(57)【要約】      （修正有）【課題】レールと電気車との間の接触面を極力傷つけることなく、省エネルギー性にも優れ、望ましい加速度を満たし、さらに加減速時間が設定した値を満たす動作速度パターンを生成可能な列車自動制御装置を得る。【解決手段】事前に最適化された速度パターンの速度値および通過時間を基準として、走行状態が減速状態に入る瞬間の状態として許容される許容速度誤差範囲と許容通過時間誤差範囲を定義し、いずれかの条件を満たさない場合に走行計画１１２を再生成する。これにより、厳密に追従しようとすることを回避して、速度追従に起因するハンチングやノッチ切り替え回数の増加および必要以上の加速によるエネルギー消費の増大を防ぐ。【選択図】図１
2014090566.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の前回走行までに得られた線路データおよび車両データを、線路・車両データとして記憶する線路・車両データ記憶手段と、
前記車両の現在の走行状態を用いて、現在の走行状態から次の走行状態への走行状態切り替え点での位置または時刻ごとに、前記線路・車両データに対応した現在の機械特性パラメータを同定する機械特性同定手段と、
前記線路・車両データおよび前記機械特性パラメータを用いて、前記車両の停車駅間における加速状態、減速状態および停止状態を含む複数の走行状態からなる速度パターンを、走行計画として事前に生成する走行計画手段と、
前記車両の走行中における前記速度パターンの実行時に、前記走行状態切り替え点の前後でのノッチ切り替え回数を最小回数に制御する駆動制御手段と、
前記走行状態切り替え点の通過時点において、前記車両の現在速度および現在時刻と目標速度および目標時刻との誤差情報を算出する走行状態切り替え点誤差算出手段と、
前記機械特性パラメータおよび前記走行計画を用いて、前記誤差情報に対する許容誤差範囲を算出する走行状態切り替え点許容誤差範囲算出手段と、
前記誤差情報と前記許容誤差範囲とを比較し、前記誤差情報が前記許容誤差範囲を超えた場合に、前記走行計画手段に補正情報を入力する走行状態切り替え点誤差比較判定手段と、を備え、
前記走行計画手段は、前記補正情報に応答して、前記誤差情報が前記許容誤差範囲内に収まるように、次の走行状態における走行計画を修正することを特徴とする列車自動制御装置。
【請求項２】
前記走行計画手段は、
前記誤差情報が前記許容誤差範囲内に収まる場合には、前回の走行計画時のノッチ指令値を前記駆動制御手段で適用させ、
前記速度パターンが減速状態に遷移するときの速度および時間に関する誤差情報が、前記許容誤差範囲から逸脱する状態になった場合には、前記車両の乗客の乗り心地を維持しつつ、前記誤差情報に含まれる時間誤差が０に近づくように、前記機械特性と、前記減速状態での速度および時間の誤差とを考慮して、前記走行計画を修正することを特徴とする請求項１に記載の列車自動制御装置。
【請求項３】
前記許容誤差範囲の大きさを調整するための調整量を生成して前記走行状態切り替え点許容誤差範囲算出手段に入力する誤差範囲調整手段を備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の列車自動制御装置。
【請求項４】
前記車両の走行中に制限速度変更が生じたことを検出する速度制限取得手段を備え、
前記速度制限取得手段は、前記制限速度変更が検出された場合に、速度制限情報を前記走行計画手段に入力し、
前記走行計画手段は、前記速度制限情報に応じて、制限速度が付与された目標速度パターンおよび目標ノッチパターンを前記走行計画として生成することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の列車自動制御装置。
【請求項５】
前記走行計画手段は、
前記前記線路・車両データおよび前記機械特性パラメータを用いて最適化パラメータを生成する評価関数最小化手段と、
前記最適化パラメータを用いて目標速度パターンを生成する目標速度パターン生成手段と、
前記目標速度パターンおよび前記機械特性パラメータを用いて目標ノッチパターンを生成する目標ノッチパターン生成手段と、を備え、
前記目標速度パターンおよび前記目標ノッチパターンを、前記駆動制御手段に対する走行計画として出力することを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の列車自動制御装置。
【請求項６】
前記補正情報は、前記評価関数最小化手段に入力されることを特徴とする請求項５に記載の列車自動制御装置。
【請求項７】
前記補正情報は、前記目標速度パターン生成手段に入力されることを特徴とする請求項５に記載の列車自動制御装置。
【請求項８】
前記走行計画手段は、前記補正情報に応答して、現在の速度パターンにおける次の走行状態切り替え点を、前記誤差情報が前記許容誤差範囲の下限速度側に収まるような修正時間幅だけ変更することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の列車自動制御装置。
【請求項９】
前記速度パターンにおける走行状態は、前記加速状態、前記減速状態および前記停止状態に加えて、定速状態および惰走状態を含むことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の列車自動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レール上を乗客（搬送対象）とともに移動する列車の運動を制御する列車自動制御装置に関し、特に、レールと列車との間の接触面をなるべく傷つけることなく、省エネルギー性にも優れ、乗客に対して望ましい加減速度パターンを満たすとともに、加減速時間が計画設定値を満たすような動作速度パターンを生成する列車自動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、列車（電気車）の運転および運行においては、目標指標として、停止位置精度、運転時分、乗り心地および省エネルギー性などが設定されている。
したがって、列車の運転者は、上記目標指標のうちの少なくともいくつかを満たすように、運転制御パターンを調整する必要があるが、このような運転制御を達成するためには多くのノウハウを必要とする。
【０００３】
そこで、近年では、運転者の労力を低減し、かつ安定した運転および運行を実現するために、国内の地下鉄および新交通などにおいて、列車を自動制御するＡＴＯ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ  Ｔｒａｉｎ  Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）が実用化されている。
【０００４】
ＡＴＯを活用することにより、上記目標指標を満たすような列車運転が自動的に実現されるので、運転者に対する運転技術のノウハウは不要となる。
ただし、ＡＴＯ技術においては、目標指標を満たすために、最適化された速度パターンの生成と、実際の電気車走行時における目標パターンに対するノッチ出力が重要なポイントとなる。
【０００５】
従来から、最適化された速度パターンを生成するとともに、最適化された速度パターンのノッチ出力を実現するために、種々の列車自動制御装置が提案されている（たとえば、特許文献１、特許文献２、特許文献３を参照）。
【０００６】
特許文献１においては、あらかじめ最適化計算によって省エネルギー性を確保した速度パターンおよびノッチ切り替えの基準時刻を事前に算出しておき、ノッチを基準時刻で切り替えた場合と、ノッチの切り替え時刻およびノッチ出力を変更した場合とについて、個別の複数のパターンでシミュレーションする技術が開示されている。
これにより、最適化された速度パターンの基準となるノッチ切り替え点において、速度誤差および時間誤差が最小となるように、評価関数を用いて決定される修正目標走行パターンを生成している。
【０００７】
また、特許文献２においては、ブレーキのモデル化誤差によるハンチングが生じた場合、または制限速度変更に応じたモデルパターンの変更要件を満たした場合に、走行計画を実運用中に修正する技術が開示されている。
さらに、特許文献３においては、鉄道車両の走行中に、実時間で、運動モデルの同定、および粘着係数の環境要因の同定を行い、ノッチパターンの再度最適化計算を行う制御装置が開示されている。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１〜特許文献３のいずれにおいても、電気車の機械特性および走行抵抗、ならびに物理モデルのモデル化誤差の影響により、事前に最適化された速度パターンと実際の走行時の速度パターンとが一致せず、一致しない速度パターンに対して速度追従させようと実時間で補正することにより、乗客の乗り心地を悪化させる可能性があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許３２９６３８１号公報
【特許文献２】特許３９１９５５３号公報
【特許文献３】特開２００４−３５７３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の列車自動制御装置は、特許文献１〜特許文献３に記載のように、最適化された速度パターンと実際の電気車の速度パターンとを比較することにより、ノッチ切り替え点または制御周期ごとに、目標となる最適速度パターンに列車運行を追従させているが、ブレーキ特性および摩擦係数などの条件が高精度に既知である必要があるので、もし高精度に既知でなければ、速度追従しない場合に、ハンチングの発生、車輪の空転または滑走の発生、想定外のノッチ切り替えの発生を回避することができず、乗客の乗り心地の劣化を回避することができないという課題があった。
