WO2018008337A1 - 走行パターン作成装置及び走行パターン作成方法 - Google Patents

走行パターン作成装置及び走行パターン作成方法 Download PDF

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WO2018008337A1
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travel
section
time
stations
travel time
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PCT/JP2017/021720
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Inventor
小田 篤史
将尭 横田
佐藤 裕
Original Assignee
株式会社日立製作所
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Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L15/00Methods, circuits, or devices for controlling the traction-motor speed of electrically-propelled vehicles
    • B60L15/40Adaptation of control equipment on vehicle for remote actuation from a stationary place
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61RAILWAYS
    • B61LGUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor

Definitions

  • the present invention relates to creation of a running pattern between vehicle stations.
  • ATO automatic train operation
  • the ATO device and the driving support device read out the driving pattern with less energy consumption derived from the simulation according to the traveling time between the stations, and carry out driving control and driving operation support. If the travel time between stations is updated as needed from the operation management device on the ground, the travel pattern derived by simulation in advance is corrected according to the travel time between stations, or a travel pattern that satisfies the travel time between stations is newly added. Need to be created.
  • Patent Document 1 discloses a technique for deriving an energy saving travel pattern according to the travel time between stations. Specifically, when traveling between stations in a combination of constant speed driving and coasting, information between stations indicating the distance between the stations on which the vehicle travels and the target traveling time when traveling between the stations are calculated between the stations. Vehicle travel that calculates the speed of constant speed travel by calculating the relationship between the travel time between stations required for travel and the energy consumption required for travel between stations by simulation and referring to the recorded constant speed travel speed information A control device and a vehicle travel support device are disclosed.
  • the speed at which the constant speed travel is performed is determined by referring to the constant speed travel speed information based on the current travel time between stations, and control is performed so that the entire station has an energy saving pattern. . That is, when the arrival time of the next station is moved forward and the travel time between stations is shortened, control is performed so as to satisfy the travel time between stations by increasing the constant speed of the entire station. For this reason, for example, when the arrival time of the next station is advanced step by step several times during traveling between stations, the constant speed operation speed is increased each time the arrival time of the next station is advanced. In other words, control is performed so that the vehicle travels as slowly as possible within the given time between stations.
  • the present invention has been made in consideration of the above points, and at the time of recovery of the diamond disturbance, in order to shorten the delay recovery time, while ensuring the maximum possible time for arrival time,
  • the present invention proposes a travel pattern creation device that determines travel times for a plurality of sections between stations so that an energy saving travel pattern can be created when the arrival time is continuously pushed back due to occurrence.
  • a travel pattern creation device includes a section travel time determination unit and a travel pattern creation unit, and the section travel time determination unit determines the distance between stations from the travel time between stations. While assigning the section travel time for each of the divided sections, the allocation of the section travel time is changed according to the change of the requested arrival time of the next station, and the travel pattern creation unit is based on the section travel time A travel pattern is created for each section, and a travel pattern between stations is created by combining the travel patterns.
  • the present invention it is possible to create a travel pattern between stations according to a change in travel time between stations, and to control the ATO device and the driving support device based on the created energy saving travel pattern.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a train on which an automatic train driving device is mounted and related equipment.
  • FIG. 2 is a functional configuration diagram including the travel pattern creation device according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating the section travel time determination process executed by the travel pattern creation device according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the relationship between travel time and energy consumption necessary for travel.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of a change in a running pattern that accompanies a change in arrival time when Example 1 is implemented.
  • Embodiment 1 of the present invention is a travel pattern creation device taking as an example a train on which an automatic train operation device (ATO device, hereinafter sometimes referred to as “ATO device”) is mounted.
  • ATO device automatic train operation device
  • FIGS. 1 and 2 are devices configured by any one of a processor, a storage medium, a program, or a combination thereof.
  • the processor reads various programs stored in the storage medium and implements various functions.
  • FIG. 1 is a configuration diagram illustrating functions of an automatic train operation device (ATO device: 204).
  • the ATO device (204) detects the speed signal from the speed generator (221) installed on the wheel shaft by the speed position detector (211) and communicates with the ground element (222). The position is detected from.
  • the ATO device (204) calculates a braking / driving command based on the acquired speed signal and position by the control command calculating unit (212), and the calculated braking / driving command is transmitted to the vehicle information control device (202) and the braking / driving command. It outputs to a drive control apparatus (208).
  • the vehicle information control device (202) transmits the next station information and the arrival time received from the ground operation management device (201) to the ATO device (204).
  • the functions of the ATO device (204) are the speed position detection function for detecting the speed signal and the position, and the control command calculation function for calculating the braking / driving command, and the control command calculation unit having the control command calculation function.
  • (212) further includes a planning unit (213) having a planning function and a tracking unit (214) having a tracking function.
  • the planning function calculates the travel time between stations from the current time and arrival time, and calculates the target speed by comparing the current position against the pre-station travel pattern corresponding to the travel time between stations. It is a function.
  • the tracking function is a function for inputting a speed deviation between the target speed and the current speed and calculating a braking / driving force to be output.
