JP4421428B2 - 車両の定位置停止自動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両の定位置停止自動制御装置に係わり、特にブレーキノッチを順次切換ることにより車両を目標停止位置に自動的にかつスムースに停止させる車両の定位置停止自動制御装置に関する。

電車の中には、車両を駅の停留所等の目標停止位置に自動的に停止させる車両の定位置停止自動制御装置が組込まれて場合がある。

この車両の定位置停止自動制御装置においては、例えば図４に示すように、列車が所定の減速度で減速し、目標停止位置に停止できるような目標パターンＡを予め作成する。うなわち、この目標パターンＡは、目標停止位置までの各位置と該当位置における目標速度との関係を示す。そして、一点鎖線で示す実際の車両速度Ｖが目標パターンＡに追従するようにブレーキノッチを操作して車両のブレーキ制御を行う。

上述したように、目標パターンＡは各位置における目標速度であり、目標パターンＡの速度と該当位置における実際の列車の速度Ｖを比較し、列車の速度Ｖが高ければブレーキノッチを上げる方向に、列車の速度Ｖが低ければブレーキノッチを下げる方向に制御を行うことで、実際の列車の速度Ｖを目標パターンＡに追従させ、列車を定められた目標停止位置に停止させる。

しかし、この車両の定位置停止自動制御装置においては、実際の車両速度Ｖが目標パターンＡに追従するようにブレーキノッチを操作して車両のブレーキ制御を行っていたので、列車の速度Ｖの目標パターンＡへの追従性を向上しようとすると、頻繁なブレーキノッチ切換が生じ、乗心地が悪くなったり、運転制御が不安定になったりする。一方，乗心地を優先して追従性を弱めると、列車の停止位置の精度が悪くなる。

このような問題を解決するため、ファジー推論を応用した定位置停車方法が提唱されている（特許文献１参照）。
このファジー推論を応用した定位置停車方法では、停止制御域の各時点で取り得る各ブレーキノッチについて減速距離（現在位置から停止位置までの距離）を演算して停止位置の誤差を予測し、現在ブレーキノッチの停止位置誤差が許容範囲であればそのブレーキノッチを保持することで、不要なブレーキノッチ変動を抑制している。このブレーキノッチ変更を行う際の制御則にファジー推論が用いられている。
特開昭５８−１９０２０４号公報

しかしながら、上述したファジー推論を応用した定位置停車方法においてもまだ改良すべき次のような課題があった。

すなわち、ファジー推論を用いた制御では、さまざまな状況に応じた運転士のノウハウなどを取り込む必要があり、きめ細かな制御が可能になる反面、制御則の構築や調整に長い期間が必要であり、かつ非常に煩雑である。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、十分な停止位置精度を確保した状態で、ブレーキノッチの切換回数を極力低減でき、乗客の乗り心地を向上でき、さらに制御則や調整の簡素化を図ることができる車両の定位置停止自動制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解消するために本発明の車両の定位置停止自動制御装置においては、車両の現在速度、現在位置、及び現在ブレーキノッチを含む現在の車両状態データを取得する車両状態データ取得手段と、各ブレーキノッチにおける車両の減速度及びブレーキノッチ切換時の応答遅れ時間を含むブレーキ特性データを記憶保持するブレーキ特性データ保持部と、車両状態データ取得手段で取得した車両状態データとブレーキ特性データ保持部で保持されているブレーキ特性データに基づき、現在速度での現在ブレーキノッチから各ブレーキノッチに切換えた時の現在位置から停止位置までの距離を示す各減速距離を演算する減速距離演算手段と、減速距離演算手段で演算した各ブレーキノッチでの減速距離と目標停止位置とに基づいて選択したブレーキノッチをブレーキ制御指令と決定するブレーキ制御指令決定手段と、ブレーキ制御指令決定手段によって決定されたブレーキ制御指令をブレーキ装置に出力するブレーキ制御指令出力手段とを備え、前記ブレーキ制御指令決定手段は、前記減速距離演算手段で演算した減速距離が、現在位置と目標停止位置とに基づいて求めた減速距離上限値を超えないブレーキノッチで最も弱いブレーキノッチをブレーキ制御指令として選択する。

