JP4387846B2 - 列車制御装置 - Google Patents

Description

本発明は列車制御装置に係り、特に、自列車位置から所定の目標停止位置までの間に列車速度制御パターンを作成し、その作成された列車速度制御パターンに沿って列車を運転制御して列車をその目標停止位置に正確に停車できるようにしたものに関する。

従来、この種の列車速度制御パターンを作成して列車を所定の目標停止位置に停車させる列車制御装置は、自列車位置から所定の目標停止位置までの間に勾配が存在しなければ、その自列車位置から所定の目標停止位置までの走行距離、自列車の走行速度及び自列車のブレーキ性能の情報に基づいて列車制御パターンを作成し、その作成された列車制御パターンに沿って力行制御やブレーキ制御を行えば、列車を所定の目標停止位置に正確に停車させることが可能である。しかし、自列車位置から所定の目標停止位置までの間に上り勾配又は下り勾配が存在すると、この勾配を加味して列車制御パターンの作成を行わないと、列車が所定の目標停止位置の手前で停車したり、あるいはオーバーランして列車が所定の目標停止位置に停車させることができないという不都合が発生する。このため、従来の列車制御装置においては、自列車位置から所定の目標停止位置間に存在する勾配の情報をも加味して列車制御パターンが作成されるように構成されている。

上述のように、自列車位置から所定の目標停止位置までの間に勾配が存在するときの従来の列車制御装置は、その自列車位置から所定の目標停止位置までの間に存在する勾配のうち、最も下り傾斜の大きい勾配、すなわち最も制動距離が長くなる勾配（以下、このような勾配を「最悪勾配」という。）をその間の勾配として列車制御パターンの作成を行ったり、あるいは、自列車の先頭位置から所定の目標停止位置の間に存在する全勾配を平均して平均勾配を求め、その求められた平均勾配に基づいて列車制御パターンを作成するようにしている。

しかしながら、上記従来の最悪勾配を採用した列車制御装置においては、実際の勾配よりも値の大きい勾配、つまり、強い勾配情報に基づいて列車制御パターンが作成されるために、所定の目標停止位置の手前で列車が停車しがちであり、列車の高密度運転を行おうとするときに支障を来たすおそれがある。また、上記従来の平均勾配を採用した列車制御装置においては、勾配変化点の手前で平均勾配を算出したときに実際の勾配よりも緩い勾配を算出するおそれがあるので、これを防止するために停止距離やブレーキによる減速度に余裕を持たせなければならないという不便があった。

そこで、本出願人は、上述の平均勾配を採用したときの問題点を解決するために、列車の編成長さである列車長をも考慮した平均勾配に基づいて列車制御パターンを作成するようにした列車制御装置を提案している（特許文献１参照）。この提案に係る列車制御装置は、路線の勾配に関する情報を記憶した勾配情報記憶手段と、路線の勾配に応じた列車の減速性能に関する情報を記憶した列車情報記憶手段と、制御終端位置までの距離を示す距離情報の入力を受けて、前記勾配情報記憶手段に記憶された情報及び前記列車情報記憶手段に記憶された情報を基に、前記制御終端位置までの列車の許容速度を示す列車速度制御パターンを作成するパターン作成手段とを備えて構成され、前記制御終端位置までの区間に勾配切り替わり点が存在するとき、その切り替わり点前方に位置する列車部分の長さと、その切り替わり点後方に位置する列車部分の長さとに基づいて、列車存在区間の平均勾配値を求める平均勾配値演算手段と、前記パターン作成手段で作成された列車速度制御パターンを、前記平均勾配演算手段で求められた平均勾配値を用いて修正するパターン修正手段とを備えて構成されている。

上記構成からなる列車制御装置においては、距離情報がパターン作成手段に入力されると、勾配情報記憶手段及び列車情報記憶手段に記憶された路線勾配や列車減速性能に関する情報に基づいて、制御終端位置までの列車の許容速度を示す列車速度制御パターンが作成される。この作成された列車速度制御パターン上に路線の勾配切り替わり点が存在するときには、平均勾配値演算手段において、勾配切り替わり点前後に位置する列車部分の各長さに基づいて、列車存在区間の平均勾配値が計算される。そして、パターン修正手段においては、パターン作成手段で作成された列車速度制御パターンが平均勾配値を用いて修正されることで、列車長の影響を考慮した列車速度制御パターンが作成される。
特開２０００−１８４５１７号公報

