JP2014200144A - 列車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】列車の速度にハンチングを生じさせないようにする。【解決手段】実施形態の列車制御装置は、列車の現在位置及び速度を検出する検出手段と、時刻を計時する計時手段と、駅間における位置ごとの走行時間及び列車速度を示す走行計画を作成する走行計画作成手段と、計時された時刻に基づく走行時間、検出された現在位置及び検出された速度と、走行計画に示された位置、走行時間及び列車速度とのずれ具合に基づいた走行計画に対する列車の遅れ又は進み具合に対応して列車の走行を制御する制御手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、列車制御装置に関する。

従来、列車においては、均一な運転を維持して走行遅延の虞を低減するため、自動列車運転装置（ＡＴＯ：Automatic Train Operation）が備えられている。このＡＴＯは、ある駅から次の停車駅までの区間における走行計画を予め作成しておき、この走行計画に従って加減速の制御を行う。

特開２００３−２３５１１６号公報

しかしながら、上述した従来技術においては、走行計画における速度と列車の実際の速度との差を考慮することなく、走行計画に対する路線上の列車位置の先行／遅延をもとに加減速の制御を行なっているため、列車の速度にハンチングが生じる場合があった。

上述した課題を解決するために、実施形態の列車制御装置は、列車の現在位置及び速度を検出する検出手段と、時刻を計時する計時手段と、駅間における位置ごとの走行時間及び列車速度を示す走行計画を作成する走行計画作成手段と、前記計時された時刻に基づく走行時間、前記検出された現在位置及び前記検出された速度と、前記走行計画に示された位置、走行時間及び列車速度とのずれ具合に基づいた前記走行計画に対する前記列車の遅れ又は進み具合に応じて前記列車の走行を制御する制御手段と、を備える。

図１は、実施形態にかかる列車制御装置の構成を示すブロック図である。 図２は、走行計画の運転曲線を例示する概念図である。 図３は、実際の列車の走行と運転曲線とのずれを説明する説明図である。 図４は、走行計画の運転曲線に対する実際の列車の走行の一例を示す概念図である。 図５は、図４の場合における列車の加減速を例示する概念図である。 図６は、走行計画の運転曲線に対する実際の列車の走行の一例を示す概念図である。 図７は、図６の場合における列車の加減速を例示する概念図である。 図８は、走行計画の運転曲線に対する実際の列車の走行の一例を示す概念図である。 図９は、図８の場合における列車の加減速を例示する概念図である。 図１０は、走行計画の運転曲線に対する実際の列車の走行の一例を示す概念図である。 図１１は、図１０の場合における列車の加減速を例示する概念図である。 図１２は、従来の列車制御における列車速度の推移を例示するグラフである。 図１３は、従来の列車制御における遅延時間の推移を例示するグラフである。 図１４は、実施形態にかかる列車制御装置の制御における列車速度の推移を例示するグラフである。 図１５は、実施形態にかかる列車制御装置の制御における遅延時間の推移を例示するグラフである。

以下、添付図面を参照して実施形態の列車制御装置を詳細に説明する。

図１は、実施形態にかかる列車制御装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すように、列車制御装置１００は、速度・位置算出部１０１、走行時間管理部１０２、制限速度作成部１０３、走行計画作成部１０４、自動運転部１０５、車両特性データ１０６を備える。

速度・位置算出部１０１は、レール上を走行する列車の速度や路線上の現在位置を検出する。具体的には、速度・位置算出部１０１は、車輪の回転と連動するＴＧ２０１（ＴＧ：タコジェネレータ）の出力値などから列車の速度を検出する。なお、ＴＧ２０１は、車輪の回転と連動するＰＧ（パルスジェネレータ）であってもよい。また、速度・位置算出部１０１は、ＴＧ２０１の出力値より検出した列車の速度を積分して得られる走行距離と、車上子２０２で受信した地上子（図示しない）からの信号とをもとに、路線上における列車の現在位置を検出する。速度・位置算出部１０１が検出した列車の速度や現在位置は、速度・位置情報として走行計画作成部１０４、自動運転部１０５へ出力される。

