JPH0748921B2 - 列車自動運転装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は鉄道車両等を自動運転する自動列車運転装置
（ATO;（Automatic Train Operator）装置）に関するも
のである。

［発明の技術的背景とその問題点］ 第６図に従来技術の一例であるATO装置のブロック図を
示す。図において１はスタート指令発生部、40はこのス
タート指令発生部１の出力するスタート指令を受けて動
作し、TASCパターンを発生するTASCパターンを発生部で
ある。ここでTASCとはTrain Automatic Stop Controlの
頭文字で別名定点定位置制御とも呼ばれる方式であり、
TASCパターンとは、ある定点定位置からの車両の速度基
準を与えるためのパターンを示す。

18は車両の速度とTASCパターンとの差に基づき速度補正
値を求める速度補正演算部、４はこの速度補正演算部18
の出力に応じて加，減速ノッチテーブルをセレクトする
セレクター、５は加速ノッチテーブル、６は減速ノッチ
テーブル、7aは車両の駆動用制御装置であり、実施例に
おいてはチョッパ装置を用いている。7bはブレーキ装
置、８は車両であり、９は車両８のスピードを検出する
ための速度発電機（以下、T.Gと称する）、10はこのT.G
9からの速度パルスをもとに速度演算を行う速度演算
部、11はT.G9からの速度パルスを用いて走行距離を演算
する距離演算部である。また、12は地上の定位置に設け
られた地点ポイントを車上に知らせる地上検知部であ
る。

尚、このような構成を有するATO装置においてはほとん
どが定位置停止機能を重視する形で構成されて来てい
る。

第７図はTASCパターン発生部40の出力するTASCパターン
の一例である。41がTASCパターンであり、42は車両の実
走行カーブである。Ptは地上に設置されるポイントでこ
の地点から本格的にTASC制御が開始されることになる。

同図において−ΔＶはパターン速度−実速度の結果を表
わし、パターン速度＞実速度であることを示す。ａ点を
過ぎると、この関係は逆転しパターン速度＜実速度とな
っおり、この差は＋ΔＶである。

今、第６図，第７図および第８図を用いてATO装置の動
作を説明する。

スタート指令部１よりスタート指令が出力され、かつ地
点検知部12が地点ポイントPtを検知したところで本ATO
装置は本格的な動作を開始する。すなわち、速度演算部
10の結果とTASCパターン発生部40の出力の比較結果が−
ΔＶであれば、速度補正演算部18はセレクタ４を動作さ
せ加速ノッチテーブル５が減速ノッチテーブル６を選択
する。加速ノッチテーブル５には第８図（ｂ）に示す如
きパワーノッチ選定パターンが記憶されており、減速ノ
ッチテーブル６には第８図（ａ）に示す如きブレーキノ
ッチ選定パターンが記憶されている。

従って−ΔＶの値が小さなものであれば減速ノッチパタ
ーンテーブル６が選定され、ブレーキ装置7bがゆるめら
れることになる。−ΔＶが大きければ加速ノッチテーブ
ル５が選定され、この結果で駆動制御装置７を通じて車
両８は加速し、TASCパターン41にいつでも沿う様に動作
する訳である。

ａ点以後の＋ΔＶの時は無条件に減速ノッチテーブルが
選定され、ブレーキ装置7bの追ノッチ動作でブレーキ力
が強くなり、TASCパターン41に沿うように動作する訳で
ある。尚、TASCパターンを発生部40は地点検知部12から
の信号で地点ポイントPtを位置到達を検知してから停止
までの予定距離ｌを進むまで積算距離に対し速度パター
ンを出し続け、ｌになった点で速度は零とする。

この様に従来のATO装置においては定位置停止を前提に
した機能が重視されている。

そのため、この様なATO装置においては 定位置停止機能重視で定時制御がやや軽視されてい
る。従って、現在の通勤電車のような高密度運転の電車
には採用出来ない。

TASCパターンといっても駅間ワンパターンを用意す
れば良い訳ではなく、車両の重量、列車の走行抵抗、AT
S信号等により様々な要素が入り込み多くのパターン数
を用意しなければならず、また、用意したパターンが実
走行に適しているかの検証が非常に困難である。

