JP5476070B2 - 列車制御システム - Google Patents

Description

本発明は列車の間隔を制御し消費エネルギーを低減する列車制御システムに関する。

鉄道システムでは列車は同一走行路を走行するため、列車同士を衝突させないように信号設備が設けられており、先行列車との衝突を防止するように信号設備が後続列車の停止目標点やブレーキパターンを定めることで、安全性を保っている。通常ダイヤ通りの走行をしている場合には問題はないが、ある列車が遅延しダイヤ上の余裕を無くした場合、その後続を走行する列車に、先行列車との衝突を回避する為にブレーキがかかる事になる。特に、都市部のように高密度に列車が走行している場合、その更に後ろを走行している列車に対してもこの現象が波及し、更に遅延が悪化するとともに、乗り心地の悪化や消費エネルギーの増加を招く事がある。

これを解決する為の技術として、特許文献１に示す様に、列車群制御システムは、一般的に列車が遅延した際に、列車の間隔を制御する事によって遅延回復を行うシステムである。従来の列車群制御方法ではたとえば列車への過接近を防止する方法として特許文献１の方法、があげられる。これは先行列車が現在の軌道回路境界を抜ける時間と後続列車がブレーキパターンに接触する時間を比較して後続列車がブレーキパターンに接触する時間が早ければランカーブを変更してブレーキパターンに抵触しないように制御する方法があるものである。

また、簡易な構成での省エネに関しては特許文献２の方法では地上側にポイントを設けてこの予測通過時刻をダイヤと比較する事で列車の制御を行う方法が開示されている。

特開２００２−２０４５０７号公報 特開２０００−１９８４４４号公報

しかし、特許文献１では後続列車は先行列車の位置、速度等を別途受信する必要があり、全ての先行となりうる列車の目標ランカーブを持つことが必要となるため、構成が複雑になることが予想される。また、特許文献２では先行列車との間隔を考慮していないため、先行列車が何らかの理由によって遅延した場合には、ブレーキパターンに接触し、機外停止する事が予想される。

また、軌道回路毎で制御を行うため、先行列車が長い軌道回路に在線しており、後続列車のブレーキパターンに抵触する点までの距離が短い場合に、先行列車が軌道回路を抜けるまでの時間が長くなるため、大きく減速したランカーブに変更され、これに従って走る事で後続列車は大きく減速する。その後、先行列車が軌道回路を抜けると、後続列車は加速を行うため、無駄な加減速を行う問題がある。

本発明の目的はこのため簡易な構成で過接近を防止し無駄な加減速を省いた消費エネルギーを低減する列車制御方法を提供することである。

本発明は上記目的を達成するために、先行列車位置から決定する停止目標点を受信する受信装置と、列車の目標とする位置と速度の関係を示す目標ランカーブ、列車の運行時間を示すダイヤ情報、駅位置や勾配、曲線からなる路線情報、列車の仕様や性能を表す列車情報、路線の区間を表す軌道回路情報、および前記停止目標点を保持する記憶装置と、列車の速度を検出する速度検出装置と、列車を制御する列車制御装置を有する列車制御システムにおいて、前記列車制御装置は前記停止目標点の遷移と、前記軌道回路情報と、停止目標点と列車在線軌道回路の関係とを用いて先行列車位置を推定する手段と、前記目標ランカーブ情報と前記速度検出装置から得られる列車速度と、前記列車速度の積算によって得られる列車位置、および前記列車情報とから前記先行列車位置までの所要時間を計算する手段と、前記先行列車位置までの所要時間を前記ダイヤ情報に含まれているダイヤ上での先行列車との時隔と比較し、前記ダイヤ上での先行列車との時隔よりも前記先行列車位置までの所要時間が短い場合に惰行指令を行う手段を備える。

また、好ましくは前記列車制御装置は一定時間間隔毎に、最後に推定した先行列車位置までの所要時間を計算し、前記先行列車位置までの所要時間と最後に先行列車位置を推定した時刻からの経過時間を加算したものが前記ダイヤ上での先行列車との時隔よりも短い場合に惰行を行う手段を備える。

また、好ましくは前記列車制御装置は前記停止目標点が移動した時刻を記録し、前記停止目標点が移動した時刻の差と前記軌道回路情報に含まれる軌道回路長とから先行列車の平均速度を算出し、前記列車速度と前記先行列車の平均速度の比を、前記先行列車位置を推定した時刻からの経過時間に乗算した値と前記先行列車位置までの所要時間を加算したものが前記ダイヤ上での先行列車との時隔よりも短い場合に惰行を行う手段を備える。

先行列車が軌道回路境界を抜けると後続列車に対する信号展開が変わる。先行列車後尾の在線する軌道回路と後続列車に対する信号展開には信号方式により一定の法則があることから信号展開の状態から先行列車後尾がどの軌道回路に存在するか推定する事ができる。

つまり後続列車から見ると信号展開が変更した瞬間から信号の伝送時間分だけ前の時刻に先行列車が推定した軌道回路の一つ手前の軌道回路を抜けた事になる。この瞬間には先行列車後尾は軌道回路端とほぼ同一の位置であるとみなせるため、軌道回路境界を先行列車の後尾位置と置くことが出来る。後続列車は自列車の位置と速度と目標ランカーブを所有する事から先行列車位置に到達するまでの時間が計算できる。この先行列車まで到達するために必要な時間をダイヤ上の時隔と比較し、ダイヤ上の時隔よりも短い場合には惰行を優先することで列車間隔を維持しつつ無駄な加減速を省くことが出来る。

本発明によれば、過接近を防止し、簡易な構成で先行列車への過接近を未然に防止し無駄な加減速を防止し、余分なブレーキを作動させず、消費エネルギーを低減する事が出来る。

