WO2015098521A1 - 運転曲線作成装置、運転支援装置、運転制御装置および運転曲線作成方法 - Google Patents

運転曲線作成装置、運転支援装置、運転制御装置および運転曲線作成方法 Download PDF

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WO2015098521A1
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speed
curve
coasting
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driving
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英明 行木
雄史 鴨
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株式会社東芝
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a driving curve creation device, a driving support device, a driving control device, and a driving curve creation method.
  • the driving curve when the distance between stations where the train travels is relatively short is that after accelerating to the vicinity of the maximum speed, it shifts to coasting, and when approaching the next station, the brake is applied to decelerate and stop,
  • a general pattern is that the vehicle travels at a constant speed while maintaining a predetermined speed and decelerates and stops by applying a brake when approaching the next station.
  • the coasting section When traveling in such a pattern, the coasting section is extended according to the margin of travel between stations, the turning point between the constant speed part and the deceleration part, the vicinity of the turning point between the acceleration part and the deceleration part, that is, power running Subsequent replacement of the portion where the brake is operated with coasting can minimize the operation of the driving device and reduce loss lost as heat, thereby reducing energy consumption.
  • Japanese Patent No. 3881302 Japanese Patent No. 2703830
  • the problem to be solved by the present invention is to create a driving curve that can easily insert a coasting section even for a section in the middle of constant speed traveling, thereby creating a driving curve that can reduce energy consumption in train traveling
  • An apparatus, a driving support device, a driving control device, and a driving curve creation method are provided.
  • the driving curve creating apparatus of the embodiment includes a storage unit that stores speed limit information, vehicle performance information, and route information. Further, the vehicle has a speed limit setting means for acquiring from the storage unit at least one speed limit section divided at a position where the speed limit included in the travel section changes based on the starting point and the arrival point of the set travel section. . Further, a base point is determined based on the end position of the speed limit section and the upper limit speed corresponding to the speed limit of the speed limit section, and the vehicle coasts using the vehicle performance information and route information stored in the storage unit from this base point. A reverse coasting curve creating means for creating a curve is provided.
  • parameter setting means is provided for determining a coasting start position based on the reverse coasting curve created by the backward coasting curve creation means. Also, the vehicle travels using the set travel section, the speed limit information of the travel section, the created reverse coasting curve, the set coasting start position, and the vehicle performance information and route information stored in the storage unit. A simulation means for performing a simulation and creating an operation curve is provided. Then, the reverse coasting curve creating means sets the range that does not satisfy the upper limit speed when coasting from the base point to the starting point, and sets the range that is equal to or higher than the upper limit speed as the upper limit speed.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an operation curve creation device according to the first embodiment.
  • FIG. 2A is a diagram illustrating a creation example of various retrograde curves in the first embodiment.
  • FIG. 2B is a diagram illustrating an example of creating various retrograde curves in the first embodiment.
  • FIG. 2C is a diagram illustrating a creation example of various retrograde curves in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a flow of processing relating to creation of a reverse coasting curve in the first embodiment.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining a method of creating a reverse coasting curve together with FIG.
  • FIG. 4B is a diagram for explaining a method of creating a reverse coasting curve together with FIG. 3.
  • FIG. 4A is a diagram for explaining a method of creating a reverse coasting curve together with FIG.
  • FIG. 4C is a diagram for explaining a method of creating a reverse coasting curve together with FIG. 3.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining a method of creating a retrograde coasting curve in the first embodiment by using a specific example.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a traveling simulation method according to the first embodiment using a specific example.
  • FIG. 7A is a diagram exemplifying a driving curve in a case where the vehicle travels between the corresponding stations at the target travel time, but does not set a coasting section and travels only by acceleration, constant speed travel, and deceleration.
  • FIG. 7B shows that the coasting section is set before the deceleration section so that the traveling speed in the constant speed traveling section is the upper limit speed of the section according to the speed limit and the traveling time is the same as that in FIG. 7A. It is the figure which illustrated the adjusted operating curve.
  • FIG. 7C is a diagram illustrating an operation curve created by the operation curve creating device of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a block diagram illustrating a functional configuration of the driving support apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a functional configuration of the operation control apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of an operation curve creation device according to the present embodiment.
  • a driving curve creation device 100 includes a driving curve creation management unit 1, a travel section condition setting unit 2, a speed limit information setting unit 3, a reverse curve creation unit 4, a running curve parameter setting unit 5, a running simulation. It comprises an execution unit 6, a travel simulation result determination unit 7, a driving curve data output unit 8, a vehicle performance / route information database 9, and driving curve creation temporary data 10.
  • the driving curve creation management unit 1 includes a travel section condition setting unit 2, a speed limit information setting unit 3, a retrograde curve creation unit 4, a driving curve parameter setting unit 5, a travel simulation execution unit 6, a travel simulation result determination unit 7, and The operation of each function of the operation curve data output unit 8 is integrated, and the creation of an operation curve according to a predetermined procedure is managed.
  • the travel curve is set.
  • the start position and end position of the travel section that is the creation range, and the target travel time are calculated and set as conditions for creating the driving curve.
  • the operation curve is created for the travel section set here. Note that the travel start position, the travel end position, and the target travel time may be directly input to the driving curve creation device 100. Alternatively, all the schedule information from the first station to the last station of the entire route may be input to the driving curve creation device 100, and the driving curve for the entire route may be calculated collectively.
  • the speed limit information setting unit 3 extracts speed limit information in the driving curve creation range set by the travel section condition setting unit 2 from the vehicle performance / route information database 9 and stores it in the driving curve creation temporary data 10.
  • the speed limit information stored in the driving curve creation temporary data 10 is used by the retrograde curve creation unit 4 and the travel simulation execution unit 6.
  • the retrograde curve creation unit 4 includes speed limit information stored in the driving curve creation temporary data 10 by the speed limit information setting unit 3, vehicle performance data stored in the vehicle performance / route information database 9, and route information data such as gradients. , Create a retrograde deceleration curve, retrograde acceleration curve, and retrograde coasting curve. The data of the created retrograde curves (reverse deceleration curve, retrograde acceleration curve, and retrograde coasting curve) are stored in the temporary data 10 for operation curve creation.
  • FIGS. 2A to 2C examples of creating each retrograde curve are shown in FIGS. 2A to 2C.
  • FIG. 2A shows a reverse deceleration curve, in which a speed curve at the time of deceleration is drawn in a direction opposite to the traveling direction, with the point where the speed limit decreases and the stop position of the next station as a base point.
  • FIG. 2B shows a retrograde acceleration curve, in which the speed curve at the time of acceleration is drawn in the direction opposite to the traveling direction, with the base point being the point where the speed limit increases.
  • the created retrograde deceleration curve and retrograde acceleration curve are stored in the driving curve creation temporary data 10 and used by the travel simulation execution unit 6.
  • FIG. 2C shows a reverse coasting curve, where the reverse deceleration curve is ascending in the direction opposite to the traveling direction, starting from the point where the upper limit speed, which is a speed arbitrarily set below the speed limit, is set at a certain speed margin.
  • the velocity curve is drawn. However, as will be described later, correction processing is performed so that the reverse coasting curve does not exceed the upper limit speed.
  • the base point of the reverse coasting curve may be the end of each speed limit section.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a flow of processing relating to creation of a reverse coasting curve.
  • the reverse curve creation unit 4 is based on the travel section set by the travel section condition setting unit 2 and the speed limit information of the driving curve creation range set by the speed limit information setting unit 3.
  • the position of the end point and the upper limit speed are set (step S101).
  • a reverse coasting curve is created for each speed limit section as follows.
  • the retrograde curve creation unit 4 sets the base point of the retrograde coasting curve set above as the point of this time step (step S102: FIG. 4A).
  • the retrograde curve creation unit 4 calculates the coasting acceleration based on the gradient resistance, the curve resistance, and the running resistance at the position of the point of the current time step (step S103).
  • the retrograde curve creating unit 4 After calculating the acceleration, the retrograde curve creating unit 4 inverts the sign of the calculated acceleration and calculates the position and speed of the point of the next time step after a predetermined time (step time) has elapsed (step S104).
  • step S104 the calculation result in step S104 is calculated as the next time step point. Adopt as position and speed. (Step S106).
  • step S105 when the reverse curve creation unit 4 determines that the speed at the point of the next time step exceeds the upper limit speed (No in step S105), the speed at the point of the current time step further increases. It is determined whether it is less than the speed (step S107).
  • the retrograde curve creation unit 4 determines that the speed at the point of the current time step is less than the upper limit speed (Yes in step S107)
  • the upper limit speed arrival position is determined as the position and speed at the point of the next time step.
  • the calculated upper speed limit position is taken as the position of the next time step point, and the speed at the next time step point is the upper speed limit. (Step S108: FIG. 4B).
