JP5395398B2 - 列車制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、たとえば、列車を所定の位置に停止させるための定位置停止制御を自動で行う列車制御装置に関するものである。

近年、列車などの車両の均一な運転を維持し、かつ、運行遅延の虞を低減するため、車両運転装置が提案されている。たとえば、列車の自動運転装置では、所定の位置に列車を停止させるための定位置停止制御等の運転制御を行う。近年の高密度化の傾向にある列車の運用ダイヤにおいては、ある列車が所定の停止位置を過走してしまうと、当該列車の停止位置を調整するため、列車運行遅延の原因となる。また、各駅のホームにおける乗客の安全のため、各駅のホームにホームドアと呼ばれるドアの設置が進んでいる。このようなホームドアが駅のホーム側に設置されると、列車は、ホームドアの設置位置に合わせて精度良く停止する必要がある。

従来の車両運転装置には、当該車両に制御に関する各種のデータをデータベースに保持しておき、データベースに保持している各種のデータに従って定位置停止制御等の運転制御を行うものがある。たとえば、従来の自動列車運転装置には、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定位置停止制御等の運転制御を行うものがある（たとえば、特許文献１）。

しかしながら、実際の走行時においては、走行条件（走行状態あるいは周囲環境など）が大きく変化することがある。このような走行条件が大きく変換する場合、従来の車両モデルを用いた定位置停止制御では、停止精度を確保するのが難しいことがある。たとえば、ブレーキの種類が切り換わる場合、周囲環境が切り換わる場合、あるいは、車両自体の状態が切り換わる場合、切り換わりの前後で、ブレーキ特性などの当該車両の動特性が大きく変化することがある。このような場合、従来の車両モデルを用いた運転制御では、乗り心地を悪化させることなく、正確な停止位置を確保するのが難しいことがある。
特開２００７−９７３７８号公報

本発明の一形態は、上記事情に鑑みてなされたものであり、様々な条件で走行する列車に対する定位置停止制御の精度を向上させることが可能な列車制御装置を提供することを目的とする。

この発明の一形態としての列車制御装置は、少なくとも電気ブレーキに対応し列車の制動を制御するための第１の動特性モデルと前記電気ブレーキとは異なる空気ブレーキに対応し列車の制動を制御するための第２の動特性モデルとを記憶する記憶部と、前記電気ブレーキおよび前記空気ブレーキの動作状況を判定する判定手段と、前記判定手段によって動作していると判定された電気ブレーキまたは空気ブレーキに基づき、前記記憶部から対応する第１の動特性モデルまたは第２の動特性モデルを選択する選択手段と、前記選択手段によって選択された第１の動特性モデルまたは第２の動特性モデルに基づいて制動の制御を行う制御手段とを有する。

本発明の一形態によれば、様々な条件で走行する列車に対する運転制御の精度を向上させることが可能な列車制御装置を提供できる。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る車両運転装置としての自動列車運転装置２と自動列車運転装置２が搭載される車両としての列車１の構成例を示すブロック図である。
図１に示すように、列車１には、自動列車運転装置２、速度検出器１１、地上子検出器１２、駆動装置１３、制動装置１４が搭載されている。すなわち、上記速度検出器１１、上記地上子検出器１２、上記駆動装置１３および上記制動装置１４は、上記自動列車運転装置２により運転が制御される車両としての列車１に搭載されているハードウエアである。

自動列車運転装置２は、データベース２１、動特性モデル保持部２２、制御指令部３１、速度及び位置検出部３２、動特性モデル切換部３３、および、ブレーキ状態判定部３４などを有している。上記データベース２１および上記動特性モデル保持部２２は、列車１に搭載された記憶装置により構成される。上記制御指令部３１、上記速度及び位置検出部３２、上記動特性モデル切換部３３、および、上記ブレーキ状態判定部３４は、各ハードウエアに接続された演算回路などにより実現される。

上記速度検出器１１は、車輪の回転軸に取り付けられたパルスジェネレータ（ＰＧ）又はタコジェネレータ（ＴＧ）により構成されている。上記速度検出器１１により検出される信号により、当該列車１の速度が検出される。上記地上子検出器１２は、軌道上に設置された地上子（トランスポンダ）を検出する。上記地上子検出器１２により検出される信号により、当該列車１の車両位置が検出される。

