JPH06284519A

JPH06284519A - 列車走行制御装置

Info

Publication number: JPH06284519A
Application number: JP6004683A
Authority: JP
Inventors: Junko Oya; 矢純子大; Yasuo Takagi; 木康夫高; Minoru Iino; 野穣飯
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-01-28
Filing date: 1994-01-20
Publication date: 1994-10-07
Anticipated expiration: 2017-06-24
Also published as: JP3296381B2

Abstract

(57)【要約】【目的】予め求めた目標走行パターンに列車を追従さ
せ、目標走行パターンと実際の走行パターンがずれた場
合でも、乗り心地を悪化させず、かつ停止精度を低下さ
せることなく、実走行パターンを目標走行パターンに近
づけること。【構成】モニタ装置１５で求めた現在の位置、速度お
よび時刻と、データベース１３またはＩＣカード１４か
らの路線データおよび列車性能データとに基づいて、パ
ターン修正装置１０７において目標走行パターンを修正
する。修正後の目標走行パターンに基づいて、ノッチ指
令算出装置１０３でノッチ指令を算出し、ノッチ指令出
力装置１０４から駆動／制動装置３にノッチ指令を出力
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、運転手の負担を軽減し
列車の正確な運行を可能とする自動列車運転システムに
おける、列車走行制御装置に関する。

【０００２】自動列車運転（Automatic Train Operatio
n ）システム（ＡＴＯシステム）とは、コンピュータに
より列車の自動運転を行うものである。近年の列車の運
行ダイヤの過密化に対応し、列車の正確な運行や省力化
が期待できることから、ニーズが高く、国内外の地下
鉄、モノレール、新交通システムなどで実用化されつつ
ある。

【０００３】これらのＡＴＯシステムは、列車の駆動／
制動装置への力行（加速）／ブレーキ指令を出力するも
のであり、離散的な加減速度に対応したノッチ指令を持
つ列車を対象としている。またＡＴＯシステムは、自動
列車制御（Automatic TrainControl ）システムや自動
列車停止（Automatic Train Stop）システムが作動しな
い領域で列車の運行管理を行っており、他方ＡＴＣ／Ａ
ＴＳシステムは、前方の列車に近づきすぎたときに臨時
に制限速度を下げる／緊急停止を指令するなどして、列
車の最低限の安全を確保するものである。

【０００４】上述のＡＴＯシステムのうち、制限速度よ
りいくらか低めの速度で定速走行しようとするシステム
があり、この場合、走行速度と目標速度のずれに応じて
ノッチを切り換えている。また目標停止点からずれて停
止した場合には、低速で停止位置の微調整を行っている
が、定時性や、乗り心地、消費エネルギーの節約など
は、あまり考慮されていない。

【０００５】また、あらかじめノッチの選択に関するフ
ァジィルールを定めておき、走行中、このルールに基づ
いてノッチの選択を行うＡＴＯシステムもある。このＡ
ＴＯシステムでは、制限速度より低めの目標速度を維持
するとともに、頻繁にノッチを切り換えることなく（乗
り心地良く）、消費エネルギーを節約しながら走るよう
にファジィルールが定められ、また、目標停止点に精度
良く停止するように、ファジィルールが定められてい
る。このＡＴＯシステムでは、目標速度を守ることによ
って定時性を維持できるとしており、上位系で、簡単な
走行シミュレーションを繰り返して所定走行時間内で走
れる目標速度を求めている。しかしながら、走行シミュ
レーションでは、目標速度に達したら定速走行に切換え
るが、実際は、走行抵抗や勾配抵抗などの影響を打ち消
して定速走行するためにはノッチを細かく切り換えなけ
ればならない。他方ノッチの頻繁な切換を禁止すると、
目標速度から大きく逸脱した走行となり、定時性の確保
は難しい。さらに、目標速度が下がる地点では、制限速
度をオーバーしないための努力は特に行われないので、
ＡＴＣシステムにより非常（強い）ブレーキがかかるこ
とがあり、乗り心地が悪くなってしまう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、目標速
度からの偏差に基づいて直接ノッチの切換を制御する方
法では、定時性を確保しながら省エネルギーで乗り心地
良い走行を実現することは難しい。

【０００７】走行時間を守り省エネルギーを実現して乗
り心地良い走行を行うためには、乗り心地と消費エネル
ギーについて最適化した目標走行パターンをあらかじめ
求めておき、外乱を考慮しながらその走行パターンに従
って走行する方法が有効である。目標走行パターンと
は、ノッチの切換をいつどこでどんな速度のときに行う
か指定したもので、距離または時間に対する走行速度の
曲線で表されたものを特にランカーブという。この方法
では、実際の走行時に適宜ノッチを切り換えたり、切り
換えるタイミングを調整したりして、目標走行パターン
に追従して走行する。また最適化を行う部分を分離する
ことにより、最適に近い走行制御が実現できる。さらに
力行／惰行（慣性による走行）／ブレーキによるランカ
ーブの形で走行パターンを算出することにより、実際の
走行時にむやみにノッチを切り換えなくても追従でき、
乗り心地を悪化させることがない。

【０００８】このようなＡＴＯシステムは、主に、目標
走行パターン算出部とパターン追従走行部から構成され
る。

【０００９】目標走行パターン算出部では、なるべく乗
り心地良く少ない消費エネルギーで走るための目標走行
パターンや、運転手の技量によらず安定した回復率を実
現できるダイヤ回復運転のための回復走行パターンなど
を算出する。このような列車の走行パターンを求めるも
のとして、本件出願人は列車の走行シミュレーションを
利用した最適走行パターン算出装置を提案している（特
願平３−２８００２８）。