走行時間管理部１０２は、路線を走行する列車の走行時間（時分）を管理する。具体的には、走行時間管理部１０２は、ＲＴＣ（Real Time Clock）やＧＰＳ（Global Positioning System）を利用して時刻を計時する計時部２０３からの時刻情報をもとに列車の走行時間を管理する。走行時間管理部１０２が管理する走行時間は走行計画作成部１０４へ出力される。

また、実際はダイヤどおりに駅を出発するわけではなく、数秒単位の誤差が生じることがある。したがって、走行時間管理部１０２は、出発ボタン２０４からの出発合図をもとに、正確な出発時刻を把握する。次いで、走行時間管理部１０２は、路線のダイヤが記述されたダイアデータ２０５より、次の駅における停車／通過時刻を取得して、次の駅までの駅間走行時間（時分）を算出する。その際に、駅間における走行時間を確認するための採時位置を設定してもよい。

また、走行時間管理部１０２は、運転情報管理装置２０６からの運転整理情報などを受け付けて、その運転整理情報に従ってダイアデータ２０５に記述されたダイヤを調整した駅間走行時間を算出してもよい。具体的には、運転情報管理装置２０６からの運転整理情報をもとに、「次の駅の到着時刻をダイヤより１分遅らせる」などの調整を行ってもよい。

制限速度作成部１０３は、路線の位置ごとの勾配・曲線などによる路線固有の制限速度が記述された路線データ２０８と、ＡＴＣ２０９（ＡＴＣ：自動列車制御装置）から入力した情報とをもとに、制限速度を作成する。なお、ＡＴＣ２０９から入力される情報には、臨時速度制限（天候などの路線状況に応じて臨時に設定される制限速度）、前方信号情報（先行列車との間隔、進路開通状況などによる信号情報）などがある。制限速度作成部１０３が作成した制限速度は走行計画作成部１０４、自動運転部１０５へ出力される。

走行計画作成部１０４は、走行時間管理部１０２から出力される駅間の走行時間（時分）と、次駅停車／通過時間、駅間における採時位置の通過時間などが記述された基準運転データ２０７とをもとに、列車が駅間を走行する際の走行計画を作成する。この走行計画は、次の停車駅の目標位置へ所定の走行時間で列車を停止させるための、駅間における位置ごとの走行時間及び列車速度が示された運転曲線などである。

図２は、走行計画の運転曲線Ｇ１、Ｇ２を例示する概念図である。図２に示すように、運転曲線Ｇ１、Ｇ２は、駅間を走行する際の位置（ｍ：メートル）ごとの時間（Ｓ：秒）と速度（ｋｍ／ｈ：キロメートル毎時）との関係を示す。走行計画作成部１０４は、この運転曲線Ｇ１、Ｇ２に相当するデータを作成し、自動運転部１０５へ出力する。

自動運転部１０５は、ＡＴＯなどであり、駅間における列車の走行を制御する。自動運転部１０５は、速度・位置算出部１０１から出力される速度・位置情報と、制限速度作成部１０３から出力される制限速度と、走行計画作成部１０４から出力される走行計画を示すデータとをもとに、車両特性データ１０６に記述された車両（列車）の加速／制動にかかる性能（例えば車両重量、加減速性能等の列車の運転特性）を参照して、力行／惰行／定速／減速の指令、ノッチ指令、ブレーキ指令、加減速度の指定などの加減速指令を出力する。この加減速指令に従って電動機や制動装置（いずれも図示しない）が駆動されることで、列車の走行が制御される。

