JP4929211B2

JP4929211B2 - 列車制御装置

Info

Publication number: JP4929211B2
Application number: JP2008068194A
Authority: JP
Inventors: まどか伊藤; 和明結城; 英明行木; 純子山本
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2008-03-17
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2028-03-17
Also published as: JP2009225589A

Description

本発明は、列車の自動走行に用いられる列車制御装置に係わり、特に列車の減速度を推定して、列車を所定時刻に、所定位置に正確に停止させる列車制御装置に関する。

列車の自動走行に用いられる列車制御装置では、列車を所定時刻に所定の停止位置に到着させる必要がある。そこで、ノッチに応じた減速度に基づき、所定の停止位置に到着するように制御している。ただし、ブレーキ力（ここでは空制ブレーキ力）にばらつきがあるために、ブレーキをかけているとき、常時減速度を推定し、これによって停止精度を確保している。
特開２００４−２９７９１２号公報

しかし、高速列車では、ブレーキ力のばらつきが特に大きいことが知られている。更に、このばらつきを吸収するために比較的低速で緩解する必要がある。つまり、減速度推定を緩解後に行うことになる。しかし、列車を所定時刻に所定の停止位置に到達させるためには、これでは間に合わないと考えられる。

本発明は上記の事情に鑑み、ブレーキ力のばらつきが大きい場合にも、減速度推定の誤差を小さくでき、列車を所定時刻に、所定位置に正確に停止させることができる列車制御装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために本発明は、ブレーキ力指令を生成し、このブレーキ力指令によりブレーキ装置を動作させて列車を減速、停止させる列車制御装置において、当該列車の速度と、ＡＴＣパターンまたは列車の現在位置とに基づいて当該列車の減速度を推定するタイミングを示す減速度推定タイミング指令を演算する推定タイミング指令演算部と、求められた減速度推定タイミング指令に応じて、所定期間、ノッチホールド指令を出力するノッチホールド指令生成部と、このノッチホールド指令生成部からノッチホールド指令が出力されているとき、予め設定された定ブレーキ力指令を生成し、この定ブレーキ力指令により前記ブレーキ装置を動作させて列車を減速させる定ブレーキ力指令生成部と、前記ノッチホールド指令生成部からノッチホールド指令が出力されているとき、速度検出器で得られた速度検出値に基づき、前記列車の減速度を推定して減速度予測値を生成する減速度推定部と、前記ノッチホールド指令生成部からのノッチホールド指令の出力が停止した後、前記減速度推定部で得られた減速度予測値に応じてブレーキ力指令を調整し、前記ブレーキ装置を動作させ前記列車を減速させる自動ブレーキ力指令演算部とを備えたことを特徴としている。

本発明によれば、ブレーキ力のばらつきが大きい場合にも、減速度推定の誤差を小さくでき、列車を所定時刻に、所定位置に正確に停止させることができる。

《第１実施形態》
図１は本発明による列車制御装置の一実施形態を示すブロック図である。

この図に示す列車制御装置１は、推定タイミング指令演算部２と、ノッチホールド指令生成部３と、定ブレーキ力指令生成部４と、速度演算部５と、減速度推定部６と、自動ブレーキ力指令演算部７と、ノッチ切替部８とを備えており、緩解後の再減速開始時などに、一定時間、所定のブレーキをかけて、列車９を減速させながら、減速度を推定した後、推定結果に応じたノッチ指示（自動ブレーキ力指令）をブレーキ制御器１２に供給して、ブレーキ装置１３を動作させ、列車９を指定された時刻、指定された位置に停止させる。

推定タイミング指令演算部２は、速度演算部５からの速度信号を入力するとともに、ＡＴＣ装置からのＡＴＣパターンまたは列車９の位置データを入力して、列車９の運転状況、すなわち、速度とＡＴＣパターンまたは位置とに応じて、減速度を推定するタイミングとして予め指定されたタイミング、例えば図２に示す如くノッチの緩解後、再減速を行うときの最初のタイミングで、図３の（ａ）に示す推定タイミング指令を生成してノッチホールド指令生成部３に供給する。

