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【発明の名称】 列車の定点停止自動運転方法
【発明者】 【氏名】貞光 伸一

【要約】 【課題】無人走行運転する列車を、到着駅の停止位置に正確に停止させる。

【解決手段】列車1の車上制御装置5には、目標速度パターンテーブルにより示す目標速度VOが記憶されており、列車1の実際の速度VRが目標速度VOとなるように速度制御がされている。区間P3〜P2では、目標速度VOが固定速度となり、実際速度VRが低速の一定速度となり、力行ノッチ信号の値が予め決めた値となる。位置P2を通過すると、乗り心地を良好に保つためジャーク制限を満足しつつ、速度VRが零となるように制動制御をする。これにより、列車1が停止位置P1に正確に停止する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】 列車に搭載されている車上制御装置には、出発駅から到着駅までの走行距離と目標速度とを対応させた目標速度パターンテーブルが記憶されており、前記車上制御装置は、列車の実際速度を判定し且つ走行距離を算出すると共に、目標速度パターンテーブルを参照してそのときの走行距離に対応した目標速度を求め、この目標速度と実際速度とを比較し、両者の速度差が零となるように制御周期毎に力行ノッチ信号を出力したりブレーキノッチ信号を出力することにより列車を加速させたり減速させる列車の定点停止自動運転方法において、到着駅の停止位置よりも手前のダイビング制御開始位置と、このダイビング制御開始位置よりも更に手前の位置との間の区間では、前記目標速度は、力行ノッチ信号の値が予め決めた一定値となって列車の実際速度を予め決めた低速の一定速度にするような固定速度に設定され、ダイビング制御開始位置と停止位置との間の区間では、前記目標速度が零に設定されており、更に、前記車上制御装置は、列車がダイビング制御開始位置を通過すると、ジャーク制限を満足しつつ列車の実際速度を零にまで下げていくダイビング制御をすることを特徴とする列車の定点停止自動運転方法。
【請求項2】 前記車上制御装置には、列車の実際速度が大きい程、また力行ノッチ信号の値が大きい程、ダイビング制御を開始する位置が停止位置から離れることを示すダイビング制御開始特性曲線が記憶されており、前記車上制御装置は、走行距離に対する実際速度の特性と、前記ダイビング制御開始特性曲線とが交差する位置から、ジャーク制限を満足しつつ列車の実際速度を零にまで下げていくダイビング制御を開始することを特徴とする請求項1の列車の定点停止自動運転方法。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は列車の定点停止自動運転方法に関するものである。本発明は、列車を無人走行運転していても、列車を駅の決められた停止位置に正確に停止させることができるように工夫したものである。
【0002】
【従来の技術】近年では、列車の車輪としてゴム車輪を備え、このゴム車輪を電動モータにより駆動して、専用軌道を走行する交通システムが開発されている。この交通システムでは、自動運転制御をすることにより、列車の運転者を必要としない自動運転(無人走行運転)を行なっている。かかる交通システムにおいては、駅のホームの淵縁に沿って、転落防止用のガラススクリーン(壁)を設け、このガラススクリーンには、列車の扉と連動して開閉する「ホームドア」を設置している。
【0003】したがって、列車に対して人間が乗降をするためには、停止した列車の扉の中心と、ホームドアの中心とが一致した状態で、列車の扉とホームドアとを連動して開閉する必要がある。このように、列車の扉の位置とホームドアの位置とを正確に一致させて列車を停止させるため、列車は、駅の決められた停止位置に正確に停止しなければならない。
【0004】上述したように、列車を駅の予め決めた停止位置に正確に停止させるため、「定点停止自動運転」が行なわれている。この定点停止自動運転では、列車に車上子を設けると共に、駅のホームの停止位置に対応させて軌道の中に定点地上子を敷設しておく。そして、車上子が定点地上子を検出して定点地上子の真上に位置したところで、列車を停止させるような停止制御をしている。
