WO2014125670A1 - 目標速度決定装置、目標速度決定方法及びプログラム、並びに、車両制御装置及び車両 - Google Patents

目標速度決定装置、目標速度決定方法及びプログラム、並びに、車両制御装置及び車両 Download PDF

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一幸 若杉
利彦 新家
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a target speed determining device, a target speed determining method and program for determining a target speed of a vehicle that performs acceleration / deceleration based on a difference between a current speed and a target speed, and a target speed determined by the target speed determining device.
  • the present invention relates to a vehicle control device and a vehicle that perform control based on the above.
  • Patent Document 1 discloses a speed pattern generation method that minimizes power consumption while satisfying various constraints.
  • the speed pattern is information that associates on / off of the brake and on / off of the power running with the time.
  • An object of the present invention is to provide a target speed determination device, a target speed determination method and program, a vehicle control device, and a vehicle that can travel each section in the same time and reduce power consumption.
  • a first aspect of the present invention is a target speed determination device that determines a target speed of a vehicle that performs acceleration / deceleration based on a difference between a current speed and a target speed.
  • the target speed determination device includes a power consumption calculation unit, a target speed change unit, an evaluation value calculation unit, and a target speed determination unit.
  • the power consumption calculation unit sets target speeds in a plurality of sections of the track.
  • the power consumption calculation unit calculates the power consumption when traveling on the track based on the target speed.
  • the target speed changing unit changes a combination of target speeds in a plurality of sections set in the power consumption calculating unit.
  • the evaluation value calculation unit calculates an evaluation value for each combination of target speeds based on the evaluation function.
  • the evaluation function is a function that multiplies the power consumption calculated by the power consumption calculation unit by a predetermined weight.
  • the target speed determination unit determines a target speed combination having the smallest evaluation value as a target speed in each section of the vehicle.
  • the second aspect of the present invention is the target speed determination device according to the first aspect including a sensitivity calculation unit.
  • the sensitivity calculation unit calculates the sensitivity indicating the magnitude of the change amount of the evaluation value with respect to the change amount of the target speed for a plurality of sections.
  • the evaluation value is an evaluation value calculated by the evaluation value calculation unit.
  • the target speed changing unit increases or decreases each target speed of each section used by the power consumption calculation unit for the previous power consumption calculation according to the sensitivity level of the section calculated by the sensitivity calculation unit.
  • a third aspect of the present invention is the target speed determination device according to the first or second aspect provided with a penalty value calculation unit.
  • the penalty value calculation unit calculates a penalty value.
  • the penalty value is a value indicating the degree of deviation from the condition that the vehicle should satisfy when traveling on the track.
  • the evaluation function is a sum of a value obtained by multiplying the power consumption by a predetermined weight and a value obtained by multiplying the penalty value by a weight greater than the power consumption weight.
  • a target according to any one of the first to third aspects, comprising a power consumption calculating unit, an evaluation value calculating unit, a target charging rate changing unit, and a target charging rate determining unit. It is a speed determination device.
  • the vehicle includes a secondary battery. The vehicle controls charging / discharging of the secondary battery based on the difference between the current charging rate of the secondary battery and the target charging rate.
  • the power consumption calculation unit sets a target speed and a target charging rate in a plurality of sections.
  • the power consumption calculation unit calculates the power consumption when traveling on the track based on the target speed and the target charging rate.
  • the evaluation value calculation unit calculates an evaluation value for each combination of the target speed and the target charging rate.
  • the target charging rate changing unit changes a combination of target charging rates in a plurality of sections set in the power consumption calculating unit.
  • the target charging rate determination unit determines the combination of the target charging rates with the smallest evaluation value as the target charging rate in each section of the vehicle.
  • a fifth aspect of the present invention is a target speed determination method using a target speed determination device that determines a target speed of a vehicle that performs acceleration / deceleration based on a difference between a current speed and a target speed.
  • the power consumption calculation unit sets target speeds in a plurality of sections of the track.
  • the power consumption calculation unit calculates power consumption when traveling on the track based on the target speed.
  • the target speed changing unit changes a combination of target speeds in a plurality of sections set in the power consumption calculating unit.
  • the evaluation value calculation unit calculates an evaluation value for each combination of target speeds based on the evaluation function.
  • the evaluation function is a function that multiplies the power consumption calculated by the power consumption calculation unit by a predetermined weight.
  • the target speed determination unit determines a target speed combination having the smallest evaluation value as a target speed in each section of the vehicle.
  • a sixth aspect of the present invention is a program for causing a computer to function as a power consumption calculation unit, a target speed change unit, an evaluation value calculation unit, and a target speed determination unit.
  • the computer is a computer of a target speed determination device that determines a target speed of a vehicle that performs acceleration / deceleration based on a difference between a current speed and a target speed.
  • the power consumption calculation unit sets target speeds in a plurality of sections of the track.
  • the power consumption calculation unit calculates the power consumption when traveling on the track based on the target speed.
  • the target speed changing unit changes a combination of target speeds in a plurality of sections set in the power consumption calculating unit.
  • the evaluation value calculation unit calculates an evaluation value for each combination of target speeds based on the evaluation function.
  • the evaluation function is a function that multiplies the power consumption calculated by the power consumption calculation unit by a predetermined weight.
  • the target speed determination unit determines a target speed combination having the smallest evaluation value as a target speed in each section of the vehicle.
  • the seventh aspect of the present invention is a vehicle control device that controls the acceleration of a vehicle based on the target speed determined by the target speed determination device according to any one of the first to fourth aspects.
  • an eighth aspect of the present invention is a vehicle that performs acceleration / deceleration based on the difference between the current speed and the target speed determined by the target speed determination device according to any one of the first to fourth aspects.
  • the target speed determination device calculates the target speed for each section of the vehicle, not the traveling pattern of the vehicle. Thereby, it is possible to ensure the punctuality of travel of the vehicle regardless of changes in the weather and the number of passengers. Moreover, according to the aspect mentioned above, the target speed determination apparatus determines the target speed of each section to the target speed that minimizes the evaluation value obtained by multiplying the power consumption by the predetermined weight. Thereby, power consumption can be reduced.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing a configuration of a vehicle 100 according to a first embodiment of the present invention. It is a schematic block diagram which shows the structure of the target speed determination apparatus 300 which concerns on the 1st Embodiment of this invention. It is a figure which shows the change of the evaluation value at the time of changing only the target speed of one area among several areas. It is a flowchart which shows operation
  • the target speed determination device is a device that determines a target speed of a vehicle.
  • a vehicle traveling based on the target speed determined by the target speed determination device sets the target speed in each section when the track is divided into a plurality of sections (for example, a closed section).
  • the vehicle performs acceleration / deceleration (notch switching) based on the difference between the current speed and the target speed.
  • the ATO device Automatic Train Operation
  • the ATO device switches on powering when the current speed is slower than the target speed by a predetermined value or more.
  • the ATO device switches powering and braking off (coasting) when the difference between the current speed and the target speed is a predetermined value or less.
  • the ATO device switches on the brake when the current speed is higher than the target speed by a predetermined value or more.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram showing the configuration of the vehicle 100 according to the first embodiment of the present invention.
  • the vehicle 100 includes a current collector 101, an electric motor 102, an auxiliary machine 103, a resistor 104, a safety brake 105, a discharge controller 106, and an ATO device 200 (vehicle controller).
  • the current collector 101 obtains electricity from an overhead line provided on the route.
  • the current collector 101 supplies the electricity to the electric motor 102 and the auxiliary machine 103.
  • the current collector 101 supplies regenerative power that has not been consumed by the resistor 104 among the regenerative power of the electric motor 102 to the overhead line.
  • the electric motor 102 accelerates the vehicle 100 with electricity supplied from the current collector 101.
  • the electric motor 102 decelerates the vehicle 100 by operating as a generator.
  • the electric motor 102 supplies the generated regenerative power to an SIV (Static Inverter) and a discharge control unit 106.
  • the electric motor 102 is connected to other devices via a VVVF (Variable Voltage Variable Frequency) inverter.
  • VVVF Very Voltage Variable Frequency
  • the auxiliary machine 103 is a device other than the electric motor 102 mounted on the vehicle 100.
  • the auxiliary machine 103 is operated by the power supplied from the current collector 101.
  • An example of the auxiliary machine 103 is an air conditioner.
  • the auxiliary machine 103 is connected to other devices via the SIV.
  • the resistor 104 consumes regenerative power of the electric motor 102.
  • the resistor reduces the voltage below the allowable voltage of the overhead wire by the consumption of regenerative power.
  • the safety brake 105 is a mechanical brake.
  • the safety brake 105 is provided separately from the regenerative brake by the electric motor 102.
  • the safety brake 105 is driven when the speed of the vehicle 100 exceeds the speed limit.
  • the safety brake 105 decelerates the vehicle 100 by driving.
  • the discharge control unit 106 supplies the regenerative power of the motor 102 to the resistor 104 when the power generated by the regenerative braking of the motor 102 is larger than the power consumed by the auxiliary machine 103.
  • the ATO device 200 calculates the speed of the vehicle 100 from the rotational speed of the electric motor 102.
  • the ATO device 200 controls the notch of the electric motor 102 based on the calculated speed. That is, the ATO device 200 controls acceleration / deceleration of the vehicle 100 based on the speed of the vehicle 100 calculated from the rotation speed of the electric motor 102.
  • the ATO device 200 includes a target speed storage unit 201, a station speed target speed storage unit 202, a speed limit storage unit 203, a target speed selection unit 204, a speed calculation unit 205, a command value calculation unit 206, and an acceleration / deceleration command unit 207. .
  • the target speed storage unit 201 stores the target speed in each section determined by the target speed determination device.
  • the station stop target speed storage unit 202 stores a target speed for stopping the vehicle 100 at a predetermined position of the station. Specifically, the target speed outside a certain section in front of the station is the maximum allowable speed.
  • the target speed in a certain section in front of the station is set so as to monotonously decrease with respect to the distance. That is, the target speed decreases as the station is approached.
  • the ATO device 200 can reliably stop the vehicle 100 at a predetermined position of the station.
  • the logic until the vehicle stops at the station is not limited to this, and may be different depending on the ATO device 200.
