(57)【要約】【課題】本発明の目的は、ノッチの切換を頻繁に行うことなく停止精度を確保することの出来る電気車定位置停止自動制御装置を提供することである。【解決手段】電気車の各ブレーキノッチの減速度及びブレーキノッチ切換のむだ時間およびブレーキノッチ切換の応答遅れ時間等のブレーキ特性データを保持するブレーキ特性データ保持部と、電気車の現在速度及び現在位置及び現在ブレーキノッチ等のデータを取得する電気車現在データ取得手段とを備えたことを特徴とする電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車。【選択図】  図１
2004297912.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気車の各ブレーキノッチの減速度及びブレーキノッチ切換のむだ時間およびブレーキノッチ切換の応答遅れ時間等のブレーキ特性データを保持するブレーキ特性データ保持部と、
電気車の現在速度及び現在位置及び現在ブレーキノッチ等のデータを取得する電気車現在データ取得手段と、
前記ブレーキ特性データ保持部に保持されたブレーキ特性データと前記電気車現在データ取得手段で取得した電気車現在データに基づき，複数のブレーキノッチを用いて電気車を定められた位置に停止させるためのブレーキ制御計画を作成するブレーキ制御計画作成手段と、
前記ブレーキ制御計画作成手段で作成したブレーキ制御計画から，各時点におけるブレーキ制御指令を抽出するブレーキ制御指令抽出手段と、
前記ブレーキ制御指令抽出手段によって抽出されたブレーキ制御指令をブレーキ装置に出力するブレーキ制御指令出力手段と、
を備えたことを特徴とする電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車。
【請求項２】
前記請求項１記載の電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車において、
前記ブレーキ制御計画手段は、複数のブレーキノッチの組合せで定位置に停止できるように各ブレーキノッチの時間配分を計算し，ブレーキ制御計画を，使用するブレーキノッチとブレーキノッチの切換時刻で構成するようにしたことを特徴とする電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車。
【請求項３】
前記請求項２記載の電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車において、
前記ブレーキ制御計画手段は、先に減速度の高いブレーキノッチで減速し、後で減速度の低いブレーキノッチに切り換えるようにブレーキ制御計画を作成することを特徴とする
電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車。
【請求項４】
前記請求項２記載の電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車において、
前記ブレーキ制御計画手段は、前記ブレーキ制御計画に従って減速した場合の切換時刻における予測速度と，切換時刻における実際の電気車速度を比較し，両者が異なる場合にブレーキ制御計画の変更を行うようにしたことを特徴とする
電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車。
【請求項５】
前記請求項１記載の電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車において、
前記ブレーキ制御計画手段は、前記ブレーキ制御計画作成後，電気車の実際の減速度が前記ブレーキ制御計画作成時に使用した値と異なると判断した場合に，前記ブレーキ制御計画の変更を行うようにしたことを特徴とする
電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車。
【請求項６】
前記請求項１記載の電気車定位置停止自動制御装置が、減速中の電気車速度の時系列データに基づいて減速度を推定する減速度推定手段を備え，前記減速推定手段により推定された減速度に基づいて前記ブレーキ制御計画手段が、ブレーキ制御計画の作成を行うようにしたことを特徴とする
電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車。
【請求項７】
前記請求項１記載の電気車定位置停止自動制御装置において、
前記ブレーキ制御計画作成手段は、ブレーキ制御計画に従って減速した場合の各時点または各位置における予測速度と，実際の電気車速度を比較し，その差に応じてブレーキ制御計画で用いる減速度を修正する計画減速度修正手段を備え，前記計画減速度修正手段で計算された修正減速度に基づいてブレーキ制御計画の変更を行うようにしたことを