図１は本発明の一実施形態例における車上制御装置の構成である。 図２は本発明の一実施形態における軌道回路情報の例である。 図３は本発明の一実施形態におけるダイヤ情報の例である。本発明の一実施例における列車制御方法の処理フロー図である。 図４は本発明の一実施形態における先行列車位置推定方法の模式図である。 図５は本発明の一実施形態における列車制御装置の処理フロー図である。 図６は本発明の一実施形態における先行列車位置までの所要時間計算方法の説明図である。本発明の一実施例における従来方式との走行結果の模式図である。 図７は本発明の一実施形態における走行結果の模式図である。 図８は本発明の一実施形態における軌道回路情報の例である。 図９は本発明の一実施形態における後続列車の先行列車位置までの所要時間の説明図である。 図１０は本発明の一実施形態における先行列車の速度を勘案したノッチ制御方法の説明図である。 図１１は本発明の実施例２である車車間通信において停止目標点を送受信する場合の模式図である。 図１２は本発明の一実施形態である車車間通信において停止目標点を送受信する列車の概略構成図である。 図１３は本発明の実施例３である車車間通信において列車位置を送受信する場合の模式図である。 図１４は本発明の一実施形態である車車間通信において列車位置を送受信する列車の概略構成図である。 図１５は本発明の一実施形態である車車間通信において列車位置を送受信する列車の列車制御装置の制御フロー図である。 図１６は本発明の一実施形態である車車間通信において列車位置を送受信する列車の走行結果の模式図である。 図１７は本発明の実施例４である移動閉塞の場合に停止目標点を送受信する場合の模式図である。 図１８は本発明の一実施形態である移動閉塞の場合に停止目標点を送受信する列車の概略構成図である。 図１９は本発明の一実施形態である移動閉塞の場合の停止目標点を送受信する列車の列車制御装置の制御フロー図である。 図２０は本発明の実施例５である現行速度走行時に先行列車との時隔を一定に保つ列車の構成である。 図２１は現行速度走行時に先行列車との時隔を一定に保つ列車の列車制御装置の制御フローである。 図２２は先行列車との時隔と目標時隔の差に対応するノッチのマップである。 図２３は先行列車との時隔と目標時隔の差に対応する加速度のマップである。 図２４は先行列車との時隔と目標時隔の差に対応するノッチのマップである。 図２５は走行結果の例である。 図２６は走行結果の例である。 図２７は本発明の実施例６である先行列車の速度推定を行い、パターンへの衝突を回避する列車の概略構成図である。 図２８は先行列車の速度推定の方法を示した図である。 図２９はブレーキパターンへの衝突を回避する方法を示した図である。 図３０は先行列車の速度予測を行い、パターンへの衝突を回避する列車の制御フローである。 図３１は走行結果の例である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の１実施形態による鉄道車両列車の概略構成図である。停止目標点などの該列車の情報停止目標点を受け取る受信装置１１と、路線の区間を表す軌道回路情報２２０と駅位置、勾配および曲線の情報から構成されるなどの地形情報路線情報２２１と、加速性能、ブレーキ性能、車両列車重量、車両列車長、走行抵抗式などで構成される車両列車情報２２２と、列車の運行時間を示すダイヤ情報２２３と、列車の目標とする位置と速度の関係を示す目標ランカーブ２２４と、前回受信時の停止目標点２２５とを保持する記憶装置１２と、車両列車の速度を取得する速度検出装置１３と、前記受信装置１１が受信した前記該列車の停止目標点と前記速度検出装置１３が取得した車両列車速度と、前記記憶装置１２にある目標ランカーブとダイヤ情報と車両性能と前記軌道回路情報２２１と前記列車情報２２２と前記ダイヤ情報２２３と前記目標ランカーブ２２４とから先行列車の位置を推定し、過接近を防止する制御を行う列車車両制御装置１４と、前記列車制御装置からのノッチ指令により列車を駆動する駆動装置１９によって構成される。

各装置間の情報の授受を以下に示す。受信装置１１から列車制御装置１４へは停止目標点２１が送信される。記憶装置１２から列車制御装置１４へは軌道回路情報２２０、路線情報２２１、列車情報２２２、ダイヤ情報２２３、目標ランカーブ２２４および前回受信時の停止目標点２２５から構成される記録情報２２が送信される。速度検出装置１３から列車制御装置１４へは列車速度２３が送信される。列車制御装置１４から記憶装置１２には停止目標点２４が送信される。列車制御装置１４から駆動装置１９へはノッチ指令２５が送信される。

図２に軌道回路情報の例を示す。軌道回路情報は軌道回路番号、軌道回路境界位置、軌道回路長および先行列車後尾在線時に後続列車の停止目標点が存在する軌道回路番号から構成され、軌道回路境界の位置が昇順となるように記録される。

図３に列車の保有するダイヤ情報の例を示す。ダイヤは各駅に割り振られる駅番号、当該駅での到着時刻、停車時間、出発時刻および先行列車との時隔から構成される。

図４に先行列車位置の推定方法を示す。今、２列車が存在し、軌道回路２ｆに先行列車１ｂが在線しているとする。この時、後続列車１ａの停止目標点３ａは、軌道回路２ｅの後続列車側軌道回路境界から事前に定められた余裕距離分だけ後続列車側に設定される。その後、先行列車１ｂが走行し、その列車後尾が軌道回路２ｆを抜け２ｇに移ると、地上装置４は先行列車１ｂの在線位置を検知し、停止目標点３ｂを算出し、後続列車１ａに停止目標点３ｂを送信する。後続列車１ａは停止目標点が３ａから３ｂに移動したことにより、先行列車後尾が軌道回路境界を抜け、隣の軌道回路に移った事がわかる。また停止目標点の位置と自らが保有する軌道回路情報から先行列車後尾がどの軌道回路に進入したかを推定する。この先行列車後尾が進入した軌道回路の後続列車側軌道回路境界を先行列車後尾位置と推定する。

