JP3710756B2

JP3710756B2 - Automatic train operation device and train operation support device

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Publication number: JP3710756B2
Application number: JP2002070675A
Authority: JP
Inventors: 城和明結; 場義和大; 陽太朗南; 山敏博小; 通広波多野; 田恵一鎌
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2002-03-14
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2005-10-26
Anticipated expiration: 2022-03-14
Also published as: JP2003274516A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転士が介在せず電気車を定時刻に定位置に停車するように列車を自動運転する自動列車運転装置、および運転士に推奨推力あるいはマスコンノッチを指示する列車運転支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動列車運転装置（以下、「ＡＴＯ」と称する）は、列車の駅間運転を自動で行い、次駅の所定の停車位置に定刻に停止させることを目的とするものである。この種のＡＴＯを備える電気車のシステム構成例を図１５に示す。
【０００３】
自動列車運転装置１には、図示していない自動列車制御装置（ＡＴＣ）から制限速度信号が入力され、データベース３から、勾配や曲率などの路線条件のほかに、車両条件、運行ダイヤ、走行抵抗などの既定の記憶情報が入力される。さらに自動列車運転装置１は、地上子検出器１０により検出された車両位置や速度検出器９により検出された車両速度に基づき、現在の車両位置を推定し、その時点で与えるべき推力を推力指令Ｆcmd として駆動制動装置２へ出力する。ここに推力指令Ｆcmd とは、本明細書では、車両を加速する場合の引張力指令と、車両を減速する場合のブレーキ力指令との双方を含むものとして定義される。引張力の場合には、推力指令Ｆcmd＞０とし、ブレーキ力の場合には、推力指令Ｆcmd＜０とする。
【０００４】
駆動制動装置２は、ＶＶＶＦ（可変電圧・可変周波数）インバータ４、主電動機５、ブレーキ制御装置６、および機械ブレーキ８から構成される。主電動機５はレール１１上を走行する車輪７に機械的に連結され、機械ブレーキ８は車輪７に機械ブレーキをかけることができるように配設されている。
【０００５】
推力指令Ｆcmd から実際の推力を得るまでの作用は、引張力を得る場合とブレーキ力を得る場合とで異なるため、以下にそれぞれ説明する。
【０００６】
引張力を得る場合、推力指令Ｆcmd （＞０）はインバータ４に入力される。インバータ４は、推力指令Ｆcmd に一致した引張力が得られるように、主電動機５のトルクを制御する。このとき、ブレーキ制御装置６および機械ブレーキ８は動作しない。
【０００７】
ブレーキ力を得る場合、推力指令Ｆcmd （＜０）は、インバータ４ではなくブレーキ制御装置６に入力される。ブレーキ制御装置６は、推力指令すなわちブレーキ力指令をまずインバータ４へ出力する。インバータ４では、主電動機５を介して出力する電気ブレーキ力Ｆelecをブレーキ制御装置６ヘフィードバックする。ブレーキ制御装置６は、推力指令Ｆcmd すなわちブレーキ力指令を得るためにまず電気ブレーキ力Ｆelecを作用させ、この電気ブレーキ力で賄いきれない不足分を機械ブレーキ８の機械ブレーキ力Ｆmechで補うように機械ブレーキ８を制御する。したがって、機械ブレーキ力Ｆmechは、
Ｆmech＝Ｆcmd −Ｆelec ・・・（１）
となる。
【０００８】
自動列車運転装置１は、たとえば図１６に示すように、暫定走行計画部１２、最適走行計画部１３、および推力指令生成部１４を備えている。暫定走行計画部１２は、最適な走行パターンを生成するための初期値として暫定走行パターン（Ｆ０（ｘ），Ｖ０（ｘ））を生成する。ここで走行パターンとは、路線上の位置ｘにおける推力Ｆｎ（ｘ）や速度Ｖｎ（ｘ）を一連の位置に対応させて表すものである。最適走行計画部１３は、暫定走行パターン（Ｆ０（ｘ），Ｖ０（ｘ））とデータベース３の蓄積情報に基づき、列車の最適な走行パターンＦ１（ｘ）を計画する。生成された最適走行パターンＦ１（ｘ）は、推力指令生成部１４において、列車の検出位置や検出速度、ＡＴＣからの制限速度信号に基づき、その時点で出力すべき推力を推力指令Ｆcmd としてインバータ４に対して出力する。
【０００９】
列車の最適走行パターンを計画する場合、一般的には実現可能な走行パターンは無数に存在する。特に、朝夕の過密ダイヤ時とは異なり、列車の運転本数が少ない日中あるいは早朝、深夜には、列車の運転間隔が長くて計画上余裕があり、走行計画上の制約が緩和される。
【００１０】
特開平８−２１６８８５号公報や特開平５−１９３５０２号公報には、省エネルギーを評価項目とした最適走行計画について記載されている。しかしながら、これらの公知例が示す省エネルギーというのは、駆動装置や制動装置など、列車の駆動／制動制御において生じるエネルギー損失の観点に立ったものではない。
【００１１】
これに対し、「ブレーキパターン変更による回生エネルギーの有効利用の効果の基礎的検討」（鉄道技術連合シンポジウム第７回）、「純電気ブレーキ実用化の検討」（電気学会全国大会５−２４４）では、列車の制動制御、特にブレーキ時に生じる機械ブレーキでのエネルギー損失に着目した走行パターンが検討されている。しかし、列車の駆動制動制御において生じるエネルギー損失は、駆動制御時にも生じるものであり、また、制動制御時は機械ブレーキによるもの以外にも発生する。しかるに、総合的なエネルギー損失の最少化を達成するには至っていない。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、列車の駆動制動制御時に生じるエネルギー損失を総合的に評価し、駅間走行におけるエネルギー損失を可及的に低減し、省エネルギー走行を実現することを意図するものである。そこで本発明で着目するエネルギー損失について以下に簡単に説明する。
【００１３】
列車の走行において生じる損失は走行パターンにより変化するが、発生機器的には主に次の二つに分類することができる。その一つは、駆動装置であるインバータ４や主電動機５等の電気機器でのエネルギー損失である。これらの損失は、推力や速度の関数として表される。他の一つは、機械ブレーキが動作する時に生じるエネルギー損失である。列車の加減速動作をエネルギーの流れという観点で見ると、前述の電気機器のエネルギー損失や走行抵抗を無視した場合、力行加速中にはインバータ４や主電動機５などの駆動装置により図示していない架線を介して供給される電気エネルギーを車両の運動エネルギーに変換し、電気ブレーキによる減速中には車両の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し電源へ回生することになる。このような理想状態ではエネルギー損失は発生しない。しかし、電気ブレーキによる減速中に、ＡＴＯあるいは運転士からのブレーキ力指令が、電気機器で出力できるブレーキ力を上回る場合、不足するブレーキ力を機械ブレーキ８で補って、減速度を所定値に維持する。このように機械ブレーキ８が動作するということは、車両の運動エネルギーを熱として消費するということであり、それはエネルギー損失となる。本発明では、機械ブレーキが動作することによって損失となった分をブレーキ損失と定義する。
【００１４】
このブレーキ損失は、ブレーキ力指令が電気機器すなわち駆動装置の許容量を上回る場合と、電源側に回生電力に見合う負荷が存在しない場合に生じる。後者に関して、駆動装置はブレーキ力指令を得ると、それに見合うブレーキ力を主電動機５が出力するようにインバータ４を制御する。このとき、車両の運動エネルギーは電源への回生エネルギーヘと変換されるが、電源側にこの回生電力に見合う負荷すなわち加速中の列車が存在しないような場合、余剰な回生電力が生じ、そのため架線電圧が上昇する。そこで駆動装置は、架線電圧の上昇を抑制するため、ブレーキ力を抑制する制御を行う。これを軽負荷回生制御という。この軽負荷回生制御の動作中には、ブレーキ力指令に比べ、小さいブレーキ力を主電動機５から出力する。このとき、不足したブレーキ力を機械ブレーキ８のブレーキ力が補う。
【００１５】
省エネルギー運転を行う場合、適正な走行パターンを計画することと共に、その走行パターンに沿った走行を実際に行うことが重要である。走行パターンに一致した運転を実現する手段として、自動列車運転装置（ＡＴＯ）や自動列車停止装置（ＴＡＳＣ）など、運転士が介在せずに自動的に推力指令を生成する装置が知られている。これらの装置によれば、的確な推力を遅滞なく与えることにより最適走行パターンに追従した走行を実現することができる。しかしながら、車両の駆動制動装置に直接関与し、また、位置検出のための地上設備が不可欠であることなどから、システムが複雑となり、コストが高くなる。
【００１６】
一方、最適計画された推力を運転士に指示することにより、計画された走行パターンに近い列車走行を運転士の技能を通して達成することを期待することができる。それが運転支援装置である。このような運転支援装置による場合の省エネルギー効果は、運転士の反応遅れなどからＡＴＯやＴＡＳＣによる場合に比べて劣るものの、運転士への指示を行うのみで、車両の駆動制動装置に直接関与しないことから、システムを簡略化することができるという利点がある。また、最終的には運転士の操作によるため、位置検出のための地上設備などを除去あるいは簡略化することも可能である。これらにより、コストダウンを期待することができ、コストパフォーマンスに優れる。さらに、近年ではＡＴＯ化による運転士の運転技術の低下が懸念される中で、運転支援装置による場合には、常時、運転士の判断での推力調整が行われるため、運転技術低下の問題は生じない。
【００１７】
本発明は、列車の駅間走行において、定刻に定位置に停止することを前提に、走行中に生じるエネルギー損失を低減し得る省エネルギー運転を実現するための自動列車運転装置および列車運転支援装置を提供することを目的とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、列車が所定位置に所定時刻に停止するための走行パターンを生成し、インバータおよび主電動機を含む電気機器を有する駆動制動装置に前記走行パターンを実現するための推力指令を与える手段と、列車の走行中に前記駆動制動装置に生じるエネルギー損失を表す損失指標であって、ブレーキ動作時に機械ブレーキにより生じるエネルギー損失を表すエネルギー損失指標を少なくとも含む損失指標を演算する損失指標演算手段と、前記損失指標に基づいてエネルギー損失が低減するように前記走行パターンを補正する走行パターン補正手段と、を備えた自動列車運転装置において、前記損失指標演算手段は、前記ブレーキ損失指標を、同一き電区間内に在る力行負荷量の予測量あるいは実測量に基づいて演算するものである、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項１に係る自動列車運転装置では、定時性・定位置停止性を確保した上で、駆動制動制御のブレーキ時に機械ブレーキにより生じるエネルギー損失を最少化する最適走行パターンを生成し、それにより、定時性・定位置停止性を確保した上で、最適な省エネルギー効果を達成することができる。また、同一き電区間にある力行負荷量に応じて推力が補正されるため、力行負荷により変動するエネルギー損失を的確に把握することが可能であり、列車のより効果的な省エネルギー走行を実現することができる。