ノッチホールド指令生成部３は、推定タイミング指令演算部２から推定タイミング指令が出力されたとき、図３の（ｂ）に示す如く減速度を推定するのに必要な時間（ホールド時間）、例えば図４の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す如くノッチが入ってから、減速度が一定になるまでの時間（応答時間）と、減速度を推定するために平滑化するための時間（演算の遅れ時間）を合わせた時間（ノッチホールド時間）だけ、ノッチホールド指令を生成してノッチ切替部８、および減速度推定部６に供給する。

また、定ブレーキ力指令生成部４は、図５の（ａ）に示す如く列車９を減速、停止させる際に使用される平均的なノッチ、例えばノッチ使用範囲が“Ｂ１”〜“Ｂ３”であれば、中間値となる“Ｂ２”のノッチ、あるいは図５の（ｂ）に示す如く通常使用する平均的なノッチ（この場合、使用頻度が高い“Ｂ４”）を生成して、ノッチ切替部８に供給する。

また、速度演算部５は、列車９に搭載された速度検出器１０から出力される速度パルス信号（車輪１１の回転速度に対応するパルス信号）に基づき、列車９の速度を演算し、演算された速度信号を推定タイミング指令演算部２、減速度推定部６、自動ブレーキ力指令演算部７に供給する。

減速度推定部６は、自動ブレーキ力指令演算部７からのノッチと、速度演算部５からの速度信号と、ＡＴＯ指令ノッチとを入力して減速度予測値を求め、これを自動ブレーキ力指令演算部７へ出力する。

図６は減速度推定部６の具体的な構成を示している。図６に示す如く、この減速度推定部６は、２つのテーブル１４，１５と、減速度演算回路１６と、平滑処理回路１７と、比率演算回路１８と、補正係数回路１９と、比率値記憶回路２０と、減速度推定回路２１とを備えている。

テーブル１４は、予め行われた測定動作で得られた各ノッチとこれら各ノッチに対応する各減速度とが対にされた状態で格納され、定ブレーキ力指令生成部４から出力される、現在のノッチに対応する減速度を出力する。テーブル１５は、予め行われた測定動作で得られた各ノッチとこれら各ノッチに対応する各減速度とが対にされた状態で格納され、自動ブレーキ力指令演算部７から出力されたノッチに対応する減速度を出力する。

また、減速度演算回路１６は、速度演算部５から出力される速度の変化に基づき、減速度を演算する。平滑処理回路１７は、減速度演算回路１６から出力される減速度を平滑化する。比率演算回路１８は、平滑処理回路１７から出力される、平滑化された減速度とテーブル１４から出力される減速度との比率を演算する。

また、補正係数回路１９は、比率演算回路１８から出力される比率に対し、予め設定されている補正係数（但し、ブレーキ装置１３が空制式のブレーキ装置であるときには、減速度を推定するタイミングを再減速開始直後にしたとき、ブレーキ装置１３のヒステリシスの特性を考慮しなくてよいので、この補正係数を“１”とする）をかける補正する。比率値記憶回路２０は、図３の（ｂ）、（ｃ）に示す如くノッチホールド指令生成部３から出力されているノッチホールド指令が立ち下がったとき（ダウンエッジが検出されたとき）、減速度ラッチ指令が与えられたと判断し、補正係数回路１９から出力される補正済みの比率を取り込んで記憶する。減速度推定回路２１は、比率値記憶回路２０に記憶されている補正済みの比率とテーブル１５から出力される減速度とを掛け合わせて減速度予測値を出力する。

そして、この減速度推定部６においては、速度演算部５から出力される速度の変化に基づいて得られた、平滑化された減速度と、現在のノッチに対応する減速度とを比較して、比率を演算する。演算後、補正係数をかけて補正しつつ、ノッチホールド指令生成部３からノッチホールド指令が出力される毎に、ノッチホールド指令のダウンエッジで、補正済みの比率を記憶する。また、この動作と並行し、記憶している補正済みの比率を用いて、自動ブレーキ力指令演算部７から出力されたノッチに対応する減速度を補正して減速度予測値を生成し、自動ブレーキ力指令演算部７に供給する。

