JP4518820B2 - 高速運転支援装置 - Google Patents

Description

この発明は、列車を決められた時間内で効率運転するように支援する高速運転支援装置に関するものである。

高速運転する列車では、乗務員のハンドル扱いが頻繁になり、定時運転確保が困難になっている。また、ダイヤが乱れた時には、乗務員のハンドル介入によるバックアップ可能なことも必要である。
従来の効率運転を目的とした運転装置では、運転装置に内蔵された運転パターンに対して、力行オフを開始する地点を逐次計算する手法をとっていた。また、外乱により速度低下が発生した場合の力行オフ解除判定も逐次計算する手法をとっていた。
非特許文献１には、最適な省エネルギーの運転パターンをプログラム化し、このプログラムにより列車走行を制御することが、記載されている。

第５回ビークル・オートメーション・シンポジウム、日本自動制御協会、昭和５７年１月２６、２７日、Ｐ２３〜２６、三橋英一、居蔵和徳、半田哲、「鉄道車両より見た省エネルギー」

非特許文献１を含む従来の運転装置では、運転装置に運転路線のデータを蓄積しておき、決められた運転パターンに対する自動運転のみ実施が可能な構成であった。また、複雑な論理計算を装置内に組込み、逐次自立演算を行うため、１回当りの計算量が多く、演算周期が長くなり、定時運転の精度が悪くなるという問題点があった。
従来の運転装置では、一駅間に、通過時刻チェック箇所が複数点に渡る場合、それに応じた論理計算式を装置内に内蔵する必要があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、省エネルギー運転を行いながら、定時運転の精度を向上させることができる高速運転支援装置を得ることを目的にしている。

この発明に係わる高速運転支援装置においては、前駅からの走行距離を示すキロ程と列車速度に応じてキロ程で力行オフ走行した場合の次駅までの到達予測時間を、次駅までの路線勾配及び次駅までの路線曲線を考慮して予め計算し、この計算した到達予測時間をキロ程と列車速度との２次元データテーブルとして予め格納した走行パターンメモリ、及び制御開始指令に基づき、列車を運転制御すると共に、走行パターンメモリを用いて、力行オフ走行を開始する力行オフ開始点を計算する走行管理装置を備え、 走行管理装置は、次駅までの走行基準時間を設定し、この設定した走行基準時間と、力行オフ開始点までの走行時間及び力行オフ開始点から次駅までの到達予測時間の和との比較により、力行オフ開始点を決定し、制御開始指令に基づく列車の運転制御中に、手動によるハンドル操作が行われたことを検知した場合には、制御開始指令に基づく列車の運転制御を中断して手動運転に切替えると共に、手動運転中に、制御開始指令が入力されると、制御開始指令に基づく列車の運転制御を再開するものである。

この発明は、以上説明したように、前駅からの走行距離を示すキロ程と列車速度に応じてキロ程で力行オフ走行した場合の次駅までの到達予測時間を、次駅までの路線勾配及び次駅までの路線曲線を考慮して予め計算し、この計算した到達予測時間をキロ程と列車速度との２次元データテーブルとして予め格納した走行パターンメモリ、及び制御開始指令に基づき、列車を運転制御すると共に、走行パターンメモリを用いて、力行オフ走行を開始する力行オフ開始点を計算する走行管理装置を備え、 走行管理装置は、次駅までの走行基準時間を設定し、この設定した走行基準時間と、力行オフ開始点までの走行時間及び力行オフ開始点から次駅までの到達予測時間の和との比較により、力行オフ開始点を決定し、制御開始指令に基づく列車の運転制御中に、手動によるハンドル操作が行われたことを検知した場合には、制御開始指令に基づく列車の運転制御を中断して手動運転に切替えると共に、手動運転中に、制御開始指令が入力されると、制御開始指令に基づく列車の運転制御を再開するので、走行管理装置は、単純な論理計算により、定時運転の精度を向上すると共に、省エネルギー運転を行うことができる。

実施の形態１．
この発明は、走行パターンメモリに、ダ行開始キロ程と列車速度の２次元のデータとして、到達予測時間を格納しておき、この走行パターンメモリを参照することにより、走行管理装置によるダ行開始時の次駅への到達予測時間の計算を簡単に行うようにしたものである。
また、運転装置による自動運転の中でも、乗務員の運転操作の自由度を高めるべく、運転士の手動によるハンドル介入が行われた場合、定時運転制御を中断して手動運転に切りかえることができ、また、再び自動運転開始操作によって定時運転制御を開始することができるようにしたものである。

