(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両が目標地点まで走行する際の目標走行時間を示す走行時間情報と、前記車両が目標地点まで走行する際に生成する回生電力の制限を示す回生電力制限情報とを用いて、前記車両が前記目標地点まで走行する際の速度遷移である運転曲線を決定する運転曲線決定部
を有する運転曲線生成装置。
【請求項２】
前記運転曲線決定部が決定する運転曲線は、前記車両により生成される回生電力が前記回生電力制限情報が示す回生電力の制限を満たすように、前記運転曲線における減速パターンが決定され、決定された前記減速パターンを用いたときに、前記車両が目標地点まで走行する際の走行時間が前記走行時間情報が示す目標走行時間となるように、前記運転曲線における定速走行区間の走行速度および／または惰行区間の開始点が決定された運転曲線である、請求項１に記載の運転曲線生成装置。
【請求項３】
前記定速走行区間の走行速度および／または惰行区間の開始点をパラメータとし、前記車両が目標地点まで走行する際の走行シミュレーションを、パラメータの異なる複数の条件で実施し、前記車両が目標地点まで走行する際の走行時間が、目標走行時間に近くなる運転曲線を選択することにより運転曲線を決定することを特徴とする、請求項２に記載の運転曲線生成装置。
【請求項４】
車両が目標地点まで走行する際の走行時間を示す走行時間情報と、前記車両が目標地点まで走行際に生成する回生電力の制限を示す回生電力制限情報と対応付けて、前記車両の前記目標地点までの速度遷移である運転曲線を記憶する運転曲線記憶部を更に有し、
前記運転曲線決定部は、指定された目標走行時間と、回生電力に関する、指定された回生電力制限とに対応付けられた運転曲線を、前記運転曲線記憶部から選択することで、前記車両の前記目標地点までの速度遷移である運転曲線を決定する、
請求項１記載の運転曲線生成装置。
【請求項５】
車両が目標地点まで走行する際の目標走行時間を示す走行時間情報と、前記車両が目標地点まで走行する際に生成する回生電力の制限を示す回生電力制限情報とを用いて、前記車両が前記目標地点まで走行する際の速度遷移である運転曲線を決定する運転曲線決定部と、
前記決定した運転曲線に基づいて運転支援情報を作成し、運転士に提示する提示部と
を有する運転支援装置。
【請求項６】
車両が目標地点まで走行する際の目標走行時間を示す走行時間情報と、前記車両が目標地点まで走行する際に生成する回生電力の制限を示す回生電力制限情報とを用いて、前記車両が前記目標地点まで走行する際の速度遷移である運転曲線を決定する運転曲線決定部と、
前記決定した運転曲線に基づいて前記車両の制御指令を作成し、前記車両の駆動制動制御装置に出力する制御部と
を有する自動運転装置。
【請求項７】
車両が目標地点まで走行する際の目標走行時間を示す走行時間情報と、前記車両が目標地点まで走行する際に生成する回生電力の制限を示す回生電力制限情報とを用いて、前記車両が前記目標地点まで走行する際の速度遷移である運転曲線を決定する運転曲線決定部と、前記決定した運転曲線を車両に送信する運転曲線送信部とを有する地上システムと、
前記地上システムから運転曲線を受信する運転曲線受信部と、前記運転曲線受信部で受信した運転曲線に基づいて運転支援情報を作成し、運転士に提示する、提示部とを有する車上システムと
を有する運転支援システム。
【請求項８】
車両が目標地点まで走行する際の目標走行時間を示す走行時間情報と、前記車両が目標地点まで走行する際に生成する回生電力の制限を示す回生電力制限情報とを用いて、前記車両が前記目標地点まで走行する際の速度遷移である運転曲線を決定する運転曲線決定部と、前記決定した運転曲線を車両に送信する運転曲線送信部とを有する地上システムと、
前記地上システムから運転曲線を受信する運転曲線受信部と、前記運転曲線受信部で受信した運転曲線に基づいて前記車両の制御指令を作成し、前記車両の駆動制動制御装置に出力する制御部とを有する車上システムと
を有する自動運転システム。
【請求項９】
走行時間取得部と、回生電力制限取得部と、運転曲線決定部とを備える運転曲線生成装置によって実行される運転曲線生成方法であって、
前記走行時間取得部が、車両が目標地点まで走行する際の目標走行時間を示す走行時間情報を取得する第１の過程と、
前記回生電力制限取得部が、前記車両が目標地点まで走行する際に生成する回生電力の制限を示す回生電力制限情報を取得する第２の過程と、
前記運転曲線決定部が、前記走行時間情報と前記回生電力制限情報とを用いて、前記車両が前記目標地点まで走行する際の速度遷移である運転曲線を決定する第３の過程と