【００１０】パターン追従走行部では、目標走行パター
ン算出部から与えられた目標走行パターンに列車が追従
走行するように、列車へのノッチ指令を算出する必要が
ある。

【００１１】ノッチ指令の算出方法としては、例えば、
追従走行中の目標走行パターンからのずれに基づいてノ
ッチ指令を算出する方法が考えられる。しかし、パター
ン作成時に想定した条件と実際の走行時の条件との違い
や、車輪の滑りといった外乱などのために、列車がある
程度目標走行パターンからずれてしまうのは避けられ
ず、目標走行パターンに追従するためには頻繁にノッチ
を切り換えなければならなくなって、乗り心地が悪化し
てしまうことがある。

【００１２】この場合、乗り心地が悪化するほどまでに
厳密に目標走行パターンに追従する必要はなく、多少パ
ターンからずれていても問題はない。いくつかの地点に
おいて目標走行パターンに一致すれば、そのあいだの部
分でもおおよそ目標走行パターンどおりに走れるので、
あらかじめ定めた所定地点における目標走行パターンか
らのずれを予想し、このずれに基づいて目標走行パター
ンを微修正してゆくことにより、乗り心地を悪化させず
に、しかも、停止精度を低下させることなく、目標走行
パターンに追従して走行することができる。

【００１３】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、乗り心地を悪化させずに、しかも停止精度
を低下させることなく、列車を目標走行パターンに追従
させることができる列車走行制御装置を提供することを
目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、列車の駆動制
御を行なう駆動／制動装置を制御する列車走行制御装置
において、予め求められた目標走行パターンが入力され
るパターン入力装置と、列車の現在の位置、速度および
時刻を求めるモニタ装置と、路線データおよび列車性能
データを蓄積するデータ蓄積装置と、モニタ装置で求め
た現在の位置、速度、および時刻と、データ蓄積装置か
らの路線データおよび列車性能データとに基づいて、前
記駆動／制動装置を制御するために目標走行パターンを
修正するパターン修正装置と、を備えたことを特徴とす
る列車走行制御装置である。

【００１５】

【作用】モニタ装置で求めた列車の現在の位置、速度お
よび時刻と、データ蓄積装置からの路線データおよび列
車性能データとに基づいて、パターン修正装置において
目標走行パターンを修正する。修正後の目標走行パター
ンに基づいて駆動／制動装置を制御する。

【００１６】

【実施例】（第１の実施例）以下、図面を参照して本発
明の実施例について説明する。図１および図２は、本発
明による列車走行制御装置の第１の実施例を示す図であ
る。

【００１７】図１において、列車の駆動制御を行なう駆
動／制動装置３が設けられ、この駆動／制動装置３は本
発明による列車走行制御装置１０によって与えられるノ
ッチ指令に従って、列車の駆動や制動を行うようになっ
ている。

【００１８】列車走行制御装置１０は、目標走行パター
ン算出装置１１で予め求められた目標走行パターンが入
力されるパターン入力装置１０１と、目標走行パターン
が複数入力されたときに適切なパターンを選択するパタ
ーン選択装置１０２と、目標走行パターンを修正するパ
ターン修正装置１０７と、修正後の目標走行パターンに
基づいて列車のノッチ指令を算出するノッチ指令算出装
置１０３と、算出したノッチ指令を駆動／制動装置３に
出力するノッチ指令出力装置１０４とを備えている。

【００１９】また、列車走行制御装置１０は、列車の現
在の位置および速度と時刻とを求めるモニタ装置１５
と、路線データおよび列車性能データとが蓄積されたデ
ータベース１３およびＩＣカード１４を備えている。

【００２０】また、パターン修正装置１０７には、モニ
タ装置１５で求めた現在の位置、速度および時刻と、デ
ータベース１３からの路線データおよび列車性能データ
とに基づいて、現在走行地点から所定地点までの列車の
走行シミュレーションを行なって走行状況を予測する内
部予測装置１０５と、走行シミュレーションの演算結果
に対する評価関数を設定する評価関数設定装置１０６が
接続されている。

【００２１】また、モニタ装置１５とパターン選択装置
１０２との間にはユーザインタフェイス１２が設けら
れ、列車走行制御装置１０と、目標走行パターン算出装
置１１と、ユーザインタフェイス１２とで、ＡＴＯシス
テム１が構成されている。また、目標走行パターン算出
装置１１には、ＡＴＣ／運行管理システム２が接続され
ている。

【００２２】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。

【００２３】まず、地上設置型、あるいは、車上搭載型
の目標走行パターン算出装置１１で、列車の性能や運行
ダイヤに合わせて目標走行パターンが算出される。そし
てこの目標走行パターンが目標走行パターン算出部１１
から直接、あるいは、図示しない通信システムやＩＣカ
ード１４などの記録媒体を通じてパターン入力装置１０
１に入力される。目標走行パターンは、ノッチの切換点
情報としての走行パターンであり、ノッチ切換点の位
置、時刻、速度、および使用ノッチ等を示す。さらに、
パターン入力装置１０１には、目標走行パターンの他
に、列車番号、運行ダイヤなどの運転条件データも入力
される。

【００２４】目標走行パターン算出装置１１において、
所定走行時間で走る目標走行パターン（標準パター
ン）、所定走行時間より短めの時間で走る目標走行パタ
ーン（速めパターン）、所定走行時間より長めの時間で
走る目標走行パターン（遅めパターン）など、目標走行
パターンが複数求められた場合には、パターン選択装置
１０２においてパターン入力装置１０１に入力された目
標走行パターンのうちから走行ダイヤからの遅れなどに
応じて適切なパターンが選択される。パターンの選択
は、ユーザインタフェイス１２より走行開始の指示が与
えられてから行なわれる。

