JP5113398B2

JP5113398B2 - 自動列車制御装置

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Publication number: JP5113398B2
Application number: JP2007018358A
Authority: JP
Inventors: 和冶得田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-01-29
Filing date: 2007-01-29
Publication date: 2013-01-09
Anticipated expiration: 2027-01-29
Also published as: JP2008187809A

Description

この発明は、鉄道車両用の自動列車制御装置、特にパターン減速制御を行う自動列車制御装置に関するものである。

図４は、従来の自動列車制御装置の機能構成を示すブロック図である。自動列車制御装置１１０は、３系統の入力情報処理部として、地点情報設定部１１１と、速度・残走距離演算部１１２と、減速完了点設定部１１３と、を有する。地点情報設定部１１１は、列車に搭載された地点信号受信装置１２１によって受信された地上子から目標停止位置までの残走区間における残走距離や各勾配区間における勾配、制限速度の開始位置などの地点情報を取得し、速度・残走距離演算部１１２に設定する。速度・残走距離演算部１１２は、列車に搭載された速度発電機１２２からの速度情報を受けて自列車の速度と、目標停止位置までの残走距離とを演算する。減速完了点設定部１１３は、列車に搭載されたＡＴＣ（Automatic Train Control）信号受信装置からのＡＴＣ信号情報を受けて、減速完了点（目標停止位置）を設定する。

また、自動列車制御装置１１０は、減速パターン演算部１１４と、ブレーキ指令判定部１１５と、を備える。減速パターン演算部１１４は、速度・残走距離演算部１１２によって演算された自列車の速度や残走距離と、減速完了点設定部１１３によって設定された目標停止位置とに基づいて、減速パターンを演算する。ブレーキ指令判定部１１５は、速度・残走距離演算部１１２によって演算された自列車の速度と、減速パターン演算部１１４で演算された減速パターンとを比較し、自列車の速度が減速パターンで与えられる残走距離に応じた速度を超えている場合に列車に搭載されているブレーキ制御装置１３１にブレーキ指令を出力する。

つぎに、このような自動列車制御装置を用いた自動列車制御について、図３と図４を参照しながら説明する。図３は、自動列車制御装置の自動列車制御を説明するための図である。この図３において（ａ）は列車の減速状態を示す特性図であり、横軸は距離を示し、縦軸は速度を示している。また、（ｂ）は路線の勾配を示す図であり、横軸は、（ａ）の特性図の横軸と一致して距離を示し、縦軸は勾配の度合い（‰）をイメージしている。さらに、（ｃ）は列車の減速度を示す図であり、（ｄ）は、ブレーキの出力状態を示す図である。この図３に示されるように、列車５１は、勾配が−５‰（下り）の区間、０‰（平坦）の区間、＋４‰（上り）の区間を有する路線上を目標停止位置Ｐに向かって走行状態にあるものとする。

図３の（ａ）に示されるように、路線５０上を走行状態にある列車５１は、速度発電機１２２からの信号によって速度・残走距離演算部１１２が列車５１の速度を算出する。一方、地点情報設定部１１１は、列車５１に搭載された地点信号受信装置１２１によって取得された、路線５０上の地上子５２から目標停止位置Ｐまでの距離や各勾配区間における勾配を含む地点情報を速度・残走距離演算部１１２に設定する。そして、速度・残走距離演算部１１２は、設定された地点情報を解析して、列車５１の現在位置、目標停止位置Ｐおよび勾配を把握する。さらに、減速完了点設定部１１３は、ＡＴＣ信号受信装置１２３によって受信されたＡＴＣ信号から列車５１の減速完了点を設定する。ここでは、減速完了点で列車５１の速度が０になるものとする。すなわち、減速完了点は目標停止位置Ｐに等しいものとする。

減速パターン演算部１１４では、速度・残走距離演算部１１２から出力された列車５１の速度と残走距離と、減速完了点設定部１１３から出力された減速完了点（目標停止位置Ｐ）のデータを、所定の式に代入することによって、目標停止位置Ｐに停止させるための走行曲線Ｘ０を演算する。このとき、路線５０上の勾配区間別に変化する自列車５１の減速度を用いて演算を行う。さらに、演算した走行曲線Ｘ０から列車５１のブレーキ系統の応答遅れ分の距離に相当する空走距離を見込んで、減速パターンＸ１を算出する。

