JPH0690508A - 自動列車運転装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 地上での目標速度パターンの演算を容易にす
るとともに実走行中に目標速度パターン追従制御の制御
パラメータを修正するための制御パラメータ調整機能を
設けることにより省エネルギ、乗り心地を向上し、所定
走行時間、定点停止精度等の制約条件を満足する自動列
車運転装置を提供する。 【構成】 目標パターン演算装置１１において列車の駅
間所定走行時間、駅間所定走行距離、路線条件、路線デ
ータ、車両条件から消費エネルギ、乗り心地を評価関数
として制約条件を満足するように逆行カーブおよびノッ
チの切り換え基準速度を用いることにより目標速度パタ
ーンを作成して記憶装置１２に記憶しておき、列車走行
中の実列車速度、実列車位置および補助記憶装置１３に
記憶された路線条件、車両条件等の情報に基づいて目標
速度パターンに追従する走行指令を指令演算装置１４で
決定し、該走行指令設定の制御パラメータの自動調整を
目標速度パターンと実列車との速度偏差、位置偏差によ
り制御パラメータ調整装置１５で行っている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機で駆動される列
車の自動列車運転装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図７は従来の自動列車運転装置の構成を
示すブロック図である。図中、１は地上にて列車編成、
車両重量、牽引力特性等の車両条件、所定走行時間、所
定走行距離等の走行条件、制限速度、勾配、曲線等の路
線情報から列車走行区間の目標速度パターンを演算する
ための目標速度パターン演算装置、２は地上にて演算し
た目標速度パターンを車上にて保存するための記憶装
置、３は目標速度パターンの演算に使用した車両条件、
走行条件、路線条件等の目標速度に追従した走行指令を
演算する際に必要となる条件を保存するための補助記憶
装置、４は記憶装置２、補助記憶装置３に保存された情
報と入力される列車の速度、速度制限情報、距離補正信
号から列車の走行地点の走行指令を演算するための指令
演算装置である。

【０００３】従来、目標パターン追従型の自動列車運転
装置では、列車の走行する区間の運行条件、走行条件及
び車両条件から予め地上にて目標速度パターンを目標速
度パターン演算装置１にて演算し、車上の記憶装置２に
保存する。列車走行中は指令演算装置４により記憶装置
２に保存された目標速度パターンに追従するような走行
指令（力行指令、だ行指令、ブレーキ指令）を補助記憶
装置３に保存された車両条件、走行条件、路線条件と保
安信号、速度信号、速度信号から演算した距離情報、及
び地上からの距離補正信号から比例積分制御を行い、駆
動制御装置、ブレーキ制御装置に対して指令を出力す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述のような目標速度
パターン追従型の自動列車運転装置では、指令演算装置
４から駆動装置、ブレーキ装置に送出される走行指令は
ノッチ指令、すなわち離散信号であるために、地上にて
目標速度パターンを演算する場合に、非線形要素を含
み、収束しない場合があったり、最適目標パターンを求
めるのに多くの時間を要する。目標速度パターンの得ら
れた場合でも、実走行において指令演算装置において目
標速度パターンに追従する走行指令を決定する際の制御
パラメータの調整に多くの時間を要し、さらに列車走行
中においては、制御パラメータが一意に決定されている
ために、乗車率の変化等の外乱に対して対処することが
難しく、目標速度パターンに対して、速度、距離、時間
等の大きな誤差を生じることがある。

【０００５】本発明は、上記に鑑みてなされたもので、
その目的とするところは、地上での目標速度パターンの
演算を容易にするとともに実走行中に目標速度パターン
追従制御の制御パラメータを修正するための制御パラメ
ータ調整機能を設けることにより省エネルギ、乗り心地
を向上し、所定走行時間、定点停止精度等の制約条件を
満足する自動列車運転装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の自動列車運転装置は、目標速度パターンに
追従するように指令ノッチを決定する列車の自動列車運
転装置であって、予め地上において路線データおよび車
両条件から消費エネルギ、乗り心地を評価関数として走
行距離、走行時間、制限速度等の制約条件を満足するよ
うに逆行カーブおよびノッチの切り換え基準速度を用い
ることにより目標速度パターンを作成する目標速度パタ
ーン演算手段と、該目標速度パターン演算手段で作成さ
れた目標速度パターンを車上に記憶する記憶手段と、該
目標速度パターンの演算に使用された路線条件、車両条
件を記憶する補助記憶手段と、列車走行中の実列車速
度、実列車位置および前記補助記憶手段に記憶された情
報に基づいて前記記憶手段に記憶された目標速度パター
ンに追従する力行指令、だ行指令、ブレーキ指令を含む
走行指令を決定する走行指令演算手段と、前記走行指令
の設定の制御パラメータの自動調整を前記目標速度パタ
ーンと実列車との速度偏差、位置偏差により行う制御パ
ラメータ調整手段とを有することを要旨とする。

