(57)【要約】【課題】走行が許可された区間内で停止する制御を行う車両制御装置を提供する。【解決手段】車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間における前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間における前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンの算出後に行い、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じた加速度特性を用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間における前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間における前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンの算出後に行う許可速度パターン算出部を備え、
前記許可速度パターン算出部は、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じた加速度特性を用いる車両制御装置。
【請求項２】
前記許可速度パターン算出部は、さらに、前記惰行パターンと前記制動パターンの少なくとも一方の算出において前記車両の速度に応じた加速度特性を用いる請求項１に記載の車両制御装置。
【請求項３】
前記許可速度パターン算出部は、前記力行パターンの開始位置が前記車両の現在位置よりも前方となる場合の、前記惰行パターンから前記制動パターンへの切替位置とその位置における速度と、前記力行パターンから前記惰行パターンへの切替位置とその位置における速度とを、前記惰行区間における既知の惰行期間と当該惰行期間における既知の前記車両に加わる加速度と、前記力行区間における既知の力行期間と当該力行期間における既知の前記車両に加わる速度に応じた加速度とに基づいて反復計算により算出する
請求項１または請求項２に記載の車両制御装置。
【請求項４】
前記許可速度パターン算出部は、前記制動パターンが前記制動タイミングより前の前記車両の現在位置から続いていたと仮定した場合の前記現在位置における仮定速度に基づいて、前記力行区間と前記惰行区間の距離を算出し、当該力行区間と惰行区間とに基づいて、前記惰行パターンから前記制動パターンへの切替位置とその位置における速度と、前記力行パターンから前記惰行パターンへの切替位置とその位置における速度と、前記現在位置における速度とを算出する
請求項１または請求項２に記載の車両制御装置。
【請求項５】
前記許可速度パターン算出部は、前記現在位置の高度と前記目標位置の高度とに基づいて、許可速度を算出する
請求項１から請求項４の何れか一項に記載の車両制御装置。
【請求項６】
前記許可速度パターン算出部は前記車両の重量に応じた前記加速度特性を用いる
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の車両制御装置。
【請求項７】
車両制御装置の許可速度パターン算出部が、車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間における前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間における前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンの算出後に行い、
前記許可速度パターン算出部は、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じた加速度特性を用いる
車両制御方法。
【請求項８】
車両制御装置のコンピュータを、
車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間における前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間における前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンの算出後に行い、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じた加速度特性を用いる許可速度パターン算出手段、
として機能させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両制御装置、車両制御方法、プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
