JP7454522B2

JP7454522B2 - 車両併合システム

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Publication number: JP7454522B2
Application number: JP2021049123A
Authority: JP
Inventors: 瑳佳北井; 努吉田; 祐磨臺
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2021-03-23
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2024-03-22
Anticipated expiration: 2041-03-23
Also published as: JP2022147743A; WO2022202061A1

Description

本発明は車両併合システムに関する。

列車の併合作業は、無信号状態で列車同士を低速で接近し結合させる必要があるため、慎重な操作が要求され運転士の負荷が高い。そこで、人に代わり安全を担保し、自動で併合する装置が求められている。
特許文献１には、併合作業を行う際に、被併合車両から出力される併合準備完了信号を無線伝送装置を介して併合車両が受信した場合に、ミリ波無線伝送装置及び併合支援装置で算出される残走行距離によって速度パターンを算出し、その速度パターンに従い走行することで併合を行う旨が記載されている。
また、被併合車両に設置したカメラにより撮影した映像を、併合車両の運転席に設置されたモニタに送信することで、併合車両の運転士が自車の連結器のカバー状態を確認し安全確認を行う方法が記載されている。

特開２０１１－２５４６６６号公報

特許文献１に記載されている発明では、併合車両だけでなく、被併合車両にも無線伝送装置が備えられていることが前提となっている。このため、無線伝送装置を有しない被併合車両への対応については検討されていない。また、モニタ上の画像から人間が連結器の向きを目視で確認する場合、連結器のわずかな曲がりを判断することは難しく、連結器の向きが実際には併合不可な向きに曲がっているにも関わらず、併合動作を実施した場合には、車両を故障させるおそれがある。
本発明の目的は、車両間の通信機能を持たない列車同士であっても、人間の監視・操作無しで安全に併合することができる車両併合システムを提供することにある。

本発明の代表的な車両併合システムの一つは、速度算出装置、距離測定装置、連結器形状検知装置、併合可能判定装置及び併合管理装置を備える車両併合システムである。そして、前記速度算出装置は、併合車の走行速度を算出し、前記距離測定装置は、前記併合車と被併合車との距離情報を算出し、前記連結器形状検知装置は、前記併合車及び前記被併合車の連結器の状態を検知し、前記併合可能判定装置は、前記併合車の連結器が併合可能な連結器をあらかじめ記憶し、前記連結器形状検知装置の測定結果と記憶されている連結器とを比較し、前記被併合車の連結器が併合可能な連結器である場合に、前記併合車及び前記被併合車が併合可能な状態であると判定し、前記併合管理装置は、前記併合可能判定装置が併合可能な状態であると判定した場合には、前記距離情報と前記走行速度から走行計画を算出する。

本発明によれば、車両間の通信機能を持たない列車同士であっても、人間の監視・操作無しで安全に併合することができる車両併合システムを提供することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

車両併合システムのブロック構成を示す図併合管理装置１２５の処理フローの一例を示す図併合開始条件の一例を示す図距離情報正常判定処理の処理フローの一例を示す図併合管理装置１２５における走行計画作成処理の一例を示す図併合管理装置１２５における走行計画の一例を示す図併合可能判定装置１２４の処理フローの一例を示す図連結器形状検知装置１２２における連結器の向きの検知の一例を示す図距離測定装置１２３における連結器間距離検知の一例を示す図

本実施例では、以下、図１～図９を参照して、別々の編成として走行する被併合車１０１と、その後方を走行する併合車１０２が連結器によって連結するための連結制御を行う車両併合システムの第１の実施の形態を説明する。
また、本実施例では、被併合車１０１、併合車１０２とも１両編成を例に説明するが、それぞれ２両以上の車両から構成される編成車両にも適用可能である。このことは他の実施例でも同様である。
さらに、本実施例では併合車１０２が前進することで被併合車と連結する実施例を説明するが、本発明は併合車１０２が前進する場合に限定されるものではなく、被併合車１０１が併合車１０２の後方に位置し、併合車１０２が後退することで被併合車１０１に連結する場合にも適用することができる。このことは他の実施例でも同様である。