【００２５】走行中、モニタ装置１５において、タコジ
ェネレータなどの各種センサからの信号に基づいて、現
在の列車の位置および速度と、時刻とを算出し、算出し
た情報をノッチ指令算出装置１０３、ユーザインタフェ
イス１２、内部予測装置１０５、および目標走行パター
ン算出装置１１に伝える。図示しない地上子信号受信機
により地上子信号がモニタ装置１５に入力されたとき
は、計測位置を正しい位置に訂正する。また、モニタ装
置１５には、現在出力中のノッチ指令がノッチ指令出力
装置１０４から入力され、ユーザインタフェイス１２に
伝えられる。

【００２６】走行開始後、ノッチ指令算出装置１０３に
おいて、目標走行パターンと現在時刻が照合され、目標
走行パターンで指令されたノッチをノッチ指令として算
出する。そしてノッチの切換点では、次に使用するよう
目標走行パターンで指令されたノッチに、ノッチ指令を
変更する。

【００２７】このようにノッチ指令算出装置１０３で算
出されたノッチ指令は、ノッチ指令出力装置１０４から
列車の駆動／制動装置３に出力される。ここでノッチ指
令算出装置１０３において求められるノッチ指令とは、
力行／ブレーキに数段づつ設けられたノッチあるいは惰
行（０（ゼロ）ノッチとみなす）のうち、どのノッチで
走行するべきか指定したものである。そして列車の駆動
／制動装置３において、このノッチ指令に対応する加速
度あるいは減速度を実現するよう列車の駆動機器や制動
機器を制御する。

【００２８】ユーザインタフェイス１２は、走行中、目
標走行パターンおよび現在までの実際の走行パターン
と、現在出力中のノッチ指令等を表示する。もし、列車
走行制御装置１０に何らかの異常が起こったときは、ユ
ーザインタフェイス１２に表示される走行パターンなど
を見ながら、図示しない手動運転装置を用いて手動運転
を行うことができる。

【００２９】ところで、目標走行パターンを作成したと
きの条件と列車の条件が完全に一致していれば、上記の
機能で列車は目標走行パターンに追従して走行できる。
しかしながら実際には、列車を質点とみなすことによる
モデル化誤差、乗車率出力トルクなどの車両条件の変
動、車輪の滑走や空走、天候の変化などによる路線条件
の変動、距離計測器などの各種センサの誤差、および目
標走行パターン通りのタイミングで必ずしもノッチを切
り換えられないことがあり、実際の走行状態が目標走行
パターンからずれるのは避けられない。

【００３０】このような場合、なるべくノッチの切換回
数を増加させず、しかも停止精度を低下させることな
く、目標走行パターンに追従して列車走行させるため
に、パターン修正装置１０７によって必要に応じて目標
走行パターンを修正する。この修正は、以下の手順で行
われる。

【００３１】予測周期毎に、まず、内部予測装置１０５
において、現在走行中の地点から、次に使用する予定の
ノッチの終了点、あるいは、定められたポイントまで、
列車の走行シミュレーションを行う。このとき、予めモ
ニタ装置１５から、列車の現在の位置および速度と時刻
とが、内部予測装置１０５に入力される。また、固定デ
ータである駅間距離、勾配、曲線、分岐、制限速度など
の路線データが、ＡＴＯシステムに備えられたデータベ
ース１３から内部予測装置１０５に入力される。さら
に、車両重量、車両長、列車編成、加速度、減速度、勾
配抵抗式、曲線抵抗式、天候毎の走行抵抗式、時間帯毎
の乗車率などで構成され、列車によって異なる列車性能
データが、運転条件データと同様にＩＣカード１４など
の記憶媒体からあるいは通信システムを通じて、内部予
測装置１０５に入力される。

【００３２】内部予測装置１０５において、次に使用す
る予定のノッチに切り換える予定時刻を、（１）目標走
行パターン通りの基準ノッチ切換時刻、（２）基準ノッ
チ切換時刻より早めのノッチ切換時刻、（３）基準ノッ
チ切換時刻より遅めのノッチ切換時刻、に変化させて走
行シミュレーションが行なわれ、シミュレーションの終
了地点における現在の目標走行パターンからの速度と時
刻のずれが、それぞれの場合について求められる（図２
参照）。

【００３３】すなわち図２において、実際の走行パター
ンｒのａ地点（現在走行地点）において、現在の目標走
行パターンｐを基にして３種類の予測シミュレーション
が行なわれる。このうち目標走行パターンと同一の切換
時刻ｔ_cにおいてノッチ切換えを行なう予測シミュレー
ションによって、予測走行パターンｐ_oが求まる。また
早めの時刻ｔ_c−ｄｔにおいてノッチ切換えを行なう予
測シミュレーションによって、予測走行パターンｐ_-が
求まり、さらに遅めの時刻ｔ_c＋ｄｔにおいてノッチ切
換えを行なう予測シミュレーションによって、予測走行
パターンＰ₊が求まる。各予測シミュレーションは、次
に使用する予定のノッチの終了予定地点まで行われる。

【００３４】なお、図２において、目標走行パターンｐ
は、次に使用する予定のノッチの終了予定点ｃまで示し
てある。この予定点ｃにおける位置はｘ、速度はｖ、時
刻はｔで表してある。同様に各予測走行パターンｐ_o，
ｐ₊，ｐ_-は、各々シミュレーション終了点ｃ_o，
ｃ₊，ｃ_-で終了する。これらは、各予測シミュレーシ
ョンでの位置が、ノッチ終了予定点の位置と同じｘにな
ったところである。各予測シミュレーション終了点
ｃ_o，ｃ₊，ｃ_-における速度は各々ｖ_o，ｖ₊，ｖ_-
で、時刻は各々ｔ_o，ｔ₊，ｔ_-で表してある。