  • the retrograde curve creation unit 4 determines that the next time step point obtained as described above has reached the end point of the retrograde coasting curve (Yes in step S110), the series of processing ends.
  • the retrograde curve creation unit 4 sets the position and speed of the point of the next time step obtained as described above as the position and speed of the point of the current time step (step S111). Returning to S103, the processing after this step is further executed.
  • step S101 when there is a section where the speed limit is different in the traveling section for which the reverse coasting curve is created, the process from step S101 is performed for the subsequent speed limit section after it is determined Yes in step S110, Create a reverse coasting curve for the entire travel section.
  • the reverse coasting curve is created by proceeding with a simulation (reverse coasting simulation) in a direction opposite to the traveling direction at predetermined time intervals.
  • a simulation reverse coasting simulation
  • the gradient of the base point position (p0) is an upward gradient
  • the acceleration at the time of coasting combined with the running resistance is negative
  • the speed is decelerated in the traveling direction at the time of coasting.
  • the speed of the train at the next time step increases in reverse, and becomes a value higher than the upper limit speed (the value at the point p1).
  • the position of the next time step is corrected to a point (p2) that matches the upper limit speed so as not to exceed the upper limit speed.
  • the point p2 is a position that is advanced from the base point position (p0) in the direction opposite to the traveling direction by a predetermined time step at the upper limit speed.
  • the point p2 is the starting point. It is assumed that the acceleration due to the gradient and the running resistance is negative even at the position of the point p2.
  • the train speed exceeds the upper limit speed (p3). Therefore, in order not to exceed the upper limit speed, the position of the next time step is corrected to a point (p4) that matches the upper limit speed.
  • the point p4 is a position advanced from the position of the point p2 in the direction opposite to the traveling direction by a predetermined time step at the upper limit speed.
  • the slope and running resistance are balanced at the position of point p4, and the acceleration is zero.
  • the value of the reverse coasting simulation (the value at the point p5) is adopted as it is.
  • the point p5 is a position advanced from the position of the point p4 in the direction opposite to the traveling direction by a predetermined time step at the upper limit speed.
  • the position of the point p5 is a downward slope.
  • the acceleration generated in combination with the running resistance is positive in the traveling direction, and therefore accelerates in the traveling direction.
  • the speed of the train decreases, and in the next time step, the speed and position at the point p6 are obtained.
  • the train speed in the reverse coasting simulation is equal to or lower than the upper limit speed, the reverse coasting simulation result is employed as it is.
  • the speed is not more than the upper limit speed, so that the correction is not performed and the result of the reverse coasting simulation is adopted as it is.
  • the subsequent p15 and subsequent points have a downward slope in the traveling direction.
  • the section after the point p15 is a section that accelerates by coasting due to the influence of the downward gradient, and the speed decreases again in the reverse coasting simulation. Therefore, in the section after p15, since the speed is equal to or lower than the upper limit speed, the correction is not performed and the reverse coasting simulation result is adopted. In this way, a retrograde coasting curve connecting points p0, p2, p4 to p8, p10, p12, and p14 to p17 is created.
  • the retrograde curve creation unit 4 creates a retrograde coasting curve for each speed limit section using such a method.
  • the point between the points p7 and p5 is a section that accelerates by coasting due to the downward gradient in the traveling direction.
  • braking operation is necessary, but when coasting from the upper limit speed at the point of p10 in the foreground while traveling in the traveling direction, p7
  • deceleration is performed so as to cancel out the speed increase from the point p7 to the point p5.
  • Continuing coasting between points p7 and p5 results in a return to the upper limit speed. Therefore, if such traveling control is performed, power running and braking can be replaced by coasting without exceeding the upper limit speed, and energy consumption can be reduced.
  • the created reverse coasting curve is stored in the temporary data for driving curve creation 10 and is used by the driving curve parameter setting unit 5 to set the coasting start point.
  • the driving curve parameter setting unit 5 sets a coasting start point for reducing the energy consumption while adjusting the driving time when the driving simulation execution unit 6 (described later) creates a driving curve.
  • the initial setting is a condition in which the coasting start point is not set, and in the traveling simulation by the traveling simulation execution unit 6, a driving curve during the fastest traveling without coasting is obtained.
  • the driving curve parameter setting unit 5 sets the coasting start point and adjusts the traveling time in the traveling simulation to match the target traveling time by gradually increasing coasting.
  • the driving curve creation device 100 can create a driving curve that can reduce the energy consumption while running for a desired running time.
  • the setting of the coasting start point by the operation curve parameter setting unit 5 is as follows.
  • the point where the speed reaches the upper limit speed from less than the upper limit speed in the direction opposite to the traveling direction (that is, the start point of the speed decrease when the backward coasting curve is viewed in the traveling direction; for example, p10 in FIG. Is included in the constant speed travel range in the driving curve during the fastest travel, the point (the end point of constant speed travel) is extracted as a coasting start point candidate. Further, in the operation curve at the time of the fastest traveling, a point at which the traveling from the constant speed traveling to the decelerating traveling is extracted. Then, the coasting start point is set at a position a predetermined distance before the end point of the constant speed travel. These settings are made in order to reduce energy consumption by replacing the brake at the beginning of the deceleration section with coasting in combination with the power running at the end of the constant speed section.
  • the coasting start point is set for the driving curve of the fastest traveling, the coasting is gradually increased, and the traveling simulation for adjusting the driving curve is repeated until it becomes equal to the target traveling time.
  • the setting of the coasting start point before the end point of the constant speed section and the setting of the coasting start point before the acceleration end point, which are parameters, is performed by a certain amount of change from the constant speed end point and the acceleration end point, respectively. Change the coasting section to widen.
  • the coasting start point information set by the driving curve parameter setting unit 5 is stored in the driving curve creation temporary data 10.
  • the travel simulation execution unit 6 executes a travel simulation for creating a driving curve.
  • the driving simulation includes a driving curve creation range saved in the driving curve creation temporary data 10, speed limit information of the driving curve creation range, each reverse curve (reverse deceleration curve, reverse acceleration curve, reverse coasting curve), and coasting start. Point information, and vehicle performance (powering characteristics and braking characteristics) stored in the vehicle performance / route information database 9 and route information (route gradient and curve information), and starting from the departure station to the next station, Move forward with respect to the direction of travel.
  • the train powers from the departure station q1 with a predetermined notch, and accelerates to the maximum speed that can travel in the speed limit section.
  • the coasting start point q2 may be set before the end point of the acceleration section as described above. In that case, the train starts coasting from the coasting start point q2 and accelerates by coasting.
  • the upper limit speed (q3) the vehicle shifts to constant speed traveling.
  • the train starts coasting from the coasting start point q4 and decelerates by coasting. If the speed curve conflicts with the reverse deceleration curve during coasting (q5), the brake is operated, and the train decelerates to the deceleration end position that is the base point of the reverse deceleration curve. And if a train decelerates to the deceleration end position q6, it will transfer to constant speed driving
  • the train starts coasting at the coasting start point q7, and after decelerating at coasting, accelerates by coasting. The train continues coasting until it returns to the upper limit speed, and when it reaches the upper limit speed, it shifts to constant speed travel.
  • the train accelerates to the upper limit speed of the next speed limit section.
  • the train speed reaches the upper limit speed (q9), the train shifts to constant speed travel.
  • the train reaches the coasting start point q10 during constant speed traveling, coasting is started and the vehicle is decelerated by coasting.
  • the brake is operated and the train decelerates until it stops at the stop position (q12) of the next station.
  • the driving curve creation device 100 creates a driving curve using coasting by performing such a driving simulation in the driving simulation execution unit 6.
  • the created operation curve is stored in the operation curve creation temporary data 10.
  • the traveling simulation result determination unit 7 evaluates the traveling time of the driving curve created by the traveling simulation execution unit 6 and determines whether the driving curve matches the target traveling time between the corresponding stations. In this determination, when the travel time matches the target travel time, the operation curve is adopted as the operation curve that is actually used and passed to the operation curve data output unit 8. On the other hand, if they do not match, for example, if the travel time still has room for the target travel time, the travel simulation result determination unit 7 requests the driving curve parameter setting unit 5 to increase the coasting section. put out. When the travel simulation result determination unit 7 sets a new coasting start point, the driving curve creation management unit 1 causes the travel simulation execution unit 6 to execute a travel simulation under the new settings. On the contrary, when the travel time exceeds the target travel time, the operation curve within the target travel time created before increasing the coasting section is adopted as the actually used operation curve.
  • the driving curve data output unit 8 uses the driving curve creation management unit 1 to convert driving curve data composed of speed and position data at each time, which is adopted as the driving curve to be actually used, as determined by the driving simulation result determination unit 7. Output to the outside.