  • the ATO device (204) includes the calculated braking / driving force in the braking / driving command and outputs it to the vehicle information control device (202) and the braking / driving control device (208).
  • the braking / driving commands include a notch command and a torque command from the mascon (209).
  • the vehicle information control device (202) is a device that manages information transmission on the vehicle.
  • the braking / driving control command is input to the braking / driving control device. (208).
  • the braking / driving control device (208) controls the traveling of the train based on the input braking / driving command.
  • FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the configuration of the travel pattern creation device according to the first embodiment of the present invention and each device shown in FIG.
  • the travel pattern creation device (203) receives next station information, arrival time of the next station, operation pattern, diagram information, position, and speed from the vehicle information control device (202).
  • the vehicle information control device (202) receives the arrival time of the next station from the operation management device (201) installed on the ground via the ground / on-vehicle communication network.
  • the arrival time at the next station may be acquired from other than the operation management device (201), and for example, the crew may set through an indicator installed in the cab.
  • the travel pattern creation device (203) creates a travel pattern that reduces the energy consumption required for travel while satisfying the arrival time of the next station, and transmits the created travel pattern to the ATO device (204).
  • the data format between the travel pattern creation device (203) and the ATO device (204) does not matter.
  • the travel pattern creation device (203) includes a section travel time determination unit (205), a travel time database (206), and a travel pattern creation unit (207). Details of each processing unit will be described below.
  • the section travel time determination unit (205) determines a change in arrival time from the information received from the vehicle information control device (202). Depending on how the arrival time changes, the allocation of the travel time for each section in which the distance between stations is divided into one or more (hereinafter referred to as “section travel time”) is changed.
  • the section may be divided for each predetermined distance or may be divided before and after the speed limit section. What is necessary is just to divide between stations into one or more sections, and the division
  • the travel time database (206) includes the energy saving travel time for each section when traveling between stations specified by the diagram in the energy saving travel pattern and the section for each section when traveling between stations in the fastest pattern.
  • the fastest running time is stored.
  • the energy saving travel time and the fastest travel time for each section may be stored as a database, such as the travel time database (206), or may be calculated by simulation at any time with the travel pattern creation device (203). Also good.
  • the section travel time determination unit (205) can grasp the energy saving travel time and the fastest travel time for each section, the method is not limited.
  • the section travel time determination unit (205) determines the section travel time (the travel time for each section) will be described. While the arrival time is advanced, it is assumed that recovery from the diamond disruption is expected, and it is highly likely that the arrival time will be advanced in the future. Therefore, in order to cope with further advancement, the first half between the stations is controlled by the fastest traveling pattern, and the section traveling time is set so that the arrival time can be adjusted near the next station. On the other hand, when the arrival time is put back, it is assumed that there is a time disturbance with the preceding vehicle due to a timetable disruption.
  • the vehicle is controlled so as to travel slowly so as not to get too close to the preceding train.
  • the section travel time is set so that the travel pattern is energy saving.
  • FIG. 3 shows a processing procedure executed by the section travel time determination unit (205) of the travel pattern creation device (203). By executing steps 301 to 316, the allocation of the section travel time is determined. Moreover, this process is performed for every operation cycle of the travel pattern creation device (203). The processing contents of each step will be described below in order. Since the processing subject of each step is common to the section travel time determination unit (205), the description of the processing subject is omitted.
  • Step 301 Determine whether the next station has been updated. If there is no update of the next station (Yes), the process proceeds to step 302. If the next station is updated (No), the process proceeds to step 303.
  • Step 302 It is determined whether there is an update for arrival time. If the arrival time has been updated (Yes), the process proceeds to step 304. If there is no update for the arrival time (No), the process proceeds to step 316.
  • Step 303 The energy saving travel time for each section to the next station read from the travel time database (206) is assigned to the section travel time. Then, the process proceeds to step 316.
  • Step 304 The travel time between stations is calculated from the departure time of the departure station and the arrival time of the next station. If the train has already left the departure station, the travel time between the stations is calculated from the actual time of departure from the departure station and the arrival time of the next station. Then, it progresses to step 305.
  • Step 305 It is determined whether the arrival time of the next station is advanced (arrival time is earlier) or later (arrival time is later) than the previously acquired arrival time. If it has been advanced (Yes), the process proceeds to step 306. If it has been put back (No), the process proceeds to step 314.
  • Step 306 The fastest running time for each section is read from the running time database (206). Then, it progresses to step 307.
  • Step 308 When the section n is closer to the departure station than the section where the train is traveling, the actual travel time taken to actually travel is allocated to the section n. When section n is on the next station side than the section where the train is running, the fastest running time corresponding to section n is assigned. When the section n is a currently traveling section, the traveling time assigned to the section is set as the traveling time of the section n. Then, it progresses to step 309.
  • Step 312 In order to prevent the traveling time of the last section between stations from becoming excessive and the traveling speed of the section from excessively decreasing, a maximum value for the traveling time that can be assigned to the last section between stations is set. It is determined whether or not the allocated travel time for section N calculated in step 310 exceeds the maximum value for travel time that can be allocated to section N. If not (Yes), the process proceeds to step 316. When it exceeds (No), the process proceeds to Step 313.
