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技術 列車自動運転における速度制御装置及び方法

出願人 エルエス産電株式会社
発明者 尹映皖方隆
出願日 2010年8月16日 (10年6ヶ月経過) 出願番号 2010-181743
公開日 2011年3月3日 (9年11ヶ月経過) 公開番号 2011-042361
状態 特許登録済
技術分野 鉄道交通の監視、制御、保安
主要キーワード プロファイルパターン 計算パターン 減速プロファイル 現在速度情報 速度制御パターン 現在走行速度 線路状況 m区間
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2011年3月3日)のものです。
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図面 (17)

課題

本発明は、制限速度プロファイルを満たし、列車加速走行または減速走行する場合に加速度限界及びジャーク限界を守って搭乗客に不便さを感じさせないように、列車が走行するそれぞれの位置で列車が走行すべき速度を推定して制御する列車自動運転における速度制御装置及び方法を提供する。

解決手段

自動運転速度プロファイル計算部を備え、制限速度プロファイルにおいて列車を加速走行させて到達しなければならない加速目標点、列車を等速走行させて到達しなければならない等速目標点、及び列車を減速走行させて到達しなければならない減速目標点を抽出し、列車の出発位置、前記加速目標点、等速目標点及び減速目標点の間における区間区分して、各区間別に位置−速度プロファイルを計算する。

概要

背景

鉄道分野において信号制御設備は、列車走行する場合に事故の発生を防止し、安全な列車運転がされるようにし、列車運用の効率を高めうるような各種信号装置の技術及び制御システムの技術で構成される。

信号制御設備は、列車の進路を制御する設備である軌道回路装置連動装置線路切替装置及び列車集中制御装置と、列車間の間隔を制御する設備である閉塞装置、列車自動停止装置、列車自動制御列車自動運転、及びその他運転保安及び情報化目的の設備などに分類される。

これら信号制御設備のうち、列車自動運転は、列車の加速減速及び停車のような機能を自動で行って列車の運転能率を向上させる役割を果たす。

この自動列車運転は、与えられた走行条件及び線路に合わせて走行計画事前に立てる方式と、一定の距離走行時の様々な速度パターンをあらかじめ格納しておき、条件に適した速度パターンを選択して走行計画を立てる方式などが知られている。

与えられた走行条件及び線路に合わせて走行計画を事前に立てる方式は、特定走行区間に対してそれぞれの位置で列車の速度制御パターンを事前に決定し、決定した速度制御パターンに従って列車の速度を追従させる方式で列車を運転するものである。

しかしながら、先行列車遅延などによって列車の走行状態が走行計画から大きく外れる場合は、事前に定められた計画修正し難いため、運行上の遅延が発生し、発生した遅延時間を補うことは困難である。また、外乱等によって列車が走行計画から外れる場合にも計画を修正し難く、この場合、事前に定められた計画を無理に追従すると、走行計画に反映したエネルギー節約乗車感などの目標を達成することが困難となる。さらに、線路条件及び線路状態が変わる等して走行計画を修正する必要がある場合に柔軟に対処できなくなる。

そして、一定距離走行時の様々な速度パターンをあらかじめ格納しておき、条件に適した速度パターンを選択して走行計画を立てる方式は、多数の速度パターンを継続して組み合わせることで目標地点までの全体走行計画を立てることができる。また、条件指令装置は、列車の現在位置とあらかじめ入力されている路線情報とを比較し、速度制限区間に接近する場合はこれを検知して、ダイヤグラムにどれくらいの余裕があるか、先行列車にどれくらい接近したかなどの様々な条件を検討して適切なパターンを選択し、指令を下す。

しかしながら、列車の速度パターンをどのような方式で変更させながら運行するかに対する基準が明確でない場合がありうる。すなわち、最適の状態を判別する条件が明確でない場合は、指令装置が、与えられた条件で最適のパターンを探すとは保障し難い。しかも、あらゆる速度パターンを持っているわけではなく、いずれの場合においても満足できるような結果を得ることは困難である。

一方、大韓民国登録特許第10−435983号では、トラック回路から目標速度を受信して、加速度限界及びジャーク限界守りながら現在速度から目標速度に進むためのジャークプロファイルを求め、これを積分して加速度プロファイル及び速度プロファイルを求め、該求めた速度プロファイルを列車が追従するようにした。

しかしながら、この大韓民国登録特許第10−435983号は、時間ベースのプロファイルを使用するので、追従制御がよくできず、走行状態が走行計画から外れる場合には位置エラー補正し難い。特に、列車を減速運転する場合に問題とされるものであって、特定地点で列車の速度が速度制限値を満足しなければならないときに、時間によってプロファイルを追従する場合には速度制限を満たす位置にエラーが生じることを補正することが困難である。すなわち、速度−時間グラフにおいて、下側部分の面積は列車の移動距離であって、速度プロファイルを追従する場合に目標プロファイルと実際走行記録との間に誤差が発生すると、結果として速度−時間グラフにおいて下側部分の面積に誤差が生じることがあり、一時的でも追従に問題が生じる場合にはこれを回復することができない。

このような理由から、列車を自動で停止させる場合にも時間ベースのプロファイルを使用することには限界がある。

また、単純に現在速度から目標速度に到達するための一般的な形態のプロファイル計算法のみを提案している。また、一定ジャーク−一定加速度−一定ジャークという3区間に分けられるプロファイルを提案しているが、複雑な制限速度プロファイルが与えられる場合には様々なパターンが発生しうるので、上記のプロファイル計算パターン一つだけでは対応し難い。すなわち、上記の方法だけでは位置による任意の制限速度プロファイルに対応し難く、よって、列車自動運転における柔軟性の制約につながる。