具体的には、自動運転部１０５は、時刻補正運転部１０７、定位置停止制御部１０８、自動運転制御部１０９、加減速決定部１１０を備える。自動運転制御部１０９は、走行計画作成部１０４から出力される走行計画に従って制限速度作成部１０３から出力される制限速度内で列車を走行するための加減速値を、車両特性データ１０６に記述された列車の性能を参照して加減速決定部１１０へ出力する。定位置停止制御部１０８は、目標とする停止位置と現在位置との距離と、車両特性データ１０６に記述された制動にかかる性能とをもとに、ブレーキの効き具合のばらつきに対応して適切なブレーキ指令（減速値）を決定して加減速決定部１１０へ出力する。このブレーキ指令により、目標とする停止位置に精度よく列車を停止させることができる。

時刻補正運転部１０７は、計時部２０３により計時された時刻に基づく走行時間、速度・位置算出部１０１により検出された現在位置及び列車速度と、走行計画作成部１０４から出力される走行計画に示された位置、走行時間及び列車速度とのずれ具合に基づいて、走行計画に対する列車の遅れ又は進みを判断する。次いで、時刻補正運転部１０７は、走行計画に対する列車の遅れ又は進みに応じて、その遅れ又は進みを解消するための列車の加減速値を決定して加減速決定部１１０へ出力する（詳細は後述する）。

加減速決定部１１０は、時刻補正運転部１０７、定位置停止制御部１０８、自動運転制御部１０９からの加減速値に対応した加減速指令を、列車の電動機、制動装置へ出力する。

ここで、時刻補正運転部１０７の処理の詳細について説明する。図３は、実際の列車の走行と運転曲線Ｇ１とのずれを説明する説明図である。

図３において、ポイントＰ１は、実際の列車の位置、走行時間を示す点である。この時の列車位置をＸｐｊ、走行時間をｔｉｍｅ、列車速度をＶｐｊとする。すなわち、速度・位置算出部１０１から出力される速度・位置情報からはＸｐｊ、Ｖｐｊが得られ、計時部２０３の計時によってｔｉｍｅが得られる。また、実際の列車位置がＸｐｊであることから、運転曲線Ｇ１上のポイントＰが走行計画に対応した列車の位置、走行時間を示す点である。このポイントＰ、Ｐ１のずれが走行計画に対する列車の遅れ又は進み具合の見かけ上のずれである。

ここで、運転曲線Ｇ１上のポイントＰ、すなわち列車位置Ｘｐｊにおける列車速度をＶｒｊ（運転曲線Ｇ２より列車位置Ｘｐｊに対応する速度を抽出）とする。また、ポイントＰから次に列車位置、速度の検出を行う直近の採時位置までの残時間をＴｒｒｊ（運転曲線Ｇ１から列車位置Ｘｐｊに相当する走行時間を抽出し、絶対時刻に置き換えて、ダイヤ上の残時間を演算）とする。

このとき、走行中の列車の走行計画に対するずれを示す遅延時間Ｔｄｄｊは（Ｔｒｒｊ−Ｔｒｐｊ）として演算できる。しかしながら、この遅延時間Ｔｄｄｊは、時間−位置における見かけ上のずれを示すものであり、この遅延時間Ｔｄｄｊでのみ遅れ又は進みを判断して加減速を行うと、走行計画における速度と列車の実際の速度との速度差が考慮されていないことから、列車の速度にハンチングが生じる場合がある。

したがって、時刻補正運転部１０７では、遅延時間Ｔｄｄｊに走行計画上の列車速度と検出された列車速度との速度差を考慮した演算を行って、走行中の列車の走行計画に対する遅れ又は進み具合を示す時間Ｔｄｊを算出する。近似的には、Ｔｄｊ＝Ｔｄｄｊ＋（検出された列車速度を走行計画上の列車速度に移行させるのに要する時間）として、上述した遅延時間Ｔｄｄｊに、走行計画上の列車速度と検出された列車速度との速度差を解消するための時間を加算したものを算出する。このように、走行計画における速度と列車の実際の速度との速度差を考慮することで、列車の速度にハンチングが生じることを防止できる。