  • the speed limit storage unit 203 stores the speed limit in each section. For example, the speed limit is set low in a section having a gradient or a curve on the track.
  • the target speed selection unit 204 selects a target speed stored in the target speed storage unit 201 and a target speed stored in the station stop target speed storage unit 202 having a lower value as a target speed used for the control of the vehicle 100.
  • Speed calculation unit 205 calculates the speed of vehicle 100 based on the number of rotations of electric motor 102.
  • the command value calculation unit 206 performs proportional control on the difference between the target speed selected by the target speed selection unit 204 and the speed calculated by the speed calculation unit 205. Thereby, the command value calculation unit 206 calculates a notch command value indicating on / off of the brake and on / off of the power running for controlling the electric motor 102.
  • the acceleration / deceleration command unit 207 controls the vehicle 100 based on the speed calculated by the speed calculation unit 205 and the speed limit stored in the speed limit storage unit 203. Specifically, the acceleration / deceleration command unit 207 activates the safety brake 105 when the speed calculated by the speed calculation unit 205 exceeds the speed limit. The acceleration / deceleration command unit 207 outputs the notch command value calculated by the command value calculation unit 206 to the motor 102 when the speed calculated by the speed calculation unit 205 is within the speed limit.
  • FIG. 2 is a schematic block diagram showing the configuration of the target speed determination device 300 according to the first embodiment.
  • the target speed determination apparatus 300 includes a simulator unit 301, a power consumption calculation unit 302, a penalty value calculation unit 303, an evaluation value calculation unit 304, an evaluation information recording unit 305, an evaluation information storage unit 306, a sensitivity calculation unit 307, and a target speed change unit. 308, a target speed determination unit 309 is provided.
  • the simulator unit 301 simulates the traveling of the vehicle 100 based on the track data, the vehicle data, and the target speed of each section.
  • the track data and vehicle data are pre-input data.
  • the target speed of each section is data input from the target speed changing unit 308.
  • the track data includes information such as station position, travel time between stations, speed limit for each section, track curve and gradient.
  • the vehicle data includes information such as the number of trains, the vehicle weight, and the passenger capacity.
  • the simulator part 301 outputs the power consumption of the vehicle 100, whether the vehicle 100 arrived at the station, the coordinates of the vehicle 100, the notch pattern, and the speed of the vehicle 100 for each time as a result of the simulation.
  • the power consumption calculation unit 302 calculates the total power consumption required for the vehicle 100 to travel on the track.
  • the power consumption calculation unit 302 calculates the total power consumption based on the simulation result by the simulator unit 301.
  • the penalty value calculation unit 303 calculates a penalty value.
  • the penalty value is a value indicating the degree of deviation between the result of the simulation by the simulator unit 301 and the condition that the vehicle 100 should satisfy when traveling on the track. Examples of conditions that the vehicle 100 should satisfy when traveling on the track include jerk limit, station arrival time, station arrival coordinates, speed limit, and the like.
  • the jerk limit indicates the upper limit of the jerk value (time rate of change of acceleration, jerk) of the vehicle 100.
  • the penalty value calculation unit 303 calculates penalty values for the riding comfort, arrival time, arrival coordinates, and speed limit of the vehicle 100. In the present embodiment, the penalty value calculation unit 303 calculates the square of the excess width from the limit value as the penalty value. The embodiment of the present invention is not limited to this. For example, the penalty value calculation unit 303 may calculate the penalty value by the fourth power of the excess width from the limit value. That is, the penalty value calculation unit 303 calculates the penalty value so that the penalty value increases as the excess width increases.
  • the evaluation value calculation unit 304 calculates an evaluation value indicating the appropriateness of the target speed based on the evaluation function.
  • the evaluation function is a function for obtaining the sum of values obtained by multiplying the power consumption calculated by the power consumption calculation unit 302 and the penalty value calculated by the penalty value calculation unit 303 by a predetermined coefficient.
  • the coefficient applied to the penalty value is sufficiently larger than the coefficient applied to the power consumption.
  • the coefficient related to the penalty value is preferably set to a value that does not cause overflow. As a result, the evaluation value becomes a high value when the vehicle 100 does not satisfy the condition to be satisfied in traveling on the track. In addition, an evaluation value shows that target speed is appropriate, so that the value is low.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a change in evaluation value when only the target speed of one section among a plurality of sections is changed.
  • FIG. 3 shows an example in which a simulation result that the vehicle 100 does not arrive at the station on time when the simulation is performed with the target speed of a certain section as V1 or less is shown.
  • the penalty value calculation unit 303 calculates, as a penalty value, a value obtained by multiplying the square of the difference between the predetermined arrival time and the arrival time of the simulation result by a predetermined coefficient. Thereby, the evaluation value becomes higher as the target speed becomes smaller than V1.
  • FIG. 3 shows an example in which a simulation result that the speed of the vehicle 100 exceeds the speed limit when the target speed in a certain section is set to V2 or more is performed.
  • the penalty value calculation unit 303 calculates a value obtained by multiplying the square of the difference between a predetermined speed limit and the speed of the simulation result by a predetermined coefficient as a penalty value. Thereby, the evaluation value becomes higher as the target speed becomes higher than V2. Also, the coefficient multiplied by the penalty value is a value sufficiently larger than the coefficient for power consumption as described above. Thereby, the target speed determination device 300 selects a target speed with a low evaluation value, and thus specifies a target speed that reduces power consumption after satisfying the conditions that the vehicle 100 should satisfy when traveling on the track. can do.
  • the evaluation information recording unit 305 records the evaluation value and the target speed of each section in the evaluation information storage unit 306 in association with each other.
  • the evaluation value is an evaluation value calculated by the evaluation value calculation unit 304.
  • the target speed of each section is the target speed used by the simulator unit 301 for the simulation.
  • the evaluation information storage unit 306 stores the evaluation value calculated in the past and the target speed of each section when the evaluation value is obtained in association with each other.
  • the sensitivity calculation unit 307 calculates the sensitivity indicating the magnitude of the change amount of the evaluation value with respect to the change amount of the target speed for a plurality of sections of the track.
  • the sensitivity calculation unit 307 calculates sensitivity based on the evaluation value calculated by the evaluation value calculation unit 304 and the target speed of each section.
  • the sensitivity calculation unit 307 calculates the sensitivity by partially differentiating an equation having the target speed of each section as an independent variable and the evaluation value as a dependent variable, and examining the slope thereof.
  • the target speed changing unit 308 increases or decreases each target speed of each section according to the sensitivity of each section calculated by the sensitivity calculation unit 307.
  • the target speed of each section is the target speed that the simulator unit 301 used for the previous simulation. Specifically, the target speed changing unit 308 increases the degree of change in the target speed in a section with higher sensitivity. The target speed changing unit 308 decreases the degree of change in the target speed in the section with lower sensitivity.
  • the target speed determination unit 309 determines whether or not the minimum evaluation value stored in the evaluation information storage unit 306 has converged. When the target speed determination unit 309 determines that the minimum value of the evaluation value has converged, the target speed determination unit 309 determines the target speed of each section associated with the minimum evaluation value as the target speed used for traveling of the vehicle 100.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the target speed determination device 300 according to the first embodiment.
  • the simulator unit 301 of the target speed determination device 300 simulates the traveling of the vehicle 100 using the initial value of the target speed of each section (step S1).
  • the power consumption calculation unit 302 calculates the power consumption when the vehicle 100 travels on the track based on the target speed (step S2).
  • the power consumption calculation unit 302 calculates the power consumption by calculating the sum of the power consumption values at each time from the simulation result by the simulator unit 301.
  • the penalty value calculation unit 303 calculates a penalty value from the simulation result by the simulator unit 301 (step S3).
  • the penalty value calculation unit 303 calculates penalty values for the ride comfort, arrival time, arrival coordinates, and speed limit of the vehicle 100, respectively. Specifically, when the notch time change amount in the simulation result is larger than the notch time change amount for obtaining a predetermined minimum ride comfort, the penalty value calculation unit 303 calculates the square of the difference as the ride comfort value. Is calculated as a penalty value. In addition, when the arrival time at the station in the simulation result is later than a predetermined arrival time, the penalty value calculation unit 303 calculates the square of the difference as a penalty value for the arrival time.
  • the penalty value calculation unit 303 calculates the square of the difference between the arrival coordinates of the station and the predetermined arrival coordinates in the simulation result as a penalty value of the arrival coordinates. Further, when the speed of the vehicle 100 in the simulation result is faster than a predetermined speed limit, the penalty value calculation unit 303 calculates the square of the difference as a speed limit penalty value.
  • the evaluation value calculation unit 304 calculates an evaluation value by substituting the power consumption calculated by the power consumption calculation unit 302 and each penalty value calculated by the penalty value calculation unit 303 into a predetermined evaluation function.
  • the evaluation function is a function that takes the sum of values obtained by multiplying the power consumption and each penalty value by a predetermined coefficient.
  • the penalty value coefficient is larger than the power consumption coefficient and is a value that does not cause overflow.
  • the evaluation information recording unit 305 records the evaluation value calculated by the evaluation value calculation unit 304 and the combination of the target speeds used by the simulator unit 301 for the simulation in the evaluation information storage unit 306 (step S5). ).
  • the target speed determination unit 309 determines whether or not the minimum value of the evaluation value has converged based on the evaluation value stored in the evaluation information storage unit 306 (step S6).
  • the interior point method is used as the convergence calculation method.
  • the target speed determination unit 309 may determine that the target speed has converged, for example, when the deviation of a predetermined number of evaluation values calculated last is within a predetermined value.
  • the sensitivity calculation unit 307 calculates the sensitivity for the evaluation value in each section (step S7).
  • the sensitivity calculation unit calculates the sensitivity based on the evaluation value stored in the evaluation information storage unit 306 and the target speed of each section. Specifically, the sensitivity calculation unit 307 calculates the sensitivity for each section by performing partial differentiation on a predetermined function.
  • the function is a function in which the target speed of each section is an independent variable and the evaluation value is a dependent variable. In this embodiment, the adjoint method is used as the sensitivity calculation method.
  • the target speed changing unit 308 changes the target speed of each section used by the simulator unit 301 for the previous simulation (step S8).
