JP7078756B2 - 列車制御システムおよび列車制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、列車の停止制御を行う列車制御システムおよび列車制御方法に関する。

停車駅などを目標とした停止点（停止位置目標点）に列車を停止させるべく、列車の予測ブレーキの減速度データを利用して、列車を停止位置目標点に停止させる制御（定位置停止制御）が実施されている。

この定位置停止制御に関しては、特許文献１に記載のように、ブレーキの出力指示を一定時間行い、一定時間後の減速度より実際のブレーキ力の測定を行うとともに、指示するブレーキノッチを得られた測定結果から補正することによって、停止位置目標点への停止精度を向上させる技術がある。

特開２００９－２２５５８９号公報

特許文献１に記載の技術では、たとえば車両のブレーキ力が弱かったときに、停止位置目標点までの距離余裕がない状態で列車速度が保持されることから、測定後に出力されるブレーキノッチは測定時に出力していたブレーキノッチよりも強く出力されることが想定できる。この時には大きな加減速変化が生じるため、乗り心地の悪化を招くという課題がある。

本発明は、以上の課題を考慮して、乗り心地を悪化することなく、列車を停止位置目標点に精度よく停止させることができる列車制御システムおよび列車制御方法を提案するものである。

本発明に係る列車制御システムは、列車の速度および位置を検出する速度・位置検出部と、列車を定位置に停止させるための第１のブレーキパターンと事前ブレーキのための第２のブレーキパターンとを記憶するベースパターン記憶部と、列車の速度および位置並びに第２のブレーキパターンの速度に基づいてブレーキ効果を測定するブレーキ効果測定部と、ブレーキ効果に基づいて第１のブレーキパターンを補正するパターン補正部と、補正された第１のブレーキパターンを保持する補正パターン保持部と、ブレーキ指令を算出するブレーキ制御部と、ブレーキ指令を基にしてブレーキ操作を行うブレーキ出力装置と、を備え、ブレーキ効果測定部は、列車の走行中に第２のブレーキパターンによるブレーキ効果を測定し、パターン補正部は、測定されたブレーキ効果に基づいて第１のブレーキパターンを補正し、補正パターン保持部は、補正された第１のブレーキパターンを保持し、ブレーキ制御部は、列車の速度と補正された第１のブレーキパターンとに基づいて算出したブレーキ指令をブレーキ出力装置に出力することを特徴とする。

本発明によれば、列車を停止位置目標点に精度よく停止させることができると共に、大きな加減速変化を生じさせることなく、乗り心地の悪化を招くことのない列車制御を達成することができる。

本発明の実施例に係る列車制御システムの構成の一例を示す図である。 本発明に係る定位置停止制御のための制御態様を示すフローチャートである。 ブレーキの効き具合が予想より弱い場合で、列車が停止位置目標点に停止するまでの定位置停止制御の一例を示す図である。 ブレーキの効き具合が予想より弱い場合のブレーキノッチパターン補正の一例を示す図である。 ブレーキの効き具合が予想より強い場合で、列車が停止位置目標点に停止するまでの定位置停止制御の一例を示す図である。 ブレーキの効き具合が予想より強い場合のブレーキノッチパターン補正の一例を示す図である。 ブレーキの効き具合が予想通りの場合で、列車が停止位置目標点に停止するまでの定位置停止制御の一例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態として、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例に係る列車制御システムの構成の一例を示す図である。
ベースパターン記憶部１０２は、ブレーキノッチごとの加減速情報を示すもので出力するブレーキノッチの決定に用いるブレーキノッチパターンと、停止位置目標点に停止するために列車が追従すべき速度パターンである定位置停止パターンと、定位置停止制御を開始する前にブレーキの効果を測定することを目的にして算出した事前ブレーキパターンとを、それぞれ複数種類のパターンを用意して記憶する。
路線条件データ記憶部１０３は、各路線の勾配、軌道曲線半径などの路線条件データを記憶する。

速度・位置検出部１０７は、絶対位置情報を保持する地上子１１１、この地上子１１１から情報を受信するための車上子１１０および車上子１１０からの情報と車輪径や速度発電機（図示せず）からの情報とを用いて、現在の列車速度および列車位置情報を検出する。
ブレーキ効果測定部１０５は、列車速度と列車位置情報と事前ブレーキパターンとからブレーキの効き具合（ブレーキ効果）を算出する。

