JP5586308B2 - 目標速度算出機能を備えた列車制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ダイヤ通りに走行するために列車の走行計画を適応的に調整する技術に関する。

近年、列車などの車両の均一な運転を維持し、かつ、走行遅延の虞を低減するため、自動列車運転装置（ＡＴＯ：Automatic Train Operation）が提案されている。たとえば、ＡＴＯは、路線データあるいは車両モデルデータなどのデータに従って算出した走行計画に基づいて運転制御する。

また、列車には、保安装置である自動列車制御装置（ＡＴＣ：Automatic Train Control）が搭載されている。ＡＴＣは、列車の走行スピードが所定速度を超過したり、先行列車との間隔が近づき過ぎたりする場合、ブレーキを起動する。

現在、ダイヤ通りの走行を前提として、省エネ及び乗り心地を追求する技術が開発されている。特許文献１には、先行列車が在線する閉塞区間から次閉塞区間に進むタイミングと、先行列車の存在によるブレーキパターンに後続列車が加速した時に到達すると予測されるタイミングに基づいて、惰行、加速など後続列車の走行状態を制御する構成が開示されている。

特許文献２には、省エネ及び乗り心地を考慮して、逆行カーブとノッチ切り換え基準パラメータと上限速度を用いて、所定走行距離と速度制限を守る列車の走行パターンを算出する構成が開示されている。

特開２００４−２６６９８６号公報 特開平５−１９３５０２号公報

後続列車は、ダイヤ乱れなどで先行列車に接近するように目一杯突っ込んでいくと、加減速を繰り返し、乗心地が悪化する。特許文献１では、後続列車は、加速して制限速度パターンに到達しそうなときは惰行する。しかしながら、後続列車は、惰行することでブレーキパターンへの到達を回避することで乗り心地を維持できるが、惰行による走行時間の遅れを見込めないため、定時性を損なう可能性がある。しがたって、後続列車は、ブレーキパターンに到達しない範囲での最高速度を目標速度とすることで、乗り心地の悪化を防ぎながら、走行時間の遅れも最小限にし、その後の後続列車への影響も最小限に抑制する必要がある。

また、特許文献２の構成は、駅間の短い鉄道に向けられている。このような勾配などの地理的条件に基づく走行計画の算出は膨大な時間及び処理負荷を要するため、駅間が長く、長距離・長時間の走行計画を必要とする高速鉄道には馴染まない。

さらに、特許文献１、２の構成では、運転士の運転技術に依存する割合が高い。そのため、このような運転技術のばらつきは、省エネ、乗り心地、ダイヤの乱れに影響を及ぼす。

この発明は、ダイヤ通りの走行を条件として列車の目標速度を適応的に算出する列車制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る列車制御装置は、自列車と先行列車との間の閉塞区間数である開通区間数の変更履歴を取得する第１の取得手段と、前記先行列車の後方にブレーキパターンを設定する設定手段と、前記変更履歴に基づいて、前記先行列車が在線する閉塞区間を抜けるまでの時間を算出し、前記ブレーキパターンと抵触しないための目標速度を算出する算出手段とを備える。

さらに、本発明に係る列車制御装置は、次駅までの走行計画を設定する設定手段と、走行計画に基づいて現在位置から前記次駅までの走行時間を算出する算出手段と、前記走行時間と前記既定時間を比較して、走行計画の走行時間を調整する調整手段とを備える。

列車制御装置は、ダイヤ通りの走行を条件として列車の目標速度を適応的に算出することができる。したがって、マニュアル運転の場合であっても、運転士が算出された目標速度に従って走行すれば、列車は、運転技術により程度の差はあるが、省エネ、乗り心地の改善、ダイヤ通りの走行を実現できる。

第１の実施形態に係る列車制御装置を備える複数の列車及び軌道回路を含むシステムを示すブロック図。 第１の実施形態に係るブレーキパターンの移動及び走行速度の調整を説明する図。 第２の実施形態に係る駅Ｘから駅Ｙまでの区間を走行する場合の走行速度変化を示す図。 第２の実施形態に係る駅Ｘから駅Ｙまでの区間を走行する場合の走行速度変化を示す図。 第２の実施形態に係るフェーズ０の走行計画のために算出される力行曲線と減速曲線を示す図。 第２の実施形態に係るフェーズ０の走行計画を示す図。 第２の実施形態に係るフェーズ１における減速曲線の変更を示す図。 第２の実施形態に係るフェーズ１における力行から惰行への変更を示す図。 第２の実施形態に係るフェーズ１における定速速度の変更を示す図。 第２の実施形態に係るフェーズ１における定速速度の変更の他の例を示す図。 第２の実施形態に係るフェーズ１における減速から惰行への変更を示す図。

