列车控制装置、方法以及程序与流程

本发明的实施方式涉及列车控制装置、方法以及程序。

背景技术

近年来，自动列车驾驶装置、在自动列车驾驶装置的功能中导入仅进行向车站的固定位置停止控制的固定位置停止控制装置得到发展。

其目的在于，减轻驾驶员的负担，通过单人驾驶化削减人工费用，以及通过不依赖于驾驶员的技能而使列车稳定地对到站台门位置并停止来防止由于停止位置修正而发生延迟等，使列车运行稳定化。

作为使列车自动停止到车站的预定位置的方法之一，已知使列车速度追随以预定的减速度制作出的目标减速模式的例子。

在此，为了高精度地停止到预定位置，例如，考虑在比例控制的情况下提高比例增益或者设为比例积分控制等，从而提高向速度模式的追随性，但存在增益高的控制系易于变得不稳定，停止精度、乘坐舒适性反而恶化的担心。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-205738号公报

专利文献2：日本特开平06-209503号公报

专利文献3：日本特开平11-212650号公报

技术实现要素：

因此，考虑在速度追随控制中如果速度充分降低，则从向目标减速模式的追随控制，切换到以使停止位置成为停止目标位置的方式针对每个控制周期调整刹车档的停止对位控制的方法，但存在伴随控制方式的切换而换挡操作混乱，使换挡无用地上下而乘坐舒适性恶化的忧虑。

因此，本发明的目的在于提供一种能够抑制固定位置停止控制中的换挡操作的紊乱所致的乘坐舒适性的恶化的列车控制装置、方法以及程序。

实施方式的列车控制装置的列车速度位置检测部检测具有用于控制驱动以及制动的驱动/制动控制装置的列车的速度以及列车的位置。

控制指令计算部根据列车速度位置检测部的检测结果，根据作为预定时间后的所述列车的速度预测值的列车速度预测值、作为预定时间后的列车的位置预测值的列车位置预测值、以及为了使列车停止到预定位置而预先决定的目标减速模式，计算列车的位置偏差，根据计算出的位置偏差，选择向驱动/制动控制装置的控制指令。

附图说明

图1是实施方式的列车控制系统的概要结构框图。

图2是目标减速模式和固定位置停止控制的关系说明图。

图3是第1实施方式的处理流程图。

图4是位置偏差容许值的设定例的说明图。

图5是刹车指令选择处理的处理流程图。

图6是刹车指令候补的选择例的说明图。

图7是第2实施方式的处理流程图。

图8是第2实施方式的刹车指令选择处理的处理流程图。

具体实施方式

接下来，参照附图，说明实施方式的列车控制系统。

[1]第1实施方式

图1是实施方式的列车控制系统的概要结构框图。

列车控制系统sys具备一对轨道10、atc地上装置20、以及列车30。

在轨道10之间，设置有地上信标11。地上信标11存储地点信息，能够对设置于列车30的车上机151发送信号。

atc地上装置20经由轨道(轨道电路)10探测在各闭塞区间列车是否在线，将与在线状况对应的信号显示从轨道10经由受电器152发送到atc车上装置140。

在列车30中，设置有速度发电机(tg)150、马达161、气动刹车装置160、受电器152以及车上机151。列车30通过马达161和气动刹车装置160对车轮进行驱动/制动而在轨道10上行驶。另外，马达161能够作为再生刹车进行制动。

在列车30内，设置有列车控制装置100、速度位置检测部120、atc车上装置140、以及驱动/制动控制装置130。

列车控制装置100具备存储部101、车辆特性模型存储部102、特性参数存储部103、控制指令计算部104、减速度比率计算部105、特性参数调整部106以及刹车判定部107。列车控制装置100使用上述结构，计算用于使列车30停止到车站的预定位置(停止目标位置)的刹车指令，输出到驱动/制动控制装置130。进而，列车控制装置100也可以计算用于在遵守限制速度的同时在车站之间行驶的动力运行指令/刹车指令。

