque from the travel plan or the regenerated stop plan and outputting it as a torque command .
[0016]
In the automatic train operation device of the present invention, a stop plan is generated at the start of fixed position stop control, and the vehicle is traveled while reviewing at a cycle as short as the control cycle. Cancel as much as possible to reduce the stop position error.
[0017]
In the automatic train driving apparatus of the present invention, the prediction model error is reduced and the stop position error is reduced by correcting the brake torque value of the prediction model by estimating the brake torque.
[0018]
In the automatic train operation device of the present invention, when the predicted value of the stop position error is the same value every time the stop position error is predicted based on the stop plan reviewed in the previous control cycle, The actual stop position error is reduced by shifting the stop target position in the opposite direction.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration of an automatic train driving apparatus according to one embodiment of the present invention. The train 1 is equipped with an automatic train driving device (ATO) 11. The ATO 11 acquires speed limit information from the automatic train control device (ATC) 2 while the station is stopped, and the route condition (station, tunnel) from the storage device 3 such as a database or an IC card brought by the driver to the next station. Data on slope, curve, fixed speed limit, etc.), vehicle conditions (vehicle length, vehicle weight, torque characteristics, etc.) and operation conditions (diagram schedule, etc.) Based on these, an optimal operation plan to the next station is generated while taking into account the delay between the current time and the schedule. Here, “optimum” is used in the sense that “the train can run as comfortably as possible with energy saving as much as possible without exceeding the speed limit according to the schedule, without exceeding the speed limit”.
[0020]
When the ATO 11 receives a departure signal from the cab 12 when a departure condition (door closing, etc.) is satisfied, the ATO 11 outputs a torque command (may be an acceleration command or a notch command) in a feed-forward manner according to the generated travel plan. Here, if the travel plan is saved as a list of time, distance, speed, acceleration, output torque, etc., the output torque corresponding to the current position (or the current time) may be extracted and used as the torque. It shall be a directive. The drive / brake system controller 14 controls the drive / brake device 15 such as a motor or a brake device in accordance with the torque command. A speed detector 16 such as a tacho generator or a pulse generator detects the speed of the train. The train position can be detected by integrating the train speed, and when the ground element detector 17 detects the ground element, the train position can be corrected.
[0021]
FIG. 2 shows the internal configuration of the ATO 11. The travel plan generation device 101 generates a travel plan (a stop plan after starting the fixed position stop control) based on various conditions from the storage device 3 such as the ATC 2, the database or the IC card, the variable load device 13, and the speed detector 16. Generate. The prediction model 102 is used to predict the behavior of a train when generating a travel plan or a stop plan. The brake torque estimating device 103 estimates the brake torque of the train by comparing the predicted train behavior with the actual train behavior, and corrects the brake torque value of the prediction model. The torque command extraction device 104 extracts the corresponding output torque from the travel plan based on the current position or time, and outputs it as a torque command.
[0022]
Next, operation | movement of the automatic train driving | operation apparatus of this Embodiment is demonstrated using FIG. 1 and FIG. During travel between stations, the travel plan is reviewed at a constant cycle (for example, 10 times the control cycle), and if the error between the train speed and the travel plan becomes large, the travel plan from the current position to the stop target position Is regenerated. As a result, even if there is a disturbance or an error in the prediction model, it is possible to realize an energy-saving and comfortable driving while maintaining punctuality.
[0023]
After starting fixed-position stop control, the distance to the stop position is short, and the train stops before the travel plan regeneration effect takes effect. Therefore, disturbances and prediction model errors have a significant effect on stop position errors. Will come out. Therefore, in order to suppress this influence as much as possible, the travel plan for stopping at a fixed position (stop plan) is reviewed at a smaller cycle, for example, the same cycle as the control cycle for calculating the torque command from the travel plan.
[0024]
In addition, since the stop position error that is predicted to have an error in the prediction model does not appear correctly, even if the stop plan is reviewed, the stop position is not always accurate. Therefore, after the stop control is started, the brake torque is estimated after the stop brake torque has stabilized to some extent, and the brake torque value of the prediction model is corrected. For example, the following method can be used for the brake torque estimation.
[0025]
In FIG. 3, the time when the brake torque sufficiently rises after the start of the stop brake is t ₀ (the speed at that time is v ₀ ), and the brake torque is estimated from the data for a certain time T _p from here. This time T _p is determined to be a sufficiently long value so as to be reliable and as short as possible so as not to be too late.
[0026]
The speed v ₁ obtained by the prediction model at time t ₀ + T _p and the actually measured speed v _cnt are expressed as follows.
[0027]
[Expression 1]