を有する運転曲線生成方法。
【請求項１０】
プログラムを実行することで実現される機能部として走行時間取得部と、回生電力制限取得部と、運転曲線決定部とを備える運転曲線生成装置に、
前記走行時間取得部が、車両が目標地点まで走行する際の目標走行時間を示す走行時間情報を取得する第１の過程と、
前記回生電力制限取得部が、前記車両が目標地点まで走行する際に生成する回生電力の制限を示す回生電力制限情報を取得する第２の過程と、
前記運転曲線決定部が、前記走行時間情報と前記回生電力制限情報とを用いて、前記車両が前記目標地点まで走行する際の速度遷移である運転曲線を決定する第３の過程と
を実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、運転曲線生成装置、運転支援装置、自動運転装置、運転支援システム、自動運転システム、運転曲線生成方法およびプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
架線などから供給された電力でモーターを回転させて走行する電車には、回生ブレーキと呼ばれるブレーキを備えるものがある。回生ブレーキは、モーターを発電機として作動させて制動力を発生させるもので、電気エネルギー（以後、回生電力という）に変換された電車の運動エネルギーは、架線を介して周辺の電車に供給される。これにより、電車の消費エネルギーを低減することができる。
【０００３】
しかし、回生ブレーキをかけようとする電車の周辺に、十分な電力を消費する他の電車が存在しないと、大きな回生電力を架線に戻すことができず、必要な回生ブレーキ力が得られない。従って、不足するブレーキ力は機械ブレーキで補足せざるを得ず、運動エネルギーは熱として散逸してしまう。したがって、電車の速度の遷移を表す運転曲線を決める際には、他の電車の状況に応じて、発生可能な回生電力（以下、回生電力の制限）の範囲内でブレーキをかけることで、機械ブレーキの動作を回避し、運動エネルギーが熱として散逸しないようにし、かつ、時刻表通りの走行時間となるようにする必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３１９８１７０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】鈴木、古関、曽根、“定電力ブレーキパターンの運転曲線への影響と電制負担率向上効果の解析”、鉄道技術連合シンポジウム、Ｓ１−２−２、ｐ．５７９−５８２、２００１年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、回生電力に制限があっても、所定の走行時間で走行しつつ、消費エネルギーの小さい運転曲線を生成することができる運転曲線生成装置、運転支援装置、自動運転装置、運転支援システム、自動運転システム、運転曲線生成方法およびプログラムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施形態の運転曲線生成装置は、運転曲線決定部を持つ。運転曲線決定部は、車両が目標地点まで走行する際の目標走行時間を示す走行時間情報と、車両が目標地点まで走行する際に生成する回生電力の制限を示す回生電力制限制限情報とを用いて、車両が目標地点まで走行する際の速度遷移である運転曲線を決定する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１の実施形態の車両１０の全体構成を示す図。
【図２】第１の実施形態の運転曲線生成装置１２の構成を示す図。
【図３】第１の実施形態の回生電力制限記憶部２０３が記憶する回生電力制限情報の例を示す図。
【図４】第１の実施形態の行路票情報記憶部２０４が記憶する行路票情報の例を示す図。
【図５】第１の実施形態の路線情報記憶部２０５が記憶する速度制限の例を示す図。
【図６】第１の実施形態の路線情報記憶部２０５が記憶する勾配の例を示す図。
【図７】第１の実施形態の運転曲線決定部２１０の動作を示す図。
【図８】第１の実施形態の運転曲線決定部２１０による運転曲線の生成を説明する図。
【図９】第１の実施形態の速度と回生ブレーキ力との対応例を示す図。
【図１０】第１の実施形態の速度と回生電力との対応例を示す図。
【図１１】第１の実施形態の運転曲線の例を示す図。
【図１２】第１の実施形態の消費電力の遷移例を示す図。
【図１３】第２の実施形態の車両１０の全体構成を示す図。
【図１４】第３の実施形態の車両１０の全体構成を示す図。
【図１５】第３の実施形態の運転曲線生成装置１２ｂの構成を示す図。
