特許 6846946 車両制御装置、車両制御方法、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6846946

(24)【登録日】2021年3月4日

(45)【発行日】2021年3月24日

(54)【発明の名称】車両制御装置、車両制御方法、プログラム

(51)【国際特許分類】

   B60L 15/40 20060101AFI20210315BHJP

【ＦＩ】

   B60L15/40 G

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-33292(P2017-33292)

(22)【出願日】2017年2月24日

(65)【公開番号】特開2018-139464(P2018-139464A)

(43)【公開日】2018年9月6日

【審査請求日】2019年10月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】518018986

【氏名又は名称】三菱重工エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100162868

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 英輔

(74)【代理人】

【識別番号】100161702

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 宏之

(74)【代理人】

【識別番号】100189348

【弁理士】

【氏名又は名称】古都 智

(74)【代理人】

【識別番号】100196689

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 康一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100210572

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 太一

(72)【発明者】

【氏名】山田 昌弘

(72)【発明者】

【氏名】▲柳▼井 法貴

(72)【発明者】

【氏名】宮嶋 裕

【審査官】 佐々木 淳

(56)【参考文献】

【文献】 特許第５３９１７４２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１４−００４８６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２６６９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−２１７５６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１３６５６１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｌ １／００−５８／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間に発生する前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間に発生する前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンを算出した後に当該制動パターンを基準に行う許可速度パターン算出部を備え、
前記許可速度パターン算出部は、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じたモータの加速度特性であって前記モータの回転数が高回転数となることに基づいて前記トルクが維持または低減する前記モータの加速度特性を用いる車両制御装置。

【請求項2】

前記許可速度パターン算出部は、さらに、前記惰行パターンと前記制動パターンの少なくとも一方の算出において前記車両の速度に応じた前記加速度特性を用いる請求項１に記載の車両制御装置。

【請求項3】

前記許可速度パターン算出部は、前記力行パターンの開始位置が前記車両の現在位置よりも前方となる場合の、前記惰行パターンから前記制動パターンへの切替位置とその位置における速度と、前記力行パターンから前記惰行パターンへの切替位置とその位置における速度とを、前記惰行区間における既知の惰行期間と当該惰行期間における既知の前記車両に加わる加速度と、前記力行区間における既知の力行期間と当該力行期間における既知の前記車両に加わる速度に応じた加速度とに基づいて反復計算により算出する
請求項１または請求項２に記載の車両制御装置。

【請求項4】

前記許可速度パターン算出部は、前記制動パターンが前記制動タイミングより前の前記車両の現在位置から続いていたと仮定した場合の前記現在位置における仮定速度に基づいて、前記力行区間と前記惰行区間の距離を算出し、当該力行区間と惰行区間とに基づいて、前記惰行パターンから前記制動パターンへの切替位置とその位置における速度と、前記力行パターンから前記惰行パターンへの切替位置とその位置における速度と、前記現在位置における速度とを算出する
請求項１または請求項２に記載の車両制御装置。

【請求項5】

前記許可速度パターン算出部は、前記現在位置の高度と前記目標位置の高度とに基づいて、許可速度を算出する
請求項３または請求項４に記載の車両制御装置。

【請求項6】

前記許可速度パターン算出部は前記車両の重量に応じた前記加速度特性を用いる
請求項１から請求項５の何れか一項に記載の車両制御装置。

【請求項7】

車両制御装置の許可速度パターン算出部が、車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間に発生する前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間に発生する前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンを算出した後に当該制動パターンを基準に行い、
前記許可速度パターン算出部は、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じたモータの加速度特性であって前記モータの回転数が高回転数となることに基づいて前記トルクが維持または低減する前記モータの加速度特性を用いる
車両制御方法。