以下、図面を参照して、本実施形態について説明する。図１は、第１の実施形態に係る列車制御装置を備える複数の列車及び軌道回路を含むシステムを示すブロック図である。第１の実施形態は、長距離かつ高速鉄道向けのシステムである。列車Ａ１０は、受信部１０１、ＡＴＣ１０２、目標速度算出部１０３、表示装置１０４、ＡＴＯ１０５、車上無線装置１０６を備える。ここでは、列車制御装置は、ＡＴＣ１０２、目標速度算出部１０３、ＡＴＯ１０５を含んでいるものとする。

受信部１０１は、地上システムである軌道回路３０を介して各種情報を取得する。受信部１０１は、軌道回路３０を介して、自列車に先行する列車との間の開通区間数情報を取得する。開通区間数情報とは、先行列車が走行している閉塞区間と自列車が走行している閉塞区間との間の閉塞区間数である。また、受信部１０１は、軌道回路３０から自列車がどの閉塞区間を走行しているのかを示す閉塞区間毎に割り当てられたＩＤを取得する。

ＡＴＣ１０２は、列車Ａ１０に対して自動的にブレーキ制御する。ＡＴＣ１０２は、受信部１０１で受信した開通区間数情報を取得する。ＡＴＣ１０２は、毎制御周期、開通区間数を受信部１０１を介して取得する。ここでは、ＡＴＣ１０２がデジタルＡＴＣである場合について説明する。これは、アナログＡＴＣでは、取得できる情報量が少ないため、開通区間数情報を取得できないためである。

目標速度算出部１０３は、ATC102から開通区間数情報を受け取り、開通区間数の変動履歴を保持し、開通区間数情報等に基づいて列車Ａ１０の目標速度を算出する。また、目標速度算出部１０３は、次駅までの走行計画を算出する。表示装置１０４は、目標速度算出部１０３による要求に基づいて、各種情報をディスプレイに表示する。ＡＴＯ１０５は、目標速度算出部１０３で算出された走行計画に基づいて、列車Ａ１０を自動運転する。車上無線装置１０６は、地上システムにおける図示しないネットワークを介して、列車間で情報を送受信する。

列車Ｂ２０は、列車Ａの後を走行する後続列車である。列車Ｂ２０は、受信部２０１、ＡＴＣ２０２、目標速度算出部２０３、表示装置２０４、ＡＴＯ２０５、車上無線装置２０６を備える。受信部２０１、ＡＴＣ２０２、目標速度算出部２０３、表示装置２０４、ＡＴＯ２０５、車上無線装置２０６それぞれの構成は、受信部１０１、ＡＴＣ１０２、目標速度算出部１０３、表示装置１０４、ＡＴＯ１０５、車上無線装置１０６の構成と同様である。軌道回路３０は、先行列車との間の開通区間数の情報を後続の列車に伝送する。個々の閉塞区間には固有のＩＤが割り当てられている。

次に、先行列車である列車Ａ１０の走行速度に応じて、後続列車である列車Ｂ２０が目標速度を調整する場合について説明する。列車Ａ１０及び列車Ｂ２０は、出発から停止までの１区間において、力行、定速走行、惰行、減速を行って走行する。

はじめに、目標速度算出部２０３は、列車Ａ１０が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点としてブレーキパターンを設定する。ブレーキパターンは、列車Ｂ２０の走行速度とＡＴＣ２０２によるブレーキ起動位置を関連付けた曲線である。ブレーキパターンは、速度が高くなるほど、ブレーキパターンの起点から手前に位置する。ＡＴＣ２０２は、先行列車Ａ１０が在線する閉塞区間に列車Ｂ２０が進入しないように、列車Ｂ２０がブレーキパターンと抵触すると、ブレーキを起動する。次に、目標速度算出部２０３は、先行列車Ａ１０が通過した閉塞区間（先行列車Ａ１０が在線する閉塞区間の１つ前の閉塞区間）での走行速度（平均化した走行速度）を以下のようにして算出する。

目標速度算出部２０３は、各閉塞区間の閉塞区間長情報を保持している。そのため、目標速度算出部２０３は、列車Ａ１０が通過した閉塞区間の閉塞区間長情報及び開通区間数の変動履歴、つまり開通区間の増える時間間隔から列車Ａ１０が通過した閉塞区間での走行速度を算出する。

次に、目標速度算出部２０３は、列車Ａ１０が在線する閉塞区間を通過すると予測される時間を以下のように算出する。目標速度算出部２０３は、先行列車Ａ１０が通過した閉塞区間での走行速度及び列車Ａ１０が在線する閉塞区間の閉塞区間長情報に基づいて、列車Ａ１０が在線する閉塞区間を通過すると予測される時間を算出できる。言い換えると、目標速度算出部２０３は、列車Ａ１０が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点に設定したブレーキパターンを、1つ先の閉塞区間の終点を起点に移動して設定するタイミングを予測する。

