JP4381218B2 - 移動体制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、移動体制御装置に関する。

例えば鉄道車両などの移動体の走行モードには、力行、だ行、ブレーキ（回生）などの種類がある。

移動体が電気エネルギー（電力）により走行する場合、走行モードに応じて、走行に必要となる電気エネルギーの量は変化する。

また、移動体の走行抵抗は、勾配などの地形条件で変化し、定速走行を行う場合であっても走行に必要となる電気エネルギーの量は変化する。

移動体に回生ブレーキを具備することにより、ブレーキ時に電気エネルギーを発生させることができる。回生ブレーキによって発生された電気エネルギーは、電気エネルギー蓄積装置に蓄積してもよいし、抵抗などで消費してもよい。

下記の特許文献１には、鉄道などが予め走行パターンの定まっている路線をこの走行パターンに沿って走行する場合に、エンジンと電気エネルギー蓄積装置との使用比率を決める技術が開示されている。また、特許文献１には、遅延時に予め用意されている運転モードを切り換え、遅延を回復する技術が開示されている。

下記の特許文献２，３では、走行中の勾配条件などによる電気エネルギー発生装置と電気エネルギー蓄積装置の使用方法が開示されている。

下記の特許文献４には、走行中において、車両位置により走行モードを切り換える技術が開示されている。
特開２００３−１３４６０４号公報 特開２００１−３５２６０７号公報 特開２００２−１９９５０９号公報 特開平１１−１１１４７２号公報

電気エネルギー発生装置の発電量は、予め所定量に定まっている場合がある。例えば、燃料電池などのように何らかの燃料に基づいて電気エネルギーを発生する電気エネルギー発生装置では、燃料の補充がない限り、総発電量は燃料がなくなるまでの発電量に制限される。

上述した特許文献１〜４では、移動体に電気エネルギー発生装置と電気エネルギー蓄積装置とが積載され、地形条件に応じて電気エネルギーを発生させる位置と電気エネルギーを蓄積する位置とが決められる。

電気エネルギー発生装置の総発電量に制限がある場合には、この電気エネルギー発生装置によって電気エネルギーを発生させる機会をなるべく少なくし、この電気エネルギー発生装置を利用可能な状態を維持することが望まれる。

しかしながら、特許文献１〜４では、電気エネルギーの総発生量を最小化することについて何ら考慮されていない。

このため、例えば、電気エネルギー発生装置が燃料に基づいて電気エネルギーを発生させる場合、この燃料が浪費される場合がある。

また、電気エネルギー発生装置によって発生された電気エネルギーの量（電力量）が、電気エネルギー蓄積装置の蓄積可能な電気エネルギー量を超えてしまい、発生された電気エネルギーが蓄積されないことを防止するために、電気エネルギー蓄積装置の定格容量を大きくすると、電気エネルギー蓄積装置の重量やサイズが増大し、移動体の積載量が増す。

また、電気エネルギー蓄積装置の定格容量が小さすぎると、電気エネルギー発生装置を大きくする必要があり、電気エネルギー発生装置の重量やサイズが増大し、移動体の積載量が増す。

移動体の積載量が増加すると、移動体の効率的な走行が困難となる。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、電気エネルギー発生装置によって発生される電気エネルギー量と電気エネルギー蓄積装置に蓄積される電気エネルギーの容量とを最適化する移動体制御装置を提供することを目的とする。

上記課題は、電気エネルギー発生装置と電気エネルギー蓄積装置とを具備する移動体を制御する移動体制御装置において、移動体の各位置と走行モードとの関係を表す運転データに基づいて、電気エネルギー発生装置の電気エネルギー総発生量が所定の発生許容範囲となるように、移動体の各位置に対する電気エネルギー発生装置の電気エネルギー発生量と電気エネルギー蓄積装置の放電量とを決定した結果を示す電力管理データを外部から受け付ける手段と、移動体の位置を検出する手段と、検出された移動体の位置に対する電気エネルギー発生装置の電気エネルギー発生量にしたがって、電気エネルギー発生装置に電気エネルギーの発生を依頼する手段と、検出された移動体の位置に対する電気エネルギー蓄積装置の放電量にしたがって、電気エネルギー蓄積装置に電気エネルギーの放電を依頼する手段とを具備することによって解決できる。

本発明においては、電気エネルギー発生装置によって発生される電気エネルギー量と電気エネルギー蓄積装置に蓄積される電気エネルギーの容量とを最適化することができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の各図において同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ詳しく説明する。