【００２０】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の自動列車運転装置において、前記走行パターン補正手段は、前記走行パターンを予め演算し記憶装置に記憶させる手段と、列車の走行時に対応する走行パターンを前記記憶装置から順次読み出す手段とを含むものである、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項２に係る自動列車運転装置では、予め最適走行計画を行うことにより、最適走行計画にかかる演算時間の制約を回避し、より最適性の高い走行パターンを得ることができ、省エネルギー効果を一層期待することができる。また、予め走行パターンを算出することにより、走行パターンを精査確認し、異常なパターンを排除することによりシステムの信頼性を向上させることができる。
【００２２】
請求項３に係る発明は、列車が所定位置に所定時刻に停止するための走行パターンを生成し、インバータおよび主電動機を含む電気機器を有する駆動制動装置に前記走行パターンを実現するための推力指令を与える手段と、列車の走行中に前記駆動制動装置に生じるエネルギー損失を表す損失指標であって、ブレーキ動作時に機械ブレーキにより生じるエネルギー損失を表すエネルギー損失指標を少なくとも含む損失指標を演算する損失指標演算手段と、前記損失指標に基づいてエネルギー損失が低減するように前記走行パターンを補正する走行パターン補正手段と、を備えた自動列車運転装置において、前記インバータおよび主電動機を含む電気機器の過負荷状態を表す過負荷指標を演算する過負荷指標演算手段を備えており、前記走行パターン補正手段は、前記過負荷指標に基づき、前記電気機器が過負荷とならないように前記走行パターンを補正するものである、ことを特徴とする。
【００２３】
請求項３に係る自動列車運転装置では、電気機器の定格を超えるような走行パターンを回避することにより、電気機器の過負荷による運転停止・故障を回避し、システム信頼性を向上させることができる。
【００２４】
請求項４に係る発明は、請求項３記載の自動列車運転装置において、前記走行パターン補正手段は、前記走行パターンの補正を列車の走行中にも実施する、ことを特徴とする。
【００２５】
請求項４に係る自動列車運転装置では、最適走行計画を走行中に実施することにより、その時点での列車の位置・速度を初期条件とし、次駅までの定時性・定位置停止性を確保した上で、最適な省エネルギー走行パターンを生成することができる。すなわち、当初の走行パターンから逸脱した不測の事態においても、その時点から最適な省エネルギー走行を実現することができる。また、位置・速度を初期条件とし、次駅までの定時性・定位置停止性を確保した上で、最適な省エネルギー走行パターンを生成できるため、駅間の自動列車運転を行う自動列車運転装置（ＡＴＯ）だけでなく、ブレーキ区間でのみ定位置停車制御を行う列車自動停止制御装置（ＴＡＳＣ）への適用も可能となる。
【００２６】
請求項５に係る発明は、列車が所定位置に所定時刻に停止するための走行パターンを生成し、インバータおよび主電動機を含む電気機器を有する駆動制動装置に前記走行パターンを実現するための推力指令を与える手段と、列車の走行中に前記駆動制動装置に生じるエネルギー損失を表す損失指標であって、ブレーキ動作時に機械ブレーキにより生じるエネルギー損失を表すエネルギー損失指標を少なくとも含む損失指標を演算する損失指標演算手段と、前記損失指標に基づいてエネルギー損失が低減するように前記走行パターンを補正する走行パターン補正手段と、を備えた列車運転支援装置において、前記損失指標演算手段は、前記ブレーキ損失指標を、同一き電区間内に在る力行負荷量の予測量あるいは実測量に基づいて演算するものであり、前記推力指令に係る推力の推奨値を運転士に指示する推奨推力指示手段を備えた、ことを特徴とする。
【００２７】
請求項５に係る列車運転支援装置では、推力推奨値Ｆrec に一致した推力指令Ｆcmd が得られるように推力推奨植を指示する。運転士が指示された推力推奨植に従って運転することにより、定位置停止性を確保した上で、エネルギー損失を低減させた省エネルギー走行を実現することができる。その場合、推力指令は常時、運転士が駆動制動装置へ与えるため、不測の事態が生じた場合でも速やかに対処でき、システム信頼性を向上させることができる。駆動制動装置への推力指令は、列車運転支援装置から直接制御されるものではなく、システムを簡易にすることが可能であり、したがってシステム信頼性の向上やコストダウンを図ることができる。また、直接的には運転士が推力指令を与えるものであり、定位置停止精度を厳密にする必要性はなく、装置を簡易に実現することができる。システムの信頼性の向上やコストダウンを図ることができる。また、直接的には、運転士が推力指令を与えるものであって、運転士の技能低下を防止し、自動列車運転装置を備えるシステムで問題視される運転士の操作技術の低下による不測の事態への対処などの課題を回避することができる。
【００２８】
請求項６に係る発明は、請求項５記載の列車運転支援装置において、前記推奨推力指示手段は、マスターコントローラの近傍に推奨推力を視覚的に表示する手段を含む、ことを特徴とする。
【００２９】
請求項６に係る列車運転支援装置では、運転士が、定時性・定位置停止性を確保した省エネルギー走行を実現するために設定すべき推力を、視覚的に知ることができ、定時性・定位置停止性を確保した省エネルギー走行に実現に寄与させることができる。この支援手段は駆動制動制御系とは電気的機械的に直接の関連がなく、推力は運転士により操作されるため、不測の事態が生じた場合に運転士の判断により速やかな対処が可能であり、システム信頼性の向上に寄与させることができる。また、単にランプやＬＥＤによる視覚的な表示装置は実現が簡易であり、システム信頼性を損なうこともなく、装置のコストダウンを図ることができる。
【００３０】
請求項７に係る発明は、請求項５記載の列車運転支援装置において、前記推奨推力指示手段は、前記推奨推力を音声によって伝達する手段を含む、ことを特徴とする。
【００３１】
請求項７に係る列車運転支援装置では、運転士は、設定すべき推力を、音声によるアナウンスとして知ることができる。運転士はアナウンスに従った運転操作をすることにより、定時性・定位置停止性を確保した省エネルギー走行を実現することができる。この場合は視覚的な指示によるものでないため、運転士の注意力が散漫になることもなく、運転士は運転に集中することができる。したがって、前方不注意等による事故の可能性を低減し、システムの信頼性を向上させることができる。
【００３２】
請求項８に係る発明は、列車が所定位置に所定時刻に停止するための走行パターンを生成し、インバータおよび主電動機を含む電気機器を有する駆動制動装置に前記走行パターンを実現するための推力指令を与える手段と、列車の走行中に前記駆動制動装置に生じるエネルギー損失を表す損失指標であって、ブレーキ動作時に機械ブレーキにより生じるエネルギー損失を表すエネルギー損失指標を少なくとも含む損失指標を演算する損失指標演算手段と、前記損失指標に基づいてエネルギー損失が低減するように前記走行パターンを補正する走行パターン補正手段と、を備えた列車運転支援装置において、前記推力指令に係る推力の推奨値を運転士に指示する推奨推力指示手段と、サーボ機構を有するマスターコントローラと、を備えており、前記推奨推力指示手段は、前記マスターコントローラの位置、速度、加速度、および力を制御するものである、ことを特徴とする。
【００３３】
請求項８に係る列車運転支援装置では、推力推奨値Ｆrec に一致した推力指令Ｆcmd が得られるようにマスコンをサーボ機構で制御する。したがって、運転士が介在しない場合には、自動運転が可能であり、精度よく定時性・定位置停止性を確保した省エネルギー走行を実現することができる。運転士が介在した場合にも、運転士は省エネルギー運転を実現するために取るべきマスコンの角度をマスコンからの反作用力として感じとることができ、結果的に省エネルギー運転の効果を達成することができる。
【００４２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００４３】
＜第１の実施の形態＞
図１は、第１の実施の形態による自動列車運転装置の概略構成を示すブロック図である。この実施の形態は自動列車運転装置の特に最適走行計画部に関わるものであるため、他の部分の図示は省略している。
【００４４】
図１に示す最適走行計画部１３は、走行パターン補正指標演算部１５、走行パターン補正部１９、走行距離補正部２０、および定時性判断部２１から構成されている。走行パターン補正指標演算部１５は、損失指標演算部１６、過負荷指標演算部１７、および加算器１８から構成されている。損失指標演算部１６は、暫定走行パターン（Ｆ０（ｘ），Ｖ０（ｘ））に基づき、列車位置ｘにおける損失指標ＣＰＬ（ｘ）を演算する。ここに、走行パターンとは、ある位置ｘにおける推力Ｆｎ（ｘ）や速度Ｖｎ（ｘ）を表すものである。
【００４５】
図２および図３に種々の損失指標の例を示す。図２は力行時の損失指標を示し、図３はブレーキ減速時の損失指標を示している。さらに詳細には、図２（ａ）は機器損失指標を、図２（ｂ）はトータル損失指標を示し、図３（ａ）は機器損失指標を、図３（ｂ）はブレーキ損失指標を、図３（ｃ）はトータル損失指標をそれぞれ示している。ここで、機器損失指標とは電気機器の損失指標のことを意味し、具体的には変換器（インバータ）損失指標とモータ（主電動機）損失指標とを加算したものである。
【００４６】
これらの指標は速度ｖと推力Ｆの関数として与えられ、ある動作点（ｖ，Ｆ）での損失［Ｗ］に速度［ｍ／ｓ］の逆数を乗算して算出したものである。速度の逆数を乗じることにより、ある動作点における速度ｖ１［ｍ／ｓ］が微小変化△ｖ［ｍ／ｓ］をする場合に生じる損失として正規化し評価することができる。
【００４７】
トータル損失指標ＣＰＬ（ｘ）は、機器損失指標とブレーキ損失指標を加算したものに、重み係数Ｗ１を乗じて算出される。重み係数Ｗ１は、どの程度、損失低減効果を得るかの観点から設定され、あるいは、他の指標とのバランスをとるように設定される。すなわち、
損失指標ＣＰＬ（ｘ）＝Ｗ１×（機器損失指標＋ブレーキ損失指標）・・・（２）
である。
【００４８】
過負荷指標演算部１７では、暫定走行パターン（Ｆ０（ｘ），Ｖ０（ｘ））に基づき、列車位置ｘにおける過負荷指標ＣＯＬ（ｘ）を演算する。
【００４９】
機器損失は変換器損失とモータ損失との和として算出する。図４（ａ），（ｂ）は、各動作点での変換器損失［Ｗ］およびモータ損失［Ｗ］の一例を示すものである。暫定走行パターン（Ｆ０（ｘ），Ｖ０（ｘ））に従い、対応する変換器損失［Ｗ］とモータ損失［Ｗ］をそれぞれ積分することによって、駅間走行による時間を加味した変換器損失［Ｊ］とモータ損失［Ｊ］を算出することができる。これらが定格値［Ｗ］を超える過負荷である場合には、それに応じた過負荷指標を算出する。たとえば、重み係数をＷ２として、変換器損失指標ＣＯＬＣ（ｘ）を、