（ブロック構成）
本実施例の車両併合システムの構成を図１に示す。被併合車１０１は背面に連結器１１１を備える。また併合車１０２は前面に連結器１２１と、連結器形状検知装置１２２と、距離測定装置１２３とを備え、さらに連結を行うための併合可能判定装置１２４と、併合管理装置１２５と、走行制御装置１２６と、速度センサ１２７とを備える。

連結器１１１と連結器１２１は、それぞれの一部を接触させることで車両同士を連結させる装置である。以降、連結器同士が接触する面を連結面と呼称する。
連結器形状検知装置１２２は、連結器１１１と連結器１２１の形状を計測可能な位置に設置され、各連結器形状の計測結果を併合可能判定装置１２４へ出力する。連結器形状検知装置１２２はカメラ、距離画像センサ、２次元または３次元の点群情報を取得可能な光学式測距センサ（ＬｉＤＡＲ：ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＲａｎｇｉｎｇ。以下、ライダーと呼ぶ）などが考えられる。カメラの場合は画像情報を、ライダーの場合は点群情報を、距離画像センサの場合は画像情報と点群情報または、どちらか一方を併合可能判定装置１２４へ出力する。

なお、搭載する装置の個数は被併合車１０１、併合車１０２双方の連結器を計測可能であればいくつでもよい。また、一方の連結器を計測するセンサとしてカメラを設置し、もう一方の連結器を計測するセンサとしてライダーを設置するなど、別々のセンサを組み合わせてもよい。以降は、連結器形状検知装置１２２としてカメラを２個の搭載した場合を例に説明する。

距離測定装置１２３は、併合車１０２の連結器１２１の連結面から、被併合車１０１の連結器１１１の連結面までの距離を算出し、距離情報として併合管理装置１２５へ出力する。距離算出方法の詳細については後述する。距離測定装置１２３としては、レーザレーダや超音波センサ、赤外線センサ等の測距センサやステレオカメラ、ライダー等、距離を非接触で計測できる装置であれば種類は問わない。
また、連結器形状検知装置１２２で距離情報を取得できる場合は、連結器形状検知装置１２２を距離測定装置１２３として使用してもよい。例えば、ＴＯＦなどの距離画像センサを用いる場合や、予め連結器のサイズを記憶しておき、カメラで捉えた連結器の画像から測距を行う場合には、連結器形状検知装置を距離測定装置として使用することができる。
以降では距離測定装置１２３としてレーザレーダを用いる場合を例に説明する。

併合可能判定装置１２４は、連結器形状検知装置１２２から連結器形状情報を入力し、併合可能判定処理により被併合車１０１と併合車１０２が併合可能か否かを判定し、併合可能と判定した場合は併合可能判定フラグの値を１に設定し、併合不可と判定した場合は併合可能判定フラグの値を０に設定して、併合可能判定フラグを併合管理装置１２５に出力する。併合可能判定処理の詳細は後述する。

併合管理装置１２５は、併合可能判定装置１２４から併合可能判定フラグを入力し、速度センサ１２７から併合車１０２の現在速度を入力し、距離測定装置１２３から距離情報を入力し、併合可能判定フラグの値が１であることをトリガとして走行計画を算出し、走行制御装置１２６へ出力する。走行計画は、被併合車１０１の連結器１１１の連結面までの距離に応じて車両の速度を制御するための計画であり、例えば、走行位置ごとに目標速度を指定した構成や、運転操作（加速・減速・惰行など）を指定した構成などでもよい。

走行制御装置１２６は、併合管理装置１２５から走行計画を入力し、速度センサ１２７から現在速度を入力し、走行計画に追従するように併合車１０２の走行速度を制御する。走行制御装置１２６は、走行計画に追従するよう併合車１０２の走行を制御できる形態であればどのような制御形式を採用してもよい。例えば、目標の位置・速度となるよう、制駆動力を算出し、車両を制御する構成でもよいし、目標の速度に追従するようにノッチを比例制御する構成でもよい。

速度センサ１２７は、併合車の速度を算出し、併合管理装置１２５と走行制御装置１２６へ出力する。速度センサは併合車の速度を算出できる形態であれば種類は問わない。例えば、車輪径と車輪回転数から速度を算出する構成でもよいし、加速度センサで検知した加速度を積分し速度を算出する構成や、ＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ）から取得した位置情報を時間微分することで算出する構成でもよい。