（第１の実施の形態）
本実施の形態では、例えば燃料に基づいて発電を行うなど、総発電量にある程度の制限・制約がある電気エネルギー発生装置と電気エネルギー蓄積装置とを具備し、電気エネルギー発生装置の発電量を抑制することにより効率的な電気エネルギーの使用を実現する移動体制御装置について説明する。

なお、本実施の形態では移動体が鉄道車両の場合を例に説明するが、例えば自動車、新交通車両などの他の移動体であってもよい。

図１は、本実施の形態に係る移動体制御装置の構成の一例を示すブロック図である。

移動体１は、集電装置２，３、電圧変換器４、交流直流変換器５、母線６、直流交流変換器７、駆動装置８、駆動制御装置９、燃料保存部１０、電気エネルギー発生装置１１、発生制御装置１２、電気エネルギー蓄積装置１３、蓄積制御装置１４、伝送線１５、記録部１６、移動体制御装置１７、スイッチ１８を具備する。

集電装置２は、移動体１の回生ブレーキが利用された場合に発生した電気エネルギーを回生ブレーキから受け付ける。また、集電装置２は、移動体１に備えられている太陽電池などのような燃料がなくても発電を行う電気エネルギー発生装置から電気エネルギーを受け付ける。

そして、集電装置２は、受け付けられた電気エネルギーを、母線６経由で直流交流変換器７と電気エネルギー蓄積装置１３とのうち少なくとも一方に提供する。

集電装置３は、例えばパンタグラフ、第３軌条などであり、電流エネルギーを受け付ける。集電装置３がパンタグラフの場合、集電装置３は、架線から交流電流を受け付ける。

電圧変換器４は、集電装置３によって受け付けられた交流電流を、所定の電圧値に変換する。

交流直流変換器５は、電圧変換器４によって変換された交流電流を直流電流に変換し、母線６経由で、直流交流変換器７と電気エネルギー蓄積装置１３とのうち少なくとも一方に提供する。

直流交流変換器７は、交流直流変換器５、電気エネルギー発生装置１１、電気エネルギー蓄積装置１３から母線６経由で直流電流を受け付け、この直流電流を交流電流に変換し、駆動装置８に提供する。

駆動装置８は、直流交流変換器７から電気エネルギーを受け付け、駆動制御装置９からの命令にしたがって、受け付けられた電気エネルギーを用いて移動体１の走行動作を行う。駆動装置８の走行モードには、例えば力行、だ行、ブレーキ走行などがある。この駆動装置８は、移動体１に複数備えられてもよい。

駆動制御装置９は、駆動装置８毎に設けられている。駆動制御装置９は、移動体制御装置１７からの力行命令、だ行命令、ブレーキ走行命令、目標速度に車両速度を追従させるための速度命令を伝送線１５経由で受け付け、命令に応じた走行動作を駆動装置８に実行させる。なお、駆動制御装置９は、受け付けられた命令に応じて、駆動装置８の電流値を決定するとしてもよい。

燃料保存部１０は、電気エネルギー発生装置１１が発電を行うために必要とする燃料を保存する。

電気エネルギー発生装置１１は、発生制御装置１２からの命令にしたがって、燃料保存部１０の燃料を用いて発電を行う。電気エネルギー発生装置１１としては、例えば水素を燃料として発電を行う燃料電池が用いられる。電気エネルギー発生装置１１は、移動体１に複数備えられてもよい。

発生制御装置１２は、電気エネルギー発生装置１１毎に設けられている。発生制御装置１２は、移動体制御装置１７からの発電命令、発電停止命令を伝送線１５経由で受け付ける。

発生制御装置１２は、発電命令を受け付けた場合、この発電命令に応じて電気エネルギー発生装置１１に発電を実行させる。

一方、発生制御装置１２は、発電停止命令を受け付けた場合、この発電停止命令に応じて電気エネルギー発生装置１１に発電を停止させる。

さらに、発生制御装置１２は、電気エネルギー発生装置１１によって発生される電力量（例えば最大出力）を求め、この電力量を示す発生量データを伝送線１５経由で移動体制御装置１７に提供する。

電気エネルギー蓄積装置１３は、蓄積制御装置１４による制御にしたがって、交流直流変換器５から受け付けた直流電流と電気エネルギー発生装置１１から受け付けた電流とのうち、少なくとも一方を蓄積する。あるいは、電気エネルギー蓄積装置１３は、蓄積制御装置１４による制御にしたがって、蓄積されている電気エネルギーを放電して直流交流変換器７に提供する。電気エネルギー蓄積装置１３は、移動体１に複数備えられてもよい。