ここで、速度移行をおこなうための加減速度の絶対値を｜αｄｊ｜とする。なお、｜αｄｊ｜は、車両特性データ１０６に記述された加減速性能より得られる値である。この｜αｄｊ｜をもとに、走行中の列車の走行計画に対する遅れ又は進み具合を示す時間Ｔｄｊを、次の式（１）より算出する。なお式（１）において、Ｔｄｊが正値である場合は走行計画に対する遅れを示し、負値である場合は走行計画に対する進みを示している。

時刻補正運転部１０７は、式（１）により算出したＴｄｊの値が正値であり、走行計画に対する遅れがある場合は、その遅れを解消するための列車の加速（＋αｄｊ）を決定して加減速決定部１１０へ出力する。逆に、時刻補正運転部１０７は、式（１）により算出したＴｄｊの値が負値であり、走行計画に対する進みがある場合は、その進みを解消するための列車の減速（−αｄｊ）を決定して加減速決定部１１０へ出力する。

なお、式（１）においては、時間−位置における見かけ上のずれを示す遅延時間Ｔｄｄｊ（Ｔｒｒｊ−Ｔｒｐｊ）の正値（遅れ）／負値（進み）が、第２項の値によって変わる場合がある。例えば、遅延時間Ｔｄｄｊ（Ｔｒｒｊ−Ｔｒｐｊ）が正値（遅れ）であっても、実際の列車の列車速度Ｖｐｊが走行計画における列車速度Ｖｒｊより高い場合には第２項が負値となり、第２項の値の大きさによっては負値（進み）となる。

なお、時刻補正運転部１０７は、Ｔｄｊの値が予め設定された範囲（デッドバンド）内である場合は、走行計画に対する遅れや進みを解消するための加減速値を０として加減速決定部１１０へ出力し、加減速を行わせないようにする。これにより、走行計画に対するデッドバンド内の遅れや進みについては加減速が行われないことから、列車の速度にハンチングが生じることを防止できる。

時刻補正運転部１０７による加減速には、次の（ケース１）〜（ケース４）の４つの場合が考えられる。

（ケース１）
ケース１は、時間−位置における見かけ上の遅れがある場合において、実際の列車の列車速度Ｖｐｊが走行計画における列車速度Ｖｒｊより高く、先行（進み）と判断される場合である。

図４は、走行計画の運転曲線Ｇ１に対する実際の列車の走行の一例を示す概念図である。図５は、図４の場合における列車の加減速を例示する概念図である。

図４に示すように、ポイントＰ１と、運転曲線Ｇ１上のポイントＰとのずれからは、時間−位置における見かけ上の遅れがある。しかしながら、ポイントＰ１における列車速度Ｖｐｊが運転曲線Ｇ２上の列車速度Ｖｒｊより充分に高く、Ｔｄｊの値が負値となるため、進みと判断される。このようなケース１の場合、図５に示すように、先行判断による減速（−αｄｊ）が行われて、運転曲線Ｇ１に追従することとなる。

（ケース２）
ケース２は、時間−位置における見かけ上の遅れがある場合において、実際の列車の列車速度Ｖｐｊが走行計画における列車速度Ｖｒｊより低く、遅れ（遅延）と判断される場合である。

図６は、走行計画の運転曲線Ｇ１に対する実際の列車の走行の一例を示す概念図である。図７は、図６の場合における列車の加減速を例示する概念図である。

図６に示すように、ポイントＰ１と、運転曲線Ｇ１上のポイントＰとのずれからは、時間−位置における見かけ上の遅れがある。また、ポイントＰ１における列車速度Ｖｐｊが運転曲線Ｇ２上の列車速度Ｖｒｊより低いため、Ｔｄｊの値が正値となり、遅延と判断される。このようなケース２の場合、図７に示すように、遅延判断による加速（αｄｊ）が行われる。次いで、Ｔｄｊがデッドバンド内に入ることから、加減速なしとなった後、先行判断となり減速した結果、運転曲線Ｇ１へ追従することとなる。