このように構成された車両の定位置停止自動制御装置においては、ブレーキ特性データ保持部には、ブレーキノッチにおける車両の減速度及びブレーキノッチ切換時の応答遅れ時間を含むブレーキ特性データが記憶保持されている。そして、減速距離演算手段にて現在速度での現在ブレーキノッチから各ブレーキノッチに切換えた時の現在位置から停止位置までの距離を示す各減速距離が算出される。例えば現在位置から目標停止位置までの距離は既知であるので、この距離に近似する減速距離を有するブレーキノッチを選択してブレーキ制御指令と決定すればよい。

このように、現在位置から目標停止位置までの距離に近似する減速距離を有するブレーキノッチが選択されるので、ブレーキノッチの切換回数を、従来の車両速度を目標パターンに追従させる場合に比較して、大幅に低下できる。

また、別の発明は、上述した発明の車両の定位置停止自動制御装置における減速距離上限値は、現在位置から目標停止位置までの距離範囲の上限値である。

さらに別の発明は、上述した発明の車両の定位置停止自動制御装置に対して、車両状態データ取得手段で得られた各ブレーキノッチで減速中の車両速度の時系列データに基づいて実際の車両の該当ブレーキノッチの減速度を演算し、この演算した減速度でブレーキ特性データ保持部に記憶保持した該当ブレーキノッチの減速度を更新する減速度演算手段を備えている。

このように、減速度演算手段を備えることによって、ブレーキ特性データ保持部に記憶保持されている各ブレーキノッチの減速度が、実際に測定された該当ブレーキノッチの最新の減速度で更新されるので、減速距離演算部で算出される、各ブレーキノッチでの減速距離の精度が向上する。

さらに別の発明は、上述した発明の車両の定位置停止自動制御装置に対して、現在速度と予め定められた目標平均減速度に基づいて定位置停止制御開始位置を演算し、現在位置が定位置停止制御開始位置を超えた時点で、減速距離演算手段へ演算開始指示を行う定位置停止制御開始位置演算手段を備えている。

このように、定位置停止制御開始位置演算手段を設けることにより、常に、目標停止位置から一定距離遡った一定位置から自動的に停止制御が開始する。

さらに、本発明の車両の定位置停止自動制御装置はＡＴＣ装置又はＡＴＯ装置内に組込まれている。

本発明の車両の定位置停止自動制御装置においては、現在速度での現在ブレーキノッチから各ブレーキノッチに切換えた時の現在位置から停止位置までの距離を示す各減速距離を算出し、現在位置から目標停止位置までの距離に近似する減速距離を有するブレーキノッチを選択してブレーキ制御指令としている。

したがって、十分な停止位置精度を確保した状態で、ブレーキノッチの切換回数を極力低減でき、乗客の乗り心地を向上でき、さらに制御則や調整の簡素化を図ることができる。

以下、本発明の各実施形態を図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係わる車両の定位置停止自動制御装置が搭載された列車の模式図である。
この列車１内には、コンピュータ等の情報処理装置で形成された車両の定位置停止自動制御装置２、地上子検出部３、速度検出部４、速度位置検出部５、ブレーキ装置６、ブレーキノッチ検出部７が設けられている。

車両の定位置停止自動制御装置２内には、車両状態データ検出部８、減速度演算部９、ブレーキ特性データ保持部１０、定位置停止制御開始位置演算部１１、減算距離演算部１２、ブレーキ制御指令決定部１３、ブレーキ指令出力部１４が組込まれている。

次に、上述した各部３〜１４の詳細構成及び詳細動作を順番に説明していく。
例えば、車輪１５を駆動するモータに取付けられた回転計等の速度検出部４からの速度情報と、レール１６に沿って配設されたトランスポンダなどの地上子の信号を検出する地上子検出部３からの位置情報とに基づいて、速度位置演算部５は列車１の現在速度と現在位置を演算する。

