JPH0223003A - 鉄道車両の自動運転支援方法及び自動運転方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、鉄道車両の運転士に対して運転の支援を行う
鉄道車両の運転支援方式に関する。

［従来の技術］ 一般に、鉄道車両の運転は、運転士の経験と知識に基づ
く運転か、あるいは、完全な自動運転（ＡＴＯ）による
運転のいずれかにより行われており、運転支援は行われ
ていなかった。

運転途中において、運転士に走行結果と走行予定の状況
を知らせて、運転方法の変更を促すシステムに関する従
来技術として、例えば、ＪＲ発行「昭和６０年度技術課
題の成果」に、在来線高速運転の研究（１）、（２）と
して記載された技術が知られている。

この従来技術は、現時点迄の目標値（距雇対時刻、距離
対速度等）と実走行結果との対比を行い、法停止点での
車両の目標値からの遅れあるいは早着を知らせるもので
ある。その際、今後の走行会については、標準的な走行
結果を使用するものである。

以下、この種従来技術を図面により説明する。

第６図は従来技術の構成を示すブロック図であ・る。第
６図において、１は速度発電機、２は距離カウンタ、３
は速度検出器、４は時計、５は距離対速度メモリ、６は
距離対時刻メモリ、７，８は表示部である。

車両速度を検出する速度発電機１からの検出信号は、距
離カウンタ２及び速度検出器３に与えられ、出発点から
の距離情報及び実速度情報に変換される。距離カウンタ
２より得られる距離情報は。

該情報をアドレスとして距離対速度メモリ５を読み出す
ために用いられる。距離対速度メモリ５は、出発点から
の距離に応じて予め定められたその距離での列車速度を
記憶しており、距離カウンタ２より与えられる距離情報
に応じた速度（メモリ速度）を出力する。このメモリ速
度と、速度検出器からの車両の実速度情報と、距離カウ
ンタ２からの距離情報とは、表示部７に与えられる。表
示部７は、距離に対応するメモリ速度と実速度を同時に
表示する０図示の例では、実線でメモリ速度の様子が、
また１点線で実速度の変化の様子が示されている。

距離カウンタ２からの距離情報は、同時に距離対時刻メ
モリ６に与えられる。距離対時刻メモリ６は、出発点か
らの距離に応じて、予め定められている出発時からの経
過時間あるいは時刻を記憶しており、与えられた距離情
報に対応する出発点からの経過時間あるいはその距離で
の時刻（メモリ時刻）を出力する。このメモリ時刻と、
時計４からの実時刻と、前述の距離情報とは１表示部８
に与えられる。表示部８は、表示部７の場合と同様に、
距離に対応するメモリ時刻と実時刻とを表示する。

運転士は、前述のように表示された実速度とメモリ速度
との差、実時刻とメモリ時刻との差により、現時点での
車両の状況、すなわち、遅れ、進み、その量等の判断を
行い、経験と知識とに基づいて、今後の運転方法をどの
ように変更すれば、前述の差を次停止点迄になくすこと
ができるかを判断して車両の運転を行う。

［発明が解決しようとする課題］ 前記従来技術は、現時点での車両の状況とメモリから読
み出した標準値との差異を表示し、この表示差により、
運転士に遅延や早着の予測を行わせて、運転士の判断で
その後の回復運転等を行うものであった。このような運
転士に判断を行わせる従来技術は、車上装置が簡単にな
るメリットはあるが、省エネルギー、乗心地、安全、ダ
イヤ確保の確実性等の面では、必ずしも良い方法ではな
いという問題点を有する。例えば、せっかちな運転士は
、なるべく早く回復しようとし、現在上り勾配区間であ
っても強引に加速を図る運転を行う（先の区間で速度制
限がある場合、この地点での加速が無意味となることも
ある）という誤った判断による運転を行ってしまう場合
がある。このような誤った判断による運転は、エネルギ
ーロスを大きくしたり、場合によっては列車遅延を引き
起すことになる。

このため、従来技術では、運転士の技量の差を考慮して
、ダイヤも下手な運転士のためのマージンを入れて作成
しておく必要があった。

前記従来技術は、前述のような手動運転か、もしくは完
全なＡＴＯかのいずれかであり、両極端の考え方である
。今後は、運転士の能力を有効に生かしながらその負担
を軽減し、安全性の向上。