次に、目標速度算出部２０３は、列車Ａ１０が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点に設定されたブレーキパターンを1つ先の閉塞区間の終点を起点に移動する時にブレーキパターンと抵触する直前の位置まで走行するような列車Ｂ２０の走行速度を以下のように算出する。目標速度算出部２０３は、軌道回路３０から取得した列車Ｂ２０が在線する閉塞区間のＩＤに基づいて算出した列車Ｂ２０の現在位置から、ブレーキパターンと抵触する直前の位置までの距離を算出する。また、目標速度算出部２０３は、列車Ａ１０が在線する閉塞区間を通過する時間をブレーキパターンと抵触する直前の位置まで走行できる時間と判断する。したがって、目標速度算出部２０３は、ブレーキパターンと抵触する直前の位置までの距離及びブレーキパターンと抵触する直前の位置まで走行できる時間から、列車Ｂ２０の走行速度である目標速度を算出できる。

自動運転の場合、目標速度算出部２０３は、ＡＴＯ２０５に算出した目標速度を送信する。ＡＴＯ２０５は、目標速度に従って列車Ｂ２０の走行速度を制御することで列車Ｂ２０を自動運転する。マニュアル運転の場合、目標速度算出部２０３は、目標速度情報を表示装置２０４に送信する。表示装置２０４は、目標速度を図示しないディスプレイに表示する。運転士は、表示装置２０４に表示された目標速度に基づいて、図示しないマスターコントローラを操作し、列車Ｂ２０の走行速度を制御して列車Ｂ２０をマニュアル運転する。

図２は、上記説明したブレーキパターンの移動、列車Ａ１０と列車Ｂ２０と走行位置関係を示す図である。図２（ａ）は、比較例として、第１の実施形態に係る目標速度算出部２０３による列車Ａ１０の走行速度に基づく列車Ｂ２０の目標速度の算出を実行しない場合である。図２（ｂ）は、第１の実施形態に係る目標速度算出部２０３による列車Ａ１０の走行速度に基づく列車Ｂ２０の目標速度の算出を実行する場合である。

図２（ａ）、（ｂ）において、横軸は、列車Ａ１０及び列車Ｂ２０の走行位置を示す。縦軸は、列車Ａ１０及び列車Ｂ２０の走行速度を示す。図２（ａ）、（ｂ）は、時間経過毎に、列車Ａ１０及び列車Ｂ２０の走行位置の変化を示している。図２（ａ）の時間Ｔ＝ｄｔでは、列車Ｂ２０は閉塞区間ａに在線し、先行列車Ａ１０は閉塞区間bに在線する。列車Ｂ２０は、列車Ａ１０が閉塞区間ｂを通過していないため、閉塞区間ａの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する。そのため、ＡＴＣ２０２はブレーキを起動する。

時間Ｔ＝２ｄｔでは、列車Ｂ２０は閉塞区間ｂに在線し、列車Ａ１０は閉塞区間ｃに在線する。目標速度算出部２０３は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間ａの終点から閉塞区間ｂの終点に移動して設定する。ＡＴＯ２０５は、ブレーキパターンの移動に伴い、走行速度を上げるために、力行を行う。時間Ｔ＝３ｄｔでは、列車Ｂ２０は閉塞区間ｂに在線し、列車Ａ１０は閉塞区間ｃに在線する。列車Ｂ２０は、列車Ａ１０が閉塞区間ｃを通過していないため、閉塞区間ｂの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する。そのため、ＡＴＣ２０２はブレーキを起動する。

以降同様に、時間Ｔ＝４ｄｔでは、ＡＴＯ２０５は、閉塞区間ｂの終点から閉塞区間ｃの終点へのブレーキパターンの起点の移動に伴い、走行速度を上げるために、力行を行う。時間Ｔ＝５ｄｔでは、列車Ｂ２０は、列車Ａ１０が閉塞区間ｄを通過していないため、閉塞区間ｃの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する。そのため、ＡＴＣ２０２は、ブレーキを起動する。時間Ｔ＝６ｄｔでは、ＡＴＯ２０５は、閉塞区間ｃの終点から閉塞区間ｄの終点へのブレーキパターンの起点の移動に伴い、走行速度を上げるために、力行を行う。以上のように、列車Ｂ２０は、ダイヤ通りに走行するために、加減速を繰り返して走行する。

図２（ｂ）の時間Ｔ＝ｄｔでは、列車Ｂ２０は閉塞区間ａに在線し、列車Ａ１０は閉塞区間bに在線する。したがって、目標速度算出部２０３は、ブレーキパターンを閉塞区間ａの終点に基点を設定している。目標速度算出部２０３は、列車Ａ１０が次閉塞区間ｃに進入するタイミング、つまり、ブレーキパターンの起点を次閉塞区間ｂの終点に移動して設定するタイミングを予測する。列車Ｂ２０は、ブレーキパターンの移動タイミングに基づいて目標速度算出部２０３で算出した目標速度で走行する。

