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WO2013057969A1 - 走行計画作成装置および自動列車運転装置 - Google Patents

走行計画作成装置および自動列車運転装置 Download PDF

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Publication number
WO2013057969A1
WO2013057969A1 PCT/JP2012/055017 JP2012055017W WO2013057969A1 WO 2013057969 A1 WO2013057969 A1 WO 2013057969A1 JP 2012055017 W JP2012055017 W JP 2012055017W WO 2013057969 A1 WO2013057969 A1 WO 2013057969A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
travel
pattern
unit
traveling
instruction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2012/055017
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
剛生 吉本
高橋　理
健詞 上田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2013539546A priority Critical patent/JP5697757B2/ja
Priority to IN2754CHN2014 priority patent/IN2014CN02754A/en
Priority to US14/350,431 priority patent/US9205851B2/en
Publication of WO2013057969A1 publication Critical patent/WO2013057969A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L27/00—Central railway traffic control systems; Trackside control; Communication systems specially adapted therefor
    • B61L27/10—Operations, e.g. scheduling or time tables
    • B61L27/16—Trackside optimisation of vehicle or train operation

Definitions

  • the present invention relates to a travel plan creation device that creates a travel plan represented by a speed and acceleration / deceleration state for each train position, and an automatic train operation device that automatically operates a train.
  • train travel plans are created on the desk by designers based on empirical rules, so performance such as energy consumption and ride quality of travel plans depend on the designers and are not necessarily optimized. It was.
  • the travel plan is designed offline, if the spare time is shortened due to disruption of the schedule during operation, or if there are many passengers and acceleration / deceleration according to the design performance cannot be achieved, the travel plan is included. It was impossible to follow the driving. There have been proposed a plurality of methods for solving such problems and automatically creating an optimum travel plan.
  • Japanese Patent No. 3198170 page 1-2, Fig. 1
  • Japanese Patent No. 3881302 page 1-2, FIG. 8
  • a maximum travel speed is adjusted first to create a travel plan that takes into account only the target travel time, and based on this plan, adjustments are made to improve the amount of energy consumption and ride comfort.
  • the search range is limited. Therefore, it is easy to fall into a solution having a maximum speed lower than the ideal pattern that minimizes the energy consumption, and the energy consumption is not sufficiently reduced. . Moreover, the amount of energy consumption reduction is also insufficient by not considering coasting.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a travel plan creation device capable of creating a travel plan that protects the target travel time and consumes a small amount of energy.
  • a travel plan creation device includes a route condition, train performance, a travel section for creating a travel plan, a storage section that stores a travel condition including at least a target travel time, and a route condition stored in the storage section.
  • a travel simulation unit that creates a travel pattern that travels in the travel section from the travel instruction, together with the travel time and energy consumption, and initial travel that sets initial values to the reference travel pattern Creating a travel instruction plan that creates a plurality of travel instruction plans in which the reference travel instruction is changed so that the travel time is increased but the amount of energy consumption is reduced from the pattern setting unit and the reference travel instruction corresponding to the reference travel pattern And a plurality of the driving patterns corresponding to each of the plurality of driving instruction plans using the driving simulation unit.
  • a simulation starting unit an optimum traveling pattern selecting unit that selects an optimum traveling pattern that is the traveling pattern that maximizes the energy consumption reduction effect with respect to the reference traveling pattern from the plurality of traveling patterns; and the target An evaluation unit that determines whether or not the travel time of the optimal travel pattern exists within a predetermined time range including the travel time; and the optimal travel pattern or the optimal travel pattern when the travel time exists within the predetermined time range.
  • the optimal travel pattern is set as the reference travel pattern.
  • a reference travel pattern update unit that activates the travel instruction plan creation unit when the reference travel pattern is set It is obtained by a that running instruction plan creation starting unit.
  • the automatic train operation device includes a travel plan creation device, a current position acquisition unit that identifies the current train position and speed, and a current speed limit that acquires a current speed limit that is the current speed limit from the ATC device.
  • a travel command that activates the travel plan creation device and travels the train according to the created travel plan and the current speed limit for the travel condition in which a travel section determined from the current position of the train is set.