列車信号システムの規格(ＩＥＥＥ１４７４)では、モータの加速制御の停止遅れ、制動遅れ、軌道の勾配などを考慮して、必ず走行が許可される区間内で停車可能な許可速度を算出することを要求する。ＩＥＥＥ１４７４においてworst-caseとして加速制御の停止遅れ、ブレーキの効き始めの遅れがそれぞれ生じることにより車両に力行、惰行、制動の各状態が発生して制動距離が最長になる事象が示されている。関連する技術として特許文献１が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５３９１７４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
軌道を走行する列車等の車両の制御においては上述のＩＥＥＥ１４７４においてworst-caseとして示される状況においても走行が許可される区間内で停止する制御が求められている。
【０００５】
そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる車両制御装置、車両制御方法、プログラムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、車両制御装置は、車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間における前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間における前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンの算出後に行う許可速度パターン算出部を備え、前記許可速度パターン算出部は、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じた加速度特性を用いることを特徴とする。
【０００７】
上述の車両制御装置によれば、前記許可速度パターン算出部は、さらに、前記惰行パターンと前記制動パターンの少なくとも一方の算出において前記車両の速度に応じた加速度特性を用いてよい。
【０００８】
上述の車両制御装置によれば、前記許可速度パターン算出部は、前記力行パターンの開始位置が前記車両の現在位置よりも前方となる場合の、前記惰行パターンから前記制動パターンへの切替位置とその位置における速度と、前記力行パターンから前記惰行パターンへの切替位置とその位置における速度とを、前記惰行区間における既知の惰行期間と当該惰行期間における既知の前記車両に加わる加速度と、前記力行区間における既知の力行期間と当該力行期間における既知の前記車両に加わる速度に応じた加速度とに基づいて反復計算により算出してよい。
【０００９】
上述の車両制御装置によれば、前記許可速度パターン算出部は、前記制動パターンが前記制動タイミングより前の前記車両の現在位置から続いていたと仮定した場合の前記現在位置における仮定速度に基づいて、前記力行区間と前記惰行区間の距離を算出し、当該力行区間と惰行区間とに基づいて、前記惰行パターンから前記制動パターンへの切替位置とその位置における速度と、前記力行パターンから前記惰行パターンへの切替位置とその位置における速度と、前記現在位置における速度とを算出してよい。
【００１０】
上述の車両制御装置によれば、前記許可速度パターン算出部は、前記現在位置の高度と前記目標位置の高度とに基づいて、許可速度を算出してよい。
【００１１】
上述の車両制御装置によれば、前記許可速度パターン算出部は前記車両の重量に応じた前記加速度特性を用いてよい。
【００１２】
本発明の第２の態様によれば、車両制御方法は、車両制御装置の許可速度パターン算出部が、車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間における前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間における前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンの算出後に行い、前記許可速度パターン算出部は、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じた加速度特性を用いることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第３の態様によれば、プログラムは、車両制御装置のコンピュータを、車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間における前