  • Step 313 The difference between the allocated travel time for section N calculated in step 310 and the maximum value for the travel time that can be allocated to section N is added to the fastest travel time allocated to section N-1 in step 308. N-1 travel time.
  • the difference may be added to the section N-2, and this process is performed as the travel time allocated to each section. The process is repeated until the value becomes less than the maximum allocatable value of each section. Next, the process proceeds to step 316.
  • Step 3114 The remaining running time is calculated by the following formula.
  • Remaining travel time Inter-station travel time- ⁇ (actual travel time of the already traveled section) -Travel time allocated to the section currently being traveled
  • the travel time of the section that has already been traveled is the actual travel time for the actual travel.
  • the travel time allocated to the corresponding section is defined as the section travel time. Then, the process proceeds to step 315.
  • Step 315 The travel time calculated in step 314 is assigned to each remaining section to the next station. Then, the process proceeds to step 316. Details of the allocation for the travel time will be described later.
  • Step 316 The section travel time is transmitted to the travel pattern creation unit 207. At this step, a series of processing ends.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing the relationship between travel time and energy consumption necessary for travel.
  • the relationship between the section running time and the energy consumption in that section takes the relationship of a monotonically decreasing curve. Is different for each section. Therefore, when the slope of the tangent of the monotonically decreasing curve assigned to each section is different in each section, the section running time of the section having a small slope is allocated to the section having a large slope. Thereby, the decrease in the energy consumption in the section with a large slope is larger than the increase in the energy consumption in the section with a small slope, and it is possible to reduce the energy consumption between stations.
  • the allocation for the running time in which the slopes of the tangents of the monotonically decreasing curves in each section match is uniquely determined. Adjust the running time for each section until the slope of the tangent of the monotonic decreasing curve matches, and set the running time for each section when the slope of the tangent of the monotonic decreasing curve matches to each section in step 315 And
  • FIG. 5 shows (a) the case of traveling between stations at the fastest speed (solid line, traveling time between stations: 90 seconds), (b) the case of traveling in the reference traveling time specified by the diagram (dashing line, traveling between stations) 110 minutes), (c) the case where the arrival time is advanced (broken line, the time between stations is shortened from the reference time) (time between the stations 110 seconds ⁇ 100 seconds), (d) the arrival time Examples of four driving patterns, and the section driving of each driving pattern, in which the car is pushed backward (the driving time between stations is extended from the standard driving time) (dotted line, driving time between stations 110 seconds ⁇ 120 seconds) Shows the allocation of hours and minutes.
  • the constant speed operation is changed to coasting in the section 1, the maximum speed is lowered in the section 3, and the constant speed operation is coasted with respect to the fastest traveling pattern (a).
  • energy saving driving pattern By changing to, energy saving driving pattern.
  • the case (c) when the arrival time is moved forward while the departure station is stopped will be described.
  • the fastest running time for each section is read (step 306 in FIG. 3).
  • section 1 is 30 seconds
  • section 2 is 20 seconds
  • section 3 is 40 seconds.
  • the section travel time is assigned to each section from the section close to the departure station (step 308 in FIG. 3).
  • section 1 is 30 seconds
  • section 2 is 20 seconds.
  • the allocated travel time for section 3 is calculated based on the formula shown in step 310 in FIG. 3.
  • the travel pattern is created based on the section travel time assigned to each section, as shown in FIG. 5C, the sections 1 and 2 other than the section 3 closest to the next station are the fastest travel pattern. Become.
  • a case (d) where the arrival time is pushed back while the departure station is stopped will be described. If the arrival time is put back, the remaining travel time is calculated (step 314 in FIG. 3). In the case of FIG. 5, the remaining running time is 120 seconds. Next, the section travel time for each section is assigned so that the slope of the tangent of the monotonically decreasing curve, which is a function indicating the relationship between the travel time of each section and the energy consumption required for travel, is consistent in each section (FIG. 3). Step 315). In the case of FIG. 5, the results are shown in which section 1 is 44 seconds, section 2 is 20 seconds, and section 3 is 56 seconds. When a travel pattern is created based on the section travel time assigned to each section, as shown in FIG. 5D, an energy saving travel pattern in which the maximum speed is lowered across the entire station is obtained.
  • the section travel time between stations is adjusted in accordance with the change in arrival time. While the arrival time is advanced, it is assumed that recovery from the diamond disruption is expected, and it is highly likely that the arrival time will be advanced in the future. Therefore, the first half of the interval between stations is set as the fastest traveling pattern so that it can cope with further advancement, and the section traveling time is set so that the arrival time can be adjusted near the next station. On the other hand, when the arrival time is put back, it is assumed that there is a time disturbance with the preceding vehicle due to a timetable disruption.
  • the section travel time is set so that the travel pattern is energy saving.
  • the arrival time is continuously generated by the occurrence of the disturbance of the diamond while ensuring the maximum possible time for the arrival time in order to shorten the delay recovery time. In the case of being pushed back, an energy saving traveling pattern can be created.