（併合管理装置１２５の動作）
併合管理装置１２５の処理フローを図２に示す。
＜ステップ１０１０＞
ステップ１０１０は、併合開始条件が成立しているか否かを判定し、Ｙｅｓの場合はステップ１０２０へ、Ｎｏの場合は処理を終了する。併合開始条件の詳細は後述する。
＜ステップ１０２０＞
ステップ１０２０は、併合制御開始信号を併合可能判定装置１２４へ出力し、ステップ１０３０へ進む。
＜ステップ１０３０＞
ステップ１０３０は、併合可能判定装置１２４から併合可能判定フラグを受信し、フラグの値が１であるか否かを判定する、Ｙｅｓ場合はステップ１０４０へ、Ｎｏの場合はステップ１０３１へ進む。
＜ステップ１０３１＞
ステップ１０３１は、併合不可能処理を実施し、処理を終了する。併合不可能処理の詳細は後述する。
＜ステップ１０４０＞
ステップ１０４０は、距離測定装置１２３から連結器間の距離情報を取得して、距離情報正常判定処理を実施し、ステップ１０５０へ進む。距離情報正常判定処理の詳細は後述する。
＜ステップ１０５０＞
ステップ１０５０は、距離情報正常フラグの値が１であるか否かを判定し、Ｙｅｓであればステップ１０６０へ進み、Ｎｏであればステップ１０５１へ進む。
＜ステップ１０５１＞
ステップ１０５１は、異常処理を実施して処理を終了する。異常処理の詳細は後述する。
＜ステップ１０６０＞
ステップ１０６０は、走行計画作成完了フラグの値が１であるか否かを判定し、Ｙｅｓであればステップ１０７０へ進み、Ｎｏであればステップ１０９０に進む。
＜ステップ１０７０＞
ステップ１０７０は、走行計画作成処理を実施し、ステップ１０８０へ進む。走行計画作成処理及び作成される走行計画の詳細は後述する。
＜ステップ１０８０＞
ステップ１０８０は、走行計画作成完了フラグの値が１であるか否かを判定し、Ｙｅｓであればステップ１０９０へ進み、Ｎｏであればステップ１０５１へ進む。
＜ステップ１０９０＞
ステップ１０９０は、作成した走行計画と距離測定装置１２３から入力した距離情報を走行制御装置１２６に出力し、ステップ１１００へ進む。
＜ステップ１１００＞
ステップ１１００は、併合完了条件が成立したか否かを確認し、Ｙｅｓの場合は処理を終了し、Ｎｏの場合はステップ１０４０へ戻る。ステップ１０４０へ戻った場合、以降ステップ１１００で併合完了条件が成立するまで、ステップ１０４０からステップ１１００までの処理を繰り返す。併合完了条件の詳細は後述する。

（併合開始条件）
併合開始条件の一例を図３を用いて説明する。
併合開始条件としては、例えば、図３に示すように、被併合車１０１の連結器位置をもとに設定した併合制御開始位置に、併合車１０２が到達したことをトリガとする方法である。併合制御開始位置の決定方法の詳細は後述する。
併合車１０２が併合制御開始位置に到達したことを検知する方法としては、あらかじめ併合車１０２に併合制御開始位置を記憶させておき、併合車１０２の現在位置が記憶した併合制御開始位置に到達したことを検知する手法や、走行路上にあらかじめ併合制御開始を指示する信号を送信する伝送装置を設置しておき、その信号を併合管理装置１２５が受信したことを検知する手法など、様々な手段が含まれる。また、併合車１０２の現在位置の取得方法としては、車輪径と車輪回転数から算出する方法や、ＧＮＳＳ（ＧｌｏｂａｌＮａｖｉｇａｔｉｏｎＳａｔｅｌｌｉｔｅＳｙｓｔｅｍ／全球測位衛星システム）から取得する方法など、様々な手段が含まれる。