等の欠点があり、なかなか実用化が難しい。

［発明の目的］ 本発明は上記の事情に鑑みて成されたものであり、その
目的とするところは、高密度運転を行う通勤電車にも利
用出来るとともに、実走行パターンが目標とする走行パ
ターンとなるように走行パターンを状況に合せて修正し
て利用することができるようにして、高精度の走行制御
を可能にした列車自動運転装置を提供することにある。

［発明の概要］ 上記目的を達成するため本発明は、時間情報を発生する
計時手段と、経過時間対応の速度パターン及び距離パタ
ーンを持ち、上記計時手段の発生する時間情報に基づい
て上記速度パターン及び距離パターンを走行パターン情
報として発生するとともに上記パターンは修正可能とす
るパターン発生手段と、上記走行パターン情報と、列車
の実速度情報及び実位置情報とを受けて列車の走行を上
記走行パターン情報に追従させるべく増減速制御する手
段と、列車の上記実位置情報と実速度情報とを受けて上
記計時手段の発生する時間情報対応にこれらを順次保存
するとともに走行終了後、この保存された上記実位置情
報と実速度情報を上記走行パターン情報と比較して誤差
が許容値内のとき、該保存情報を新たな走行パターン情
報として上記パターン発生手段に与え更新する学習手段
とを具備して構成する。

すなわち、列車の実際の走行状態を走行パターンと比較
し、その差に応じて増減速制御する列車自動運転装置に
おいて、列車の発車後の経過時間対応の速度パターンお
よび距離パターンを走行パターン情報として発生する。
そして、列車の実位置情報と実速度情報と、計時手段の
経過時間情報と走行パターン情報をもとに、その経過時
間位置での列車のとるべき速度および距離位置になるよ
うに列車走行を制御する。

本発明では計時手段により時間情報を発生させ、また、
経過時間対応の速度パターン及び距離パターンを持つパ
ターン発生手段より、上記計時手段の発生する時間情報
に基づいてその時間位置対応の速度及び距離情報を走行
パターン情報として発生させ、これに基づき列車の運転
を行うようにし、また、列車の上記実位置情報と実速度
情報を上記計時手段の発生する時間情報対応に学習手段
にて順次保存するとともに学習手段では列車の走行終了
時、この保存された上記実位置情報と実速度情報を上記
走行パターン情報と比較して誤差が許容値内のとき、該
保存された実位置情報と実速度情報を走行パターン情報
として上記パターン発生手段に与え、更新することで学
習するようにする。

この学習機能により、机上で作成した計画走行パターン
を、列車の運行を重ねるにつれ、次第に実情に合った走
行パターンに修正することができるようになり、しか
も、走行パターン情報は時間をベースとした実位置情報
と実速度情報のパターンであって予定の精度内に納まる
ように自動修正されるので、時間を中心とした運転制御
精度も向上して定位置停止はもとより、精度の良い定時
運転が可能になり、従って、高密度運転を行う通勤電車
にも利用できるようになるものである。

更に具体的には本発明はコンピュータ技術を用い、スタ
ート時点から時計を用いて速度演算距離演算を実施しそ
の結果をメモリの中へストア（格納）する。そしてこの
データを加速時の平均速度、加速時の走行距離、惰行時
の平均速度、走行距離、同様にブレーキ時の平均速度、
走行距離等の要素に分け、それぞれをオリジナルのパタ
ーンデータと比較し、ある規定範囲内にあれば実走行デ
ータをパターンデータと入れ換えこれを新しくパターン
データとして採用する。そして、次の走行においてはこ
の新しいパターンデータと実走行データとを比較をす
る。この様にして一つのコースを何度も走行することに
より自ら最適走行パターンを求めていくことが出来る様
にした定時運転を行なう学習機能付のATO装置を得よう
とするものである。

