JP7466494B2 - 列車制御システム及び列車制御装置 - Google Patents
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Description
本発明は、列車制御システム及び列車制御装置に関し、特に移動閉塞において続行列車が先行列車に接近している場合に続行列車の加減速度を決定する列車制御システム及び列車制御装置に関する。
鉄道分野において、列車本数増加や、遅延発生時の遅延回復力の向上を目的として、CBTC等の信号システムを用いた移動閉塞の導入が進んでいる。移動閉塞では列車間隔を短くできるという特徴がある。しかしながら、列車間隔が短い場合、続行列車の加速度が高いと、続行列車速度が先行列車を支障とするブレーキパターンを超えてしまう。この場合、ブレーキ出力されるために余計な減速が発生し、乗り心地の悪化や消費エネルギーの増加を招くという課題がある。このような課題に対して、先行列車との間隔を適切に保てるように続行列車の加速度を調整する方式がある。
例えば、特許文献1が開示すように、続行列車が停車した状態から加速する場合に、先行列車の加速度と続行列車の減速度を用いて続行列車の加速度を決定する方式がある。
移動閉塞において、続行列車が先行列車手前に停車している状態から、先行列車の加速に合わせて加速する場合は、特許文献1が開示する方式により、続行列車の加速度を適切に決定することができる。しかしながら、続行列車が停車しておらず、先行列車手前に停車するために減速している途中で先行列車が動いた場合、特許文献1の方式は適用できない。このような場合は、先行列車の動きに合わせて続行列車の加減速度を適切に決定することは難しい。
このように、加減速度が適切でなく、続行列車の速度が高くなってしまうと、先行列車を支障とするブレーキパターンを超えてしまう。すると、続行列車に余計な減速が発生し、乗り心地の悪化や消費エネルギーの増加を招く。一方、速度が低い場合は、先行列車と続行列車の距離が長くなり、列車間隔が増加するという課題が発生する。
そこで、移動閉塞において、先行列車と続行列車が接近している場合に、任意の先行列車と続行列車の速度に対して、先行列車を支障とするブレーキパターンを超えず、かつ、先行列車との距離も最小に保てるように続行列車の加減速度を決定する列車制御装置や列車制御システムを構築する必要がある。
本発明は、上記課題に鑑みて、先行列車と続行列車間の距離を最小に保ちつつ、無駄な加減速が発生することを防止することが可能な列車制御システム及び列車制御装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、代表的な本発明の列車制御システムの一つは、1つ前の先行列車の手前に停車できるブレーキパターンを作成し、作成した前記ブレーキパターンを超えることがないように続行列車を制御する列車制御システムにおいて、前記続行列車が前記ブレーキパターンに接近しているときに、前記先行列車の列車速度と、前記続行列車の列車速度と、前記続行列車の前記ブレーキパターンの減速度とを用いて、前記続行列車の速度制御に用いる加減速度を算出する加減速度算出部を有することを特徴とする。
さらに本発明の列車制御装置の一つは、1つ前の先行列車の手前に停車できるブレーキパターンを作成し、作成した前記ブレーキパターンを超えることがないように自列車を制御するように列車に備えられる列車制御装置において、前記自列車が前記ブレーキパターンに接近しているときに、前記先行列車の列車速度と、前記自列車の列車速度と、前記自列車の前記ブレーキパターンの減速度を用いて、前記自列車の速度制御に用いる加減速度を算出する加減速度算出部を有することを特徴とする。
本発明によれば、列車制御システム及び列車制御装置において、先行列車と続行列車間の距離を最小に保ちつつ、無駄な加減速が発生することを防止できる。
上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態により明らかにされる。
上記以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態により明らかにされる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