特徴とする電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車。
【請求項８】
前記請求項１記載の電気車定位置停止自動制御装置において、
前記ブレーキ制御計画作成手段は、ブレーキ制御計画に従って減速した場合の各時点または各位置における予測速度を，前回の時間ステップの速度と，計画作成時に使用した減速度，ノッチ切換むだ時間および応答遅れ時間に基づいて逐次計算するようにしたことを特徴とする
電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車。
【請求項９】
前記請求項１乃至８記載の電気車定位置停止自動制御装置一部又は全てが、ＡＴＣまたはＡＴＯ内に組み込まれたことを、
特徴とする電気車定位置自動制御装置及びそれを用いた電気車。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気車定位置停止自動制御装置およびそれを用いた電気車に関わるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気車定位置停止自動制御装置では，所定の減速度で減速していき、停止位置に電気車が停止できるような目標パターンを予め作成し，実際の電気車速度が目標パターンに追従するようにブレーキノッチを操作して電気車のブレーキ制御を行っていた。目標パターンは各位置に対する速度であり，目標パターンの速度と実際の電気車の速度を比較し，電気車の速度が高ければノッチを上げる方向に，電気車の速度が低ければノッチを下げる方向に制御を行うことで，実際の電気車速度を目標パターンに追従させ，定められた位置に停止させる。
【０００３】
【特許文献１】
特公昭５８−１９２４０７号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかし従来の電気車定位置停止自動制御装置では，実際の電気車速度が目標パターンに追従するようにブレーキノッチを操作して電気車のブレーキ制御を行っていたので、電気車速度の目標パターンへの追従性をよくしようとすると頻繁なノッチ切換が生じ，乗心地が悪くなったり，制御が不安定になったりする。一方，乗心地を優先して追従性を弱めると，停止位置の精度が悪くなる。このような問題を解決するため，ファジー理論を応用した電気車の自動制御装置が実用化されている。ファジー理論を応用した自動制御装置では，停止制御域の各時点で取り得る各ノッチについて停止位置の誤差を予測し，現在ノッチの停止位置誤差が許容範囲であればそのノッチを保持することで，不要なノッチ変動を抑制している。ノッチ変更を行う際の制御則の構築にファジー理論が用いられている。しかしながら，ファジー理論を用いた制御では，さまざまな状況に応じた運転士のノウハウなどを取り込む必要があり，きめ細かな制御が可能になる反面，制御則の構築や調整に長い期間が必要であるという問題点がまだ残されている。
【０００４】
そこで本発明の目的は、ノッチの切換を頻繁に行うことなく停止精度を確保することの出来る電気車定位置停止自動制御装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、電気車の各ブレーキノッチの減速度及びブレーキノッチ切換のむだ時間およびブレーキノッチ切換の応答遅れ時間等のブレーキ特性データを保持するブレーキ特性データ保持部と、電気車の現在速度及び現在位置及び現在ブレーキノッチ等のデータを取得する電気車現在データ取得手段と、前記ブレーキ特性データ保持部に保持されたブレーキ特性データと前記電気車現在データ取得手段で取得した電気車現在データに基づき，複数のブレーキノッチを用いて電気車を定められた位置に停止させるためのブレーキ制御計画を作成するブレーキ制御計画作成手段と、前記ブレーキ制御計画作成手段で作成したブレーキ制御計画から，各時点におけるブレーキ制御指令を抽出するブレーキ制御指令抽出手段と、前記ブレーキ制御指令抽出手段によって抽出されたブレーキ制御指令をブレーキ装置に出力するブレーキ制御指令出力手段と、を備えたことを特徴とする電気車定位置停止自動制御装置及びそれを用いた電気車によって達成できる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車定位置停止制御装置及びそれを用いた電気車について、図を参照し詳細に説明する。図１は本発明に基づく第１の実施の形態の電気車定位置停止制御装置の構成図である。図２は、ブレーキ制御計画の一例である。図３は，切換計画時刻の変更による停止位置調整の一例である。図４は、切換時刻変更による停止位置調整をフローチャートである。
