JP5348958B2 - 過走防護パターン追従機能を備えた自動列車運転装置 - Google Patents

Description

本発明は自動列車運転装置に関し、特に過走防護区間において列車速度を制御する自動列車運転装置に関する。

自動列車運転装置すなわちＡＴＯ（Automatic Train Operation）は、運転士（乗務員）が乗務するタイプと、無人運転のタイプとに大きく分けられるが、出発条件の成立後、自動的に目標速度まで加速したあと定速運転を行い、次駅に接近すれば自動的に停止位置に停止させるという基本機能は変わらない。目標速度の設定および万一の際の安全確保のため、保安装置としてＡＴＣが一般に採用されている。

運転士が乗務するタイプの自動列車運転装置には、ＡＴＯをあくまでも運転支援装置と捉え、ＡＴＯ運転中であっても運転士の運転操作が優先するよう設計されたものと、ＡＴＯ運転モードでは緊急停止以外の運転操作ができない、無人運転に近い設計のものが存在する。しかし、いずれの場合も、戸閉後にハンドル付近に設置された出発ボタンを押すことで、次駅までの自動運転が開始されるのが一般的である。

下記特許文献１には、ＡＴＣ（Auto Train Control）装置から受信した制限速度を基に、列車を定位置に安定して停止させるＡＴＯが開示されている。
特開２００２−３１５１１５

ＡＴＯは、人に対する安全性が確保しやすい地下鉄や新交通システムに一般に採用されている。ＡＴＯが採用される路線には、過走防護（ＯＲＰ）が設けられることがある。このＯＲＰとは、各駅停車の列車が急行列車に追抜かれる際に退避する駅あるいは路線の終端駅で、列車が冒進（進入してはならない閉塞区間に進入）する事を防ぐこと、又は冒進する事を防ぐ目的で設けられた信号あるいは区間を示す。過走防護信号は、例えば過走防護区間が開始する地点の軌道回路を介して列車のＡＴＣに受信される。

ＡＴＣは過走防護信号を受信すると、通常の停止時とは異なる特別な制限速度パターン（ＯＲＰパターン）を、過走防護区間が終了する地点までの軌道に設定する。これは、過走防護区間の前方に設けられた閉塞区間が、進入が厳格に禁止される区間であり、誤って侵入すると大事故が生じる恐れがあるからである。

ＡＴＯはこの過走防護パターンが示す速度よりも低い速度で列車を進行させ、ＯＲＰ区間が終了する地点より手前の定位置に列車を停車させる必要がある。列車速度が過走防護パターン以上の速度になると、ＡＴＣは非常ブレーキを作動させ列車を緊急停止する。

このようなＡＴＣ非常ブレーキが働いた場合には、運転士はその旨を運転指令に報告し、更に非常ブレーキを解除し、改めて停止位置に向かって列車を走行させる必要があり、操作に手間と時間がかかる。結果として、ダイヤ通りの運行ができず、運行遅れの一原因になっている。

本発明は、過走防護パターンの速度より低い速度で安全に列車を停止させると共に、運行遅れを生じない列車自動運転を実現することを目的とする。

本発明に係る自動列車運転装置は、ＡＴＣ部とＡＴＯ部を具備し、前記ＡＴＣ部は、ＡＴＣ受信器を介して受信したデータに基づいて制限速度を得るとともに、前記受信したデータが過走防護トリガを含むときは制限速度パターンを生成する制限速度情報取得手段と、速度検出器から出力された信号に基づいて速度を得るとともに、この速度が前記制限速度情報取得手段で得た前記制限速度または生成した前記制限速度パターンと比較する比較手段と、前記比較手段によって、前記速度が前記制限速度を超えたと判定された場合、非常ブレーキ指令を出力し、さらに前記速度が前記制限速度パターンによる制限速度を超えたと判定された場合、列車が停止するまで非常ブレーキ指令を出力するブレーキ指令出力手段とを有し、前記ＡＴＯ部は、前記ＡＴＣ部を介して制限速度を受信すると、この制限速度に基づいて第１の目標速度パターンを生成し、さらに前記ＡＴＣ部を介して過走防護トリガを受信、又は列車の位置が過去に記憶された過走防護トリガを受信した位置となると、過走防護パターンを算出するとともに、この算出した過走防護パターンに基づいて第２の目標速度パターンを生成する目標速度パターン生成手段と、前記目標速度パターン生成手段によって生成された前記第１の目標速度パターンまたは前記第２の目標速度パターンに基づき、列車の走行および停止を制御するための制動指令を出力する制動指令出力手段を有する。