【００３５】次に評価関数設定装置１０６において、目
標走行パターンと予測走行パターンとの間の速度と時刻
のずれを評価するための評価関数を設定する。この評価
関数は、予測シミュレーションの終了地点によって、評
価の重みを変化させるものである。すなわち、出発点近
くでは時刻のずれを重視し、終点近くでは速度のずれを
重視する。これにより、走行時間誤差を少なくし、終点
では精度良く停止することができる。

【００３６】次にパターン修正装置１０７では、予測シ
ミュレーションで求めた三つの場合の速度と時刻のずれ
から、それぞれの場合の評価関数値を求め、その値が最
も小さくなるものに従って、ノッチ切換時刻を移動さ
せ、このノッチ切換予定時刻の移動に合せて目標走行パ
ターンを修正する。この際、ノッチ切換予定時刻を早め
／遅めに動かす大きさを変えながら、内部予測装置１０
５において予測シミュレーションとノッチ切換予定時刻
の変更を繰り返すことにより、効率良く、充分な精度
で、目標走行パターンを修正することができる。例え
ば、図２の例では、予測シミュレーションの結果、遅め
切換の予測走行パターンの場合に目標走行パターンとの
間の速度と時刻のずれに基づく評価関数値が最小になっ
たものと仮定する。この場合、ひとまず、ｔ_c＋ｄｔを
新しいノッチ切換予定時刻ｔ′_cとする。

【００３７】次に、もう一度、ノッチ切換予定時刻を
ｔ′_c，ｔ′_c−ｄｔ／２，ｔ′_c＋ｄｔ／２とした三
種類の予測シミュレーションを行い、それぞれの場合の
評価関数値を求める。

【００３８】ここで、早め切換の予測走行パターンの場
合に評価関数値が最小になった場合は、ノッチ切換予定
時刻はさらに変更され、ｔ′_c−ｄｔ／２、すなわちｔ
_c＋ｄｔ／２が新しいノッチ切換予定時刻ｔ″_cとな
る。ノッチ切換予定時刻を早め／遅めに動かす大きさが
充分小さくなるまで、この予測シミュレーションとノッ
チ切換予定時刻の変更をくりかえすことにより、効率よ
く充分な精度でノッチ切換時刻を調整して目標走行パタ
ーンを修正することができる。

【００３９】このようにパターン修正装置１０７におい
て調整されたノッチ切換予定時刻になるまでは、予測周
期毎にこの調整（予測シミュレーションとノッチ切換予
定時刻の調整のくりかえし）をくりかえす。次に調整さ
れたノッチ切換予定時刻になると、ノッチ指令算出装置
１０３がノッチ指令を変更して最適ノッチ指令を算出す
ることになる。そしてパターン修正装置１０７での調整
の対象は、次のノッチ切換予定時刻に移る。

【００４０】このように、現在よりも先の所定地点で位
置、速度、時刻が予め求められた目標走行パターン上の
位置、速度、時刻に近づくよう目標走行パターンを修正
してノッチ切換予定時刻を調整するので、ノッチ切換回
数を増やすことなく、しかも、停止精度を低下させるこ
となく、目標走行パターンに追従走行することができ
る。

【００４１】なお何らかの理由で走行パターンが当初の
目標走行パターンから大きくずれてしまった場合は、ず
れや先行車との距離などから自動的に判断して、あるい
は、運転手の判断により、パターン選択装置１０２で目
標走行パターンを選び直すか、目標走行パターン算出部
１１が車載されている場合は走行中の地点からの目標走
行パターン再計算を指示する。

【００４２】雨が振り出すなど路線の状態が変わった場
合は、センサの情報から自動的に判断して、あるいは、
運転手の判断により、パターン選択装置１０２により目
標走行パターンを選び直したり、また車載型のパターン
算出システムで目標走行パターンを再計算したりする。
また、何らかの理由で臨時速度制限が発生した場合や、
事故などにより走行ダイヤが混乱した場合などは、自動
的にパターン選択装置１０２により目標走行パターンを
選び直したり、また車載型のパターン算出システムで目
標走行パターンを再計算したりする。運転手によるパタ
ーン最選択や再計算の指示は、ユーザインタフェイス１
２から行うことができる。

【００４３】次に図３に目標走行パターン算出機能を車
載型のパターン算出システム１１１で実現した例を示
す。

【００４４】図３において、図１に示す目標走行パター
ン算出装置１１の代わりにパターン算出システム１１１
が設けられ、またパターン算出システム１１１には列車
走行制御装置１１０が接続されている。この列車走行制
御装置１１０は図１に示すパターン入力装置１０１と、
パターン選択装置１０２と、ノッチ指令算出装置１０３
と、ノッチ指令出力装置１０４と、内部予測装置１０５
と、パターン修正装置１０７と、評価関数設定装置１０
６とからなり、モータ装置、データベース、ＩＣカード
は、ＡＴＯシステムのものを共通に利用している。

【００４５】またパターン算出システム１１１には、Ａ
ＴＣシステム２２が接続され、ＡＴＣシステム２２には
通信システム２３が接続されている。また通信システム
２３は運行管理システムおよび他の列車２４のＡＴＯシ
ステムに接続されている。さらに通信システム２３は、
ユーザインタフェイス１２、モニタ装置１５、およびパ
ターン算出システム１１１に接続されている。