  • This operation curve data is displayed on the screen or output as numerical data, and is used as an operation curve that can reduce power consumption while traveling for a predetermined travel time during actual train operation.
  • the vehicle performance / route information database 9 holds vehicle performance (power running characteristics and brake characteristics), route information (gradient and curve information), speed limit information for the entire route, and the like.
  • the driving curve creation temporary data 10 includes a memory and the like.
  • FIG. 7A is an operation curve in the case where the vehicle travels between the corresponding stations at the target travel time, but the coasting section is not set and the vehicle travels only by acceleration, constant speed travel, and deceleration. There is a downward slope section in the middle of the constant speed traveling section, and a braking operation for maintaining the constant speed is generated.
  • FIG. 7B shows that the coasting section is set before the deceleration section so that the traveling speed in the constant speed traveling section is the upper limit speed of the section according to the speed limit and the traveling time is the same as that in FIG. 7A. It is the adjusted operating curve. The point that the braking operation occurs during constant speed traveling is the same as in the case of FIG. 7A.
  • FIG. 7C is an operation curve created by the operation curve creation device 100 of the present embodiment.
  • appropriate coasting start points are set not only in front of the deceleration section but also at a plurality of positions in the middle of the constant speed traveling section to avoid braking operation during constant speed traveling.
  • the coasting section is also set at the end portion of the constant speed traveling section before the deceleration section. As described above, the traveling time can be adjusted by setting the coasting section at the end of the constant speed traveling section before the deceleration section.
  • the energy consumption was reduced by 7.9% compared to FIG. 7A
  • the energy consumption was reduced by 13.2% compared with FIG. 7A.
  • the regenerative power amount is also taken into consideration, and the comparison is made with the net energy consumption minus the regenerative power amount.
  • the coasting section in the middle of the constant speed traveling is appropriately set, thereby further reducing energy consumption compared to the driving curve using the conventional coasting. It turns out that it can reduce.
  • the retrograde coasting curve is indicated by a dotted line.
  • the driving curve parameter setting unit 5 extracts a point on the retrograde coasting curve where the traveling speed reaches the upper limit speed from less than the upper limit speed (the point in the traveling direction where the speed starts to decrease from the upper limit speed). This point is set as the coasting start point, but the process is to start coasting when the traveling speed exceeds the reverse coasting curve of the speed limit section during the running simulation, and then the upper limit after the traveling speed decreases When returning to speed, the same result can be obtained even when shifting to constant speed running.
  • the speed decreases from the upper limit speed toward the traveling direction on the reverse coasting curve.
  • the coast start point is set before the point where the acceleration starts (p10 in FIG. 5) and the point where the acceleration changes from negative to positive (p7 in FIG. 5).
  • a coasting section can be easily inserted even in a section in the middle of constant speed traveling, so that a driving curve with low energy consumption is created. Can do.
  • the driving support device 201 including the driving curve creation device 100 (described above) is installed on the vehicle, and the driving support device 201 creates a driving curve according to the driving situation every moment. This is to realize a travel that can reduce energy consumption while complying with the train schedule even when the travel deviates from the travel according to the original created driving curve.
  • the driving support device 201 includes a driving support information generation unit 11, a driving support information display unit 21, a train diagram information reception unit 30, and a speed position information reception unit 40 in addition to the driving curve generation device 100.
  • the configuration and operation of the operation curve creation device 100 are the same as those of the operation curve creation device 100 of the first embodiment. Therefore, the description about the operation curve creation device 100 is omitted here.
  • the current position is used as a starting point, and an operation curve is created for the current travel section from the starting point to the arrival point. Do.
  • the driving support information creation unit 11 extracts the current target speed based on the driving curve created according to the current speed and current position of the train, and extracts the target speed or the target driving based on the target speed.
  • Driving support information including information such as operation (power running operation, brake operation) is created.
  • the driving assistance information display unit 21 presents the driving assistance information created by the driving assistance information creation unit 11 to the driver.
  • the driver operates the power running handle 510 or the brake handle 520 based on the driving support information presented by the driving support information display unit 21, and displays the driving curve created by the driving curve creating device 100. The running control of the train will be performed.
  • the train diagram information receiving unit 30 acquires train diagram information of a train on which the operation support device 201 is mounted.
  • the train schedule information can be acquired from the monitor device 300 when the driver reads and holds the IC card information on the monitor device 300 or the like on the vehicle as is conventionally done. If train schedule information is not managed by an existing device on the vehicle, the driving support device 201 has a train schedule information recording unit (not shown) and a train schedule information input interface (not shown). Train schedule information. In addition, if the travel section and the time to travel in the travel section are determined as train schedule information, the section and the travel time in that section are recorded as train schedule information instead of the time-based train schedule information. Also good.
  • the monitor device 300 may be configured as a display device that performs display by the driving support information display unit 21 described above.
  • Speed position information receiving unit 40 acquires train speed and position information. Since the speed information is usually measured by a speed generator (not shown) or the like provided in the train vehicle, the measured speed is acquired.
  • the position information is obtained by receiving absolute position information from a transponder installed on the ground by a position information detection unit (not shown) on the vehicle and adding a moving distance obtained by integrating speed and travel time. It is done.
  • the speed position information receiving unit 40 can receive the speed and position information and calculate and obtain a position during the traveling.
  • the speed position information may have already been calculated by an automatic train control device (ATC: Automatic Train Control) or the like.
  • ATC Automatic Train Control
  • the speed position information may be received from the automatic train control device or the like.
  • the driving support device 201 can be configured by a general computer device or the like in addition to a dedicated hardware device.
  • the processing functions of the above-described units are functions of a CPU, a display device, a storage device, a control program stored in the storage device and executed by the CPU, and an input / output interface. As realized.
  • the driving curve creation device 100 of the driving support device 201 can be configured as follows: An operation curve can be created based on train schedule information. Therefore, even if there is a discrepancy between the driving curve created in advance and the actual driving situation, a driving curve that can reduce power consumption while protecting the train schedule is calculated and created on the vehicle in real time. can do. Furthermore, driving assistance information based on the driving curve created in real time is displayed on the screen of the driving assistance information display unit 21, and the driver operates the power running handle 510 and the brake handle 520 based on the displayed driving assistance information. By controlling the drive braking control device 500 to operate the train, it is possible to realize an operation capable of reducing the power consumption while observing the train schedule.
  • an operation control device 202 including the operation curve creation device 100 is installed on the vehicle, and the operation control device 202 creates an operation curve according to the driving situation every moment, so that the actual running is the original. This is to realize an automatic traveling that can reduce energy consumption while complying with the train schedule even when the vehicle has deviated from the traveling according to the created driving curve.
  • the operation control device 202 includes an operation curve creation device 100, an operation control information creation unit 12, an automatic control unit 22, a train diagram information reception unit 30, and a speed position information reception unit 40.
  • the configuration and operation of the operation curve creation device 100 are the same as those in the first embodiment
  • the configuration and operation of the train diagram information receiving unit 30 and the speed position information receiving unit 40 are the same as those in the second embodiment. It is the same as the form.
  • a driving control information creation unit 12 and an automatic control unit 22 are provided instead of the driving support information creation unit 11 and the driving support information display unit 21 with respect to the driving assistance device 201 of the second embodiment. It is characterized by. In the following, description of portions common to the above-described embodiments is omitted.
  • the operation control information creation unit 12 determines a current control command (power running notch, brake notch) based on the operation curve created by the operation curve creation device 100, and creates operation control information including the determined control command. Output to the automatic control unit 22.
  • the operation control information is generated based on the command value so that the operation control information generation unit 12 obtains the command value of the power running command or the brake command calculated in the traveling simulation execution unit 6 in the section that does not coast. You may make it.
  • the automatic control unit 22 performs automatic control by transmitting a control command as needed to the drive braking control device 500 of the train according to the operation control information created by the operation control information creating unit 12.
  • the drive braking control device 500 controls a drive braking device (not shown) of the train according to a control command from the automatic control unit 22. Thereby, traveling of the train is automatically controlled. Further, when the train is provided with ATO (Automatic Train Operation) separately from the operation control device 202, the operation curve created by the operation curve creation device 100 is notified to the ATO, and the control command to the drive braking control device 500 on this ATO side May be determined. In this case, the operation control information creation unit 12 and the automatic control unit 22 can be omitted.
  • ATO Automatic Train Operation
  • the operation control device 202 can be configured by a general computer device or the like in addition to a dedicated hardware device.
  • a general computer device When a general computer device is used, the processing functions of the above-described units are realized as functions of a CPU, a storage device, a control program stored in the storage device and executed by the CPU, and an input / output interface.
