(57)【要約】【課題】定位置停止制御が精度良く行える列車制御システムを提供する。【解決手段】本発明は、検出した列車速度、列車位置、ブレーキ指令、ブレーキ特性モデル、モデルパラメータに基づいて列車を定位置に停止させるためのブレーキ指令を決定し、かつ、減速の前半部で充分減速するブレーキパターンにしてブレーキ制御する列車制御システムを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車にブレーキをかけるブレーキ装置と、
列車の複数種のブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及びブレーキ制御アルゴリズムを保持し、与えられるブレーキ切替指令に基づいて該当するブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及びブレーキ制御アルゴリズムを選択して出力するブレーキ特性モデル保持部と、
列車速度を検出する速度検出部と、
列車位置を検出する列車位置検出部と、
前記速度検出部の検出した列車速度、ブレーキ指令、前記ブレーキ特性モデル保持部の出力するブレーキ特性モデル、モデルパラメータに基づいて列車のブレーキ特性を推定するブレーキ特性推定部と、
前記速度検出部の検出した列車速度、前記列車位置検出部の検出した列車位置、ブレーキ指令、前記ブレーキ特性モデル保持部の出力するブレーキ特性モデル、モデルパラメータに基づいて列車を定位置に停止させるためのブレーキ指令を決定し、かつ、減速の前半部で充分減速するブレーキパターンにしたブレーキ指令を前記ブレーキ装置に指令するブレーキ指令決定部と、
前記ブレーキ特性推定部の推定した列車のブレーキ特性に対応して、前記ブレーキ特性モデル保持部にそれが保持している複数種のブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムのうちから特定のブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムを選択して出力するように前記ブレーキ切替指令を与えるモデル切替部とを備えたことを特徴とする列車制御システム。
【請求項２】
前記ブレーキ指令決定部は、定位置に停止させるためのブレーキ指令を決定し、かつ、減速の前半部で充分減速するブレーキパターンにしたブレーキ指令に対して、充分減速した減速の後半部においてブレーキを緩解するブレーキ指令を出力することを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
【請求項３】
前記ブレーキ指令決定部は、定位置に停止させるためのブレーキ指令を決定し、かつ、減速の前半部で充分減速するブレーキパターンにしたブレーキ指令に対して、充分減速した減速の後半部において惰行に近い減速度にするブレーキ指令を出力することを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
【請求項４】
前記ブレーキ指令決定部は、定位置に停止させるためのブレーキ指令を決定し、かつ、減速の前半部で充分減速するブレーキパターンにしたブレーキ指令に対して、充分減速した減速の後半部において減速度を０に近づけるブレーキ指令を出力することを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
【請求項５】
前記ブレーキ特性モデル保持部は、減速度が強い場合、減速度が強くなる場合、減速度が弱い場合、減速度が弱くなる場合のそれぞれに応じて、ブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムを保持し、
前記モデル切替部は、減速度が強い場合、減速度が強くなる場合、減速度が弱い場合、減速度が弱くなる場合のそれぞれに応じたブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムのブレーキ切替指令を前記ブレーキ特性モデル保持部に出力することを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
【請求項６】
前記ブレーキ指令決定部は、前記ブレーキの緩解指令を所定の速度よりも低い場合にのみに限定して出力することを特徴とする請求項２に記載の列車制御システム。
【請求項７】
前記モデル切替部は、直近の過去の減速度を記憶する記憶部を備え、前記記憶部に記憶している直近の過去の減速度を考慮して、ブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムのブレーキ切替指令を前記ブレーキ特性モデル保持部に出力することを特徴とする請求項５に記載の列車制御システム。
【請求項８】
前記ブレーキ特性モデル保持部は、デフォルトのブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムを保持し、