（ケース３）
ケース３は、時間−位置における見かけ上の進みがある場合において、実際の列車の列車速度Ｖｐｊが走行計画における列車速度Ｖｒｊより低く、遅れ（遅延）と判断される場合である。

図８は、走行計画の運転曲線Ｇ１に対する実際の列車の走行の一例を示す概念図である。図９は、図８の場合における列車の加減速を例示する概念図である。

図８に示すように、ポイントＰ１と、運転曲線Ｇ１上のポイントＰとのずれからは、時間−位置における見かけ上の進みがある。しかしながら、ポイントＰ１における列車速度Ｖｐｊが運転曲線Ｇ２上の列車速度Ｖｒｊより充分に低いため、Ｔｄｊの値が正値となり、遅延と判断される。このようなケース３の場合、図９に示すように、遅延判断による加速（αｄｊ）が行われて、運転曲線Ｇ１に追従することとなる。

（ケース４）
ケース４は、時間−位置における見かけ上の進みがある場合において、実際の列車の列車速度Ｖｐｊが走行計画における列車速度Ｖｒｊより高く、進み（先行）と判断される場合である。

図１０は、走行計画の運転曲線Ｇ１に対する実際の列車の走行の一例を示す概念図である。図１１は、図１０の場合における列車の加減速を例示する概念図である。

図１０に示すように、ポイントＰ１と、運転曲線Ｇ１上のポイントＰとのずれからは、時間−位置における見かけ上の進みがある。また、ポイントＰ１における列車速度Ｖｐｊが運転曲線Ｇ２上の列車速度Ｖｒｊより高いため、Ｔｄｊの値が負値となり、先行と判断される。このようなケース４の場合、図１１に示すように、先行判断による減速（−αｄｊ）が行われる。次いで、Ｔｄｊがデッドバンド内に入ることから、加減速なしとなった後、遅延判断となり加速した結果、運転曲線Ｇ１へ追従することとなる。

図１２は、従来の列車制御における列車速度の推移を例示するグラフである。図１２において、グラフＧ１１は、走行計画における走行距離と列車速度との関係を示している。また、グラフＧ１２は、従来の列車制御における走行距離と列車速度との関係を示している。図１３は、従来の列車制御における遅延時間の推移を例示するグラフである。図１３において、グラフＧ１３は、従来の列車制御における走行距離と遅延時間との関係を示している。

図１２からも明らかなように、従来の列車制御では、走行計画における速度と列車の実際の速度との速度差が考慮されないことから、列車の速度にハンチングが生じている。また、図１３からも明らかなように、列車の速度にハンチングが生じることから、遅延時間についてもハンチングが生じることとなる。

図１４は、実施形態にかかる列車制御装置１００の制御における列車速度の推移を例示するグラフである。図１４において、グラフＧ１４は、列車制御装置１００の制御における走行距離と列車速度との関係を示している。図１５は、実施形態にかかる列車制御装置１００の制御における遅延時間の推移を例示するグラフである。図１５において、グラフＧ１５は、列車制御装置１００の制御における走行距離と実質上の遅延時間との関係を示している。また、グラフＧ１６は、列車制御装置１００の制御における走行距離と見かけ上の遅延時間との関係を示している。

図１４からも明らかなように、実施形態にかかる列車制御装置１００の制御では、走行計画における速度と列車の実際の速度との速度差が考慮されることから、列車の速度にハンチングが生じにくく、安定的にグラフＧ１１へ追従することとなる。また、図１５からも明らかなように、列車の速度にハンチングが生じにくいことから、遅延時間についても安定的に０へ収束することとなる。

（変形例１）
実際の列車などでは、力行・定速・減速（ブレーキ）だけでなく、それぞれについて細かく段階が設定されていることがある（例えば、力行は２０段階、減速は１０段階など）。したがって、変形例１の時刻補正運転部１０７は、走行計画における速度と列車の実際の速度との速度差をより早く解消するため、速度差に応じた加減速値を決定して加減速決定部１１０へ出力してもよい。具体的には、時刻補正運転部１０７は、速度差が大きな場合にはより大きな加減速値が選択され、速度差が小さな場合にはより小さな加減速値が選択されるように、速度差と加減速値との対応関係が記述されたテーブルデータを参照し、列車の加減速値を決定して加減速決定部１１０へ出力する。

