JP4772445B2 - 自動列車運転装置 - Google Patents

Description

本発明は、定位置停止制御を自動で行う自動列車運転装置に関するものである。

近年、列車の運行ダイヤは高密度化の傾向にあり、車両が所定停止位置を過走すると、停止位置を調整するため、列車運行遅延の原因となる。また、乗客の安全のため、ホームドアの設置が進んでおり、列車はホームドアの設置に合わせて精度良く停止する必要がある。一方、ベテランの運転士は年々減少する傾向にあり、今後、均一な運転が維持できなくなると危惧されている。均一な運転を維持し、列車運行遅延の虞を低減するため、定位置停止制御を自動で行う自動列車運転装置が提案されている。

ここで、定位置停止制御における減速開始時点を決定する主な手法として２つの手法を挙げることができる。本明細書では、これらの２つの手法をそれぞれ「逆引き方式」及び「前向き予測方式」と呼ぶ。

逆引き方式とは、図１３（ａ）に示すように、先に停止目標位置Ｐeを決めておき、これから列車の現在位置に向かって進行方向とは逆向きに減速距離Ｌa及び空走距離Ｌbを差し引くことにより減速開始地点Psを求めようとする手法である（例えば、特許文献１参照）。

ここで、空走距離Ｌbとは、図１３（ｂ）に示すように、空走時間Ｔb中の移動距離であり、空走時間Ｔbとはむだ時間Ｔb1と遅れ時間Ｔb2とを加算したものである。むだ時間Ｔb1とは、減速開始指令の出力時点ｔ1からノッチ信号の出力時点ｔ2までの時間であり、遅れ時間Ｔb2とは、時点ｔ2でブレーキ装置がノッチ信号を入力してから一定レベル以上のブレーキトルクを発生する時点ｔ3までの時間である。

一方、前向き予測方式とは、図１４に示すように、「前向き」すなわち列車進行方向に向かって列車の減速特性を予測することにより停止目標位置Ｐeに停止することが可能な減速開始地点を求めようとする手法である（例えば、特許文献２参照）。

つまり、最初に、地点Ps1から減速制御を行うこととした場合の停止目標位置を演算し、この停止目標位置が本来の正しい停止目標位置Peより手前側であれば、次に地点Ps2から減速制御を行うこととした場合の停止目標位置を演算する。この停止目標位置も本来の正しい停止目標位置Peより手前側であれば、更に次の地点Ps3から減速制御を行うこととした場合の停止目標位置を演算する。そして、このときの停止目標位置が本来の正しい停止目標位置Peに一致したのであれば、この地点Ps3を減速開始地点として採用する。

このように、進行方向に向かって前向きの予測演算を複数回繰り返すことにより減速開始地点を求める手法を前向き予測方式と呼ぶ。この前向き予測方式は、複数回の演算を繰り返し行わなければならないが、むだ時間等を求める演算アルゴリズムを簡単化することができ、短時間で演算を行うことが可能となる。
特願２００４−２５３２８１号 特開２００３−２３５１１６号公報

特許文献１に係る従来技術は逆引き方式により減速開始地点を求めるようにしているが、この逆引き方式だとむだ時間を求めるための演算アルゴリズムが複雑になって演算時間が長くなり、減速開始地点を求める演算を終了した時点では既にその減速開始地点を列車が通過してしまった後であるということも起こり得る。

一方、特許文献２に係る従来技術は演算アルゴリズムが簡単化された前向き予測方式により減速開始地点を求めているが、減速開始地点を求めた後の詳細な制御内容については開示されていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、簡単な演算アルゴリズムを用いながらも定位置停止制御の際の停止精度を向上させることが可能な自動列車運転装置を提供することを目的としている。