時間Ｔ＝２ｄｔでは、列車Ｂ２０は閉塞区間ａに在線し、列車Ａ１０は閉塞区間ｂを通過して閉塞区間ｃに在線する。列車Ｂ２０が閉塞区間ａの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する直前に、目標速度算出部２０３は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間ｂの終点に移動して設定する。したがって、ＡＴＣ２０２はブレーキを起動しない。時間Ｔ＝３ｄｔでは、列車Ｂ２０は閉塞区間ｂに在線し、列車Ａ１０は閉塞区間ｃに在線する。したがって、目標速度算出部２０３は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間ｂの終点に設定している。列車Ｂ２０は、ブレーキパターンの移動タイミングに基づいて目標速度算出部２０３で算出した目標速度で走行する。

以降同様に、時間Ｔ＝４ｄｔでは、列車Ｂ２０が閉塞区間ｂの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する直前に、目標速度算出部２０３は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間ｃの終点に移動して設定する。時間Ｔ＝５ｄｔでは、列車Ｂ２０は、閉塞区間ｂの終点から閉塞区間ｃの終点へのブレーキパターンの起点の移動タイミングに基づいて目標速度算出部２０３で算出した目標速度で走行する。時間Ｔ＝６ｄｔは、列車Ｂ２０が閉塞区間ｃの終点に設定されたブレーキパターンと抵触する直前に、目標速度算出部２０３は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間ｄの終点に移動して設定する。第１の実施形態によれば、ＡＴＣ２０２による不必要なブレーキ起動を削減しながら、ダイヤからの遅れを最小限に抑制できる。

なお、列車Ｂ２０の出発から停止までの１走行区間において列車Ａ１０が走行していない場合、列車Ｂ２０は、目標速度算出部２０３が列車Ａ１０の走行速度に基づいて列車Ｂの目標速度を算出することはなく、予め作成した走行計画に基づいて走行すればよい。

次に、第１の実施形態の変形例について説明する。上記説明したように、列車Ｂ２０の目標速度算出部２０３は、列車Ａ１０の走行速度を開通区間数の変動履歴から算出している。しかしながら、目標速度算出部２０３が算出した先行列車Ａ１０の走行速度は、列車Ａ１０が在線する閉塞区間の１つ前の閉塞区間での平均走行速度である。つまり、目標速度算出部２０３は、列車Ａ１０が在線する閉塞区間での走行速度を１つ前の閉塞区間での走行速度と同じと仮定している。したがって、列車Ａ１０が、在線する閉塞区間で力行やブレーキを起動した場合、列車Ｂ２０では列車Ａ１０の速度変化を認識できない。例えば、列車Ａ１０が在線する閉塞区間で減速した場合、目標速度算出部２０３は、実際はブレーキパターンの移動タイミングを遅くする必要がある。したがって、列車Ｂ２０がブレーキパターンに抵触し、ＡＴＣ２０２がブレーキを起動する可能性が高まる。

ここでは、列車Ａ１０（各列車）では、目標速度算出部１０３は、自列車が在線する閉塞区間のＩＤ、それに対応する閉塞区間長情報、自身の目標速度または走行速度の情報を保持している。したがって、目標速度算出部１０３は、これらの情報に基づいて、列車Ａ１０の尾端が在線する閉塞区間から次閉塞区間に入りきるまでの時間を予測する。車上無線装置１０６は、列車Ｂ２０の車上無線装置２０６にネットワークを介して、目標速度算出部１０３で算出された列車Ａによる閉塞区間の通過時間情報を伝送する。列車Ｂ２０の目標速度算出部２０３は、列車Ａ１０から伝送された閉塞区間の通過時間情報に基づいて、ブレーキパターンの移動タイミングをより正確に予測する。

つまり、目標速度算出部２０３は、列車Ａ１０で算出された閉塞区間の通過時間経過前に、列車Ａ１０が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点に設定されたブレーキパターンに列車Ｂが抵触すると判断した場合、列車Ｂ２０の目標速度を再度算出する。ＡＴＯ２０５は、目標速度算出部２０３で再度算出された目標速度に基づいて、走行速度を調整すればよい。したがって、この例によれば、列車Ｂ２０のブレーキパターンへの抵触を防止できる。

なお、列車Ｂ２０では、目標速度算出部２０３は、先行列車Ａ１０で算出された閉塞区間の通過時間情報を車上無線装置２０６で周期的に取得する毎にブレーキパターンの移動タイミングを予測し、修正すればよい。また、列車Ａ１０が加速した場合も同様である。列車Ｂ２０では、目標速度算出部２０３は、ブレーキパターンの移動タイミングを早めるように修正し、目標速度を上げればよい。

