制御装置および制御装置を備えた走行体
【課題】最適、かつ安全性に富んだ列車等の走行体の制御を行う。
【解決手段】電力を利用して走行路１２ａ、１２ｂ上を移動する列車１０が利用する電力を蓄電する電力貯蔵手段の貯蔵残電力が計測され、検出された残電力量等に基づいて列車１０の走行計画を立てる。
【解決手段】電力を利用して走行路１２ａ、１２ｂ上を移動する列車１０が利用する電力を蓄電する電力貯蔵手段の貯蔵残電力が計測され、検出された残電力量等に基づいて列車１０の走行計画を立てる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車鉄道システムあるいは新交通システム、物流システムなど、走行路上を走行する走行体である列車や自動車、搬送車などの制御装置および制御装置を備えた走行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行体のブレークエネルギーのロスの削減や、ブレーキシューの無駄な消費を防止する運転計画を立てる技術が存在しており、この技術は、走行体の消費エネルギー配分を考慮した制御を行う。この制御には、予め作成したデータベースを用い、このデータベースに基づいて制御を行う技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１３４６０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような構成であると、走行体を最適に制御できる運転計画の具体的なデータベースの作成方法が開示されていない。また、走行体の安全性を考慮した運転計画を立てることができない。
【０００４】
本発明の目的は、最適、かつ安全性に富んだ走行体の制御ができる制御装置および制御装置を備えた走行体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するものであり、電力を利用して走行路上を移動する走行体の制御を行う制御装置であって、前記走行体が利用する電力を蓄電する電力貯蔵手段の貯蔵残電力を計測する残電力検出手段で検出した残電力量、走行体の位置を検出する位置検出手段で検出された走行体の位置情報、走行体の速度を検出する速度検出手段で検出された走行体の速度情報に基づいて走行体の走行計画を立てる運転計画作成手段と、走行体の走行路の安全状態を監視、制御を行う保安制御手段とを具備することを特徴とする制御装置が提供される。
【０００６】
したがって本発明は、電力を利用して走行路上を移動する走行体が利用する電力を蓄電する電力貯蔵手段の貯蔵残電力が計測され、検出された残電力量に基づいて走行体の走行計画が立てられる。このため、最適、かつ安全性に富んだ走行体の制御ができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、最適、かつ安全性に富んだ走行体の制御ができる制御装置および制御装置を備えた走行体を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１実施形態）
次に、本願発明の第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の第１実施形態に係る走行体が備える制御装置を適用した走行体制御システムの一実施形態を示したものである。この走行体制御システムでは、車両等の走行体１０が単一の方向のみに走行することができる２つの走行路１２ａ、１２ｂを備えたいわゆる複線路線となっている。この走行体制御システムは、走行路１２ａ、１２ｂおよび停車場１６ａ、１６ｂから構成されており、走行路１２ａ、１２ｂ上に車両等の走行体１０ａ、１０ｂを走行させるように構成している。
【００１０】
図２は、車両等の走行体１０の構成を示した機能ブロック図である。走行体１０は、記憶部２０と、制御部２２と、走行体１０に搭載されて走行体の走行に利用可能な電力エネルギーを貯蔵することができる電力貯蔵手段２４と、制御部２２からの出力に基づいて走行体１０を加速・減速させることができる駆動・減速手段２６とから構成される。
【００１１】
記憶部２０は、勾配や曲線速度制限など走行路に関するデータが記憶された路線データベース記憶領域２０ａ、あらかじめ定められた運行ダイヤデータ記憶領域２０ｂ、および、走行体の走行性能が記憶された走行体性能データベース記憶領域２０ｃ等を記憶している。
【００１２】
制御部２２は、電力貯蔵手段２４に残された電力エネルギー量を検出できる残電力検出手段２２ａ、走行体の位置を検出する走行体位置検出手段２２ｂ、および走行体の速度を検出する走行体速度検出手段２２ｃから構成される。
【００１３】
なお、走行体１０には、架線等から供給された電力を蓄積する電力貯蔵手段２４として二次電池を搭載しており、この二次電池をから駆動・減速手段２６に電力を供給する。このため、走行体１０外部から電力の供給がない場合も走行体１０を走行させることができる。さらに、走行体１０の減速時には駆動・減速手段２６によって電力回生を行って、走行体１０に搭載された電力貯蔵手段２４に電力を貯蔵する。
【００１４】
また、走行体１０には、走行体位置検出手段２２ｂとして、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）受信装置を搭載して走行体の走行位置を検出できるようにし、また走行体速度検出手段２２ｃとしては、例えば、車軸に接続した速度発電機によって走行体１０の走行速度を検出する。また、走行体位置検出手段２２ｂとしてＧＰＳを使用しているが、これに限定するものではなく、例えば、走行体上に搭載した速度発電機の信号を処理して位置検出に利用したり、軌道回路やトランスポンダ、リミットスイッチによる進入チェック方式、これらのうちのいくつかを組み合わせた方式でもよい。同様に、走行体速度検出手段２２ｃに速度発電機を用いているが、これに限定するものではなく、例えば、走行体の速度を検出できるものであればパルスジェネレータやレーザレーダ、ミリ波レーダを利用するなど、どのようなものであっても良い。
【００１５】
以上のように構成した本発明の第１実施形態である走行体が備える制御装置を適用した走行体制御システムにおいての走行体の制御動作を説明する。
【００１６】
図１に示した走行体１０ａは、停車場１６ａを出発して、走行路１２ａに沿って走行したのち停車場１６ｂに到着する。一方、走行体１０ｂは、停車場１６ｂを出発して、走行路１２ｂに沿って走行したのち、停車場１６ａに到着する。走行体１０ａ、１０ｂには、それぞれ制御部２２が搭載されており、この制御部２２は、運転計画作成手段２２ｄによって作成された運転計画（出発してから停止に至るまでの運転計画）を実現するように、駆動・減速手段２６を動作させて、走行体１０ａ、１０ｂを自動的に走行させる。
【００１７】
制御部２２は、残電力検出手段２２ａ、走行体位置検出手段２２ｂ、走行体速度検出手段２２ｃから得られる情報に基づいて、任意のタイミングで運転計画作成手段２２ｄによって走行体走行のための運転計画を作成する。運転計画作成手段２２ｄは、運転計画作成指示信号を出力する。この運転計画作成指示信号を受信した運転計画作成手段２２ｄは、路線データベース記憶領域２０ａ、運行ダイヤデータ記憶領域２０ｂ、および走行体性能データベース記憶領域２０ｃに基づいて適切な運転計画情報を作成する。制御部２２は、運転計画作成手段２２ｄが作成した運転計画情報に基づいて、この運転計画を可能な限り実現するように、残電力検出手段２２ａ、走行体位置検出手段２２ｂ、走行体速度検出手段２２ｃから得られる情報を参照し、駆動・減速手段２６を制御して走行体１０ａ、１０ｂを自動運転する。
【００１８】
また、運転計画作成手段２２ｄは、運行ダイヤを可能な限り遵守するように運転計画を作成する。この際、省エネルギー走行に適した運転方法、停車場間を可能な限り短い走行時間で走行する運転方法、といった複数の指針に基づいて運転計画を作成できる。
【００１９】
さらに、制御部２２では、状況に応じて得られたどの情報に基づいて運転計画作成手段２２ｄが運転計画情報を作成するかを決定し、運転計画作成指示信号によってこの作成指針を切り替える。
【００２０】
なお、第１実施形態においては、運転計画作成手段２２ｄは運転計画情報として、停車場１６ａの出発時からの経過時間と走行体１０ａ、１０ｂの走行位置および走行体１０ａ、１０ｂの走行位置とその位置における走行体速度の関係であるいわゆる運転曲線を作成して、制御部２２を構成する記憶部２０の図示しない記憶領域に保存する。上述の運転曲線とは、例えば、図３に示すものであり、同図は、走行体１０ａ、１０ｂが停車場１６ａから停車場１６ｂまで走行する際の走行体１０ａ、１０ｂの位置と速度との関係を示した運転曲線である。この運転曲線では、走行体１０ａ、１０ｂは、停車場１６ａを出発し、加速し、最高速度で定速走行し、速度制限区間を制限速度を維持して通過するために減速し、通過後、加速し、最高速度で定速走行した後、停車場１６ｂに停止するために減速して、所定の停車位置に停止する際の動作を示している。
【００２１】