速度位置演算部５は演算した車両１の現在速度と現在位置を車両の定位置停止自動制御装置２内の車両状態データ取得部６へ送出する。さらに、ブレーキノッチ検出部７は、ブレーキ装置６に対して現在印加されている現在のブレーキノッチを取得し、車両状態データ取得部６へ送出する。

車両状態データ取得部６は、入力された現在速度、現在位置、現在ブレーキノッチ等からなる現在の車両状態データを減速度演算部９、定位置停止制御開始位置演算部１１、減算距離演算部１２へ送出する。

ブレーキ特性データ保持部１０内には、ブレーキ装置６に対して印加される例えば４種類のブレーキノッチ（ブレーキノッチ［１］、［２］、［３］、［４］）の各ブレーキノッチにおける列車１の減速度及びブレーキノッチ切換時の応答遅れ時間を含むブレーキ特性データが記憶保持されている。なお、ブレーキノッチ［１］の減速度はブレーキノッチ［２］の減速度よりも小さい。従って、この実施形態においては、ブレーキノッチ［４］の減速度が最も大きい。

減速度演算部９は、車両状態データ取得部８で得られた各ブレーキノッチで減速中の車両（列車）速度の時系列データに基づいて実際の列車１の該当ブレーキノッチの減速度を演算し、この演算した減速度でブレーキ特性データ保持部１０に記憶保持した該当ブレーキノッチの減速度を更新する。

具体的には、減速度の演算は、ブレーキノッチ切換え発生からノッチ切換え時の応答遅れ時間が経過し、当該ブレーキノッチの所定のブレーキ力が発生していると考えられる条件下で行う。例えばある時点から、車上で認識している減速度による次の制御周期の速度予測値と、実際の車両速度の比較を開始し、両者の差に基づいて実際の減速度を演算する。

このように、ブレーキ特性データ保持部１０に記憶保持されている各ブレーキノッチの車両の減速度は、常時最新のデータに更新されるので、現在時点における晴天、雨天、温度等の気象条件を正確に反映したものとなる。

定位置停止制御開始位置演算部１１は、現在速度と予め定められた目標平均減速度に基づいて定位置停止制御開始位置を演算し、現在位置が定位置停止制御開始位置を超えた時点で、減速距離演算部１２へ演算開始指示を行う。

具体的手法を図２（ａ）を用いて説明する。図２（ａ）は、列車１が例えば駅内に設置された目標停止位置に停止するまでの各位置と列車１の実際の速度Ｖとの関係を示す図である。列車１が目標停止位置に停止するまでの各位置は、高速からの減速制御区間Ｂａ、定速走行区間Ｂｂ、定位置停止制御区間Ｂｃとに分割される。定位置停止制御開始位置演算部１１は、定位置停止制御区間Ｂｃの開始位置を演算する。

図２（ａ）に示すように、高速からの減速制御区間Ｂａ内において、列車１は高速からの減速パターンに従って減速し、予め定められた一定速度Ｖｓを下回ったらブレーキノッチオフで定速走行を行う定速走行区間Ｂｂに移行する。列車１は定速走行区間Ｂｂ内において、定位置停止制御区間Ｂｃの開始位置まで惰行運転される。

定位置停止制御区間Ｂｃの開始の判断は以下の手順に従って行う。まず、現在速度と定位置停止制御の目標とする減速度に基づき、現在速度（＝一定速度Ｖｓ）から、図中点線で示す目標減速パターンに示す減速度で減速した場合の停止までの減速距離Ｌａを演算する。次に、現在速度（＝一定速度Ｖｓ）での空走距離Ｌｂ、すなわちブレーキ指令を出力してから実際にブレーキがかかるまでに走行する距離を演算する。減速距離Ｌａと空走距離Ｌｂの演算は制御周期毎に行い、現在位置から目標停止位置までの距離が、減速距離Ｌａに空走距離Ｌｂを加えた距離（Ｌａ＋Ｌｂ）を下回った位置を定位置停止制御区間Ｂｃの開始位置（制御開始位置）とする。