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間における前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンの算出後に行い、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じた加速度特性を用いる許可速度パターン算出手段、として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、許可速度を精度よく算出可能であり、ＩＥＥＥ１４７４においてworst-caseとして示される状況においても走行が許可される区間内で停止する制御を行う車両制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第一実施形態による車両制御装置を備えた車両制御システムを示す図である。
【図２】第一実施形態による列車の位置に応じた速度パターンを示す図である。
【図３】第一実施形態による車両制御装置のハードウェア構成を示す図である。
【図４】第一実施形態による車両制御装置の機能ブロック図である。
【図５】第一実施形態による車両制御装置の処理フローを示す図である。
【図６】第一実施形態による車両制御装置の算出する速度パターンを示す図である。
【図７】第二実施形態による車両制御装置の算出する速度パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
＜第一の実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態による車両制御装置を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による車両制御装置を備えた車両制御システムを示す図である。
この図で示すように車両制御システム１００は、列車１０と、当該列車１０に備わる車両制御装置１とを備える。車両制御装置１は、列車１０が上位装置等から指示される走行限界位置（走行が許可される区間の境界）を超えないように列車の速度制御を行う。また車両制御装置１は、上位装置等からの指示に基づいて列車１０が目標位置において所定の制限速度以下となるよう速度制御を行う。
【００１７】
図２は列車の位置に応じた速度パターンを示す図である。
図２においては列車１０が力行しない場合の速度パターン２１と、ＩＥＥＥ１４７４においてworst-caseとして示されるワーストパターン２２を示している。速度パターン２１は位置ｘＯにおいて列車１０は制動されず、その後、制動タイミングまでの間、制動遅れ期間として列車１０が惰行している惰行区間２１１が生じる場合の各位置における速度を示している。また速度パターン２１では惰行区間２１１が終了すると制動区間２１２となり列車１０が制動され速度が減少することを示している。他方、ワーストパターン２２は加速中の列車１０が位置ｘＯにおいて許可速度を超過し、その後制動タイミングまでの間に制動遅れ期間が生じる場合の位置に応じた速度を示している。ワーストパターン２２は、この制動遅れ期間において列車１０の加速中の速度の増加が継続する力行区間２２１と、惰行区間２２２とにおける各位置の速度を示す。ワーストパターン２２における制動区間２２３の減速度は、速度パターン２１における制動区間２１２の減速度と同様である。速度パターン２１とワーストパターン２２とでは図２で示すように、加速が遮断できない力行区間が継続される分、列車１０が制限速度で走行すると停車位置が距離Ｄだけ延びてしまう。車両制御装置１はワーストパターン２２のような状況が発生しても、走行限界位置などの指示された目標位置において停止や所定の速度まで減速することが求められる。
【００１８】
図３は第一実施形態による車両制御装置のハードウェア構成を示す図である。
図３で示すように車両制御装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、信号入出力モジュール１０４等を備えるコンピュータである。信号入出力モジュール１０４は車両制御装置１が処理に利用する位置情報などの所定の情報を他装置から受信する。車両制御装置１は、受信した情報から処理に利用する加速度などを算出し、また、ＲＯＭ等に記憶したデータと合わせて高度などを算出する。
【００１９】
図４は第一実施形態による車両制御装置の機能ブロック図である。
車両制御装置１のＣＰＵ１０１は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、制御部１１１、許可速度パターン算出部１１２の機能を備える。
制御部１１１は車両制御装置１の処理を制御する。
