JP5364682B2

JP5364682B2 - 列車の定速走行制御方法及び装置

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Publication number: JP5364682B2
Application number: JP2010263180A
Authority: JP
Inventors: 拓也藤田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2013-12-11
Anticipated expiration: 2030-11-26
Also published as: JP2012111399A

Description

本発明は、列車を定速で走行する制御、特に通過駅を通過する際の速度制御を行う列車の定速走行制御方法及び装置に関する。

一般に、駅間の運転時分（列車ダイヤ）は、制限速度をある速度下回る速度で計画される。そのため、自動列車運転装置（ＡＴＯ）では、出発時より、列車が定速走行となるように制御すべき目標となる速度を、制限速度をある速度下回る速度とし、勾配や制限速度の情報を考慮して、次駅まで制限速度を超過することなく列車を定速で走行させる制御を行っている。

一方、通過列車や追い抜きがある場合や、運転最高速度が異なる列車がある場合など、複雑な運転形態の列車運転制御を行う鉄道においては、基本的な駅間の運転時分は制限速度をある速度下回る速度で計画されるが、列車によっては、先行列車との間隔の確保、制限速度による速度低下の防止を図るため、あえて速度を抑制して走行させる計画とする場合がある。

このような列車では、運転取扱いにより抑制した速度で走行するため、運転の自動化を図る場合には、定速で制御する任意の目標の速度を、列車や運転条件に従って選択する必要がある。

車両駆動制御装置では、運転台からの指令に定速段を設けて、定速段を扱った任意の速度を定速となるようにモータの制御を行うシステムが既に存在するが、制御段階や区分をこまめに切り換える必要がある勾配や制限速度信号による複雑な制御は、自動列車運転装置（ＡＴＯ）などの定速走行制御との組合せによっている。

列車の定速走行制御の機能とは、図５に示すように、通過駅であるＢ駅３０３の定時運転のために、Ａ駅３０２に居る列車３０１がＡ駅３０２からＢ駅３０３までの駅間距離３０５を走行するときに、Ａ駅３０２からＢ駅３０３までの運転時分３０６で割った平均速度を求め、これを列車３０１についてのＡ駅３０２からＢ駅３０３までの目標速度３０７とし、この速度を用いて定速走行制御を行うものである。目標速度３０７は制限速度信号２０２で表される制限速度よりもある速度低い速度として設定される。また、通過駅であるＢ駅３０３から停車駅であるＣ駅３０４までの間についても同様であり、Ｂ駅３０３からＣ駅３０４までの駅間距離３０８を運転時分３０９で割ることより、そうして得られた平均速度がＢ駅３０３からＣ駅３０４までの目標速度３１０として設定される。図５に示す例では、目標速度３１０は、目標速度３０７よりも低い速度（したがって、制限速度信号２０２で示される制限速度を下回る速度）として算出されている。列車３０１の実際の速度は太線で示すように、Ｂ駅３０３を通過する際に減速して、Ｂ駅３０３を通過後、ややアンダーシュートして目標速度３１０に倣うように制御される。

定速走行制御における目標速度は、列車３０１の走行している現在位置に応じて変わるものである。即ち、図６に示すように、列車３０１がＡ駅３０２を出発して列車位置３１１に進行すると、目標速度３１４は、列車位置３１１よりＢ駅３０３までの残距離３１２を、列車位置３１１よりＢ駅３０３までの残時分３１３で割って算出された平均速度として設定されることになる。Ｂ駅３０３からＣ駅３０４までの間については、図５と同様である。

ところが、図７に示すように、Ａ駅３０２からＢ駅３０３までの目標速度３０７に比べてＢ駅３０３からＣ駅３０４までの目標速度３１０となる平均速度が高い場合、列車３０１がＢ駅３０３を通過する際の加速に要する時間分だけ走行時間が増え、次の駅間（Ｂ駅３０３からＣ駅３０４までの間）を定時で走行できなくなる。

また、図８に示すように、Ａ駅３０２からＢ駅３０３まで定刻に対して早めに走行している場合、つまり定時との偏差が正の場合、列車位置３１１からＢ駅３０３までの距離が短くなるにつれて求める目標速度３０７が低下し、Ｂ駅３０３を通過する際の時刻は定時になっても、Ｂ駅３０３を通過する速度は遅い速度となる。また、列車３０１が次のＣ駅３０４までの駅間での高い目標速度３１０にまで加速するのに時間を要することになり、最大速度が制限速度信号２０２で示される制限速度に近づいてそれ以上の加速が制限されるおそれが生じるとともに、Ｂ駅３０３を通過後に遅延を発生させる原因となる。