（変形例２）
走行中の列車の走行計画に対する遅れ又は進み具合を示す時間Ｔｄｊが大きな値であり、走行計画への追従を行うと加減速が大きくなる場合は、時刻補正運転部１０７による加減速の制御ではなく、走行計画を再計画したほうがよい場合がある。したがって、変形例２では、走行時間管理部１０２は、時刻補正運転部１０７において算出されたＴｄｊが予め設定された閾値（所定値）以上である場合、駅を出発する際に作成する走行計画と同様に、速度・位置算出部１０１により検出された現在位置から次駅までの走行計画を再作成する。自動運転部１０５は、この再作成された走行計画をもとに列車の走行を制御する。これにより、無理に走行計画への追従を行うことなく、再作成された走行計画による列車の制御を行うことで、制御性能を向上することができる。

なお、本発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成することができる。例えば、実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１００…列車制御装置、１０１…速度・位置算出部、１０２…走行時間管理部、１０３…制限速度作成部、１０４…走行計画作成部、１０５…自動運転部、１０６…車両特性データ、１０７…時刻補正運転部、１０８…定位置停止制御部、１０９…自動運転制御部、１１０…加減速決定部、２０１…ＴＧ、２０２…車上子、２０３…計時部、２０４…出発ボタン、２０５…ダイアデータ、２０６…運転情報管理部、２０７…基準運転データ、２０８…路線データ、２０９…ＡＴＣ、Ｇ１、Ｇ２…運転曲線、Ｇ１１〜Ｇ１６…グラフ、Ｐ、Ｐ１…ポイント、Ｔｄｄｊ…遅延時間、Ｔｉｍｅ…走行時間、Ｔｒｐｊ、Ｔｒｒｊ…残時間、Ｖｐｊ、Ｖｒｊ…列車速度、Ｘｐｊ…列車位置

Claims (5)

1. 列車の現在位置及び速度を検出する検出手段と、
   時刻を計時する計時手段と、
   駅間における位置ごとの走行時間及び列車速度を示す走行計画を作成する走行計画作成手段と、
   前記計時された時刻に基づく走行時間、前記検出された現在位置及び前記検出された速度と、前記走行計画に示された位置、走行時間及び列車速度とのずれ具合に基づいた前記走行計画に対する前記列車の遅れ又は進み具合に応じて前記列車の走行を制御する制御手段と、
   を備える列車制御装置。
2. 前記制御手段は、前記検出された現在位置における前記走行計画の走行時間と、前記計時された時刻に基づく走行時間とのずれ時間に、前記検出された現在位置における前記走行計画の列車速度と前記検出された速度との速度差を解消するための時間を加算した、前記走行計画に対する前記列車の遅れ又は進み具合を示す時間に基づいて、当該時間を短くするように前記列車を加減速させる、
   請求項１に記載の列車制御装置。
3. 前記制御手段は、前記走行計画に対する前記列車の遅れ又は進み具合を示す時間が予め設定された範囲内である場合は前記時間を短くするための加減速を行わせない、
   請求項２に記載の列車制御装置。
4. 前記制御手段は、前記速度差の大きさに応じた加減速値で、前記走行計画に対する前記列車の遅れ又は進み具合を示す時間を短くするように前記列車を加減速させる、
   請求項２又は３に記載の列車制御装置。
5. 前記走行計画作成手段は、前記走行計画に対する前記列車の遅れ又は進み具合を示す時間が所定値以上である場合に、前記検出された現在位置から次駅までの走行計画を再作成し、
   前記制御手段は、前記再作成された走行計画をもとに前記列車の走行を制御する、
   請求項２乃至４のいずれか一項に記載の列車制御装置。

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