【０００７】

【作用】本発明の自動列車運転装置では、路線データ、
車両条件から消費エネルギ、乗り心地を評価関数として
制約条件を満足するように逆行カーブおよびノッチの切
り換え基準速度を用いることにより目標速度パターンを
予め地上において作成し、列車走行中の実列車速度、実
列車位置および補助記憶手段に記憶された路線条件、車
両条件等の情報に基づいて目標速度パターンに追従する
走行指令を決定し、該走行指令設定の制御パラメータの
自動調整を目標速度パターンと実列車との速度偏差、位
置偏差により行っている。

【０００８】

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を説明す
る。

【０００９】図１は、本発明の一実施例に係わる自動列
車運転装置の構成を示すブロック図である。

【００１０】同図において、１１は予め地上において列
車編成、車両重量、牽引力特性等の車両条件、所定走行
時間、所定走行距離等の走行条件、制限速度、勾配、曲
線等の路線情報から列車走行区間の目標速度パターンを
演算するための目標速度パターン演算装置、１２は目標
速度パターン演算装置１１にて演算した目標速度パター
ンを車上にて保存するための記憶装置、１３は目標速度
パターンの演算に使用した車両条件、走行条件、路線条
件等の目標速度に追従した走行指令を演算する際に必要
となる条件を保存するための補助記憶装置、１４は記憶
装置１２に保存された目標速度パターンを実列車位置に
より読み出し、補助記憶装置１３に保存されている車両
条件、走行条件、路線条件等を考慮して、目標速度パタ
ーンと実列車との速度、位置の偏差より列車駆動システ
ムに対するノッチ指令を決定するための指令演算装置、
１５はノッチ指令演算のための制御パラメータを目標速
度パターンの速度、距離、走行時間と実列車の速度、距
離、走行時間の偏差、及び実列車の乗り心地の評価基準
となるジャークにより調整するための制御パラメータ調
整装置である。

【００１１】本自動列車運転装置は、列車走行前に予め
地上にて目標走行パターンを車両情報、走行情報、路線
情報から省エネルギ性を考慮して演算する。その際、目
標速度パターンの演算は走行指令がノッチ指令という離
散系であり、数値演算による方法では必ずしも収束せ
ず、最適解が得られない場合があるために、目標速度パ
ターンの演算アルゴリズムとしては、逆行カーブとノッ
チ切り換え基準速度を用いて上限速度を調整しながら、
所定走行時間、所定走行距離、速度制限を満足する目標
走行パターンを演算する方法を用いるものとする。

【００１２】目標パターン演算装置１１の具体的アルゴ
リズムを図２により説明する。

【００１３】図２のアルゴリズムにおいて、２１は路線
データ、車両条件を入力する入力手段、２２は評価関数
の設定、評価関数の重みの変更を行う評価関数設定手
段、２３は列車の走行をシミュレーションする走行シミ
ュレーション手段、２５は走行時間を守る走行パターン
を算出する時間合わせ手段、２７は消費エネルギが少な
く乗り心地の良好な列車の走行パターンを算出する走行
パターン最適化手段、２４は走行シミュレーションに用
いる逆行カーブを引く逆行カーブ計算手段、２６は走行
時間を合わせるために上限速度を調節する上限速度調整
手段、２８は目標速度パターンが最適となるように最適
化パラメータを調整するパラメータ調整手段である。

【００１４】本アルゴリズムでは、走行手段２１によ
り、駅間所定走行距離、駅間所定走行時間、制限速度、
路線条件（曲線、勾配）等の路線データ、列車編成、列
車重量、乗車定員、牽引力特性等の車両データを入力す
る。評価関数設定手段２２は、入力手段２１から入力し
たデータから省エネルギパターン算出のための消費電力
の計算式、及び乗り心地の指標として、ノッチの切り替
え回数に関する式を求め、両式から評価関数を設定す
る。省エネルギ、乗り心地のいずれを重視するかによっ
て、評価関数の重みを調整するものとする。