省エネルギー、定時運転確保、運転業務の単調さの救済
等を図る必要がある。

従って、本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決
し、運転士の技量の差に係わりなく、安全性の向上、省
エネルギー化等を図る運転を可能とする鉄道車両の運転
支援方式を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明によれば、前記目的は、列車位置に対応した走行
速度１時刻等のダイヤの他、踏切の位置、駅到看時刻、
ポイント上の速度制限、臨時的な速度制限地点と制限速
度、停車駅名、交−直切換地点、交−交切換地点等を記
憶部に記憶しておき。

この記憶部を、車両の速度や位置９時刻により順次読み
出し、これに基づいて残置間の走行をシミュレートし、
その結果をファジー評価して、その評価結果を運転士に
対する運転支援とすることにより達成される。

［作用］ 記憶部から読み出されたデータに基づく残置間の走行の
シミュレートは、いくつかの予め定められた走行モード
により行われ、それぞれの結果が、ファジー評価されて
運転士に対して表示さ九る。

運転士は、この表示を見て、あるいは聞いて。

自分の行った運転操作の適否を知ることができるととも
に、次停止点迄の最適な走行モードの選択を行うことが
可能である。もし、操作ミスが生じた場合（例えば、減
速地点で減速しない等）１表示等によって、運転士に警
告が発せられる。運転士は、これによって、時々刻々と
変化する路線状況に対応し、電子の相談相手を得たこと
になり、孤独感や単調感が軽減されることにもなる。

一方、鉄道の本来の目的は、定時性、安全性（走行速度
オーバーのないこと）、経済性（省エネルギー）等の特
性を充分に発揮させることにあるが、本発明によれば、
これらの点も充分に発揮できる。すなわち、次駅迄の走
行時分が充分であれば、経済性を優先して、走行速度低
下（惰行）等により省エネルギー運転を行い、ポイント
に接近して速度を制限する必要の生じた場合には、最優
先で走行速度を低下させて安全性の確保を行う等の運転
操作を判断の誤りなく容易に行うことが可能となる。

［実施例］ 以下、本発明による鉄道車両の運転支援方式の一実施例
を図面により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図、第３図はシミュレーションを説明する図、第４図
はファジー評価を説明する図である。第１図において、
９は運転指令器、１０は走行シミュレーター　１１はフ
ァジー評価部、１２は表示部であり、他の符号は第６図
の場合と同一である。

第１図に示す本発明の一実施例は、走行シミュレーター
１０、ファジー評価部１１及び運転指令を表示する表示
部１２を備えている点で第６図に示す従来技術と相違す
るが、他の点では同様に構成されている。なお、第１図
における運転指令器９は、主幹制御器とブレーキである
。

第１図において、速度発電機１の検出信号すなわち距離
パルスは、距離カウンタ２及び速度検出器３に与えられ
、距離信号及び速度信号に変換される。距離対速度メモ
リ５及び距離対時刻メモリ６は、第６図で説明した従来
技術と同様な情報を記憶しており、距離カウンタからの
信号によりその時点での列車位置に対応する標準列車速
度と時刻を出力して走行シミュレータ１０に送る。

走行シミュレータ１０は、前述により得られた現在距離
に対応した目標速度、目標時間と、速度検出器からの実
速度、運転指令器９からの運転指令器出力、時計４から
の現時刻と、内部メモリ等に備えられる今から走行する
区間の走行許容速度。

勾配、車両性能９次駅列着時刻等をパラメータとして、
予め設定されている残走行区間の走行モードによりシミ
ュレーションを行い、その結果をファジー評価部１１に
与える。ファジー評価部１１は、いくつかの走行モード
に対するシミュレーション結果の評価を行い、最適なも
のを選択して、その走行モードに対応したシミュレーシ
ョン結果の走行パターンと目標走行パターンとを表示部
７゜８に表示するとともに１表示部１２に、その時点で
どのような運転をすればよいかを示す運転指令（図示例
の場合、７ノツチでカ行運転する指示）を表示する。