次に、これらのデータに基づいて、制御部２２は、走行体１０ａ、１０ｂの加速時や定速走行時に駆動・減速手段２６などで消費される消費電力量および走行体１０ａ、１０ｂの減速時に駆動・減速手段２６によって回生され電力貯蔵手段２４に貯蔵される電力量を算出して、記憶部２０の図示しない記憶領域に保存する。
【００２２】
停車場１６ａから走行体１０ａが出発する際には、まず走行体１０ａに対する信号が進行を許可する信号となっており、走行体１０ａが停車場１６ａを出発する時刻となると、走行体１０ａの制御部２２が、運転計画作成手段２２ｄに対して、走行体が次に目指すべき停車場である停車場１６ｂまでの運転計画を作成させるための運転計画作成指示信号を出力する。運転計画作成指示信号を受信した運転計画作成手段２２ｄは、勾配や曲線速度制限など走行路に関するデータが記憶された路線データベース記憶領域２０ａ、走行体の走行性能が記憶された走行体性能データベース記憶領域２０ｃ、あらかじめ定められた運行ダイヤデータ記憶領域２０ｂ、さらに残電力検出手段２２ａが出力する電力貯蔵手段２４に貯蔵された電力エネルギー量に関わるデータに基づいて運転計画の作成を行う。
【００２３】
このときの運転計画作成手段２２ｄが運転計画を作成する際の制約条件としては、走行路上の勾配曲線部や分岐器部分を通過する際の速度制限区間など設備および安全性の面からの制約や・走行体の走行性能、走行路の勾配などの物理的な制約、そして運行ダイヤデータ記憶領域２０ｂに記憶されている停車場１６ａから走行体１０ａを出発させる時刻およびその次に走行体１０ａを停車させる停車場１６ｂへの走行体の到着時刻がある。
【００２４】
特に、走行体運行の定時性の面から、運行ダイヤデータ記憶領域２０ｂに記憶された走行体１０ａの次の停車場１６ｂへの到着時刻を可能な限り遵守するように作成する必要がある。なお、一般に走行体の運行ダイヤは、ある停車場間を走行体が走行するのに要する最短の走行所要時間である基準運転時分に、走行体の運行に必要と見こまれる適当な時間的余裕である余裕時分を付加して作成するのが基本となる。この基準運転時分は、設備および安全性の面からの制約条件と走行体性能や走行路の路線形状などの物理的な制約条件から一意に求めることが可能な値であり、余裕時分は走行体性能の個体差や運転士の運転操作のバラツキによる走行体運行上の走行時間変動を吸収したり、何らかの原因で走行体に運行上の遅延が生じた際に後続走行体への遅延の影響を防止したり遅延を回復させるための余裕としたり、運行上の調整を行ったりするために用いられる。
【００２５】
このように運行ダイヤには余裕時分が付加されているため、走行体を定刻通りに停車場から出発させた場合、走行体を運行ダイヤに定められたとおりに次の停車場に到着させようとすると、走行体の実際の走行速度を基準運転時分を実現する走行速度より低下させて運転したり、走行体加速時の加速度や停車場に停車させる際の減速度を調整したり、停車場間で走行体を惰行させて運転するなど、運転操作によって走行時間の調整を行う必要がある。
【００２６】
なお、このような余裕時分を利用して、例えば最高速度を下げて運転したり、惰行区間を設けて運転するなどの運転操作を行うことによって、走行体の消費電力を低減させることが可能である。
【００２７】
いま、走行体１０ａの牽引力をFd[ニュートン、以下Nと略す]、空気抵抗をRａ[N]、走行路１２ａの勾配による走行抵抗をRg[Nl、曲線部分で走行路から走行体が受ける走行抵抗をRr[N]、走行体１０ａの加速度をα[m/s２]、重量をW[キログラム=kg]とすると、走行体１０ａの走行時における走行体１０ａの運動方程式は、Fd-(Rａ+Rg+Rr)＝Wxαで与えられる。ここで例として走行体１０ａの定速走行時を考えると、定速走行時には走行体１０ａの加速度α＝０であるため、前述の走行体１０ａの運動方程式は、Fd-(Rａ+Rg+Rr〕＝０となる。すなわち、走行体１０ａを定速走行させるためには、走行体１０ａに働く全走行抵抗と釣り合う牽引力Fdを走行体１０ａに与える必要がある。走行体１０ａに働く走行抵抗のうち空気抵抗Rａは、ほぼ速度の二乗に比例するため、走行体１０ａの走行速度、特に最高速度を低下させるように走行体１０ａを運転すれば、走行体１０ａに必要な牽引力Fdと、この牽引力を発生するために必要な電力量を大きく低減することができる。
【００２８】
また、走行体１０ａを運転する最高速度を低下させることで、走行体１０ａを加速させるために要する時間も短縮することができ、これによる消費電力の低減効果も同時に得られる。そこで本発明の第１実施形態においては、運転計画作成手段２２ｄによって運転計画を作成する際に、残電力検出手段２２ａによって電力貯蔵手段２４に貯蔵されている電力量を検出し、貯蔵されている電力量に関する情報に基づいて、運行ダイヤデータ記憶領域２０ｂに記憶された次の停車場１６ｂへの到着時刻を守れる範囲において、電力消費を可能な限り低減できるような省エネルギー運転計画を作成する。
【００２９】
例えば、残電力検出手段２２ａによって電力貯蔵手段２４に貯蔵された残電力量が、予め定められた規定値より低下していると検出された場合には、運行ダイヤ上の次の停車場への到着時刻に間に合う限り、停車場間で最高速度にて運転する区間の速度を低下させたり、走行体１０ａの減速時に、より高い減速度を用いた運転曲線を計画する。高い減速度を用いることで、減速に要する時間が短縮されるが、停車場間の走行時間が変わらなければ加速時間も短縮する必要があるため、結果として電力消費量が低減できる。
【００３０】
また、例えば、停車場間を走行中に、障害などによって列車の走行速度を低下させたり停車させたりして、目的の停車場への運行ダイヤ上の到着時刻に対して、列車が遅延したり遅延が予想される場合には、制御部２２からの指令により運転計画作成手段２２ｄによって、遅延を回復したり可能な限り遅延時間を短縮するように、運転計画を再度作成する。この他、例えば、停車場間の距離が長い場合などには、停車場間に障害が発生して走行体の走行計画に対して遅延を生じることも考えられるため、なるべく到着する停車場に接近するまでは余裕時分を保ったまま運行させたいというケースもある。このようなケースでは、残電力検出手段２２ａが電力貯蔵手段２４に貯蔵された残電力量が、予め定められた規定値以上であると検出している場合、制御部２２は、運転計画作成手段２２ｄに対して次の停車場に定刻より早く到着するような走行計画を作成するための指示を出力する。
【００３１】
例えば、到着する停車場に接近するまでは可能な限り短い走行時間で走行できるように、走行体の加速時には高い加速度で加速し、定速走行時には高い速度で走行するような運転計画を作成する。そして、到着する停車場に充分接近した時点で、停車場への到着予定時刻に対して時間的な余裕がある場合には、制御部２２は運転計画作成手段２２ｄに対して次の停車場に定刻通りに到着するような走行計画を作成させる指示を出力する。この指示に基づいて運転計画作成手段２２ｄでは、走行体を惰行させたり、走行速度を低下させたり、次停車場への停車させる際の走行体の減速度を低下させる、など余裕時分を短縮するような運転計画を再作成する。
【００３２】
また、制御部２２の残電力検出手段２２ａが電力貯蔵手段２４に貯蔵された残電力量が規定値より少ないと検出した場合には、規定値以上の場合と比べて走行体減速時の減速度を増加したり、定速走行時の走行速度を低下させたり、走行体加速時の加速度を低下させた運転計画を作成する。運転計画作成手段２２ｄによって運転計画が作成されると、制御部２２は、駆動・減速手段２６を操作し、走行体１０ａを停車場１６ａから出発させる。この際、走行体位置検出手段２２ｂとして、例えば、走行体１０ａに搭載したＧＰＳ受信装置を用い、一定のサンプリング周期毎に自身の走行体１０ａの走行位置を検出する。また、走行体速度検出手段２２ｃは、走行体１０ａに搭載している例えば、速度発電機の信号を一定のサンプリング周期毎に取得して自身の走行体１０ａの走行速度を検出する。
【００３３】
制御部２２は、このようにして検出された走行体１０ａの走行位置および走行速度と、運転計画作成手段２２ｄによって作成された運転計画とを入力として、運転計画を可能な限り実現するように駆動・減速手段２６を操作して走行体１０ａを走行させる。実際の走行においては、例えば、走行体１０ａに乗車した乗客の多寡や、搭載されている走行性能データベース記憶領域２０ｃのデータと実際の走行体１０ａとの走行性能との差、駆動・減速手段２６を駆動する電圧の変動や天候などの様々な要素によって、運転実績が運転計画と異なってしまうことが通例である。制御部２２は、このような運転計画と運転実績との誤差をなるべく生じさせないように、駆動・減速手段２６への出力指令をリアルタイムに制御するが、駆動・減速手段２６に供給される電源電圧の制限など種々の制約によって必ずしも補正しきれるとは限らない。また、例えば、先行する走行体に運行遅延などが生じた場合には、衝突防止のために走行体を停車させたり、走行速度を低下させて運転させるなど、計画通りの運転を行えない場合が生じることもある。
【００３４】
そこで、制御部２２は、このように運転計画と運転実績との誤差が大きくなった場合（例えば、誤差の閾値を設けておいて、この閾値を超えた場合）、随時、運転計画作成手段２２ｄによって運転計画の再作成を行うことができる。