(実施例1)
図1は本発明の実施例1の概要を説明するための位置と速度の関係の一例を示す図である。
図1は本発明の実施例1の概要を説明するための位置と速度の関係の一例を示す図である。
図1では、先行列車101aに続いて、続行列車101bが同じ軌道で移動閉塞により走行している例を示している。すなわち、続行列車101bの1つ前の先行列車が先行列車101aとなる。ここで、先行列車101aのブレーキパターン103は、位置と速度の関係で表されている。続行列車101bがブレーキパターン103に沿って減速すると、ちょうど先行列車101aより続行列車101b側のすぐ手前の位置(進行方向に対してすぐ後ろの位置)に設定される停止限界102で停止することができる。停止限界102は、これより先行列車101aに近づくと衝突の可能性が生じる位置である。図1では、続行列車101bが現在の速度Vbで走行しており、これよりも先行列車101aに近づく場合は、ブレーキパターン103に沿った減速をすることで、停止限界102に停止する。
ここで、「ブレーキパターンを超える」とは、位置と速度の関係のブレーキパターン103の曲線よりも先行列車101a側の位置に存在する場合となる。この位置の場合、ブレーキパターン103よりも急ブレーキ(高い減速)をしなければ、停止限界102に止まることはできない。ブレーキパターン103は、一定の減速度であってもよく、列車ごとに設定される一定値であってもよい。
図2は本発明の実施例1の列車制御装置の構成例を示すブロック図である。
図2で示される列車制御装置は、車上制御装置201と無線機206を備えている。車上制御装置201は、列車制御部202、加減速度算出部203、パターン算出部204、無線通信部205を備えている。ここでの列車制御装置は各列車(101a、101b)に搭載されている。
無線機206は、他の列車に搭載された車上制御装置201や(列車上でない)地上側に設置された地上装置等との情報のやりとりをするための無線通信を可能にする。車上制御装置201は、必要な処理装置、メモリ、記憶装置等の必要なデバイスで構成される。処理装置は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等で構成可能である。記憶装置は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)などで構成可能である。これらの構成により図2で示す各機能を達成することが可能となる。
次に、図2に示す車上制御装置201の処理について図1を用いて説明する。
続行列車101bは、無線通信部205で無線機206から、先行列車101aの停止限界102と、先行列車101aの速度Vaを受信する。停止限界102と先行列車101aの速度Vaは列車の情報を管理する地上装置から受信してもよいし、先行列車101aから直接受信してもよい。停止限界102と先行列車101aの速度Vaを受信した無線通信部205は、停止限界102をパターン算出部204に送り、先行列車101aの速度Vaを加減速度算出部203に送る。
先行列車101aの速度Vaを受け取った加減速度算出部203は続行加減速度β’を算出する。続行加減速度β’の算出方法については図3で後述する。そして、加減速度算出部203は、算出した続行加減速度β’を列車制御部202に送る。β’は減速する場合にβ’>0となるように、つまり減速度として定義する。一方、負の場合は加速を意味する値として定義するため、β’を加減速度と呼ぶこととする。加減速度の算出方法は後述する。
停止限界102を受け取ったパターン算出部204は、ブレーキパターン103を算出し、算出したブレーキパターン103を列車制御部202と加減速度算出部203に送る。ブレーキパターンの算出は、勾配等の路線情報と続行列車101bの減速度βを考慮して、停止限界102手前に停車できる速度パターンとして算出すればよい。続行列車101bの減速度βは停止限界102手前に停車するためのブレーキの減速度であればよく。常用最大ブレーキの減速度でも非常ブレーキの減速度でもよい。どの減速度を用いるかは、列車ごとにあらかじめ定めておく。