【請求項8】

車両制御装置のコンピュータを、
車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間に発生する前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間に発生する前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンを算出した後に当該制動パターンを基準に行い、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じたモータの加速度特性であって前記モータの回転数が高回転数となることに基づいて前記トルクが維持または低減する前記モータの加速度特性を用いる許可速度パターン算出手段、
として機能させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車両制御装置、車両制御方法、プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

列車信号システムの規格(ＩＥＥＥ１４７４)では、モータの加速制御の停止遅れ、制動遅れ、軌道の勾配などを考慮して、必ず走行が許可される区間内で停車可能な許可速度を算出することを要求する。ＩＥＥＥ１４７４においてworst-caseとして加速制御の停止遅れ、ブレーキの効き始めの遅れがそれぞれ生じることにより車両に力行、惰行、制動の各状態が発生して制動距離が最長になる事象が示されている。関連する技術として特許文献１が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第５３９１７４２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

軌道を走行する列車等の車両の制御においては上述のＩＥＥＥ１４７４においてworst-caseとして示される状況においても走行が許可される区間内で停止する制御が求められている。

【0005】

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる車両制御装置、車両制御方法、プログラムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の第１の態様によれば、車両制御装置は、車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間に発生する前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間に発生する前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンを算出した後に当該制動パターンを基準に行う許可速度パターン算出部を備え、前記許可速度パターン算出部は、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じたモータの加速度特性であって前記モータの回転数が高回転数となることに基づいて前記トルクが維持または低減する前記モータの加速度特性を用いることを特徴とする。

【0007】

上述の車両制御装置によれば、前記許可速度パターン算出部は、さらに、前記惰行パターンと前記制動パターンの少なくとも一方の算出において前記車両の速度に応じた加速度特性を用いてよい。

【0008】

上述の車両制御装置によれば、前記許可速度パターン算出部は、前記力行パターンの開始位置が前記車両の現在位置よりも前方となる場合の、前記惰行パターンから前記制動パターンへの切替位置とその位置における速度と、前記力行パターンから前記惰行パターンへの切替位置とその位置における速度とを、前記惰行区間における既知の惰行期間と当該惰行期間における既知の前記車両に加わる加速度と、前記力行区間における既知の力行期間と当該力行期間における既知の前記車両に加わる速度に応じた加速度とに基づいて反復計算により算出してよい。

【0009】

上述の車両制御装置によれば、前記許可速度パターン算出部は、前記制動パターンが前記制動タイミングより前の前記車両の現在位置から続いていたと仮定した場合の前記現在位置における仮定速度に基づいて、前記力行区間と前記惰行区間の距離を算出し、当該力行区間と惰行区間とに基づいて、前記惰行パターンから前記制動パターンへの切替位置とその位置における速度と、前記力行パターンから前記惰行パターンへの切替位置とその位置における速度と、前記現在位置における速度とを算出してよい。

【0010】

上述の車両制御装置によれば、前記許可速度パターン算出部は、前記現在位置の高度と前記目標位置の高度とに基づいて、許可速度を算出してよい。

【0011】

上述の車両制御装置によれば、前記許可速度パターン算出部は前記車両の重量に応じた前記加速度特性を用いてよい。

【0012】

本発明の第２の態様によれば、車両制御方法は、車両制御装置の許可速度パターン算出部が、車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間に発生する前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間に発生する前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンを算出した後に当該制動パターンを基準に行い、前記許可速度パターン算出部は、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じたモータの加速度特性であって前記モータの回転数が高回転数となることに基づいて前記トルクが維持または低減する前記モータの加速度特性を用いることを特徴とする。