【００１１】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、個々の列車ごとに機械特性（ブレーキ特性など）のバラツキが生じることを前提として、機械特性を推定および同定した後に最適速度パターンを算出することにより、最適速度パターンに対する各評価点における追従条件を緩和し、また、追従誤差に対して一定の許容範囲を設定し、事前に計算された最適化結果と、実績の許容される誤差とを求め、許容誤差範囲内の場合には追従用のノッチ変動を極力回避することにより、すでに実行中の指令値の切り替えを抑制して、目標となる停止精度、到着時刻および乗り心地を実現した列車自動制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る列車自動制御装置は、車両の前回走行までに得られた線路データおよび車両データを、線路・車両データとして記憶する線路・車両データ記憶手段と、車両の現在の走行状態を用いて、現在の走行状態から次の走行状態への走行状態切り替え点での位置または時刻ごとに、線路・車両データに対応した現在の機械特性パラメータを同定する機械特性同定手段と、線路・車両データおよび機械特性パラメータを用いて、車両の停車駅間における加速状態、減速状態および停止状態を含む複数の走行状態からなる速度パターンを、走行計画として事前に生成する走行計画手段と、車両の走行中における速度パターンの実行時に、走行状態切り替え点の前後でのノッチ切り替え回数を最小回数に制御する駆動制御手段と、走行状態切り替え点の通過時点において、車両の現在速度および現在時刻と目標速度および目標時刻との誤差情報を算出する走行状態切り替え点誤差算出手段と、機械特性パラメータおよび走行計画を用いて、誤差情報に対する許容誤差範囲を算出する走行状態切り替え点許容誤差範囲算出手段と、誤差情報と許容誤差範囲とを比較し、誤差情報が許容誤差範囲を超えた場合に、走行計画手段に補正情報を入力する走行状態切り替え点誤差比較判定手段と、を備え、走行計画手段は、補正情報に応答して、誤差情報が許容誤差範囲内に収まるように、次の走行状態における走行計画を修正するものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、個々の列車ごとの機械特性のバラツキに依存することなく、目的となる停止精度および到着時刻を満たすことを自動的に保証しつつ、不要なノッチ切り替えを抑制することにより、乗客の乗り心地を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る列車自動制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１による走行計画手段の機能構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１による駆動制御手段の機能構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態１による走行状態切り替え点誤差補正量算出手段の機能構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１による走行状態切り替え点誤差補正量算出手段の動作を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態１による走行状態切り替え点誤差補正量算出手段の動作を示す説明図である。
【図７】この発明の実施の形態１による走行状態切り替え点誤差補正量算出手段の動作を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態１による走行状態切り替え点誤差補正量算出手段の動作を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る列車自動制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１０】この発明の実施の形態２による走行計画手段の機能構成を示すブロック図である。
【図１１】この発明の実施の形態３による走行計画手段の機能構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
以下、図面を参照しながら、この発明の実施の形態１について説明する。
図１はこの発明の実施の形態１に係る列車自動制御装置１００の全体構成を示すブロック図であり、制御対象である電気車２００と関連付けて示している。
【００１６】
図１において、列車自動制御装置１００は、走行データ取得手段１０１と、走行データ記憶手段１０２と、線路・車両データ記憶手段１０３と、ユーザーインタフェース１０５と、事前走行計画記憶手段１１１と、走行計画手段１１２と、電気車２００を制御する駆動制御手段１２１と、機械特性同定手段１３１と、機械特性記憶手段１３２と、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０と、を備えている。
【００１７】
走行データ取得手段１０１は、各種センサにより検出された電気車２００の走行データＤ１を走行データ記憶手段１０２に格納する。
走行データ記憶手段１０２は、記憶された走行データＤ２（速度データ、減速度データ、地点信号）を、機械特性同定手段１３１および走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０に入力する。
【００１８】
機械特性同定手段１３１は、走行データ記憶手段１０２から入力された走行データＤ２に基づき、物理モデル化された機械特性パラメータＰ１（質量、ブレーキ特性、レール摩擦力）を同定し、機械特性記憶手段１３２に格納する。
【００１９】
機械特性記憶手段１３２は、記憶された機械特性パラメータＰ２（質量、ブレーキ特性、レール摩擦力）を、走行計画手段１１２、駆動制御手段１２１および走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０に入力する。なお、機械特性記憶手段１３２から出力される機械特性パラメータＰ２は、機械特性記憶手段１３２に格納される機械特性パラメータＰ１と実質的に同一の情報である。
【００２０】
線路・車両データ記憶手段１０３は、線路データ（勾配、カーブ）および車両データ（総車両質量、編成）からなる線路・車両データＤ３を走行計画手段１１２に入力する。
ユーザーインタフェース１０５は、モニタ表示装置および入力装置からなる目標指標設定手段１０４を備えており、目標指標設定手段１０４を介して運転者により設定された目標指標Ｑ（停止位置精度、運転時分、省エネルギー性、乗り心地）を走行計画手段１１２に入力する。
【００２１】
事前走行計画記憶手段１１１は、走行計画手段１１２から入力される走行計画Ｋ１（速度パターン、ノッチ指令値の計画データ）を格納する事前走行計画記憶部１１１ａを備えており、事前走行計画記憶部１１１ａに記憶された走行計画Ｋ２を走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０に入力する。
【００２２】
走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０は、走行データＤ２、機械特性パラメータＰ２および走行計画Ｋ２を入力情報として、走行状態切り替え点の補正量などに基づき調整された後の許容誤差範囲Ｗｂ（位置、速度、加減速度、時刻に関連したウインドウパラメータ）を求めるとともに、許容誤差範囲Ｗｂから逸脱した誤差量（比較結果）を補正情報Ｈとして走行計画手段１１２に入力する。
【００２３】
走行計画手段１１２は、線路・車両データＤ３、目標指標Ｑおよび機械特性パラメータＰ２を入力情報として走行計画Ｋ１を算出し、また、補正情報Ｈに基づき走行計画Ｋ１を補正して、事前走行計画記憶手段１１１内の事前走行計画記憶部１１１ａに格納する。
【００２４】
駆動制御手段１２１は、走行計画Ｋ２、走行データＤ２および機械特性パラメータＰ２を入力情報として、制御指令値Ｃａ、Ｃｂ（出力ノッチ指令値）を生成し、電気車２００の駆動装置２０１（電気車を駆動するモータなど）およびブレーキ装置２０２を駆動制御する。
【００２５】
ここで、この発明の実施の形態１の特徴要件の説明に先だって、一般的な電気車制御の概要について説明する。
一般に、電気車制御においては、特定位置での電気車２００の速度が目標速度と一致するように速度制御が行われ、加速する際には駆動装置２０１を動作させ、減速する際にはブレーキ装置２０２を動作させる。
【００２６】
このとき、駆動装置２０１およびブレーキ装置２０２は、ユーザーインタフェース１０５を介して、運転者により操作される。
運転者による操作量の単位（ノッチ）は、離散的な値（たとえば、８段階または３２段階）をとり、操作量に比例した大きさの駆動力またはブレーキ力が出力される。なお、加速時のノッチは力行ノッチと称され、減速時のノッチはブレーキノッチと称される。
【００２７】
一般的には、前述のように、運転者が、次の駅までの距離や天候や勾配などを考慮して、ノッチ指令値を切り替えることにより、次の駅に目的時刻通りに到着し、かつ目的の停車位置に停止させるような運用が行われる。
【００２８】
一方、運転者の操作を自動化して、列車の自動運転（ＡＴＯ）を行う場合があり、ＡＴＯを実現するためには、走行データ取得手段１０１において、センサ情報を用いて車両の走行状態（位置、速度および加速度）をモニタリングし、運転者に替わって、必要に応じてノッチの切り替えが行われる。
【００２９】
これにより、駆動装置２０１による駆動力およびブレーキ装置２０２のブレーキ力の制御量を変動させて、電気車２００の加速度および減速度を変化させ、目標である走行状態に近づける制御を実現することができる。
【００３０】
このとき、制御に用いる情報（走行データＤ１）は、各種センサを用いて取得されるが、たとえば速度情報は、速度検出センサ（速度発電機またはパルスジェネレータなど）により取得される。
【００３１】
なお、速度検出センサからの速度情報に限らず、トランスポンダまたは空気圧センサなどにより取得される、電気車２００の位置情報（地点距離情報）、乗車重量情報、ＢＣ圧情報（ブレーキ圧力）、ＡＣ圧情報（空気圧力）、駆動装置２０１のモータトルク（電流値）、モータ消費電力（モータ駆動時の消費電力）、ブレーキ装置２０２による電気ブレーキ時の回生量など、走行中に得られる電気車２００の運動情報を用いてもよい。
【００３２】
これにより、車両情報として、電気車２００の移動位置（トランスポンダまたは移動速度の積分値により計算される）、移動速度、移動加速度、移動時間、車両に作用する力（車輪に作用するブレーキ力、トルク）、電気車２００の消費エネルギー、に関する情報を計算することができ、走行データＤ１（車両情報）をモニタすることが可能となる。
【００３３】
続いて、ＡＴＯにより車両を自動的に制御する際には、特定位置または特定時間に対して、特定速度を実現するような速度パターン（速度プロファイル）が、目標速度パターンＰｖ（図２とともに後述する）として走行前に算出されている。
【００３４】
目標速度パターンＰｖは、経験的に決定することも可能であるが、たとえば省エネルギー性（消費電力量の最小化）を満たすために走行中は惰走を優先して使用し、かつ目的停車位置に目的時間に到着するように、一般に知られている最適化手法を適用して作成することができる。
【００３５】
具体的な最適化手法としては、たとえばニュートン法を用い、消費電力量、停止位置および目標時刻について評価関数を定義し、その評価関数を最小化する速度指令値を算出する手法が考えられる。