概要

本発明は、制限速度プロファイルを満たし、列車を加速走行または減速走行する場合に加速度限界及びジャーク限界を守って搭乗客に不便さを感じさせないように、列車が走行するそれぞれの位置で列車が走行すべき速度を推定して制御する列車自動運転における速度制御装置及び方法を提供する。自動運転速度プロファイル計算部を備え、制限速度プロファイルにおいて列車を加速走行させて到達しなければならない加速目標点、列車を等速走行させて到達しなければならない等速目標点、及び列車を減速走行させて到達しなければならない減速目標点を抽出し、列車の出発位置、前記加速目標点、等速目標点及び減速目標点の間における区間を区分して、各区間別に位置−速度プロファイルを計算する。

目的

本発明が解決しようとする課題は、線路状況列車間隔及びダイヤグラムの変更などを含む様々な条件を考慮して導き出した区間別制限速度プロファイル地上信号システムから受信される場合に、搭乗客の乗車感のために加速度限界及びジャーク限界を守りながら区間別制限速度プロファイル内で最適の走行性能を導き出すことのできる位置ベースの速度プロファイルを導き出し、導き出した速度プロファイルを追従するように列車を制御することによって、列車自動運転において所望の走行性能及び停車性能が得られるようにする列車自動運転における速度制御装置及び方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

制限速度プロファイル提供部が提供する制限速度プロファイルを用いて、列車自動運転する各位置における目標速度を計算して、列車を自動運転する位置−速度プロファイルを提供する自動運転速度プロファイル計算部と、列車の現在位置及び走行速度を計算する速度/位置計算部と、前記速度/位置計算部が計算した列車の現在位置における目標速度を、前記自動運転速度プロファイル計算部が提供する位置−速度プロファイルから探索する目標速度探索部と、前記速度/位置計算部が計算した列車の走行速度から前記目標速度探索部が探索した目標速度を減算して速度誤差を検出する減算器と、前記減算器が検出した速度誤差によって列車の推進または制動命令を発生する推進/制動計算部と、を含み、前記自動運転速度プロファイル計算部は、前記制限速度プロファイルにおいて列車を加速走行させて到達しなければならない加速目標点、列車を等速走行させて到達しなければならない等速目標点、及び列車を減速走行させて到達しなければならない減速目標点を抽出し、列車の出発位置、前記加速目標点、等速目標点及び減速目標点の間における区間区分して、各区間別に位置−速度プロファイルを計算することを特徴とする、列車自動運転における速度制御装置

請求項2

前記制限速度プロファイルは、区間別に列車が走行する制限速度の情報が含まれることを特徴とする、請求項1に記載の列車自動運転における速度制御装置。

請求項3

前記位置−速度プロファイルの計算は、前記それぞれの区間別に時間−速度プロファイルを計算し、該計算した時間−速度プロファイルを用いて時間−位置プロファイルを計算した後、時間−速度プロファイル及び時間−位置プロファイルを用いて位置−速度プロファイルを計算することを特徴とする、請求項1に記載の列車自動運転における速度制御装置。

請求項4

前記自動運転速度プロファイル計算部が提供する位置−速度プロファイルを格納するデータベースをさらに含み、前記目標速度探索部は、前記データベースから目標速度を探索することを特徴とする、請求項1に記載の列車自動運転における速度制御装置。

請求項5

前記制限速度プロファイル提供部は、地上装置に設けられて、車上装置に制限速度プロファイルを無線伝送し、前記自動運転速度プロファイル計算部は、車上装置に設けられ、前記制限速度プロファイル提供部が無線伝送する制限速度プロファイルによって位置−速度プロファイルを計算して前記データベースに格納することを特徴とする、請求項4に記載の列車自動運転における速度制御装置。

請求項6

前記制限速度プロファイル提供部及び自動運転速度プロファイル計算部は、地上装置に設けられ、前記自動運転速度プロファイル計算部が提供する位置−速度プロファイルを車上装置に伝送して前記データベースに格納することを特徴とする、請求項4に記載の列車自動運転における速度制御装置。

請求項7

前記制限速度プロファイル提供部及び自動運転速度プロファイル計算部は、車上装置に設けられることを特徴とする、請求項4に記載の列車自動運転における速度制御装置。

請求項8

制限速度プロファイル提供部が提供する制限速度プロファイルを用いて自動運転速度プロファイル計算部が、列車を自動運転する各位置における目標速度を計算して位置−速度プロファイルを提供するステップと、速度/位置計算部が列車の現在位置及び列車の走行速度を計算するステップと、前記列車の現在位置における目標速度を目標速度探索部が前記位置−速度プロファイルから探索するステップと、前記列車の走行速度から前記探索した目標速度を減算して速度誤差を検出するステップと、前記検出した速度誤差によって列車の推進または制動命令を発生するステップと、を含む、列車自動運転における速度制御方法

請求項9

前記位置−速度プロファイルを提供するステップは、前記制限速度プロファイルにおいて列車を加速走行させて到達しなければならない加速目標点、列車を等速走行させて到達しなければならない等速目標点、及び列車を減速走行させて到達しなければならない減速目標点を抽出するステップと、列車の出発位置、前記抽出した加速目標点、等速目標点及び減速目標点の間における区間を区分するステップと、前記区分したそれぞれの区間別に列車のそれぞれの位置で列車が走行する速度を計算して位置−速度プロファイルを提供するステップと、を含むことを特徴とする、請求項8に記載の列車自動運転における速度制御方法。

請求項10

前記位置−速度プロファイルを提供するステップは、前記区分したそれぞれの区間別に時間−速度プロファイルを計算するステップと、前記計算した時間−速度プロファイルを用いて時間−位置プロファイルを計算するステップと、前記時間−速度プロファイル及び時間−位置プロファイルから、列車がそれぞれの位置で走行する速度を検出して位置−速度プロファイルを計算し、該計算した位置−速度プロファイルを提供するステップと、を含むことを特徴とする、請求項9に記載の列車自動運転における速度制御装置。