により算出する。
【００５０】
同様にして、図５（ｂ）に示すモータ損失指標を用いてモータ損失指標ＣＯＬＭ（ｘ）を求めることができる（ただし、重み係数はＷ３とし、独立に設定可能）。過負荷指標ＣＯＬ（ｘ）は、これらの指標を加算し、
ＣＯＬ（ｘ）＝ＣＯＬＣ（ｘ）＋ＣＯＬＭ（ｘ）・・・（４）
として求める。
【００５１】
加算器１８は、損失指標ＣＰＬ（ｘ）と過負荷指標ＣＯＬ（ｘ）とを加算し、列車位置ｘにおけるトータル指標Ｃ（ｘ）を、
Ｃ（ｘ）＝ＣＰＬ（ｘ）＋ＣＯＬ（ｘ）・・・（５）
として求める。
【００５２】
走行パターン補正部１９は、暫定走行パターンの推力パターンＦ０（ｘ）にトータル指標Ｃ（ｘ）を加算することにより、第１の補正走行パターンＦ０１（ｘ）を出力する（この段階で速度パターンＶ０（ｘ）は変化なし）。
【００５３】
第１の補正走行パターンＦ０１（ｘ）は、推力パターンだけが補正されたものであるため、走行距離が所定値に一致しない。走行距離補正部２０は、走行距離ｘが所定値に一致するように、データベース３に記憶されている路線条件や車両条件、走行抵抗に基づき、第１の補正走行パターン（Ｆ０１（ｘ），Ｖ０（ｘ））を補正し、第２の補正走行パターン（Ｆ０２（ｘ）、Ｖ０２（ｘ））および走行時間Ｔrun を出力する。距離補正は、たとえば、惰行時間を調整するなどの方法で実現可能である。距離補正の方法はそれに限定されるものではない。
【００５４】
定時性判断部２１では、走行時間Ｔrun が所定値に対し、許容誤差以内であるか否かを判断する。走行時間Ｔrun が許容誤差外である場合には、第２の補正走行パターン（Ｆ０２（ｘ）、Ｖ０２（ｘ））を新たな暫定走行パターン（Ｆ０’（ｘ）、Ｖ０’（ｘ））として、再計算を行う。走行時間Ｔrun が許容誤差内に入った場合、それを最適走行パターン（Ｆ１（ｘ），Ｖ１（ｘ））として出力する。
【００５５】
以上の構成により、暫定走行パターン（Ｆ０（ｘ），Ｖ０（ｘ））は、損失指標ＣＰＬ（ｘ）および過負荷指標ＣＯＬ（ｘ）により、効果が顕著に得られる位置ｘの推力が補正されていく。たとえば、図６は、本発明の実施の形態による走行パターン生成の結果を示すものである。この場合、過負荷状態には至らないとして、過負荷指標は影響を与えていない。「原パターン（Ａ）」と示されているのが暫定パターンである。「指標適用（Ｂ）」と示されているのが、第１の補正走行パターン（Ｆ０１（ｘ），Ｖ０１（ｘ））である。損失指標が大きい高速ブレーキ時ほど大きな推力補正がかかり、ブレーキ力が弱められる。一方、力行加速側でも値は小さいものの、損失指標に応じた引張力が補正される。「ノッチ量子化（Ｃ）」は、本実施の発明の形態には現れていないが、ノッチが６段しかなく、連続的な推力を出力できない場合に対応したものであり、第１の補正走行パターンの推力Ｆ０１（ｘ）に対して、推力誤差が最小となるノッチに対応する推力を選択している。「距離調整（Ｄ）」は、「ノッチ量子化（Ｃ）」パターンに対し、走行距離を所定値１３００ｍに合うように補正した第２の補正走行パターン（Ｆ０２（ｘ），Ｖ０２（ｘ））である。補正前の走行パターンの損失が２０７０［ｋＪ］に対し、第２の補正走行パターンの損失は１６５０［ｋＪ］と、エネルギー損失が相当低減されている。走行時間は、前者が８４．５［sec］であるのに対し、後者は８４．９［sec］と若干増加している。走行時間が所定値になるまで繰り返し演算を実施することにより、定時性・定位置停止性を確保した上で、駆動制動制御に関与するエネルギー損失を最少化する最適走行パターンＦ１（ｘ）を生成することができる。このようにして、定時性・定位置停止性を確保した上で、最適な省エネルギー効果を奏することができる。
【００５６】
トータルエネルギー損失を最少化するだけの走行パターンの場合、駆動制動装置２に含まれるインバータ４（変換器）や主電動機５（モータ）などの電気機器で生じるエネルギー損失が増大する可能性がある。電気機器は、定格として動作範囲が規定されるものであり、それを超えるような運転条件すなわち過負荷条件では、発熱による温度上昇により、保護動作あるいは故障・焼損等が生じ得る。過負荷指標演算部１７は、暫定走行パターンから各機器の過負荷の程度を判断する。判断の結果、過負荷であった場合、電気機器でのエネルギー損失が抑制されるように、過負荷指標に応じて推力が補正される。エネルギー損失が大きな領域ほど推力が補正されるため、過負荷状態を効果的に回避することができる。このようにして、電気機器の過負荷による運転停止・故障を回避し、システムの信頼性を向上させることができる。
【００５７】
最適走行計画を列車の走行中にも実施することにより、各瞬時の位置・速度を初期条件とし、次駅までの定時性・定位置停止性を確保した上で、最適な省エネルギー走行パターンを生成することができる。すなわち、ＡＴＣなどの速度制限等で、当初の走行パターンから逸脱した場合にも、その状態からの最適な省エネルギー走行パターンを得ることができる。当初の走行パターンに無理に追従させることは、損失の増大につながる可能性があり、エネルギー損失の観点からは望ましくない。したがって、当初の走行パターンから逸脱した不測の事態においても、その時点から最適な省エネルギー走行を実現することができる。
【００５８】
本実施の形態は、位置・速度を初期条件とし、次駅までの定時性・定位置停止性を確保した上で、最適な省エネルギー走行パターンを生成できるため、駅間の自動列車運転を行う自動列車運転装置（ＡＴＯ）だけでなく、ブレーキ区間でのみ定位置停車制御を行う列車自動停止制御装置（ＴＡＳＣ）への適用も可能となる。
【００５９】
なお、本実施の形態では、走行距離が所定値に一致することを前提に、走行時間が所定値になるまで、走行パターンを補正するアルゴリズムとした構成を示しているが、逆に、走行時間が所定値に一致することを前提に、走行距離が所定値になるまで走行パターンを補正するアルゴリズムとして構成することもできる。
【００６０】
＜第２の実施の形態＞
図７は、第２の実施の形態による自動列車運転装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１と同一の部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは図１のものと異なる部分について説明する。
【００６１】
損失指標演算部１６には、データベース３から運行ダイヤが入力され、データベース３６から力行負荷量が入力される。データベース３６の力行負荷量としては、ある時刻におけるき電区間ごとの力行加速中の列車の電力すなわち力行負荷量が記憶されている。損失指標演算部１６では、運行ダイヤと力行負荷のデータベース情報から、対応する力行負荷を抽出する。前述のように、ブレーキ損失は力行負荷に依存して値が変化するため、力行負荷量に応じた損失指標を算出する訳である。他は図１の場合と変わりがない。
【００６２】
以上により、以下のような作用・効果を奏することができる。
【００６３】
予測される力行負荷に応じて、損失指標ＣＰＬ（ｘ）、特にブレーキ損失指標が調整される。たとえば、図３（ｂ）は、力行負荷が十分であるとした場合のブレーキ損失指標であり、インバータ４の電気的容量の制約により、高速高ブレーキ力であるほど損失指標が増大している。図８は、力行負荷が十分でない場合（１２５ｋＷ／主電動機）のブレーキ損失指標を示すものである。この場合、力行負荷が十分でないため、推力指令Ｆcmd と同等な電気ブレーキ力を出力できない領域がある。すなわち、より低速から損失指標が増大する。したがって、負荷状態によるエネルギー損失を的確に予測することが可能であり、より効果的な省エネルギー走行を実現することができる。
【００６４】
＜第３の実施の形態＞
図９は、第３の実施の形態による自動列車運転装置の概略構成例を示すブロック図であり、図１６と同一の部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について説明する。
【００６５】
図１６の暫定走行計画部１２および最適走行計画部１３に代わり、図９の装置には、データベース３４および走行パターン抽出部３５が設けられている。データベース３４には、各列車の各駅間走行時の走行パターンが記憶されている。走行パターン抽出部３５は、運行ダイヤを記憶したデータベース３から、現在の駅間走行に対応した走行パターンＦ１（ｘ）を抽出する。データベース３４に記憶される走行パターンは、第１の実施の形態で示した最適走行計画を予め実施し、その結果の最適走行パターンを記憶しておくことによって実現することができる。
【００６６】
以上の構成により、以下のような作用・効果を奏することができる。
【００６７】
最適走行パターンの生成は、収束計算を繰り返して最適計画を行うため、演算に時間がかかる。そのため次駅への走行計画を発駅での停車中に実施する場合、演算時間の制約から、十分な最適性が得られない場合がある。これらの計画を予め行うことにより演算時間の制約を回避し、最適な走行パターンを得ることができる。このようにして、省エネルギー効果を、より一層向上させることができる。また、予め走行パターンを算出することにより、走行パターンを精査確認することが可能である。これにより、異常なパターンを排除することが可能であり、システムの信頼性を向上させることができる。
【００６８】
＜第４の実施の形態＞
図１０は、第４の実施の形態による列車運転支援装置を備えた電気車システムの概略構成を示すブロック図であり、図１５と同一の部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分について説明する。
【００６９】
ここには、第１の実施の形態における自動列車運転装置１に代わり、列車運転支援装置２２が備えられている。列車運転支援装置２２は、第１の実施の形態における自動列車運転装置１と同様な処理を実施し、推力推奨値Ｆrec を生成出力する。すなわち、列車運転支援装置２２は、自動列車運転装置１における推力指令Ｆcmd の代わりに、推力推奨値Ｆrec を出力するようにしたものに相当する。この推力推奨値Ｆrec は、マスコン２３に付設された推力指示装置２４に入力される。マスコン２３は、マスコン角度あるいは位置に応じた推力指令Ｆcmd を駆動制動装置２へと出力する。
【００７０】
推力指示装置２４の構成例を図１１に示す。推力指示装置２４は、角度指令演算部２５、インピーダンス制御器２６、サーボアンプ２７、サーボモータ２８、およびエンコーダ２９から構成される。サーボモータ２８はマスコン２３と機械的に結合している。
【００７１】
列車運転支援装置２２から出力された推力推奨値Ｆrec は角度指令演算部２５へ入力される。角度指令演算部２５は、入力された推力推奨値Ｆrec に対応したマスコン角度を算出し、角度指令θcmd として出力する。インピーダンス制御器２６は、角度指令θcmd と、エンコーダ２９により検出された実際のマスコン角度θとを入力し、後者（角度θ）を前者（角度指令θcmd ）に一致させるためのトルク指令Ｔcmd をサーボアンプ２７ヘ出力する。サーボアンプ２７は、サーボモータ２８の出力トルクがトルク指令Ｔcmd と一致するように、サーボモータ２８を駆動する。
【００７２】
インピーダンス制御器２６は、運転士がマスコン２３に加えるトルクＴope に対し、所望のインピーダンス（慣性モーメントＪ、ダンピングＤ、スティフネスＫ）となるようにサーボモータ２８を制御するものであり、制御系のブロック図は、たとえば図１２に示すようになる。Ｊ０はサーボモータ２８のロータおよびマスコン２３を合わせた等価慣性モーメント、ｇ１およびｇ２はノイズ除去のためのフィルタのカットオフ周波数に相当するものである。
【００７３】
角度指令θcmd を零（ゼロ）とした場合に、外部からマスコン２３にかかるトルク、すなわち、運転士がマスコン２３に加えるトルクＴope からマスコン角度θまでの伝達関数θ(s)は、ノイズカットフィルタを無視すると次式で表現することができ、所望のインピーダンス（Ｊ，Ｄ，Ｋ）が得られることが分かる。
【００７４】
【数１】