【００１５】走行シミュレーション手段２３は、図３に
示すような逆行カーブを予め演算しておき、その逆行カ
ーブとノッチの切り替え基準速度により、列車のシミュ
レーションを行う。逆行カーブは逆行カーブ計算手段２
４により、上限速度が下がる点と終点からブレーキをか
けたときの走行カーブを、上限速度が上がる点から力行
をかけたときの走行カーブを、それぞれ逆向きに求めて
おく（逆行ブレーキカーブ、逆行パワーカーブ）。

【００１６】上限速度は、入力手段２１で入力される制
限速度を初期値とする。走行シミュレーション中、逆行
カーブと交差したときは、これに沿って走行する。これ
により、前方で上限速度が上がるときは早めに力行をか
けて効率よく加速すること、上限速度が下がるときはそ
れを越えないこと、所定の停止位置で確実に停止するこ
とが可能になる。ノッチの切り替え基準速度はノッチの
オン、オフを基準として、ブレーキオン、パワーオフ、
ブレーキオフ、パワーオンの４つの速度を、上限速度に
対する、一定の割合で決めておく。走行シミュレーショ
ン中、速度がブレーキオン速度またはブレーキオフ速度
になったときは、それぞれ、ブレーキノッチを入れ、力
行ノッチを切る。速度がブレーキオン速度またはパワー
オン速度以下になったときは、それぞれ、ブレーキノッ
チを入れ、力行ノッチを切る。速度がブレーキオフ速度
またはパワーオン速度以下になったときは、それぞれ、
ブレーキノッチを切り、力行ノッチを入れる。これによ
り、制限速度を守り、停止点の手前で停止することを防
止できる。

【００１７】走行シミュレーションの結果、入力手段２
１で入力された走行所定時間に対して走行時間に余裕が
ある場合は、時間合せ手段２５の走行時間調整機能によ
って、走行時間を合わせる。これは、走行時間の誤差が
許容範囲内に収まるまで上限速度の調整と走行シミュレ
ーションを繰り返して行う。走行シミュレーションは、
なるべく上限速度近い速度で走行するように行われるの
で、上限速度を下げれば最高走行速度は下がり、走行時
間は延びる。上限速度の調整は、上限速度調整手段２６
で凸状になった部分の上限速度を下げて行う。時間合わ
せをして得られるパターンは、一組のノッチ切り替え基
準速度に対して一意に決定されるので、走行パターン最
適化手段２７ではノッチの切り替え基準速度を調整パラ
メータに選び、これを調整しながら走行シミュレーショ
ン、時間合わせを繰り返し、評価関数設定手段２２で計
算した評価関数が最小となるノッチ切り替え基準速度を
求める。ノッチ切り替え基準速度の調整はパラメータ調
整手段２８において行う。

【００１８】本アルゴリズムにより、図４に示すような
所定走行時間、所定走行距離、制限速度、乗り心地の各
条件を満足した省エネルギの目標速度パターンを得るこ
とが出来る。

【００１９】このようにして演算された目標速度パター
ンは、車上の記憶装置１２に位置−速度パターンとして
記憶される。

【００２０】列車の走行中は、図５に示すように、指令
演算装置１４が記憶装置１２に保存されている目標速度
パターンから列車の位置に対応する目標速度を読み出
し、自動列車走行装置内に設けられた補助記憶装置１３
に記憶されている列車走行路線の制限速度、勾配、曲
線、走行列車の所定走行時間、所定走行距離、車両牽引
力特性を考慮して、目標速度パターンに追従するよう
に、目標速度と実速度との偏差により必要となる牽引力
に相当する走行指令（力行指令、だ行指令、ブレーキ指
令）の演算を設定されたパラメータを用いて比例積分制
御により行い、列車の乗り心地はノッチの切り替え回数
に起因する事からノッチ変化抑制の処理を行い、列車駆
動システムに対してノッチ指令（電流指令値）を出力す
る。その他、指令演算装置１４では列車位置に対する目
標走行時間の計算を行い、実列車の走行時間と目標走行
時間との間に一定以上の偏差を生じた場合には、補助記
憶装置１３に予め保存されている時間補正パターン（目
標速度パターンに対して走行時間をある一定の割合で短
縮させた速度パターン）への切り替え処理、及び定点停
止用に予め地上に設置された地上子を検知した場合に、
列車の位置信号補助を行うと共に、定点停止制御に移行
し、実列車と目標速度パターンとの位置偏差による制御
により、目標停止点に停止するためのブレーキノッチ指
令の演算を行う。