技術分野

0001

本発明は、列車自動運転(Automatic Train Operation)における速度制御装置及び方法に関するものである。

0002

特に、本発明は、制限速度プロファイルを満たし、かつ、列車加速走行または減速走行する場合に加速度限界及びジャーク限界を守って搭乗客に不便さを感じさせないように、列車が走行するそれぞれの位置で列車が走行すべき速度を推定して制御する列車自動運転における速度制御装置及び方法に関するものである。

背景技術

0003

鉄道分野において信号制御設備は、列車が走行する場合に事故の発生を防止し、安全な列車運転がされるようにし、列車運用の効率を高めうるような各種信号装置の技術及び制御システムの技術で構成される。

0004

信号制御設備は、列車の進路を制御する設備である軌道回路装置連動装置線路切替装置及び列車集中制御装置と、列車間の間隔を制御する設備である閉塞装置、列車自動停止装置、列車自動制御、列車自動運転、及びその他運転保安及び情報化目的の設備などに分類される。

0005

これら信号制御設備のうち、列車自動運転は、列車の加速減速及び停車のような機能を自動で行って列車の運転能率を向上させる役割を果たす。

0006

この自動列車運転は、与えられた走行条件及び線路に合わせて走行計画事前に立てる方式と、一定の距離走行時の様々な速度パターンをあらかじめ格納しておき、条件に適した速度パターンを選択して走行計画を立てる方式などが知られている。

0007

与えられた走行条件及び線路に合わせて走行計画を事前に立てる方式は、特定走行区間に対してそれぞれの位置で列車の速度制御パターンを事前に決定し、決定した速度制御パターンに従って列車の速度を追従させる方式で列車を運転するものである。

0008

しかしながら、先行列車遅延などによって列車の走行状態が走行計画から大きく外れる場合は、事前に定められた計画修正し難いため、運行上の遅延が発生し、発生した遅延時間を補うことは困難である。また、外乱等によって列車が走行計画から外れる場合にも計画を修正し難く、この場合、事前に定められた計画を無理に追従すると、走行計画に反映したエネルギー節約乗車感などの目標を達成することが困難となる。さらに、線路条件及び線路状態が変わる等して走行計画を修正する必要がある場合に柔軟に対処できなくなる。

0009

そして、一定距離走行時の様々な速度パターンをあらかじめ格納しておき、条件に適した速度パターンを選択して走行計画を立てる方式は、多数の速度パターンを継続して組み合わせることで目標地点までの全体走行計画を立てることができる。また、条件指令装置は、列車の現在位置とあらかじめ入力されている路線情報とを比較し、速度制限区間に接近する場合はこれを検知して、ダイヤグラムにどれくらいの余裕があるか、先行列車にどれくらい接近したかなどの様々な条件を検討して適切なパターンを選択し、指令を下す。

0010

しかしながら、列車の速度パターンをどのような方式で変更させながら運行するかに対する基準が明確でない場合がありうる。すなわち、最適の状態を判別する条件が明確でない場合は、指令装置が、与えられた条件で最適のパターンを探すとは保障し難い。しかも、あらゆる速度パターンを持っているわけではなく、いずれの場合においても満足できるような結果を得ることは困難である。

0011

一方、大韓民国登録特許第10−435983号では、トラック回路から目標速度を受信して、加速度限界及びジャーク限界を守りながら現在速度から目標速度に進むためのジャークプロファイルを求め、これを積分して加速度プロファイル及び速度プロファイルを求め、該求めた速度プロファイルを列車が追従するようにした。

0012

しかしながら、この大韓民国登録特許第10−435983号は、時間ベースのプロファイルを使用するので、追従制御がよくできず、走行状態が走行計画から外れる場合には位置エラー補正し難い。特に、列車を減速運転する場合に問題とされるものであって、特定地点で列車の速度が速度制限値を満足しなければならないときに、時間によってプロファイルを追従する場合には速度制限を満たす位置にエラーが生じることを補正することが困難である。すなわち、速度−時間グラフにおいて、下側部分の面積は列車の移動距離であって、速度プロファイルを追従する場合に目標プロファイルと実際走行記録との間に誤差が発生すると、結果として速度−時間グラフにおいて下側部分の面積に誤差が生じることがあり、一時的でも追従に問題が生じる場合にはこれを回復することができない。

0013

このような理由から、列車を自動で停止させる場合にも時間ベースのプロファイルを使用することには限界がある。

0014

また、単純に現在速度から目標速度に到達するための一般的な形態のプロファイル計算法のみを提案している。また、一定ジャーク−一定加速度−一定ジャークという3区間に分けられるプロファイルを提案しているが、複雑な制限速度プロファイルが与えられる場合には様々なパターンが発生しうるので、上記のプロファイル計算パターン一つだけでは対応し難い。すなわち、上記の方法だけでは位置による任意の制限速度プロファイルに対応し難く、よって、列車自動運転における柔軟性の制約につながる。

発明が解決しようとする課題

0015

したがって、本発明が解決しようとする課題は、線路状況列車間隔及びダイヤグラムの変更などを含む様々な条件を考慮して導き出した区間別制限速度プロファイル地上信号システムから受信される場合に、搭乗客の乗車感のために加速度限界及びジャーク限界を守りながら区間別制限速度プロファイル内で最適の走行性能を導き出すことのできる位置ベースの速度プロファイルを導き出し、導き出した速度プロファイルを追従するように列車を制御することによって、列車自動運転において所望の走行性能及び停車性能が得られるようにする列車自動運転における速度制御装置及び方法を提供することである。

0016

本発明が解決しようとする技術的課題は、上記の技術的課題に制限されず、言及されていない他の技術的課題は、下の記載から、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者には明確に理解される。