第１の実施形態によれば、ブレーキパターンの起点が次閉塞区間に移動するまでの時間に列車がブレーキパターンの直前の位置に達するような走行速度ガイドラインを提供できる。したがって、省エネ、乗り心地の改善、ダイヤ通りの走行を実現できる。さらに、走行中の列車間の時間（または距離）間隔を安全性が保たれる範囲内で接近させることができるので、間隔を短縮したダイヤを実現することもできる。マニュアル運転の場合であっても、運転士は目標速度に従って運転すればいいため、第１の実施形態によれば、運転士毎の技量の差による運転のばらつきを小さくすることができる。

次に第２の実施形態について説明する。第２の実施形態に係る列車制御装置を備える複数の列車及び軌道回路を含むシステムは、図１に示す第１の実施形態と同様なので、説明を省略する。第２の実施形態は、例えば列車Ａが駅間で出発後停止するまでの所要時間をダイヤ通りとするように走行計画を算出するものである。第２の実施形態では、長距離かつ高速鉄道向けのシステムであって、列車が長時間定速走行することを前提とする。ここでは、列車Ｂ２０の走行について説明する。

図３は、例えば都市近郊区間などの、駅間が比較的短距離で、駅間の規定時間が比較的短時間の場合に、第２の実施形態に係る目標速度算出部２０３によって算出される走行計画であって、列車Ｂ２０が駅Ｘから駅Ｙまでの区間を走行する場合の目標速度変化を示す図である。

横軸は位置、縦軸は目標速度を示している。太線は、制限速度の閾値である。細線は、目標速度算出部２０３がこの閾値及びＸＹ区間の走行時間に基づいて算出した走行計画である。ここで、目標速度算出部２０３は、ＸＹ区間における勾配などの地理情報を有している。また、目標速度算出部２０３は、空気抵抗情報を算出する。目標速度算出部２０３は、地理情報及び空気抵抗情報に基づいて惰行時の列車速度の変化を模擬して、ＸＹ区間の走行時間に遅延を生じない範囲で、下り坂を惰行で走行速度を上げられると判断すれば、図３における走行計画において力行箇所を破線のように惰行に置き換える。同様に、目標速度算出部２０３は、定速走行区間の終端部分を惰行に置き換えて緩やかに減速するように、図３における走行計画の減速箇所を破線のように惰行に置き換える。目標速度算出部２０３は、力行及び定速走行区間の終端部分を惰行に置き換えるように調整した走行計画をＡＴＯ２０５に送信する。ＡＴＯ２０５は、再度算出された走行計画に基づいて列車Ｂ２０を自動運行する。列車Ｂ２０は、天候、乗車率、手動介入操作などの外的要因によって、走行計画通りには走行できないことが多い。そのため、目標速度算出部２０３は、ＸＹ区間で複数回走行計画の調整を行う。第２の実施形態によれば、列車Ｂ２０が部分的に惰行で走行することにより、省エネの促進につながる。ここでは、力行箇所及び定速走行区間の終端部分を惰行に置き換える構成について説明したが、次に、定速走行区間の目標速度変更について説明する。

図４は、例えば都市間高速鉄道などの、駅間が比較的長距離で、駅間の規定時間が比較的長時間の場合に、第２の実施形態に係る目標速度算出部２０３によって算出される走行計画であって、列車Ｂ２０が駅Ｘから駅Ｙまでの区間を走行する場合の目標速度変化を示す図である。横軸は位置、縦軸は目標速度を示している。太線は、制限速度の閾値である。細線は、目標速度算出部２０３がこの閾値及びＸＹ区間の走行時間に基づいて算出した走行計画である。ここでは、走行計画が得られるまでをフェーズ0、走行計画が得られた後、次駅までの距離が大きい区間をフェーズ１、その後の次駅までの距離が短い区間をフェーズ２とする。後述するように、目標速度算出部２０３は、フェーズ１における走行計画を簡易計算に基づいて適宜調整し、フェーズ２における走行計画を厳密な模擬計算に基づいて調整する。

はじめに、フェーズ０における走行計画の算出について説明する。図５は、第２の実施形態に係る目標速度算出部２０３によって走行計画のために算出される力行曲線と減速曲線を示す図である。目標速度算出部２０３は、オフライン、出発前または出発直後に、出発位置および制限速度が上がる箇所での力行曲線と、制限速度が下がる箇所および次駅での減速曲線、駅Ｙの停止箇所での減速曲線を例えば１〜２秒刻みのシミュレーションで、力行曲線及び減速曲線を目標速度以上になるところまで算出する。目標速度算出部２０３は、減速曲線を例えばＡＴＣ２０２の減速パターンを利用して逆引きで算出する。目標速度算出部２０３は、ＡＴＣ２０２よりも例えばノッチ一段分弱い減速度の減速曲線も算出する。目標速度算出部２０３は、これらの力行曲線と減速曲線を、制限速度より余裕分低い速度の直線でつなぎ合わせて、走行計画を算出する。図６は、目標速度算出部２０３によって算出された走行計画を示す図である。図６は、列車Ｂ２０が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。目標速度算出部２０３は、走行計画を算出し終わるまでの間、制限速度より余裕分低い速度を目標速度として算出し、ＡＴＯ２０５は、この目標速度に従って、自動運転を開始する。