本発明によれば、過走防護パターンに抵触することなく列車自動運行を行うことで、安全に列車を自動運行できると共に、過走防護に抵触して非常ブレーキが出力される事を防げるので、運行遅れを生じることなく列車自動運転が可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明に係る過走防護パターン追従機能を備えた自動列車運転装置の構成例を示すブロック図である。この自動列車運転装置は、列車１０内に設けられ、ＡＴＯ部１１、ＡＴＣ部１２、駆動／制動制御装置１３を含む。

ＡＴＣ部１２は、レール（図示されず）からＡＴＣ受信器１４を介して、信号コード、後述のＯＲＰトリガ等を受信しＡＴＯ部１１に出力する。またＡＴＣ部１２は、信号コードをデコードして制限速度を判断すると共に、車軸に設けられた速度検出器（ＴＧ）２２から受信されるＴＧパルスに基づいて現在の車速を判断する。ＡＴＣ部１２は、この車速が制限速度以上になると、駆動／制動制御装置１３に非常ブレーキ指令を出力する。

ＡＴＯ部１１は、制限速度算出部１５、位置・速度算出部１６、ＯＲＰパターン算出式格納部１７、ＯＲＰパターン算出部１８、制御指令算出部１９を含む。位置・速度算出部１６は、ＡＴＯ地上子（図示されず）からＡＴＯ車上子２１を介して受信される地点補正信号、及び車軸に設けられたＴＧ２０から受信されるＴＧパルスに基づいて現在の位置及び車速を判断して提供する。ＯＲＰパターン算出部１８は、ＯＲＰトリガを受信すると、ＯＲＰパターン算出式格納部１７から入力されるＯＲＰパターン算出式と、位置・速度算出部１６から制御指令算出部１９を介して入力される現在位置に基づいて、後述のＯＲＰパターンを算出する。制御指令算出部１９は運転計画に基づく目標速度、制限速度及び現在の位置及び速度に基づいて、力行／制動指令を算出する。尚、ＴＧパルスはＴＧ２０及びＴＧ２２の一方から、ＡＴＣ部１２及び位置・速度算出部１６に提供しても良い。

次に、この自動列車運転装置の通常走行時の動作を図２を参照して詳細に説明する。

先ずＡＴＣ部１２は、ステップＳ１０１のように信号コードを受信すると、このコードをデコードして、現在走行している区間の制限速度を求める。ステップＳ１０２にてＡＴＣ部１２は、ＴＧ１５からのＴＧパルスに基づいて、列車速度を検出する。ステップＳ１０３にてＡＴＣ部１２は、列車速度が制限速度を超えたか判断し、超えていない場合、フローはステップＳ１０１に戻る。列車速度が制限速度を超えてた場合、ＡＴＣ１２は非常ブレーキ指令を出力する（ステップＳ１０４）。

一方、ＡＴＯ部１１は、信号コードを受信すると（ステップＳ１０５）、該信号コードが示す制限速度より低い目標速度パターンを制御指令算出部１９にて生成する（ステップＳ１０５）。位置・速度算出部１６は、受信されるＴＧパルス及び地点補正信号に基づいて、列車の現在位置及び現在速度を検出する（ステップＳ１０７）。ステップＳ１０８にて制御指令算出部１９は、現在位置及び速度に基づいて、列車が目標速度で走行するように、力行／ブレーキ指令を出力する（ステップＳ１０８）。

次に、ＯＲＰ（過走防護）区間における従来のＡＴＯ動作を説明する。図３はＯＲＰ区間における各種ブレーキ（減速）パターンを示す。

列車が減速して停止位置に停止する場合、図３のように列車は通常の停止パターンに従う減速度となるように、ブレーキをかけて減速する。ＯＲＰは通常の停止動作より安全を考慮して、ＡＴＯが有する通常のブレーキパターンよりも低速度で長い距離を走る事を要求する。従って、通常のブレーキパターンで停車しようとすると、ＯＲＰのパターンに当たる（ＯＲＰの規制速度をオーバーする）という不都合が起こる。

