JP6789885B2 - 車上制御装置及び列車制御システム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道の列車制御を行う分野に関し、特に踏切警報開始または遮断完了から列車が踏切に到達するまでの時間について、安全上必要な時間を確保することのできる列車制御システムに関する。

鉄道分野における踏切の制御において、列車の位置に基づく制御が行われている。すなわち、列車の速度に関係なく、列車が予め定められた位置を通過したときに踏切の警報を開始する。それに対して、列車の速度や車両性能を考慮して、踏切の警報時間を確保する方式がある。

例えば、必要な警報時間を確保する方式として特許文献１のものがある。特許文献１には、「列車の現在位置、現在速度から走行制御パターンに従って最大加速で走行したときの踏切までの到達時間が規定の時間を満足するか否かを判定し、満足しているときには即座に踏切制御パターンの消去を行い、満足していないときには不足する時間に応じた時素を確保した後に踏切制御パターンの消去を行う」と記載されている。

踏切の警報開始タイミングを決定する方式として特許文献２のものがある。特許文献２には、「列車１ が踏切３ ２ に一定距離まで接近すると、列車１を踏切３ ２ の入口手前で停止させるための停止パターンが発生され、踏切３ ２ の入口に到達するまでの時間が予測され、警報時間の最小値を確保しつつ、停止パターンの消去のタイミングが停止パターンの実行開始条件が満たされる直前となるように、遮断指令送信時間が算出される。」と記載されている。

特開2004-224155 特開2006-27312

列車の位置のみで踏切の制御を行うと、想定よりも列車の速度が低い場合、列車が踏切に到達するまでの時間が想定よりも長くなり、踏切の警報時間が長くなるという問題がある。

また、列車の速度や列車性能を考慮して、列車が踏切に到達するまでの時間を算出する場合、列車の位置と速度によって、その都度、踏切に到達するまでの時間を算出する必要があり、計算負荷が高いという問題がある。そのため、計算性能を向上させるためにシステムのコストが高くなる、あるいは、計算に時間がかかるため、踏切制御の応答性が低くなる恐れがある。

本発明の目的は、踏切の警報時間を適切に制御するために、計算負荷が低い方式を用いて、必要な踏切の警報時間を確保することが可能な列車制御システムを構築することにある。

上記課題を解決するために、代表的な本発明の車上制御装置は、列車の現在位置と速度を取得し列車を制御する列車制御部と、踏切の位置および踏切を通過する前に踏切の警報を行う時間である踏切警報時間を記憶する踏切情報記憶部と、を備える車上制御装置において、現在位置と踏切の間の距離である踏切残距離、及び、踏切状態を取得し、前記踏切の警報開始からの経過時間である警報経過時間、又は、前記踏切の遮断完了からの経過時間である遮断経過時間を計測し、前記踏切警報時間から前記警報経過時間、又は、前記遮断経過時間を引いて、必要な残りの警報時間である警報残時間を算出し、踏切残距離と警報残時間より、現在位置と踏切の間を走行する際の速度である踏切指示速度を算出する踏切情報取得部を備え、列車制御部は列車の速度が踏切指示速度より高い場合、列車を減速させることを特徴とする。

上記により、予め必要な情報をデータベースに持つこともなく、計算負荷を低くし、必要な警報時間を確保することが可能となる。

本発明の概要を示す図。 実施例１における車上制御装置の構成例を示す図。 実施例１における列車速度の制御と平均速度Vaveの変化の例を示す図。 実施例１における踏切情報取得部と列車制御部の処理フローの例を示す図。 実施例１を速度制限がある場合に適用した場合の列車速度の制御と平均速度の変化の例を示す図。 実施例１を速度制限がある場合に適用した場合の警報時間の増加の理由示す図。 実施例２における車上制御装置の構成例を示す図。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１に本発明の実施例１における列車制御システムの概要を示す。縦軸に速度（ｖ）、横軸に位置（ｄ）を示す。さらに列車101に搭載されている車上制御装置201の構成を図２に示す。図２に示す前記車上制御装置201の動作を図１を用いて説明する。

踏切102の警報時間を確保するためには、前記列車101の現在位置の現在速度である列車速度103から走行して踏切に到達するまでの時間の算出が必要となる。しかしながら、前記踏切102に到達するまでの時間を算出するための計算負荷が高いという問題があり、前記踏切102に到達するまでの時間を予め算出してデータベースとして保持するとしても、列車の位置と速度の両方を考慮したデータベースとする必要があるため、容量が大きいデータベースが必要となる問題がある。そこで、前記踏切102までの残距離Lと残りの必要な警報時間T4を用いて、前記列車101がしたがうべき平均速度Vaveを算出することで、列車の速度を制御し、必要な警報時間が経過する前に前記列車101が前記踏切102に到達すること防止することを考える。