【００３６】
以下、図１とともに、図２〜図４を参照しながら、この発明の実施の形態１による処理動作について具体的に説明する。
図２は走行計画手段１１２の機能構成を示すブロック図であり、図３は駆動制御手段１２１の機能構成を示すブロック図であり、図４は走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０の機能構成を示すブロック図である。
【００３７】
図２において、走行計画手段１１２は、評価関数最小化手段１１３と、目標速度パターン生成手段１１４と、目標ノッチパターン生成手段１１５と、を備えている。
評価関数最小化手段１１３は、線路・車両データＤ３、目標指標Ｑ、機械特性パラメータＰ２および補正情報Ｈを入力情報として、最適化パラメータＰｍ（走行状態切り替え点、各走行状態切り替え点での目標速度などの境界条件）を算出し、目標速度パターン生成手段１１４に入力する。
【００３８】
目標速度パターン生成手段１１４は、最適化パラメータＰｍに基づいて目標速度パターンＰｖを生成し、目標ノッチパターン生成手段１１５に入力する。
目標ノッチパターン生成手段１１５は、機械特性パラメータＰ２および目標速度パターンＰｖに基づき、目標ノッチパターンＰｎを生成する。
目標速度パターンＰｖおよび目標ノッチパターンＰｎは、走行計画Ｋ１として事前走行計画記憶部１１１ａに格納される。
【００３９】
図３において、駆動制御手段１２１は、現在誤差算出手段１２２と、ノッチ指令値補正手段１２３と、制御指令値出力手段１２４と、を備えている。
現在誤差算出手段１２２は、走行データＤ２と走行計画Ｋ２との誤差Ｅａ（現在速度誤差、減速度誤差）を算出して、ノッチ指令値補正手段１２３に入力する。
【００４０】
ノッチ指令値補正手段１２３は、走行計画Ｋ２、機械特性パラメータＰ２および誤差Ｅａに基づき、補正ノッチ指令値Ｃｎを生成して、制御指令値出力手段１２４に入力する。
制御指令値出力手段１２４は、ノッチ指令値補正手段１２３から入力された補正ノッチ指令値Ｃｎを、電気車２００の駆動装置２０１およびブレーキ装置２０２に対する制御指令値Ｃａ、Ｃｂとして出力する。
【００４１】
なお、前述のように、制御指令値Ｃａ、Ｃｂは、量子化された離散値として、ノッチ指令値を用いるものとするが、連続量として取り扱うことも可能であり、連続的な制御指令値Ｃａ、Ｃｂを駆動装置２０１（モータ）およびブレーキ装置２０２に指令するように構成してもよい。
【００４２】
図４において、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０は、走行状態切り替え点誤差算出手段１４１と、走行状態切り替え点誤差記憶手段１４２と、走行状態切り替え点許容誤差範囲算出手段１５１と、走行状態切り替え点許容誤差範囲記憶手段１５２と、誤差範囲調整手段１５３と、走行状態切り替え点誤差比較判定手段１６１と、を備えている。
【００４３】
走行状態切り替え点誤差算出手段１４１は、走行データＤ２および走行計画Ｋ２を入力情報として、走行状態切り替え点での誤差情報Ｅ１（位置、速度、加減速度、時刻）を算出し、走行状態切り替え点誤差記憶手段１４２に格納する。
走行状態切り替え点誤差記憶手段１４２は、記憶された誤差情報Ｅ２を走行状態切り替え点誤差比較判定手段１６１に入力する。
【００４４】
誤差範囲調整手段１５３は、許容誤差範囲の調整量Ｗｃを生成して、走行状態切り替え点許容誤差範囲算出手段１５１に入力する。
走行状態切り替え点許容誤差範囲算出手段１５１は、機械特性パラメータＰ２、走行計画Ｋ２および許容誤差範囲の調整量Ｗｃに基づき、走行状態切り替え点での許容誤差範囲Ｗａを算出し、走行状態切り替え点許容誤差範囲記憶手段１５２に格納する。
【００４５】
走行状態切り替え点許容誤差範囲記憶手段１５２は、記憶された許容誤差範囲Ｗｂを走行状態切り替え点誤差比較判定手段１６１に入力する。
走行状態切り替え点許容誤差範囲記憶手段１５２から送出される許容誤差範囲Ｗｂは、格納される許容誤差範囲Ｗａと実質的に同一である。
【００４６】
走行状態切り替え点誤差比較判定手段１６１は、走行状態切り替え点での誤差情報Ｅ２と、走行状態切り替え点での許容誤差範囲Ｗｂ（＝Ｗａ）とに基づき、許容速度誤差範囲Ｗｖおよび許容通過時間誤差範囲Ｗｔ（後述する）からなる許容誤差範囲Ｗｂと誤差情報Ｅ２とを比較し、誤差情報Ｅ２が許容誤差範囲Ｗｂを超えた場合に、補正情報Ｈを走行計画手段１１２に入力する。
【００４７】
図１〜図４に示すように、この発明の実施の形態１に係る列車自動制御装置は、電気車２００に搭載されたＡＴＯを活用する。
前述のように、ＡＴＯにおいては、走行前に、あらかじめ速度目標値となる目標速度パターンＰｖを生成する。
【００４８】
また、手動運転時において、各区間の速度目標値は、速度制限標識、距離標、勾配標、停止位置目標などを参考とし、運転者のノウハウ（線路状況および運転経験）に基づき、停止位置精度、運転時分、乗り心地、省エネルギー性が適切な許容範囲内になるように設定される。
【００４９】
一方、自動運転時においては、たとえば、消費電力量が最小化され、所定位置への停止が可能で、所定時間内に停止位置への到達が可能で、ノッチ切り替え回数がなるべく少なくなるように、最適化された速度パターンが走行前に生成される。
そして、電気車２００の走行時においては、目標速度パターンの通りの走行速度が実現されるように、駆動装置２０１およびブレーキ装置２０２が制御される。
【００５０】
まず、図１および図２を参照しながら、走行計画手段１１２の動作について説明する。
図１において、運転者は、ユーザーインタフェース１０５の目標指標設定手段１０４を用いて、各目標値を設定することができる。
図２において、走行計画手段１１２内の評価関数最小化手段１１３は、電気車２００の走行前に前述の最適化手法を適用して、最適化の結果として得られる最適化パラメータＰｍを算出し、目標速度パターン生成手段１１４に入力する。
【００５１】
このとき、評価関数最小化手段１１３は、ユーザーインタフェース１０５に設定される目標指標Ｑ（停止位置精度、到着時刻、乗り心地目標、省エネルギー性目標など）と、線路・車両データ記憶手段１０３に設定される線路・車両データＤ３（天候情報、勾配情報、路線情報（距離、トンネル、カーブ）、車両諸元（空車質量、編成情報）など）と、機械特性記憶手段１３２に格納される運転車両の機械特性パラメータＰ２（ブレーキ力・ブレーキ特性設計値、駆動力・駆動特性設計値）と、を入力情報として用いる。
【００５２】
また、評価関数最小化手段１１３は、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０からの補正情報Ｈ（誤差量）に基づき、拘束条件として走行状態切り替え点の位置を与えることにより、最適化パラメータＰｍの計算に反映させる。
なお、評価関数最小化手段１１３は、外部計算機（図示せず）内に構成されてもよい。
【００５３】
続いて、目標速度パターン生成手段１１４は、評価関数最小化手段１１３から生成された最適化パラメータＰｍを入力情報として、各位置または各時刻における一連の速度パターン（目標プロファイル）を、目標速度パターンＰｖとして生成する。
【００５４】
次に、目標ノッチパターン生成手段１１５は、目標速度パターンＰｖを実際の制御に用いる指令値の形にするために、機械特性記憶手段１３２に記憶された機械特性パラメータＰ２を入力情報として、目標速度パターンＰｖから目標ノッチパターンＰｎを生成する。
最後に、走行計画手段１１２は、目標速度パターンＰｖおよび目標ノッチパターンＰｎを、走行計画Ｋ１として事前走行計画記憶部１１１ａに格納する。
【００５５】
このように、走行計画手段１１２内の上記最適化処理により、位置および時刻を横軸とし、速度を縦軸とした「速度パターン」と、位置および時刻を横軸とし、出力ノッチを縦軸とした「ノッチパターン」とからなる走行計画Ｋ１が、事前走行計画記憶手段１１１内の事前走行計画記憶部１１１ａに記憶される。
【００５６】
なお、事前走行計画記憶手段１１１と事前走行計画記憶部１１１ａとは、実質的に同一手段である。同様に、事前走行計画記憶部１１１ａに格納される走行計画Ｋ１と、事前走行計画記憶手段１１１から出力される走行計画Ｋ２とは、実質的に同一情報である。
【００５７】
同様に、走行データ記憶手段１０２に格納される走行データＤ１と、走行データ記憶手段１０２から出力される走行データＤ２とは、実質的に同一情報である。
また、機械特性記憶手段１３２に格納される機械特性パラメータＰ１と、機械特性記憶手段１３２から出力される機械特性パラメータＰ２とは、実質的に同一情報である。
【００５８】
次に、図１および図３を参照しながら、実際の走行時における駆動制御手段１２１の動作について説明する。
実際の走行時においては、事前走行計画記憶手段１１１に記憶された走行計画Ｋ２（速度パターンおよびノッチパターン）が駆動制御手段１２１に入力され、駆動制御手段１２１は、実際に電気車２００に入力する出力ノッチとして、駆動装置２０１（モータ）の制御指令値Ｃａまたはブレーキ装置２０２の制御指令値Ｃｂを生成する。
【００５９】
これにより、駆動装置２０１およびブレーキ装置２０２が駆動制御され、必要な駆動力および減速力を発生させる。
このとき、図３のように、駆動制御手段１２１には、走行データ記憶手段１０２からの走行データＤ２と、機械特性記憶手段１３２からの機械特性パラメータＰ２とが入力されており、機械特性に対して計画時と違いが生じる場合には、制御指令値Ｃａ、Ｃｂを補正することができる。
【００６０】
図３において、まず、駆動制御手段１２１内の現在誤差算出手段１２２は、たとえば、事前走行計画記憶手段１１１からの走行計画Ｋ２に含まれるノッチ指令値（事前走行計画によって期待される加速度または減速度）と走行データＤ２とを比較し、走行計画Ｋ２（ノッチ指令値）に対する走行データＤ２（実際の加速度や減速度）の誤差Ｅａ（現在速度誤差、減速度誤差）を算出し、ノッチ指令値補正手段１２３に入力する。
【００６１】
続いて、ノッチ指令値補正手段１２３は、走行計画Ｋ２（ノッチ指令値）に対して走行データＤ２が誤差Ｅａを持つ場合には、走行計画Ｋ２および機械特性パラメータＰ２（機械特性モデル）に基づき、ノッチ指令値の大きさの大小とノッチ指令時間の長短とが補正された補正ノッチ指令値Ｃｎを算出し、制御指令値出力手段１２４に入力する。
【００６２】
最後に、制御指令値出力手段１２４は、補正ノッチ指令値Ｃｎを電気車２００の各機械装置に対する指令値に変換し、駆動装置２０１（モータ）の制御指令値Ｃａと、ブレーキ装置２０２の制御指令値Ｃｂとして出力する。