次に、本発明の一実施例に係るＡＴＯ動作を説明する。

本発明の一実施例では、通常のブレーキパターンとは別に、ＯＲＰ専用のブレーキパターンをＡＴＯ部１１が有していることが特徴である。ＯＲＰトリガを受信すると、ＡＴＯ部がＯＲＰパターン算出式に基づいてＯＲＰの減速パターンを算出する。自列車の位置を、ＴＧからのＴＧパルスを積算する事で判断し、その地点でのＯＲＰの規制速度を計算し、ＯＲＰ規制速度の一定速度下の列車速度となる様に、制動指令が発生され列車速度が制御される。

図４は、ＯＲＰ対応時の動作を詳細に示すフローチャートである。

先ずＡＴＣ部１２は、ＡＴＣ受信器１４からＯＲＰトリガを受信すると（Ｓ２０１）、ＯＲＰパターン（制限速度パターン）を内部で生成する（Ｓ２０２）。ＡＴＣ部１２は、ＴＧ２２から受信されるＴＧパルス等に基づいて現在位置及び列車速度を検出する（Ｓ２０３）。ＡＴＣ部１２は、現在位置及びＯＲＰパターンを参照して、現在の列車速度が制限速度を超えたか判断し（Ｓ２０４）、超えた場合は、非常ブレーキ指令を列車が停止するまで出力する（Ｓ２０５、Ｓ２０６）。

一方、ＡＴＯ部１１では、ＯＲＰトリガを受信すると（Ｓ２０７）、ＯＲＰパターン算出部１８が、ＯＲＰパターン算出式に基づいてＯＲＰパターンを算出し、更にＯＲＰパターンより低い目標速度パターンを生成する（Ｓ２０８）。

位置・速度算出部１６は、現在の列車位置及び速度を検出する（Ｓ２０９）。制御指令算出部１９は、目標速度パターン、現在の位置及び速度に基づいて、列車が目標速度で走行するように、ブレーキノッチ指令を列車が停止するまで出力する（Ｓ２１０、Ｓ２１１）。

尚、本実施例ではトリガを受けたときに、ステップＳ２０８のようにＯＲＰパターン算出式を使ってＯＲＰパターン全体及び目標速度パターン全体が計算された。しかし本発明はこれに限るものではなく、例えばＯＲＰトリガを受けたときの位置や速度を記録しておき、ＯＲＰパターンの速度が必要になったときに、ＯＲＰパターン算出式を使ってパターン上の制限速度を求めてもよい。

次に、目標速度で走行するステップＳ２１０の一実施例を説明する。

本実施例では、停止位置精度を向上するために、現在位置からΔｔ（Δｔは、例えば１〜２秒）後の列車位置を、現在のブレーキノッチのまま走行した場合と、現在のブレーキノッチよりも１段強いブレーキノッチを選択して走行した場合と、現在のブレーキノッチよりも１段弱いブレーキノッチを選択して走行した場合について予測し、適切なブレーキノッチを選択する。

図５（ａ）はステップＳ２１０の一実施例の動作を示すフローチャート、図５（ｂ）はΔｔ秒後の位置と速度を説明するための図である。この動作は、主に制御指令算出部１９により制御される。

先ず制御指令算出部１９は、図５（ｂ）のように現在選択中のブレーキノッチッで減速したときのΔｔ秒後の位置と速度ｘを算出する（Ｓ３０１）。次にステップＳ３０２のように、求めた位置でのＯＲＰパターン速度ｖに基づき、速度の許容範囲ｗ（上限ｙ，下限ｚ）を算出する。

Δｔ秒後の速度ｘが許容範囲ｗ内か判断し（Ｓ３０３）、許容範囲ｗ以内であれば、現在のブレーキノッチを選択し制動指令として出力する（Ｓ３０４）。Δｔ秒後の速度ｘが許容範囲ｗを下回る場合は、ブレーキノッチを１ステップ弱くして制動指令として出力する（Ｓ３０５）。Δｔ秒後の速度ｘが許容範囲ｗを上回る場合は、ブレーキノッチを１ステップ強くして制動指令として出力する（Ｓ３０６）。

制動指令を出力してΔｔ秒経過したら（Ｓ３０７）、フローはステップＳ３０１に戻る。制御指令算出部１９は前述した処理を、列車が停止するまで繰り返す。

尚、ブレーキノッチの切換を頻繁に発生させないために、ＯＲＰパターンに対する速度許容範囲ｗを、ブレーキ装置が有するノッチ数に応じて変更しても良い。ブレーキ装置のノッチ数（段数）は、数段のものから数十段のものまで様々ある。好適に、ノッチ数の少ないブレーキ装置を採用している車両ほど速度許容範囲ｗを大きく設定する。この結果、ブレーキノッチ数が少ない（例えば、７段ブレーキ）列車でもノッチ切換回数を少なくして停車させる事が出来る。