以上の構成により、以下のような作用・効果を奏することができる。
【００７５】
推力指示装置２４は、列車運転支援装置２２で演算された推力推奨値Ｆrec に一致した推力指令Ｆcmd が得られるようにマスコン２３の角度θをサーボモータ２８で制御する。これにより、運転士がマスコン２３を操作する場合、インピーダンス制御器２６によるインピーダンス制御により、運転士は所望のインピーダンス（Ｊ，Ｄ，Ｋ）となったように感じることになる。すなわち、運転士がマスコン２３に触らない状態では、推力推奨値Ｆrec に一致した推力指令Ｆcmd が得られる。一方、運転士がマスコン２３を操作する場合、サーボモータ２８から推力推奨値Ｆrec 方向に力を受けるものの、任意の角度すなわち推力指令Ｆcmd に設定することができる。つまり、運転士が列車運転支援装置２２に任せた運転も可能であり、必要に応じて運転士がマスコン２３を操作して推力指令を任意に制御することもできる。省エネルギー運転を実現するために取るべきマスコン２３の角度θをマスコン２３からの反作用力として検知することができ、省エネルギーである定位置停止パターンを意識しながら運転することが可能になる。したがって、運転士の操作による省エネルギー走行や定位置停止走行を実現することができるとともに、不測の事態が生じた場合には速やかに対処することができる。
【００７６】
駆動制動装置２への推力指令Ｆcmd は、列車運転支援装置２２から直接制御されるものではなく、既存のマスコン２３の角度θにより与えられるものであり、システムを簡易にすることが可能である。また、列車運転支援装置の場合、最終的には運転士が介在するものであり、列車運転支援装置２２の定位置停止精度を厳密にする必要性はなく、装置を簡易に実現することができる。これにより、システムの信頼性向上やコストダウンを図ることができる。
【００７７】
また、列車運転支援装置の場合、最終的には運転士が介在するものであり、運転士の操作技術が常に要求される。本実施の形態によれば、自動列車運転装置を備えるシステムで問題視される運転士の操作技術の低下による不測の事態への対処などの問題を回避することができる。
【００７８】
＜第５の実施の形態＞
図１３は、第５の実施の形態による列車運転支援装置の概略構成例を示すブロック図である。本実施の形態は第４の実施の形態と比べ、推力指示装置２４の構成が異なるため、ここではその異なる部分について説明する。ただし、本実施の形態では、推力指令を力行加速６段（Ｐ１〜Ｐ６）、ブレーキ減速６段（Ｂ１〜Ｂ６）、ニュートラル（Ｎ）、および非常ブレーキ（ＥＢ）をマスコンノッチで与える方式とする。ここでノッチとは、速度対推力をパターン化したものを意味し、現行の電車駆動制御で用いられているものである。ノッチの段数は数段から３０段以上にまで及び、システムにより種々のものが用いられる。なお、図１３のマスコン２３は、それを上から見た概略構成を示している。
【００７９】
推力指示装置２４は、推奨ノッチ表示制御部３０とランプ群３１とから構成される。図示の実施の形態においては、ランプ群３１は、力行加速ノッチＰ１〜Ｐ６に対応する６個のランプ、ブレーキ減速ノッチＢ１〜Ｂ６に対応する６個のランプ、ニュートラルノッチＮに対応するランプ、および非常ブレーキノッチＥＢに対応するランプの都合１４個のランプからなっている。推奨ノッチ表示制御部３０は、推奨ノッチ指令Ｎrec を列車運転支援装置２２から受け、対応するランプが点灯するように制御する。
【００８０】
以上の構成により、以下のような作用・効果を奏することができる。
【００８１】
運転士は、定時性・定位置停止性を確保した省エネルギー走行を実現するために設定すべきノッチをランプの点灯により確認する。たとえば、推奨ノッチ指令Ｎrec の内容が力行加速ノッチＰ６であれば、それに対応するランプが点灯し、ブレーキ減速ノッチＢ３であれば、それに対応するランプが点灯する。運転士はランプの点灯状況を見て、それに対応させてマスコン２３をノッチ操作することにより、エネルギー損失を抑制した省エネルギー走行を実現する。
【００８２】
推力指示装置２４は、駆動制動制御系との間に電気的・機械的に直接の関連性はなく、運転士が介在するものであるため、不測事態の発生時に運転士の判断により速やかに対処することができ、システム信頼性を向上させることができる。ランプやＬＥＤ（発光ダイオード）による表示装置は、第４の実施の形態のマスコン２３のサーボ機構に比べ、さらに実現が簡易であり、システムの頼性を向上させるとともに、装置のさらなるコストダウンを図ることができる。
【００８３】
＜第６の実施の形態＞
図１４は、第６の実施の形態による列車運転支援装置の概略構成例を示すブロック図である。本実施の形態は第５の実施の形態と比べ、推力指示装置２４の構成が異なるため、ここでは異なる部分について説明する。
【００８４】
本実施の形態における推力指示装置２４は、推奨ノッチ表示制御部３２と、音声出力部３３とから構成される。推奨ノッチ表示制御部３２は、推奨ノッチ指令Ｎrec を列車運転支援装置２２から受け、対応するアナウンスが出力されるように音声出力部３３を制御する。たとえば、推奨ノッチがＢ３である場合は、「ブレーキ３ノッチ」などとアナウンスする。
【００８５】
以上の構成により、以下のような作用・効果を奏することができる。
【００８６】
運転士は、定時性・定位置停止性を確保した省エネルギー走行を実現するために設定すべきノッチをアナウンスにより知ることができる。これにより、第５の実施の形態と同様な作用・効果を奏することができる。第５の実施の形態のようにランプによる推奨ノッチの表示の場合、その表示に運転士の注意が集中し、その結果、前方不注意等により事故発生につながらないとも限らない。それに対して、音声による指示伝達によれば、そのような問題を回避することができ、システムの信頼性を向上させることができる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明は、列車の駅間走行において、定時刻に定位置に停止するという条件を確保した上で、走行中に生じるエネルギー損失を低減した省エネルギー運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態による自動列車運転装置のブロック図。
【図２】力行時の機器損失指標およびトータル損失指標の例を示すマップ。
【図３】ブレーキ作動時の機器損失指標、ブレーキ損失指標、およびトータル損失指標の例を示すマップ。
【図４】力行時の変換器損失指標およびモータ損失指標の例を示すマップ。
【図５】力行時の変換器損失およびモータ損失の例を示すマップ。
【図６】第１の実施の形態による走行パターンの例を示すマップ。
【図７】本発明の第２の実施の形態による自動列車運転装置のブロック図。
【図８】力行負荷量が制限された場合のブレーキ損失の例を示すマップ。
【図９】本発明の第３の実施の形態による自動列車運転装置のブロック図。
【図１０】本発明の第４の実施の形態による列車運転支援装置のブロック図。
【図１１】第４の実施の形態における推力指示装置の構成例を示すブロック図。
【図１２】図１１の推力指示装置の制御系のブロック図。
【図１３】本発明の第５の実施の形態による列車運転支援装置の推力指示装置の構成例を示すブロック図。
【図１４】本発明の第６の実施の形態による列車運転支援装置の推力指示装置の構成例を示すブロック図。
【図１５】自動列車運転装置を備えた一般的な電気車システムの構成例を示すブロック図。
【図１６】図１５のシステムにおける自動列車運転装置のブロック図。
【符号の説明】
１自動列車運転装置（ＡＴＯ）
２駆動制動装置
３データベース
４ＶＶＶＦインバータ
５主電動機
６ブレーキ制御装置
７車輪
８機械ブレーキ
９速度検出器
１０地上子検出器
１１レール
１２暫定走行計画部
１３最適走行計画部
１４推力指令生成部
１５走行パターン補正指標演算部
１６損失指標演算部
１７過負荷指標演算部
１８加算部
１９走行パターン補正部
２０走行距離補正部
２１定時性判断部
２２列車運転支援装置
２３マスターコントローラ（マスコン）
２４推力指示部
２５角度指令演算部
２６インピーダンス制御部
２７サーボアンプ
２８サーボモータ
２９エンコーダ
３０推奨ノッチ表示制御部
３１ランプ
３２推奨ノッチ表示制御部
３３音声出力部
３４データベース
３５走行パターン抽出部
３６データベース[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an automatic train operation device that automatically operates a train so that an electric vehicle stops at a fixed position at a fixed time without an operator, and a train operation support device that instructs a driver on a recommended thrust or a mascon notch. .
[0002]
[Prior art]
An automatic train operation device (hereinafter referred to as “ATO”) is intended to automatically perform inter-station operation of a train and stop it at a predetermined stop position at the next station on time. An example of the system configuration of an electric vehicle equipped with this type of ATO is shown in FIG.
[0003]
The automatic train driving device 1 receives a speed limit signal from an automatic train control device (ATC) (not shown), and from the database 3, in addition to route conditions such as gradient and curvature, vehicle conditions, operation diagrams, travel resistance The default storage information such as is input. Further, the automatic train driving device 1 estimates the current vehicle position based on the vehicle position detected by the ground detector 10 and the vehicle speed detected by the speed detector 9, and the thrust command to be given at that time is a thrust command. Fcmd is output to the drive braking device 2. Here, the thrust command Fcmd is defined in this specification as including both a tensile force command when the vehicle is accelerated and a brake force command when the vehicle is decelerated. In the case of a tensile force, the thrust command Fcmd> 0, and in the case of a braking force, the thrust command Fcmd <0.
[0004]
The drive braking device 2 includes a VVVF (variable voltage / variable frequency) inverter 4, a main motor 5, a brake control device 6, and a mechanical brake 8. The main motor 5 is mechanically connected to the wheels 7 running on the rails 11, and the mechanical brake 8 is arranged so that the mechanical brakes can be applied to the wheels 7.
[0005]
Since the operation until the actual thrust is obtained from the thrust command Fcmd differs depending on whether the tensile force is obtained or the brake force is obtained, each will be described below.
[0006]
When obtaining the tensile force, the thrust command Fcmd (> 0) is input to the inverter 4. The inverter 4 controls the torque of the main motor 5 so that a tensile force corresponding to the thrust command Fcmd can be obtained. At this time, the brake control device 6 and the mechanical brake 8 do not operate.
[0007]
When obtaining the braking force, the thrust command Fcmd (<0) is input not to the inverter 4 but to the brake control device 6. The brake control device 6 first outputs a thrust command, that is, a brake force command to the inverter 4. In the inverter 4, the electric brake force Felec output via the main motor 5 is fed back to the brake control device 6. In order to obtain the thrust command Fcmd, that is, the brake force command, the brake control device 6 first applies the electric brake force Felec, and the mechanical brake force Fmech of the mechanical brake 8 compensates for the shortage that cannot be covered by this electric brake force. The brake 8 is controlled. Therefore, the mechanical braking force Fmech is
Fmech = Fcmd−Felec (1)
It becomes.
[0008]
For example, as shown in FIG. 16, the automatic train driving device 1 includes a provisional travel planning unit 12, an optimal travel planning unit 13, and a thrust command generation unit 14. The temporary travel plan unit 12 generates a temporary travel pattern (F0 (x), V0 (x)) as an initial value for generating an optimal travel pattern. Here, the traveling pattern represents the thrust Fn (x) and the speed Vn (x) at the position x on the route corresponding to a series of positions. The optimal travel planning unit 13 plans an optimal travel pattern F1 (x) for the train based on the provisional travel pattern (F0 (x), V0 (x)) and the stored information in the database 3. The generated optimum travel pattern F1 (x) is generated by the thrust command generation unit 14 based on the detected position and detected speed of the train and the speed limit signal from the ATC. Output for.
[0009]
When planning the optimal travel pattern of a train, there are generally countless travel patterns that can be realized. In particular, unlike a busy schedule in the morning and evening, the train operation interval is long during daytime, early morning, or midnight when the number of trains is small, and there is room in the plan.
[0010]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-216885 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-193502 describe an optimum travel plan with energy saving as an evaluation item. However, the energy savings shown in these known examples are not based on the viewpoint of energy loss caused in driving / braking control of trains such as driving devices and braking devices.
[0011]
On the other hand, in "Fundamental examination of effect of effective use of regenerative energy by changing brake pattern" (7th Symposium of Railway Technology Union), "Examination of practical use of pure electric brake" (National Conference of Electrical Engineers of Japan 5-244) In addition, traveling patterns focusing on energy loss in train braking control, particularly mechanical braking that occurs during braking, have been studied. However, the energy loss that occurs in the drive braking control of the train also occurs during the drive control, and also occurs other than due to the mechanical brake during the brake control. However, overall energy loss minimization has not been achieved.
[0012]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention is intended to comprehensively evaluate energy loss that occurs during train braking control of a train, to reduce energy loss during inter-station travel as much as possible, and to realize energy-saving travel. Therefore, the energy loss focused on in the present invention will be briefly described below.
[0013]
Although the loss that occurs in train travel varies depending on the travel pattern, it can be classified mainly into the following two in terms of generating equipment. One of them is energy loss in electric devices such as the inverter 4 and the main motor 5 that are driving devices. These losses are expressed as a function of thrust and speed. The other is energy loss that occurs when the mechanical brake operates. From the viewpoint of the flow of energy, the acceleration / deceleration operation of the train is not shown by the drive device such as the inverter 4 or the main motor 5 during powering acceleration when the energy loss and running resistance of the electric equipment described above are ignored. The electric energy supplied via the overhead line is converted into kinetic energy of the vehicle, and during deceleration by the electric brake, the kinetic energy of the vehicle is converted into electric energy and regenerated to the power source. like this Ideal condition So there is no energy loss. However, if the braking force command from the ATO or the driver exceeds the braking force that can be output by the electric device during deceleration by the electric brake, the insufficient braking force is compensated by the mechanical brake 8 and the deceleration is maintained at a predetermined value. To do. When the mechanical brake 8 operates in this way That means It means that the kinetic energy of the vehicle is consumed as heat, which results in energy loss. In the present invention, the loss caused by the operation of the mechanical brake is defined as brake loss.
[0014]
This brake loss occurs when the brake force command exceeds the allowable amount of the electric device, that is, the drive device, and when there is no load corresponding to the regenerative power on the power source side. With regard to the latter, when the drive device obtains a brake force command, it controls the inverter 4 so that the main motor 5 outputs a brake force commensurate with the command. At this time, the kinetic energy of the vehicle is converted into regenerative energy to the power source, but if there is no load that matches the regenerative power on the power source side, that is, the train being accelerated does not exist, excess regenerative power is generated, and thus the overhead line The voltage rises. Therefore, the drive device performs control to suppress the braking force in order to suppress an increase in overhead wire voltage. This is called light load regenerative control. During this light load regenerative control operation, a braking force smaller than the braking force command is output from the main motor 5. At this time, the braking force of the mechanical brake 8 compensates for the insufficient braking force.
[0015]
When conducting energy-saving operation, plan an appropriate driving pattern Along with It is important to actually perform traveling along the traveling pattern. Devices that automatically generate a thrust command without an operator such as an automatic train operation device (ATO) and an automatic train stop device (TASC) are known as means for realizing an operation that matches a traveling pattern. . According to these devices, it is possible to realize traveling that follows the optimum traveling pattern by giving an accurate thrust without delay. However, since the system is directly involved in the vehicle drive braking system and the ground equipment for position detection is indispensable, the system becomes complicated and the cost increases.
[0016]
On the other hand, by instructing the driver with the optimally planned thrust, it is possible to expect to achieve train travel close to the planned travel pattern through the skill of the driver. That is the driving assistance device. Although the energy saving effect in the case of such a driving support device is inferior to that in the case of ATO or TASC due to the driver's reaction delay or the like, it only gives instructions to the driver and does not directly relate to the drive braking device of the vehicle. Therefore, there is an advantage that the system can be simplified. In addition, since it is ultimately operated by the driver, it is possible to remove or simplify ground equipment for position detection. As a result, cost reduction can be expected and the cost performance is excellent. Furthermore, in recent years, there is a concern that the driver's driving technology will be reduced due to the ATO, and in the case of the driving support device, thrust adjustment is always performed based on the judgment of the driver. Does not occur.
[0017]
The present invention provides an automatic train operation device and a train operation support device for realizing energy-saving operation that can reduce energy loss that occurs during traveling on the assumption that the train stops at a fixed position on time in traveling between stations. It is intended to provide.