【００３５】
以上の構成により、残電力検出手段２２ａによって電力貯蔵手段２４に貯蔵されている電力量をリアルタイムに検出して、電力貯蔵手段２４に貯蔵されている残電力量が規定値以下となった場合には、運転計画作成手段２２ｄに運転計画の再作成を指示する運転計画作成指示信号を出力し、停車場１６ｂへの到着時刻を守れる範囲で、より電力消費の少ない運転計画を再作成できる。また、駆動・減速手段２６への出力指令に基づいて・走行体１０ａの加速時や定速走行時に消費された消費電力量および走行体減速時に駆動・減速手段２６によって電力回生されて電力貯蔵手段２４に貯蔵された電力量を算出して、これを消費電力量実績値として制御部２２を構成するメモリ上に保存し、予め運転計画作成手段２２ｄで算出していた消費電力量に関する情報と比較して、消費電力量実績値が設定値より大きくなった場合には、運転計画作成手段２２ｄに運転計画の再作成を指示する運転計画作成指示信号を出力し、停車場１６ｂへの到着時刻を守れる範囲で、より電力消費の少ない運転計画を再作成できる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図面を参照して説明する。本発明の第２実施形態では、第１実施形態の構成に加えて、図４に示した走行路上の障害の有無を検出して走行体の走行状態の指示を行う保安制御手段２２ｅを制御部２２に備えている。また、走行路１２ａおよび走行路１２ｂには、分岐合流部が設けられており、この分岐合流部には、それぞれ分岐装置３４が設置されている。さらに、これらの分岐装置３４は、地上設備である保安制御地上装置１８１、１８２に接続されており、保安制御地上装置１８０ａ、１８０ｂから分岐装置３４を遠隔操作することができる。また、保安制御地上装置１８０ａ、１８０ｂは、走行路１２ａ１２ｂの近傍の地上に設置されて走行路上の障害の有無を検出して走行体の走行動作の指示を行う。なお、第１実施形態と同様のものには同符号を付し、詳しい説明は上述に譲る。
【００３７】
図５に示すように、車両等の走行体１０が備える保安制御手段２２ｅは、走行路１２ａ、１２ｂの分岐合流部に存在する分岐器が走行体の進行すべき方向に適切に設定されているかどうかや走行体の進行方向前方に他の走行体が存在しないかどうかを検出して、走行体１０に停止や走行速度の指示などを行う。また、保安制御地上装置１８１、１８２は、図６に示す走行路１２ａ、１２ｂに設置された無線信号装置１８４にも接続されており、無線信号装置１８４で受けた走行体１０からの信号を受信できるようになっている。
【００３８】
保安制御地上装置１８１は、走行路１２ａ、１２ｂ近傍に少なくともひとつ以上設置された無線信号装置１８４と接続され、保安制御手段２２ｅは図示しない無線信号装置を持ち、走行体１０と無線信号装置１８４とが互いに無線信号による通信が行えるようにしている。
【００３９】
走行体１０は、走行体１０に搭載した例えば、ＧＰＳ装置および速度発電機からの情報に基づいて、一定の周期毎に走行体の位置および走行速度を検出している。検出された走行体の位置および走行速度に関する情報は走行体走行状態データとして保安制御手段２２ｅによって無線信号装置１８４に送信される。送信された走行体走行状態データは、無線信号装置１８４によって受信され、保安制御地上装置１８１に伝送される。
【００４０】
また、走行体１０は、走行路上に存在する分岐装置３４に対して、走行体１０に搭載された記憶部２０に記憶された運行ダイヤデータに基づいて、分岐装置３４が適切な方向に切り替わるように分岐装置制御要求データを送信する。送信された分岐装置制御要求データは、無線信号装置１８４によって受信され、保安制御地上装置１８１に伝送される。保安制御地上装置１８１は、受信した分岐装置制御要求データに基づいて、分岐装置３４の分岐方向が適切に切り替わるように制御を行い、分岐装置３４が適切に切り替えられたことを確認したのち、無線信号装置１８４を利用して分岐装置制御確認データを走行体１０に送信する。
【００４１】
以上のようにして、保安制御地上装置１８１は、走行路１２ａ、１２ｂ上の走行体１０の位置・速度などの走行状態や分岐装置３４の開通情報などを得ることができる。保安制御地上装置１８１は、このようにして得られた走行体１０の走行状態および分岐装置３４の開通情報に基づいて、走行路１２ａ、１２ｂ上に存在する複数の走行体１０に対して、走行体１０が安全に走行できる限界位置や制限速度を指示する走行状態指示デーダを作成し、無線信号装置１８４を経由して走行路１２ａ、１２ｂ上を走行するそれぞれの走行体１０に送信する。
【００４２】
一方、走行体１０の保安制御手段２２ｅは、図７に示すように、走行状態指示デーダを受信した走行体１０は、走行状態指示データに基づいて、安全な走行を行うために必要な、走行体１０ａの走行位置に対する制限速度の情報である運転計画を作成する。このときの運転計画の作成方法は、まず先行する走行体１０ｂの位置と、走行体位置検出手段２２ｂの位置検出誤差や情報伝送の遅れ、制御部２２の処理時間などを考慮して設定する。安全性のための余剰距離である保安制御余裕距離５４から保安制御目標停止位置５２を求める。そして、走行体１０ａの減速性能を用いて、得られた保安制御目標停止位置５２を基準点として、保安制御目標停止位置５２から走行体１０ａの現在の走行位置５１まで逆引きに算出する。
【００４３】
第２の実施形態においては、走行体１０ａの減速性能として、走行体１０ａのブレーキ性能だけでなく、走行路の勾配値や曲線半径による走行抵抗や、走行体１０ａの走行速度およびトンネル部を走行中か明かり部を走行中かによって変化する走行抵抗に基づいたデータを使用する。走行体１０の制御部２２は、走行体１０に搭載された走行体位置検出手段２２ｂおよび走行体速度検出手段２２ｃから得られる情報と、運転計画に含まれる制限速度のデータに基づいて、走行体１０ａの駆動・減速手段２６を動作させて、走行体１０の走行速度を制御する。なお、上述した第２実施形態においては、走行体１０ａは、制御部２２によって運転計画に基づいた運転が行われるように構成しているが、これは本実施形態が適用される走行体制御システムの構成を何ら制限するものでなく、制御部２２が運転計画に関するデータを利用できる構成であれば、どのようなものでも良い。例えば、通常の鉄道システムのように自動列車制御部(ATC: Automatic Train Control)などを搭載して、これによって運転計画を作成して走行体１０を制御するように構成しても良い。
【００４４】
以上の構成により、第１実施形態の効果に加えて、走行体１０に搭載した電力貯蔵手段２４によって駆動・減速手段２６への電力供給をまかなっているため、通常の電気鉄道のように走行路の全長にわたって走行体１０に電力を供給するための架線を敷設することが不要である。ただし、停車場内や走行路上の一部に断続的に架線を敷設しており、架線が敷設されている場所では、走行体１０に取り付けたパンタグラフを介して電力貯蔵手段２４に電力を貯蔵することができるようする。このように、走行体１０外部から電力を供給するための架線の設置を必要最小限の箇所のみに抑えられるため、地上設備を軽減したり、建造物などによる制約によって新たに架線を敷設することが困難な都市近郊におけるLRT（Light Rail Transit）システムを実現することもできる。
【００４５】
また、本実施形態では、架線を停車場内や走行路の一部に断続的に敷設する構成としているが、本実施形態を適用する走行体制御システムの構成を何ら限定するものではなく、走行体１０に搭載する電力貯蔵手段２４に貯蔵できる電力量が走行体１０を走行させるために充分であれば、走行路上にいっさいの架線を設置しない構成などであっても良い。また、通常の電気鉄道のように走行路の全長にわたって架線を敷設する構成であっても良い。この場合には、架線に電力を供給する変電所などの地上設備を軽減することができるとともに、電力貯蔵手段２４など走行体１０側の設備も第１実施形態に示した構成と比較して小規模なものとすることが可能である。このような構成の適用例として、例えば走行体の運行密度の高い都市圏部の輸送機関などが考えられる。このような線区では、同一の起電区間において複数の走行体が同時に発車する場合など、起電圧が低下することによって走行体が充分な加速力を得られなかったり、電力を供給するための変電所の容量が不足するなどの問題が生じることがあるが、走行体に電力貯蔵手段２４を搭載して動力源として利用することで、これらの問題を解消することができる。
【００４６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図面を参照して説明する。本発明の第３実施形態では、走行体１０の構成は、第２実施形態と同様である。保安制御手段２２ｅを備えるとともに、保安制御手段２２ｅによって走行体の走行速度の変更指示が行われた際には、制御部２２が運転計画作成指示信号を出力して運転計画作成手段２２ｄに運転計画を再作成させるようにする。なお、第１実施形態と同様のものには同符号を付し、詳しい説明は上述に譲る。