  • the target speed changing unit 308 changes the target speed based on the sensitivity calculated by the sensitivity calculating unit 307. Specifically, the target speed changing unit 308 changes the target speed value of the section with high sensitivity relatively large.
  • the target speed changing unit 308 changes the value of the target speed in the section with low sensitivity relatively small.
  • the quasi-Newton method is used as a method for changing the target speed. And it returns to step S1 and the driving
  • step S6 determines the target speed used for the operation of the vehicle 100 (step S9).
  • the target speed determination unit 309 determines the target speed used for the operation of the vehicle 100 using the target speed associated with the minimum evaluation value stored in the evaluation information storage unit 306.
  • the target speed determination device 300 can obtain a combination of target speeds that achieves the most energy saving while satisfying the conditions that the vehicle 100 should satisfy when traveling on the track. Moreover, the target speed determination apparatus 300 can ensure the punctuality of operation regardless of changes in the weather or the number of passengers. This is because the target speed determination device 300 calculates the optimal target speed instead of the optimal notch pattern, and causes the vehicle 100 to travel based on the target speed.
  • Second Embodiment a target charging rate determination device for calculating a target charging rate of a secondary battery mounted on a vehicle will be described.
  • the target charging rate determination apparatus determines a target speed of the vehicle 100 having a configuration different from that of the target speed determination apparatus 300 according to the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram showing the configuration of the vehicle 100 according to the second embodiment of the present invention.
  • the vehicle 100 includes a DCDC converter 107, a secondary battery 108, a target charging rate storage unit 109, and a charge / discharge power calculation unit 110 in addition to the configuration of the vehicle 100 according to the first embodiment.
  • the DCDC converter 107 controls the amount of power that the current collector 101 supplies to the electric motor 102, the auxiliary machine 103, and the secondary battery 108.
  • the secondary battery 108 charges the electricity supplied by the current collector 101 and the electricity generated by the motor 102.
  • the secondary battery 108 discharges the charged electricity and supplies it to the electric motor 102 and the auxiliary machine 103.
  • the target charging rate storage unit 109 stores the target charging rate of the secondary battery 108 in each section of the track calculated by the target charging rate determination device.
  • the charge / discharge power calculation unit 110 applies proportional control to the difference between the charge rate of the secondary battery 108 and the target charge rate stored in the target charge rate storage unit 109. Thereby, the charge / discharge power calculation unit 110 calculates the power required to charge / discharge the secondary battery 108.
  • the discharge control unit 106 of the vehicle 100 calculates the power to be output to the DCDC converter 107 and the power to be charged / discharged to the secondary battery 108.
  • the discharge control unit 106 uses the charge / discharge power calculated by the charge / discharge power, the power limit value of the DCDC converter 107, and the power to be output to the DCDC converter 107 based on the power required by the motor 102 and the auxiliary machine 103, and the secondary battery 108.
  • the electric power to charge / discharge is calculated.
  • FIG. 6 is a schematic block diagram showing the configuration of the target charging rate determination apparatus 400 according to the second embodiment of the present invention.
  • the same processing units as those of the target speed determination device 300 according to the first embodiment will be described using the same reference numerals.
  • the target charging rate determination apparatus 400 includes a simulator unit 301, a power consumption calculation unit 302, a penalty value calculation unit 303, an evaluation value calculation unit 304, an evaluation information recording unit 305, an evaluation information storage unit 306, a sensitivity calculation unit 307, a target charging rate.
  • a change unit 310 and a target charge rate determination unit 311 are provided.
  • the simulator unit 301 simulates the traveling of the vehicle 100 based on the track data, the vehicle data, the target speed of each section, and the target charging rate of each section.
  • the track data, the vehicle data, and the target speed of each section are data input in advance.
  • the target charging rate of each section is data input from the target charging rate changing unit 310. That is, in the simulator unit 301 according to the second embodiment, the traveling of the vehicle 100 is simulated using the same target speed.
  • the power consumption calculation unit 302 calculates the total power consumption required for the vehicle 100 to travel on the track based on the result of the simulation by the simulator unit 301.
  • the penalty value calculation unit 303 calculates a penalty value.
  • the penalty value is a value indicating the degree of divergence between the result of the simulation by the simulator unit 301 and the condition that the vehicle 100 should satisfy when traveling on the track.
  • the penalty value calculation unit 303 according to the second embodiment includes, in addition to the penalty value calculated by the penalty value calculation unit 303 according to the first embodiment, the time change of the charging rate, the operating range of the charging rate, and the station arrival A penalty value for the charging rate at the time is also calculated.
  • the penalty value of the time change of the charging rate is provided in order to prevent the secondary battery 108 from deteriorating due to an excessive change in the charging rate of the secondary battery 108.
  • the penalty value of the operating range of the charging rate is provided to prevent the secondary battery 108 from deteriorating when the charging rate of the secondary battery 108 exceeds the operating range.
  • the penalty value of the charging rate at the time of arrival at the station is provided to maintain the charging rate of the secondary battery 108 to such an extent that the vehicle 100 can continue to travel after the vehicle 100 arrives at the station.
  • Evaluation value calculation unit 304 calculates an evaluation value indicating the appropriateness of the target charging rate based on the evaluation function.
  • the evaluation function is a function for obtaining the sum of values obtained by multiplying the power consumption calculated by the power consumption calculation unit 302 and the penalty value calculated by the penalty value calculation unit 303 by a predetermined coefficient.
  • the evaluation information recording unit 305 records the evaluation value calculated by the evaluation value calculation unit 304 in association with the target charging rate of each section used by the simulator unit 301 for the simulation in the evaluation information storage unit 306.
  • the evaluation information storage unit 306 stores an evaluation value calculated in the past and a target charging rate of each section when the evaluation value is obtained in association with each other.
  • the sensitivity calculation unit 307 is based on the evaluation value calculated by the evaluation value calculation unit 304 and the target charging rate of each section, and the magnitude of the change amount of the evaluation value with respect to the change amount of the target charging rate for a plurality of sections of the track.
  • the sensitivity which shows is calculated.
  • the target charge rate changing unit 310 increases or decreases the target charge rate of each section used by the simulator unit 301 for the previous simulation according to the sensitivity of each section calculated by the sensitivity calculation unit 307. Specifically, the degree of change in the target charging rate is increased in the section with higher sensitivity, and the degree of change in the target charging rate is decreased in the section with lower sensitivity.
  • the target charging rate determination unit 311 determines whether or not the minimum evaluation value stored in the evaluation information storage unit 306 has converged. When the target charging rate determination unit 311 determines that the minimum value of the evaluation value has converged, the target charging rate determination unit 311 determines the target charging rate of each section associated with the minimum evaluation value as the target speed used for traveling of the vehicle 100.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the target charging rate determination apparatus 400 according to the second embodiment of the present invention.
  • the simulator unit 301 of the target charging rate determination apparatus 400 simulates the travel of the vehicle 100 using a predetermined target speed for each section and an initial value of the target charging rate for each section (step S11). ).
  • the power consumption calculation unit 302 calculates the total power consumption value at each time from the simulation result by the simulator unit 301. Thereby, the power consumption calculation unit 302 calculates the power consumption when the vehicle 100 travels on the track based on the target speed (step S12).
  • the penalty value calculation unit 303 calculates a penalty value from the simulation result by the simulator unit 301 (step S13).
  • the penalty value calculation unit 303 calculates penalty values for the ride comfort, arrival time, arrival coordinates, speed limit, change in charging rate over time, operating range of charging rate, and charging rate upon arrival at the station.
  • the evaluation value calculation unit 304 calculates an evaluation value by substituting the power consumption calculated by the power consumption calculation unit 302 and each penalty value calculated by the penalty value calculation unit 303 into a predetermined evaluation function. (Step S14).
  • the evaluation information recording unit 305 records the evaluation value calculated by the evaluation value calculation unit 304 and the combination of the target charging rates used by the simulator unit 301 for the simulation in the evaluation information storage unit 306 (step). S15).
  • the target charging rate determination unit 311 determines whether or not the minimum evaluation value has converged (step S16). The target charging rate determination unit 311 determines convergence based on the evaluation value stored in the evaluation information storage unit 306.
  • the sensitivity calculation unit 307 calculates the sensitivity based on the evaluation value stored in the evaluation information storage unit 306 and the target charging rate of each section. Specifically, the sensitivity calculation unit 307 calculates the sensitivity for each section by performing partial differentiation on a predetermined function.
  • the function is a function in which the target charging rate of each section is an independent variable and the evaluation value is a dependent variable.
  • the target charge rate change unit 310 changes the target charge rate of each section used in the simulation by the previous simulator unit 301 (step S18). Specifically, the value of the target charging rate in the section with high sensitivity is changed relatively large, and the value of the target charging rate in the section with low sensitivity is changed relatively small. And it returns to step S11 and the driving
  • step S16 determines in step S16 that the minimum value of the evaluation value has converged (step S16: YES)
  • the target charging rate determination unit 311 stores the minimum value stored in the evaluation information storage unit 306.
  • the target charging rate associated with the evaluation value is determined as the target charging rate used for operation of vehicle 100 (step S19).
  • the target charging rate determination apparatus 400 can obtain the combination of the target charging rates that achieves the most energy saving while satisfying the conditions that the vehicle 100 should satisfy in the traveling on the track.
  • the target charging rate is optimized, the stable operation of the secondary battery 108 can be achieved regardless of changes due to deterioration of the secondary battery 108.
  • a target speed determination device 300 according to the third embodiment of the present invention is a combination of the target speed determination device 300 according to the first embodiment and the target charge rate determination device 400 according to the second embodiment. .
  • the target speed determination device 300 calculates the target speed and the target charging rate of each section for the vehicle 100 having the same configuration as the vehicle 100 according to the second embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic block diagram showing a configuration of a target speed determination device 300 according to the third embodiment of the present invention.
  • the same processing units as those of the target speed determination device 300 according to the first embodiment or the target charge rate determination device 400 according to the second embodiment will be described using the same reference numerals.
  • the target speed determination device 300 includes a target charging rate change unit 310 and a target charging rate determination unit 311 according to the second embodiment in addition to the configuration of the first embodiment.