許可速度パターン算出部１１２は列車１０の力行区間２２１の位置に応じた速度を示す力行パターンと、惰行区間２２２の位置に応じた速度を示す惰行パターンと、制動区間２２３における速度を示す制動パターンの算出を行う。許可速度パターン算出部１１２は、少なくとも力行パターンの算出において列車１０速度に応じた加速度特性（モータトルクの回転数特性）を用いる。許可速度パターン算出部１１２は、さらに、惰行パターンと制動パターンの少なくとも一方の算出においても列車１０の速度に応じた加速度特性を用いてよい。許可速度パターン算出部１１２は軌道の勾配に応じた加速度を用いて速度パターンにおける各位置の速度を算出してもよい。また許可速度パターン算出部１１２は、軌道の勾配の代わりに車両の現在位置、目標位置における高度を用いて速度パターンにおける各位置の速度を算出してもよい。
【００２０】
図５は第一実施形態による車両制御装置の処理フローを示す図である。
図６は第一実施形態による車両制御装置の算出する速度パターンを示す図である。
次に図５、図６を用いて車両制御装置の処理フローを順を追って説明する。
以下の説明において、ｘＯを列車１０の現在位置とする。また速度の単位はｋｍ（キロメートル）／ｈ（時）、加速度の単位はｋｍ／ｈ／ｓ、長さの単位はｍ（メートル）、時間の単位をｓ（秒）として表す。
【００２１】
制御部１１１は目標位置で列車１０が所定の制限速度以下の速度となるよう制御するための許可速度パターンの算出処理の開始を許可速度パターン算出部１１２へ指示する。本実施形態においては、許可速度パターン算出部１１２は、目標位置ｘＥにおいて列車１０を所定の目標速度ｖＬ以下に制御するための、現在位置ｘＯにおける許可速度を算出する。
【００２２】
列車１０が加速している状況において位置ｘＯにおいて、現在位置ｘＯ＝０から位置ｘ１の力行区間、位置ｘ１から位置ｘ２の惰行区間、位置ｘ２から位置ｘＥの制動区間が発生することがある。列車１０が加速している際に制動制御をした場合の列車１０の各位置における速度を示す速度パターンは、力行区間に対応する力行パターンと、惰行区間に対応する惰行パターンと、制動区間に対応する制動パターンとで表される。
【００２３】
力行パターンは、現在位置ｘＯから実際に制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間における列車１０の力行区間の位置に応じた速度を示すパターンである。
惰行パターンは、制動遅れ期間における力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示すパターンである。
制動パターンは、制動タイミングにおける列車１０の位置から当該列車１０が所定の制限速度以下に制御される目標位置ｘＥとの間の制動区間における速度を示すパターンである。
【００２４】
列車１０は、規格(ＩＥＥＥ１４７４)でworst-caseとして力行、惰行、制動の各状態が発生して制動距離が最長になることを想定している。
【００２５】
ここで所定の制限速度ｖＬ以下に列車１０を制御する目標位置をｘＥ、目標位置ｘＥにおける制限速度をｖＬ、惰行パターンから制動パターンへの切替位置を位置ｘ２とする。この場合、惰行パターンから制動パターンへの切替位置ｘ２における速度ｖ２は、式（１）のように表すことができる。式（１）において制動パターンでの減速度をβ０とする。なお制限速度ｖＬ＞０とすることにより目標位置ｘＥにおいて制限速度が０（停車）ではなく所定の速度（＞０）とする場合の速度パターンの式が得られる。式（１）においてａ（ｘ）は位置ｘにおける高度を示し、ｇは重力加速度を示す。また式（１）においてｘＥは位置ｘＯから目標位置ｘＥまでの距離を示す。
【００２６】
【数１】
2018139464.tif 000003
【００２７】
また力行パターンから惰行パターンへの切替位置を位置ｘ１とし、当該位置ｘ１における列車１０の速度をｖ１とする。この場合、速度ｖ１と位置ｘ１は以下の式（２）、式（３）のように表すことができる。
【００２８】
【数２】
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【００２９】
【数３】
2018139464.tif 000005
【００３０】
式（２）、式（３）においてＴｃは列車が惰行する既知の最大時間を示している。ｘ（ｔ）は惰行パターンから制動パターンへの切替位置ｘ２に達する時刻より時間ｔ前の列車位置を示す。また位置ｘでの軌道Ｌの勾配の割合をｋ（ｘ）とする。勾配の割合は下りを正として表し、例えば１００ｍ進んだ際に１ｍ下がる場合にはｋ（ｘ）＝０．１となる。位置ｘでの加速度αｃ（ｘ）は、αｃ（ｘ）＝ｋ（ｘ）ｇ＋αｓで表すことができる。αｓは追い風などの制動距離を増加させる要因による加速度である。