これは、運転手の手動介入などにより定速走行時の速度（＝一定速度Ｖｓ）がばらついた場合でも定位置停止制御の開始位置をずらすことによって、定位置停止制御中の平均減速度が所定の値に近くなるようにするためである。また、定位置停止制御開始時の減速度の大きな変動を抑制するために一旦弱めのブレーキを出力する場合は、空走距離Ｌｂにさらに弱めのブレーキによる減速距離の延長分を追加して、定位置停止制御の開始判断を行う。

定位置停止制御開始位置演算部１１は、現在位置が演算した定位置停止制御区間Ｂｃの開始位置を超えた時点で、減速距離演算部１２へ演算開始指示を行う。

減速距離演算部１２は、定位置停止制御開始位置演算部１１から演算開始指示を受領すると、車両状態データ取得部８で取得されている現在時点（定位置停止制御区間Ｂｃの開始位置）の車両状態データ（現在速度、現在位置、現在ブレーキノッチ）とブレーキ特性データ保持部１０で保持されているブレーキ特性データ（各ブレーキノッチにおける車両１の減速度及びブレーキノッチ切換時の応答遅れ時間）に基づき、現在速度（＝一定速度Ｖｓ）での現在ブレーキノッチから各ブレーキノッチ（ブレーキノッチ［１］、［２］、［３］、［４］）に切換えた時の現在位置から停止位置までの距離を示す各減速距離Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄を演算する。減速距離演算部１２は、演算した各減速距離Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄をブレーキ制御指令決定部１３へ送出する。

ブレーキ制御指令決定部１３は、減速距離演算部１２で演算した減速距離Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃、Ｌ₄が、現在位置と目標停止位置とに基づいて求めた減速距離上限値Ｌｍを超えないブレーキノッチで最も弱いブレーキノッチをブレーキ制御指令として選択する。なお、この実施形態においては、減速距離上限値Ｌｍは現在位置から目標停止位置までの距離範囲の上限値に設定されている。

このブレーキ制御指令決定部１３の具体的動作を図２（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。例えば、ブレーキノッチ［２］での減速距離Ｌ₂が減速距離上限値Ｌｍを超えていて、それより１段強いブレーキノッチ［３］での減速距離Ｌ₃が減速距離上限値Ｌｍ以内、さらに１段強いブレーキノッチ［４］でも減速距離Ｌ₄が減速距離上限値Ｌｍ以内となった場合、図２（ａ）に示すように、ブレーキノッチ［３］をこの時点（定位置停止制御区間Ｂｃの開始位置）のブレーキ制御指令として決定する。

ブレーキ制御指令出力部１４は、ブレーキ制御指令決部１３によって決定されたブレーキ制御指令をブレーキ装置６に出力する。

この時、ブレーキノッチ［３］が現在ブレーキノッチと異なった場合、ブレーキノッチ［３］をブレーキ制御指令出力部１４に出力後、ブレーキノッチ切換時の応答時間を考慮して、図２（ａ）に示すように、例えば１〜１．５秒の所定時間ブレーキノッチ［３］を保持する。ブレーキノッチ［３］出力後、所定時間経過したら、減速度上限値に基づくブレーキ制御指令の決定を再開し、ブレーキノッチ切換が発生しなければ前記ブレーキ指令決定の判断は制御周期毎に行う。

この例では、ブレーキノッチ［３］を出力後、停止までブレーキノッチ［３］の出力状態を保持すると、車両１は目標停止位置より手前に停止する。一方、すぐに弱いブレーキノッチ［２］に切換えると、目標停止位置を超えてしまうが、途中、適切なタイミングでブレーキノッチ［３］からブレーキノッチ［２］に切換えることにより列車１を目標停止位置に停止させることができる。