  • the assignment result for the section travel time is automatically transmitted to the ATO device and the driving support device.
  • the assignment result for the section travel time is displayed to the crew and the commander. An employee may be allowed to change or reject.
  • the crew and the commander may be allowed to arbitrarily input the allocation for the section travel time, or may be arbitrarily selected from a plurality of candidates. By doing in this way, especially in the case of a driving support device, the crew can imagine a future driving pattern, and driving operation with a margin becomes possible.
  • the travel pattern creation device may be installed on the train or on the ground.
  • the traveling pattern creation device may be installed on the ground and the traveling pattern may be transmitted to the train.

Abstract

駅間の走行パターンを作成するに際し、ダイヤ乱れの復旧時は遅延回復時間を短縮するために到着時分の前倒し可能な時分を最大限確保しつつ、また、ダイヤ乱れ発生で到着時分が連続して後ろ倒しされる場合は省エネ走行パターンを作成可能なように駅間の複数の区間の走行時分を決定するために、走行パターン作成装置として、区間走行時分決定部と走行パターン作成部とを備え、区間走行時分決定部は、駅間走行時分から駅間を複数に分割した区間ごとの区間走行時分を割り当てると共に、次駅の要求到着時分の変化に応じて区間走行時分の割り当てを変更し、走行パターン作成部は、区間走行時分に基づいて区間ごとに走行パターンを作成し、当該走行パターンを結合させて駅間の走行パターンを作成する。

Description

走行パターン作成装置及び走行パターン作成方法
 本発明は、車両の駅間における走行パターンの作成に関する。
 列車運行ダイヤの過密化やホームドアの整備充実化等を背景にして、自動列車運転(ATO:Automatic Train Operation)装置が多くの路線で導入されている。近年では、本来の目的である定時運行や省力化に加えて、消費電力量の削減もATO装置に要求される項目になってきている。
 一方、ATO装置が導入されていない路線向けに、消費エネルギーが少ない走行パターンで走行できるように、運転士に対して運転操作の支援を行う運転支援装置の導入も進められている。
 ATO装置や運転支援装置は、シミュレーションで導出された消費エネルギーが少ない走行パターンを駅間走行時分に応じて読み出して、走行制御や運転操作支援を実施する。駅間走行時分が地上の運行管理装置から随時更新される場合は、予めシミュレーションで導出した走行パターンを駅間走行時分に応じて修正したり、駅間走行時分を満たす走行パターンを新たに作成する必要がある。
 特許文献1には、駅間走行時分に応じて省エネの走行パターンを導出する技術が開示されている。具体的には、駅間を、定速走行と惰行とを組み合わせて走行する場合において、車両が走行する駅間を示す駅間情報と、駅間を走行する際の目標走行時分から駅間の走行に要する駅間走行時分と駅間の走行に要する消費エネルギーとの関係をあらかじめシミュレーションで算出し、記録した定速走行速度情報を参照して、定速走行を行う速度を決定する車両走行制御装置及び車両走行支援装置が開示されている。
特開2013-146166号公報
 特許文献1に記載の技術では、現時点の駅間走行時分で定速走行速度情報を参照して定速走行を行う速度を決定し、駅間全体で省エネパターンとなるように制御が行われる。つまり、次駅の到着時分が前倒しされ駅間走行時分が短くなった場合は駅間全体の定速速度を上げて駅間走行時分を満たすように制御される。このため、たとえば駅間走行中に次駅の到着時分が複数回にわたって段階的に前倒しされた場合、次駅の到着時分が前倒しされるたびに定速運転速度を上げる。言い換えれば、与えられた駅間走行時分でなるべくゆっくり走行するように制御がなされる。駅間走行時分が短縮される状況は、ダイヤ乱れから復旧が行われている状況が想定され、今後も到着時分が前倒しされる可能性が高い。
 しかしながら、特許文献1に記載の技術では、到着時分の前倒しが連続して発生する場合に、到着時分の前倒しがあった時点の駅間走行時分でなるべくゆっくり走行するように制御がなされるため、実現可能な次駅の到着時分の前倒し量が減少し、ダイヤ乱れからの遅延回復に時間がかかるという課題がある。