踏切情報取得部203は列車制御部204から列車位置を取得し、前記踏切情報記憶装置202を参照することで、列車前方に前記踏切102があるかどうかを判定する。列車前方に前記踏切102がある場合は、前記踏切情報取得部203は無線通信部205を介して当該踏切102の状態を取得する。前記無線通信部205は無線機206を介して前記踏切102と通信を行い、前記踏切102の状態（開放、警報開始、遮断完了、遮断かん降下中、異常発生、等）を取得する。

前記踏切102の状態を取得した前記踏切情報取得部203は当該踏切102の警報開始からの経過時間T1または遮断完了からの経過時間T2をタイマー206を使って計測する。さらに、当該踏切102に必要な警報時間T3を前記踏切情報記憶装置202から取得し、必要な警報時間T3から経過時間T1またはT2を引いた残りの警報時間T4を算出する。T1とT2のどちらを用いるかは、踏切種別等を考慮して選択すればよい。

次に前記踏切情報取得部203は前記列車制御部204から列車位置を取得し、当該踏切102までの残距離Lを算出し、平均速度Vaveを以下の式で算出する。
Vave=L/T4
平均速度Vaveは周期的に算出し更新する。

前記踏切情報取得部203は算出した平均速度Vaveを前記列車制御部204に渡す。平均速度Vaveを受けた前記列車制御部204は前記列車速度103と平均速度Vaveを比較し、平均速度Vaveの方が高ければブレーキを出力し列車を減速する。

上記のように前記車上制御装置201を構成することにより、複雑な計算を行うことなく、踏切に必要な警報時間を確保する制御が可能となる。

図３に一例として、平均速度Vaveの変化の様子を示す。

平均速度Vaveの算出時点で前記列車速度103が平均速度Vaveを越えていた場合、前記列車101は減速する。減速している間、平均速度Vaveは周期的に算出され更新されるが、前記列車速度103が平均速度Vaveを越えている間は、踏切までの残距離Lが平均速度Vaveで走行する場合に比べて多く減るため、平均速度Vaveは減少する。前記列車速度103が平均速度Vaveと一致した時点で平均速度Vaveの減少は停止し、その後前記列車101が平均速度Vaveで走行を続ければ、平均速度Vaveは変化せず、前記列車101は平均速度Vaveのまま踏切に到達する。このとき、前記踏切102の警報時間は必要な警報時間T3と一致する。

図４に前記踏切情報取得部203および前記列車制御部204が平均速度Vaveを算出し前記列車速度103の制御を行うための処理のフローを示す。前記踏切情報取得部203および前記列車制御部204は図４に示すフローを周期的に行う。また、図４においては、前記踏切102が警報開始になった時点からの経過時間T1を計測する場合を示しており、遮断完了からの経過時間T2を用いる場合は図４における警報開始を遮断完了に、T1とT2とすればよい。

ステップ401：
前記踏切情報取得部203は前記踏切情報制御部202に保持されている踏切位置を参照し、前記列車101の前方にある前記踏切102の位置を取得する。

ステップ402：
前記踏切情報取得部203は前記列車101の前方にある前記踏切102と前記無線通信部205を介して通信を行い、前記踏切102の状態を取得する。

ステップ403：
前記踏切情報取得部203は前記ステップ402で取得した踏切状態を参照し、踏切が警報を開始していればステップ404へ進む。そうでない場合はステップ405へ進む。

ステップ404：
踏切が警報を開始しているため、前記踏切情報取得部203は前記タイマー207を用いて踏切警報開始からの経過時間T1を更新する。T1の初期値は0である。

ステップ405：
前記踏切情報取得部203は前記列車制御部204から前記列車101の位置を取得し、前記ステップ401で取得した踏切位置を用いて、前記踏切102までの残距離Lを算出する。

ステップ406：
前記踏切情報取得部203は前記踏切情報制御部202に保持されている前記踏切102に必要な警報時間T3からT1を引いた残りの警報時間T4を算出し、前記ステップ405で算出した前記踏切102までの残距離LをT4で割った平均速度Vaveを算出する。算出した平均速度Vaveを前記列車制御部204に渡す。

ステップ407：
前記列車制御部204は前記ステップ406で前記踏切情報取得部204から取得した平均速度Vaveと前記列車速度103を比較し、前記列車速度103がVaveを越えていればステップ408へ進む。越えていなければ処理を終了する。

ステップ408：
前記列車制御部204は前記列車速度103が平均速度Vaveを越えているため、ブレーキを出力し、列車速度を減速し、処理を終了する。

以上の処理により、前記列車101が前記踏切102に必要な警報時間経過後に到達する平均速度Vaveを算出し、前記列車速度103を平均速度Vave以下に制御することで、必要な警報時間を確保すること可能となる。

本実施例は、踏切が警報を開始してから、列車が踏切に到達するまでに必要な警報時間を確保するための技術であり、踏切の警報を開始するタイミングには依存しない。例えば、列車が踏切に近付いた状態で踏切の警報を開始したとしても、その場合は、列車がそのまま走行すると必要な警報時間が確保できないため、必要な警報時間が確保できるまで平均速度Vaveは上昇しない。つまり、踏切の警報開始が遅れたとしても、警報時間が不足することはない。そのため、踏切の警報の開始は本実施例とは別のシステムで行えばよく、例えば、従来通り、列車の位置を用いて行ってもよい。