自動ブレーキ力指令演算部７は、停車対象駅に近づいたとき、停車対象駅毎に設定されている減速、停車プログラムに応じたノッチを減速度推定部６に供給しながら、速度演算部５から出力される速度と、減速度推定部６から出力される減速度予測値とに基づき、減速、停車プログラムに応じたノッチを修正して、走行中の列車を所定時刻、駅所定位置に停止させるのに必要なノッチにし、ノッチ切替部８に供給する。

ノッチ切替部８は、ノッチホールド指令生成部３からノッチホールド指令が出力されているとき、定ブレーキ力指令生成部４から出力されるノッチを選択して、ブレーキ制御器１２に供給し、これにより減速度の推定に必要なブレーキ圧（ＢＣ圧）指令をブレーキ装置１３に与える。またノッチホールド指令生成部３からノッチホールド指令が出力されていないとき、自動ブレーキ力指令演算部７から出力されるノッチを選択して、ブレーキ制御器１２に供給し、これにえより列車９を所定時刻、駅所定位置に停車させるのに必要なブレーキ圧（ＢＣ圧）指令をブレーキ装置１３に与える。

このように、この実施形態では、緩解後の再減速開始時などに、一定時間、所定ノッチのブレーキをかけて、列車９を減速させながら、減速度を推定した後、推定結果に応じたノッチ（ノッチ指令）をブレーキ制御器１２に供給して、ブレーキ装置１３を動作させ、列車９を指定された時刻、指定された位置に停止させるようにしている。このため、ブレーキ力のばらつきが大きい場合にも、列車９の減速度を推定して、減速度推定の誤差を小さくすることができ、列車９を所定時刻、所定位置に正確に停止させることができる。

また、この実施形態では、緩解後に再減速を始める最初のタイミングで、推定タイミング指令演算部２から推定タイミング指令を出力させて、列車９にブレーキをかけるようにしている。このため、緩解後の再減速時に常時、推定する場合よりも、早く減速度を推定でき、停止までの距離と時間を長くすることができ、これによって予想外に強いブレーキがかかったときでも、距離と時間に余裕がある分だけ、停止精度と時間精度とを向上させることができる。

また、この実施形態では、緩解後に再減速を始める最初のタイミングで、ブレーキの応答時間、演算の遅れ時間などを考慮した一定時間、所定のブレーキをかけて、減速度を推定するようにしている。このため、ブレーキによる減速度が安定した状態で減速度を演算できるので、減速度推定の誤差を小さくでき、停止精度と走行時間を向上させることができる。

また、この実施形態では、減速度を推定する際、通常使用するノッチ範囲の平均的な値に対応するノッチ、あるいは使用頻度が高いノッチで、列車９にブレーキをかけるようにしている。このため、減速するときにいくつかのノッチを同じような頻度で使用する場合、どのノッチに対しても、比率の誤差を小さくして減速度推定の誤差を小さくでき、停止精度を向上させることができる。

《他の実施形態》
なお、上述した実施形態では、推定タイミング指令演算部２から推定タイミング指令を出力して、減速度推定を実行する際、定ブレーキ力指令生成部４から通常使用範囲の中間値に対応するノッチを出力するようにしているが、例えば定ブレーキ力指令生成部４から図７に示す如く通常使用するノッチ中の代表的な値の中間値、つまり一番使用頻度の高いものの中間値に対応するノッチ（この場合、使用頻度が高い“Ｂ４”の半分に当たる“Ｂ２”）を出力するようにしても良い。

このように、使用頻度が高いノッチの半分に対応するノッチにすることで、ブレーキ力が予想外に大きい場合でも、列車速度が大幅に落ちてしまうのを防止することができる。

これにより、図８に示す如く減速度推定のために、一定時間かけるブレーキ力が予想外に大きく、列車速度が大幅に落ちてしまい、停止精度が劣化したり、走行時間が延びたりする恐れを未然に防止し、停止精度や位置を上げることができる。

