JP7308663B2 - 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、特に踏切の警報を開始する時刻を指示されたときに、列車の速度を制御し、安全上必要な踏切の警報時間を踏切警報開始から列車が踏切に到達するまでの間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、特許文献１に開示するように、列車の現在位置と速度から加速して、踏切に到達するまでの時間を算出し、算出した時間が必要な警報時間に満たない場合には踏切手前に列車を停車させる踏切ブレーキパターンを維持し、必要な警報時間を確保する方式がある。

あるいは、特許文献２に開示するように、列車が走行制御アルゴリズムによって走行した場合の踏切までの走行時間を求め、さらに踏切ブレーキパターンから踏切位置に到達するまでの時間を算出し、それらを用いて、踏切の警報開始タイミングを決定する方式もある。

特開２００４－２２４１５５号公報 特開２００６－２７３１２号公報

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、算出した時間が必要な警報時間に満たない場合には踏切手前に列車を停車させる踏切ブレーキパターンを維持し、踏切ブレーキパターンにしたがって列車を減速させる等して必要な警報時間を確保しなければならない。踏切ブレーキパターンにしたがって減速することで、速度の低下や機外停止が発生すると、そこからの加速が必要になるため駅間走行時分の増加や消費エネルギーの増加を招く。

あるいは、踏切ブレーキパターンが実行されないように、踏切の警報開始タイミングを決定しなければならない。

そこで、与えられた踏切の警報開始予定時刻と必要な警報時間を考慮して、踏切通過時刻を決定し、不必要な減速を行うことなく、踏切通過時刻に踏切を通過することができるように速度制御を行う列車制御システムを構築する必要がある。

踏切の警報を開始する警報開始予定時刻を受信し、警報開始予定時刻に必要な警報時間を加えた時刻を当該踏切の通過時刻として算出する。算出した通過時刻に踏切を通過できる上限速度Ｖａを算出し、算出した上限速度Ｖａにしたがって列車の速度を制御する。

これにより、必要な警報時間を確保して安全性を保ちつつ、受信した警報開始予定時刻に合わせて適切な時刻に踏切を通過する速度制御が実現でき、上限速度Ｖａ以下の速度で走行すれば、必要な警報時間を確保するための減速は必要なくなることから、踏切通過前の不必要な減速を減らすことが可能となる。

上記により、与えられた警報開始予定時刻に合わせて、必要な警報時間の確保も考慮した上限速度Ｖａを算出し、算出した上限速度Ｖａにしたがって列車の速度を制御することで、不必要な減速を減らすことができ、機外停止の発生の防止や、駅間走行時分の増加を防ぐことが可能となる。

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図 本発明の実施例１における上限速度算出装置の構成を示す図 本発明の実施例１における上限速度算出装置の処理フローを示す図 本発明の実施例２における列車制御システムの概要を示す図 本発明の実施例２における速度算出部の処理フローを示す図 本発明の実施例２における減速距離と減速時間のデータ構造を示す図 本発明の実施例３における列車制御システムの概要を示す図 本発明の実施例３における加速時間と加速時間のデータ構造を示す図 本発明の実施例３における上限速度算出装置の構成を示す図

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。さらに上限速度Ｖａを算出する上限速度算出装置２０１の構成を図２に示す。図２に示す前記上限速度算出装置２０１の動作を図１を用いて説明する。

前記上限速度算出装置２０１は踏切制御通信部２０５で踏切制御装置２０７より踏切警報開始予定時刻を受信する。踏切警報開始予定時刻の決定方法は本発明では特定しない。例えばランカーブにしたがって走行した場合に踏切制御子を通過する時刻としてもよい。受信した踏切警報開始予定時刻は速度算出部２０４に渡される。踏切情報記憶装置２０２は踏切の位置、必要な警報時間を保持する記憶装置であり、踏切警報開始予定時刻を受け取った前記速度算出部２０４は踏切情報取得部２０３を介して前記踏切情報記憶装置２０２を参照し、当該踏切の位置と必要な警報時間を取得する。

当該踏切の位置と必要な警報時間を取得した前記速度算出部２０４は踏切警報開始予定時刻に当該踏切の必要な警報時間を加算した時刻を踏切の通過時刻として算出し、算出した通過時刻と現在時刻との差を踏切までの残時間Ｔとして算出する。さらに当該踏切の位置と現在の列車位置の差を踏切までの残距離Ｌとして算出する。前記速度算出部２０４は列車の現在速度Ｖと列車の減速度βを用いて、次の二次方程式を解くことで上限速度Ｖａを算出する。

