JPH07327302A - 自動列車運転システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 目標走行パターンに基づく制御の追従性向上
を図る。 【構成】 列車の走行は目標走行パターンからある程度
正確にパターンを再現できればよいことに着目し、パタ
ーン算出装置３で走行区間を細かく分割して各地点の目
標速度を定数で指定した目標走行パターンを生成する。
縮約装置４は、その目標走行パターンの示す走行区間を
複数区間に分割し、各区間その目標速度を特定形の関数
で近似する縮約パターンを生成する。追従制御装置６は
その縮約パターンに従い列車２の走行制御を実行する。 【効果】 目標走行パターンを関数曲線に近似すること
でパターンデータを小さくできると同時に、低次の関数
で近似すれば追従制御時の目標速度計算を簡単化でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、目標走行パターン追従
型の自動列車運転システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】自動列車運転(Automatic Train Operati
on）システムは列車の走行制御を自動で行おうというも
のである。その１つの方式として目標走行パターンを予
め求めておき、追従制御装置によって列車がその目標走
行パターンに追従するように制御するタイプがある。こ
のタイプの自動列車運転システムにおいて現在の実際の
速度と目標走行パターンとの速度偏差をフィードバック
し、速度追従制御を行う場合には、算出した目標走行パ
ターンのデータをシステム内に記憶し、走行状況に応じ
て目標走行パターンデータを取出し、現在走行地点での
目標速度を算出し、この目標速度に基づいてノッチ指令
を決定する。

【０００３】図６はそのタイプの自動列車運転システム
の構成を示すものである。この図において、パターン算
出装置７１は、上記列車の走行位置の他、その位置の地
形や線路の曲り度合い等の条件を加味して位置対速度の
データとして定義される目標走行パターンを求めるもの
であり、７２はその目標走行パターンデータである。図
７はこの距離対速度データをグラフにして示したもので
あり、この図において、（ｘi ，ｖi ）は出発点からの
距離で特定される各位置に対して与えられる位置対速度
データであり、例えば、１［ｓｅｃ］刻みで位置対速度
データを与えられるものである。この位置対速度データ
はパターン追従制御装置７４に与えられる。このパター
ン追従制御装置７４は、制御目標値算出部７５及びノッ
チ指令算出部７６を有している。制御目標値算出部７５
は、位置対速度データの形で目標走行パターンが与えら
れると、目標速度を算出するにあたり、現在地点の前後
の二点のデータを選んでこれらを補間する。その補間
は、例えば下式に基づいて行われることとなる。

【０００４】 ｖr ＝（（ｘ−ｘ2 ）／（ｘ3 −ｘ2 ））（ｖ3 −ｖ2 ）＋ｖ2 （１） この式中、ｘは距離計測装置７３から与えられる現在の
位置、ｘ2 ，ｘ3 は図６に示されるような隣接する２地
点の距離値、ｖ2 ，ｖ3 はそれぞれ距離ｘ2 ，ｘ3 の地
点における目標速度である。

【０００５】制御目標値算出部７５によって求められた
目標速度ｖr はノッチ指令算出部７６に与えられ、この
ノッチ指令算出部７６によって段階的なモータ出力トル
ク指令であるノッチ指令に変換され、列車制御装置７７
がこのノッチ指令に従って電動機の速度を制御すること
となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の自動列車走行システムにあっては、目標走行パター
ンを位置に対する速度カーブという形で再現するために
は十分小さな間隔でデータを与えなければならず、目標
走行パターンデータが大きくなってしまうという問題が
ある。例えば、前述したように１［ｓｅｃ］毎の位置対
速度データとして目標走行パターンを与える場合には所
定走行時間１１０［ｓｅｃ］の走行区間ではデータの要
素数は１１０組にも上ることとなってしまう。そのた
め、その日に走行する路線の全走行区間の目標走行パタ
ーンを記憶させようとすると、限られたメモリの多くを
目標走行パターンデータだけで占有してしまうことにな
る。

【０００７】また、前述したように補間計算が伴うため
に、目標速度の算出に時間がかかり、制御が遅れがちに
なるという問題もある。

【０００８】本発明は上記従来技術の有する点に鑑みて
なされたもので、その目的とするところは、目標走行パ
ターンに基づく制御の追従性向上を図ることのできる自
動列車運転システムを提供することにある。