なお、機械特性記憶手段１３２に記憶される機械特性は、駆動力およびブレーキ力の指令値に対する無駄時間および一次遅れなどの応答遅れと、ブレーキ力の定常的な目標値とのズレ量などの定常応答とが、モデル化されているものとする。
【００６３】
このように、駆動制御手段１２１は、電気車２００（機械装置）を制御する際に、電気車２００の状態量として走行データＤ２を取得する。
このとき、列車自動制御装置１００の走行データ取得手段１０１は、各センサ（または電文情報）によって取得される走行データＤ１を格納し、走行データＤ２として駆動制御手段１２１に入力する。
【００６４】
なお、走行データ記憶手段１０２は、取得した走行データＤ１を過去の走行データＤ１として蓄積し、データ蓄積量に上限が存在する場合には、たとえばＦＩＦＯ（一番古いデータから消去する手法）により、取得可能な情報量を蓄積する。
また、長い周期で観測する走行データＤ２を蓄積する場合には、時間ごと、日ごと、月ごと、または年ごとの、データの代表値（たとえば、一定期間の平均値）を走行データ記憶領域に記憶しておくことも可能である。
【００６５】
長い周期での走行データＤ２は、機械特性同定手段１３１における処理入力情報として適用され、経年劣化によって変化した機械特性を同定する場合には、長い周期で観測するデータが用いられる。
走行データ記憶手段１０２に記憶された走行データＤ２は、駆動制御手段１２１および機械特性同定手段１３１に入力され、それぞれ制御および同定に用いられる。
【００６６】
次に、駆動制御手段１２１に関連した走行データ記憶手段１０２および機械特性同定手段１３１の動作について説明する。
図１において、機械特性同定手段１３１は、走行データ記憶手段１０２から送出される走行データＤ２を用いて、機械特性（機械特性モデル）を同定する。
なお、機械特性とは、電気車２００の車両ごとの駆動装置２０１（モータ）の駆動力およびブレーキ装置２０２の減速力の過渡特性および定常特性のことである。
【００６７】
機械特性は、走行データＤ２のみの使用（図１参照）に限らず、走行データＤ２と、駆動制御手段１２１から生成される制御指令値Ｃａ、Ｃｂと、事前走行計画記憶手段１１１から送出される走行計画Ｋ２と、のうちの少なくとも１つを用いて推定演算され得る。
機械特性の推定結果および同定結果は、電気車２００の制御に反映される。
【００６８】
たとえば、走行データＤ２および制御指令値Ｃａ、Ｃｂを用いて加速指令を生成してから、実際に電気車２００が加速し始めるまでの時間に基づいて、無駄時間を推定することができる。
このように、電気車２００の加速度変化に注目することにより、駆動力に関する機械時定数を推定することができる。同様に、減速度変化についても、一定のノッチ指令値が出力されている区間において、一次遅れ特性を推定することができる。
【００６９】
また、定常特性についても、事前に計画された速度パターンと同一位置または同一時刻での現在速度値および目標速度値を用いて、特定位置における速度の大小に応じて、走行中のノッチ指令値に対する期待加速度および期待減速度を推定することができる。
【００７０】
たとえば、電気車２００の実際の速度が、或るノッチ出力によって期待される速度に達していない場合には、ノッチ出力に対して期待される加速度が小さいものと見なして、あらかじめ設定されているノッチと加速度との対応テーブルを小さい値に更新することにより、実際の機械特性を反映させることができる。
【００７１】
電気車２００の加速度および減速度に関しては、機械特性の経年変化のみに限らず、運用時の車両質量および機械の使用状況などによっても変動するので、走行データ記憶手段１０２からの走行データＤ２に含まれる車両重量および乗車重量データに基づいて、ノッチと加減速度との対応テーブルを補正する構成を含むものとする。
【００７２】
走行データＤ２に含まれる車両質量は、走行データ記憶手段１０２を介して駆動制御手段１２１に入力される。なお、車両質量は、電気車２００の乗車率または走行中の質量推定演算により算出することもできる。
機械の使用状況および天候などによる機械特性の変動は、機械特性パラメータＰ２として、機械特性記憶手段１３２を介して駆動制御手段１２１に入力される。
【００７３】
以上のように、駆動制御手段１２１は、車両質量および機械特性の変動に応じて、計画時のノッチ指令値よりも強めまたは弱めに補正したノッチ指令値を生成する。
なお、機械特性記憶手段１３２に格納される機械特性パラメータＰ１が所定値を超える場合には、再調整が必要な状態であると見なして、異常を知らせることができる。
たとえば、運転者への異常通知および運転者からの目標値設定変更を要求するために、入出力用のモニタを備えることも可能である。
【００７４】
次に、図１および図４を参照しながら、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０の動作について説明する。
まず、電気車２００の速度パターンを、５通りの走行状態（加速状態、減速状態、定速状態、惰走状態、停止状態）に分けて、以下のように定義する。
【００７５】
加速状態とは、車両に備え付けられた駆動装置２０１を制御して、電気車２００に駆動力を加えて加速する状態である。
減速状態とは、ブレーキ装置２０２を駆動制御して、または駆動装置２０１の回生ブレーキを用いて、電気車２００に減速力を加えて減速させる状態である。
【００７６】
定速状態とは、電気車２００の車両が目標走行速度（一定値）と一致するように、駆動装置２０１およびブレーキ装置２０２を制御して、一定速度を保持して電気車２００を進行させ続ける状態である。
惰走状態とは、駆動力または減速力を電気車２００に全く与えずに、環境からの走行抵抗のみによって加減速される状態であり、停止状態とは、電気車２００が完全に停止している状態である。
【００７７】
通常、電気車２００は、上記５通りの状態を遷移しながら速度制御が行われており、各状態において、目標速度または目標時刻での地点通過を達成するために、適切なノッチ制御が行われる。
ここで、上記５通りの走行状態のうちの１つの状態から他の１つの状態に切り替える点を、「走行状態切り替え点」として定義する。
【００７８】
図４において、まず、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０内の走行状態切り替え点誤差算出手段１４１は、現在走行中の走行状態から次の走行状態への走行状態切り替え点において、走行データＤ２および走行計画Ｋ２を用いて、目標となる次の通過予定位置（走行状態切り替え点）における速度を計算する。なお、走行状態切り替え点は、たとえば、停車駅間に設置されたマーカなどにより認識することができる。
【００７９】
また、走行状態切り替え点誤差算出手段１４１は、通過予定位置における速度の算出値と、計画時の目標通過速度と比較し、両者の速度偏差を誤差情報Ｅ１として算出し、走行状態切り替え点誤差記憶手段１４２に入力する。
【００８０】
このとき、位置を基準として走行状態切り替え点を定義する場合には、通過時間について目標通過時間と実通過時間との時間偏差を誤差情報Ｅ１として算出し、上記速度偏差に加えて時間偏差も走行状態切り替え点誤差記憶手段１４２に入力する。
一方、時間を基準として評価する場合には、位置誤差を誤差情報Ｅ１として算出し、上記速度偏差に加えて位置偏差も走行状態切り替え点誤差記憶手段１４２に入力する。
【００８１】
なお、前述のように、この発明の実施の形態１では、走行状態切り替え点において厳密に速度パターンに追従しなくても、目的の停止位置精度および到着時刻を許容範囲内で達成可能な場合には、ノッチ指令値の変動を必要最小限に抑制し、計画通りの速度パターンを適用することを特徴としている。
【００８２】
したがって、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０内において、走行状態切り替え点許容誤差範囲算出手段１５１は、各走行状態切り替え点での最低限追従すべき速度および時間の条件に基づき許容誤差範囲Ｗａを算出し、走行状態切り替え点誤差比較判定手段１６１は、誤差情報Ｅ２が許容誤差範囲Ｗｂ（＝Ｗａ）内である場合には、走行計画手段１１２に対する補正情報Ｈを生成せず、走行計画Ｋ１を変更するような補正を行わないようにする。
【００８３】
以下、図１および図４とともに、図５〜図８の説明図を参照しながら、許容誤差範囲に関連した走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０および走行計画手段１１２の制御動作について説明する。
許容誤差範囲Ｗａは、走行状態のうちの「減速状態」に対応して個別に算出される。
【００８４】
図５〜図８においては、横軸を電気車２００の位置［ｍ］、縦軸を速度Ｖ［ｋｍ／ｈ］として、代表的な遷移例「加速状態→惰走状態→減速状態→停止状態」における、位置基準で定義された２つの走行状態切り替え点Ｓ１、Ｓ２と、事前に最適化された速度パターン（太線）と、速度制限値（破線）とが示されている。
【００８５】
上記４つの状態の遷移点（走行状態切り替え点Ｓ１、Ｓ２、停止位置Ｓ３）で区切られた区間が、加速区間、惰走区間、減速区間、停止区間となるが、停止区間については図示を省略する。
この場合、減速状態は１つのみなので、１つの許容誤差範囲が定義されることになる。
【００８６】
図５においては、個別バラツキを含む車両ごとの特性１〜４に対し、許容誤差範囲Ｗａとして４つの許容誤差範囲Ｗ１〜Ｗ４（両方向矢印で示すウインドウの位置および幅）が個別に設定された状態が示している。この場合、各許容誤差範囲Ｗ１〜Ｗ４に鑑みて、特性３のみが許容誤差範囲Ｗ３の速度および時刻の条件を満たす（特性３のみが許容誤差範囲Ｗ３のウインドウ内に入る）ことが示されている。
【００８７】
図６においては、特性２に対する修正時間幅ΔＴ２ａ、ΔＴ２ｂと、特性２を補正後の修正パターン２ａ、２ｂとが示されている。
また、図７においては、特性１に対する修正時間幅ΔＴ１ａ、ΔＴ１ｂと、特性１を補正後の修正パターン１ａ、１ｂと、特性４に対する修正時間幅ΔＴ４ａ、ΔＴ４ｂと、特性４を補正後の修正パターン４ａ、４ｂと、が示されている。
【００８８】
さらに、図８においては、補正後の速度パターンに対応した加速区間での加速用ノッチパターンおよび減速区間での減速用ノッチパターンが示されており、減速用ノッチパターンは、延長時間ΔＴｄｅｃだけ補正されている。
【００８９】
図５において、減速状態の直前の惰走状態から減速状態に遷移する走行状態切り替え点Ｓ２について、速度目標値Ｖｄおよび許容速度誤差範囲Ｗｖ（Ｖｄ＋ΔＶ（＋）、Ｖｄ＋ΔＶ（−））と、通過時刻目標値Ｔｄおよび許容通過時間誤差範囲Ｗｔ（Ｔｄ＋ΔＴ、Ｔｄ−ΔＴ）とが、走行計画時に設定されているものとする。