また、速度・残走距離演算部１１２は、速度・残走距離演算部１１２で算出した列車５１の速度を積算して、列車５１の地上子５２からの距離を算出し、この地上子５２からの距離と地点情報を用いて現時点での目標停止位置Ｐまでの残走距離Ｌを演算する。さらに、減速パターン演算部１１４は、速度・残走距離演算部１１２によって演算された列車５１の速度と残走距離Ｌを用いて、減速パターンＸ１を更新する。

ブレーキ指令判定部１１５では、速度・残走距離演算部１１２で算出された列車５１の速度と、減速パターン演算部１１４で算出された減速パターンＸ１で与えられる残走距離Ｌに応じた速度とを比較して、列車５１の現速度が減速パターンで与えられる残走距離Ｌに応じた速度を超えているときに、ブレーキ指令をブレーキ制御装置１３１に出力して減速させる。これによって、目標停止位置に列車５１を停止させることができる（たとえば、特許文献１参照）。

特願２０００−３２６１７号公報

上記のような従来のパターン減速制御では、列車に搭載されている自動列車制御装置が、速度、位置、信号（目標停車位置または減速完了点）、路線条件が刻々と変化する状況下で、複雑な論理の繰り返し演算を即時に行う必要がある。そのため、割り込み発生時や処理負荷オーバ時、または想定外の外乱が入力された場合などに演算を誤り、正常な制御ができない場合が発生するという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたもので、列車に搭載されている自動列車制御装置による演算に誤りが発生してしまった場合にも、その誤りを自己検出することができる自動列車制御装置を得ることを目的とする。

上記目的を達成するため、この発明にかかる自動列車制御装置は、列車の目標停止位置を受信して前記目標停止位置までの路線の状況に対応した減速パターンを演算し、前記列車の現速度が減速パターンで与えられる残走距離に応じた速度を超えるとブレーキ指令を出力して、前記列車の速度を減速させる自動列車制御装置において、演算した前記減速パターンと、予め保持された前記目標停止位置で前記列車が停止するための基準減速パターンとの差の絶対値を用いて前記演算による演算誤りの発生の有無を評価し、前記減速パターンと前記基準減速パターンとの差の絶対値が所定の範囲を超えて、前記減速パターンが妥当でない場合に前記列車に対してブレーキ指令を出力するとともに当該自動列車制御装置の異常発生を出力する手段を備え、前記基準減速パターンは、過去に同一の路線上を走行した自列車または同じ種類の列車の運転時に得られた減速パターンに基づいて計算されたデータであることを特徴とする。

この発明によれば、ある目標停止位置に停止する際に行った演算結果である減速パターンと、予め保持された上記目標停止位置に対応する基準減速パターンとを比較することで、当該自動列車制御装置の演算処理系の異常の発生の有無を検知することができるという効果を有する。この結果、異常である場合には、安全側の制御処理を行うことで、列車の走行の安全を確保することが可能となる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる自動列車制御装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

図１は、この発明にかかる自動列車制御装置の機能構成を模式的に示すブロック図である。この自動列車制御装置１０は、地点情報設定部１１と、速度・残走距離演算部１２と、減速完了点設定部１３と、減速パターン演算部１４と、基準減速パターン格納部１５と、基準減速パターン検索部１６と、パターン評価部１７と、ブレーキ指令判定部１８と、を備える。

地点情報設定部１１は、列車に搭載された地点信号受信装置２１によって受信された地上子から目標停止位置までの残走区間における残走距離や各勾配区間における勾配、制限速度の開始位置などの地点情報を取得し、速度・残走距離演算部１２に設定する。

速度・残走距離演算部１２は、列車に搭載された速度発電機２２からの速度情報を受けて自列車の速度を演算するとともに、演算した速度を用いて地点情報設定部１１によって設定された目標停止位置までの残走距離を演算する。

減速完了点設定部１３は、列車に搭載されたＡＴＣ信号受信装置２３からのＡＴＣ信号情報を受けて、減速完了点を設定する。ここでは、減速完了点は、目標停止位置に等しく、その位置で速度を０にするものとする。これらの地点情報設定部１１と、速度・残走距離演算部１２と、減速完了点設定部１３とは、自動列車制御装置１０の３系統の入力情報処理部を構成する。

減速パターン演算部１４は、地点情報設定部１１によって設定された地点情報と、速度・残走距離演算部１２によって演算された自列車の速度や残走距離と、減速完了点設定部１３によって設定された目標停止位置とに基づいて、目標停止位置で列車を停止させるための走行曲線を演算し、この走行曲線から列車のブレーキ系統の応答遅れ分の距離に相当する空走距離を見込んだ減速パターンを設定する。