課題を解決するための手段

0017

本発明に係る列車自動運転における速度制御装置は、
制限速度プロファイル提供部が提供する制限速度プロファイルを用いて、列車を自動運転する各位置における目標速度を計算して、列車を自動運転する位置−速度プロファイルを提供する自動運転速度プロファイル計算部と、
列車の現在位置及び走行速度を計算する速度/位置計算部と、
前記速度/位置計算部が計算した列車の現在位置における目標速度を、前記自動運転速度プロファイル計算部が提供する位置−速度プロファイルから探索する目標速度探索部と、
前記速度/位置計算部が計算した列車の走行速度から前記目標速度探索部が探索した目標速度を減算して速度誤差を検出する減算器と、
前記減算器が検出した速度誤差によって列車の推進または制動命令を発生する推進/制動計算部と、を含み、
前記自動運転速度プロファイル計算部は、前記制限速度プロファイルにおいて列車を加速走行させて到達しなければならない加速目標点、列車を等速走行させて到達しなければならない等速目標点、及び列車を減速走行させて到達しなければならない減速目標点を抽出し、列車の出発位置、前記加速目標点、等速目標点及び減速目標点の間における区間を区分して、各区間別に位置−速度プロファイルを計算することを特徴とする。

0018

前記制限速度プロファイルは、区間別に列車が走行する制限速度の情報が含まれることを特徴とする。

0019

前記位置−速度プロファイルの計算は、前記それぞれの区間別に時間−速度プロファイルを計算し、該計算した時間−速度プロファイルを用いて時間−位置プロファイルを計算した後、時間−速度プロファイル及び時間−位置プロファイルを用いて位置−速度プロファイルを計算することを特徴とする。

0020

上記列車自動運転における速度制御装置は、前記自動運転速度プロファイル計算部が提供する位置−速度プロファイルを格納するデータベースをさらに含み、
前記目標速度探索部は、前記データベースから目標速度を探索することを特徴とする。

0021

前記制限速度プロファイル提供部は、地上装置に設けられて、車上装置に制限速度プロファイルを無線伝送し、
前記自動運転速度プロファイル計算部は、車上装置に設けられ、前記制限速度プロファイル提供部が無線伝送する制限速度プロファイルによって位置−速度プロファイルを計算して前記データベースに格納することを特徴とする。

0022

前記制限速度プロファイル提供部及び自動運転速度プロファイル計算部は、地上装置に設けられ、前記自動運転速度プロファイル計算部が提供する位置−速度プロファイルを車上装置に伝送して前記データベースに格納することを特徴とする。

0023

前記制限速度プロファイル提供部及び自動運転速度プロファイル計算部は、車上装置に設けられることを特徴とする。

0024

そして、本発明に係る列車自動運転における速度制御方法は、制限速度プロファイル提供部が提供する制限速度プロファイルを用いて自動運転速度プロファイル計算部が、列車を自動運転する各位置における目標速度を計算して位置−速度プロファイルを提供するステップと、
速度/位置計算部が列車の現在位置及び列車の走行速度を計算するステップと、
前記列車の現在位置における目標速度を、目標速度探索部が前記位置−速度プロファイルから探索するステップと、
前記列車の走行速度から前記探索した目標速度を減算して速度誤差を検出するステップと、
前記検出した速度誤差によって列車の推進または制動命令を発生するステップと、
を含むことを特徴とする。

0025

前記位置−速度プロファイルを提供するステップは、
前記制限速度プロファイルにおいて列車を加速走行させて到達しなければならない加速目標点、列車を等速走行させて到達しなければならない等速目標点、及び列車を減速走行させて到達しなければならない減速目標点を抽出するステップと、
列車の出発位置、前記抽出した加速目標点、等速目標点及び減速目標点の間における区間を区分するステップと、
前記区分したそれぞれの区間別に列車のそれぞれの位置で列車が走行する速度を計算して位置−速度プロファイルを提供するステップと、を含むことを特徴とする。

0026

前記位置−速度プロファイルを提供するステップは、
前記区分したそれぞれの区間別に時間−速度プロファイルを計算するステップと、
前記計算した時間−速度プロファイルを用いて時間−位置プロファイルを計算するステップと、
前記時間−速度プロファイル及び時間−位置プロファイルから、列車がそれぞれの位置で走行する速度を検出して位置−速度プロファイルを計算し、該計算した位置−速度プロファイルを提供するステップと、を含むことを特徴とする。

発明の効果

0027

本発明の列車自動運転における速度制御装置及び方法は、乗車感及び列車の性能を考慮して与えられた値である加速度限界及びジャーク限界に基づいて列車自動運転の走行計画速度プロファイルを計算し、プロファイルを求めるために使用する加速度限界及びジャーク限界は、乗車感と列車性能によって与えられた値に基づいて制御器の性能を考慮してある程度の余裕をもって設定できるため、列車の最適の運行計画を立てることができる。

0028

そして、距離(位置)ベースの自動運転速度プロファイルを生成し、距離(位置)による制御基準速度を用いて運転するから、列車が位置による制限速度を守りながら正確な位置に停車することができる。

0029

また、列車の走行中に任意の制限速度プロファイルに対応して柔軟に自動運転走行計画を立てたり修正したりすることができる。

図面の簡単な説明

0030

列車自動運転システムの構成を示す図である。
本発明の好適な実施例による速度制御装置の構成を示す図である。
制限速度プロファイルを例示する図である。
制限速度プロファイルにおいて加速目標点、制限目標点及び等速目標点を設定する動作を説明するための図である。
出発位置及び複数の目標点間のプロファイルを計算する場合に用いる基本パターンを例示する図である。
出発位置及び複数の目標点間のプロファイルを計算する場合に用いる基本パターンを例示する図である。
出発位置及び複数の目標点間のプロファイルを計算する場合に用いる基本パターンを例示する図である。
出発位置及び複数の目標点間のプロファイルを計算する場合に用いる基本パターンを例示する図である。
制限速度プロファイルの300〜650m区間におけるジャーク限界、加速度限界及び時間−速度プロファイルを示す図である。
制限速度プロファイルの300〜650m区間における時間−位置プロファイルを示す図である。
制限速度プロファイルの300〜650m区間における位置−速度プロファイルを示す図である。
本発明によって位置−速度プロファイルを計算する例を示す図である。
図3の制限速度プロファイルに対する本発明の自動運転位置−速度プロファイルの例を示す図である。
本発明によって制限速度プロファイルが変更される場合に、自動運転位置−速度プロファイルを変更する動作を説明するための図である。
本発明によって制限速度プロファイルが変更される場合に、自動運転位置−速度プロファイルを変更する動作を説明するための図である。
本発明によって制限速度プロファイルが変更される場合に、自動運転位置−速度プロファイルを変更する動作を説明するための図である。