【0005】ここで列車の定点停止自動運転方法の従来手法を、図3及び図4を参照しつつ説明する。
【0006】図3に示すように、列車1はゴム車輪2を備えており、このゴム車輪2をモータ駆動することにより、列車1が専用の軌道3に沿い走行していく。列車3には車上子4が設けられており、この車上子4からは電力波が発信されている。
【0007】また列車1には、車上制御装置(ATO;Automatic Train Operation )5や、モータ制御装置6や、ブレーキ制御装置7が搭載されている。車上制御装置5は、後述する運転制御演算をして、ノッチ信号出力部5aから力行ノッチ信号αやブレーキノッチ信号βを出力する。力行ノッチ信号αとしては、例えば加速度が最低値のα1から加速度が最大値のα31までの31段階の加速度を持った信号が出力され、ブレーキノッチ信号としては、例えば減速度(負の加速度)が最低値のβ1から減速度が最大値のβ31までの31段階の減速度を持った信号が出力される。なお、ノッチ信号出力部5aは、プログラムによりソフトウェア的に構成した機能部分である。
【0008】力行ノッチ信号αが出力されると、モータ制御装置6により、力行ノッチ信号αの値に応じた加速度(出力トルク)が得られるように、モータの駆動制御が行なわれる。またブレーキノッチ信号βが出力されると、列車の走行速度が大きいときには、モータ制御装置6によりモータによる電力回生制動が行なわれ、列車の走行速度が小さいときには、空気ブレーキ(機械的ブレーキ)による制動制御が行なわれる。
【0009】また列車1には速度センサ(回転センサ)8が備えられている。車上制御装置5は、速度センサ8からの速度信号を基に列車の実際の速度VRを判定すると共に、速度信号を積分演算することにより走行距離を算出している。なお、車輪2の回転数を積算演算することにより、走行距離を算出することもある。
【0010】一方、出発駅から到着駅までの間の予め決めた位置には、地点補正用地上子11が備えられている。また、軌道3のうち停止位置には、定点地上子10が備えられている。地点補正用地上子11はトランスポンダにより構成されており、車上子4から電力波を受けると、地点補正用地上子11の設置位置(出発駅からの走行距離)を情報として示す電文情報を発生し、この電文情報が車上子4にて受信される。これにより車上子4により地点補正用地上子11を検出することができる。また、停止位置に備えられた定点地上子10は、複数のコイルを内蔵して構成されており、車上子4から電力波を受けると、コイルに誘導電流が流れ、これにより停止位置信号を発生し、この停止位置信号が車上子4にて受信される。この結果、車上子4により定点地上子10を検出することができる。
【0011】図4に示すように、出発駅S1と到着駅S2との間の軌道3には、複数の地点補正用地上子11a,11b,11cが備えられている。各地点補正用地上子11a,11b,11cは、出発駅S1から、予め決めた距離の地点に備えられている。また、到着駅S2の軌道3の中の停止位置には、定点地上子10が備えられている。
【0012】車上制御装置5には、各駅間ごとの軌道に対応して、目標速度パターンテーブルが予め記憶されている。目標速度パターンテーブルとは、出発駅から到着駅までの走行距離と目標速度VOとを対応させた走行特性データである。そして、例えば列車1が出発駅S1を出発するときには、次駅コード(次の駅がS2であることを示すコード信号)を受け、複数の目標速度パターンテーブルのうち、駅S1と駅S2との間の軌道を走行する場合の目標速度パターンテーブル(図4において点線で示す速度特性)を取り出す。
【0013】走行制御装置5は、走行距離を算出し、目標速度パターンテーブルを参照してそのときの走行距離に対応した目標速度VOを求め、この目標速度VOと列車1の実際速度VRとを比較し、両者の速度差が零となるように運転制御演算をして、制御周期毎に力行ノッチ信号αを出力したりブレーキノッチ信号βを出力することにより、列車1を加速させたり列車1を減速させたりする。この場合、力行ノッチ信号αの値(α1〜α31)や、減速ノッチ信号βの値(β1〜β31)は、目標速度VOと実際速度VRとの差の値に応じて選択される。