【０００９】特に、本発明の目的は、目標走行パターン
データの大きさと、パターン追従制御時の制御目標算出
時間とを時に小さくできるようにすることにある。

【００１０】さらに、本発明の目的は、近似曲線として
誤差が所定の許容値以内に入るものを求めることができ
るようにすることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】まず、実際の走行では、
列車を質点とみなすことによるモデル化誤差、乗車率や
出力トルクなどの車両条件の変動、天候の変化などによ
る路線条件の変動、距離計測器などのセンサの信号の誤
差、車輪の滑走・空転、といった様々な要因のため、列
車がある程度目標走行パターンからずれてしまうのは避
けられないため、それらの要因も加味した制御を行わな
ければならない。

【００１２】しかし、目標走行パターンは、標準的な条
件の下で列車が最適に走れるように求められた走り方の
目安であり、様々な条件変動の下で列車が厳密にパター
ン通り走行する必要はない。したがって、目標走行パタ
ーンデータからは、ある程度正確にパターンを再現でき
ればよい。

【００１３】本発明は、この点に着目してなされたもの
で、目標走行パターンを低次の曲線などで近似表現する
ことにすれば、近似パラメータによって目標走行パター
ンを表せるので、パターンデータの大きさを小さくで
き、目標速度も代入計算で簡単に求められることとな
る。

【００１４】そこで、本発明の自動列車運転システム
は、位置対速度のデータとして与えられる第１の目標走
行パターンデータを求める第１の目標走行パターン算出
手段と、前記第１の目標走行パターンのデータを用いて
前記第１の目標走行パターンのデータにおける所定区間
の走行パターンを近似した関数曲線によって構成される
位置対速度のデータである第２の目標走行パターンデー
タを生成するパターンデータ縮約手段と、前記第２の目
標走行パターンのデータに基づいてノッチ指令を決定す
るパターン追従制御手段とを備えることを特徴とする。

【００１５】パターンデータ縮約手段は、例えば、第１
の目標走行パターンデータにおける全走行区間をその特
性に従って関数曲線への近似対象区間として分割し、そ
の各区間を示す近似区間データを生成する近似区間生成
手段と、前記近似区間データの示す各近似区間の少なく
とも２点を低次曲線近似の基準として抽出し、該少なく
とも２点の基準点を通り、かつ特定の関数で表現される
近似曲線を求め、その関数パラメータのデータを生成す
る近似曲線生成手段とを備えることにより実現すること
ができる。

【００１６】また、パターンデータ縮約手段は、近似曲
線と第１の目標走行パターンとの誤差に基づいて近似精
度を判定し、その結果、前記近似精度が許容値よりも大
きいとき、当該近似区間データの示す区間を再度分割
し、その各区間を示す近似区間データを生成して近似曲
線生成手段に与える第２の近似区間生成手段とを備える
構成とすることもできる。

【００１７】第２の目標走行パターン、すなわち縮約目
標走行パターンは、近似区間データと該近似区間の関数
パラメータとを含むものとすることができる。

【００１８】

【作用】本発明によれば、与えられた目標走行パターン
を分割して部分毎に特定の関数曲線に近似することによ
り、目標走行パターンデータの大きさを抑えることがで
きる。このとき、できるだけ低次の関数で近似すればパ
ターン追従制御時の制御目標算出計算を簡単にすること
ができる。

