JP6749410B2 - 自動列車運転装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動列車運転装置に関する。

従来の自動列車運転装置は、列車の車輪回転速度を検出する速度発電機を用いて現在の列車速度を検出し、列車速度を積分することにより現在の列車位置を演算する。列車を目標となる停止位置へ自動停止させる制御を定位置停止制御といい、従来の自動列車運転装置は、現在の列車位置から演算された目標停止位置までの残走距離と現在の列車速度に基づき、目標となる減速度で目標停止位置へ停止することが可能な目標速度パターンを生成し、その目標速度パターンに対して、現在の列車速度を追従させるように離散的な指令値である駆動制御指令及び制動制御指令を出力する。これらの駆動制御指令及び制動制御指令をノッチ指令という。従来の自動列車運転装置では、目標停止位置への停止精度と、停止制御時の乗り心地と、停車までの定時性能といった評価項目に基づき、制動制御指令の調整が実施される。ところが従来の自動列車運転装置では、停止精度及び定時性能を担保するために目標速度パターンへの追従性能を高めた場合、ノッチ指令の切換え回数が増加し、乗り心地が悪化するといった問題があった。

特許文献１には、ノッチ指令の切換え判断にファジー制御を用いることで必要以上のノッチ切換え回数を抑制しながら停止精度を担保する定位置停止方法が提案されている。

特開昭５８−１９０２０４号公報

しかしながら特許文献１に開示される定位置停止方法では、ファジー制御則の調整が複雑であり、調整に試行錯誤とノウハウが必要であり、停止精度を是正するための調整に係る工数が増加するという課題がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、停止精度を是正するための調整に係る工数を軽減できる自動列車運転装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の自動列車運転装置は、列車の停止制御を行う自動列車運転装置であって、列車の目標停止位置から一定距離手前の位置である第１位置を列車が通過したか否かを判定する判定部と、列車が第１位置を通過してから目標停止位置に停止するまでの区間において列車の制動力を制御するための減速指令を生成する減速指令生成部と、区間における列車の走行状態及び減速指令を走行履歴として複数記憶する走行履歴記憶部とを備え、減速指令生成部は、判定部で第１位置を列車が通過したことが判定されたとき、第１位置を列車が通過したときの列車の走行状態に基づいて走行履歴記憶部に記憶された複数の走行履歴のうちの１つを選択し、選択された走行履歴における減速指令を修正することによって、減速指令を生成することを特徴とする。

本発明によれば、停止精度を是正するための調整に係る工数を軽減できるという効果を奏する。

本発明の実施の形態１に係る自動列車運転装置を搭載した列車の車両を模式的に示す図 図１に示す自動列車運転装置による列車制御における段階指令開始位置を示す図 図１に示す走行履歴記憶部に予め設定された初期の減速指令の一例を示す図 図３に示される初期の減速指令に対する修正量の一例を示す図 本発明の実施の形態１に係る自動列車運転装置における動作を示すフローチャート 現在の走行状態に対応する走行履歴の一例を表わす図 本発明の実施の形態２に係る自動列車運転装置を搭載した列車の車両を模式的に示す図 図７に示す減速指令生成部の構成例を示す図 本発明の実施の形態２に係る自動列車運転装置における動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態３に係る自動列車運転装置を搭載した列車の車両を模式的に示す図

以下に、本発明の実施の形態に係る自動列車運転装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る自動列車運転装置２−１を搭載した列車の車両を模式的に示す図である。図１に示す車両１は、列車を構成する複数の車両の内の１つの車両を表す。車両１は、本発明の実施の形態１に係る自動列車運転装置２−１と、不図示の歯車装置から伸びる車軸に設置されて駆動力をレール３に伝える複数の車輪４とを備える。車両１は、複数の車輪４の内の少なくとも１つに設置され車輪４の回転角速度を検出して回転角速度情報である速度情報５ａを出力する車輪回転角速度センサである速度センサ５と、車上子７と、車輪４に対して制動力を発生させる制動装置８とを備える。車両１は、車輪４に推進力を発生させる不図示の推進装置を備える。

速度センサ５としては、列車速度が５０［ｋｍ／ｈ］なら１５００［Ｈｚ］、列車速度が１００［ｋｍ／ｈ］なら２０００［Ｈｚ］というように列車速度に比例した周波数の電圧を発電する速度発電機を例示できる。車上子７は、互いに磁気的に結合された不図示の１次側コイル及び２次側コイルを備える。車上子７は、レール３の近くに設置されて電磁的に結合する地上子６から出力される地上子情報６ａに基づき、地上子６に設けられる不図示の共振回路の共振周波数を検出することにより地上子６の位置を検出し、地上子検出情報７ａとして出力する。

自動列車運転装置２−１は、速度情報５ａ及び地上子検出情報７ａを入力して、制動装置８に対して制動指令２ａを出力すると共に不図示の推進装置に対して駆動指令を出力する。