  • the travel plan creation device it is possible to create a travel plan that protects the target travel time and consumes a small amount of energy.
  • the train can be operated automatically so as to protect the target travel time and reduce the amount of energy consumption.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a travel plan creation device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the same reference numerals are the same or equivalent, and this is common throughout the entire specification.
  • the form of the constituent elements appearing in the whole specification is merely an example, and is not limited to these descriptions.
  • the travel plan creation device includes a route information input unit 11, a train performance input unit 12, a travel condition input unit 13, a storage unit 14, a travel pattern creation unit 15, an initial travel pattern setting unit 16, a travel instruction plan creation unit 17, and a simulation activation.
  • a unit 18, an optimum travel pattern selection unit 19, an evaluation unit 20, an output unit 21, a reference travel pattern update unit 22, a step size change unit 23, and a travel instruction plan creation activation unit 24 are provided.
  • the route information input unit 11 accepts input of route conditions that are data relating to the route on which the train travels, such as the gradient, the position of the curve and its curvature radius, and the speed limit.
  • the train performance input unit 12 accepts input of train performance, which is data related to the train, such as train weight, train length, acceleration performance, deceleration performance, air resistance, and motor efficiency.
  • One-car train is also a train.
  • the travel condition input unit 13 is a temporary limit set in the sections included in the travel section, the start and end points of the travel section that is the section for which the travel plan is to be created, the target travel time between the two points. It accepts input of driving conditions such as data on speed information.
  • the target travel time is generally expressed as a value obtained by subtracting the margin time from the travel time between stations on the diagram. For example, when creating a travel plan used for train automatic operation, the target travel time may be set as appropriate according to the degree of schedule disturbance.
  • the route conditions input by the route information input unit 11, the train performance input by the train performance input unit 12, and the travel conditions input by the travel condition input unit 13 can be referred to by other processing units in the storage unit 14. Retained.
  • the route information input unit 11, the train performance input unit 12, and the travel condition input unit 13 are provided, but they may be omitted.
  • the present invention can be implemented if there is a storage unit 14 that holds a travel condition including at least a route condition, a train performance, a travel section for creating a travel plan, and a target travel time.
  • a travel condition including at least a route condition, a train performance, a travel section for creating a travel plan, and a target travel time.
  • any one or two input units may be provided.
  • the travel pattern creation unit 15 which is a travel simulation unit, uses the route conditions, train performance, and travel conditions stored in the storage unit 14, and is specified in the travel conditions in consideration of the route conditions such as the gradient and the train performance.
  • a travel pattern that travels in the shortest possible time from the start position (start point) to the stop target position (end point) of the travel section is created by simulation or the like along with the travel time and energy consumption.
  • the amount of energy consumption may be written as the amount of power consumption. Even when power is generated by an internal combustion engine such as a diesel engine, necessary data such as fuel efficiency is stored in the storage unit 14 as the train performance, and the traveling pattern creation unit 15 uses these data to determine the traveling pattern. create.
  • the traveling instruction is an instruction regarding a traveling method that is determined for each section in the traveling section (for example, a designated section between positions P1 and P2) so that the amount of energy consumption is reduced.
  • a set of travel instructions is also called a travel instruction.
  • one traveling instruction designates coasting in a certain section, or suppresses the maximum speed in a certain section to be smaller than the original maximum speed.
  • the traveling pattern represents the relationship between the train position and speed when traveling according to a specified traveling instruction. Note that even in a section where coasting is instructed, if deceleration is required to protect the stop at the speed limit or stop target position, the deceleration is prioritized.
  • the fastest travel pattern that travels at the fastest speed in the travel section is first obtained, and the travel pattern is repeatedly corrected so that the travel time is gradually increased but the amount of energy consumption is reduced.
  • the traveling pattern before being corrected at each repetition is referred to as a reference traveling pattern.
  • the initial travel pattern setting unit 16 executes the travel pattern creation unit 15 in a state where there is no travel instruction, obtains the fastest travel pattern, and sets it as the initial value of the reference travel pattern.