蓄積制御装置１４は、電気エネルギー蓄積装置１３毎に設けられている。蓄積制御装置１４は、移動体制御装置１７から、充電命令又は放電命令を伝送線１５経由で受け付ける。

蓄積制御装置１４は、移動体制御装置１７から充電命令を受け付けた場合、この充電命令に応じて電気エネルギー蓄積装置１３に充電を実行させる。

一方、蓄積制御装置１４は、移動体制御装置１７から放電命令を受け付けた場合、この放電命令に応じて電気エネルギー蓄積装置１３に放電を実行させる。

さらに、蓄積制御装置１４は、電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積されている電力量を求め、この電力量を示す蓄積量データを伝送線１５経由で移動体制御装置１７に提供する。

記録部１６には、地形データ１９、位置速度データ２０、許容範囲データ２１が記録されている。

地形データ１９は、移動体１の走行線路の地形を表す。例えば、地形データ１９は、走行線路の位置と標高との関係を表す。

位置速度データ２０は、移動体１の走行線路の各位置と速度との関係を表す。

許容範囲データ２１は、電気エネルギー発生装置１１で発生させることを許容する電気エネルギー量（電気エネルギーの発生許容範囲）と電気エネルギー蓄積装置１３で蓄積可能な電気エネルギー量（電気エネルギーの蓄積許容範囲）を表す。この許容範囲データ２１の示す発生許容範囲は、なるべく低いレベルで設定される。電気エネルギーの発生許容範囲を低く設定して運行する程、電気エネルギーの発生量が減少し、燃料の消費を低減できるためである。

移動体制御装置１７は、運転データ作成部２２、発生量受付部２３、蓄積量受付部２４、電力管理部２５、位置検出部２６、速度検出部２７、走行制御部２８、電気エネルギー受付部２９、電気エネルギー提供部３０、命令受付部３１を具備する。

運転データ作成部２２は、記録部１６に記録されている地形データ１９と位置速度データ２０とに基づいて、移動体１の各位置と走行モードとの関係を表す運転データを作成する。

図２は、地形データ１９の内容の一例を示す図である。

この地形データ１９では、移動体１が走行線路にそってＡ駅からＤ駅まで移動する場合の各位置とその標高との関係を表している。

図３は、位置速度データ２０の内容の一例を示す図である。

この位置速度データ２０では、移動体１が走行線路にそってＡ駅からＤ駅まで移動する場合の各位置とその速度との関係を表している。

図４は、上記地形データ１９と位置速度データ２０とに基づいて作成された運転データの内容の一例を示す図である。

この図４に示す運転データでは、移動体１が走行線路にそってＡ駅からＤ駅まで移動する場合の各位置における走行モードを表している。

運転データ作成部２２は、Ａ駅からＤ駅まで移動する各位置において、位置速度データ２０の表す速度を実現するための走行モードを決定し、運転データを作成する。

例えば、ある上り位置においては、力行が決定される。また、ある下り位置においては、位置速度データ２０の示す速度を実現可能とするだ行又はブレーキ走行が、決定される。また、他の下り位置においては、位置速度データ２０の表す速度を実現するために、力行が決定される場合がある。

そして、運転データ作成部２２は、運転データを伝送線１５経由で電力管理部２５に提供する。

発生量受付部２３は、発生制御装置１２から伝送線１５経由で発生量データを受け付け、受け付けられた発生量データを伝送線１５経由で電力管理部２５に提供する。

蓄積量受付部２４は、蓄積制御装置１４から伝送線１５経由で蓄積量データを受け付け、受け付けられた蓄積量データを伝送線１５経由で電力管理部２５に提供する。

位置検出部２６は、移動体１の走行位置を検出し、走行位置を示す位置データを伝送線１５経由で電力管理部２５と走行制御部２８とに提供する。

電力管理部２５は、図５に示すように、決定部２５ａ、第１依頼部２５ｂ、第２依頼部２５ｃを具備する。

架線から集電装置３に交流電流が受け付けられている通常状態においては、決定部２５ａは、電気エネルギー発生装置１１による発電は停止するとともに、電気エネルギー蓄積装置１３に充電を行う旨を決定する。

この結果、第１依頼部２５ｂは、伝送線１５経由で、発生制御装置１２に発電停止命令を提供し、第２依頼部２５ｃは、伝送線１５経由で、蓄積制御装置１４に充電命令を提供する。

これにより、通常状態においては、移動体１は、架線からの交流電流に基づく電気エネルギーにより走行するとともに、架線からの交流電流に基づく電気エネルギーを電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積することとなる。