上記の二次方程式は現在速度Ｖから上限速度Ｖａまで減速する間に列車が走行する距離を右辺の第一項とし、現在速度Ｖから上限速度Ｖａまで減速するのにかかる時間を残時間Ｔから引いた時間分、上限速度Ｖａ一定で走行した場合の距離を第二項とし、その合計が残距離Ｌと等しくなるという式である。つまり、現在速度Ｖから上限速度Ｖａに減速し、上限速度Ｖａで踏切まで走行した場合に残時間Ｔでちょうど踏切を通過できる上限速度Ｖａを算出している。減速度βは列車の速度によって変化することもあるが、その場合は現在速度以下で最も低い減速度を用いればよい。

前記速度算出部２０４は算出した上限速度Ｖａを車上通信部２０６を介して列車速度制御装置２０８に送信する。前記列車速度制御装置２０８は現在の速度Ｖと受信した上限速度Ｖａを比較し、現在速度Ｖの方が高い場合は減速を行う。

上限速度Ｖａを前記列車速度制御装置２０８に送信する際には、上限速度Ｖａを臨時速度制限として送信してもよい。あるいは、運転台のモニタ等に表示する速度として送信し、表示された速度にしたがって運転手が速度制御を行うとしてもよい。

上記のように前記上限速度算出装置２０１を構成することにより、必要な警報時間を確保して安全性を保ちつつ、受信した警報開始予定時刻に合わせた適切なタイミングで踏切を通過できる上限速度Ｖａを決定し、上限速度Ｖａ以下の速度で走行すれば必要な警報時間を確保するための減速は必要なくなることから、踏切通過前の不必要な減速を減らし、機外停止の発生の防止や、駅間走行時分の増加を防ぐことが可能となる。

上記上限速度算出装置２０１は地上と車上のどちらに設置してもよい。地上に設置した場合は前記車上通信部２０６は無線で前記列車速度制御装置２０８と通信してもよい。

図３に前記上限速度算出装置２０１が上限速度Ｖａを算出するための処理のフローを示す。前記上限速度算出装置２０１は前記踏切制御装置２０７から踏切警報開始予定時刻を受信したときに図３に示すフローを実行する。
ステップ３０１：
前記踏切制御通信部２０５は前記踏切制御装置２０７より踏切警報開始予定時刻を受信する。
ステップ３０２：
前記踏切情報取得部２０３は前記踏切情報記憶装置２０２に保持されている前記踏切１０２の位置と必要な警報時間を取得する。
ステップ３０３：
前記速度算出部２０４は前記ステップ３０１で受信した踏切警報開始予定時刻にステップ３０２で取得した前記踏切１０２に必要な警報時間を加算して踏切通過時刻を算出する。
ステップ３０４：
前記速度算出部２０４は列車位置から前記ステップ３０２で取得した前記踏切１０２の位置までの残距離Ｌを算出し、現在時刻と前記ステップ３０３で算出した踏切通過時刻との差として残時間Ｔを算出する。算出したＬとＴを用いて、上記式１の二次方程式を解き、上限速度Ｖａを算出する。
ステップ３０５：
前記速度算出部２０４は前記車上通信部２０６を介して前記ステップ３０４で算出した上限速度Ｖａを前記列車速度制御装置２０８に送信し処理を終了する。

以上の処理により、必要な警報時間を確保して安全性を保ちつつ、受信した警報開始予定時刻に合わせて適切な時刻に踏切を通過する上限速度Ｖａを算出し、算出した上限速度Ｖａにしたがって列車の速度を制御することで、不必要な減速を減らすことができ、機外停止の発生の防止や、駅間走行時分の増加を防ぐことが可能となる。

本実施例２では、実施例１と比較して、より単純な計算方法による上限速度Ｖａの算出方法ついて述べる。

図４に実施例２における列車制御システムの概要を示す。本実施例では繰り返し演算により上限速度Ｖａを算出する。図４における（ｋ）はｋ回目の繰り返し演算で用いている値を意味している。

前記踏切１０２から前記列車１０１までの残距離Ｌと残時間Ｔは実施例１と同様にして算出する。繰り返し演算の初期値としてｋ＝０、Ｖ（０）＝Ｖ、Ｌ（０）＝Ｌ、Ｔ（０）＝Ｔとする。また、繰り返し演算を収束させるための上限速度Ｖａの余裕値としてＶｍを定義する。ｋ回目の繰り返し演算での上限速度Ｖａ（ｋ）を次式により算出する。