上記提案に係る列車制御装置は、平均勾配値演算手段で列車長を考慮した平均勾配値を求め、パターン作成手段で作成した列車速度制御パターンを平均勾配値を用いてパターン修正手段で修正するようにしているので、実際の列車の減速度に合った列車速度制御パターンを作成することができ、より正確な列車の速度制御が可能となるばかりでなく、列車速度制御パターンの作成の際に設定される余裕距離を短くすることができるので、運転効率の向上を図ることが可能となるなどの特長を有している。

しかしながら、この列車長を考慮した平均勾配を採用した列車制御装置にあっては、平均勾配を算出する際、列車編成の各車両における勾配が算出されて平均勾配が算出されるが、列車が移動していて刻々位置を変えるので、現有の列車制御装置の処理能力では短時間で平均勾配算出と停止点距離を算出して列車制御パターンを作成するのに困難を伴い、もし、その平均勾配算出等を短時間で実現しようとすると、制御装置の演算容量を大きくしなければならないという新たな問題点が発生してしまうという欠点があった。

そこで、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、列車制御装置の演算処理の負荷を高めることなく、列車長を考慮した平均勾配に基づいて列車制御パターンを作成して列車の運転制御を行えるようにした列車制御装置を提供することにある。

本発明に係る列車制御装置は、上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、自列車位置から所定の目標停止位置までの間に勾配が存在するときにその勾配の情報を加味して所定の列車制御パターンを作成し、その作成された所定の列車制御パターンに沿って列車が走行するように運転制御を行う列車制御装置において、前記自列車の先頭位置及び前記所定の目標停止位置間の平均勾配である先頭位置平均勾配を算出する先頭位置平均勾配算出手段と、前記自列車の後尾位置及び前記所定の目標停止位置間の平均勾配である後尾位置平均勾配を算出する後尾位置平均勾配算出手段と、算出された先頭位置平均勾配及び後尾位置平均勾配を比較して制動距離が長くなる方の勾配を選択する選択手段と、選択された勾配の情報を加味して前記列車制御パターンを作成する列車制御パターン作成制御手段と、を有することを特徴としている。
本発明の請求項２に記載の列車制御装置は、列車制御パターン作成制御手段は、車上に記憶されている所定の情報及びその車上において検出された所定の情報に基づいて所定の列車制御パターンを作成するものであることを特徴としている。
本発明の請求項３に記載の列車制御装置は、列車制御パターン作成制御手段は、車上に記憶されている所定の情報、その車上において検出された所定の情報及び地上から得られた所定の情報に基づいて所定の列車制御パターンを作成するものであることを特徴としている。

本発明の請求項１に記載の列車制御装置は、自列車の先頭位置及び所定の目標停止位置間の平均勾配である先頭位置平均勾配を算出する先頭位置平均勾配算出手段と、前記自列車の後尾位置及び前記所定の目標停止位置間の平均勾配である後尾位置平均勾配を算出する後尾位置平均勾配算出手段と、算出された先頭位置平均勾配及び後尾位置平均勾配を比較して制動距離が長くなる方の勾配を選択する選択手段と、選択された勾配の情報を加味して前記列車制御パターンを作成する列車制御パターン作成制御手段とを有するので、２つの平均勾配を比較して大きい方の勾配を採用するだけで足りるから、演算処理負荷を高めることなく平均勾配の情報を用いて列車制御パターンを作成し、その作成された列車制御パターンに沿って列車を運転制御することができる。
また、本発明の請求項２に記載の列車制御装置は、列車制御パターン作成制御手段は、車上に記憶されている所定の情報及びその車上において検出された所定の情報に基づいて所定の列車制御パターンを作成するので、車上のみの情報に基づいて簡単に平均勾配の情報を用いた列車制御パターンを作成することができる。
本発明の請求項３に記載の列車制御装置は、列車制御パターン作成制御手段は、車上に記憶されている所定の情報、その車上において検出された所定の情報及び地上から得られた所定の情報に基づいて所定の列車制御パターンを作成するので、地上からの情報も得て平均勾配の情報を用いた列車制御パターンを作成することができる。

以下、本発明の最良の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、一実施の形態に係る列車制御装置の概略構成図であって、レールｒを走行する列車イには車上装置１ａが搭載されている。