上記駆動装置１３は、当該列車１を駆動させる装置である。当該列車１は、上記駆動装置１３により加速され、走行される。上記制動装置１４は、当該列車１を制動させる装置である。当該列車１は、上記制動装置１４により減速され、停止される。上記制動装置１４は、たとえば、電気ブレーキ（回生ブレーキ）と空気ブレーキ（摩擦ブレーキ）とを有している。この場合、上記制動装置１４は、電気ブレーキおよび空気ブレーキとを用いて、与えられたブレーキ指令に従って、ブレーキ力を調整する。

なお、モータを車軸の回転により回して発電機として用いることにより、車両の運動エネルギーを電気にして架線に戻すのが、電気（回生）ブレーキ（電制）である。空気（摩擦）ブレーキ（空制）は、ブレーキ装置のシューを車軸に押し付け、摩擦により減速させるものである。電制と空制とは、列車の状態に応じて切換えられる。一般には、電制を使用しつつ、低速域では回生ができなくなって電制が効かなくなることがあるため、空制に切り換えられる。このような電制と空制とのおおよその切換速度は、通常、列車ごとに決まっている。また、電制使用時であっても、電制でトルクが不足する場合には空制で補っている。このような制御は、ブレンディングと呼ばれる。後述する動特性モデルの例としての電制モデルでは、ブレンディング込みでの特性を模擬している。

上記データベース（ＤＢ）２１は、当該列車１の走行に必要なデータを記憶する。たとえば、上記データベース２１は、当該列車１が走行する路線に関するデータ（路線データ）が記憶されている。上記路線データは、地上子の検出信号により現在位置を特定するための情報、各駅の停止目標位置を示す情報、勾配を示す情報、あるいは、曲線を示す情報などの情報を含んでいる。

上記動特性モデル保持部２２は、保持手段として機能し、複数の動特性モデルを記憶する。各動特性モデルは、上記制動装置１４によるブレーキ特性などの当該列車１の運転制御に関連するデータが記憶されている。ただし、当該列車１の運転制御に関連するデータは、走行状態あるいは周囲環境により変動する。このため、本自動列車運転装置２では、種々の走行状態あるいは周囲環境に対応する複数の動特性モデルが動特性モデル保持部２２に記憶されている。これらの動特性モデルについては、後で詳細に説明する。

上記制御指令部３１は、制御手段として機能し、各部から供給される情報に基づいて駆動装置１３および制動装置１４を制御する。たとえば、当該列車１を加速させる場合、上記制御指令部３１は、上記駆動装置１３に対して当該列車１を加速させるための制御指令を与える。また、当該列車１を停止させる場合、上記制御指令部３１は、上記制動装置に対して当該列車１を停止させるための制御指令を与える。特に、上記制御指令部３１は、定位置停止制御を行う場合、路線データ、動特性モデル、現在速度、現在位置およびブレーキ状態などに基づいて当該列車１を定位置に停止させるための制御を判断する。

上記速度及び位置検出部３２は、速度検出手段あるいは位置検出手段として機能し、速度を示す信号（速度検出信号）及び位置を示す信号（位置検出信号）を出力する。たとえば、上記速度及び位置検出部３２は、上記速度検出器１１からの信号入力に基づいて速度を検出し、検出した速度を示す情報を速度検出信号として出力する。また、上記速度及び位置検出部３２は、上記速度検出器１１と上記地上子検出器１２からの信号入力に基づいて位置を示す情報を位置検出信号として出力する。

上記動特性モデル切換部３３は、選択手段として機能し、上記動特性モデル保持部２２に保持されている複数の動特性モデルから現在の運転制御に用いる動特性モデルを選択する。言い換えれば、上記動特性モデル切換部３３は、現在の走行状態あるいは周囲環境に最も適合する動特性モデルを動特性モデル保持部２２に保持されている複数の動特性モデルから選出する。

上記ブレーキ状態判定部３４は、判定手段として機能する。上記ブレーキ状態判定部３４は、ブレーキ状態として、電気ブレーキと空気ブレーキとのどちらが動作しているかを判定する。たとえば、上記ブレーキ状態判定部３４は、速度、回生有効信号、あるいは、ＢＣ（ブレーキシュー）圧に基づいて、電気ブレーキと空気ブレーキとのどちらが動作しているかを判定する。