存储部101存储路线信息和运行信息。路线信息包括路线的坡度、曲线(曲率半径)、各闭塞区间的限制速度信息并且闭塞长(闭塞区间的距离)以及线性信息(闭塞区间的排列)。运行信息包括各车站的停止目标位置以及每个驾驶类别的停车车站与各车站之间的预定行驶时间。

车辆特性模型存储部102存储有车辆信息。在车辆信息中，包括列车30的列车长、列车30的重量、与动力运行指令/刹车指令对应的加速度/减速度的特性(加速特性模型和减速特性模型)、空气阻力信息、坡度阻力信息、曲线阻力信息以及电动气动切换开始速度/结束速度。

减速特性模型md包括与各刹车指令(换挡)对应的规定的减速度、无用时间、时间常数，针对刹车的每个种类存储。在本实施方式中，作为减速特性模型md，存储有在施加再生刹车的情况下使用的第1减速特性模型md1、和在施加气动刹车的情况下使用的第2减速特性模型md2。

第1减速特性模型md1通过与后述第1特性参数pr1组合，能够依照刹车指令，导出考虑了用马达161施加再生刹车的情况下的应答延迟的列车30的减速度。

另外，第2减速特性模型md2通过与后述第2特性参数pr2组合，能够依照刹车指令，导出考虑了用气动刹车装置160施加气动刹车的情况下的应答延迟的列车30的减速度。

空气阻力信息为表示基于列车30的速度的空气阻力所产生的减速度的信息，坡度阻力信息为表示基于坡度的坡度阻力所产生的减速度的信息，曲线阻力为表示基于曲率的曲线阻力所产生的减速度的信息。

特性参数存储部103关于再生刹车以及气动刹车的各个，存储特性参数pr。特性参数pr是用于以接近列车30的实际的减速特性的方式校正存储于车辆特性模型存储部102的减速特性模型而利用的参数。另外，在本实施方式中，作为特性参数pr，存储有再生刹车用的第1特性参数pr1和气动刹车用的第2特性参数pr2。

在本实施方式中，说明将组合特性参数pr和减速特性模型md而成的信息用作表示施加刹车的情况下的列车的减速度的减速信息(＝减速模式)的例子。

然而，并非将减速信息限制为组合特性参数pr和减速特性模型md的情况。例如，也可以从车辆特性模型存储部102向特性参数存储部103拷贝减速特性模型md，特性参数调整部106代替调整特性参数pr，而直接调整拷贝的减速特性模型md仅利用调整后的减速特性模型md，求出列车的减速度。

控制指令计算部104根据由速度位置检测部120检测出的列车30的速度和位置、从存储部101读出的路线信息及运行信息、从车辆特性模型存储部102读出的车辆信息以及从特性参数存储部103读出的特性参数，计算用于使列车30停止到停止目标位置的刹车指令。

另外，使用第1减速特性模型md1以及第1特性参数pr1的组合或者第2减速特性模型md2以及第2特性参数pr2的组合中的哪一个组合是基于刹车判定部107的判定结果的。

这样，本实施方式的控制指令计算部104根据当前的列车30的速度及位置、减速特性模型md以及特性参数pr，以使列车30停止到基于路线信息以及运行信息的停止目标位置的方式计算列车30的刹车指令。

减速度比率计算部105计算依照刹车指令施加刹车的情况下的、表示实际的刹车所产生的减速度与根据减速特性模型计算的减速度的差异的减速度比。本实施方式的减速度比率计算部105根据施加气动刹车以及再生刹车中的哪一个，用不同的手法计算减速度比。此外，在本实施方式中，考虑列车30的坡度、曲线以及空气阻力来计算减速度比，但并非一定使用列车30的曲线阻力。

特性参数调整部106是用于导出刹车指令的减速信息之一，根据由减速度比率计算部105计算出的减速度比而调整存储于特性参数存储部103的特性参数(第1特性参数pr1或者第2特性参数pr2)。