算出した上限速度Ｖａ（ｋ）に対して、列車速度Ｖ（ｋ）から上限速度Ｖａ（ｋ）まで減速する距離および時間を算出し、それぞれΔＬ、ΔＴとする。これらΔＬ、ΔＴを用いて列車速度Ｖ（ｋ）から上限速度Ｖａ（ｋ）に減速し、減速後は上限速度Ｖａ（ｋ）の速度で前記踏切１０２まで走行する時間、つまり、残距離Ｌ（ｋ）を上限速度Ｖａ（ｋ）にしたがって走行した場合に、前記踏切１０２に到達するまでにかかる時間Ｔｃを算出する。これは次式によって算出できる。

ΔＬ、ΔＴは減速度βが一定であれば、ΔＴ＝（Ｖ（ｋ）－Ｖａ（ｋ））／β、ΔＬ＝β×ΔＴ^２／２である。減速度βは速度帯によって変化することもあるため、そのことを考慮してΔＬ、ΔＴを計算するのであれば、図６に示すようなデータベースを予め作成して保持してもよい。

図６は、ある速度から減速して停止するまでの時間と距離を予め算出した値を示している。ΔＬ、ΔＴの算出には、減速前の速度と減速後の速度の時間と距離の差分を取ればよい。例えば、Ｖ（ｋ）が１５ｋｍ／ｈで、Ｖａ（ｋ）が１０ｋｍ／ｈの場合、ΔＴ＝６－４＝２、ΔＬ＝２０－９＝１１と算出できる。予め算出してある速度の間の速度については線形補間等で誤差が許容される範囲で補間すればよい。どの速度で予め計算するかは、線区や運行条件により求められる精度によって決定すればよい。

上記式３で算出した前記踏切１０２に到達するまでにかかる時間ＴｃがＴ（ｋ）よりも長い場合は必要な警報時間が確保できているのでＶａ（ｋ）を上限速度Ｖａとして繰り返し演算を終了する。短い場合は、必要な警報時間が足りない、つまり、上限速度Ｖａ（ｋ）がまだ高いことを意味しているので、列車位置と速度をＶａ（ｋ）まで減速した場合の位置と速度に更新してｋ＋１回目の計算を実施する。つまり、Ｖ（ｋ＋１）＝Ｖａ（ｋ）、Ｌ（ｋ＋１）＝Ｌ（ｋ）－ΔＬ、Ｔ（ｋ＋１）＝Ｔ（ｋ）－ΔＴとして、ｋ＋１回目の繰り返し演算の上限速度Ｖａ（ｋ＋１）を算出する。

前記上限速度算出装置２０１の構成は実施例１の図２と同じであり、前記速度算出部２０４での上限速度Ｖａの算出方法のみが異なる。前記上限速度算出装置２０１の処理フローも実施例１の図３と同じであり、前記ステップ３０４における上限速度Ｖａの算出方法のみが異なる。本実施例での前記速度算出部２０４における前記ステップ３０４の処理フローを図５に示す。
ステップ５０１：
前記速度算出部２０４は列車位置から前記ステップ３０２で取得した前記踏切１０２の位置までの残距離Ｌを算出し、現在時刻と前記ステップ３０３で算出した踏切通過時刻との差として残時間Ｔを算出する。算出したＬとＴおよび列車速度Ｖを用いて、繰り返し演算の初期値をｋ＝０、Ｖ（０）＝Ｖ、Ｌ（０）＝Ｌ、Ｔ（０）＝Ｔとする。
ステップ５０２：
前記速度算出部２０４は上記式２を用いて、上限速度Ｖａ（ｋ）を算出する。
ステップ５０３：
前記速度算出部２０４はＶ（ｋ）からＶａ（ｋ）まで減速する距離および時間としてΔＬとΔＴを算出する。そして、これらΔＬ、ΔＴを用いて、式３により列車速度Ｖ（ｋ）から上限速度Ｖａ（ｋ）に減速し、減速後は上限速度Ｖａ（ｋ）の速度で前記踏切１０２まで走行する時間を踏切までの時間Ｔｃとして算出する。
ステップ５０４：
前記速度算出部２０４は前記ステップ５０３で算出した、踏切までの時間ＴｃとＴ（ｋ）を比較し、踏切までの時間がＴ（ｋ）以上であれば、必要な警報時間が確保できていると判断して、Ｖａ（ｋ）を上限速度Ｖａとして前記ステップ３０４の処理を終了する。踏切までの時間ＴｃがＴ（ｋ）より小さければ、必要な警報時間が確保できていないと判断し、ステップ５０５に進む。
ステップ５０５：
前記速度算出部２０４は次の繰り返し演算を行うために、Ｖ（ｋ＋１）＝Ｖａ（ｋ）、Ｌ（ｋ＋１）＝Ｌ（ｋ）－ΔＬ、Ｔ（ｋ＋１）＝Ｔ（ｋ）－ΔＴと更新し、ｋをｋ＋１にカウントアップしてステップ５０２に戻り、次のｋ＋１回目の繰り返し演算を行う。