【0013】

本発明の第３の態様によれば、プログラムは、車両制御装置のコンピュータを、車両が許可速度を超過した状態から制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間に発生する前記車両の力行区間の位置に応じた速度を示す力行パターンと、前記制動遅れ期間に発生する前記力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示す惰行パターンとの算出を、前記惰行区間に続く走行区間であって前記制動タイミングにおける車両の位置から当該車両が所定の制限速度以下に制御される目標位置との間の制動区間における速度を示す制動パターンを算出した後に当該制動パターンを基準に行い、少なくとも前記力行パターンの算出において前記車両の速度に応じたモータの加速度特性であって前記モータの回転数が高回転数となることに基づいて前記トルクが維持または低減する前記モータの加速度特性を用いる許可速度パターン算出手段、として機能させる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、許可速度を精度よく算出可能であり、ＩＥＥＥ１４７４においてworst-caseとして示される状況においても走行が許可される区間内で停止する制御を行う車両制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】第一実施形態による車両制御装置を備えた車両制御システムを示す図である。

【図2】第一実施形態による列車の位置に応じた速度パターンを示す図である。

【図3】第一実施形態による車両制御装置のハードウェア構成を示す図である。

【図4】第一実施形態による車両制御装置の機能ブロック図である。

【図5】第一実施形態による車両制御装置の処理フローを示す図である。

【図6】第一実施形態による車両制御装置の算出する速度パターンを示す図である。

【図7】第二実施形態による車両制御装置の算出する速度パターンを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

＜第一の実施形態＞
以下、本発明の第一実施形態による車両制御装置を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による車両制御装置を備えた車両制御システムを示す図である。
この図で示すように車両制御システム１００は、列車１０と、当該列車１０に備わる車両制御装置１とを備える。車両制御装置１は、列車１０が上位装置等から指示される走行限界位置（走行が許可される区間の境界）を超えないように列車の速度制御を行う。また車両制御装置１は、上位装置等からの指示に基づいて列車１０が目標位置において所定の制限速度以下となるよう速度制御を行う。

【0017】

図２は列車の位置に応じた速度パターンを示す図である。
図２においては列車１０が力行しない場合の速度パターン２１と、ＩＥＥＥ１４７４においてworst-caseとして示されるワーストパターン２２を示している。速度パターン２１は位置ｘ_Ｏにおいて列車１０は制動されず、その後、制動タイミングまでの間、制動遅れ期間として列車１０が惰行している惰行区間２１１が生じる場合の各位置における速度を示している。また速度パターン２１では惰行区間２１１が終了すると制動区間２１２となり列車１０が制動され速度が減少することを示している。他方、ワーストパターン２２は加速中の列車１０が位置ｘ_Ｏにおいて許可速度を超過し、その後制動タイミングまでの間に制動遅れ期間が生じる場合の位置に応じた速度を示している。ワーストパターン２２は、この制動遅れ期間において列車１０の加速中の速度の増加が継続する力行区間２２１と、惰行区間２２２とにおける各位置の速度を示す。ワーストパターン２２における制動区間２２３の減速度は、速度パターン２１における制動区間２１２の減速度と同様である。速度パターン２１とワーストパターン２２とでは図２で示すように、加速が遮断できない力行区間が継続される分、列車１０が制限速度で走行すると停車位置が距離Ｄだけ延びてしまう。車両制御装置１はワーストパターン２２のような状況が発生しても、走行限界位置などの指示された目標位置において停止や所定の速度まで減速することが求められる。

【0018】

図３は第一実施形態による車両制御装置のハードウェア構成を示す図である。
図３で示すように車両制御装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、信号入出力モジュール１０４等を備えるコンピュータである。信号入出力モジュール１０４は車両制御装置１が処理に利用する位置情報などの所定の情報を他装置から受信する。車両制御装置１は、受信した情報から処理に利用する加速度などを算出し、また、ＲＯＭ等に記憶したデータと合わせて高度などを算出する。