【0014】車上子4が各地点補正用地上子11a,11b,11cを検出した場合において、車上制御装置5にて算出した走行距離と、各地点補正用地上子11a,11b,11cにて示す走行距離とが異なっている場合には、算出した走行距離を、各地点補正用地上子11a,11b,11cにて示す走行距離に変更する。このようにしているため、スリップが発生したりゴム車輪2の半径が変化したりしても、各地点補正用地上子11a,11b,11cを検出するごとに走行距離が正確な値にリセット(変更)される。そして走行距離を正確な値にリセット(変更)したら、目標速度パターンテーブルを参照して、変更した走行距離に対応した目標速度VOを求めていき速度制御をする。
【0015】到着駅S2の近くでは目標速度パターンテーブルで示す目標速度VOが低下していくため、実際速度VRも低下していき、停止位置では速度が零になる。そして、車上子4が定点地上子10を検出することにより停止位置を正確に検出して、列車1が予め設定した停止位置に停止する。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】ところで図3及び図4に示す従来の定点停止自動運転方法では、低速領域、即ち、列車1が停止位置の付近で定点地上子10に近接してきた停止最終段階において、列車1が定点地上子10の位置で停止できるように目標速度VOを一気に絞り込んでいる。
【0017】一方、列車1には外乱(車両内部の各抵抗成分の分布及びこれらの相互干渉を含む)が作用するため、列車1の実際速度VRは目標速度VOに対してある程度の揺らぎを持って追従している。
【0018】また低速領域では、列車1の慣性力が相対的に小さくなっているため、前記揺らぎが停止精度に与える影響は大きい。このように、揺らぎの影響が大きいにもかかわらず、目標速度VOを一気に絞りこんでいるため、停止精度をある程度以上に向上させることができなかった。
【0019】この結果、低速領域において、列車1の走行速度が安定しないことはもちろん、ある特定(一定)の速度においても、ノッチ信号(ブレーキノッチ信号)の値が安定しておらず、場合によっては、ノッチ信号がブレーキノッチ信号ではなく力行ノッチ信号が出力されてしまうこともある。かくて、従来の定点停止自動運転方法では、停止精度に限界があった。
【0020】本発明は、上記従来技術に鑑み、定点停止精度を向上させた列車の定点停止自動運転方法を提供することを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発明の構成は、列車に搭載されている車上制御装置には、出発駅から到着駅までの走行距離と目標速度とを対応させた目標速度パターンテーブルが記憶されており、前記車上制御装置は、列車の実際速度を判定し且つ走行距離を算出すると共に、目標速度パターンテーブルを参照してそのときの走行距離に対応した目標速度を求め、この目標速度と実際速度とを比較し、両者の速度差が零となるように制御周期毎に力行ノッチ信号を出力したりブレーキノッチ信号を出力することにより列車を加速させたり減速させる列車の定点停止自動運転方法において、到着駅の停止位置よりも手前のダイビング制御開始位置と、このダイビング制御開始位置よりも更に手前の位置との間の区間では、前記目標速度は、力行ノッチ信号の値が予め決めた一定値となって列車の実際速度を予め決めた低速の一定速度にするような固定速度に設定され、ダイビング制御開始位置と停止位置との間の区間では、前記目標速度が零に設定されており、更に、前記車上制御装置は、列車がダイビング制御開始位置を通過すると、ジャーク制限を満足しつつ列車の実際速度を零にまで下げていくダイビング制御をすることを特徴とする。
【0022】また本発明は、前記車上制御装置には、列車の実際速度が大きい程、また力行ノッチ信号の値が大きい程、ダイビング制御を開始する位置が停止位置から離れることを示すダイビング制御開始特性曲線が記憶されており、前記車上制御装置は、走行距離に対する実際速度の特性と、前記ダイビング制御開始特性曲線とが交差する位置から、ジャーク制限を満足しつつ列車の実際速度を零にまで下げていくダイビング制御を開始することを特徴とする。