電力管理部２５は、例えば、停電などが発生した場合など、架線から集電装置３に交流電流が受け付けられない状態においては、以下のような動作を行う。

電力管理部２５の決定部２５ａは、運転データ、発生量データ、蓄積量データ、位置データを受け付けるとともに、記録部１６の許容範囲データ２１を伝送線１５経由で読み出す。

決定部２５ａは、運転データに基づいて、電気エネルギー発生装置１１による電気エネルギー総発生量が許容範囲データ２１の示す所定の発生許容範囲となり、電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積量が許容範囲データ２１の示す所定の蓄積許容範囲となるように、移動体１の各位置に対して、電気エネルギー発生装置１１による電気エネルギー発生量と電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積量（放電量又は充電量）とを決定し、電力管理データを作成する。

図６は、電力管理データの一例を示す図である。この図６では、上記図４の運転データに対して決定された電力管理データの一例を表している。

例えば、決定部２５ａは、走行モードがブレーキ走行及びだ行の場合、回生ブレーキによって発生した電気エネルギーなど、集電装置２に受け付けられた電流を電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積する旨を決定する。

また、決定部２５ａは、走行モードが力行の場合、電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積された電気エネルギーを放電する旨を決定する。これにより、ブレーキ走行及びだ行時において蓄積された電気エネルギーが、その後の力行で使用される。

また、決定部２５ａは、力行が長く続き、蓄積量データの示す蓄積量が所定の値以下となる場合、電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積されている電気エネルギーに加えて、電気エネルギー総発生量が所定の発生許容範囲となるとともに、電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積量が示す所定の蓄積許容範囲となるように、電気エネルギー発生装置１１により発電を行う旨を決定する。なお、決定部２５ａは、電気エネルギー発生装置１１による電気エネルギー発生量が移動体１の走行に必要な電気エネルギー量に満たない場合に、電気エネルギー発生装置１１によって発生された電気エネルギーを電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積し、その後電気エネルギー発生装置１１によって電気エネルギーを発生させるとともに、電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積されている電気エネルギーを放電する旨を決定するとしてもよい。

決定部２５ａは、発生量データの示す電気エネルギーの発生量が所定範囲を超えないように監視する。

また、決定部２５ａは、蓄積量データの示す電気エネルギーの蓄積量が電気エネルギー蓄積装置１３の許容蓄積量を超える場合には、電気エネルギー発生装置１１による電気エネルギーの発生を停止する旨を決定する。

以上の決定部２５ａの決定結果と位置データの示す位置とに基づいて、電力管理部２５の第１依頼部２５ｂは、移動体１が力行で所定間隔以上走行する地点に位置する場合、電気エネルギー発生装置１１による電気エネルギー総発生量が所定の発生許容範囲となるとともに、電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積量が示す所定の蓄積許容範囲となるような発電命令を、伝送線１５経由で発生制御装置１２に提供する。

一方、第１依頼部２５ｂは、発電命令を提供していない時点では、発電停止命令を伝送線１５経由で発生制御装置１２に提供する。

また、第１依頼部２５ｂは、電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積量が許容蓄積量を超える場合、発電停止命令を発生制御装置１２に提供する。

電力管理部２５の第２依頼部２５ｃは、決定部２５ａの決定結果と位置データの示す位置とに基づいて、ブレーキ走行及びだ行で走行する位置においては、充電命令を伝送線１５経由で蓄積制御装置１４に提供する。

一方、力行で走行する位置においては、第２依頼部２５ｃは、放電命令を伝送線１５経由で蓄積制御装置１４に提供する。

速度検出部２７は、移動体１の速度を検出し、速度を示す速度データを伝送線１５経由で走行制御部２８に提供する。

走行制御部２８は、位置検出部２６からの位置データと速度検出部２７からの速度データとを受け付けるとともに、記録部１６の位置速度データ２０を伝送線１５経由で読み出す。

走行制御部２８は、位置データの示す移動体１の位置において、速度データの示す速度を位置速度データ２０の示す速度とするための命令を、伝送線１５経由で駆動制御装置９に提供する。例えば、走行制御部２８は、移動体１の走行モードや目標速度に基づいて、この目標速度に追従するように移動体１の速度制御を行うか、あるいは直接移動体１の駆動装置８の電流値を決定する。

命令受付部３１は、スイッチ１８や集中管理システム３２から充電命令を受け付ける。なお、スイッチ１８は、移動体１に具備されており、ＯＮ状態になると充電命令を命令受付部３１に提供する。集中管理システム３２は、集中管理室のオペレータが充電する旨の操作を行った場合に、充電命令を命令受付部３１に提供する。