0031

本発明によって制限速度プロファイルが変更される場合に、自動運転位置−速度プロファイルを変更する動作を説明するための図である。

実施例

0032

以下の詳細な説明は、例示的なもので、本発明の実施例を示すものに過ぎない。また、本発明の原理概念は、最も有用で且つ容易に理解されうるように提供される。したがって、本発明の基本理解のための余計に詳細な構造は提供しないことはもちろん、通常の知識を有する者が実施しうる本発明の様々な形態を図面に基づいて例示する。

0033

図1は、列車自動運転システムの構成を示す図である。ここで、符号100は、列車が走行する線路の隣接位置に設置される地上装置である。この地上装置100は、地上子102及び制限速度プロファイル提供部104を含む。

0034

地上子102は、列車が地上子102の設置されている位置を通過する場合に、現在位置などを含む地上子情報無線で送信する。

0035

制限速度プロファイル提供部104は、区間別制限速度プロファイルを計算して無線で送信する。例えば、区間別制限速度プロファイルは、先行列車との距離及び線路条件などによって区間別に列車が走行すべき速度及び走行距離などの情報を含む。

0036

符号150は、列車に設置される車上装置である。この車上装置150は、速度計152、地上子情報受信部154、制限速度プロファイル受信部156、速度制御装置158、推進/制動命令インターフェース部160、列車推進装置162及び列車制動装置164を含む。

0037

速度計152は、列車の走行速度を検出して走行速度信号を発生する。

0038

地上子情報受信部154は、地上装置100の地上子102が伝送する地上子情報を受信する。

0039

制限速度プロファイル受信部156は、地上装置100の制限速度プロファイル提供部104が伝送する制限速度プロファイルを受信する。

0040

速度制御装置158は、速度計152が発生する走行速度信号、地上子情報受信部154が受信した地上子情報、及び制限速度プロファイル受信部156が受信した制限速度プロファイルによって列車の走行速度を推定し、推定した走行速度に基づいて推進/制動命令を発生する。

0041

推進/制動命令インターフェース部160は、速度制御装置158が発生する推進/制動命令をインターフェースする。

0042

列車推進装置162は、推進/制動命令インターフェース部160がインターフェースする推進命令によって列車を推進させる。

0043

列車制動装置164は、推進/制動命令インターフェース部160がインターフェースする制動命令によって列車を制動させる。

0044

図2は、図1の列車自動運転システムにおいて速度制御装置158の好適な実施例の構成を示す図である。図2を参照すると、速度制御装置158は、自動運転速度プロファイル計算部200、データベース210、速度/位置計算部220、目標速度探索部230、減算器240及び推進/制動計算部250を含む。

0045

自動運転速度プロファイル計算部200は、制限速度プロファイル提供部104が提供する区間別制限速度プロファイルに従って、距離に基づいて列車を自動運転する自動運転速度プロファイルを計算する。

0046

データベース210は、自動運転速度プロファイル計算部200が計算した自動運転速度プロファイルを格納する。

0047

速度/位置計算部220は、速度計152が出力する走行速度信号及び地上子情報受信部154が受信した地上子情報を用いて列車の現在位置情報及び列車の現在速度情報を計算する。

0048

目標速度探索部230は、速度/位置計算部220が計算した列車の現在位置で列車が走行すべき目標速度を、データベース210から探索する。

0049

減算器240は、速度/位置計算部220が計算した列車の現在速度から目標速度探索部230が探索した目標速度を減算して、列車の速度誤差を計算する。

0050

推進/制動計算部250は、減算器240が計算した列車の速度誤差によって列車の推進または列車の制動を計算し、計算結果に基づいて列車の推進/制動命令を発生して推進/制動命令インターフェース部160に出力する。

0051

このような構成を有する本発明は、列車が線路を走行する場合に、速度計152が列車の走行速度を検出して走行速度信号を発生し、発生した走行速度信号は、速度制御装置158の速度/位置計算部220に入力される。

0052

そして、列車が地上装置100の地上子102が設置されている位置に到達する場合に地上子102が伝送する地上子情報、すなわち、列車が現在走行している位置情報を含む地上子情報を地上子情報受信部154が受信して、速度制御装置158の速度/位置計算部220に入力する。

0053

また、地上装置100において該当の列車に対する新しい区間別制限速度プロファイルを計算し、計算した新しい区間別制限速度プロファイルを制限速度プロファイル提供部104が無線通信などの媒体を通じて車上装置150に送信すると、制限速度プロファイル受信部156が当該新しい区間別制限速度プロファイルを受信して速度制御装置158の自動運転速度プロファイル計算部200に入力する。

0054

この区間別制限速度プロファイルは、列車の位置ベースの区間別制限速度情報を含んでいる。例えば、図3に示すように、300〜650mでは60km/h以下の速度で、650〜1000mでは90km/h以下の速度で、1000〜1350mでは40km/h以下の速度で、1350〜1825mでは80km/h以下の速度で、1825〜2000mでは500km/h以下の速度で列車を走行する旨の制限速度情報を含んでいる。