この車上装置１ａには、データベース記憶部２、列車位置検知部３、速度，距離演算部４、勾配演算部５、パターン生成部６、速度照査部７及びブレーキ制御部８が含まれている。上記データベース記憶部２には、列車イの走行する線路であるレールｒの全長にわたる勾配情報（データ）が予め記憶されている。

上記列車位置検知部３は、車上子（アンテナ）ａを介して地上から得た情報及び車軸に設けられている速度発電機Ｇから得た情報を基に自列車（列車イ）位置を正確に検知できるように構成されている。すなわち、この列車位置検知部３は、周知の列車位置検知部と同様に、速度発電機Ｇから得られた情報を基に算出された自列車位置を車上子ａを介してレールｒ又は図示しない地上子を通過したときに得られた絶対位置で補正して自列車の先頭位置（図１において、列車イの右端位置）と、この先頭位置に列車イの編成長を加算して得られた自列車の後尾位置（図１において、列車イの左端位置）とを正確に把握できるように構成されている。そして、このようにして把握された列車位置情報は、速度，距離演算部４及び勾配演算部５にそれぞれ出力できるように構成されている。

上記速度，距離演算部４は、速度発電機Ｇから得た情報を基に自列車の現在の速度を算出するとともに、自列車位置から所定の目標停止位置までの距離（停止距離）を算出してパターン生成部６に出力できるように構成されている。また、上記勾配演算部５は、上記データベース記憶部２に記憶されている勾配情報、列車位置検知部３から得られた自列車位置及び速度，距離演算部４から得られた停止距離情報に基づいて、その停止距離における先頭位置平均勾配及び後尾位置平均勾配から最悪値の勾配を算出できるように構成されている。なお、この先頭位置平均勾配、後尾位置平均勾配及び最悪値の勾配については後に詳述する。

上記パターン生成部６は、上記速度，距離演算部４及び勾配演算部５から得た情報を基に自列車位置から所定の目標停止位置間に所定の列車制御パターンを作成できるように構成されている。すなわち、このパターン生成部６は、所定の目標停止位置において、列車速度が０となる停止パターンを作成できるように構成されている。そして、この作成された列車制御パターン（停止パターン）の情報は、速度照査部７に出力できるように構成されている。

上記速度照査部７は、上記パターン生成部６から得た列車制御パターンと自列車速度とを照査し、自列車速度が列車制御パターンを越えたとき、又は越えようとしているときにブレーキ制御部８に所定の情報（信号）を出力できるように構成されている。なお、図１では、速度照査部７への自列車の速度情報は、パターン制御部６を介して入力されるように構成されているが、速度，距離演算部４から直接入力されるようにしてもよい。

上記ブレーキ制御部８は、上記速度照査部７から得た情報を基にブレーキユニット９に対して所定のブレーキノッチ出力を出力できるように構成されている。したがって、ブレーキユニット９は、ブレーキ制御部８から入力したブレーキノッチ出力に応じて列車イに制動力を付加することができる。

図２及び図３は、上記図１に示される車上装置１ａの機能の一部を地上側に持たせたもので、これらは、いずれも地上側で、例えば、無線測距式等の周知の自列車把握手段により自列車（列車イ）位置を把握し、これを無線手段を用いて車上側に送信できるように構成されている。このため、図２に示される車上装置１ｂ及び図３に示される車上装置１ｃには、アンテナ２０ａを備えた受信部２０がそれぞれ設けられているとともに、図２に示される地上装置１０ａ及び図３に示される地上装置１０ｂには、アンテナ３０ａを備えた送信部３０がそれぞれ設けられている。

これら図２及び図３において、上記図１と同一構成要素には同一符号が用いられている。これら符号から明らかなように、図２に示される列車制御装置においては、地上側（地上装置１０ａ）からレール（線路）ｒの勾配情報と自列車の位置情報とが車上（列車イ）側に送信されて、上記図１に示される列車制御装置と同様に、車上において最悪値の勾配が算出されるように構成されている。また、図３に示される列車制御装置においては、地上側（地上装置１０ｂ）で最悪値の勾配が算出され、その算出された勾配情報が車上（列車イ）側に送信されるように構成されている。