以下に自動列車運転装置２−１の構成を説明する。

自動列車運転装置２−１は、走行状態情報２１ａを計測して出力する走行状態計測部２１を備える。走行状態計測部２１は、車輪４の速度情報５ａ及び地上子検出情報７ａに基づき、列車の現在の在線位置である列車位置と列車の現在の速度である列車速度と列車の現在の加速度である列車加速度とを、列車の走行状態を表す情報として計測し、走行状態情報２１ａとして出力する。

走行状態計測部２１は、車輪径の値と速度情報５ａとを用いて列車速度を演算する。車輪径の値は、車両１の定期検査時に切削加工が行われた車輪４において計測された直径であり、走行状態計測部２１に手動で設定されたものでもよいし、自動列車運転装置２−１の外部機器から出力された車輪径情報を自動的に取り込んだものでもよい。外部機器としては車両１に搭載される不図示の列車情報管理装置を例示できる。車輪径情報を自動的に取り込むことによって、車輪径の入力作業を軽減することが可能である。

また走行状態計測部２１は、演算した列車速度を積算することによって列車位置を演算する。なお列車速度の演算においては、速度情報５ａに含まれるノイズを除去するためにローパスフィルタを用いることが望ましい。これにより列車速度及び列車位置の検出精度が向上する。

また自動列車運転装置２−１は、段階指令開始位置を列車が通過したか否かを判定して、段階指令開始位置を列車が通過したとき、段階指令開始位置を列車が通過したことを示す位置通過情報２２ａを出力する判定部である段階指令開始位置判定部２２を備える。段階指令開始位置を列車が通過したか否かを判定することを、「段階指令開始位置の判定」、又は「段階指令開始位置の通過判定」と呼ぶ。段階指令開始位置は、目標停止位置から一定距離手前の位置であり、予め段階指令開始位置判定部２２に設定されている。段階指令開始位置は、特許請求の範囲の第１位置に対応する。

図２は図１に示す自動列車運転装置２−１による列車制御における段階指令開始位置を示す図である。図２において自動列車運転装置２−１は、列車Ｆ１が所定の駅Ｆ２を出発後、加速制御及び一定速制御を行うことにより、設定された目標速度Ｆ４に列車Ｆ１の速度が追従するように推進装置及び制動装置を制御する。所定の駅Ｆ２を出発した列車Ｆ１が次駅Ｆ３に向かうとき、列車Ｆ１が定位置停止制御開始地点Ｆ６で最初の地上子を通過した際、自動列車運転装置２−１は、当該地上子の位置を検出することによって、次駅Ｆ３に列車Ｆ１を停止するための減速を開始する。自動列車運転装置２−１の制御は、列車Ｆ１が次駅Ｆ３に接近した際に、目標停止位置Ｆ５へ列車Ｆ１を正確に停止させるための定位置停止制御へ切り替わる。

段階指令開始位置は、定位置停止制御開始地点Ｆ６よりも目標停止位置Ｆ５寄りの位置Ｆ７に設定され、列車が複数回同じ路線を走行した際、列車位置及び列車速度の何れかが同条件となるような位置に設定されていれば良い。一例としては、図１に示す車上子７が、図２に示す目標停止位置Ｆ５に最も近い位置に設置された図１の地上子６から出力される地上子情報６ａに基づき、地上子６の位置を検出し、検出した際の地上子６の位置を、段階指令開始位置に設定すれば良い。また図２に示す目標停止位置Ｆ５から手前の所望の位置を、段階指令開始位置に設定しても良い。手前とは、所定の駅Ｆ２から次駅Ｆ３へ向かう列車Ｆ１の進行方向を前方としたときの後方に等しい。目標停止位置Ｆ５から手前の所望の位置は、例えば目標停止位置Ｆ５から３[ｍ]手前の位置である。また減速中の列車の列車速度が１０［ｋｍ／ｈ］を下回った位置を、段階指令開始位置に設定しても良い。

段階指令開始位置判定部２２における段階指令開始位置の判定は、走行状態計測部２１から出力される走行状態情報２１ａを用いることにより行われる。具体例としては、目標停止位置から一定距離手前の位置に設置される地上子６を列車が通過したとき、当該地上子６の位置を検出した車上子７は、目標停止位置までの残存距離を示す位置情報を含む地上子検出情報７ａを出力する。走行状態計測部２１では、当該地上子検出情報７ａ及び速度情報５ａに基づき、当該地上子６を通過した時点の列車の在線位置と当該地上子６を通過した時点の列車速度とを計測し、計測された在線位置及び列車速度を走行状態情報２１ａとして段階指令開始位置判定部２２に出力する。当該走行状態情報２１ａが入力された段階指令開始位置判定部２２は、当該地上子６の位置からの列車の移動距離を計測し、計測された移動距離が一定値に達したとき、段階指令開始位置を列車が通過したと判定する。

なお、段階指令開始位置判定部２２における段階指令開始位置の判定方法はこれに限定されるものではない。２つの駅の間を列車が移動するとき、走行状態計測部２１は、一方の駅を出発してからの列車の移動した移動距離を計測し、走行状態情報２１ａとして段階指令開始位置判定部２２に出力する。そして、段階指令開始位置判定部２２は、走行状態計測部２１で計測された移動距離の値が一定値に達したとき、段階指令開始位置を列車が通過したと判定する方法でもよい。