〈他の減速度推定タイミング〉
また、上述した実施形態では、緩解後に再減速を始める最初のタイミングで、推定タイミング指令演算部２から推定タイミング指令を出力して、列車９にブレーキをかけ、減速度を推定するようにしているが、他のタイミング、例えば高速列車の減速は二度に分けて行われることから、図９に示すように、緩解直前に、推定タイミング指令演算部２から推定タイミング指令を出力して、列車９にブレーキをかけ、減速度推定を行わせるようにしても良い。

これにより、上述した実施形態よりも、減速度推定処理を行ったときから、停止までの時間、距離を長くすることができ、予想外に強いブレーキがかかった場合でも、距離や時間に余裕を持たせて、停止時間精度、停止位置精度を向上させることができる。

また、列車９では、ブレーキ装置１３として、空制式のブレーキ装置と、電制式のブレーキ装置を使用することが多い。

このような場合、緩解直前に使用するブレーキ装置１３と、緩解後に使用するブレーキ装置１３とを同じ形式のブレーキ装置、例えば同じ空制式のブレーキ装置に統一することで、減速度を推定するときに使用するブレーキ装置１３のブレーキ特性と、推定された減速度に対応するノッチで、列車９を停止させるときに使用するブレーキ装置１３のブレーキ特性とを同じにする。

これによって、緩解直前に、減速度推定を行った場合にも、推定誤差を小さくでき、停止位置精度や停止時間精度を向上させることができる。

さらに、空制式のブレーキ装置１３は、ノッチの上昇時と下降時とでヒステリシスにより減速度が異なるという特性を持っているので、緩解直前のタイミングで、ノッチを下げ、減速度推定を行う場合、減速度推定部６の補正係数回路１９によって、減速度の比率にヒステリシス特性を考慮した補正係数をかける。

これにより、緩解直前のタイミングで、空制式のブレーキ装置１３を使用し、減速度を推定する場合にも、ヒステリシスによる減速度演算のずれを低減させることができる。

また、上述した実施形態では、緩解後に再減速を始める最初のタイミングで、推定タイミング指令演算部２から推定タイミング指令を出力して、列車９にブレーキをかけ、減速度を推定するようにしているが、他のタイミング、例えば減速途中において、所定のノッチ範囲のブレーキ力が所定時間、出力されている区間があれば、この区間で減速度推定を行うことができる。

このようにしても、上述した実施形態と同様に、減速度推定処理を行ったときから、停止までの時間、距離を長くでき、予想外に強いブレーキがかかった場合でも、距離や時間に余裕を持たせて、停止時間精度、停止位置精度を向上させることができる。

本発明による列車制御装置の一実施形態を示すブロック図である。図１に示す列車制御装置の減速度推定動作の開始タイミング例を示す模式図である。図１に示す列推定タイミング指令演算部、ノットホールド部、減速度推定部の動作タイミング例を示すタイムチャートである。図１に示すノットホールド部のノッチホールド時間、列車の速度、減速度の関係を示す模式図である。図１に示す定ブレーキ力指令生成部から出力されるノッチの一例を示す模式図である。図１に示す減速度推定部の詳細な回路構成例を示すブロック図である。本発明による列車制御装置で使用される他のノッチ例を示す模式図である。本発明による列車制御装置の他の実施形態を示す模式図である。本発明による列車制御装置の他の実施形態を示す模式図である。

符号の説明

１：列車制御装置
２：推定タイミング指令演算部
３：ノッチホールド指令生成部
４：定ブレーキ力指令生成部
５：速度演算部
６：減速度推定部
７：自動ブレーキ力指令演算部
８：ノッチ切替部
９：列車
１０：速度検出器
１１：車輪
１２：ブレーキ制御器
１３：ブレーキ装置
１４：テーブル
１５：テーブル
１６：減速度演算回路
１７：平滑処理回路
１８：比率演算回路
１９：補正係数回路
２０：比率値記憶回路
２１：減速度推定回路