シミュレーションは１例えば、−旦最短走行時間での走
行のシミュレーションを行い、これにより時間的に余裕
が生じた場合には、ある時点の速度を惰行により低下さ
せたシミュレーションを行う等により行われ、その結果
により、最も経済的に予定時刻を守ることのできる安全
性の高い走行モードがファジー評価部１１により評価選
択される。

シミュレーションの状況の１つの例が第２図に示されて
おり、以下これについて説明する。

第２図（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、現在地点までの距
離対時刻及び距離対速度の実経過と、現在地点以降のシ
ミュレーション結果とを点線で、メモリ内の目標を実線
で示している。

この例では、第２図（ａ）に示すように、現在地点で、
時刻に１．−１８の遅延が生じている。この理由は、第
２図（ｂ）に示す距離−速度カーブがメモリ内に予め記
憶されている標準値より低いからである。

この時点で、第２図（ｂ）に点線で示すような走行モー
ドでシミュレーションを行い１次停止駅までに目標通り
、第２図（ａ）に示すように定時岬着できることが推定
できれば、その走行モードにより走行すればよいことに
なる。この場合、シミュレーションは、臨時的な速度制
限についても考慮して、最短走行を行うような走行モー
ドについて行い、その結果が目標値に入れば、その余裕
分を零とするように走行速度を低下させ、省エネルギー
化を図るようにする。このようなシミュレーションは、
一定時間毎に繰返し行われ、時々刻々にその後の最適な
走行モードが決定される。

ファジー評価部１１は、前述のように行われた複数のシ
ミュレーションの結果を評価し、評価値の高い走行モー
ドを選択する。

第３図（ａ）、（ｂ）は３種類の走行モードについてシ
ミュレーションを行った場合の距離対時間及び距離対速
度の関係を第２図と同様に示したものである。

第３図に示す例では、シミュレーション１は、最も速く
走行する場合、シミュレーション２は、現時点の速度を
保持したまま走行する場合、シミュレーション３は、前
方に予測される速度制限をスムーズに通過できる最大速
度で走行する場合をそれぞれ示している。第３図（ａ）
かられかるように、シミュレーション１では、次停止駅
で早着となり時間的な余裕を生じ、シミュレーション２
では１時間遅れが生じ、シミュレーション３では、わず
かな遅れで次停車駅に着ける。

このようなシミュレーション結果をファジー評価部１１
で評価する場合の評価方法を第４図により説明する。

第４図に示す例は、シミュレーション結果の到着時刻と
省エネルギーに関してファジー評価を行うものであり、
それぞれに対応する評価関数を用いて評価を行っている
。この例では、到着時刻に対しては、予定より早い場合
その評価値を１とし遅れが一定時間を越えた場合に、評
価値を減少させていく関数が用いられ、エネルギーに対
しては、所定のエネルギー消費量以下の場合その評価値
を１とし、所定のエネルギー消費量以上の場合に、評価
値を減少させていく関数が用いられる。

シミュレーション１の結果の評価は、到着時刻が予定よ
り早いので、到着時刻に対する評価値が１とされるが、
省エネルギーに関しては、かなり大きなエネルギー消費
が必要となり、低い評価となっている。この２つのファ
ジー評価の結果、シミュレーション１に対する全体の評
価として、到着時刻の評価と省エネルギーの評価の低い
方の評価値がとられる。

同様にして、シミュレーション２の結果の評価が行われ
る。この場合、到着時刻に遅れが生じているので、その
評価値は低いが、省エネルギーに関しては、よい評価が
得られている。そして、全体の評価としては、低い評価
値が採用される。

また、同様にシミュレーション３の結果の評価は、到着
時刻の遅れがわずかで、その評価値として１に近い値が
与えられ、省エネルギーに関しても、所定量以上のエネ
ルギー消費をしないということで、よい評価が得られ、
全体の評価として、到着時刻の評価値が採用される。

ファジー評価部１１は、これら複数のシミュレーション
結果について、前述のような評価を行った後、これらの
評価値を比較して、最も高い評価値を得たシミュレーシ
ョン（第４図に示す例ではシミュレーション３）の走行
モードを最善なものとして選択し、このシミュレーショ
ン結果を表示部７，８に表示するとともに、この走行モ
ードで運転を行うための、その時点での運転指令を表示
部１２に表示する。