次に、目標速度算出部２０３によるフェーズ１の走行計画の調整について説明する。

図７は、目標速度算出部２０３によって調整されるフェーズ１における走行計画を示す図である。図７に示す走行計画は、走行時間に余裕がある場合に図６に示す走行計画に対して減速曲線を変更するものである。図７は、列車Ｂ２０が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。走行時間の余裕がある場合とは、「ダイヤで決められている目標走行時間−（駅Ｙに停止するまでの走行時間の予測値＋駅Ｘ出発から現在までの経過時間）＞フェーズ２用の調整しろ （１）式」が成立する場合である。ここで、「調整しろ」とは、ダイヤで決められている目標走行時間よりも早く、または遅く駅Ｙに到着すると予想される場合に、列車Ｂ２０がダイヤ通りに駅Ｙに到着するように、時間調整可能な所定時間範囲である。また、フェーズ２用の調整しろよりも走行時間の余裕がある場合とは、列車Ｂ２０が現在の走行計画に沿って走行した場合、フェーズ２用の調整しろを最大限活用しても駅Ｙにダイヤで決められている時刻よりも早く到着する場合を意味する。したがって、目標速度算出部２０３は、駅Ｙまでの走行時間を調整するために、走行計画を再度算出する必要がある。

目標速度算出部２０３は、同じ減速箇所に対してフェーズ０で算出した複数の減速曲線のうち、一段弱い減速度の減速曲線に置き換える。目標速度算出部２０３は、停止目標位置である駅Ｙから近い順に、減速曲線を調整する。目標速度算出部２０３は、減速曲線を減速度の弱いものに置き換える分、その減速曲線とつながれる定速走行区間を短くする。 あらかじめ算出しておいた減速曲線を選択しなおすだけなので、減速曲線を算出しなおす必要がなく、処理負荷を軽減することができる。

図８は、目標速度算出部２０３によって調整されるフェーズ１における走行計画を示す図である。図８に示す走行計画は、走行時間に余裕がある場合に図７に示す走行計画に対して力行箇所または定速走行区間を惰行へ変更するものである。図８（ａ）、（ｂ）は、列車Ｂ２０が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。目標速度算出部２０３は、減速曲線を減速度の弱いものに置き換えた後の走行計画であっても（１）式を満たすと判断した場合、フェーズ１における走行計画をさらに調整する。目標速度算出部２０３は、以下のように力行箇所または定速走行区間を惰行へ変更するように走行計画を調整する。目標速度算出部２０３は、現在位置及び現在の走行速度に基づいて、短時間の惰行シミュレーションを行う。シミュレーション終了前に列車Ｂ２０の走行速度が修正前の走行計画の速度に達した場合、惰行する時間が一定時間以上確保でき、かつ、フェーズ１の走行時間が増えても、（１）式を満たすと判断したら、目標速度算出部２０３は、力行箇所または定速走行区間を惰行へ変更するように走行計画を調整する。

惰行でのシミュレーションは、勾配などの地理的条件、空気抵抗を考慮する必要があるが、短時間のシミュレーションなので、処理負荷を大きく増大させずに済む。

図９は、目標速度算出部２０３によって調整されるフェーズ１における走行計画を示す図である。図９に示す走行計画は、走行時間に余裕がある場合に図７に示す走行計画に対して目標速度を変更するものである。図９は、列車Ｂ２０が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。目標速度算出部２０３は、減速曲線を減速度の弱いものに置き換えた後の走行計画であっても（１）式を満たすと判断した場合、フェーズ１における走行計画をさらに調整する。目標速度算出部２０３は、以下のように定速走行区間の目標速度を下げるように走行計画を調整する。目標速度算出部２０３は、図８に示すような力行箇所または定速走行区間を惰行へ変更をした場合もしていない場合も同様に調整する。

目標速度算出部２０３は、力行曲線と減速曲線に挟まれた定速走行区間のうち、定速走行区間が時間的に長い部分から定速速度を下げる。現在の走行速度よりも目標速度が低くなる場合、ＡＴＯ２０５は、現在の走行速度を下げて目標速度となるように調整する。

目標速度算出部２０３は、定速走行区間の目標速度を上下に調整する場合、定速走行区間の勾配などの地理的条件、空気抵抗を考慮する必要がないので、処理負荷を軽減することができる。

