(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道システムを制御する装置において：
前記鉄道システムの軌道に沿った今後通過すべき位置における前記鉄道システムの複数の区画の間の予測される連結力を判断する第１の要素であって、前記複数の区画が、１以上の動力ユニットと非動力ユニットを備え、前記予測される連結力が前記複数の区画の内の１以上の区画の自然加速と前記鉄道システムの共通加速から予測されて判断され、前記予測される連結力が前記鉄道システム又は前記鉄道システムの前記複数の区画の予測されるスラック条件を表す、前記第１の要素と；
前記予測される連結力に呼応して作成又は修正された走行計画を使用して前記鉄道システムの前記動力ユニットによる引張力または制動力の適用を制御する第２の要素と
を備え、
前記走行計画が、前記軌道における前記鉄道システムの走行のための速度又は動力の軌跡を含み、
前記走行計画に従って前記軌道に沿った前記鉄道システムの実際の走行中に前記鉄道システムの複数の区間で実際に発生した実際の連結力が所定の限度内になるように前記走行計画が作成または修正される、
装置。
【請求項２】
前記鉄道システムは、線路網を通過する鉄道車両を含み、前記鉄道車両は、スラック条件を示し、前記第２の要素は、引張力または制動力の適用を制御して、前記鉄道車両または前記鉄道車両の区画のスラック条件を維持するか、または前記スラック条件を改変し、
前記動力ユニットは、機関車を含み、前記非動力ユニットは気動車を含み、前記第１の要素は、前記気動車における連結力の変化の位置を判断するように構成される請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記動力ユニットは、離間する複数の機関車からなり、前記第１の要素は、前記複数の機関車に対する連結力の変化を判断し、前記第２の要素は、前記連結力の変化により前記複数の各々の機関車に及ぼされる力の大きさに呼応して前記複数の各々の機関車における引張力または制動力の前記適用を制御する請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記連結力は、不確定範囲を含み、前記第２の要素は、前記スラック条件と前記不確定範囲とに呼応して引張力又は制動力を適用し、
前記第１の要素は、前記鉄道システムの仮定される移動パラメータに呼応して仮定されるスラック条件を、実際の移動パラメータに呼応して実際のスラック条件として連結力を判断し、前記不確定範囲は、前記仮定される移動パラメータと前記実際の移動パラメータとの間における関係に呼応する請求項１乃至３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
運転士が前記鉄道システムは、運転士が手動運転により制御されるように構成されており、
前記運転士に前記連結力に呼応して助言的制御動作を提供する助言的制御システムをさらに含み、前記助言的制御作用は、さらに、助言的引張力適用または助言的制動力適用からなり、前記運転士は、前記第２の要素の手動運転により前記助言的制御動作を実行するか否かを判断する請求項１乃至４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記引張力および制動力の適用計画からの逸脱に呼応して前記スラック条件を前記１つ以上の位置において再判断する要素を含む請求項１乃至５のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
鉄道システムの運転士に前記スラック条件の視覚的または聴覚的指示を提供する第３の要素をさらに含む請求項１乃至６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記第３の要素は、前記スラック条件の図形またはテキスト指示を提供するように構成され、現在の所定のスラック条件にあるか、または未来の所定のスラック条件となることが予想される前記鉄道システムの割合と、現在の所定のスラック条件にあるか、または未来の所定のスラック条件となることが予想される前記鉄道システムの気動車の台数と、現在の所定のスラック条件にあるか、または未来の所定のスラック条件となることが予想される前記鉄道システムのトン数との少なくとも１つをさらに含む請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記第２の要素による前記引張力または制動力の適用に対する前記スラック条件の応答を予測する第４の要素をさらに含み、前記第３の要素は、鉄道システムの運転士に対して、前記予測される応答の指示を提供する請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記鉄道システムは、先頭機関車編成と非先頭機関車編成と中間の気動車とからなり、前記第３の要素は、前記先頭機関車編成と前記非先頭機関車編成との間における前記気動車の前記スラック条件の指示を提供し、第４の要素は、前記非先頭機関車編成の後続の前記気動車の前記スラック条件の指示を提供する請求項７乃至９のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施例は、列車の運転に関し、特に列車内の力を制限して列車および気動車の損傷の可能性を低下させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
機関車は、各々が互いに依存し合う多数のサブシステムを有する複雑なシステムである。機関車に乗車する運転士は、引張および制動力を加えて機関車の速度と気動車の負荷とを制御して、適正な運転と所望の目的地に適時に到着することとを確実にする。さらにまた、速度制御を行なって列車内の力を許容可能な限度内に維持して、以って過剰な連結器の力と列車が分断される可能性とを回避しなければならない。この機能を実行し、かつ軌道上における列車の位置によって変動しうる指定運転速度に準拠するために、運転士は、一般に、特定の地形にわたって異なる気動車編成を有する機関車を運転する豊富な経験を有していなければならない。
【０００３】
列車の制御は、さらにまた、さまざまな列車および走行パラメータ、たとえば引張力および制動力の適用のタイミングおよび大きさを判断して列車を制御する自動列車制御システムによって行なわれうる。これに代わる方法として、列車制御システムは、運転士に好適な列車制御動作を助言して、運転士が助言された動作にしたがうか、または自身の独自の列車制御判断にしたがって列車の制御を行なう。
【０００４】
列車の連結器のスラック条件（２個の連結された連結器間における距離および該距離の変化）は、列車の制御を実質的に左右する。ある一定のスラック条件が存在する場合は、ある一定の列車制御動作を行なうことができる一方で、その他の列車制御動作は、列車、気動車または連結器の損傷を招きうるため、望ましくない。列車（または列車の区画）のスラック条件を判断、予測または推定することができると、これに呼応して適正な列車制御動作を行なって、損傷の危険性または列車の分断を最小限に抑えることができる。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／００５９０７５号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／０２１３８７５号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００４／０１３３３１５号
【特許文献４】米国特許出願公開第２００４／０２４５４１０号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００５／０１２０９０４号
【特許文献６】米国特許第６，１４４，９０１号公報
【特許文献７】米国特許第６，６９１，９５７号公報
【特許文献８】米国特許第７，０９２，８０１号公報
【特許文献９】米国特許第７，０９２，８００号公報
【特許文献１０】米国特許第７，０７９，９２６号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
ひとつの実施例において、先頭車両編成と非先頭車両編成と気動車とからなる鉄道システムを運転する装置を開示する。この装置は、ノードにより表される鉄道システム区画のスラック条件を判断する第１の要素と、鉄道システム、先頭車両編成および／または非先頭車両編成の引張力または制動力の適用を制御するように構成される制御要素とを含む。
【０００６】
また他の実施例において、鉄道システムを制御する装置を開示する。この装置は、鉄道システムまたは該鉄道システムの区画のスラック条件を判断する第１の要素と、前記スラック条件に呼応して鉄道システムへの引張力の適用または制動力の適用を制御する第２の要素とを含む。
【０００７】
さらにまた他の実施例において、軌道区間を通過中の、鉄道システムの鉄道車両のスラック条件を判断する装置を開示する。この装置は、軌道区間を通過中の鉄道車両に関する引張力および制動力の計画的適用を識別する第１の要素を含む。前記引張力および制動力の計画的適用に呼応して、鉄道車両が軌道区画を通過する前に軌道区画上の１個以上の位置においてスラック条件を判断する第２の要素が設けられる。さらにまた、前記引張力および制動力の計画的適用からの逸脱に呼応して、前記１個以上の位置において前記スラック条件を再判断する第３の要素が設けられる。
【０００８】
さらにまた他の実施例において、鉄道システムの連結器条件を判断する装置を開示する。前記鉄道システムは、１台以上の機関車と気動車とを含み、隣接する前記１台以上の機関車および気動車は、前記１台以上の各々の機関車および気動車に取り付けられる閉鎖状態の連結器により連結される。この装置は、鉄道システムの１台以上の気動車の自然加速を判断する第１の要素と、鉄道システムの共通加速を判断するとともに、気動車の前記自然加速と前記共通加速との間における関係を判断する第２の要素とを含み、前記関係は、前記気動車のスラック条件を示す。
【０００９】
また他の実施例において、先頭車両編成と非先頭車両編成と気動車とからなる鉄道システムであって、隣接する車両および気動車が連結器により連結される鉄道システムの連結器条件を判断する装置を開示する。この装置は、先頭車両編成の運転パラメータと非先頭車両編成の運転パラメータとを判断する第１の要素と、前記先頭車両編成の運転パラメータと前記非先頭車両編成の運転パラメータとからスラック条件を判断する第２の要素とを有する。
【００１０】
先頭車両構成と非先頭車両構成と気動車とからなる鉄道システムであって、隣接する車両および気動車が連結器により連結される鉄道システムの連結器スラック条件を判断する装置をまた他の実施例において開示する。この装置は、連結器に及ぼされる予想される力より大きい力を判断する第１の要素と、前記力に呼応してスラック条件またはスラック条件の変化を判断する第２の要素とを含む。
【００１１】
鉄道システムの列車内の力を制御する装置をさらに他の実施例において開示する。この装置は、鉄道システム全体または前記システムの区画のスラック条件を判断する第１の要素と、引張力および制動力の適用を制御して前記スラック条件を制御することで列車内の力を許容可能なレベルに制限する第２の要素とを有する。前記第１の要素は、鉄道システム上の２つの離間する位置間における距離を判断するとともに、前記２つの離間する位置間におけるスラック条件を前記距離から判断する。
【００１２】
鉄道システムを制御する装置は、さらにまた、前記鉄道システムの現在の状態を判断する第１の要素と、前記鉄道システムの予想される状態を判断する第２の要素と、前記現在の状態と前記予想される状態との間における差を判断する第３の要素とを有するものとして開示される。
【００１３】
鉄道システムを制御する装置は、さらに、前記鉄道システムのスラック条件を判断するとともに、前記判断されるスラック条件の不確定範囲を判断する第１の要素と、前記スラック条件と前記不確定範囲とに呼応して前記鉄道システムに対する引張力の適用または制動力の適用を制御する第２の要素とを有するものとして開示される。
【００１４】