続行加減速度β’とブレーキパターン103を受け取った列車制御部202は、続行加減速度β’に従って加速または減速の制御を行う。続行加減速度β’で加減速すれば続行列車速度Vbはブレーキパターン103を超えない。しかし、何らかの要因でブレーキパターン103を超えようとする場合は、列車制御部202は減速度βで減速する。また、続行加減速度β’よりも減速する制御とすることも可能である。例えば、駅の停止目標位置に停止するためにより減速が必要な場合は、駅の停止目標位置に停止するための減速度で減速してもよい。
図3は本発明の実施例1の続行加減速度β’の算出方法を説明するための位置と速度の関係の一例を示す図である。加減速度算出部203による続行加減速度β’の算出方法を図3を用いて説明する。ここでは、図1の続行列車101bにおける車上制御装置201の処理を説明している。
図3においてΔtは前回停止限界102を受信してから次の停止限界102を受信するまでの経過時間を示している。停止限界102は、先行列車101aの位置から特定することができる。停止限界102の情報は周期的(例えば1秒以内ごと等)に取得可能である。通常、Δtは停止限界102を受信する受信間隔である。ΔLは先行列車101aが移動したことで、前回の停止限界102の位置から今回の停止限界102の位置まで移動した距離を示している。
ここで、更新前のブレーキパターン103は、前回取得した停止限界102に対するブレーキパターンを示す。更新後のブレーキパターン103’は、前回からΔt秒後に取得した停止限界102に対するブレーキパターンを示す。ここで各ブレーキパターンの減速度βは一定であるから、位置に対する速度の関係は同じである。このため、ブレーキパターン103とブレーキパターン103’は、図3において位置に対して平行に移動した関係になる。
現在の続行列車101bの速度Vbは更新前のブレーキパターン103上にある。Vb’は更新後のブレーキパターン103’上の続行列車101bの速度で、Δt秒後の目標速度である。Vb’が更新後のブレーキパターン103’を超えないように制御することで、余分なブレーキが出力されない制御が可能となる。Δt秒にVbからVb’まで加減速する一定の加減速度が、算出したい続行加減速度β’である。このため、β’=(Vb-Vb’)/Δtである。
Δt秒間に移動する距離は、続行加減速度β’でVbからVb’まで減速する距離であるから、
で表せられる。ここで、ΔLbを減速度βでVbからVb’まで減速する距離とすると、上記の式で表された距離は、ΔLb+ΔLに等しい。ここでΔLbは上記の式中のβ’をβに置き換えればよく、次式が成り立つ。
さらに、ΔLはΔt秒間に先行列車101aが移動した距離であるが、先行列車101aの加速分は無視して、先行列車の速度Vaを用いてΔL=VaΔtと近似する。さらにβΔt<<Vbを条件に近似し、Vb’=Vb-β’Δtを代入して(式1)を整理することで次式を得る。
上記の(式2)を用いて続行加減速度β’を算出することができる。この(式2)では、続行加減速度β’は、先行列車の速度Va、現在の速度Vb、ブレーキパターンの減速度βを用いて算出することができる。この場合、ΔtやΔLを用いなくてよい。先行列車101aの新たな停止限界102を取得した時点で、続行加減速度β’を算出できる。そして、その続行加減速度β’に沿って続行列車101bの加減速を制御することができる。
算出した続行加減速度β’を用いて続行列車101bの速度を制御することで、図3に示すように列車速度を更新後のブレーキパターン103’上の速度に制御できる。このことから、ブレーキパターンを超えず、かつ、先行列車との距離も最小化する制御が可能となる。
また、上記(式2)では、図3のように、Va<Vbの場合にβ’>0となり、減速度の値を示す。このときの続行加減速度β’は、ブレーキパターンの減速度βよりも低い減速度となる。一方、上記(式2)ではVa>Vbの場合にβ’<0となり、加速度の場合を示す。これは先行列車101aの速度Vaが続行列車101bの速度Vbよりも高いという状態であり、続行列車101bが加速可能である状態を指している。そのため負となるβ’を加速度として用いることで、同様にブレーキパターンを超えない制御が可能となる。