【0019】

図４は第一実施形態による車両制御装置の機能ブロック図である。
車両制御装置１のＣＰＵ１０１は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、制御部１１１、許可速度パターン算出部１１２の機能を備える。
制御部１１１は車両制御装置１の処理を制御する。
許可速度パターン算出部１１２は列車１０の力行区間２２１の位置に応じた速度を示す力行パターンと、惰行区間２２２の位置に応じた速度を示す惰行パターンと、制動区間２２３における速度を示す制動パターンの算出を行う。許可速度パターン算出部１１２は、少なくとも力行パターンの算出において列車１０の速度に応じた加速度特性（モータトルクの回転数特性）を用いる。許可速度パターン算出部１１２は、さらに、惰行パターンと制動パターンの少なくとも一方の算出においても列車１０の速度に応じた加速度特性を用いてよい。許可速度パターン算出部１１２は軌道の勾配に応じた加速度を用いて速度パターンにおける各位置の速度を算出してもよい。また許可速度パターン算出部１１２は、軌道の勾配の代わりに車両の現在位置、目標位置における高度を用いて速度パターンにおける各位置の速度を算出してもよい。

【0020】

図５は第一実施形態による車両制御装置の処理フローを示す図である。
図６は第一実施形態による車両制御装置の算出する速度パターンを示す図である。
次に図５、図６を用いて車両制御装置の処理フローを順を追って説明する。
以下の説明において、ｘ_Ｏを列車１０の現在位置とする。また速度の単位はｋｍ（キロメートル）／ｈ（時）、加速度の単位はｋｍ／ｈ／ｓ、長さの単位はｍ（メートル）、時間の単位をｓ（秒）として表す。

【0021】

制御部１１１は目標位置で列車１０が所定の制限速度以下の速度となるよう制御するための許可速度パターンの算出処理の開始を許可速度パターン算出部１１２へ指示する。本実施形態においては、許可速度パターン算出部１１２は、目標位置ｘ_Ｅにおいて列車１０を所定の目標速度ｖ_Ｌ以下に制御するための、現在位置ｘ_Ｏにおける許可速度を算出する。

【0022】

列車１０が加速している状況において位置ｘ_Ｏにおいて、現在位置ｘ_Ｏ＝０から位置ｘ_１の力行区間、位置ｘ_１から位置ｘ_２の惰行区間、位置ｘ_２から位置ｘ_Ｅの制動区間が発生することがある。列車１０が加速している際に制動制御をした場合の列車１０の各位置における速度を示す速度パターンは、力行区間に対応する力行パターンと、惰行区間に対応する惰行パターンと、制動区間に対応する制動パターンとで表される。

【0023】

力行パターンは、現在位置ｘ_Ｏから実際に制動が始まる制動タイミングまでの制動遅れ期間における列車１０の力行区間の位置に応じた速度を示すパターンである。
惰行パターンは、制動遅れ期間における力行区間の後の惰行区間の位置に応じた速度を示すパターンである。
制動パターンは、制動タイミングにおける列車１０の位置から当該列車１０が所定の制限速度以下に制御される目標位置ｘ_Ｅとの間の制動区間における速度を示すパターンである。

【0024】

列車１０は、規格(ＩＥＥＥ１４７４)でworst-caseとして力行、惰行、制動の各状態が発生して制動距離が最長になることを想定している。

【0025】

ここで所定の制限速度ｖ_Ｌ以下に列車１０を制御する目標位置をｘ_Ｅ、目標位置ｘ_Ｅにおける制限速度をｖ_Ｌ、惰行パターンから制動パターンへの切替位置を位置ｘ_２とする。この場合、惰行パターンから制動パターンへの切替位置ｘ_２における速度ｖ_２は、式（１）のように表すことができる。式（１）において制動パターンでの減速度をβ_０とする。なお制限速度ｖ_Ｌ＞０とすることにより目標位置ｘ_Ｅにおいて制限速度が０（停車）ではなく所定の速度（＞０）とする場合の速度パターンの式が得られる。式（１）においてａ（ｘ）は位置ｘにおける高度を示し、ｇは重力加速度を示す。また式（１）においてｘ_Ｅは位置ｘ_Ｏから目標位置ｘ_Ｅまでの距離を示す。