なお、Ｖｍは上限速度Ｖａの精度と繰り返し計算の回数に影響するパラメータであり、Ｖｍを小さくすれば上限速度Ｖａの精度はよくなるが、繰り返し計算の回数が増加する。Ｖｍをいくつに設定するかは線区や運行条件により求められる精度と上記上限速度算出装置２０１の計算能力により定めればよい。

上記のように実施例１の前記速度算出部２０４の上限速度の算出方法を変更することにより、上記式１の二次方程式を解くという複雑な計算を行うことなく、上記式２のような単純な計算の繰り返しで上限速度Ｖａを算出することが可能となる。

本実施例３では、実施例１および２と比較して、踏切を通過する速度を向上する方法について述べる。実施例１および２では踏切を通過する速度は上限速度Ｖａ以下になるという制約がある。そこで、本実施例では踏切通過時の速度を予め設定された踏切を通過できる最高速度である計画速度Ｖｐまで上げることが可能となる制御を行う。

図７に実施例３における列車制御システムの概要を示す。前記踏切１０２を通過する速度として想定されている計画速度Ｖｐで踏切に到達する加速パタ－ンを作成する。加速パターンにしたがって加速して踏切に到達することで、ちょうど計画速度Ｖｐで踏切を通過することができる。さらに加速パターン上の各速度Ｖｉから加速して踏切に到達するまでの加速時間Ｔａ（Ｖｉ）と加速パターン上を加速した場合の踏切までの加速距離Ｌａ（Ｖｉ）を速度毎に予め算出し、データベースに保持する。そのデータベースの例を図８に示す。前記速度算出部２０４は上限速度算出時に加速パターン上を加速する加速距離と加速時間を考慮して上限速度Ｖａの算出を行う。

本実施例における上記上限速度算出装置２０１の構成を図９に示す。実施例１の図２と比較すると、上記の加速パターンの加速時間と加速距離のデータベースを保持する加速パターン記憶装置９０１が追加された点が異なる。

上限速度Ｖａの算出は実施例２と同様に繰り返し演算により行う。繰り返し演算の考え方は同じであるため、ここでは実施例２からの差分となるｋ回目の繰り返し演算のやり方について説明する。前記速度算出部２０４は前記加速パターン記憶装置９０１を参照し、列車速度Ｖ（ｋ）における加速距離および加速時間を取得し、それぞれをＬａおよびＴａとする。すると、Ｌ２（ｋ）＝Ｌ（ｋ）－Ｌａ、Ｔ２（ｋ）＝Ｔ（ｋ）－Ｔａとなるので、これらＬ２（ｋ）、Ｔ２（ｋ）を用いて上限速度Ｖａ（ｋ）を次式で算出する。

次に実施例２と同様に上限速度Ｖａ（ｋ）まで減速して踏切まで走行する時間Ｔｃの算出を行う。上限速度Ｖａ（ｋ）における加速時間を前記加速パターン記憶装置９０から取得し、Ｔａ’として、Ｔａ’を用いて踏切までの時間Ｔｃを算出する。具体的にはΔＬ、ΔＴの算出は実施例２と同じ方法で行えばよく、踏切までの時間Ｔｃは次式で算出できる。

つまり、Ｖａ（ｋ）まで減速するのにかかる時間ΔＴ、上限速度Ｖａ（ｋ）一定で走行する時間、Ｖａ（ｋ）から加速して加速パターン上を走行する時間Ｔａ’の和となる。この時間がＴ（ｋ）以上であれば、Ｖａ（ｋ）を上限速度Ｖａとして繰り返し演算を終了し、そうでなければ繰り返し演算を繰り返すのは実施例２と同じである。

上限速度Ｖａの算出を実施例１と同様に二次方程式を解くことで行う場合、前記速度算出部２０４は列車の現在速度Ｖと列車の減速度βおよび列車の計画速度Ｖｐと列車の加速度αを用いて、次の二次方程式を解くことで上限速度Ｖａを算出する。