図５には本発明の実施形態での列車車両制御装置の制御方法を示すフローチャートである。
処理１０１で受信装置１１が受信した停止目標点を含む情報を受け取り、列車の受信装置１１で受信した停止目標点と、記憶装置より入手した前回受信時の停止目標点とを比較し、停止目標点が前回受信時の停止目標点とが異なる場合は処理１０２に移行し、この条件を満たさない場合は処理１０８に移行する。

停止目標点が異なる場合は処理１０３に移行し、処理１０１で受け取った処理１０２では、カウンタｋを０にし、処理１０３に移行する。

処理１０３では、処理１０１で入手した停止目標点の情報と、記憶装置より入手した軌道回路情報を用いて、停止目標点の存在する軌道回路番号を探索する。また、停止目標点の存在する軌道回路番号と、軌道回路情報に存在する、先行列車後尾在線時における後続列車の停止目標点となる軌道回路番号に基づいて、先行列車後尾の存在する軌道回路番号を探索する。該当する軌道回路が複数存在する場合は最も手前の軌道回路を先行列車後尾の存在する軌道回路とする。さらに、この軌道回路と前記記憶装置１２に持つ軌道回路情報から、停止目標点の２つ先の軌道回路の後続列車側軌道回路境界端を、先行列車後尾位置と推定し、処理１０４に移行する。

処理１０８では後述する処理１０５が最後に実行された時刻から事前に定められたｎ秒が経過した場合に処理１０９に移行し、上記条件を満たさなければ処理１０７に移行する。
処理１０９ではカウンタｋに１を加算し、処理１０４に移行する。

処理１０４について図６を用いて説明する。後続列車がある時刻に位置−速度グラフ上の点ｘに存在する。この時、列車は現在位置において目標ランカーブの速度より低速であるため、列車情報、路線情報および目標ランカーブを用いて現在の列車位置−速度から最大加速を行った場合に到達する目標ランカーブ上の点ｙを算出し、点ｘから点ｙに移動する為に要する時間ｂを計算する。

ここで、後続列車後尾を先行列車後尾位置と合わせるため、処理１０３で求めた先行列車後尾位置に後続列車長を加えた位置を求める事で、後続列車の先頭が到達する位置を求める。この位置の目標ランカーブ上の点を点ｚとし、点ｙから点ｚに目標ランカーブに沿って移動する為に要する時間ｃを計算する。次に処理１３０に移行する。

処理１３０ではダイヤ情報から次に停車する駅の駅番号を読み取り、当該駅の駅位置と先行列車位置を比較し、先行列車位置が次の停車駅の駅位置よりも遠い場合には処理１３１に移行し、上記条件を満たさない場合には処理１０５に移行する。処理１０４では前記処理１０３で求めた先行列車後尾位置と、速度検出装置１３から得られる列車速度と列車速度を積算して得られる列車位置と、列車長と記憶装置１２に保持する車両情報と地形情報と目標ランカーブとを用いて、後続列車後尾の位置が目標ランカーブ通りに走ったときに先行列車の後尾の位置に到達する為に必要な時間を計算する。

列車の速度が目標ランカーブから外れている場合には、ランカーブ上に来るように加減速を行った後ランカーブ通りに走行する。
処理１０５では前記処理１０４で求めた目標ランカーブ上ｙに到達するための所要時間ｂと、先行列車位置まで到達する為の所要時間ｃと、処理１０８に定める時間ｎにカウンタｋを乗算した値とを加算し、この値が前記記憶装置１２に保持するダイヤ上の先行列車との時隔ｄよりも短い場合には、処理１０６に移行し惰行を指令して処理１１０に移行する。上記条件を満たさない場合には、処理１０７に移行し通常ノッチ操作を行う。通常ノッチ操作では目標ランカーブに追従するようにノッチを指令する。この後、処理１１０に移行する。

処理１３１では前記処理１０４で求めた目標ランカーブ上ｙに到達するための所要時間ｂと、先行列車位置まで到達する為の所要時間ｃと、後述する処理１０８に定める時間ｎにカウンタｋを乗算した値と、次の駅で停車する時間ｓとを加算し、この値が前記記憶装置１２に保持するダイヤ上の先行列車との時隔ｄよりも短い場合には処理１０６に移行し惰行を指令して処理１１０に移行する。上記条件を満たさない場合には処理１０７に移行し通常ノッチ操作を行う。通常ノッチ操作では目標ランカーブに追従するようにノッチを指令する。この後、処理１１０に移行する。

処理１１０では停止目標点を記憶装置に記録し、終了となる。

図７は図５のフローに従い走行した例を示している。この例では図８に示す軌道回路情報を用いている。（イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）（ヘ）（ト）では横軸に位置、縦軸に速度を取り、（イ）は図５の処理フローに則って列車を制御した場合の先行列車および後続列車の走行結果であり、実線が後続列車先頭、破線が先行列車後尾、一点鎖線が後続列車の目標ランカーブを表す。

なお、（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）（ヘ）（ト）は時刻ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６における列車の在線状況および各時刻での後続列車の指令を示している。また、（チ）は横軸に位置、縦軸に累積の消費エネルギーを示す。
（ロ）に示す時刻ｔ１では先行列車後尾が軌道回路６ｅに存在しており、停止目標点が３ｃに存在する。

次に先行列車後尾が軌道回路境界を越え軌道回路６ｆに進入した時刻ｔ２について（ハ）を用いて説明する。この時、停止目標点が３ｃから３ｄに移動する。後続列車は処理１０１に従い受信した停止目標点３ｄを前回値３ｃと比較し、異なる事から処理１０２に移行する。次に処理１０２でカウンタｋを０にし、処理１０３に移行する。処理１０３では停止目標点３ｄと軌道回路情報から先行列車後尾の在線する軌道回路を軌道回路６ｆとし、先行列車後尾の位置を軌道回路６ｅと６ｆの境界位置と推定する。