図１０は、目標速度算出部２０３によって調整されるフェーズ１における走行計画を示す図である。図１１に示す走行計画は、図９で調整した目標速度をさらに調整するものである。図１１は、列車Ｂ２０が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。目標速度算出部２０３は、（１）式を満たさないと判断した場合、フェーズ１における走行計画をさらに調整する。この場合、目標速度算出部２０３は、駅Ｙまでの走行時間を調整するために、フェーズ１の区間を早めに通過するように走行計画を再度算出する必要がある。はじめに、目標速度算出部２０３は、制限速度から決まる目標速度よりも低いところに調整された定速走行区間のうち、現在位置から一番手前の定速走行区間の定速速度を上げる。次に、目標速度算出部２０３は、目標速度を上げる定速走行区間がない場合、または、目標速度を上げてもなお（１）式を満たさない場合、現在位置から一番手前の定速区間につながる減速曲線を減速度の強いものに置き換える。

目標速度算出部２０３は、定速走行区間の目標速度を上下に調整する場合、定速走行区間の勾配などの地理的条件、空気抵抗を考慮する必要がなく、また、走行計画の減速曲線の減速度を変更する場合、あらかじめ算出した減速曲線を選択するだけでよいので、処理負荷を軽減することができる。

なお、図７から図１０を用いてフェーズ１における走行計画の調整について説明したが、走行計画に対して減速曲線の置き換え、力行または定速走行から惰行への変更、目標速度の変更を実行する順番、組み合わせは任意である。

図１１は、目標速度算出部２０３によって調整されるフェーズ２における走行計画を示す図である。図１１に示す走行計画は、走行時間に余裕がある場合に図６に示す走行計画に対して定速走行区間または減速箇所を惰行へ変更するものである。目標速度算出部２０３は、現在位置から停止目標位置までの距離に基づいて、所要時間の予測を勾配などの地理的条件、空気抵抗を考慮して行う。目標速度算出部２０３は、短距離区間での走行計画の調整と同様に、列車Ｂ２０が停止目標位置である駅Ｙにダイヤ通りに到着するように走行計画を調整する。つまり、目標速度算出部２０３は、地理的条件、空気抵抗に基づいて、定速走行部分または減速箇所を惰行に置き換える。

第２の実施形態によれば、主として定速走行区間の目標速度を変更することでダイヤ通りの走行を実現するような簡易計算に基づく走行速度ガイドラインを提供できる。したがって、長距離・長時間の駅間でも、処理負荷を増大させることなく、省エネ、乗り心地の改善、ダイヤ通りの走行を実現できる。マニュアル運転の場合であっても、運転士は定速走行区間で目標速度に従って運転すればいいため、第２の実施形態によれば、運転士毎の技量の差による運転のばらつきを小さくすることができる。

次に第３の実施形態について説明する。第３の実施形態に係る列車制御装置を備える複数の列車及び軌道回路を含むシステムは、図１に示す第１の実施形態と同様なので、説明を省略する。ここでは、列車Ｂ２０の走行について説明する。

目標速度算出部２０３は、第１の実施形態で説明したように、列車Ａ１０が在線する閉塞区間の１つ前の閉塞区間の終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する直前の位置まで走行するような目標速度を算出する。この目標速度を第１の目標速度とする。さらに、目標速度算出部２０３は、第２の実施形態で説明したように、走行計画に基づく現在位置から停止位置までの走行時間が既定時間よりも所定時間以上短いあるいは長いと判断する場合、走行計画で設定された速度を上下に調整して目標速度を算出する。この目標速度を第２の目標速度とする。さらに、目標速度算出部２０３は、走行計画を設定していない場合、走行区間で既定の制限速度から所定速度分減算した速度を目標速度として算出する。所定速度分減算するのは、目標速度が制限速度に対して余裕を持つようにするためである。この目標速度を第３の目標速度とする。

目標速度算出部２０３は、第１の目標速度、第２の目標速度、第３の目標速度のうち最も遅い速度を列車Ｂの目標速度として設定する。ＡＴＯ２０５は、設定された目標速度に従って列車Ｂ２０の走行速度を制御することで列車Ｂ２０を自動運転する。第３の実施形態によれば、長距離・長時間の駅間でも、ＡＴＣ２０２による不必要なブレーキ起動を削減すると共に、処理負荷を増大させることなく省エネ、乗り心地の改善、ダイヤ通りの走行、制限速度を超えることのない安全走行を実現できる。

本発明は、前記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、前記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１０…列車Ａ、２０…列車Ｂ、３０…軌道回路、１０１…受信部、１０２…ＡＴＣ、１０３…目標速度算出部、１０４…表示装置、１０５…ＡＴＯ、１０６…車上無線装置、２０１…受信部、２０２…ＡＴＣ、２０３…目標速度算出部、２０４…表示装置、２０５…ＡＴＯ、２０６…車上無線装置。