  • a control command based on a travel plan created by the operation curve creation device 100 by the operation control information creation unit 12 and the automatic control unit 22 is directly transmitted to the drive braking control device 500 to automatically control train travel.
  • the drive braking control device 500 In addition to reducing the influence of operation delays and operational mistakes by the driver, it is possible to automatically and easily realize operation that can reduce power consumption while complying with the train schedule.
  • the traveling at a predetermined time in a predetermined section defined by the train schedule is observed. Meanwhile, energy consumption for traveling can be reduced.

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Abstract

　実施形態は、走行区間に含まれる制限速度が変化する位置で区切られた制限速度区間を取得する制限速度設定手段と、制限速度区間の終端位置とこの制限速度区間の制限速度に応じた上限速度に基づいて基点を定め、この基点から車両性能情報と路線情報を利用して逆行惰行カーブを作成する逆行惰行カーブ作成手段と、逆行惰行カーブに基づいて惰行の開始位置を決定するパラメータ設定手段と、走行区間、この走行区間の制限速度情報、逆行惰行カーブ、惰行の開始位置、および車両性能情報と路線情報とを用いて走行シミュレーションを行い、運転曲線を作成するシミュレーション手段とを備え、逆行惰行カーブ作成手段が、基点から出発点に向けて惰行させた場合に上限速度に満たない範囲を惰行範囲、そして上限速度以上となる範囲を上限速度に設定する。

Description

運転曲線作成装置、運転支援装置、運転制御装置および運転曲線作成方法
　本発明の実施形態は、運転曲線作成装置、運転支援装置、運転制御装置および運転曲線作成方法に関する。
　従来より、消費エネルギーを低減できる列車の走行方法として、惰行を活用し、走行時間を守りつつ消費エネルギーの低減を図るための運転曲線を作成する方法が知られている。
　列車が走行する駅間が比較的短い場合の運転曲線は、最高速度近傍まで加速した後、惰行走行に移行し、次駅に接近したらブレーキをかけて減速、停止するパターンや、加速後、短時間所定の速度を保持して等速走行し、次駅に接近したらブレーキをかけて減速、停止するパターンが一般的である。このようなパターンで走行を行う場合、駅間走行の余裕時分に応じて惰行区間の延長や、等速部分と減速部分の転換点や加速部分と減速部分の転換点の付近、つまり、力行に続けてブレーキが動作する部分、を惰行へ置き換えれば、駆動装置の動作を最小限とし、熱となって失われる損失を低減できるので、消費エネルギーの低減を図ることができる。
　一方、駅間の走行距離が長くなると、等速で走行する距離が長くなり、等速を保持するために力行の後にブレーキが動作することがある。上り勾配では、速度を維持するために列車に駆動力をかける必要があるが、下り急勾配では駆動力を０としても加速してしまうためブレーキが必要となる。従って、等速走行で勾配変化点を走行する場合、力行とブレーキが続けて動作する。このような等速走行途中の区間についても、力行とブレーキを適切に惰行に置き換えることによって、消費エネルギーの低減を図ることができる。
特許３８８１３０２号公報 特許２７０３８３０号公報
　しかしながら、等速走行中にどのようなタイミングで惰行開始するかを決定する手法は知られていない。
　本発明が解決しようとする課題は、等速走行途中の区間についても容易に惰行区間を挿入することができ、それにより列車走行における消費エネルギーを低減させることができる運転曲線を作成する運転曲線作成装置、運転支援装置、運転制御装置および運転曲線作成方法を提供することである。
　実施形態の運転曲線作成装置は、制限速度情報、車両性能情報、および路線情報を記憶する記憶部を備える。また、設定された走行区間の出発点と到着点に基づき、この走行区間に含まれる制限速度が変化する位置で区切られた少なくとも１つの制限速度区間を記憶部から取得する制限速度設定手段を備える。また、制限速度区間の終端位置と、この制限速度区間の制限速度に応じた上限速度に基づいて基点を定め、この基点から記憶部に記憶された車両性能情報と路線情報を利用して逆行惰行カーブを作成する逆行惰行カーブ作成手段を備える。また、逆行惰行カーブ作成手段が作成した逆行惰行カーブに基づいて惰行の開始位置を決定するパラメータ設定手段を備える。また、設定された走行区間、この走行区間の制限速度情報、作成された逆行惰行カーブ、設定された惰行の開始位置、および記憶部に記憶されている車両性能情報と路線情報とを用いて走行シミュレーションを行い、運転曲線を作成するシミュレーション手段を備える。そして、逆行惰行カーブ作成手段は、基点から出発点に向けて惰行させた場合に上限速度に満たない範囲を惰行範囲、そして上限速度以上となる範囲を上限速度に設定する。
図１は、第１の実施形態に係る運転曲線作成装置の構成例を示すブロック図である。 図２Ａは、第１の実施形態における各種逆行カーブの作成事例を示す図である。 図２Ｂは、第１の実施形態における各種逆行カーブの作成事例を示す図である。 図２Ｃは、第１の実施形態における各種逆行カーブの作成事例を示す図である。 図３は、第１の実施形態における逆行惰行カーブの作成に係る処理の流れを示すフローチャートである。 図４Ａは、図３とともに逆行惰行カーブの作成方法を説明するための図である。 図４Ｂは、図３とともに逆行惰行カーブの作成方法を説明するための図である。 図４Ｃは、図３とともに逆行惰行カーブの作成方法を説明するための図である。 図５は、具体的な事例により、第１の実施形態における逆行惰行カーブの作成方法を説明するための図である。 図６は、具体的な事例により、第１の実施形態における走行シミュレーションの方法を説明するための図である。 図７Ａは、該当駅間を目標走行時間で走行するのに、惰行区間を設定せず、加速、等速走行、減速のみで走行するようにした場合の運転曲線を例示した図である。 図７Ｂは、等速走行区間の走行速度を制限速度に応じた当該区間の上限速度とし、図７Ａと同一の走行時間での走行となるように、減速区間の手前に惰行区間を設定して調整した運転曲線を例示した図である。 図７Ｃは、第１の実施形態の運転曲線作成装置で作成した運転曲線を例示した図である。 図８は、第２の実施形態に係る運転支援装置の機能構成を示すブロック図である。 図９は、第３の実施形態に係る運転制御装置の機能構成を示すブロック図である。
（第１の実施形態）
　以下、運転曲線作成装置の第１の実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る運転曲線作成装置の構成例を示すブロック図である。
　図１に示すように、運転曲線作成装置１００は、運転曲線作成管理部１、走行区間条件設定部２、制限速度情報設定部３、逆行カーブ作成部４、運転曲線パラメータ設定部５、走行シミュレーション実行部６、走行シミュレーション結果判定部７、運転曲線データ出力部８、車両性能・路線情報データベース９、および、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０で構成される。
　運転曲線作成管理部１は、走行区間条件設定部２、制限速度情報設定部３、逆行カーブ作成部４、運転曲線パラメータ設定部５、走行シミュレーション実行部６、走行シミュレーション結果判定部７、および、運転曲線データ出力部８のそれぞれの機能による動作を統括し、既定の手順に従った運転曲線の作成を管理する。
　走行区間条件設定部２は、運転曲線作成装置１００に、運転曲線を作成すべき走行区間、および目標走行時間に関する情報、すなわち出発駅および到着駅や運転ダイヤ等の情報が与えられると、運転曲線作成範囲となる走行区間の開始位置と終了位置、および目標走行時間を算出し、運転曲線の作成条件として設定する。本実施の形態において運転曲線の作成は、ここで設定された走行区間について実施する。なお、運転曲線作成装置１００に対して、走行開始位置および走行終了位置ならびに目標走行時間を直接入力するようにしてもよい。また、路線全体の始発駅から終着駅までの全てのダイヤ情報を運転曲線作成装置１００に入力し、路線内全体に対する運転曲線を一括して演算するようにしてもよい。