さらにまた他の実施例において、各々が１台以上の従気動車を有する１台以上の機関車構成を有する鉄道列車であって、１台の前記機関車構成に運転士を有する鉄道列車を制御する装置を開示する。列車特性を供給する第１の要素が設けられ、列車移動パラメータを供給する第２の要素も設けられる。さらにまた、前記列車特性と前記列車移動パラメータとの少なくとも一方からスラック条件を判断する第３の要素と、前記スラック条件に呼応して引張力または制動力を適用する第４の要素とが設けられる。前記運転士は、前記第３の要素により判断されるスラック条件を無効化するとともに、前記第４の要素により適用される引張力の適用または制動力の適用を無効化する能力を有する。スラック条件情報を提供する表示装置も設けられる。
【００１５】
また他の実施例において、先頭車両編成と非先頭車両編成と気動車とを有する鉄道システムを運転する方法を開示する。この方法は、ノードにより表される鉄道システム区画のスラック条件を判断する段階と、前記鉄道システムと前記先頭車両構成と前記非先頭車両構成との少なくとも１つの引張力または制動力の適用を制御する段階とを含む。
【００１６】
鉄道システムのスラック条件を判断する方法も提供する。鉄道システム運転パラメータを判断する段階と、前記運転パラメータから等価勾配を判断する段階とが含まれる。
【００１７】
その他の段階には、前記鉄道システムがその上を通過している実際の軌道勾配を判断する段階と、前記等価勾配と前記実際の軌道勾配とからスラック条件を判断する段階とが含まれる。
【００１８】
鉄道システムを制御する方法を開示する。この方法は、軌道区画上における以前の引張力および制動力の適用を判断する段階を含む。前記以前の引張力および制動力の適用に呼応して前記軌道区画のスラック条件を判断する段階も開示する。また他の段階には、前記軌道区画上における以前の引張力および制動力の適用判断にしたがって後に前記軌道区画を通過する鉄道システムを制御する段階が含まれる。
【００１９】
さらに、１台以上の動力車両と複数の気動車とを有する鉄道システムのシステム内の力を判断する方法を開示する。この方法は、２台の車両間、１台の車両と１台の気動車との間または２台の気動車間における距離を第１の時点と第２の時点とにおいて判断する段階と、２台の車両間、１台の車両と１台の気動車との間または２台の気動車間における距離判断に呼応して鉄道システム全体または鉄道システム区画のスラック条件を判断する段階とを含む。
【００２０】
１台以上の車両と気動車とを有する鉄道システムであって、隣接する車両および気動車と隣接する気動車とが連結器によって連結される鉄道システムのシステム内の力を判断する方法をさらに開示する。この方法は、連結器に及ぼされる力の記号を判断する段階と、前記力の前記記号から前記連結器のスラック条件を判断する段階とを含む。
【００２１】
さらにまた、鉄道システムの連結器条件を判断する方法を開示する。前記鉄道システムは、１台以上の車両と気動車とを有し、隣接する１台以上の動力車両と気動車とは、連結器によって連結される。この方法は、列車の１台以上の気動車の自然加速を判断する段階と、列車の共通加速を判断する段階とを含む。さらにまた、気動車のスラック条件を示す、気動車の自然加速と共通加速との間における関係を判断する段階も設けられる。
【００２２】
さらにまた他の実施例において、１台以上の動力車両と気動車とを有する鉄道システムであって、隣接する１台以上の車両と気動車とが連結器によって連結される鉄道システムの連結器条件を判断する方法を開示する。この方法は、１台の前記車両または１台の前記気動車が直面する加速または速度の変化率を判断する段階を有する。
【００２３】
また他の段階として、前記変化率が、１台の前記車両により適用される引張力または制動力の適用に呼応しているか否かを判断する段階が設けられる。第３の段階として、前記変化率が、１台の前記車両により適用される引張力または制動力の適用に呼応しない場合に、連結器条件を判断する段階が設けられる。
【００２４】
鉄道システムのスラック条件を判断するコンピュータプログラム製品を開示する。このコンピュータプログラム製品は、前記スラック条件を判断するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体を含む。さらにまた、鉄道システム運転パラメータを判断する第１のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールと、前記運転パラメータから等価勾配を判断する第２のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールとを提供する。前記鉄道システムが通過している実際の軌道勾配を判断する第３のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールも提供し、さらに、前記等価勾配と前記実際の軌道勾配とからスラック条件を判断する第４のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを開示する。
【００２５】
また他の実施例において、鉄道システムのシステム内の力を判断するコンピュータプログラム製品を開示する。前記システム内の力を判断するためのコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体を提供する。さらにまた、以前の引張力および制動力の適用を判断する第１のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールと、前記以前の引張力または制動力の適用に呼応して前記鉄道システム全体または鉄道システム区画のスラック条件を判断する第２のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールとが含まれる。
【００２６】
さらにまた他の実施例において、１台以上の動力車両と複数の気動車とを有する鉄道システムのシステム内の力を判断するコンピュータプログラム製品を開示する。このコンピュータプログラム製品は、前記システム内の力を判断するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体を含む。さらにまた、２台の車両間、１台の車両と１台の気動車との間または２台の気動車間における距離を第１の時点と第２の時点とにおいて判断する第１のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールと、前記２台の車両間、前記車両と前記気動車との間または前記２台の気動車間における距離判断に呼応して前記鉄道システム全体または鉄道システム区画のスラック条件を判断する第２のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールとを開示する。
【００２７】
さらに、１台以上の車両と気動車とを有する鉄道システムであって、隣接する車両および気動車と隣接する気動車とが連結器によって連結される鉄道システムのスラック条件を判断するコンピュータプログラム製品を開示する。このコンピュータプログラム製品は、前記スラック条件を判断するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体を含む。さらにまた、連結器に及ぼされる力の記号を判断する第１のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールと、前記力の前記記号から前記連結器のスラック条件を判断する第２のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールとを開示する。
【００２８】
１台以上の車両と気動車とを有する鉄道システムであって、隣接する１台以上の動力車両と気動車とが連結器により連結される鉄道システムの連結器条件を判断するコンピュータプログラム製品を開示する。このコンピュータプログラム製品は、前記スラック条件を判断するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体を含む。さらにまた、列車の１台以上の気動車の自然加速を判断する第１のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールと、列車の共通加速を判断する第２のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールと、気動車のスラック条件を示す、前記気動車の前記自然加速と前記共通加速との間における関係を判断する第３のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールとを開示する。
【００２９】
１台以上の動力車両と気動車とを有する鉄道システムであって、隣接する１台以上の車両と気動車とが連結器により連結される鉄道システムの連結器条件を判断するコンピュータプログラム製品をさらに開示する。このコンピュータプログラム製品は、前記連結器条件を判断するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体を含む。さらにまた、１台の前記車両または１台の前記気動車が直面する加速または速度の変化率を判断する第１のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを開示する。さらに、前記変化率が１台の前記車両により適用される引張力または制動力の適用に呼応するか否かを判断する第２のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを開示する。前記変化率が、１台の前記車両によって適用される引張力または制動力の適用に呼応しない場合に、前記連結器条件を判断する第３のコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールも提供する。
【００３０】
さらにまた他の実施例において、鉄道システムを制御するコンピュータプログラム製品を開示する。この製品は、軌道区画上における以前の引張力または制動力の適用を判断するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体を有する。さらに、以前の引張力または制動力の適用に呼応して軌道区画のスラック条件を判断するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体を提供する。加えて、前記軌道区画上における以前の引張力または制動力の適用判断にしたがって、前記軌道区画を後に通過する鉄道システムを制御するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体を開示する。
【００３１】
さらに、鉄道システムの連結器条件を判断するコンピュータプログラム製品を開示する。前記鉄道システムは、１台以上の動力車両と気動車とを有し、隣接する１台以上の車両と気動車とは連結器により連結される。この製品は、１台の前記車両または１台の前記気動車が直面する加速または速度の変化率を判断するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体を有する。前記変化率が、１台に前記車両により適用される引張力または制動力の適用に呼応するか否かを判断するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体も提供する。さらにまた、前記変化率が、１台の前記車両により適用される引張力または制動力の適用に呼応しない場合に、前記連結器条件を判断するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体を開示する。
【００３２】
先頭車両編成と非先頭車両編成と気動車とを有する鉄道システムを運転するコンピュータプログラム製品を開示する。このコンピュータプログラム製品は、ノードにより表される鉄道システム区画のスラック条件を判断するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体を含む。さらにまた、前記鉄道システムと前記先頭車両構成と前記非先頭車両構成との少なくとも１つの引張力または制動力の適用を制御するコンピュータ読取り可能プログラムコードモジュールを組み入れられて有するコンピュータ使用可能媒体も提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の前記実施例のより具体的な説明は、添付図面に図示されている本発明の特定の実施例を参照して行なわれる。これらの図面は、本発明の一般的な実施例を示しているだけであり、したがって本発明の範囲を制限するものとは見なされないことを理解して、添付図面を用いて本発明をさらに具体的かつ詳細に説明する。