【0023】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。なお、本発明方法は、図3に示す列車1に適用するものであり、列車1に備えた制御装置6,7や車上子4の構成・機能は、従来と同様であるが、車上制御装置5による運転制御方法や、この車上制御装置5に予め設定している「目標パターンテーブル」の特性は、従来と異なっている。このため、従来と同様な構成・機能の説明は省略して、本発明方法に独特な制御手法を中心に説明をする。また本発明方法においても、図1に示すように、到着駅S2のホームの停止位置に対応させて軌道3の中に定点地上子10を敷設している。なお図1は到着駅S2の近くの速度特性のみを示しているが、列車1は出発駅S1から出発して到着駅S2に向かって走行するものである。
【0024】車上制御装置5には、各駅間ごとの軌道に対応して、目標速度パターンテーブルが予め記憶されている。目標速度パターンテーブルとは、出発駅から到着駅までの走行距離と目標速度VOとを対応させた走行特性データである。そして、例えば列車1が出発駅S1を出発するときには、次駅コード(次の駅がS2であることを示すコード信号)を受け、複数の目標速度パターンテーブルのうち、駅S1と駅S2との間の軌道を走行する場合の目標速度パターンテーブル(図1において点線で示す速度特性)を取り出す。
【0025】本発明方法においては、目標速度パターンテーブルの特性が、従来の目標速度パターンテーブルとは異なっている。
【0026】つまり、図1に示すように、定点地上子10が備えられている停止位置P1よりも手前のダイビング制御開始位置P2と、このダイビング制御開始位置P2よりも更に手前の位置P3との間の区間P3〜P2では、目標速度VOは、「列車1の車上制御装置5から出力される力行ノッチ信号αの値が予め決めた一定値(例えばα4)となって列車1の実際速度VRを予め決めた低速の一定速度(例えば2Km/h)にする」ような固定速度(例えば2Km/h)に設定されている。
【0027】「力行ノッチ信号αの値が一定値(例えばα4)となって実際速度VRを低速の一定速度(例えば2Km/h)にする固定速度(例えば2Km/h)」は、シミュレーションによる解析値や、実車走行試験データからの近似曲線を求めることによって得られた速度であり、各々の交通システムにおける最適値として設定されている。
【0028】またダイビング制御開始位置P2と停止位置P1との間では、目標速度VOを0〔Km/h〕としている。
【0029】停止位置P1よりも手前のダイビング制御開始位置P2は次のような逆算演算をして求めた位置である。即ち、ダイビング制御開始位置P2において、力行ノッチ信号αの値が予め決めた一定値(例えばα4)となって実際速度VRが予め決めた低速の一定速度(例えば2Km/h)になっている場合に、「ダイビング制御開始位置P2から、ジャーク制限を満足しつつ制動制御をしていったときに、列車1が停止位置P1にて停止することができる」という条件を満足する手前位置を、ダイビング制御開始位置P2として逆算演算して設定している。具体的には、シミュレーションによる解析値や、実車走行試験データからの近似曲線を求めることによって、試行錯誤的に各々の交通システムにおける最適位置(P2)を設定している。
【0030】なお、ジャーク制限とは、制動制御をする場合に、車上制御装置5の制御周期毎における、ノッチ信号の段数変化(ノッチ信号の単位時間当りの変化値)を制限することにより、単位時間当りの減速度を制限(例えば0.05G/sに制限)して、制動時における乗り心地を向上させる制限制御である。このジャーク制限を満足しつつ制動制御をすれば、乗客は不快な制動加速度を感じることはなく、スムーズな制動ができる。
【0031】ここで重要なのは、ジャーク制限はノッチ信号の単位時間当りの段数変化を制限することであり、乗客に不快な制動加速度を感じさせないためのものである。
【0032】本発明方法では、区間P3〜P2において、力行ノッチ信号αの値が予め決めた一定値(例えばα4)となるような目標速度パターンテーブルとしているため、ダイビング制御開始位置P2におけるノッチ段数が固定されており、乗客に不快な制動加速度を感じさせないようにしている。
【0033】つまり、最終ブレーキをかける直前の区間P3〜P2において、列車1に外乱が作用していても、力行ノッチ信号αの値が一定値(例えばα4)となって実際速度VRを低速の一定速度(例えば2Km/h)にするように目標速度VOを設定しているため、列車1の走行状態を安定させることができ、ジャーク制限付きのダイビング制御を安定して行なうことができるのである。