【００４６】図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、目標
走行パターンの再計算を行う場合の一例を示す。図１０
（ａ）は、走行パターンが目標走行パターンに追従して
いる例を示す。図１０（ｂ）に示すように、信号が赤に
なると臨時速度制限が行なわれ、確実に止まれる目標走
行パターンを再計算する。図１０（ｃ）に示すように、
信号が青に戻ると、なるべく早く、かつなるべく乗り心
地良く復帰する目標走行パターンを計算する。また、図
１０（ｄ）に示すように、先行車両が近づきすぎた場合
は、先行車が急ブレーキを掛けてもぶつからずに止ま
れ、先行車がいなくなったときにスムーズに復帰できる
目標走行パターンを計算する。（第２の実施例）図４乃
至図７は、本発明による列車走行制御装置の第２の実施
例を示す図である。

【００４７】図４において、列車の駆動／制動装置を行
う駆動／制動装置３が設けられ、この駆動／制動装置３
は本発明による列車走行制御装置１０によって与えられ
るトルク指令に従って、列車の駆動や制動を行うように
なっている。

【００４８】列車走行制御装置１０は、目標走行パター
ン算出装置１１であらかじめ求められた目標走行パター
ンが入力されるパターン入力装置２０１と、目標走行パ
ターンが複数入力されたときに適切なパターンを選択す
るパターン選択装置２０２と、目標走行パターンを修正
するパターン修正装置２０７と、修正後の目標走行パタ
ーンに基づいて列車のトルク指令を算出するトルク指令
算出装置２０３と、算出したトルク指令を駆動／制動装
置３に出力するトルク指令出力装置２０４とを備えてい
る。

【００４９】また、列車走行制御装置１０は、列車の現
在の位置および速度と時刻とを求めるモニタ装置１５
と、路線データおよび列車性能データとが蓄積されたデ
ータベース１３およびＩＣカード１４を備えている。

【００５０】また、パターン修正装置２０７には、モニ
タ装置１５で求めた現在の位置、速度および時刻と、デ
ータベース１３からの路線データおよび列車性能データ
とに基づいて、現在走行地点から所定地点までの列車の
走行シミュレーションを行って走行状況を予測する内部
予測装置２０５と、走行シミュレーションの演算結果に
対する評価関数を設定する評価関数設定装置２０６と
が、接続されている。

【００５１】また、モニタ装置１５とパターン選択装置
２０２との間には、ユーザインタフェイス１２が設けら
れ、列車走行制御装置１０と、目標走行パターン算出装
置１１と、ユーザインタフェイス１２とで、ＡＴＯシス
テム１が構成されている。また、目標走行パターン算出
装置１１には、ＡＴＣ／運行管理システム２が接続され
ている。

【００５２】次に、このような構成から成る本実施例の
作用について説明する。

【００５３】まず、地上設置型、あるいは、車上搭載型
の目標走行パターン算出装置１１で、列車の性能や運行
ダイヤに合わせて目標走行パターンが算出される。そし
て、この目標走行パターンが、目標走行パターン算出装
置１１から、直接、あるいは、図示しない通信システム
や、ＩＣカード１４などの記憶媒体を通じて、パターン
入力装置２０１に入力される。さらに、パターン入力装
置２０１には、目標走行パターンの他に、列車番号、運
行ダイヤなどの運転条件データも入力される。

【００５４】第１の実施例における目標走行パターン
は、ノッチの切換点情報としての走行パターンである
が、本実施例は出力トルクを離散的ではなく連続的に変
えられる列車を対象としており、本実施例の目標走行パ
ターンは、力行／定速走行／惰行／ブレーキの各走行モ
ードの切換点情報としての走行パターンであり、走行モ
ードの切り換わる点の位置、時刻、速度、および加減速
度などを示す。目標走行パターンが連続トルクで算出さ
れている場合、すなわち、最大出力に対する連続的な比
率で示される場合は、パターン入力装置に入力する前
に、例えば低次曲線に近似するなどして、力行／定速走
行／惰行／ブレーキの各走行モードへの分割処理を行っ
ておく（図５）。各走行モードは、加減速度に応じて、
複数種類のサブモードに分かれていてもよい。ここでサ
ブモードとは、例えば力行モードに関して強め力行モー
ド、弱め力行モードのように示されるサブモードをい
う。

【００５５】目標走行パターン算出装置１１において、
所定走行時間で走る目標走行パターン（標準パター
ン）、所定走行時間より短めの時間で走る目標走行パタ
ーン（速めパターン）、所定走行時間より長めの時間で
走る目標走行パターン（遅めパターン）など、目標走行
パターンが複数求められた場合には、パターン選択装置
２０２において、走行ダイヤからの遅れなどに応じて、
パターン入力装置２０１に入力された目標走行パターン
のうちから適切なパターンが選ばれる。このパターンの
選択は、ユーザインタフェイス１２より走行開始の指示
が与えられてから、行われる。

【００５６】走行中、モニタ装置１５において、タコジ
ェネレータなどの各種センサからの信号に基づいて、現
在の列車の位置および速度と、時刻とを算出し、算出し
た情報をトルク指令算出装置２０３、ユーザインタフェ
イス１２、内部予測装置２０５、および目標走行パター
ン算出装置１１に伝える。図示しない地上子信号受信機
により地上子信号がモニタ装置１５に入力されたとき
は、計測位置を正しい位置に訂正する。また、モニタ装
置１５には、現在出力中のトルク指令がトルク指令出力
装置２０４から入力され、ユーザインタフェイス１２に
伝えられる。

【００５７】走行開始後、トルク指令算出装置２０３に
おいて、目標走行パターンと現在位置ないし時刻が照合
され、パターンで指定された加減速度に対応するトルク
をトルク指令として算出する。目標走行パターンで指定
されている加減速度が変化したときは、この変化に合わ
せてトルク指令を変更する。