【００３４】
次に、添付図面に例が示されている本発明の態様と一致する実施例を詳細に参照する。可能な場合は常に、図面を通して用いられる同じ参照符号は、同一または同様の部分を示す。
【００３５】
本発明の実施例は、さまざまな用途において機関車編成と保線車両と複数の気動車とを含む鉄道システムの列車内の力を制限するシステムと方法とコンピュータ処理方法とを提供することによって、当該技術におけるある一定の問題を解決するものである。本発明の実施例は、一般に先頭車両編成と１台以上の非先頭車両編成とを含む分散動力列車と呼ばれる複数の分散機関車編成を含む列車にも適用可能である。
【００３６】
当業者には、ＣＰＵ、記憶装置、Ｉ／Ｏ、プログラムストレージ、接続バスおよびその他の適切な構成要素を含むデータ処理システム等の装置をプログラムするか、またはその他の方法で設計して、本発明の実施例の方法を実行しやすくしうることが認識されよう。このようなシステムは、これらの実施例の方法を実行する適切なプログラム手段を含む。
【００３７】
また他の実施例において、データ処理システムとともに用いられる事前記録ディスクまたはその他の同様のコンピュータプログラム製品等の製品は、記憶媒体と、該媒体上に記録されて、前記データ処理システムを指図して本発明の実施例の方法の実行を容易にするプログラムとを含む。このような装置および製品も前記実施例の精神および範囲内に含まれる。
【００３８】
開示の本発明の実施例は、スラック条件および／または量的／質的な列車内の力を判断するとともに、これに呼応して鉄道システムを制御して、こうした列車内の力を制限する方法と装置とプログラムとを教示するものである。本発明の実施例を理解しやすくするために、以下に本発明の特定の実施態様を参照して説明する。
【００３９】
ひとつの実施例にしたがって、本発明をコンピュータにより実行されるプログラムモジュール等のコンピュータ実行可能命令の一般的な関連において説明する。一般に、プログラムモジュールは、特定のタスクの実行または特定の抽象データ型の実行を行なうルーチン、プログラム、オブジェクト、コンポーネント、データ構造等を含む。たとえば、本発明の実施例の基礎となるソフトウェアプログラムは、異なる言語でコード化されて、異なる処理プラットフォームとともに使用されうる。しかし、これらの実施例の基礎となる原理は、その他の種類のコンピュータソフトウェア技術でも実行されうることが理解されよう。
【００４０】
さらにまた、当業者には、本発明の実施例が、手持ち型装置や多重プロセッサ・システム、マイクロプロセッサ・ベースまたはプログラマブル大衆消費電子製品、ミニコンピュータ、メインフレーム・コンピュータ等を含むその他のコンピュータ・システム構成を用いて実施されうることが理解されよう。本発明の実施例は、さらにまた、通信網を介して連結される遠隔処理装置によりタスクが実行される分散計算処理環境においても実施されうる。分散計算処理環境において、プログラムモジュールは、記憶装置を含む局所および遠隔コンピュータ記憶媒体の両方に配置されうる。これらの局所および遠隔コンピュータ処理環境は、無線通信が異なるコンピュータ処理環境間において達成される機関車内、列車のその他の機関車内、関連ある気動車内または車外の沿線事務所または中央本部に完全に内蔵されうる。
【００４１】
「機関車」という用語は、（１）１台の機関車または（２）自身間にいかなる気動車も有することなしに互いに接続されて、駆動および／または制動能力を提供するようになっている連続する多数の機関車（機関車編成と呼ばれる）を含みうる。列車は、１つ以上のこのような機関車編成からなりうる。特に、先頭編成と、気動車列に沿った中間の第１の非先頭（遠隔）編成および列車終端位置のまた他の遠隔編成等の１つ以上の遠隔（または非先頭）編成とが存在しうる。各機関車編成は、第１または先頭の機関車と１台以上の従機関車とを有しうる。１つの編成は、通常的に、接続された連続する機関車と考えられるが、当業者には、１群の機関車も、スロットルおよび制動命令が先頭機関車から遠隔従機関車へと無線リンクまたは物理的ケーブルを介して中継される分散動力運転用に構成された編成の場合等の、機関車を分離する少なくとも１台の気動車を有する場合でも、１つの編成と考えられうることが認識される。このため、機関車編成という用語は、同じ列車に含まれる多数の機関車について述べる場合に制限的な要素と考えられるべきではない。
【００４２】
次に、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。本発明のさまざまな実施例は、システム（コンピュータ処理システムを含む）、方法（コンピュータ化される方法を含む）、装置、コンピュータ読取り可能媒体、コンピュータプログラム製品、ウェブポータルを含むグラフィカル・ユーザ・インタフェースまたはコンピュータ読取り可能メモリ内に具体的に固定されるデータ構造の形態を含む数多くの形態で実施されうる。本発明のさまざまな実施例の内のいくつかの実施例を以下に説明する。
【００４３】
２台の隣接する気動車または機関車は、各気動車または機関車に取り付けられるナックル連結器によって連結される。一般に、ナックル連結器は、鋳鋼連結ヘッド部と、前記ヘッド部に対して回転可能な蝶番付きジョー部または「ナックル部」と、連結または連結解除作業時に前記ナックル部がそのまわりにおいて回転する蝶番ピンと、固定ピンとの４個の要素を含む。いずれか一方または両方の連結器上の固定ピンが連結ヘッド部から離れる方向に上方に移動せしめられると、固定されているナックル部が開放または解除位置へと回転して、２台の気動車／機関車が効果的に連結解除される。いずれか一方または両方の気動車／機関車に分離力を加えることにより、連結解除作業は完了する。
【００４４】
２台の気動車を連結するときは、少なくとも一方のナックル部が開放位置について、他方の気動車のジョー部またはナックル部を受けなければならない。２台の気動車は、互いの方向に移動せしめられる。連結器が噛み合うと、開放状態の連結器のジョー部が閉じ、これに呼応して、重力送りされる固定ピンが自動的に正位置に降下して、ジョー部を閉鎖状態に固定するとともに、以って連結器を閉鎖状態に固定して２台の気動車を連結する。
【００４５】
たとえ連結され、かつ固定されている場合でも、２台の連結された気動車間における距離は、２個の連結器の相互作用のばね様の効果と噛み合ったジョー部またはナックル部間における空隙とにより、増加または減少しうる。連結器が連結状態にあるときに離反する方向に移動しうる距離は、伸長距離または連結器スラックと呼ばれるとともに、１個の連結器につき約４〜６インチもの大きさになりうる。連結された２台の気動車間における距離が、連結された２個の連結器のスラックにより許容される最大分離距離程度になると、伸長スラック条件が発生する。２台の隣接する気動車間における距離が、連結された２個の連結器間におけるスラックにより許容される最小分離距離程度になると、集結（圧縮）条件が発生する。
【００４６】
周知のように、列車の運転士（たとえば列車を運転する責任を負う人間の鉄道技師、運転士の最小限の介入を受けて、または受けずに列車を運転する自動列車制御システム、または運転士に列車制御操作の実施を助言する一方で、運転士が助言どおりに列車を制御するべきか否かに関して独自の判断を下すことを可能にする助言的列車制御システムのいずれか）は、スロットルハンドルをより高いノッチ位置に移動させることによって、列車の指示馬力／速度を増加させるとともに、前記スロットルハンドルをより低いノッチ位置に移動させることまたは列車のブレーキ（機関車の発動ブレーキ、単独空気ブレーキまたは列車の空気ブレーキ）を適用することによって、馬力／速度を低下させる。これらのあらゆる運転動作と列車の動的な力および軌道形状とは、列車の全体としてのスラック条件と、連結されたあらゆる２個の連結器間におけるスラック条件とを左右しうる。
【００４７】
本明細書において言及される場合は、引張力は、さらに制動力を含み、制動力は、さらに、機関車の発動ブレーキと機関車の単独ブレーキと列車全体の空気ブレーキとの適用によって引き起こされる制動動作を含む。
【００４８】
引張力（ＴＥ）または制動力（ＢＥ）の適用によって処理される列車内の力は、伸長スラック状態においては連結器と緩衝器とに加わる牽引力（引張力または張力）と呼ばれ、集結（圧縮）条件においては緩衝力と呼ばれる。緩衝器は、連結器と該連結器が取り付けられている気動車との間において牽引力または緩衝力を伝達する力吸収要素を含む。
【００４９】
図１の状態図に、伸長状態３００と中間状態３０２と集結状態３０４と３つの離散的スラック状態が示されている。本明細書に記載の状態間における遷移は、以前の状態と新しい状態とを示す下付き文字を有する遷移「Ｔ」と呼ばれる矢印によって示されている。
【００５０】
状態の遷移は、引張力（列車を伸長させる傾向にある）、制動力（列車を集結させる傾向にある）またはランインまたはランアウトのいずれかを引き起こしうる地形の変化によって引き起こされる。列車の伸長（ランアウト）速度は、馬力／秒またはノッチ位置変化／秒を単位として測定されるところの、引張力が適用される速度に依存する。たとえば、引張力が適用されることで遷移Ｔ１０に沿って中間状態（１）から伸長状態（０）へと移行する。列車編成において先頭機関車から離間する遠隔機関車を含む分散動力列車の場合は、いずれの機関車における引張力の適用も、その機関車の後続（進行方向に対して）の気動車を伸長させる傾向にある。
【００５１】
一般に、列車を最初に始動させるときには、初期連結器スラック状態は不明である。しかし、列車が引張力の適用に呼応して移動するときに、前記状態を判断することができる。中間状態（１）への遷移Ｔ１は、始動状況を示す。
【００５２】
列車の集結（ランイン）速度は、発動ブレーキ、機関車の単独ブレーキまたは列車の空気ブレーキの適用によって判断されるところの制動力の適用に依存する。
【００５３】
中間状態３０２は、望ましい状態ではない。運転士は、集結状態に対応することができるが、列車の操作は、列車が伸長状態にあるときに最も容易になるため、伸長状態３００が好ましい。
【００５４】
図１の状態機械は、列車全体または列車区画（たとえば分散動力列車の最初の３０％の列車分または２つの離間する機関車編成により範囲限定される列車区画）を表しうる。図１に示されるような多数のスラック状態を含む多数の独立した各状態機械が、異なる列車区画を示しうる。たとえば、分散動力列車またはプッシャの運転は、各区画が列車に含まれる機関車編成の１つによって定義される多数の列車区画を表す多数の状態機械によって示されうる。
【００５５】
図１の離散的状態図に代わるものとして、図２に、伸長状態から中間状態を経て集結状態に至るスラック状態の連続体を表す曲線３１８が示されており、各状態は一般に図のように示される。図２の曲線は、図１が示唆しうるような離散的な伸長、中間および集結状態に関する普遍的な定義が存在しないため、図１の状態図よりスラック状態を正確に描写している。本明細書において用いられる場合、スラック条件という用語は、図１に図示されるような離散的スラック状態または図２に図示されるようなスラック状態の連続体を示す。
【００５６】
図１のように、図２のスラック状態図は、列車全体または列車区画のスラック状態を表しうる。一例において、列車区画は、機関車編成と列車終端装置とにより範囲限定される。特に対象となる１つの列車区画は、定常状態およびスラック誘発遷移力を含む力の総計が最大となる傾向にある先頭編成の直後の気動車を含む。同様に、分散動力列車においては、特に対象となる区画は、非先頭機関車編成の直後および直前の気動車である。
【００５７】
連結器および列車の損傷を防ぐために、列車のスラック条件がＴＥまたはＢＥの適用時に考慮されうる。このスラック条件とは、現在のスラック条件と、前の時点または軌道位置から現時点または現在の軌道位置までのスラック条件の変化と、現在または実時間のスラック遷移（たとえば列車は現在、ランインまたはランアウト・スラック遷移に直面している）の内の１つ以上を指す。実時間スラック遷移の変化率は、さらにまた、ＴＥおよびＢＥの適用を左右して、適正な列車運転を確実にするとともに、損傷の潜在性を最小限に抑えうる。
【００５８】