次に処理１０４では目標ランカーブ上の位置に到達する為の時間ｂを計算するが、ここでは既に目標ランカーブ上に列車位置−速度があるため、ｂは０となる。また、目標ランカーブ通りに走行した場合の先行列車位置までの所要時間ｃを計算する。次に、処理１３０に従い次の停車駅の駅位置を路線情報より取得し、この駅位置と先行列車位置を比較する。ここでは先行列車は次の停車駅の駅位置よりも手前にいるため、処理１０５に移行する。次に処理１０５に従いｂ＋ｃ＋ｋｎをダイヤ上の時隔ｄと比較する。処理１０２を通過したためｋは０であり、ここではｂ＋ｃ＋ｋｎがダイヤ上の時隔ｄよりも短いため、処理１０６に従い惰行を指令する。

次に時刻ｔ２よりｎ秒経過した時刻ｔ３での動作について（ニ）を用いて説明する。時刻ｔ３では処理１０１で停止目標点３ｄが前回値と一致しているため処理１０８に移行する。処理１０８では最後に処理１０５を実行した時刻ｔ２から事前に定められたｎ秒が経過したため、処理１０９に移行する。処理１０９ではカウンタｋに１を加算し処理１０４に移行する。処理１０４では目標ランカーブ上に到達する為の所要時間ｂを計算する。次にこの目標ランカーブ上の点から先行列車位置まで目標ランカーブ上を走行した場合の時間ｃを計算する。

ここで、図９を用いて（ニ）に示す時刻ｔ３のｂ＋ｃ＋ｋｎが（ハ）に示す時刻ｔ２のｂ＋ｃ＋ｋｎより大きくなる事を説明する。時刻ｔ２では列車の位置−速度が目標ランカーブ上の点ｅにあるためｂは０となる。また、停止目標点が移動した時刻であるため、カウンタｋが０であり、ｋｎも０となる。ｃは点ｅから目標ランカーブ上を通って点ｉまでに到達するために要する時間となる。時刻ｔ３では列車の位置−速度が点ｅから時間ｋｎだけ惰行した点ｆにあるため、ｂ＋ｃ＋ｋｎは点ｅから点ｆと点ｈを通って点ｉまで到達するのに要する時間である。ここで、時刻ｔ２のｃをｃ１、ｃ２、ｃ３の３つに分解し、点ｅから時間ｋｎ分目標ランカーブ上を走行した点である点ｇまでに要する時間ｃ１（＝ｋｎ）と、点ｇから点ｈへの移動に要する時間ｃ２と点ｈから点ｉへの移動に要する時間ｃ３とする。このときｃ１＝ｋｎ、ｃ３＝ｃであり、点ｆは惰行により減速し点ｇより手前にあるためｃ２＜ｂとなる。よってｃ１＋ｃ２＋ｃ３＜ｂ＋ｃ＋ｋｎとなる。これにより（ニ）に示す時刻ｔ３のｂ＋ｃ＋ｋｎが（ハ）に示す時刻ｔ２のｂ＋ｃ＋ｋｎより大きくなる事が分かる。

処理１３０では時刻ｔ２と同様に先行列車位置が次の停車駅の駅位置よりも手前にあるため、処理１０５に移行する。

処理１０５では上述した通り時刻ｔ２のｂ＋ｃ＋ｋｎよりも時刻ｔ３のｂ＋ｃ＋ｋｎが大きくなり、時隔ｄよりも大きくなったため、処理１０７に移行し通常ノッチ操作に切り替える。ここでは目標ランカーブよりも列車速度が低いため、力行ノッチを投入する。
先行列車後尾が軌道回路６ｆから６ｇに移行した時刻ｔ４について（ホ）を用いて説明する。この時、先行列車が軌道回路を越え、停止目標点が変更されたため、時刻ｔ２と同様に処理を行う。ｂの値は列車速度が時刻ｔ３よりも目標ランカーブに近づいたため減少する。また、処理１０２を通過するため、カウンタｋも０にリセットされる。ｃの値は先行列車が移動し停止目標点が遷移したため長くなるが、ここではｂ＋ｃ＋ｋｎがダイヤ上の時隔ｄよりも短くなったため、後続列車は惰行を行う。

次に先行列車後尾が軌道回路６ｇから６ｈに移動した時刻ｔ５について（ヘ）を用いて説明する。時刻ｔ５では先行列車が軌道回路を越えた為、処理１０１から処理１０４までは時刻ｔ２と同様に処理を行う。次に処理１３０では先行列車位置が次の停車駅の駅位置よりも大きくなったため、処理１３１に移行する。処理１３１ではｂ＋ｃ＋ｋｎに次の停車駅での停車時間ｓを加算した値を時隔ｄと比較し、時隔ｄよりも大きくなったため、通常ノッチ操作に切り替える。この時、目標ランカーブよりも列車速度が低いため、力行ノッチが指令される。

先行列車後尾が軌道回路６ｈから６ｉに移行した時刻ｔ６について（ト）を用いて説明する。停止目標点が駅停車位置を越えるため、後続列車は停止目標点から引かれるブレーキパターンに抵触せず、無駄な制動を行わない。

（チ）に示す消費エネルギーは時刻ｔ２から時刻ｔ３の間と時刻ｔ４から時刻ｔ５の間において惰行している事からこの間の消費エネルギーは０であり、余分な加減速が入らないことから消費エネルギーが低下する。

以上から、本発明により簡易な構成で無駄な加減速を防止し、消費エネルギーを低減する事が出来る。

なお、図５に示した列車制御装置１４の処理フローにおいて先行列車の速度を勘案したノッチ制御方法を用いる事が出来る。図１０に先行列車の速度を勘案したノッチ制御方法の説明図を示す。先行列車の推定速度ｖ２は軌道回路境界通過時刻ｊ、前軌道回路境界通過時刻ｍ、軌道回路長ｏを用いてｖ２＝ｏ／（ｊ−ｍ）で求める。また、前記先行列車の推定速度ｖ２、自列車速度ｖ１とｋｎを用いてｌ＝ｖ２×ｋｎ／ｖ１で求められる値ｌを図５の処理１０５および処理１３１の右項ｋｎに置き換える事で先行列車の速度を勘案したノッチ制御方法を取りうる。これにより本発明は何ら阻害されない。