 また他方で、駅間の前半を最速で走行し、到着駅付近で速度を低下させ走行時分を要求される駅間走行時分となるように調整する走行パターンを作成する方法もある。これによると、到着時分の前倒しが連続して発生する場合に、実現可能な次駅の到着時分の前倒し量を維持できるという利点はあるが、ダイヤ乱れの発生などで到着時分の後ろ倒しが連続して発生する場合、駅間全体で最高速度を下げた方が省エネ走行パターンとなる際には、省エネ走行パターンを作成できないという課題がある。
 本発明は、以上の点を考慮してなされたもので、ダイヤ乱れの復旧時は、遅延回復時間を短縮するために到着時分の前倒し可能な時分を最大限確保しつつ、ダイヤ乱れの発生で到着時分が連続して後ろ倒しされる場合は、省エネ走行パターンを作成可能なように、駅間の複数の区間の走行時分を決定する走行パターン作成装置を提案するものである。
 上述した課題を解決するために、本発明に係る走行パターン作成装置は、区間走行時分決定部と走行パターン作成部とを備え、区間走行時分決定部は、駅間走行時分から駅間を複数に分割した区間ごとの区間走行時分を割り当てると共に、次駅の要求到着時分の変化に応じて区間走行時分の割り当てを変更し、走行パターン作成部は、区間走行時分に基づいて区間ごとに走行パターンを作成し、当該走行パターンを結合させて駅間の走行パターンを作成することを特徴とする。
 本発明によれば、駅間走行時分の変化に応じて駅間の走行パターンを作成し、作成した省エネ走行パターンに基づいてATO装置や運転支援装置を制御できるようになる。
図1は、自動列車運転装置が搭載された列車及び関連機器を示す構成図である。 図2は、実施例1に係る走行パターン作成装置を含む機能構成図である。 図3は、実施例1に係る走行パターン作成装置が実行する区間走行時分決定処理を示すフローチャート図である。 図4は、走行時分と走行に必要な消費エネルギーの関係を示す概念図である。 図5は、実施例1を実施した時の到着時分変化に伴う走行パターンの変化例を示す説明図である。
 本発明の実施形態として、本発明に係る走行パターン作成装置の実施例について以下に説明する。
 本発明の実施例1は、自動列車運転装置(ATO装置、以下では「ATO装置」という場合もある)が搭載された列車を例にした走行パターン作成装置である。
 図1及び図2に図示する各装置は、プロセッサ、記憶媒体又はプログラムの何れか又はそれらを組み合わせて構成される機器である。例えば、プロセッサは、記憶媒体に記憶されているプログラムを読み出して各種機能を実現する。
 図1は、自動列車運転装置(ATO装置:204)の機能を示す構成図である。ATO装置(204)は、速度位置検出部(211)により、車輪軸に設置された速度発電機(221)から速度信号を検出し、また地上子(222)と通信する車上子(223)から位置を検出する。また、ATO装置(204)は、制御指令算出部(212)により、取得した速度信号と位置とに基づいて制駆動指令を算出し、算出した制駆動指令を車両情報制御装置(202)や制駆動制御装置(208)に出力する。車両情報制御装置(202)は、次駅情報や地上の運行管理装置(201)から受信した到着時分をATO装置(204)に送信する。
 ATO装置(204)が有する機能は、上記の通り、速度信号と位置を検出する速度位置検出機能及び制駆動指令を算出する制御指令算出機能であるところ、制御指令算出機能を有する制御指令算出部(212)は、さらに計画機能を有する計画部(213)及び追従機能を有する追従部(214)から構成される。
 計画機能とは、現在時刻と到着時分から駅間走行時分を算出し、駅間走行時分に対応した予め保持する駅間走行パターンに対し、現在の位置を照らし合わせて目標速度を算出する機能である。また、追従機能とは、目標速度と現在の速度との速度偏差を入力し、出力すべき制駆動力を算出する機能である。ATO装置(204)は、この算出した制駆動力を制駆動指令に含めて車両情報制御装置(202)や制駆動制御装置(208)に出力する。
 なお、制駆動指令には、マスコン(209)からのノッチ指令及びトルク指令等がある。車両情報制御装置(202)は、車上の情報伝送を管理する装置であり、ATO装置(204)やマスコン(209)からの制駆動指令を入力すると、入力した制駆動指令を制駆動制御装置(208)に出力する。制駆動制御装置(208)は、入力した制駆動指令に基づいて列車の走行を制御する。
 図2は、本発明の実施例1に係る走行パターン作成装置の構成と図1に示す各装置との関係を示す図である。実施例1に係る走行パターン作成装置(203)は、車両情報制御装置(202)より、次駅情報、次駅の到着時分、運用パターン、ダイヤ情報、位置及び速度を受信する。車両情報制御装置(202)は、次駅の到着時分を地上に設置された運行管理装置(201)から地上・車上通信網を介して受信する。次駅の到着時分に関しては、運行管理装置(201)以外から取得してもよく、例えば乗務員が運転台に設置された表示器を通して設定してもよい。走行パターン作成装置(203)は、次駅の到着時分を満たしつつ、走行に必要な消費エネルギーが小さくなる走行パターンを作成し、作成した走行パターンをATO装置(204)に送信する。なお、走行パターン作成装置(203)とATO装置(204)間のデータ形式は問わない。
