(57)【要約】【課題】停止精度を向上するため、ノッチを頻繁に切り替えて速度パターンへの追従性を高めると、乗り心地が悪化する。【解決手段】各ノッチにおける減速度と列車位置に基づく複数の速度パターン生成手段と、各ノッチの減速力の演算手段と、車両の減速度の演算手段と、減速力と減速度に基づく外乱推定手段と、推定外乱に基づいて速度パターンを補正する手段と、前記速度パターンと列車速度が一致した時点において、前記速度パターンに対応するノッチに切り替えるノッチ操作手段を備える。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
列車の走行速度を検出する速度検出部と、
前記列車の走行位置を演算する位置演算部と、
複数のブレーキノッチを用いて走行速度を減少させるブレーキ装置と、
前記各ブレーキノッチにおける減速度特性と走行位置とに基づき複数の速度パターンを生成する速度パターン生成部と、
前記複数の速度パターンおよび前記走行速度に基づいてブレーキノッチを切り替えるノッチ切替器と、を備え、
前記ノッチ切替器は、切替後のブレーキノッチに対応する前記速度パターンと、前記走行速度と、が一致した際に、ブレーキノッチを切り替えることを特徴とする自動列車運転装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自動列車運転装置を用いた定位置停止装置において、
前記速度パターン生成部は、所定の目標停止位置で列車の走行速度が零となる速度パターンを生成することを特徴とする定位置停止装置。
【請求項３】
列車の走行速度を検出する速度検出部と、
前記列車の走行位置を演算する位置演算部と、
複数のブレーキノッチを用いて走行速度を減少させるブレーキ装置と、
前記各ブレーキノッチにおける減速度特性と走行位置とに基づき複数の速度パターンを生成する速度パターン生成部と、
前記複数の速度パターンおよび前記走行速度に基づいてブレーキノッチを切り替えるノッチ切替器と、
前記各ブレーキノッチの減速力を演算する減速力演算部と、
前記列車の減速度を演算する減速度演算部と、
前記減速力と減速度に基づき外乱を推定する外乱推定器と、
前記外乱に基づいて前記速度パターンを補正する補正手段と、を備え、
前記ノッチ切替器は、切替後のブレーキノッチに対応する補正後の前記速度パターンと、
前記走行速度と、が一致した際に、ブレーキノッチを切り替えることを特徴とする自動列車運転装置。
【請求項４】
請求項３に記載の自動列車運転装置を用いた定位置停止装置において、
前記補正手段により補正された速度パターンは、所定の目標停止位置で列車の走行速度が零となる速度パターンであることを特徴とする定位置停止装置。
【請求項５】
列車の走行速度を検出する速度検出部と、
前記列車の走行位置を演算する位置演算部と、
所定のタイミングで切り替えられる複数のブレーキノッチにより制御されるブレーキ装置と、
前記各ブレーキノッチの切替タイミングの生成手段と、
前記各ブレーキノッチの減速力を演算する減速力演算部と、
前記列車の減速度を演算する減速度演算部と、
前記減速力と減速度に基づき外乱を推定する外乱推定器と、
前記外乱に基づいて前記ブレーキノッチの切替タイミングを補正する補正手段と、を備え、
前記ブレーキ装置は、補正後の切替タイミングで切り替えられる複数のブレーキノッチにより制御されることを特徴とする運転制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載の自動列車運転装置を用いた定位置停止装置において、
速度パターン生成部は、所定の目標停止位置で列車の走行速度が零となる速度パターンを生成することを特徴とする定位置停止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の自動列車運転装置に関するものであり、特に定位置停止制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動列車運転装置の構成を図１を用いて説明する。速度演算部１１では、車軸に取り付けられた回転センサの出力を検出し、車輪径を用いて列車速度に換算する。
【０００３】
走行距離演算部１２では、この列車速度を積分することにより走行距離を演算する。列車速度は車輪の回転から演算しているため、車輪径の誤差や、車輪の空転，滑走の影響により誤差を生じ、走行距離の演算誤差を生じる。そこで、駅間のあらかじめ定めた位置に地上子を設置しておき、地上子送受信部１３により、地上子を通過したことを検知し、走行距離を補正する。
【０００４】
パターン演算部１４では、補正した位置情報に基づき、停止目標位置までの残距離に応じた速度パターンを生成する。
【０００５】