　制限速度情報設定部３は、走行区間条件設定部２で設定した運転曲線作成範囲における制限速度情報を、車両性能・路線情報データベース９から抽出し、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存する。ここで運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存された制限速度情報は、逆行カーブ作成部４および走行シミュレーション実行部６で使用する。
　逆行カーブ作成部４は、制限速度情報設定部３で運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存した制限速度情報、車両性能・路線情報データベース９に保存されている車両性能データおよび勾配等の路線情報データを参照し、逆行減速カーブ、逆行加速カーブ、および、逆行惰行カーブを作成する。作成した各逆行カーブ（逆行減速カーブ、逆行加速カーブ、および、逆行惰行カーブ）のデータは、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存する。
　ここで、各逆行カーブの作成事例を図２Ａ～図２Ｃに示す。図２Ａは逆行減速カーブを示し、制限速度が低下する点および次駅の停止位置を基点とし、進行方向とは逆向きに減速時の速度曲線を描いたものである。図２Ｂは逆行加速カーブを示し、制限速度が上がる点を基点とし、進行方向とは逆向きに加速時の速度曲線を描いたものである。作成された逆行減速カーブと逆行加速カーブは、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存し、走行シミュレーション実行部６で使用する。
　図２Ｃは逆行惰行カーブを示し、逆行減速カーブが、制限速度よりも一定の速度余裕分下に任意に設定した速度である上限速度に達する点を基点とし、進行方向とは逆向きに惰行時の速度曲線を描いたものである。ただし、後述するように、逆行惰行カーブが上限速度を超えないようにする補正処理を実施している。なお、逆行惰行カーブの基点は、各制限速度区間の終端としてもよい。
（逆行惰行カーブの作成）
　続いて、逆行惰行カーブの作成方法を、図３のフローチャートを用いて説明する。図３は、逆行惰行カーブの作成にかかる処理の流れを示すフローチャートである。
　はじめに、逆行カーブ作成部４は、走行区間条件設定部２で設定された走行区間、制限速度情報設定部３で設定された運転曲線作成範囲の制限速度情報を基に、逆行惰行カーブの基点、終点の位置、および、上限速度を設定する（ステップＳ１０１）。なお、逆行惰行カーブ作成の対象となる走行区間内において、制限速度が異なる区間がある場合がある。この場合は、その各区間（速度制限区間）を対象として、基点（＝制限速度区間の終端位置）および上限速度、終点の位置（＝制限速度区間の始端位置）、および、上限速度を設定する。そして、速度制限区間毎に、以下のようにして、逆行惰行カーブを作成する。
　次に、逆行カーブ作成部４は、上記で設定した逆行惰行カーブの基点を、今回の時間ステップの点として設定する（ステップＳ１０２：図４Ａ）。
　そして、逆行カーブ作成部４は、今回の時間ステップの点の位置における勾配抵抗、曲線抵抗、および走行抵抗に基づいて、惰行時の加速度を算出する（ステップＳ１０３）。
　加速度の算出後、逆行カーブ作成部４は、算出した加速度の符号を反転し、既定の時間（刻み時間）経過後の次回の時間ステップの点の位置と速度とを算出する（ステップＳ１０４）。
　そして、逆行カーブ作成部４は、次回の時間ステップの点の位置での速度が上限速度以下であると判断すると（ステップＳ１０５でＹｅｓ）、ステップＳ１０４での算出結果を次回の時間ステップの点の位置および速度として採用する。（ステップＳ１０６）。
　一方、逆行カーブ作成部４は、次回の時間ステップの点の位置での速度が上限速度を超過していると判断すると（ステップＳ１０５でＮｏ）、さらに、今回の時間ステップの点における速度が上限速度未満か否か判断する（ステップＳ１０７）。
　そして、逆行カーブ作成部４は、今回の時間ステップの点における速度が上限速度未満であると判断すると（ステップＳ１０７でＹｅｓ）、上限速度到達位置を、次回の時間ステップの点における位置および速度と今回の時間ステップの点における位置および速度との間での要素内補間により算出し、算出した上限速度到達位置を次回の時間ステップの点の位置とし、次回の時間ステップの点の速度を上限速度とする（ステップＳ１０８：図４Ｂ）。
　一方、逆行カーブ作成部４は、今回の時間ステップの点における速度が上限速度以上であると判断すると（ステップＳ１０７でＮｏ）、次回の時間ステップの点の速度（＝上限速度を超過した速度）を上限速度に置き換える（ステップＳ１０９：図４Ｃ）。なお、この次回の時間ステップの点の位置は、ステップＳ１０４で算出した位置とする。
　そして、逆行カーブ作成部４は、以上のようにして求めた次回の時間ステップの点が逆行惰行カーブの終点に到達したと判断すると（ステップＳ１１０でＹｅｓ）、一連の処理を終了する。
　そうでない場合は、逆行カーブ作成部４は、以上のようにして求めた次回の時間ステップの点の位置と速度を、今回の時間ステップの点の位置と速度として設定し（ステップＳ１１１）、ステップＳ１０３に戻って、このステップ以降の処理をさらに実行する。
　なお、逆行惰行カーブ作成の対象となる走行区間内において、制限速度が異なる区間がある場合は、ステップＳ１１０でＹｅｓと判定された後、続く制限速度区間について、ステップＳ１０１からの処理を実施し、走行区間全体について、逆行惰行カーブを作成するようにする。
　ここで、図５を参照し、逆行惰行カーブの作成方法の具体例をさらに説明する。
　逆行惰行カーブは、上述のように、既定の時間刻みで進行方向とは逆向きにシミュレーション（逆行惰行シミュレーション）を進めることで作成していく。図５では、基点位置（ｐ０）の勾配は上り勾配で、走行抵抗と合わせた惰行時の加速度は負であり、惰行時には速度は進行方向に減速する状況であることを想定している。このとき、逆行惰行シミュレーションにおいては、次の時間ステップ（既定の時間刻み後）における列車の速度は逆に上昇し、上限速度よりも高い値（ｐ１の点の値）となる。本実施形態の逆行惰行カーブの作成では、上限速度を超えないようにするため、次の時間ステップの位置を、上限速度に一致する点（ｐ２）に補正する。ｐ２の点は、基点位置（ｐ０）から上限速度で既定の時間刻み分だけ進行方向とは逆向きに進んだ位置となる。
　次の時間ステップではｐ２の点が始点となる。このｐ２の点の位置でも、勾配と走行抵抗による加速度は負であるとする。このとき、逆行惰行シミュレーションでは列車の速度が上限速度を超える（ｐ３）。従って、上限速度を超えないようにするため、次の時間ステップの位置を、上限速度に一致する点（ｐ４）に補正する。ｐ４の点は、ｐ２の点の位置から上限速度で既定の時間刻み分だけ進行方向とは逆向きに進んだ位置となる。
　ｐ４の点の位置では勾配と走行抵抗がつりあい、加速度がゼロであるとする。この場合、既定の時間刻み後の速度は上限速度に等しく上限速度のままであるので、逆行惰行シミュレーションの値（ｐ５の点の値）をそのまま採用する。ｐ５の点は、ｐ４の点の位置から上限速度で既定の時間刻み分だけ進行方向とは逆向きに進んだ位置となる。
　ｐ５の点の位置は、下り勾配であるとする。この場合、走行抵抗と合わせて生じる加速度が進行方向に正となるので、進行方向には加速する。一方、逆行惰行シミュレーションでは列車の速度が低下し、次の時間ステップではｐ６の点の速度と位置となる。このように逆行惰行シミュレーションにおける列車の速度が上限速度以下となる場合は、逆行惰行シミュレーション結果をそのまま採用する。
　続く逆行惰行シミュレーション結果がｐ７、ｐ８の点が示す速度となった場合も、その速度が上限速度以下であるので補正は実施せず、逆行惰行シミュレーションの結果をそのまま採用する。
　次に、ｐ８の点を始点とした逆行惰行シミュレーションにおいては、惰行時に発生する加速度が負であるとする。この場合、進行方向には減速することになる。従って、逆行惰行シミュレーションでは速度が上昇するが、このときの既定の時間刻みの間に上限速度を超えるため、上限速度に達する位置を、ｐ８の点とｐ９の点の位置および速度から補間処理によって求め、逆行惰行シミュレーションの結果（ｐ９の点）を上限速度に達する位置の点（ｐ１０）に補正する。ここではこのような補正を行っているため、ｐ８の点とｐ１０の点間の時間間隔は、逆行惰行シミュレーションにおける既定の時間刻みよりも短くなる。
　続くｐ１０、ｐ１２の点を始点とした逆行惰行シミュレーションにおいても、惰行時に発生する加速度が負であるとすると、ｐ１１、ｐ１３の点でも逆行惰行シミュレーションの時間刻み後の速度が上限速度を超えるため、上記と同様にして、それぞれ、ｐ１２、ｐ１４の点に補正する。