更に、停止位置精度を向上するために、速度に応じてΔｔを変化させてもよい。具体的には、停止位置に近づくにつれて、Δｔを短くする事で、予測精度を向上させ、停止位置の制度を向上させることができる。

以上のように本発明によれば、過走防護パターンに抵触することなく列車自動運行を行うことで、安全に列車を自動運行できる。又、過走防護に抵触して非常ブレーキが出力される事を防げるので、ダイヤを守り、運行遅れを生じずに列車自動運転が行える。

又、列車の停止位置精度が向上するので、結果としてホームドアが設置されている場合などに、必要となる列車停止位置精度（停止点 ±４５ｃｍ以下の精度）が確保できる。更に、ブレーキノッチの頻繁な切換を抑制することで、ブレーキ寿命の劣化を防止するとともに、乗心地の良い列車自動運転装置を提供することができる。

以上の説明はこの発明の実施の形態であって、この発明の装置及び方法を限定するものではなく、様々な変形例を容易に実施することができるものである。

本発明の一実施例に係る過走防護パターン追従機能を備えた自動列車運転装置の構成例を示すブロック図である。 自動列車運転装置の通常走行時の動作を示すフローチャートである。 ＯＲＰ区間における各種ブレーキ（減速）パターンを示す図である。 ＯＲＰ対応時の動作を詳細に示すフローチャートである。 図５は図４のステップＳ２１０の一実施例の動作を説明するための図である。

符号の説明

１１…ＡＴＯ部、１２…ＡＴＣ部、１３…駆動／制動制御装置、１４…ＡＴＣ充電器、１５…制限速度算出部、１６…位置・速度算出部、１７…ＯＲＰパターン算出式格納部、１８…ＯＲＰパターン算出部、１９…制御指令算出部。

Claims (3)

1. ＡＴＣ部とＡＴＯ部を具備する自動列車運転装置であって、
   前記ＡＴＣ部は、
   ＡＴＣ受信器を介して受信したデータに基づいて制限速度を得るとともに、前記受信したデータが過走防護トリガを含むときは制限速度パターンを生成する制限速度情報取得手段と、
   速度検出器から出力された信号に基づいて速度を得るとともに、この速度が前記制限速度情報取得手段で得た前記制限速度または生成した前記制限速度パターンと比較する比較手段と、
   前記比較手段によって、前記速度が前記制限速度を超えたと判定された場合、非常ブレーキ指令を出力し、さらに前記速度が前記制限速度パターンによる制限速度を超えたと判定された場合、列車が停止するまで非常ブレーキ指令を出力するブレーキ指令出力手段とを有し、
   前記ＡＴＯ部は、
   前記ＡＴＣ部を介して制限速度を受信すると、この制限速度に基づいて第１の目標速度パターンを生成し、さらに前記ＡＴＣ部を介して過走防護トリガを受信、又は列車の位置が過去に記憶された過走防護トリガを受信した位置となると、過走防護パターンを算出するとともに、この算出した過走防護パターンに基づいて第２の目標速度パターンを生成する目標速度パターン生成手段と、
   前記目標速度パターン生成手段によって生成された前記第１の目標速度パターンまたは前記第２の目標速度パターンに基づき、列車の走行および停止を制御するための制動指令を出力する制動指令出力手段を有する
   ことを特徴とする自動列車運転装置。
2. 前記制動指令出力手段は、前記過走防護パターンに基づいて許容範囲を算出するとともに、現在のブレーキノッチを維持した場合の所定時間後の列車の速度が前記算出した許容範囲内にあるときは現在のブレーキノッチを選択し、前記所定時間後の列車の速度が前記算出した許容範囲を下回る場合はブレーキノッチを１段階弱くし、さらに前記所定時間後の列車の速度が前記算出した許容範囲を上回る場合はブレーキノッチを１段階強くすることを特徴とする請求項１に記載の自動列車運転装置。
3. 前記制動指令出力手段は、列車停止点に近づくにつれ、前記所定時間を短く設定して前記速度を予測することを特徴とする請求項２記載の自動列車運転装置。

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