  • the simulator unit 301 determines the vehicle 100 based on the target speed of each section input from the target speed change unit 308 and the target charge rate of each section input from the target charge rate change unit 310. Simulate driving.
  • the evaluation information recording unit 305 records the evaluation value, the target speed of each section, and the target charging rate of each section in the evaluation information storage unit 306 in association with each other.
  • the evaluation value is an evaluation value calculated by the evaluation value calculation unit 304.
  • the target speed of each section is the target speed used by the simulator unit 301 for the simulation.
  • the evaluation information storage unit 306 stores the evaluation value calculated in the past and the target speed and the target charging rate of each section when the evaluation value is obtained in association with each other.
  • the sensitivity calculation unit 307 calculates the sensitivity indicating the magnitude of the change amount of the evaluation value with respect to the change amount of the target charge rate with respect to the target speed and the target charge rate of the plurality of sections of the track.
  • the sensitivity calculation unit 307 calculates the sensitivity based on the evaluation value calculated by the evaluation value calculation unit 304, the target speed and the target charging rate of each section.
  • FIG. 9 is a flowchart showing the operation of the target speed determining apparatus 300 according to the third embodiment of the present invention.
  • the simulator unit 301 of the target speed determination device 300 simulates the traveling of the vehicle 100 using the initial values of the target speed and the target charging rate in each section (step S21).
  • the power consumption calculation unit 302 calculates the total power consumption value at each time from the simulation result by the simulator unit 301.
  • the power consumption calculation part 302 calculates the power consumption at the time of drive
  • the penalty value calculation unit 303 calculates a penalty value from the simulation result by the simulator unit 301 (step S23).
  • the penalty value calculation unit 303 calculates penalty values for the ride comfort, arrival time, arrival coordinates, speed limit, change in charging rate over time, operating range of charging rate, and charging rate upon arrival at the station.
  • the evaluation value calculation unit 304 calculates an evaluation value by substituting the power consumption calculated by the power consumption calculation unit 302 and each penalty value calculated by the penalty value calculation unit 303 into a predetermined evaluation function. (Step S24).
  • the evaluation information recording unit 305 records the evaluation value calculated by the evaluation value calculation unit 304 and the combination of the target speed and the target charging rate used by the simulator unit 301 for the simulation in the evaluation information storage unit 306 in association with each other. (Step S25). Next, the target speed determination unit 309 determines whether or not the minimum value of the evaluation value has converged based on the evaluation value stored in the evaluation information storage unit 306 (step S26).
  • the sensitivity calculation unit 307 determines the sensitivity to the evaluation value for the target speed and the target charging rate in each section. Calculate (step S27).
  • the sensitivity calculation unit 307 calculates the sensitivity based on the evaluation value stored in the evaluation information storage unit 306, the target speed and the target charging rate of each section. Specifically, the sensitivity calculation unit 307 calculates sensitivity for the target speed and the target charging rate of each section by performing partial differentiation on a predetermined function.
  • the function is a function in which the target speed and the target charging rate of each section are independent variables and the evaluation value is a dependent variable.
  • the target speed changing unit 308 changes the target speed of each section used in the simulation by the previous simulator unit 301 based on the sensitivity calculated by the sensitivity calculating unit 307. Further, the target charging rate changing unit 310 changes the target charging rate of each section used in the simulation by the previous simulator unit 301 based on the sensitivity calculated by the sensitivity calculating unit 307 (step S28). Then, the target speed determination device 300 returns to step S21 and performs a simulation of the traveling of the vehicle 100 using the changed target speed and target charge rate.
  • step S26 determines the target speed used for the operation of the vehicle 100.
  • the target speed determination unit 309 determines the target speed associated with the minimum evaluation value stored in the evaluation information storage unit 306 as the target speed used for the operation of the vehicle 100.
  • the target charging rate determination unit 311 determines the target charging rate associated with the minimum evaluation value stored in the evaluation information storage unit 306 as the target charging rate used for the operation of the vehicle 100 (step S29).
  • the target speed determination device 300 can obtain a combination of the target speed and the target charging rate that is the most energy-saving while satisfying the conditions that the vehicle 100 should satisfy in traveling on the track.
  • FIG. 10 is a schematic block diagram showing a configuration according to a modification of the third embodiment of the present invention.