【００４７】
図８〜図１２では、後続走行体１０ａと先行走行体１０ｂが停車場１６ａから停車場１６ｂに向かって走行する様子が示されている。図８では、先行走行体１０ｂが停車場１６ａから停車場１６ｂに向けて停車場間を走行中であり、後続走行体１０ａは停車場１６ａに停車中である状態を示している。後続走行体１０ａが停車場１６ａを発車する予定時刻より設定時間だけ早い時刻になると、制御部２２によって運転計画作成指示信号が出力され、これを受信した走行体１０ａの運転計画作成手段２２ｄは、走行体１０ａの走行計画を作成する。このとき作成される運転計画が運転計画８０である。
【００４８】
運転計画８０では、走行体１０ａ、１０ｂが停車場１６ａの停止位置Ａから加速を開始し、速度制限区間にさしかかると制限速度にて定速走行を行い、速度制限区間を抜けた地点から再度加速して最高速度で走行する区間に至る。停車場１６ａ〜停車場１６ｂ間をしばらく定速走行した後、停車場１６ｂに接近した地点で、走行体１０ａの加速を停止して惰行運転を行う。さらに停車場１６ｂの直前に存在する速度制限区間に接近すると制限速度に向けて減速を開始する。速度制限区間では制限速度にて定速走行を行い、最後に再び減速を行って停車場１６ｂの停止位置Ｂに停止する。このような運転計画８０が作成されると、走行体１０ａの停車場１６ａでの出発時刻を経過すると、走行体１０ａは、運転計画８０に従って走行を開始する。
【００４９】
図９に示すように、後続走行体１０ａの進行方向前方に先行走行体１０ｂが存在する場合、後続走行体１０ａの保安制御地上装置１８１では、先行走行体１０ｂへの衝突を防止するための運転計画９２が作成される。現在、例えば、先行走行体１０ｂが停車場間で何らかの原因により停車しており、後続走行体１０ａが先行走行体１０ｂに接近してゆき、後続走行体１０ａの走行位置が保安制御停止目標位置９６から保安制御接近距離９８だけ離れた位置である走行位置９４に達すると、図１０に示すように、走行体１０ａに搭載された制御部２２は、運転計画作成手段２２ｄに運転計画作成指示信号を送信して運転計画再作成を指示する。運転計画作成手段２２ｄが運転計画作成指示信号を受信すると、走行体１０ａの現在における走行位置９４から停車場１６ｂまでの運転計画９３を作成する。運転計画９３は、運転計画９２を取り込んだ上で、運転計画９２の保安制御停止目標位置９６より前方における運転計画９３を作成する。運転計画９３では、停車場１６ａの出発時に計画された運転計画８０には存在しない減速操作が行われるため、走行体１０ａが保安制御停止目標位置９６に達する時間は遅れることが予測できる。そこで、保安制御停止目標位置９６より前方の運転計画に関しては、この遅延を回復するように、運転計画８０では惰行運転を行っていた区間でも、例えば、最高速度まで加速させた上で定速運転させるような運転計画を作成する。
【００５０】
しかし、再作成された運転計画９３通りに走行する際に、条件によっては運行ダイヤに定められた停車場１６ｂへの到着時刻より早く到着してしまう場合も考えられる。ただし図１０の時点では、走行体１０ａが保安制御停止目標位置９６に停車した後の停車時間が不明であるため、保安制御停止目標位置９６から停車場１６ｂまでを最短の走行時間で走行できるような運転計画を作成する。そして、走行体１０ａが実際に保安制御停止目標位置９６に停車した場合、先行走行体１０ｂが走行再開するなどして運転計画８０が解除されたのち、走行体１０ａが保安制御停止目標位置９６から走行を再開した時点で再度運転計画が作成される。
【００５１】
また、図１１は、走行体１０ａが運転計画９２に従って減速を開始して、走行位置９４ｂに達した位置で、走行体１０ｂの走行再開によって運転計画９２が解除されて運転計画９９に更新された場合を示している。走行体１０ａは、走行位置９４ｂにおいて、運転計画９２が解除されるため、ここで走行計画の再作成を行う。走行体１０ａは、走行位置９４ｂで減速を終了し、更新された運転計画９９と交差するまで加速させるような運転計画１００が作成される。
【００５２】
保安制御停止目標位置９４ｃより前方についての運転計画１００は、走行体１０ａを加速させた後、停車場１６ｂの手前の速度制限区間では制限速度に向けての減速を行い、速度制限区間を定速運転で走行した後、停車場１６ｂに向けて減速を行うものである。なお、上述した運転計画の作成方法は基本的なものであり、第３実施形態においても制御部２２が残電力検出手段２２ａによって随時、電力貯蔵手段２４の残電力を検出し、残電力が規定値より低下している場合などには、省エネルギー走行を行うような運転計画を作成するようになっている。例えば、図１１では、保安制御停止目標位置９４ｃより前方の運転計画は運転計画１００であるが、保安制御停止目標位置９４ｃにおいて残電力が規定値以下である場合には、走行体１０ａの制御部２２は運転計画作成手段２２ｄに対して省エネルギー走行を実現する運転計画を作成するような運転計画作成指示信号を出力する。これによって、運転計画作成手段２２ｄは、図１２に示すような省エネルギー運転計画１０１が作成され、制御部２２によって走行体１０ａの省エネルギー運転が実施される。
【００５３】
以上の構成により、第１および第２実施形態の効果に加えて、省エネルギーでかつ遅延のない走行体の的確な走行を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る走行体が備える制御装置を適用した走行体制御システムを示す模式図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る走行体の構成を示した機能ブロック図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る走行体の運転曲線を示した模式図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る走行体の構成を示した機能ブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る保安制御手段の処理の形態を示した模式図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る保安制御手段の処理の形態を示した模式図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る運転計画の一形態を示した模式図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る運転計画の一形態を示した模式図。
【図９】本発明の第３実施形態に係る運転計画の一形態を示した模式図。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る運転計画の一形態を示した模式図。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る運転計画の一形態を示した模式図。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る運転計画の一形態を示した模式図。
【符号の説明】
【００５５】
１０、１０ａ、１０ｂ…走行体、１２ａ、１２ｂ…走行路、１６ａ、１６ｂ…停車場、２０…記憶部、２０ａ…路線データベース記憶領域、２０ｂ…運行ダイヤデータ記憶領域、２０ｃ…走行体性能データベース記憶領域、２２ｅ…保安制御手段、２２…制御部、２２ａ…残電力検出手段、２２ｂ…走行体位置検出手段、２２ｃ…走行体速度検出手段、２２ｄ…運転計画作成手段、２４…電力貯蔵手段、２６…駆動・減速手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、列車鉄道システムあるいは新交通システム、物流システムなど、走行路上を走行する走行体である列車や自動車、搬送車などの制御装置および制御装置を備えた走行体に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、走行体のブレークエネルギーのロスの削減や、ブレーキシューの無駄な消費を防止する運転計画を立てる技術が存在しており、この技術は、走行体の消費エネルギー配分を考慮した制御を行う。この制御には、予め作成したデータベースを用い、このデータベースに基づいて制御を行う技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１３４６０４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、このような構成であると、走行体を最適に制御できる運転計画の具体的なデータベースの作成方法が開示されていない。また、走行体の安全性を考慮した運転計画を立てることができない。
【０００４】
