JP7311472B2 - 走行パタン作成装置および走行パタン作成方法 - Google Patents

Description

本発明は、列車の走行パタンを作成する装置および方法に関する。

鉄道列車が出発駅から到着駅までを所与の目標走行時分に従って走行するとき、加速、定速、惰行、ブレーキという操作を行うが、その時の列車の位置と速度の関係は、走行パタンと呼ばれる位置－速度のグラフによって表すことができる。

鉄道列車を制御する方法として、走行する駅間において目標となる走行パタン（以下、「計画走行パタン」という）を駅出発前に作成した上で、駅間走行中は、列車の現在速度と計画走行パタンを比較して運転操作を決定することにより、列車を計画走行パタンに沿って運転する方法が一般的である。

また、計画走行パタンを作成する手法として、非特許文献１には、現在駅から次駅間を最速で走行するパタン（以下、「最速パタン」という）を初期値として作成した上で、最速パタンの走行時分と予め定められている目標走行時分の差である余裕時分の範囲内で、力行区間の短縮や惰行運転の挿入といったパタンの調整を、山登り法を用いて繰り返す方法が記載されている。

しかし、現在駅が通過駅である上で、列車の交差順序の設定や運行の乱れによって目標走行時分の余裕時分が極端に大きい場合、上記二つの調整方法だけでは目標走行時分を満たすパタンを作成できず、次駅に早着するという課題がある。

また、特許文献１には、走行中に架線電圧の上昇によって、想定よりも高い加速度が得られて次駅に目標走行時分よりも早着する場合には、計画走行パタン中のブレーキの区間を長くするようにパタンを微調整することによって、早着を防止する方法が記載されている。

特許第５９４４２２９号公報

走行抵抗とブレーキ距離の最適化による省エネルギー運転曲線作成方法、永田 剛士、平成８年電気学会電子・情報・システム部門大会、１９９６．

現在駅だけでなく次駅も通過駅である場合、特許文献１に記載の方法では、ブレーキの区間の伸長によって次駅の通過速度が下がり過ぎる可能性がある。その結果、次駅から最大限に加速したとしても、次駅より先の駅間の目標走行時分に対して遅着する、という課題がある。このため、次駅より先の駅間の遅着を防止できるように、列車の現時点から次駅間の計画走行パタンを作成する必要がある。

上記課題を解決するために、本発明に係る代表的な走行パタン作成装置は、列車の位置と当該位置における列車の速度との関係を表す計画走行パタンを作成する計画走行パタン作成部と、列車の通過駅から当該通過駅の次駅までの駅間の目標走行時分を満たしかつ通過駅の通過速度が最も低い速度を通過駅下限速度として算出する通過駅下限速度算出部とを備え、計画走行パタン作成部が作成する列車の現時点から次駅間の計画走行パタンは、通過駅下限速度を上回る通過駅の通過速度を持つことを特徴とする。

本発明によれば、次駅の通過駅下限速度に向けて力行するパタンを上回るように、列車の現時点から次駅間の計画走行パタンを作成することによって、次駅より先の駅間での遅着を防止することができる。
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施例における説明により明らかにされる。

通過下限速度のパタン例を示す図である。 本発明の実施例に係る走行パタン作成装置の構成要素および列車との関係を示す図である。 計画走行パタン作成部が作成する計画走行パタンのデータの一例を示す図である。 作成した計画走行パタンの一例を示す図である。 ブレーキを用いた計画走行パタンの調整方法を示す図である。 計画走行パタンを作成する処理手順のフローチャートの一例を示す図である。

本発明を実施するための形態として、本発明の実施例を、図１～６を参照しながら説明する。なお、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付している。

本発明の実施例として、通過する次駅の通過駅下限速度に向けて力行するパタンを上回るように、列車の現時点から通過する次駅間の計画走行パタンを作成することによって、通過する次駅より先の駅間での遅着を防止する方法について説明する。

通過駅下限速度とは、通過する次駅から次々駅までの駅間を最大限に加速した上で、目標走行時分以内で走行できる各走行パタンの中にあって、通過する次駅の通過速度が最も低いパタンの速度のことをいう。すなわち、通過する次駅の通過時点の走行速度が当該下限速度を下回った場合、次々駅までの目標走行時分を満足しないこと（次々駅での遅着が確定すること）を意味する。

図１は、通過駅下限速度のパタン例を示す図である。図１において、走行パタンＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥは、通過速度Ａ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥをそれぞれ基点として、通過する次駅から次々駅までの駅間を最大限に加速して走行したパタンである。その中で、走行パタンＡ、Ｂ、ＣおよびＤは、目標走行時分以内で、通過する次駅と次々駅との駅間を走行でき、走行パタンＥが目標走行時分より次々駅に遅着した場合、通過駅下限速度は、通過速度Ｄとなる。

