目標速度算出機能を備えた列車制御装置
【課題】ダイヤ通りの走行を条件として列車の目標速度を適応的に算出する列車制御装置を提供する。
【解決手段】自列車と先行列車との間の閉塞区間数である開通区間数の変更履歴を取得する第1の取得手段と、前記先行列車が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点にブレーキパターンを設定する設定手段と、前記変更履歴に基づいて、前記先行列車が在線する閉塞区間を抜けるまでの時間を算出し、前記ブレーキパターンと抵触しない範囲での最高速度を前記自列車の目標速度として算出する算出手段とを備える。
【解決手段】自列車と先行列車との間の閉塞区間数である開通区間数の変更履歴を取得する第1の取得手段と、前記先行列車が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点にブレーキパターンを設定する設定手段と、前記変更履歴に基づいて、前記先行列車が在線する閉塞区間を抜けるまでの時間を算出し、前記ブレーキパターンと抵触しない範囲での最高速度を前記自列車の目標速度として算出する算出手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ダイヤ通りに走行するために列車の走行計画を適応的に調整する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、列車などの車両の均一な運転を維持し、かつ、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)が提案されている。たとえば、ATOは、路線データあるいは車両モデルデータなどのデータに従って算出した走行計画に基づいて運転制御する。
【0003】
また、列車には、保安装置である自動列車制御装置(ATC:Automatic Train Control)が搭載されている。ATCは、列車の走行スピードが所定速度を超過したり、先行列車との間隔が近づき過ぎたりする場合、ブレーキを起動する。
【0004】
現在、ダイヤ通りの走行を前提として、省エネ及び乗り心地を追求する技術が開発されている。特許文献1には、先行列車が在線する閉塞区間から次閉塞区間に進むタイミングと、先行列車の存在によるブレーキパターンに後続列車が加速した時に到達すると予測されるタイミングに基づいて、惰行、加速など後続列車の走行状態を制御する構成が開示されている。
【0005】
特許文献2には、省エネ及び乗り心地を考慮して、逆行カーブとノッチ切り換え基準パラメータと上限速度を用いて、所定走行距離と速度制限を守る列車の走行パターンを算出する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2004−266986号公報
【特許文献2】特開平5−193502号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
後続列車は、ダイヤ乱れなどで先行列車に接近するように目一杯突っ込んでいくと、加減速を繰り返し、乗心地が悪化する。特許文献1では、後続列車は、加速して制限速度パターンに到達しそうなときは惰行する。しかしながら、後続列車は、惰行することでブレーキパターンへの到達を回避することで乗り心地を維持できるが、惰行による走行時間の遅れを見込めないため、定時性を損なう可能性がある。しがたって、後続列車は、ブレーキパターンに到達しない範囲での最高速度を目標速度とすることで、乗り心地の悪化を防ぎながら、走行時間の遅れも最小限にし、その後の後続列車への影響も最小限に抑制する必要がある。
【0008】
また、特許文献2の構成は、駅間の短い鉄道に向けられている。このような勾配などの地理的条件に基づく走行計画の算出は膨大な時間及び処理負荷を要するため、駅間が長く、長距離・長時間の走行計画を必要とする高速鉄道には馴染まない。
【0009】
さらに、特許文献1、2の構成では、運転士の運転技術に依存する割合が高い。そのため、このような運転技術のばらつきは、省エネ、乗り心地、ダイヤの乱れに影響を及ぼす。
【0010】
この発明は、ダイヤ通りの走行を条件として列車の目標速度を適応的に算出する列車制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明に係る列車制御装置は、自列車と先行列車との間の閉塞区間数である開通区間数の変更履歴を取得する第1の取得手段と、前記先行列車の後方にブレーキパターンを設定する設定手段と、前記変更履歴に基づいて、前記先行列車が在線する閉塞区間を抜けるまでの時間を算出し、前記ブレーキパターンと抵触しないための目標速度を算出する算出手段とを備える。
【0012】
さらに、本発明に係る列車制御装置は、次駅までの走行計画を設定する設定手段と、走行計画に基づいて現在位置から前記次駅までの走行時間を算出する算出手段と、前記走行時間と前記既定時間を比較して、走行計画の走行時間を調整する調整手段とを備える。
【発明の効果】
【0013】
列車制御装置は、ダイヤ通りの走行を条件として列車の目標速度を適応的に算出することができる。したがって、マニュアル運転の場合であっても、運転士が算出された目標速度に従って走行すれば、列車は、運転技術により程度の差はあるが、省エネ、乗り心地の改善、ダイヤ通りの走行を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】第1の実施形態に係る列車制御装置を備える複数の列車及び軌道回路を含むシステムを示すブロック図。
【図2】第1の実施形態に係るブレーキパターンの移動及び走行速度の調整を説明する図。
【図3】第2の実施形態に係る駅Xから駅Yまでの区間を走行する場合の走行速度変化を示す図。
【図4】第2の実施形態に係る駅Xから駅Yまでの区間を走行する場合の走行速度変化を示す図。
【図5】第2の実施形態に係るフェーズ0の走行計画のために算出される力行曲線と減速曲線を示す図。
【図6】第2の実施形態に係るフェーズ0の走行計画を示す図。
【図7】第2の実施形態に係るフェーズ1における減速曲線の変更を示す図。
【図8】第2の実施形態に係るフェーズ1における力行から惰行への変更を示す図。
【図9】第2の実施形態に係るフェーズ1における定速速度の変更を示す図。
【図10】第2の実施形態に係るフェーズ1における定速速度の変更の他の例を示す図。
【図11】第2の実施形態に係るフェーズ1における減速から惰行への変更を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して、本実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態に係る列車制御装置を備える複数の列車及び軌道回路を含むシステムを示すブロック図である。第1の実施形態は、長距離かつ高速鉄道向けのシステムである。列車A10は、受信部101、ATC102、目標速度算出部103、表示装置104、ATO105、車上無線装置106を備える。ここでは、列車制御装置は、ATC102、目標速度算出部103、ATO105を含んでいるものとする。
【0016】
受信部101は、地上システムである軌道回路30を介して各種情報を取得する。受信部101は、軌道回路30を介して、自列車に先行する列車との間の開通区間数情報を取得する。開通区間数情報とは、先行列車が走行している閉塞区間と自列車が走行している閉塞区間との間の閉塞区間数である。また、受信部101は、軌道回路30から自列車がどの閉塞区間を走行しているのかを示す閉塞区間毎に割り当てられたIDを取得する。
【0017】
ATC102は、列車A10に対して自動的にブレーキ制御する。ATC102は、受信部101で受信した開通区間数情報を取得する。ATC102は、毎制御周期、開通区間数を受信部101を介して取得する。ここでは、ATC102がデジタルATCである場合について説明する。これは、アナログATCでは、取得できる情報量が少ないため、開通区間数情報を取得できないためである。
【0018】
目標速度算出部103は、ATC102から開通区間数情報を受け取り、開通区間数の変動履歴を保持し、開通区間数情報等に基づいて列車A10の目標速度を算出する。また、目標速度算出部103は、次駅までの走行計画を算出する。表示装置104は、目標速度算出部103による要求に基づいて、各種情報をディスプレイに表示する。ATO105は、目標速度算出部103で算出された走行計画に基づいて、列車A10を自動運転する。車上無線装置106は、地上システムにおける図示しないネットワークを介して、列車間で情報を送受信する。
【0019】
列車B20は、列車Aの後を走行する後続列車である。列車B20は、受信部201、ATC202、目標速度算出部203、表示装置204、ATO205、車上無線装置206を備える。受信部201、ATC202、目標速度算出部203、表示装置204、ATO205、車上無線装置206それぞれの構成は、受信部101、ATC102、目標速度算出部103、表示装置104、ATO105、車上無線装置106の構成と同様である。軌道回路30は、先行列車との間の開通区間数の情報を後続の列車に伝送する。個々の閉塞区間には固有のIDが割り当てられている。
【0020】
次に、先行列車である列車A10の走行速度に応じて、後続列車である列車B20が目標速度を調整する場合について説明する。列車A10及び列車B20は、出発から停止までの1区間において、力行、定速走行、惰行、減速を行って走行する。
【0021】