【0026】

【数1】

【0027】

また力行パターンから惰行パターンへの切替位置を位置ｘ_１とし、当該位置ｘ_１における列車１０の速度をｖ_１とする。この場合、速度ｖ_１と位置ｘ_１は以下の式（２）、式（３）のように表すことができる。

【0028】

【数2】

【0029】

【数3】

【0030】

式（２）、式（３）においてＴ_ｃは列車が惰行する既知の最大時間を示している。ｘ（ｔ）は惰行パターンから制動パターンへの切替位置ｘ_２に達する時刻より時間ｔ前の列車位置を示す。また位置ｘでの軌道Ｌの勾配の割合をｋ（ｘ）とする。勾配の割合は下りを正として表し、例えば１００ｍ進んだ際に１ｍ下がる場合にはｋ（ｘ）＝０．１となる。位置ｘでの加速度α_ｃ（ｘ）は、α_ｃ（ｘ）＝ｋ（ｘ）ｇ＋α_ｓで表すことができる。α_ｓは追い風などの制動距離を増加させる要因による加速度である。

【0031】

また力行パターンを開始する位置とその位置ｘ_Ｏ’における列車１０の速度ｖ_Ｏ’を、以下の式（４）、式（５）のように表すことができる。

【0032】

【数4】

【0033】

【数5】

【0034】

なお、速度ｖに対応するモータの回転数において当該モータが出力可能なトルクに対応する列車１０の加速度をα_ｍ（ｖ）とすると、列車１０が位置ｘ、速度ｖの場合の加速度α_ｒ（ｘ，ｖ）は、α_ｒ（ｘ，ｖ）＝α_ｍ（ｖ）＋ｋ（ｘ）ｇで表すことができる。時間Ｔ_ｒ加速した後に力行パターンから惰行パターンへの切替位置において（ｘ_１，ｖ_１）となるためには位置ｘ_Ｏにおいてｖ_Ｏ’，ｘ_Ｏ’である必要がある。式（４）、式（５）においてｘ（ｔ）、ｖ（ｔ）はそれぞれ、力行パターンから惰行パターンへの切替位置ｘ_１から時間ｔ前の列車１０の位置と速度を示す。

【0035】

許可速度パターン算出部１１２は、任意の位置ｘ_２を設定する（ステップＳ１０１）。上述の式（１）を用いて任意の位置ｘ_２における速度ｖ_２を算出する（ステップＳ１０２）。許可速度パターン算出部１１２は、その速度ｖ_２と位置ｘ_２と、式（２）、式（３）とを用いて、力行パターンから惰行パターンへの切替位置の位置ｘ_１とその位置での速度ｖ_１とを算出する（ステップＳ１０３）。

【0036】

また許可速度パターン算出部１１２は算出した位置ｘ_１と速度ｖ_１とを用いて、式（４）、式（５）により位置ｘ_Ｏ’とその位置における速度ｖ_Ｏ’を算出する（ステップＳ１０４）。

【0037】

そして許可速度パターン算出部１１２は、任意に位置ｘ_２を設定した場合の、位置ｘ_Ｏについて算出したｘ_Ｏ’により、ｘ_Ｏ’の値が０以上かを判定する（ステップＳ１０５）。許可速度パターン算出部１１２は、ｘ_Ｏ’の値が所定の値以上であるかを判定し（ステップＳ１０６）、所定の値以上である場合には、任意に設定した位置ｘ_２の値から所定の値γを減じて（ステップＳ１０７）、再度ステップＳ１０２からの処理を繰り返してもよい。任意に設定した位置ｘ_２の値から所定の値γを減じると、位置ｘ_２の位置をより位置ｘ_Ｏの位置に近づくように設定することとなる。許可速度パターン算出部１１２は、位置ｘ_Ｏについて算出したｘ_Ｏ’の値が０以上でありステップＳ１０６でＮｏの場合には列車１０の位置ｘ_Ｏ’が位置ｘ_Ｏと同じか、または位置ｘ_１側に算出された位置であることを示しているため、式（１）〜式（５）によって算出した各値を採用した許可速度パターンを確定する（ステップＳ１０８）。許可速度パターンは上記の力行パターン、惰行パターン、制動パターンを表す式と、位置ｘ_Ｏ’及びその位置ｘ_Ｏ’での速度ｖ_Ｏ’と、位置ｘ_１及びその位置ｘ_１での速度ｖ_１と、位置ｘ_２及びその位置ｘ_２での速度ｖ_２と、位置ｘ_Ｅ及びその位置ｘ_Ｅでの速度ｖ_Ｌとによって表される情報であってよい。制御部１１１は確定された許可速度パターンに基づく各位置の速度を列車１０の速度が超過したと判定した場合には制動指令を出力する。