以下では、併合制御開始位置の決定方法の詳細について説明する。併合制御開始位置は、連結器形状検知装置１２２が、確実に各車両の連結器を検知可能となるように定めた距離閾値と速度閾値を用いて、被併合車１０１の連結器１１１の位置から距離閾値を引いた位置までに、現在速度から、速度閾値まで安全に減速できる減速開始位置を設定する。
距離閾値は、連結器形状検知装置１２２の最大検知距離よりも短く、被併合車１０１の連結器１１１を十分検知可能となるようマージンを設けた距離である。マージンは、併合を行う環境の条件（屋根の有無、走行路が直線か曲線か等）や、搭載する連結器形状検知装置１２２の性能（検知距離、検知精度、分解能、計測周期）を踏まえ、確実に被併合車１０１の連結器１１１が計測可能となるように決定する。
また、速度閾値は、被併合車１０１の連結器位置で速度０となるように、最高速度を始点として設定した(描画した)常用最大ブレーキのブレーキパタンと距離閾値との交点よりも低い速度であって、かつ、距離閾値の距離を併合車１０２が走行する間に連結器形状検知装置１２２が被併合車１０１の連結器１１１と併合車１０２の連結器１２１をそれぞれ複数回計測可能となるよう設定した速度である。

なお、併合制御開始位置の決定方法には、図３に示す方法以外にも、連結器形状検知装置１２２で被併合車１０１の連結器を検知可能になったことをトリガとする手法や、距離測定装置１２３で被併合車１０１に一定の距離に近づいたことをトリガとする手法など、様々な手段が含まれる。
さらに、運転士による任意のタイミングでのスイッチ押下をトリガとする方法でもよい。この場合は、連結器形状検知装置１２２で被併合車１０１の連結器１１１が計測可能である場合はそのまま制御を開始し、そうでない場合は図３に示す距離閾値までに、速度閾値まで減速することで安全性を確保するといった手法が考えられる。

（併合完了条件）
併合完了条件としては、例えば、距離測定装置１２３で取得される連結器間距離が一定値以下になったことをトリガとする方法がある。またその他にも、車両連結時に電気回路や空気管の連結も併せて行われる車両では、連結器１２１経由で被併合車１０１からの電気信号を受信したり、空気管の圧力変化を検知することをトリガとする方法でもよい。

（距離情報正常判定処理）
距離情報正常判定処理の詳細を、図４の処理フローを用いて説明する。
＜ステップ２０１０＞
ステップ２０１０は、距離測定装置１２３から距離情報を入力し、ステップ２０２０へ進む。
＜ステップ２０２０＞
ステップ２０２０は、距離情報正常フラグが０であるか否かを確認し、Ｙｅｓの場合はステップ２０３０へ進み、Ｎｏの場合は処理を終了する。
＜ステップ２０３０＞
ステップ２０３０は、待機処理を実施し、ステップ２０４０へ進む。待機処理の詳細は後述する。
＜ステップ２０４０＞
ステップ２０４０は、距離測定装置１２３から距離情報を入力し、ステップ２０５０へ進む。
＜ステップ２０５０＞
ステップ２０５０は、距離正常判定を実施し、Ｙｅｓの場合はステップ２０６０へ進み、Ｎｏの場合はステップ２０６１へ進む。距離正常判定の詳細は後述する。
＜ステップ２０６０＞
ステップ２０６０は、距離情報正常フラグを１にして、処理を終了する。
＜ステップ２０６１＞
ステップ２０６１は、距離情報正常フラグを０にして、処理を終了する。

次に、待機処理の詳細を説明する。待機処理は、速度センサ１２７から現在速度Ｖ_１を入力し、現在速度Ｖ_１と誤差閾値ｄ_Ｌから以下の式で算出した待機時間ｔ_Ｓ秒だけ次のステップへの移行を待機する。
ｔ_Ｓ＝ｄ_Ｌ／Ｖ_１
ここで誤差閾値とはセンサの仕様上想定される測定誤差をｄとしたとき、ｄよりも大きい任意の値とする。

次に、距離正常判定の詳細を説明する。距離正常判定は、ステップ２０１０で受信した距離と、ステップ２０３０で受信した距離の差分から算出した移動距離と、速度センサ１２７から取得した現在速度及びステップ２０１０とステップ２０３０までの処理時間から算出された移動距離が誤差閾値ｄ_Ｌより小さい値であるか否かを判定する。また、距離情報正常フラグの初期値は０である。