0055

そして、列車が2000mの地点まで走行しながら新しい区間別制限速度プロファイルを受信できない場合は、列車は2000mの地点以前に停止しなければならない。

0056

自動運転速度プロファイル計算部200は、制限速度プロファイル受信部156から、図3に示すような区間別制限速度プロファイルが入力されると、与えられた加速度限界及びジャーク限界を考慮して、列車の各位置で列車が走行すべき目標速度である自動運転速度プロファイルを計算する。

0057

列車の各位置における自動運転速度プロファイルが計算されると、自動運転速度プロファイル計算部200は、計算された列車の各位置における自動運転速度プロファイルをデータベース210に格納する。

0058

このような状態で、速度/位置計算部220は、速度計152から入力される走行速度信号と地上子情報受信部154から入力される地上子情報を用いて、列車が現在位置する位置情報、及び列車の現在走行速度を知らせる速度情報を発生する。

0059

すなわち、速度/位置計算部220は、地上子情報受信部154から入力される地上子情報から列車の現在位置を確認し、確認した現在位置から、速度計152から入力される走行速度信号を用いて列車が走行する現在位置を検出して発生する。また、速度/位置計算部220は、速度計152から入力される走行速度信号を用いて列車の現在走行速度を知らせる速度情報を発生する。

0060

速度/位置計算部220が列車の現在位置情報を発生すると、目標速度探索部230がデータベース210を検索して、列車が現在位置で走行すへぎ目標速度を探索し、探索した目標速度を減算器240に出力する。

0061

すると、減算器240は、速度/位置計算部220が発生する、列車が現在走行している速度から目標速度探索部230が探索した目標速度を減算して列車の速度誤差を計算し、計算した速度誤差によって推進/制動計算部250が列車を推進または制動するかを計算して推進/制動命令を発生する。

0062

推進/制動計算部250が発生した推進/制動命令は、推進/制動命令インターフェース部160を通じて列車推進装置160及び列車制動装置164に伝達され、これにより、列車を推進または制動する。

0063

したがって、この列車は、データベース210に格納された列車の現在位置のそれぞれの速度を追従しながら走行することとなる。

0064

このような本発明において、自動運転速度プロファイル計算部200が、例えば、図3に示すような区間別制限速度プロファイルを入力して、列車のそれぞれの位置で列車が走行すべき目標速度である自動運転速度プロファイルを計算する動作について詳細に説明する。

0065

まず、自動運転速度プロファイル計算部200は、図3に示す区間別制限速度プロファイルを入力することで、図4に示すように、300m地点である列車の出発位置400から区間別制限速度プロファイルの2000m地点までにおいて、列車を加速運転して到達しなければならない加速目標点410,420,450、列車を等速運転して到達しなければならない等速目標点440,470、及び列車を減速運転して到達しなければならない制限目標点430,460,480を順次に連結しながら抽出する。

0066

すなわち、自動運転速度プロファイル計算部200は、650m地点の加速目標点410と、1000m地点の加速目標点420及び制限目標点430と、1350m地点の等速目標点440と、1825m地点の加速目標点450と、1825m地点の制限目標点460と、2000m地点の等速目標点470と、2000m地点の制限目標点480を順次に連結しながら抽出する。

0067

出発位置400及び複数の目標点410〜480が抽出されると、自動運転速度プロファイル計算部200は、出発位置400及び複数の目標点410〜480間の速度プロファイルを用いて全体区間に対する速度プロファイルを計算する。

0068

出発位置400及び複数の目標点410〜480間の速度プロファイルを計算する場合に、例えば、図5乃至図8に示す基本速度パターンを用いる。

0069

すなわち、加速目標点410,420,450に向かう場合には、加速度増加→等加速度→加速度減少を有する図5の基本速度パターン、または加速度増加→加速度減少を有する図7の基本速度パターンを用いる。

0070

そして、制限目標点430,460,480に向かう場合には、加速度減少→等加速度→加速度増加を有する図6の基本速度パターン、または加速度減少→加速度増加を有する図8の基本速度パターンを用いる。

0071

等速目標点440,470については列車を固定した速度で走行させればいいので、別の加速パターンまたは減速パターンは必要とされない。

0072

列車の初期状態初期位置li、初期速度vi、初期加速度ai)、目標点における列車状態目標位置ltgt、目標速度vf、目標加速度af=0)、加速度限界(加速時最大amax、減速時最小amin)及びジャーク限界(最大Jm、最小−Jm)が与えられた時における基本速度パターンは、下記の順序で導き出される。

0073

まず、加速目標点410,420,450について説明すると、最初の基本パターンにおいて、ti〜t1区間、t1〜t2区間、t2〜tf区間におけるプロファイルはそれぞれ、加速度増加(最大ジャーク)、等加速度(ジャーク0)、加速度減少(最小ジャーク)の形態を示す。パターンの式を決定するためには、境界時間t1、t2、tfの値を求めなければならない。

0074

そして、加速度プロファイルは、ジャークプロファイルを積分して求めることができ、速度プロファイルは、加速度プロファイルを積分して求めることができる。初期時間ti=0にすると、全体区間における加速度プロファイルa(t)と速度プロファイルv(t)はそれぞれ、下記の数学式1及び数学式2で示される。

0075

0076

0077

上記数学式1の加速度プロファイルa(t)と数学式2の速度プロファイルv(t)で、t=t1、t=t2、t=tfの時の境界条件を用いるとt1、t2、tfの値を求めることができる。

0078

この時、t1<t2の場合に、加速目標点410,420,450までの距離が充分で、等加速度区間が存在するものであり、図5に示す加速度増加→等加速度→加速度減少を有する基本パターンを取る。

0079

そして、t1≧t2の場合には、加速目標点410,420,450までの距離が短くて、等加速度区間が存在しないものであり、図7に示すように、加速度増加→加速度減少を有する基本パターンを取る。