はじめに、目標速度算出部203は、列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点としてブレーキパターンを設定する。ブレーキパターンは、列車B20の走行速度とATC202によるブレーキ起動位置を関連付けた曲線である。ブレーキパターンは、速度が高くなるほど、ブレーキパターンの起点から手前に位置する。ATC202は、先行列車A10が在線する閉塞区間に列車B20が進入しないように、列車B20がブレーキパターンと抵触すると、ブレーキを起動する。次に、目標速度算出部203は、先行列車A10が通過した閉塞区間(先行列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間)での走行速度(平均化した走行速度)を以下のようにして算出する。
【0022】
目標速度算出部203は、各閉塞区間の閉塞区間長情報を保持している。そのため、目標速度算出部203は、列車A10が通過した閉塞区間の閉塞区間長情報及び開通区間数の変動履歴、つまり開通区間の増える時間間隔から列車A10が通過した閉塞区間での走行速度を算出する。
【0023】
次に、目標速度算出部203は、列車A10が在線する閉塞区間を通過すると予測される時間を以下のように算出する。目標速度算出部203は、先行列車A10が通過した閉塞区間での走行速度及び列車A10が在線する閉塞区間の閉塞区間長情報に基づいて、列車A10が在線する閉塞区間を通過すると予測される時間を算出できる。言い換えると、目標速度算出部203は、列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点に設定したブレーキパターンを、1つ先の閉塞区間の終点を起点に移動して設定するタイミングを予測する。
【0024】
次に、目標速度算出部203は、列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点に設定されたブレーキパターンを1つ先の閉塞区間の終点を起点に移動する時にブレーキパターンと抵触する直前の位置まで走行するような列車B20の走行速度を以下のように算出する。目標速度算出部203は、軌道回路30から取得した列車B20が在線する閉塞区間のIDに基づいて算出した列車B20の現在位置から、ブレーキパターンと抵触する直前の位置までの距離を算出する。また、目標速度算出部203は、列車A10が在線する閉塞区間を通過する時間をブレーキパターンと抵触する直前の位置まで走行できる時間と判断する。したがって、目標速度算出部203は、ブレーキパターンと抵触する直前の位置までの距離及びブレーキパターンと抵触する直前の位置まで走行できる時間から、列車B20の走行速度である目標速度を算出できる。
【0025】
自動運転の場合、目標速度算出部203は、ATO205に算出した目標速度を送信する。ATO205は、目標速度に従って列車B20の走行速度を制御することで列車B20を自動運転する。マニュアル運転の場合、目標速度算出部203は、目標速度情報を表示装置204に送信する。表示装置204は、目標速度を図示しないディスプレイに表示する。運転士は、表示装置204に表示された目標速度に基づいて、図示しないマスターコントローラを操作し、列車B20の走行速度を制御して列車B20をマニュアル運転する。
【0026】
図2は、上記説明したブレーキパターンの移動、列車A10と列車B20と走行位置関係を示す図である。図2(a)は、比較例として、第1の実施形態に係る目標速度算出部203による列車A10の走行速度に基づく列車B20の目標速度の算出を実行しない場合である。図2(b)は、第1の実施形態に係る目標速度算出部203による列車A10の走行速度に基づく列車B20の目標速度の算出を実行する場合である。
【0027】
図2(a)、(b)において、横軸は、列車A10及び列車B20の走行位置を示す。縦軸は、列車A10及び列車B20の走行速度を示す。図2(a)、(b)は、時間経過毎に、列車A10及び列車B20の走行位置の変化を示している。図2(a)の時間T=dtでは、列車B20は閉塞区間aに在線し、先行列車A10は閉塞区間bに在線する。列車B20は、列車A10が閉塞区間bを通過していないため、閉塞区間aの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する。そのため、ATC202はブレーキを起動する。
【0028】
時間T=2dtでは、列車B20は閉塞区間bに在線し、列車A10は閉塞区間cに在線する。目標速度算出部203は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間aの終点から閉塞区間bの終点に移動して設定する。ATO205は、ブレーキパターンの移動に伴い、走行速度を上げるために、力行を行う。時間T=3dtでは、列車B20は閉塞区間bに在線し、列車A10は閉塞区間cに在線する。列車B20は、列車A10が閉塞区間cを通過していないため、閉塞区間bの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する。そのため、ATC202はブレーキを起動する。
【0029】
以降同様に、時間T=4dtでは、ATO205は、閉塞区間bの終点から閉塞区間cの終点へのブレーキパターンの起点の移動に伴い、走行速度を上げるために、力行を行う。時間T=5dtでは、列車B20は、列車A10が閉塞区間dを通過していないため、閉塞区間cの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する。そのため、ATC202は、ブレーキを起動する。時間T=6dtでは、ATO205は、閉塞区間cの終点から閉塞区間dの終点へのブレーキパターンの起点の移動に伴い、走行速度を上げるために、力行を行う。以上のように、列車B20は、ダイヤ通りに走行するために、加減速を繰り返して走行する。
【0030】
図2(b)の時間T=dtでは、列車B20は閉塞区間aに在線し、列車A10は閉塞区間bに在線する。したがって、目標速度算出部203は、ブレーキパターンを閉塞区間aの終点に基点を設定している。目標速度算出部203は、列車A10が次閉塞区間cに進入するタイミング、つまり、ブレーキパターンの起点を次閉塞区間bの終点に移動して設定するタイミングを予測する。列車B20は、ブレーキパターンの移動タイミングに基づいて目標速度算出部203で算出した目標速度で走行する。
【0031】
時間T=2dtでは、列車B20は閉塞区間aに在線し、列車A10は閉塞区間bを通過して閉塞区間cに在線する。列車B20が閉塞区間aの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する直前に、目標速度算出部203は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間bの終点に移動して設定する。したがって、ATC202はブレーキを起動しない。時間T=3dtでは、列車B20は閉塞区間bに在線し、列車A10は閉塞区間cに在線する。したがって、目標速度算出部203は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間bの終点に設定している。列車B20は、ブレーキパターンの移動タイミングに基づいて目標速度算出部203で算出した目標速度で走行する。
【0032】
以降同様に、時間T=4dtでは、列車B20が閉塞区間bの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する直前に、目標速度算出部203は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間cの終点に移動して設定する。時間T=5dtでは、列車B20は、閉塞区間bの終点から閉塞区間cの終点へのブレーキパターンの起点の移動タイミングに基づいて目標速度算出部203で算出した目標速度で走行する。時間T=6dtは、列車B20が閉塞区間cの終点に設定されたブレーキパターンと抵触する直前に、目標速度算出部203は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間dの終点に移動して設定する。第1の実施形態によれば、ATC202による不必要なブレーキ起動を削減しながら、ダイヤからの遅れを最小限に抑制できる。
【0033】
なお、列車B20の出発から停止までの1走行区間において列車A10が走行していない場合、列車B20は、目標速度算出部203が列車A10の走行速度に基づいて列車Bの目標速度を算出することはなく、予め作成した走行計画に基づいて走行すればよい。
【0034】
次に、第1の実施形態の変形例について説明する。上記説明したように、列車B20の目標速度算出部203は、列車A10の走行速度を開通区間数の変動履歴から算出している。しかしながら、目標速度算出部203が算出した先行列車A10の走行速度は、列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間での平均走行速度である。つまり、目標速度算出部203は、列車A10が在線する閉塞区間での走行速度を1つ前の閉塞区間での走行速度と同じと仮定している。したがって、列車A10が、在線する閉塞区間で力行やブレーキを起動した場合、列車B20では列車A10の速度変化を認識できない。例えば、列車A10が在線する閉塞区間で減速した場合、目標速度算出部203は、実際はブレーキパターンの移動タイミングを遅くする必要がある。したがって、列車B20がブレーキパターンに抵触し、ATC202がブレーキを起動する可能性が高まる。
【0035】
ここでは、列車A10(各列車)では、目標速度算出部103は、自列車が在線する閉塞区間のID、それに対応する閉塞区間長情報、自身の目標速度または走行速度の情報を保持している。したがって、目標速度算出部103は、これらの情報に基づいて、列車A10の尾端が在線する閉塞区間から次閉塞区間に入りきるまでの時間を予測する。車上無線装置106は、列車B20の車上無線装置206にネットワークを介して、目標速度算出部103で算出された列車Aによる閉塞区間の通過時間情報を伝送する。列車B20の目標速度算出部203は、列車A10から伝送された閉塞区間の通過時間情報に基づいて、ブレーキパターンの移動タイミングをより正確に予測する。