（走行計画作成処理と走行計画）
走行計画作成処理および走行計画の詳細を、図５～図７を用いて説明する。走行計画は、惰行量を最小とすることで、乗客量や路面状況による惰行時の減速度の差の影響の削減と、併合にかかる時間の短縮を実現するように作成する。
具体的な作成例を図５Ａに示す。まず、被併合車１０１の連結器１１１の連結面位置０［ｍ］において速度がＶ_Ｍ［ｋｍ／ｈ］となるような惰行で走行するランカーブ（以下、惰行ランカーブ）を作成する。速度Ｖ_Ｍは、手動で併合した際の併合時の速度を参考に、衝突時の衝撃が可能な限り小さくなるように設定する。続いて、速度Ｖ_Ｃ［ｋｍ／ｈ］で定速走行するランカーブ（以下、定速ランカーブと呼称）を作成する。速度Ｖ_Ｃは併合車１０２が安定して定速走行可能な最も低い速度に設定する。最後に、現在速度Ｖ_１から所定の減速度で速度０［ｋｍ／ｈ］になるまで減速するランカーブ（以下、減速ランカーブと呼称）を作成する。

そして、減速ランカーブと定速ランカーブの交点までは減速ランカーブを、定速ランカーブと惰行ランカーブの交点までは定速ランカーブを、以降は惰行ランカーブを採用して、最終的に出力する計画ランカーブを作成する。ただし、図５Ｂで示すように減速ランカーブと定速ランカーブの交点の連結器間距離Ｌ_Ｃが、定速ランカーブと惰行ランカーブの交点の連結器間距離Ｌ_Ｄより小さい場合は、減速ランカーブと惰行ランカーブの交点までは減速ランカーブを、それ以降は惰行ランカーブを採用して、最終的に出力する計画ランカーブを作成する。
この時、減速ランカーブと惰行ランカーブの交点が存在しない場合は、走行計画の作成を中止する。走行計画の作成が完了した場合は走行計画作成完了フラグの値を１に設定し、走行計画の作成を中止した場合は走行計画作成完了フラグの値を０に設定する。走行計画作成完了フラグの値の初期値は０である。
上記より、併合まで停止動作を含まない走行計画を作成できる。上記により作成した走行計画の一例を図６に示す。

（併合不可能処理）
次に、併合不可能処理の詳細を説明する。併合不可能処理では、併合管理装置１２５は運転士または、ドライバレス運転等で運転士が存在しない場合は運行管理システム等に併合が不可であることを、図示していない報知手段を用いて報知する。報知手段の詳細については後述する。さらに、併合管理装置１２５は現在位置から安全に停止するまでの走行計画を作成し、走行制御装置１２６に送信する。
報知手段には運転台の画面に表示する方法や、特定の表示灯を点灯させる方法、音声案内など、運転士またはドライバレス運転等で運転士が存在しない場合は運行管理システム等が連結が不可能な状態であることを認識できる方法であればよい。

（異常処理）
次に、異常処理の詳細を説明する。異常処理では、併合管理装置１２５は併合可能判定装置１２４における併合可能判定処理により連結器が併合可能な状態であると判定した場合であっても、その他の異常がある場合には、運転士または、ドライバレス運転等で運転士が存在しない場合は運行管理システム等に、自動併合が不可能であることを報知する。
具体的には、距離情報が異常であるか、走行計画の作成が完了できない状態である場合に、自動併合が不可能であることを報知する。報知手段は併合不可能処理の場合と同様である。また、併合管理装置１２５は現在位置から安全に停止するまでの走行計画を作成し、走行制御装置１２６に送信する。

（併合可能判定装置１２４の動作）
併合可能判定装置１２４における処理の詳細を、図７の処理フローを用いて説明する。
＜ステップ３０１０＞
ステップ３０１０は、併合管理装置１２５から併合制御開始信号を受信したか否かを判定する。Ｙｅｓの場合はステップ３０２０へ進む。Ｎｏの場合は処理を終了する。
＜ステップ３０２０＞
ステップ３０２０は、連結器形状検知装置１２２から連結器１１１と連結器１２１の形状情報を入力し、ステップ３０３０へ進む。
＜ステップ３０３０＞
ステップ３０３０は、併合可能判定処理を実施し、ステップ３０４０へ進む。併合可能判定処理の詳細は後述する。
＜ステップ３０４０＞
ステップ３０４０は、併合管理装置１２５に併合可能判定フラグを送信し、処理を終了する。