ブレーキノッチ［３］からブレーキノッチ［２］に切換えたときの減速距離は、図２（ｂ）に示すように、実際に印加されているブレーキノッチ［３］での減速が進むにつれて小さくなり、ある時点で減速距離上限値Ｌｍを下回る。したがって、この下回るタイミングでブレーキノッチ［３］からブレーキノッチ［２］に切換えることで列車１を目標停止位置に停止させることができる。

このように、ブレーキ制御指令決部１３において、強弱複数のブレーキノッチの出力時間配分で列車１の停止位置を調整し、強めのブレーキノッチから弱めのブレーキノッチへの切換えタイミングを、各ブレーキノッチでの減速距離の逐次演算で求めることにより、ブレーキノッチの切換を頻繁に行うことなく停止精度を確保でき、さらに制御則や調整を容易にできる。

なお、上述した実施形態の車両の定位置停止自動制御装置２においては、減速距離上限値Ｌｍは現在位置から目標停止位置までの距離範囲の上限値に設定されているが、この減速距離上限値Ｌｍを可変することも可能である。

すなわち、減速距離上限値Ｌｍを位置に応じて変化させることも可能である。例えば定位置停止制御区間Ｂｃの開始位置付近では、減速距離上限値Ｌｍを大きめにし、目標停止位置に近づくにつれて小さくする。この場合、定位置停止制御の開始時点はやや弱めのブレーキノッチが選択され、徐々に定位置制御の目標平均減速パターンに近いブレーキノッチが出力され、最終的にはブレーキ制御指令決定部１３により弱めのブレーキノッチが出力されるため、列車１の減速度変動を緩やかになり、乗客の乗り心地が向上する。

また、現在ブレーキノッチと同じブレーキノッチの減速距離に対してはやや大きめの減速上限値を設定することで、停止直前のブレーキノッチ切換えを抑制することも可能である。すなわち、低速ではブレーキノッチ１段あたりの減速距離の違いが小さいので、例えば，現在ブレーキノッチと同じブレーキノッチの減速距離に対して上限値５ｃｍオーバ程度を許容するようにし、停止時の乗り心地を優先することもできる。

（第２実施形態）
図３は本発明の第２実施形態に係わる車両の定位置停止自動制御装置が搭載された列車の模式図である。図１に示す第１実施形態に係わる車両の定位置停止自動制御装置２が搭載された列車１と同一部分には同一符号が付してある。したがって、重複する部分の詳細説明は省略する。

この第２実施形態の車両の定位置停止自動制御装置２は、列車１の加速、走行、停止を全て自動で行うＡＴＯ（自動列車運転）装置２２内、及び列車１の保安確保のために自動的にブレーキをかけるＡＴＣ（自動列車制御）装置２１内に組込まれている。

ＡＴＣ（自動列車制御）装置２１内において、車輪１５を駆動するモータに取付けられた回転計等の速度検出部４からの速度情報と、レール１６に沿って配設されたトランスポンダなどの位置補正地上子２０の信号を検出する地上子検出部３からの位置情報とに基づいて、速度位置演算部５は列車１の現在速度と現在位置を演算する。速度位置演算部５は演算した車両１の現在速度と現在位置を、ＡＴＯ（自動列車運転）装置２２内に組込まれた車両の定位置停止自動制御装置２へ送出する。車両の定位置停止自動制御装置２には、駆動装置・ブレーキ装置２９に対して現在印加されている現在のブレーキノッチが入力される。速度位置演算部５は演算した列車１の現在速度と現在位置をＡＴＣ機能部２８へ送出する。

ＡＴＯ（自動列車運転）装置２２内に組込まれた車両の定位置停止自動制御装置２は、入力された列車１の現在速度と現在位置と現在ブレーキノッチを用いて、列車１を目標停止位置に停止させるためのブレーキノッチを選択して、ブレーキ制御指令又は力行運転制御指令を自動運転制御（ＡＴＯ）機能部２３へ送出する。