図4は本発明の実施例1における加減速度算出の処理のフローチャートの例を示す図である。図4では、続行列車101bの加減速度算出部203が続行加減速度β’を算出するための処理を示している。加減速度算出部203は、図4に示すフローを周期的、例えば新たな停止限界102の情報を取得するたびに行う。
ステップ401では、加減速度算出部203は先行列車情報を受信する。先行列車情報は、先行列車101aの速度Vaと、更新後のブレーキパターン103’を含む情報である。先行列車101aの速度Vaは無線通信部205から受け取る。更新後のブレーキパターン103’はパターン算出部204から受け取る。
ステップ402では、続行列車101bの列車速度Vbが更新前のブレーキパターン103に接近しているかどうかを判定する。これは、上記(式2)が、更新前のブレーキパターン103に接近している場合に有効な式であるためである。接近しているかどうかは、あらかじめ定めた範囲内であるかどうかで判定できる。また、判定には、現在位置のブレーキパターン103で示される速度と現在速度Vbとの速度差や、現在速度Vbにおけるブレーキパターン103までの距離や、現在速度Vbで走行した場合にブレーキパターン103を超えるまでの時間等を用いて判定すればよい。これらの判定要素は、1つで用いても、組み合わせて用いてもよい。接近していると判定される場合は上記(式2)を使って続行加減速度β’を算出するためにステップ403へ進む。接近していないと判定される場合はブレーキパターン103を超える恐れがないので処理を終了する。
ステップ403では、自列車速度であるVb>0であるか判定する。これは、上記(式2)は、Vbを分母に用いているためVb=0の場合には適用できないためである。Vb>0であれば上記(式2)を使って続行加減速度β’を算出するためにステップ404へ進む。Vb=0の場合は上記(式2)が適用できないので、別の方法で続行加減速度β’を設定するためにステップ405へ進む。
ステップ404では、ステップ401で受け取った先行列車101aの速度Vaと、自列車速度である続行列車101bの列車速度Vbと、自列車の減速度であるβとを用いて、上記(式2)により続行加減速度β’を算出する。そして、算出した続行加減速度β’は列車制御部202に送る。これにより、続行列車101bを続行加減速度β’で、制御することが可能となる。
ステップ405では、Vb=0であるため、上記(式2)が適用できない。このため、Vb=0の場合の続行加減速度β’を予め零速度加減速度として算出する。算出された零速度加減速度は、続行加減速度β’として列車制御部202に送信する。零速度加減速度の算出は、公知の方法を適用してもよく、例えば特許文献1において開示されている方式で算出してもよい。
以上の処理により、Vb>0であれば、上記(式2)を用いて続行加減速度β’を算出することができる。そして、続行加減速度β’を用いて続行列車101bの制御を的確に行うことができる。これにより、先行列車を支障とするブレーキパターンを超えず、かつ、先行列車との距離も最小に保つことが可能となる。また、上記(式2)は、先行列車の速度Va、現在の速度Vb、ブレーキパターンの減速度βを用いて算出することができるため、非常に簡易な計算により行うことができる。これにより、処理の負荷を軽減し処理速度を速めることが可能となる。
さらに、先行列車の速度Vaを先行列車から取得することで、正確な速度情報を得ることが可能となる。また、先行列車の速度Vaを地上装置から取得することで、先行列車との直接の通信システムを有していなくても、情報を得ることが可能となる。さらに、先行列車の速度Vaを加減速度算出部203で算出することで、周期的な通信を行うことなく先行列車の速度Vaを算出することが可能となる。
また、本実施例では先行列車101aの列車速度Vaは周期的にΔt間隔で受信する構成を示した。これ以外の方法として、先行列車101aの停止限界102のみを受信し、先行列車101aの列車速度Vaは、続行列車101bで算出する構成としてもよい。その場合、先行列車101aの列車速度Vaは、先行列車101aの加速度αを用いて算出してもよいし、停止限界102の移動距離ΔLを用いて、Va=ΔL/Δtとして算出してもよい。なお、この場合の先行列車101aの加速度αは、あらかじめ自列車(続行列車101b)に備えておいてもよい。