本発明の目的は、最適、かつ安全性に富んだ走行体の制御ができる制御装置および制御装置を備えた走行体を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するものであり、電力を利用して走行路上を移動する走行体の制御を行う制御装置であって、前記走行体が利用する電力を蓄電する電力貯蔵手段の貯蔵残電力を計測する残電力検出手段で検出した残電力量、走行体の位置を検出する位置検出手段で検出された走行体の位置情報、走行体の速度を検出する速度検出手段で検出された走行体の速度情報に基づいて走行体の走行計画を立てる運転計画作成手段と、走行体の走行路の安全状態を監視、制御を行う保安制御手段とを具備することを特徴とする制御装置が提供される。
【０００６】
したがって本発明は、電力を利用して走行路上を移動する走行体が利用する電力を蓄電する電力貯蔵手段の貯蔵残電力が計測され、検出された残電力量に基づいて走行体の走行計画が立てられる。このため、最適、かつ安全性に富んだ走行体の制御ができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、最適、かつ安全性に富んだ走行体の制御ができる制御装置および制御装置を備えた走行体を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（第１実施形態）
次に、本願発明の第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
【０００９】
図１は、本発明の第１実施形態に係る走行体が備える制御装置を適用した走行体制御システムの一実施形態を示したものである。この走行体制御システムでは、車両等の走行体１０が単一の方向のみに走行することができる２つの走行路１２ａ、１２ｂを備えたいわゆる複線路線となっている。この走行体制御システムは、走行路１２ａ、１２ｂおよび停車場１６ａ、１６ｂから構成されており、走行路１２ａ、１２ｂ上に車両等の走行体１０ａ、１０ｂを走行させるように構成している。
【００１０】
図２は、車両等の走行体１０の構成を示した機能ブロック図である。走行体１０は、記憶部２０と、制御部２２と、走行体１０に搭載されて走行体の走行に利用可能な電力エネルギーを貯蔵することができる電力貯蔵手段２４と、制御部２２からの出力に基づいて走行体１０を加速・減速させることができる駆動・減速手段２６とから構成される。
【００１１】
記憶部２０は、勾配や曲線速度制限など走行路に関するデータが記憶された路線データベース記憶領域２０ａ、あらかじめ定められた運行ダイヤデータ記憶領域２０ｂ、および、走行体の走行性能が記憶された走行体性能データベース記憶領域２０ｃ等を記憶している。
【００１２】
制御部２２は、電力貯蔵手段２４に残された電力エネルギー量を検出できる残電力検出手段２２ａ、走行体の位置を検出する走行体位置検出手段２２ｂ、および走行体の速度を検出する走行体速度検出手段２２ｃから構成される。
【００１３】
なお、走行体１０には、架線等から供給された電力を蓄積する電力貯蔵手段２４として二次電池を搭載しており、この二次電池をから駆動・減速手段２６に電力を供給する。このため、走行体１０外部から電力の供給がない場合も走行体１０を走行させることができる。さらに、走行体１０の減速時には駆動・減速手段２６によって電力回生を行って、走行体１０に搭載された電力貯蔵手段２４に電力を貯蔵する。
【００１４】
また、走行体１０には、走行体位置検出手段２２ｂとして、例えばＧＰＳ（Global Positioning System）受信装置を搭載して走行体の走行位置を検出できるようにし、また走行体速度検出手段２２ｃとしては、例えば、車軸に接続した速度発電機によって走行体１０の走行速度を検出する。また、走行体位置検出手段２２ｂとしてＧＰＳを使用しているが、これに限定するものではなく、例えば、走行体上に搭載した速度発電機の信号を処理して位置検出に利用したり、軌道回路やトランスポンダ、リミットスイッチによる進入チェック方式、これらのうちのいくつかを組み合わせた方式でもよい。同様に、走行体速度検出手段２２ｃに速度発電機を用いているが、これに限定するものではなく、例えば、走行体の速度を検出できるものであればパルスジェネレータやレーザレーダ、ミリ波レーダを利用するなど、どのようなものであっても良い。
【００１５】
以上のように構成した本発明の第１実施形態である走行体が備える制御装置を適用した走行体制御システムにおいての走行体の制御動作を説明する。
【００１６】
図１に示した走行体１０ａは、停車場１６ａを出発して、走行路１２ａに沿って走行したのち停車場１６ｂに到着する。一方、走行体１０ｂは、停車場１６ｂを出発して、走行路１２ｂに沿って走行したのち、停車場１６ａに到着する。走行体１０ａ、１０ｂには、それぞれ制御部２２が搭載されており、この制御部２２は、運転計画作成手段２２ｄによって作成された運転計画（出発してから停止に至るまでの運転計画）を実現するように、駆動・減速手段２６を動作させて、走行体１０ａ、１０ｂを自動的に走行させる。
【００１７】
制御部２２は、残電力検出手段２２ａ、走行体位置検出手段２２ｂ、走行体速度検出手段２２ｃから得られる情報に基づいて、任意のタイミングで運転計画作成手段２２ｄによって走行体走行のための運転計画を作成する。運転計画作成手段２２ｄは、運転計画作成指示信号を出力する。この運転計画作成指示信号を受信した運転計画作成手段２２ｄは、路線データベース記憶領域２０ａ、運行ダイヤデータ記憶領域２０ｂ、および走行体性能データベース記憶領域２０ｃに基づいて適切な運転計画情報を作成する。制御部２２は、運転計画作成手段２２ｄが作成した運転計画情報に基づいて、この運転計画を可能な限り実現するように、残電力検出手段２２ａ、走行体位置検出手段２２ｂ、走行体速度検出手段２２ｃから得られる情報を参照し、駆動・減速手段２６を制御して走行体１０ａ、１０ｂを自動運転する。
【００１８】
また、運転計画作成手段２２ｄは、運行ダイヤを可能な限り遵守するように運転計画を作成する。この際、省エネルギー走行に適した運転方法、停車場間を可能な限り短い走行時間で走行する運転方法、といった複数の指針に基づいて運転計画を作成できる。
【００１９】
さらに、制御部２２では、状況に応じて得られたどの情報に基づいて運転計画作成手段２２ｄが運転計画情報を作成するかを決定し、運転計画作成指示信号によってこの作成指針を切り替える。
【００２０】
なお、第１実施形態においては、運転計画作成手段２２ｄは運転計画情報として、停車場１６ａの出発時からの経過時間と走行体１０ａ、１０ｂの走行位置および走行体１０ａ、１０ｂの走行位置とその位置における走行体速度の関係であるいわゆる運転曲線を作成して、制御部２２を構成する記憶部２０の図示しない記憶領域に保存する。上述の運転曲線とは、例えば、図３に示すものであり、同図は、走行体１０ａ、１０ｂが停車場１６ａから停車場１６ｂまで走行する際の走行体１０ａ、１０ｂの位置と速度との関係を示した運転曲線である。この運転曲線では、走行体１０ａ、１０ｂは、停車場１６ａを出発し、加速し、最高速度で定速走行し、速度制限区間を制限速度を維持して通過するために減速し、通過後、加速し、最高速度で定速走行した後、停車場１６ｂに停止するために減速して、所定の停車位置に停止する際の動作を示している。
【００２１】
次に、これらのデータに基づいて、制御部２２は、走行体１０ａ、１０ｂの加速時や定速走行時に駆動・減速手段２６などで消費される消費電力量および走行体１０ａ、１０ｂの減速時に駆動・減速手段２６によって回生され電力貯蔵手段２４に貯蔵される電力量を算出して、記憶部２０の図示しない記憶領域に保存する。
【００２２】
停車場１６ａから走行体１０ａが出発する際には、まず走行体１０ａに対する信号が進行を許可する信号となっており、走行体１０ａが停車場１６ａを出発する時刻となると、走行体１０ａの制御部２２が、運転計画作成手段２２ｄに対して、走行体が次に目指すべき停車場である停車場１６ｂまでの運転計画を作成させるための運転計画作成指示信号を出力する。運転計画作成指示信号を受信した運転計画作成手段２２ｄは、勾配や曲線速度制限など走行路に関するデータが記憶された路線データベース記憶領域２０ａ、走行体の走行性能が記憶された走行体性能データベース記憶領域２０ｃ、あらかじめ定められた運行ダイヤデータ記憶領域２０ｂ、さらに残電力検出手段２２ａが出力する電力貯蔵手段２４に貯蔵された電力エネルギー量に関わるデータに基づいて運転計画の作成を行う。
【００２３】
このときの運転計画作成手段２２ｄが運転計画を作成する際の制約条件としては、走行路上の勾配曲線部や分岐器部分を通過する際の速度制限区間など設備および安全性の面からの制約や・走行体の走行性能、走行路の勾配などの物理的な制約、そして運行ダイヤデータ記憶領域２０ｂに記憶されている停車場１６ａから走行体１０ａを出発させる時刻およびその次に走行体１０ａを停車させる停車場１６ｂへの走行体の到着時刻がある。
【００２４】
特に、走行体運行の定時性の面から、運行ダイヤデータ記憶領域２０ｂに記憶された走行体１０ａの次の停車場１６ｂへの到着時刻を可能な限り遵守するように作成する必要がある。なお、一般に走行体の運行ダイヤは、ある停車場間を走行体が走行するのに要する最短の走行所要時間である基準運転時分に、走行体の運行に必要と見こまれる適当な時間的余裕である余裕時分を付加して作成するのが基本となる。この基準運転時分は、設備および安全性の面からの制約条件と走行体性能や走行路の路線形状などの物理的な制約条件から一意に求めることが可能な値であり、余裕時分は走行体性能の個体差や運転士の運転操作のバラツキによる走行体運行上の走行時間変動を吸収したり、何らかの原因で走行体に運行上の遅延が生じた際に後続走行体への遅延の影響を防止したり遅延を回復させるための余裕としたり、運行上の調整を行ったりするために用いられる。