  • the secondary battery 108 is connected to the current collector 101 via the DCDC converter 107, and the electric motor 102, the auxiliary machine 103, and the resistor 104 are directly connected to the current collector 101. It may be a configuration.
  • the target speed determination device 300, the target charging rate determination device 400, and the ATO device 200 described above have a computer system inside.
  • the operation of each processing unit described above is stored in a computer-readable non-temporary tangible recording medium in the form of a program.
  • the above processing is performed by the computer reading and executing this program.
  • the computer-readable non-temporary tangible recording medium includes a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, and the like.
  • the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer that has received the distribution may execute the program.
  • the program may be for realizing a part of the above-described functions. Furthermore, what can implement
  • the target speed determination device calculates the target speed for each section of the vehicle, not the traveling pattern of the vehicle. Thereby, the target speed determination apparatus can ensure the punctuality of travel of the vehicle regardless of changes in the weather and the number of passengers. Further, the target speed determination device determines the target speed of each section to a target speed that minimizes an evaluation value obtained by multiplying power consumption by a predetermined weight. Thereby, the target speed determination apparatus can reduce power consumption.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Vehicle 101 ... Current collection part 102 ... Electric motor 103 ... Auxiliary machine 104 ... Resistor 105 ... Safety brake 106 ... Discharge control part 107 ... DCDC converter 108 ... Secondary battery 109 ... Target charge rate memory
  • storage part 110 ... Charge / discharge power calculation Unit 200 ... ATO device 201 ... Target speed storage unit 202 ... Station stop target speed storage unit 203 ... Limited speed storage unit 204 ... Target speed selection unit 205 ... Speed calculation unit 206 ... Command value calculation unit 207 ... Acceleration / deceleration command unit 300 ... target speed determination device 301 ... simulator section 302 ... power consumption calculation section 303 ...
  • penalty value calculation section 304 ... evaluation value calculation section 305 ... evaluation information recording section 306 ; evaluation information storage section 307 ... sensitivity calculation section 308 ... target speed change section 309 ... target speed determination unit 310 ... target charge rate change Part 311 ... target charging rate decision unit

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Abstract

消費電力算出部は、線路の複数の区間における目標速度を設定する。消費電力算出部は、当該目標速度に基づいて線路を走行した場合の消費電力を算出する。目標速度変更部は、消費電力算出部に設定される複数の区間における目標速度の組み合わせを変更する。評価値算出部は、目標速度の組み合わせごとに、評価関数に基づいて評価値を算出する。評価関数は、消費電力算出部が算出した消費電力に所定の重みを乗算する関数である。目標速度決定部は、評価値が最も小さくなる目標速度の組み合わせを、車両の各区間における目標速度に決定する。

Description

目標速度決定装置、目標速度決定方法及びプログラム、並びに、車両制御装置及び車両
　本発明は、現在の速度と目標速度との差分に基づいて加減速を行う車両の目標速度を決定する目標速度決定装置、目標速度決定方法及びプログラム、並びに、目標速度決定装置が決定した目標速度に基づいて制御を行う車両制御装置及び車両に関する。
　本願は、２０１３年２月１５日に、日本に出願された特願２０１３－０２８３５５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　近年、交通システムの省エネルギー化への要望が強くなっている。特許文献１には、各種制約条件を満たした上で、消費電力を最小化する速度パターン生成手法が開示されている。速度パターンとは、時刻にブレーキのオン／オフ、力行のオン／オフを関連付けた情報のことである。
日本国特開平５－１９３５０２号公報
　車両の加速特性は、車両の乗客の人数や天候によって変化する。そのため、特許文献１に開示された技術によって決定された速度パターンで車両を走行させる場合、所定の各区間を必ずしも同じ時間で走行できるとは限らない。
　本発明の目的は、各区間を同じ時間で走行でき、かつ消費電力を小さくすることができる目標速度決定装置、目標速度決定方法及びプログラム、並びに、車両制御装置及び車両を提供することにある。
　本発明の第１の態様は、現在の速度と目標速度との差分に基づいて加減速を行う車両の目標速度を決定する目標速度決定装置である。第１の態様の目標速度決定装置は、消費電力算出部と、目標速度変更部と、評価値算出部と、目標速度決定部とを備える。消費電力算出部は、線路の複数の区間における目標速度を設定する。消費電力算出部は、当該目標速度に基づいて線路を走行した場合の消費電力を算出する。目標速度変更部は、消費電力算出部に設定される複数の区間における目標速度の組み合わせを変更する。評価値算出部は、目標速度の組み合わせごとに、評価関数に基づいて評価値を算出する。評価関数は、消費電力算出部が算出した消費電力に所定の重みを乗算する関数である。目標速度決定部は、評価値が最も小さくなる目標速度の組み合わせを、車両の各区間における目標速度に決定する。
　また、本発明の第２の態様は、感度算出部を備える第１の態様の目標速度決定装置である。感度算出部は、複数の区間について、目標速度の変化量に対する評価値の変化量の大きさを示す感度を算出する。当該評価値は、評価値算出部が算出した評価値である。目標速度変更部は、消費電力算出部が前回の消費電力の算出に用いた各区間の目標速度それぞれを、感度算出部が算出した当該区間の感度の高さに応じて増減させる。
　また、本発明の第３の態様は、ペナルティ値算出部を備える第１または第２の態様の目標速度決定装置である。ペナルティ値算出部は、ペナルティ値を算出する。ペナルティ値は、線路の走行において車両が満たすべき条件との乖離度を示す値である。評価関数は、消費電力に所定の重みを乗じた値とペナルティ値に消費電力の重みより大きい重みを乗じた値の総和をとるものである。
　また、本発明の第４の態様は、消費電力算出部と、評価値算出部と、目標充電率変更部と、目標充電率決定部とを備える第１から第３の何れかの態様の目標速度決定装置である。車両は、二次電池を備える。車両は、二次電池の現在の充電率と目標充電率との差分に基づいて当該二次電池の充放電を制御する。消費電力算出部は、複数の区間における目標速度及び目標充電率を設定する。消費電力算出部は、当該目標速度及び目標充電率に基づいて線路を走行した場合の消費電力を算出する。評価値算出部は、目標速度及び目標充電率の組み合わせごとに、評価値を算出する。目標充電率変更部は、消費電力算出部に設定される複数の区間における目標充電率の組み合わせを変更する。目標充電率決定部は、評価値が最も小さくなる前記目標充電率の組み合わせを、車両の各区間における目標充電率に決定する。
　また、本発明の第５の態様は、現在の速度と目標速度との差分に基づいて加減速を行う車両の目標速度を決定する目標速度決定装置を用いた目標速度決定方法である。消費電力算出部は、線路の複数の区間における目標速度を設定する。消費電力算出部は、当該目標速度に基づいて前記線路を走行した場合の消費電力を算出する。目標速度変更部は、消費電力算出部に設定される複数の区間における目標速度の組み合わせを変更する。評価値算出部は、目標速度の組み合わせごとに、評価関数に基づいて評価値を算出する。評価関数は、消費電力算出部が算出した消費電力に所定の重みを乗算する関数である。目標速度決定部は、評価値が最も小さくなる目標速度の組み合わせを、車両の各区間における目標速度に決定する。
　また、本発明の第６の態様は、コンピュータを、消費電力算出部、目標速度変更部、評価値算出部、目標速度決定部として機能させるためのプログラムである。当該コンピュータは、現在の速度と目標速度との差分に基づいて加減速を行う車両の目標速度を決定する目標速度決定装置のコンピュータである。消費電力算出部は、線路の複数の区間における目標速度を設定する。消費電力算出部は、当該目標速度に基づいて線路を走行した場合の消費電力を算出する。目標速度変更部は、消費電力算出部に設定される複数の区間における目標速度の組み合わせを変更する。評価値算出部は、目標速度の組み合わせごとに、評価関数に基づいて評価値を算出する。評価関数は、消費電力算出部が算出した消費電力に所定の重みを乗算する関数である。目標速度決定部は、評価値が最も小さくなる目標速度の組み合わせを、車両の各区間における目標速度に決定する。
　また、本発明の第７の態様は、第１から第４の何れかの態様の目標速度決定装置が決定した目標速度に基づいて車両の加速度を制御する車両制御装置である。
　また、本発明の第８の態様は、現在の速度と第１から第４の何れかの態様の目標速度決定装置が決定した目標速度との差分に基づいて加減速を行う車両である。
　上述した態様によれば、目標速度決定装置は、車両の走行パターンではなく、車両の区間ごとの目標速度を算出する。これにより、天候や乗客数の変化によらず、車両の走行の定時性を確保することができる。また、上述した態様によれば、目標速度決定装置は、各区間の目標速度を、消費電力に所定の重みを乗算して得られる評価値が最も小さくなるような目標速度に決定する。これにより、消費電力を小さくすることができる。