【００９０】
なお、許容速度誤差範囲Ｗｖおよび許容通過時間誤差範囲Ｗｔの２つを合わせて許容誤差範囲と総称し、許容誤差範囲Ｗａとしては、各特性１〜４に対応した許容誤差範囲Ｗ１〜Ｗ４が設定されることになる。
許容誤差範囲Ｗ１〜Ｗ４は、電気車２００の「減速状態」が開始される走行状態切り替え点Ｓ２への進入速度として、最終的に定時刻および定位置で停止することができる速度条件の幅を示している。
【００９１】
たとえば、走行状態切り替え点Ｓ１で最高速度となる特性１の場合には、時間的余裕が大きいので、次の走行状態切り替え点Ｓ２での許容誤差範囲Ｗ１が広くなるものの、低速側に位置することになる。
逆に、走行状態切り替え点Ｓ１で最低速度となる特性４の場合には、時間的余裕が小さいので、次の走行状態切り替え点Ｓ２での許容誤差範囲Ｗ４が狭くなるうえ、高速側に位置することになる。
【００９２】
各特性１〜４は、駆動装置２０１およびブレーキ装置２０２の機械特性が互いに異なる４種類の車両が走行した場合の各速度特性を表現している。
現在の指令（速度パターン）のままで「減速」が開始された場合での、走行状態切り替え点Ｓ２における速度は、車両位置で定義された加速区間が完了する走行状態切り替え点Ｓ１まで電気車２００が動作した時点で、現在の機械特性モデルに基づき推定される。
【００９３】
図５の場合、各特性１、２、４については、いずれも現在の指令のままで動作を続けると、「減速状態」が開始される走行状態切り替え点Ｓ２における進入速度（破線矢印）が、許容誤差範囲Ｗ１、Ｗ２、Ｗ４を満たさない（ウインドウ内に入らない）ので、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０は、現状の指令のままでは問題があると判定する（×印参照）。
【００９４】
一方、特性３については、走行状態切り替え点Ｓ２における進入速度（破線矢印）が、許容誤差範囲Ｗ３内に入るので、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０は、許容誤差範囲Ｗ３に対して速度および時刻の条件を満たしていると判定する。
【００９５】
速度目標値Ｖｄおよび通過時刻目標値Ｔｄについては、前述の最適化手法で算出された速度パターン通りに動いた場合の値が設定されるので、速度パターン上の当該位置における速度および時刻を用いて定義される。
【００９６】
速度および時刻の目標値（速度目標値Ｖｄおよび通過時刻目標値Ｔｄ）を基準として、減速状態から見て次の走行状態切り替え点の通過時に、次の速度目標値Ｖｄ＿ｎｅｘｔおよび次の通過時刻目標値Ｔｄ＿ｎｅｘｔが満たされる必要がある。
【００９７】
ここで、次の走行状態切り替え点（停止位置Ｓ３）においては、「停止状態」なので、定時刻で停車するための時間誤差範囲Ｔｄ＿ｎｅｘｔ（＝±ΔＴ［ｓｅｃ］）において、停止条件である停止速度Ｖｄ＿ｎｅｘｔ（＝０［ｋｍ／ｈ］）を満たすことが必要となる。
そこで、上記条件を満たす「減速状態」に進入する場合の、許容速度誤差範囲Ｗｖの最高速側である上限値「Ｖｄ＋ΔＶ（＋）」と、最低速側の下限値「Ｖｄ＋ΔＶ（−）」とを、それぞれ計算する。
【００９８】
上限値「Ｖｄ＋ΔＶ（＋）」は、電気車２００の乗客の乗り心地条件を満たす最大の減速度または速度制限値から算出される。
具体的には、乗り心地を満たす範囲内の最大減速度αｌｉｍ（最大加速度）で、かつノッチ切り替え回数を一定値以下で減速させるように規定されている場合には、走行区間線路の勾配条件なども加味したうえで、進入速度の上限値「Ｖｄ＋ΔＶ（＋）」が計算される。
【００９９】
このときの減速度パターンとしては、乗り心地を保つ範囲内で使用可能な最大減速度αｌｉｍとなるように、使用可能なノッチ段数のうちの上限ノッチＮｌｉｍ（連続的な制御の場合には、「減速度の上限値」）が設定される。
【０１００】
たとえば、「一定時間ごとにノッチを上げ、上限ノッチＮｌｉｍまで引き上げた後に、最終ノッチＮｆｉｎに下げていく」という制御が行われた場合の速度は、最大減速度αｌｉｍを用いて停止した条件として、高速側の上限値「Ｖｄ＋ΔＶ（＋）」として計算することができる。
【０１０１】
すなわち、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０内の走行状態切り替え点許容誤差範囲算出手段１５１は、機械特性記憶手段１３２に記憶された機械特性パラメータＰ２を用いることにより、シミュレーション結果として、許容速度誤差範囲Ｗｖの高速側の上限値「Ｖｄ＋ΔＶ（＋）」を算出することができる。
このとき、計算された上限値「Ｖｄ＋ΔＶ（＋）」が、走行区間線路での速度制限値よりも大きい場合には、上限値「Ｖｄ＋ΔＶ（＋）」を速度制限値に変更する。
【０１０２】
一方、許容速度誤差範囲Ｗｖの下限値「Ｖｄ＋ΔＶ（−）」は、通過予定時刻から計算される残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔの関数として定義される。低速側の速度許容誤差条件となる下限値「Ｖｄ＋ΔＶ（−）」の求め方については、追って詳述する。
なお、下限値「Ｖｄ＋ΔＶ（−）」の初期設定値は「０」とする。
【０１０３】
まず、目標位置への到着時刻として許容される時間幅ΔＴが定義され、ユーザーインタフェース１０５内の目標指標設定手段１０４を介して設定される。
次に、走行状態切り替え点誤差算出手段１４１は、現在走行中の走行状態から次の走行状態に移行する前に、一定周期ごとに、次の減速状態に移行するまでの１つ以上の走行状態切り替え点（図５においては、Ｓ１、Ｓ２）を通過時での、通過速度Ｖ＿ｐａｓｓ（ｉ）および残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）を算出する。
ここで、添え字「ｉ」は、現在の走行状態の次の走行状態をｉ＝１として、走行状態切り替え点ごとに、ｉ＝１、２、・・・として定義する。
【０１０４】
次の走行状態切り替え点の通過時での通過速度Ｖ＿ｐａｓｓ（ｉ）および残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）の算出にあたっては、次の走行状態切り替え点までの走行計画Ｋ２から、電気車２００に関する内部物理モデルを用いて実時間で算出する。
すなわち、現在速度Ｖ０と、次の走行状態切り替え点の通過時までの加速度および減速度から推定される見込みの通過時間および通過速度と、を算出する。
【０１０５】
簡略化すると、現在の走行状態切り替え点から次の走行状態切り替え点までの距離Ｌと、次の走行状態切り替え点での通過速度Ｖ（ｔ）との関係は、以下の式（１）のように定義される。
【０１０６】
Ｌ＝∫Ｖ（ｔ）ｄｔ              ・・・（１）
【０１０７】
また、次の走行状態切り替え点の通過速度Ｖ（ｔ）と、各時刻ｔでノッチ切り替えによって期待される加速度（または、減速度）α（ｔ）と、現在速度Ｖ０との関係は、以下の式（２）のように定義される。
【０１０８】
Ｖ（ｔ）＝∫α（ｔ）ｄｔ＋Ｖ０  ・・・（２）
【０１０９】
したがって、現在の走行状態切り替え点から距離Ｌだけ進んで、次の走行状態切り替え点に達するときの通過時間Ｔは、式（１）、式（２）に基づき、逐次計算して距離を積算していくことにより算出することができる。
【０１１０】
なお、加速度（または、減速度）αは、電気車２００の質量Ｍ、駆動力Ｆｍ、走行抵抗Ｆｒ、減速力Ｆｂを用いて、以下の関係式から算出することができる。
すなわち、駆動時（加速区間）であれば、以下の式（３）のように求められる。
【０１１１】
Ｍα＝Ｆｒ＋Ｆｍ  ・・・（３）
【０１１２】
なお、走行抵抗Ｆｒには、曲率による抵抗、勾配による抵抗、風および空気による抵抗が含まれている。
一方、惰走時（惰走区間）であれば、加速度（または、減速度）αは、走行抵抗Ｆｒのみを用いて、以下の式（４）のように求められる。
【０１１３】
Ｍα＝Ｆｒ  ・・・（４）
【０１１４】
また、減速時（減速区間）であれば、加速度（または、減速度）αは、走行抵抗Ｆｒおよび減速力Ｆｂを用いて、以下の式（５）のように求められる。
【０１１５】
Ｍα＝Ｆｒ＋Ｆｂ  ・・・（５）
また、応答遅れに関する影響を考慮したモデル（力Ｆを時間ｔに対する関数として表現したモデル）を用いて、加速度αの変化を物理モデル化することにより、推定演算をさらに詳細化することが可能となる。
【０１１６】
ところで、前述の通り、上記のようなモデル化においては、基本的にモデル化誤差が発生することから、各走行状態切り替え点を正確な時刻および速度で通過することはできないので、通過時刻および通過速度には誤差が生じる。
【０１１７】
通常、誤差が生じる場合には、最適なパターンに対して追従するような制御が行われていたが、この発明の実施の形態１による走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０は、許容誤差範囲Ｗａ（＝Ｗｂ）を定義して、誤差情報Ｅ２が許容誤差範囲Ｗｂ内であれば、走行計画Ｋ１（＝Ｋ２）上のノッチ指令値およびノッチ指令値タイミングを変更しないようにしている。
【０１１８】
まず、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０内の走行状態切り替え点誤差算出手段１４１は、現在位置における時刻および速度を初期条件として用い、残りの走行状態を走行計画Ｋ２の通りに遂行した場合での通過速度Ｖ＿ｐａｓｓ（ｉ）および残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）を算出する。
【０１１９】
このとき、誤差情報Ｅ２が許容誤差範囲Ｗｂ内であって、通過速度Ｖ＿ｐａｓｓ（ｉ）および残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）を初期値とする減速区間を介して、最終的な停止位置に目標時刻で到着できる場合には、補正情報Ｈが生成されないので、走行計画手段１１２において走行計画Ｋ１の値が修正されることはない。
【０１２０】
なお、減速状態での下限値「Ｖｄ＋ΔＶ（−）」としては、減速状態への走行状態切り替え点Ｓ２での残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）の算出値を用いて、残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）内に、許容減速度を用いて目的位置に到着可能な解をもつ最小速度が定義される。
【０１２１】
一方、減速状態への走行状態切り替え点Ｓ２での通過速度Ｖ＿ｐａｓｓ（ｉ）および残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）が、いずれも許容誤差範囲Ｗｂを超えていて、目標停止位置への時間誤差が許容できない場合には、走行計画Ｋ１の補正が必要となるので、走行状態切り替え点誤差比較判定手段１６１から補正情報Ｈが生成される。
【０１２２】
この場合、走行計画手段１１２は、補正情報Ｈに応じて、以下の補正処理Ａ１、Ａ２のいずれか一方を実行するか、または、２つの補正処理Ａ１、Ａ２を「Ａ１→Ａ２」の順に実行することにより、速度パターンを補正する。
【０１２３】
（Ａ１）速度パターンの切り替え時間を変動させる。
（Ａ２）速度パターンの加速状態時に目標加速度を増大させる。
【０１２４】
補正処理Ａ１については、まず、速度パターンの切り替え時間を変動させることにより、許容誤差内に収めるための上限値を算出する。
速度パターンの切り替え時間の変動方法については、次の２つのケースＢ１、Ｂ２に分けることができる。
【０１２５】
（Ｂ１）進入速度が速く到着時間が許容誤差範囲を超えて早すぎる場合。
（Ｂ２）進入速度が遅すぎて到着時間が許容誤差範囲を超えて遅すぎる場合。
【０１２６】
ケースＢ１、Ｂ２の各々について、切り替え時間の変動は、走行状態切り替え点の通過速度Ｖ＿ｐａｓｓ（ｉ）と残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）との関係から、以下のように算出する。
【０１２７】
ケースＢ１の事例は、図５内の特性２で表されるように、加速区間での速度Ｖが最適パターンよりも高い場合である。
機械特性および走行抵抗Ｆｒの推定モデルが実特性と一致していない場合には、上記特性２のように、許容誤差範囲Ｗ２から逸脱するような状況が発生する。
【０１２８】
上記状況を回避するためには、図６内の修正パターン２ａに示すように、特性２の加速時間を修正時間幅ΔＴ２ａだけ短く設定して、惰走区間を長く設定することにより、走行状態切り替え点Ｓ２への進入速度を調整するか、または、修正パターン２ｂに示すように、減速開始時刻を修正時間幅ΔＴ２ｂだけ早く設定して、時間調整が可能な十分に早い段階から減速を開始させることにより、停止位置への進入速度を調整すればよい。
【０１２９】
修正パターン２ａ、２ｂのいずれにおいても、許容誤差範囲Ｗ２を逸脱すると判定された際に補正することになる。
すなわち、加速中に許容誤差範囲Ｗ２を超えると判定された場合には、加速中に走行状態切り替え点Ｓ１を進角補正するための補正量として修正時間幅ΔＴ２ａを適用し、惰走中に許容誤差範囲Ｗ２を超えると判定された場合には、惰走中に走行状態切り替え点Ｓ２を進角補正するための補正量として修正時間幅ΔＴ２ｂを適用する。
【０１３０】
具体的な調整時間算出方法として、修正時間幅ΔＴ２ａを求める場合には、機械特性パラメータＰ２を用いることにより、減速状態への走行状態切り替え点Ｓ２における時間および速度が許容誤差範囲Ｗ２内に収まる最小時間として計算することができる。
同様に、修正時間幅ΔＴ２ｂを求める場合には、現在モデルとして保有している機械特性パラメータＰ２を用いることにより、減速状態への走行状態切り替え点Ｓ２における時間および速度が許容誤差範囲Ｗ２内に収まる最小時間として計算することができる。
【０１３１】
また、機械特性および走行抵抗Ｆｒのモデルとのずれの傾向（加速過剰または加速不足、減速過剰または減速不足）があらかじめ分かっている場合には、既知の傾向を考慮して、機械特性および走行抵抗Ｆｒに対し、走行データＤ２から計算される実減速度と、走行計画Ｋ２が保有しているモデル減速度との差分から減速状態への走行状態切り替え点Ｓ２で発生し得る速度誤差分だけ修正時間幅ΔＴ２ａ、ΔＴ２ｂを長めに設定することができる。
【０１３２】
上記ケースＢ１と類似した状況で、図５内の許容誤差範囲Ｗ１外の速度パターンを生成する特性１の場合の走行計画Ｋ２の速度パターン補正処理は、図７に示すように、修正時間幅ΔＴ１ａ、ΔＴ１ｂのいずれかを選択することにより、走行状態切り替え点Ｓ１を修正時間幅分だけ早めに設定する。これにより、特性１の修正パターン１ａ、１ｂは、許容誤差範囲Ｗ１内に入るよう補正される。
【０１３３】
一方、ケースＢ２の事例は、図５内の特性４で表されるように、加速区間での速度Ｖが最適パターンよりも低い場合である。
特性４のように加速不足の場合には、目的位置に目標時間内に到達することが厳しいので、図７に示すように、加速時間を修正時間幅ΔＴ４ａ（または、ΔＴ４ｂ）だけ増大させて修正パターン４ａとすることにより、減速状態への走行状態切り替え点Ｓ２での速度および時間の許容誤差範囲Ｗ４に収まるようにする。
【０１３４】
このとき、エネルギー消費を抑制するために、可能な限り加速状態を継続させないように、許容誤差範囲Ｗ４の下限速度側に対応した修正時間幅ΔＴ４ａ（修正パターン４ａ）を利用する。
同様に、特性１の場合には、許容誤差範囲Ｗ１の下限速度側に対応した修正時間幅ΔＴ１ｂ（修正パターン１ｂ）を利用する。
【０１３５】
なお、前述のケースＢ１と同様に、機械特性および走行抵抗Ｆｒの誤差があらかじめ推定できている場合には、想定される減速度の変動分を走行計画に反映させるために、修正時間幅ΔＴ４ａを、さらに長い修正時間幅ΔＴ４ｂに近づける。
また、たとえば、走行抵抗Ｆｒの誤差が下り勾配に作用している場合には、加速時間を短く設定する方がよい。
【０１３６】
以上の補正処理Ａ１（切り替え時間の変動）により、ケースＢ２においても、減速状態への走行状態切り替え点Ｓ２での速度および時間を許容誤差範囲Ｗ４内に入れることが可能となる。
【０１３７】
ただし、補正処理Ａ１を適用しても解が見つけられない場合には、補正処理Ａ２のように、速度パターンの加速状態時に目標加速度を増すことにより、不足時間を補償するために必要な加速度を演算し、最も近いノッチ出力を算出する。
この補正処理Ａ２は、たとえば、極端に加速度が不足する場合、または、一旦ＡＴＣ信号で停止後に速度パターンを再度作成する場合に適用される。
【０１３８】
具体的には、加速側または減速側のノッチについて、許容される最大の加速度遷移によって目標速度に到達するように指令値を生成する。
すでに最大加速度を利用して最適化が行われている場合には、これ以上に最適な解は存在しないものと見なし、運転者は、目標指標設定手段１０４を介して目標指標Ｑ（目標走行時間）を大きくするための再設定を行う。
【０１３９】
また、それぞれの走行状態切り替え点の通過時点において、最適化された速度パターンから求められる目標通過速度と、走行データＤ２による実速度との間に差が生じた場合には、機械特性に対して変動があるものと見なして、機械特性パラメータＰ２をフィードバックする。
特に、無駄時間および一次遅れ時定数については、走行中に即時に反映させて、指令タイミングを修正する。
【０１４０】
また、ノッチ指令値と実際の加速度との関係から、定常応答にずれが存在しており、機械特性としての変動が推定および同定されている場合には、駆動制御手段１２１内のノッチ指令値補正手段１２３は、ノッチ出力のタイミングを補正するか、または、ノッチの大きさを目標加速度または目標減速度に最も近いものに修正する。
ただし、出力時間に関しては補正せず、もし補正する場合には、走行計画Ｋ１を許容誤差範囲に基づき判定したうえで修正を行う。
【０１４１】
次回に同路線を走行する前に事前走行計画を行う際に、走行計画Ｋ１が修正されることになるので、次回走行時からは、機械特性の変動に応じた走行計画（速度パターンおよびノッチパターン）が生成される。
【０１４２】
なお、機械特性同定手段１３１に対する入力情報として、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０内の走行状態切り替え点誤差記憶手段１４２の記憶情報（走行状態切り替え点における通過速度Ｖ＿ｐａｓｓ（ｉ）および残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ））と、これらの計算に用いた計画時のノッチ指令値および走行データとを追加して、機械特性を同定することもできる。
【０１４３】
この場合、走行状態切り替え点誤差記憶手段１４２内の通過速度Ｖ＿ｐａｓｓ（ｉ）および残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）は、ある時点の走行データＤ２に含まれる現在速度Ｖ０を起点として、走行計画Ｋ２の加速度に基づく未来の速度値の算出結果なので、各ノッチに対する実際の加速度または減速度と計画時の出力とを比較することができる。
これにより、目標停止位置への目標時間を十分に満たすような指令値を生成することができる。
【０１４４】
また、減速状態に入った後の制御として、以下の補正処理を採用することにより、停止精度を向上させることができる。
すなわち、減速状態に切り替わった後の速度に応じて、停止精度を確保しつつ乗客の乗り心地を向上させるために、駆動制御手段１２１は、走行計画時と実走行時とで機械特性および走行抵抗Ｆｒなどに誤差が発生している場合には、以下のように走行計画Ｋ２を修正する。
【０１４５】
まず、あらかじめ減速区間内の１つ以上の所定位置において速度チェックを行う。ここでは、たとえばトランスポンダの位置を速度チェック位置とする。
各走行計画の実行時には、各速度チェック位置での通過速度について、走行データＤ２と走行計画Ｋ２（計画データ）とを比較する。
【０１４６】
あらかじめ計画された走行計画Ｋ２においては、勾配や曲率、風や空気などの走行抵抗Ｆｒは考慮されているものとするが、ブレーキ特性が推定と異なっていると、速度チェック位置での通過速度に誤差が生じる。
【０１４７】
このとき、減速度が不足していて、目標速度よりも走行データＤ２の方が大きい場合には、現時点から停止状態に至るまでで出力するブレーキ力の中で最大減速度を有するブレーキ力のノッチ継続時間を長く（または、短く）設定して、速度チェック位置の将来通過速度が目標速度と一致するように補正する。
【０１４８】
具体的には、図８に示すように、時間を短くすることで期待できる減速度分の変動が超過（または不足）している速度と一致する計算を制御周期ごとに計算することにより、調整する。
【０１４９】
図８において、速度チェック地点で超過する場合の速度をΔＶ（＞０）とし、不足する場合の速度をΔＶ（＜０）とすると、最大ブレーキの延長時間ΔＴｄｅｃは、減速状態である現在（速度チェックが行われた位置）から対象とする速度チェック位置までに使用する最大ブレーキノッチにより期待される減速度β１と、次の速度チェック位置におけるノッチでの期待される減速度β２とを用いて、以下の式（６）のように算出される。
【０１５０】
ΔＴｄｅｃ＝ΔＶ／（β１−β２）    ・・・（６）
【０１５１】