此外，由减速度比计算部105计算的减速度比是作为表示列车30的实际的减速度和根据减速特性模型md计算出的列车30的减速度的差异的减速程度的一个例子而示出的，例如，也可以代替比率(减速度比)而用偏差(减速度差)表示差异。在该情况下，特性参数也作为表示减速度的偏差的指标而调整。另外，关于减速特性模型的无用时间、时间常数，也可以设置对应的特性参数，与减速度同样地，进行减速度比计算部105中的比率或者偏差的计算和特性参数调整部106中的特性参数的调整。

刹车判定部107根据来自驱动/制动控制装置130的再生有效信号，判定再生刹车和气动刹车中的哪一个动作。例如，刹车判定部107在再生有效信号是接通状态的情况下，判定为再生刹车动作，在再生有效信号是断开状态的情况下，判定为气动刹车动作。

进而，也可以列车控制装置100具备用于依照限制速度在车站之间行驶的目标速度计算部、用于以预先决定的时间在车站之间行驶的行驶计划计算部，控制指令计算部104计算用于使列车依照目标速度、行驶计划行驶至下一车站的动力运行指令/刹车指令。

速度位置检测部120根据从tg150输出的脉冲信号、从地上信标11经由车上机151接收到的地点信息，检测列车30的速度和位置。

atc车上装置140将用于遏制列车30过分接近先行列车30p、或者列车30超速的刹车指令与控制指令计算部104独立地输出到驱动/制动控制装置130。atc车上装置140在经由受电器152接收到来自atc地上装置20的信号显示时，比较基于该信号显示的限制速度以及由速度位置检测部120检测出的列车30的速度，在列车30的速度超过限制速度的情况下，向驱动/制动控制装置130输出刹车指令。

驱动/制动控制装置130根据来自atc车上装置140的刹车指令、来自列车控制装置100的控制指令计算部104的动力运行指令/刹车指令、以及来自驾驶员操作的主干控制器(主控制器：以下称为主控器)的动力运行指令/刹车指令，控制气动刹车装置160或者马达161。

接下来，说明由列车控制装置100实施的、使列车30停止到停止目标位置的固定位置停止控制时的动作。

但是，关于在列车30的固定位置停止控制中使用的目标减速模式bp，既可以读出将每个车站的数据预先存储到存储部101的模式，也可以在从车站出发时、接近下一车站时由控制指令计算部104计算。

因此，在以下的说明中，控制指令计算部104在固定位置停止控制之前，组合特性参数pr和减速特性模型md来计算目标减速模式bp。

然后，在列车30在车站之间行驶而接近下一到达车站时，控制指令计算部104开始固定位置停止控制。

在该情况下，也可以在直至接近下一到达车站的行驶(固定位置停止控制前的行驶)中，驾驶员操作主控器而输出动力运行指令/刹车指令。另外，也可以在直至接近下一到达车站的行驶中，控制指令计算部104以追随依照限制速度设定的目标速度的方式计算动力运行指令/刹车指令。也可以控制指令计算部104依照行驶计划来计算动力运行指令/刹车指令。

作为控制指令计算部104中的固定位置停止控制的开始判断，例如，进行接下来的判别(1)～(3)中的任意个，根据其判别结果进行。

(1)直至下一停车车站的停止目标位置的剩余距离是否为预定值以下的判别。

(2)速度位置检测部120检测出的列车的速度和位置是否接近目标减速模式bp的判别。

(3)根据速度位置检测部120检测出的列车的速度、位置以及预定的刹车指令预测的停止位置是否接近停止目标位置的判别。

控制指令计算部104在开始固定位置停止控制后，针对每个控制周期，根据与目标减速模式的位置偏差，通过以下的步骤，计算用于使列车停止到停止目标位置的刹车指令。

图2是目标减速模式和固定位置停止控制的关系说明图。

图2所示的目标减速模式bp是控制指令计算部104将以恒定的减速度或者恒定的刹车指令减速的情况下的轨迹(速度-距离曲线)从停止目标位置在追溯时间的方向上以预定的时间刻度作为距离(位置)和速度的数据预先计算的结果。

然后，控制指令计算部104在与列车30的实际的减速度吻合地调整特性参数pr(＝第1特性参数pr1以及第2特性参数pr2)之后，用恒定的刹车指令制作目标减速模式。由此，控制指令计算部104能够抑制追随目标减速模式bp而减速时的刹车指令变更次数。