本発明は上記課題を解決するための手段として、列車の速度検出信号及び位置検出信号の入力に基づき、列車進行方向に向かう減速特性を演算し、そのときの列車停止位置を予測するために停止までの走行計画を算出する走行計画算出手段と、前記走行計画算出手段が算出した走行計画に基づいて、列車の車両を前記所定目標位置に停止させるための減速開始時点を、列車走行中に所定制御周期毎に判断する減速開始判断手段と、前記走行計画算出手段が算出した走行計画に基づいて、列車の車両を前記所定目標位置に停止させるための減速制御指令を、列車走行中に所定制御周期毎に演算して出力する減速制御手段と、前記走行計画算出手段が算出した走行計画に基づいて、列車の車両を前記所定目標位置に停止させるための最終位置決め制御指令を、列車走行中に所定制御周期毎に演算して出力する最終位置決め制御手段と、前記減速開始判断手段、前記減速制御手段、又は前記最終位置決め制御手段からの信号に基づき、ノッチ出力を決定するノッチ出力決定手段と、前記走行計画算出手段が算出した走行計画に係る減速曲線に対して、前記所定目標位置に停止させるための上限側減速曲線及び下限側減速曲線を設定し、この上限側減速曲線及び下限側減速曲線により囲まれる領域を予測制御領域として算出する予測制御領域算出手段と、を備えており、前記減速開始判断手段及び前記減速制御手段は、前記予測制御領域算出手段の算出した予測制御領域内で前記判断及び前記出力を行うものであり、もし前記列車の速度及び位置がこの予測制御領域から逸脱したときには、前記走行計画に基づく制御からフィードバック制御に切り換えることによって直ちに予測制御領域内に戻すようにし、一方、前記最終位置決め制御手段は、前記予測制御領域算出手段の算出した予測制御領域内で前記出力を行うものであるが、たとえ前記列車の速度及び位置がこの予測制御領域から逸脱しても前記走行計画に基づく制御を行う、ことを特徴とする。

本発明によれば、簡単な演算アルゴリズムを用いながらも定位置停止制御の際の停止精度を向上させることが可能な自動列車運転装置を提供することができる。

図１は、本発明の参考例に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図である。速度検出器１は、車輪の回転軸に取り付けられたパルスジェネレータ（ＰＧ）又はタコジェネレータ（ＴＧ）により構成されている。地上子検出器２は、軌道上に設置された地上子（トランスポンダ）を検出することにより列車の車両位置を検出するものである。速度・位置検出手段３は、これら速度検出器１及び地上子検出器２からの信号入力に基づき速度検出信号及び位置検出信号を出力するようになっている。

この参考例では、記憶部Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3が設けられている。記憶部Ｍ1には、各駅の停止目標位置や勾配、曲線などの路線条件データが記憶されており、記憶部Ｍ2には、ブレーキ特性、車両重量や制限速度等の車両モデルデータが記憶されており、記憶部Ｍ3には、定位置停止制御に関する制御条件データが記憶されている。

走行計画算出手段４は、速度・位置検出手段３からの速度検出信号及び位置検出信号の入力、並びに記憶部Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3からの各データの入力に基づき、列車の車両を所定目標位置に停止させるための走行計画を、既述した前向き予測の手法を用いて列車走行中に所定制御周期（例えば、５０〜１００ｍｓ）毎に算出するようになっている。

ここで、走行計画とは、列車の走行予定をノッチ出力、列車位置、及び列車速度などの組み合わせを用いて表したものである。予測用のブレーキモデルの誤差が小さければ、走行計画に従って現時点でのノッチ出力を抽出することで、走行計画通りの走行によって停止目標位置へ正確に停止することができる。

制御モード判定手段５は、速度・位置検出手段３からの速度検出信号及び位置検出信号の入力、及び記憶部Ｍ3からの制御条件データの入力に基づいて現在の制御モードを判定し、その判定信号を切換手段６を介して減速開始判断手段７、減速制御手段８、又は最終位置決め制御手段９のいずれかに出力するようになっている。切換手段６は入力端子６ａ，６ｂ，６ｃ及び切換接点６ｄを有しており、制御モード判定手段５の判定信号に応じて切換接点６ｄの位置が自動的に切り換わるようになっている。

減速開始判断手段７は、制御モード判定手段５からの判定信号を入力すると、減速開始時点をどの時点にすればよいかを求めるために、現在の列車の状態（速度、位置など）に基づき前向き予測の手法を用いて所定制御周期毎に仮走行計画を算出することを走行計画算出手段４に対して要求するようになっている。