0080

そして、制限目標点430,460,480の場合には、加速目標点410,420,450と同じ過程を通じて制限目標点による基本パターンの変数と数学式を決定することができる。

0081

図9は、区間別制限速度プロファイルにおける300〜650mの区間において最初の加速目標点410に基本パターンを適用する例を示す図である。

0082

ここで、与えられたジャーク限界はJm=2km/h/s/sとし、加速度限界は、最大amax=3km/h/sとする。そして、列車の初期加速度は0km/h/s、初期速度は30km/h、初期位置は300mとする。

0083

上記の本発明の方法によってパターンの変数を導き出すと、図9に示すように、時間11.5秒が経過した後に、列車は、目標速度である60Km/hに到達するプロファイルを求めることができる。

0084

境界時間t1、t2、tfの値はそれぞれ、1.5秒、10.0秒、11.5秒であり、この時の列車速度値はそれぞれ、32.25km/h、57.25km/h、60km/hである。

0085

列車の移動距離は、上記のようにして求めた速度を積分して求めることができ、図9のパターンにおいて目標速度vfに到達する時間tfまでの列車の移動距離は143.75mである。

0086

この143.75mの距離は、出発位置400から加速目標点410までの距離350mよりも短いので、自動運転速度プロファイルは、300mの地点から始まって443.75mの地点で列車の目標速度60km/hに到達した後、加速目標点410まで等速走行の形態としてつながる。

0087

図9に示す時間−速度プロファイルにおいて、速度を積分してそれぞれの時間での列車位置を求めると、図10に示すような時間−位置プロファイルを導き出すことができる。

0088

そして、この求められた時間−速度プロファイルと時間−位置プロファイルを、時間を媒介体として組み合わせると、図11に示すように、位置−速度プロファイルを導き出すことができる。

0089

例えば、図11で、時間tの場合に時間−速度プロファイルにおける速度をvtとし、時間−位置プロファイルにおける位置をltとすれば、(lt,vt)のような位置−速度プロファイルにおける値を得ることができる。これは、列車を自動運転する場合に、位置ltでは目標速度をvtに設定すればいいということを意味する。

0090

図12では、コンピュータまたはマイクロプロセッサーなどで計算を用いて位置−速度プロファイルを導き出す方法の一つを提示しており、下記の過程を通じて位置−速度プロファイルの値を計算することができる。

0091

1.基本加速パターンを用いて時間によるジャークプロファイルJ(t)を求め、これに基づいて時間による基準ジャークを求めて使用する。

0092

例えば、図12に示すように、時間tpでは基準ジャークJ(tp)=0を用いてlqを求め、時間tqでは基準ジャークJ(tq)=−2を用いてIpを求める、

0093

2.現在計算段階での位置及び時間はそれぞれ、lp=l(tp)、tp=p・△t(ここで、p=0,1,2,…であり、t0=0であり、l0=l(0)である。)であり、以前段階であるloからlp−1までのプロファイル{lj、vj│j=0,1,2,…,p−1}は計算された状態であり、直前状態(時間tp−1)での位置、速度及び加速度lp−1、vp−1、ap−1が格納されている(初期状態:l0、v0、a0)。

0094

3.加速目標点に向かう場合に、現在位置における基準速度vpは、vp−1=vtの場合に、下記の数学式3で計算することができ、vp−1<vtの場合には、下記の数学式4で計算することができる。

0095

0096

0097

上記数学式3は、加速目標点に向かうとともに、図5に示す加速度増加→等加速度→加速度減少を有するパターンの場合に用いる数学式である。減速目標点に向かう場合や等加速度区間のないパターンを用いる場合にも、上記数学式3と同様にして図6乃至図8のジャークプロファイルを積分した速度v(t)の式を誘導することができる。

0098

ここで、数学式4のlpは、数学式5のように移動平均を適用して計算することができる。

0099

0100

4.上記の1.〜3.の過程を、プロファイルを求めようとする区間における出発点から、lpが目標点の位置であるltに到達するまで繰り返し行う。

0101

ここで、△tに固定値を用いたが、列車の速度によって調節される可変値を用いることも可能である。

0102

図13は、図3に示す区間別制限速度プロファイルに対して、自動運転速度プロファイル計算部200が、出発位置400から最終位置である制限目標点480に到達するまで目標点ごとに上記過程を繰り返し行って得た自動位置−速度プロファイルを示す図である。

0103

ここで、区間別制限速度プロファイルにおいて列車の出発位置400から最終位置である制限目標点480まで順方向に位置−速度プロファイルを計算する過程について説明する。

0104

300〜650m区間では、上に例示したように、300m地点から始まって加速目標点410(650m、60km/h)に向かって位置−速度プロファイルを作成し、650〜1000m区間では、650m地点から加速目標点420(1000m、90km/h)に向かって位置−速度プロファイルを作成する途中で制限目標点430(1000m、40km/h)に目標点を転換して位置速度プロファイルを作成する。

0105

上記の基本パターンを用いると、現在位置から特定目標点に到達するために必要な距離を求めることができるので、毎計算段階において以降の制限目標点430に対して必要な制動距離と実際に残った距離とを比較し、制動距離と残った距離とが同一の時、制限目標点430に対する制動プロファイルを作成し始めるとよい。

0106

1000〜1350m区間では、等速目標点440(1350m、40km/h)に向かって等速で位置−速度プロファイルを作成し、1350〜1825m区間では、加速目標点450(1350m、80km/h)に向かって位置−速度プロファイルを作成し、目標速度80km/hに到達した後には、等速で位置−速度プロファイルを作成する。そして、上記の650〜1000m区間と同様に、制限目標点460(1825m、50km/h)に対して制動が必要と判別されると、減速プロファイルパターンを適用して制限目標点460(1825m、50km/h)までの制動で位置−速度プロファイルを作成する。