［発明の実施例］ 以下、本発明の一実施例について第１図〜第５図を参照
して説明する。第１図は本発明の機能ブロック図であ
る。基本的には第６図に示した構成と同じであるので同
一部分には同一符号を付し、あらためて説明はしない。
ここでは異なる部分を中心に説明する。図において、２
は走行速度／距離パターンを発生する走行速度／距離パ
ターン発生部であり、当然のことながら第６図40のTASC
パターンとは内容を異にする。３は速度と距離の補正演
算部である。また13は計時部であって、時間情報を出力
するものである。速度演算部10と距離演算部11も13の時
計部（CLOCK）より時間要素をとり入れている点が従来
と異なる。15は実速度／距離データ部であり速度演算部
10、距離演算部11でのそれぞれの演算結果を走行速度／
距離パターン発生部２の出力と比較出来る様な形にする
部分である。14はメモリ部であり、これが本装置の大き
な特徴である。すなわち、メモリ部14は速度演算部10と
距離演算部11より時計部13の出力するクロックに同期し
てデータを受け取る様に構成してある。そして、また、
メモリ部14は走行終了後、走行速度／距離パターン部２
へ実走行距離データを渡すことが出来る様にしてある。

第２図は本発明のATO装置の概略的なハードウェアの図
である。19はATO本体である。このATO装置19は演算や制
御の中枢となるCPU（中央演算部）20及びプログラムや
データ等の格納に用いるメモリ等よりなる。このメモリ
21が第１図のメモリ14に相当する。22はデジタルインプ
ット部（DI）であり、主として電車の車上子12′を通し
て地上の特定点に設置された地点検知装置12より地点ポ
イントの信号が入力される。24はデジタルアウトプット
部（DO）であり、ここから力行指令31、ブレーキ指令32
を出力する。このDO部24は第１図のセレクタ４と加速ノ
ッチテーブル５、減速ノッチテーブル６等の出力結果を
実際のハードウェアに合わせた物理的出力の形でブレー
キ装置7bやチョッパ装置7aに与えこれらを制御する役目
をするところである。

25はプリンタ33を接続するためのインターフェース（I/
F）である。26はスタート指令部１からのスタート指令
信号を受け取るためのデジタルインプット部（DI）であ
る。27は車両の走行および距離パターン情報の入ってい
るメモリエリアである。ここは第１図の走行速度距離パ
ターン部２に対応する部分となる。28もメモリエリアの
一部でランカーブノッチテーブルが記憶されている。す
なわち、第１図の機能ブロック図における加速ノッチテ
ーブル５と減速ノッチテーブル６の内容が記憶されてい
る。具体的には第８図（ａ）（ｂ）の様な車両の性能に
対応するノッチの選択パターンが記憶されている訳であ
る。29は定時運転の基本となる時計部であり、第１図の
時計部13に相当する。

23はパルスインプット部（PI）で速度発電機（T.G）９
の速度パルスの入力部である。

ATO本体19はハードウェア上は以上の要素で構成されて
いて、第１図の機能ブロックの各機能を得ている。

次に上記構成の本装置の作用について説明する。

第３図は本発明によるATO装置の基本的な動作をフロー
チャートにまとめたものである。

第４図〜第５図は第３図との関連で説明するが、本ATO
装置の機能の中核となる部分である。

第１図においてスタート指令発生部１よりスタート指令
が出力されると、この時から時計部13が正式に計時を開
始し、同時に走行速度距離パターン部２から時間をベー
スにした速度パターン、距離パターンが出力されてゆ
く。第７図を用いて説明した従来技術のATO装置は距離
をベースにしたパターンを発生して、これに追従させる
べく制御するものであったが、本装置では時間ベースパ
ターンを発生させてこれに追従させるようにしたもので
あり、この点が基本的に異なる。

さて、Ｐノッチ出力があって走行開始した車両８の速度
は、T.G9の出力する速度周波数をもとに速度演算部10
によって演算することにより速度データ化されて出力さ
れ、速度，距離データ格納部15へ入力される。同様にこ
の速度周波数は距離演算部11にも与えられ、ここでこ
れをもとに演算して距離を求め、積算距離データ化され
て実速度，距離データ格納部15へ入力され格納される。