次に本発明の第２の実施例として地上設備を取り除いた車車間通信において、後続列車に停止目標点を送信する場合の例を図１１に示す。先行列車７ｂは車上において後続列車の停止目標点３を計算し、後続列車７ａに前記停止目標点３を送信する。

図１１に示した車車間通信の場合に前記列車７ａおよび７ｂに相当する列車７の概略構成図を図１２に示す。図１中にある装置と同じ番号の装置は同一の機能を有する装置である。列車制御装置１５は列車制御装置１４の機能に加え、列車位置と軌道回路情報および事前に定められた列車位置と停止目標点との関係とから後続列車の停止目標点を算出する機能を有する。送受信装置１６は先行列車から停止目標点を受信する手段を有し、さらに、後続列車の停止目標点を後続列車に送信する手段を有する。また、列車制御装置１５から送受信装置１６へ後続列車の停止目標点２６が送信される構成となっている。

列車制御装置１５の処理は図５の処理フローに並列して、自列車位置と軌道回路情報とから後続列車の停止目標点を計算し、送受信装置にこれを送付する処理を有することで実施され、図７と同様の結果を得ることが可能となる。従って、地上装置を取り除いた車車間通信による方法を用いても本発明は何ら阻害されない。

次に本発明の第３の実施例として車車間通信において、後続列車に列車位置を送信する場合の例を図１３に示す。先行列車８ｂは後続列車８ａに列車位置を送信し、後続列車は車上において前記列車位置と軌道回路情報から停止目標点３を計算する。

図１３に示した車車間通信の場合に前記列車８ａおよび８ｂに相当する列車８の概略構成図を図１４に示す。図１中にある装置と同じ番号の装置は同一の機能を有する装置である。送受信装置１８は先行列車から先行列車位置を受信する手段を有し、また、後続列車に自列車位置を送信する手段を有する。記憶装置５１は路線情報２２１、列車情報２２２、ダイヤ情報２２３、目標ランカーブ２２４および前回受信時の先行列車位置２２６を記録する。列車制御装置１７は送受信装置１８が受信した先行列車位置と速度検出装置１３が取得した列車速度と、前記記憶装置５１にある前記路線情報２２１と前記列車情報２２２と前記ダイヤ情報２２３と前記目標ランカーブ２２４と前回受信時の先行列車位置２２６とから過接近を防止する制御を行う。送受信装置１８は列車制御装置１７に先行列車位置２７を送信する。列車制御装置１７は送受信装置１８に自列車位置２８を送信する。記憶装置５１から列車制御装置１７には路線情報２２１、列車情報２２２、ダイヤ情報２２３、目標ランカーブ２２４および前回受信時の先行列車位置２２６から構成される記録情報２９が送付される。列車制御装置１７から記憶装置５１には先行列車位置３０が送付される。列車制御装置１７の処理フローを図１５に示す。

処理１１１で、列車の送受信装置で受信した先行列車位置と記憶装置より入手した前回受信時の先行列車位置とを比較し、前記先行列車位置が前記前回受信時の先行列車位置と異なる場合は処理１１２に移行し、上記条件を満たさない場合は処理１１４に移行する。処理１１２ではカウンタｋを０にし、処理１１３に移行する。

処理１１４では後述する処理１１６が最後に実行された時刻から事前に定められたｎ秒が経過した場合に処理１１５に移行し、上記条件を満たさなければ処理１１８に移行する。処理１１５ではカウンタｋに１を加算し、処理１１３に移行する。

処理１１３では図５の処理１０４と同様に後続列車が先行列車位置に到達する為の所要時間を計算する。図６の点ｚに相当する先行列車位置は送受信装置で受信した先行列車位置を用いる。この後、処理１３２に移行する。

処理１３２では自列車が次に停車する駅位置と先行列車位置とを比較し、先行列車位置が次の駅に停車する駅位置よりも遠い場合には処理１３３に移行し、上記条件を満たさない場合には処理１１６に移行する。

処理１１６では前記処理１１３で求めた目標ランカーブ上に到達するための所要時間ｂと先行列車位置まで到達する為の所要時間ｃと処理１１４に定める時間ｎにカウンタｋを乗算した値とを加算し、この値が前記記憶装置５１に保持するダイヤ上の先行列車との時隔ｄよりも短い場合には処理１１７に移行し惰行を指令して処理１１９に移行する。上記条件を満たさない場合には処理１１８に移行し通常ノッチ操作を行う。

処理１３３では前記処理１１３で求めた目標ランカーブ上ｙに到達するための所要時間ｂと、先行列車位置まで到達する為の所要時間ｃと、後述する処理１１４に定める時間ｎにカウンタｋを乗算した値と、次の停車駅での停車時間ｓとを加算し、この値が前記記憶装置５１に保持するダイヤ上の先行列車との時隔ｄよりも短い場合には処理１１７に移行し惰行を指令して処理１１９に移行する。上記条件を満たさない場合には処理１１８に移行し通常ノッチ操作を行う。

処理１１９では先行列車位置を記憶装置に記録し、終了となる。また、列車制御装置１７は上記処理と並列に先行列車位置と軌道回路情報および事前に定められた先行列車位置と停止目標点との間の関係から停止目標点を算出する。

図１５の処理フローに従い走行を行った結果を図１６に示す。（リ）（ヌ）（ル）（ワ）（カ）（ヨ）（タ）では横軸に位置、縦軸に速度を取り、（リ）は図１５の処理フローに則って列車を制御した場合の先行列車および後続列車の走行結果であり、実線が後続列車先頭、破線が先行列車後尾、一点鎖線が後続列車の目標ランカーブを表す。