命令受付部３１は、スイッチ１８又は集中管理システム３２から充電命令を受け付けた場合に、伝送線１５経由で発生制御装置１２に充電命令を提供し、伝送線１５経由で蓄積制御装置１４に蓄積命令を提供する。これにより、電気エネルギー発生装置１１によって電気エネルギーを発生させ、電気エネルギー発生装置１１によって発生された電気エネルギーを電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積させることが可能となる。

電気エネルギー受付部２９は、外部から受け付けた電気エネルギーを、母線６経由で電気エネルギー蓄積装置１３に提供し、蓄積する。

電気エネルギー提供部３０は、電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積されている電気エネルギーを外部に提供する。

以上のような構成を持つ移動体制御装置１７の運用の具体例について以下で説明する。

電力管理部２５は、走行線路の中に複数の区間を設定し、各区間において基準とする電気エネルギー発生装置１１の電気エネルギー発生量を、走行線路全体の電気エネルギー総発生量が最小となるように決定する。電力管理部２５は、電気エネルギー発生装置１１の電気エネルギー発生量と電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積量との間で調整を行い、電気エネルギー発生量を走行線路全体で決定する。すなわち、電力管理部２５は、電気エネルギー発生装置１１の電気エネルギー発生量に従属して電気エネルギー蓄積装置１３の充放電量を決定する。

また、電力管理部２５は、自動で起動トルク不足を予測・推定・検知する処理、一時的に電気エネルギーを発生させる処理を実行する。

信号制御や機器の異常・故障時において所定の起動力が得られない場合、電気エネルギー発生装置１１の電気エネルギー発生量だけでは起動加速度が不足する場合などにおいて、電力管理部２５は、電気エネルギー発生装置１１で発生させた電気エネルギーを一旦電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積し、蓄積後に電気エネルギー発生装置１１の発生した電気エネルギーと電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積されている電気エネルギーとを走行に用いる旨を決定する。

電気エネルギー提供部３０は、夜間など移動体１が走行しない時間帯に、電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積された電気エネルギーを外部（例えば地上）の蓄積装置に移動させるために利用される。これにより、電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積されていた電気エネルギーを、地上の照明などに使用することができる。

電気エネルギー受付部２９は、移動体１の走行に用いるために、外部の蓄積装置から電気エネルギー蓄積装置１３に電気エネルギーを移動させる。

スイッチ１８がＯＮ状態となった場合及び移動体１の運行を管理する集中管理システムで充電する旨が設定されると、命令受付部３１は、随時、電気エネルギー発生装置１１により電気エネルギーを発生させ、電気エネルギー蓄積装置１３に蓄積させる。

なお、充電は、予め設定された時刻、位置、速度において行われるとしてもよい。

例えば、移動体１の一部で故障が発生した場合、想定外の位置で移動体１が一旦停止した場合に、駆動力が足りない場合がある。このような場合に、自動で、充電が行われるとしてもよい。

以上説明した本実施の形態では、電気エネルギー発生量と電気エネルギー蓄積量とを適切に決定でき、走行のための総エネルギー量を削減できる。

本実施の形態では、電気エネルギー発生装置１１による電気エネルギー総発生量を低減させることができるとともに、電気エネルギー発生装置１１の装置規模と電気エネルギー蓄積装置１３の容量とを最適化でき、移動体１の定時運転と電気エネルギー発生量削減との調和を図ることができる。

本実施の形態では、電気エネルギー利用率が向上し、電気エネルギー発生装置１１と電気エネルギー蓄積装置１３を小型化することができる。

移動体１は、安定的に電力の供給を受けることができ、停電時でも走行可能であり、移動体１による輸送が安定化する、
なお、本実施の形態において、移動体１内の各データのやり取りは、提供側が例えば記録部１６などの記録手段にデータを記録し、受付側が記録手段からデータを読み出して実現されるとしてもよい。例えば、運転データ作成部２２は、運転データを伝送線１５経由で記録部１６に記録し、電力管理部２５は、伝送線１５経由で記録部１６から運転データを読み出すとしてもよい。

（第２の実施の形態）
本実施の形態では、上記第１の実施の形態で説明した電力管理データを外部から受け付ける移動体制御装置について説明する。

図７は、本実施の形態に係る移動体制御装置の構成の一例を示すブロック図である。

本実施の形態に係る移動体制御装置３３は、上記第１の実施の形態に係る移動体制御装置１７の運転データ作成部２２を削除し、上記第１の実施の形態に係る移動体制御装置１７の電力管理部２５に代えて電力管理部３４を具備する。