この仮走行計画における停止予測位置が停止目標位置から大きく離れていれば、これを走行計画として採用せず（未だ減速開始を指令せず、惰行を指令する）、次の制御周期に再度仮走行計画を算出させるようになっている。そして、停止予測位置が停止目標位置に充分に近い仮走行計画が得られたならば、これを走行計画として採用し、この走行計画に基づき決まる減速開始時点でのノッチ指令信号をノッチ出力決定手段１０に出力するようになっている（この場合、次の制御周期は減速制御モードとなる）。

ここで、「ノッチ指令」とは「ブレーキノッチ」とも呼ばれるものであり、運転席のブレーキハンドルの位置（ノッチ位置）に応じた減速度（ブレーキ力）を得るための指令である。このノッチ指令はブレーキ力の大きさの順に複数段階（例えば、B1〜B７の７ノッチ）に分けられており、「ノッチB１」のノッチ指令が出力された場合は最もブレーキ力が小さく、「ノッチB７」のノッチ指令が出力された場合が最もブレーキ力が大きくなる。なお、車両の種類によっては、ノッチ数は７ノッチより大きな場合、又は小さな場合がある。また、近時はコンピュータによるきめ細かなブレーキ制御を行うためにノッチ数を非常に多くして、ブレーキ力をほぼ連続的に変化できるようにしている例もある。

減速制御手段８は、制御モード判定手段５からの判定信号を入力すると、減速開始時点以降の減速制御特性を求めるために、現在の列車の状態（速度、位置など）に基づき前向き予測の手法を用いて所定制御周期毎に１つ又は複数の仮走行計画を算出することを走行計画算出手段４に対して要求するようになっている。ここで、現在時点のブレーキノッチからどの位離れたノッチをいくつ候補とするかについては、制御条件データとして記憶部Ｍ３に記憶させておくようになっている。

例えば、現在時点のブレーキノッチ（例えばＢ４ノッチとする）から１ノッチずつ離れたノッチを候補とする場合であれば、Ｂ４±１の範囲はＢ３，Ｂ４，Ｂ５の３つとなるので、これら３つのブレーキノッチを用いた仮走行計画が算出される。あるいは、現在時点のブレーキノッチから１ノッチずつ及び２ノッチずつ離れたノッチを候補とする場合であれば、Ｂ４±２の範囲はＢ２，Ｂ３，Ｂ４，Ｂ５，Ｂ６の５つとなるので、これら５つのブレーキノッチを用いた仮走行計画が算出される。

そして、減速制御手段８は、算出された仮走行計画のうちで停止予測位置が停止目標位置に最も近い仮走行計画を走行計画として採用し、この走行計画に基づき決まる減速制御指令信号（ノッチ指令信号）をノッチ出力決定手段１０に出力するようになっている。

同様にして、最終位置決め制御手段９は、制御モード判定手段５からの判定信号を入力すると、減速制御以降の定位置停止制御特性を求めるために、現在の列車の状態（速度、位置など）に基づき前向き予測の手法を用いて所定制御周期毎に１つ又は複数の仮走行計画を算出することを走行計画算出手段４に対して要求するようになっている。

そして、最終位置決め制御手段９は、算出された仮走行計画のうちで停止予測位置が停止目標位置に最も近い仮走行計画を走行計画として採用し、この走行計画に基づき決まる減速制御指令信号（ノッチ指令信号）をノッチ出力決定手段１０に出力するようになっている。

ノッチ出力決定手段１０は、減速開始判断手段７、減速制御手段８、又は最終位置決め制御手段９からのノッチ指令信号を所定制御周期毎に入力し、これらの入力信号に基づき決定したノッチ出力信号をブレーキ出力作成手段１１に出力するようになっている。また、このノッチ出力信号は走行計画算出手段４にもフィードバック信号として出力される。なお、ノッチ出力決定手段１０は、変化率リミッタを有しており、ノッチ出力の急激な変化が抑制されるようになっている。

ブレーキ出力作成手段１１は、ノッチ出力決定手段１０からのノッチ出力の入力に基づきブレーキ出力を作成し、図示を省略しているブレーキ装置に対してブレーキ信号を出力するようになっている。なお、ブレーキ出力作成手段１１には、ノッチ出力決定手段１０からのノッチ出力信号の他に、図示を省略している手動運転装置から運転士の操作に基づくノッチ出力信号が入力されることもある。この場合、ブレーキ出力作成手段１１は、「マニュアル優先」又は「高位優先」などの論理に基づきブレーキ出力を作成してブレーキ信号を出力する。