特許文献１には、地上装置の送信部が、閉塞区間に与えられるべき制限速度情報を含んでいる現示情報、当該閉塞区間の前方に隣接する前方閉塞区間における制限速度情報を含んでいる速度予告情報、及び当該閉塞区間と前方閉塞区間との閉塞境界において、車両速度を前方閉塞区間の制限速度よりも小さくすべく当該閉塞区間内において設定されるブレーキ開始点の情報を含むブレーキ開始点情報を有するディジタル信号としての制御信号を生成して出力することにより、車両が閉塞境界に至る前にブレーキを開始し、車両が閉塞境界を通過する際に、車両の速度を前方閉塞区間における制限速度よりも小さくすることを可能にして、ＡＴＣブレーキ等の強力なブレーキをかける必要がなくなって乗り心地を向上することを図った列車制御装置が提案されている。

特許文献２には、制限速度が高い上位信号の区間を列車が上位信号の制限速度以下の速度で走行しているときに、当該列車が減速制御開始地点を通過すると、信号変化地点で列車の速度が制限速度の低い下位信号の制限速度以下の目標速度になるように、減速制御開始地点から信号変化地点まで所定の減速度の第１のノッチ指令を出力して減速制御を行い、信号変化地点から列車の速度が目標速度に追随するように第２のノッチ指令を選択して出力することによって、信号変化地点でＡＴＣ装置の常用最大ブレーキが動作するのを回避して、乗り心地の低下の防止を図った列車の速度制御装置が提案されている。

特許文献３には、何らかの理由で駅と駅との間で停止してしまった列車に対して、そのＡＴＯ（自動列車運転）制御部に、ＡＴＣ（自動列車制御）ループを利用して遠隔的に出発指令を与えることによって、ＡＴＯ制御部は、駅での出発の場合と同様に、ブレーキ装置を解除し駆動装置に対して起動信号を出力し、一旦起動すると出発指令が無くてもＡＴＣ現示速度信号に基づいた速度で走行を継続してることを図った自動列車運転システムが提案されている。

特開２００４−２２４１５１号公報特開平０８−１４０２１９号公報特開２００１−０５５１４３号公報

本発明が解決すべき課題は、列車が次の駅間に進入するまでに、即ち、列車が通過駅を通過する際に、予め定速走行制御の目標速度を、次駅間を定時運転するための平均速度とすることである。
本発明の目的は、列車が通過駅を通過するに際して、予め定速走行制御の目標速度を、次駅間を定時運転するための平均速度とすることにより、次駅間での列車速度を早期に目標速度に追従させて、列車の走行速度の大きな変動を回避した定速定時での走行を確保することを可能にする列車の定速走行制御方法及び装置を提供することである。

本発明の上記課題は、定時運転のために駅間の平均速度を求める際に、定時で通過した場合の次駅間の平均速度を予め求めておき、現在の列車速度から加速して次の駅間に進入するまでに列車速度が次駅間の平均速度まで加速可能となる地点からは、次の駅間を含めた走行距離を走行時間で割った平均速度を算出し、これを目標速度とすることにより解決できる。
この際、列車速度が次駅間の平均速度まで加速するときの加速度は、車両性能の最大加速度又はそれ以下の加速度とし、或いは加速開始の地点を最も次駅に近い限界の地点とすることができる。
また、前記目標速度は列車制限速度よりもある速度以下として、列車の走行速度の変化を抑えることが好ましい。更に、前記現在の地点からの目標速度としての前記次駅間における平均速度による設定は、押ボタンの操作で開始するようにしてもよい。

上記のとおり、本発明による列車の定速走行制御であれば、列車が通過駅を通過するに際して、次の駅間に進入する際の目標速度が、次の駅間距離を運転時分で割った、次の駅間の平均速度になるように目標速度が予め設定され、次駅間での列車速度が早期に目標速度に追従することが可能になり、列車の走行速度の大きな変動を回避した定速定時での走行を確保することができる。

図１は定速走行制御装置の全体構成図である。図２は本発明の実施例１の関連構成図である。図３は図２における詳細図である。図４は本発明の実施例１の関連構成図である。図５は定速走行制御装置における速度と距離の関連構成図である。図６は定速走行制御装置における速度と距離の関連構成図である。図７は従来の定速走行制御装置における速度と距離の関連構成図である。図８は従来の定速走行制御装置における速度と距離の関連構成図である。

［実施例１］
以下、本発明による列車の定速走行制御の実施例１について、図を用いて説明する。まず、本発明による列車の定速走行制御の実施例の装置構成を、図１を用いて説明する。