接下来，说明第1实施方式中的实际的处理步骤。

图3是第1实施方式的处理流程图。

首先，特性参数调整部106根据控制指令部104输出的刹车指令、速度位置检测部120检测出的速度位置信息中包含的速度的推移以及经由刹车判定部107从驱动/制动控制装置130取得的再生有效信号，校正表示刹车的有效情况的第1特性参数pr1或者第2特性参数pr2(步骤s11)。

接下来，控制指令部104抽出来自当前输出中的刹车指令/动力运行指令的刹车指令值/动力运行指令值的变化量或者加减速度的变化量成为容许范围内的刹车指令/动力运行指令候补(步骤s12)。

在刹车指令候补抽出时，控制指令部104在刚刚开始固定位置停止控制而动力运行指令输出中的情况下，相比于输出中的动力运行指令在动力运行侧更高位的动力运行指令(驱动力更强的一侧的动力运行指令)不包含在候补。另外，控制指令部104在刹车指令或者滑行指令(动力运行指令和刹车指令都未输出)输出中的情况下，相比于滑行指令在动力运行侧更高位(驱动力比滑行指令时间点下的驱动力更强的一侧)的动力运行指令不包含于候补。

接下来，控制指令计算部104根据由速度位置检测部120检测出的列车30的速度、列车30的位置、从存储部101读出的路线信息、从车辆特性模型存储部102读出的车辆信息以及从特性参数存储部103读出的特性参数pr，预测将刹车指令候补作为实际的刹车指令分别输出第1预定时间的情况下的列车的举动，从而计算列车位置预测值和列车速度预测值(步骤s13)。

在此，第1预定时间为相对刹车指令变更的减速度的应答延迟以上的值。

另外，控制指令计算部104在再生有效信号是接通状态且刹车判定部107判断为再生刹车动作的情况下，在列车30的举动预测中使用第1减速特性模型md1和第1特性参数pr1。

另一方面，控制指令计算部104在再生有效信号是断开状态且刹车判定部107判断为气动刹车动作的情况下，在列车30的举动预测中使用第2减速特性模型md2和第2特性参数pr2。

接下来，控制指令计算部104求出在目标减速模式bp上成为与列车速度预测值相同的速度的位置，从列车位置预测值减去求出的位置来计算列车位置偏差。进而，对列车速度预测值乘以第2预定时间来计算位置偏差容许值(步骤s14)。

图4是位置偏差容许值的设定例的说明图。

在此，也可以作为第2预定时间，在相比于与列车速度的预测值相同的速度中的目标减速模式bp的位置，列车位置预测值的一方更远的列车位置偏差正值侧(溢出侧)；和相比于与列车速度预测值相同的速度中的目标减速模式bp的位置，列车位置预测值的一方更近的列车位置偏差负值侧(短缺侧)，设定不同的值。例如，也可以如溢出侧0.5秒、短缺侧1秒那样，在溢出侧和短缺侧设定不同的值。

如图4所示可知，使位置偏差容许值成为溢出侧+(速度)×0.5秒(＝溢出侧位置偏差容许值曲线dx+)、短缺侧-(速度)×1.0秒(＝短缺侧位置偏差容许值曲线dx-)的情况，与以下的情况，容许偏差的范围大致一致：在以往的速度追随控制中，相对于与列车速度预测值相同的速度中的与目标减速模式bp对应的速度，使速度偏差容许值成为溢出侧+1km/h(＝溢出侧速度偏差容许值曲线dv+)、短缺侧-2km/h(＝短缺侧速度偏差容许值曲线dv-)的情况。

接下来，控制指令计算部104比较计算出的位置偏差和位置偏差容许值，选择并决定刹车指令(步骤s5)。

图5是刹车指令选择处理的处理流程图。

首先，控制指令计算部104比较位置偏差和位置偏差容许值，判别当前的刹车指令所致的位置偏差是否为位置偏差容许值范围内(步骤s21)。

在步骤s21的判别中，当前的刹车指令所致的位置偏差是位置偏差容许值范围内的情况下(步骤s21；“是”)，控制指令计算部104无需重新进行刹车指令的选择，所以维持并继续当前的刹车指令(步骤s22)，结束处理。