本実施例２では、前記列車101と前記踏切102の間に速度制限がある場合の制御について述べる。

図５に前記実施例1をそのまま前記列車101と前記踏切102の間に速度制限がある場合に適用した場合の前記列車101の動きおよび平均速度Vaveの変化の様子を示す。前記列車101が制限速度の手前にいる間に算出される平均速度Vaveが制限速度よりも高い場合について考える。

図３の説明でも述べた通り、前記列車速度103が平均速度Vaveより高い間、平均速度Vaveは減少する。しかし、図５に示す通り、平均速度Vaveよりも低い制限速度で走行している間は平均速度Vaveで走行する場合と比較して、踏切までの残距離Lの減少が少ないため、平均速度Vaveは上昇する。速度制限区間を抜けた後も前記列車速度103が平均速度Vaveに到達するまでの間、平均速度Vaveは上昇を続ける。その結果、前記列車速度103が平均速度Vaveに到達する前に前記列車101が前記踏切102に到達すると、前記踏切102の警報時間は警報に必要な時間T3よりも長くなる。

上記の警報時間が長くなる現象の原因を考察すると、図５の一番上の図の前記列車101が速度制限の手前にいる場合に算出される平均速度Vaveが低いことが原因であると考えられる。平均速度Vaveは、速度制限による減速によって生じる前記踏切102に到達するまでの時間の増加を考慮せず、同一の速度で前記踏切102まで走行できるという前提で計算される。そのため、前記列車101が速度制限の手前にいる場合、速度制限による減速によって生じる時間の増加はないものとして平均速度が低く算出され、前記列車101はすぐに減速する必要がないにもかかわらず、算出した平均速度Vaveにしたがって減速を開始してしまう。その様子を図６に示す。計画走行曲線601の通りに走行すれば必要な警報時間ちょうどに前記踏切102に到達できる場合において、速度制限を考慮しない平均速度Vaveの算出により、前記計画走行曲線601よりも早いタイミングで減速が始まり、その結果、前記踏切102に到達するまでの時間が長くなる。

本実施例ではこの現象を改善するために、踏切毎に警報時間調整値T5を導入する。警報時間調整値T5は前記踏切102の手前にある速度制限による減速で生じる前記踏切102に到達する時間の増加分を考慮した調整値であり、平均速度Vaveが低くなり過ぎないように速度制限を考慮して設定する。警報時間調整値T5は図７に示すように前記車上制御装置201に警報時間調整値T5を記憶する警報調整時間記憶装置701を追加してもよいし、前記踏切情報記憶装置202に保持するようにしてもよい。前記列車101が制限速度手前にいる間は警報時間調整値T5を用いて平均速度Vaveは以下の計算式で算出する。
Vave=L/(T4-T5)
上記の式により、速度制限による減速の時間増分を考慮して平均速度Vaveを算出することで、速度制限を考慮した前記列車101を制御することが可能となり、前記踏切102の警報時間が長くなることを防止することが可能となる。

101…列車
102…踏切
103…列車速度
201…車上制御装置
202…踏切情報記憶装置
203…踏切情報取得部
204…列車制御部
205…無線制御部
206…無線機
601…計画走行曲線
701…警報時間調整値記憶装置

Claims (4)

1. 列車の現在位置と速度を取得し前記列車を制御する列車制御部と、踏切の位置および前記踏切を通過する前に前記踏切の警報を行う時間である踏切警報時間を記憶する踏切情報記憶部と、を備える車上制御装置において、
   前記現在位置と前記踏切の間の距離である踏切残距離、及び、踏切状態を取得し、前記踏切の警報開始からの経過時間である警報経過時間、又は、前記踏切の遮断完了からの経過時間である遮断経過時間を計測し、前記踏切警報時間から前記警報経過時間、又は、前記遮断経過時間を引いて、必要な残りの警報時間である警報残時間を算出し、前記踏切残距離と前記警報残時間より、前記現在位置と前記踏切の間を走行する際の速度である踏切指示速度を算出する踏切情報取得部を備え、前記列車制御部は前記列車の速度が前記踏切指示速度より高い場合、前記列車を減速させることを特徴とする車上制御装置。
2. 前記踏切情報記憶部は、前記踏切ごとに前記踏切指示速度の算出時の調整値である踏切指示速度調整値を保持し、前記踏切情報取得部が前記踏切指示速度調整値を用いて前記踏切指示速度を算出することを特徴とする請求項１に記載の車上制御装置。
3. 前記踏切指示速度調整値として、前記踏切警報時間を変更する調整値を用いることを特徴とする請求項２に記載の車上制御装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の車上制御装置を有することを特徴とする列車制御システム。

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