また自動列車運転装置２−１は、列車が減速を開始してから目標停止位置に停止するまでの間における走行状態及び減速指令を走行履歴２４ａとして複数記憶する走行履歴記憶部２４を備える。また自動列車運転装置２−１は、制動装置８の制動力を制御するための減速指令２３ａを生成する減速指令生成部２３と、減速指令２３ａに従い制動装置８に対して制動指令２ａを生成して出力する制動指令出力部２５とを備える。

走行履歴記憶部２４に記憶される走行履歴２４ａとしては、列車の走行試行前に予め設定される減速指令２３ａと、列車の走行試行中に減速指令生成部２３で生成された前回までの減速指令２３ａと、列車の走行試行中に走行状態計測部２１で生成された前回までの走行状態情報２１ａとを例示できる。列車の走行試行前に予め設定される減速指令２３ａは、以下では「初期の減速指令」と称する。ただし本発明において、走行試行は列車の営業運行導入前の試験走行のみに限定されるものではなく、営業運行時の走行についても含む。本発明における走行試行とは、列車が所定の位置から、当該所定の位置よりも列車の進行方向の先にある目標停止位置に接近し目標停止位置に停止するまでの列車の走行である。また、列車の前回までの走行試行は、列車の過去の走行試行と言い換えることもできる。

なお走行履歴記憶部２４に記録される走行履歴２４ａの一部である走行状態情報２１ａには、過去に行われた列車の複数回の走行試行中のそれぞれにおいて減速指令生成部２３で生成された減速指令２３ａにより制動動作が行われた結果、列車が減速を開始してから目標停止位置に停止するまでの間に走行状態計測部２１で計測される列車位置及び列車速度が含まれる。

また走行履歴記憶部２４では、列車の走行試行中に生成された減速指令２３ａに、その走行試行中に走行状態計測部２１で計測された列車位置及び列車速度である走行状態情報２１ａが対応付けられているものとする。

減速指令生成部２３は、走行状態計測部２１から出力された現在の走行状態情報２１ａ、位置通過情報２２ａ及び走行履歴２４ａに基づき、段階指令開始位置から列車停止位置までの区間における列車の速度を減速させる減速指令２３ａを生成する。ここで、現在の走行状態情報２１ａとは、減速指令２３ａを生成する際に取得された走行状態情報２１ａである。現在の走行状態情報２１ａは、今回の走行状態情報２１ａと言い換えることもできる。また現在の走行状態情報２１ａは、走行状態計測部２１で複数回生成された走行状態情報２１ａの内、時系列的に最新の走行状態情報２１ａと言い換えることもできる。

以下では減速指令生成部２３における減速指令２３ａの生成方法を詳細に説明する。

初期の減速指令は、段階指令開始位置を列車が通過する時の走行状態に応じて事前に複数作成される。具体的には、数値シミュレーションにより、段階指令開始位置を通過する際の列車の走行状態を基に、目標停止位置に列車を停止可能なものとして初期の減速指令が生成される。

なお減速指令２３ａは、列車が目標停止位置に停止するまでは一定の値を示すものでも良いし、乗り心地を考慮して列車が目標停止位置に接近するに従い制動装置８による制動力が徐々に小さくなるように変化する値でもよい。

減速指令２３ａは、段階指令開始位置判定部２２における段階指令開始位置の通過判定時点から経過した時間の関数である下記（１）式と、当該通過判定時点における列車の在線位置から走行した距離の関数である下記（２）式との何れかで表すことができる。

上記（１）式において、ｎは出力される減速指令２３ａの値を表す。上記（１）式の関数ｆの引数であるｔ、Ｎ及びＴのそれぞれは、段階指令開始位置の通過判定時点から経過した時間と、減速指令配列と、指令値変化時間配列とを表す。減速指令配列及び指令値変化時間配列は、何れも段階指令開始位置の通過判定時点からの減速指令２３ａの変化回数＋１の大きさを持つ配列であり、段階指令開始位置の通過判定時点から減速指令２３ａが変化しない場合、大きさが１であり、段階指令開始位置の通過判定時点からｍ回変化する場合、大きさがｍ＋１である。ｍは１以上の整数である。

上記（２）式において、ｎは出力される減速指令２３ａの値を表す。上記（２）式の関数ｆの引数であるｘ、Ｎ及びＸのそれぞれは、段階指令開始位置の通過判定時点から計測が開始された列車の走行距離と、減速指令配列と、指令値変化距離配列とを表す。減速指令配列、指令値変化距離配列は、何れも段階指令開始位置の通過判定時点からの減速指令２３ａの変化回数＋１の大きさを持つ配列である。