本発明に基づく第１の実施の形態の電気車定位置停止制御装置において、走行中の電気車１の現在の速度と現在の位置は，タコジェネレータなどの速度検出部２からの情報と，トランスポンダなどの地上子の信号を検出する地上子検出部４からの情報に基づいて、速度位置演算部４で演算される。速度位置演算部３にて演算された電気車１の現在速度と現在位置は、電気車定位置停止自動制御装置５内の、電気車現在データ取得手段６に入力される。また，図には示していないが，現在のブレーキノッチや停止目標位置などの情報も，各機器から電気車現在データ取得手段６に入力される。ブレーキ制御計画作成手段８は、電気車現在データ取得手段６から入力された現在速度，現在位置，現在ブレーキノッチ等のデータと，ブレーキ特性データ保持部７に保持された，各ブレーキノッチの減速度，ブレーキノッチ切換のむだ時間および応答遅れ時間等のブレーキ特性データにから，複数のノッチの組合せで停止目標位置に停止できるようなブレーキ制御計画を作成する。
【０００７】
このように構成された電気車定位置停止制御装置において、ブレーキ制御指令抽出手段９は、ブレーキ制御計画作成手段８により作成されたブレーキ制御計画から、その時点に必要なノッチを抽出し、出力する。ブレーキ制御指令出力手段１０は、ブレーキ制御指令抽出手段９から入力されたブレーキ制御指令をブレーキ装置１１に出力し、ブレーキ装置１１を制御する。
このように構成された電気車定位置停止制御装置において、ブレーキ制御計画作成手段８は、２つのノッチの組合せで定位置に停止できるように各ブレーキノッチの時間配分を計算しブレーキ制御計画を作成する。電気車１は、ブレーキ制御計画作成手段８により作成されたブレーキ制御計画に従い、１つ目のブレーキノッチを前述の時間配分の計算で求めた所定時間保持した後，２つ目のブレーキノッチに切り換え，停止まで２つ目のブレーキノッチを保持する。
図２の例は、ブレーキ制御計画作成手段８によって作成された、残距離１０ｍ地点からのブレーキ制御計画であり，残距離６ｍ付近でノッチを切り換え、停止位置に停止できる。時間配分は，現在速度と残距離に対して，計画で使用する２つのノッチを仮定し，１つ目のブレーキノッチの保持時間を変数とし，１つ目のブレーキノッチで減速した時の走行距離と２つ目のブレーキノッチで減速した時の走行距離の合計が残距離に等しくなるような１つ目のブレーキノッチの保持時間を求めることによって計算できる。条件を満たすような解が存在しない場合は，２つのノッチの組合せを変更して同様な計算をくり返す。走行距離の積算の際は，ブレーキノッチ出力指令後のノッチ切換むだ時間の間は，切換前のブレーキノッチの減速度で減速し，むだ時間経過後の応答遅れ時間の間は，切換前のブレーキノッチの減速度から切換後のブレーキノッチの減速度に徐々に変化し，応答遅れ時間経過後は切換後のブレーキノッチの減速度で減速する，と仮定して走行距離を計算することで，ノッチ切換時のブレーキ応答特性を考慮した計画も作成できる。
【０００８】
このように構成された電気車定位置停止制御装置において、各ブレーキノッチの減速度の値が常時安定している場合，このように作成した計画に従ってノッチ切換を行うことで，ノッチを頻繁に切り換えることなく定められた位置に停止することができる。
また，このように構成された電気車定位置停止制御装置において、ブレーキ制御計画作成手段８による計画作成の際，１つ目のブレーキノッチを減速度の高いノッチ，２つ目のブレーキノッチを減速度の低いノッチとすることで，停止時に低いノッチで停止することが可能となり，乗心地を向上できる。
このように構成された電気車定位置停止制御装置において、各ブレーキノッチの減速度が変動する場合は，例えば，１つ目のブレーキノッチ（減速度の高い方のノッチ）の保持時間を経過した時（切換計画時刻）に，計画に用いた減速度で減速した場合に予測される速度と実際の電気車の速度を比較し，実際の速度が小さい場合，すなわち減速度が想定より小さい場合には，２つ目のブレーキノッチ（減速度の低い方のノッチ）にすぐに切り換えず，１つ目のブレーキノッチの保持時間を延長することにより，目標停止位置オーバーを防ぐ（図３参照）。
【０００９】
図３に示した一例では，実際の減速度が想定よりも小さく，減速が遅かったため，最初の計画では５ｍ付近で減速度の低いノッチに切り換えるようになっていたところを，３．２ｍ付近で切り換えるようにし，電気車の停止位置を調整している。