パターン補正部１０４は、事前ブレーキの効き具合（ブレーキ効果）を考慮したブレーキノッチパターンの算出と、路線条件データを用いて走行抵抗と勾配および事前ブレーキの効き具合（ブレーキ効果）とを考慮した定位置停止パターンの算出を行う。
補正パターン保持部１０６は、補正されたブレーキノッチパターンと定位置停止パターンとを保持する。

ブレーキ制御部１０８は、列車速度と補正されたブレーキノッチパターンおよび定位置停止パターンとから必要なブレーキノッチ数（ブレーキ指令）を算出する。
ブレーキ出力装置１０９は、ブレーキ制御部１０８で算出されたブレーキノッチ数（ブレーキ指令）を基にして列車のブレーキを操作する。

なお、ベースパターン記憶部１０２、路線条件データ記憶部１０３および補正パターン保持部１０６に関しては、具体的にハードディスクや半導体メモリ等の記憶装置により構成され、パターン補正部１０４、ブレーキ効果測定部１０５およびブレーキ制御部１０８に関しては、ＣＰＵといった演算処理装置で構成される。

図２は、本発明に係る定位置停止制御のための制御態様を示すフローチャートである。図３は、列車が停止位置目標点３０８に停止するまでの定位置停止制御の一例を示す図である。
以下では、本発明に係る定位置停止制御のための制御態様を、列車が停止位置目標点３０８（図３）に停止するまでの定位置停止制御の一例に沿って説明する。

それに先立ち、本発明による定位置停止制御に際しては、以下の４つを条件とするものである。
＜条件１＞
ブレーキノッチは、Ｂ１ノッチからＢ７ノッチまであるものとする。Ｂ１が減速度の最も小さいブレーキノッチで、数字が大きくなるに連れて減速度が大きくなり、Ｂ７が減速度の最も大きいブレーキノッチである。

＜条件２＞
図３の定位置停止パターン３０５は、一般的に使用頻度の高いブレーキノッチＢ５の減速度を用いて算出したものとする。

＜条件３＞
事前ブレーキを出力するときは、一般的に使用頻度の高いブレーキノッチＢ５に対して中間的な減速度を持つブレーキノッチＢ３を用いることとする。

＜条件４＞
事前ブレーキパターン３０４は、事前ブレーキを出力するときのブレーキノッチＢ３の減速度を用いて算出したものとする。

以下に、図２に示すフローチャートの各処理ステップについて、図３と照らし合わせながら説明する。
ステップ２０１（Ｓ２０１）で、列車の走行開始時に際し、パターン補正部１０４は、停止位置目標３０８に向けた減速制御（定位置停止制御）中に、追従すべき列車速度を示す定位置停止パターン（補正前）／定位置停止パターン（補正後）３０５と、定位置停止制御中にブレーキ出力装置１０９から出力するブレーキノッチを決定するために利用するブレーキノッチパターン４０１（図４）または６０１（図６）と、事前ブレーキ出力時に予想される列車速度の変化を示す事前ブレーキパターン３０４とを、ベースパターン記憶部１０２から取得する。ここでは例として、ベースパターン記憶部１０２から複数種類のパターンを取得することとしたが、ステップ２０２（Ｓ２０２）で取得する路線条件データや列車の速度、位置などに基づき、必要なパターンを列車の走行中に算出することも可能である。

ステップ２０２（Ｓ２０２）で、パターン補正部１０４は、路線条件データ記憶部１０３から次駅までの路線条件データを取得し、また、ブレーキ効果測定部１０５は、ベースパターン記憶部１０２から複数の事前ブレーキパターン３０４を取得する。

ステップ２０３（Ｓ２０３）で、速度・位置検出部１０７は、実際の列車速度３０３が事前ブレーキパターン３０４に接近すると、事前ブレーキ制御開始点３０６の通過（すなわち、補正領域３０１への進入）を検知し、事前ブレーキ制御開始指令をブレーキ制御部１０８に送信する。なお、ここでは例として、事前ブレーキ制御開始点３０６は、実際の列車速度３０３が事前ブレーキパターン３０４に接近した地点としたが、列車の走行開始から任意の距離を走行した地点、任意の時間が経過した地点、または車上子１１０がある地上子１１１を通過した地点など、任意に設定できるものである。