【００２１】上記のような制御を行う場合、予め一意的
に設定された制御パラメータで目標速度パターンに対し
て追従可能ならば何ら問題を生じないが、乗車率の変化
等の外乱の影響により目標速度パターン速度、走行距
離、走行時間と実列車の速度、走行距離、走行時間に偏
差が生じた場合には、制御パラメータ調整装置１５によ
り指令演算装置１４の制御パラメータを調整する。

【００２２】制御パラメータ調整装置１５では、図６に
示すように目標パターン特徴抽出部５１により、記憶装
置１２に保存されている目標速度パターンの加速区間、
楕行区間、ブレーキ区間の並び方、大きさ、速度制限に
対する余裕、列車位置に対する定点停止点までの距離等
の特徴抽出を行い、ファジィ推論入力演算部５２では実
列車の速度、位置、走行時間、及び目標パターン特徴抽
出部５１で抽出したパターンの特徴より、速度、位置、
走行時間等の偏差の計算を行う。ファジィ推論部５３で
はファジィ推論入力演算部５２で計算した偏差量を最小
にするようにファジィルールデータベース５４に保存さ
れているファジィルールにより、指令演算装置１４で使
用する制御パラメータの補正値を演算する。

【００２３】ここでは、速度偏差が生じた場合に制御パ
ラメータ調整装置１５により制御パラメータを調整する
場合について説明する。

【００２４】目標速度パラメータの速度に対して、実列
車の速度が大きい場合には制御パラメータが最適値より
も大きいことが一般の制御理論から判っているので、制
御パラメータ調整装置１５では、制御パラメータを現在
の値よりも小さくする処理を行う。すなわち、制御パラ
メータ調整装置１５のファジィルールデータベースには
予め実列車速度の方が大きい場合には、制御パラメータ
を大きくするというルールが保存されており、そのルー
ルによりパラメータの値を調整する。

【００２５】目標速度パターンの速度に対して、実列車
の速度が小さい場合には上記と逆に制御パラメータを小
さくする処理を行う。

【００２６】制御パラメータ調整装置１５では、位置偏
差、速度偏差のほかに、実列車速度の２回微分であるジ
ャークを演算し、その値を監視している。ジャークは列
車の乗り心地を表す指標となるものであり、ジャークの
値が大きい場合には、速度偏差が生じた場合と同様に制
御パラメータの調整を行っている。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
例えば列車走行区間の所定走行時間、所定走行距離、制
限速度、省エネルギ、乗り心地、走行路線の勾配、曲線
および走行列車の牽引力特性等を考慮した最適な目標速
度パターンの演算が容易であり、列車走行中は目標速度
パターンへの追従性が良好であるとともに、外乱に対す
る追従性も高く、定点停止精度の高い自動列車運転装置
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる自動列車運転装置の
構成を示すブロック図である。

【図２】図１の自動列車運転装置に使用されている目標
パターン演算装置の構成を示すブロック図である。

【図３】逆行カーブの説明図である。

【図４】目標速度パターンの説明図である。

【図５】図１の自動列車運転装置に使用されている指令
演算装置の構成を示すブロック図である。

【図６】図１の自動列車運転装置に使用されている制御
パラメータ調整装置の構成を示すブロック図である。

【図７】従来の自動列車運転装置の構成を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１１ 目標パターン演算装置 １２ 記憶装置 １３ 補助記憶装置 １４ 指令演算装置 １５ 制御パラメータ調整装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 目標速度パターンに追従するように指令
   ノッチを決定する列車の自動列車運転装置であって、予
   め地上において路線データおよび車両条件から消費エネ
   ルギ、乗り心地を評価関数として走行距離、走行時間、
   制限速度等の制約条件を満足するように逆行カーブおよ
   びノッチの切り換え基準速度を用いることにより目標速
   度パターンを作成する目標速度パターン演算手段と、該
   目標速度パターン演算手段で作成された目標速度パター
   ンを車上に記憶する記憶手段と、該目標速度パターンの
   演算に使用された路線条件、車両条件を記憶する補助記
   憶手段と、列車走行中の実列車速度、実列車位置および
   前記補助記憶手段に記憶された情報に基づいて前記記憶
   手段に記憶された目標速度パターンに追従する力行指
   令、だ行指令、ブレーキ指令を含む走行指令を決定する
   走行指令演算手段と、前記走行指令の設定の制御パラメ
   ータの自動調整を前記目標速度パターンと実列車との速
   度偏差、位置偏差により行う制御パラメータ調整手段と
   を有することを特徴とする自動列車運転装置。