前記モデル切替部は、減速度が強い場合、減速度が強くなる場合、減速度が弱い場合、減速度が弱くなる場合のいずれも当てはまらない場合に、前記デフォルトのブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムのブレーキ切替指令を出力することを特徴とする請求項５に記載の列車制御システム。
【請求項９】
前記ブレーキ特性モデル保持部は、デフォルトのブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムを保持し、
前記モデル切替部は、列車の走行開始毎に前記デフォルトのブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムのブレーキ切替指令を出力することを特徴とする請求項５に記載の列車制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ブレーキ制御に特徴を有する列車制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
列車の乗り心地や停止位置精度の向上を実現するには、ブレーキ特性に対応して適切なブレーキ制御を行う必要がある。列車のブレーキ特性としては、例えば、図８に示すように推定したブレーキ制御時の目標走行パターン１００に対して、この目標走行パターンに基づくブレーキ制御を行ったときに、速度低下に伴い減速度が増加する特性があって曲線１０１のように速度低下時に減速度が推定値よりも大きくなり、停止目標ＳＴＯよりも手前で停止してしまうことがある。また、ノッチのアップダウン時のヒステリシス特性があって、同じブレーキ指令に対してもノッチのアップ時とダウン時とで実際のブレーキの効きが異なり、結果的に定位置停止できない場合もある。
【０００３】
ブレーキ特性を正確に推定できれば、適切なブレーキ指令を決定することができるが、そのためには、推定した特性と実際の特性とが異なっているような場合でも、多様なブレーキ特性に対応したブレーキ制御ができるようにすることが必要となる。
【０００４】
最近試みられているブレーキ制御の方法としては、瞬間的な減速度ではなく平均的な減速度を用いることにより、停止制御精度を向上する定位置停止制御方法が知られている（特開２００６-３２００３７号公報−特許文献１）。
【０００５】
また、高速列車ではブレーキ力のばらつきが大きく、停止精度確保のためには低速でブレーキを緩解する必要がある場合が多いが、この緩解のあとで減速度推定をしても適切なブレーキ制御が間に合わない。そこで、図８の曲線１０２に示すように、減速を開始した最初の内に一定時間減速度を大きくしたブレーキをかけて減速度推定を行い、ブレーキの後半部、充分に減速した時点で緩解するブレーキ制御が必要である。
【０００６】
ところが、速度低下に伴う減速度増加特性があるブレーキ装置にて実際よりも強い減速度増加特性を想定してブレーキ制御をしてしまうと、停止間際での減速度の不足のためノッチを強くしてしまい、乗り心地の悪化や停止位置オーバーにつながってしまう場合がある。
【特許文献１】特開２００６−３２００３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記の従来の技術的課題に鑑みてなされたもので、定位置停止制御が精度良く行える列車制御システム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】
【０００８】
本発明は、列車にブレーキをかけるブレーキ装置と、列車の複数種のブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及びブレーキ制御アルゴリズムを保持し、与えられるブレーキ切替指令に基づいて該当するブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及びブレーキ制御アルゴリズムを選択して出力するブレーキ特性モデル保持部と、列車速度を検出する速度検出部と、列車位置を検出する列車位置検出部と、前記速度検出部の検出した列車速度、ブレーキ指令、前記ブレーキ特性モデル保持部の出力するブレーキ特性モデル、モデルパラメータに基づいて列車のブレーキ特性を推定するブレーキ特性推定部と、前記速度検出部の検出した列車速度、前記列車位置検出部の検出した列車位置、ブレーキ指令、前記ブレーキ特性モデル保持部の出力するブレーキ特性モデル、モデルパラメータに基づいて列車を定位置に停止させるためのブレーキ指令を決定し、かつ、減速の前半部で充分減速するブレーキパターンにしたブレーキ指令を前記ブレーキ装置に指令するブレーキ指令決定部と、前記ブレーキ特性推定部の推定した列車のブレーキ特性に対応して、前記ブレーキ特性モデル保持部にそれが保持している複数種のブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムのうちから特定のブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムを選択して出力するように前記ブレーキ切替指令を与えるモデル切替部とを備えた列車制御システムを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の列車制御システムによれば、低速時の減速度増加特性が強いブレーキ特性を持つ列車にもそれが弱いブレーキ特性を持つ列車にも対応でき、ブレーキ特性にばらつきがあっても乗り心地を悪化させることなく、列車を確実に定位置停止させるブレーキ制御ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて詳説する。図１は本発明の１つの実施の形態の列車制御システム２の構成を示している。本実施の形態の列車制御システム２は、車両１に搭載されたブレーキ特性推定部３、ブレーキ指令決定部４、モデル切替部５、ブレーキ特性モデル保持部６、ブレーキ装置７、速度検出部８、位置検出部９ａ，９ｂ、速度・位置演算部１１で構成される。
【００１１】
ブレーキ特性推定部３は、速度・位置演算部１１から自列車の速度と位置を与えられる。速度・位置演算部１１は、速度検出部８から列車の速度情報を与えられる。速度検出部８は、例えばタコジェネレータであり、列車の車輪１２の回転速度若しくはモータの回転速度から列車速度を検出する。
【００１２】
位置検出部９ａ、９ｂはそれらの片方を備え、もしくは両方を備えていてよい。この位置検出部９ａ，９ｂにより車両１の位置情報を取得してブレーキ特性推定に利用する。位置検出部９ａは、例えばＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ  
Ｓｙｓｔｅｍ）であり、人工衛星の配置から位置情報を算出し、速度・位置演算部１１に送信する。地上子１０は、例えばトランスポンダや無線タグであり、位置検出部９ｂはこの地上子１０から受信した地上子情報を速度・位置演算部１１に送信する。
【００１３】
ブレーキ特性モデル保持部６は、図４に示すようなブレーキ指令とブレーキ力の関係、図５に示すような速度低下に伴うブレーキ力の増加特性、図６に示すようなブレーキ指令（ノッチ）の上げ下げに対するブレーキ力のヒステリシス特性、及び、ブレーキ指令切り替え時の応答特性等のブレーキ特性を保持し、また、それらのモデルパラメータを保持している。ブレーキ指令とブレーキ力の関係は、例えば、各ブレーキ指令に対するブレーキ減速度の形で保持している。速度低下に伴うブレーキ力の増加特性のモデルは、例えば、速度に対するブレーキ減速度の増加比率で保持している。ブレーキ指令の上げ下げに対するブレーキ力のヒステリシス特性のモデルは、例えば、各ブレーキノッチの組み合わせ毎に減速度の増加比率を表したものである。ブレーキ指令切り替え時の応答特性のモデルは、例えば、ブレーキ指令切り替え後の減速度変化の立ち上がり無駄時間を用いて表されたものである。
【００１４】
ブレーキ特性推定部３は、列車の速度・位置情報と、ブレーキ特性モデル保持部６に保持されているブレーキ特性及びそのモデルパラメータ、ブレーキ指令決定部４からのブレーキ指令を利用して列車のブレーキ特性を推定し、ブレーキ指令決定部４に与える。例えば、実際のブレーキ指令とブレーキ力との関係を規定するブレーキ特性モデルとの間の差の情報や、速度・位置情報から得た空気抵抗、勾配抵抗、曲線抵抗の情報を利用して、ブレーキ特性を推定する。
【００１５】
ブレーキ指令決定部４は、与えられたブレーキ特性と、ブレーキ指令決定部４自身が保持しているブレーキ制御アルゴリズムとに基づき、適切なブレーキ指令を決定してブレーキ装置７に与える。このブレーキ指令決定部４は、列車停止のためにブレーキをかけて減速させるその減速開始から停止までの減速制御の前半部分で充分減速をするようなブレーキ指令をブレーキ装置７に与える。例えば、ある一定の速度以下になるまで充分減速を行う。このようなブレーキ指令にすることにより、ブレーキ減速の後段部でブレーキ緩解を行う余裕ができ、推定したものとは異なるような多様なブレーキ特性に対しても遅れずに柔軟に対応する。
【００１６】
また、ブレーキ指令決定部４は、減速の後段部でのブレーキ緩解を許可する。こうすることにより、想定よりもブレーキ力が強く、停止目標位置よりも手前で停止してしまうケースを防ぐ。また、ブレーキ指令決定部４は、ブレーキ緩解をある一定速度以下の時のみに限定する。こうすることにより、速度が高い状態で緩解してしまって停止目標位置を超えてしまうケースを防ぐ。
【００１７】
また、ブレーキ指令決定部４は、減速の後段部で惰行に近い減速度を許可する。例えば、少しだけ空気ブレーキをかけておく。このように、緩解をせずにトルクを保つことにより、後で空気ブレーキを大きくしていく際の立ち上がり無駄時間の影響を削減できる。