本発明の第１の実施形態に係る車両１００の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る目標速度決定装置３００の構成を示す概略ブロック図である。 複数の区間のうち１つの区間の目標速度のみを変更した場合の評価値の変化を示す図である。 本発明の第１の実施形態に係る目標速度決定装置３００の動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る車両１００の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る目標充電率決定装置４００の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る目標充電率決定装置４００の動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態に係る目標速度決定装置３００の構成を示す概略ブロック図である。 本発明の第３の実施形態に係る目標速度決定装置３００の動作を示すフローチャートである。 本発明の第３の実施形態の変形例に係る構成を示す概略ブロック図である。
《第１の実施形態》
　以下、図面を参照しながら第１の実施形態について詳しく説明する。
　第１の実施形態に係る目標速度決定装置は、車両の目標速度を決定する装置である。目標速度決定装置が決定した目標速度に基づいて走行する車両は、線路を複数の区間（例えば、閉塞区間）に分けたときに、各区間に目標速度を設定する。当該車両は、現在の速度と目標速度との差に基づいて加減速（ノッチの切り替え）を行う。具体的には、車両のＡＴＯ装置（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｔｒａｉｎ　Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ：自動列車運転）は現在速度が目標速度より所定値以上遅い場合に力行をオンに切り替える。ＡＴＯ装置は、現在速度と目標速度との差が所定値以下である場合に力行及びブレーキをオフ（惰行）に切り替える。ＡＴＯ装置は、現在速度が目標速度より所定値以上速い場合にブレーキをオンに切り替える。
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る車両１００の構成を示す概略ブロック図である。
　車両１００は、集電部１０１、電動機１０２、補機１０３、抵抗器１０４、保安ブレーキ１０５、放電制御部１０６、ＡＴＯ装置２００（車両制御装置）を備える。
　集電部１０１は、路線に設けられる架線から電気を得る。集電部１０１は、電動機１０２及び補機１０３に当該電気を供給する。集電部１０１は、電動機１０２の回生電力のうち、抵抗器１０４で消費されなかった回生電力を架線に供給する。
　電動機１０２は、集電部１０１から供給される電気により車両１００を加速させる。電動機１０２は、発電機として作動することで車両１００を減速させる。電動機１０２は、発電した回生電力をＳＩＶ（Ｓｔａｔｉｃ　ＩｎＶｅｒｔｅｒ：静止型インバータ）及び放電制御部１０６に供給する。電動機１０２は、ＶＶＶＦ（Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｖｏｌｔａｇｅ　Ｖａｒｉａｂｌｅ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ：可変電圧可変周波数）インバータを介して他の機器と接続されている。
　補機１０３は、車両１００に搭載される電動機１０２以外の機器である。補機１０３は、集電部１０１から供給される電力によって動作する。補機１０３の例としては、エアコンディショナなどが挙げられる。なお、補機１０３は、ＳＩＶを介して他の機器と接続されている。
　抵抗器１０４は、電動機１０２の回生電力を消費する。抵抗器は、回生電力の消費によって、その電圧を架線の許容電圧以下に減圧させる。
　保安ブレーキ１０５は、機械ブレーキである。保安ブレーキ１０５は、電動機１０２による回生ブレーキと別個に設けられる。保安ブレーキ１０５は、車両１００の速度が制限速度を超過した場合に駆動する。保安ブレーキ１０５は、駆動により車両１００を減速させる。
　放電制御部１０６は、電動機１０２の回生ブレーキによって生じる電力が補機１０３で消費される電力より大きい場合に、電動機１０２の回生電力を抵抗器１０４に供給する。
　ＡＴＯ装置２００は、電動機１０２の回転数から車両１００の速度を算出する。ＡＴＯ装置２００は、算出した速度に基づいて電動機１０２のノッチを制御する。すなわち、ＡＴＯ装置２００は、電動機１０２の回転数から算出された車両１００の速度に基づいて車両１００の加減速を制御する。
　ＡＴＯ装置２００は、目標速度記憶部２０１、駅停車時目標速度記憶部２０２、制限速度記憶部２０３、目標速度選択部２０４、速度算出部２０５、指令値算出部２０６、加減速指令部２０７を備える。
　目標速度記憶部２０１は、目標速度決定装置が決定した各区間における目標速度を記憶する。
　駅停車時目標速度記憶部２０２は、車両１００を駅の所定位置に停車させるための目標速度を記憶する。具体的には、駅手前の一定区間外の目標速度は、許容最大限の速度である。駅手前の一定区間内の目標速度は、距離に対して単調減少するように設定される。すなわち、駅に近づくほど目標速度は減少する。目標速度を適切に設定しておくことで、ＡＴＯ装置２００は、車両１００を確実に駅の所定位置に停車させることができる。なお、駅に停車するまでのロジックはこれに限られず、ＡＴＯ装置２００によって異なるものであっても良い。
　制限速度記憶部２０３は、各区間における制限速度を記憶する。例えば、線路のうち勾配やカーブがある区間は制限速度が低く設定される。
　目標速度選択部２０４は、目標速度記憶部２０１が記憶する目標速度と駅停車時目標速度記憶部２０２が記憶する目標速度のうち値の低いものを、車両１００の制御に用いる目標速度として選択する。
　速度算出部２０５は、電動機１０２の回転数に基づいて車両１００の速度を算出する。
　指令値算出部２０６は、目標速度選択部２０４が選択した目標速度と速度算出部２０５が算出した速度との差について比例制御をかける。これにより、指令値算出部２０６は、電動機１０２を制御するためのブレーキのオン・オフ及び力行のオン・オフを示すノッチ指令値を算出する。
　加減速指令部２０７は、速度算出部２０５が算出した速度と制限速度記憶部２０３が記憶する制限速度とに基づいて車両１００を制御する。具体的には、加減速指令部２０７は、速度算出部２０５が算出した速度が制限速度を超える場合に保安ブレーキ１０５を起動させる。加減速指令部２０７は、速度算出部２０５が算出した速度が制限速度以内である場合に、指令値算出部２０６が算出したノッチ指令値を電動機１０２に出力する。
　上述した車両１００の運行に用いる目標速度を決定する目標速度決定装置３００について説明する。
　図２は、第１の実施形態に係る目標速度決定装置３００の構成を示す概略ブロック図である。
　目標速度決定装置３００は、シミュレータ部３０１、消費電力算出部３０２、ペナルティ値算出部３０３、評価値算出部３０４、評価情報記録部３０５、評価情報記憶部３０６、感度算出部３０７、目標速度変更部３０８、目標速度決定部３０９を備える。
　シミュレータ部３０１は、線路データ及び車両データ、並びに各区間の目標速度に基づいて車両１００の走行をシミュレートする。線路データ及び車両データは、予め入力されたデータである。各区間の目標速度は、目標速度変更部３０８から入力されるデータである。線路データには、駅の位置、駅間走行時間、区間ごとの制限速度、線路のカーブ及び勾配などの情報が含まれる。車両データには、編成数、車両重量、乗車定員などの情報が含まれる。また、シミュレータ部３０１は、シミュレーションの結果として時刻ごとに、車両１００の消費電力、車両１００が駅に到着したか否か、車両１００の座標、ノッチパターン、車両１００の速度を出力する。
　消費電力算出部３０２は、車両１００が線路の走行に要した総消費電力を算出する。消費電力算出部３０２は、シミュレータ部３０１によるシミュレーションの結果に基づいて、総消費電力を算出する。
　ペナルティ値算出部３０３は、ペナルティ値を算出する。ペナルティ値とは、シミュレータ部３０１によるシミュレーションの結果と線路の走行において車両１００が満たすべき条件との乖離度を示す値である。線路の走行において車両１００が満たすべき条件としては、例えば、ジャークリミット、駅の到着時刻、駅の到着座標、制限速度などが挙げられる。なお、ジャークリミットとは、車両１００のジャーク値（加速度の時間変化率、加加速度）の上限を示す。車両１００のジャーク値が高いほど乗り心地が悪くなることが知られている。本実施形態においてペナルティ値算出部３０３は、車両１００の乗り心地、到着時刻、到着座標、及び制限速度について、それぞれペナルティ値を算出する。なお、本実施形態では、ペナルティ値算出部３０３は、制限値からの超過幅の二乗を、ペナルティ値として算出する。本発明の実施形態はこれに限られず、例えば、ペナルティ値算出部３０３は、制限値からの超過幅の四乗によりペナルティ値を算出しても良い。つまり、ペナルティ値算出部３０３は、超過幅が大きいほどペナルティ値が大きくなるように、ペナルティ値を算出する。
　評価値算出部３０４は、評価関数に基づいて、目標速度の適正度を示す評価値を算出する。評価関数は、消費電力算出部３０２が算出した消費電力及びペナルティ値算出部３０３が算出したペナルティ値にそれぞれ所定の係数を乗算した値の総和を求める関数である。評価関数において、ペナルティ値に掛かる係数は、消費電力に掛かる係数より十分に大きい値とする。例えば、ペナルティ値に係る係数は、桁あふれが生じない程度の値にすることが好ましい。これにより、線路の走行において車両１００が満たすべき条件を満たさない場合に評価値が高い値となる。なお、評価値はその値が低いほど目標速度が適正であることを示す。
　図３は、複数の区間のうち１つの区間の目標速度のみを変更した場合の評価値の変化を示す図である。
　図３では、ある区間の目標速度をＶ１以下としてシミュレーションを行った場合に、車両１００が定刻に駅に到着しないというシミュレーション結果が出た例を示している。この場合、ペナルティ値算出部３０３は、予め定められた到着時刻とシミュレーション結果の到着時刻との差の時間の二乗に、所定の係数を乗じた値をペナルティ値として算出する。これにより、目標速度がＶ１より小さくなるほど評価値は高い値となる。
　また、図３では、ある区間の目標速度をＶ２以上としてシミュレーションを行った場合に、車両１００の速度が制限速度を超えるというシミュレーション結果が出た例を示している。この場合、ペナルティ値算出部３０３は、予め定められた制限速度とシミュレーション結果の速度との差の二乗に、所定の係数を乗じた値をペナルティ値として算出する。これにより、目標速度がＶ２より大きくなるほど評価値は高い値となる。
　また、ペナルティ値に乗算される係数は、上述したように消費電力に掛かる係数より十分に大きい値である。これにより、目標速度決定装置３００は、評価値が低い値となる目標速度を選択することで、線路の走行において車両１００が満たすべき条件を満たした上で、消費電力が小さくなる目標速度を特定することができる。
　評価情報記録部３０５は、評価値と各区間の目標速度とを関連付けて評価情報記憶部３０６に記録する。当該評価値は、評価値算出部３０４が算出した評価値である。各区間の目標速度は、シミュレータ部３０１がシミュレーションに使用した目標速度である。
　評価情報記憶部３０６は、過去に算出された評価値と当該評価値を得たときの各区間の目標速度とを関連付けて記憶する。
　感度算出部３０７は、線路の複数の区間について、目標速度の変化量に対する評価値の変化量の大きさを示す感度を算出する。感度算出部３０７は、評価値算出部３０４が算出した評価値と各区間の目標速度とに基づいて感度を算出する。感度算出部３０７は、各区間の目標速度を独立変数とし評価値を従属変数とする式を偏微分し、その傾きを調べることにより感度を算出する。
　目標速度変更部３０８は、各区間の目標速度それぞれを、感度算出部３０７が算出した各区間の感度に応じて増減させる。各区間の目標速度とは、シミュレータ部３０１が前回のシミュレーションに用いた目標速度である。具体的には、目標速度変更部３０８は、感度が高い区間ほど目標速度の変化度を大きくする。目標速度変更部３０８は、感度が低い区間ほど目標速度の変化度を小さくする。
　目標速度決定部３０９は、評価情報記憶部３０６が記憶する評価値の最小値が収束したか否かを判定する。目標速度決定部３０９は、評価値の最小値が収束したと判定した場合に、最小の評価値に関連付けられた各区間の目標速度を、車両１００の走行に用いる目標速度に決定する。
　次に、第１の実施形態に係る目標速度決定装置３００の動作について説明する。
　図４は、第１の実施形態に係る目標速度決定装置３００の動作を示すフローチャートである。