さて、図４に示される線路を用いて列車制御パターン作成時に使用される最悪値の勾配について説明する。この図４において太線は、列車イが走行する線路の目標停止位置（図では停止点）までの走行距離中（図示の例では、列車イの先頭位置から目標停止位置までの停止距離は３７０ｍ）に存在する勾配状態を示している。また、ここでは、列車イの列車長は４０ｍとして示されている。

なお、この図４に示される勾配のうち、−１５．７‰が最も大きい下り勾配であるので、停止距離中の最悪勾配は−１５．７‰となり、もし、最悪勾配情報を用いて列車制御パターンを作成するときは、この情報が用いられる。

上記図４に示される線路勾配の列車イの先頭位置を基準にしたときの平均勾配である先頭位置平均勾配は、
（−３．５×１００）＋（２３＋５０）＋（０×７０）＋（−１５．７×１５０）／（１００＋５０＋７０＋１５０）＝−４．２０‰
となる。

他方、列車イの後尾位置を基準にしたときの平均勾配である後尾位置平均勾配は、
（−３．５×１４０）＋（２３×５０）＋（０×７０）×（−１５．７×１１０）／（１４０＋５０＋７０＋１１０）＝−２．８８‰
となる。

上記先頭位置平均勾配及び後尾位置平均勾配は、上述した勾配演算部５において行われ、そして、算出された２つの勾配値の大小が判定され、大きい方の勾配（最悪値の勾配）、すなわち制動距離が長くなる方の勾配が選択される。上述の例では、先頭位置平均勾配が−４．２０‰で後尾位置平均勾配の−１．８８‰よりも大きいので、先頭位置平均勾配の−４．２０‰の勾配が選択されてパターン生成部６に出力される。パターン生成部６では、上述したように、勾配演算部５から得られた最悪値の勾配を用いて列車制御パターンの作成が行われる。このように、勾配演算部５は、先頭位置平均勾配、後尾位置平均勾配及びこれら両勾配の大小を判定するだけで足りるので、列車制御装置の演算処理能力を高めなくとも、車両長を加味した平均勾配を用いて列車制御パターンを作成できる特長がある。

なお、上述の具体例から明らかなように、本発明において「自列車の先頭位置及び所定の目標停止位置間」というときは、自列車の先頭位置から所定の目標停止位置におけるその自列車の先頭位置までの距離を意味し、「自列車の後尾位置及び所定の目標停止位置間」というときは、自列車の後尾位置から所定の目標停止位置におけるその自列車の後尾位置までの距離を意味している。

以下、上述のように、先頭位置平均勾配及び後尾位置平均勾配のうち、勾配の大きい方の勾配である最悪値の勾配を採用した場合の安全性についての検証する。今、図５のようなモデル線路で考えると、列車イの先頭位置における平均勾配（先頭位置平均勾配）ＺL は、列車の先頭位置を０として、列車の停止点までの距離をＬS 、列車長をＬT 、各勾配をＺn 、勾配変化点の位置をＬn とすると、

となり、
列車最後部位置における平均勾配（後尾位置平均勾配）ＺT は、

となる。

次に、安全性の検証項目としてＺL とＺT の最悪値と、列車における平均勾配を算出し、ＺL とＺT が列車における平均勾配よりも安全側であることを証明する。このため、列車における平均勾配を考える上で、勾配変化点における列車の平均勾配の算出を行う。この算出のために、図６に示すような勾配変化を考える。この図６において、列車長をＬT とすると、列車先頭位置ｘに対する列車の勾配（編成中間の勾配）Ｚm は、

となる。これにより、列車先頭位置ｘが勾配変化点から列車長ＬT までの列車の平均勾配Ｚave は、

となる。

図５のモデル線における列車の平均勾配を勾配変化点付近の高度変化とそれ以外の区間の高度変化に分けて算出し、高度変化を停止距離で割ることで算出すると、勾配変化点付近における高度変化ΔＨM2は、

となる。

また、勾配変化点付近以外の区間の高度変化ΔＨM1は、

となり、この２つの高度変化ΔＨM1とΔＨM2から、列車に対する平均勾配ＺMaveを算出すると、

となる。この式を整理すると、

となる。

列車先頭位置の平均勾配と列車最後部位置の平均勾配のうち最悪値を採用するという条件を考慮すると２つのパターンが生じる。すなわち、列車先頭位置の平均勾配を採用するためには、先頭位置の平均勾配が最後部位置の平均勾配よりも最悪側（勾配が小さい）ことが条件となる。つまり、ＺT ＞ＺL でなければならない。この条件より数式１と数式２を用いると、