（併合可能判定処理）
併合可能判定処理の詳細を図８を用いて説明する。併合可能判定処理では、被併合車１０１の連結器１１１と、併合車１０２の連結器１２１が併合可能な連結器同士であること、及び、双方の連結器が併合可能な状態であることを判定するため、以下３つの判定を実施する。
＜判定１＞
判定１：被併合車１０１の連結器１１１と併合車１０２の連結器１２１が併合可能な種類同士であること。
＜判定２＞
判定２：被併合車１０１の連結器１１１と併合車１０２の連結器１２１のそれぞれの連結器カバーが開いていること。
＜判定３＞
判定３：被併合車１０１の連結器１１１と併合車１０２の連結器１２１が併合可能な向きであること。
併合可能判定装置１２４は上記３つの判定すべてにおいて併合可能と判定された場合にのみ併合可能判定フラグの値を１に設定し、それ以外の場合は併合可能判定フラグの値を０に設定する。以下では各判定処理の詳細について説明する。

（判定１の処理）
まず、判定１の処理の詳細について説明する。まず、併合可能判定装置１２４は、併合車１０２の連結器１２１が併合可能なすべての連結器の画像を標準画像としてあらかじめ記憶しておく。この標準画像は、カメラ１によって撮影した画像であることが望ましい。次に、連結器形状検知装置１２２から取得された被併合車１０１の連結器１１１の画像と、標準画像を照合することで、被併合車１０１の連結器１１１が併合可能な機器であるか否かを判定する。
照合・判定手法としては、公知の画像処理手段、例えばＳＩＦＴ（Ｓｃａｌｅ－ＩｎｖａｒｉａｎｔＦｅａｔｕｒｅＴｒａｎｓｆｏｒｍ）やＳＵＲＦ（ＳｐｅｅｄＵｐＲｏｂｕｓｔＦｅａｔｕｒｅｓ）といった特徴点抽出手法によって各画像中の連結器部分の特徴量を抽出し、ＳＳＤ（ＳｕｍｏｆＳｑｕａｒｅｄＤｉｆｆｅｒｅｎｃｅｓ）、ＮＣＣ（ＮｏｒｍａｌｉｚｅｄＣｒｏｓｓＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ）等のマッチング手法を用いてそれらが一致するかを比較する手法や、公知の深層学習手法であるＣＮＮ（ＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋ）等を用いてあらかじめ併合可能な連結器の画像を学習しておいて判定する手法など、様々な手法が適用できる。

（判定２の処理）
次に、判定２の処理の詳細について説明する。判定２は、上記判定１で用いられる深層学習手法や、公知の領域分割技術、例えば領域拡張法や、Ｗａｔｅｒｓｈｅｄ法などを用いて、連結器形状検知装置１２２から取得された画像内から被併合車１０１と、被併合車の１０１の連結器１１１の領域をそれぞれ抽出する。そして、被併合車１０１は検知しているが、連結器１１１が検知できない場合には、被併合車の連結器カバーは閉じていると判定し、被併合車１０１の連結器１１１が検知できている場合は連結器カバーは開いていると判定する。

（判定３の処理）
判定３の処理の詳細について図８を用いて説明する。図８では、車体の進行方向正面方向をｙ座標、枕木方向をｘ座標とし、進行方向正面に向けて設置されたカメラ１のレンズ位置を原点とした座標系を基準座標系として説明する。
まず、被併合車１０１の連結器１１１の向きθ_２の算出方法について説明する。併合可能判定装置１２４は、判定１に用いた連結器１１１の標準画像を撮影した際の連結器１１１の向きをθ_２’とし、これを記憶しておく。判定１でマッチング手法を用いた際に算出された、画像の回転行列と、使用しているカメラの特性情報（焦点距離、画素数等）から、標準画像θ_２’からの変位量Δθ_２を算出する。この変位量Δθ_２を標準画像のθ_２’に加えた値を、現在の連結器１１１の向きθ_２として算出する。また、公知の背景差分を用いた手法などでも同様に算出可能である。
次に、併合車１０２の連結器１２１の向きθ_１の算出方法について説明する。図８のカメラ２において、併合車１０２において連結器１２１のθ_１が９０°であった時の画像を直角画像として併合可能判定装置１２４にあらかじめ記憶しておく。そして、上記θ_２の算出と同様の手法を用いることにより、カメラ２による現在の連結器１２１の画像について変位量Δθ_１を算出する。そして、この変位量を９０°に加えた値をθ_１として算出する。