次に、図１の動作につき説明する。列車走行中、速度・位置検出手段３は速度検出器１及び地上子検出器２からの信号入力に基づき速度検出信号及び位置検出信号を出力している。

走行計画算出手段４は、減速開始判断手段７、減速制御手段８、又は最終位置決め制御手段９のいずれかより仮走行計画算出の要求があると、この速度検出信号及び位置検出信号を入力すると共に記憶部Ｍ1〜Ｍ3の各データを入力し、更にノッチ出力決定手段１０からのフィードバック信号を入力して仮走行計画を算出し、これを減速開始判断手段７、減速制御手段８、又は最終位置決め制御手段９に出力する。

減速開始判断手段７、減速制御手段８、又は最終位置決め制御手段９は、所定周期毎に走行計画算出手段４に仮走行計画を算出させ、これら算出させた仮走行計画の中で最適なものを走行計画として採用する。

この場合、本参考例においては、減速制御手段８は、停止予測位置が停止目標位置より手前側の充分近い位置になっている仮走行計画のうちでブレーキ力が最も弱いものを走行計画として採用するようになっている。これにより、乗り心地の悪化を抑制することができ、また、以降の制御精度の低下も抑制することができる。

一方、制御モード判定手段５は、速度・位置検出手段３からの速度検出信号及び位置検出信号、及び記憶部Ｍ3からの制御条件データの入力に基づき、現在時点の制御モードを判定している。そして、現在時点の制御モードが減速開始判断モードと判定したのであれば、制御モード判定手段５は切換接点６ｄを入力端子６ａに位置させて、その旨の判定信号を減速開始判断手段７に出力する。

減速開始判断手段７は、制御モード判定手段５から判定信号を入力している間は、所定制御周期毎に走行計画算出手段４に仮走行計画を算出させ、その停止予測位置が停止目標位置に充分に近ければ走行計画として採用し、その最初のノッチをノッチ指令としてノッチ出力決定手段１０に出力する。ノッチ出力決定手段１０は、このノッチ指令の入力に基づきノッチ出力信号をブレーキ出力作成手段１１に出力し、ブレーキ出力作成手段１１は、このノッチ出力信号の入力に基づきブレーキ信号を図示を省略しているブレーキ装置に出力する。

次いで、制御モード判定手段５は、現在時点の制御モードを減速制御モードと判定し、切換接点６ｄを入力端子６ｂに位置させて、その旨の判定信号を減速制御手段８に出力する。

減速制御手段８は、制御モード判定手段５から判定信号を入力している間は、所定制御周期毎に複数のブレーキノッチにより走行計画算出手段４に仮走行計画を算出させ、停止予測位置が停止目標位置に最も近い仮走行計画を走行計画として採用し、そのノッチをノッチ指令としてノッチ出力決定手段１０に出力する。ノッチ出力決定手段１０は、このノッチ指令の入力に基づきノッチ出力信号をブレーキ出力作成手段１１に出力し、ブレーキ出力作成手段１１は、このノッチ出力信号の入力に基づきブレーキ信号を図示を省略しているブレーキ装置に出力する。

ここで、減速制御手段８は前述したように、所定制御周期毎に走行計画を新たに算出し、この新たに算出した走行計画に従ったノッチ指令をノッチ出力決定手段１０に出力しているが、ブレーキ出力作成手段１１から出力されるブレーキ信号が切り換わった直後である場合には、一定時間そのノッチ指令を保持するようにする。これはブレーキノッチの頻繁な切換（ハンチング）を防止するためである。

次いで、制御モード判定手段５は、現在時点の制御モードを最終位置決め制御モードと判定し、切換接点６ｄを入力端子６ｃに位置させて、その旨の判定信号を最終位置決め制御手段９に出力する。

最終位置決め制御手段９は、制御モード判定手段５から判定信号を入力している間は、所定制御周期毎に複数のブレーキノッチにより走行計画算出手段４に仮走行計画を算出させ、停止予測位置が停止目標位置に最も近い仮走行計画を走行計画として採用し、そのノッチをノッチ指令としてノッチ出力決定手段１０に出力する。ノッチ出力決定手段１０は、このノッチ指令の入力に基づきノッチ出力信号をブレーキ出力作成手段１１に出力し、ブレーキ出力作成手段１１は、このノッチ出力信号の入力に基づきブレーキ信号を図示を省略しているブレーキ装置に出力する。