【００５８】このようにトルク指令算出装置２０３で算
出されたトルク指令は、トルク指令出力装置１０４から
列車の駆動／制動装置３に出力される。

【００５９】トルク指令算出装置２０３において求めら
れるトルク指令とは、目標走行パターンで指定されてい
る加減速度を実現するトルクに最も近いトルクを出力す
るノッチに対する指令、すなわち、力行／ブレーキに各
々多数段（例えば３１段）設けられたノッチあるいは惰
行（０ノッチとみなす）のうち、どのノッチで走行する
べきか指定したものである。このような多段ノッチに対
する指令は連続的なトルク変化が可能なため、本実施例
ではトルク指令とよぶ。そして、列車の駆動／制動装置
は、このトルク指令に対応するトルクを出力するよう列
車の駆動機器や制動機器を制御する。

【００６０】ユーザインタフェイス１２は、走行中、目
標走行パターンおよび現在までの実際の走行パターン
と、現在出力中のトルク指令などを表示する。もし、列
車走行制御装置１０に何らかの異常が起こったときは、
ユーザインタフェイス１２に表示される走行パターンな
どを見ながら、図示しない手動運転装置を用いて手動運
転を行うことができる。

【００６１】目標走行パターンを作成したときの条件と
列車の条件が完全に一致していれば、上記の機能で列車
は目標走行パターンに追従して走行できる。しかし、実
際には、列車を質点とみなすことによるモデル化誤差、
乗車率や出力トルクなどの車両条件の変動、天候の変化
などによる路線条件の変動、距離計測器などのセンサの
信号の誤差、車輪の滑走・空転、といった様々な要因の
ため、列車がある程度目標走行パターンからずれてしま
うのは避けられない。

【００６２】このような場合、なるべくトルクを変動さ
せずに、しかも、停止精度を低下させることなく、目標
走行パターンに追従して走行させるために、パターン修
正装置２０７では、必要に応じて目標走行パターンを修
正する。この修正は、以下の手順で行われる。

【００６３】出発時、ユーザインタフェイス１２から走
行開始の指示が与えられると、パターン修正装置２０７
では、最初の走行モードである力行に対し、目標走行パ
ターンで与えられた加速度に対応するトルク、あるい
は、標準力行トルクとして定められたトルクを、その走
行モードが指定されている区間での区間トルクとして設
定する。ここで一区間とは、同一走行モード（力行等）
で走行する区間をいい、区間内の走行モードは修正され
ることなく一定である。パターン修正装置２０７によっ
て、区間内の区間トルクが修正される。また、標準力行
トルクは力行モードに対応して予め定められた標準トル
クをいう。

【００６４】次にトルク指令算出装置２０３では、パタ
ーン修正装置２０７で設定された区間トルクと、出発前
のトルク（０ノッチ）の差に応じて、徐々に加速度が増
えるように、あらかじめ記憶しておいた繋ぎパターンに
従って、トルク指令を算出する。繋ぎパターンは、ノッ
チを細かく階段状に変化させてトルクを滑らかに変える
部分的な走行パターンであり（図６）、例えば、「現在
のトルク指令と目標とするトルク指令との間に５ノッチ
以上差があるときは制御周期毎に２ノッチづつ変化させ
る」といった変化のさせ方を設定しておく。この繋ぎパ
ターンにより、トルク変化に伴う衝撃を小さくして、乗
り心地の悪化を防ぐ。

【００６５】図８に示すように、走行中は、予測周期毎
に、内部予測装置２０５において、現在の走行モードの
区間の終了点、あるいは定められたポイントまで、列車
の走行シミュレーションを行う。このとき、予めモニタ
装置１５から、列車の現在の位置および速度と時刻と
が、内部予測装置２０５に入力される。また、固定デー
タである駅間距離、勾配、曲線、分岐、制限速度などの
路線データが、ＡＴＯシステムに備えられたデータベー
ス１３から内部予測装置２０５に入力される。さらに、
車両重量、車両長、列車編成、加速度、減速度、勾配抵
抗式、曲線抵抗式、天候毎の走行抵抗式、時間帯毎の乗
車率などで構成され、列車によって異なる列車性能デー
タが、運転条件データと同様にＩＣカード１４などの記
憶媒体から、あるいは、通信システムを通じて、内部予
測装置２０５に入力される。

【００６６】内部予測装置２０５において、現在の走行
モード区間での区間トルクを、（１）現在の目標走行パ
ターンに基づいて求められた基準区間トルク、（２）基
準区間トルクよりも強めの区間トルク、（３）基準区間
トルクよりも弱めの区間トルク、とした場合の走行シミ
ュレーションが行われ、シミュレーション終了地点にお
ける現在の目標走行パターンからの速度と時刻のずれ
が、それぞれの場合について求められる。このとき、
（２）の強めの区間トルクおよび（３）の弱めの区間ト
ルクでの走行シミュレーションは、それぞれ複数種類の
トルクについて行ってもよい。現在の指令トルクが設定
された区間トルクと異なるときは、走行シミュレーショ
ンの最初の部分は繋ぎパターンに従って行われる。

【００６７】図７は、（１）、（２）および（３）の各
々の走行シミュレーションを示す図であり、図４におい
て（２）および（３）は一種類づつの区間トルクでの走
行シミュレーションを行っている。図７に示すようにａ
地点（現在走行点）において、三種類の予測シミュレー
ションを行う。このうち、パターン修正装置２０７で求
められた基準区間トルクを指令する予測シミュレーショ
ンによって、予測走行パターンｐ_oが求まる。また、強
めの区間トルクを指令する予測シミュレーションによっ
て、予測走行パターンｐ₊が求まり、さらに、弱めの区
間トルクを指令する予測シミュレーションによって、予
測走行パターンｐ_-が求まる。各予測シミュレーション
は、現在の走行モード区間の終了点まで行われる。