次にＰノッチ選択状態にあるときには走行速度／距離パ
ターン部２出力と実データ部15の出力が比較され、この
結果が速度，距離補正演算部３に入力され、ここでの演
算結果で加速ノッチテーブル５を選定するか、減速ノッ
チテーブル４を選定するかが決定される。

これは従来ATO装置の速度だけの偏差による制御とは異
なり、速度，距離の両方の偏差を求める制御であるた
め、精度向上を計ることができることになる。

また、速度演算部10と距離演算部11の結果はメモリ部14
へ次々と記憶されていくことになる。

この関係を第４図を用いて説明する。同図（ａ）は車両
走行を開始してから停止するまでの走行状態で示したも
ので51が机上で計画されたパターンである。

52,53は実際に走行した時の走行曲線を示す。52は加速
度が少なくカ行ノッチの長いケース、53は加速度が大で
カ行ノッチ時間の短いケースを示す。

同図（ｂ）は51〜52の走行曲線に対応する距離データと
して求めたものである。51′は計画距離パターン、52′
は加速度が少ないケースの距離データ、53′は加速大の
ケースの距離データとなる。

同図（ｃ）は計画速度パターン走行時の距離データをカ
行時、惰行時、ブレーキ時の３つのデータに分解したも
のである。すなわちＯ→t₁の区間はＰノッチ（カ行ノッ
チ）による運転時間t₁とＰノッチ運転による走行距離l₁
という意味である。l₁÷t₁＝v₁はカ行時の平均速度にな
る。

同様にt₁→t₂区間は惰行区間（第３図フローチャートの
Ｎノッチに相当する）を示し、走行距離はl₂、平均速度
はl₂／（t₂−t₁）＝v₂として求められる。

t₂→t₃区間はＢノッチ（ブレーキノッチ）区間となり、
走行距離はl₃、平均速度はl₃／（t₃−t₂）＝v₃として得
られる。

同図（ｄ）は52の走行曲線時のケースで（ｃ）のケース
と同様に Ｐノッチ区間 走行距離l₁′ 平均速度l₁′／t₁′＝v₁′ Ｎノッチ区間 走行距離l₂′ 平均速度 l₂′／（t₂′−t₁′）＝v₂′ Ｂノッチ区間 走行距離l₃′ 平均速度 l₃′／（t₃′−t₂′）＝v₃′ の様にして求めることが出来る。

これらの各種データは第３図フローチャートに示す様に
各ノッチ終了時に演算され、メモリに記憶されていくこ
とになる。

この様な演算は第２図に示すCPU20が行ない、結果はメ
モリ21にストアされていくことになる。

走行が終了した時点でCPU20はメモリ21に蓄えられたデ
ータとパターンメモリ27の値を例えば次の様に比較す
る。

走行時間 t₃−t₃′＞Δｔ （Δｔは許容時間誤差） 走行距離 （l₁＋l₂＋l₃） −（l₁′＋l₂′＋l₃′）＞Δｌ （Δｔは許容走行距離誤差） そして、基本的にが満足されるならば次は Ｐノッチ走行 t₁−t₁′＞Δt₁ （Δt₁はＰノッチ時の許容時間誤差） l₁−l₁′＜Δl₁ （Δl₁はＰノッチ時の許容距離誤差） Ｎノッチ走行 （t₂−t₁）−（t₂′−t₁′）＝Δt₂ （Δt₂はＮノッチ時の許容時間誤差） l₂−l₂′＞Δl₂ （Δl₂はＮノッチ時の許容距離誤差） Ｂノッチ走行 （t₃−t₂）−（t₃′−t₂′）＝Δt₃ （Δt₃はＢノッチ時の許容時間誤差） l₃−l₃′＞Δl₃ （Δl₃はＢノッチ時の許容距離誤差） の値をそれぞれ比較する。

（尚、〜は平均速度を用いた比較でもよい） 比較の結果全項目が許容範囲に入るとしたら第５図に示
す様に（ａ）の計画パターンを同図（ｂ）の実走行パタ
ーンに書替えてしまう。すなわち（ｂ）の実走行データ
が、第２図のパターンメモリ27にストアされてしまうこ
とになる。もし比較項目をみて計画パターン走行が優れ
ているとしたならばデータの書替えは行なわないことに
する。