なお、移動体制御装置３３の他の部分については、上記第１の実施の形態に係る移動体制御装置１７と同様であるため、図７で図示すること及び説明を省略する。

また、移動体１に移動体制御装置３３を具備する場合には、地形データ１９及び許容範囲データ２１は、移動体１の記録部１６に記録されていなくてもよい。

電力管理部３４は、データ受付部３５と、第１依頼部２５ｂ、第２依頼部２５ｃを具備する。

データ受付部３５は、移動体１の移動前又は移動中に、外部から電力管理データを受け付ける。例えば、データ受付部３５は、集中管理システム３２から伝送線１５経由で電力管理データを受け付ける。この場合、電力管理データは集中管理システム３２で作成される。

外部からデータ受付部３５に受け付けられる電力管理データでは、各種の制御パラメータの値が設定されている。

本実施の形態では、移動体１に具備される移動体制御装置３３の構成を簡略化するとともに、上記第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（第３の実施の形態）
本実施の形態では、走行スケジュールに基づいて、電気エネルギー発生装置の発電量を抑制し、効率的な電気エネルギーの使用を実現する移動体制御装置について説明する。

図８は、本実施の形態に係る移動体制御装置の構成の一例を示す図である。

本実施の形態に係る移動体３６は、上記第１の実施の形態で説明した移動体１と、記録部１６の記録内容が異なる。

また、移動体３６は、上記第１の実施の形態に係る移動体１の移動体制御装置１７に代えて移動体制御装置３７を具備する。

なお、移動体３６の他の部分については、上記第１の実施の形態に係る移動体１と同様であるため、図８で図示すること及び説明を省略する。

移動体３６の記録部１６には、地形データ１９、走行スケジュールデータ３８、特性データ３９、許容範囲データ２１を具備する。

走行スケジュールデータ３８は、運行ダイヤなどの走行スケジュール（走行計画）を表す。例えば、各駅での到着時刻、発進時刻を表す。

特性データ３９は、電気エネルギー発生装置１１による電気エネルギーの発生特性と、電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積特性とを表す。

移動体制御装置３７は、上記第１の実施の形態に係る移動体制御装置１７の運転データ作成部２２を削除し、上記第１の実施の形態に係る移動体制御装置１７の電力管理部２５及び走行制御部２８に代えて電力管理部４０及び走行制御部４１を具備する。

なお、移動体制御装置３７の他の部分については、上記第１の実施の形態に係る移動体制御装置１７と同様であるため、図７で図示すること及び説明を省略する。

電力管理部４０は、決定部４２、２５ｂ、２５ｃを具備する。

通常状態においては、決定部４２は、電気エネルギー発生装置１１による発電は停止するとともに、電気エネルギー蓄積装置１３に充電を行う旨を決定する。

この結果、第１依頼部２５ｂは、伝送線１５経由で、発生制御装置１２に発電停止命令を提供し、第２依頼部２５ｃは、伝送線１５経由で、蓄積制御装置１４に充電命令を提供する。

電力管理部４０は、集電装置３が架線から交流電流を受け付けない状態において、以下のような動作を行う。

電力管理部４０の決定部４２は、発生制御装置１２からの発生量データ、蓄積制御装置１４からの蓄積量データ、位置検出部２６からの位置データを受け付けるとともに、記録部１６の地形データ１９、走行スケジュールデータ３８、特性データ３９、許容範囲データ２１を伝送線１５経由で読み出す。

決定部４２は、現在の電気エネルギー発生装置１１の電気エネルギー発生量、現在の電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積量、現在の移動体３６の位置、移動体３６の走行線路、移動体３６の走行スケジュール、電気エネルギー発生装置１１による電気エネルギーの発生特性、電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積特性、発生許容範囲、蓄積許容範囲に基づいて、電気エネルギー発生装置１１による電気エネルギー発生量と電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積量（放電量又は充電量）とを決定し、電力管理データを作成する。

具体的には、決定部４２は、電気エネルギー発生装置１１による電気エネルギー総発生量が発生許容範囲となり、電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積量が蓄積許容範囲となり、移動体３６が走行スケジュールを満たすように、現時点における電気エネルギー発生装置１１の電気エネルギー発生量と電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積量（放電量又は充電量）とを決定し、電力管理データを作成する。

走行制御部４１は、地形データ１９と走行スケジュールデータ３８とを伝送線１５経由で記録部１６から読み出し、走行スケジュールを満たす目標速度で移動体３６の速度制御を行うか、あるいは直接移動体３６の駆動装置８の電流値を決定する。