【図１６】第４の実施形態の車両１０、地上設備４０の全体構成を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、実施形態の運転曲線生成装置、運転支援装置、自動運転装置、運転支援システム、自動運転システム、運転曲線生成方法およびプログラムを、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態による車両１０の構成を示す概略ブロック図である。車両１０は、架線３０から供給された電力でモーターを駆動し、レールなどの軌道２０に沿って走行する。車両１０は、運転支援装置１３を有する。運転支援装置１３は、提示装置１１、運転曲線生成装置１２を含んで構成される。
【００１０】
提示装置１１は、運転曲線生成装置１２が生成した運転曲線を用いて、車両１０の運転手に、そのときの目標速度、目標操作（加速、制動など）を含む運転支援情報を作成し、提示する。運転曲線生成装置１２は、車両１０が計画通りの時刻に次の駅などの目標地点に到達し、かつ、制動時の回生電力の制限を満たすような、該目標地点までの目標速度の遷移を表す運転曲線を生成する。例えば、運転曲線は、出発駅から次の停車駅までの各地点における目標速度である。なお、運転曲線は、１つの駅間だけでなく、複数の駅間にまたがっていてもよい。
【００１１】
なお、回生電力とは、回生ブレーキを用いて車両１０を制動させたときに発生する電力である。この回生電力は、架線３０を介して、周辺を走行する車両に供給される。周辺を走行する車両が使用する電力以上に、回生電力を発生させようとすると、電圧が上昇して機器の破損につながるため、電圧の上昇を抑えるように回生電力が制限される。回生電力が制限されると、回生ブレーキで発生できるブレーキ力が低下するため、必要なブレーキ力に対する不足分は機械ブレーキで補足され、運動エネルギーは熱となって散逸してしまう。このため、回生電力を有効利用して消費エネルギーを低減するためには、回生電力を、周辺を走行する車両が使用する電力以下に抑える必要がある。これが、回生電力の制限である。
【００１２】
図２は、運転曲線生成装置１２の構成を示す概略ブロック図である。運転曲線生成装置１２は、列車番号指定部２０１、駅間指定部２０２、回生電力制限記憶部２０３、行路票情報記憶部２０４、路線情報記憶部２０５、行路票情報設定部２０６、回生電力制限取得部２０７、走行時間取得部２０８、路線情報取得部２０９、運転曲線決定部２１０を含んで構成される。
【００１３】
列車番号指定部２０１は、運転曲線を生成する列車番号の指定を受け付ける。列車番号の指定は、例えば、運転曲線生成装置１２または提示装置１１に設けられたタッチパネル（図示せず）を用いて入力する等により運転手が行う。また、列車番号指定部２０１が、列番設定器で設定された情報を、この列番設定器から取得するようにしてもよい。駅間指定部２０２は、運転曲線を生成する駅間の指定を受け付ける。駅間の指定は、例えば、運転曲線生成装置１２または提示装置１１に設けられたタッチパネル（図示せず）を用いて入力する等により運転手が行う。また、車上にモニタ装置等が搭載されて、車上で自列車位置を検知しており、各駅の絶対位置情報と自列車位置に基づいて、在線する駅、駅間を認識している場合、駅間指定部２０２は、モニタ装置から在線駅、駅間情報を得るようにしてもよい。回生電力制限記憶部２０３は、時間帯と駅間との組み合わせに対応付けて、回生電力の制限（上限値）を示す回生電力制限情報を記憶する。時間帯の代わりに、列車番号に対応付けて記憶してもよい。行路票情報記憶部２０４は、列車番号と、駅と、該駅の着時刻と、該駅の発時刻とを対応付けた行路票情報を記憶する。路線情報記憶部２０５は、各駅間の速度制限を示す速度制限情報や勾配情報等を記憶する。
【００１４】
行路票情報設定部２０６は、運転開始時には、初期の行路票情報を行路票情報記憶部２０４に記憶させる。また、行路票情報設定部２０６は、遅延などが発生して、行路票情報に変更が発生したときに、該変更を行路票情報記憶部２０４に反映する。行路票情報設定部２０６には、例えば、運転手がＩＣカード等を用いて初期の行路票情報を入力する。また、車上にモニタ装置等が搭載され、モニタ装置等が行路票情報を認識している場合、モニタ装置等から行路票情報を取得してもよい。遅延などによって発生した行路票情報の変更は、行路票情報設定部２０６が、地上設備から受信する。
【００１５】