　続くｐ１４の点の位置では勾配と走行抵抗がつりあい、加速度がゼロであるとする。この場合、時間刻み後の速度は上限速度に等しく上限速度のままであるので、逆行惰行シミュレーションの結果（ｐ１５の点の値）をそのまま採用する。
　続くｐ１５の点以降は進行方向に下り勾配となっているとする。この場合、ｐ１５の点以降の区間は、下り勾配の影響により惰行で加速する区間であり、逆行惰行シミュレーションでは再度速度が低下していく。よって、ｐ１５以降の区間では、速度が上限速度以下であるので補正は実施せず、逆行惰行シミュレーション結果を採用する。このようにして、点ｐ０，ｐ２，ｐ４～ｐ８，ｐ１０，ｐ１２，ｐ１４～ｐ１７をつないだ逆行惰行カーブが作成される。
　以上、具体例を示したが、このような手法により、逆行カーブ作成部４が、制限速度区間毎に逆行惰行カーブを作成する。
　ところで、上記で説明した図５において、ｐ７の点からｐ５の点間は、進行方向への下り勾配により惰行で加速する区間であった。この区間で等速度を保つためにはブレーキ動作が必要であるが、進行方向に向かった走行で、手前のｐ１０の点で上限速度から惰行を開始すると、勾配と走行抵抗の影響により、ｐ７の点までに、ちょうどｐ７の点からｐ５の点までの速度上昇分を相殺するだけの減速が行われる。ｐ７の点からｐ５の点間でも惰行を継続することで結果的に上限速度に戻ることになる。従って、このような走行制御を行えば、上限速度を超過することなく、力行とブレーキを惰行で置き換えることができ、消費エネルギーを低減することができる。なお、作成された逆行惰行カーブは、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存し、運転曲線パラメータ設定部５で、惰行開始点を設定するために使用する。
（惰行開始点の設定）
　運転曲線パラメータ設定部５は、走行シミュレーション実行部６（後述）が運転曲線を作成する際に、走行時間を調整しつつ消費エネルギーの低減を図るための惰行開始点を設定する。初期設定は、惰行開始点が設定されていない条件であり、走行シミュレーション実行部６による走行シミュレーションでは惰行の入らない最速走行時の運転曲線が得られる。その後、運転曲線パラメータ設定部５は、惰行開始点の設定を行い、徐々に惰行を増やすことにより、走行シミュレーションにおける走行時間を目標走行時間に合わせるように調整する。これにより、運転曲線作成装置１００は、所望の走行時間で走行しつつ消費エネルギーを小さくすることができる運転曲線を作成することができる。この運転曲線パラメータ設定部５による惰行開始点の設定は、下記のとおりである。
　前述の逆行惰行カーブで、進行方向とは逆向きに速度が上限速度未満から上限速度に達する点（すなわち、逆行惰行カーブを進行方向に見た場合の速度低下開始点；例えば、図５のｐ１０の点）が、上記最速走行時の運転曲線における等速走行の範囲に含まれている場合、その点（等速走行の終了点）を惰行開始点の候補として抽出する。また、上記最速走行時の運転曲線において、等速走行から減速走行に移行する点を抽出する。そして、これら等速走行の終了点の一定距離手前の位置に惰行開始点を設定する。これらの設定を行うのは、減速区間の初めのブレーキを、等速区間の終わりの力行と組み合わせて惰行に置き換えることによって消費エネルギーを低減するためである。
　また、上記最速走行時の運転曲線において、下り勾配となっている区間で、加速走行から等速走行に移行する点または加速走行から減速走行に移行する点を抽出し、加速終了点の一定距離手前の位置に惰行開始点を設定する。この設定を行うのは、等速走行の初めのブレーキを、加速区間の終わりの力行と組み合わせて惰行に置き換えることによって消費エネルギーを低減するためである。
　上記のようにして最速走行の運転曲線に対して惰行開始点を設定し、惰行を徐々に増やしていき、目標走行時間に等しくなるまで、運転曲線の調整のための走行シミュレーションを繰り返していく。本実施形態では、パラメータとなる等速区間の終了点手前の惰行開始点の設定、および加速終了点手前の惰行開始点の設定は、それぞれ等速終了点、加速終了点から一定の変更量だけ惰行区間を広げるように変化させていくようにする。なお、運転曲線パラメータ設定部５で設定した惰行開始点情報は、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存する。
（走行シミュレーション）
　走行シミュレーション実行部６は、運転曲線作成のための走行シミュレーションを実行する。走行シミュレーションは、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存された運転曲線の作成範囲、運転曲線作成範囲の制限速度情報、各逆行カーブ（逆行減速カーブ、逆行加速カーブ、逆行惰行カーブ）、および惰行開始点情報、ならびに、車両性能・路線情報データベース９に保存された車両性能（力行特性やブレーキ特性）、および路線情報（路線の勾配および曲線情報）を参照し、出発駅を基点として次駅まで、進行方向に対して順方向に進める。
　ここで具体的な走行シミュレーションの事例を、図６を用いて説明する。以下は、当該走行シミュレーションにおける列車の仮想的な動作例である。
　列車は、出発駅ｑ１からは既定のノッチで力行し、該当制限速度区間で走行可能な上限速度まで加速する。加速区間の終了点が下り勾配の場合、前述のように加速区間の終了点の手前に惰行開始点ｑ２が設定されている場合がある。その場合、列車は、惰行開始点ｑ２から惰行を開始し、惰行で加速する。そして、加速の結果、列車が、上限速度に達すると（ｑ３）、等速走行に移行する。
　また、減速区間前の等速走行区間の終了点手前に惰行開始点ｑ４が設定されている場合は、列車は、惰行開始点ｑ４から惰行を開始し、惰行で減速する。惰行中に、速度曲線が逆行減速カーブに抵触すると（ｑ５）ブレーキを動作させ、列車は、逆行減速カーブの基点である減速終了位置まで減速する。そして、列車が、減速終了位置ｑ６まで減速すると、等速走行に移行する。
　この等速走行の途中に惰行開始点ｑ７が設定されている場合、列車は、当該惰行開始点ｑ７で惰行を開始し、惰行で減速後に惰行で加速する。そして、列車が、上限速度に復帰するまで惰行を継続し、上限速度に達すると等速走行に移行する。
　また、列車が等速走行中に、速度曲線が逆行加速カーブに抵触すると（ｑ８）、列車は、次の制限速度区間の上限速度まで加速する。そして、列車の速度が上限速度に達すると（ｑ９）、列車は、等速走行に移行する。そして等速走行中に、列車が惰行開始点ｑ１０に達すると惰行を開始し、惰行で減速する。その後、惰行中に当該走行シミュレーションにおける速度曲線が次駅停止に向けた逆行減速カーブに抵触すると（ｑ１１）、ブレーキを動作させ、列車は次駅の停止位置（ｑ１２）で停止するまで減速する。
　本実施形態の運転曲線作成装置１００は、走行シミュレーション実行部６でこのような走行シミュレーションを行うことで、惰行を活用した運転曲線を作成する。作成した運転曲線は、運転曲線作成用テンポラリーデータ１０に保存する。
　走行シミュレーション結果判定部７は、走行シミュレーション実行部６で作成された運転曲線の走行時間を評価し、該当駅間の目標走行時間に合致した運転曲線となっているかどうかを判定する。この判定で、走行時間が目標走行時間に合致している場合は、当該運転曲線を、実際に使用する運転曲線として採用し、運転曲線データ出力部８に渡す。一方、合致していない場合、例えば、走行時間が目標走行時間に対してまだ余裕がある場合は、走行シミュレーション結果判定部７は、惰行区間を増加させるように運転曲線パラメータ設定部５に要求を出す。そして、走行シミュレーション結果判定部７が新たな惰行開始点の設定を行うと、運転曲線作成管理部１は、新たな設定の下での走行シミュレーションを走行シミュレーション実行部６に実行させる。逆に走行時間が目標走行時間をオーバーしている場合は、惰行区間を増加させる前に作成した目標走行時間内の運転曲線を、実際に使用する運転曲線として採用する。
　運転曲線データ出力部８は、走行シミュレーション結果判定部７の判定によって、実際に使用する運転曲線として採用された、各時刻における速度および位置のデータからなる運転曲線データを運転曲線作成管理部１を介して外部に出力する。この運転曲線データは、画面表示されたり、数値データとして出力され、定められた走行時間で走行しつつ消費電力量を低減できる運転曲線として、実際の列車運転時に活用される。
　車両性能・路線情報データベース９は、車両性能（力行特性およびブレーキ特性）、路線情報（勾配および曲線情報）、および、路線全体の制限速度情報等を保持するものである。
　運転曲線作成用テンポラリーデータ１０は、メモリ等からなり、走行区間条件設定部２で設定した運転曲線の作成範囲、制限速度情報設定部３で設定した運転曲線作成範囲の制限速度情報、逆行カーブ作成部４で作成した各逆行カーブ、運転曲線パラメータ設定部５で設定した惰行開始点情報、走行シミュレーション実行部６で作成した運転曲線等の各種データを保持するものである。