上記（２）式の関数ｆは下記（３）式により表される。下記（３）式は上記（２）式に対応した形式で記載するが、上記（１）式についても同様である。

上記（３）式において、ｉは、減速指令配列Ｎ及び指令値変化距離配列Ｘの要素を取り出す変数であり、減速指令配列Ｎ及び指令値変化距離配列Ｘのそれぞれの要素をＮ_ｉ及びＸ_ｉで表す。ｉ＝０が段階指令開始位置の通過判定時における値を表し、列車の停止時間に近づくに従いｉが増加し、ｉ＝ｍとなる。また上記（３）式の関数Ｕは、単位ステップ関数であり、下記（４）式で定義される。

減速指令２３ａは、段階指令開始位置の通過判定時における走行状態に基づき選択された走行履歴に含まれる初期の減速指令に対して、修正量を加えることで生成される。修正量は選択された走行履歴に含まれる過去の走行状態に基づき演算される。以下では図３及び図４を用いて初期の減速指令と修正量との関係を具体的に説明する。

図３は図１に示す走行履歴記憶部２４に予め設定された初期の減速指令の一例を示す図である。図３の縦軸は減速指令を表し、横軸は列車の走行距離を表す。初期の減速指令には、走行距離に応じた値が設定されており、図３ではｍ＝２の減速指令が例示されているが、減速指令の値は図示例に限定されるものではない。Ｘ_０は段階指令開始位置の通過判定時における走行距離に相当する。走行距離Ｘ_０から走行距離Ｘ_１までの間では減速指令Ｎ_０が出力される。走行距離Ｘ_１から走行距離Ｘ_２までの間では減速指令Ｎ_１が出力される。走行距離Ｘ_２から列車の停止距離までの間では減速指令Ｎ_２が出力される。図３における減速指令配列Ｎ及び指令値変化距離配列Ｘはそれぞれ（５）式及び（６）式で表わされる。

図４は図３に示される初期の減速指令に対する修正量の一例を示す図である。図４の縦軸は減速指令を表し、横軸は列車の走行距離を表す。図４には、図３と同様にｍ＝２の減速指令が例示される。図４に示される減速指令は、図３に示す初期の減速指令に修正量が加えられたものである。Ｘ_０は段階指令開始位置の通過判定時における走行距離に相当する。δＸ_１及びδＸ_２は修正量である。走行距離Ｘ_０から走行距離Ｘ_１＋δＸ_１までの間では減速指令Ｎ_０が出力される。走行距離Ｘ_１＋δＸ_１から走行距離Ｘ_２＋δＸ_２までの間では減速指令Ｎ_１が出力される。走行距離Ｘ_２＋δＸ_２から列車の停止距離までの間では減速指令Ｎ_２が出力される。

図４に示す修正後の減速指令Ｎ_０は、図３に示す初期の減速指令Ｎ_０に比べて、減速指令Ｎ_０から減速指令Ｎ_１へ変化する走行距離が走行距離δＸ_１だけ遅れる。また図４に示す修正後の減速指令Ｎ_１は、図３に示す初期の減速指令Ｎ_１に比べて、減速指令Ｎ_１から減速指令Ｎ_２へ変化する走行距離が走行距離δＸ_２だけ遅れる。

ここで、修正量配列δＸを下記（７）式のように指定することにより、初期の減速指令ｎを修正した後の減速指令ｎ’が下記（８）式で表される。

減速指令生成部２３は、上記（７）式の修正量配列δＸを演算し、初期の減速指令ｎを修正量配列δＸで修正することにより、修正後の減速指令ｎ’を演算し、図１に示す減速指令２３ａとして出力する。

図５は本発明の実施の形態１に係る自動列車運転装置２−１における動作を示すフローチャートである。処理をスタートした段階指令開始位置判定部２２及び減速指令生成部２３は現在時刻における走行状態情報２１ａを取得する（Ｓ１）。

段階指令開始位置判定部２２は、取得した走行状態情報２１ａを基に、予め設定された目標停止位置から一定距離手前の段階指令開始位置を列車が通過したか否かを判定する（Ｓ２）。

段階指令開始位置を列車が通過していない場合（Ｓ２，Ｎｏ）、段階指令開始位置判定部２２はＳ１及びＳ２の処理を繰り返す。

段階指令開始位置を列車が通過した場合（Ｓ２，Ｙｅｓ）、段階指令開始位置判定部２２は位置通過情報２２ａを出力し、位置通過情報２２ａを受信した減速指令生成部２３は、走行履歴記憶部２４に記憶されている走行履歴２４ａを基に今回の走行試行が１回目か否かを判定する（Ｓ３）。

現在の走行状態に対応する走行履歴２４ａとしては、列車の走行試行前に予め設定される初期の減速指令と、過去に行われた列車の走行試行中に記録された複数の減速指令２３ａとを例示できる。列車の走行試行中に記録された複数の減速指令２３ａとしては、１回目の走行試行時に減速指令生成部２３で生成された減速指令２３ａと、２回目以降の走行試行時のそれぞれにおいて減速指令生成部２３で生成された減速指令２３ａとを例示できる。