ここで、最終位置決め制御手段９も減速制御手段８と同様に、ブレーキ出力作成手段１１から出力されるブレーキ信号が切り換わった直後である場合には、一定時間そのノッチ指令を保持して、ブレーキノッチのハンチングを防止するようにしている。しかし、最終位置決め制御においては、ハンチングの防止と共に、停止目標位置への停止を精度良く行うことも重視しなければならない。したがって、ノッチ指令を保持する時間は必要最小限となるようにして停止精度を確保している。

以上述べた図１の構成によれば、走行計画算出手段４が前向き予測の手法を用いて算出した走行計画に基づき、減速開始判断手段７、減速制御手段８、及び最終位置決め制御手段９がそれぞれ減速開始時点の判断、減速制御、最終位置決め制御を行っているので、簡単な演算アルゴリズムを用いていながら定位置停止制御の際の停止精度を向上させることができる。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図である。図２が図１と異なる主な点は、予測制御領域算出手段１２及び記憶部Ｍ４が追加されている点、減速開始判断手段７及び減速制御手段８が記憶部Ｍ４からの予測制御領域を入力するようになっている点、並びにノッチ出力決定手段１０の出力が減速開始判断手段７及び減速制御手段８にフィードバックされるようになっている点である。

この図において、予測制御領域算出手段１２は、速度・位置検出手段３からの速度検出信号及び位置検出信号の入力、並びに記憶部Ｍ1，Ｍ2，Ｍ3からの各データの入力に基づき予測制御領域を算出し、この算出した予測制御領域を記憶部Ｍ４に記憶させるようになっている。

図３は、この予測制御領域の一例を示す説明図であり、走行計画の上方及び下方にそれぞれ予測制御領域上限及び予測制御領域下限が設定されている。この図における走行計画を、基準のブレーキノッチを用いて算出した基準減速曲線とすれば、予測制御領域上限は強いブレーキノッチを用いて算出した減速曲線、予測制御領域下限は弱いブレーキノッチを用いて算出した減速曲線といえるものである。予測制御領域は、この予測制御領域上限及び予測制御領域下限によって囲まれる領域である。

そして、減速開始判断手段７及び減速制御手段８は、この予測制御領域を参照しながら制御を行い、もし列車の速度及び位置がこの予測制御領域から逸脱したときにはフィードバック制御を行うことによって直ちに予測制御領域内に戻すようにする。

すなわち、走行計画算出手段４が算出の際に用いる予測用ブレーキモデルの誤差が大きかったり大きな外乱が入ったりすると、走行計画の精度が悪化し、停止精度も悪化する。そのため、最大ブレーキノッチを用いた場合でも停止目標位置を過走したり、あるいは逆に、惰行運転によっても停止目標位置に到達しないという状況が発生する虞があった。本実施形態は、予測用ブレーキモデルの誤差や外乱が大きくなり予測制御領域から外れた場合には、前向き予測に基づき算出した走行計画による制御からフィードバック制御に切り換えて、ある程度乗り心地を犠牲にしてもロバスト性を確保しようとするものである。

但し、停止間際になったならば予測制御領域を外れていても前向き予測に基づき算出した走行計画による制御を行うようにする（それ故、最終位置決め制御手段９には記憶部Ｍ４からのデータが入力されない構成となっている）。これは、前向き予測に基づき算出した走行計画による制御によれば、むだ時間や応答遅れを考慮できるため、フィードバック制御よりも停止位置誤差を小さくできるからである。

なお、フィードバック制御を行うにあたっては、例えば次のような３つの手法が考えられる。
（１）予測制御領域境界の減速曲線を目標に追従制御を行う。
（２）基準減速曲線（図３の「走行計画」の曲線）を目標に追従制御を行う。
（３）基準減速曲線を目標に追従制御を行い、予測制御領域内に戻ったら前向き予測に基づき算出した走行計画による制御に復帰する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図である。図４が図１と異なる点は、走行計画算出刻み変更手段１３が追加されている点である。この走行計画算出刻み変更手段１３は、走行計画算出手段４が走行計画を算出する際の刻みをブレーキトルク（減速度）の変化状態に応じて変化させようとするものである。ここで、「刻み」とは、例えば図３に示した走行計画の曲線を作成する際のプロット間隔を指している。