　次に、以上のような構成、機能を持つ運転曲線作成装置１００によって作成される運転曲線に基づく走行を行った場合の消費電力量の低減の効果について、図７Ａ～図７Ｃを用いて説明する。なお、図７Ａ～図７Ｃでの走行時間は同一である。
　図７Ａは、該当駅間を目標走行時間で走行するのに、惰行区間を設定せず、加速、等速走行、減速のみで走行するようにした場合の運転曲線である。等速走行区間の途中には下り勾配の区間があり、等速を維持するためのブレーキ動作が発生している。
　図７Ｂは、等速走行区間の走行速度を制限速度に応じた当該区間の上限速度とし、図７Ａと同一の走行時間での走行となるように、減速区間の手前に惰行区間を設定して調整した運転曲線である。等速走行中にブレーキ動作が発生する点については、図７Ａの場合と同様である。
　図７Ｃは、本実施形態の運転曲線作成装置１００により作成した運転曲線である。逆行惰行カーブを活用することで、減速区間の手前だけでなく、等速走行区間の途中の複数の位置に適切な惰行開始点を設定し、等速走行中のブレーキ動作を回避している。走行時間を目標走行時間に合わせるため、本例では、等速走行中の惰行に加えて、減速区間手前の等速走行区間の終了部分にも惰行区間を設定している。このように、減速区間手前の等速走行区間の終了部分にも惰行区間を設定することでも、走行時間の調整が可能である。
　これらの運転曲線を比較すると、図７Ｂでは、図７Ａと比べて消費エネルギー７．９％減、図７Ｃでは、図７Ａと比べて消費エネルギー１３．２％減となった。消費エネルギーを算出する際は、回生電力量も考慮し、回生電力量を差し引いた正味の消費エネルギーで比較している。本実施形態の運転曲線作成装置１００では、減速区間手前の惰行に加えて等速走行途中の惰行区間を適切に設定することで、従来の惰行を活用した運転曲線と比べても更に消費エネルギーを低減できていることがわかる。
　また、図７Ｃにおいて、逆行惰行カーブを点線で示している。本実施形態では、運転曲線パラメータ設定部５が、逆行惰行カーブ上で、走行速度が上限速度未満から上限速度に達する点（進行方向には、上限速度から速度が低下し始める点）を抽出し、その点を惰行開始点に設定しているが、処理としては、走行シミュレーション実行時に、走行速度が当該制限速度区間の逆行惰行カーブを超過すると惰行を開始し、その後走行速度が低下した後に上限速度に復帰したら等速走行に移行するようにしても同様な結果となる。また、走行シミュレーションにおいて、等速走行の途中に上記惰行開始点で惰行を入れると目標走行時間をオーバーしてしまう場合には、逆行惰行カーブ上の、進行方向に向かって上限速度から速度が低下し始める点（図５のｐ１０）より先の位置、かつ加速度が負から正に変化する点（図５のｐ７）より手前に惰行開始点を設定し、全てのブレーキ動作ではなく、一部のブレーキ動作を回避することで、大きな速度低下を抑制することが可能となる。
　以上に説明したように、本実施形態の運転曲線作成装置１００によれば、等速走行途中の区間についても容易に惰行区間を挿入することができるので、消費エネルギーの小さい運転曲線を作成することができる。
（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態について、図８を参照して説明する。本実施形態は、運転曲線作成装置１００（前述）を備える運転支援装置２０１を車上に設置し、この運転支援装置２０１が、時々刻々の運転状況に応じて運転曲線を作成することで、実走行が元の作成済みの運転曲線に従った走行からずれてしまった場合でも、列車ダイヤを遵守しつつ消費エネルギーを低減することができる走行を実現するためのものである。
　運転支援装置２０１は、上記運転曲線作成装置１００に加え、運転支援情報作成部１１、運転支援情報表示部２１、列車ダイヤ情報受信部３０、および速度位置情報受信部４０で構成される。
　運転曲線作成装置１００の構成と動作は、第１の実施形態の運転曲線作成装置１００と同様である。従って、ここでは、運転曲線作成装置１００についての説明は省略する。ただし、下記の速度位置情報受信部４０から取得される列車の現在速度と現在位置に応じて、現在位置を出発点として、該出発点から到着点までの現走行区間について、運転曲線の作成を行う。
　運転支援情報作成部１１は、列車の現在速度と現在位置に応じて作成された運転曲線を基に、現時点での目標速度を抽出し、抽出した目標速度またはこの目標速度を基にした目標運転操作（力行操作、ブレーキ操作）等の情報からなる運転支援情報を作成する。
　運転支援情報表示部２１は、運転支援情報作成部１１で作成された運転支援情報を運転士に提示する。本実施形態では、運転士は、運転支援情報表示部２１により提示された運転支援情報に基づいて、力行ハンドル５１０またはブレーキハンドル５２０の操作を行い、運転曲線作成装置１００で作成された運転曲線に基づいた列車の走行制御を行うことになる。
　列車ダイヤ情報受信部３０は、当該運転支援装置２０１を搭載した列車の列車ダイヤ情報を取得する。列車ダイヤ情報は、従来から行われているように車上のモニタ装置３００等に運転士がＩＣカード情報を読み込ませて保持している場合、このモニタ装置３００から取得することができる。また、車上の既存の装置で列車ダイヤ情報を管理していない場合は、運転支援装置２０１に、列車ダイヤ情報の記録部（図示せず）および列車ダイヤ情報入力インタフェース（図示せず）を持たせ、列車ダイヤ情報を取り込むようにする。また、列車ダイヤ情報として走行区間と当該走行区間を走行する時間が決まっている場合は、時刻ベースの列車ダイヤ情報ではなく、区間とその区間における走行時間とを列車ダイヤ情報として記録するようにしてもよい。なお、上記モニタ装置３００を、前述の運転支援情報表示部２１による表示を行う表示装置として構成するようにしてもよい。
　速度位置情報受信部４０は、列車の速度および位置情報を取得する。速度情報は、通常、列車車両に備わる速度発電機（図示せず）等により計測されているので、計測された速度を取得する。位置情報は、地上に設置されたトランスポンダからの絶対位置情報を車上の位置情報検知部（図示せず）で受信するとともに、速度と走行時間の積算によって得られる移動距離を加算することによって得られる。速度位置情報受信部４０は、これらの速度および位置情報を受信して走行途中の位置を演算し求めることができるようになっている。
　なお、速度位置情報は、自動列車制御装置（ＡＴＣ：Automatic　Train　Control）等で既に演算されている場合があり、その場合は、速度位置情報を自動列車制御装置等から受信するようにしてもよい。あるいは、速度位置演算装置４００の機能、または上記自動列車制御装置の速度位置情報を演算する機能を、速度位置情報受信部４０側にもたせるようにしてもよい。また、運転支援装置２０１は、専用のハードウェア装置のほか、一般的なコンピュータ装置等によっても構成することができる。一般的なコンピュータ装置を用いた場合、上記各部の処理機能は、このコンピュータ装置に備わるＣＰＵ、表示装置、記憶装置、この記憶装置に格納されＣＰＵにより実行される制御プログラム、および入出力インタフェースによる機能として実現される。
　運転支援装置２０１は、上記列車ダイヤ情報受信部３０および速度位置情報受信部４０を有しているので、運転支援装置２０１の運転曲線作成装置１００は、時々刻々における列車の実際の運転状況と、列車ダイヤ情報とに基づいた運転曲線の作成を行うことができる。従って、予め作成された運転曲線と、実際の運転状況にずれが生じてしまった場合でも、列車ダイヤを守りつつ消費電力量を低減することができる運転曲線を、車上でリアルタイムに演算し作成することができる。さらに、リアルタイムに作成した運転曲線に基づく運転支援情報を運転支援情報表示部２１の画面に表示し、運転士が表示された運転支援情報に基づいて力行ハンドル５１０およびブレーキハンドル５２０を操作することにより駆動制動制御装置５００を制御して列車の運転を行うことで、列車ダイヤを遵守しつつ消費電力量を低減できる運転を実現することができる。
（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態について、図９を参照して説明する。本実施形態は、運転曲線作成装置１００を含む運転制御装置２０２を車上に設置し、この運転制御装置２０２が、時々刻々の運転状況に応じて運転曲線を作成することで、実走行が元の作成済みの運転曲線に従った走行からずれてしまった場合でも、列車ダイヤを遵守しつつ消費エネルギーを低減することができる自動走行を実現するためのものである。
　運転制御装置２０２は、運転曲線作成装置１００、運転制御情報作成部１２、自動制御部２２、列車ダイヤ情報受信部３０、速度位置情報受信部４０で構成される。本実施形態において、運転曲線作成装置１００の構成と動作は、第１の実施形態と同様であり、列車ダイヤ情報受信部３０、および速度位置情報受信部４０の構成と動作は、第２の実施形態と同様である。本実施形態は、第２の実施形態の運転支援装置２０１に対し、運転支援情報作成部１１および運転支援情報表示部２１の代わりに、運転制御情報作成部１２および自動制御部２２を設けた点を特徴としている。以下において、前述の諸実施形態と共通する部分については、その説明を省略する。