補正領域３０１では、後述する補正に関わる処理（事前ブレーキの出力開始、ブレーキ効果測定、ブレーキノッチパターン（補正前）４０１または６０１の補正処理、定位置停止パターン（補正前）３０５の補正処理および補正パターンの保存）が実施される。補正領域３０１の終了点は、定位置停止制御開始点３０７によりも手前側（自列車側）に設定し、上述した補正に関わる処理は、定位置停止制御を開始する前に完了する。これにより、定位置停止制御中の列車に大きな加減速変化は発生せず、乗り心地の悪化は抑制される。また、列車を停止位置目標点に精度よく停止させることが可能となる。

ステップ２０４（Ｓ２０４）で、ブレーキ制御部１０８は、事前ブレーキ制御開始指令を受信すると、事前ブレーキ出力に設定したブレーキノッチＢ３のブレーキ指令をブレーキ出力装置１０９に送信する。ブレーキ出力装置１０９は、このブレーキ指令を受信すると、このブレーキ指令に応じたブレーキノッチＢ３による事前ブレーキを出力する。

ステップ２０５（Ｓ２０５）で、速度・位置検出部１０７は、列車が事前ブレーキ制御開始点３０６から任意の距離を走行した時、実際の列車速度３０３を検出し、検出した実際の列車速度３０３をブレーキ効果測定部１０５に送信する。ブレーキ効果測定部１０５は、実際の列車速度３０３を受信すると、複数の事前ブレーキパターン３０４から実際の列車速度３０３に応じて採用する事前ブレーキパターン３０４を選択し、実際の列車速度３０３から選択した事前ブレーキパターン３０４の速度を減算して速度差を算出する。なお、ここでは例として、ブレーキ効果測定を開始する地点は、列車が事前ブレーキ制御開始点３０６から任意の距離を走行した地点としたが、任意の時間が経過した地点、または車上子１１０がある地上子１１１を通過した地点など、任意に設定できるものである。

ブレーキ効果測定部１０５は、算出した速度差が任意の正数たる基準速度差Ｖ１［ｋｍ／ｈ］より大きい（すなわち、ブレーキの効き具合が予想より弱い）場合は、予想よりブレーキの効き具合が弱いと判断して、ステップ２０５（Ｓ２０５）からブレーキノッチパターン補正処理（補正強化）を実施するステップ２０６（Ｓ２０６）に遷移させる。

逆に、ブレーキ効果測定部１０５は、算出した速度差が任意の負数である基準速度差Ｖ２［ｋｍ／ｈ］より小さい（すなわち、ブレーキの効き具合が予想より強い）場合は、予想よりブレーキの効き具合が強いと判断して、ステップ２０５（Ｓ２０５）からブレーキノッチパターン補正処理（補正弱化）を実施するステップ２０７（Ｓ２０７）に遷移させる。

更に、ブレーキ効果測定部１０５は、算出した速度差がＶ２以上かつＶ１以下（すなわち、ブレーキの効き具合が予想通り）の場合は、予想通りにブレーキが効いていると判断して、ステップ２０５（Ｓ２０５）からブレーキノッチパターン補正処理を実施することなくステップ２０９（Ｓ２０９）に遷移させる。

以下では、ブレーキの効き具合（ブレーキ効果）に応じた定位置停止制御を、３通りのブレーキの効き具合に場合分けして説明する。
先ず、ブレーキの効き具合が予想より弱いと判断した場合の定位置停止制御について、図２～図４を用いて説明する。図４は、ブレーキの効き具合が予想より弱い場合のブレーキノッチパターン補正の一例を示す図である。

ステップ２０６（Ｓ２０６）で、ブレーキ効果測定部１０５は、ブレーキノッチパターン補正処理（補正強化）をパターン補正部１０４に要求（送信）する。パターン補正部１０４は、ブレーキ効果測定部１０５からブレーキノッチパターン補正処理（補正強化）の要求を受信すると、図４に示すように、ブレーキノッチパターン（補正前）４０１の切片を、出力ブレーキの強さＢ５から１段階強いＢ６に上げたブレーキノッチパターン（補正後）４０２を作成し、補正パターン保持部１０６に送信する。この時、パターン補正部１０４は、定位置停止パターン（補正前）３０５を補正することなく、そのまま定位置停止パターン（補正後）３０５とし、補正パターン保持部１０６に送信する。その後、ステップ２０９（Ｓ２０９）に遷移する。