【0034】一方、列車1の車上制御装置5は、速度センサ8からの速度信号を基に列車の実際の速度VRを判定すると共に、速度信号を積分演算することにより走行距離を算出している。なお、車輪2の回転数を積算演算することにより、走行距離を算出することもある。
【0035】更に、走行制御装置5は、走行距離を算出したら、目標速度パターンテーブルを参照してそのときの走行距離に対応した目標速度VOを求め、この目標速度VOと列車1の実際速度VRとを比較し、両者の速度差が零となるように運転制御演算をして、制御周期毎に力行ノッチ信号αを出力したりブレーキノッチ信号βを出力することにより、列車1を加速させたり列車1を減速させたりする。この場合、力行ノッチ信号αの値(α1〜α31)や、減速ノッチ信号βの値(β1〜β31)は、目標速度VOと実際速度VRとの差の値に応じて選択される。
【0036】列車1が区間P3〜P2に入ると、目標速度VOが前述した固定速度(例えば2Km/h)となるので、制御装置5は実際速度VRが固定速度と等しくなるように、ノッチ信号の大きさを変えていく。このため、区間P3〜P2において、実際速度VRが予め決めた低速の一定速度(例えば2Km/h)となると共に、力行ノッチ信号αの値が予め決めた一定値(例えばα4)となる。
【0037】列車1がダイビング制御開始位置P2を通過すると、その直後から目標速度VOが0〔Km/h〕となり、制御装置5は、ジャーク制限を満足しつつ実際速度VRを0〔Km/h〕に下げていくダイビング制御を開始する。ダイビング制御とは、例えば力行ノッチ信号の値をα4からα1に下げ、更にブレーキノッチ信号の値をβ1からβ31に向かって変化させていくことにより、減速制御して実際速度VRを0〔Km/h〕にまで下げていくことをいう。
【0038】ダイビング制御開始位置P2は、前述した逆算演算により求めた位置であるため、このダイビング開始位置P2からダイビング制御を開始することにより、列車1は停止位置に正確に停止することができる。しかも、ジャーク制限を満足しつつダイビング制御をしているため、乗り心地が向上する。
【0039】なお、故障等によりダイビング制御がダイビング制御開始位置P2から開始されなかった場合のフェールセーフ(バックアップ)として、車上制御装置5は、次のような2つのバックアップ制御をする。
【0040】つまり、車上子4が定点地上子10の列車進入側エッジ10aを認識したら、車上制御装置5は、列車進入側エッジ10aを認識した時点からダイビング制御を開始する。
【0041】また、車上子4が定点地上子10の列車進入反対側エッジ10bを認識したら、車上制御装置5は、列車進入反対側エッジ10bを認識した時点から、ジャーク制限を無視して、常用最大ブレーキを作動させるブレーキノッチ信号β31を出力して、ブレーキ制御装置7により常用最大ブレーキを作動させて緊急停止させる。
【0042】上述した制御手法では、区間P3〜P2において、「列車1の車上制御装置5から出力される力行ノッチ信号αの値が予め決めた一定値(例えばα4)となって列車1の実際速度VRが予め決めた低速の一定速度(例えば2Km/h)となる」状態になり、ダイビング制御開始位置P2から、ジャーク制限を満足しつつダイビング制御をしていた。しかし、場合によっては、区間P3〜P2において、ノッチ信号の値が予め決めた一定値(α4)にならず、しかも、実際速度VRが予め決めた低速の一定速度(例えば2Km/h)に収束しないこともある。かかる事態に対処するため、車上制御装置5には、図2に示す、ダイビング制御開始特性曲線が記憶されている。
【0043】このダイビング制御開始特性曲線は、ダイビング制御を開始する位置において、力行ノッチ信号αの値と実際速度VRを種々に変えていった場合に、「ダイビング制御を開始した位置から、ジャーク制限を満足しつつ制動制御をしていったときに、列車1が停止位置P1にて停止することができる」という条件を満足する手前位置を、ダイビング制御を開始する位置として逆算演算して求めた特性曲線である。ダイビング制御開始特性曲線は、実際速度VRが大きい程、また力行ノッチ信号の値が大きい程、ダイビング制御を開始する位置が停止位置P1から離れることを示す特性曲線となっている。具体的には、シミュレーションによる解析値や、実車走行試験データからの近似曲線を求めることによって、ダイビング制御開始特性曲線を試行錯誤的に求めている。