なお、延長時間ΔＴｄｅｃが、走行計画時に最大ブレーキを利用する予定であった時間よりも大きい場合には、走行計画Ｋ２で最大ブレーキを出力する予定であったノッチを１ノッチ分だけ下げて出力するようにし、１ノッチ分だけ下げて出力する場合において、上記式（６）と同様に、延長時間ΔＴｄｅｃを計算する。
【０１５２】
式（６）を制御周期ごとに繰り返し計算すると、最終的には、次の速度チェック位置における出力ノッチと同じノッチになるので、その後は、速度チェック位置に達するまでノッチ変動を行わずに、速度チェック位置における期待減速度β２に該当するノッチを出力し続ける。
【０１５３】
ただし、実減速度と、ノッチ指令値で期待される減速度との間の誤差が大きい場合には、補正後に再び誤差が発生する要因となるので、減速中に推定された機械特性について、駆動制御手段１２１に反映させるものとする。
以上の補正処理を適用することにより、速度チェック位置において計画時とほぼ同等の速度で進入することが可能となるので、安定した停止位置精度を実現することができる。
【０１５４】
なお、停止直前の最終の速度チェック位置において速度が超過しない場合には、途中の速度チェック位置で速度が大きい場合であっても、図８のようなブレーキ時間の調整は行わない。
【０１５５】
また、減速度が計画時よりも大きい（予定以上に減速している）場合には、現ブレーキ適用時間を短く設定して、次のノッチに移行することにより調整を行う。ただし、このノッチ移行については、減速度（負の加速度）が急激な変動にならないように、最低限の移行時間を設定するものとする。
【０１５６】
また、上記減速時での時間補正において、オーバーラン回避を目的として、目標減速度よりもやや強めのブレーキを掛けて低速状態での走行が増えることにより、走行時間が増えてしまうことがある。
このような状況で上記補正処理を行うと、走行時間が増えて停車予定時刻に間に合わない場合がある。
【０１５７】
そこで、上記問題を解決するために、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０は、誤差範囲調整手段１５３を備えており、誤差範囲調整手段１５３から許容誤差範囲Ｗａの調整量Ｗｃを生成することにより、許容誤差速度および許容誤差時間について、残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）を増やす方向に調整することを可能にしている。
すなわち、前回走行時に時刻がオーバーした場合に、進入速度を大きく設定することにより、残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）を増やす設定に調整することができる。
【０１５８】
なお、ここでは、図５〜図８のように、代表的に減速状態（減速区間）が１つのみ存在する速度パターンを想定して説明したが、制限速度区間が駅間に存在するときなど、減速状態が２つ以上存在する場合については、停止状態の直前の最後の減速状態のみに対して、許容誤差範囲Ｗａを算出して評価するという処理が適用可能である。
【０１５９】
以上のように、この発明の実施の形態１（図１〜図８）に係る列車自動制御装置１００は、電気車２００（車両）の前回走行までに得られた線路データおよび車両データ（機械特性を含む）を、線路・車両データＤ３として記憶する線路・車両データ記憶手段１０３と、走行データＤ１（＝Ｄ２）（車両の現在の走行状態）を用いて、現在の走行状態から次の走行状態への走行状態切り替え点Ｓ１、Ｓ２、・・・での位置または時刻ごとに、線路・車両データＤ３に対応した現在の機械特性パラメータＰ１（＝Ｐ２）を同定する機械特性同定手段１３１と、線路・車両データＤ３および機械特性パラメータＰ２を用いて、車両の停車駅間における加速状態、減速状態および停止状態を含む複数の走行状態からなる速度パターンを、走行計画Ｋ１（＝Ｋ２）として事前に生成する走行計画手段１１２と、車両の走行中における速度パターンの実行時に、走行状態切り替え点の前後での（次の走行状態に切り替わるまでの）ノッチ切り替え回数を最小回数に制御する駆動制御手段１２１と、走行状態切り替え点の通過時点において、速度パターン（車両の現在速度Ｖ０および現在時刻）と走行計画Ｋ２（目標速度および目標時刻）との誤差情報Ｅ１（＝Ｅ２）を算出する走行状態切り替え点誤差算出手段１４１と、機械特性パラメータＰ２および走行計画Ｋ２を用いて、誤差情報Ｅ２に対する許容誤差範囲Ｗａ（＝Ｗｂ）を算出する走行状態切り替え点許容誤差範囲算出手段１５１と、誤差情報Ｅ２と許容誤差範囲Ｗｂとを比較し、誤差情報Ｅ２が許容誤差範囲Ｗｂを超えた場合に、走行計画手段１１２に補正情報Ｈを入力する走行状態切り替え点誤差比較判定手段１６１と、を備えている。
【０１６０】
走行計画手段１１２は、補正情報Ｈに応答して、誤差情報Ｅ２が許容誤差範囲Ｗｂ内に収まるように、次の走行状態における走行計画Ｋ１を修正する。
また、走行計画手段１１２は、誤差情報Ｅ２が許容誤差範囲Ｗｂ内に収まる場合には、前回の走行計画時の制御指令値Ｃａ、Ｃｂ（ノッチ指令値）を駆動制御手段１２１で適用させ、速度パターンが減速状態に遷移するときの速度および時間に関する誤差情報Ｅ２が、許容誤差範囲Ｗｂから逸脱する状態になった場合には、車両の乗客の乗り心地を維持しつつ、誤差情報Ｅ２に含まれる時間誤差が０に近づくように、機械特性と、減速状態での速度誤差および時間誤差とを考慮して、走行計画Ｋ１を修正する。
すなわち、走行計画手段１１２は、許容誤差範囲Ｗｂ内となるような補正を次の評価点で行うのではなく、可能な限り走行計画時のノッチ指令値を適用する。
【０１６１】
また、走行計画手段１１２は、線路・車両データＤ３および機械特性パラメータＰ２を用いて最適化パラメータＰｍを生成する評価関数最小化手段１１３と、最適化パラメータＰｍを用いて目標速度パターンＰｖを生成する目標速度パターン生成手段１１４と、目標速度パターンＰｖおよび機械特性パラメータＰ２を用いて目標ノッチパターンＰｎを生成する目標ノッチパターン生成手段１１５と、を備えており、目標速度パターンＰｖおよび目標ノッチパターンＰｎを、駆動制御手段１２１に対する走行計画Ｋ１（＝Ｋ２）として出力する。
【０１６２】
また、走行計画手段１１２において、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０からの補正情報Ｈは、評価関数最小化手段１１３に入力されて、評価関数最小化手段１１３でのオンライン計算に寄与する。
また、走行計画手段１１２は、補正情報Ｈに応答して、現在の速度パターンにおける次の走行状態切り替え点を、誤差情報Ｅ２が許容誤差範囲Ｗｂの下限速度側に収まるような修正時間幅ΔＴ１ｂ、ΔＴ４ａだけ変更する。
【０１６３】
また、この発明の実施の形態１に係る列車自動制御装置１００は、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０において、許容誤差範囲Ｗａの大きさを調整するための調整量Ｗｃを生成して走行状態切り替え点許容誤差範囲算出手段１５１に入力する誤差範囲調整手段１５３を備えている。
【０１６４】
さらに、走行計画手段１１２は、補正情報Ｈに応答して、現在の速度パターンにおける次の走行状態切り替え点を、図７のように、誤差情報Ｅ２が許容誤差範囲Ｗｂの下限速度側に収まるような修正時間幅だけ変更するので、エネルギー消費を抑制することができる。
なお、速度パターンにおける走行状態は、加速状態、減速状態および停止状態に加えて、定速状態および惰走状態をも含み得る。
【０１６５】
このように、走行状態切り替え点の近傍の速度および時間の誤差について許容誤差範囲Ｗｂを設定することにより、速度追従に対して厳密に追従しようとすることを回避し、走行状態が切り替わる走行状態切り替え点ごとに、速度誤差および時間誤差を抑制するような走行状態切り替え点またはノッチを選択するのではなく、減速状態において許容される限りは、計画通りのノッチおよびノッチ切り替え時刻を選択することができ、不要なノッチ切り替えを回避することができる。
【０１６６】
すなわち、計画時におけるノッチ切り替えは、必要最小限に少なくなるように最適化されているので、途中時点での追従性向上を目的としたノッチ変動を抑制することができ、乗客の乗り心地の悪化を防ぐことができる。
【０１６７】
この発明の実施の形態１によれば、目標時間を基準として、目標状態からの乖離を監視しているので、機械特性の変化を加味した必要最小限の走行計画の修正により、目的となる停止位置精度および停止時刻精度を満たすことができる。
また、従来装置と比べて、ノッチ切り替えやノッチ変動を可能な限り適用せずに、列車の自動運転が可能となるので、オフラインで最適化された省エネルギー性を実現するとともに、乗り心地を実運転で実現した形で運転することが可能となる。
【０１６８】
すなわち、事前に最適化された速度パターンの速度値および通過時間を基準として、走行状態が減速状態に移行する瞬間の状態として許容可能は許容速度誤差範囲Ｗｖと許容通過時間誤差範囲Ｗｔを定義し、いずれかの条件を満たさない場合に走行計画Ｋ１を再計画するので、レールと電気車２００との間の接触面を極力傷つけることなく走行させ、省エネルギー性に優れ、乗客に対して望ましい加速度（または、減速度）を満たし、さらに加減速時間が目標設定値を満たすような速度パターンで制御することができる。
【０１６９】
したがって、個々の列車ごとの機械特性のバラツキに依存することなく、目的となる停止精度および到着時刻を満たすことを自動的に保証しつつ、不要なノッチ切り替えを抑制することにより、乗客の乗り心地を向上させることができる。
また、厳密な速度追従に起因したハンチングを回避するとともに、ノッチ切り替え回数の増加および必要以上の加速によるエネルギー消費の増大も防ぐことができる。
【０１７０】
実施の形態２．
なお、上記実施の形態１では、速度制限について言及しなかったが、図９のように、速度制限取得手段１７０を設け、走行中に速度制限情報Ｇが生成された場合に、走行計画手段１１２Ａにおいて、速度制限情報Ｇに応じた走行計画Ｋ１を生成するように構成してもよい。
【０１７１】
図９はこの発明の実施の形態２に係る列車自動制御装置の全体構成を示すブロック図であり、前述（図１参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
【０１７２】
図９において、列車自動制御装置１００Ａは、追加構成要素として、速度制限取得手段１７０を備えている。
速度制限取得手段１７０は、電気車２００の走行中の異常状態発生などによる制限速度変更が検出された場合に、速度制限情報Ｇを走行計画手段１１２Ａに入力する。
【０１７３】