[0018]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is directed to a drive braking device that generates a traveling pattern for a train to stop at a predetermined time at a predetermined time, and includes an electric device including an inverter and a main motor. A means for providing a thrust command for realizing a running pattern, and a loss index representing energy loss generated in the drive braking device during traveling of the train, the energy loss index representing energy loss caused by mechanical braking during braking operation In the automatic train driving apparatus, comprising: a loss index calculating means for calculating a loss index including at least; and a travel pattern correcting means for correcting the travel pattern so as to reduce energy loss based on the loss index. The calculation means uses the brake loss index as a predicted amount of the power running load amount in the same power section or Is intended for calculating, based on the survey, characterized in that.
[0019]
In the automatic train driving device according to claim 1, after ensuring the fixed-time property and fixed-position stop property, an optimum traveling pattern that minimizes energy loss caused by the mechanical brake at the time of braking of the drive braking control is generated, Optimum energy saving effect can be achieved while ensuring timeliness and fixed position stoppage. In addition, since the thrust is corrected according to the power running load amount in the same power section, it is possible to accurately grasp the energy loss that fluctuates due to the power running load, and realize more effective energy saving traveling of the train. be able to.
[0020]
The invention according to claim 2 is the automatic train driving device according to claim 1, wherein the travel pattern correction means calculates the travel pattern in advance and stores the travel pattern in a storage device, and a travel pattern corresponding to the train travel time. Means for sequentially reading out the data from the storage device.
[0021]
In the automatic train driving device according to claim 2, by performing the optimal travel plan in advance, it is possible to avoid the restriction of the calculation time required for the optimal travel plan, to obtain a more optimal travel pattern, and to further save energy. You can expect. Further, by calculating the traveling pattern in advance, it is possible to improve the reliability of the system by checking and confirming the traveling pattern and eliminating the abnormal pattern.
[0022]
The invention according to claim 3 generates a travel pattern for stopping the train at a predetermined time at a predetermined time, and a thrust command for realizing the travel pattern in a drive braking device having an electric device including an inverter and a main motor. And a loss index that represents an energy loss that occurs in the drive braking device during travel of the train and that includes at least an energy loss index that represents an energy loss caused by mechanical braking during braking operation In an automatic train driving apparatus comprising: an arithmetic means; and a traveling pattern correction means for correcting the traveling pattern so as to reduce energy loss based on the loss index, an overload of an electric device including the inverter and the main motor An overload index calculating means for calculating an overload index representing the state, Over emissions correction means, based on the overload indicator, the electrical equipment is to correct the running pattern so as not to overload, characterized in that.
[0023]
In the automatic train driving device according to claim 3, by avoiding a running pattern that exceeds the rating of the electric equipment, it is possible to avoid operation stop / failure due to overloading of the electric equipment and improve system reliability. .
[0024]
According to a fourth aspect of the present invention, in the automatic train driving device according to the third aspect, the travel pattern correction means performs the correction of the travel pattern even while the train is traveling.
[0025]
In the automatic train operation device according to claim 4, by carrying out the optimum travel plan while traveling, the train position / speed at that time is set as the initial condition, and the punctuality and fixed position stoppage to the next station are ensured. In addition, an optimum energy saving traveling pattern can be generated. That is, even in an unforeseen situation that deviates from the original travel pattern, it is possible to realize optimum energy-saving travel from that point. In addition, it is possible to generate an optimal energy-saving travel pattern with the position and speed as initial conditions and ensuring the punctuality and fixed position stopability to the next station, so an automatic train operation device that performs automatic train operation between stations ( It can be applied not only to (ATO) but also to a train automatic stop control device (TASC) that performs fixed position stop control only in the brake section.
[0026]
The invention according to claim 5 generates a travel pattern for stopping the train at a predetermined time at a predetermined time, and a thrust command for realizing the travel pattern in a drive braking device having an electric device including an inverter and a main motor. And a loss index that represents an energy loss that occurs in the drive braking device during travel of the train and that includes at least an energy loss index that represents an energy loss caused by mechanical braking during braking operation In the train operation support device, comprising: calculating means; and a running pattern correcting means for correcting the running pattern so as to reduce energy loss based on the loss index, the loss index calculating means includes the brake loss index. Calculating based on the predicted amount or actual amount of power running load within the same power section There, with the recommended thrust instruction means for instructing the recommended value of the thrust according to the thrust command to the operator shall, characterized in that.
[0027]
In the train operation support device according to the fifth aspect, the thrust recommended planting is instructed so that the thrust command Fcmd corresponding to the recommended thrust value Frec is obtained. By driving in accordance with the thrust recommended plant instructed by the driver, it is possible to achieve energy-saving running with reduced energy loss while ensuring fixed-position stoppage. In this case, since the driver always gives the thrust command to the drive braking device, even if an unexpected situation occurs, it can be dealt with promptly and the system reliability can be improved. The thrust command to the drive braking device is not directly controlled from the train operation support device, and the system can be simplified. Therefore, the system reliability can be improved and the cost can be reduced. In addition, the driver gives a thrust command directly, and there is no need to make the fixed position stop accuracy strict, and the apparatus can be realized easily. System reliability can be improved and costs can be reduced. Also, directly, the driver gives a thrust command, prevents the driver from degrading the skill, and unforeseen due to a decrease in the operation technique of the driver, which is problematic in the system equipped with the automatic train driving device. Issues such as dealing with the situation can be avoided.
[0028]
The invention according to claim 6 is the train operation support device according to claim 5, wherein the recommended thrust instruction means includes means for visually displaying the recommended thrust in the vicinity of the master controller.
[0029]
In the train operation support device according to claim 6, the driver can visually know the thrust to be set in order to realize the energy-saving traveling that secures the punctuality and the fixed position stopability. It is possible to contribute to the realization of energy-saving traveling that secures position stoppage. This support means is not directly and mechanically related to the drive braking control system, and the thrust is operated by the driver, so if an unexpected situation occurs, it can be promptly dealt with at the driver's discretion. Yes, it can contribute to the improvement of system reliability. Further, a visual display device simply using a lamp or LED is easy to realize, and the cost of the device can be reduced without impairing system reliability.
[0030]
The invention according to claim 7 is the train operation support device according to claim 5, wherein the recommended thrust instruction means includes means for transmitting the recommended thrust by voice.
[0031]
In the train driving support device according to the seventh aspect, the driver can know the thrust to be set as a voice announcement. The driver can realize energy-saving traveling while ensuring fixed time and fixed position stopping by performing the driving operation according to the announcement. In this case, since the instruction is not based on visual instructions, the driver's attention is not distracted, and the driver can concentrate on driving. Therefore, it is possible to reduce the possibility of an accident due to carelessness in the front and improve the reliability of the system.
[0032]
The invention according to claim 8 is a thrust command for generating a travel pattern for stopping the train at a predetermined time at a predetermined time, and realizing the travel pattern in a drive braking device having an electric device including an inverter and a main motor. And a loss index that represents an energy loss that occurs in the drive braking device during travel of the train and that includes at least an energy loss index that represents an energy loss caused by mechanical braking during braking operation In a train operation support device comprising: a calculation unit; and a travel pattern correction unit that corrects the travel pattern so as to reduce energy loss based on the loss index, a driver is provided with a recommended thrust value related to the thrust command. Recommended thrust instruction means for instructing and a master controller having a servo mechanism The recommended thrust instructing means, the master controller of the position, and controlling the speed, acceleration, and force, it is characterized.
[0033]
In the train operation support device according to the eighth aspect, the master controller is controlled by the servo mechanism so that the thrust command Fcmd corresponding to the recommended thrust value Frec is obtained. Therefore, automatic operation is possible when no driver is present, and energy-saving travel can be realized with high accuracy of fixed time and fixed position stoppage. Even when the driver intervenes, the driver can sense the angle of the mascon to be taken in order to realize the energy saving operation as a reaction force from the mascon, and as a result, the effect of the energy saving operation can be achieved.
[0042]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, implementation of the present invention will be described. Form Will be described in detail with reference to the drawings.
[0043]
<First Embodiment>
FIG. 1 shows the first implementation. Form It is a block diagram which shows schematic structure of the automatic train driving device by. Since this embodiment relates to the optimum travel planning unit of the automatic train operation apparatus, the other parts are not shown.
[0044]
The optimum travel plan unit 13 shown in FIG. 1 includes a travel pattern correction index calculation unit 15, a travel pattern correction unit 19, a travel distance correction unit 20, and a punctuality determination unit 21. The travel pattern correction index calculation unit 15 includes a loss index calculation unit 16, an overload index calculation unit 17, and an adder 18. The loss index calculation unit 16 calculates a loss index CPL (x) at the train position x based on the provisional travel pattern (F0 (x), V0 (x)). Here, the traveling pattern represents the thrust Fn (x) and the speed Vn (x) at a certain position x.
[0045]
2 and 3 show examples of various loss indexes. FIG. 2 shows a loss index during power running, and FIG. 3 shows a loss index during brake deceleration. More specifically, FIG. 2 (a) shows an equipment loss index, FIG. 2 (b) shows a total loss index, FIG. 3 (a) shows an equipment loss index, FIG. 3 (b) shows a brake loss index, FIG. 3C shows the total loss index. Here, the equipment loss index means the loss index of electrical equipment, In particular This is the sum of the converter (inverter) loss index and the motor (main motor) loss index.
[0046]
These indexes are given as a function of the speed v and the thrust F, and are calculated by multiplying the loss [W] at a certain operating point (v, F) by the reciprocal of the speed [m / s]. By multiplying by the reciprocal of the speed, it can be normalized and evaluated as a loss generated when the speed v1 [m / s] at a certain operating point undergoes a minute change Δv [m / s].
[0047]
The total loss index CPL (x) is calculated by multiplying the sum of the equipment loss index and the brake loss index by the weighting factor W1. The weighting factor W1 is set from the viewpoint of how much loss reduction effect is obtained, or is set so as to balance with other indexes. That is,
Loss index CPL (x) = W1 × (equipment loss index + brake loss index) (2)
It is.
[0048]
The overload index calculation unit 17 calculates an overload index COL (x) at the train position x based on the provisional travel pattern (F0 (x), V0 (x)).
[0049]
Device loss is calculated as the sum of converter loss and motor loss. 4A and 4B show an example of the converter loss [W] and the motor loss [W] at each operating point. According to the provisional travel pattern (F0 (x), V0 (x)), the corresponding converter loss [W] and motor loss [W] are integrated to convert the converter loss [J taking into account the time due to travel between stations [J ] And motor loss [J] can be calculated. If these are overloads exceeding the rated value [W], an overload index corresponding to the overload is calculated. For example, the weighting factor is W2, and the converter loss index COLC (x) is