図２は、本発明の実施例に係る走行パタン作成装置１０の構成要素および列車との関係を示す図である。図２により、以下に各構成要素の役割について説明する。
ここで、走行パタン作成装置１０は、車上もしくは地上のどちら側に設置しても構わない。地上に設置した場合は、無線を用いて計算結果を車上装置へ送信することによって、作成した走行パタンに沿って列車を運転することができる。

通過駅下限速度算出部１０１は、列車が各駅を通過する際の下限速度である通過駅下限速度を算出する機能を有する。なお、次駅が到着駅の場合においては、通過駅下限速度は０ｋｍ／ｈとなる。

通過駅下限速度を算出する方法としては、例えば、当該通過駅の通過速度毎に、当該通過駅から当該通過駅の次駅までの駅間を最速で走行する走行パタンをそれぞれ作成し、それら各走行パタンの走行時分の内、当該通過駅から当該通過駅の次駅までの駅間の目標走行時分と一致する時の通過速度を総当たり的に求め、当該通過駅の通過駅下限速度を算出する方法がある。

また、通過駅下限速度を算出する方法はこれに限らず、加速度を一定値と仮定し、運動方程式を解くことによって、数式的な方法で算出してもよい。

なお、本実施例では、当該通過駅から当該通過駅の次の駅間までを最速で走行する走行パタンを設定したが、走行方法はこれに限らず、惰行走行を含めた省エネの走行をする走行パタンを設定してもよい。

また、本実施例では、通過駅下限速度を列車運行中にリアルタイムで算出する方法を示したが、これに限らず、各駅の通過駅下限速度を事前に算出しておいてデータベースとして記憶しておく方法でもよい。これによれば、計算負荷の削減が期待される。

加速性能記憶部１０２は、列車１０５の加速性能や走行抵抗式など加速性能情報を保持（記憶）する機能を有する。

下限速度パタン作成部１０３は、通過駅下限速度算出部１０１から出力された、通過する次駅における通過駅下限速度に向けて、下限速度パタンを作成する機能を有する。この下限速度パタンは、加速性能記憶部１０２から出力された加速性能の最大加速度で加速した時の走行パタンである。

また、下限速度パタンを作成する際の加速度は、最大加速度に限らず、列車の乗り心地や列車の加速度毎の出力効率を考慮してこの最大加速度より小さく設定してもよい。

計画走行パタン作成部１０４は、列車１０５の現在地点および現在速度を基点として、通過する次駅までの区間を走行する計画走行パタンを作成する機能を有する。この計画走行パタンは、下限速度パタン作成部１０３から出力された下限速度パタンより高い位置－速度領域を走行するパタンである。

図３は、計画走行パタン作成部１０４が生成する計画走行パタンのデータの一例を示す図である。図示のように、計画走行パタンは、各地点における速度や運転操作を時系列データで格納された形式とする。

次に、計画走行パタンを作成する方法として、与えられた目標走行時分で駅間を走行する計画走行パタンを作成する場合について述べる。この場合、列車の現在地点および現在速度から通過する次駅までの区間を最速で走行するパタン（以下、「最速パタン」という）を初期値として作成した上で、最速パタンの走行時分と与えられた目標走行時分の差である余裕時分の範囲内で、計画走行パタンの調整を、山登り法を用いて繰り返す方法が挙げられる。

この方法では、計画走行パタンの調整の際に、下限速度パタンより低い位置－速度領域を走行する調整を抑制することによって、下限速度パタンより高い位置－速度領域を走行する計画走行パタンを作成することが可能となる。図４に、作成した計画走行パタンの一例を示す。

山登り法を用いた計画走行パタンの調整方法としては、消費エネルギーの低減に寄与する運転方法として、力行区間の短縮および惰行運転の挿入の二つが一般的である。ただし、目標走行時分の余裕時分が極端に大きく、これら二つの調整方法だけでは目標走行時分を満たす計画走行パタンを作成できない場合は、ブレーキ運転を用いて減速する調整方法も加える。

ブレーキ運転を用いた計画走行パタンの調整方法の例として、図５の（ａ）に示すように、現在速度から強い減速度のブレーキ運転を短い区間で用いる計画走行パタン（図示の「調整後のパタン」）に調整する方法がある。

また、この方法に限らず、図５の（ｂ）に示すように、現在速度から弱い減速度のブレーキ運転を長い区間で用いる計画走行パタン（図示の「調整後のパタン」）に調整する方法を採用してもよい。

図５の（ａ）に示す方法では、走行時分の調整範囲が大きく確保できる。一方で、図５の（ｂ）に示す方法では、乗り心地の確保や列車遅延に対する乗客の不安感の低減が期待される。