運転士は５表示部１２に表示された運転指令に基づいた
操作を行うことにより、最適な車両の走行操作を行うこ
とができる。この場合、選択された走行モードにより、
列車を自動運転するようにＡＴＯ装置に指示す、ること
もできる。

第５図は本発明の他の実施例の構成を示すブロック図で
ある。第５図において、１３は臨時条件設定部であり、
他の符号は第１図の場合と同一である。

第５図に示す本発明の他の実施例は、走行シミュレータ
１０が臨時条件設定部１３からの条件を入れてシミュレ
ーションを行い、ファジー評価を行わないようにした例
である。臨時条件設定部１３は、外部からの情報を受は
取り、それをシミュレートの条件として加えるもので、
例えば、他の列車のカ行、ブレーキ、惰行等の情報であ
ってよい。

この実施例では、走行シミュレータ１０は、第１図によ
り説明したと同様に、複数の走行モードについてのシミ
ュレーションを行い、これを全て表示部７，８に表示し
、運転士にどの走行モードを採用するかを選択させる０
例えば、第３図に示すようなシミュレーション結果を、
シミュレーション１〜３で表示色を変える等により表示
部７゜８に表示し、表示部１２には、シミュレーション
１〜３の走行モードの１つを採用した場合に、どのよう
な運転操作を行えばよいかを示す運転指令を、シミュレ
ーション番号と対応付けて表示するようにする。

この実施例では、運転士は、表示された複数のシミュレ
ーション結果から、最適と思われるものを選択して、列
車の走行を制御することができる。

前述した本発明の実施例は、今後の走行について、複数
の走行モードに対するシミュレーションを行い、その結
果をファジー評価することにより、最もよい走行モード
を自動的に選択する、あるいは、その結果を表示して、
運転士に最もよい走行モードを選択させることができる
ので、次の指令ノツチを選択すべくファジー評価をする
従来技術の場合と異なり、選択された走行モードでファ
ジーＡＴＯにより列車を走行させることもできる。

前述した２つの本発明の実施例において、シミュレーシ
ョンを行う場合、現時点の列車の状況と、メモリ内容と
に一定以上の差のある場合、あるいは、シミュレーショ
ン結果とメモリ内容に一定以上の差が生じた場合に、警
報を発して、この状況を運転士に知らせるようにするこ
ともできる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、列車の高速化に
より、瞬時の判断を要求される運転士の負担の軽減を図
ることができるとともに１個人差′のある運転士にフレ
キシブルに支援を行うことが可能となる。これにより、
運転士は、前方の監視等に専念することができるように
なり、安全性の向上、定時性の確保、省エネルギー化等
を図ることができる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
２図、第３図はシミュレーションを説明する図、第４図
はファジー評価を説明する図、第５図は本発明の他の実
施例の構成を示すブロック図、第６図は従来技術の構成
を示すブロック図である。 １・・・・・・速度発電機、２・・・・・・距離カウン
タ、３・・・・・・速度検出器、４・・・・・・時計、
５・・・・・・距離対速度メモリ、６・・・・・・距離
対時刻メモリ、７，８．１２・・・・・・表示部、９・
・・・・・運転指令器、１０・・・・・・走行シミュレ
ータ、１１・・・・・・ファジー評価部、１３・・・・
・・臨時条件設定部。 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉄道車両の運転支援方式において、基準となる列車
   位置対走行速度、列車位置対時刻及び路線条件等を予め
   記憶部内に備え、この記憶内容と、予め設定されている
   複数の走行モードとにより、各走行モードについて残走
   行区間のシミュレーションを行い、このシミュレーショ
   ン結果に基づいて運転支援を行うことを特徴とする鉄道
   車両の運転支援方式。 ２、前記記憶内容と、実列車の制御結果と、前記シミュ
   レーション結果を共に表示することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の鉄道車両の運転支援方式。 ３、前記シミュレーション結果をフアジー評価して最適
   な走行モードを選択し、この走行モードで自動運転を行
   うことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
   記載の鉄道車両の運転支援方式。 ４、前記記憶内容と、列車制御結果あるいはシミユレー
   ション結果とに一定の偏差が生じたときに警報を発する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項または
   第３項記載の鉄道車両の運転支援方式。