【0036】
つまり、目標速度算出部203は、列車A10で算出された閉塞区間の通過時間経過前に、列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点に設定されたブレーキパターンに列車Bが抵触すると判断した場合、列車B20の目標速度を再度算出する。ATO205は、目標速度算出部203で再度算出された目標速度に基づいて、走行速度を調整すればよい。したがって、この例によれば、列車B20のブレーキパターンへの抵触を防止できる。
【0037】
なお、列車B20では、目標速度算出部203は、先行列車A10で算出された閉塞区間の通過時間情報を車上無線装置206で周期的に取得する毎にブレーキパターンの移動タイミングを予測し、修正すればよい。また、列車A10が加速した場合も同様である。列車B20では、目標速度算出部203は、ブレーキパターンの移動タイミングを早めるように修正し、目標速度を上げればよい。
【0038】
第1の実施形態によれば、ブレーキパターンの起点が次閉塞区間に移動するまでの時間に列車がブレーキパターンの直前の位置に達するような走行速度ガイドラインを提供できる。したがって、省エネ、乗り心地の改善、ダイヤ通りの走行を実現できる。さらに、走行中の列車間の時間(または距離)間隔を安全性が保たれる範囲内で接近させることができるので、間隔を短縮したダイヤを実現することもできる。マニュアル運転の場合であっても、運転士は目標速度に従って運転すればいいため、第1の実施形態によれば、運転士毎の技量の差による運転のばらつきを小さくすることができる。
【0039】
次に第2の実施形態について説明する。第2の実施形態に係る列車制御装置を備える複数の列車及び軌道回路を含むシステムは、図1に示す第1の実施形態と同様なので、説明を省略する。第2の実施形態は、例えば列車Aが駅間で出発後停止するまでの所要時間をダイヤ通りとするように走行計画を算出するものである。第2の実施形態では、長距離かつ高速鉄道向けのシステムであって、列車が長時間定速走行することを前提とする。ここでは、列車B20の走行について説明する。
【0040】
図3は、例えば都市近郊区間などの、駅間が比較的短距離で、駅間の規定時間が比較的短時間の場合に、第2の実施形態に係る目標速度算出部203によって算出される走行計画であって、列車B20が駅Xから駅Yまでの区間を走行する場合の目標速度変化を示す図である。
【0041】
横軸は位置、縦軸は目標速度を示している。太線は、制限速度の閾値である。細線は、目標速度算出部203がこの閾値及びXY区間の走行時間に基づいて算出した走行計画である。ここで、目標速度算出部203は、XY区間における勾配などの地理情報を有している。また、目標速度算出部203は、空気抵抗情報を算出する。目標速度算出部203は、地理情報及び空気抵抗情報に基づいて惰行時の列車速度の変化を模擬して、XY区間の走行時間に遅延を生じない範囲で、下り坂を惰行で走行速度を上げられると判断すれば、図3における走行計画において力行箇所を破線のように惰行に置き換える。同様に、目標速度算出部203は、定速走行区間の終端部分を惰行に置き換えて緩やかに減速するように、図3における走行計画の減速箇所を破線のように惰行に置き換える。目標速度算出部203は、力行及び定速走行区間の終端部分を惰行に置き換えるように調整した走行計画をATO205に送信する。ATO205は、再度算出された走行計画に基づいて列車B20を自動運行する。列車B20は、天候、乗車率、手動介入操作などの外的要因によって、走行計画通りには走行できないことが多い。そのため、目標速度算出部203は、XY区間で複数回走行計画の調整を行う。第2の実施形態によれば、列車B20が部分的に惰行で走行することにより、省エネの促進につながる。ここでは、力行箇所及び定速走行区間の終端部分を惰行に置き換える構成について説明したが、次に、定速走行区間の目標速度変更について説明する。
【0042】
図4は、例えば都市間高速鉄道などの、駅間が比較的長距離で、駅間の規定時間が比較的長時間の場合に、第2の実施形態に係る目標速度算出部203によって算出される走行計画であって、列車B20が駅Xから駅Yまでの区間を走行する場合の目標速度変化を示す図である。横軸は位置、縦軸は目標速度を示している。太線は、制限速度の閾値である。細線は、目標速度算出部203がこの閾値及びXY区間の走行時間に基づいて算出した走行計画である。ここでは、走行計画が得られるまでをフェーズ0、走行計画が得られた後、次駅までの距離が大きい区間をフェーズ1、その後の次駅までの距離が短い区間をフェーズ2とする。後述するように、目標速度算出部203は、フェーズ1における走行計画を簡易計算に基づいて適宜調整し、フェーズ2における走行計画を厳密な模擬計算に基づいて調整する。
【0043】
はじめに、フェーズ0における走行計画の算出について説明する。図5は、第2の実施形態に係る目標速度算出部203によって走行計画のために算出される力行曲線と減速曲線を示す図である。目標速度算出部203は、オフライン、出発前または出発直後に、出発位置および制限速度が上がる箇所での力行曲線と、制限速度が下がる箇所および次駅での減速曲線、駅Yの停止箇所での減速曲線を例えば1〜2秒刻みのシミュレーションで、力行曲線及び減速曲線を目標速度以上になるところまで算出する。目標速度算出部203は、減速曲線を例えばATC202の減速パターンを利用して逆引きで算出する。目標速度算出部203は、ATC202よりも例えばノッチ一段分弱い減速度の減速曲線も算出する。目標速度算出部203は、これらの力行曲線と減速曲線を、制限速度より余裕分低い速度の直線でつなぎ合わせて、走行計画を算出する。図6は、目標速度算出部203によって算出された走行計画を示す図である。図6は、列車B20が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。目標速度算出部203は、走行計画を算出し終わるまでの間、制限速度より余裕分低い速度を目標速度として算出し、ATO205は、この目標速度に従って、自動運転を開始する。
【0044】
次に、目標速度算出部203によるフェーズ1の走行計画の調整について説明する。
【0045】
図7は、目標速度算出部203によって調整されるフェーズ1における走行計画を示す図である。図7に示す走行計画は、走行時間に余裕がある場合に図6に示す走行計画に対して減速曲線を変更するものである。図7は、列車B20が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。走行時間の余裕がある場合とは、「ダイヤで決められている目標走行時間−(駅Yに停止するまでの走行時間の予測値+駅X出発から現在までの経過時間)>フェーズ2用の調整しろ (1)式」が成立する場合である。ここで、「調整しろ」とは、ダイヤで決められている目標走行時間よりも早く、または遅く駅Yに到着すると予想される場合に、列車B20がダイヤ通りに駅Yに到着するように、時間調整可能な所定時間範囲である。また、フェーズ2用の調整しろよりも走行時間の余裕がある場合とは、列車B20が現在の走行計画に沿って走行した場合、フェーズ2用の調整しろを最大限活用しても駅Yにダイヤで決められている時刻よりも早く到着する場合を意味する。したがって、目標速度算出部203は、駅Yまでの走行時間を調整するために、走行計画を再度算出する必要がある。
【0046】
目標速度算出部203は、同じ減速箇所に対してフェーズ0で算出した複数の減速曲線のうち、一段弱い減速度の減速曲線に置き換える。目標速度算出部203は、停止目標位置である駅Yから近い順に、減速曲線を調整する。目標速度算出部203は、減速曲線を減速度の弱いものに置き換える分、その減速曲線とつながれる定速走行区間を短くする。 あらかじめ算出しておいた減速曲線を選択しなおすだけなので、減速曲線を算出しなおす必要がなく、処理負荷を軽減することができる。
【0047】
図8は、目標速度算出部203によって調整されるフェーズ1における走行計画を示す図である。図8に示す走行計画は、走行時間に余裕がある場合に図7に示す走行計画に対して力行箇所または定速走行区間を惰行へ変更するものである。図8(a)、(b)は、列車B20が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。目標速度算出部203は、減速曲線を減速度の弱いものに置き換えた後の走行計画であっても(1)式を満たすと判断した場合、フェーズ1における走行計画をさらに調整する。目標速度算出部203は、以下のように力行箇所または定速走行区間を惰行へ変更するように走行計画を調整する。目標速度算出部203は、現在位置及び現在の走行速度に基づいて、短時間の惰行シミュレーションを行う。シミュレーション終了前に列車B20の走行速度が修正前の走行計画の速度に達した場合、惰行する時間が一定時間以上確保でき、かつ、フェーズ1の走行時間が増えても、(1)式を満たすと判断したら、目標速度算出部203は、力行箇所または定速走行区間を惰行へ変更するように走行計画を調整する。
【0048】
惰行でのシミュレーションは、勾配などの地理的条件、空気抵抗を考慮する必要があるが、短時間のシミュレーションなので、処理負荷を大きく増大させずに済む。
【0049】