【００１９】また、近似曲線と第１の目標走行パターン
との誤差を判定し、その誤差が許容値以内に入る近似曲
線のみ採用することで、確実な制御が可能となる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
つつ説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施例に係る自動列車運
転システムの構成を示すものである。この図において、
本実施例の自動列車運転システムは地上側に設置される
地上側装置１と列車２とから大略構成される。地上側装
置１はパターン算出装置３とパターンデータ縮約装置４
とを備えている。パターン算出装置３は、図示しないデ
ータ蓄積装置や記憶媒体から読出した路線データ、列車
性能データ、および運行条件データに基づいて、標準的
な条件（乗車率、駆動／制動装置の調子、天候など）の
下で、列車が乗り心地や省エネルギなどの様々な要求を
満たして走るための目標走行パターンを、列車の性能や
運行ダイヤに合わせて算出する。これは前述した図７に
示すような目標走行パターンと同じものである。この目
標走行パターンデータはパターンデータ縮約装置４に与
えられ、ここで圧縮処理される。この圧縮処理は、標準
的な条件の下で列車が最適に走れるように求められた走
り方の目安であり、列車は、様々な条件変動の下で厳密
にパターン通り走行する必要はなく、目標走行パターン
データからある程度正確にパターンを再現できればよい
という観点から、その原目標走行パターンを低次の関数
で近似することができる２地点を見出だし、その２地点
間の位置対速度データをその低次の関数で置換えて目標
走行パターンを構成する位置対速度データの数を減少さ
せるものである。図２はその様子を示す距離対速度デー
タであり、前述の図７に示したデータに対応したもので
ある。ここでは距離ｘ1 ，ｘ2 ，…，ｘn のｎ個の位置
のみ利用され、その各区間が１次の関数ｖr ＝ａi ・ｘ
n ＋ｂi で近似されたものとなっている。この式中、ｖ
r は目標速度、ｉ（＝1 〜n ）は各区間の番号を表し、
ｘは出発点からの距離を表す走行位置変数でありＸi-1
≦Ｘ≦Ｘi である。またａi ，ｂi は近似パラメータで
ある。図３は図１に示すシステム構成要素であるパター
ンデータ縮約装置及びパターン追従制御装置の内部構成
を示すものである。この図にも示されるように、縮約目
標走行パターンデータ５は値ｘi ，ａi ，ｂi のデータ
列からなる。

【００２２】図１を再び参照すると、列車２にはパター
ン追従制御装置６が搭載され、このパターン追従制御装
置６は、与えられた目標走行パターンデータを、図示し
ないメモリなどの記憶媒体に記憶し、この目標走行パタ
ーンデータと、図示しないモニタ装置から得られる現在
の位置から、現在地での目標速度を決定し、やはりモニ
タ装置から得られる現在の速度、時刻と、図示しないデ
ータ蓄積装置や記憶媒体などから読出した路線データと
列車性能データに基づいて、列車に与えるノッチ指令を
決定する。また、パターン追従制御装置６は、特に停止
点近くでは、目標速度の代わりに、現在の速度から目標
位置を決定し、これを制御目標値とすることにより、速
度追従制御から位置追従制御に切換えて、停止精度を確
保することができるもので、図３に示すように距離計測
装置７と列車制御装置８と制御目標値算出部９とノッチ
指令算出部１０とを備えている。距離計測装置７は列車
２の出発点からの走行距離を計測し、その距離を現在位
置データｘとして出力する。制御目標値算出部９は距離
計測装置７からの現在位置データｘに基づいて縮約目標
走行パターンデータ５を参照し、目標速度ｖr を算出す
るもので、その際、現在位置データｘがｘi-1 ≦ｘ≦ｘ
i のとき縮約目標走行パターンデータ５の位置ｘi に対
応する近似パラメータａi ，ｂi により特定される関数
により、ｖr＝ａi ・ｘ＋ｂi として目標速度が求めら
れる。例えば、現在位置データｘがｘ2 ≦ｘ＜ｘ3 の場
合にはａ3 ・ｘ＋ｂ3 として求められる。目標速度ｖr
はノッチ指令算出部１０に供給され、このノッチ指令算
出部１０はＶr と、図示しない速度計測器によって与え
られる現在速度Ｖとの差に基づいて、ノッチ指令を算出
する。列車制御装置８は、このノッチ指令により車輪を
駆動する電動機を制御する。

【００２３】図４はパターンデータ縮約装置の詳細を示
すものである。この図において、パターン入力装置１０
はパターン算出装置３からの原目標走行パターンデータ
を入力し、パターン分割装置１１に与えるものである。
このパターン分割装置１１は、ノッチの切換え点、勾配
の変化点などで、いくつかの近似区間に原目標走行パタ
ーンを分割し、このように分割された近似区間データを
記憶保持する。