図６は現在の走行状態に対応する走行履歴２４ａの一例を表わす図である。図６には、初期から３回目までのそれぞれの走行試行において段階指令開始位置に進入した瞬間の走行履歴２４ａの一例が表わされている。図６に示す段階指令開始判定時距離、段階指令開始判定時速度及び段階指令開始判定時加速度のそれぞれは、段階指令開始位置を列車が通過したことを判定した際の目標停止位置からの距離[ｍ]、列車速度[ｋｍ/ｈ]及び列車加速度[ｋｍ/ｈ/ｓ]を表わしている。図６に示す減速指令値、減速指令値切換え距離、減速指令値切換え速度のそれぞれは、減速指令配列Ｎと、減速指令を切換えた際の目標位置からの距離[ｍ]と、減速指令を切換えた際の列車速度[ｋｍ/ｈ]とであり、何れの配列数は減速指令の切換え回数ｍ＋１の大きさである。図６に示す停止位置誤差は、各走行試行において列車の停止を検知した際の目標位置からの距離[ｍ]である。すなわち、停止位置誤差は、各走行試行において列車が停止した位置から目標停止位置までの距離である。走行履歴２４ａは走行試行毎に１列ずつデータ数が増加する。

走行履歴２４ａを取得した減速指令生成部２３は、１回目の走行試行である場合（Ｓ３，Ｙｅｓ）には、初期の減速指令を、制動指令出力部２５に対して出力する減速指令２３ａとして設定する（Ｓ７）。

２回目以降の走行試行である場合（Ｓ３，Ｎо）には、減速指令生成部２３は、前回までに取得した複数の走行履歴２４ａと、今回の通過判定時における走行状態情報２１ａとを比較することにより、複数の走行履歴２４ａの中から引用する１つの走行履歴を選択する（Ｓ４）。

具体的には、減速指令生成部２３は、走行位置、走行速度及び減速度の内、少なくとも１つの比較対象を設定比較対象とし、設定比較対象に関して、複数の走行履歴２４ａのそれぞれで保存された通過判定時の対応する設定比較対象の値と現在の走行試行での通過判定時における設定比較対象とを比べることで、設定比較対象の数が１つであれば誤差の絶対値が最も小さい走行履歴を選択すればよく、複数であればその誤差の絶対値の和が最も小さい走行履歴を選択すればよい。さらに、設定比較対象の値の誤差の絶対値が同一の走行履歴が複数ある場合には、減速指令生成部２３は、停止位置誤差が最も小さかった走行履歴を選択してもよい。このように減速指令生成部２３は、段階指令開始位置を列車が通過したときの列車の走行状態が最も近い走行履歴を選択する。また減速指令生成部２３は、通過判定時の距離、速度及び加速度に基づき、列車が停止まで一定の加速度で減速すると仮定し、各走行履歴及び現在の走行試行について停止位置誤差を推定し、各走行履歴における停止位置誤差の推定値と現在の走行試行における停止位置誤差の推定値とを比較し、最も誤差の小さい走行履歴を選択しても良い。

なお３回目の走行試行、すなわち今回の走行試行においては、減速指令値の欄には、走行履歴データを選択した際に、選択された走行履歴データの値、例えば（１０，８，６）が入力される。また３回目の走行試行においては、選択された走行履歴データを用いて、今回の走行試行での切換え距離が演算される。演算された結果は、今回の走行試行での減速指令値切換えのタイミングに使用され、走行履歴データには、結果的に減速指令値が切り替わった時刻での切換え距離及び切換え速度が記録される。また３回目の走行試行において列車の停止が検知した後、停止位置誤差が設定される。

その後、減速指令生成部２３は、選択された走行履歴の停止位置誤差により減速指令の修正量配列δＸを演算する（Ｓ５）。修正量配列δＸの各成分の関係式は処理（Ｓ４）において選択された走行履歴における通過判定時の列車速度Ｖ０と、停止位置誤差Ｌと、現在の列車速度Ｖ１とを基に、下記（９）式で表わされる。

ただし、（９）式においてｍは指令値の切換え回数である。また、修正量配列δＸの各成分の条件式はさらに下記（１０）式で表わされる。

（１０）式は、修正した後の減速指令の切換え位置の不整合を防止するためのものであり、ｋ（ｋ＝１，２，３，・・・，ｍ−１）回目の切換えはｋ＋１回目の切換え以前に実行されることを保証するものである。修正量配列δＸの各成分は（９）式及び（１０）式を満たす組み合わせの中で選択されれば良く、例えば修正量配列δＸの各修正量を同等とした場合（δＸ＿１＝δＸ＿２＝・・・＝δＸ＿ｍ＝Ｅ）、Ｅは下記（１１）式で与えられ、減速指令の各切換え位置はそれぞれ同等の距離変化するため、（１０）式を考慮することなく設定できる。