図9は、目標速度算出部203によって調整されるフェーズ1における走行計画を示す図である。図9に示す走行計画は、走行時間に余裕がある場合に図7に示す走行計画に対して目標速度を変更するものである。図9は、列車B20が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。目標速度算出部203は、減速曲線を減速度の弱いものに置き換えた後の走行計画であっても(1)式を満たすと判断した場合、フェーズ1における走行計画をさらに調整する。目標速度算出部203は、以下のように定速走行区間の目標速度を下げるように走行計画を調整する。目標速度算出部203は、図8に示すような力行箇所または定速走行区間を惰行へ変更をした場合もしていない場合も同様に調整する。
【0050】
目標速度算出部203は、力行曲線と減速曲線に挟まれた定速走行区間のうち、定速走行区間が時間的に長い部分から定速速度を下げる。現在の走行速度よりも目標速度が低くなる場合、ATO205は、現在の走行速度を下げて目標速度となるように調整する。
【0051】
目標速度算出部203は、定速走行区間の目標速度を上下に調整する場合、定速走行区間の勾配などの地理的条件、空気抵抗を考慮する必要がないので、処理負荷を軽減することができる。
【0052】
図10は、目標速度算出部203によって調整されるフェーズ1における走行計画を示す図である。図11に示す走行計画は、図9で調整した目標速度をさらに調整するものである。図11は、列車B20が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。目標速度算出部203は、(1)式を満たさないと判断した場合、フェーズ1における走行計画をさらに調整する。この場合、目標速度算出部203は、駅Yまでの走行時間を調整するために、フェーズ1の区間を早めに通過するように走行計画を再度算出する必要がある。はじめに、目標速度算出部203は、制限速度から決まる目標速度よりも低いところに調整された定速走行区間のうち、現在位置から一番手前の定速走行区間の定速速度を上げる。次に、目標速度算出部203は、目標速度を上げる定速走行区間がない場合、または、目標速度を上げてもなお(1)式を満たさない場合、現在位置から一番手前の定速区間につながる減速曲線を減速度の強いものに置き換える。
【0053】
目標速度算出部203は、定速走行区間の目標速度を上下に調整する場合、定速走行区間の勾配などの地理的条件、空気抵抗を考慮する必要がなく、また、走行計画の減速曲線の減速度を変更する場合、あらかじめ算出した減速曲線を選択するだけでよいので、処理負荷を軽減することができる。
【0054】
なお、図7から図10を用いてフェーズ1における走行計画の調整について説明したが、走行計画に対して減速曲線の置き換え、力行または定速走行から惰行への変更、目標速度の変更を実行する順番、組み合わせは任意である。
【0055】
図11は、目標速度算出部203によって調整されるフェーズ2における走行計画を示す図である。図11に示す走行計画は、走行時間に余裕がある場合に図6に示す走行計画に対して定速走行区間または減速箇所を惰行へ変更するものである。目標速度算出部203は、現在位置から停止目標位置までの距離に基づいて、所要時間の予測を勾配などの地理的条件、空気抵抗を考慮して行う。目標速度算出部203は、短距離区間での走行計画の調整と同様に、列車B20が停止目標位置である駅Yにダイヤ通りに到着するように走行計画を調整する。つまり、目標速度算出部203は、地理的条件、空気抵抗に基づいて、定速走行部分または減速箇所を惰行に置き換える。
【0056】
第2の実施形態によれば、主として定速走行区間の目標速度を変更することでダイヤ通りの走行を実現するような簡易計算に基づく走行速度ガイドラインを提供できる。したがって、長距離・長時間の駅間でも、処理負荷を増大させることなく、省エネ、乗り心地の改善、ダイヤ通りの走行を実現できる。マニュアル運転の場合であっても、運転士は定速走行区間で目標速度に従って運転すればいいため、第2の実施形態によれば、運転士毎の技量の差による運転のばらつきを小さくすることができる。
【0057】
次に第3の実施形態について説明する。第3の実施形態に係る列車制御装置を備える複数の列車及び軌道回路を含むシステムは、図1に示す第1の実施形態と同様なので、説明を省略する。ここでは、列車B20の走行について説明する。
【0058】
目標速度算出部203は、第1の実施形態で説明したように、列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する直前の位置まで走行するような目標速度を算出する。この目標速度を第1の目標速度とする。さらに、目標速度算出部203は、第2の実施形態で説明したように、走行計画に基づく現在位置から停止位置までの走行時間が既定時間よりも所定時間以上短いあるいは長いと判断する場合、走行計画で設定された速度を上下に調整して目標速度を算出する。この目標速度を第2の目標速度とする。さらに、目標速度算出部203は、走行計画を設定していない場合、走行区間で既定の制限速度から所定速度分減算した速度を目標速度として算出する。所定速度分減算するのは、目標速度が制限速度に対して余裕を持つようにするためである。この目標速度を第3の目標速度とする。
【0059】
目標速度算出部203は、第1の目標速度、第2の目標速度、第3の目標速度のうち最も遅い速度を列車Bの目標速度として設定する。ATO205は、設定された目標速度に従って列車B20の走行速度を制御することで列車B20を自動運転する。第3の実施形態によれば、長距離・長時間の駅間でも、ATC202による不必要なブレーキ起動を削減すると共に、処理負荷を増大させることなく省エネ、乗り心地の改善、ダイヤ通りの走行、制限速度を超えることのない安全走行を実現できる。
【0060】
本発明は、前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できる。また、前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せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【0061】
10…列車A、20…列車B、30…軌道回路、101…受信部、102…ATC、103…目標速度算出部、104…表示装置、105…ATO、106…車上無線装置、201…受信部、202…ATC、203…目標速度算出部、204…表示装置、205…ATO、206…車上無線装置。
【技術分野】
【0001】
本発明は、ダイヤ通りに走行するために列車の走行計画を適応的に調整する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、列車などの車両の均一な運転を維持し、かつ、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)が提案されている。たとえば、ATOは、路線データあるいは車両モデルデータなどのデータに従って算出した走行計画に基づいて運転制御する。
【0003】
また、列車には、保安装置である自動列車制御装置(ATC:Automatic Train Control)が搭載されている。ATCは、列車の走行スピードが所定速度を超過したり、先行列車との間隔が近づき過ぎたりする場合、ブレーキを起動する。
【0004】
現在、ダイヤ通りの走行を前提として、省エネ及び乗り心地を追求する技術が開発されている。特許文献1には、先行列車が在線する閉塞区間から次閉塞区間に進むタイミングと、先行列車の存在によるブレーキパターンに後続列車が加速した時に到達すると予測されるタイミングに基づいて、惰行、加速など後続列車の走行状態を制御する構成が開示されている。
【0005】
特許文献2には、省エネ及び乗り心地を考慮して、逆行カーブとノッチ切り換え基準パラメータと上限速度を用いて、所定走行距離と速度制限を守る列車の走行パターンを算出する構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2004−266986号公報
【特許文献2】特開平5−193502号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
後続列車は、ダイヤ乱れなどで先行列車に接近するように目一杯突っ込んでいくと、加減速を繰り返し、乗心地が悪化する。特許文献1では、後続列車は、加速して制限速度パターンに到達しそうなときは惰行する。しかしながら、後続列車は、惰行することでブレーキパターンへの到達を回避することで乗り心地を維持できるが、惰行による走行時間の遅れを見込めないため、定時性を損なう可能性がある。しがたって、後続列車は、ブレーキパターンに到達しない範囲での最高速度を目標速度とすることで、乗り心地の悪化を防ぎながら、走行時間の遅れも最小限にし、その後の後続列車への影響も最小限に抑制する必要がある。
【0008】
また、特許文献2の構成は、駅間の短い鉄道に向けられている。このような勾配などの地理的条件に基づく走行計画の算出は膨大な時間及び処理負荷を要するため、駅間が長く、長距離・長時間の走行計画を必要とする高速鉄道には馴染まない。
【0009】
さらに、特許文献1、2の構成では、運転士の運転技術に依存する割合が高い。そのため、このような運転技術のばらつきは、省エネ、乗り心地、ダイヤの乱れに影響を及ぼす。
【0010】
この発明は、ダイヤ通りの走行を条件として列車の目標速度を適応的に算出する列車制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0011】
本発明に係る列車制御装置は、自列車と先行列車との間の閉塞区間数である開通区間数の変更履歴を取得する第1の取得手段と、前記先行列車の後方にブレーキパターンを設定する設定手段と、前記変更履歴に基づいて、前記先行列車が在線する閉塞区間を抜けるまでの時間を算出し、前記ブレーキパターンと抵触しないための目標速度を算出する算出手段とを備える。
【0012】
さらに、本発明に係る列車制御装置は、次駅までの走行計画を設定する設定手段と、走行計画に基づいて現在位置から前記次駅までの走行時間を算出する算出手段と、前記走行時間と前記既定時間を比較して、走行計画の走行時間を調整する調整手段とを備える。