【００２５】
このように運行ダイヤには余裕時分が付加されているため、走行体を定刻通りに停車場から出発させた場合、走行体を運行ダイヤに定められたとおりに次の停車場に到着させようとすると、走行体の実際の走行速度を基準運転時分を実現する走行速度より低下させて運転したり、走行体加速時の加速度や停車場に停車させる際の減速度を調整したり、停車場間で走行体を惰行させて運転するなど、運転操作によって走行時間の調整を行う必要がある。
【００２６】
なお、このような余裕時分を利用して、例えば最高速度を下げて運転したり、惰行区間を設けて運転するなどの運転操作を行うことによって、走行体の消費電力を低減させることが可能である。
【００２７】
いま、走行体１０ａの牽引力をFd[ニュートン、以下Nと略す]、空気抵抗をRａ[N]、走行路１２ａの勾配による走行抵抗をRg[Nl、曲線部分で走行路から走行体が受ける走行抵抗をRr[N]、走行体１０ａの加速度をα[m/s２]、重量をW[キログラム=kg]とすると、走行体１０ａの走行時における走行体１０ａの運動方程式は、Fd-(Rａ+Rg+Rr)＝Wxαで与えられる。ここで例として走行体１０ａの定速走行時を考えると、定速走行時には走行体１０ａの加速度α＝０であるため、前述の走行体１０ａの運動方程式は、Fd-(Rａ+Rg+Rr〕＝０となる。すなわち、走行体１０ａを定速走行させるためには、走行体１０ａに働く全走行抵抗と釣り合う牽引力Fdを走行体１０ａに与える必要がある。走行体１０ａに働く走行抵抗のうち空気抵抗Rａは、ほぼ速度の二乗に比例するため、走行体１０ａの走行速度、特に最高速度を低下させるように走行体１０ａを運転すれば、走行体１０ａに必要な牽引力Fdと、この牽引力を発生するために必要な電力量を大きく低減することができる。
【００２８】
また、走行体１０ａを運転する最高速度を低下させることで、走行体１０ａを加速させるために要する時間も短縮することができ、これによる消費電力の低減効果も同時に得られる。そこで本発明の第１実施形態においては、運転計画作成手段２２ｄによって運転計画を作成する際に、残電力検出手段２２ａによって電力貯蔵手段２４に貯蔵されている電力量を検出し、貯蔵されている電力量に関する情報に基づいて、運行ダイヤデータ記憶領域２０ｂに記憶された次の停車場１６ｂへの到着時刻を守れる範囲において、電力消費を可能な限り低減できるような省エネルギー運転計画を作成する。
【００２９】
例えば、残電力検出手段２２ａによって電力貯蔵手段２４に貯蔵された残電力量が、予め定められた規定値より低下していると検出された場合には、運行ダイヤ上の次の停車場への到着時刻に間に合う限り、停車場間で最高速度にて運転する区間の速度を低下させたり、走行体１０ａの減速時に、より高い減速度を用いた運転曲線を計画する。高い減速度を用いることで、減速に要する時間が短縮されるが、停車場間の走行時間が変わらなければ加速時間も短縮する必要があるため、結果として電力消費量が低減できる。
【００３０】
また、例えば、停車場間を走行中に、障害などによって列車の走行速度を低下させたり停車させたりして、目的の停車場への運行ダイヤ上の到着時刻に対して、列車が遅延したり遅延が予想される場合には、制御部２２からの指令により運転計画作成手段２２ｄによって、遅延を回復したり可能な限り遅延時間を短縮するように、運転計画を再度作成する。この他、例えば、停車場間の距離が長い場合などには、停車場間に障害が発生して走行体の走行計画に対して遅延を生じることも考えられるため、なるべく到着する停車場に接近するまでは余裕時分を保ったまま運行させたいというケースもある。このようなケースでは、残電力検出手段２２ａが電力貯蔵手段２４に貯蔵された残電力量が、予め定められた規定値以上であると検出している場合、制御部２２は、運転計画作成手段２２ｄに対して次の停車場に定刻より早く到着するような走行計画を作成するための指示を出力する。
【００３１】
例えば、到着する停車場に接近するまでは可能な限り短い走行時間で走行できるように、走行体の加速時には高い加速度で加速し、定速走行時には高い速度で走行するような運転計画を作成する。そして、到着する停車場に充分接近した時点で、停車場への到着予定時刻に対して時間的な余裕がある場合には、制御部２２は運転計画作成手段２２ｄに対して次の停車場に定刻通りに到着するような走行計画を作成させる指示を出力する。この指示に基づいて運転計画作成手段２２ｄでは、走行体を惰行させたり、走行速度を低下させたり、次停車場への停車させる際の走行体の減速度を低下させる、など余裕時分を短縮するような運転計画を再作成する。
【００３２】
また、制御部２２の残電力検出手段２２ａが電力貯蔵手段２４に貯蔵された残電力量が規定値より少ないと検出した場合には、規定値以上の場合と比べて走行体減速時の減速度を増加したり、定速走行時の走行速度を低下させたり、走行体加速時の加速度を低下させた運転計画を作成する。運転計画作成手段２２ｄによって運転計画が作成されると、制御部２２は、駆動・減速手段２６を操作し、走行体１０ａを停車場１６ａから出発させる。この際、走行体位置検出手段２２ｂとして、例えば、走行体１０ａに搭載したＧＰＳ受信装置を用い、一定のサンプリング周期毎に自身の走行体１０ａの走行位置を検出する。また、走行体速度検出手段２２ｃは、走行体１０ａに搭載している例えば、速度発電機の信号を一定のサンプリング周期毎に取得して自身の走行体１０ａの走行速度を検出する。
【００３３】
制御部２２は、このようにして検出された走行体１０ａの走行位置および走行速度と、運転計画作成手段２２ｄによって作成された運転計画とを入力として、運転計画を可能な限り実現するように駆動・減速手段２６を操作して走行体１０ａを走行させる。実際の走行においては、例えば、走行体１０ａに乗車した乗客の多寡や、搭載されている走行性能データベース記憶領域２０ｃのデータと実際の走行体１０ａとの走行性能との差、駆動・減速手段２６を駆動する電圧の変動や天候などの様々な要素によって、運転実績が運転計画と異なってしまうことが通例である。制御部２２は、このような運転計画と運転実績との誤差をなるべく生じさせないように、駆動・減速手段２６への出力指令をリアルタイムに制御するが、駆動・減速手段２６に供給される電源電圧の制限など種々の制約によって必ずしも補正しきれるとは限らない。また、例えば、先行する走行体に運行遅延などが生じた場合には、衝突防止のために走行体を停車させたり、走行速度を低下させて運転させるなど、計画通りの運転を行えない場合が生じることもある。
【００３４】
そこで、制御部２２は、このように運転計画と運転実績との誤差が大きくなった場合（例えば、誤差の閾値を設けておいて、この閾値を超えた場合）、随時、運転計画作成手段２２ｄによって運転計画の再作成を行うことができる。
【００３５】
以上の構成により、残電力検出手段２２ａによって電力貯蔵手段２４に貯蔵されている電力量をリアルタイムに検出して、電力貯蔵手段２４に貯蔵されている残電力量が規定値以下となった場合には、運転計画作成手段２２ｄに運転計画の再作成を指示する運転計画作成指示信号を出力し、停車場１６ｂへの到着時刻を守れる範囲で、より電力消費の少ない運転計画を再作成できる。また、駆動・減速手段２６への出力指令に基づいて・走行体１０ａの加速時や定速走行時に消費された消費電力量および走行体減速時に駆動・減速手段２６によって電力回生されて電力貯蔵手段２４に貯蔵された電力量を算出して、これを消費電力量実績値として制御部２２を構成するメモリ上に保存し、予め運転計画作成手段２２ｄで算出していた消費電力量に関する情報と比較して、消費電力量実績値が設定値より大きくなった場合には、運転計画作成手段２２ｄに運転計画の再作成を指示する運転計画作成指示信号を出力し、停車場１６ｂへの到着時刻を守れる範囲で、より電力消費の少ない運転計画を再作成できる。
【００３６】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図面を参照して説明する。本発明の第２実施形態では、第１実施形態の構成に加えて、図４に示した走行路上の障害の有無を検出して走行体の走行状態の指示を行う保安制御手段２２ｅを制御部２２に備えている。また、走行路１２ａおよび走行路１２ｂには、分岐合流部が設けられており、この分岐合流部には、それぞれ分岐装置３４が設置されている。さらに、これらの分岐装置３４は、地上設備である保安制御地上装置１８１、１８２に接続されており、保安制御地上装置１８０ａ、１８０ｂから分岐装置３４を遠隔操作することができる。また、保安制御地上装置１８０ａ、１８０ｂは、走行路１２ａ１２ｂの近傍の地上に設置されて走行路上の障害の有無を検出して走行体の走行動作の指示を行う。なお、第１実施形態と同様のものには同符号を付し、詳しい説明は上述に譲る。