このように構成された電気車定位置停止制御装置において、切換計画時刻における実際の電気車の速度に基づいて実際の減速度を推定し，推定した減速度で１つ目のブレーキノッチ指令時点からのブレーキ制御計画を再計算することで求めるか，推定した減速度に基づいて，切換計画時刻からの計画を再計算する。なお，最初のブレーキ制御計画作成時に，当該ノッチで予め想定される最大の減速度を用いることによって，実際の減速度が弱い場合だけでなく，強い場合もノッチ切換の時間を遅らせることで停止位置の調整が可能となる。
このように構成された電気車定位置停止制御装置は、ノッチを頻繁に切り換えることなく定位置に停止可能な計画を作成でき，その計画に従ってブレーキ制御を行うことで乗心地を向上でき，かつ，停止精度を確保できる。
このように構成された電気車定位置停止制御装置は、先に減速度の高いブレーキノッチで減速し，後で減速度の低いブレーキノッチに切り換えるため，停止時に低いブレーキノッチで停止することが可能となり，その結果乗心地を向上することができる。
【００１０】
このように構成された電気車定位置停止制御装置は、ＡＴＣやＡＴＯ内に組み込むことにより、ハードウェアを追加することなく，乗り心地向上と停止精度確保の両立が可能な定位置停止制御を実現することができる。
（第２の実施の形態）
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車定位置停止制御装置及びそれを用いた電気車について、図を参照し詳細に説明する。図５は本発明に基づく第２の実施の形態の電気車定位置停止制御装置及びそれを用いた電気車の構成図である。尚、図１乃至図４に記載した物と構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。図５は本発明に基づく第２の実施の形態の電気車定位置停止制御装置の構成図である。
本発明に基づく第２の実施の形態の電気車定位置停止制御装置は、減速中の電気車速度の時系列データに基づいて減速度を推定する減速度推定手段１２を備えている以外は，第１の実施の形態の電気車定位置停止制御装置と同じ構成であり，基本的な機能も同様である。
このように構成された本発明に基づく第２の実施の形態の電気車定位置停止制御装置において、減速度推定手段１２による減速度の推定は，例えば，ノッチ切換のむだ時間，応答遅れ時間経過後，当該ノッチの所定の減速度が出ていると思われる部分で所定時間の間の速度の低下から求めることができる。電気車速度のデータのバラツキが大きい場合，速度の移動平均を取ったり，適当なフィルタリングによりノイズを除去した後のデータに基づいて減速度を推定することが望ましい。減速度推定手段１２によってその時点における減速度を推定し，推定した減速度によって逐次ブレーキ制御計画をブレーキ制御計画作成手段８にて、修正する。そのため本発明に基づく第２の実施の形態の電気車低位置停止制御装置は、各ブレーキノッチの減速度が，１回の走行中に時間的に，あるいは速度によって変化するような場合にも対応でき，停止精度を確保することができる。
【００１１】
このように構成された本発明に基づく第２の実施の形態の電気車定位置停止制御装置は、ブレーキ制御計画に従って減速した場合の切換時刻における予測速度と，切換時刻における実際の電気車速度を比較し，両者が異なる場合にブレーキ制御計画の変更を行うことにより，実際の電気車の減速状況を容易に評価でき，減速度の変動に応じたブレーキ制御計画の再計算が可能であり，停止精度を向上できる。
このように構成されたの電気車定位置停止制御装置は、ブレーキ制御計画作成後，減速度が計画作成時に使用した値から変化した場合に，ブレーキ制御計画の変更を行うようにしたことにより，減速度変動の外乱に対する制御のロバスト性が向上し，停止精度を確保できる。
このように構成された電気車定位置停止制御装置は、ＡＴＣやＡＴＯ内に組み込むことにより、ハードウェアを追加することなく，乗り心地向上と停止精度確保の両立が可能な定位置停止制御を実現することができる。
（第３の実施の形態）
本発明に基づく第３の実施の形態の電気車定位置停止制御装置及びそれを用いた電気車について、図を参照し詳細に説明する。図６は本発明に基づく第３の実施の形態の電気車定位置停止制御装置及びそれを用いた電気車の構成図である。尚、図１乃至図５に記載した物と構造上同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。図６は本発明に基づく第３の実施の形態の電気車定位置停止制御装置の構成図である。
【００１２】
本発明に基づく第３の実施の形態の電気車定位置停止制御装置は、ブレーキ制御計画に従って減速した場合の各時点または各位置における予測速度と，実際の電気車速度を比較し，その差に応じてブレーキ制御計画で用いる減速度を修正する計画減速度修正手段１３を備えている以外は，第１の実施形態の電気車定位置停止制御装置と同じ構成であり，基本的な機能も同様である。