図１に示すように、列車の定速走行制御装置は、車両が走行する速度２０１、列車の制限速度信号２０２、押しボタンなどによる制御の開始を指示する入力２０３等の入力を受けて、当該入力情報により列車が定速で走行するように車両駆動制御装置への力行指令２０８や列車を減速させるためのブレーキ指令２０９を算出して出力する制御部１０１を備えている。制御部１０１は、内部に、制限速度信号２０２に基づいて目標速度２０４を算出する目標速度算出機能１０２、及び勾配データ２０５、速度制限データ２０６及び車両性能データ２０７を記憶し必要に応じてこれらデータを出力するデータ用メモリ１０３を備えている。

図１で定速走行制御装置の基本的な動作を説明する。
定速走行制御装置は、制限速度信号２０２で示される制限速度をある速度下回る速度を目標速度２０４とし、押しボタン入力２０３により押しボタンが扱われることにより、速度２０１が目標速度２０４に追随するように計算を行い、車両駆動制御装置への力行指令２０８及びブレーキ装置へのブレーキ指令２０９の出力を行う。或いは、列車の定速走行制御については押しボタン入力２０３の有無に関わらず実行し、押しボタンの特定の操作入力によって、当該列車の定速走行制御における通過駅を通過する際の目標速度設定のみを開始するようにしてもよい。

図２に示すように、Ａ駅３０２を出発した列車３０１については、通過駅であるＢ駅３０３までの駅間距離３０５及び運転時分３０６より、目標速度３０７が算出されて設定される。この目標速度の算出・設置については、図５に示した場合と同様である。目標速度３０７は、制限速度信号２０２で示される制限速度をある速度下回る速度として算出されている。Ｂ駅３０３からＣ駅３０４までについては、駅間距離３０８及び運転時分３０９より、Ｂ駅３０３からＣ駅３０４までの平均速度が算出され、当該平均速度で以て目標速度３１０が設定される。

本実施例では、Ｂ駅３０３を定刻に通過するものと仮定し、当該駅間距離３０８及び運転時分３０９によれば、目標速度３１０は、Ａ駅３０２からＢ駅３０３までの目標速度３０７よりも高い速度であるので、Ｂ駅３０３の通過の際には、加速が行われるとする。

図３に示すように、列車位置３１１からＢ駅３０３までの残距離３１２と、列車位置３１１における現在速度３１５より、Ｂ駅３０３通過時の目標速度３１６を、列車位置３１１からＣ駅３０４までの目標速度３１９に切り替える。即ち、列車３０１が現在占めている列車位置３１１からＢ駅３０３までの残距離３１２における目標速度３１４は、Ｂ駅３０３からＣ駅までの目標速度３１０を前倒しして設定される。したがって、列車３０１がＢ駅３０３を通過する時の目標速度３１６は、目標速度３１０，３１４と同じ速度である。列車３０１の現在速度３１５は、Ａ駅３０２からＢ駅３０３までの間での目標速度３０７であるとする。列車位置３１１からＢ駅３０３までの残距離３１２は、列車位置３１１で現在速度３１５から図示しない列車の最大加速度で加速したときに、Ｂ駅３０３における通過時の目標速度３１６にちょうど達するような距離とされる。なお、図３に示す例においては、残距離３１２の間、列車３０１は常に最大加速度で加速し、Ｂ駅３０３において走行速度がちょうど目標速度にまで加速し終わった状態にあるが、加速は車両性能の最大加速度であることに限らず、より小さい加速度であってもよい。この場合、列車３０１の加速開始はその小さい加速度の応分だけ早い段階から行われる。また、列車３０１は、Ｂ駅３０３よりも手前で目標速度にまで加速し終わってもよい。この場合も、列車３０１の加速開始はより早い段階で行われる。

これにより、図４に示すように、列車位置３１１からＣ駅３０４までの目標速度３１９に切り替えることにより、列車位置３１１からＣ駅３０４までの残距離３１７及び列車位置３１１からＣ駅３０４までの残時分３１８を算出することが可能となる。

以上より、次の駅間（Ｂ駅３０３とＣ駅３０４の駅間）に進入する際の目標速度３１４が、次の駅間距離を運転時分で割った、次の駅間の平均速度（目標速度３１９）になるように設定することが可能となる。