回生電力制限取得部２０７は、列車番号指定部２０１が受け付けた列車番号と、駅間指定部２０２が受け付けた駅間と、回生電力制限記憶部２０３が記憶する回生電力制限情報と、行路票情報記憶部２０４が記憶する行路票情報とを用いて、該列車番号の該駅間における回生電力の制限を示す回生電力制限情報を取得する。具体的には、回生電力制限取得部２０７は、行路票情報記憶部２０４を参照して、列車番号指定部２０１が受け付けた列車番号における、駅間指定部２０２が受け付けた駅間の発駅の発時刻または着駅の着時刻を取得する。回生電力制限取得部２０７は、取得した時刻が属する時間帯と、駅間指定部２０２が受け付けた駅間との組み合わせに対応付けて、回生電力制限記憶部２０３が記憶している回生電力制限情報を読み出すことで、回生電力制限情報を取得する。
【００１６】
なお、回生電力制限取得部２０７は、駅間指定部２０２が受け付けた駅間と、現在時刻が属する時間帯との組み合わせに対応付けて、回生電力制限記憶部２０３が記憶している回生電力制限情報を読み出し、回生電力制限情報を取得してもよい。また、回生電力制限記憶部２０３が、時間帯の代わりに、列車番号を用いたデータベースとなっていてもよい。この場合、回生電力制限取得部２０７は、駅間指定部２０２が受け付けた駅間と列車番号指定部２０１が受け付けた列車番号との組み合わせに対応付けて、回生電力制限記憶部２０３が記憶している回生電力制限情報を読み出し、回生電力制限情報を取得してもよい。
【００１７】
走行時間取得部２０８は、列車番号指定部２０１が受け付けた列車番号と、駅間指定部２０２が受け付けた駅間と、行路票情報記憶部２０４が記憶する行路票情報とを用いて、該列車番号の該駅間の走行時間（目標走行時間）を取得する。具体的には、走行時間取得部２０８は、行路票情報記憶部２０４を参照して、列車番号指定部２０１が受け付けた列車番号における、駅間指定部２０２が受け付けた駅間の発駅の発時刻と、着駅の着時刻とを取得する。走行時間取得部２０８は、取得した発時刻から着時刻までの時間を算出し、走行時間とする。
【００１８】
路線情報取得部２０９は、駅間指定部２０２が受け付けた駅間の路線情報を、路線情報記憶部２０５から読み出すことで取得する。路線情報とは、その駅間の速度制限と、勾配や曲線とを含む情報である。運転曲線決定部２１０は、回生電力制限取得部２０７が取得した回生電力制限情報と、走行時間取得部２０８が取得した走行時間と、路線情報取得部２０９が取得した路線情報とを用いて、運転曲線を決定する。運転曲線決定部２１０が決定した運転曲線は、提示装置１１に入力される。また、運転曲線に加えて、運転曲線を生成する際に得られた目標操作（加速、制動など）も、提示装置１１に入力されるようにしてもよい。運転曲線決定部２１０の詳細は後述する。
【００１９】
図３は、回生電力制限記憶部２０３が記憶する回生電力制限情報の例を示すテーブルである。同図が示すように、テーブルは駅間、時間帯、および回生電力の上限値の各情報で構成されており、例えば、駅間「Ａ−Ｂ」の時間帯「２２：００〜６：３０」に対して回生電力の上限値「ａ[ｋＷ]」が割り当てられている。なお、回生電力の上限値は、例えば、実際の走行における回生絞り込みの実測データに基づき、平均値を算出することで決定されたものを使用する。回生電力の状況が、時間帯や列番によって異なる場合は、回生電力制限情報は、時間帯や列番に応じて参照できるデータ形式としておく。なお、駅間や時間帯毎の回生電力の制限状況は、運行管理センター等の地上側で、列車群の運行状況に応じて架線電圧の変化を推定し、回生絞込みが予測された場合に当該区間を走行する車両に情報を送信するようにしてもよい。なお、図３では、時間帯として時刻のみを示したが、曜日、季節なども含んでいてもよい。また、車両１０が運行されない時間帯、駅間は除かれていてもよい。
【００２０】
なお、回生電力は、架線３０を介して、車両１０の周辺を走行する車両に供給される。したがって、本実施形態では、各時間帯の回生電力の上限値は、その時間帯の列車の運転密度に応じた値が設定されている。例えば、朝夕のラッシュ時（７：００〜９：００、１７：００〜２０：００など）の回生電力の上限値に比べて、昼間（９：００〜１７：００）の回生電力の上限値は小さな値となる。
【００２１】
図４は、行路票情報記憶部２０４が記憶する行路票情報の例を示すテーブルである。同図が示すように、テーブルは列車番号、駅、および発着時刻の各情報で構成されており、例えば、列車番号「Ａ０５０１」に対して、該列車番号の始発駅「Ａ」と該始発駅の発時刻「５：１５：００」とが対応付けられている。また、同じ列車番号「Ａ０５０１」に対し、該列車番号の途中駅「Ｂ」とこの途中駅の着時刻「５：１８：３０」と発時刻「５：１９：００」とが、そして終着駅「Ｆ」とこの終着駅の着時刻「６：２０：３０」とがそれぞれ対応付けられている。