在步骤s21的判别中，当前的刹车指令所致的位置偏差为位置偏差容许值范围外的情况下(步骤s21；“否”)，判别在刹车指令值或者加减速度从当前输出中的刹车指令的变化量为容许范围内的刹车指令候补中，是否有位置偏差包含于位置偏差容许值的范围内的指令(步骤s23)。

在步骤s23的判别中，有位置偏差包含于位置偏差容许值的范围的刹车指令候补的情况下(步骤s23；“是”)，在位置偏差包含于位置偏差容许值的范围的刹车指令候补中，选择刹车指令值的变化量相对当前的刹车指令值最少的刹车指令值候补(步骤s25)。

另一方面，在无位置偏差包含于位置偏差容许值的范围的刹车指令候补的情况下(步骤s23；“否”)，在同一速度中的位置偏差为未超过目标减速模式bp的位置的短缺侧(负的值)的刹车指令候补中，选择制动力最小的刹车指令候补(在动力运行侧最高位的刹车指令候补)(步骤s24)。

图6是刹车指令候补的选择例的说明图。

具体而言，在图6的例子的情况下，在同一速度中的位置偏差为未超过目标减速模式bp的位置的短缺侧(负的值)的刹车指令候补x、y、z中，作为刹车指令候补，选择刹车指令候补x。

如以上的说明，根据本第1实施方式，通过从固定位置停止控制的最初根据与目标减速模式的位置偏差而选择刹车指令候补，能够从列车速度预测值为0km/h的定时选择停止位置误差为容许范围的刹车指令，不会发生控制方式的切换，所以能够提供不会由于车站停止控制中的换挡操作的紊乱而发生乘坐舒适性的恶化的列车控制装置。进而，能够使控制方式从2种成为1种，所以能够期待控制参数的调整工夫降低、软件结构的单纯化。

[2]第2实施方式

接下来，参照附图，说明第2实施方式。

在第2实施方式的车辆控制系统中，由于与图1所示的车辆控制系统相同，所以仍援用详细的说明。

本第2实施方式与第1实施方式不同的点是除了位置偏差以外还考虑时间偏差的点。

接下来，说明第2实施方式中的实际的处理步骤。

图7是第2实施方式的处理流程图。

首先，控制指令部104与第1实施方式同样地，校正表示刹车的有效情况的第1特性参数pr1或者第2特性参数pr2(步骤s31)，抽出刹车指令值或者加减速度从当前输出中的刹车指令的变化量为容许范围内的刹车指令候补(步骤s32)。

接下来，控制指令计算部104根据由速度位置检测部120检测出的列车30的速度、列车30的位置、从存储部101读出的路线信息、从车辆特性模型存储部102读出的车辆信息、以及从特性参数存储部103读出的特性参数pr，与第1实施方式同样地，预测将刹车指令候补作为实际的刹车指令分别输出第1预定时间的情况的列车的举动，从而计算列车位置预测值和列车速度预测值。进而，求出从与列车位置预测值对应的目标减速模式位置至停止目标位置的目标减速模式上的所需时间(模式剩余时间)，并从剩余时间预测值减去而计算时间偏差(步骤s33)。在此，剩余时间预测值是从预定的车站间行驶时间减去“从出发的经过时间+第1预定时间”而得到的值，下限值为0秒。

在该情况下，时间偏差的上限值设为模式剩余时间。关于时间偏差容许值，将预先设定的值存储到存储部101。作为时间偏差容许值，例如，也可以如早到侧10秒、晚到侧5秒，在早到侧和晚到侧设定不同的值。

接下来，控制指令计算部104与第1实施方式同样地，求出在目标减速模式bp上成为与列车速度预测值相同的速度的位置，从列车位置预测值减去求出的位置来计算列车位置偏差。进而，对列车速度预测值乘以第2预定时间来计算位置偏差容许值，并且在第2实施方式中，计算时间偏差(步骤s34)。