前記のＴＥおよびＢＥは、制御装置を手動操作する運転士を含むが、これに制限されるわけではない制御要素／制御機能によって、自動制御システムによって自動的に、または助言的制御システムが行なう助言的制御勧告に呼応する運転士により手動的に列車に適用されうる。一般に、自動列車制御システムは、列車制御動作を行なって（助言的制御システムは、列車制御動作を提案して運転士に考慮させて）、燃料消費量等の列車動作パラメータを最適化する。
【００５９】
また他の実施例において、運転士は、判断されるスラック条件またはスラック事象に呼応して望ましい制御方針を無効化するとともに、列車を制御するか、または前記無効化情報にしたがって自動制御システムに列車を制御させることができる。たとえば、運転士は、スラック条件を判断するためにシステムに供給される列車操作情報が間違っている場合またはまた他の不具合により間違ったスラック条件が判断される場合に、列車を制御すること（または列車制御システムに制御させること）ができる。運転士は、さらにまた、ランインまたはランアウト条件における無効化を含めて、自動制御を無効化することができる。
【００６０】
判断されるスラック条件または現在のスラック遷移は、手動運転時または自動列車制御システムが存在しかつ作動している時のいずれの場合も運転士に対して表示されうる。判断されるスラック条件の性質によって、多くの異なる表示形態および形式が用いられうる。たとえば、３つの離散的スラック状態のみが判断される場合は、単純なテキスト・ボックスが表示されて、判断される状態が運転士に通知されうる。多数のスラック状態が識別される場合には、表示装置は、相応に改変されうる。連続的スラック状態を判断するシステムの場合は、表示装置は、伸長または集結状態となる車両の割合または台数または総重量を表示しうる。同様に、スラック条件に基づくさまざまな色彩表示を有する動画棒図（すなわち８０％を超える伸長状態の連結器は緑棒で表示される）等の多くの異なる図形表示を用いて、スラック条件情報を表示または図示することができる。列車全体の図を表示するとともに、スラック条件（図３参照）またはスラック条件（スラック事象）の変化（図４参照）をその上に表示することができる。
【００６１】
スラック条件を判断するために本明細書に記載の装置および方法により使用される列車特性パラメータ（たとえば気動車質量、質量分布）は、列車目録または当該技術分野において周知のその他の技術により供給されうる。さらにまた、運転士が、列車特性情報を供給して、以前に供給された情報を無効化または補足して、本発明の実施例にしたがってスラック条件を判断することができる。運転士は、ＴＥおよびＢＥの適用時に制御要素により使用されるスラック条件を入力することもできる。
【００６２】
列車が完全に伸長されると、連結された連結器間における相対移動がほとんどなくなるため、追加の引張力をある方向に相対的に高率で適用して、連結器を損傷させることなしに列車の速度を増加させること（すなわち高加速）ができる。このような誘導されたいかなる追加の一時的な連結器の力も、引張力の増加および軌道勾配の変化による予想される定常状態の力以外にわずかである。しかし、伸長状態にあるときは、列車の先頭側における引張力の実質的な低下、過剰な制動力の適用または制動力の過剰な率での適用は、連結された連結器間におけるスラックを急低下させうる。その結果として連結された連結器に及ぼされる力により連結器が損傷して、気動車の衝突または列車の脱線が引き起こされうる。
【００６３】
実質的に圧縮された列車が引張力の適用により引き伸ばされる（ランアウトと呼ばれる）と、２台の隣接する気動車を連結する連結器は、これらの２台の気動車（または機関車）が離反方向に移動するときに離反方向に移動する。列車が引き伸ばされていくと、連結された連結器間において、これらの連結器が集結状態から伸長状態へと遷移するときに、相対的に大きい一時的な力が発生する。連結システムを損傷させることまたは連結された連結器を破断させることができる列車内の力は、１または２マイル毎時の相対的に遅い列車速度でも生じしめられうる。このため、列車が完全に引き伸ばされていない場合は、スラック・ランアウト時に引張力の適用によって生じしめられる力を制限することが必要である。
【００６４】
列車が完全に集結されているときは、追加の制動力（機関車の発動ブレーキまたは単独ブレーキの作用による）または推進力の低下が、連結器、緩衝器または気動車を損傷させることなしに、相対的に高率で適用されうる。しかし、過剰な引張力の適用またはこうした力の過剰な率での適用は、隣接する気動車を急速に離反方向に移動させて連結器のスラック条件を変化させる高い一時的な連結器の力を生じしめることがあり、連結器、連結システム、緩衝器または気動車の損傷を招く可能性がある。
【００６５】
実質的に引き伸ばされた列車が、制動力の適用またはスロットルをより低いノッチ位置に移動させることによる列車速度の大幅な低下により圧縮される（ランインと呼ばれる）ときに、２台の隣接する車両を連結する連結器は互いに接近する方向に移動する。連結器が過剰な速度で閉じることは、連結器の損傷、気動車の損傷または列車の脱線をもたらしうる。このため、列車が完全に集結していない場合は、スラック・ランアウト期間中に制動力の適用によって生じしめられる力を制限することが必要である。
【００６６】
運転士（人間の運転士または自動制御システム）が現在のスラック条件を知る（たとえば、人間の運転士の場合は、前記のようなスラック条件表示を観察することにより）と、列車は、適切なレベルの引張または制動力を指図してスラック条件を望みどおりに維持または変化させることにより制御されうる。列車の制動は、スラック・ランインを創出する傾向にあり、列車の加速は、スラック・ランアウトを創出する傾向にある。たとえば、集結状態への遷移が望まれる場合は、運転士は、より低いノッチ位置に切り替えるか、または先頭側において制動力を適用して、列車を自然加速より低率で減速させうる。自然加速とは、いかなる外力（重力を除く）も作用していないときの気動車の加速である。ｉ番目の気動車は、ｉ＋１番目およびｉ−１番目のいずれの気動車からもいかなる力も加えられないときに、自然加速状態にある。この概念は、図９および関連ある説明とを参照して以下にさらに説明される。
【００６７】
列車が丘を下っているとき等、いかなる運転動作も行なわれずにスラック・ランインまたはランアウトが起こる場合は、運転士は、それが望まれる場合は、ランインを阻止するためのより高い引張力またはランアウトを阻止するための制動力またはより低い引張力を適切に適用することにより、これらの効果を阻止することができる。
【００６８】
図５のグラフに、引張力（列車の加速）および制動力（列車の減速）の適用に関する限度が、スラック状態の関数として伸長状態と圧縮状態との間におけるスラック条件の連続体に沿って図示されている。スラック条件が圧縮状態の方へと向かうと、連結器に過剰な力が加わることを防ぐために、許容可能な加速力の範囲は小さくなるが、許容可能な減速力は増大する。逆の状況は、スラック条件が伸長状態の方へと向かうときに起こる。
【００６９】
図６に、列車４００の列車区画のスラック状態が図示されている。機関車編成４０２の直後の気動車４０１は、第１のスラック状態（ＳＳ１）にあり、機関車編成４０４の直後の気動車４０８は、第２のスラック状態（ＳＳ２）にある。スラック状態ＳＳ１およびＳＳ２と機関車編成４０４のスラック状態とを包含する全体としてのスラック状態（ＳＳ１およびＳＳ２）も図示されている。
【００７０】
図１の場合のような離散的スラック状態または図２の曲線３１８上のスラック条件の指示には、スラック状態／条件を判断するために用いられる方法とこれらの方法に付随する実際の限度とに依存するある程度の不確定性が含まれる。
【００７１】
本発明のひとつの実施例は、列車全体のスラック条件、すなわち実質的伸長状態、実質的集結状態または何らかの個数の中間の離散的または連続的状態を含む中間スラック状態を判断、推定または予測するものである。本発明の実施例は、列車の何らかの区画のスラック条件を判断することもできる。本発明の実施例は、さらにまた、列車の損傷を引き起こしうるランインおよびランアウト状況を含むスラック・ランイン（伸長状態から集結状態への急速なスラック条件変化）およびスラック・ランアウト（集結状態から伸長状態への急速なスラック条件変化）を検出（およびこれに関連ある適切な情報を運転士に供給）するものである。これらの方法を以下に説明する。
【００７２】
判断されるスラック条件に呼応して、列車の運転士は、列車を制御して、連結器を損傷させるとともに連結器が故障したときに列車の分断を引き起こしうる列車内の力を抑制するように操作する一方で、同時に列車の性能を最大限に高める。列車の運転効率を高めるために、運転士は、列車が集結状態にあるときに、より高い減速率を適用するとともに、列車が伸長状態にあるときには、逆により高い加速率を適用しうる。しかし、スラック条件にかかわりなく、運転士は、所定の最大加速および減速限度（すなわち引張力の適用と対応する速度増加および制動力の適用と対応する速度低下）を守って、列車を適正に操作しなければならない。
【００７３】
本発明の異なる実施例は、異なるプロセスからなるとともに、異なるパラメータと情報とを用いて、遷移的なスラック条件と定常状態のスラック条件との両方を含むスラック状態／条件を判断、推定または予測するものである。当業者には、遷移的なスラック条件は、スラック遷移点が列車を通って移動していく変化速度も意味しうることが認識されよう。スラック条件を判断、推定または予測する基になる入力パラメータは、分散列車重量、軌道形状、軌道勾配、環境条件（たとえばレール摩擦、風）、適用される引張力、適用される制動力、ブレーキ管圧力、引張力履歴、制動力履歴、列車に沿った何らかの点で測定される列車速度／加速および気動車特性を含むが、これらに制限されるわけではない。スラック条件が変化していく（遷移的スラック条件）時間速度またはスラック条件が列車を通って移動していく速度も１個以上のこれらのパラメータに関係づけられうる。
【００７４】
スラック条件は、さらにまた、レールへの砂の撒布、機関車の分離およびフランジ潤滑位置等のさまざまな列車運転事象から判断、推定または予測されうる。スラック条件は必ずしも各々の時点で列車の全ての気動車に関して同じではないため、スラックは、個別の気動車または列車に含まれる気動車区画に関して判断、推定または予測されうる。
【００７５】
図７に、一般に、以下にさらに説明されるように、本発明の実施例にしたがってスラック条件の判断、推定または予測に用いられうる情報とさまざまなパラメータとが示されている。
【００７６】
事前走行情報は、周知の軌道区画にわたる列車走行部分に関する速度および／または動力（引張力（ＴＥ）／制動力（ＢＥ））の軌跡を含む走行計画（好ましくは最適化された走行計画）を含む。列車がこの走行計画にしたがうと仮定すると、スラック条件は、列車が通過する軌道に沿ったあらゆる点で、走行開始前または途上のいずれでも、来るべき制動および引張力の適用計画と、列車（たとえば質量、質量分布、抵抗力）および軌道の物理的特性とに基づいて予測または推定されうる。
【００７７】
ひとつの実施例において、本発明のひとつの実施例のシステムは、さらに、急速なスラック状態の遷移が予測される場合等、芳しくない列車操作が起こることが予想されるあらゆる状況を運転士に対して表示しうる。この表示は、次の有意なスラック遷移までの距離／時間、走行地図上の注釈およびその他の形態を含む多数の形態を取りうる。
【００７８】
列車の走行計画を作成するとともに、列車の移動を制御して列車の動作を最適化する（たとえば判断、予測または推定される列車特性と軌道形状とに基づいて）列車制御システムへの本発明のひとつの実施例の応用例において、前記事前情報は、列車走行全体にわたって列車のスラック条件を判断する上で十分でありうる。最適化された走行計画に人間の運転士が何らかの変更を加えることにより、前記走行の道程に沿った何らかの任意の点での列車のスラック条件を変化させることができる。
【００７９】
事前に計画された走行において、実時間運転パラメータが走行計画で仮定されたものと異なることがある。たとえば、列車が遭遇する風圧抵抗が予想より大きい場合もあれば、軌道摩擦が仮定より小さいこともある。走行計画には望ましい速度軌跡が提案されているが、これらの予想外の運転パラメータによって速度が計画された軌跡から変動する場合は、運転士（列車を手動で制御する人間の運転士と自動列車制御システムとの両方を含む）は、適用されるＴＥ／ＢＥを変更して、列車の速度を計画された列車速度に戻しうる。実際の列車速度が計画された速度軌跡をたどる場合は、実時間スラック条件は、事前走行計画に基づく予測スラック条件から変更されないままとなる。