ステップ２０９（Ｓ２０９）で、補正パターン保持部１０６は、パターン補正部１０４から受信したブレーキノッチパターン（補正後）４０２および定位置停止パターン（補正後）３０５を保存する。

ステップ２１０（Ｓ２１０）で、速度・位置検出部１０７は、列車が事前ブレーキ制御開始点３０６から任意の距離を走行した後の定位置停止制御開始点３０７を認識し、ブレーキ制御部１０８に定位置停止制御指令を送信する。ブレーキ制御部１０８は、定位置停止制御指令を受信すると、定位置停止制御を実施する領域である定位置停止制御領域３０２の区間において、定位置停止制御を開始する。なお、ここでは例として、定位置停止制御開始点３０７は、事前ブレーキ制御開始から列車が補正領域３０１である任意の距離を走行した地点としたが、任意の時間が経過した地点、またはある地上子１１１を設置している地点など、任意に設定できるものである。

ブレーキ制御部１０８は、定位置停止制御を開始すると、補正パターン保持部１０６からブレーキノッチパターン（補正後）４０２および定位置停止パターン（補正後）３０５を取得すると共に、速度・位置検出部１０７から一定周期で現在の実際の列車速度３０３を取得する。

また、ブレーキ制御部１０８は、取得した実際の列車速度３０３から定位置停止パターン（補正後）３０５の速度を減算し、速度差ΔＶを算出し、更に、算出した速度差ΔＶとブレーキノッチパターン（補正後）４０２を用いて、出力するブレーキノッチ（ブレーキ指令）を決定し、ブレーキ出力装置１０９に送信する。

ブレーキ出力装置１０９は、ブレーキ制御部１０８から受信したブレーキノッチ（ブレーキ指令）でブレーキ操作を行い、列車の速度は定位置停止パターン（補正後）３０５に追従する形で減速し、列車は停止位置目標点３０８にて停止する。

次に、ステップ２０５（Ｓ２０５）で、ブレーキの効き具合が予想より強いと判断した場合の定位置停止制御について、図２、図５および図６を用いて説明する。
図５は、列車が停止位置目標点５０９に停止するまでの定位置停止制御の一例を示す図である。図６は、ブレーキの効き具合が予想より強い場合のブレーキノッチパターン補正の一例を示す図である。なお、列車が走行を開始してからブレーキ効果測定を行うまでの処理（ステップ２０１（Ｓ２０１）～ステップ２０５（Ｓ２０５）までの処理）の流れは、先の説明と同じである。

ブレーキの効き具合が予想より強い場合、ステップ２０７（Ｓ２０７）で、ブレーキ効果測定部１０５は、ブレーキノッチパターン補正処理（補正弱化）をパターン補正部１０４に要求（送信）する。パターン補正部１０４は、ブレーキ効果測定部１０５からブレーキノッチパターン補正処理（補正弱化）の要求を受信すると、図６に示すように、ブレーキノッチパターン（補正前）６０１の切片の出力ブレーキの強さを、Ｂ５から選択肢の中で現状より１段階弱いＢ４に下げる補正を行い、ブレーキノッチパターン（補正後）６０２を作成する。

ステップ２０８（Ｓ２０８）で、パターン補正部１０４は、実際の速度５０３以下の速度でかつ最も大きい減速度を持つ定位置停止パターン（補正前）５０５を補正対象に選択する。例えば、実際の速度５０３以下の速度である定位置停止パターン（補正前）５０５が、Ｂ１～Ｂ２のブレーキノッチによる減速度を用いて算出した定位置停止パターンであった場合、パターン補正部１０４は、その中で最も大きい減速度であるＢ２の減速度を用いて算出した定位置停止パターン（補正前）５０５を補正対象に選択する。更に、パターン補正部１０４は、選択した定位置停止パターン（補正前）５０５と路線条件データとを用いて、路線条件を考慮した定位置停止パターン（補正後）５０６を作成し、補正パターン保持部１０６に送信する。