Here, F ′ and L ′ are the torque and torque loss in the prediction model, and F and L are the actual torque and torque loss (observed values).
[0028]
From the equations (1) and (2),
[Expression 2]

Is obtained. here,
[Equation 3]

And rewriting from equation (3)
[Expression 4]

Is obtained. Further deformation,
[Equation 5]

Thus, the ratio F / F ′ of the actual brake torque F to the brake torque F ′ of the prediction model can be obtained by the following equation (6).
[0029]
[Formula 6]

Here, when ignoring the torque loss error,
[Expression 7]

It becomes.
[0030]
To ignore torque loss more simply,
[Equation 8]

It becomes.
[0031]
In any of the expressions (6), (7), and (8), the actual output torque (actually, its observed value or estimated value) F is not required. The observed value L of torque loss can be obtained from gradient data, curve data, running resistance equation and train speed (observed value), and by adding this to each control cycle,
[Equation 9]

Can be requested.
[0032]
As described above, the accuracy of the stop position error can be increased by estimating the brake torque.
[0033]
In addition, if the predicted value of the stop position error is almost the same every time the stop position error is predicted based on the stop plan reviewed in the previous control cycle, the actual brake torque may be different from that of the predicted model. It is thought that there is.
[0034]
For example, when the stop plan uses a weak brake at the end of the stop brake and the actual brake torque is 20% weaker than that of the prediction model, the predicted value of the stop position error is almost 0 as shown in FIG. Even if the switching to the weak brake before the stop is postponed so that the stop position error is predicted at the next plan review, the same stop position error as the previous time is predicted.
[0035]
That is, when the train travel from the current position is predicted after one control cycle from the start of the stop control, the brake torque is weaker than that of the prediction model, so the current speed is higher than the stop plan generated first. For this reason, it is predicted that if the brake is switched to a weak brake at the position as planned for the stop, the stop target position will be overrun. Therefore, the stop plan is generated again so that the stop position error becomes as small as possible, and the switching point to the weak brake is shifted far away. However, since this plan is generated using a prediction model that deviates from the actual, the speed will be higher than the stop plan in the next control cycle, and the prediction result of “overrun” is obtained. (In FIG. 4, one control cycle is drawn larger for the sake of clarity.)
[0036]
In this way, the difference between the actual brake torque and the brake torque of the prediction model does not change, so the predicted stop position error or the speed error between the predicted stop position error and the latest stop plan is This is the same value every time.
[0037]
Therefore, when the predicted value of the stop position error or the speed deviation from the stop plan is about the same as the previous time, by shifting the stop position target value to the opposite side by the predicted stop position error, FIG. As shown, the predicted stop position error value in the next control cycle is close to zero. In FIG. 5, in the second prediction, it was predicted that the stop position error would be about the same as the error in the previous prediction. Therefore, the stop target position is shifted forward by this error, and the stop plan is generated again. ing.
[0038]
If this is repeated, the final stop position error can be reduced, or it can be determined earlier that the current brake torque cannot prevent overrunning, so a stronger brake should be used for the stop brake. Actions such as regenerating a stop plan can be taken early. Further, since it is considered that the torque of the newly used brake is also different from that of the prediction model, the final stop position error can be reduced by keeping the stop position shifted.
[0039]
In addition, if the brake torque is estimated here, more accurate prediction is possible, the stop position error can be further reduced, and even when it is not possible to prevent overrunning, the corresponding process (strengthening the brake of the stop plan is made stronger / weaker) Etc.) can be done early.
[0040]
As a simpler method than the above, the stop target position is shifted from the beginning to the front to generate a stop plan, and when the last ground element before the stop is detected, the stop plan is returned to the original stop target position to generate the stop plan. It can also be done. By shifting the stop target position to the front in this way, it is possible to sufficiently slow down before stopping, and with a margin to the original stop target position, proceed with a comfortable brake with a weak brake and stop Will be able to.
[0041]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a stop plan is generated at the start of fixed-position stop control, and the vehicle travels while reviewing it at a cycle as short as the control cycle. By canceling the influence as much as possible, the stop position error can be reduced.
[0042]
Further, according to the present invention, by estimating the brake torque and correcting the brake torque value of the prediction model, the prediction model error can be reduced and the stop position error can be reduced. Furthermore, if the predicted value of the stop position error is the same value every time the stop position error is predicted based on the stop plan reviewed in the previous control cycle, the target stop position is shifted in the opposite direction by that amount. As a result, the actual stop position error can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an automatic train driving device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of the automatic train operation device according to the embodiment.
FIG. 3 is a graph showing a range of train speed data used for estimating a brake torque in the present invention.
FIG. 4 is a speed pattern diagram showing a stop plan and a predicted train travel when the stop target position is not shifted in the present invention.
FIG. 5 is a speed pattern diagram showing a stop plan and a predicted train travel when the stop target position is shifted.
[Explanation of symbols]
1 Train 2 Automatic train controller (ATC)
3 Storage device 11 Automatic train operation device (ATO)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Driver's cab 13 Variable load apparatus 14 Drive / braking system control apparatus 15 Drive / brake apparatus 16 Speed detector 17 Ground element detector 101 Travel plan production | generation apparatus 102 Prediction model 103 Brake torque estimation apparatus 104 Torque command extraction apparatus