また例えば条件式である（９）式及び（１０）式を満たし、かつ列車が段階指令開始位置から停止までに切替えられ各減速指令の出力距離の割合が最も等分の割合に近いように演算されれば良い。その場合、理想的な等分距離はＸ０／（ｍ＋１）であるため、評価関数として修正後の減速指令切換え位置と理想的な等分距離からの差を最小とするように評価関数を設定することで、修正量配列δＸを２次計画問題の解として一意に解くことができる。

減速指令生成部２３は、走行履歴記憶部２４から選択した走行履歴２４ａに含まれる減速指令を、修正量配列δＸで修正することにより、修正後の減速指令ｎ’を演算して、減速指令２３ａとして設定する（Ｓ６）。減速指令生成部２３は設定された減速指令２３ａを基に現在の走行位置ｘに対応した減速指令を出力する（Ｓ８）。制動指令出力部２５は、列車が停止したか否かを判定し（Ｓ９）、列車が停止していない場合（Ｓ９，Ｎｏ）、減速指令２３ａを基に現在の走行位置ｘに対応した制動指令２ａを出力し続ける。制動指令出力部２５が列車が停止したと判断した場合（Ｓ９，Ｙｅｓ）、走行履歴記憶部２４は今回の走行履歴を新たに記憶し（Ｓ１０）、処理を終了する。

以上では列車の走行位置ｘを修正量配列δＸにより修正する手法について説明したが、指令値の出力時間Ｔを修正量配列δＴで修正しても良い。この場合、求めたδＸの要素であるδＸ＿ｉ［ｍ］に対応するδＴ＿ｉ［ｓ］をδＴ＿ｉ＝δＸ＿ｉ／Ｖ＿ｉで換算すれば良い。ただしＶ＿ｉはｉ番目の減速指令切換え時における速度［ｍ／ｓ］である。

制動指令出力部２５は、減速指令生成部２３から出力された修正前の初期の減速指令に列車速度を追従させるノッチ指令である制動指令２ａを生成し、制動装置８は、この制動指令２ａに対応するブレーキ圧力を車輪４に加える。また制動指令出力部２５は、減速指令生成部２３から出力された修正後の減速指令に列車速度を追従させるノッチ指令である制動指令２ａが生成し、制動装置８は、この制動指令２ａに対応するブレーキ圧力を車輪４に加えることにより列車を減速させる。

以上に説明したように実施の形態１に係る自動列車運転装置２−１は、過去の走行履歴２４ａに基づき減速指令２３ａを修正することにより、自動的に列車の停止位置が是正され、停止精度を是正するための調整に係る工数を軽減できる。従来の制動特性を学習する手法は、列車の走行中に減速指令に対応した制動特性を学習することにより、記録された制動特性モデルを真の制動特性に合わせて停止位置の精度を改善させている。しかしながら、停止制御時は、４０［ｋｍ／ｈ］〜７０［ｋｍ／ｈ］といった通常走行時に比べて、１０［ｋｍ／ｈ］といった低速走行がなされるため、制動力を発生させる車輪と制輪子との摩擦係数が通常走行時よりも高い値になる。そのため従来の制動特性を学習する手法では、通常走行時に推定された制動特性と停止制御時における制動特性とが異なり、従来の制動特性を学習する手法では、停止位置に誤差が生じる可能性がある。また列車に搭載される速度センサ５は、車輪４が回転するときに発生する起電力を基に速度計測を行うため、車輪４の回転速度が遅い低速では起電力が小さいため計測される速度の精度が低い可能性がある。そのため、低速域では過去の走行状態から制動特性を学習することが困難であり、従来の制動特性を学習する手法では、停止位置の精度を高めることができない可能性がある。

これに対して、目標停止位置に列車が停止したときに記録される走行履歴上の停止位置と、実際に列車が停止したときの停止位置とは、列車の速度帯と、列車の走行区間と、減速指令２３ａの履歴とが類似する。実施の形態１に係る自動列車運転装置２−１では、このような走行履歴上の停止位置を用いて減速指令２３ａが生成されるため、停止結果の再現性が高く、従来の制動特性を学習する手法に比べて、停止位置の精度を高めることができる。また、実施の形態１に係る自動列車運転装置２−１は、減速指令値の切り替え回数を変更しないので、ノッチ指令の切り替え回数が増加することがなく、乗り心地が悪化することもない。

実施の形態２．
図７は本発明の実施の形態２に係る自動列車運転装置２−２を搭載した列車の車両を模式的に示す図である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

実施の形態２の自動列車運転装置２−２は、実施の形態１の減速指令生成部２３に代わり減速指令生成部２３Ａを備え、走行履歴記憶部２４に代わり、走行履歴記憶部２４Ａを備える。

走行履歴記憶部２４Ａは走行履歴２４ｂを記憶する。減速指令生成部２３Ａは、走行状態情報２１ａ、位置通過情報２２ａ及び走行履歴２４ｂを入力として、制動指令出力部２５へ減速指令２３ａを出力する。

また走行履歴記憶部２４Ａは、実施の形態１に示す走行履歴２４ａに加えて、走行環境と、列車の加速度と、前回出力された減速指令２３ａと、前回出力された減速指令２３ａの出力継続時間と、列車の乗車率と、列車の走行モードと、外気温との少なくとも１つを走行履歴２４ｂとして記憶する。