となり、これにより、

となる。この式で、ＬT は列車長、ＬS は列車位置から停止点までの距離であるので、

となり、つまり、列車先頭位置の平均勾配を採用するための条件は、

となる。

列車先頭位置の平均勾配を採用し、安全ではない状態になるには、列車編成中間位置の平均勾配が列車先頭位置の平均勾配よりも小さいことになる。この条件になるには、ＺL ＞ＺMaveであるので、数式１と数式７を用いて、

となり、これらを整理すると、

となる。この式でＬT は列車長、ＬS は列車位置から停止点までの距離であるので、ＬT ／ＬS ＞０より数式１４の条件は、

となる。

数式１２の条件と数式１５の条件が相反する条件となるので、列車先頭位置の平均勾配を採用した場合は、列車の平均勾配よりも危険側になることはない。列車最後部位置の平均勾配を採用するためには、列車最後部位置の平均勾配が列車先頭位置の平均勾配よりも最悪側（勾配が小さい）ことが条件となる。つまり、ＺL ＞ＺT でなければならない。この条件により、数式１と数式２を用いて、

となり、

となる。この式で、ＬT は列車長、ＬS は列車位置から停止点までの距離であるので、

となり、つまり、列車最後部位置の平均勾配を採用するための条件は、

となる。

列車最後部位置の平均勾配を採用し、安全ではない状態になるには、列車編成中間位置の平均勾配が列車最後部位置の平均勾配よりも小さいことになる。この条件になるには、ＺT ＞ＺMaveとなり、数式２と数式７を用いて、

となる。これを整理すると、

となる。この式で、ＬT は列車長、ＬS は列車位置から停止点までの距離であるから、

となり、よって、数式２１の条件は、

となる。

数式１９の条件と数式２３の条件が相反する条件となるので、列車最後部位置の平均勾配を採用した場合は、列車の平均勾配よりも危険側になることがないことが分かる。

本発明の一実施の形態に係る列車制御装置の概略構成図である。 本発明の他の実施の形態に係る列車制御装置の概略構成図である。 本発明のさらに他の実施の形態に係る列車制御装置の概略構成図である。 勾配を有する路線図の例である。 勾配を有する路線図の例である。 勾配を有する路線図の例である。

符号の説明

イ 列車
１ａ，１ｂ，１ｃ 車上装置
２ データベース記憶部
３ 列車位置検知部
４ 速度，距離演算部
５ 勾配演算部
６ パターン生成部
７ 速度照査部
８ ブレーキ制御部
９ ブレーキユニット
１０ａ，１０ｂ 地上装置
２０ 受信部
３０ 送信部
ｒ レール
Ｇ 速度発電機

Claims (3)

1. 自列車位置から所定の目標停止位置までの間に勾配が存在するときにその勾配の情報を加味して所定の列車制御パターンを作成し、その作成された所定の列車制御パターンに沿って列車が走行するように運転制御を行う列車制御装置において、
   前記自列車の先頭位置及び前記所定の目標停止位置間の平均勾配である先頭位置平均勾配を算出する先頭位置平均勾配算出手段と、
   前記自列車の後尾位置及び前記所定の目標停止位置間の平均勾配である後尾位置平均勾配を算出する後尾位置平均勾配算出手段と、
   算出された先頭位置平均勾配及び後尾位置平均勾配を比較して制動距離が長くなる方の勾配を選択する選択手段と、
   選択された勾配の情報を加味して前記列車制御パターンを作成する列車制御パターン作成制御手段と、
   を有することを特徴とする列車制御装置。
2. 請求項１に記載の列車制御装置において、列車制御パターン作成制御手段は、車上に記憶されている所定の情報及びその車上において検出された所定の情報に基づいて所定の列車制御パターンを作成するものであることを特徴とする列車制御装置。
3. 請求項１に記載の列車制御装置において、列車制御パターン作成制御手段は、車上に記憶されている所定の情報、その車上において検出された所定の情報及び地上から得られた所定の情報に基づいて所定の列車制御パターンを作成するものであることを特徴とする列車制御装置。

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