以上説明した本実施の形態では、移動体３６の走行の定時性を確保することができ、電気エネルギーを効率的に用いることができ、安定した走行を実現できる。

（第４の実施の形態）
本実施の形態では、移動体制御装置の制御方法の具体例について説明する。本実施の形態に係る制御方法は、上記第１の実施の形態に係る移動体制御装置１７及び第２の実施の形態に係る移動体制御装置３３に有効である。

本実施の形態に係る制御方法では、駅間を一単位として定時運行可能な走行スケジュールがシミュレーションにより求められる。

各駅間の電気エネルギー発生量は、各駅間の合計の電気エネルギー発生量が最小となるように、評価関数を用いて算出される。

また、各駅間の電気エネルギー発生量は、電気エネルギー蓄積装置１３の電気エネルギー蓄積量が蓄積許容範囲となるように決定される。

シミュレーションにより次の駅の到着時間が予測され、この予測された到着時間が走行スケジュールで定められている到着時間を超えないように、移動体１の速度は決定される。

各時刻における駆動装置８によって使用される電気エネルギー量は、電気エネルギー発生装置１１から発生される電気エネルギー量と電気エネルギー蓄積装置１３から放電される電気エネルギー量とから定まるとしてもよい。例えば、移動体１の加速力を一定とするために、地形データに基づいて駆動装置８の電気エネルギー使用量を決定してもよい。あるいは、駆動装置８の電気エネルギー使用量を一定とし、結果的に移動体１の加速速度が変化するとしてもよい。

以上の事項を走行線路の各駅間で考慮し、走行線路全体の各駅間毎に発生許容範囲が設定される。

なお、この各駅毎の発生許容範囲は、例えば、集中管理システム３２などの外部の装置によって決定され、その後移動体１に受け付けられるとしてもよい。また、各駅毎の発生許容範囲は、移動体１の発進時又は出庫時に、当日の走行スケジュール、制限速度などを考慮して移動体１上で決定されるとしてもよい。

すなわち、許容範囲データ２１は、移動体１内で決定されてもよく、外部から受け付けてもよい。

各時点において駆動装置８によって使用される電気エネルギー量の分担は、その時点において移動体１の走行に必要な電気エネルギー蓄積量を移動体１の速度から決定し、走行に必要な蓄積量に実際の電気エネルギー蓄積量が満たない場合に、発生許容範囲の中で電気エネルギー発生装置１１に電気エネルギーを発生させる。

これにより、電気エネルギー発生量及び電気エネルギー資源使用量の最小化、低減を図ることができるとともに、電気エネルギー発生装置１１の発電能力と電気エネルギー蓄積装置１３の容量とを最適化できる。

（第５の実施の形態）
本実施の形態では、移動体が走行スケジュールを満たすように、各時点で動的に電気エネルギー発生量と電気エネルギー蓄積量とを決定する移動体制御装置の制御方法について説明する。本実施の形態に係る制御方法は、上記第３の実施の形態に係る移動体制御装置３７に有効である。

上記第４の実施の形態では、予めシミュレーションにより区間毎に電気エネルギー発生量が決定されるが、移動体の定時性を満たすように、各時点における電気エネルギー発生量と電気エネルギー蓄積量とを決定することまでは考慮されていない。

これに対して、本実施の形態では、移動体の定時性を考慮するとともに自動列車運転（ＡＴＯ）を想定し、移動体の電力管理と走行制御とを同時に行う。なお、自動列車運転を行わなくても、運転士に制御結果を運転支援データとして提供してもよい。

本実施の形態に係る制御方法において、移動体の走行制御部は、移動体の出発時に、乗り心地を考慮してジャーク制御又はマイナー制御を行った上で最大加速で出発する。

この出発時点で電気エネルギーが不足する場合、電力管理部は、所定の時間充電を行うか、あるいは不足分の電気エネルギーが補われる程度に充電を行い、その後出発する。

電力管理部は、リアルタイムに、移動体の速度、位置、電気エネルギー発生量、充電量又は放電量、電気エネルギー蓄積量をモニタリングする。

なお、電力管理部は、一定周期でモニタリングを行うとしてもよい。また、電力管理部は、予め設定されているタイミングやポイント、条件（例えば最高速度に達した場合など）で、モニタリングを行うとしてもよい。

また、電力管理部は、各種のモニタリング結果と、走行線路、走行条件（制限速度など）とに基づいて、次の駅の到着時刻を推定し、移動体が走行スケジュールにしたがって定時に到着するように、次の駅までの電気エネルギー発生量、電気エネルギー充放電量を、収束計算などを用いて決定する。

定時性の維持が困難と判断される場合、移動体が遅着すると推測される場合、電力管理部は、決定された速度による制約を外し、区間の電気エネルギー発生量が定格値を超えない範囲における最大の出力で設定するなど、遅延が生じないための制御を行う。