　まず、目標速度決定装置３００のシミュレータ部３０１は、各区間の目標速度の初期値を用いて、車両１００の走行をシミュレートする（ステップＳ１）。次に、消費電力算出部３０２は、車両１００が目標速度に基づいて線路を走行した場合の消費電力を算出する（ステップＳ２）。消費電力算出部３０２は、シミュレータ部３０１によるシミュレーション結果から、各時刻における消費電力値の総和を算出することで、当該消費電力を算出する。
　また、ペナルティ値算出部３０３は、シミュレータ部３０１によるシミュレーション結果から、ペナルティ値を算出する（ステップＳ３）。ペナルティ値算出部３０３は、車両１００の乗り心地、到着時刻、到着座標、及び制限速度について、それぞれペナルティ値を算出する。具体的には、ペナルティ値算出部３０３は、シミュレーション結果におけるノッチ時間変化量が、予め定められた最低限の乗り心地を得るためのノッチ時間変化量より大きい場合に、その差の二乗を乗り心地のペナルティ値として算出する。また、ペナルティ値算出部３０３は、シミュレーション結果における駅への到着時刻が、予め定められた到着時刻より遅い場合に、その差の二乗を到着時刻のペナルティ値として算出する。また、ペナルティ値算出部３０３は、シミュレーション結果における駅の到着座標と予め定められた到着座標との差の二乗を到着座標のペナルティ値として算出する。また、ペナルティ値算出部３０３は、シミュレーション結果における車両１００の速度が、予め定められた制限速度より速い場合に、その差の二乗を制限速度のペナルティ値として算出する。
　次に、評価値算出部３０４は、消費電力算出部３０２が算出した消費電力とペナルティ値算出部３０３が算出した各ペナルティ値とを、所定の評価関数に代入することで、評価値を算出する（ステップＳ４）。評価関数は、消費電力及び各ペナルティ値のそれぞれに所定の係数を乗算した値の総和をとる関数である。上述したように、ペナルティ値の係数は消費電力の係数より大きく、桁あふれが生じない程度の値である。
　次に、評価情報記録部３０５は、評価値算出部３０４が算出した評価値と、シミュレータ部３０１がシミュレーションに用いた目標速度の組み合わせとを、関連付けて評価情報記憶部３０６に記録する（ステップＳ５）。次に、目標速度決定部３０９は、評価情報記憶部３０６が記憶する評価値に基づいて、評価値の最小値が収束したか否を判定する（ステップＳ６）。本実施形態では、収束計算の手法としては、内点法を用いる。これに限られず、他の実施形態では、目標速度決定部３０９は、例えば最後に算出された所定数の評価値の偏差が所定値以内である場合に、収束したと判定しても良い。
　目標速度決定部３０９が、評価値の最小値が収束していないと判定した場合（ステップＳ６：ＮＯ）、感度算出部３０７は、各区間における評価値に対する感度を算出する（ステップＳ７）。感度算出部は、評価情報記憶部３０６が記憶する評価値と各区間の目標速度に基づいて、感度を算出する。具体的には、感度算出部３０７は、所定の関数について偏微分を行うことで、各区間について感度を算出する。当該関数は、各区間の目標速度を独立変数とし、評価値を従属変数とする関数である。なお、本実施形態では、感度計算の手法としては、アジョイント法を用いる。
　次に、目標速度変更部３０８は、シミュレータ部３０１が前回のシミュレーションに用いた各区間の目標速度を変更する（ステップＳ８）。目標速度変更部３０８は、感度算出部３０７が算出した感度に基づいて、目標速度を変更する。具体的には、目標速度変更部３０８は、感度が高い区間の目標速度の値を相対的に大きく変化させる。目標速度変更部３０８は、感度が低い区間の目標速度の値を相対的に小さく変化させる。本実施形態では、目標速度の変更方法としては、準ニュートン法を用いる。
　そして、ステップＳ１に戻り、変更後の目標速度を用いて車両１００の走行のシミュレーションを行う。
　他方、目標速度決定部３０９がステップＳ６において、評価値の最小値が収束したと判定した場合（ステップＳ６：ＹＥＳ）、目標速度決定部３０９は、車両１００の運行に用いる目標速度を決定する（ステップＳ９）。目標速度決定部３０９は、評価情報記憶部３０６が記憶する最小の評価値に関連付けられた目標速度を、車両１００の運行に用いる目標速度を決定する。
　これにより、目標速度決定装置３００は、線路の走行において車両１００が満たすべき条件を満たしつつ、最も省エネルギーとなる目標速度の組み合わせを得ることができる。また、目標速度決定装置３００は、天候や乗客数の変化に依らず、運行の定時性を確保することができる。これは、目標速度決定装置３００が、最適なノッチパターンではなく、最適な目標速度を算出し、車両１００を当該目標速度に基づいて走行させるためである。
《第２の実施形態》
　次に、図面を参照しながら本発明の第２の実施形態について詳しく説明する。
　本発明の第２の実施形態として、車両に搭載される二次電池の目標充電率を算出する目標充電率決定装置について説明する。第２の実施形態に係る目標充電率決定装置は、第１の実施形態に係る目標速度決定装置３００と異なる構成の車両１００の目標速度を決定する。
　図５は、本発明の第２の実施形態に係る車両１００の構成を示す概略ブロック図である。ここで、第１の実施形態に係る車両１００と同じ構成については、同じ符号を用いて説明する。
　車両１００は、第１の実施形態に係る車両１００の構成に加えて、ＤＣＤＣコンバータ１０７、二次電池１０８、目標充電率記憶部１０９、充放電電力算出部１１０を備える。
　ＤＣＤＣコンバータ１０７は、集電部１０１が電動機１０２、補機１０３、二次電池１０８に供給する電力量を制御する。
　二次電池１０８は、集電部１０１が供給する電気及び電動機１０２が生成した電気を充電する。二次電池１０８は、充電した電気を放電して電動機１０２及び補機１０３に供給する。
　目標充電率記憶部１０９は、目標充電率決定装置が算出した線路の各区間における二次電池１０８の目標充電率を記憶する。
　充放電電力算出部１１０は、二次電池１０８の充電率と目標充電率記憶部１０９が記憶する目標充電率との差について比例制御をかける。これにより、充放電電力算出部１１０は、二次電池１０８の充放電に要する電力を算出する。
　第２の実施形態に係る車両１００の放電制御部１０６は、ＤＣＤＣコンバータ１０７に出力させる電力と二次電池１０８に充放電させる電力を算出する。放電制御部１０６は、充放電電力が算出した充放電電力、ＤＣＤＣコンバータ１０７の電力制限値、並びに電動機１０２及び補機１０３が要する電力に基づいてＤＣＤＣコンバータ１０７に出力させる電力と二次電池１０８に充放電させる電力を算出する。
　次に、上述した車両１００の運行に用いる二次電池１０８の目標充電率を決定する目標充電率決定装置４００について説明する。
　図６は、本発明の第２の実施形態に係る目標充電率決定装置４００の構成を示す概略ブロック図である。ここで、第１の実施形態に係る目標速度決定装置３００と同じ処理部については、同じ符号を用いて説明する。
　目標充電率決定装置４００は、シミュレータ部３０１、消費電力算出部３０２、ペナルティ値算出部３０３、評価値算出部３０４、評価情報記録部３０５、評価情報記憶部３０６、感度算出部３０７、目標充電率変更部３１０、目標充電率決定部３１１を備える。
　シミュレータ部３０１は、線路データ、車両データ及び各区間の目標速度、並びに各区間の目標充電率に基づいて、車両１００の走行をシミュレートする。
線路データ、車両データ及び各区間の目標速度は、予め入力されたデータである。各区間の目標充電率は、目標充電率変更部３１０から入力されるデータである。つまり、第２の実施形態に係るシミュレータ部３０１においては、同じ目標速度を用いて車両１００の走行をシミュレートする。
　消費電力算出部３０２は、シミュレータ部３０１によるシミュレーションの結果に基づいて、車両１００が線路の走行に要した総消費電力を算出する。
　ペナルティ値算出部３０３は、ペナルティ値を算出する。ペナルティ値は、シミュレータ部３０１によるシミュレーションの結果と線路の走行において車両１００が満たすべき条件との乖離度を示す値である。第２の実施形態に係るペナルティ値算出部３０３は、第１の実施形態に係るペナルティ値算出部３０３が算出するペナルティ値に加えて、充電率の時間変化、充電率の運用範囲、及び駅到着時の充電率についてのペナルティ値も算出する。充電率の時間変化のペナルティ値は、二次電池１０８の充電率の変化が過大となって二次電池１０８が劣化することを防ぐために設けられる。充電率の運用範囲のペナルティ値は、二次電池１０８の充電率が運用範囲を超えて二次電池１０８が劣化することを防ぐために設けられる。駅到着時の充電率のペナルティ値は、車両１００が駅に到着した後も、当該車両１００による引き続きの走行ができる程度に二次電池１０８の充電率を保持するために設けられる。
　評価値算出部３０４は、評価関数に基づいて、目標充電率の適正度を示す評価値を算出する。評価関数は、消費電力算出部３０２が算出した消費電力及びペナルティ値算出部３０３が算出したペナルティ値にそれぞれ所定の係数を乗算した値の総和を求める関数である。
　評価情報記録部３０５は、評価値算出部３０４が算出した評価値とシミュレータ部３０１がシミュレーションに使用した各区間の目標充電率とを関連付けて評価情報記憶部３０６に記録する。
　評価情報記憶部３０６は、過去に算出された評価値と当該評価値を得たときの各区間の目標充電率とを関連付けて記憶する。
　感度算出部３０７は、評価値算出部３０４が算出した評価値と各区間の目標充電率とに基づいて、線路の複数の区間について、目標充電率の変化量に対する評価値の変化量の大きさを示す感度を算出する。
　目標充電率変更部３１０は、シミュレータ部３０１が前回のシミュレーションに用いた各区間の目標充電率それぞれを、感度算出部３０７が算出した各区間の感度に応じて増減させる。具体的には、感度が高い区間ほど目標充電率の変化度を大きくし、感度が低い区間ほど目標充電率の変化度を小さくする。
　目標充電率決定部３１１は、評価情報記憶部３０６が記憶する評価値の最小値が収束したか否かを判定する。目標充電率決定部３１１は、評価値の最小値が収束したと判定した場合に、最小の評価値に関連付けられた各区間の目標充電率を、車両１００の走行に用いる目標速度に決定する。
　次に、本発明の第２の実施形態に係る目標充電率決定装置４００の動作について説明する。
　図７は、本発明の第２の実施形態に係る目標充電率決定装置４００の動作を示すフローチャートである。
　まず、目標充電率決定装置４００のシミュレータ部３０１は、予め定められた各区間の目標速度と、各区間の目標充電率の初期値とを用いて、車両１００の走行をシミュレートする（ステップＳ１１）。次に、消費電力算出部３０２は、シミュレータ部３０１によるシミュレーション結果から、各時刻における消費電力値の総和を算出する。これにより、消費電力算出部３０２は、車両１００が目標速度に基づいて線路を走行した場合の消費電力を算出する（ステップＳ１２）。
　また、ペナルティ値算出部３０３は、シミュレータ部３０１によるシミュレーション結果から、ペナルティ値を算出する（ステップＳ１３）。ペナルティ値算出部３０３は、車両１００の乗り心地、到着時刻、到着座標、制限速度、充電率の時間変化、充電率の運用範囲、及び駅到着時の充電率について、それぞれペナルティ値を算出する。次に、評価値算出部３０４は、消費電力算出部３０２が算出した消費電力とペナルティ値算出部３０３が算出した各ペナルティ値とを、所定の評価関数に代入することで、評価値を算出する（ステップＳ１４）。
　次に、評価情報記録部３０５は、評価値算出部３０４が算出した評価値と、シミュレータ部３０１がシミュレーションに用いた目標充電率の組み合わせとを、関連付けて評価情報記憶部３０６に記録する（ステップＳ１５）。次に、目標充電率決定部３１１は、評価値の最小値が収束したか否を判定する（ステップＳ１６）。目標充電率決定部３１１は、評価情報記憶部３０６が記憶する評価値に基づいて、収束を判定する。
　目標充電率決定部３１１が、評価値の最小値が収束していないと判定した場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、各区間における評価値に対する感度を算出する（ステップＳ１７）。目標充電率決定部３１１は、感度算出部３０７は、評価情報記憶部３０６が記憶する評価値と各区間の目標充電率に基づいて感度を算出する。具体的には、感度算出部３０７は、所定の関数について偏微分を行うことで、各区間について感度を算出する。当該関数は、各区間の目標充電率を独立変数とし、評価値を従属変数とする関数である。
　次に、目標充電率変更部３１０は、感度算出部３０７が算出した感度に基づいて、前回シミュレータ部３０１がシミュレーションに用いた各区間の目標充電率を変更する（ステップＳ１８）。具体的には、感度が高い区間の目標充電率の値を相対的に大きく変化させ、感度が低い区間の目標充電率の値を相対的に小さく変化させる。
　そして、ステップＳ１１に戻り、変更後の目標充電率を用いて車両１００の走行のシミュレーションを行う。
　他方、目標充電率決定部３１１がステップＳ１６において、評価値の最小値が収束したと判定した場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、目標充電率決定部３１１は、評価情報記憶部３０６が記憶する最小の評価値に関連付けられた目標充電率を、車両１００の運行に用いる目標充電率に決定する（ステップＳ１９）。