図５は、走行計画算出手段４が算出する走行計画と、ブレーキトルク及びブレーキノッチの変化状態との対応関係を示した説明図である。この図に示すように、ブレーキノッチ切換後にブレーキトルクが大きく変化するまでの過渡的領域では、走行計画算出手段４は細かい刻み(つまり短いプロット間隔)で前向き予測を行い、一方、ブレーキトルクがあまり変化しない定常的領域では、走行計画算出手段４は粗い刻み(つまり長いプロット間隔)で前向き予測を行うようにする。

これにより、走行計画算出手段４は、変化の激しい過渡的領域においても精度の高い走行計画を算出することができ、また、変化のほとんどない定常的領域では演算回数を削減しているので演算処理時間の増加を抑制することができる。

ところで、既述した参考例及び各実施形態における減速開始判断手段７及び減速制御手段８が算出する走行計画においては、制御上の目標位置を本来の停止目標位置よりも手前側に設定すると共に、最終位置決め制御手段９が算出する走行計画においては制御上の目標位置と本来の停止目標位置とが一致するように設定している。

すなわち、図６に示すように、停止間際になって減速制御手段８から最終位置決め制御手段９へ制御が移行する際は、制御上の目標位置がより遠方へ移動することになる。したがって、最終位置決め制御手段９は、それまで減速制御手段８により算出されていた走行計画におけるブレーキノッチよりも弱いブレーキノッチで車両を停止させることができ、停止時のショックを和らげることができる。

図７は、本発明の第３の実施形態に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図である。図７が図１と異なる点は、速度・位置検出手段３Ａが速度真値推定手段１４を有している点である。本実施形態は、速度検出の精度悪化を防止して、走行計画算出について一定レベルの精度を確保しようとするものである。

すなわち、ＰＧ又はＴＧにより構成される速度検出器１からの速度パルス信号は、速度分解能の幅で大きく振動を繰り返すために、そのままでは制御信号として用いることができない。制御信号として用いるためには、複数周期分（例えば、１０制御周期分）のパルス信号の移動平均を取って平滑化する必要がある。しかし、複数周期分のパルス信号の移動平均を取るということは、その分だけ古い過去のデータに基づいて速度検出を行っていることを意味する。したがって、このような古いデータに基づく速度検出信号は、現在時点の真の速度とのずれが大きくなっており、これを走行計画算出手段４が用いて走行計画を算出したのでは、その分だけ走行計画の精度が低下することになる。

そこで、この第３の実施形態では、速度真値推定手段１４を有する速度・位置検出手段３Ａを設け、速度検出器１からのパルス信号を平滑化する際に、これらパルス信号間の時間的ずれを補正した速度真値推定値を、例えば下記の（１）式により演算し、この速度真値推定値を速度検出信号として速度・位置検出手段３Ａが走行計画算出手段４に出力するようにしている。

図８は、速度検出器１からの速度検出生（なま）値（速度パルス信号）、その移動平均、速度真値推定値、及び速度真値の各変化状態をシミュレーションにより求め、これらを対比して示した説明図である。「速度真値」はシミュレーションであるが故に求めることができたものであり、実際の制御では求めることができないものである。

この図に示されるように、速度検出生値は大きな振動を繰り返した変化状態となっている。そして、その移動平均は振動分が平滑化されたものとなっているため大きな振動は抑制されているが、古いデータを用いて移動平均を取っているため速度真値との間のずれが大きくなっている。しかし、本実施形態では速度真値推定手段１４が速度真値と近い値を有する速度真値推定値を演算しており、速度・位置検出手段３Ａはこの速度真値推定値を速度検出信号として出力している。したがって、速度・位置検出手段３Ａが出力する速度検出信号は極めて精度の高いものとなっている。

図９は、本発明の第４の実施形態に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図である。図９が図１と異なる点は、減速度推定手段１５及びブレーキモデル更新手段１６が追加され、記憶部Ｍ2に記憶されている車両モデルデータのうちのブレーキモデルデータがブレーキモデル更新手段１６により更新されるようになっている点である。