【００６８】なお、図７において、目標走行パターンｐ
は、現在の走行モード区間の終了点ｃまで示してある。
この終了点ｃにおける位置はｘ、速度はｖ、時刻はｔで
表しである。同様に、各予測走行パターンｐ_o，ｐ₊，
ｐ_-は、各々予測シミュレーション終了点ｃ_o，ｃ₊，
ｃ_-で終了する。これらは、各予測シミュレーションで
の位置が、現走行モード区間の終了点ｃの位置と同じｘ
になったところである。各予測シミュレーション終了点
ｃ_o，ｃ₊，ｃ_-における速度は各々ｖ_o，ｖ₊，ｖ_-
で、時刻は各々ｔ_o，ｔ₊，ｔ_-で表してある。

【００６９】次に、評価関数設定装置２０６において、
目標走行パターンと予測走行パターンとの間の速度と時
刻のずれを評価するための評価関数を設定する。この評
価関数は、予測シミュレーションの終了地点によって、
評価の重みを変化させるものである。すなわち、出発点
近くでは時刻のずれを重視し、停止点近くでは速度のず
れを重視する。これにより、走行時間誤差を少なくし、
停止点では精度良く停止することができる。

【００７０】次に、パターン修正装置２０７では、予測
シミュレーションで求めた三つの場合の速度と時刻のず
れから、それぞれの場合の評価関数値を求め、その値が
最も小さくなる二つのケースを抽出し、これらのケース
でのトルク指令値を補間して、最も目標走行パターンに
よく合う走行ができると予想されるトルクを、区間トル
クとして算出し、算出された区間トルクに合わせて目標
走行パターンを修正する。

【００７１】こうして算出された区間トルクが現在のト
ルク指令と異なる場合には、トルク指令算出装置２０３
において、現在のトルクから区間トルクまで徐々に変化
するように、繋ぎパターンに従ってトルク（ノッチ）指
令が算出される。

【００７２】次の走行モード区間に近づいた場合は、現
在の走行モード区間の目標走行パターンの修正を行うこ
となく、次の走行モード区間の目標走行パターンを修正
する。すなわち、内部予測装置２０５では、次の走行モ
ード区間の区間トルクを、目標走行パターンで与えられ
た加減速度に対応するトルク、あるいは、その走行モー
ドに対し標準として定められた標準力行トルクに設定す
る。この場合、現在の走行モード区間の区間トルクは固
定とし、次の走行区間の区間トルクを基準区間トルク、
強め区間トルク、弱め区間トルクに変化させながら、次
の走行モード区間の終点までの予測シミュレーションを
行う。この予測シミュレーションの際は、次の走行モー
ドの開始部分に繋ぎパターンを用いる。予測シミュレー
ションの結果、最も評価関数値の小さかったものを補間
して、最も目標走行パターンによく合う走行ができると
予想される区間トルクを次の走行モード区間の区間トル
クとして算出し、この算出された区間トルクに合わせて
目標走行パターンを修正する。

【００７３】出発時に最初の走行モード区間のトルクを
決めるときや、次の走行モード区間に近づいてその区間
の区間トルクを初めて決めるときに、その走行モードの
標準として定められた標準トルクを仮の区間トルクに設
定して予測シミュレーションを行う場合は、強め／弱め
のトルクとして、多めの種類のトルクを設定しておく
と、適切な区間トルクが効率よく得られる。出発時等に
用いられる標準トルクは、実際の走行状況に無関係に定
められるものであり、制御が不安定になりがちなので、
多めの種類のトルクを設定しておくことにより、適切な
制御を行うことができる。

【００７４】このように、現在よりも先の点で位置、速
度、時刻が目標走行パターンになるべく一致するよう区
間トルクを調整し、この区間トルクまで滑らかにトルク
指令を変化させるので、トルクの変動を抑えながら、し
かも、停止精度を低下させることなく、目標走行パター
ンに追従走行することができる。

【００７５】なお、何らかの理由で走行パターンが当初
の目標走行パターンから大きくずれてしまった場合は、
ずれや先行車との距離などから自動的に判断して、ある
いは、運転手の判断により、パターン選択装置２０２で
目標走行パターンを選び直すか、目標走行パターン算出
装置１１が車載されている場合は走行中の地点からの目
標走行パターン再計算を指示する。雨が降り出すなど路
線の状態が変わった場合は、センサの情報から自動的に
判断して、あるいは、運転手の判断により、パターン選
択装置２０２により目標走行パターンを選びなおした
り、車載型のパターン算出システムで目標走行パターン
を再計算したりする。また、何らかの理由で臨時速度制
限が発生した場合や、事故などにより走行ダイヤが混乱
した場合などは、自動的に、パターン選択装置２０２に
より目標走行パターンを選びなおしたり、車載型のター
ン算出システムで目標走行パターンを再計算したりす
る。運転手によるパターン再選択ないし再計算の指示
は、ユーザインタフェイス１２から行うことができる。