0107

最後に、1825〜2000m区間では、制限目標点480(2000m、0km/h)に対して制動が必要な時点から制動で位置−速度プロファイルを作成して制限目標点480(2000m、0km/h)で列車が停車できるような位置−速度プロファイルを作成する。

0108

自動運転速度プロファイル計算部200が制限速度プロファイルを反映して位置−速度プロファイルを計算し、計算した位置−速度プロファイルに従って列車を走行させている状態で新しい制限速度プロファイルが入力される場合は、新しい制限速度プロファイルを反映して位置−速度プロファイルを再び計算し、この再び計算した位置−速度プロファイルに従って列車を走行させる。

0109

例えば、図14aに示すように、自動運転速度プロファイル計算部200が位置−速度プロファイルを計算し、計算した位置−速度プロファイルに従って列車を走行させている状態において、図14bに示すように、臨時に列車の走行速度を制限する区間と停車地点を変更した制限速度プロファイルが入力される場合に、自動運転速度プロファイル計算部200は、当該計算した位置−速度プロファイルに新しく入力された制限速度プロファイルを反映して、例えば、図14cに示すように、列車を自動運転する位置−速度プロファイルを更新し、この更新した位置−速度プロファイルに従って列車を運転する。

0110

一方、以上では地上装置100に制限速度プロファイル提供部104が設けられ、自動運転速度プロファイル計算部200は車上装置150に搭載されるとして説明した。

0111

しかし、本発明はこれに限定されず、制限速度プロファイル提供部104及び自動運転速度プロファイル計算部200が両方とも車上装置150に搭載されるように構成することもでき、制限速度プロファイル提供部104及び自動運転速度プロファイル計算部200が両方とも地上装置100に搭載されるように構成することもできる。

0112

制限速度プロファイル提供部104及び自動運転速度プロファイル計算部200が両方とも車上装置150に搭載する場合には、地上装置100は、列車の制限速度に影響を与えるような情報が発生する度に該当の情報を車上装置150に伝送する。

0113

そして、車上装置150に設けられている制限速度プロファイル提供部104は、地上装置100が伝送する情報によって制限速度プロファイルを計算して自動運転速度プロファイル計算部200に伝達し、自動運転速度プロファイル計算部200は、この制限速度プロファイルに従って列車を自動運転する位置−速度プロファイルを計算してデータベース210に格納する。

0114

このような構成では、地上装置100が車上装置150に伝送せねばならないデータの種類がやや複雑になることがあり、車上装置での計算負荷を増加させることがある。

0115

ただし、制限速度プロファイルの計算は、自動運転位置−速度プロファイルの計算に比べて計算量が非常に少ないので、実質的に車上装置150に大きな負担にはならない。

0116

そして、制限速度プロファイル提供部104及び自動運転速度プロファイル計算部200が両方とも地上装置100に設置される場合には、地上装置100では、列車の制限速度に影響を与えるような情報が発生すると、制限速度プロファイル提供部104が制限速度プロファイルを計算し、計算された制限速度プロファイルに従って自動運転速度プロファイル計算部200が列車を自動運転する位置−速度プロファイルを計算する。

0117

そして、該計算された位置−速度プロファイルを車上装置150に伝送するか、または、車上装置150が列車の位置による目標速度を要請する場合に、該位置−速度プロファイルから目標速度を検索して車上装置150に伝送する。

0118

この場合には、車上装置150における計算負荷を最小化させることはできるが、データの伝送量が多くて、地上装置100の計算負荷が大きくなるという短所がある。

0119

ただし、地上装置100が複数台の列車に対して位置−速度プロファイルを計算する場合にも、複数台の列車において制限速度プロファイルが同時に更新される確率は少ないので(プロファイルアップデートが走行中に継続して発生することはないので)、地上装置100で必要とされる計算力は、車上装置150でプロファイルを計算する場合に比べて遥かに大きくなることはない(すなわち、n台の列車を地上で処理するからといってn倍の計算力が必要とされるわけではない。)。

0120

そして、本発明によって列車の走行を制御するためには、毎制御周期ごとに列車の現在位置に対する目標速度(自動運転位置−速度プロファイル)が必要である。この情報は、数式や位置−速度対のリストとして格納することもできる。

0121

図11に示すように、各時間区間に対して基本パターンを適用して自動運転の時間−速度プロファイルの式を得ると、これを用いて自動運転時間−位置プロファイルの式を得ることができる。これにより、毎制御周期ごとに列車の現在位置に対する時間−速度プロファイルにおける目標速度の値(時間を媒介変数にして)を数式を用いて計算することができる。

0122

図12では、各区間でジャークプロファイルのパターンを適用し、これに基づいて位置による目標速度値を順次に求めていく方式を示す。これは、上の動作説明で提示した計算方式であり、コンピュータまたはマイクロプロセッサーの反復計算力を用いている。この方式は、制限速度プロファイルの出発点から次の目標点へと反復して進みながら、特定時間間隔(一定または可変)で位置−目標速度対を順次に求めていく方式である。この方式を用いると、出発点から特定時間解像度一連の位置-速度対のリストを得ることができる。

0123

列車は、毎制御周期ごとに現在位置でリストを検索して目標速度を導き出し、これを用いて出力を制御することができる。ここで説明した方式は、出発点から到着点の方向へと計算するフォワード(forward)方式としたが、同様のジャークプロファイルパターンを用いて反対方向に計算するバックワード(backward)方式も共に用いることができる。

0124

以上では代表的な実施例に挙げて本発明を詳細に説明してきたが、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者には、以上の実施例に限定されず、本発明の範ちゅうを逸脱しない限度内で様々な変形実施が可能であるということが理解される。

0125

したがって、本発明の権利範囲は、説明された実施例に限定して定められるものではなく、添付の特許請求の範囲とその均等範囲で定められるべきである。

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