その後は、先に説明したブレーキの効き具合が予想よりも弱い場合と同様に、ステップ２０９（Ｓ２０９）およびステップ２１０（Ｓ２１０）を実施する。

最後に、ステップ２０５（Ｓ２０５）で、ブレーキの効き具合が予想通りと判断した場合の定位置停止制御について、図２および図７を用いて説明する。
図７は、列車が停止位置目標点７０８に停止するまでの定位置停止制御の一例を示す図である。なお、列車が走行を開始してからブレーキ効果測定を行うまでの処理（ステップ２０１（Ｓ２０１）～ステップ２０５（Ｓ２０５）までの処理）の流れは、先の説明と同じである。

ブレーキの効き具合が予想通りの場合、パターン補正部１０４は、ステップ２０５（Ｓ２０５）の中で、定位置停止パターンおよびブレーキノッチパターンに対する補正を実施することなく、定位置停止パターン（補正前）７０５をそのまま定位置停止パターン（補正後）７０５として、また、ブレーキノッチパターン（補正前）をそのままブレーキノッチパターン（補正後）として、補正パターン保持部１０６に送信する。

その後は、先に説明したブレーキの効き具合が予想よりも弱いまたは強い場合と同様に、ステップ２０９（Ｓ２０９）およびステップ２１０（Ｓ２１０）を実施する。なお、ここでは、定位置停止パターン（補正前）７０５を補正しない例を示したが、補正することも可能である。

定位置停止パターン（補正前）７０５を補正しない場合、事前ブレーキの出力後では列車の実際の速度３０３が減速している。この場合に、ブレーキ制御部１０８は、実際の速度３０３が追従すべき定位置停止パターン（補正後）７０５の速度に対して低いと認識し、追従させようとブレーキを緩解させることによって、列車に加減速変化が生じる場合があると考えられる。例えば、現時点の列車における実際の速度３０３に近いパターンである事前ブレーキパターン７０４を、定位置停止パターン（補正後）７０５に選択することで、列車に対する加減速変化を抑制することができる。

本実施例に係る列車制御システムは、上述した構成および機能を有することにより、実際に出力するブレーキ力に応じた定位置停止制御を行うことが可能となる。
また、本実施例に係る列車制御システムは、ブレーキ効果を測定してその測定結果（効き具合）に基づいて定位置停止パターンを補正することを、列車が走行を開始してから停止するまでの期間実行することもできる。

以上、本発明の実施例を説明したが、具体的な構成は上述した実施例に示したものに限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれるものである。

例えば、本実施例では、速度・位置検出部１０７から取得した列車の速度および位置をブレーキ効果測定部１０５およびパターン補正部１０４に用いているが、列車の速度および位置は、他装置から伝送される形態で実現されたとしても本発明の要旨を逸脱しないものである。

また、本実施例では、図１に示すように、鉄道車両の車上側で全てを制御する車上制御を想定しているところ、この車上制御に限られるものではなく、上記した構成要素の一部分（例えば、ベースパターン記憶部や路線条件データ記憶部といったデータ記憶部など）を地上システム側に設け、必要な情報を地上側と車上側とで送受信させることにより上述と同様の機能（制御態様）を達成させるように構成してもよい。

１０２ ベースパターン記憶部、１０３ 路線条件データ部、１０４ パターン補正部、１０５ ブレーキ効果測定部、１０６ 補正パターン保持部、１０７ 速度・位置検出部、１０８ ブレーキ制御部、１０９ ブレーキ出力装置、１１０ 車上子、１１１ 地上子

Claims (12)