走行環境に関するデータとしては、（Ａ）走行勾配データ、（Ｂ）天候を含む列車の走行モード、（Ｃ）列車の乗車率、（Ｄ）外気温、（Ｅ）段階指令開始位置を列車が通過したことを判定したときの指令値、（Ｆ）走行曲率データを例示できる。これらのデータ（Ａ）〜（Ｆ）は列車の走行が変動する要素である。これらのデータ（Ａ）〜（Ｆ）は「走行履歴クラス」として分類される。走行モードは、複数の列車制御指針を表したものであり、走行モードとしては、列車の走行時に惰行運転を主体とした省エネルギー走行モードと、運行ダイヤが遅延している場合に運行ダイヤを正常状態に回復するために加速運転を行い走行時間の短縮に重点をおく回復運転モードと、雨天時のような悪天候で制動性能が低下している場合に行う低減速走行モードとを例示できる。

図８は図７に示す減速指令生成部の構成例を示す図である。図８に示す減速指令生成部２３Ａは、走行履歴クラス選択部２３１と、評価変数設定部２３２と、減速指令修正部２３３とを備える。走行履歴クラス選択部２３１は、走行勾配データ、天候を含む列車の走行モード、列車の乗車率、外気温、段階指令開始位置を列車が通過したことを判定したときの指令値及び走行曲率データの少なくとも１つを示す走行変動要素である走行履歴クラス２３１ａを選択する。評価変数設定部２３２は、走行履歴クラス２３１ａを選択するための評価変数２３２ａを設定する。減速指令修正部２３３は、複数の走行履歴２４ｂの中から走行履歴クラス２３１ａに基づき対応する走行履歴クラスの複数の走行履歴２４ｂを選択し、選択した走行履歴２４ｂを用いて減速指令を修正する。

図９は本発明の実施の形態２に係る自動列車運転装置における動作を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートとの相違点は、図９に示すフローチャートでは、Ｓ２とＳ３の間にＳ２１が追加されたことである。実施の形態２に係る自動列車運転装置２−２では、段階指令開始位置を列車が通過した際の走行状態及び走行履歴クラスに基づき、走行履歴記憶部に記憶された複数の走行履歴のそれぞれについて、まず走行履歴クラスにより走行環境が一致する走行履歴が抽出選択される。その後、自動列車運転装置２−２では、抽出選択された走行履歴について減速指令を修正するために参照する過去の走行履歴が選択される（Ｓ２１）。すなわち過去に記憶された複数の走行履歴の中から、現在の走行環境及び走行状態に類似した走行履歴が参照される。そのため列車の走行状態のみに基づき走行履歴記憶部に記録されたすべての走行履歴を用いて減速指令の修正を行う場合に比べて、現在の走行環境に類似した過去の走行履歴を抽出することで現在の走行試行に近い走行履歴のみを用いて減速指令の修正が可能である。従って、実施の形態１に比べて、停止制御誤差の少ない停止指令を得ることができる。

実施の形態３．
図１０は本発明の実施の形態３に係る自動列車運転装置２−３を搭載した列車の車両を模式的に示す図である。以下、実施の形態１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。

実施の形態３の自動列車運転装置２−３は、実施の形態１の構成に加えて、減速指令出力判定部である減速指令選択部２６を備える。減速指令選択部２６は、走行状態情報２１ａ、減速指令２３ａ、走行履歴２４ａを入力として、減速指令生成部２３から出力された減速指令２３ａと、走行状態情報２１ａに基づき新たに生成した減速指令との何れかを選択し、選択した減速指令２６ａを制動指令出力部２５に対して出力する。制動指令出力部２５は、受信した減速指令２６ａに対応した制動指令２ａを出力する。

減速指令選択部２６における選択動作の一例を説明する。減速指令選択部２６は、減速指令生成部２３で選択された走行履歴２４ａに含まれる走行状態である列車位置と、減速指令生成部２３で走行履歴２４ａが選択されたタイミングで走行状態計測部２１から出力された現在の走行状態情報２１ａに含まれる列車位置との差を求める。減速指令選択部２６は、この差の絶対値が特定のしきい値内であるときには、減速指令生成部２３から出力される減速指令２３ａを選択する。

走行状態情報２１ａで生成される減速指令としては、現在の列車位置及び列車速度より、列車が目標停止位置に停止するまで一定の減速度で停止させる際の必要減速度β［ｋｍ／ｈ／ｍ］に応じた減速指令を演算すれば良い。必要減速度βは目標停止位置までの距離である残走距離Ｄ［ｍ］と現在の列車速度Ｖ［ｋｍ／ｈ］とを用いて下記（１２）式で表される。