なお、（ヌ）（ル）（ワ）（カ）（ヨ）（タ）は時刻ｔ１１，ｔ１２，ｔ１３，ｔ１４，ｔ１５，ｔ１６における列車の在線状況および各時刻での後続列車の指令を表している。また、（レ）は横軸に位置、縦軸に累積の消費エネルギーを示す。（ヌ）に示す時刻ｔ１１では先行列車後尾が軌道回路６ｅに存在しており、後続列車先頭が６ａに存在している。先行列車の位置が更新された時刻ｔ１２について（ル）を用いて説明する。この時、後続列車は先行列車から列車位置を受け取り、処理１１１に従い受信した先行列車位置を記憶装置に保存した先行列車位置と比較し、異なる事から処理１１２に移行する。

次に処理１１２でカウンタｋを０にし、処理１１３に移行する。処理１１３では目標ランカーブ上の位置に到達する為の時間ｂを計算するが、ここでは既に目標ランカーブ上に列車位置−速度があるため、ｂは０となる。また、目標ランカーブ通りに走行した場合の先行列車位置までの所要時間ｃを計算する。次に処理１３２に移行する。

処理１３２では次の停車駅の駅位置と先行列車位置を比較し、先行列車が手前に存在するため、処理１１６に移行する。

処理１１６ではｂ＋ｃ＋ｋｎをダイヤ上の時隔ｄと比較する。処理１１２を通過したためｋは０であり、ここではｂ＋ｃ＋ｋｎがダイヤ上の時隔ｄよりも短いため、処理１１７に従い惰行を指令する。さらに処理１１９に従い、先行列車位置を記録する。

次に先行列車の位置が更新された時刻ｔ１３について（ワ）を用いて説明する。時刻ｔ１３では処理１１１で先行列車位置が異なっているため、処理１１２に移行する。処理１１２ではカウンタｋを０にリセットし、処理１１３に移行する。

処理１１３ではｂ＋ｃ＋ｋｎを求めるが、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３まで惰行した事により列車速度が低下したため、ｂ＋ｃ＋ｋｎが増大する。

処理１３２で路線情報に含まれる次の停車駅の駅位置と先行列車位置を比較し、先行列車が手前に存在するため、処理１１６に移行する。

処理１１６ではｂ＋ｃ＋ｋｎが増大したことにより時隔ｄよりも大きくなった為、処理１１８に移行し通常ノッチ操作を行う。ここでは目標ランカーブの速度よりも低いため、力行ノッチが指令される。

次に先行列車の位置が更新された時刻ｔ１４について（カ）を用いて説明する。この時、先行列車位置が変更されるため、時刻ｔ１２と同様に処理を行う。ｂの値は列車速度が時刻ｔ１３よりも目標ランカーブに近づいたため減少する。また、処理１０２を通過するため、カウンタｋも０にリセットされる。ｃの値は先行列車が移動したため長くなるが、ここではｂ＋ｃ＋ｋｎがダイヤ上の時隔ｄよりも短くなったため、後続列車は惰行を行う。先行列車が駅から出発した直後の時間である時刻ｔ１５について（ヨ）を用いて説明する。処理１１１から処理１１３まではこれまでと同様に処理する。処理１３２では先行列車位置が次の停車駅の位置を越えた為、処理１３３に移行する。処理１３３では次の駅での停車時間ｓにｂ＋ｃ＋ｋｎを加算し、時隔ｄと比較する。駅での停車時間が加算された為、時隔ｄよりも大きくなり、処理１１８に移行する。処理１１８では目標ランカーブの速度よりも低いため、力行ノッチが指令される。

先行列車後尾が軌道回路６ｈから６ｉに移動した（タ）に示す時刻ｔ１６では、停止目標点３ｇが駅停車位置を越えるため、後続列車は停止目標点から引かれるブレーキパターンに抵触せず、無駄な制動を行わない。

（チ）に示す消費エネルギーは時刻ｔ１２から時刻ｔ１３の間と時刻ｔ１４から時刻ｔ１５の間において惰行している事からこの間の消費エネルギーは０であり、余分な加減速が入らないことから消費エネルギーが低下する。

以上から、本実施例においても簡易な構成で無駄な加減速を防止し、消費エネルギーを低減する事が出来る。

また、上記実施例は軌道回路を取り除き、移動閉塞とした場合においても実施可能であり、これにより本発明は何ら阻害されない。

次に本発明の第４の実施例として軌道回路のない移動閉塞の場合において、先行列車が後続列車に停止目標点を送信する場合の例を図１７に示す。

軌道回路が無く先行列車が列車位置をＧＰＳ等により検知する場合、先行列車が後続列車に停止目標点を送信することで後続列車が先行列車位置を知る方法を取り得る。先行列車９ｂは自列車位置から後続列車の停止目標点３を計算し、後続列車９ａに前記停止目標点３を送信する。

図１７に示した移動閉塞の場合に前記列車９ａおよび９ｂに相当する列車９の概略構成図を図１８に示す。

図１および図１２中にある装置と同じ番号の装置は同一の機能を有する装置である。記憶装置５２は路線情報２２１、列車情報２２２、ダイヤ情報２２３、目標ランカーブ２２４および前回受信時の停止目標点２２５を記録する。列車制御装置４０は送受信装置１６が受信した停止目標点と速度検出装置１３が取得した列車速度と、前記記憶装置５２にある前記路線情報２２１と前記列車情報２２２と前記ダイヤ情報２２３と前記目標ランカーブ２２４と前回受信時の停止目標点２２５とから過接近を防止する制御を行う。また、この処理と並列して自列車位置および事前に定められた列車位置と停止目標点との関係とから後続列車の停止目標点を算出する機能を有する。記憶装置５２から列車制御装置４０には路線情報２２１、列車情報２２２、ダイヤ情報２２３、目標ランカーブ２２４および前回受信時の停止目標点２２５から構成される記録情報３１が送付される。