【００２２】
図５は、路線情報記憶部２０５が記憶する速度制限の例を示すテーブルである。同図が示すように、テーブルは区間（路線の起点からの距離）、および速度制限の各情報で構成されており、例えば、区間「０〜５２３［ｍ］」と速度制限「６０［ｋｍ／ｈ］以下」とが対応付けられている。このように、路線情報記憶部２０５は、全ての区間について、速度制限を記憶している。
【００２３】
図６は、路線情報記憶部２０５が記憶する勾配の例を示すテーブルである。同図が示すように、テーブルは駅間、区間（路線の起点からの距離）、および勾配の各情報で構成されており、例えば、区間「０〜１２３５［ｍ］」と勾配「０［‰］」とが対応付けられている。このようにして、路線情報記憶部２０５は、全ての区間について、勾配を記憶している。
【００２４】
図７は、運転曲線決定部２１０の動作を説明するフローチャートである。先ず運転曲線決定部２１０は、運転曲線を作成すべき走行区間（駅間）および目標走行時間を設定する（Ｓ１）。具体的には、運転曲線決定部２１０は、列番、現在位置、現在時刻に基づいて行路票情報記憶部２０４を参照し、運転曲線作成の対象範囲となる走行区間の開始位置と終了位置や目標走行時間を決定し、運転曲線の作成条件として設定する。運転曲線の作成は、設定された走行区間について実施される。
【００２５】
次に、運転曲線決定部２１０は、運転曲線作成の対象範囲の制限速度情報を、路線情報記憶部２０５から取得する（Ｓ２）。次に、運転曲線決定部２１０は、路線情報記憶部２０５から、勾配や曲線の情報を取得する（Ｓ３）。次に、運転曲線決定部２１０は、回生電力制限情報を取得する（Ｓ４）。より具体的には、運転曲線決定部２１０は、列番、現在位置、現在時刻に基づいて回生電力制限記憶部２０３を参照し、回生電力制限情報を取得する。
【００２６】
次に、運転曲線決定部２１０は、制限速度の低下点を抽出し、図８（ａ）に示したように、走行区間内の全ての制限速度低下点を起点とする逆行減速カーブを作成する（Ｓ５）。逆行減速カーブは、制限速度低下点および次駅の停止位置を基点とし、進行方向とは逆向きに減速時の曲線を描いたものである。運転曲線決定部２１０は、回生電力の制限が無ければ、逆行減速カーブを、一定減速度や一定ノッチでの減速を前提として作成する。しかし、回生電力の制限がある場合、運転曲線決定部２１０は、駅間や時間帯に応じた回生電力の上限値に基づき、回生電力が上限値を超えないように、速度域によって使用するノッチやブレーキ力を制限して、逆行減速カーブを作成する。ブレーキノッチの制限方法は後述する。
【００２７】
次に、運転曲線決定部２１０は、最速運転曲線を作成する（S６）。運転曲線決定部２１０は、最速運転曲線を、出発位置から進行方向にシミュレーションを行うことで作成する。運転曲線決定部２１０は、出発地点からは、制限速度以下の所定速度まで所定ノッチでの加速を前提として運転曲線を作成する。加速度は、実際の車両性能（力行、ブレーキ特性）、位置に応じた勾配抵抗および曲線抵抗、速度に応じた走行抵抗等を考慮して算出される。運転曲線決定部２１０は、所定速度に達した後は、定速走行し、制限速度上昇点からは、再加速し、逆行減速カーブに抵触したら減速するようにし、目標地点まで走行シミュレーションを行う。
【００２８】
運転曲線決定部２１０は、このシミュレーションにより得られた運転曲線における目標地点への到達時刻から出発地点の出発時刻を引いて、最速運転時の走行時間を得る（Ｓ７）。次に、運転曲線決定部２１０は、最速運転曲線のシミュレーションで得られた走行時間と、当該走行区間の目標走行時間を比較し（Ｓ８）、目標走行時間の方が短いときは、最速運転曲線を選択する。目標走行時間の方が長いときは、運転曲線決定部２１０は、定速走行区間の速度の低減や、惰行区間の挿入、拡大により走行時間が目標走行時間と一致するように運転曲線を調整する（Ｓ９）。
【００２９】
具体的なシミュレーションの事例を、図８（ｂ）を用いて説明する。初回の最速走行時のシミュレーションでは、電車が、出発地点から当該制限速度区間で走行可能な上限速度まで加速して定速走行に移行し、制限速度上昇点に達したら加速、逆行減速カーブに抵触したら減速し、目標地点に到達するまでの走行を模擬する。得られた最速の運転曲線に対し、惰行開始点を設定して再シミュレーション、すなわち時間合わせ運転曲線作成（S１０）を行い、走行時間を評価する。目標走行時間になるまで徐々に惰行区間を長くしていくことで、ダイヤ上の走行時間を遵守しつつ消費エネルギーが小さい運転曲線を得ることができる。