Claims

It generates a travel plan to the next station, the automatic train operation that is run automatically Ru is fixed-position stop the train accordingly,
Storage means for holding a basic travel plan to the next station;
A prediction model that holds train behavior data;
Review the basic travel plan at regular intervals during travel and when a predetermined trigger is input, regenerate the travel plan when there is a large error from the actual travel, and generate a stop plan at the start of fixed position stop control. Travel plan generating means for reviewing the stop plan at a finer period than before the start of the position stop control,
When reviewing the stop plan, an error between the stop position based on the prediction model and the predicted stop position created by the travel plan generating unit is obtained, and a stop plan regenerating unit that regenerates the stop plan so that the error is minimized. ,
After starting the fixed position stop control, compare the speed of the regenerated stop plan with the current speed, shift the stop target position back and forth according to the difference between the current speed and the stop plan speed, and regenerate the stop plan Stop target position operating means for causing the means to regenerate a stop plan; and
An automatic train operation apparatus comprising: torque command extraction means for extracting a corresponding output torque from the travel plan or the regenerated stop plan based on a current position or time, and outputting it as a torque command .

In the automatic train operation device that generates a travel plan to the next station, automatically runs the train according to this plan and stops at a fixed position,
Storage means for holding a basic travel plan to the next station;
A prediction model that holds train behavior data;
Review the basic travel plan at regular intervals during travel and when a predetermined trigger is input, regenerate the travel plan when there is a large error from the actual travel, and generate a stop plan at the start of fixed position stop control. Travel plan generating means for reviewing the stop plan at a finer period than before the start of the position stop control,
When reviewing the stop plan, an error between the stop position based on the prediction model and the predicted stop position created by the travel plan generating unit is obtained, and a stop plan regenerating unit that regenerates the stop plan so that the error is minimized. ,
Brake torque estimating means for performing brake torque estimation after the start of the fixed position stop control and correcting the brake torque value of the prediction model with the brake torque estimated value;
After starting the fixed position stop control, compare the speed of the regenerated stop plan with the current speed, shift the stop target position back and forth according to the difference between the current speed and the stop plan speed, and regenerate the stop plan Stop target position operating means for causing the means to regenerate a stop plan; and
An automatic train operation apparatus comprising: torque command extraction means for extracting a corresponding output torque from the travel plan or the regenerated stop plan based on a current position or time, and outputting it as a torque command .