図１は、この発明の実施の形態１による高速運転支援装置を示す構成図である。
図１において、列車には、現在時刻を設定する時刻設定装置３と、走行開始を行うための操作部を有する制御開始操作部４と、ＡＴＣなどの地点毎の制限速度を出力する列車保安装置５と、運転者によってアクセル及びブレーキのハンドル操作されるハンドル８と、列車が現在どのキロ程にいるかを管理するキロ程管理装置６と、車軸に配置されたセンサからの速度信号を出力する速度発電機７とが、搭載され、さらに、行開始キロ程と列車速度の２次元のデータとして、到達予測時間が、予め計算され、格納されたフラッシュメモリなどの走行パターンメモリ２と、この走行パターンメモリ２を用いて、設定された駅間の走行基準時間に合致するように、力行オフ開始点（ダ行開始点）をマイクロコンピュータによって計算すると共に、力行指令及びブレーキ指令を出力する走行管理装置１とが、搭載されている。

この内、走行管理装置１と走行パターンメモリ２とにより、高速運転支援装置が構成される。走行管理装置１は、制御開始操作部４からの制御開始指令に従い、列車保安装置５からの制限速度と、速度発電機７からの速度信号を元に定速運転制御を行う。そして、キロ程管理装置６からのキロ程情報を元に、走行パターンメモリ２を用いて、定められた駅間走行基準時間を守る最適な力行オフ地点を導き出し、定時運転を実現する。また、時刻設定操作装置内の時刻設定装置３にて、装置内の時刻情報を設定（補正）する。なお、ハンドル８よりハンドル操作情報を入力し、定速運転制御中にハンドル操作が介入された場合は、定速運転制御を中断する。そしてその後、制御開始操作部４から制御開始指令が入力されると、定速運転制御を再開する。

図２は、この発明の実施の形態１による高速運転支援装置の走行パターンメモリのデータ構造を示す図である。
図２では、ダ行開始キロ程と列車速度の２次元のデータとして、それぞれの到達予測時間が格納されている。
図３は、この発明の実施の形態１による高速運転支援装置の定時運転の判定論理を示すフローチャートである。

図４は、この発明の実施の形態１による高速運転支援装置の定時運転走行パターンの例を示す図である。
図４において、Ｔｓｘは、Ａ駅からＸ点まで走行するのに要した時間であり、Ｔｅｘは、Ｘ点からＢ駅まで省エネ制御で走行した場合の到達予測時間である。Ｔｔは、走行基準時間である。
図５は、この発明の実施の形態１による高速運転支援装置の力行オフを複数箇所有する定時運転走行パターンの例を示す図である。
図５において、Ｔｔ１は、Ａ駅からＣ点までの走行基準時間であり、Ｔｔ２は、Ｃ点からＢ駅までの走行基準時間である。図５では、到達予測時間Ｔｅｘ１、Ｔｅｘ２が示されている。
図６は、この発明の実施の形態１による高速運転支援装置の一部手動運転を含む定時運転走行パターンの例を示す図である。

次に、動作について説明する。
列車の走行パターンは、例えば図４のように、列車保安装置５からの制限速度に準じた基本パターンにしたがって、走行管理装置１による定速運転制御により当初走行し、これに省エネルギーのために、次駅までの途中のダ行開始点から次駅までの間、ダ行走行を行う。このため、ダ行開始点をどこにするかを決める必要があるため、ダ行開始したときの到達予測時間を計算する必要があり、従来は、その都度計算していたので、時間を要したが、この発明では、走行パターンメモリ２に、予め速度及びキロ程毎の到達予測時間を記憶しておくことにより、マイクロコンピュータによるダ行開始点を求める計算を簡単にするようにしたものである。
この場合の、到達予測時間は、（１）現在の列車速度、（２）現在までの走行距離に基づき算出される次駅までの残走距離、（３）次駅までの路線勾配、（４）次駅までの路線曲線の四つのパラメータにより算出される。この算出されたものを走行パターンメモリ２に予め格納しておくのである。この計算は、通常のパソコンを用いて行うことができると共に、従来の計算方法に比べて、プログラムの開発期間も短縮することができる。

上述の基本パターンは、工事中や住宅地などのためのいろいろな規制により、列車保安装置５からの制限速度より以下の速度に制限され、その制限された走行パターンにより列車が走行されることもある。

高速運転支援装置の走行管理装置１は、図４に示されるように、駅出発からの経過時間を積算し（Ｔｓｘ）、キロ程及び列車の走行速度に応じて、走行パターンメモリ２から到着予測時間Ｔｅｘを導き出す。そして、駅間走行の予測時間を算出し、予め設定されている走行基準時間Ｔｔを守ることができると判定した場合、ダ行運転を開始し、省エネによる定時運転を行うようにしている。