予測用ブレーキモデルに誤差があった場合、減速度推定を行ってブレーキモデルを修正すれば走行計画の精度を向上させ、停止精度を向上させることができる。

しかし、この減速度推定を行うためには、ブレーキノッチ切換後、ブレーキトルクがある程度安定した状態となっていなければならず、ブレーキトルクが安定する前にブレーキノッチを切り換えることが繰り返されると減速度を推定することができず、走行計画の精度が悪化することになる。

本実施形態では、減速度推定手段１５が列車の減速度を推定すると共に、この減速度推定に基づき予測用ブレーキモデルの誤差が一定以上大きいと判断された場合にブレーキモデル更新手段１６が予測用ブレーキモデルを更新する。

そして、図１０に示すように、減速制御手段８は、惰行運転状態でブレーキノッチを切り換えてから一定時間の間はそのノッチ指令を保持することとする。但し、減速度推定を開始したときの速度が低い場合は、停止目標位置に到達するまでの時間が短く、ノッチ指令の保持により減速開始判断及び減速制御が手遅れになる可能性があるので、このような場合にはノッチ指令の保持時間をある程度短くすることが好ましい。

このように、本実施形態によれば、確実に減速度推定を行って、予測用ブレーキモデルの更新を行うことができるので、走行計画の精度を向上させることができ、したがって、停止目標位置に対する停止精度を向上させることができる。

図１１は、本発明の第５の実施形態に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図である。図１１が図１と異なる点は、記憶部Ｍ3の制御条件データを更新するための制御条件更新手段１７が追加されている点である。この制御条件更新手段１７は、過去の制御結果を記憶しており、この記憶したデータに基づき記憶部Ｍ3の制御条件データを更新するものである。

本実施形態によれば、ある駅間に特有の傾向がある場合、制御パラメータ、減速度推定パラメータ、制御ゲインなどの制御条件データの中から１つ又は複数のデータを駅間パラメータとして選択し、これを駅間毎に調整することにより、停止精度を向上させることができる。

例えば、図６において、停止間際になって減速制御手段８から最終位置決め制御手段９へ制御が移行する際は、制御上の目標位置をより遠方へ移動させることにより、停止間際のブレーキノッチを弱くする技術につき説明したが、ある特定の駅間では必ず停止間際に過走する傾向があるというような場合、このときにあまりに弱いブレーキノッチが選択されないように、制御条件更新手段１７は、減速制御手段８の制御上の目標位置を他の駅間よりも停止目標位置に近づけたり、あるいは、最終位置決め制御手段９のブレーキノッチ下限を１段強くするなどして調整を行う。これにより、ある駅間に固有の傾向を補償して停止精度を向上させることができる。

図１２は、本発明の第６の実施形態に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図である。この実施形態は、これまでに述べてきた参考例及び各実施形態の機能を全て具備する構成としたものである。本実施形態の作用又は動作については、既述した参考例及び各実施形態における説明から容易に推察できるため省略することとする。

本発明の参考例に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図。 本発明の第１の実施形態に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図。 図２における予測制御領域算出手段１２が算出する予測制御領域の一例を示す説明図。 本発明の第２の実施形態に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図。 図４における走行計画算出手段４が算出する走行計画と、ブレーキトルクの変化状態との対応関係を示した説明図。 本発明の参考例並びに第１及び第２の実施形態における停止間際での制御上の目標位置の移動についての説明図。 本発明の第３の実施形態に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図。 図７における速度・位置検出手段３Ａが演算する速度真値推定値と、その関連する値とを対比して示した説明図。 本発明の第４の実施形態に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図。 図９における走行計画算出手段４が走行計画の再算出につき抑制する期間と、ブレーキトルクが安定する期間との対応関係を示した説明図。 本発明の第５の実施形態に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図。 本発明の第６の実施形態に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図。 定位置停止制御における「逆引き方式」についての説明図。 定位置停止制御における「前向き予測方式」についての説明図。