図１０は図９内の走行計画手段１１２Ａの機能構成を示すブロック図であり、前述（図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。
【０１７４】
図１０において、走行計画手段１１２Ａ内の評価関数最小化手段１１３Ａおよび目標速度パターン生成手段１１４Ａには、前述と同様の入力情報に加えて、それぞれ速度制限取得手段１７０からの速度制限情報Ｇが入力されている。
【０１７５】
走行計画手段１１２Ａに速度制限情報Ｇが入力された場合には、目標速度パターン生成手段１１４Ａおよび目標ノッチパターン生成手段１１５からは、走行計画Ｋ１として、制限速度が付与された目標速度パターンＰｖおよび目標ノッチパターンＰｎが生成される。
【０１７６】
なお、速度制限取得手段１７０は、変更された制限速度パターンを検出して記憶する制限速度変更検出手段により構成されてもよく、速度制限情報Ｇは、記憶された制限速度パターンであってもよい。この場合、走行計画手段１１２Ａは、入力された制限速度パターンを再生成して速度パターンとして登録することになる。
【０１７７】
通常通りのダイヤ運行において、速度制限については、あらかじめ与えられたＡＴＣの速度制限信号などで事前計画時に考慮することができる。
ただし、一旦減速する必要が生じた場合（先行列車の運行が遅れている場合、先行列車が非常停止した場合など）、または一旦停止するような変更が発生した場合には、オンラインでの走行計画Ｋ１の変更が必要となる。
【０１７８】
そこで、上記のような減速または停止が要求された場合には、速度制限取得手段１７０から速度制限情報Ｇが生成され、走行計画手段１１２Ａは、速度制限情報Ｇに応答して、走行計画Ｋ１を修正する。
【０１７９】
たとえば、走行中にＡＴＣ信号が発生して、緊急停止を示す速度制限情報Ｇが走行計画手段１１２Ａに入力された場合、走行計画Ｋ１の変更において、非常ブレーキまたは最大ブレーキでの減速が行われることにより、電気車２００は緊急停止（速度０［ｋｍ／ｈ］まで減速）する。
【０１８０】
この場合、緊急停止位置から改めて、走行計画Ｋ１を立てることとなり、前述の実施の形態１と同様の制御動作が行われる。
また、このとき、非常ブレーキまたは最大ブレーキを適用した場合の停止予定位置を推定しておくことにより、走行計画の計算時間を確保することができる。
【０１８１】
一方、走行中に先行列車の遅延の影響などで、一定区間に対する減速変更を示す速度制限情報Ｇが入力された場合においては、走行計画手段１１２Ａは、目標到達時間の修正があれば、目標指標設定手段１０４を介して目標到達時間を修正する。
また、これにともない、減速状態への走行状態切り替え点Ｓ２（図５参照）での速度目標値Ｖｄおよび通過時刻目標値Ｔｄも修正する。
【０１８２】
このとき、設定された減速状態に進入する走行状態切り替え点Ｓ２での通過予定時刻における通過速度Ｖ＿ｐａｓｓ（ｉ）および残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）を算出し、まだ許容誤差範囲Ｗｂ内と判定されれば、前述の実施の形態１と同様の処理によって対応可能である。
【０１８３】
一方、すでに許容誤差範囲Ｗｂから逸脱していると判定されれば、前述の修正処理にしたがって走行計画Ｋ１を修正する。
上記の走行計画Ｋ１の修正を適用しても、目標時間を満たす走行計画が実現できない場合には、走行計画Ｋ１の修正手順を最後まで実行した場合での、減速状態に進入する走行状態切り替え点Ｓ２における通過速度Ｖ＿ｐａｓｓ（ｉ）および残り走行可能時間Ｔ＿ｒｅｓｔ（ｉ）を、速度目標値Ｖｄおよび通過時刻目標値Ｔｄとして定義することにより、走行計画を成立させる。
【０１８４】
これにより、最終的に、次駅に到着する時刻Ｔ＿ｎｅｘｔを算出して、算出された時刻Ｔ＿ｎｅｘｔを、たとえば、他車両を含めたダイヤ修正に用いることができる。
また、走行計画Ｋ１の修正を適用しても、目標時間を満たす走行計画が実現できない場合には、外部操作またはマニュアル操作で到着時刻を設定し直すことにより、ダイヤ復旧が可能な時刻設定を行うこともできる。
【０１８５】
以上のように、この発明の実施の形態２（図９、図１０）に係る列車自動制御装置は、電気車２００（車両）の走行中に制限速度変更が生じたことを検出する速度制限取得手段１７０を備えており、速度制限取得手段１７０は、制限速度変更が検出された場合に、速度制限情報Ｇを走行計画手段１１２Ａに入力する。
【０１８６】
走行計画手段１１２Ａは、速度制限情報Ｇに応じて、制限速度が付与された目標速度パターンＰｖおよび目標ノッチパターンＰｎを走行計画として生成する。
これにより、走行動作中に速度制限が発生した場合であっても、乗客の乗り心地を損ねることなく、自動的に適正な走行計画を再生成することができる。
【０１８７】
実施の形態３．
なお、上記実施の形態１、２（図２、図１０）では、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０からの補正情報Ｈを、走行計画手段１１２、１１２Ａ内の評価関数最小化手段１１３、１１３Ａに入力したが、評価関数最小化手段１１３、１１３Ａでのオンライン計算コストを軽減するために、図１１のように、補正情報Ｈを走行計画手段１１２Ｂ内の目標速度パターン生成手段１１４Ｂに直接入力してもよい。
【０１８８】
図１１はこの発明の実施の形態３による走行計画手段１１２Ｂの機能構成を示すブロック図であり、前述（図２参照）と同様のものについては、前述と同一符号を付して、または符号の後に「Ｂ」を付して詳述を省略する。図示しない他の構成については、前述の実施の形態１、２と同様である。
【０１８９】
図１１において、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０から出力される走行状態切り替え点の補正情報Ｈ（許容誤差範囲Ｗｂに基づく）は、走行計画手段１１２Ｂ内の評価関数最小化手段１１３Ｂには入力されず、代わりに、目標速度パターン生成手段１１４Ｂに入力されている。
これにより、オンラインでの計算コストが限られている場合に対応することが可能となる。
【０１９０】
オンラインで速度パターンを再計算する場合、簡易化されているとはいえ、機械特性パラメータＰ２を考慮した、電気車２００の将来の速度および時刻に関するシミュレーションを走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０内で行い、走行状態切り替え点の変更が必要であると判定された後に、前述のように、補正情報Ｈに応じて走行計画手段１１２Ｂ内の評価関数最小化手段１１３Ｂによりオンラインで最適化計算すると、計算コストが非常に大きくなることが予想される。
【０１９１】
そこで、オンライン計算コストを軽減するために、図１１のように、計算コストが大きくなると予想される最適化計算を省略し、基本的には、走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０により算出された走行状態切り替え点の修正については、目標速度パターン生成手段１１４Ｂにおいて即時反映し、速度パターン自体を修正する。
【０１９２】
この場合、走行計画手段１１２Ｂは、電気車２００の走行中にオンラインで演算処理を実行している場合には、常に走行状態切り替え点誤差補正量算出手段１４０からの補正情報Ｈのみに応じて処理を行う。
【０１９３】
一方、停車中や非営業時のオフライン（最適化計算する時間が十分にある）での演算処理を実行する場合には、評価関数最小化手段１１３Ｂにおいて、走行時に更新された機械特性パラメータＰ２に基づき最適化パラメータＰｍを算出し、目標速度パターン生成手段１１４Ｂは、最適化パラメータＰｍおよび補正情報Ｈに基づき目標速度パターンＰｖを生成する。
【０１９４】
以上のように、この発明の実施の形態３（図１１）による走行計画手段１１２Ｂにおいては、補正情報Ｈが目標速度パターン生成手段１１４Ｂに入力されるので、走行中に処理すべき計算コストを顕著に低減することができる。
したがって、計算処理能力が比較的低い処理系を用いた場合であっても、電気車２００の実走行中に、状況に応じた指令値のオンライン最適化を実現することができる。
【０１９５】
なお、上記実施の形態１〜３（図１〜図１１）では、目標指標Ｑを運転者（ユーザー）が指定する場合を例にとって説明したが、運転者が手動で指定する代わりに、駅停車時に無線を介してロードする構成としてもよく、または、外部記憶装置（図示せず）を挿入し、外部記憶装置を介してロードする構成としてもよい。
【符号の説明】
【０１９６】
１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、４ａ、４ｂ  修正パターン、１００、１００Ａ  列車自動制御装置、１０１  走行データ取得手段、１０２  走行データ記憶手段、１０３  線路・車両データ記憶手段、１０４  目標指標設定手段、１０５  ユーザーインタフェース、１１１  事前走行計画記憶手段、１１１ａ  事前走行計画記憶部、１１２、１１２Ａ、１１２Ｂ  走行計画手段、１１３、１１３Ａ、１１３Ｂ  評価関数最小化手段、１１４、１１４Ａ、１１４Ｂ  目標速度パターン生成手段、１１５  目標ノッチパターン生成手段、１２１  駆動制御手段、１２２  現在誤差算出手段、１２３  ノッチ指令値補正手段、１２４  制御指令値出力手段、１３１  機械特性同定手段、１３２  機械特性記憶手段、１４１  走行状態切り替え点誤差算出手段、１４２  走行状態切り替え点誤差記憶手段、１５１  走行状態切り替え点許容誤差範囲算出手段、１５２  走行状態切り替え点許容誤差範囲記憶手段、１５３  誤差範囲調整手段、１６１  走行状態切り替え点誤差比較判定手段、１７０  速度制限取得手段、１４０  走行状態切り替え点誤差補正量算出手段、２００  電気車、２０１  駆動装置、２０２  ブレーキ装置、Ｃａ、Ｃｂ  制御指令値（ノッチ指令値）、Ｃｎ  補正ノッチ指令値、Ｄ１、Ｄ２  走行データ、Ｄ３  線路・車両データ、Ｅ１、Ｅ２  誤差情報、Ｅａ  誤差、Ｇ  速度制限情報、Ｈ  補正情報、Ｋ１、Ｋ２  走行計画、Ｐ１、Ｐ２  機械特性パラメータ、Ｐｍ  最適化パラメータ、Ｐｎ  目標ノッチパターン、Ｐｖ  目標速度パターン、Ｑ  目標指標、Ｓ１、Ｓ２  走行状態切り替え点、Ｓ３  停止位置、Ｗ１〜Ｗ４、Ｗａ、Ｗｂ  許容誤差範囲、Ｗｃ  調整量。
【図１】
2014090566.tif 000003
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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