【００８０】
自動列車制御システムが走行計画を実行するためにＴＥ／ＢＥの適用を命令する用途では、この制御システムと一緒に動作する閉ループ調整器が運転パラメータを示すデータを受信し、かつ実時間パラメータと走行計画で仮定されたパラメータ値とを比較するとともに、仮定パラメータと実時間パラメータとの差に呼応してＴＥ／ＢＥの適用を変更して新しい走行計画を創出する。スラック条件は、この新しい走行計画と運転条件とに基づいて再判断される。
【００８１】
連結器の種類および該連結器が取り付けられる気動車の種類と、最大持続可能連結力と連結器不感帯とを含む連結器情報も、スラック条件の判断、予測または推定に用いられうる。特に、この情報は、第１のスラック状態から第２のスラック状態への移行、スラック状態に関連ある信頼水準の判断、予測または推定、ＴＥ／ＢＥ適用の変化率の選択および／または許容可能加速限度の判断のための閾値を判断する際に用いられうる。この情報は列車の構成から得られ得、または最初に連結器の状態を仮定しておいて、以下に説明されるように、走行時に連結器の特性を知ることができる。
【００８２】
また他の実施例において、連結器の状態を判断する基になる情報は、ヒューマン‐マシンインタフェース（ＨＭＩ）を介して運転士により提供されうる。ＨＭＩ提供情報は、あらゆる仮定パラメータを無効化するように設定されうる。たとえば、運転士は、特定の列車／走行道程／軌道が負荷および連結器の要件により通常より円滑な操作を必要とすることを承知しており、かつしたがって列車を制御する際に用いられる「感度係数」を選択しうる。この感度係数を用いて、閾値の限度とＴＥ／ＢＥの許容変化率とを変更することができる。これに代わる方法として、運転士は、ＴＥ／ＢＥを判断する基になる連結器強度値またはその他の連結器特性を特定することができる。
【００８３】
未来時点または前方軌道位置におけるスラック条件は、列車の現在の状態（たとえばスラック条件、位置、出力、速度および加速）と列車特性と前記前方軌道位置までの事前速度軌跡（自動列車制御システムにより命令されるか、または列車の運転士により判断される）と列車特性とに基づいて走行中に予測されうる。周知の軌道区画に沿った点における連結器スラック条件は、引張および制動力が走行計画にしたがって適用され、かつ／または速度が走行計画にしたがって維持されると仮定して予測される。走行計画案と、スラック条件の判断、予測または推定と、許容されるＴＥ／ＢＥの適用変更とに基づいて、前記計画は、走行開始前に変更（または走行中に予測）されて、事前判断に基づいて許容可能な力が生じしめられうる。
【００８４】
現在および過去のスロットルおよびブレーキの適用等の列車制御情報は、スラック条件を左右するとともに、軌道形状および列車特性とともに現在のスラック条件を判断、予測または推定するのに用いられうる。さらにまた、履歴データを用いて、走行中にある一定の位置で計画された力の変化を制限することもできる。
【００８５】
列車の機関車編成間の距離は、各編成の地理的位置情報（１編成につき少なくとも１台の機関車に搭載されるＧＰＳ位置確認システムまたは軌道を基本とする位置確認システム等による）から直接判断されうる。圧縮および伸長状態の列車の長さが周知である場合は、機関車編成間の距離は、前記編成間における全体としての（平均）スラック条件を直接指示する。多数の機関車編成を有する列車については、連続する機関車編成間の各区画の全体としてのスラック条件は、この方法で判断されうる。連結器特性（たとえば連結器のばね定数およびスラック）が事前にわからない場合は、全体としての特性は、定常状態の引張力および編成間の距離と時間との関係に基づいて導出されうる。
【００８６】
あらゆる機関車編成と列車終端装置との間における距離も位置情報（ＧＰＳ位置確認システムまたは軌道を基本とする位置確認システム等による）から判断、予測または推定されうる。圧縮および伸長状態の列車長さが周知である場合は、機関車編成と列車終端装置との間における距離は、スラック条件を直接指示する。多数の機関車編成を有する列車については、多数のスラック状態が、列車終端装置と各々の機関車編成との間において、位置情報に基づいて判断、予測または推定されうる。連結器特性が事前にわからない場合は、全体としての特性は、定常状態の引張力および先頭編成と列車終端装置との間の距離に基づいて導出されうる。
【００８７】
気動車と機関車との以前および現在の位置情報を用いて、列車内の２点間の距離が対象区間中に増加または減少したか否かを判断するとともに、以ってスラック条件が前記区間中に伸長または圧縮状態へと向かう傾向にあったか否かを示すことができる。位置情報は、遠隔または非先頭編成の先頭機関車または従機関車、分散動力列車の遠隔機関車および列車終端装置に関して判断されうる。スラック条件の変化は、これらの編成または列車終端装置によって範囲限定されるいずれの列車区画に関しても判断されうる。
【００８８】
現在のスラック条件も現在の軌道形状と現在位置（全ての気動車を含む）と現在速度／加速と引張力とに基づいて実時間で判断、予測または推定されうる。たとえば、列車が該列車の自然加速に対して高率で加速してきた場合は、列車は、伸長状態になっている。
【００８９】
現在のスラック条件が周知であり、その走行の後の時点で特定のスラック条件を達成することが望まれる場合は、運転士は、引張および制動力を制御して所望のスラック条件を達成することができる。
【００９０】
現在のスラック作用事象、すなわち列車が現在、圧縮と伸長（ランイン／ランアウト）との間における遷移等のスラック条件の変化に直面していることも、発生時に本発明のさまざまな実施例にしたがって検出されうる。ひとつの実施例において、スラック事象は、軌道形状、現在位置および過去のスラック条件にかかわりなく判断されうる。たとえば、引張または制動力の適用において対応する変化がないのに機関車／編成速度が急に変化する場合は、機関車または機関車編成に外力が作用して、該スラック事象を引き起こしたと仮定されうる。
【００９１】
その他の実施例によれば、その他の機関車（先頭機関車編成の従機関車および分散動力列車の遠隔機関車を含む）からの情報により、位置／距離情報（前記に記載）と速度および加速情報（下記に記載）が得られて、スラック条件が判断、予測または推定されうる。さらにまた、列車上（列車終端装置等）および軌道近傍（沿線センサ等）のさまざまなセンサと装置とを用いて、スラック条件を判断、予測または推定する基になる情報を得ることができる。
【００９２】
測定されるか、または所定の走行計画にしたがった列車運転により予測されるかのいずれかの現在および未来の列車の力を用いて、現在および未来の連結器の状態を判断、予測または推定することができる。力の計算または予測は、引張力または制動力の適用が従気動車のモーメントにより連結器の最大の力を創出しうる列車前部の複数の車両に限られうる。さらにまた、これらの力を用いて、列車全体または列車区画の現在および未来のスラック状態を判断、予測または推定することができる。
【００９３】
連結器の力の計算および／または連結器の状態の推定または予測を行なうためのいくつかの方法を以下に説明する。２個の連結された連結器が互いに及ぼしあう力は、個別の連結器の力から判断され得、スラック条件は、連結された連結器の力から判断されうる。この技術を用いて、列車全体または列車区画のスラック条件を判断、予測または推定することができる。
【００９４】
一般に、気動車が直面する力は、先頭側の機関車（および列車の何らかの遠隔機関車構成）によって及ぼされる力と車両質量と車両抵抗と軌道形状と空気ブレーキ力とに依存する。何らかの気動車に加わる力の総計は、進行方向の連結器の力と、進行方向とは逆向きの連結器の力と、これもまた進行方向とは逆向きの抵抗力（軌道勾配と車両速度と何らかの現在の空気ブレーキの適用によって及ぼされる力との関数）とのベクトル和である。
【００９５】
さらに、連結器の力変化の率および方向は、現在のスラック条件の変化（遷移）（さらなる伸長状態またはさらなる集結状態への変化または状態間の遷移）を示すとともに、列車（または列車の区画）が現在の集結状態から伸長状態へ、またはその逆へと切り替わるスラック事象を示す。連結器の力の変化の率と初期条件とは、迫り来るスラック事象が起こる時点を示す。
【００９６】
気動車の連結器の力は、連結された気動車間における前進方向および後進方向の相対移動の関数である。２台の隣接する気動車に加わる力は、これらの２台の気動車を接続する連結器のスラック条件を示す。列車の多数の対をなす隣接する気動車に関する力は、列車全体にわたるスラック条件を示す。
【００９７】
図９に示されている例証的な気動車５００（列車のｉ番目の気動車）は、図９に示されているＦｉ＋１（ｉ＋１番目の気動車により及ぼされる力）とＦｉ−１（ｉ−１番目の気動車により及ぼされる力）とＲｉとの３つの力に組み合わされうる多数の力を受ける。スラック条件は、これらの力の記号から判断、推定または予測され得、列車または列車区画の伸長または集結状態の度合いは、これらの力の大きさから判断、推定または予測されうる。これらの力は、下式の関係にある：
【００９８】
【数１】
0005588681.tif 000002
【００９９】
【数２】
0005588681.tif 000003
ｉ番目の車両の抵抗Ｒｉは、勾配と気動車速度と空気ブレーキ装置により制御される制動力との関数である。抵抗関数は、下式により概算されうる：
【０１００】
【数３】
0005588681.tif 000004
ここで、
Ｒｉは、ｉ番目の車両に加わる全抵抗力であり、
Ｍｉは、ｉ番目の車両の質量であり、
ｇは、重力加速度であり、
θｉは、ｉ番目の車両に関する、図９に示される角度であり、
ｖｉは、ｉ番目の車両の速度であり、
Ａ、ＢおよびＣは、デービス抗力係数であり、
ＢＰは、ブレーキ管圧力である（３つの省略記号は、空気ブレーキ減速力を左右するその他のパラメータ、たとえばブレーキパッドの健全性、ブレーキ効率、レール条件（レール潤滑等）、車輪直径、ブレーキ形状を示す）。
【０１０１】
連結器の力Ｆｉ＋１およびＦｉ−１は、下記の２つの式により定義されるところの隣接する気動車間の相対移動の関数である：
【０１０２】
【数４】
0005588681.tif 000005
【０１０３】
【数５】
0005588681.tif 000006
周知のように、前記の距離と速度と加速との項に加えて、また他の実施例では、これらの関数は、減衰効果とその他のより高次の項（Ｈ．Ｏ．Ｔ．）とを含みうる。
【０１０４】
本発明のひとつの実施例によれば、力推定方法を用いて、力Ｆｉ＋１、Ｆｉ−１およびＲｉから列車のスラック条件が判断、予測または推定される。この方法は、式（３）、（４）および（５）に示されるように、列車質量分布、車両長さ、デービス係数、連結器力特性、機関車速度、機関車引張力および軌道形状（曲線および勾配）、風の作用、抗力、車軸抵抗、軌道条件等を用いて、列車をモデル化し、かつ連結器の力を判断するものである。力の計算において、ある一定のパラメータは推定され得、その他（特に小さいか、または無視できる効果しか有さないパラメータ）は無視されうるため、その結果として得られる値は、ある信頼限界範囲内の力推定値と見なされる。
【０１０５】
この技術のひとつの例証的な実例が、図８Ａおよび８Ｂに示されており、図８Ａには、列車４３２の集結条件にある部分４３０と伸長条件にある部分４３４とが図示されている。集結または伸長条件の表示は、下向き矢印４３８が集結状態（連結器の負の力）を示し、上向き矢印４３９が伸長状態（連結器の正の力）を示す図８Ｂのグラフに示されている。スラック変化事象は、ゼロ交差４４０において起こる。
【０１０６】
両方向矢印４４４により表されるとともに、点線４４６および４４８により範囲限定される信頼範囲は、列車に沿ったスラック条件を判断、予測または推定するのに用いられるパラメータと方法との不確定性の関数である。スラック遷移点４４０に関連ある信頼性は、水平方向矢印４４２により表されている。
【０１０７】
列車制御システムは、機関車編成４５０の加速および／速度を連続的に監視するとともに、一方または両方を、計算された加速／速度（軌道勾配、ＴＥ、抗力、速度等の周知のパラメータに係る）と比較して、前記周知のパラメータの精度を判断、推定または予測するとともに、以って連結器の力とスラック条件とに関連ある不確定性の度合いを判断、予測または推定しうる。信頼区間も軌道形状（たとえば軌道勾配）とスラック事象の大きさおよび位置との変化に基づきうる。