列車制御装置４０の処理フローを図１９に示す。
処理１２０は停止目標点を前回値と比較し、停止目標点が異なっている場合は処理１２１に移行する。上記条件を満たさない場合は処理１０８に移行する。処理１２１はカウンタｋを０にし、処理１２２に移行する。処理１２２は停止目標点と先行列車位置の間の事前に定められた関係から先行列車位置を推定し、次に処理１０４に移行する。また、列車制御装置４０は上記処理と並列に自列車位置から事前に定められた距離を引くことで後続列車の停止目標点を計算し、送受信装置に送付している。なお、これ以外の処理は図５の同一番号の処理と同一であり省略する。上記処理フローに従った走行結果は図１６と等しくなることから、本実施例においても簡易な構成で無駄な加減速を防止し、消費エネルギーを低減する事が出来る。

図３に先行列車が低速で運転している場合の従来の後続列車と本実施例の後続列車の時間−速度曲線および時間−累積消費電力を示す。出発から時刻２１までは加速しており、消費電力は増加する。時刻２１から時刻２２まで定速運転を行っており消費電力は増加する。時刻２２で先行列車が軌道回路境界を越えた為、先行列車位置に到達する為の時間を計算し、ダイヤ上の時隔と比較する。この結果ダイヤ上の時隔よりも短かった為、惰行を開始する。

惰行が開始された為、本実施例の方式では消費電力は増加しない。時刻２３で従来の走行ではブレーキパターンに抵触しブレーキがかかる。ブレーキ時は回生電力が返るため消費電力は減少する。時刻２４では本実施例の方式もブレーキパターンに抵触しブレーキがかかり消費電力が減少する。時刻２５では従来方式の列車の速度が０となり機外停止する。時刻２６で先行列車が軌道回路境界を通過したため、停止目標点が変更され従来方式では加速を始める。

本実施例の方式では先行列車までの到達時間が時隔よりも短い為、惰行を開始する。時刻２７では前回の先行列車位置推定時刻から規定の時間が経過したため、再度先行列車までの到達時間を計算する。これにより先行列車までの到達時間が時隔よりも長くなった為、加速する。以上より遅延発生時に従来方式よりも消費エネルギーを低減しつつ機外停止を防止できる。

次に本発明の第５の実施例として、現行速度走行時に先行列車との時隔を一定に保つ列車の構成を図２０に示す。目標ランカーブが不要のため、記憶装置内の目標ランカーブを除き、代わりに目標時隔を記憶装置に記憶している。

図２１は現行速度走行時に先行列車との時隔を一定に保つ列車の列車制御装置の制御フローである。処理１４０〜１４６までの制御を変更している。

図２２は先行列車との時隔と目標時隔の差に対応するノッチのマップを示している。図２１の処理１４４の詳細説明です。先行列車までの時隔と目標時隔の差に対応するノッチのマップで、対応するノッチを投入する。

図２３は先行列車との時隔と目標時隔の差に対応する加速度のマップを示している。図２２と同様に図２１の処理１４４の詳細説明で、対応する加速度にもっとも近いノッチを投入する。

図２４は先行列車との時隔と目標時隔の差に対応するノッチのマップを示している。図２２と同様に図２１の処理１４４の詳細説明で、ヒステリシスを追加している。

図２５は走行結果の例を示す。図２６は走行結果の例を示す。図２５，２６は目標ランカーブ上を走行した場合の時隔を一定に保つ制御に対する、現行速度一定で走行した場合の時隔を一定に保つ制御の優位性を示している。

次に、本発明の第６の実施例として、先行列車の速度推定を行い、推定した先行列車の速度情報に基づいて制御を行う列車の構成を図２７に示す。目標ランカーブが不要のため、記憶装置内の目標ランカーブを除き、代わりに停止目標点の更新時刻を記憶装置２０に記憶する。記憶装置２０から列車制御装置２５１へ伝達される情報２５２として停止目標点の更新時刻２５０が送信され、列車制御装置２５１から記憶装置２０へ伝達される情報２５３として停止目標点が更新された事を列車制御装置２５１が認識した時刻が送信される。

図２８は先行列車の速度を推定する方法を示している。まず、軌道回路２ｆの軌道回路長をｏとする。先行列車後尾が軌道回路２ｅから２ｆに移動した時刻をｍ、軌道回路２ｆから２ｇに移動した時刻をｊとすると先行列車の軌道回路２ｆの平均速度ｖ２はｖ２＝ｏ／（ｊ−ｍ）として求められる。この前軌道回路での平均速度を先行列車の推定速度とみなす。

図２９は先行列車の推定速度を用いて後続列車を制御する方法を示している。後続列車は先行列車が推定速度ｖ２で走行する場合に、先行列車後尾が軌道回路２ｇから進出するために必要な時間Ｔ１を軌道回路長ｐとから求める。さらに後続列車が速度検出装置から取得した列車速度Ｖ１で走行した場合にブレーキパターンに衝突するまでの時間Ｔ２を求める。時間Ｔ２から時間Ｔ１を引いた値が負の場合はパターンへの衝突が予測されるため、減速する事でパターンへの衝突を回避する。

図３０は先行列車の速度推定を行う列車制御装置の制御フローを示している。処理１５２〜１５７について変更している。処理１５２では先行列車の前軌道回路での平均速度を計算し、処理１５３に移行する。処理１５３では現在の時刻を停止目標点の更新時刻として記憶装置に記録し、処理１５４に移行する。処理１５４では停止目標点を記録し、処理１５５に移行する。処理１５５では後続列車が速度検出装置から得られた後続列車速度で走行する場合にブレーキパターンに衝突する時刻を計算し、処理１５６に移行する。処理１５６では先行列車が処理１５２で求めた先行列車の推定速度で走行する場合に、先行列車後尾が在線する軌道回路から進出する時刻を求め、処理１５７に移行する。処理１５７は処理１５５で求めた時刻と処理１５６で求めた時刻の差と図２２に示すマップから列車のノッチを決定し、終了となる。処理１５８では処理１５７が最後に実行された時刻から事前に定められたｎ秒が経過した場合に処理１５５に移行し、上記条件を満たさなければ処理１５９に移行する。処理１５９では投入するノッチを現在投入されているノッチと同じノッチと決定し、終了となる。