【0044】車上制御装置5は、走行距離に対する実際速度VRの特性と、ダイビング制御開始特性曲線とが交差する位置から、ジャーク制限を満足しつつ列車1の実際速度VRを零にまで下げていくダイビング制御を開始するようにしている。
【0045】このため、区間P3〜P2を走行しているときに、実際速度VRがVO+Δで且つ力行ノッチ信号の値がα4+δの場合には、地点P4からジャーク制限を満足しつつ制動制御が開始され、実際速度がVO+2Δで且つ力行ノッチの値がα4+2δの場合には、地点P5からジャーク制限を満足しつつ制動制御が開始される。このため、区間P3〜P2において、ノッチ信号の値が予め決めた一定値(α4)にならず、しかも、実際速度VRが予め決めた低速の一定速度(例えば2Km/h)に収束しない状況になったとしても、位置P2よりも手前位置からジャーク制限を満足しつつ制動制御が開始され、列車1は停止位置P1に正確に停止することができる。
【0046】
【発明の効果】以上実施の形態と共に具体的に説明したように本発明にかかる列車の定点停止自動運転方法では、列車に搭載されている車上制御装置には、出発駅から到着駅までの走行距離と目標速度とを対応させた目標速度パターンテーブルが記憶されており、前記車上制御装置は、列車の実際速度を判定し且つ走行距離を算出すると共に、目標速度パターンテーブルを参照してそのときの走行距離に対応した目標速度を求め、この目標速度と実際速度とを比較し、両者の速度差が零となるように制御周期毎に力行ノッチ信号を出力したりブレーキノッチ信号を出力することにより列車を加速させたり減速させる列車の定点停止自動運転方法において、到着駅の停止位置よりも手前のダイビング制御開始位置と、このダイビング制御開始位置よりも更に手前の位置との間の区間では、前記目標速度は、力行ノッチ信号の値が予め決めた一定値となって列車の実際速度を予め決めた低速の一定速度にするような固定速度に設定され、ダイビング制御開始位置と停止位置との間の区間では、前記目標速度が零に設定されており、更に、前記車上制御装置は、列車がダイビング制御開始位置を通過すると、ジャーク制限を満足しつつ列車の実際速度を零にまで下げていくダイビング制御をする。
【0047】このような制御をするため、停止位置の手前の区間において、力行ノッチ信号の値を一定にして列車の実際速度を低速の一定速度に安定化することができ、この安定化状態から、ジャーク制限を満足しつつ列車の実際速度を零にまで下げていくダイビング制御をするため、列車を停止位置に正確に停止させることができる。
【0048】また本発明では、前記車上制御装置には、列車の実際速度が大きい程、また力行ノッチ信号の値が大きい程、ダイビング制御を開始する位置が停止位置から離れることを示すダイビング制御開始特性曲線が記憶されており、前記車上制御装置は、走行距離に対する実際速度の特性と、前記ダイビング制御開始特性曲線とが交差する位置から、ジャーク制限を満足しつつ列車の実際速度を零にまで下げていくダイビング制御を開始する。
【0049】このため、停止位置の手前の区間において、ノッチ信号の値が予め決めた一定値にならず、しかも、実際速度が予め決めた低速の一定速度に収束しない状況になったとしても、区間の最終位置よりも手前位置からジャーク制限を満足しつつ制動制御が開始され、列車は停止位置に正確に停止することができる。
【0050】また本発明は、ソフトウェア的にデータを設定して、このデータを基に運転制御をしているため、停止位置が設定変更された場合には、関連パラメータ及び要求変化量を簡単に変更でき、仕様変更に容易に対処することができる。
【出願人】 【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【出願日】 平成11年8月4日(1999.8.4)
【代理人】 【識別番号】100078499
【弁理士】
【氏名又は名称】光石 俊郎 (外2名)
【公開番号】 特開2001−45616(P2001−45616A)
【公開日】 平成13年2月16日(2001.2.16)
【出願番号】 特願平11−220890