【００３１】
また力行パターンを開始する位置とその位置ｘＯ’における列車１０の速度ｖＯ’を、以下の式（４）、式（５）のように表すことができる。
【００３２】
【数４】
2018139464.tif 000006
【００３３】
【数５】
2018139464.tif 000007
【００３４】
なお、速度ｖに対応するモータの回転数において当該モータが出力可能なトルクに対応する列車１０の加速度をαｍ（ｖ）とすると、列車１０が位置ｘ、速度ｖの場合の加速度αｒ（ｘ，ｖ）は、αｒ（ｘ，ｖ）＝αｍ（ｖ）＋ｋ（ｘ）ｇで表すことができる。時間Ｔｒ加速した後に力行パターンから惰行パターンへの切替位置において（ｘ１，ｖ１）となるためには位置ｘＯにおいてｖＯ’，ｘＯ’である必要がある。式（４）、式（５）においてｘ（ｔ）、ｖ（ｔ）はそれぞれ、力行パターンから惰行パターンへの切替位置ｘ１から時間ｔ前の列車１０の位置と速度を示す。
【００３５】
許可速度パターン算出部１１２は、任意の位置ｘ２を設定する（ステップＳ１０１）。上述の式（１）を用いて任意の位置ｘ２における速度ｖ２を算出する（ステップＳ１０２）。許可速度パターン算出部１１２は、その速度ｖ２と位置ｘ２と、式（２）、式（３）とを用いて、力行パターンから惰行パターンへの切替位置の位置ｘ１とその位置での速度ｖ１とを算出する（ステップＳ１０３）。
【００３６】
また許可速度パターン算出部１１２は算出した位置ｘ１と速度ｖ１とを用いて、式（４）、式（５）により位置ｘＯ’とその位置における速度ｖＯ’を算出する（ステップＳ１０４）。
【００３７】
そして許可速度パターン算出部１１２は、任意に位置ｘ２を設定した場合の、位置ｘＯについて算出したｘＯ’により、ｘＯ’の値が０以上かを判定する（ステップＳ１０５）。許可速度パターン算出部１１２は、ｘＯ’の値が所定の値以上であるかを判定し（ステップＳ１０６）、所定の値以上である場合には、任意に設定した位置ｘ２の値から所定の値γを減じて（ステップＳ１０７）、再度ステップＳ１０２からの処理を繰り返してもよい。任意に設定した位置ｘ２の値から所定の値γを減じると、位置ｘ２の位置をより位置ｘＯの位置に近づくように設定することとなる。許可速度パターン算出部１１２は、位置ｘＯについて算出したｘＯ’の値が０以上でありステップＳ１０６でＮｏの場合には列車１０の位置ｘＯ’が位置ｘＯと同じか、または位置ｘ１側に算出された位置であることを示しているため、式（１）〜式（５）によって算出した各値を採用した許可速度パターンを確定する（ステップＳ１０８）。許可速度パターンは上記の力行パターン、惰行パターン、制動パターンを表す式と、位置ｘＯ’及びその位置ｘＯ’での速度ｖＯ’と、位置ｘ１及びその位置ｘ１での速度ｖ１と、位置ｘ２及びその位置ｘ２での速度ｖ２と、位置ｘＥ及びその位置ｘＥでの速度ｖＬとによって表される情報であってよい。制御部１１１は確定された許可速度パターンに基づく各位置の速度を列車１０の速度が超過したと判定した場合には制動指令を出力する。
【００３８】
他方、許可速度パターン算出部１１２は、位置ｘＯについて算出したｘＯ’の値が０未満である場合には列車１０の位置が位置ｘＯよりも過去に走行した位置と算出されてしまうため、そのような式（１）〜式（５）によって算出した各値を採用して位置ｘＯより先の許可速度パターンを算出することはできない。したがって、任意に設定した位置ｘ２の値に所定の値γを加えて（ステップＳ１０９）、再度同様の処理を繰り返し、位置ｘＯにおけるｘＯ’の値が０以上となる、任意のｘ２およびｘ２の時の式（１）〜式（５）によって算出した値を含む許可速度パターンを算出する。任意に設定した位置ｘ２の値から所定の値γを加えると、位置ｘ２の位置がより位置ｘＯの位置から遠ざかるように設定することとなる。なお位置ｘＯにおけるｘＯ’の値が０となる場合の位置ｘ２の設定が最適値であるが、位置ｘＯについて算出したｘＯ’の値が０以上となったとしても、そのような許可速度パターンは、位置ｘＥで停車可能、または目標位置ｘＥにおいて制限速度以下となるパターンであるため、安全上問題はない。
【００３９】
上述の許可速度パターン算出部１１２の処理においては、力行パターンにおいてのみモータトルクの回転数（速度）特定を考慮して、列車１０の速度に応じた加速度を式に設定することとしたが、制動パターンや、惰行パターンにおいても同様に列車１０の速度に応じた加速度を式に設定してもよい。
【００４０】
制動パターンにモータトルクの回転数特性を利用する場合を以下に示す。モータが出力可能な減速トルクに対応する列車１０の減速度βｍ（ｖ）とすると、（位置，速度）＝（ｘ，ｖ）での減速度βｂは、βｂ（ｘ，ｖ）＝βｍ（ｖ）−ｋ（ｘ）ｇ−αｓとなる。このとき制動パターンの開始位置ｘ２における速度ｖ２と、当該位置ｘ２は、以下の式（６）、式（７）のように表すことができる。