  • the travel instruction plan creation unit 17 creates a plurality of travel instruction plans in which a part of the reference travel instruction is changed so that the travel time is increased but the energy consumption is reduced from the reference travel instruction corresponding to the reference travel pattern. .
  • the travel instruction draft preparation unit 17 adds a coasting addition unit 25 that newly adds one coasting section to a section that is not a coasting section in the reference traveling instruction, and starts one traveling section included in the reference traveling instruction as a start of the traveling section. It has a coasting extension part 26 that lengthens the side closer to the position, and a maximum speed suppression part 27 that sets the maximum speed of a certain section smaller than the value in the reference travel instruction. Note that, in a section where the reference travel instruction does not include a travel instruction for suppressing the maximum speed, the maximum speed obtained by the rule described later from the limit speed is set as the maximum speed in the reference travel instruction in that section.
  • Lameness is a state where no power is used to travel. On flat ground, the speed of the coasting train gradually decreases due to air resistance and friction between wheels and rails. Since power is used so that the speed does not decrease in a constant speed section on a flat ground or uphill, the amount of energy consumption can be reduced by changing the constant speed section to a coasting section. Lowering the maximum speed can reduce the amount of energy consumed to accelerate to the maximum speed.
  • the simulation starting unit 18 applies each of the plurality of travel instruction plans created by the travel instruction plan creation unit 17 to the travel pattern creation unit 15 to create a travel pattern.
  • the created travel pattern is managed in correspondence with the travel instruction plan.
  • the travel pattern creation unit 15 obtains the travel time and power consumption in the travel pattern along with the travel pattern.
  • the optimal travel pattern selection unit 19 selects, as the optimal travel pattern, the one having the greatest energy consumption reduction effect (described later) with respect to the reference travel pattern among the plurality of travel patterns created by the simulation starting unit 18.
  • the evaluation unit 20 determines whether the travel time of the optimal travel pattern exists within a predetermined time range including the target travel time.
  • the range defined as the target travel time is a predetermined time range including the target travel time. If the target travel time is a single value, taking into account the magnitude of error in travel time allowed for train operation, calculation error, etc., from the time shorter than the target travel time by a predetermined time including the target travel time A range longer by a predetermined time is set as a predetermined time range.
  • the predetermined time on the time shortening side and the time increasing side may be the same or different.
  • the evaluation unit 20 determines that the travel time of the optimal travel pattern exists within the predetermined time range when the travel time of the optimal travel pattern is not less than the lower limit value of the predetermined time range including the target travel time and not more than the upper limit value. to decide. Otherwise, it is determined that the travel time of the optimal travel pattern does not exist within a predetermined time range.
  • the output unit 21 outputs either or both of the optimal travel pattern and the corresponding travel instruction to the outside when the travel time of the optimal travel pattern exists within a predetermined time range including the target travel time.
  • the output optimal travel pattern or travel instruction is the travel plan created by the travel plan creation device.
  • the reference travel pattern update unit 22 sets the optimal travel pattern as the reference travel pattern so that the travel plan can be obtained by further changing the optimal travel pattern.
  • the step size changing unit 23 changes the step size that determines the magnitude of the change when the travel instruction plan creation unit 17 changes a part of the reference travel instruction to create the travel instruction plan.
  • the travel instruction plan creation activation unit 24 activates the travel instruction plan creation unit 17 when the reference travel pattern is set, or when the step size change unit 23 changes the step size.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining processing for creating a travel plan by the travel plan creation device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the initial travel pattern setting unit 16 executes the travel pattern creation unit 15 without any travel instruction to create the fastest travel pattern that travels the fastest from the start point to the end point of the travel section. Time and power consumption are calculated (STEP 101). The speed at the start point and the end point is also specified to obtain the fastest running pattern. When the travel section is between stations where the train stops, the speed at the start and end points is zero. When the station through which the train passes becomes the start point or the end point, the speed at the point corresponding to the passing station becomes a specified speed that is not zero.
  • FIG. 3 is a diagram for explaining the relationship between the speed limit and the maximum speed as well as an example of the fastest running pattern that runs the fastest in the running section.
  • the vertical axis represents the train speed
  • the horizontal axis represents the distance from the reference point.
  • the reference point is determined at an appropriate position for each route.