これらにより求まったθ_１、θ_２が、それぞれ９０°から許容の角度誤差以内であった場合に併合可能であると判定する。どちらか一方でも許容値を超えた場合は併合不可能であると判定する。許容の角度誤差は連結器によってあらかじめ既定された併合可能な角度誤差である。上記θ_１、θ_２の算出手段はカメラ１のレンズ位置を基準座標系とし、かつカメラ２がカメラ１に対してｘ方向に平行移動した位置に設置した場合を例に説明しているが、各カメラの設置位置・角度が算出可能な位置であれば基準座標系を任意の位置に設定してよい。
上記判定１、判定２および判定３の３つの判定手法は、連結器形状検知装置１２２がカメラであった場合を例に説明したが、例えば、２次元や３次元のライダーであった場合は、あらかじめ車体や併合可能な連結器の形状情報を点群情報として保有し、公知のＩＣＰ（ＩｔｅｒａｔｉｖｅＣｌｏｓｅｓｔＰｏｉｎｔ）等の点群マッチング手法を用いることで、同様に判定することができる。

（距離測定装置１２３の動作）
距離測定装置１２３の動作の一例を図９を用いて説明する。距離測定装置１２３では併合車１０２の連結器１２１の連結面から、被併合車１０１の連結器１１１の連結面までの距離Ｌ_１を算出する。図９の基準座標系は、図８で説明したものと同様である。距離Ｌ_１は以下の式で算出される。
Ｌ_１＝Ｌ_０－Ｌ_２
ここで、距離Ｌ_０はレーザレーダにより計測されたレーザレーダの計測原点から被併合車１０１の連結器１１１の連結面までの距離である。距離Ｌ_２は、併合車１０２の連結器１２１の向きθ_１が９０°であった際の、レーザレーダの計測原点から併合車１０２の連結器１２１の連結面までの距離であり、距離Ｌ２は各機器の設置位置からあらかじめ算出することができる。上記併合可能判定処理で算出したθ_１、θ_２の双方またはいずれか一方の値が９０°でない場合は、実際に双方の連結面が接触開始する距離と上記の式で算出するＬ_１には誤差が発生する。しかし、一般的に列車に搭載される連結器の連結面の幅（ｘ方向の長さ）は数十ｃｍ程度であることから、θ_１、θ_２の双方またはいずれか一方の値が９０°でない場合の誤差は数ｃｍから十数ｃｍであると考えられる。そしてこの程度の誤差であれば併合直前の惰行時の速度変化に与える影響は微小であるため本実施例では無視できることとなる。ただし、連結面の幅が大きく、この誤差の値も大きくなる場合は、上記併合可能判定処理で算出したθ_１、θ_２と距離測定装置１２３の設置位置の情報から幾何学的に誤差を補正することとなる。
上記動作例は距離測定装置１２３にレーザレーダを用いた場合について説明したが、その他のセンサを用いる場合でも、距離Ｌ_０を非接触で取得することで、同様に算出可能である。

（走行制御装置１２６の動作）
次に、走行制御装置１２６の動作の詳細を説明する。走行制御装置１２６は、併合管理装置１２５から連結器間距離情報と走行計画とを入力し、速度センサ１２７から現在速度を入力する。走行制御装置１２６は、入力した連結器間の距離情報をもとに走行計画を参照し、対応する目標速度・運転操作の情報を算出する。算出した運転操作が減速または定速の場合は、現在速度と目標速度を比較し、目標速度に追従できる制駆動力を算出し、制駆動力の指令値を駆動装置（図示せず）に送信する。運転操作が惰行の場合は、駆動装置に惰行指令を送信し車両を惰行させる。