ノッチ演算部１５では、速度パターンと列車速度を比較し、例えば比例制御により、列車速度が追従するよう、ノッチ指令を演算する。ノッチ指令はブレーキ装置１６に送られ、列車を減速させる。
【０００６】
このように、自動列車運転装置においては、列車位置に基づいた速度パターンを生成し、これに列車速度が追従するよう制御することにより、列車の速度や位置を制御するのが一般的である。また、自動列車運転装置に類するものとして、駅の所定位置に停止させる機能のみを自動化し、駅出発や駅間走行については従来通り運転士が操作するものもある。駅の所定位置に停止させる機能は、定位置停止制御と呼ばれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５８−１９０２０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
定位置停止制御の動作の一例を図２に示す。定位置停止制御では、列車速度が速度パターンに一致するよう、ブレーキノッチを出力する。このとき、所定位置への停止精度や乗り心地に着目して設計や調整が行われる。所定位置へ精度よく停止するには、例えば比例制御の場合であれば比例ゲインを高くしたり、比例積分制御とするなどして、速度パターンへの追従性を高めることが考えられるが、ゲインが高い制御系は不安定になりやすい。
【０００９】
また、ブレーキノッチの分解能が低い場合には、所望の速度パターンと各ブレーキノッチの減速度が一致せず、速度パターンへの追従に適したノッチを選択できない場合がある。このような場合には、列車の平均的な減速度が速度パターンと一致するよう、ノッチ切り替えが多発することになる。この結果、停止精度や乗り心地が悪化する。
【００１０】
このような問題を解決するため、ファジィ制御等を用いた制御手法が提案されており、例えば特許文献１に開示されている。
【００１１】
このような方式では、不必要なノッチ切替を抑制することにより、良好な停止精度や乗り心地が得られる一方、制御則の調整が複雑であり、熟練者の経験や時間が必要となる課題がある。
【００１２】
本発明の主な目的は、複雑な調整を必要とせず、良好な停止精度や乗り心地が得られる自動列車運転装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、上記課題を解決するために、列車の走行速度を検出する速度検出部と、列車の走行位置を演算する位置演算部と、複数のブレーキノッチを用いて走行速度を減少させるブレーキ装置と、各ブレーキノッチにおける減速度特性と走行位置とに基づき複数の速度パターンを生成する速度パターン生成部と、複数の速度パターンおよび前記走行速度に基づいてブレーキノッチを切り替えるノッチ切替器と、を備え、ノッチ切替器は、切替後のブレーキノッチに対応する速度パターンと、走行速度と、が一致した際に、ブレーキノッチを切り替える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明により、複雑な調整を必要とせず、良好な停止精度や乗り心地が得られる自動列車運転装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来技術の一例を示す図である。
【図２】従来技術のタイムチャートを示す図である。
【図３】本発明の第一の実施例を示す図である。
【図４】第一の実施例におけるタイムチャートを示す図である。
【図５】本発明の第二の実施例を示す図である。
【図６】第二の実施例におけるタイムチャートを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明を適用した自動列車運転装置の第一の実施例について図３を用いて説明する。
【００１７】
速度検出部３１では、車軸に取り付けられた回転センサの出力を検出し、車輪径を用いて列車速度に換算する。位置演算部３２では、列車速度を積分することにより列車位置を演算する。また、図示していないが、従来構成と同様、駅間のあらかじめ定めた複数の位置には地上子が敷設されている。地上子を通過すると、電文と呼ばれる情報が地上子から列車に伝送される。電文には地上子の敷設位置等の情報が含まれており、これを検出することにより、列車の位置演算誤差を補正することができる。
【００１８】
速度パターン生成部３３では、停止目標位置Ｘｔ*と列車の現在位置との差である残距離に基づいて速度パターンＶｔ*を生成する。速度パターンは各ブレーキノッチに対応している。ノッチ切替器３４では、速度パターンと列車速度を比較し、両者が一致した時点でノッチ指令を切り替える。速度パターン生成部とノッチ切替器の詳細については後述する。
【００１９】
ノッチ指令はブレーキ装置３５に送られ、車体３６に作用して、列車を減速させる。ブレーキ装置３５では、インバータによる回生ブレーキと空気ブレーキが併用されるのが一般的である。ブレーキ力の配分は、列車速度等に基づきあらかじめ決められている場合もあるが、必要な減速度や架線条件等に基づき配分される場合もある。