【０１０８】
前記のように連結器の力を計算する代わりに、また他の実施例では、２台の連結された気動車に加えられる力の記号が判断、予測または推定され、この記号からスラック条件が判断される。すなわち、第１の気動車の前側の連結器に及ぼされる力が正（すなわち進行方向の力）であり、前記第１の気動車の前側に連結される第２の気動車の後側の連結器に及ぼされる力が負（すなわち進行方向とは反対の方向の力）である場合は、これらの２台の気動車間のスラック条件は、伸長条件となる。両方の連結器の力が前記と反対の方向である場合は、２台の気動車は集結状態となる。全ての気動車と機関車とが集結状態（伸長状態）にある場合は、列車は集結状態（伸長状態）にある。前記の力推定技術を用いて、連結器の力の記号を判断、予測または推定することができる。
【０１０９】
連結器の力の大きさと連結器の力の記号との両方を用いて、列車全体または列車の区画の現在のスラック状態を判断、推定または予測することができる。たとえば、ある一定の列車区画は、連結器の力Ｆ＞０となる場合、伸長状態にある可能性があり、また他の区画は、Ｆ＜０である場合、圧縮状態にある可能性がある。連続スラック条件も、列車全体または列車の区画に関して、連結器の平均力の相対的な大きさに基づいて、判断、推定または予測されうる。
【０１１０】
連結器の力の変化（たとえば単一の連結器に関する変化率または２個以上の連結器にわたる距離に対する変化）を判断することにより、有用な列車制御情報が得られる。単一の連結器に加わる力の、時間の関数としての変化率は、迫り来るスラック事象を指示する。変化率が高いほど、スラック条件が列車に沿って急速に伝播する（ランインまたはランアウト事象）。連結器の力の、距離に対する変化は、発生しているスラック事象の強度（すなわち連結器の力の大きさ）を指示する。
【０１１１】
迫り来るスラック事象の可能性、現在のスラック・ランインまたはランアウト事象および／または現在のスラック事象の強度は、その事象の位置の指示を伴うか、または伴わない状態で、運転士に対して表示されうる。たとえば、前記に記載のＨＭＩは、車両番号６３の近傍において７の強度率を有するスラック事象を表示しうる。このスラック事象情報は、図４に示されているようなグラフ形式でも表示されうる。このスラック事象のグラフ表示は、絶対距離、車両番号、相対（百分率）距離、何らかの基準点（機関車編成等）からの絶対トン数または相対（百分率）トン数を用いて表されうるとともに、強度および／または傾向にしたがって形式化されうる（色彩表示、点滅等）。
【０１１２】
さらに、現在のスラック事象の傾向に関する追加情報を表示して、状況が好転しているか、または悪化しているかを運転士に知らせることができる。このシステムは、さらにまた、前記のようなある信頼範囲で、現在のノッチ命令の増加または低下の効果を予測しうる。これにより、運転士には、ある一定のノッチ変更動作が行なわれる場合に、予想される傾向の指示が与えられる。
【０１１３】
さらにまた、スラック事象の位置と位置傾向と連結器の力の大きさとが、力推定方法により判断、予測または推定されうる。単一編成の列車では、スラック事象の有意性は、全車両質量がスラック事象の後方において低下し、そのためにスラック事象の効果が低下するため、列車の後部へと向かう方向に低下する。しかし、多数の編成（すなわち先頭および非先頭編成）を含む列車では、特定の列車位置におけるスラック事象の有意性は、スラック事象までの絶対距離が増加すると低下する。たとえば、遠隔編成が列車の中央部にある場合は、前部および中央部付近のスラック事象は、中央遠隔編成に対して有意なスラック事象となるが、列車の後部までの距離の４分の３および列車終端部におけるスラック事象は、それほど有意ではない。スラック事象の有意性は、専ら距離の関数となりうるか、または別の実施例では、その代わりに編成とスラック事象との間における質量または編成とスラック事象との間における質量と列車の総質量との比を分析することにより、前記判断に列車の重量分布が取り入れられる。このトン数傾向は、現在の状態の特徴付けにも用いられうる。
【０１１４】
さらにまた、連結器の力の記号は、以下にさらに説明されるように、先頭機関車の加速と列車の自然加速とを判断することによって判断、予測または推定されうる。
【０１１５】
式（４）および（５）に示される連結器の力の関数は、各々の関数が、対象となる気動車に直接隣接する気動車が対象となる車両にいかなる力も及ぼしていない場合に力が零になる不感域または不感帯を含むため、区分的に連続するだけである。すなわち、ｉ番目の車両には、列車の残りの部分により、特に（ｉ＋１番目）および（ｉ−１）番目の気動車により、いかなる力も伝達されない。不感帯領域においては、車両の自然加速は、気動車は軌道上において独立して転動しているため、車両抵抗と車両質量とから判断、予測または推定されうる。このスラック条件を判断、予測または推定する自然加速法では、前記の力推定法の場合のように連結器の力を計算しなくてもよい。該当する関係式は、下記のとおりである：
【０１１６】
【数６】
0005588681.tif 000007
【０１１７】
【数７】
0005588681.tif 000008
ここで、式（２）と（６）とを比較すると、ｉ＋１番目およびｉ−１番目の気動車はｉ番目の車両にいかなる力も及ぼしていないため、力の項Ｆｉ＋１、Ｆｉ−１がなくなっていることがわかる。値ａｉは、ｉ番目の気動車の自然加速である。
【０１１８】
列車の全ての連結器が伸長状態、すなわちＦｉ＋１、Ｆｉ−１＞０（あらゆる車両に加わる前進および後進方向の力も零より大）または集結状態、すなわちＦｉ＋１、Ｆｉ−１＜０（あらゆる車両に加わる前進および後進方向の力も零より小）のいずれかである場合は、全ての気動車の速度は実質的に同じになり、全ての気動車の加速（進行方向に正と定義される）（共通加速を表す）も実質的に同じになる。列車が伸長状態にある場合、自然加速を上回る正の加速は、列車を伸長状態に維持する。（しかし、負の加速は、必ずしも列車が伸長状態にならないことを意味するわけではない。）したがって、列車は、共通加速が測定される編成の後続の全ての個別の気動車に関していかなる時点でも共通加速が自然加速より高い（低い）場合にのみ、伸長（集結）状態のままとなる。列車が単純に走行している場合は、先頭編成によるＴＥの適用は、もたらされる加速が列車の最大自然加速より大きい場合に、伸長スラック条件を引き起こす（ここで、列車の自然加速は各気動車の自然加速値の内の最大の自然加速値である）。ａを共通加速として、式の形態で表すと、完全伸長および完全集結状態の条件は、それぞれ下式のとおりである：
【０１１９】
【数８】
0005588681.tif 000009
【０１２０】
【数９】
0005588681.tif 000010
共通加速を判断、予測または推定するために、先頭機関車の加速が判断され、先頭加速は実質的に列車の全ての気動車の加速と等価であると推定される。これにより、先頭ユニットの加速が共通加速となる。何らかの時点におけるスラック条件を判断、予測または推定するためには、各車両が各々の時点で異なる自然加速を有することを認識して、推定される共通加速と全ての気動車の内の最大および最小自然加速との間の関係を判断する。下式により、ａｍａｘ（列車の全ての気動車の自然加速値の中で最大の値）とａｍｉｎ（列車の全ての気動車の自然加速値の中で最小の値）とが判断される。
【０１２１】
【数１０】
0005588681.tif 000011
【０１２２】
【数１１】
0005588681.tif 000012
先頭ユニットの加速（共通加速）がａｍａｘより大きい場合は、列車は伸長状態となり、先頭ユニットの加速がａｍｉｎより小さい場合は、列車は集結状態となる。
【０１２３】
図１０に、全ての気動車の内の最大自然加速と時間との関係を示す曲線５２０と、全ての気動車の内の最小自然加速と時間との関係を示す曲線５２４とを含む、式（１０）および（１１）によって得られる結果が、時間の関数として示されている。機関車の加速から推定される列車の共通加速は、図１０のグラフに重ね合わせられる。共通加速が曲線５２０を超えるあらゆる時点において、列車は伸長状態にある。共通加速が曲線５２４を下回るあらゆる時点において、列車は集結状態にある。曲線５２０および５２４間の共通加速は、図１の中間状態３０２のような中間状態を示す。図２に示されるような連続的なスラック条件モデルに適用すると、共通加速と曲線５２０および５２４上の対応する時点との間における差により、伸長スラック状態の条件の比率または集結スラック状態の条件の比率を判断することができる。
【０１２４】
最小および最大自然加速は、伸長または集結状態を確実にするためにその時点で達成されるべき加速を表すため、たとえ自動列車制御システムにより制御される列車の場合でも、運転士にとって有用である。これらの加速は、単に数値（すなわちｘＭＰＨ／分）として、または図形的に、「バウンシングボール」式の自然加速図、未来のある期間にわたる軌道に沿った最小および最大自然加速図として、かつその他の表示形態にしたがって表示されて、運転士に伸長（最大）および集結（最小）加速が通知されうる。
【０１２５】
図１０の図は、走行開始前に作成され得（走行計画が発車前にすでに作成されている場合）、列車の共通加速（運転士または自動列車制御システムにより制御される）を用いて、列車が軌道上の特定の位置において伸長状態または集結状態になるか否かが判断、推定または予測されうる。同様に、これらの図は、途中で計算および比較されるとともに、計画からの逸脱が起こると更新されうる。
【０１２６】
さらにまた、図８のａｍａｘおよびａｍｉｎ曲線の各々に対して、各気動車の自然加速を判断するのに用いられるパラメータが列車走行中のあらゆる点において該パラメータの実際の値を正確に反映する信頼性に基づいて信頼範囲が指定されうる。
【０１２７】
列車の共通加速が図１０のグラフ上に示される場合、完全スラック遷移は、共通加速図が曲線５２０より上から曲線５２４より下へと移動するとき、すなわちスラック条件が完全伸長状態から完全集結状態へと変化するときに起こる。こうした遷移後に全ての連結器がスラック条件（ランインまたはランアウト）の変化を遂げるためには、ある有限の時間が必要とされることは周知である。したがって、このような遷移後のスラック条件の変化宣言を遅らせて、全ての連結器に状態変化を遂げさせ、然る後に新しいスラック条件にしたがって列車を制御することが望ましい。
【０１２８】
スラック条件／状態を予測するために、列車速度プロファイルがある任意の軌道区画にわたって周知である場合は（事前に計画速度プロファイルに基づくか、または実時間で測定されるかのいずれでも）、予測される（または実時間の）加速が、その軌道に沿ったある距離において、各気動車の瞬間最大自然加速と比較される。瞬間スラック条件は、予測／実加速が、前記の式（１０）および（１１）に定義されるところの最大または最小自然加速から所定の定数だけ異なる（正しい方向に）ときに判断、予測または推定されうる。この差は、下式（１２）および（１３）のように、固定値または百分率として判断、予測または推定される。これに代わる方法として、スラック条件は、下式（１４）および（１５）の場合のように、前記差をある時間間隔にわたって積分することにより、前記時間間隔にわたって判断、予測または推定される。
【０１２９】
【数１２】
0005588681.tif 000013
【０１３０】
【数１３】
0005588681.tif 000014
【０１３１】
【数１４】
0005588681.tif 000015
【０１３２】
【数１５】
0005588681.tif 000016
スラック条件は、さらにまた、現在のスラック条件と予測される適用引張力（以って加速）と現在の速度と軌道区画の来るべき軌道形状とが周知である場合に、未来の何らかの時点において予測されうる。
【０１３３】
前記のいずれかの方法にしたがって、予測されるスラック条件を知ることにより、運転士の列車制御を左右して、連結器の損傷を引き起こしかねない、来るべきスラック変化を防ぐことができるようにしうる。
【０１３４】
また他の実施例において、現在の速度（加速）と過去の速度と過去のスラック条件との知識を用いて、現在または実時間のスラック条件が、式（１６）および（１７）による実際の加速（列車の全ての車両が同じ共通加速を有すると仮定する）と最小および最大自然加速との比較によって、列車の現在の軌道位置（軌道形状）から判断、予測または推定される。現在のスラック条件を知ることにより、運転士が列車を実時間制御して連結器の損傷を防ぐことが可能になる。