　これにより、目標充電率決定装置４００は、線路の走行において車両１００が満たすべき条件を満たしつつ、最も省エネルギーとなる目標充電率の組み合わせを得ることができる。また、第２の実施形態では、目標充電率を最適化しているため、二次電池１０８の劣化による変化に依らず、二次電池１０８の安定運用を図ることができる。
《第３の実施形態》
　次に、図面を参照しながら本発明の第３の実施形態について詳しく説明する。
　本発明の第３の実施形態に係る目標速度決定装置３００は、第１の実施形態に係る目標速度決定装置３００と第２の実施形態に係る目標充電率決定装置４００とを組み合わせたものである。目標速度決定装置３００は、第２の実施形態に係る車両１００と同じ構成の車両１００について、各区間の目標速度及び目標充電率を算出する。
　図８は、本発明の第３の実施形態に係る目標速度決定装置３００の構成を示す概略ブロック図である。第１の実施形態に係る目標速度決定装置３００または第２の実施形態に係る目標充電率決定装置４００と同じ処理部については、同じ符号を用いて説明する。
　目標速度決定装置３００は、第１の実施形態の構成に加えて、第２の実施形態に係る目標充電率変更部３１０及び目標充電率決定部３１１を備える。
　第３の実施形態において、シミュレータ部３０１は、目標速度変更部３０８から入力される各区間の目標速度と目標充電率変更部３１０から入力される各区間の目標充電率に基づいて、車両１００の走行をシミュレートする。評価情報記録部３０５は、評価値と各区間の目標速度と各区間の目標充電率とを関連付けて評価情報記憶部３０６に記録する。当該評価値は、評価値算出部３０４が算出した評価値である。各区間の目標速度は、シミュレータ部３０１がシミュレーションに使用した目標速度である。評価情報記憶部３０６は、過去に算出された評価値と当該評価値を得たときの各区間の目標速度及び目標充電率とを関連付けて記憶する。感度算出部３０７は、線路の複数の区間の目標速度と目標充電率とについて、目標充電率の変化量に対する評価値の変化量の大きさを示す感度を算出する。感度算出部３０７は、評価値算出部３０４が算出した評価値と各区間の目標速度及び目標充電率とに基づいて、感度を算出する。
　次に、本発明の第３の実施形態に係る目標速度決定装置３００の動作について説明する。
　図９は、本発明の第３の実施形態に係る目標速度決定装置３００の動作を示すフローチャートである。
　まず、目標速度決定装置３００のシミュレータ部３０１は、各区間の目標速度及び目標充電率の初期値を用いて、車両１００の走行をシミュレートする（ステップＳ２１）。次に、消費電力算出部３０２は、シミュレータ部３０１によるシミュレーション結果から、各時刻における消費電力値の総和を算出する。これにより、消費電力算出部３０２は、線路を走行した場合の消費電力を算出する（ステップＳ２２）。つまり、消費電力算出部３０２は、車両１００が目標速度及び目標充電率に基づいて、線路を走行した場合の消費電力を算出する。
　また、ペナルティ値算出部３０３は、シミュレータ部３０１によるシミュレーション結果から、ペナルティ値を算出する（ステップＳ２３）。ペナルティ値算出部３０３は、車両１００の乗り心地、到着時刻、到着座標、制限速度、充電率の時間変化、充電率の運用範囲、及び駅到着時の充電率について、それぞれペナルティ値を算出する。次に、評価値算出部３０４は、消費電力算出部３０２が算出した消費電力とペナルティ値算出部３０３が算出した各ペナルティ値とを、所定の評価関数に代入することで、評価値を算出する（ステップＳ２４）。
　次に、評価情報記録部３０５は、評価値算出部３０４が算出した評価値と、シミュレータ部３０１がシミュレーションに用いた目標速度及び目標充電率の組み合わせとを、関連付けて評価情報記憶部３０６に記録する（ステップＳ２５）。次に、目標速度決定部３０９は、評価情報記憶部３０６が記憶する評価値に基づいて、評価値の最小値が収束したか否を判定する（ステップＳ２６）。
　目標速度決定部３０９が、評価値の最小値が収束していないと判定した場合（ステップＳ２６：ＮＯ）、感度算出部３０７は、各区間の目標速度と目標充電率とについて評価値に対する感度を算出する（ステップＳ２７）。感度算出部３０７は、評価情報記憶部３０６が記憶する評価値と各区間の目標速度と目標充電率とに基づいて、感度を算出する。具体的には、感度算出部３０７は、所定の関数について偏微分を行うことで、各区間の目標速度と目標充電率とについて感度を算出する。当該関数は、各区間の目標速度及び目標充電率を独立変数とし、評価値を従属変数とする関数である。
　次に、目標速度変更部３０８は、感度算出部３０７が算出した感度に基づいて、前回シミュレータ部３０１がシミュレーションに用いた各区間の目標速度を変更する。また、目標充電率変更部３１０は、感度算出部３０７が算出した感度に基づいて、前回シミュレータ部３０１がシミュレーションに用いた各区間の目標充電率を変更する（ステップＳ２８）。
　そして、目標速度決定装置３００は、ステップＳ２１に戻り、変更後の目標速度及び目標充電率を用いて車両１００の走行のシミュレーションを行う。
　他方、目標速度決定部３０９がステップＳ２６において、評価値の最小値が収束したと判定した場合（ステップＳ２６：ＹＥＳ）、目標速度決定部３０９は、車両１００の運行に用いる目標速度を決定する。目標速度決定部３０９は、評価情報記憶部３０６が記憶する最小の評価値に関連付けられた目標速度を、車両１００の運行に用いる目標速度に決定する。また、目標充電率決定部３１１は、評価情報記憶部３０６が記憶する最小の評価値に関連付けられた目標充電率を、車両１００の運行に用いる目標充電率に決定する（ステップＳ２９）。
　これにより、目標速度決定装置３００は、線路の走行において車両１００が満たすべき条件を満たしつつ、最も省エネルギーとなる目標速度及び目標充電率の組み合わせを得ることができる。
　以上、図面を参照していくつかの実施形態について詳しく説明した。しかしながら、具体的な構成は上述のものに限られることはない。具体的な構成は、要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。
　例えば、第３の実施形態に係る車両１００は、電動機１０２、補機１０３、抵抗器１０４及び二次電池１０８がそれぞれＤＣＤＣコンバータ１０７を介して集電部１０１に接続される場合について説明したが、これに限られない。
　図１０は、本発明の第３の実施形態の変形例に係る構成を示す概略ブロック図である。
　車両１００は、図１０に示すように、二次電池１０８がＤＣＤＣコンバータ１０７を介して集電部１０１に接続され、電動機１０２、補機１０３及び抵抗器１０４が直接集電部１０１と接続される構成であっても良い。
　上述の目標速度決定装置３００及び目標充電率決定装置４００、並びにＡＴＯ装置２００は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な一時的でない有形の記録媒体に記憶されている。このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な一時的でない有形の記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
　また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
　目標速度決定装置は、車両の走行パターンではなく、車両の区間ごとの目標速度を算出する。これにより、目標速度決定装置は、天候や乗客数の変化によらず、車両の走行の定時性を確保することができる。また、目標速度決定装置は、各区間の目標速度を、消費電力に所定の重みを乗算して得られる評価値が最も小さくなるような目標速度に決定する。これにより、目標速度決定装置は、消費電力を小さくすることができる。
　１００…車両　１０１…集電部　１０２…電動機　１０３…補機　１０４…抵抗器　１０５…保安ブレーキ　１０６…放電制御部　１０７…ＤＣＤＣコンバータ　１０８…二次電池　１０９…目標充電率記憶部　１１０…充放電電力算出部　２００…ＡＴＯ装置　２０１…目標速度記憶部　２０２…駅停車時目標速度記憶部　２０３…制限速度記憶部　２０４…目標速度選択部　２０５…速度算出部　２０６…指令値算出部　２０７…加減速指令部　３００…目標速度決定装置　３０１…シミュレータ部　３０２…消費電力算出部　３０３…ペナルティ値算出部　３０４…評価値算出部　３０５…評価情報記録部　３０６…評価情報記憶部　３０７…感度算出部　３０８…目標速度変更部　３０９…目標速度決定部　３１０…目標充電率変更部　３１１…目標充電率決定部

Claims (8)

  1. 　現在の速度と目標速度との差分に基づいて加減速を行う車両の目標速度を決定する目標速度決定装置であって、
    　線路の複数の区間における目標速度を設定して、当該目標速度に基づいて前記線路を走行した場合の消費電力を算出する消費電力算出部と、
    　前記消費電力算出部に設定される前記複数の区間における目標速度の組み合わせを変更する目標速度変更部と、
    　前記目標速度の組み合わせごとに、前記消費電力算出部が算出した消費電力に所定の重みを乗算する評価関数に基づいて評価値を算出する評価値算出部と、
    　前記評価値が最も小さくなる前記目標速度の組み合わせを、前記車両の各区間における目標速度に決定する目標速度決定部と
    　を備える目標速度決定装置。
  2. 　前記複数の区間について、目標速度の変化量に対する前記評価値算出部が算出した評価値の変化量の大きさを示す感度を算出する感度算出部を備え、
    　前記目標速度変更部は、前記消費電力算出部が前回の消費電力の算出に用いた各区間の目標速度それぞれを、前記感度算出部が算出した当該区間の感度の高さに応じて増減させる
    　請求項１に記載の目標速度決定装置。
  3. 　前記線路の走行において前記車両が満たすべき条件との乖離度を示すペナルティ値を算出するペナルティ値算出部を備え、
    　前記評価関数は、前記消費電力に所定の重みを乗じた値と前記ペナルティ値に前記消費電力の重みより大きい重みを乗じた値の総和をとるものである
    　請求項１または請求項２に記載の目標速度決定装置。
  4. 　前記車両は、二次電池を備え、当該二次電池の現在の充電率と目標充電率との差分に基づいて当該二次電池の充放電を制御する車両であって、
    　前記消費電力算出部は、複数の区間における目標速度及び目標充電率を設定して、当該目標速度及び目標充電率に基づいて前記線路を走行した場合の消費電力を算出し、
    　前記評価値算出部は、前記目標速度及び前記目標充電率の組み合わせごとに、前記評価値を算出し、
    　前記消費電力算出部に設定される前記複数の区間における目標充電率の組み合わせを変更する目標充電率変更部と、
    　前記評価値が最も小さくなる前記目標充電率の組み合わせを、前記車両の各区間における目標充電率に決定する目標充電率決定部と
    　を備える請求項１から請求項３の何れか１項に記載の目標速度決定装置。
  5. 　現在の速度と目標速度との差分に基づいて加減速を行う車両の目標速度を決定する目標速度決定装置を用いた目標速度決定方法であって、
    　消費電力算出部は、線路の複数の区間における目標速度を設定して、当該目標速度に基づいて前記線路を走行した場合の消費電力を算出し、
    　目標速度変更部は、前記消費電力算出部に設定される前記複数の区間における目標速度の組み合わせを変更し、
    　評価値算出部は、前記目標速度の組み合わせごとに、前記消費電力算出部が算出した消費電力に所定の重みを乗算する評価関数に基づいて評価値を算出し、
    　目標速度決定部は、前記評価値が最も小さくなる前記目標速度の組み合わせを、前記車両の各区間における目標速度に決定する
    　目標速度決定方法。
  6. 　現在の速度と目標速度との差分に基づいて加減速を行う車両の目標速度を決定する目標速度決定装置のコンピュータを、
    　線路の複数の区間における目標速度を設定して、当該目標速度に基づいて前記線路を走行した場合の消費電力を算出する消費電力算出部、
    　前記消費電力算出部に設定される前記複数の区間における目標速度の組み合わせを変更する目標速度変更部、
    　前記目標速度の組み合わせごとに、前記消費電力算出部が算出した消費電力に所定の重みを乗算する評価関数に基づいて評価値を算出する評価値算出部、
    　前記評価値が最も小さくなる前記目標速度の組み合わせを、前記車両の各区間における目標速度に決定する目標速度決定部
    　として機能させるためのプログラム。
  7. 　請求項１に記載の目標速度決定装置が決定した目標速度に基づいて前記車両の加速度を制御する車両制御装置。
  8. 　現在の速度と請求項１に記載の目標速度決定装置が決定した目標速度との差分に基づいて加減速を行う車両。
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