また、走行パターンメモリ２を一駅間で複数回用い、それを組み合せることにより、図５に示すような、力行オフを複数箇所もつような走行パターンを実現することができる。

そして、図６に示すように、走行管理装置１による定速運転制御中にハンドル操作が介入された場合は、定速運転制御を中断する。そして、その後、制御開始操作部４からの制御開始指令により、定速運転制御を再開することができる。
この定速運転制御は、次のようにして行われる。
走行管理装置１内には、キロ程に応じたバランスノッチ情報をデータベースとして持っており、キロ程情報からバランスノッチを導き出す。ここで、バランスノッチとは、そのキロ程を一定速度で走行できると想定されるノッチである。次に、制限速度から目標速度を導き出す。通常は、目標速度＝（制限速度−３）ｋｍ／ｈである。列車の速度を目標速度に追従できるようにノッチを操作する。具体的には、バランスノッチを中心に、列車の速度に応じて目標速度に追従するようにノッチを上げ下げする。

次に、図３に基づき、走行管理装置１の定時・省エネルギー制御アルゴリズムについて説明する。
まず、走行基準時間Ｔｔの設定を行う（ステップＳ１）。この走行基準時間Ｔｔは、走行パターンメモリ２に予め格納しておき、走行管理装置１がこれを読み出して用いる。次に、前駅から今までの走行時間の積算を行い、Ｔｓｘを算出する（ステップＳ２）。次いで、走行パターンメモリ２を用いて、キロ程及び列車速度に応じた次駅への到達予測時間Ｔｅｘを算出する（ステップＳ３）。Ｔｓｘ＋Ｔｅｘ＜Ｔｔを判定し（ステップＳ４）、ｙｅｓであれば、ダ行制御開始する（ステップＳ５）。ｎｏであれば、ダ行制御を解除する（ステップＳ６）。

このように、実施の形態１によれば、走行パターンを走行パターンメモリを用いて計算するので、単純な論理計算をすればよく、定時運転の精度を向上することができる。このため、高速処理が可能で、コンピュータの性能への依存性が少なくなる。
また、走行パターンメモリの内容を組合せ使用することにより、複雑な目標走行パターンを実現することができる。
また、運転装置による自動運転の中でも、乗務員の運転操作を優先させることができ、自由度の高い運転を可能にする。
さらに、ダ行開始点の計算に要するプログラムの開発期間を短くすることができる。
また、走行パターンメモリのキロ程と速度の刻みを細かくすることにより、定時運転の精度を向上することができる。

この発明の実施の形態１による高速運転支援装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による高速運転支援装置の走行パターンメモリのデータ構造を示す図である。 この発明の実施の形態１による高速運転支援装置の定時運転の判定論理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による高速運転支援装置の定時運転走行パターンの例を示す図である。 この発明の実施の形態１による高速運転支援装置の力行オフを複数箇所有する定時運転走行パターンの例を示す図である。 この発明の実施の形態１による高速運転支援装置の一部手動運転を含む定時運転走行パターンの例を示す図である。

符号の説明

１ 走行管理装置
２ 走行パターンメモリ
３ 時刻設定装置
４ 制御開始操作部
５ 列車保安装置
６ キロ程管理装置
７ 速度発電機

Claims (4)

1. 前駅からの走行距離を示すキロ程と列車速度に応じて上記キロ程で力行オフ走行した場合の次駅までの到達予測時間を、次駅までの路線勾配及び次駅までの路線曲線を考慮して予め計算し、この計算した上記到達予測時間を上記キロ程と上記列車速度との２次元データテーブルとして予め格納した走行パターンメモリ、
   及び制御開始指令に基づき、列車を運転制御すると共に、上記走行パターンメモリを用いて、力行オフ走行を開始する力行オフ開始点を計算する走行管理装置を備え、
   上記走行管理装置は、上記次駅までの走行基準時間を設定し、この設定した走行基準時間と、上記力行オフ開始点までの走行時間及び上記力行オフ開始点から上記次駅までの到達予測時間の和との比較により、上記力行オフ開始点を決定し、
   上記制御開始指令に基づく列車の運転制御中に、手動によるハンドル操作が行われたことを検知した場合には、上記制御開始指令に基づく列車の運転制御を中断して手動運転に切替えると共に、手動運転中に、上記制御開始指令が入力されると、上記制御開始指令に基づく列車の運転制御を再開することを特徴とする高速運転支援装置。
2. 上記走行管理装置は、上記力行オフ開始点までは、許容速度の上限で走行する基本パターンにより上記列車の運転制御を行うことを特徴とする請求項１記載の高速運転支援装置。
3. 上記走行管理装置は、上記力行オフ開始点までは、許容速度の上限より抑えた速度で走行する走行パターンにより上記列車の運転制御を行うことを特徴とする請求項１記載の高速運転支援装置。
4. 上記走行管理装置は、上記力行オフ走行の開始後に、上記設定された走行基準時間で走行できないと判断される場合には、上記力行オフ走行を解除することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の高速運転支援装置。

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