【００７６】次に、図９に、目標走行パターン算出機能
を車載型の目標走行パターン算出システム２１１で実現
した例を示す。

【００７７】図９において、図４に示す目標走行パター
ン算出装置１１の代わりに、パターン算出システム２１
１が設けられ、また、パターン算出システム２１１には
列車走行制御装置２１０が接続されている。この列車走
行制御装置２１０は図４に示すパターン入力装置２０１
と、パターン選択装置２０２と、トルク指令算出装置２
０３と、トルク指令出力装置２０４と、内部予測装置２
０５と、評価関数設定装置２０６と、パターン修正装置
２０７とからなり、モニタ装置、データベース、ＩＣカ
ードは、ＡＴＯシステムのものを共通に利用している。

【００７８】また、パターン算出システム２１１には、
ＡＴＣシステム２２が接続され、ＡＴＣシステム２２に
は通信システム２３が接続されている。また、通信シス
テム２３は運行管理システム２１および他の列車２４の
ＡＴＯシステム、ＡＴＣシステムに接続されている。さ
らに、通信システム２２は、ユーザインタフェイス１
２、モニタ装置１５、およびパターン算出システム２１
１に接続されている。

【００７９】図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、目標
走行パターンの再計算を行う場合の一例を示す。図１０
（ａ）は、走行パターンが目標走行パターンに追従して
いる例を示す。図１０（ｂ）に示すように、信号が赤に
なると臨時速度制限が行なわれ、確実に止まれる目標走
行パターンを再計算する。図１０（ｃ）に示すように、
信号が青に戻ると、なるべく早く、かつなるべく乗り心
地良く復帰する目標走行パターンを計算する。また、図
１０（ｄ）に示すように、先行車両が近づきすぎた場合
は、先行車が急ブレーキを掛けてもぶつからずに止ま
れ、先行車がいなくなったときにスムーズに復帰できる
目標走行パターンを計算する。

【００８０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
走行中目標走行パターンを随時微修正していくので、予
め求めた目標走行パターンと実際の走行パターンがずれ
た場合でも、実情に即した運転制御を行なうことができ
る。このため乗り心地を悪化させることなく、安定した
列車の走行制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による列車走行制御装置の第１の実施例
を示す概略系統図。

【図２】内部予測装置における予測シミュレーションを
示す図。

【図３】本発明による列車走行制御装置の変形例を示す
車上搭載型パターン算出システムによるＡＴＯシステム
構成図。

【図４】本発明による列車走行制御装置の第２の実施例
を示す概略系統図。

【図５】目標走行パターンの一例を示す図。

【図６】繋ぎパターンのトルク指令にともなうノッチ変
化の一例を示す図。

【図７】内部予測装置における予測シミュレーションを
示す図。

【図８】第２の実施例の作用を示すフローチャート。

【図９】本発明による列車走行制御装置の変形例を示す
車上搭載型パターン算出システムによるＡＴＯシステム
構成図。

【図１０】目標走行パターンを再計算する場合の例を示
す図。

【符号の説明】

３駆動／制動装置１０列車走行制御装置１１目標走行パターン算出装置１３データベース１４ＩＣカード１５モニタ装置１０１パターン入力装置１０２パターン選択装置１０３ノッチ指令算出装置１０４ノッチ指令出力装置１０５内部予測装置１０６評価関数設定装置１０７パターン修正装置２０１パターン入力装置２０２パターン選択装置２０３トルク指令算出装置２０４トルク指令出力装置２０５内部予測装置２０６評価関数設定装置２０７パターン修正装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】列車の駆動制御を行なう駆動／制動装置を
制御する列車走行制御装置において、予め求められた目標走行パターンが入力されるパターン
入力装置と、列車の現在の位置、速度および時刻を求めるモニタ装置
と、路線データおよび列車性能データを蓄積するデータ蓄積
装置と、モニタ装置で求めた現在の位置、速度、および時刻と、
データ蓄積装置からの路線データおよび列車性能データ
とに基づいて前記駆動／制動装置を制御するために目標
走行パターンを修正するパターン修正装置と、を備えたことを特徴とする列車走行制御装置。
【請求項２】現在の目標走行パターンに対応する基準ノ
ッチ切換時刻と、この基準ノッチ切換時刻より早め、遅
めのノッチ切換時刻を選択し、これら基準ノッチ切換時
刻、および早め、遅めのノッチ切換時刻に関し、モニタ
装置で求めた現在の位置、速度および時刻と、データ蓄
積装置からの路線データおよび列車性能データとに基づ
いて現在走行地点から所定地点までの列車の走行状況を
予測する内部予測装置と、内部予測装置で行なわれた予測演算結果に対する評価関
数を設定する評価関数設定装置と、ノッチ指令算出装置と、を更に備え、前記パターン修正装置は内部予測装置の予測演算結果に
対する評価関数値に基づいて目標走行パターンを修正す
るとともに、修正後の目標走行パターンに基づいて前記
ノッチ指令算出装置によりノッチ指令が算出されて前記
駆動／制動装置に出力されることを特徴とする請求項１
記載の列車走行制御装置。
【請求項３】現在の目標走行パターンに対応する基準区
間トルクと、この基準区間トルクより強め、弱めの区間
トルクを選択し、これら基準区間トルク、および強め、
弱めの区間トルクに関し、モニタ装置で求めた現在の位
置、速度および時刻と、データ蓄積装置からの路線デー
タおよび列車性能データとに基づいて現在走行地点から
所定地点までの列車の走行状況を予測する内部予測装置
と、内部予測装置で行なわれた予測演算結果に対する評価関
数を設定する評価関数設定装置と、トルク指令算出装置と、を更に備え、前記パターン修正装置は内部予測装置の予測演算結果に
対する評価関数値に基づいて目標走行パターンを修正す
るとともに、修正後の目標走行パターンに基づいて前記
トルク指令算出装置によりトルク指令が算出されて前記
駆動／制動装置に出力されることを特徴とする請求項１
記載の列車走行制御装置。