【発明の効果】
【0013】
列車制御装置は、ダイヤ通りの走行を条件として列車の目標速度を適応的に算出することができる。したがって、マニュアル運転の場合であっても、運転士が算出された目標速度に従って走行すれば、列車は、運転技術により程度の差はあるが、省エネ、乗り心地の改善、ダイヤ通りの走行を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】第1の実施形態に係る列車制御装置を備える複数の列車及び軌道回路を含むシステムを示すブロック図。
【図2】第1の実施形態に係るブレーキパターンの移動及び走行速度の調整を説明する図。
【図3】第2の実施形態に係る駅Xから駅Yまでの区間を走行する場合の走行速度変化を示す図。
【図4】第2の実施形態に係る駅Xから駅Yまでの区間を走行する場合の走行速度変化を示す図。
【図5】第2の実施形態に係るフェーズ0の走行計画のために算出される力行曲線と減速曲線を示す図。
【図6】第2の実施形態に係るフェーズ0の走行計画を示す図。
【図7】第2の実施形態に係るフェーズ1における減速曲線の変更を示す図。
【図8】第2の実施形態に係るフェーズ1における力行から惰行への変更を示す図。
【図9】第2の実施形態に係るフェーズ1における定速速度の変更を示す図。
【図10】第2の実施形態に係るフェーズ1における定速速度の変更の他の例を示す図。
【図11】第2の実施形態に係るフェーズ1における減速から惰行への変更を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照して、本実施形態について説明する。図1は、第1の実施形態に係る列車制御装置を備える複数の列車及び軌道回路を含むシステムを示すブロック図である。第1の実施形態は、長距離かつ高速鉄道向けのシステムである。列車A10は、受信部101、ATC102、目標速度算出部103、表示装置104、ATO105、車上無線装置106を備える。ここでは、列車制御装置は、ATC102、目標速度算出部103、ATO105を含んでいるものとする。
【0016】
受信部101は、地上システムである軌道回路30を介して各種情報を取得する。受信部101は、軌道回路30を介して、自列車に先行する列車との間の開通区間数情報を取得する。開通区間数情報とは、先行列車が走行している閉塞区間と自列車が走行している閉塞区間との間の閉塞区間数である。また、受信部101は、軌道回路30から自列車がどの閉塞区間を走行しているのかを示す閉塞区間毎に割り当てられたIDを取得する。
【0017】
ATC102は、列車A10に対して自動的にブレーキ制御する。ATC102は、受信部101で受信した開通区間数情報を取得する。ATC102は、毎制御周期、開通区間数を受信部101を介して取得する。ここでは、ATC102がデジタルATCである場合について説明する。これは、アナログATCでは、取得できる情報量が少ないため、開通区間数情報を取得できないためである。
【0018】
目標速度算出部103は、ATC102から開通区間数情報を受け取り、開通区間数の変動履歴を保持し、開通区間数情報等に基づいて列車A10の目標速度を算出する。また、目標速度算出部103は、次駅までの走行計画を算出する。表示装置104は、目標速度算出部103による要求に基づいて、各種情報をディスプレイに表示する。ATO105は、目標速度算出部103で算出された走行計画に基づいて、列車A10を自動運転する。車上無線装置106は、地上システムにおける図示しないネットワークを介して、列車間で情報を送受信する。
【0019】
列車B20は、列車Aの後を走行する後続列車である。列車B20は、受信部201、ATC202、目標速度算出部203、表示装置204、ATO205、車上無線装置206を備える。受信部201、ATC202、目標速度算出部203、表示装置204、ATO205、車上無線装置206それぞれの構成は、受信部101、ATC102、目標速度算出部103、表示装置104、ATO105、車上無線装置106の構成と同様である。軌道回路30は、先行列車との間の開通区間数の情報を後続の列車に伝送する。個々の閉塞区間には固有のIDが割り当てられている。
【0020】
次に、先行列車である列車A10の走行速度に応じて、後続列車である列車B20が目標速度を調整する場合について説明する。列車A10及び列車B20は、出発から停止までの1区間において、力行、定速走行、惰行、減速を行って走行する。
【0021】
はじめに、目標速度算出部203は、列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点としてブレーキパターンを設定する。ブレーキパターンは、列車B20の走行速度とATC202によるブレーキ起動位置を関連付けた曲線である。ブレーキパターンは、速度が高くなるほど、ブレーキパターンの起点から手前に位置する。ATC202は、先行列車A10が在線する閉塞区間に列車B20が進入しないように、列車B20がブレーキパターンと抵触すると、ブレーキを起動する。次に、目標速度算出部203は、先行列車A10が通過した閉塞区間(先行列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間)での走行速度(平均化した走行速度)を以下のようにして算出する。
【0022】
目標速度算出部203は、各閉塞区間の閉塞区間長情報を保持している。そのため、目標速度算出部203は、列車A10が通過した閉塞区間の閉塞区間長情報及び開通区間数の変動履歴、つまり開通区間の増える時間間隔から列車A10が通過した閉塞区間での走行速度を算出する。
【0023】
次に、目標速度算出部203は、列車A10が在線する閉塞区間を通過すると予測される時間を以下のように算出する。目標速度算出部203は、先行列車A10が通過した閉塞区間での走行速度及び列車A10が在線する閉塞区間の閉塞区間長情報に基づいて、列車A10が在線する閉塞区間を通過すると予測される時間を算出できる。言い換えると、目標速度算出部203は、列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点に設定したブレーキパターンを、1つ先の閉塞区間の終点を起点に移動して設定するタイミングを予測する。
【0024】
次に、目標速度算出部203は、列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点に設定されたブレーキパターンを1つ先の閉塞区間の終点を起点に移動する時にブレーキパターンと抵触する直前の位置まで走行するような列車B20の走行速度を以下のように算出する。目標速度算出部203は、軌道回路30から取得した列車B20が在線する閉塞区間のIDに基づいて算出した列車B20の現在位置から、ブレーキパターンと抵触する直前の位置までの距離を算出する。また、目標速度算出部203は、列車A10が在線する閉塞区間を通過する時間をブレーキパターンと抵触する直前の位置まで走行できる時間と判断する。したがって、目標速度算出部203は、ブレーキパターンと抵触する直前の位置までの距離及びブレーキパターンと抵触する直前の位置まで走行できる時間から、列車B20の走行速度である目標速度を算出できる。
【0025】
自動運転の場合、目標速度算出部203は、ATO205に算出した目標速度を送信する。ATO205は、目標速度に従って列車B20の走行速度を制御することで列車B20を自動運転する。マニュアル運転の場合、目標速度算出部203は、目標速度情報を表示装置204に送信する。表示装置204は、目標速度を図示しないディスプレイに表示する。運転士は、表示装置204に表示された目標速度に基づいて、図示しないマスターコントローラを操作し、列車B20の走行速度を制御して列車B20をマニュアル運転する。
【0026】
図2は、上記説明したブレーキパターンの移動、列車A10と列車B20と走行位置関係を示す図である。図2(a)は、比較例として、第1の実施形態に係る目標速度算出部203による列車A10の走行速度に基づく列車B20の目標速度の算出を実行しない場合である。図2(b)は、第1の実施形態に係る目標速度算出部203による列車A10の走行速度に基づく列車B20の目標速度の算出を実行する場合である。
【0027】
図2(a)、(b)において、横軸は、列車A10及び列車B20の走行位置を示す。縦軸は、列車A10及び列車B20の走行速度を示す。図2(a)、(b)は、時間経過毎に、列車A10及び列車B20の走行位置の変化を示している。図2(a)の時間T=dtでは、列車B20は閉塞区間aに在線し、先行列車A10は閉塞区間bに在線する。列車B20は、列車A10が閉塞区間bを通過していないため、閉塞区間aの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する。そのため、ATC202はブレーキを起動する。
【0028】
時間T=2dtでは、列車B20は閉塞区間bに在線し、列車A10は閉塞区間cに在線する。目標速度算出部203は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間aの終点から閉塞区間bの終点に移動して設定する。ATO205は、ブレーキパターンの移動に伴い、走行速度を上げるために、力行を行う。時間T=3dtでは、列車B20は閉塞区間bに在線し、列車A10は閉塞区間cに在線する。列車B20は、列車A10が閉塞区間cを通過していないため、閉塞区間bの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する。そのため、ATC202はブレーキを起動する。
【0029】