後述するように、ブレーキ状態に応じた動特性モデルとして電制モデルと空制モデルとが保持されている場合、上記動特性モデル切換部３３は、上記ブレーキ状態判定部３４から現在のブレーキ状態を示す情報を取得し、現在のブレーキ状態に応じて電制モデルあるいは空制モデルの何れかを選択する。つまり、上記ブレーキ状態判定部３４により（回生が有効で）電制が動作していると判断された場合、上記動特性モデル切換部３３は、動特性モデルとして電制モデルを選択する。また、上記ブレーキ状態判定部３４により（回生が効かず）空制のみで減速していると判断された場合、上記動特性モデル切換部３３は、動特性モデルとして空制モデルを選択する。

次に、自動列車運転装置２が保持する複数の動特性モデルの例について説明する。
上記のように、自動列車運転装置２は、複数の動特性モデルを有している。上記自動列車運転装置２は、複数の動特性モデルのうち走行状態あるいは周囲環境に応じた最適な動特性モデルを利用して走行を制御する。つまり、複数の動特性モデルは、それぞれ当該車両において想定される走行状態あるいは周囲環境に対応するものである。
たとえば、自動列車運転装置２により用いられることが想定される動特性モデルとしては、以下の（１）〜（４）に示すような動特性モデルが考えられる。

（１）当該列車１が制動装置として電気ブレーキ（回生ブレーキ）と空気ブレーキ（摩擦ブレーキ）とを有している場合、動特性モデル保持部２２には、電気ブレーキ用の動特性モデルとしての電制モデルと空気ブレーキ用の動特性モデルとしての空制モデルとを記憶することが考えられる。電気ブレーキと空気ブレーキとでは、ブレーキ特性に大きな差異があると考えられる。このため、電制モデルあるいは空制モデルの何れかをブレーキの状態に応じて適切に選択して、当該列車１の制動を制御すれば、定位置停止制御等の運転制御の精度を向上できるとを考えられる。

（２）当該列車１が地上と地下とを走行する場合、動特性モデル保持部２２には、地上走行用の動特性モデルとしての地上モデルと地下走行用の動特性モデルとしての地下モデルとを記憶することが考えられる。地上の路線区間と地下の路線区間とでは、環境状態が大きく異なることがあるため、ブレーキ特性にも変化が生じることが予想される。このため、地上モデルあるいは地下モデルの何れかを現在の位置に応じて適切に選択して、当該列車１の制動を制御すれば、定位置停止制御などの運転制御の精度を向上させることができると考えられる。

なお、地上と地下とに限らず、列車１が走行する特定の区間ごとにブレーキ特性などの動特性が変化する場合も、各区間ごとの動特性モデルを動特性モデル保持部２２に保持しておくことにより、各区間における動特性に応じた運転制御が可能となる。

（３）上記動特性モデル保持部２２には、晴天時の走行用の動特性モデルとしての晴天モデルと雨天時の走行用の動特性モデルとしての雨天モデルとを記憶することが考えられる。晴天時と雨天時では、環境状態（特定に停止条件）が大きく異なることがあるため、ブレーキ特性にも変化が生じることが予想される。このため、晴天モデルあるいは雨天モデルの何れかを天候に応じて適切に選択して、当該列車１の制動を制御すれば、定位置停止制御などの運転制御の精度を向上させることができると考えられる。

この場合、天候を示す情報を取得する手段としては、運転手が図示しない操作盤により晴天か雨天かを入力する手段、列車１に設置されているワイパーの稼動により晴天か雨天かを特定する手段、無線通信機能により外部から天候情報を受信する手段などが考えられる。これらの手段により取得される天候を示す情報に基づいて、上記動特性モデル切換部３３は、天候を監視する。これにより、晴天であれば、上記動特性モデル切換部３３は、動特性モデルとして晴天モデルを選択し、雨天であれば、動特性モデルとして雨天モデルを選択する。