(実施例2)
実施例2について説明する。図5は本発明の実施例2の列車制御装置の構成例を示すブロック図である。実施例2では、実施例1と異なる点について主に説明し、同一の箇所には同一の符号を付してあり、特に説明がない部分は同じ説明を省略している。実施例2の車上制御装置201’は、ランカーブ作成部301を有している。
実施例2について説明する。図5は本発明の実施例2の列車制御装置の構成例を示すブロック図である。実施例2では、実施例1と異なる点について主に説明し、同一の箇所には同一の符号を付してあり、特に説明がない部分は同じ説明を省略している。実施例2の車上制御装置201’は、ランカーブ作成部301を有している。
実施例1において、続行列車101bは毎周期ごとに、先行列車情報を取得して上記(式2)を用いて続行加減速度β’を算出している。それに対して、本実施例2では続行列車101bは自列車のランカーブを上記(式2)を用いてあらかじめ算出して、算出したランカーブに従って列車速度制御を行うものである。ランカーブは、各位置における列車速度を予め算出し自列車の走行計画である。ランカーブはランカーブ作成部301で作成される。ランカーブ作成部301は続行列車101b内の車上制御装置201’に備えることができる。
ランカーブの算出は、上記(式2)を用いて加減速度算出部203で算出された続行加減速度β’を用いた逐次演算により行う。先行列車101aの速度Vaは続行列車101bで算出する。具体的には先行列車101aが停止している状態から加速を開始したとき、加速を開始したという情報を地上装置経由または先行列車101aから直接受信する。このときの受信は、無線機206、無線通信部205を介して行える。加速を開始してからの経過時刻をTaとして、この経過時刻Taと先行列車101aの加速度αを用いてVa=αTaとして算出する。ここでの加速度αは自列車(続行列車101b)内にあらかじめ保有しておくことができる。
続行列車101bは先行列車101aが加速を開始した情報を受信すると、ランカーブの作成を開始する。Δtを逐次演算を行う時間の単位とし、上記(式2)を用いて続行加減速度β’を算出する。続行列車101bの次の演算周期の列車速度Vb’は、算出した続行加減速度β’を用いて、Vb’=Vb-β’Δtとして算出する。上記の先行列車101aの列車速度VaもTaをΔt単位で加算することで更新する。Vbの初期値は続行列車101bの現在速度である。Vaの初期値は加速開始時の先行列車101aの速度なので0である。この演算を繰り返し、Δt秒間隔の続行列車101bの速度Vbの列を算出する。続行列車101bの周期間(Δt秒間隔)の距離は
として算出可能であるため、演算周期ごとに速度Vbにおける列車位置を算出する。これにより、続行列車101bのランカーブの算出が可能となる。
ランカーブの算出時に、上記(式2)を用いる場合は、実施例1と同様に続行列車101bの列車速度Vbがブレーキパターン103に接近している場合に有効である。このため、続行列車101bの列車速度Vbがブレーキパターン103に接近していると判断される箇所でのランカーブについて、上記(式2)を用いる算出を行うことができる。ブレーキパターン103はパターン算出部204で算出される。
続行列車101bは、ランカーブ作成部301で作成したランカーブに従って制御される。列車制御部202を用いてランカーブに従って続行列車101bを制御する。
一般的に列車に搭載される従来の自動運転装置は、ランカーブが与えられたときに与えられたランカーブに従って列車を走行させる機能を有する。そのため、本実施例2において、上記の逐次演算で算出したランカーブを自動運転装置に入力することで、先行列車を支障とするブレーキパターンを超えず、かつ、先行列車との距離も最小に保つ列車制御を行うことが可能となる。
一般的に列車に搭載される従来の自動運転装置は与えられたランカーブに従って列車の速度を制御するために、加減速度を決定する演算を行っている。実施例1では、直接、列車制御に行う加減速度を算出しているため、論理が単純であるという長所がある。一方で、本実施例2では、列車制御としてランカーブ自体を算出するため既存の自動運転装置をそのまま使用できるという長所がある。