 走行パターン作成装置(203)は、区間走行時分決定部(205)、走行時分データベース(206)及び走行パターン作成部(207)から構成される。以下に、各処理部の詳細を説明する。
 区間走行時分決定部(205)は、車両情報制御装置(202)から受信した情報より到着時分の変化を判定する。到着時分の変化の仕方によって、駅間を1以上に分割した区間ごとの走行時分(以下、「区間走行時分」という)の割り当てを変化させる。区間の分割は、所定距離ごとに分割してもよいし、制限速度区間の前後で分割してもよい。駅間が1以上の区間に分割されればよく、分割方法は問わない。
 走行時分データベース(206)は、ダイヤで規定された駅間走行時分を省エネ走行パターンで走行した時の区間ごとの省エネ走行時分と、駅間を最速パターンで走行した時の区間ごとの最速走行時分を格納している。なお、区間ごとの省エネ走行時分と最速走行時分は、走行時分データベース(206)のようにデータベースとして保持していてもよいし、走行パターン作成装置(203)で随時シミュレーションによって算出してもよい。要するに、区間ごとの省エネ走行時分と最速走行時分を、区間走行時分決定部(205)が把握できるのであればその方法は問わない。
 ここにおいて、区間走行時分決定部(205)が区間走行時分(区間ごとの走行時分)を決定する考え方を説明する。
 到着時分が前倒しされている間は、ダイヤ乱れからの復旧が行われている状況が想定され、今後も到着時分が前倒しされる可能性が高いと考えられる。そのため、更なる前倒しに対応できるように、駅間の前半を最速走行パターンで制御し、次駅付近で到着時分が調整可能なように、区間走行時分を設定する。
 一方、到着時分が後ろ倒しされている場合は、ダイヤ乱れが発生し先行車両との間隔が詰まってきている状況が想定される。このとき、さらに到着時分が後ろ倒しされる可能性が高く、速く走行し先行列車に近づき過ぎると機外停止が発生する可能性がある。そのため、先行列車に近づき過ぎないようにゆっくり走行するように制御する。このとき、区間走行時分は、走行パターンが省エネとなるように設定する。
 図3は、走行パターン作成装置(203)の区間走行時分決定部(205)により実行される処理手順を示す。ステップ301~316を実行することにより、区間走行時分の割り当てを決定する。また、本処理は、走行パターン作成装置(203)の動作周期ごとに実行される。以下に、順を追って各ステップの処理内容を説明する。各ステップの処理主体は、区間走行時分決定部(205)で共通しているので、処理主体の記載は省略することとする。
(ステップ301)
 次駅が更新されているか否かを判断する。次駅の更新がなければ(Yes)、ステップ302に進む。次駅が更新されれば(No)、ステップ303に進む。
(ステップ302)
 到着時分の更新があるか否かを判断する。到着時分が更新されていれば(Yes)、ステップ304に進む。到着時分の更新がなければ(No)、ステップ316に進む。
(ステップ303)
 区間走行時分に、走行時分データベース(206)から読み出した次駅までの区間ごとの省エネ走行時分を割り当てる。続いてステップ316に進む。
(ステップ304)
 出発駅の出発時分と次駅の到着時分から駅間の走行時分を算出する。列車が既に出発駅を出ている場合は、出発駅を出発した実際の時分と次駅の到着時分から駅間の走行時分を算出する。続いてステップ305に進む。
(ステップ305)
 次駅の到着時分が、以前に取得した到着時分に対して、前倒し(到着時分が早くなる)されているか、後ろ倒し(到着時分が遅くなる)されているかを判定する。前倒しされている場合(Yes)は、ステップ306に進む。後ろ倒しされている場合(No)は、ステップ314に進む。
(ステップ306)
 区間ごとの最速走行時分を走行時分データベース(206)から読み込む。続いてステップ307に進む。
(ステップ307)
 区間を識別するID(以下、「区間識別ID」という)であるnを、n=1にセットする。nは、出発駅に最も近い区間をn=1とし、次駅に向かって昇順で定義される。次駅を含む区間nは、n=Nとする。続いてステップ308に進む。
(ステップ308)
 列車が走行している区間よりも区間nが出発駅側の場合は、区間nに実際に走行するのにかかった実走行時分を割り当てる。列車が走行している区間よりも区間nが次駅側の場合は、区間nに対応した最速走行時分を割り当てる。区間nが現在走行中の区間の場合は、該当区間に割り当て済みの走行時分を区間nの走行時分とする。続いてステップ309に進む。
(ステップ309)
 区間n+1が、駅間最後の区間(n+1=N)か否かを判定する。区間n+1が駅間最後の区間である場合(Yes)は、ステップ310に進む。区間n+1が駅間最後の区間でない場合(No)は、ステップ311に進む。
(ステップ310)
 区間Nの割り当て走行時分を以下の式で算出する。算出後、ステップ312に進む。
   区間Nの割り当て走行時分
  =駅間走行時分-Σ(区間(n=1~N-1)ごとに割り当てられた走行時分)
(ステップ311)
 区間識別IDであるnを一つ繰り上げて(n=n+1)、ステップ308に戻る。