これにより、電気エネルギー蓄積装置を利用して電気エネルギー総発生量の最小化を計画的に行うことができ、また電気エネルギー蓄積装置の容量を最適化できる。そして、移動体の定時運転と電気エネルギー発生装置の電気エネルギー発生量の抑制との調和を取ることができる。

上記各実施の形態において、各構成要素は同様の動作を実現可能であれば自由に変形可能である。例えば、各構成要素の配置を変更させてもよく、また、各構成要素を自由に組み合わせてもよく、各構成要素を自由に分割してもよい。

例えば、移動体制御装置１７は、運転データ作成部２２、電力管理部２５、走行制御部２８を組み合わせたコントローラを具備するとしてもよい。

上記各実施の形態における運転データ作成部２２、電力管理部２５，３４，４０、位置検出部２６、速度検出部２７、走行制御部２８，４１、命令受付部３１、発生量受付部２３、蓄積量受付部２４の機能は、プログラムを読み込んだコンピュータにより実現されるとしてもよい。

この場合、プログラムは、それぞれ例えば磁気ディスク（フレキシブルディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリなどの記録媒体に書き込み、コンピュータに適用可能である。

また、このプログラムを通信媒体により伝送し、コンピュータに適用することも可能である。コンピュータは、プログラムを読み込み、プログラムによって動作が制御されることにより、運転データ作成部２２、電力管理部２５，３４，４０、位置検出部２６、速度検出部２７、走行制御部２８，４１、命令受付部３１、発生量受付部２３、蓄積量受付部２４としての機能を実現する。

本発明は、発電量に制限のある電気エネルギー発生装置と電気エネルギー蓄積装置とを具備する移動体を制御する分野に有効である。

本発明の第１の実施の形態に係る移動体制御装置の構成の一例を示すブロック図。 地形データの内容の一例を示す図。 位置速度データの内容の一例を示す図。 地形データと位置速度データとに基づいて作成された運転データの内容の一例を示す図。 電力管理部の構成の一例を示す図。 電力管理データの一例を示す図。 本発明の第２の実施の形態に係る移動体制御装置の構成の一例を示すブロック図。 本発明の第３の実施の形態に係る移動体制御装置の構成の一例を示すブロック図。

符号の説明

１，３６…移動体、２，３…集電装置、４…電圧変換器、５…交流直流変換器、６…母線、７…直流交流変換器、８…駆動装置、９…駆動制御装置、１０…燃料保存部、１１…電気エネルギー発生装置、１２…発生制御装置、１３…電気エネルギー蓄積装置、１４…蓄積制御装置、１５…伝送線、１６…記録部、１７，３３，３７…移動体制御装置、１８…スイッチ、１９…地形データ、２０…位置速度データ、２１…許容範囲データ、２２…運転データ作成部、２３…発生量受付部、２４…蓄積量受付部、２５，３４、４０…電力管理部、２５ａ，４２…決定部、２５ｂ…第１依頼部、２５ｃ…第２依頼部、２６…位置検出部、２７…速度検出部、２８…走行制御部、２９…電気エネルギー受付部、３０…電気エネルギー提供部、３１…命令受付部、３２…集中管理システム、３５…データ受付部、３８…走行スケジュールデータ、３９…特性データ

Claims (2)

1. 電気エネルギー発生装置と電気エネルギー蓄積装置とを具備する移動体を制御する移動体制御装置において、
   前記移動体の各位置と走行モードとの関係を表す運転データに基づいて、前記電気エネルギー発生装置の電気エネルギー総発生量が所定の発生許容範囲となるように、前記移動体の各位置に対する前記電気エネルギー発生装置の電気エネルギー発生量と前記電気エネルギー蓄積装置の放電量とを決定した結果を示す電力管理データを外部から受け付ける手段と、
   前記移動体の位置を検出する手段と、
   検出された移動体の位置に対する前記電気エネルギー発生装置の電気エネルギー発生量にしたがって、前記電気エネルギー発生装置に電気エネルギーの発生を依頼する手段と、
   前記検出された移動体の位置に対する前記電気エネルギー蓄積装置の放電量にしたがって、前記電気エネルギー蓄積装置に電気エネルギーの放電を依頼する手段と
   を具備する移動体制御装置。
2. 請求項１記載の移動体制御装置において、
   前記電気エネルギー発生装置の電気エネルギー発生量と前記電気エネルギー蓄積装置の放電量とは、前記電気エネルギー蓄積装置の蓄積量が所定の蓄積許容範囲となるように決定されることを特徴とする移動体制御装置。

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