在此，求出从与列车位置预测值对应的目标减速模式位置至停止目标位置的目标减速模式上的所需时间(模式剩余时间)，并从剩余时间预测值减去，从而计算时间偏差。

接下来，控制指令计算部104比较计算出的位置偏差和位置偏差容许值，并且比较计算出的时间偏差和预先存储的时间偏差容许值，按照如以下的步骤选择并决定刹车指令(步骤s35)。

图8是第2实施方式的刹车指令选择处理的处理流程图。

在步骤s35的处理中，首先，控制指令计算部104比较位置偏差和位置偏差容许值，判别当前的刹车指令所致的位置偏差是否为位置偏差容许值范围内(步骤s41)。

在步骤s21的判别中，当前的刹车指令所致的位置偏差是位置偏差容许值范围内、并且、时间偏差是时间偏差容许值范围内的情况下(步骤s41；“是”)，控制指令计算部104无需重新进行刹车指令的选择，所以维持并继续当前的刹车指令(步骤s42)，结束处理。

在步骤s41的判别中，当前的刹车指令所致的位置偏差为位置偏差容许值范围外的情况、当前的刹车指令所致的时间偏差为时间偏差容许值范围外的情况、或者位置偏差以及时间偏差这双方都成为偏差容许值范围外的情况下(步骤s41；“否”)，控制指令计算部104关于各刹车指令候补，计算位置偏差偏离位置偏差容许值的比例以及时间偏差偏离时间偏差容许值的比例(步骤s43)。

具体而言，关于位置偏差偏离位置偏差容许值的比例，例如，如果位置偏差是短缺侧(不足侧)600cm、短缺侧的位置偏差容许值是500cm，则成为(600-500)/500×100＝20％。另外，如果位置偏差是短缺侧400cm、短缺侧的位置偏差容许值是500cm，则未偏离位置偏差容许值，所以偏离位置偏差容许值的比例为0％。

同样地，关于时间偏差偏离时间偏差容许值的比例，例如，如果时间偏差是短缺侧(不足侧)20秒、短缺侧的时间偏差容许值是15秒，则成为(20-15)/15×100＝33％。另外，如果时间偏差是短缺侧10秒、短缺侧的时间偏差容许值是15秒，则未偏离时间偏差容许值，所以偏离时间偏差容许值的比例为0％。

接下来，控制指令计算部104计算位置偏差偏离位置偏差容许值的比例、和时间偏差偏离时间偏差容许值的比例的平均值(步骤s44)。

然后，控制指令计算部选择刹车指令候补中的、位置偏差偏离位置偏差容许值的比例、和时间偏差偏离时间偏差容许值的范围的比例的平均最接近0的刹车指令候补并结束处理(步骤s45)。

如以上的说明，根据本第2实施方式，使剩余时间预测值的下限值成为0秒，使时间偏差的上限值成为模式剩余时间，从而越接近停止目标位置，时间偏差的值可取的范围越小，最终收敛于时间偏差容许值的范围。

因此，在停止目标位置附近进行仅考虑停止位置精度的刹车指令选择，时间偏差的考虑不会导致停止位置精度的恶化。

进而通过还考虑时间偏差，不仅不会发生车站停止控制中的换挡操作的紊乱所致的乘坐舒适性的恶化，而且还能够进行与向目标减速模式的追随性同时还考虑定时性的刹车指令选择来抑制早到、晚到。

根据上述各实施方式，能够计算适合的刹车指令，所以能够防止停止位置精度、乘坐舒适性的恶化。甚至，不依赖于驾驶员的技能而能够使列车稳定地停止，能够使列车运行稳定化而提高乘坐舒适性，进行停止控制时的驾驶员的负担也能够减轻。

虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式仅为例示，不限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，能够在不脱离发明的要旨的范围内，进行各种省略、置换、变更。这些实施方式、其变形包含于发明的范围、要旨，并且包含于权利要求记载的发明和其均等的范围内。