【0038】

他方、許可速度パターン算出部１１２は、位置ｘ_Ｏについて算出したｘ_Ｏ’の値が０未満である場合には列車１０の位置が位置ｘ_Ｏよりも過去に走行した位置と算出されてしまうため、そのような式（１）〜式（５）によって算出した各値を採用して位置ｘ_Ｏより先の許可速度パターンを算出することはできない。したがって、任意に設定した位置ｘ_２の値に所定の値γを加えて（ステップＳ１０９）、再度同様の処理を繰り返し、位置ｘ_Ｏにおけるｘ_Ｏ’の値が０以上となる、任意のｘ_２およびｘ_２の時の式（１）〜式（５）によって算出した値を含む許可速度パターンを算出する。任意に設定した位置ｘ_２の値から所定の値γを加えると、位置ｘ_２の位置がより位置ｘ_Ｏの位置から遠ざかるように設定することとなる。なお位置ｘ_Ｏにおけるｘ_Ｏ’の値が０となる場合の位置ｘ_２の設定が最適値であるが、位置ｘ_Ｏについて算出したｘ_Ｏ’の値が０以上となったとしても、そのような許可速度パターンは、位置ｘ_Ｅで停車可能、または目標位置ｘ_Ｅにおいて制限速度以下となるパターンであるため、安全上問題はない。

【0039】

上述の許可速度パターン算出部１１２の処理においては、力行パターンにおいてのみモータトルクの回転数（速度）特定を考慮して、列車１０の速度に応じた加速度を式に設定することとしたが、制動パターンや、惰行パターンにおいても同様に列車１０の速度に応じた加速度を式に設定してもよい。

【0040】

制動パターンにモータトルクの回転数特性を利用する場合を以下に示す。モータが出力可能な減速トルクに対応する列車１０の減速度β_ｍ（ｖ）とすると、（位置，速度）＝（ｘ，ｖ）での減速度β_ｂは、β_ｂ（ｘ，ｖ）＝β_ｍ（ｖ）−ｋ（ｘ）ｇ−α_ｓとなる。このとき制動パターンの開始位置ｘ_２における速度ｖ_２と、当該位置ｘ_２は、以下の式（６）、式（７）のように表すことができる。

【0041】

【数6】

【0042】

【数7】

【0043】

式（６）、式（７）は、位置ｘ_Ｅまで到達するまでの時刻ｔを媒介変数として制動パターンを表す式である。また上述の惰行パターンから制動パターンへの切替位置ｘ_２の設定において、式（６）、式（７）を用いた場合、ある時刻tを仮定し、その時刻ｔにおける列車１０の位置ｘ_２を惰行パターンから制動パターンへの切替位置と仮定することに相当する。

【0044】

また惰行パターンにモータトルクの回転数特性を利用する場合を以下に示す。モータの減速トルクに対応する列車１０の減速度をβ_ｎ（ｖ）とすると、（位置，速度）＝（ｘ，ｖ）である場合の加速度は、α_ｃ（ｘ，ｖ）＝ｋ（ｘ）ｇ＋α_ｓ−β_ｎ（ｖ）と表すことができる。このとき惰行パターンは式（８）、式（９）により表すことができる。