以降同様に、時間T=4dtでは、ATO205は、閉塞区間bの終点から閉塞区間cの終点へのブレーキパターンの起点の移動に伴い、走行速度を上げるために、力行を行う。時間T=5dtでは、列車B20は、列車A10が閉塞区間dを通過していないため、閉塞区間cの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する。そのため、ATC202は、ブレーキを起動する。時間T=6dtでは、ATO205は、閉塞区間cの終点から閉塞区間dの終点へのブレーキパターンの起点の移動に伴い、走行速度を上げるために、力行を行う。以上のように、列車B20は、ダイヤ通りに走行するために、加減速を繰り返して走行する。
【0030】
図2(b)の時間T=dtでは、列車B20は閉塞区間aに在線し、列車A10は閉塞区間bに在線する。したがって、目標速度算出部203は、ブレーキパターンを閉塞区間aの終点に基点を設定している。目標速度算出部203は、列車A10が次閉塞区間cに進入するタイミング、つまり、ブレーキパターンの起点を次閉塞区間bの終点に移動して設定するタイミングを予測する。列車B20は、ブレーキパターンの移動タイミングに基づいて目標速度算出部203で算出した目標速度で走行する。
【0031】
時間T=2dtでは、列車B20は閉塞区間aに在線し、列車A10は閉塞区間bを通過して閉塞区間cに在線する。列車B20が閉塞区間aの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する直前に、目標速度算出部203は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間bの終点に移動して設定する。したがって、ATC202はブレーキを起動しない。時間T=3dtでは、列車B20は閉塞区間bに在線し、列車A10は閉塞区間cに在線する。したがって、目標速度算出部203は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間bの終点に設定している。列車B20は、ブレーキパターンの移動タイミングに基づいて目標速度算出部203で算出した目標速度で走行する。
【0032】
以降同様に、時間T=4dtでは、列車B20が閉塞区間bの終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する直前に、目標速度算出部203は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間cの終点に移動して設定する。時間T=5dtでは、列車B20は、閉塞区間bの終点から閉塞区間cの終点へのブレーキパターンの起点の移動タイミングに基づいて目標速度算出部203で算出した目標速度で走行する。時間T=6dtは、列車B20が閉塞区間cの終点に設定されたブレーキパターンと抵触する直前に、目標速度算出部203は、ブレーキパターンの起点を閉塞区間dの終点に移動して設定する。第1の実施形態によれば、ATC202による不必要なブレーキ起動を削減しながら、ダイヤからの遅れを最小限に抑制できる。
【0033】
なお、列車B20の出発から停止までの1走行区間において列車A10が走行していない場合、列車B20は、目標速度算出部203が列車A10の走行速度に基づいて列車Bの目標速度を算出することはなく、予め作成した走行計画に基づいて走行すればよい。
【0034】
次に、第1の実施形態の変形例について説明する。上記説明したように、列車B20の目標速度算出部203は、列車A10の走行速度を開通区間数の変動履歴から算出している。しかしながら、目標速度算出部203が算出した先行列車A10の走行速度は、列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間での平均走行速度である。つまり、目標速度算出部203は、列車A10が在線する閉塞区間での走行速度を1つ前の閉塞区間での走行速度と同じと仮定している。したがって、列車A10が、在線する閉塞区間で力行やブレーキを起動した場合、列車B20では列車A10の速度変化を認識できない。例えば、列車A10が在線する閉塞区間で減速した場合、目標速度算出部203は、実際はブレーキパターンの移動タイミングを遅くする必要がある。したがって、列車B20がブレーキパターンに抵触し、ATC202がブレーキを起動する可能性が高まる。
【0035】
ここでは、列車A10(各列車)では、目標速度算出部103は、自列車が在線する閉塞区間のID、それに対応する閉塞区間長情報、自身の目標速度または走行速度の情報を保持している。したがって、目標速度算出部103は、これらの情報に基づいて、列車A10の尾端が在線する閉塞区間から次閉塞区間に入りきるまでの時間を予測する。車上無線装置106は、列車B20の車上無線装置206にネットワークを介して、目標速度算出部103で算出された列車Aによる閉塞区間の通過時間情報を伝送する。列車B20の目標速度算出部203は、列車A10から伝送された閉塞区間の通過時間情報に基づいて、ブレーキパターンの移動タイミングをより正確に予測する。
【0036】
つまり、目標速度算出部203は、列車A10で算出された閉塞区間の通過時間経過前に、列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点に設定されたブレーキパターンに列車Bが抵触すると判断した場合、列車B20の目標速度を再度算出する。ATO205は、目標速度算出部203で再度算出された目標速度に基づいて、走行速度を調整すればよい。したがって、この例によれば、列車B20のブレーキパターンへの抵触を防止できる。
【0037】
なお、列車B20では、目標速度算出部203は、先行列車A10で算出された閉塞区間の通過時間情報を車上無線装置206で周期的に取得する毎にブレーキパターンの移動タイミングを予測し、修正すればよい。また、列車A10が加速した場合も同様である。列車B20では、目標速度算出部203は、ブレーキパターンの移動タイミングを早めるように修正し、目標速度を上げればよい。
【0038】
第1の実施形態によれば、ブレーキパターンの起点が次閉塞区間に移動するまでの時間に列車がブレーキパターンの直前の位置に達するような走行速度ガイドラインを提供できる。したがって、省エネ、乗り心地の改善、ダイヤ通りの走行を実現できる。さらに、走行中の列車間の時間(または距離)間隔を安全性が保たれる範囲内で接近させることができるので、間隔を短縮したダイヤを実現することもできる。マニュアル運転の場合であっても、運転士は目標速度に従って運転すればいいため、第1の実施形態によれば、運転士毎の技量の差による運転のばらつきを小さくすることができる。
【0039】
次に第2の実施形態について説明する。第2の実施形態に係る列車制御装置を備える複数の列車及び軌道回路を含むシステムは、図1に示す第1の実施形態と同様なので、説明を省略する。第2の実施形態は、例えば列車Aが駅間で出発後停止するまでの所要時間をダイヤ通りとするように走行計画を算出するものである。第2の実施形態では、長距離かつ高速鉄道向けのシステムであって、列車が長時間定速走行することを前提とする。ここでは、列車B20の走行について説明する。
【0040】
図3は、例えば都市近郊区間などの、駅間が比較的短距離で、駅間の規定時間が比較的短時間の場合に、第2の実施形態に係る目標速度算出部203によって算出される走行計画であって、列車B20が駅Xから駅Yまでの区間を走行する場合の目標速度変化を示す図である。
【0041】
横軸は位置、縦軸は目標速度を示している。太線は、制限速度の閾値である。細線は、目標速度算出部203がこの閾値及びXY区間の走行時間に基づいて算出した走行計画である。ここで、目標速度算出部203は、XY区間における勾配などの地理情報を有している。また、目標速度算出部203は、空気抵抗情報を算出する。目標速度算出部203は、地理情報及び空気抵抗情報に基づいて惰行時の列車速度の変化を模擬して、XY区間の走行時間に遅延を生じない範囲で、下り坂を惰行で走行速度を上げられると判断すれば、図3における走行計画において力行箇所を破線のように惰行に置き換える。同様に、目標速度算出部203は、定速走行区間の終端部分を惰行に置き換えて緩やかに減速するように、図3における走行計画の減速箇所を破線のように惰行に置き換える。目標速度算出部203は、力行及び定速走行区間の終端部分を惰行に置き換えるように調整した走行計画をATO205に送信する。ATO205は、再度算出された走行計画に基づいて列車B20を自動運行する。列車B20は、天候、乗車率、手動介入操作などの外的要因によって、走行計画通りには走行できないことが多い。そのため、目標速度算出部203は、XY区間で複数回走行計画の調整を行う。第2の実施形態によれば、列車B20が部分的に惰行で走行することにより、省エネの促進につながる。ここでは、力行箇所及び定速走行区間の終端部分を惰行に置き換える構成について説明したが、次に、定速走行区間の目標速度変更について説明する。
【0042】
図4は、例えば都市間高速鉄道などの、駅間が比較的長距離で、駅間の規定時間が比較的長時間の場合に、第2の実施形態に係る目標速度算出部203によって算出される走行計画であって、列車B20が駅Xから駅Yまでの区間を走行する場合の目標速度変化を示す図である。横軸は位置、縦軸は目標速度を示している。太線は、制限速度の閾値である。細線は、目標速度算出部203がこの閾値及びXY区間の走行時間に基づいて算出した走行計画である。ここでは、走行計画が得られるまでをフェーズ0、走行計画が得られた後、次駅までの距離が大きい区間をフェーズ1、その後の次駅までの距離が短い区間をフェーズ2とする。後述するように、目標速度算出部203は、フェーズ1における走行計画を簡易計算に基づいて適宜調整し、フェーズ2における走行計画を厳密な模擬計算に基づいて調整する。
【0043】