【００２０】
またノッチ指令ｎｔは、制御伝送装置を介してブレーキ装置３５に送られたり、回生ブレーキと空気ブレーキの配分が制御伝送装置で演算される場合もある。
【００２１】
速度パターン生成部３３とノッチ切替器３４の動作を図４を用いて説明する。速度パターン生成部３３は、図４に示すように各ブレーキノッチに対応する複数の速度パターン、すなわち列車位置と目標速度との関係を算出する。各ブレーキノッチに対応する速度パターンは、独立した原点、すなわち速度がゼロとなる残距離と、独立した減速度特性と、から構成される。速度パターンは、減速度特性と、原点と残距離との差と、から算出することができるが、あらかじめテーブルとして生成しておくこともできる。
【００２２】
ここでは、Ｂ５，Ｂ３，Ｂ１の各ノッチを用いて、Ｂ５，Ｂ３，Ｂ１の順にノッチを切り替えて列車を減速させることとし、上記の使用するノッチの組み合わせをプロファイルと呼ぶ。速度パターンの原点とプロファイルとの関係は、停止直前のジャーク（加速度の変化率）等を考慮して決定すればよく、前記の組み合わせには限定しない。また、路線の勾配等を考慮し、停止駅毎に異なるプロファイルとしても良い。
【００２３】
また、図示していないが、定位置停止制御による減速を開始する際には、ジャークを低減するため、Ｂ１などの弱めのブレーキノッチを出力し、その後、強めのブレーキノッチを出力する。ただし、回生ブレーキや空気ブレーキにおいて、ノッチ指令に対応するブレーキ力へ徐々に上げていくジャーク制御が行われる場合には、減速開始時から強めのノッチ指令を出力しても良い。
【００２４】
次にノッチ切替器３４の動作について説明する。ここではＢ５ノッチが出力された時点以降について説明する。ノッチ切替器３４はＢ５ノッチを出力したまま保持し、ここでのプロファイルにおいて次に用いるノッチであるＢ３ノッチに対応する速度パターンＶｔｐ３*と列車速度Ｖｔを比較する。列車速度Ｖｔが速度パターンＶｔｐ３*に一致した時点で、Ｂ３ノッチに切り替える。Ｂ３ノッチに切り替えた時点からは、Ｂ５ノッチの場合と同様にＢ３ノッチを出力したまま保持し、ここでのプロファイルにおいて次に用いるノッチであるＢ１ノッチに相当する速度パターンＶｔｐ１*との比較を行う。
【００２５】
ここで、Ｂ５ノッチで得られる減速度が、運転計画において目標とする減速度と一致しなかったり、設計値に対する誤差を持つなどして、同じ残距離における速度パターンＶｔｐ５*の減速度より列車の減速度が小さくなったとする。この場合、同じ残距離において、列車速度Ｖｔは速度パターンＶｔｐ５*より大きくなり、速度パターンＶｔｐ３*に一致するタイミングが遅れる。この結果、Ｂ５ノッチを保持する時間が延長され、列車の平均減速度が所期の値に近付くよう働く。この間、列車速度は速度パターンに必ずしも追従しないが、残距離が十分長い地点においては、速度パターンに対する列車速度の誤差は、最終的な停止位置精度には影響しない。
【００２６】
図４では、運転計画で目標とする減速度よりも列車の減速度が小さくなった場合に、Ｂ５ノッチを保持する時間が延長され、Ｂ５ノッチからＢ３ノッチへのノッチ切替タイミングが速度パターンよりも遅れることを示しているが、設計値に対する誤差等により、逆に、運転計画で目標とする減速度よりも列車の減速度が大きくなる場合も考えられる。
【００２７】
そのような場合には、同じ残距離において、列車速度Ｖｔは速度パターンＶｔｐ５*より小さくなり、速度パターンＶｔｐ３*に一致するタイミングが早くなる。この結果、Ｂ５ノッチを保持する時間が短縮され、Ｂ５ノッチからＢ３ノッチへのノッチ切替タイミングが速度パターンよりも早まる。この場合も、列車の平均減速度が所期の値に近付くよう働く。
【００２８】
ブレーキノッチ指令は、最大ブレーキ力までの間が７段階程度にしか分割されていない場合があり、ブレーキノッチ指令を運転計画上望ましい減速度と一致させることが困難な場合がある。一方、ブレーキノッチの制御周期は、列車の挙動に対して十分短い数十ｍｓ〜数百ｍｓとすることが可能であることから、ノッチを頻繁に切り替えることなく、ブレーキ力を調整することが可能となる。
【００２９】
定位置停止制御により減速を継続するが、一般的な速度発電機を用いて速度を検出する場合、１km／ｈ〜４km／ｈ付近が速度検出可能な下限値となる。これ以下の速度は停止と区別がつかないため、停止検知レベルと呼ぶ。列車速度が停止検知レベル以下となると、検出速度に基づくフィードバック制御が行えなくなるため、開ループ制御に移行する。
【００３０】