  • the travel pattern can be expressed by a combination of four types of sections of an acceleration mode, a constant speed mode, a coasting mode, and a deceleration mode.
  • FIG. 3 also shows the relationship between the speed limit and the maximum speed
  • a rule for obtaining the maximum speed from the speed limit will be described.
  • the maximum speed becomes smaller than the speed limit by the speed margin.
  • the maximum speed is obtained by subtracting the speed margin from the low speed limit in the interval before and after the distance margin.
  • the train can be accelerated after the end of the train has passed the point and past the distance margin. Keep the maximum speed of the section.
  • the conversion from the speed limit to the maximum speed is performed by the traveling pattern creation unit 15.
  • the maximum speed may be obtained in advance, and may be given as a travel instruction when determining the fastest travel pattern.
  • the speed limit means a speed smaller than either the speed limit in the route condition or the temporary speed limit in the driving condition.
  • this fastest travel pattern is determined as a reference travel pattern to be used by the travel instruction draft creation unit 17 to create a travel instruction draft. Further, a state where there is no travel instruction is determined as a reference travel instruction (STEP 102).
  • the travel instruction draft preparation unit 17 creates a part of the travel instruction plan based on the reference travel instruction based on the travel instruction plan in which the travel time is slightly longer than the reference travel pattern and the amount of energy consumption is expected to decrease.
  • a plurality of items are created by changing the instruction or adding a new travel instruction (STEP 103).
  • FIG. 4 is a diagram for explaining, by way of example, a change plan for a travel instruction created by the travel plan creation device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 5 shows a travel instruction plan created from the reference travel pattern shown in FIG. Note that the reference travel pattern in FIG. 4 is the fastest travel pattern, and nothing is set in the reference travel instruction.
  • the travel instruction plans 1 to 5 in FIG. 5 correspond to plans 1 to 5 in FIG.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a travel instruction plan created from the reference travel pattern changed according to plan 1 when plan 1 of FIG. 5 is selected as described later.
  • FIG. 8 shows a reference travel instruction when the travel instruction plan of FIG. 7 is created.
  • the reference travel instruction shown in FIG. 8 is plan 1 in FIG.
  • a travel instruction plan created from the reference travel pattern shown in FIG. 7 is shown in FIG.
  • the upper row is a reference running instruction that has already been determined by the first loop process, and the lower row is a newly added running instruction.
  • the travel instruction plans 1 to 5 in FIG. 9 correspond to plans 1 to 5 in FIG. 7, respectively.
  • the travel instruction plan creation unit 17 includes a coasting addition unit 25, a coasting extension unit 26, and a maximum speed suppression unit 27. A method in which each processing unit creates a travel instruction plan will be described.
  • ⁇ Coasting addition rule 1 Add a coasting section from a point before the distance ⁇ S1 to the switching point from constant speed to deceleration.
  • the plan 1 and plan 2 shown in FIG. 4 and the plan 2 shown in FIG. 7 are travel instruction plans created by the coasting addition rule 1.
  • ⁇ Coasting addition rule 2 A coasting section is added from a point before the distance ⁇ S2 to the switching point from acceleration to deceleration.
  • ⁇ Coasting addition rule 3 A coasting section is added from a point before the distance ⁇ S3 to a switching point from acceleration to constant speed where the absolute value of the slope is a downward slope of a predetermined value (for example, 10 per mil) or more.
  • a downward gradient in which the absolute value of the gradient is equal to or greater than a predetermined value is referred to as a “steep downward gradient”.
  • the plan 3 shown in FIG. 4 and the plan 1 shown in FIG. 7 are travel instruction plans created by the coasting addition rule 3.
  • the predetermined value for determining a steep downward slope is determined to be equal to or greater than the magnitude of the downward slope that can be accelerated by coasting.
  • Each value of the above ⁇ S1, ⁇ S2, and ⁇ S3 is set to 30 m, for example.
  • the predetermined distance is appropriately determined in consideration of the train length.
  • the end point of the acceleration section is also the start point of the coasting section.
  • the slope of the section from the end point of the acceleration section to the predetermined distance thereafter needs to be a steep downward slope so that necessary acceleration can be achieved by coasting.