図３１は走行結果の例を示している。制御無しの場合と比較して、先行列車の速度推定による制御を行った場合に、機外停止の防止やブレーキパターンへの抵触が無くなっており、先行列車の速度推定に基づいた列車制御の優位性を示している。

１ａ 後続列車
１ｂ 先行列車
２ａ〜２ｉ 軌道回路
３ 停止目標点
３ａ〜３ｇ 停止目標点
４ 地上装置
６ａ〜６ｉ 軌道回路
７ａ 後続列車
７ｂ 先行列車
８ａ 後続列車
８ｂ 先行列車
９ａ 後続列車
９ｂ 先行列車
１０ｂ 先行列車
１０ｃ 後続列車
２０ 記憶装置
２１ 停止目標点
２２ 記録情報
２３ 列車速度
２４ 停止目標点
２５ ノッチ指令
２６ 後続列車の停止目標点
２７ 先行列車位置
２８ 自列車位置
２９ 記録情報
３０ 先行列車位置
３１ 記憶情報
２５０ 停止目標点の更新時刻
２５１ 列車制御装置
２５２ 情報
２５３ 情報

Claims (6)

1. 地上装置が先行列車の在線位置に基づいて算出した、当該先行列車との接触を防止するための停止目標点を地上装置から受信する受信装置と、
   列車の目標とする位置と速度の関係を示す目標ランカーブと、当該列車の運行時間を示すダイヤ情報と、駅位置や勾配、曲線からなる路線情報と、当該列車の仕様や性能を表す列車情報と、路線の区間を表す軌道回路情報と、前記停止目標点とを保持する記憶装置と、
   列車の速度を検出する速度検出装置と、
   列車が先行列車に過接近するのを防止する列車制御装置とを有する列車制御システムにおいて、
   前記列車制御装置は、
   前記受信装置から受信した前記停止目標点と、前記軌道回路情報とに基づいて、先行列車がどの軌道回路に進入したかを推定し、推定した軌道回路における当該列車側軌道回路境界を先行列車後尾位置とする手段と、
   前記目標ランカーブ情報と前記速度検出装置から得られる列車速度と、前記列車速度の積算によって得られる列車位置と、前記列車情報とから、前記先行列車後尾位置に到達するまでの所要時間を計算する手段と、
   前記先行列車後尾位置までの所要時間を、前記ダイヤ情報に含まれているダイヤ上での先行列車との時隔と比較し、前記ダイヤ上での前記先行列車との時隔よりも前記先行列車後尾位置までの所要時間が短い場合に惰行指令を行う手段と、
   を備えていることを特徴とする列車制御システム。
2. 請求項１に記載の列車制御システムにおいて、
   前記列車制御装置は前記停止目標点が移動した時刻を記録し、前記停止目標点が移動した時刻の差と前記軌道回路情報に含まれる軌道回路長とから先行列車の平均速度を算出し、前記列車速度と前記先行列車の平均速度の比を、前記先行列車位置を推定した時刻からの経過時間に乗算した値と前記先行列車位置までの所要時間を加算したものが前記ダイヤ上での先行列車との時隔よりも短い場合に惰行指令を行う手段を備えていることを特徴とする列車制御システム。
3. 先行列車から送信された列車位置を受信する受信装置と、
   列車の目標とする位置と速度の関係を示す目標ランカーブと、当該列車の運行時間を示すダイヤ情報と、駅位置や勾配、曲線からなる路線情報と、列車の仕様や性能を表す列車情報と、路線の区間を表す軌道回路情報と、前記停止目標点とを保持する記憶装置と、
   列車の速度を検出する速度検出装置と、
   列車が前記先行列車に過接近するのを防止する列車制御装置とを有する列車制御システムにおいて、
   前記列車制御装置は、
   自列車の位置を送信するとともに、前記先行列車の位置を受信する送受信装置と、
   を有し、前記列車制御装置は、前記送受信装置により受信した前記先行列車の位置、前記速度検出装置により検出した列車速度、前記路線情報、前記列車情報、前記ダイヤ情報及び前記目標ランカーブに基づいて、前記先行列車に到達するまでの所要時間を計算する手段と、
   前記先行列車に到達するまでの所要時間を、前記ダイヤ情報に含まれているダイヤ上での先行列車との時隔と比較し、前記ダイヤ上での先行列車との時隔よりも前記先行列車位置までの所要時間が短い場合に惰行指令を行う手段と、
   を備えていることを特徴とする列車制御システム。
4. 請求項３に記載の列車制御システムにおいて、前記先行列車の速度を推定する手段によって得られた先行列車推定速度と前記軌道回路情報とから先行列車の軌道回路進出時刻を予測し、この時刻までに前記列車速度からブレーキパターンに抵触することが予測される場合には減速する手段を備えていることを特徴とする列車制御システム。
5. 請求項１および請求項３に記載の列車制御システムにおいて、
   前記列車制御装置は前記速度検出装置から得られる列車速度と、前記列車速度の積算によって得られる列車位置、および前記列車情報とから前記先行列車位置までの所要時間を計算する手段と、前記先行列車位置までの所要時間を前記記憶装置に記録されている目標時隔と比較し、前記目標時隔と前記先行列車位置までの所要時間に基づいて列車を制御する手段を備えていることを特徴とする列車制御システム。
6. 請求項５に記載の列車制御システムにおいて、
   前記列車制御装置は前記列車速度一定で走行した場合に、前記先行列車位置に到達するまでの所要時間を計算し、前記先行列車までの所要時間と前記目標時隔に対応するノッチまたは加速度のマップに従って列車を制御することを特徴とする列車制御システム。

Images