実施の形態３に係る自動列車運転装置２−３によれば、減速指令２３ａが出力されているとき、列車の走行状態が走行履歴２４ａに記述される走行状態から大きく乖離している場合には、減速指令２３ａの出力を中止し、必要減速度βに対応した減速指令値を出力する。すなわち実施の形態３に係る自動列車運転装置２−３は、現在の走行状態と過去の走行状態との乖離を監視することにより、減速指令２３ａの出力を継続するか否かを判定する減速指令出力判定部として機能する減速指令選択部２６を有する。そのため自動列車運転装置２−３が予期しない状況に対しても停止位置の精度を高めることができる。

なお実施の形態３の減速指令選択部２６は実施の形態２に係る自動列車運転装置２−２にも適用できる。また実施の形態１から３では走行試行毎の走行履歴が走行履歴記憶部に記憶される例を示した。しかしながら走行履歴記憶部には記憶日時が古い走行履歴が存在するため、走行履歴記憶部は、現時点から一定期間前よりもさらに前に記録された走行履歴を自動的に削除してもよい。これにより、使用時間が長くなるに伴って制動装置８が経年変化して制動特性に変化が生じた場合でも、制動特性が反映された複数の走行履歴の内、時系列的に新しい走行履歴を用いて減速指令２３ａの修正を行うことができる。そのため走行履歴が削除されずに全ての走行履歴を用いて減速指令２３ａの修正を行う場合に比べて、停止位置の精度を高めることができるだけでなく、走行履歴記憶部２４の記憶容量を有効に利用できるため、安価な記憶装置を走行履歴記憶部２４として利用でき、自動列車運転装置２−３の製造コストを低減できる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 車両、２−１，２−２，２−３ 自動列車運転装置、２ａ 制動指令、３ レール、４ 車輪、５ 速度センサ、５ａ 速度情報、６ 地上子、６ａ 地上子情報、７ 車上子、７ａ 地上子検出情報、８ 制動装置、２１ 走行状態計測部、２１ａ 走行状態情報、２２ 段階指令開始位置判定部、２２ａ 位置通過情報、２３，２３Ａ 減速指令生成部、２３ａ，２６ａ 減速指令、２４，２４Ａ 走行履歴記憶部、２４ａ，２４ｂ 走行履歴、２５ 制動指令出力部、２６ 減速指令選択部、２３１ 走行履歴クラス選択部、２３１ａ 走行履歴クラス、２３２ 評価変数設定部、２３２ａ 評価変数、２３３ 減速指令修正部。

Claims (7)

1. 列車の停止制御を行う自動列車運転装置であって、
   前記列車の目標停止位置から一定距離手前の位置である第１位置を前記列車が通過したか否かを判定する判定部と、
   前記列車が前記第１位置を通過してから前記目標停止位置に停止するまでの区間において前記列車の制動力を制御するための減速指令を生成する減速指令生成部と、
   前記区間における前記列車の走行状態及び前記減速指令を走行履歴として複数記憶する走行履歴記憶部と
   を備え、
   前記減速指令生成部は、前記判定部で前記第１位置を前記列車が通過したことが判定されたとき、前記第１位置を前記列車が通過したときの前記列車の走行状態に基づいて前記走行履歴記憶部に記憶された複数の前記走行履歴のうちの１つを選択し、選択された前記走行履歴における減速指令を修正することによって、前記減速指令を生成することを特徴とする自動列車運転装置。
2. 前記減速指令生成部は、
   前記第１位置を前記列車が通過した時の前記列車の走行状態と最も近い走行状態を含む前記走行履歴を選択することを特徴とする請求項１に記載の自動列車運転装置。
3. 前記減速指令生成部は、選択された前記走行履歴における減速指令値の切り替えのタイミングを修正することによって前記減速指令を生成することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の自動列車運転装置。
4. 前記走行履歴は、列車が停止した位置から目標停止位置までの距離である停止位置誤差を含み、
   前記減速指令生成部は、前記停止位置誤差に基づいて、前記減速指令値の切り替えのタイミングを修正することを特徴とする請求項３に記載の自動列車運転装置。
5. 前記減速指令生成部は、
   走行勾配データ、天候を含む列車の走行モード、列車の乗車率、外気温、前記第１位置を列車が通過したことを判定したときの指令値及び走行曲率データの少なくとも１つを示す走行変動要素を選択するための評価変数を設定する評価変数設定部と、
   複数の前記走行履歴の中から前記評価変数に基づき対応する前記走行変動要素を選択する選択部と、
   複数の前記走行履歴の中から前記選択部で選択された前記走行変動要素に対応する走行履歴を選択し、選択した走行履歴を用いて減速指令を修正する減速指令修正部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の自動列車運転装置。
6. 前記区間における前記走行状態と前記走行履歴記憶部に記憶された前記走行状態との乖離を監視することにより、前記制動力を発生する制動装置に対する前記減速指令の出力を継続するか否かを判定する減速指令出力判定部を備えることを特徴とする請求項１から請求項５の何れか一項に記載の自動列車運転装置。
7. 前記走行履歴記憶部は、一定期間前に記録された前記走行履歴を削除することを特徴とする請求項１から請求項６の何れか一項に記載の自動列車運転装置。

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