【００２４】パターン近似装置１２はサンプル点抽出装
置１３と近似曲線算出装置１４と近似精度判定装置１５
と近似区間再分割装置１６とから構成されている。サン
プル点抽出装置１３は、パターン分割装置１１からの分
割終了通知およびパターン近似指令に応答して、パター
ン分割装置１１に保持されている各近似区間データを一
つずつ読込み、その読込んだ近似区間の始点、中間点、
終点を、直線近似の基準として抽出するものである。近
似曲線算出装置１４はその基準データについて最小二乗
法などを用いて、その基準データを構成するサンプル点
での誤差が最小になるように、近似曲線ｖr ＝ａi ・ｘ
＋ｂi を求める。近似精度判定装置１５は、近似直線の
精度が不十分、すなわち、上記サンプル点での誤差が基
準誤差よりも大きいと判定したときには、同区間につい
ての再分割指令を出力し、基準誤差以内である場合には
その近似曲線を特定する近似パラメータと共に終了判定
指令を出力する。近似区間再分割装置１５は、再分割指
令に応答して当該近似区間を再分割し、新たな近似区間
について、近似直線を求め直すようにサンプル点再抽出
および近似曲線再算出指令をサンプル点抽出装置１３に
与える。すると、サンプル点抽出装置１３により、再分
割された各近似区間データについてその始点、中間点、
終点を、直線近似の基準として抽出され、続いて近似曲
線算出装置１４によりその基準データについて近似曲線
が求められる。

【００２５】終了判定装置１７は、近似精度判定装置１
５からの終了判定指令に応答してパターン分割装置１１
に記憶されている全区間についての近似処理を終了した
か否かを判断し、残りの区間が存在する場合にはサンプ
ル点抽出装置１３へパターン近似指令を与える。これに
より、サンプル点抽出装置１３が次の区間を読込み、近
似曲線算出装置１４がその近似曲線を求め、近似精度判
定装置１５がその精度を判定し、必要に応じて近似区間
再分割装置１６が起動される、という処理が繰返され
る。終了判定装置１７は、当該パターンデータ縮約装置
４がパターン追従制御装置６と接続されている場合には
近似精度判定装置１５から終了判定指令と共に送られて
くる近似パラメータを縮約データ出力装置１９を介して
パターン追従制御装置６に転送し、パターンデータ縮約
装置４がパターン追従制御装置６と接続されていないと
きには縮約データ記憶装置１８に格納する。

【００２６】縮約データ出力装置１９は、パターン追従
制御装置６が接続されている状態の場合には終了判定装
置１７から一つの近似曲線データ（近似パラメータ）を
受ける毎にそのデータをパターン追従制御装置６に転送
する機能を有すると共に、パターン追従制御装置６から
の転送指令に応答して縮約データ記憶装置１８に格納さ
れている近似曲線データをまとめて転送する機能をも有
する。

【００２７】以上のように構成された装置によれば、目
標走行パターンの分割数は、１［ｓｅｃ］刻みでデータ
を与えるような従来の方法に比べ、ずっと少なくなって
いるので、パターン追従制御装置６に与えるデータの大
きさを小さく抑えることができる。図５は目標走行パタ
ーン近似処理の具体例を示すもので、同図（ａ）は距離
対ノッチ指令、（ｂ）は距離対勾配、（ｃ）は距離対速
度の各データを示している。例えば、図５（ｃ）に示す
目標走行パターンが走行時間１１０［ｓｅｃ］の目標走
行パターンで、分割数が２４とすれば、１［ｓｅｃ］刻
みで位置と速度のデータを与える場合に比べると、単純
計算でデータの量が２２０対７２となり、データの大き
さが約１／３に抑えられることになる。

【００２８】そして、近似曲線は直線となる一次関数で
あるため、近似パラメータ及び距離の簡単な代入計算に
より目標速度を求めることができる。なお、停止点近く
で位置追従制御を行う場合も、現在の速度ｖと近似パラ
メータとから、目標位置をｘr ＝（ｖ−ｂi ）／ａi の
ように、簡単に求めることができる。

【００２９】なお、上記実施例ではパターン算出装置３
及びパターンデータ縮約装置４が地上設置型となってい
るが、車上搭載型となっていても良い。パターンデータ
縮約装置が地上設置型の場合は、縮約された目標走行パ
ターンデータがＩＣカードなどの記憶媒体や通信システ
ムを通じてパターン追従制御装置６に与えられ、パター
ンデータ縮約装置４が車上搭載型の場合は、直接、ある
いは、メモリなどの記憶媒体を通じて、パターン追従制
御装置６に与えられるように構成することが可能であ
る。