（４）上記動特性モデル保持部２２には、車両の併結および分割状態に応じた動特性モデルを記憶することも考えられる。たとえば、複数の車両を併結した状態での走行用の動特性モデルとしての併結モデルと車両を分割した状態での走行用の動特性モデルとしての分割モデルとを上記動特性モデル保持部２２に記憶することが考えられる。併結時と分割時では、車両自体の重量、駆動力、あるいは、制動力が大きく異なることがあるため、ブレーキ特性にも変化が生じることが予想される。このため、車両の併結状態あるいは分割状態に応じた動特性モデルを適切に選択して、当該列車１の制動を制御すれば、定位置停止制御などの運転制御の精度を向上させることができると考えられる。

この場合、併結及び分割の状況（車両数）を示す情報は、運転手が図示しない操作盤により入力する手段、図示しない車両制御情報装置による車両数の検出結果を取得する手段、無線通信機能により外部から車両数の情報を受信する手段で取得することが考えられる。これらの手段で取得した情報に基づいて、上記動特性モデル切換部３３では、併結及び分割の状況（車両数）を監視する。これにより、上記動特性モデル切換部３３では、車両数に応じた動特性モデルを選択できる。

次に、上述した複数の動特性モデルを切換える動作例として、上記（１）で説明したような電制モデルと空制モデルとによる運転制御について説明する。
この場合、動特性モデル切換部３３は、ブレーキ状態判定部３４による判定結果に基づいて電制モデルあるいは空制モデルの何れかを選択する。たとえば、電気ブレーキによる制動が有効である場合、上記動特性モデル切換部３３は、電制モデルを選択する。この電制モデルを選択している状態において、上記動特性モデル切換部３３は、ブレーキ状態判定部３４による判定結果に基づいてブレーキ状態の変化を監視している。制動が電気ブレーキから空制ブレーキが切り換わった場合、上記動特性モデル切換部３３は、動特性モデルを電制モデルから空制モデルに切替える。

上記制御指令部３１は、上記動特性モデル切換部３３が選択した動特性モデルを用いて運転制御を実行する。すなわち、上記動特性モデル切換部３３が電制モデルを選択している状態においては、上記制御指令部３１は、電気ブレーキによるブレーキ特性に応じた動特性モデルにて当該列車１を制動させる。上記動特性モデル切換部３３が動特性モデルを電制モデルから空制モデルに切換えた場合、上記制御指令部３１は、空気ブレーキによるブレーキ特性に応じた動特性モデルにて当該列車１を制動させる。

一般に、電気ブレーキと空気ブレーキとを併用する制動装置では、たとえば、図２あるいは図３に示すような停止位置の乱れが起こる可能性が高い。図２（ａ）に示すように、空制トルクが電制トルクよりも大きい場合、電気ブレーキから空気ブレーキに切替えると、想定よりも空気ブレーキによる減速度が大きくなることが多い。このような場合、図２（ｂ）に点線で示すような制御目標に対して実線で示すように、停止位置がショートしてしまう傾向が強くなる。また、図３（ａ）に示すように、空気ブレーキの応答時定数が電気ブレーキよりも大きい場合、電気ブレーキから空気ブレーキに切替えると、空気ブレーキでは想定しただけの減速度が得られないことが多い。このような場合、図３（ｂ）に点線で示すような制御目標に対して実線で示すように、停止位置がオーバーしてしまう傾向が強くなる。

このように、電気ブレーキと空気ブレーキとを併用する制動装置１４では、１つの動特性モデルだけでは高精度な定位置停止制御を実現するのが難しい。これに対して、本自動列車運転装置２では、電制モデルと空制モデルとを保持しておくことによりブレーキの状態に応じた適切な運転制御が可能となり、定位置停止制御等の運転制御の精度を向上できる。

次に、上述した複数の動特性モデルを切換える動作の例として、上記（２）で説明したような地上モデルと地下モデルとによる運転制御について説明する。
ここで、データベース２１に記憶されている路線データには、上記位置検出信号により検出される位置が地上か地下かを判別するための情報が含まれるものとする。この場合、上記動特性モデル切換部３３は、速度及び位置検出部３２から出力される位置検出信号とデータベース２１に記憶されている路線データとに基づいて、当該列車１の現在位置が地上か地下かを判別する。当該列車１の現在位置が地上である場合、上記動特性モデル切換部３３は、地上モデルを選択する。また、当該列車１の現在位置が地下である場合、上記動特性モデル切換部３３は、地下モデルを選択する。