実施例１の式１と比較すると、上限速度Ｖａから計画速度Ｖｐまで加速する間に列車が走行する距離を右辺に加える点、および、上限速度Ｖａから計画速度Ｖｐまで加速するのにかかる時間を残時間Ｔからさらに引く点が異なる。

以上の処理により、必要な警報時間を確保して安全性を保ちつつ、受信した警報開始予定時刻に合わせて適切な時刻に、予め設定されている計画速度Ｖｐで踏切を通過する上限速度Ｖａを算出することが可能となる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１０１…列車
１０２…踏切
２０１…上限速度算出装置
２０２…踏切情報記憶装置
２０３…踏切情報取得部
２０４…速度算出部
２０５…踏切制御通信部
２０６…車上通信部
２０７…踏切制御装置
２０６…列車速度制御装置
９０１…加速パターン記憶装置

Claims (8)

1. 列車の走行状態に応じて踏切の警報開始時期を決定する踏切制御部と、
   前記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、
   前記踏切制御部より警報開始予定時刻を受領し、前記踏切警報時間と前記警報開始予定時刻に基づき、前記踏切を通過する踏切通過予定時刻を決定し、前記踏切通過予定時刻以降に前記列車が前記踏切を通過するための速度制御指示として、指示速度を算出する指示速度算出部とを有し、
   前記指示速度算出部は、前記踏切通過予定時刻と現在時刻との差を踏切残時間Ｔとして算出し、前記踏切の位置と前記列車の現在位置との差を踏切残距離Ｌとして算出し、前記列車の現在速度Ｖと前記列車の減速度βを用いて、次の二次方程式を解くことで前記指示速度Ｖａを算出することを特徴とする列車制御システム。
   

   
2. 前記指示速度算出部は、前記指示速度を臨時速度制限または運転台に表示する速度として出力することを特徴とする前記請求項１に記載の列車制御システム。
3. 列車の走行状態に応じて踏切の警報開始時期を決定する踏切制御部と、
   前記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、
   前記踏切制御部より警報開始予定時刻を受領し、前記踏切警報時間と前記警報開始予定時刻に基づき、前記踏切を通過する踏切通過予定時刻を決定し、前記踏切通過予定時刻以降に前記列車が前記踏切を通過するための速度制御指示として、指示速度を算出する指示速度算出部とを有し、
   前記指示速度算出部は、前記踏切を予め定めた計画速度で通過できる加速パターンを作成し、現在速度から前記指示速度まで減速し、減速後は前記加速パターンに到達するまで前記指示速度で走行し、前記加速パターンに到達後は前記加速パターンにしたがって加速する場合に、前記踏切通過予定時刻に前記踏切を通過するように前記指示速度を算出することを特徴とする列車制御システム。
4. 前記指示速度算出部は、前記指示速度を臨時速度制限または運転台に表示する速度として出力することを特徴とする前記請求項３に記載の列車制御システム。
5. 前記指示速度算出部は、前記列車の位置から前記踏切までの距離である踏切残距離および前記踏切通過予定時刻までの時間である踏切残時間を算出し、前記踏切残距離から前記列車の速度における加速距離を引いた距離である加速パターンまでの距離および前記踏切残時間から前記列車の速度における加速時間を引いた時間である加速パターンまでの時間を算出し、前記加速パターンまでの距離と前記加速パターンまでの時間より、前記指示速度を算出し、前記指示速度にしたがって走行した場合に前記踏切通過予定時刻以降に前記踏切を通過するか判定し、前記踏切通過予定時刻以前であれば、前記列車の位置と速度を前記指示速度まで減速した場合の位置と速度に更新し、前記指示速度の再計算を行い、前記踏切通過予定時刻以降に前記踏切を通過する前記指示速度となるまで計算を繰り返すことを特徴とする前記請求項３に記載の列車制御システム。
6. 前記指示速度算出部は、前記列車の複数の速度から減速して停車するまでの時間と距離を予め算出し、保持することを特徴とする前記請求項３に記載の列車制御システム。
7. 前記加速パターン上で加速して前記踏切に到達するまでの時間と距離を複数の速度から加速した場合について計算し、保持する加速パターン記憶部を有することを特徴とする前記請求項３に記載の列車制御システム。
8. 前記指示速度算出部は、地上または車上に設置されることを特徴とする前記請求項１ないし７のいずれか１項に記載の列車制御システム。
   

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