Calculated by
[0050]
Similarly, the motor loss index COLM (x) can be obtained using the motor loss index shown in FIG. 5B (however, the weighting factor is W3 and can be set independently). Overload indicator COL (x) adds these indicators,
COL (x) = COLC (x) + COLM (x) (4)
Asking.
[0051]
The adder 18 adds the loss index CPL (x) and the overload index COL (x), and calculates the total index C (x) at the train position x.
C (x) = CPL (x) + COL (x) (5)
Asking.
[0052]
The travel pattern correction unit 19 outputs the first corrected travel pattern F01 (x) by adding the total index C (x) to the thrust pattern F0 (x) of the provisional travel pattern (at this stage, the speed pattern V0 (X) is unchanged).
[0053]
Since the first corrected travel pattern F01 (x) is obtained by correcting only the thrust pattern, the travel distance does not match the predetermined value. The travel distance correction unit 20 uses the first corrected travel pattern (F01 (x), V0) based on the route conditions, vehicle conditions, and travel resistance stored in the database 3 so that the travel distance x matches a predetermined value. (X)) is corrected, and the second corrected travel pattern (F02 (x), V02 (x)) and the travel time Trun are output. The distance correction can be realized by a method of adjusting the coasting time, for example. The distance correction method is not limited to this.
[0054]
The punctuality determination unit 21 determines whether or not the traveling time Trun is within an allowable error with respect to a predetermined value. If the travel time Trun is outside the allowable error, the second corrected travel pattern (F02 (x), V02 (x)) is used as a new provisional travel pattern (F0 ′ (x), V0 ′ (x)). , Recalculate. When the travel time Trun falls within the allowable error, it is output as an optimal travel pattern (F1 (x), V1 (x)).
[0055]
With the above configuration, the provisional travel pattern (F0 (x), V0 (x)) is corrected by the loss index CPL (x) and the overload index COL (x) for the thrust at the position x where the effect is remarkably obtained. To go. For example, FIG. 6 shows a result of running pattern generation according to the embodiment of the present invention. In this case, the overload indicator has no effect on the assumption that the overload state is not reached. A provisional pattern is indicated as “original pattern (A)”. What is indicated as “index application (B)” is the first corrected travel pattern (F01 (x), V01 (x)). The larger the loss index, the higher thrust correction is applied and the braking force is weakened. On the other hand, although the value is small on the power running acceleration side, the tensile force corresponding to the loss index is corrected. Although “notch quantization (C)” does not appear in the embodiment of the present invention, it corresponds to the case where there are only six notches and continuous thrust cannot be output. The thrust corresponding to the notch that minimizes the thrust error is selected for the pattern thrust F01 (x). The “distance adjustment (D)” is a second corrected travel pattern (F02 (x), V02 (x)) in which the travel distance is corrected to the predetermined value 1300 m with respect to the “notch quantization (C)” pattern. It is. The loss of the travel pattern before the correction is 2070 [kJ], whereas the loss of the second corrected travel pattern is 1650 [kJ], and the energy loss is considerably reduced. The running time of the former is 84.5 [sec], while the latter is slightly increased to 84.9 [sec]. By repeatedly performing the calculation until the travel time reaches a predetermined value, the optimal travel pattern F1 (x) that minimizes the energy loss involved in the drive braking control is generated while ensuring the fixed time and fixed position stoppage. can do. In this way, it is possible to achieve an optimum energy saving effect while ensuring timeliness and fixed position stopping properties.
[0056]
In the case of a travel pattern that only minimizes the total energy loss, there is a possibility that the energy loss that occurs in an electric device such as the inverter 4 (converter) and the main motor 5 (motor) included in the drive braking device 2 may increase. The operating range of electrical equipment is defined as a rating. Under operating conditions that exceed that range, that is, overload conditions, a protective operation or failure / burnout may occur due to temperature rise due to heat generation. The overload index calculation unit 17 determines the degree of overload of each device from the provisional travel pattern. If the result of the determination is an overload, the thrust is corrected according to the overload index so that the energy loss in the electrical device is suppressed. Since the thrust is corrected in a region where the energy loss is large, an overload state can be effectively avoided. In this way, it is possible to avoid the operation stop / failure due to overload of the electric equipment, and to improve the reliability of the system.
[0057]
By implementing the optimal travel plan even while the train is running, the optimal energy-saving travel pattern is generated while ensuring the fixed time and fixed position stoppage to the next station with each instantaneous position and speed as initial conditions. can do. That is, even when the vehicle deviates from the initial traveling pattern due to speed limitation such as ATC, an optimum energy saving traveling pattern from that state can be obtained. Forcing the initial driving pattern to follow may lead to an increase in loss, which is not desirable from the viewpoint of energy loss. Therefore, even in an unforeseen situation that deviates from the original travel pattern, it is possible to realize optimum energy-saving travel from that point.
[0058]
In this embodiment, the position and speed are set as the initial conditions, and the optimal energy-saving travel pattern can be generated after securing the fixed time and fixed position stoppage to the next station. Not only the train operation device (ATO) but also the train automatic stop control device (TASC) that performs the fixed position stop control only in the brake section is possible.
[0059]
In this embodiment, assuming that the travel distance matches the predetermined value, the algorithm is configured to correct the travel pattern until the travel time reaches a predetermined value. Can be configured as an algorithm that corrects the travel pattern until the travel distance reaches a predetermined value.
[0060]
<Second Embodiment>
FIG. 7 is a block diagram showing a schematic configuration example of the automatic train driving apparatus according to the second embodiment. The same parts as those in FIG. A different part from the above will be described.
[0061]
The loss index calculation unit 16 receives the operation schedule from the database 3 and the powering load amount from the database 36. As the power running load amount of the database 36, the power of the train during power running acceleration for each feeding section at a certain time, that is, the power running load amount is stored. The loss index calculation unit 16 extracts the corresponding power running load from the operation schedule and the power running load database information. As described above, since the value of the brake loss changes depending on the power running load, a loss index corresponding to the power running load amount is calculated. Others are the same as in FIG.
[0062]
As described above, the following operations and effects can be achieved.
[0063]
The loss index CPL (x), particularly the brake loss index, is adjusted according to the predicted power running load. For example, FIG. 3B shows a brake loss index when the power running load is sufficient, and the loss index increases as the speed and brake force are higher due to the restriction of the electric capacity of the inverter 4. FIG. 8 shows a brake loss index when the power running load is not sufficient (125 kW / main motor). In this case, there is a region where the electric braking force equivalent to the thrust command Fcmd cannot be output because the power running load is not sufficient. That is, the loss index increases from a lower speed. Therefore, it is possible to accurately predict the energy loss due to the load state, and more effective energy saving traveling can be realized.
[0064]
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of an automatic train driving device according to the third embodiment. The same parts as those in FIG. 16 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. Will be described.
[0065]
In place of the provisional travel planning unit 12 and the optimum travel planning unit 13 in FIG. 16, a database 34 and a travel pattern extraction unit 35 are provided in the apparatus in FIG. 9. The database 34 stores a traveling pattern when traveling between stations of each train. The traveling pattern extraction unit 35 extracts a traveling pattern F1 (x) corresponding to the current traveling between stations from the database 3 storing the operation schedule. The travel pattern stored in the database 34 can be realized by executing the optimum travel plan shown in the first embodiment in advance and storing the resulting optimum travel pattern.
[0066]
With the above configuration, the following operations and effects can be achieved.
[0067]
The generation of the optimal travel pattern takes time for calculation because the optimal plan is performed by repeating the convergence calculation. Therefore, when the travel plan to the next station is executed while the vehicle is stopped at the departure station, there may be a case where sufficient optimality cannot be obtained due to the limitation of the calculation time. By performing these plans in advance, it is possible to avoid the limitation of the calculation time and obtain an optimum traveling pattern. In this way, the energy saving effect can be further improved. Further, it is possible to check and check the traveling pattern by calculating the traveling pattern in advance. As a result, it is possible to eliminate abnormal patterns and improve the reliability of the system.
[0068]
<4th implementation Form >
FIG. 10 is a block diagram showing a schematic configuration of an electric vehicle system provided with a train operation support apparatus according to the fourth embodiment. The same parts as those in FIG. Here, different parts will be described.
[0069]
Here, in place of the automatic train operation device 1 in the first embodiment, a train operation support device 22 is provided. The train operation support device 22 performs the same processing as the automatic train operation device 1 in the first embodiment, and generates and outputs a recommended thrust value Frec. That is, the train operation support device 22 corresponds to a device that outputs a recommended thrust value Frec instead of the thrust command Fcmd in the automatic train operation device 1. This recommended thrust value Frec is input to a thrust instruction device 24 attached to the master controller 23. The mascon 23 outputs a thrust command Fcmd corresponding to the mascon angle or position to the drive braking device 2.
[0070]
A configuration example of the thrust instruction device 24 is shown in FIG. The thrust instruction device 24 includes an angle command calculation unit 25, an impedance controller 26, a servo amplifier 27, a servo motor 28, and an encoder 29. The servo motor 28 is mechanically coupled to the mascon 23.
[0071]
The recommended thrust value Frec output from the train operation support device 22 is input to the angle command calculation unit 25. The angle command calculation unit 25 calculates a mascon angle corresponding to the input recommended thrust value Frec and outputs it as an angle command θcmd. The impedance controller 26 inputs the angle command θcmd and the actual master control angle θ detected by the encoder 29, and the torque command Tcmd for matching the latter (angle θ) with the former (angle command θcmd) is a servo amplifier. 27 output. The servo amplifier 27 drives the servo motor 28 so that the output torque of the servo motor 28 matches the torque command Tcmd.
[0072]
The impedance controller 26 controls the servo motor 28 so as to obtain a desired impedance (moment of inertia J, damping D, stiffness K) with respect to the torque Tope applied by the driver to the mass control 23. The figure is as shown in FIG. 12, for example. J0 is an equivalent moment of inertia of the rotor of the servo motor 28 and the mass control 23, and g1 and g2 are equivalent to the cutoff frequency of the filter for noise removal.
[0073]
When the angle command θcmd is set to zero, the torque applied to the master controller 23 from the outside, that is, the transfer function θ (s) from the torque Tope applied to the master controller 23 to the master controller angle θ by the noise cut filter If neglected, it can be expressed by the following equation, and it can be seen that a desired impedance (J, D, K) can be obtained.
[0074]
[Expression 1]