すなわち、上記動特性モデル切換部３３は、速度及び位置検出部３２から出力される位置検出信号に基づいて当該列車１の現在位置が地上か地下かを監視している。これにより、列車１が地上から地下に進入した場合、上記動特性モデル切換部３３は、動特性モデルを地上モデルから地下モデルに切替える。また、列車１が地下から地上に上がってきた場合、上記動特性モデル切換部３３は、動特性モデルを地下モデルから地上モデルに切替える。

上記制御指令部３１は、上記動特性モデル切換部３３が選択した動特性モデルを用いて運転制御を実行する。すなわち、上記動特性モデル切換部３３が地上モデルを選択している状態においては、上記制御指令部３１は、地上の路線におけるブレーキ特性などの動特性を示す地上用の動特性モデルにて当該列車１を制御する。上記動特性モデル切換部３３が動特性モデルを地下モデルを選択している状態においては、上記制御指令部３１は、地下の路線におけるブレーキ特性などの動特性を示す地下用の動特性モデルにて当該列車１を制御する。

上記のように、本実施の形態によれば、自動列車運転装置は、列車１の運転を制御するための複数の動特性モデルを有している。上記自動列車運転装置は、複数の動特性モデルのうち当該列車１の走行状態あるいは周囲環境を監視する。上記自動列車運転装置は、監視結果として得られる当該列車１の走行状態あるいは周囲環境に応じた最適な動特性モデルを適宜選択し、選択した最適な動特性モデルにより当該列車１の走行を制御する。

これにより、上記のような実施の形態によれば、様々な条件で走行する列車１に対して、種々の走行状態あるいは周囲環境に対応する動特性モデルを選択することができ、適切な動特性モデルにより定位置停止制御の精度を向上させることができる。

なお、上記実施の形態は、単一の条件で動特性モデルを選択するものに限らず、異なる条件の動特性モデルの組合せにより運転制御を行うようにしても良い。たとえば、地下区間で電制ブレーキを使用する場合、電制モデルと地下モデルと組合せた動特性モデルで運転制御を行うことも可能である。同様に、雨天時に地上で空気ブレーキを使用する場合、空制モデルと地上モデルと雨天モデルとを組み合わせた動特性モデルで運転制御を行うことも可能である。このような形態によれば、種々の条件に対する全ての組合せに対応する動特性モデルを予め保持しておく必要がない。この結果として、複数の動特性モデルに対する切換要素の増減が容易となる。

本発明の実施形態に係る自動列車運転装置の構成例を示すブロック図。 空制トルクが電制トルクよりも大きい場合の電気ブレーキと空気ブレーキとによる定位置停止制御の例を示す図。 空気ブレーキの応答時定数が電気ブレーキの応答時定数よりも大きい場合の電気ブレーキと空気ブレーキとによる定位置停止制御の例を示す図。

符号の説明

１…列車、２…自動列車運転装置、１１…速度検出器、１２…地上子検出器、１３…駆動装置、１４…制動装置、２１…データベース、２２…動特性モデル保持部、３１…制御指令部、３２…速度及び位置検出部、３３…動特性モデル切換部、３４…ブレーキ状態判定部。

Claims (3)

1. 少なくとも電気ブレーキに対応し列車の制動を制御するための第１の動特性モデルと前記電気ブレーキとは異なる空気ブレーキに対応し列車の制動を制御するための第２の動特性モデルとを記憶する記憶部と、
   前記電気ブレーキおよび前記空気ブレーキの動作状況を判定する判定手段と、
   前記判定手段によって動作していると判定された電気ブレーキまたは空気ブレーキに基づき、前記記憶部から対応する第１の動特性モデルまたは第２の動特性モデルを選択する選択手段と、
   前記選択手段によって選択された第１の動特性モデルまたは第２の動特性モデルに基づいて制動の制御を行う制御手段と、
   を備えたことを特徴とする列車制御装置。
2. 前記判定手段は、回生運転が行われることを示す信号に基づいて前記電気ブレーキが動作指定と判定し、ブレーキシュー圧に基づいて前記空気ブレーキが動作していると判定する、ことを特徴とする前記請求項１に記載の列車制御装置。
3. 前記選択手段は、前記判定手段によって電気ブレーキおよび空気ブレーキが動作していると判定された場合、前記第２の動特性モデルを選択する、ことを特徴とする前記請求項１に記載の列車制御装置。

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