【００３０】
惰行開始点を設定したシミュレーションでは、電車は、出発駅Ｐ１（出発地点）からは所定のノッチで力行し、当該制限速度区間で走行可能な上限速度まで加速する。加速区間の終了点が下り勾配の場合、加速区間の終了点の手前に惰行開始点Ｐ２が設定されている場合があり、その時は、電車は、惰行開始点Ｐ２から惰行を開始し、惰行で加速する。電車は、上限速度に達したら（地点Ｐ３）定速走行に移行する。減速区間前の定速走行区間の終了点手前に惰行開始点Ｐ４が設定されている場合、電車は、惰行開始点Ｐ４から惰行を開始し、惰行で減速する。
【００３１】
惰行中に、逆行減速カーブに抵触したら（地点Ｐ５）、電車は、ブレーキを動作させ、逆行減速カーブの基点である減速終了位置まで減速する。電車は、減速終了位置Ｐ６まで減速したら定速走行に移行する。定速走行中に、制限速度上昇点に達したら（地点Ｐ７）、電車は、次の制限速度区間の上限速度まで加速する。上限速度に達したら（地点Ｐ８）、電車は、定速走行に移行し、定速走行中に、惰行開始点Ｐ９に達したら惰行を開始し、惰行で減速する。惰行中に次駅停止に向けた逆行減速カーブに抵触したら（地点Ｐ１０）、電車は、ブレーキを動作させ、目標地点である次駅の停止位置で停止するまで減速する（地点Ｐ１１）。運転曲線決定部２１０は、このようなシミュレーションを行うことで、惰行を活用した運転曲線を得る。
【００３２】
運転曲線決定部２１０は、作成された運転曲線の走行時間を評価し、当該駅間の目標走行時間に合致した運転曲線となっているか否かを判定する。合致しているときは、当該運転曲線を、実際に使用する運転曲線として採用し、提示装置１１に入力する。合致していないときは、例えば、目標走行時間に対してまだ余裕がある場合、惰行区間を増加させて、シミュレーションを行う。一方、目標走行時間をオーバーしているときは、運転曲線決定部２１０は、惰行区間を増加させる前に作成した目標走行時間内の運転曲線を、実際に使用する運転曲線として採用する。
【００３３】
次に、逆行減速カーブを作成する際に、回生電力の制限を考慮した速度域別のブレーキノッチ制限を設定する方法について説明する。
運転曲線決定部２１０は、回生電力の制限（上限値）を、回生時の効率で割ることによって許容される最大回生ブレーキパワーを求める。次に、運転曲線決定部２１０は、減速時に使用する、通常使用される最大ブレーキノッチについて、乗車率に応じたブレーキ力を算出する。次に、運転曲線決定部２１０は、最大回生ブレーキパワーを、最大ブレーキノッチのブレーキ力で割ることによって、最大ノッチが使用可能な速度の上限を決定する。運転曲線決定部２１０は、最大ノッチ未満のブレーキノッチに対しても同様な演算を行い、各ブレーキノッチが使用可能な上限速度を求める。
【００３４】
図９は、回生電力の上限値を２０００ｋＷとした場合の、速度域別ブレーキノッチ制限の算出例を示すグラフである。ブレーキノッチＢ５の上限速度が３９ｋｍ／ｈ、ブレーキノッチＢ４の上限速度が４９ｋｍ／ｈ、ブレーキノッチＢ３の上限速度が６５ｋｍ／ｈ、ブレーキノッチＢ２の上限速度が９８ｋｍ／ｈである。曲線Ｆｆは、各速度において、車両として発生可能な最大ブレーキ力を示す。運転曲線決定部２１０は、逆行減速カーブを生成する際に、各速度における使用ブレーキノッチを、図９に従った値とする。
【００３５】
図１０は、速度域別ブレーキノッチ制限に従った場合の、速度に応じた回生電力を示すグラフである。曲線Ｐｆは、車両として発生可能な最大回生電力を示す。車両として発生可能な最大回生電力５０００ｋＷに対し、速度域別ノッチ制限を行うことにより、回生電力の最大値を２０００ｋＷ以下に抑えることができる。
【００３６】
図１１は、運転曲線の例を示す図である。図１２は、消費電力の遷移例を示す図である。図１１において、横軸は発駅からの距離であり、縦軸は速度である。図１２において、横軸は発駅からの距離であり、縦軸は消費電力である。消費電力が負の値であるということは、回生電力を生成していることを示す。図１１、図１２において、横軸の一目盛りは、１００ｍである。また、運転曲線Ｖｒ、消費電力の遷移Ｐｒは、回生電力の上限値が２０００ｋＷであるときの例であり、運転曲線Ｖｉ、消費電力の遷移Ｐｉは、回生電力の上限値がないときの例である。
【００３７】
運転曲線Ｖｉは、位置５１０ｍ付近から、減速パターンに抵触するまで惰行しており、回生電力が制限されない場合は、このパターンが最も消費エネルギーが小さい。しかしながら、付近で力行する車両までの距離が遠く、大きな回生電力が架線に戻せない場合、機械ブレーキ力での補足分が増加し、回生電力量が少なくなる。この事例では、回生電力が、２０００ｋＷに制限されると、回生電力量のうち図１２の網掛け部Ｌｓ（４ｋＷｈ）のロスが発生する。なお、図１２の消費電力の遷移Ｐｉにおいて、４００ｍ付近の回生電力は、下り勾配において定速走行するためのブレーキであり、５００ｍ付近の消費電力は、上り勾配において定速走行するための力行である。