はじめに、フェーズ0における走行計画の算出について説明する。図5は、第2の実施形態に係る目標速度算出部203によって走行計画のために算出される力行曲線と減速曲線を示す図である。目標速度算出部203は、オフライン、出発前または出発直後に、出発位置および制限速度が上がる箇所での力行曲線と、制限速度が下がる箇所および次駅での減速曲線、駅Yの停止箇所での減速曲線を例えば1〜2秒刻みのシミュレーションで、力行曲線及び減速曲線を目標速度以上になるところまで算出する。目標速度算出部203は、減速曲線を例えばATC202の減速パターンを利用して逆引きで算出する。目標速度算出部203は、ATC202よりも例えばノッチ一段分弱い減速度の減速曲線も算出する。目標速度算出部203は、これらの力行曲線と減速曲線を、制限速度より余裕分低い速度の直線でつなぎ合わせて、走行計画を算出する。図6は、目標速度算出部203によって算出された走行計画を示す図である。図6は、列車B20が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。目標速度算出部203は、走行計画を算出し終わるまでの間、制限速度より余裕分低い速度を目標速度として算出し、ATO205は、この目標速度に従って、自動運転を開始する。
【0044】
次に、目標速度算出部203によるフェーズ1の走行計画の調整について説明する。
【0045】
図7は、目標速度算出部203によって調整されるフェーズ1における走行計画を示す図である。図7に示す走行計画は、走行時間に余裕がある場合に図6に示す走行計画に対して減速曲線を変更するものである。図7は、列車B20が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。走行時間の余裕がある場合とは、「ダイヤで決められている目標走行時間−(駅Yに停止するまでの走行時間の予測値+駅X出発から現在までの経過時間)>フェーズ2用の調整しろ (1)式」が成立する場合である。ここで、「調整しろ」とは、ダイヤで決められている目標走行時間よりも早く、または遅く駅Yに到着すると予想される場合に、列車B20がダイヤ通りに駅Yに到着するように、時間調整可能な所定時間範囲である。また、フェーズ2用の調整しろよりも走行時間の余裕がある場合とは、列車B20が現在の走行計画に沿って走行した場合、フェーズ2用の調整しろを最大限活用しても駅Yにダイヤで決められている時刻よりも早く到着する場合を意味する。したがって、目標速度算出部203は、駅Yまでの走行時間を調整するために、走行計画を再度算出する必要がある。
【0046】
目標速度算出部203は、同じ減速箇所に対してフェーズ0で算出した複数の減速曲線のうち、一段弱い減速度の減速曲線に置き換える。目標速度算出部203は、停止目標位置である駅Yから近い順に、減速曲線を調整する。目標速度算出部203は、減速曲線を減速度の弱いものに置き換える分、その減速曲線とつながれる定速走行区間を短くする。 あらかじめ算出しておいた減速曲線を選択しなおすだけなので、減速曲線を算出しなおす必要がなく、処理負荷を軽減することができる。
【0047】
図8は、目標速度算出部203によって調整されるフェーズ1における走行計画を示す図である。図8に示す走行計画は、走行時間に余裕がある場合に図7に示す走行計画に対して力行箇所または定速走行区間を惰行へ変更するものである。図8(a)、(b)は、列車B20が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。目標速度算出部203は、減速曲線を減速度の弱いものに置き換えた後の走行計画であっても(1)式を満たすと判断した場合、フェーズ1における走行計画をさらに調整する。目標速度算出部203は、以下のように力行箇所または定速走行区間を惰行へ変更するように走行計画を調整する。目標速度算出部203は、現在位置及び現在の走行速度に基づいて、短時間の惰行シミュレーションを行う。シミュレーション終了前に列車B20の走行速度が修正前の走行計画の速度に達した場合、惰行する時間が一定時間以上確保でき、かつ、フェーズ1の走行時間が増えても、(1)式を満たすと判断したら、目標速度算出部203は、力行箇所または定速走行区間を惰行へ変更するように走行計画を調整する。
【0048】
惰行でのシミュレーションは、勾配などの地理的条件、空気抵抗を考慮する必要があるが、短時間のシミュレーションなので、処理負荷を大きく増大させずに済む。
【0049】
図9は、目標速度算出部203によって調整されるフェーズ1における走行計画を示す図である。図9に示す走行計画は、走行時間に余裕がある場合に図7に示す走行計画に対して目標速度を変更するものである。図9は、列車B20が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。目標速度算出部203は、減速曲線を減速度の弱いものに置き換えた後の走行計画であっても(1)式を満たすと判断した場合、フェーズ1における走行計画をさらに調整する。目標速度算出部203は、以下のように定速走行区間の目標速度を下げるように走行計画を調整する。目標速度算出部203は、図8に示すような力行箇所または定速走行区間を惰行へ変更をした場合もしていない場合も同様に調整する。
【0050】
目標速度算出部203は、力行曲線と減速曲線に挟まれた定速走行区間のうち、定速走行区間が時間的に長い部分から定速速度を下げる。現在の走行速度よりも目標速度が低くなる場合、ATO205は、現在の走行速度を下げて目標速度となるように調整する。
【0051】
目標速度算出部203は、定速走行区間の目標速度を上下に調整する場合、定速走行区間の勾配などの地理的条件、空気抵抗を考慮する必要がないので、処理負荷を軽減することができる。
【0052】
図10は、目標速度算出部203によって調整されるフェーズ1における走行計画を示す図である。図11に示す走行計画は、図9で調整した目標速度をさらに調整するものである。図11は、列車B20が次駅までの距離がまだ大きい位置に在線している状態を示している。目標速度算出部203は、(1)式を満たさないと判断した場合、フェーズ1における走行計画をさらに調整する。この場合、目標速度算出部203は、駅Yまでの走行時間を調整するために、フェーズ1の区間を早めに通過するように走行計画を再度算出する必要がある。はじめに、目標速度算出部203は、制限速度から決まる目標速度よりも低いところに調整された定速走行区間のうち、現在位置から一番手前の定速走行区間の定速速度を上げる。次に、目標速度算出部203は、目標速度を上げる定速走行区間がない場合、または、目標速度を上げてもなお(1)式を満たさない場合、現在位置から一番手前の定速区間につながる減速曲線を減速度の強いものに置き換える。
【0053】
目標速度算出部203は、定速走行区間の目標速度を上下に調整する場合、定速走行区間の勾配などの地理的条件、空気抵抗を考慮する必要がなく、また、走行計画の減速曲線の減速度を変更する場合、あらかじめ算出した減速曲線を選択するだけでよいので、処理負荷を軽減することができる。
【0054】
なお、図7から図10を用いてフェーズ1における走行計画の調整について説明したが、走行計画に対して減速曲線の置き換え、力行または定速走行から惰行への変更、目標速度の変更を実行する順番、組み合わせは任意である。
【0055】
図11は、目標速度算出部203によって調整されるフェーズ2における走行計画を示す図である。図11に示す走行計画は、走行時間に余裕がある場合に図6に示す走行計画に対して定速走行区間または減速箇所を惰行へ変更するものである。目標速度算出部203は、現在位置から停止目標位置までの距離に基づいて、所要時間の予測を勾配などの地理的条件、空気抵抗を考慮して行う。目標速度算出部203は、短距離区間での走行計画の調整と同様に、列車B20が停止目標位置である駅Yにダイヤ通りに到着するように走行計画を調整する。つまり、目標速度算出部203は、地理的条件、空気抵抗に基づいて、定速走行部分または減速箇所を惰行に置き換える。
【0056】
第2の実施形態によれば、主として定速走行区間の目標速度を変更することでダイヤ通りの走行を実現するような簡易計算に基づく走行速度ガイドラインを提供できる。したがって、長距離・長時間の駅間でも、処理負荷を増大させることなく、省エネ、乗り心地の改善、ダイヤ通りの走行を実現できる。マニュアル運転の場合であっても、運転士は定速走行区間で目標速度に従って運転すればいいため、第2の実施形態によれば、運転士毎の技量の差による運転のばらつきを小さくすることができる。
【0057】
次に第3の実施形態について説明する。第3の実施形態に係る列車制御装置を備える複数の列車及び軌道回路を含むシステムは、図1に示す第1の実施形態と同様なので、説明を省略する。ここでは、列車B20の走行について説明する。
【0058】
目標速度算出部203は、第1の実施形態で説明したように、列車A10が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点を起点に設定されたブレーキパターンと抵触する直前の位置まで走行するような目標速度を算出する。この目標速度を第1の目標速度とする。さらに、目標速度算出部203は、第2の実施形態で説明したように、走行計画に基づく現在位置から停止位置までの走行時間が既定時間よりも所定時間以上短いあるいは長いと判断する場合、走行計画で設定された速度を上下に調整して目標速度を算出する。この目標速度を第2の目標速度とする。さらに、目標速度算出部203は、走行計画を設定していない場合、走行区間で既定の制限速度から所定速度分減算した速度を目標速度として算出する。所定速度分減算するのは、目標速度が制限速度に対して余裕を持つようにするためである。この目標速度を第3の目標速度とする。
【0059】