列車１０５は、計画走行パタン作成部１０４から出力された計画走行パタンに沿って、制駆動を制御する。なお、列車の制駆動を制御する方法としては、ＤＡＳ（Ｄｒｉｖｅｒ Ａｄｖｉｓｏｒｙ Ｓｙｓｔｅｍ；運転支援装置）、すなわち運転指令に従って運転士が操作する方法としてもよいし、ＡＴＯ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ；自動列車運転装置）、すなわち自動的に制御する方法としてもよい。

次に、本実施例の方法を用いた時の、列車の現在地点から次駅間における計画走行パタンを作成する処理の手順を説明する。

図６は、計画走行パタンを作成する処理手順のフローチャートの一例を示す図である。
ステップＳ１１で、通過駅下限速度算出部１０１は、列車が通過する次駅の下限速度である通過駅下限速度を算出する。この算出方法の一例としては、上述したように、通過駅（ステップＳ１１では通過する次駅）から当該通過駅の次駅（ステップＳ１１では次々駅）までの駅間の目標走行時分を満たしかつ通過駅の通過速度が最も低い速度を通過駅下限速度として算出する。

ステップＳ１２で、下限速度パタン作成部１０３は、通過駅下限速度算出部１０１から出力された、通過する次駅における通過駅下限速度に向けて、加速性能記憶部１０２から出力された加速性能の最大加速度で加速した時の走行パタンまたは惰行走行を含めた走行パタンから下限速度パタンを作成する。

ステップＳ１３で、計画走行パタン作成部１０４は、列車１０５の現在地点および現在速度を基点として、通過する次駅までの区間を、下限速度パタン作成部１０３から出力された下限速度パタンより高い位置－速度領域を走行する計画走行パタンを作成する。計画走行パタンの作成後に、処理を終了する。

以上、本実施例によれば、通過する次駅の通過駅下限速度に向けて力行する走行パタンを上回るように、列車の現時点から通過する次駅間の計画走行パタンを作成することによって、通過する次駅より先の駅間での遅着を防止することができる。

また、本発明は、以上の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１０ 走行パタン作成装置
１０１ 通過駅下限速度算出部
１０２ 加速性能記憶部
１０３ 下限速度パタン作成部
１０４ 計画走行パタン作成部
１０５ 列車

Claims (6)

1. 列車の位置と当該位置における前記列車の速度との関係を表す計画走行パタンを作成する計画走行パタン作成部と、
   前記列車の通過駅から当該通過駅の次駅までの駅間の目標走行時分を満たしかつ前記通過駅の通過速度が最も低い速度を通過駅下限速度として算出する通過駅下限速度算出部と
   を備え、
   前記計画走行パタン作成部が作成する前記列車の現時点から前記次駅間の前記計画走行パタンは、前記通過駅下限速度を上回る前記通過駅の通過速度を持つ
   ことを特徴とする走行パタン作成装置。
2. 請求項１に記載の走行パタン作成装置であって、
   前記通過駅下限速度算出部は、前記列車の通過駅から当該通過駅の次駅までの駅間を最速で走行する走行パタンまたは惰行走行を含めた走行パタンを当該通過駅の通過速度毎に作成し、作成した前記走行パタンの中から前記通過駅下限速度を算出する
   ことを特徴とする走行パタン作成装置。
3. 請求項１または２に記載の走行パタン作成装置であって、
   前記列車の加速性能に関する加速性能情報を記憶する加速性能記憶部と、
   前記加速性能情報からの前記列車の最大加速度で前記列車を加速しかつ前記通過駅を前記通過駅下限速度算出部からの前記通過駅下限速度で通過する走行パタンである下限速度パタンを作成する下限速度パタン作成部と
   を更に備え、
   前記計画走行パタン作成部が作成する前記列車の現時点から前記次駅間の前記計画走行パタンは、前記下限速度パタンを上回る前記通過駅の通過速度を持つ
   ことを特徴とする走行パタン作成装置。
4. 請求項３に記載の走行パタン作成装置であって、
   前記下限速度パタン作成部は、前記列車の最大加速度を前記列車の乗り心地や前記列車の加速度毎の出力効率を考慮して当該最大加速度より小さい加速度とする
   ことを特徴とする走行パタン作成装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の走行パタン作成装置であって、
   前記計画走行パタン作成部は、前記列車の現時点から前記次駅間の前記計画走行パタンにブレーキ運転の区間を加える
   ことを特徴とする走行パタン作成装置。
6. 列車の通過駅から当該通過駅の次駅までの駅間の目標走行時分を満たしかつ前記通過駅の通過速度が最も低い速度を通過駅下限速度として算出する第１のステップと、
   前記通過駅における前記通過駅下限速度に向けて、最大加速度で加速した時の走行パタンまたは惰行走行を含めた走行パタンから下限速度パタンを作成する第２のステップと、
   前記列車の現在地点および現在速度を基点として、前記通過駅までの区間を前記下限速度パタンより高い位置－速度領域を走行する計画走行パタンを作成する第３のステップと
   を有する走行パタン作成方法。

Images