【００３８】
図１１の運転曲線Ｖｒは、最大回生電力が２０００ｋＷとなるように高速域でのブレーキノッチを制限し、走行時間を満たすように惰行区間を決定したものである。運転曲線Ｖｒでは、惰行区間が無くなり、運転曲線Ｖｉより定速走行が延長されたことにより、力行電力量が０．８ｋＷｈ増加する。しかし、運転曲線Ｖｒでは、４ｋＷｈの回生電力量のロスは発生しないので、同じ走行時間の運転曲線Ｖｉよりも３．２ｋＷｈ消費エネルギーが小さくなる。このように、消費エネルギーがもっとも小さくなる運転曲線は回生電力の制限の有無によって異なるので、本方式のように回生電力の状況に応じたブレーキパターンを仮定して運転曲線を作成し、走行時間に応じて惰行区間の長さを決定することにより、消費エネルギーの低減を図ることができる。
【００３９】
このように、運転曲線生成装置１２は、目標地点までの走行時間と、回生電力の制限とを用いて、運転曲線を決定する。これにより、回生電力に制限があっても、所定の走行時間で走行しつつ、消費エネルギーの小さい運転曲線を生成できる。
また、運転曲線生成装置１２は、指定された列車番号を参照して、回生電力に関する制限を取得する。これにより、列車の運転密度に応じた、回生電力に関する制限を用いて、運転曲線を生成できる。
【００４０】
（第２の実施形態）
第１の実施形態の車両１０は、運転曲線を用いて、運転手に、そのときの目標速度、目標操作（加速、制動など）を提示しているが、第２の実施形態の車両１０は、運転曲線を用いて、自動的に運転する。図１３は、本実施形態の車両１０の構成を示す概略ブロック図である。図１３において、図１の各部に対応する部分には、同一の符号を付し、説明を省略する。図１３に示すように、車両１０は、自動運転装置１５を含んで構成される。自動運転装置１５は、運転曲線生成装置１２、制御装置１４を含んで構成される。
【００４１】
制御装置１４は、運転曲線生成装置１２が生成した運転曲線が示す速度で、車両１０が走行するように、車両１０のモーターおよびブレーキの制御装置（駆動制動制御装置）に対して、制御指令を入力する。なお、制御するブレーキには、回生ブレーキも含まれる。
【００４２】
このように、自動運転装置１５は、目標地点までの走行時間と、回生電力の制限とを用いて、運転曲線を決定し、該運転曲線が示す速度で、車両１０が走行するように、車両１０を制御する。これにより、回生電力に制限があっても、走行時間に応じた運転曲線であって、消費エネルギーの小さい運転曲線に従った自動運転を行うことが出来る。
【００４３】
（第３の実施形態）
第３の実施形態では、車両１０は、予め記憶している運転曲線の中から、運転曲線を選択する。本実施形態の車両１０は、図１４に示したように、運転曲線生成装置１２に変えて、運転曲線生成装置１２ｂを有する。図１４（ａ）は、運転曲線生成装置１２ｂを備える運転支援装置１３の場合、図１４（ｂ）は、運転曲線生成装置１２ｂを備える自動運転装置１５の場合である。図１５は、運転曲線生成装置１２ｂの構成を示す概略ブロック図である。図１５において、図２の各部に対応する部分には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４４】
運転曲線生成装置１２ｂは、列車番号指定部２０１、駅間指定部２０２、回生電力制限記憶部２０３、行路票情報記憶部２０４、行路票情報設定部２０６、回生電力制限取得部２０７、走行時間取得部２０８、運転曲線決定部２１０ｂ、運転曲線記憶部２１２を含んで構成される。運転曲線記憶部２１２は、図２の運転曲線生成装置１２が生成した運転曲線を、回生電力の制限と、走行時間との組み合わせに対応付けて記憶する。
【００４５】
運転曲線決定部２１０ｂは、回生電力制限取得部２０７が取得した回生電力の制限と、走行時間取得部２０８が取得した走行時間との組み合わせに対応付けて、運転曲線記憶部２１２が記憶する運転曲線を読み出す。なお、図１４（ａ）の運転支援装置１３の場合、運転曲線決定部２１０ｂは、読み出した運転曲線を、提示装置１１に入力する。また、図１４(b)の自動運転装置１５の場合、運転曲線決定部２１０ｂは、読み出した運転曲線を、制御装置１４に入力する。
【００４６】