【０１３５】
【数１６】
0005588681.tif 000017
【０１３６】
【数１７】
0005588681.tif 000018
【０１３７】
【数１８】
0005588681.tif 000019
【０１３８】
【数１９】
0005588681.tif 000020
さらにまた、列車の何らかの区画に関してａｍｉｎおよびａｍａｘが判断、予測または推定されるとともに、本明細書のまた他の部分に説明されるように多数のスラック状態を定義するのに用いられうることに注意されたい。さらに、列車におけるａｍｉｎおよびａｍａｘの位置を用いて、中間スラック条件を数量化するとともに、制御限度を指定することができる。
【０１３９】
たとえば本明細書に記載の方法にしたがって判断、予測または推定されるような列車のスラック条件がわかると、列車は、これに呼応して制御（自動的または手動的に）される。列車が伸長状態にあるときは、連結器を損傷させることなしに、引張力をより高率で適用することができる。連続スラック条件が判断、予測または推定される実施例では、追加の引張力が適用される率は、列車の伸長状態の程度に呼応する。たとえば、共通加速が最大自然加速の５０％である場合は、列車は、５０％の伸長条件にあると考えられ得、追加の引張力は、共通加速が最大加速より大きい場合、すなわち１００％の伸長条件の場合に適用される率の５０％で適用されうる。信頼性は、ＴＥ／速度／位置を考慮した直面する実際の加速と前記の計算された自然加速とを比較することにより判断される。
【０１４０】
分散動力列車（ＤＰ列車）において、１台以上の遠隔機関車（または機関車編成に含まれる１群の機関車）は、先頭機関車（または先頭機関車編成）から固定配線または無線通信リンクを介して遠隔制御される。ひとつのこのような無線式のＤＰ通信システムは、コネチカット州フェアフィールドのゼネラルエレクトリック社（Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙ）からロコントロール（Ｌｏｃｏｎｔｒｏｌ）(R)の商標名で市販されるとともに、ＧＥ社の米国特許第４，５８２，２８０号において説明されている。一般に、ＤＰ列車は、先頭機関車編成と該機関車編成に続く第１の複数の気動車と該気動車に続く非先頭機関車編成と該機関車編成に続く第２の複数の気動車とからなる。これに代わるものとして、プッシャ運転モードにおいて、非先頭機関車編成は、列車終端位置において列車が勾配を登るときに引張力を供給する機関車編成からなる。
【０１４１】
前記の自然加速法を用いて、ＤＰ列車におけるスラック条件を判断することができる。図１１に、ＤＰ列車における例証的なスラック条件が示されている。この場合は、全ての連結器が引張状態にある（連結器力線５４０がゼロ線５４４より上に示されており、全ての気動車の連結器が伸長状態にあることがわかる）。いずれの機関車編成（先頭側、すなわち先頭の編成または遠隔非先頭編成）で測定される加速も列車全体のいかなる１台の気動車または複数の気動車区画の自然加速より高くなり、その結果として安定な列車制御状況が得られる。
【０１４２】
しかし、「完全伸長」状況は、遠隔機関車編成の負荷が自身の後続の気動車だけではない場合にも起こりうる。図１２に、この状況が図示されている。全ての連結器の力が正であるわけではないが、いずれの機関車編成の加速も気動車の自然加速より高くなっている。全ての気動車が一方または他方の機関車編成からの正味の正の力に直面しているため、これは安定な状況である。遷移点５５０は、ゼロ力点であり、しばしば「ノード」と呼ばれて、この遷移点において、列車は効率的に、先頭側から遷移点５５０までの列車質量を担う先頭機関車編成と列車の終端までの残りの質量を担う遠隔機関車編成とを有する２台の列車になる。この遷移点は、先頭および遠隔機関車編成の加速と引張力と軌道勾配とが周知である場合には、名目的に判断されうる。加速が不知である場合は、システムは現在のところ安定しており（すなわちスラック条件は変化しておらず）、かつ先頭および遠隔機関車編成の加速は同じであると仮定されうる。
【０１４３】
このようにして、列車に沿った（すなわち異なる気動車群または部分列車の）多数のスラック状態を識別することができ、列車の最も限定的な部分状態（すなわち１つの部分列車に関連ある最も不安定なスラック状態）に呼応して列車を制御して、最も非限定的な状態を安定させることができる。このような制御は、より不安定な状態を有する部分列車の前方の機関車編成またはより安定な状態を有する部分列車の前方の機関車編成による引張力または制動力の適用によって実施されうる。
【０１４４】
これに代わる方法として、２つの状態を組み合わせたものを用いて、各部分列車における質量（または長さ等のまた他の列車／部分列車特性）の割合に依存して列車を制御することができる。前記の方法を用いて、さらに、列車内のこれらの部分状態を判断することができ、同様の列車制御方針を実施することができる。さらにまた、列車および部分列車の判断された状態が表示されて、運転士は列車制御動作を判断する際に利用することができる。自動列車制御システムへの応用において、前記判断された状態は、列車制御システムに入力されて、列車および部分列車に関する列車制御動作を判断する際に用いられる。
【０１４５】
列車の引張（または制動）力を変化させる必要性に呼応して、１つの編成において動力レベル（または制動レベル）を変化させることができる場合は、最も安定なスラック条件を有する列車区画（部分列車）に接続される編成を優先するべきである。この状況においては、負荷平衡等の列車運転に関する全てのその他の制約事項は、維持されると仮定される。
【０１４６】
総動力レベル変更が現時点で必要とされない場合は、負荷平衡のために、動力をある編成からまた他の編成に移行させることができる。一般に、この移行は、利用可能な余力によって、最も安定な部分列車を制御する編成から最も不安定な部分列車を制御する編成に引張力を移行させることを含む。ある編成からまた別の編成に移行される動力の大きさは、平均軌道勾配または等価勾配を計算し、２つ以上の部分列車の重量または重量分布を考慮に入れて、適用される動力を重量または重量分布の比率に呼応して分散させることによって得られる。これに代わる方法として、前記動力は、最も安定な部分列車に接続される編成から最も不安定な部分列車に接続される編成に、前者の安定性が損なわれない限り移行されうる。
【０１４７】
前記の制御方針に加えて、列車における遷移点５５０の移動を制御することが望ましい。この点が列車の前方から後方へと移動するとき、局在化された遷移力が、この点が１台の気動車から隣接する気動車へと移動するときに生じる。この移動が急速である場合は、これらの力が過剰になりうるとともに、気動車および連結器の損傷を引き起こしうる。いずれかの編成の引張力を制御して、この点が所定の最大速度より高速で移動しないようにすることができる。同様に、各編成の速度を制御して、先頭および遠隔機関車編成間の距離が急速に変化しないようにすることができる。
【０１４８】
前記のアルゴリズムと方針とに加えて、また他の実施例では、個別の気動車を分析するとともに列車の状態と関連ある許容可能な制御動作とを評価する代わりに、単に列車の部分または全体としての列車に注目することによって同様の結果が導出されうる。
【０１４９】
たとえば、前記の自然加速法を限定して、いくつかの気動車長さにわたる平均勾配に注目するとともに、そのデータを和抗力とともに用いて、この車両ブロックの自然加速を判断することができる。この実施例は、計算の複雑さを軽減する一方で、基本となる概念的な意図を維持するものである。
【０１５０】
スラック条件を予測するさまざまな技術を本明細書において説明したが、デービス抗力係数、軌道勾配、データベースの誤り、レール／軸受摩擦、空気ブレーキ力等、この予測に寄与するある一定の変数は、絶えず変化している。これらの変数の影響を克服するために、本発明のまた他の実施例では、車軸ジャーク（すなわち加速の変化率）を監視して、スラック・ランイン（伸長状態から集結状態への急速なスラック条件変化）とスラック・ランアウト（集結状態から伸長状態への急速なスラック条件変化）とが検出される。ランイン／ランアウトは、急激な外力が先頭編成に作用するときに起こり、その結果として加速の時間変化率が高くなる。
【０１５１】
この反応法のひとつの実施例では、適用される車軸トルクと比較した１つ以上の機関車車軸加速の変化率（ジャークと呼ばれ、加速の時間に対する導関数である）を判断することにより、スラック条件の変化を判断、予測または推定するものである。スラック作用は、測定されるジャークがＴＥまたはＢＥの適用により適用されるトルクの変化と一致しないとき、すなわち実際のジャークが予想されるジャークをある閾値だけ上回るときに示される。ジャークの記号（時間の関数としての加速の正または負の変化を示す）は、スラック事象の種類、すなわちランインまたはランアウトを示す。現在のスラック条件が周知である（またはすでに予測されていた）場合は、ジャークによって引き起こされる新しいスラック条件が判断されうる。
【０１５２】
ひとつの実施例のシステムは、ジャークを監視するとともに、質量（総質量および質量分布を含む）、長さ、編成、動力レベル、軌道勾配等といったような列車特性に基づいて許容可能な上限および下限を確定する。上限および下限は、時間とともに、列車特性と軌道条件とが変化すると変化する。いかなる測定された、これらの限度を超える加速の時間導関数（ジャーク）も、ランインまたはランアウト条件を指示するとともに、相応に通知または表示されて、列車を適切に制御するために運転士（または自動列車制御システム）により使用されうる。
【０１５３】
ジャークが検出されたときに列車が超過速度条件に直面していない場合は、ひとつの実施例では、列車を制御して、現在の動力または引張力の出力をある期間または走行距離にわたって維持して、さらに他の障害を引き起こすことなしに列車を安定させる。また他の運転上の選択肢は、追加動力適用率を計画動力適用率に制限することである。たとえば、助言的制御システムが機関車を制御するとともに、確定された計画速度と計画動力とを達成している場合は、前記システムは、引き続き計画動力を守るが、この期間中に計画速度を維持するために急激な補償を行なうことは防止される。その意図は、これにより、システムを過度に励起させることなしにマクロレベルの制御計画を維持するところにある。しかし、超過速度条件が何らかの時点で起こった場合は、動力維持方針よりもランイン／ランアウト効果を制限することが優先される。
【０１５４】
図１３に、ランイン条件を判断するためのひとつの実施例が図示されている。同様の機能的要素がランアウト条件の判断に用いられる。列車速度情報がジャーク計算器５７０に入力されて、何らかの列車区画に含まれる車両が実際に直面している加速の変化率（すなわちジャーク）が判断される。
【０１５５】
列車移動および特性パラメータがジャーク推定器５７４に入力されて、５７０において計算される実際のジャークと同様の予想ジャーク条件を表す値が得られる。加算器５７６は、推定器５７４による値を許容誤差値と組み合わせる。許容誤差は、列車パラメータと予想ジャークの推定信頼度とに依存する。加算器５７６の出力は、その時点での最大予想ジャークを表す。要素５７８は、この最大予想ジャークと、５７０により計算されるところの直面している実際のジャークとの間における差を計算する。この要素の出力は、実際のジャークと最大予想ジャークとの間における差／誤差を表す。
【０１５６】
比較器５８０は、この差を許容ジャーク誤差の最大限度と比較する。許容される最大限度も列車パラメータに依存しうる。ジャークの差が許容される最大限度より大きい場合は、ランイン条件が宣言される。比較器５８０は、さらにまた、時間固執機能も含みうる。この場合は、前記条件は、ランイン条件と判断されるためには、所定の時間（たとえば０．５秒）にわたって持続しなければならない。加速の変化率を比較する代わりに、実際の加速を用いて比較を行なうことも可能である。また他の方法は、連結器または台上の加速度計またはひずみゲージ等の検出器と同様の態様で計算される予想値とを比較する段階を含む。同様の機能がランアウト検出器に用いられる。
【０１５７】