【００３７】
図５に示すように、車両等の走行体１０が備える保安制御手段２２ｅは、走行路１２ａ、１２ｂの分岐合流部に存在する分岐器が走行体の進行すべき方向に適切に設定されているかどうかや走行体の進行方向前方に他の走行体が存在しないかどうかを検出して、走行体１０に停止や走行速度の指示などを行う。また、保安制御地上装置１８１、１８２は、図６に示す走行路１２ａ、１２ｂに設置された無線信号装置１８４にも接続されており、無線信号装置１８４で受けた走行体１０からの信号を受信できるようになっている。
【００３８】
保安制御地上装置１８１は、走行路１２ａ、１２ｂ近傍に少なくともひとつ以上設置された無線信号装置１８４と接続され、保安制御手段２２ｅは図示しない無線信号装置を持ち、走行体１０と無線信号装置１８４とが互いに無線信号による通信が行えるようにしている。
【００３９】
走行体１０は、走行体１０に搭載した例えば、ＧＰＳ装置および速度発電機からの情報に基づいて、一定の周期毎に走行体の位置および走行速度を検出している。検出された走行体の位置および走行速度に関する情報は走行体走行状態データとして保安制御手段２２ｅによって無線信号装置１８４に送信される。送信された走行体走行状態データは、無線信号装置１８４によって受信され、保安制御地上装置１８１に伝送される。
【００４０】
また、走行体１０は、走行路上に存在する分岐装置３４に対して、走行体１０に搭載された記憶部２０に記憶された運行ダイヤデータに基づいて、分岐装置３４が適切な方向に切り替わるように分岐装置制御要求データを送信する。送信された分岐装置制御要求データは、無線信号装置１８４によって受信され、保安制御地上装置１８１に伝送される。保安制御地上装置１８１は、受信した分岐装置制御要求データに基づいて、分岐装置３４の分岐方向が適切に切り替わるように制御を行い、分岐装置３４が適切に切り替えられたことを確認したのち、無線信号装置１８４を利用して分岐装置制御確認データを走行体１０に送信する。
【００４１】
以上のようにして、保安制御地上装置１８１は、走行路１２ａ、１２ｂ上の走行体１０の位置・速度などの走行状態や分岐装置３４の開通情報などを得ることができる。保安制御地上装置１８１は、このようにして得られた走行体１０の走行状態および分岐装置３４の開通情報に基づいて、走行路１２ａ、１２ｂ上に存在する複数の走行体１０に対して、走行体１０が安全に走行できる限界位置や制限速度を指示する走行状態指示デーダを作成し、無線信号装置１８４を経由して走行路１２ａ、１２ｂ上を走行するそれぞれの走行体１０に送信する。
【００４２】
一方、走行体１０の保安制御手段２２ｅは、図７に示すように、走行状態指示デーダを受信した走行体１０は、走行状態指示データに基づいて、安全な走行を行うために必要な、走行体１０ａの走行位置に対する制限速度の情報である運転計画を作成する。このときの運転計画の作成方法は、まず先行する走行体１０ｂの位置と、走行体位置検出手段２２ｂの位置検出誤差や情報伝送の遅れ、制御部２２の処理時間などを考慮して設定する。安全性のための余剰距離である保安制御余裕距離５４から保安制御目標停止位置５２を求める。そして、走行体１０ａの減速性能を用いて、得られた保安制御目標停止位置５２を基準点として、保安制御目標停止位置５２から走行体１０ａの現在の走行位置５１まで逆引きに算出する。
【００４３】
第２の実施形態においては、走行体１０ａの減速性能として、走行体１０ａのブレーキ性能だけでなく、走行路の勾配値や曲線半径による走行抵抗や、走行体１０ａの走行速度およびトンネル部を走行中か明かり部を走行中かによって変化する走行抵抗に基づいたデータを使用する。走行体１０の制御部２２は、走行体１０に搭載された走行体位置検出手段２２ｂおよび走行体速度検出手段２２ｃから得られる情報と、運転計画に含まれる制限速度のデータに基づいて、走行体１０ａの駆動・減速手段２６を動作させて、走行体１０の走行速度を制御する。なお、上述した第２実施形態においては、走行体１０ａは、制御部２２によって運転計画に基づいた運転が行われるように構成しているが、これは本実施形態が適用される走行体制御システムの構成を何ら制限するものでなく、制御部２２が運転計画に関するデータを利用できる構成であれば、どのようなものでも良い。例えば、通常の鉄道システムのように自動列車制御部(ATC: Automatic Train Control)などを搭載して、これによって運転計画を作成して走行体１０を制御するように構成しても良い。
【００４４】
以上の構成により、第１実施形態の効果に加えて、走行体１０に搭載した電力貯蔵手段２４によって駆動・減速手段２６への電力供給をまかなっているため、通常の電気鉄道のように走行路の全長にわたって走行体１０に電力を供給するための架線を敷設することが不要である。ただし、停車場内や走行路上の一部に断続的に架線を敷設しており、架線が敷設されている場所では、走行体１０に取り付けたパンタグラフを介して電力貯蔵手段２４に電力を貯蔵することができるようする。このように、走行体１０外部から電力を供給するための架線の設置を必要最小限の箇所のみに抑えられるため、地上設備を軽減したり、建造物などによる制約によって新たに架線を敷設することが困難な都市近郊におけるLRT（Light Rail Transit）システムを実現することもできる。
【００４５】
また、本実施形態では、架線を停車場内や走行路の一部に断続的に敷設する構成としているが、本実施形態を適用する走行体制御システムの構成を何ら限定するものではなく、走行体１０に搭載する電力貯蔵手段２４に貯蔵できる電力量が走行体１０を走行させるために充分であれば、走行路上にいっさいの架線を設置しない構成などであっても良い。また、通常の電気鉄道のように走行路の全長にわたって架線を敷設する構成であっても良い。この場合には、架線に電力を供給する変電所などの地上設備を軽減することができるとともに、電力貯蔵手段２４など走行体１０側の設備も第１実施形態に示した構成と比較して小規模なものとすることが可能である。このような構成の適用例として、例えば走行体の運行密度の高い都市圏部の輸送機関などが考えられる。このような線区では、同一の起電区間において複数の走行体が同時に発車する場合など、起電圧が低下することによって走行体が充分な加速力を得られなかったり、電力を供給するための変電所の容量が不足するなどの問題が生じることがあるが、走行体に電力貯蔵手段２４を搭載して動力源として利用することで、これらの問題を解消することができる。
【００４６】
（第３実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を図面を参照して説明する。本発明の第３実施形態では、走行体１０の構成は、第２実施形態と同様である。保安制御手段２２ｅを備えるとともに、保安制御手段２２ｅによって走行体の走行速度の変更指示が行われた際には、制御部２２が運転計画作成指示信号を出力して運転計画作成手段２２ｄに運転計画を再作成させるようにする。なお、第１実施形態と同様のものには同符号を付し、詳しい説明は上述に譲る。
【００４７】
図８〜図１２では、後続走行体１０ａと先行走行体１０ｂが停車場１６ａから停車場１６ｂに向かって走行する様子が示されている。図８では、先行走行体１０ｂが停車場１６ａから停車場１６ｂに向けて停車場間を走行中であり、後続走行体１０ａは停車場１６ａに停車中である状態を示している。後続走行体１０ａが停車場１６ａを発車する予定時刻より設定時間だけ早い時刻になると、制御部２２によって運転計画作成指示信号が出力され、これを受信した走行体１０ａの運転計画作成手段２２ｄは、走行体１０ａの走行計画を作成する。このとき作成される運転計画が運転計画８０である。
【００４８】
運転計画８０では、走行体１０ａ、１０ｂが停車場１６ａの停止位置Ａから加速を開始し、速度制限区間にさしかかると制限速度にて定速走行を行い、速度制限区間を抜けた地点から再度加速して最高速度で走行する区間に至る。停車場１６ａ〜停車場１６ｂ間をしばらく定速走行した後、停車場１６ｂに接近した地点で、走行体１０ａの加速を停止して惰行運転を行う。さらに停車場１６ｂの直前に存在する速度制限区間に接近すると制限速度に向けて減速を開始する。速度制限区間では制限速度にて定速走行を行い、最後に再び減速を行って停車場１６ｂの停止位置Ｂに停止する。このような運転計画８０が作成されると、走行体１０ａの停車場１６ａでの出発時刻を経過すると、走行体１０ａは、運転計画８０に従って走行を開始する。
【００４９】