【0045】

【数8】

【0046】

【数9】

【0047】

上述の許可速度パターン算出部１１２の処理によれば、モータが高回転数（列車１０の速度が高速）である場合にトルク(車両加速度)は低減するというモータの特性を利用することにより、制動距離の過大評価や、許可速度を小さく推定することを低減することができる。

【0048】

上述の処理によれば車両制御装置１は、回転数(速度)に応じて出力可能なトルク、及びそのトルクにより生じる加速度を用いて、力行パターン、惰行パターン、制動パターンを算出し、各位置における列車１０の許可速度を算出する。これにより、モータが高回転して速度の高い速度状態において列車１０に生じるトルク(車両加速度)が低減するというモータの特性を利用した許可速度パターンに基づいて列車１０を制御することができる。そして、このような制御により車両制御装置１は許可速度を小さく見積もって列車１０を制御することを低減することができる。

【0049】

＜第二実施形態＞
図７は第二実施形態による車両制御装置の算出する許可速度パターンを示す図である。
第一実施形態においては、式（５）により算出したｘ_Ｏ’が０以上となるかどうかによって位置ｘ_２の値を変更して、ｘ_Ｏ’が０以上となる場合の位置ｘ_２や、位置ｘ_１を算出している。しかしながらこのような算出を行う場合、許可速度パターン算出部１１２は反復して計算を行う必要があり、位置ｘ_Ｏを基準とした目標位置ｘ_Ｅまでの許可速度パターンの算出時間が長くなってしまう。そこで、第二実施形態においては許可速度パターン算出部１１２がより短時間で許可速度パターンの算出を行うことのできる手法を以下に説明する。

【0050】

第二実施形態において許可速度パターン算出部１１２は、力行区間、惰行区間の速度上限を算出し、その速度上限に基づく各区間の長さを算出する。列車１０の力行遮断遅れによる力行区間や制動遅れによる惰行区間の発生は既知の値であるため、速度上限を用いることにより各区間の長さを算出することができる。また第二実施形態において許可速度パターン算出部１１２は、軌道の勾配ではなく高度差を用いた式により許可速度パターンを求める。なお以下の説明において、速度の単位は[ｋｍ／ｈ]、加速度の単位は[ｋｍ／ｈ／ｓ]、長さの単位は[ｍ]、時間の単位は[ｓ]とした。

【0051】

具体的には、許可速度パターン算出部１１２は式（１０）により制動パターンが位置ｘ_２における制動タイミングより前の現在位置ｘ_Ｏでの仮定上限速度ｖ_Ｂを算出する。式（１０）においてβ_０は減速度、ａ（ｘ）は位置ｘでの高度、ｇは重力加速度を示す。

【0052】

【数10】

【0053】

また許可速度パターン算出部１１２は力行区間、惰行区間の速度上限を式（１０）により算出したｖ_Ｂとし、その速度上限ｖ_Ｂに基づく力行区間の長さの上限値ｘ_ｒと、惰行区間の長さの上限値ｘ_ｃとを算出する。惰行区間の長さの上限値ｘ_ｃはｘ_ｃ＝ｖ_ｂ×Ｔ_ｃ÷３．６により表される。Ｔ_ｃは惰行時間を示す。力行区間の長さの上限値ｘ_ｒはｘ_ｒ＝ｖｂ×Ｔ_ｒ÷３．６で表される。Ｔ_ｒは力行時間を示す。惰行時間Ｔ_ｃと力行時間Ｔ_ｒは既知の値である。

【0054】

許可速度パターン算出部１１２は、惰行区間が終了し制動区間へ移行する際の速度ｖ_２を式（１１）により算出する。

【0055】

【数11】

【0056】

次に許可速度パターン算出部１１２は、力行区間が終了し惰行区間へ移行する際の速度ｖ_１を式（１２）により算出する。式（１２）においてβ_ｗは風の影響による加速度を示す。