Claims (13)

1. 先行列車との間にある閉塞区間数を取得する取得手段と、
   前記取得手段によって得た閉塞区間数に基づいた閉塞区間数の変更履歴情報を保持する保持手段と、
   前記先行列車が存在する閉塞区間の１つ前の閉塞区間を基準とする第１のブレーキパターンを設定する設定手段と、
   前記保持手段に保持された変更履歴情報に基づいて、前記第１のブレーキパターンが次の閉塞区間を基準とする第２のブレーキパターンに移るタイミングを予測する予測手段と、
   前記予測手段によって予測されたタイミングで前記第１のブレーキパターンと抵触する直前の位置に達する目標速度を算出する算出手段と、
   を備えたことを特徴とする列車制御装置。
2. 前記第２のブレーキパターンに移るタイミングは、前記先行列車が次の閉塞区間に移るタイミングであることを特徴とする請求項１に記載の列車制御装置。
3. 前記予測手段は、前記保持手段に保持されている閉塞区間数の変更履歴に基づき、前記先行列車が既に通過した閉塞区間の長さおよび通過時間から先行列車の走行速度を求め、この求めた走行速度と前記先行列車が存在する閉塞区間の長さとから前記先行列車が次の閉塞区間に移るタイミングを予測することを特徴とする請求項２に記載の列車制御装置。
4. 前記先行列車が既に通過した閉塞区間は、前記先行列車が存在する閉塞区間の１つ前の閉塞区間であることを特徴とする請求項３に記載の列車制御装置。
5. 前記取得手段は、所定の周期で閉塞区間数を取得することを特徴とする請求項１に記載の列車制御装置。
6. 先行列車より、当該先行列車が次の閉塞区間に移るまでの時間情報を取得する取得手段と、
   前記先行列車が存在する閉塞区間の１つ前の閉塞区間を基準とする第１のブレーキパターンを設定する設定手段と、
   前記取得手段で取得した時間情報に基づいて、前記第１のブレーキパターンが次の閉塞区間を基準とする第２のブレーキパターンに移るタイミングを予測する予測手段と、
   前記予測手段によって予測されたタイミングで、前記第１のブレーキパターンの直前の位置に達する目標速度を設定する算出する算出手段と、
   を備えたことを特徴とする列車制御装置。
7. 前記取得手段で取得する時間情報は、前記先行列車が自己が存在する閉塞区間の長さと走行速度から計算された情報であることを特徴とする請求項６に記載の列車制御装置。
8. 出発位置から停止目標位置までの走行計画を設定する設定手段と、
   前記走行計画に基づいて現在位置から前記停止位置までの走行時間を算出する算出手段と、
   前記走行時間が既定時間よりも所定時間以上短いあるいは長いと判断される場合、走行計画の走行時間を調整する調整手段と、
   を備えることを特徴とする列車制御装置。
9. 前記調整手段は、定速走行区間における走行速度を前記走行計画で設定された速度よりも上下に調整することを特徴とする請求項８記載の列車制御装置。
10. 前記調整手段は、現在位置から惰行した場合の挙動を短時間予測した結果に基づいて走行計画の定速走行部分を惰行に置き換えることを特徴とする請求項９記載の列車制御装置。
11. 前記調整手段は、前記定速走行区間の終端部分の減速度を前記走行計画で設定された減速曲線の減速度よりも上下に調整することを特徴とする請求項８記載の列車制御装置。
12. 前記調整手段は、自列車位置が前記停止目標位置に接近した後は、空気抵抗、地理的条件を考慮した模擬計算を行って前記走行計画を調整することを特徴とする請求項８記載の列車制御装置。
13. 先行列車との間にある閉塞区間数を取得し、前記取得によって得た閉塞区間数に基づいた閉塞区間数の変更履歴情報を保持し、前記先行列車が存在する閉塞区間の１つ前の閉塞区間を基準とする第１のブレーキパターンを設定し、前記保持された変更履歴情報に基づいて、前記第１のブレーキパターンが次の閉塞区間を基準とする第２のブレーキパターンに移るタイミングを予測し、前記予測されたタイミングで前記第１のブレーキパターンと抵触する直前の位置に達する目標速度を算出する第１の算出手段と、
    出発位置から停止目標位置までの走行計画に基づいて現在位置から前記停止位置までの走行時間が既定時間よりも所定時間以上短いあるいは長いと判断される場合、前記走行計画で設定された速度を上下に調整して定速走行区間における第２の目標速度を算出する第２の算出手段と、
    前記走行計画が設定されていない場合、制限速度から所定速度分減算した第３の目標速度を算出する第３の算出手段と、
    前記第１の目標速度、前記第２の目標速度、前記第３の目標速度のうち最も遅い速度を前記自列車に設定する設定手段と、
    を備えることを特徴とする列車制御装置。

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