図９に示すように、後続走行体１０ａの進行方向前方に先行走行体１０ｂが存在する場合、後続走行体１０ａの保安制御地上装置１８１では、先行走行体１０ｂへの衝突を防止するための運転計画９２が作成される。現在、例えば、先行走行体１０ｂが停車場間で何らかの原因により停車しており、後続走行体１０ａが先行走行体１０ｂに接近してゆき、後続走行体１０ａの走行位置が保安制御停止目標位置９６から保安制御接近距離９８だけ離れた位置である走行位置９４に達すると、図１０に示すように、走行体１０ａに搭載された制御部２２は、運転計画作成手段２２ｄに運転計画作成指示信号を送信して運転計画再作成を指示する。運転計画作成手段２２ｄが運転計画作成指示信号を受信すると、走行体１０ａの現在における走行位置９４から停車場１６ｂまでの運転計画９３を作成する。運転計画９３は、運転計画９２を取り込んだ上で、運転計画９２の保安制御停止目標位置９６より前方における運転計画９３を作成する。運転計画９３では、停車場１６ａの出発時に計画された運転計画８０には存在しない減速操作が行われるため、走行体１０ａが保安制御停止目標位置９６に達する時間は遅れることが予測できる。そこで、保安制御停止目標位置９６より前方の運転計画に関しては、この遅延を回復するように、運転計画８０では惰行運転を行っていた区間でも、例えば、最高速度まで加速させた上で定速運転させるような運転計画を作成する。
【００５０】
しかし、再作成された運転計画９３通りに走行する際に、条件によっては運行ダイヤに定められた停車場１６ｂへの到着時刻より早く到着してしまう場合も考えられる。ただし図１０の時点では、走行体１０ａが保安制御停止目標位置９６に停車した後の停車時間が不明であるため、保安制御停止目標位置９６から停車場１６ｂまでを最短の走行時間で走行できるような運転計画を作成する。そして、走行体１０ａが実際に保安制御停止目標位置９６に停車した場合、先行走行体１０ｂが走行再開するなどして運転計画８０が解除されたのち、走行体１０ａが保安制御停止目標位置９６から走行を再開した時点で再度運転計画が作成される。
【００５１】
また、図１１は、走行体１０ａが運転計画９２に従って減速を開始して、走行位置９４ｂに達した位置で、走行体１０ｂの走行再開によって運転計画９２が解除されて運転計画９９に更新された場合を示している。走行体１０ａは、走行位置９４ｂにおいて、運転計画９２が解除されるため、ここで走行計画の再作成を行う。走行体１０ａは、走行位置９４ｂで減速を終了し、更新された運転計画９９と交差するまで加速させるような運転計画１００が作成される。
【００５２】
保安制御停止目標位置９４ｃより前方についての運転計画１００は、走行体１０ａを加速させた後、停車場１６ｂの手前の速度制限区間では制限速度に向けての減速を行い、速度制限区間を定速運転で走行した後、停車場１６ｂに向けて減速を行うものである。なお、上述した運転計画の作成方法は基本的なものであり、第３実施形態においても制御部２２が残電力検出手段２２ａによって随時、電力貯蔵手段２４の残電力を検出し、残電力が規定値より低下している場合などには、省エネルギー走行を行うような運転計画を作成するようになっている。例えば、図１１では、保安制御停止目標位置９４ｃより前方の運転計画は運転計画１００であるが、保安制御停止目標位置９４ｃにおいて残電力が規定値以下である場合には、走行体１０ａの制御部２２は運転計画作成手段２２ｄに対して省エネルギー走行を実現する運転計画を作成するような運転計画作成指示信号を出力する。これによって、運転計画作成手段２２ｄは、図１２に示すような省エネルギー運転計画１０１が作成され、制御部２２によって走行体１０ａの省エネルギー運転が実施される。
【００５３】
以上の構成により、第１および第２実施形態の効果に加えて、省エネルギーでかつ遅延のない走行体の的確な走行を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る走行体が備える制御装置を適用した走行体制御システムを示す模式図。
【図２】本発明の第１実施形態に係る走行体の構成を示した機能ブロック図。
【図３】本発明の第１実施形態に係る走行体の運転曲線を示した模式図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る走行体の構成を示した機能ブロック図。
【図５】本発明の第２実施形態に係る保安制御手段の処理の形態を示した模式図。
【図６】本発明の第２実施形態に係る保安制御手段の処理の形態を示した模式図。
【図７】本発明の第２実施形態に係る運転計画の一形態を示した模式図。
【図８】本発明の第３実施形態に係る運転計画の一形態を示した模式図。
【図９】本発明の第３実施形態に係る運転計画の一形態を示した模式図。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る運転計画の一形態を示した模式図。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る運転計画の一形態を示した模式図。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る運転計画の一形態を示した模式図。
【符号の説明】
【００５５】
１０、１０ａ、１０ｂ…走行体、１２ａ、１２ｂ…走行路、１６ａ、１６ｂ…停車場、２０…記憶部、２０ａ…路線データベース記憶領域、２０ｂ…運行ダイヤデータ記憶領域、２０ｃ…走行体性能データベース記憶領域、２２ｅ…保安制御手段、２２…制御部、２２ａ…残電力検出手段、２２ｂ…走行体位置検出手段、２２ｃ…走行体速度検出手段、２２ｄ…運転計画作成手段、２４…電力貯蔵手段、２６…駆動・減速手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力を利用して走行路上を移動する走行体の制御を行う制御装置であって、
前記走行体が利用する電力を蓄電する電力貯蔵手段の貯蔵残電力を計測する残電力検出手段で検出した残電力量、走行体の位置を検出する位置検出手段で検出された走行体の位置情報、走行体の速度を検出する速度検出手段で検出された走行体の速度情報に基づいて走行体の走行計画を立てる運転計画作成手段と、
走行体の走行路の安全状態を監視、制御を行う保安制御手段と、
を具備することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記保安制御手段は、前記走行体の状態に応じて、走行体の停止または速度制御を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制御装置において、
前記運転計画作成手段は、残電力検出手段で検出した残電力量が所定値以下となった場合または所定値以上となった場合は、運転計画を立てることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の制御装置において、
前記運転計画作成手段によって立てられた運転計画と実際の運転実績とを比較し、所定の誤差よりも大きくなった場合は、運転計画を再度立てることを特徴とする制御装置。
【請求項１】
電力を利用して走行路上を移動する走行体の制御を行う制御装置であって、
前記走行体が利用する電力を蓄電する電力貯蔵手段の貯蔵残電力を計測する残電力検出手段で検出した残電力量、走行体の位置を検出する位置検出手段で検出された走行体の位置情報、走行体の速度を検出する速度検出手段で検出された走行体の速度情報に基づいて走行体の走行計画を立てる運転計画作成手段と、
走行体の走行路の安全状態を監視、制御を行う保安制御手段と、
を具備することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記保安制御手段は、前記走行体の状態に応じて、走行体の停止または速度制御を行うことを特徴とする制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載の制御装置において、
前記運転計画作成手段は、残電力検出手段で検出した残電力量が所定値以下となった場合または所定値以上となった場合は、運転計画を立てることを特徴とする制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載の制御装置において、
前記運転計画作成手段によって立てられた運転計画と実際の運転実績とを比較し、所定の誤差よりも大きくなった場合は、運転計画を再度立てることを特徴とする制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−２４４１９８（Ｐ２００７−２４４１９８Ａ）
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１５０９０１（Ｐ２００７−１５０９０１）
【出願日】平成１９年６月６日（２００７．６．６）
【分割の表示】特願２００３−３５５４２９（Ｐ２００３−３５５４２９）の分割
【原出願日】平成１５年１０月１５日（２００３．１０．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２０日（２００７．９．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月６日（２００７．６．６）
【分割の表示】特願２００３−３５５４２９（Ｐ２００３−３５５４２９）の分割
【原出願日】平成１５年１０月１５日（２００３．１０．１５）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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