このように、運転曲線生成装置１２ｂは、目標地点までの走行時間と、回生電力の制限とを用いて、運転曲線を決定する。これにより、回生電力に制限があっても、走行時間に応じた運転曲線であって、消費エネルギーの小さい運転曲線を生成できる。
【００４７】
（第４の実施形態）
第４の実施形態では、図１６に示したように、車両１０は、運転曲線生成装置１２を有しておらず、地上設備４０として設けられた運転曲線生成装置１２が生成した運転曲線を受信する。図１６は、本実施形態における車両１０、地上設備４０の構成を示す概略ブロック図である。図１６において、図１の各部に対応する部分には、同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４８】
図１６（ａ）の車両１０は、運転支援装置１３を含んで構成される。本実施形態の運転支援装置１３は、提示装置１１と、運転曲線受信装置１６とを含んで構成される。また、地上設備４０は、運転曲線生成装置１２と、運転曲線送信装置４１とを含んで構成される。運転曲線送信装置４１は、運転曲線生成装置１２が生成した運転曲線を、車両１０に無線送信する。運転曲線受信装置１６は、運転曲線送信装置４１が送信した運転曲線を受信する。運転曲線受信装置１６は、受信した運転曲線を、提示装置１１に入力する。
【００４９】
図１６（ｂ）の車両１０は、自動運転装置１５を含んで構成される。本実施形態の自動運転装置１５は、制御装置１４と、運転曲線受信装置１６とを含んで構成される。また、地上設備４０は、運転曲線生成装置１２と、運転曲線送信装置４１とを含んで構成される。運転曲線送信装置４１は、運転曲線生成装置１２が生成した運転曲線を、車両１０に無線送信する。運転曲線受信装置１６は、運転曲線送信装置４１が送信した運転曲線を受信する。運転曲線受信装置１６は、受信した運転曲線を、制御装置１４に入力する。
また、運転曲線送信装置４１と運転曲線受信装置１６とは、軌道回路などを用いた有線通信にて通信してもよい。
【００５０】
このように、本実施形態における運転曲線生成装置１２は、第１の実施形態と同様である。これにより、回生電力に制限があっても、走行時間に応じた運転曲線であって、消費エネルギーの小さい運転曲線を生成できる。
【００５１】
また、上述したいずれかの実施形態の運転曲線生成装置、運転支援装置、自動運転装置の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより、運転曲線生成装置、運転支援装置、自動運転装置を実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【００５２】
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良く、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であっても良い。
【００５３】
以上述べた少なくともひとつの実施形態によれば、目標地点までの走行時間と、回生電力の制限とを用いて、運転曲線を決定する運転曲線決定部を持つことにより、回生電力に制限があっても、走行時間に応じた運転曲線であって、消費エネルギーの小さい運転曲線を生成することが可能となる。
【００５４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５５】
１０…車両、１１…提示装置、１２、１２ｂ、…運転曲線生成装置、１３…運転支援装置、１４…制御装置、１５…自動運転装置、２０…軌道、３０…架線、４０…地上設備、４１…運転曲線送信装置、２０１…列車番号指定部、２０２…駅間指定部、２０３…回生電力制限記憶部、２０４…行路票情報記憶部、２０５…路線情報記憶部、２０６…行路票情報設定部、２０７…回生電力制限取得部、２０８…走行時間取得部、２０９…路線情報取得部、２１０、２１０ｂ…運転曲線決定部、２１２…運転曲線記憶部
【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８】
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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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【図１５】
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【図１６】
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