With the above configuration, the following operations and effects can be achieved.
[0075]
The thrust instruction device 24 controls the angle θ of the mascon 23 by the servo motor 28 so that a thrust command Fcmd that coincides with the recommended thrust value Frec calculated by the train operation support device 22 is obtained. As a result, when the driver operates the master controller 23, the driver feels that the desired impedance (J, D, K) is obtained by the impedance control by the impedance controller 26. That is, the driver does not touch the mascon 23 Status Then, a thrust command Fcmd corresponding to the recommended thrust value Frec is obtained. On the other hand, when the driver operates the master controller 23, it receives a force in the direction of the recommended thrust value Frec from the servo motor 28, but can be set to an arbitrary angle, that is, a thrust command Fcmd. That is, the driving that the driver leaves to the train driving support device 22 is also possible, and the driver can arbitrarily control the thrust command by operating the mass control 23 as necessary. The angle θ of the mascon 23 to be taken in order to realize the energy saving operation can be detected as a reaction force from the mascon 23, and it is possible to operate while being aware of the fixed position stop pattern that is energy saving. It becomes possible. Therefore, it is possible to realize energy-saving traveling and fixed-position stopping traveling by the operation of the driver, and to quickly cope with an unexpected situation.
[0076]
The thrust command Fcmd to the drive braking device 2 is not directly controlled from the train operation support device 22, but is given by the angle θ of the existing master controller 23, and the system can be simplified. Further, in the case of a train operation support device, an operator is finally present, and there is no need to strictly fix the fixed position stop of the train operation support device 22, and the device can be realized easily. . This can improve system reliability and reduce costs.
[0077]
Further, in the case of a train operation support device, the driver is finally interposed, and the operation skill of the driver is always required. According to the present embodiment, it is possible to avoid problems such as coping with unforeseen circumstances due to a decline in the operation technique of the driver, which is regarded as a problem in a system including an automatic train driving device.
[0078]
<Fifth embodiment>
FIG. Of the fifth implementation Form Train operation by Support device It is a block diagram which shows the example of schematic structure. This implementation Form Since the configuration of the thrust instruction device 24 is different from that of the fourth embodiment, the different parts will be described here. However, in the present embodiment, the thrust command is given as a power running acceleration 6th stage (P1 to P6), brake deceleration 6th stage (B1 to B6), neutral (N), and emergency brake (EB) with a mascon notch. . Here, the notch means a pattern of speed versus thrust, which is used in current train drive control. The number of notches ranges from several to 30 or more, and various types are used depending on the system. In addition, FIG. The mascon 23 shows a schematic configuration as viewed from above.
[0079]
The thrust instruction device 24 includes a recommended notch display control unit 30 and a lamp group 31. In the illustrated embodiment, the ramp group 31 includes six ramps corresponding to the power running acceleration notches P1 to P6, six ramps corresponding to the brake deceleration notches B1 to B6, a ramp corresponding to the neutral notch N, and Consists of 14 lamps corresponding to the emergency brake notch EB. The recommended notch display control unit 30 receives the recommended notch command Nrec from the train operation support device 22 and performs control so that the corresponding lamp is lit.
[0080]
With the above configuration, the following operations and effects can be achieved.
[0081]
The driver confirms the notches to be set by turning on the lamp to realize energy-saving travel that ensures timeliness and fixed position stopping. For example, if the content of the recommended notch command Nrec is the power running acceleration notch P6, the corresponding lamp is lit, and if it is the brake deceleration notch B3, the corresponding lamp is lit. The driver observes the lighting state of the lamp, and performs the notch operation on the master controller 23 corresponding to the lamp lighting state, thereby realizing energy saving traveling with reduced energy loss.
[0082]
The thrust instruction device 24 is not directly and mechanically related to the drive braking control system, and the driver intervenes. Therefore, when the unexpected situation occurs, the driver promptly copes with it. System reliability can be improved. A display device using a lamp or LED (light emitting diode) is simpler to implement than the servo mechanism of the masscon 23 according to the fourth embodiment, improves the reliability of the system, and further reduces the cost of the device. be able to.
[0083]
<Sixth Embodiment>
FIG. 14 is a block diagram illustrating a schematic configuration example of a train operation support apparatus according to the sixth embodiment. Since this embodiment is different from the fifth embodiment in the configuration of the thrust instruction device 24, different parts will be described here.
[0084]
The thrust instruction device 24 in the present embodiment includes a recommended notch display control unit 32 and an audio output unit 33. The recommended notch display control unit 32 receives the recommended notch command Nrec from the train operation support device 22 and controls the audio output unit 33 so that a corresponding announcement is output. For example, when the recommended notch is B3, “Brake 3 notch” is announced.
[0085]
With the above configuration, the following operations and effects can be achieved.
[0086]
The driver can know the notch to be set in order to realize energy-saving travel that ensures timeliness and fixed position stoppage. Thereby, there can exist the same effect | action and effect as 5th Embodiment. When the recommended notch is displayed by the lamp as in the fifth embodiment, the driver's attention is concentrated on the display, and as a result, it may not necessarily lead to the occurrence of an accident due to carelessness of the front. On the other hand, according to voice instruction transmission, such a problem can be avoided and the reliability of the system can be improved.
[0087]
【The invention's effect】
The present invention can realize energy-saving operation with reduced energy loss during traveling while ensuring the condition of stopping at a fixed position at a fixed time in traveling between stations of a train.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of an automatic train driving apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a map showing an example of a device loss index and a total loss index during power running.
FIG. 3 is a map showing an example of a device loss index, a brake loss index, and a total loss index during braking.
FIG. 4 is a map showing an example of a converter loss index and a motor loss index during power running.
FIG. 5 is a map showing an example of converter loss and motor loss during power running.
FIG. 6 is a map showing an example of a running pattern according to the first embodiment.
FIG. 7 is a block diagram of an automatic train driving device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a map showing an example of brake loss when a power running load amount is limited.
FIG. 9 is a block diagram of an automatic train driving device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram of a train operation support apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a block diagram illustrating a configuration example of a thrust instruction apparatus according to a fourth embodiment.
12 is a block diagram of a control system of the thrust instruction apparatus of FIG.
FIG. 13 is a block diagram showing a configuration example of a thrust instruction apparatus of a train operation support apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing a configuration example of a thrust instruction apparatus of a train operation support apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a block diagram illustrating a configuration example of a general electric vehicle system including an automatic train driving device.
16 is a block diagram of an automatic train operation device in the system of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Automatic train operation equipment (ATO)
2 Drive braking device
3 Database
4 VVVF inverter
5 Main motor
6 Brake control device
7 wheels
8 Mechanical brake
9 Speed detector
10 Ground detector
11 rails
12 Provisional Travel Planning Department
13 Optimal travel planning department
14 Thrust command generator
15 Traveling pattern correction index calculation unit
16 Loss index calculator
17 Overload index calculator
18 Adder
19 Traveling pattern correction unit
20 Travel distance correction unit
21 Periodicity judgment section
22 Train operation support device
23 Master controller (mascon)
24 Thrust indicator
25 Angle command calculator
26 Impedance controller
27 Servo amplifier
28 Servo motor
29 Encoder
30 Recommended Notch Display Control Unit
31 lamp
32 Recommended Notch Display Control Unit
33 Audio output unit
34 Database
35 Traveling pattern extraction unit
36 database