(ステップ312)
 駅間最後の区間の走行時分が過大となり、区間の走行速度が過度に低下しないように、駅間最後の区間に割り当て可能な走行時分の最大値を設けておく。ステップ310で算出した区間Nの割り当て走行時分が、区間Nに割り当て可能な走行時分の最大値を超えているか否かを判断する。超えていない場合(Yes)は、ステップ316に進む。超えている場合(No)は、ステップ313に進む。
(ステップ313)
 ステップ310で算出した区間Nの割り当て走行時分と区間Nに割り当て可能な走行時分の最大値との差分を、ステップ308で区間N-1に割り当てられた最速走行時分に上乗せし、区間N-1の走行時分とする。なお、区間N-1に設定されている割り当て可能な走行時分の最大値を超える場合は、差分を区間N-2に上乗せすればよく、この処理を各区間に割り当てられた走行時分が、各区間の割り当て可能な最大値以下となるまで繰り返す。次にステップ316に進む。
(ステップ314)
 残走行時分を以下の式で算出する。
   残走行時分=駅間走行時分-Σ(既に走行した区間の実走行時分)
         -現在走行中の区間に割り当てられている走行時分
 既に走行済みの区間の走行時分は実際の走行にかかった実走行時分とし、到着時分の変更取得時の走行中の区間については、該当区間に割り当て済みの走行時分を区間走行時分とする。続いてステップ315に進む。
(ステップ315)
 ステップ314で算出した走行時分を次駅までの残りの各区間に割り当てる。続いてステップ316に進む。走行時分の割り当ての詳細については後述する。
(ステップ316)
 区間走行時分を走行パターン作成部207に送信する。当該ステップで、一連の処理は終了する。
 次に、ステップ315における残走行時分の割り当ての詳細を、図4で説明する。
 図4は、走行時分と走行に必要な消費エネルギーの関係を示す概念図である。走行パターンを力行が2度含まれないような区間で分割した時、その区間の区間走行時分と消費エネルギーの関係は、単調減少曲線の関係をとることが知られており、この単調減少曲線は区間ごとに異なる。そこで、各区間に割り当てられた区間走行時分における単調減少曲線の接線の傾きが各区間で異なる場合には、傾きが小さい区間の区間走行時分を傾きの大きい区間に割り振る。これにより、傾きが小さい区間の消費エネルギーの増加よりも傾きの大きい区間の消費エネルギーの減少のほうが大きく、駅間の消費エネルギーを減少させることが可能である。この操作を繰り返すと、各区間の単調減少曲線の接線の傾きが一致する走行時分の割り振りが一意に決まることになる。単調減少曲線の接線の傾きが一致するまで各区間走行時分を調整し、単調減少曲線の接線の傾きが一致した時の各区間走行時分を、ステップ315で各区間に割り振る区間走行時分とする。
 また、本実施例を実施した時の到着時分変化に伴う走行パターンの変化について、図5を用いて説明する。
 図5は、(a)駅間を最速で走行したケース(実線、駅間走行時分90秒)、(b)ダイヤで規定された基準走行時分で走行したケース(点線、駅間走行時分110秒)、(c)到着時分が前倒し(破線、基準走行時分から駅間走行時分が短縮)されたケース(駅間走行時分110秒→100秒)、(d)到着時分が後ろ倒し(基準走行時分から駅間走行時分が延長)されたケース(一点鎖線、駅間走行時分110秒→120秒)、の4つの走行パターンの例と、各走行パターンの区間走行時分の割り当てを示している。
 最速走行パターン(a)に対して、基準走行時分での走行パターン(b)は、区間1では定速運転を惰行に変更し、区間3では最高速度を低下させ、かつ定速運転を惰行に変更することで省エネ走行パターンとしている。
 到着時分が出発駅停車中に前倒しされた場合(c)を説明する。到着時分が前倒しされた場合は、区間ごとの最速走行時分を読み込む(図3のステップ306)。図5の場合、区間1が30秒、区間2が20秒、区間3が40秒となる。次に、各区間に対して、区間走行時分を出発駅に近い区間から割り当てる(図3のステップ308)。図5の場合、区間1が30秒、区間2が20秒となる。区間3の割り当て走行時分は、図3のステップ310に示した式より
 区間3の割り当て走行時分
=駅間走行時分100秒-区間1の割り当て走行時分30秒-区間2の割り当て走行時分20秒
=50秒
となる。
 各区間に割り当てられた区間走行時分に基づいて走行パターンを作成すると、図5の(c)に示すように、次駅に最も近い区間3以外の区間1及び区間2は、最速走行パターンとなる。
 到着時分が出発駅停車中に後ろ倒しされた場合(d)を説明する。到着時分が後ろ倒しされた場合は、残走行時分を算出する(図3のステップ314)。図5の場合、残走行時分は120秒となる。次に、各区間に対する区間走行時分を、各区間走行時分と走行に必要な消費エネルギーの関係を示す関数である単調減少曲線の接線の傾きが各区間で一致するように割り当てる(図3のステップ315)。図5の場合、区間1が44秒、区間2が20秒、区間3が56秒となった結果を示している。
 各区間に割り当てられた区間走行時分に基づいて走行パターンを作成すると、図5の(d)に示すように、駅間全体で最高速度が低下した省エネ走行パターンとなる。