【００４１】
【数６】
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【００４２】
【数７】
2018139464.tif 000009
【００４３】
式（６）、式（７）は、位置ｘＥまで到達するまでの時刻ｔを媒介変数として制動パターンを表す式である。また上述の惰行パターンから制動パターンへの切替位置ｘ２の設定において、式（６）、式（７）を用いた場合、ある時刻tを仮定し、その時刻ｔにおける列車１０の位置ｘ２を惰行パターンから制動パターンへの切替位置と仮定することに相当する。
【００４４】
また惰行パターンにモータトルクの回転数特性を利用する場合を以下に示す。モータの減速トルクに対応する列車１０の減速度をβｎ（ｖ）とすると、（位置，速度）＝（ｘ，ｖ）である場合の加速度は、αｃ（ｘ，ｖ）＝ｋ（ｘ）ｇ＋αｓ−βｎ（ｖ）と表すことができる。このとき惰行パターンは式（８）、式（９）により表すことができる。
【００４５】
【数８】
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【００４６】
【数９】
2018139464.tif 000011
【００４７】
上述の許可速度パターン算出部１１２の処理によれば、モータが高回転数（列車１０の速度が高速）である場合にトルク(車両加速度)は低減するというモータの特性を利用することにより、制動距離の過大評価や、許可速度を小さく推定することを低減することができる。
【００４８】
上述の処理によれば車両制御装置１は、回転数(速度)に応じて出力可能なトルク、及びそのトルクにより生じる加速度を用いて、力行パターン、惰行パターン、制動パターンを算出し、各位置における列車１０の許可速度を算出する。これにより、モータが高回転して速度の高い速度状態において列車１０に生じるトルク(車両加速度)が低減するというモータの特性を利用した許可速度パターンに基づいて列車１０を制御することができる。そして、このような制御により車両制御装置１は許可速度を小さく見積もって列車１０を制御することを低減することができる。
【００４９】
＜第二実施形態＞
図７は第二実施形態による車両制御装置の算出する許可速度パターンを示す図である。
第一実施形態においては、式（５）により算出したｘＯ’が０以上となるかどうかによって位置ｘ２の値を変更して、ｘＯ’が０以上となる場合の位置ｘ２や、位置ｘ１を算出している。しかしながらこのような算出を行う場合、許可速度パターン算出部１１２は反復して計算を行う必要があり、位置ｘＯを基準とした目標位置ｘＥまでの許可速度パターンの算出時間が長くなってしまう。そこで、第二実施形態においては許可速度パターン算出部１１２がより短時間で許可速度パターンの算出を行うことのできる手法を以下に説明する。
【００５０】
第二実施形態において許可速度パターン算出部１１２は、力行区間、惰行区間の速度上限を算出し、その速度上限に基づく各区間の長さを算出する。列車１０の力行遮断遅れによる力行区間や制動遅れによる惰行区間の発生は既知の値であるため、速度上限を用いることにより各区間の長さを算出することができる。また第二実施形態において許可速度パターン算出部１１２は、軌道の勾配ではなく高度差を用いた式により許可速度パターンを求める。なお以下の説明において、速度の単位は[ｋｍ／ｈ]、加速度の単位は[ｋｍ／ｈ／ｓ]、長さの単位は[ｍ]、時間の単位は[ｓ]とした。
【００５１】
具体的には、許可速度パターン算出部１１２は式（１０）により制動パターンが位置ｘ２における制動タイミングより前の現在位置ｘＯでの仮定上限速度ｖＢを算出する。式（１０）においてβ０は減速度、ａ（ｘ）は位置ｘでの高度、ｇは重力加速度を示す。
【００５２】
【数１０】
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【００５３】
また許可速度パターン算出部１１２は力行区間、惰行区間の速度上限を式（１０）により算出したｖＢとし、その速度上限ｖＢに基づく力行区間の長さの上限値ｘｒと、惰行区間の長さの上限値ｘｃとを算出する。惰行区間の長さの上限値ｘｃはｘｃ＝ｖｂ×Ｔｃ÷３．６により表される。Ｔｃは惰行時間を示す。力行区間の長さの上限値ｘｒはｘｒ＝ｖｂ×Ｔｒ÷３．６で表される。Ｔｒは力行時間を示す。惰行時間Ｔｃと力行時間Ｔｒは既知の値である。
【００５４】
許可速度パターン算出部１１２は、惰行区間が終了し制動区間へ移行する際の速度ｖ２を式（１１）により算出する。
【００５５】
【数１１】