先頭編成に多数の（先頭および従）機関車を含む列車においては、従機関車からの情報を有利に用いて、スラック事象を検出することができる。編成に含まれる従機関車で車軸ジャークを監視する（前記に説明のように）ことにより、連結器の力が最大になり、以ってスラック作用が最も容易に検出されうるスラック事象を検出することが可能になる。
【０１５８】
さらにまた、全編成引張または制動力を知ることによって、本明細書に記載の式および方法における全ての力の計算、パラメータの推定等の精度が高まる。機関車編成内のスラック作用は、編成機関車間における加速の差を判断、予測または推定することによって検出されうる。多重編成列車（分散動力列車）の多数の車軸もまた、スラック条件を判断する基になる車軸ジャークを測定する追加の点となる。
【０１５９】
図１３に、スラック条件（ランインまたはランアウト条件を含む）を判断する基になるさまざまな列車運転および特性（たとえば静的）パラメータを受けるスラック条件検出器またはランイン／ランアウト検出器６００が図示されている。さまざまな前記の実施例は、本明細書に記載のように、異なるアルゴリズムとプロセスと入力パラメータとを用いてスラック条件を判断するものである。
【０１６０】
多数の機関車編成を有する列車（分散動力列車等）では、スラック条件情報は、いずれかの２つの編成間における経時的な速度差から判断、予測または推定されうる。２つの編成間におけるスラック条件は、下式により判断、予測または推定されうる。
【０１６１】
【数２０】
0005588681.tif 000021
この距離の変化（編成の相対速度の変化によって引き起こされる）は、スラック条件の変化を示す。速度差が実質的に零である場合は、スラック条件は変化しないままとなる。連結器特性が事前にわからない場合は、定常状態の引張力と機関車編成間の距離とに基づいて判断、予測または推定されうる。
【０１６２】
２つの編成間の距離が増加している場合は、列車は伸長状態に向かって移行している。逆に、前記距離が減少している場合は、列車は集結状態に向かって移行している。式（２０）で値を計算する前のスラック条件を知ることにより、スラック条件の変化がわかる。
【０１６３】
多数の機関車編成を有する列車の場合は、列車の異なる区画が異なるスラック条件に直面しうることは周知であるため、スラック条件は、機関車編成によって範囲限定される列車区画（部分列車と呼ばれるとともに、列車の終端に従車両を含む）に関して判断、予測または推定されうる。
【０１６４】
列車終端装置を有する列車においては、列車終端装置と先頭機関車との間（または列車終端装置といずれかの遠隔機関車編成との間）における相対速度により、下式にしたがって両者間の距離が判断される。
【０１６５】
【数２１】
0005588681.tif 000022
この距離の変化は、スラック条件の変化を示す。
【０１６６】
また別の実施例では、列車が通過中の勾配を判断して、列車のスラック条件が指示されうる。さらに、現在の加速、抗力およびスラック条件を左右するその他の外力は、等価勾配パラメータに変換され得、そのパラメータからスラック条件が判断されうる。たとえば、列車が平坦な直線軌道を走行している間は、抗力抵抗による力が依然として存在する。この抗力は、抗力なしの有効正勾配と考えられうる。各車両に加わる全ての外力（たとえば勾配、抗力、加速）（すなわち軌道勾配、軌道形状、軌道曲線等によって生じる、軌道構成による力を除く）を組み合わせて、単一の「有効勾配」（または等価勾配）力にすることが望ましい。有効勾配と実際の勾配とを加算することにより、列車の状態に対する正味の効果が判断される。列車後部から列車前部までの等価勾配を距離の関数として積分することによって、ゼロに接近するか、またはゼロを横断するあらゆる点を観察することによりスラックが発生する位置を判断することができる。このスラック力の定性的評価は、スラック作用が予想されうる位置を指示するのに十分な基礎となりうる。さらにまた、等価勾配を改変して、不均一な列車重量等のその他の不規則性を説明することができる。
【０１６７】
一旦スラック条件がわかるか、または推定されるか、またはある一定の範囲内にあることがわかると（図１の離散的状態または図２の曲線３１８上のスラック条件のいずれであっても）、本明細書に記載のさまざまな技術にしたがって、そのスラック条件を表す数値、定性的指示または値の範囲が運転士（自動列車制御システムを含む）に供給されて、列車速度の制御、各機関車または機関車編成内における引張力または制動力の適用を行なう命令が発せられて、連結器の過剰な力が発生しないことが確実にされる。ブロック４１９に、運転士がスラック条件を通知されて、前記スラック条件に呼応して引張力制御装置または制動力制御装置を操作する（点線により示される）ことが示されている図７を参照されたい。本明細書に記載のさまざまな表示形式のいずれかを用いて情報を提供することができる。自動列車制御システムにより運転される列車においては、ブロック４１５は、自動列車制御システムを表す。
【０１６８】
ＴＥおよびＢＥの制御に加えて、さらにまた、引張力変化および制動力変化のスルーレートと、引張力ノッチ位置およびブレーキ適用のドウェル時間とがスラック条件にしたがって制御されうる。これらのパラメータに関する限度は、列車の現在のスラック条件を前提とした操作実施案として運転士に対して表示されうる。たとえば、運転士が少し前にノッチを変更した場合は、システムは、現在のスラック条件に呼応して、ｘ秒間にわたって「ノッチ維持」の推奨を表示しうる。この特定の時間は、現在のスラック条件に基づく推奨スルーレートに対応する。同様に、システムは、現在の列車スラック条件に対する推奨加速限度を表示し、かつこれらの限度を超えたときに運転士に通知しうる。
【０１６９】
運転士または自動列車制御システムは、さらにまた、過去の運転行動から学ぶことにより、列車を制御して、所望のスラック条件を達成することができる（軌道条件および位置の関数として）。たとえば、適正な引張力および／または制動力を適用することにより機関車を制御して、ある一定のスラック条件が望まれる軌道位置において列車を伸長または集結条件に保つことができる。逆に、列車の全ての機関車間での発動ブレーキの適用または一部の機関車間での単独発動ブレーキの適用により、ある一定の位置でスラックを集結状態にすることができる。これらの位置は、軌道データベースにおいてマーク付けされうる。
【０１７０】
さらにまた他の実施例において、軌道網区画にわたる以前の列車運転を用いて、走行中に遭遇する列車操作上の問題を判断することができる。その結果として得られる情報は、データベースに記憶されて、後に同じ区画を通過する列車に使用されて、こうした後の列車がＴＥおよびＢＥの適用を制御して列車操作上の問題を回避することが可能になる。
【０１７１】
列車制御システムは、運転士が所望のスラック条件または連結器特性（たとえば剛直な連結器）を入力することを可能にするとともに、走行計画を作成して前記所望のスラック条件を達成しうる。手動の運転動作によって、前記のいずれかの技術にしたがって所望のスラック条件を達成することもできる。
【０１７２】
前記の連結器スラックおよび列車操作アルゴリズムおよび式（列車上または運行指令センターのいずれかにおいて実行されうる）に用いられる入力データは、地方、地域または広域運行指令センター等の車外設備から列車に手動データ転送により供給されて、車上で実行されうる。アルゴリズムが沿線設備において実行される場合は、必要なデータは、通過する列車または運行指令センターにより該設備に転送されうる。
【０１７３】
このデータ転送は、さらにまた、車外、車内または沿線のコンピュータおよびデータ転送設備を用いて自動的に行なわれうる。手動データ転送と自動データ転送と線路網のいずれかの場所におけるコンピュータ処理とのあらゆる組合せが、本発明の実施例の教示にしたがって適合化されうる。
【０１７４】
スラック条件を判断するための本明細書に記載のアルゴリズムおよび技術は、走行最適化アルゴリズムに入力として供給されて、スラック条件が考慮され、かつ列車内の力が最小限に抑えられる最適化された走行計画が作成されうる。さらにまた、このアルゴリズムは、計画の事後処理（最適性にかかわりなく）に用いられ得、または実時間で実施されうる。
【０１７５】
本発明のさまざまな実施例では、異なる装置を用いて、前記のようにスラック条件を判断する基になる列車特性（たとえば質量、質量分布、長さ等の相対的に一定な列車構成パラメータ）と列車移動パラメータ（たとえば速度、加速）とが判断または測定される。このような装置には、たとえばセンサ（たとえば力、離間距離、軌道形状、位置、速度、加速、ＴＥおよびＢＥを判断する）と、手動入力データ（たとえば運転士により手動入力される重量データ）と予測情報との１つ以上が含まれうる。
【０１７６】
列車および列車区画のスラック条件に関連あるパラメータの判断、予測および／または推定と該パラメータからのスラック条件の判断、予測または推定とを行なうためのある一定の技術と数式とが本明細書に記載されているが、本発明の実施例は、前記開示の技術および式に制限されるわけではなく、逆に当業者に周知のその他の技術および式を包含するものである。
【０１７７】
当業者には、勾配、抗力等の列車パラメータの表示と本明細書に記載の式の実行とにおいて、簡略化と簡約化とが可能でありうることが認識される。このため、本発明の実施例は、前記開示の技術に制限されるわけではなく、データ・パラメータおよび式の簡略化および簡約化をも包含するものである。
【０１７８】
本発明の実施例は、列車の機関車に関するアルゴリズムを沿線設備内、車外（運行指令センターのモデル）または鉄道網のまた他の位置において処理することを含めて、スラック情報をコンピュータ処理するホストプロセッサに関する多数の選択肢を企図するものである。実行は、予定されるか、実時間処理されるか、または列車または機関車の運転パラメータ、すなわち対象となる列車または前記対象となる列車により妨害されるその他の列車のいずれかに関する運転パラメータの変化等の所定の事象により起動されうる。
【０１７９】
本発明の実施例の方法および装置は、列車を制御する際に用いられる連結器条件情報を提供するものである。本発明の実施例の技術は、拡張可能であるため、たとえ鉄道網全体にわたって実施されなくても、鉄道網において直接的な利益をもたらしうる。鉄道網全体を考慮する必要なしに、局所的な歩み寄りも考慮されうる。
【０１８０】
本明細書に記載の説明は、例を用いて、最良の態様を含む本発明のさまざまな実施例を開示するとともに、当業者が本発明を実施および使用することを可能にするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって規定されるとともに、当業者が考えうるその他の例を含みうる。このようなその他の例は、特許請求の範囲の文字通りの文言と相違しない構造的要素を有する場合または特許請求の範囲の文字通りの文言と非実質的相違を有する等価の構造的要素を含む場合には、特許請求の範囲内に含まれるものとする。
【図面の簡単な説明】
【０１８１】
【図１】鉄道列車のスラック条件を示す図である。
【図２】鉄道列車のスラック条件を示す図である。
【図３】本発明の異なる実施例にしたがったスラック条件表示を示す図である。
【図４】本発明の異なる実施例にしたがったスラック条件表示を示す図である。
【図５】前記スラック条件に基づく加速および減速の限度を示すグラフである。
【図６】鉄道列車に関連ある多数のスラック条件を示す図である。
【図７】スラック条件を判断するとともに、これに呼応して列車を制御するシステムを示すブロック図である。
【図８Ａ−８Ｂ】鉄道列車の連結器の力を示す図である。
【図９】気動車に加わる力を示す図である。
【図１０】鉄道列車の気動車の最小および最大自然加速を時間の関数として示すグラフである。
【図１１】分散動力列車のスラック条件を示すグラフである。
【図１２】分散動力列車のスラック条件を示すグラフである。
【図１３】反応性ジャーク条件を判断する要素を示すブロック図である。
【図１４】ランインまたはランアウト条件を含むスラック条件の検出に用いられるパラメータを示す図である。
【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８Ａ−８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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