目標速度算出部203は、第1の目標速度、第2の目標速度、第3の目標速度のうち最も遅い速度を列車Bの目標速度として設定する。ATO205は、設定された目標速度に従って列車B20の走行速度を制御することで列車B20を自動運転する。第3の実施形態によれば、長距離・長時間の駅間でも、ATC202による不必要なブレーキ起動を削減すると共に、処理負荷を増大させることなく省エネ、乗り心地の改善、ダイヤ通りの走行、制限速度を超えることのない安全走行を実現できる。
【0060】
本発明は、前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できる。また、前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せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【0061】
10…列車A、20…列車B、30…軌道回路、101…受信部、102…ATC、103…目標速度算出部、104…表示装置、105…ATO、106…車上無線装置、201…受信部、202…ATC、203…目標速度算出部、204…表示装置、205…ATO、206…車上無線装置。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
自列車と先行列車との間の閉塞区間数である開通区間数の変更履歴を取得する第1の取得手段と、
前記先行列車が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点にブレーキパターンの起点を設定する設定手段と、
前記変更履歴に基づいて、前記先行列車が在線する閉塞区間を抜けるまでの時間を算出し、前記ブレーキパターンと抵触しない範囲での最高速度を前記自列車の目標速度として算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする列車制御装置。
【請求項2】
前記算出手段は前記先行列車が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間を抜けるまでの経過時間及び前記1つ前の閉塞区間の距離情報に基づいて前記先行列車の走行速度を算出し、前記先行列車の走行速度及び前記先行列車が在線する閉塞区間の距離情報に基づいて、前記先行列車が在線する閉塞区間を抜ける時間を算出することを特徴とする請求項1記載の列車制御装置。
【請求項3】
前記算出手段で算出した前記目標速度の情報を表示装置に表示するように出力する出力手段をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の列車制御装置。
【請求項4】
前記先行列車が在線する閉塞区間を抜けるまでの時間の情報を前記先行列車から取得する第2の取得手段をさらに備え、
前記算出手段は、前記第2の取得手段で取得した情報に基づいて、前記目標速度を再算出することを特徴とする請求項1記載の列車制御装置。
【請求項5】
出発位置から停止目標位置までの走行計画を設定する設定手段と、
前記走行計画に基づいて現在位置から前記停止位置までの走行時間を算出する算出手段と、
前記走行時間が既定時間よりも所定時間以上短いあるいは長いと判断される場合、走行計画の走行時間を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする列車制御装置。
【請求項6】
前記調整手段は、定速走行区間における走行速度を前記走行計画で設定された速度よりも上下に調整することを特徴とする請求項5記載の列車制御装置。
【請求項7】
前記調整手段は、現在位置から惰行した場合の挙動を短時間予測した結果に基づいて走行計画の定速走行部分を惰行に置き換えることを特徴とする請求項6記載の列車制御装置。
【請求項8】
前記調整手段は、前記定速走行区間の終端部分の減速度を前記走行計画で設定された減速曲線の減速度よりも上下に調整することを特徴とする請求項5記載の列車制御装置。
【請求項9】
前記調整手段は、自列車位置が前記停止目標位置に接近した後は、空気抵抗、地理的条件を考慮した模擬計算を行って前記走行計画を調整することを特徴とする請求項5記載の列車制御装置。
【請求項10】
自列車と先行列車との間の閉塞区間数である開通区間数の変更履歴に基づいて、前記先行列車が在線する閉塞区間を抜けるまでの時間を算出し、前記先行列車が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点に設定したブレーキパターンと抵触しない範囲での最高速度を前記自列車の第1の目標速度として算出する第1の算出手段と、
出発位置から停止目標位置までの走行計画に基づいて現在位置から前記停止位置までの走行時間が既定時間よりも所定時間以上短いあるいは長いと判断される場合、前記走行計画で設定された速度を上下に調整して定速走行区間における第2の目標速度を算出する第2の算出手段と、
前記走行計画が設定されていない場合、制限速度から所定速度分減算した第3の目標速度を算出する第3の算出手段と、
前記第1の目標速度、前記第2の目標速度、前記第3の目標速度のうち最も遅い速度を前記自列車に設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする列車制御装置。
【請求項1】
自列車と先行列車との間の閉塞区間数である開通区間数の変更履歴を取得する第1の取得手段と、
前記先行列車が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点にブレーキパターンの起点を設定する設定手段と、
前記変更履歴に基づいて、前記先行列車が在線する閉塞区間を抜けるまでの時間を算出し、前記ブレーキパターンと抵触しない範囲での最高速度を前記自列車の目標速度として算出する算出手段と、
を備えることを特徴とする列車制御装置。
【請求項2】
前記算出手段は前記先行列車が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間を抜けるまでの経過時間及び前記1つ前の閉塞区間の距離情報に基づいて前記先行列車の走行速度を算出し、前記先行列車の走行速度及び前記先行列車が在線する閉塞区間の距離情報に基づいて、前記先行列車が在線する閉塞区間を抜ける時間を算出することを特徴とする請求項1記載の列車制御装置。
【請求項3】
前記算出手段で算出した前記目標速度の情報を表示装置に表示するように出力する出力手段をさらに備えることを特徴とする請求項1記載の列車制御装置。
【請求項4】
前記先行列車が在線する閉塞区間を抜けるまでの時間の情報を前記先行列車から取得する第2の取得手段をさらに備え、
前記算出手段は、前記第2の取得手段で取得した情報に基づいて、前記目標速度を再算出することを特徴とする請求項1記載の列車制御装置。
【請求項5】
出発位置から停止目標位置までの走行計画を設定する設定手段と、
前記走行計画に基づいて現在位置から前記停止位置までの走行時間を算出する算出手段と、
前記走行時間が既定時間よりも所定時間以上短いあるいは長いと判断される場合、走行計画の走行時間を調整する調整手段と、
を備えることを特徴とする列車制御装置。
【請求項6】
前記調整手段は、定速走行区間における走行速度を前記走行計画で設定された速度よりも上下に調整することを特徴とする請求項5記載の列車制御装置。
【請求項7】
前記調整手段は、現在位置から惰行した場合の挙動を短時間予測した結果に基づいて走行計画の定速走行部分を惰行に置き換えることを特徴とする請求項6記載の列車制御装置。
【請求項8】
前記調整手段は、前記定速走行区間の終端部分の減速度を前記走行計画で設定された減速曲線の減速度よりも上下に調整することを特徴とする請求項5記載の列車制御装置。
【請求項9】
前記調整手段は、自列車位置が前記停止目標位置に接近した後は、空気抵抗、地理的条件を考慮した模擬計算を行って前記走行計画を調整することを特徴とする請求項5記載の列車制御装置。
【請求項10】
自列車と先行列車との間の閉塞区間数である開通区間数の変更履歴に基づいて、前記先行列車が在線する閉塞区間を抜けるまでの時間を算出し、前記先行列車が在線する閉塞区間の1つ前の閉塞区間の終点に設定したブレーキパターンと抵触しない範囲での最高速度を前記自列車の第1の目標速度として算出する第1の算出手段と、
出発位置から停止目標位置までの走行計画に基づいて現在位置から前記停止位置までの走行時間が既定時間よりも所定時間以上短いあるいは長いと判断される場合、前記走行計画で設定された速度を上下に調整して定速走行区間における第2の目標速度を算出する第2の算出手段と、
前記走行計画が設定されていない場合、制限速度から所定速度分減算した第3の目標速度を算出する第3の算出手段と、
前記第1の目標速度、前記第2の目標速度、前記第3の目標速度のうち最も遅い速度を前記自列車に設定する設定手段と、
を備えることを特徴とする列車制御装置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【公開番号】特開2011−217564(P2011−217564A)
【公開日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−85247(P2010−85247)
【出願日】平成22年4月1日(2010.4.1)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成23年10月27日(2011.10.27)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年4月1日(2010.4.1)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】
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