【００３０】また、上記実施例では、直線に近似する場
合で説明したが、他に、二次曲線やスプライン曲線など
で近似することもできる。また、停止点近くでは近似精
度の良い曲線を選ぶなど、目標走行パターン中の位置や
使用ノッチなどにより近似曲線の種類を変えることも可
能である。

【００３１】さらに、パターンデータ縮約装置とパター
ン算出装置とは別個に設置してもよい。この場合、パタ
ーン算出装置で求められた目標走行パターンは、直接、
あるいは、ＩＣカード、メモリなどの記憶媒体や通信シ
ステムを通じて、パターンデータ縮約装置に与えること
ができる。

【００３２】このように目標走行パターンを部分毎に低
次の曲線に近似することにより、目標走行パターンのデ
ータの大きさを抑えられるので、メモリなどの記憶媒体
を節約できる。また、パターン追従制御装置における制
御目標値の算出を簡単にすることができるので、走行時
の計算負荷を減らすことができる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、与
えられた目標走行パターンを部分毎に分割して低次の曲
線に近似することにより、目標走行パターンデータの大
きさを抑え、パターン追従制御時の制御目標算出計算を
簡単にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るパターンデータ縮約装
置の構成を示すブロック図。

【図２】図１に示す装置の目標走行パターン近似の概念
図。

【図３】図１に示す装置のパターンデータ縮約装置及び
パターン追従制御装置の構成を示すブロック図。

【図４】図１に示す装置のパターンデータ縮約装置の構
成を示すブロック図。

【図５】図１〜４に示す目標走行パターン近似の具体例
を示す説明図。

【図６】原目標走行パターンの位置対速度のデータを与
えるときの目標速度算出を示す説明図。

【図７】位置対速度のデータを与えることのデータの採
り方を示す説明図。

【符号の説明】

１ 地上側装置 ２ 列車 ３ パターン算出装置 ４ パターンデータ縮約装置 ５ 縮約目標走行パターンのデータ ６ パターン追従制御装置 ７ 距離計測装置 ８ 列車制御装置 ９ 制御目標値算出部 １０ ノッチ指令算出部 １１ パターン分割装置 １２ パターン近似装置 １３ サンプル点抽出装置 １４ 近似曲線算出装置 １５ 近似精度判定装置 １６ 近似区間再分割装置 １７ 終了判定装置 １８ 縮約データ記憶装置 １９ 縮約データ出力装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】位置対速度のデータとして与えられる第１
   の目標走行パターンデータを求める第１の目標走行パタ
   ーン算出手段と、 前記第１の目標走行パターンのデータを用いて、前記第
   １の目標走行パターンデータにおける所定区間の走行パ
   ターンを近似した関数曲線によって構成される、位置対
   速度のデータである第２の目標走行パターンデータを生
   成するパターンデータ縮約手段と、 前記第２の目標走行パターンデータに基づいてノッチ指
   令を決定するパターン追従制御手段とを備えることを特
   徴とする自動列車運転システム。
2. 【請求項２】パターンデータ縮約手段が、 第１の目標走行パターンデータにおける全走行区間をそ
   の特性に従って関数曲線への近似対象区間として分割
   し、その各区間を示す近似区間データを生成する近似区
   間生成手段と、 前記近似区間データの示す各近似区間の少なくとも２点
   を低次曲線近似の基準として抽出し、該少なくとも２点
   の基準点を通り、かつ特定の関数で表現される近似曲線
   を求め、その関数パラメータのデータを生成する近似曲
   線生成手段とを備えることを特徴とする請求項１記載の
   自動列車運転システム。
3. 【請求項３】パターンデータ縮約手段が、 近似曲線と第１の目標走行パターンとの誤差に基づいて
   近似精度を判定し、その結果、前記近似精度が許容値よ
   りも大きいとき、当該近似区間データの示す区間を再度
   分割し、その各区間を示す近似区間データを生成して近
   似曲線生成手段に与える第２の近似区間生成手段とを備
   えることを特徴とする請求項２記載の自動列車運転シス
   テム。
4. 【請求項４】第２の目標走行パターンが、 近似区間データと該近似区間の関数パラメータとを含ん
   でいることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか
   １項記載の自動列車運転システム。