このような機能を持たせた構成とすることにより実走行
を重ねていく毎に走行パターンは最良のパターンデータ
に塗りかえられてゆくことになる。すなわちATO装置が
学習機能を有することになる訳である。

このように本装置はコンピュータ技術を用い、スタート
時点から時計を用いて速度演算，距離演算を実施しその
結果をメモリの中へストア（格納）するようにし、そし
てこのデータを加速時の平均速度、加速時の走行距離、
惰行時の平均速度、走行距離、同様にブレーキ時の平均
速度、走行距離、等の要素の分け、それぞれをオリジナ
ルのパターンデータと比較し、ある規定範囲内にあれば
実走行データをパターンデータと入れ換えこれを新しく
パターンデータとして採用するようにし、次の走行にお
いてはこの新しいパターンデータと実走行データを比較
をするようにしたものである。そしてこの様にして一つ
のコースを何度も走行することにより自ら最適走行パタ
ーンを求めていくことが出来る様にした定時運転を行う
学習機能を有するATO装置である。従って、次のような
利点が得られる。

（１） ATO装置の中に時計機能を組み込み定時運転制
御が実施出来る様になったので高密度運転を行なう通勤
電車にも採用出来る。

（２） 車両の走行を速度／積算距離の２つのファクタ
ーで速度補正をするため走行パターンへの追従性が極め
て優れたものになる。

（３） メモリ内に与えられている走行パターンが実走
行データと毎回比較され優れたデータに塗りかわってい
くためATOの走行精度が次第に向上してゆくことにな
る。

（４） 本ATO装置はマイクロコンピュータ等を用いIC
メモリ等を用いることにより機能に対し比較的安価に構
成出来るというメリットがある。

（５） 個々の車両の走行特性の違いに対してもATOの
パターンがそれぞれ最適値を持つことが出来る。

尚、本発明は上記し、且つ図面に示す実施例に限定する
ことなく、要旨を変更しない範囲内で適宜変形して実施
し得るものである。

［発明の効果］ 以上詳述したように本発明によれば、定速度停止制御を
とり入れた高密度運転にも利用可能になり、また、机上
で設定した走行パターンが実情に合った最適パターンと
なるように修正され、しかも予定の精度内に納まるよう
に自動修正されるので精度の良い、列車自動運転が可能
となるなどの特徴を有する列車自動運転装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるATO装置の機能ブロック図、第２
図は本発明によるATO装置のハード上の構成図、第３図
は本発明によるATO装置の機能フローチャート図、第４
図は計画パターンと実走行データのデータ分析図、第５
図は計画パターン図と実走行データの変換図、第６図は
従来のATO装置の機能ブロック図、第７図は定点定位置
停止機能の説明図、第８図は加減速ノッチデータ図であ
る。 ２……走行速度／距離パターン発生部、３……補正演算
部、４……セレクタ、５……加速ノッチパターンテーブ
ル、６……減速ノッチパターンテーブル、7a……車両の
駆動用制御装置、7b……ブレーキ装置、８……電車、９
……速度発電機（T.G）、10……速度演算部、11……距
離演算部、12……地点検知部、13……時計部、14……メ
モリ、15……実速度／距離データ部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】時間情報を発生する計時手段と、 経過時間対応の速度パターン及び距離パターンを持ち、
   上記計時手段の発生する時間情報に基づいて上記速度パ
   ターン及び距離パターンを走行パターン情報として発生
   するとともに上記パターンは修正可能とするパターン発
   生手段と、 上記走行パターン情報と、列車の実速度情報及び実位置
   情報とを受けて列車の走行を上記走行パターン情報に追
   従させるべく増減速制御する手段と、 列車の上記実位置情報と実速度情報とを受けて上記計時
   手段の発生する時間情報対応にこれらを順次保存すると
   ともに走行終了後、この保存された上記実位置情報と実
   速度情報を上記走行パターン情報と比較して誤差が許容
   値内のとき、該保存情報を新たな走行パターン情報とし
   て上記パターン発生手段に与え、更新する学習手段と、 を具備したことを特徴とする列車自動運転装置。