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【００５６】
次に許可速度パターン算出部１１２は、力行区間が終了し惰行区間へ移行する際の速度ｖ１を式（１２）により算出する。式（１２）においてβｗは風の影響による加速度を示す。
【００５７】
【数１２】
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【００５８】
そして許可速度パターン算出部１１２は、列車１０の現在位置ｘＯにおける速度ｖＯを、式（１３）により算出する。
【００５９】
【数１３】
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【００６０】
ここで式（１３）においてαｒ（ｖ）はモータ特性から定まる速度ｖで生じる最大加速度を示す。また式（１３）においてαｍａｘは軌道勾配の影響も含む軌道中で生じうる最大の加速度である。したがって、式（１３）において「ｖ１−αｍａｘ・Ｔｒ」は、速度ｖ１から時刻Ｔｒでとり得る最小の速度となり、「αｒ（ｖ１−αｍａｘ・Ｔｒ）」は速度ｖ１の時点から力行時間Ｔｒ内で列車１０のモータが発生し得る最大の加速度となる。モータ特性より速度が増加したとき、生じうる加速度が増加することはない。
【００６１】
上述の処理によれば、仮定上限速度ｖＢを算出し、その速度ｖＢに基づく力行区間の長さの上限値ｘｒと、惰行区間の長さの上限値ｘｃとにより、列車１０の現在位置ｘＯにおける速度ｖＯを算出している。したがって、反復計算することなく短時間で許可速度パターンを算出することができる。
【００６２】
＜第三実施形態＞
上述の第一実施形態および第二実施形態は共に、列車１０のモータが発生しうる加速度を算出する際に車両重量を考慮していない。本実施形態においてはさらに、列車１０の重量を考慮した減速度を用いる点で他の実施形態と異なっている。
【００６３】
速度が定まれば列車１０のモータが発生することができる牽引力は一意に定まる。しかし加速度は列車１０の重量にも依存する。空車と想定して加速度を算出すれば加速度が大きくなりその加速度に応じた許可速度パターンを算出できるが、その分過剰に許可速度を抑制することとなる。そこで車両制御装置１の制御部１１１は、発生させたモータの牽引力Ｆを検出する。また実際に列車１０に生じた加速度αを計測する。制御部１１１は、列車重量ｍｅ＝Ｆ÷αにより、列車重量ｍｅを推定する。制御部１１１は、推定した列車重量ｍｅを用いて、モータが発生する最大の加速度αｍａｘを、αｍａｘ＝Ｆｍａｘ÷ｍｅにより算出する。Ｆｍａｘは列車１０のモータが発生する最大の牽引力である。許可速度パターン算出部１１２は、上記第一実施形態や第二実施形態の処理において制御部１１１の算出した加速度αｍａｘを用いて制動パターン、惰行パターン、力行パターンの算出を行う。
【００６４】
第三実施形態の処理によれば、過剰に許可速度を抑制することを防止することができる。
【００６５】
上述の各実施形態においては車両が列車である場合について説明したが、列車は例えばＡＴＣ（Automatic Train Control）によって制御される車両を含む。また列車でなくとも自動車などの他の車両に上記技術を適用してもよい。
【００６６】
上述の車両制御装置１は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、車両制御装置１に上述した各処理を行わせるためのプログラムは、当該車両制御装置１のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムを車両制御装置１のコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００６７】
また、上記プログラムは、前述した各処理部の機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００６８】
１・・・車両制御装置
１０・・・列車
１００・・・車両制御システム
１０１・・・ＣＰＵ
１０２・・・ＲＯＭ
１０３・・・ＲＡＭ
１０４・・・信号入出力モジュール
１１１・・・制御部
１１２・・・許可速度パターン算出部
２１・・・列車が力行しない場合の速度パターン
２１１・・・惰行区間
２１２・・・制動区間
２２・・・ワーストパターン
２２１・・・力行区間
２２２・・・惰行区間
２２３・・・制動区間
Ｌ・・・軌道
【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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