符号の説明

１ 速度検出器
２ 地上子検出器
３ 速度・位置検出手段
４ 走行計画算出手段
５ 制御モード判定手段５
６ 切換手段６
６ａ，６ｂ，６ｃ 入力端子
６ｄ 切換接点
７ 減速開始判断手段
８ 減速制御手段
９ 最終位置決め制御手段
１０ ノッチ出力決定手段
１１ ブレーキ出力作成手段
１２ 予測制御領域算出手段
１３ 走行計画算出刻み変更手段
１４ 速度真値推定手段
１５ 減速度推定手段
１６ ブレーキモデル更新手段
１７ 制御条件更新手段
Ｍ1〜Ｍ4 記憶部

Claims (6)

1. 列車の速度検出信号及び位置検出信号の入力に基づき、列車進行方向に向かう減速特性を演算し、そのときの列車停止位置を予測するために停止までの走行計画を算出する走行計画算出手段と、
   前記走行計画算出手段が算出した走行計画に基づいて、列車の車両を前記所定目標位置に停止させるための減速開始時点を、列車走行中に所定制御周期毎に判断する減速開始判断手段と、
   前記走行計画算出手段が算出した走行計画に基づいて、列車の車両を前記所定目標位置に停止させるための減速制御指令を、列車走行中に所定制御周期毎に演算して出力する減速制御手段と、
   前記走行計画算出手段が算出した走行計画に基づいて、列車の車両を前記所定目標位置に停止させるための最終位置決め制御指令を、列車走行中に所定制御周期毎に演算して出力する最終位置決め制御手段と、
   前記減速開始判断手段、前記減速制御手段、又は前記最終位置決め制御手段からの信号に基づき、ノッチ出力を決定するノッチ出力決定手段と、
   前記走行計画算出手段が算出した走行計画に係る減速曲線に対して、前記所定目標位置に停止させるための上限側減速曲線及び下限側減速曲線を設定し、この上限側減速曲線及び下限側減速曲線により囲まれる領域を予測制御領域として算出する予測制御領域算出手段と、
   を備えており、
   前記減速開始判断手段及び前記減速制御手段は、前記予測制御領域算出手段の算出した予測制御領域内で前記判断及び前記出力を行うものであり、もし前記列車の速度及び位置がこの予測制御領域から逸脱したときには、前記走行計画に基づく制御からフィードバック制御に切り換えることによって直ちに予測制御領域内に戻すようにし、
   一方、前記最終位置決め制御手段は、前記予測制御領域算出手段の算出した予測制御領域内で前記出力を行うものであるが、たとえ前記列車の速度及び位置がこの予測制御領域から逸脱しても前記走行計画に基づく制御を行う、
   ことを特徴とする自動列車運転装置。
2. 前記走行計画算出手段は、前記算出した走行計画の予測の刻みを、減速度変化における過渡的領域では短くし、それ以降の定常的領域では長くするものである、
   ことを特徴とする請求項１記載の自動列車運転装置。
3. 前記減速開始判断手段及び前記減速制御手段は、制御上の目標位置を前記所定目標位置よりも手前側に設定し、前記最終位置決め制御手段は、制御上の目標位置を前記所定目標位置に一致させるものである、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載の自動列車運転装置。
4. 前記列車の速度検出信号及び位置信号を前記走行計画算出手段に出力する速度・位置検出手段と、
   を備えており、
   この速度・位置検出手段は、速度検出器からの複数のパルス信号の平滑化に基づき前記速度検出信号を生成するものであり、しかも、前記複数のパルス信号を平滑化した際に、これらパルス信号間の時間的ずれを補正した速度真値推定値を所定演算式により演算し、この速度真値推定値を前記速度検出信号として前記走行計画算出手段に出力するものである、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の自動列車運転装置。
5. 前記列車の減速度を推定する減速度推定手段と、
   前記走行計画算出手段が走行計画算出の際に用いるものであり、ブレーキノッチを切り換えた際の減速度変化特性を含む物理的特性をモデル化したブレーキモデルを、前記減速度推定手段の推定結果に基づき更新するブレーキモデル更新手段と、
   を備えており、
   前記減速制御手段は、前記減速制御指令の切換を行った場合は、その切換後の減速制御指令を一定時間の間は保持するものである、
   ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の自動列車運転装置。
6. 前記走行計画算出手段は、所定走行制御条件の入力に基づき前記走行計画を算出するものであり、
   この所定走行制御条件は、過去の制御結果に基づき走行制御条件更新手段により更新されるものである、
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の自動列車運転装置。

Images