Claims

ブレーキ力指令を生成し、このブレーキ力指令によりブレーキ装置を動作させて列車を減速、停止させる列車制御装置において、
当該列車の速度と、ＡＴＣパターンまたは列車の現在位置とに基づいて当該列車の減速度を推定するタイミングを示す減速度推定タイミング指令を演算する推定タイミング指令演算部と、
求められた減速度推定タイミング指令に応じて、所定期間、ノッチホールド指令を出力するノッチホールド指令生成部と、
このノッチホールド指令生成部からノッチホールド指令が出力されているとき、予め設定された定ブレーキ力指令を生成し、この定ブレーキ力指令により前記ブレーキ装置を動作させて列車を減速させる定ブレーキ力指令生成部と、
前記ノッチホールド指令生成部からノッチホールド指令が出力されているとき、速度検出器で得られた速度検出値に基づき、前記列車の減速度を推定して減速度予測値を生成する減速度推定部と、
前記ノッチホールド指令生成部からのノッチホールド指令の出力が停止した後、前記減速度推定部で得られた減速度予測値に応じてブレーキ力指令を調整し、前記ブレーキ装置を動作させ前記列車を減速させる自動ブレーキ力指令演算部と、
を備えたことを特徴とする列車制御装置。
請求項１に記載の列車制御装置において、
前記ノッチホールド指令生成部は、減速度推定タイミングに指定された緩解後の再減速時の最初で、ノッチホールド指令を出力する、
ことを特徴とする列車制御装置。
請求項１または２に記載の列車制御装置において、
前記ノッチホールド指令生成部は、ブレーキの応答時間を含めた期間、ノッチホールド指令を出力する、
ことを特徴とする列車制御装置。
請求項１または２に記載の列車制御装置において、
前記ノッチホールド指令生成部は、減速度演算の遅れ時間を含めた期間、ノッチホールド指令を出力する、
ことを特徴とする列車制御装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の列車制御装置において、
前記定ブレーキ力指令生成部は、通常制御で使用されるノッチ範囲の中間値に対応した定ブレーキ指令、または使用頻度が高いノッチに対応した定ブレーキ指令を生成して、前記ブレーキ装置を動作させ、列車を減速させる、
ことを特徴とする列車制御装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載の列車制御装置において、
前記定ブレーキ力指令生成部は、通常制御で使用するノッチの中で、最も使用頻度が高いもの中間値に対応した定ブレーキ指令を生成して、前記ブレーキ装置を動作させ、列車を減速させる、
ことを特徴とする列車制御装置。
請求項１から６のいずれか１項に記載の列車制御装置において、
前記ノッチホールド指令生成部は、減速度推定タイミングに指定された緩解直前で、ノッチホールド指令を出力する、
ことを特徴とする列車制御装置。
請求項７に記載の列車制御装置において、
緩解前に前記定ブレーキ力指令生成部で動作させられる前記ブレーキ装置の種類と、緩解後に前記自動ブレーキ力指令演算部で動作させられる前記ブレーキ装置の種類とを同じにする、
ことを特徴とする列車制御装置。
請求項７または８に記載の列車制御装置において、
前記減速度推定部は、前記速度検出器で得られた速度に基づき、前記列車の減速度を推定して減速度予測値を生成するとき、前記ブレーキ装置の種類に応じた補正係数を使用する、
ことを特徴とする列車制御装置。
請求項１から６、８または９のいずれか１項に記載の列車制御装置において、
前記ノッチホールド指令生成部は、前記定ブレーキ力指令生成部から所定時間以上、所定範囲の定ブレーキ力指令が出力され、前記ブレーキ装置によって、列車が減速させられているとき、あるいは前記自動ブレーキ力指令演算部から所定時間以上、所定範囲のブレーキ力指令が出力され、前記ブレーキ装置によって、列車が減速させられているとき、ノッチホールド指令を出力し、
前記減速度推定部は、前記ノッチホールド指令生成部からノッチホールド指令が出力されているとき、速度検出器で得られた速度に基づき、前記列車の減速度を推定して減速度予測値を生成し、
前記自動ブレーキ力指令演算部は、前記ノッチホールド指令生成部からノッチホールド指令の出力が停止した後、前記減速度推定部で得られた減速度予測値に応じてブレーキ力指令を調整して、前記ブレーキ装置のブレーキ力を調整し、列車を減速させる、
ことを特徴とする列車制御装置。