本列車の定速走行制御によれば、通過駅であるＢ駅３０３を通過するに際して、Ｂ駅３０３の手前の位置から列車の目標速度をＢ駅３０３以後の駅間の目標速度に合わせているので、列車の加速（減速）が早い段階から行われ、Ｂ駅３０３の通過に際して、図６に示すような速度のアンダーシュートのような現象が生じるのを抑えることができるとともに、図８に示したようなＢ駅３０３通過の速度が低速になりその後、急加速するといった速度変化が大きくなるのを防止することができる。また、こうした早めの列車速度制御によって、目標速度は列車制限速度よりもある速度以下となり、走行速度が列車制限速度に近づくというような事態も回避することができる。更に、残距離３１２の間での加速を最大加速とし、加速終了時にＢ駅通過とする場合には、加速開始を限界まで遅らせることができるので、Ａ駅３０２からＢ駅３０３までの列車の運転時分を可及的に定時に維持することができる。

１０１制御部１０２目標速度算出
１０３データ用メモリ１０４目標速度設定部
２０１速度２０２制限速度信号
２０３押しボタン入力２０４目標速度
２０５勾配データ２０６速度制限データ
２０７車両性能データ
２０８力行指令２０９ブレーキ指令
３０１列車３０２Ａ駅
３０３Ｂ駅３０４Ｃ駅
３０５Ａ駅からＢ駅までの駅間距離３０６Ａ駅からＢ駅までの運転時分
３０７Ａ駅からＢ駅までの目標速度
３０８Ｂ駅からＣ駅までの駅間距離３０９Ｂ駅からＣ駅までの運転時分
３１０Ｂ駅からＣ駅までの目標速度
３１１列車位置
３１２列車位置からＢ駅までの残距離３１３列車位置からＢ駅までの残時分
３１４列車位置からＢ駅までの目標速度３１５現在速度
３１６Ｂ駅通過時の目標速度
３１７列車位置からＣ駅までの残距離３１８列車位置からＣ駅までの残時分
３１９列車位置からＣ駅までの目標速度

Claims

制限速度信号及び列車の走行速度の入力を受け、駅間距離を運転時分で割って求めた平均速度を目標速度として設定して定速で走行する指令を車両駆動制御装置に出力することにより、前記列車の定速走行制御を行う定速走行制御装置において、
次駅を定時で通過した場合の当該次駅より先の次駅間における平均速度を予め求めておき、現在の走行速度から加速して前記次駅間に進入するまでに前記走行速度が前記次駅間における平均速度まで加速可能となる当該現在の地点からの目標速度として、前記次駅間における平均速度を設定すること、
を特徴とする列車の定速走行制御装置。
請求項１に記載の列車の定速走行制御装置において、
前記現在の走行速度から加速する加速度は車両性能の最大加速度であること、
を特徴とする列車の定速走行制御装置。
請求項１又は２に記載の列車の定速走行制御装置において、
前記加速を開始する地点は、前記列車が前記次駅間に進入する時に前記加速が実質的に終了して前記走行速度が前記次駅間における平均速度まで加速される限界の地点であること、
を特徴とする列車の定速走行制御装置。
請求項１〜３のいずれか一項に記載の列車の定速走行制御装置において、
前記目標速度は列車制限速度よりもある速度以下であること、
を特徴とする列車の定速走行制御装置。
請求項１〜４のいずれか一項に記載の列車の定速走行制御装置において、
前記現在の地点からの目標速度としての前記次駅間における平均速度による設定は、押ボタンの操作で開始されること、
を特徴とする列車の定速走行制御装置。
制限速度信号及び列車の走行速度の入力を受け、駅間距離を運転時分で割って求めた平均速度を目標速度として設定して定速で走行する指令を車両駆動制御装置に出力することによる前記列車の定速走行制御方法において、
次駅を定時で通過した場合の当該次駅より先の次駅間における平均速度を予め求めておき、現在の走行速度から加速して前記次駅間に進入するまでに前記走行速度が前記次駅間における平均速度まで加速可能となる当該現在の地点からの目標速度として、前記次駅間における平均速度を設定すること、
を特徴とする列車の定速走行制御方法。
請求項６に記載の列車の定速走行制御方法において、
前記現在の走行速度から加速する加速度は車両性能の最大加速度であること、
を特徴とする列車の定速走行制御方法。
請求項６又は７に記載の列車の定速走行制御方法において、
前記加速を開始する地点は、前記列車が前記次駅間に進入する時に前記加速が実質的に終了して前記走行速度が前記次駅間における平均速度まで加速される限界の地点であること、
を特徴とする列車の定速走行制御方法。
請求項６〜８のいずれか一項に記載の列車の定速走行制御方法において、
前記目標速度は列車制限速度よりもある速度以下であること、
を特徴とする列車の定速走行制御方法。
請求項６〜９のいずれか一項に記載の列車の定速走行制御方法において、
前記現在の地点からの目標速度としての前記次駅間における平均速度による設定は、押ボタンの操作で開始されること、
を特徴とする列車の定速走行制御方法。