基準減速パターン格納部１５は、予め取得した路線上の目標停止位置別の減速パターンである基準減速パターンを記憶する。この基準減速パターンは、過去に同一の路線上を走行した自列車または同じ種類の列車の運転時に得られた減速パターンから取得したものである。つまり、基準減速パターン格納部１５には、目標停止位置ごとに基準減速パターンが格納される。図２は、基準減速パターンの一例を示す図である。この図に示されるように、基準減速パターンＹは、ある路線５０上の目標停止位置Ｐで列車５１を停止させるための減速パターン速度を、残走距離Ｌの関数として表したものである。そこで、基準減速パターン格納部１５では、この基準減速パターンＹ上の点（残走距離，減速パターン速度）の組み合わせを、複数取得して一まとめにし、路線５０上の目標停止位置Ｐと関連付けして基準減速パターンとして格納する。なお、基準減速パターンは、路線勾配および列車性能データから机上計算によって予め求めたものであるが、実際の運転においては、ブレーキの磨耗度合いや乗車率などによる列車ごとの性能差が存在するために、過去の運転実績データも考慮して計算することによって、オーバランなどが生じないパターンとしている。

基準減速パターン検索部１６は、減速完了点設定部１３からつぎの減速完了点（目標停止位置）を取得し、取得した減速完了点（目標停止位置）に対応する基準減速パターンを基準減速パターン格納部１５から検索して取得する。また、基準減速パターン検索部１６は、取得した基準減速パターンから、速度・残走距離演算部１２から得られる現在の残走距離に対応した速度を取得してパターン評価部１７に渡す機能を有する。

パターン評価部１７は、減速パターン演算部１４によって演算された減速パターン（自列車位置におけるパターン速度）と、基準減速パターン検索部１６から取得した基準減速パターン（自列車位置におけるパターン速度）とを比較して、減速パターン演算部１４で演算された減速パターンの妥当性を評価する。評価の結果、演算された減速パターンが妥当である場合には、減速パターン演算部１４の演算結果（減速パターン）をブレーキ指令判定部１８に渡し、演算された減速パターンが妥当でない場合には、安全側制御を行うためのブレーキ指令をブレーキ指令判定部１８に出力するとともに、列車の運転手や車掌または列車の運行を管理する管理センタなどの自動列車制御装置１０の外部に、自動列車制御装置１０に異常が発生したことを通知する。

ブレーキ指令判定部１８は、パターン評価部１７からの指令に基づいて、ブレーキ制御装置３１にブレーキ指令を与える機能を有する。具体的には、パターン評価部１７によって減速パターン演算部１４で演算された減速パターンが妥当であると判定された場合には、パターン評価部１７を経由して得られる減速パターン（自列車位置におけるパターン速度）と、速度・残走距離演算部１２によって得られる自列車の速度とを比較して、自列車の速度の方が高い場合にはブレーキ指令をブレーキ制御装置３１に出力する。また、パターン評価部１７によって減速パターン演算部１４で演算された減速パターンが妥当でないと判定された場合には、パターン評価部１７からの指示によって、ブレーキ制御装置３１にブレーキ指示を出力する。

つぎに、このような構成を有する自動列車制御装置における演算結果の妥当性判断の処理方法について、パターン減速制御の動作処理とともに、図２と図３を用いて説明する。図３は、減速パターン制御の概念を示す図である。この図３において（ａ）は列車の減速状態を示す特性図であり、横軸は距離を示し、縦軸は速度を示している。また、（ｂ）は路線の勾配を示す図であり、横軸は（ａ）の特性図の横軸と一致して距離を示し、縦軸は勾配の度合い（‰）をイメージしている。さらに、（ｃ）は列車の減速度を示す図である。この図３に示されるように、列車５１は、勾配が−５‰（下り）の区間、０‰（平坦）の区間、＋４‰（上り）の区間を有する路線５０上を目標停止位置Ｐに向かって走行状態にあるものとする。