このように構成された本発明に基づく第３の実施の形態の電気車定位置停止制御装置において、ブレーキ制御計画に従って減速した場合の各時点または各位置における予測速度は，例えば，計画で使用するブレーキノッチとそれぞれの時間配分を計算した後，現在電気車速度，計画で使用するブレーキノッチの減速度，ノッチ切換むだ時間，応答遅れ時間に基づいて計算する。予測速度は，計画開始から停止までの値を配列で保持し，逐次それを参照しても良いが，制御用の計算機のメモリ容量に制限がある場合は，前回の時間ステップの電気車速度とその時のブレーキノッチの減速度から逐次計算しても良い。その時点の予測速度と実際の電気車速度を比較し，電気車速度が低い場合は計画に用いた減速度の値より実際の減速度が高いと考えられるので，減速度を上げて，ブレーキ制御計画をブレーキ制御計画作成手段８にて、再計算する。逆に，電気車速度が高い場合は計画に用いた減速度の値より実際の減速度が低いと考えられるので，減速度を下げて，ブレーキ制御計画をブレーキ制御計画作成手段８にて、再計算する。減速度を変更する際は，例えば，予測速度と実際の電気車速度の誤差の許容値を設定し，誤差許容値に達するまでの時間に応じて減速度の変更量を決める。計画減速度修正手段１３により，予測速度と実際の電気車速度を逐次比較して減速度を修正することにより，減速度の時間的な変化に対応して常に適切なブレーキ制御計画の更新が可能となる。実際の電気車速度のデータにはバラツキがあるため，フィルタリング後のデータを用いたり，減速度変更量に上下限値を設けるなどして，発散を防ぐ処置を講ずることが望ましい。
【００１３】
このように構成された電気車定位置停止自動制御装置は、ブレーキ制御計画に従って減速した場合の切換時刻における予測速度と，切換時刻における実際の電気車速度を比較し，両者が異なる場合にブレーキ制御計画の変更を行うことにより，実際の電気車の減速状況を容易に評価でき，減速度の変動に応じたブレーキ制御計画の再計算が可能であり，停止精度を向上できる。
このように構成された電気車定位置停止自動制御装置は、ブレーキ制御計画に従って減速した場合の各時点または各位置における予測速度を，前回の時間ステップの速度と，計画作成時に使用した減速度，ノッチ切換むだ時間および応答遅れ時間に基づいて逐次計算するようにしたので，制御用計算機のメモリ容量に制約がある場合にも対応して，減速度変動の外乱に対する制御のロバスト性を向上させることができ，煩雑な調整を行うことなく停止精度を確保できる。
このように構成された電気車定位置停止制御装置は、ＡＴＣやＡＴＯ内に組み込むことにより、ハードウェアを追加することなく，乗り心地向上と停止精度確保の両立が可能な定位置停止制御を実現することができる。
【００１４】
【発明の効果】
本発明により、ノッチの切換を頻繁に行うことなく停止精度を確保することの出来る電気車定位置停止自動制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく第１の実施の形態の電気車定位置停止自動制御装置の構成図。
【図２】本発明に基づく第１の実施の形態の電気車定位置停止自動制御装置で用いるブレーキ制御計画の一例である。
【図３】本発明に基づく第１の実施の形態の電気車定位置停止自動制御装置で用いるブレーキ制御計画の一例である。
【図４】本発明に基づく第１の電気車定位置停止自動制御装置での切換計画時刻変更による停止位置調整手順のフローチャートである。
【図５】本発明に基づく第２の実施の形態の電気車定位置停止自動制御装置構成図である。
【図６】本発明に基づく第３の実施の形態の電気車定位置停止自動制御装置の構成図である。
【符号の説明】
１・・・電気車
２・・・速度検出部
３・・・地上子検出部
４・・・速度位置演算部
５・・・電気車定位置停止自動制御装置
６・・・電気車現在データ取得手段
７・・・ブレーキ特性データ保持部
８・・・ブレーキ制御計画作成手段
９・・・ブレーキ制御指令抽出手段
１０・・・ブレーキ制御指令出力手段
１１・・・ブレーキ装置
１２・・・減速度推定手段
１３・・・計画減速度修正手段
【図１】
2004297912.tif 000003
【図２】
2004297912.tif 000004
【図３】
2004297912.tif 000005
【図４】
2004297912.tif 000006
【図５】
2004297912.tif 000007
【図６】
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