開ループ制御期間では、まずブレーキノッチ指令を弱めに切り替え、停止直前のショックを緩和する。次に、列車が十分に減速したと推定される時点において、ブレーキノッチ指令を強め切り替え、列車がまだ動いていた場合には完全に停止させるとともに、列車の停止状態を保持する。
【００３１】
停止目標位置にも地上子が敷設されている。この地上子の情報を受信することにより、所定の位置に停止したことを検知する。また、ホームドアがある場合には、列車から地上子を介して、ホームドアを開放する指令を伝送する。
【００３２】
駅出発時には、力行ノッチを投入することにより、列車の停止状態を保持していたブレーキは緩解し、運転士の操作による通常走行に移る。
【００３３】
次に、本発明の第二の実施例について図５を用いて説明する。速度検出部５１，位置演算部５２，ノッチ切替器５４，車体５６については第一の実施例と同様である。第二の実施例は、外乱が非常に大きい場合でも停止精度と乗り心地を確保することを目的としたものである。
【００３４】
第二の実施例は、外乱推定器５７を備えており、速度パターン生成部５３では、推定外乱に基づいて速度パターンを補正する。外乱推定器５７は、ブレーキ装置５５のブレーキモデル５７ａや車体逆モデル５７ｂを用いて、列車の減速度の変動要因となる外乱を推定する。ブレーキモデル５７ａでは、入力されるノッチ指令ｎtとブレーキモデルを用いて、発生するブレーキ力を推定し、出力する。車体逆モデル５７ｂでは、入力される速度Ｖｔと車体逆モデルを用いて、実際に発生しているブレーキ力を推定し、出力する。ブレーキモデル５７ａからの出力と車体逆モデル５７ｂからの出力とは減算器で減算されて、外乱が推定される。
【００３５】
このように推定された外乱には、勾配抵抗や走行抵抗，曲線抵抗のような外部から印加される外乱だけでなく、ブレーキ特性や車重変動のようなモデル化誤差も含まれる。推定した外乱は、フィルタ５７ｃで帯域制限等の処理を施された後、推定外乱として速度パターン生成部５３に送られる。このフィルタ５７ｃにより、外部から印加される外乱およびモデル化誤差の影響を補償する。速度パターン生成部５３では、Ｂ５ノッチを保持している間、推定外乱に基づき、本プロファイルにおいて次の使用ノッチであるＢ３ノッチの減速度特性を補正し、対応する速度パターンを生成する。減速度特性の補正は、Ｂ５ノッチの所期の減速度特性と、推定外乱を差し引いた減速度特性の比を算出し、これをＢ３ノッチの減速度特性に反映する。このとき、路線データを用いて列車位置から勾配抵抗を求め、推定外乱を補正しても良い。一定ノッチを保持する期間が存在することにより、外乱を精度良く推定することが可能となる。
【００３６】
第二の実施例の動作について、図６を用いて説明する。図６は、第一の実施例と同様、Ｂ５ノッチに切り替えた時点以降について記載されたものであり、Ｂ５ノッチの減速度が所期の減速度よりも低い場合を仮定している。Ｂ５ノッチからＢ３ノッチへの切り替えタイミングが遅れるのは第一の実施例と同様である。これに加えて、Ｂ３ノッチの減速度の低下分が対応する速度パターンに反映されているため、切り替えタイミングの遅れは図４と比較してさらに大きくなる。第二の実施例によれば、外乱が非常に大きい場合の速度パターンと列車速度の乖離が小さくなり、停止精度を向上するとともに、乗り心地を向上することが可能となる。
【００３７】
図６では、運転計画で目標とする減速度よりも列車の減速度が小さくなった場合に、Ｂ５ノッチを保持する時間が延長され、Ｂ５ノッチからＢ３ノッチへのノッチ切替タイミングが速度パターンよりも遅れることを示しているが、設計値に対する誤差等により、逆に、運転計画で目標とする減速度よりも列車の減速度が大きくなる場合も考えられる。
【００３８】
そのような場合には、同じ残距離において、列車速度Ｖｔは速度パターンＶｔｐ５*より小さくなり、速度パターンＶｔｐ３*に一致するタイミングが早くなる。この結果、Ｂ５ノッチを保持する時間が短縮され、Ｂ５ノッチからＢ３ノッチへのノッチ切替タイミングが速度パターンよりも早まる。このように、運転計画で目標とする減速度よりも列車の減速度が大きくなる場合も、本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００３９】
１１  速度演算部
１２  走行距離演算部
１３  地上子送受信部
１４  パターン演算部
１５  ノッチ演算部
１６，３５，５５  ブレーキ装置
３１，５１  速度検出部
３２，５２  位置演算部
３３，５３  速度パターン生成部
３４，５４  ノッチ切替器
３６，５６  車体
５７  外乱推定器
５７ａ  ブレーキモデル
５７ｂ  車体逆モデル
５７ｃ  フィルタ
【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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