図３の（ａ）に示されるように、路線５０上を走行状態にある列車５１は、速度発電機２２からの信号によって速度・残走距離演算部１２が列車５１の速度を算出する。一方、地点情報設定部１１は、列車５１に搭載された地点信号受信装置２１によって取得された、路線５０上の地上子５２から目標停止位置Ｐまでの距離や勾配情報を含む地点情報を速度・残走距離演算部１２に設定する。そして、速度・残走距離演算部１２は、設定された地点情報を解析して、列車の現在位置、目標停止位置Ｐおよび各勾配区間での勾配を把握する。

減速完了点設定部１３は、ＡＴＣ信号受信装置２３によって受信されたＡＴＣ信号から列車５１の減速完了点を設定する。ここでは、減速完了点と目標停止位置Ｐとが等しいものとする。すなわち、目標停止位置Ｐで列車５１が停止するものとする。また、減速完了点設定部１３は、減速完了点（目標停止位置Ｐ）を基準減速パターン検索部１６に出力する。

減速パターン演算部１４では、速度・残走距離演算部１２から出力された列車５１の速度と残走距離と、減速完了点設定部１３からの減速完了点（目標停止位置Ｐ）のデータを、走行曲線を求める所定の式に代入することによって、目標停止位置Ｐに停止させるための走行曲線Ｘ０を演算する。なお、図３の例では、勾配の異なる各路線（区間）別に変化する自列車５１の減速度を用いて演算を行う場合を示している。さらに、演算した走行曲線Ｘ０から列車５１のブレーキ系統の応答遅れ分の距離に相当する空走距離を見込んで、減速パターンＸ１が設定される。減速パターン演算部１４は、設定した減速パターンＸ１をパターン評価部１７に渡す。

また、速度・残走距離演算部１２は、自速度・残走距離演算部１２で算出した列車５１の速度を積算して、列車５１の地上子５２からの距離を算出し、さらに地点情報を用いてその時点での目標停止位置Ｐまでの残走距離Ｌｎ（ｎは自然数）を演算する。そして、速度・残走距離演算部１２は、演算した残走距離Ｌｎを基準減速パターン検索部１６に出力する。

基準減速パターン検索部１６では、減速完了点設定部１３から取得した目標停止位置Ｐに対応する基準減速パターンＹを基準減速パターン格納部１５から検索し、抽出する。また、基準減速パターン検索部１６は、速度・残走距離演算部１２から入力された残走距離Ｌｎにおける基準減速パターンＹ上の減速パターン速度Ｖｐｎを取得し、抽出した減速パターン速度Ｖｐｎをパターン評価部１７に渡す。

パターン評価部１７では、速度・残走距離演算部１２から現在の残走距離Ｌｎを取得する。そして、この残走距離Ｌｎにおける、減速パターン演算部１４から取得した減速パターンＸ１における減速パターン速度Ｖｎと、基準減速パターン検索部１６から取得した基準減速パターンＹにおける減速パターン速度Ｖｐｎとを比較する。たとえば、図２の基準減速パターンにおける点ｎ（Ｌｎ，Ｖｐｎ）と、図３の減速パターンＸ１における点Ｐｎ（Ｌｎ，Ｖｎ）とを比較し、両者の減速パターン速度の差｜Ｖｎ−Ｖｐｎ｜を算出し、所定の許容範囲Ａと比較する。この所定の許容範囲Ａとして、発生し得る誤差に検知余裕を加えたものを用いることができる。

比較の結果、両者の減速パターン速度の差が所定の許容範囲Ａ以内である場合、すなわち、｜Ｖｎ−Ｖｐｎ｜≦Ａの場合には、自動列車制御装置１０内で演算された結果に異常がないと判定される。その結果、パターン評価部１７は、減速パターン演算部１４によって演算された減速パターンＸ１をブレーキ指令判定部１８に渡す。ブレーキ指令判定部１８では、速度・残走距離演算部１２で算出された列車５１の速度と、速度・残走距離演算部１２で演算された減速パターンＸ１で与えられる残走距離に応じた速度とを比較して、列車５１の速度が減速パターン速度を超えているときに、ブレーキ指令をブレーキ制御装置３１に出力して減速させる。

また、比較の結果、両者の減速パターン速度の差が所定の許容範囲Ａを超えた場合、すなわち、｜Ｖｎ−Ｖｐｎ｜＞Ａの場合には、自動列車制御装置１０内で演算された結果に異常があると判定される。その結果、パターン評価部１７は、たとえば、ブレーキ指令判定部１８にブレーキをかけるように指示を出すとともに、外部装置に対して自動列車制御装置１０に異常が発生したことを通知する。ブレーキ指令判定部１８は、指示に基づいてブレーキ制御装置３１にブレーキをかけるように指示を出す。以上のようにして、パターン減速制御とこの制御中に演算された減速パターンが妥当であるか否かの判定処理が行われる。