【0057】

【数12】

【0058】

そして許可速度パターン算出部１１２は、列車１０の現在位置ｘ_Ｏにおける速度ｖ_Ｏを、式（１３）により算出する。

【0059】

【数13】

【0060】

ここで式（１３）においてα_ｒ（ｖ）はモータ特性から定まる速度ｖで生じる最大加速度を示す。また式（１３）においてα_ｍａｘは軌道勾配の影響も含む軌道中で生じうる最大の加速度である。したがって、式（１３）において「ｖ_１−α_ｍａｘ・Ｔ_ｒ」は、速度ｖ_１から時刻Ｔ_ｒでとり得る最小の速度となり、「α_ｒ（ｖ_１−α_ｍａｘ・Ｔ_ｒ）」は速度ｖ_１の時点から力行時間Ｔ_ｒ内で列車１０のモータが発生し得る最大の加速度となる。モータ特性より速度が増加したとき、生じうる加速度が増加することはない。

【0061】

上述の処理によれば、仮定上限速度ｖ_Ｂを算出し、その速度ｖ_Ｂに基づく力行区間の長さの上限値ｘ_ｒと、惰行区間の長さの上限値ｘ_ｃとにより、列車１０の現在位置ｘ_Ｏにおける速度ｖ_Ｏを算出している。したがって、反復計算することなく短時間で許可速度パターンを算出することができる。

【0062】

＜第三実施形態＞
上述の第一実施形態および第二実施形態は共に、列車１０のモータが発生しうる加速度を算出する際に車両重量を考慮していない。本実施形態においてはさらに、列車１０の重量を考慮した減速度を用いる点で他の実施形態と異なっている。

【0063】

速度が定まれば列車１０のモータが発生することができる牽引力は一意に定まる。しかし加速度は列車１０の重量にも依存する。空車と想定して加速度を算出すれば加速度が大きくなりその加速度に応じた許可速度パターンを算出できるが、その分過剰に許可速度を抑制することとなる。そこで車両制御装置１の制御部１１１は、発生させたモータの牽引力Ｆを検出する。また実際に列車１０に生じた加速度αを計測する。制御部１１１は、列車重量ｍ_ｅ＝Ｆ÷αにより、列車重量ｍ_ｅを推定する。制御部１１１は、推定した列車重量ｍ_ｅを用いて、モータが発生する最大の加速度α_ｍａｘを、α_ｍａｘ＝Ｆ_ｍａｘ÷ｍ_ｅにより算出する。Ｆ_ｍａｘは列車１０のモータが発生する最大の牽引力である。許可速度パターン算出部１１２は、上記第一実施形態や第二実施形態の処理において制御部１１１の算出した加速度α_ｍａｘを用いて制動パターン、惰行パターン、力行パターンの算出を行う。

【0064】

第三実施形態の処理によれば、過剰に許可速度を抑制することを防止することができる。

【0065】

上述の各実施形態においては車両が列車である場合について説明したが、列車は例えばＡＴＣ（Automatic Train Control）によって制御される車両を含む。また列車でなくとも自動車などの他の車両に上記技術を適用してもよい。

【0066】

上述の車両制御装置１は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、車両制御装置１に上述した各処理を行わせるためのプログラムは、当該車両制御装置１のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムを車両制御装置１のコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

【0067】

また、上記プログラムは、前述した各処理部の機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

【符号の説明】

【0068】

１・・・車両制御装置
１０・・・列車
１００・・・車両制御システム
１０１・・・ＣＰＵ
１０２・・・ＲＯＭ
１０３・・・ＲＡＭ
１０４・・・信号入出力モジュール
１１１・・・制御部
１１２・・・許可速度パターン算出部
２１・・・列車が力行しない場合の速度パターン
２１１・・・惰行区間
２１２・・・制動区間
２２・・・ワーストパターン
２２１・・・力行区間
２２２・・・惰行区間
２２３・・・制動区間
Ｌ・・・軌道

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】