上述したように実施例2では、先行列車101aの加速を開始した情報のみでオフラインでランカーブを作成することができる。このため、周期的に無線通信を行う機能はなくても、実施例2を構成することが可能である。また、既存のソフトウェアに対してランカーブのみを変更すればよいので、既存のシステムの修正は少なくて済む。
また、ランカーブは、上述したように続行列車101b内で作成することができるが、ランカーブ作成部301を地上装置に備えていてもよい。この場合、地上装置でランカーブを作成して続行列車101bに送信する方式が適用される。続行列車101bでは送信されたランカーブに従って列車制御部202で続行列車101bの速度を制御する。
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。
101a…先行列車、101b…続行列車、102…停止限界、103、103’…ブレーキパターン、201、201’…車上制御装置、202…列車制御部、203…加減速度算出部、204…パターン算出部、205…無線通信部、206…無線機、301…ランカーブ作成部
Claims (11)
- 1つ前の先行列車の手前に停車できるブレーキパターンを作成し、作成した前記ブレーキパターンを超えることがないように続行列車を制御する列車制御システムにおいて、
前記続行列車が前記ブレーキパターンに接近しているときに、前記先行列車の列車速度と、前記続行列車の列車速度と、前記続行列車の前記ブレーキパターンの減速度とを用いて、前記続行列車の速度制御に用いる加減速度を算出する加減速度算出部を有することを特徴とする列車制御システム。 - 前記加減速度算出部は、前記先行列車の列車速度を列車の情報を管理する地上装置から受信することを特徴とする請求項1に記載の列車制御システム。
- 前記加減速度算出部は、前記先行列車の列車速度を前記先行列車から受信することを特徴とする請求項1に記載の列車制御システム。
- 前記加減速度算出部は、前記先行列車の列車速度を算出することを特徴とする請求項1に記載の列車制御システム。
- 列車制御部を備え、前記加減速度算出部と前記列車制御部は前記続行列車に備えられ、前記列車制御部は、前記加減速度算出部で算出された前記加減速度を用いて前記続行列車の速度を制御する請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の列車制御システム。
- ランカーブ作成部を備え、前記ランカーブ作成部は、前記加減速度算出部を用いて算出された前記続行列車の前記加減速度を用いて、前記続行列車のランカーブを作成することを特徴とする請求項1に記載の列車制御システム。
- 列車制御部を備え、前記ランカーブ作成部と前記列車制御部は前記続行列車に備えられ、前記列車制御部は前記ランカーブ作成部で算出されたランカーブを用いて、前記続行列車を制御する請求項6に記載の列車制御システム。
- 1つ前の先行列車の手前に停車できるブレーキパターンを作成し、作成した前記ブレーキパターンを超えることがないように自列車を制御するように列車に備えられる列車制御装置において、
前記自列車が前記ブレーキパターンに接近しているときに、前記先行列車の列車速度と、前記自列車の列車速度と、前記自列車の前記ブレーキパターンの減速度を用いて、前記自列車の速度制御に用いる加減速度を算出する加減速度算出部を有することを特徴とする列車制御装置。 - 無線通信部を備え、前記先行列車の列車速度を前記無線通信部を介して取得することを特徴とする請求項8に記載の列車制御装置。
- 列車制御部を備え、前記列車制御部は、前記加減速度算出部で算出された前記加減速度を用いて前記自列車の速度を制御する請求項8又は請求項9に記載の列車制御装置。
- ランカーブ作成部と、列車制御部とを備え、前記ランカーブ作成部は、前記加減速度算出部を用いて算出された前記自列車の前記加減速度を用いて前記自列車のランカーブを作成し、前記列車制御部は前記ランカーブ作成部で算出されたランカーブを用いて、前記自列車を制御する請求項8に記載の列車制御装置。
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