この実施の形態によれば、自動列車制御装置１０内の演算処理で求めた減速パターンと、予め基準減速パターン格納部１５に記憶しておいた当該区間の基準減速パターンとを比較し、両者の差が許容範囲を越えた場合に、速やかに自動列車制御装置１０の異常を検出して、安全側制御を行うことができる。その結果、自動列車制御装置１０がパターン演算を誤った場合でも、ブレーキ指令判断を誤ることなく、より安全なパターン減速制御を実施することができるという効果を有する。

以上のように、この発明にかかる自動列車制御装置は、路線上における列車の速度状態と目標停止位置までの距離に基づいて速度制御を行う場合に有用である。

この発明による自動列車制御装置の機能構成を模式的に示すブロック図である。基準減速パターンの一例を示す図である。減速パターン制御の概念を示す図である。従来の自動列車制御装置の機能構成を示すブロック図である。

符号の説明

１０自動列車制御装置
１１地点情報設定部
１２速度・残走距離演算部
１３減速完了点設定部
１４減速パターン演算部
１５基準減速パターン格納部
１６基準減速パターン検索部
１７パターン評価部
１８ブレーキ指令判定部
２１地点信号受信装置
２２速度発電機
２３ＡＴＣ信号受信装置
３１ブレーキ制御装置
５０路線
５１列車
５２地上子

Claims

列車の目標停止位置を受信して前記目標停止位置までの路線の状況に対応した減速パターンを演算し、前記列車の現速度が減速パターンで与えられる残走距離に応じた速度を超えるとブレーキ指令を出力して、前記列車の速度を減速させる自動列車制御装置において、
演算した前記減速パターンと、予め保持された前記目標停止位置で前記列車が停止するための基準減速パターンとの差の絶対値を用いて前記演算による演算誤りの発生の有無を評価し、前記減速パターンと前記基準減速パターンとの差の絶対値が所定の範囲を超えて、前記減速パターンが妥当でない場合に前記列車に対してブレーキ指令を出力するとともに当該自動列車制御装置の異常発生を出力する手段を備え、
前記基準減速パターンは、過去に同一の路線上を走行した自列車または同じ種類の列車の運転時に得られた減速パターンに基づいて計算されたデータであることを特徴とする自動列車制御装置。
路線上の所定の位置に設置された地上装置から受信した、列車の目標停止位置までの残走距離を含む地点情報と、速度計測手段から得られる信号とを用いて、走行中の前記列車の速度と前記目標停止位置までの残走距離とを演算する速度・残走距離演算手段と、
走行中の前記列車の速度と前記目標停止位置までの残走距離を用いて、前記目標停止位置で前記列車が停止するための減速パターンを演算する減速パターン演算手段と、
前記列車の現速度が前記減速パターンで与えられる残走距離に応じた速度を超える場合に、ブレーキ指令を前記列車に対して出力するブレーキ指令判定手段と、
を備える自動列車制御装置において、
前記列車が運行される路線上の前記目標停止位置で前記列車が停止するための基準減速パターンを、前記目標停止位置ごとに格納する基準減速パターン格納手段と、
受信したＡＴＣ信号に含まれる前記目標停止位置に対応する前記基準減速パターンを前記基準減速パターン格納手段から検索する基準減速パターン検索手段と、
前記列車の現在の残走距離における、演算された前記減速パターンと、前記基準減速パターン検索手段によって検索された前記基準減速パターンとの差の絶対値を用いて、前記減速パターン演算手段による演算誤りの発生の有無を評価するパターン評価手段と、
を備え、
前記基準減速パターンは、過去に同一の路線上を走行した自列車または同じ種類の列車の運転時に得られた減速パターンに基づいて計算されたデータであり、
前記パターン評価手段は、前記減速パターンと前記基準減速パターンとの差の絶対値が、所定の範囲内である場合には、前記ブレーキ指令判定手段に前記減速パターン演算手段で演算された前記減速パターンを出力し、前記減速パターンと前記基準減速パターンとの差の絶対値が、所定の範囲を超える場合には、前記ブレーキ指令判定手段にブレーキを指示する信号を出力するとともに、当該自動列車制御装置の異常発生を出力する機能を有することを特徴とする自動列車制御装置。