また、走行制御装置１２６は、速度センサ１２７として速度発電機のような低速域において速度精度が低いセンサを使用する場合には、制御精度を保つために、速度センサ１２７から入力した現在速度が図５Ａまたは図５ＢのＶ_Ｃ以上であればそのまま車両の現在速度として採用し、Ｖ_Ｃ未満の時は、以下の式で算出した速度Ｖ_Ｃを車両の現在速度として採用することとしてもよい。
Ｖ_Ｃ＝ΔＬ÷ΔＴ
ここで、ΔＬは１周期前の距離情報と、現在の距離情報の差分から算出した移動距離であり、ΔＴはその間の処理時間（１周期の時間）である。
速度センサ１２７として、全速度域で精度よく速度を取得可能なセンサを使用する場合は、常に速度センサ１２７から取得される速度を現在速度として採用することとしてもよい。

（作用効果）
上述した実施例１により、併合車１０２は、被併合車１０１が併合車１０２との通信手段を有しない場合であっても、車両間の位置関係を認識し、自動かつ併合完了まで停止することなく併合することが可能となる。また、連結器の形状を検知することで連結器が併合可能な状態であるか判定する機能や、連結器間距離の測定時の異常検知機能を備えており、かつ併合不可能な場合や異常検知時は被併合車１０１の手前で併合車１０２を停止するように制御する機能を有している。上記より、安全かつ短時間で車両を併合可能なシステムを実現することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
例えば、本開示の車両併合システムは、鉄道車両以外にも、工場内の運搬ロボット、空港内の貨物コンテナ輸送車やその他連結して走行する可能性がある移動体全般に適用することが可能である。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
例えば、併合車が備える併合管理装置、連結器形状検知装置、併合可能判定装置は、必ずしも併合車に搭載されている必要はなく、併合車と接続可能な状態で併合車の車外に備えられていてもよい。これらの装置は地上に設置されていてもよいし、併合車と被併合車の近辺のロボット等に設置されていてもよいし、クラウド上に備えられていてもよい。
また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＤｒｉｖｅ）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１０１…被併合車、１０２…併合車、１１１…被併合車の連結器、１２１…併合車の連結器、１２２…連結器形状検知装置、１２３…距離測定装置、１２４…併合可能判定装置、１２５…併合管理装置、１２６…走行制御装置、１２７…速度センサ

Claims

速度算出装置、距離測定装置、連結器形状検知装置、併合可能判定装置及び併合管理装置を備える車両併合システムにおいて、
前記速度算出装置は、併合車の走行速度を算出し、
前記距離測定装置は、前記併合車と被併合車との距離情報を算出し、
前記連結器形状検知装置は、前記併合車及び前記被併合車の連結器の状態を検知し、
前記併合可能判定装置は、前記併合車の連結器が併合可能な連結器をあらかじめ記憶し、前記連結器形状検知装置の測定結果と記憶されている連結器とを比較し、前記被併合車の連結器が併合可能な連結器である場合に、前記併合車及び前記被併合車が併合可能な状態であると判定し、
前記併合管理装置は、前記併合可能判定装置が併合可能な状態であると判定した場合には、前記距離情報と前記走行速度から走行計画を算出する
ことを特徴とする車両併合システム。
請求項１に記載の車両併合システムであって、
車両併合システムは走行制御装置を有し、
前記走行制御装置は、前記併合管理装置が算出した走行計画及び前記併合車と前記被併合車との距離及び前記併合車の前記走行速度に基づいて前記併合車の走行を制御
することを特徴とする車両併合システム。
請求項１に記載の車両併合システムであって、
前記連結器形状検知装置は、画像情報または二次元ないし三次元の点群情報のうち少なくとも一つを取得可能であることを特徴とする、車両併合システム。
請求項１に記載の車両併合システムであって、
前記併合可能判定装置は、前記連結器形状検知装置の測定結果に基づき、前記被併合車と前記併合車の双方の連結器における連結器カバーの開閉状態を検知し、前記被併合車及び前記併合車の連結器が露出している場合に、前記併合車及び前記被併合車が併合可能な状態であると判定することを特徴とする、車両併合システム。
請求項１に記載の車両併合システムであって、
前記併合可能判定装置は、前記連結器形状検知装置の測定結果に基づき、前記被併合車及び前記併合車の双方の連結器における連結器の向きを検知し、双方の連結器の向きが併合可能な状態である場合に、前記併合車及び前記被併合車が併合可能な状態であると判定することを特徴とする、車両併合システム。
請求項１に記載の車両併合システムであって、
前記連結器形状検知装置は、前記距離測定装置を兼ねる
ことを特徴とする、車両併合システム。