Claims

Means for generating a travel pattern for the train to stop at a predetermined time at a predetermined time, and giving a thrust command for realizing the travel pattern to a drive braking device having an electric device including an inverter and a main motor ;
A loss index calculating means for calculating a loss index that includes at least an energy loss index that represents energy loss caused by mechanical braking during braking operation, the loss index representing energy loss that occurs in the drive braking device during traveling of the train;
Traveling pattern correction means for correcting the traveling pattern so as to reduce energy loss based on the loss index ;
In an automatic train driving device equipped with
The loss index calculating means is configured to calculate the brake loss index based on a predicted amount or a measured amount of a power running load amount in the same power section .
An automatic train driving device characterized by that.

In the automatic train driving device according to claim 1,
The travel pattern correcting means includes means for calculating the travel pattern in advance and storing the travel pattern in a storage device, and means for sequentially reading out the travel pattern corresponding to the time of train travel from the storage device .
An automatic train driving device characterized by that.

Means for generating a travel pattern for the train to stop at a predetermined time at a predetermined time, and giving a thrust command for realizing the travel pattern to a drive braking device having an electric device including an inverter and a main motor ;
A loss index calculating means for calculating a loss index that includes at least an energy loss index that represents energy loss caused by mechanical braking during braking operation, the loss index representing energy loss that occurs in the drive braking device during traveling of the train;
Traveling pattern correction means for correcting the traveling pattern so as to reduce energy loss based on the loss index ;
In an automatic train driving device equipped with
An overload index calculating means for calculating an overload index representing an overload state of an electric device including the inverter and the main motor ;
The travel pattern correction means corrects the travel pattern based on the overload index so that the electric device is not overloaded.
An automatic train driving device characterized by that.

In the automatic train driving device according to claim 3,
The travel pattern correction means performs the correction of the travel pattern even while the train is traveling.
An automatic train driving device characterized by that.

Means for generating a travel pattern for the train to stop at a predetermined time at a predetermined time, and giving a thrust command for realizing the travel pattern to a drive braking device having an electric device including an inverter and a main motor ;
A loss index calculating means for calculating a loss index that includes at least an energy loss index that represents energy loss caused by mechanical braking during braking operation, the loss index representing energy loss that occurs in the drive braking device during traveling of the train;
Traveling pattern correction means for correcting the traveling pattern so as to reduce energy loss based on the loss index ;
In the train operation support device with
The loss index calculating means calculates the brake loss index based on the predicted amount or the actually measured amount of the power running load amount in the same power section ,
Provided with a recommended thrust instruction means for instructing a driver a recommended value of thrust according to the thrust command ;
A train driving support device characterized by that.

In the train operation support device according to claim 5,
The recommended thrust instruction means includes means for visually displaying the recommended thrust in the vicinity of the master controller .
A train driving support device characterized by that.

In the train operation support device according to claim 5,
The recommended thrust instruction means includes means for transmitting the recommended thrust by voice .
A train driving support device characterized by that.

Means for generating a travel pattern for the train to stop at a predetermined time at a predetermined time, and giving a thrust command for realizing the travel pattern to a drive braking device having an electric device including an inverter and a main motor ;
A loss index calculating means for calculating a loss index that includes at least an energy loss index that represents energy loss caused by mechanical braking during braking operation, the loss index representing energy loss that occurs in the drive braking device during traveling of the train;
Traveling pattern correction means for correcting the traveling pattern so as to reduce energy loss based on the loss index ;
In the train operation support device with
Recommended thrust instruction means for instructing a driver a recommended value of the thrust related to the thrust command;
A master controller having a servo mechanism;
The recommended thrust instruction means controls the position, speed, acceleration, and force of the master controller .
A train driving support device characterized by that.