　運転制御情報作成部１２は、運転曲線作成装置１００で作成した運転曲線に基づいた、現時点での制御指令（力行ノッチ、ブレーキノッチ）を決定し、決定した制御指令からなる運転制御情報を作成し自動制御部２２に出力する。なお、運転制御情報の作成は、運転制御情報作成部１２が、走行シミュレーション実行部６で算出した、惰行しない区間の力行指令またはブレーキ指令の指令値を取得するようにして、この指令値に基づいて作成するようにしてもよい。
　自動制御部２２は、運転制御情報作成部１２で作成された運転制御情報に従い、随時制御指令を当該列車の駆動制動制御装置５００に送信することで、自動制御を行う。駆動制動制御装置５００は、自動制御部２２からの制御指令に従い、当該列車の駆動制動装置（図示せず）を制御する。これにより、当該列車の走行が自動制御されることとなる。また、当該列車にＡＴＯ（Automatic　Train　Operation）を運転制御装置２０２とは別に備える場合、運転曲線作成装置１００で作成した運転曲線をＡＴＯに通知し、このＡＴＯ側で駆動制動制御装置５００に対する制御指令を決定するようにしてもよい。この場合、運転制御情報作成部１２および自動制御部２２を省略することができる。
　なお、運転制御装置２０２は、専用のハードウェア装置のほか、一般的なコンピュータ装置等によっても構成することができる。一般的なコンピュータ装置を用いた場合、上記各部の処理機能は、このコンピュータ装置に備わるＣＰＵ、記憶装置、この記憶装置に格納されＣＰＵにより実行される制御プログラム、および入出力インタフェースによる機能として実現される。
　本実施形態では、運転制御情報作成部１２および自動制御部２２により運転曲線作成装置１００で作成した走行計画に基づく制御指令を直接駆動制動制御装置５００に送信して列車の走行を自動制御するため、運転士による操作の遅れや操作ミスの影響が小さくなるとともに、列車ダイヤを遵守しつつ消費電力量を低減できる運転を、自動で、かつ容易に実現することができる。
　以上説明したとおり、第１から第３の実施形態で説明した運転曲線作成装置、運転支援装置および運転制御装置によれば、列車ダイヤで規定される所定区間の所定の時間での走行を遵守しつつ、走行にかかる消費エネルギーを低減することができる。
　以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (6)

  1. 　制限速度情報、車両性能情報、および路線情報を記憶する記憶部と、
    　設定された走行区間の出発点と到着点に基づき、この走行区間に含まれる制限速度が変化する位置で区切られた少なくとも１つの制限速度区間を前記記憶部から取得する制限速度設定手段と、
    　前記制限速度区間の終端位置と、この制限速度区間の制限速度に応じた上限速度に基づいて基点を定め、この基点から前記記憶部に記憶された車両性能情報と路線情報を利用して逆行惰行カーブを作成する逆行惰行カーブ作成手段と、
    　前記逆行惰行カーブ作成手段が作成した逆行惰行カーブに基づいて惰行の開始位置を決定するパラメータ設定手段と、
    　前記設定された走行区間、この走行区間の制限速度情報、前記作成された逆行惰行カーブ、前記設定された惰行の開始位置、および前記記憶部に記憶されている車両性能情報と路線情報とを用いて走行シミュレーションを行い、運転曲線を作成するシミュレーション手段と
    を備え、
    　前記逆行惰行カーブ作成手段は、前記基点から前記出発点に向けて惰行させた場合に前記上限速度に満たない範囲を惰行範囲、そして前記上限速度以上となる範囲を前記上限速度に設定することを特徴とする運転曲線作成装置。
  2. 　前記逆行惰行カーブ作成手段は、前記基点から前記出発点に向け、前記記憶部に記憶された車両性能情報と路線情報を利用して複数の位置における速度を順次演算し、各演算の結果、求めた速度が前記上限速度以上となるごとに、前記所定の位置における速度を前記上限速度に設定することを特徴とする請求項１に記載の運転曲線作成装置。
  3. 　前記パラメータ設定手段は、前記出発点から前記到着点に前記逆行惰行カーブをたどった際に、前記上限速度に設定された範囲から前記惰行範囲に変化する位置を惰行の開始位置として設定することを特徴する請求項１に記載の運転曲線作成装置。
  4. 　現在の速度位置情報を受信する速度位置情報受信部と、
    　制限速度情報、車両性能情報、および路線情報を記憶する記憶部と、
    　前記速度位置情報受信部から得られる現在位置を出発点とし設定された走行区間の出発点と到着点に基づき、この走行区間に含まれる制限速度が変化する位置で区切られた少なくとも１つの制限速度区間を前記記憶部から取得する制限速度設定手段と、
    　前記制限速度区間の終端位置と、この制限速度区間の制限速度に応じた上限速度に基づいて基点を定め、この基点から前記記憶部に記憶された車両性能情報と路線情報を利用して逆行惰行カーブを作成する逆行惰行カーブ作成手段と、
    　前記逆行惰行カーブ作成手段が作成した逆行惰行カーブに基づいて惰行の開始位置を決定するパラメータ設定手段と、
    　前記設定された走行区間、この走行区間の制限速度情報、前記速度位置情報受信部から得られる現在速度、前記作成された逆行惰行カーブ、前記設定された惰行の開始位置、および前記記憶部に記憶されている車両性能情報と路線情報とを用いて走行シミュレーションを行い、運転曲線を作成するシミュレーション手段と、
    　前記シミュレーション手段で作成された運転曲線から目標速度を抽出し、該目標速度または該目標速度を達成するための目標操作情報を作成する運転支援情報作成手段と、
    　前記運転支援情報作成手段で作成された前記目標速度または該目標速度を達成するための目標操作情報を運転士に提示する運転支援情報表示手段と
    を備え、
    　前記逆行惰行カーブ作成手段は、前記基点から前記出発点に向けて惰行させた場合に前記上限速度に満たない範囲を惰行範囲、そして前記上限速度以上となる範囲を前記上限速度に設定することを特徴とする運転支援装置。
  5. 　現在の速度位置情報を受信する速度位置情報受信部と、
    　制限速度情報、車両性能情報、および路線情報を記憶する記憶部と、
    　前記速度位置情報受信部から得られる現在位置を出発点とし設定された走行区間の出発点と到着点に基づき、この走行区間に含まれる制限速度が変化する位置で区切られた少なくとも１つの制限速度区間を前記記憶部から取得する制限速度設定手段と、
    　前記制限速度区間の終端位置と、この制限速度区間の制限速度に応じた上限速度に基づいて基点を定め、この基点から前記記憶部に記憶された車両性能情報と路線情報を利用して逆行惰行カーブを作成する逆行惰行カーブ作成手段と、
    　前記逆行惰行カーブ作成手段が作成した逆行惰行カーブに基づいて惰行の開始位置を決定するパラメータ設定手段と、
    　前記設定された走行区間、この走行区間の制限速度情報、前記速度位置情報受信部から得られる現在速度、前記作成された逆行惰行カーブ、前記設定された惰行の開始位置、および前記記憶部に記憶されている車両性能情報と路線情報とを用いて走行シミュレーションを行い、運転曲線を作成するシミュレーション手段と、
    　前記シミュレーション手段で作成された運転曲線から目標速度を抽出し、該目標速度を達成するための運転制御情報を作成する運転制御情報作成手段と、
    　前記運転制御情報作成手段で作成された運転制御情報に基づき、車両の駆動・制動装置を制御する制御手段と
    を備え、
    　前記逆行惰行カーブ作成手段は、前記基点から前記出発点に向けて惰行させた場合に前記上限速度に満たない範囲を惰行範囲、そして前記上限速度以上となる範囲を前記上限速度に設定することを特徴とする運転制御装置。
  6. 　設定された走行区間の出発点と到着点に基づき、この走行区間に含まれる制限速度が変化する位置で区切られた少なくとも１つの制限速度区間を記憶部から取得し、
    　前記制限速度区間の終端位置と、この制限速度区間の制限速度に応じた上限速度に基づいて基点を定め、この基点から前記記憶部に記憶された車両性能情報と路線情報を利用して逆行惰行カーブを作成するとともに、前記基点から前記出発点に向けて惰行させた場合に前記上限速度に満たない範囲を惰行範囲、そして前記上限速度以上となる範囲を前記上限速度に設定し、
    　前記作成された逆行惰行カーブに基づいて惰行の開始位置を決定し、
    　前記設定された走行区間、この走行区間の制限速度情報、前記作成された逆行惰行カーブ、前記設定された惰行の開始位置、および前記記憶部に記憶されている車両性能情報と路線情報とを用いて走行シミュレーションを行って運転曲線を作成する
    ことを特徴とする運転曲線作成方法。
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