1. 列車の速度および位置を検出する速度・位置検出部と、
   前記列車を定位置に停止させるための第１のブレーキパターンと事前ブレーキのための第２のブレーキパターンとを記憶するベースパターン記憶部と、
   前記列車の速度および位置並びに前記第２のブレーキパターンの速度に基づいてブレーキ効果を測定するブレーキ効果測定部と、
   前記ブレーキ効果を基づいて前記第１のブレーキパターンを補正するパターン補正部と、
   補正された前記第１のブレーキパターンを保持する補正パターン保持部と、
   ブレーキ指令を算出するブレーキ制御部と、
   前記ブレーキ指令を基にしてブレーキ操作を行うブレーキ出力装置と
   を備え、
   前記ブレーキ効果測定部は、前記列車の走行中に前記第２のブレーキパターンによる前記ブレーキ効果を測定し、前記パターン補正部は、測定された前記ブレーキ効果に基づいて前記第１のブレーキパターンを補正し、前記補正パターン保持部は、補正された前記第１のブレーキパターンを保持し、前記ブレーキ制御部は、前記列車の速度と補正された前記第１のブレーキパターンとに基づいて算出した前記ブレーキ指令を前記ブレーキ出力装置に出力する
   ことを特徴とする列車制御システム。
2. 請求項１に記載の列車制御システムであって、
   前記ブレーキ効果測定部による前記ブレーキ効果の測定と、測定された前記ブレーキ効果に基づいた前記パターン補正部による前記第１のブレーキパターンの補正とを、前記列車が走行を開始してから停止するまでの間に行う
   ことを特徴とする列車制御システム。
3. 請求項１に記載の列車制御システムであって、
   前記ブレーキ効果測定部による前記ブレーキ効果の測定と、測定された前記ブレーキ効果に基づいた前記パターン補正部による前記第１のブレーキパターンの補正とを、前記列車が定位置停止制御を開始する前に行う
   ことを特徴とする列車制御システム。
4. 請求項１～３のいずれか１項に記載の列車制御システムであって、
   前記ブレーキ効果測定部は、複数の前記第２のブレーキパターンから前記列車の速度に応じて選択した前記第２のブレーキパターンに基づいて前記ブレーキ効果を測定する
   ことを特徴とする列車制御システム。
5. 請求項４に記載の列車制御システムであって、
   前記ブレーキ効果測定部は、選択した前記第２のブレーキパターンと前記列車の速度との速度差から前記ブレーキ効果を測定する
   ことを特徴とする列車制御システム。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の列車制御システムであって、
   前記ベースパターン記憶部は、ブレーキノッチごとの加減速情報を示すブレーキノッチパターンを更に記憶し、
   前記パターン補正部は、前記ブレーキ効果測定部による前記ブレーキ効果の測定結果に基づいて、前記第１のブレーキパターンあるいは前記ブレーキノッチパターンの少なくともいずれかを選択して補正する
   ことを特徴とする列車制御システム。
7. 請求項６に記載の列車制御システムであって、
   前記パターン補正部は、前記ブレーキ効果測定部による前記ブレーキ効果の測定結果に基づいて、前記第１のブレーキパターンを補正するか否か、および、前記ブレーキノッチパターンを補正するか否か、を判断する
   ことを特徴とする列車制御システム。
8. 請求項６または７に記載の列車制御システムであって、
   前記パターン補正部は、前記第１のブレーキパターンまたは前記ブレーキノッチパターンそれぞれを、前記ブレーキ効果の測定結果に基づいた補正量で補正する
   ことを特徴とする列車制御システム。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載の列車制御システムを搭載した鉄道車両。
10. 請求項１～８のいずれか１項に記載の列車制御システムが備える構成要素の一部を地上側に設け、前記構成要素の残る部分を鉄道車両の車上側に搭載する
    ことを特徴とする列車制御システム。
11. 列車を定位置に停止させるための第１のブレーキパターンと事前ブレーキのための第２のブレーキパターンとを記憶しておき、
    前記列車の走行中で定位置停止制御を開始する前に、前記第２のブレーキパターンによるブレーキ効果を測定する第１のステップと、
    測定した前記ブレーキ効果に基づいて前記第１のブレーキパターンを補正する第２のステップと、
    補正した前記第１のブレーキパターンを保持する第３のステップと
    前記定位置停止制御を開始すると、前記列車の速度と補正した前記第１のブレーキパターンとに基づいてブレーキ指令を算出して出力する第４のステップと
    を有する列車制御方法。
12. 請求項１１に記載の列車制御方法であって、
    前記第１のステップは、複数の前記第２のブレーキパターンから前記列車の速度に応じて選択した前記第２のブレーキパターンに基づいて前記ブレーキ効果を測定する
    ことを特徴とする列車制御方法。

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