【００１８】
また、ブレーキ指令決定部４は、減速度を０に近づける減速度で停止しようとするような指令を与える。例えば、惰行による減速度分だけ加速する。こうすることでブレーキ力が推定したものよりも弱くなる特性であっても、停止目標位置を大きく超えてしまうことを防ぐことができる。
【００１９】
モデル切替部５は、減速度の強さ、減速度の変化、速度・位置演算部１１から与えられる速度情報から算出した直近の減速度に基づいて、減速度が強い場合、減速度が強くなる場合、減速度が弱い場合、減速度が弱くなる場合のそれぞれに応じたブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムのブレーキ切替指令をブレーキ特性モデル保持部６に出力する。
【００２０】
また、モデル切替部５は、直近の過去の減速度を記憶し、記憶している直近の過去の減速度を考慮してブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムのブレーキ切替指令をブレーキ特性モデル保持部６に出力する。
【００２１】
また、モデル切替部５は、減速度が強い場合、減速度が強くなる場合、減速度が弱い場合、減速度が弱くなる場合のいずれも当てはまらない場合に、デフォルトのブレーキ特性モデル、モデルパラメータ及び制御アルゴリズムのブレーキ切替指令をブレーキ特性モデル保持部６に出力する。
【００２２】
モデル切替部５はさらに、列車が走行を開始する毎にモデルパラメータとしてデフォルト設定値に切り替えるようにブレーキ切替指令をブレーキ特性モデル保持部６に出力する。こうすることにより、前回の走行での推定値が雑音の影響を受けるなどして大きな誤差を含んでいる場合でも、新たにリセットすることになるので、安定した走行をすることができる。
【００２３】
ブレーキ特性モデル保持部６は、図２に示すように、いくつかのモデル、減速度が強い場合、減速度が強くなる場合、減速度が弱い場合、減速度が弱くなる場合それぞれに対応したモデル（１）〜モデル（４）のモデルパラメータ値を保持し、その他に、デフォルトのモデルパラメータ値を保持する。
【００２４】
このデフォルトのモデルパラメータ値は、例えば、あらかじめ設定された固有の値でもよいし、図３に示したようにモデル（１）２１とモデル（２）２２のモデルパラメータ値をＫ：（１−Ｋ）の案分係数２３，２４にて案分した値でもよい。ここで、案分係数２３がＫ＝０．５、したがって案分係数２４も１−Ｋ＝０．５ならば、デフォルト設定値は平均値となる。デフォルト設定値は、想定外の事態が発生した際のモデルパラメータ値として利用する。想定外の事態とは、例えば、列車走行中に長時間の空転・滑走が発生して通常の制御ができなくなってしまう場合や、推定値と実際の値との差がハードの故障が疑われるほど大きなものであったりするような場合である。
【００２５】
以上のように、本実施の形態の列車制御システムによれば、低速時の減速度増加特性が強いブレーキ特性を持つ列車にもそれが弱いブレーキ特性を持つ列車にも対応でき、ブレーキ特性にばらつきがあっても乗り心地を悪化させることなく、列車を定位置停止させるブレーキ制御ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の１つの実施の形態の列車制御システムのブロック図。
【図２】上記実施の形態の列車制御システムにおけるブレーキ特性モデル保持部のブロック図。
【図３】上記実施の形態の列車制御システムにおけるモデルパラメータの案分動作を示すブロック図。
【図４】上記実施の形態の列車制御システムにおけるブレーキ指令とブレーキ力の関係を表す図。
【図５】上記実施の形態の列車制御システムにおける速度低下に伴うブレーキ力の増加特性を表す図。
【図６】上記実施の形態の列車制御システムにおけるブレーキ指令の上げ下げに対するブレーキ力のヒステリシス特性、及び、ブレーキ指令切り替え時の応答特性等のブレーキ特性を表す図。
【図７】列車制御において、停止間際でのブレーキ緩解を許可する場合と許可しない場合のそれぞれの走行曲線を表す図。
【図８】列車制御において、推定よりもブレーキ力増加特性が大きい場合の停止位置誤差を説明する図。
【符号の説明】
【００２７】
１  車両
２  列車制御システム
３  ブレーキ特性推定部
４  ブレーキ指令決定部
５  モデル切替部
６  ブレーキ特性モデル保持部
７  ブレーキ装置
８  速度検出部
９ａ、９ｂ  位置検出部
１０  地上子
１１  速度位置演算部
２１  モデルデータベース（１）
２２  モデルデータベース（２）
２３  案分係数
２４  案分係数
β  減速度推定値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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