ＡＴＣ（自動列車制御）地上装置２５から出力された進入可能範囲、制限速度を含む信号情報は、軌道回路２６を介して、列車１内のＡＴＣ信号受信部２７で受信されて、ＡＴＣ機能部２８へ送出される。ＡＴＣ機能部２８は、入力された列車１の現在速度と現在位置が許容できるか否かを進入可能範囲、制限速度で判断して、許容速度等のＡＴＣ情報をＡＴＯ（自動列車運転）装置２２へ送出する。さらに、ＡＴＣ機能部２８は、力行・ブレーキ指令選択部２４へ制御指令を送出する。

ＡＴＯ（自動列車運転）装置２２内の自動運転制御（ＡＴＯ）機能部２３は、入力されたブレーキ制御指令又は力行運転制御指令が、許容速度等のＡＴＣ情報の条件を満たすことを確認したのち、このブレーキ制御指令又は力行運転制御指令を力行・ブレーキ指令選択部２４へ制御指令を送出する。

力行・ブレーキ指令選択部２４は、ＡＴＣ機能部２８からの制御指令に基づいて、ブレーキ制御指令又は力行運転制御指令を選択して、駆動装置・ブレーキ装置２９に対して制御指令として送出する。

したがって、列車１は、車両の定位置停止自動制御装置２が組込まれたＡＴＯ（自動列車運転）装置２２及びＡＴＣ（自動列車制御）装置２１で良好に運転制御される。

本発明の第１実施形態に係わる車両の定位置停止自動制御装置が搭載された列車の模式図 同第１実施形態の車両の定位置停止自動制御装置の動作を示すタイムチャート 本発明の第２実施形態に係わる車両の定位置停止自動制御装置が搭載された列車の模式図 列車減速時における目標パターンと実際の速度との関係を示す図

符号の説明

１…列車、２…車両の定位置停止自動制御装置、３…地上子検出部、４…速度検出部、５…速度位置検出部、６…ブレーキ装置、７…ブレーキノッチ検出部、８…車両状態データ検出部、９…減速度演算部、１０…ブレーキ特性データ保持部、１１…定位置停止制御開始位置演算部、１２…減算距離演算部、１３…ブレーキ制御指令決定部、１４…ブレーキ指令出力部、１５…車輪、１６…レール、２１…ＡＴＣ（自動列車制御）装置、２２…ＡＴＯ（自動列車運転）装置

Claims (2)

1. 車両の現在速度、現在位置、及び現在ブレーキノッチを含む現在の車両状態データを取得する車両状態データ取得手段と、
   各ブレーキノッチにおける車両の減速度及びブレーキノッチ切換時の応答遅れ時間を含むブレーキ特性データを記憶保持するブレーキ特性データ保持部と、
   前記車両状態データ取得手段で取得した車両状態データと前記ブレーキ特性データ保持部で保持されているブレーキ特性データに基づき，現在速度での現在ブレーキノッチから各ブレーキノッチに切換えた時の現在位置から停止位置までの距離を示す各減速距離を演算する減速距離演算手段と、
   前記減速距離演算手段で演算した各ブレーキノッチでの減速距離と目標停止位置とに基づいて選択したブレーキノッチをブレーキ制御指令と決定するブレーキ制御指令決定手段と、
   前記ブレーキ制御指令決定手段によって決定されたブレーキ制御指令をブレーキ装置に出力するブレーキ制御指令出力手段と、
   を備え、
   前記ブレーキ制御指令決定手段は、前記減速距離演算手段で演算した減速距離が、現在位置と目標停止位置とに基づいて求めた減速距離上限値を超えないブレーキノッチで最も弱いブレーキノッチをブレーキ制御指令として選択することを特徴とする車両の定位置停止自動制御装置。
2. 前記減速距離上限値は、現在位置から目標停止位置までの距離範囲の上限値であることを特徴とする請求項１記載の車両の定位置停止自動制御装置。

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