 以上のように、本実施例によれば、到着時分の変化に応じて駅間の区間走行時分が調整される。到着時分が前倒しされている間は、ダイヤ乱れからの復旧が行われている状況が想定され、今後も到着時分が前倒しされる可能性が高いと考えられる。そのため、更なる前倒しに対応できるように駅間の前半を最速走行パターンとし、次駅付近で到着時分調整可能なように区間走行時分を設定する。
 一方、到着時分が後ろ倒しされている場合は、ダイヤ乱れが発生し先行車両との間隔が詰まってきている状況が想定される。このとき、さらに到着時分が後ろ倒しされる可能性が高く、速く走行し先行列車に近づき過ぎると機外停止が発生する可能性がある。そのため、先行列車に近づき過ぎないようにゆっくり走行する。このとき、区間走行時分は、走行パターンが省エネとなるように設定する。
 すなわち、本実施例によれば、ダイヤ乱れ復旧時は、遅延回復時間を短縮するために到着時分の前倒し可能な時分を最大限確保しつつ、ダイヤ乱れ発生で到着時分が連続して後ろ倒しされる場合は、省エネ走行パターンを作成可能となる。
 本実施例では、区間走行時分の割り当て結果を自動的にATO装置や運転支援装置に送信していたが、区間走行時分の割り当て結果を乗務員や司令員に表示するようにし、乗務員や司令員が変更や却下ができるようにしてもよい。
 また、乗務員や司令員が、区間走行時分の割り当てを、任意に入力できるようにするか、複数の候補から任意に選択できるようにしてもよい。このようにすることで、特に運転支援装置の場合、乗務員が将来の走行パターンをイメージすることができ、余裕をもった運転操作が可能となる。
 さらにまた、本実施例では走行パターン作成装置が列車に搭載されている例を示したが、走行パターン作成装置の設置場所は、列車及び地上を問わない。例えば、走行パターン作成装置を地上に設置し、列車に対して走行パターンを送信するようにしてもよい。
201 運行管理装置
202 車両情報制御装置
203 走行パターン作成装置
204 自動列車運転装置(ATO装置)
205 区間走行時分決定部
206 走行時分データベース
207 走行パターン作成部
208 制駆動制御装置
209 マスコン
211 速度位置検出部
212 制御指令算出部
213 計画部
214 追従部
221 速度発電機
222 地上子
223 車上子

Claims (7)

  1.  区間走行時分決定部と、
     走行パターン作成部とを備え、
     前記区間走行時分決定部は、駅間走行時分から駅間を複数に分割した区間ごとの区間走行時分を割り当てると共に、次駅の要求到着時分の変化に応じて前記区間走行時分の割り当てを変更し、
     前記走行パターン作成部は、前記区間走行時分に基づいて前記区間ごとに走行パターンを作成し、当該走行パターンを結合させて前記駅間の走行パターンを作成する
    ことを特徴とする走行パターン作成装置。
  2.  請求項1に記載の走行パターン作成装置であって、
     前記次駅の要求到着時分の変化が、次駅の到着時分を早くする前倒しの要求または次駅の到着時分を遅くする後ろ倒しの要求である
    ことを特徴とする走行パターン作成装置。
  3.  請求項2に記載の走行パターン作成装置であって、
     前記区間走行時分決定部は、前記前倒しの要求時には、次駅に近い区間以外の区間に対して、当該前倒しの要求時点で割り当てられている区分走行時分よりも小さい値を区間走行時分として割り当て、次駅に近い区間に対して、当該前倒しの要求時点で割り当てられている区分走行時分よりも大きい値を区間走行時分として割り当てる
    ことを特徴とする走行パターン作成装置。
  4.  請求項2に記載の走行パターン作成装置であって、
     前記区間走行時分決定部は、前記後ろ倒しの要求時には、前記駅間の要求走行時分から、前記区間走行時分と走行に必要な消費エネルギーの関係を示す関数の傾きに応じて前記区間走行時分を割り当てる
    ことを特徴とする走行パターン作成装置。
  5.  駅間走行時分から駅間を複数に分割した区間ごとの区間走行時分を次駅の要求到着時分の変化に応じて割り当てる第1のステップと、
     前記区間走行時分に基づいて前記区間ごとに走行パターンを作成する第2のステップと、
     前記走行パターンを結合させて前記駅間の走行パターンを作成する第3のステップと
    を有する走行パターン作成方法。
  6.  請求項5に記載の走行パターン作成方法であって、
     前記第1のステップは、次駅の到着時分を早くする前倒しの要求時には、次駅に近い区間以外の区間に対して、当該前倒しの要求時点で割り当てられている区分走行時分よりも小さい値を区間走行時分として割り当て、次駅に近い区間に対して、当該前倒しの要求時点で割り当てられている区分走行時分よりも大きい値を区間走行時分として割り当てる処理である
    ことを特徴とする走行パターン作成方法。
  7.  請求項5に記載の走行パターン作成方法であって、
     前記第1のステップは、次駅の到着時分を遅くする後ろ倒しの要求時には、前記駅間の要求走行時分から、前記区間走行時分と走行に必要な消費エネルギーの関係を示す関数の傾きに応じて前記区間走行時分を割り当てる処理である
    ことを特徴とする走行パターン作成方法。
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