  • the predetermined distance is appropriately determined in consideration of the speed difference accelerated in the acceleration section of the distance ⁇ S3 before changing to the coasting section.
  • the average gradient may be determined as the gradient of the section.
  • the slope of the section may be determined by another method such as median.
  • the end point of the coasting section is the switching point of the highest speed ahead of each switching point.
  • the end point of the coasting section is the end point of the descending slope ahead of each switching point.
  • ⁇ S4 is 30 m, for example.
  • the ⁇ S4 may be set to a different value depending on the rule. In a coasting section with a steep down slope, check whether the slope of the section up to a predetermined distance before the extended coasting section corresponds to a steep down slope, and if not, extend as appropriate You may shorten the length of the coasting section.
  • a plurality of coasting sections overlap or continue because the loop for changing the reference running pattern is repeated many times, they may be combined into one.
  • the maximum speed coincides with the maximum speed of the adjacent section as a result of the maximum speed suppression, they are merged into one section.
  • the simulation starting unit 18 applies each one of the plurality of travel instruction plans to the travel pattern creating unit 15 to create a travel pattern, and calculates the travel time and energy consumption (STEP 104).
  • the optimum travel pattern selection unit 19 calculates an evaluation index e representing the effect of reducing the amount of energy consumption compared to the reference travel pattern for each travel pattern, and selects the best one (STEP 105). .
  • E n is the energy consumption of the corresponding driving pattern
  • E 0 is the energy consumption of reference travel pattern
  • T n is the running time of the relevant travel pattern
  • T 0 is the travel time of the reference travel pattern it represents.
  • Expression (1) is an expression for calculating the energy consumption reduction effect.
  • the energy consumption reduction effect is an index that expresses how much the amount of energy consumption decreases with an increase in the travel time of a unit amount. The larger the evaluation index e, the more desirable as a travel instruction plan.
  • FIG. 6 shows the calculation results of the travel time, energy consumption, and evaluation index e calculated for each travel instruction plan shown in FIG.
  • the evaluation index e is compared, the travel instruction plan 1 is the largest, so the optimal travel pattern selection unit 19 selects the travel pattern corresponding to the travel instruction plan 1 as the optimal travel pattern.
  • the evaluation unit 20 compares the travel time of the optimum travel pattern with the target travel time held in the storage unit 14 (STEP 106).
  • the optimal travel pattern at that time is the final result, so it corresponds to the optimal travel pattern or the optimal travel pattern
  • the output unit 21 outputs either or both of the traveling instructions to be performed (STEP 107), and the process ends.
  • the travel time of the optimal travel pattern is equal to the target travel time”.
  • the reference travel pattern update unit 22 sets the optimum travel pattern as a new reference travel pattern. Further, the travel instruction plan creation starting unit 24 that has detected that the reference travel pattern has been set activates the travel instruction plan creation unit 17 and returns to STEP 103 (STEP 108).
  • the step width changing unit 23 reduces ⁇ Sn and ⁇ V, which are step widths that determine the magnitude of the change when the reference travel instruction is changed to create a travel instruction plan.
  • the travel instruction plan creation starting unit 24 that detects that the step size has been changed starts the travel instruction plan creation unit 17 and returns to STEP 103 (STEP 109). This is a process for returning to the original state when the traveling time exceeds the upper limit value of the predetermined traveling time range of the target traveling time as a result of excessive addition of coasting and suppression of the maximum speed. If the step size is made sufficiently small from the beginning, the processing of STEP 109 and the step size change unit are unnecessary.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating, by way of example, travel patterns created by repetitive processing in the travel plan creation device according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the plan 1 having the maximum evaluation index e is adopted from the plans 1 to 5 based on FIG. 6, and the travel pattern corresponding to the plan 1 is the reference travel pattern in the next round. become. Thereafter, the second to fifth loops were followed, and the travel plan was determined at the sixth loop in which the travel time of the optimal travel pattern was equal to the target travel time.
  • the processing instruction is rotated and the travel instruction plan that maximizes the energy consumption reduction effect is adopted each time in the loop, the energy consumption can be reduced as much as possible while the travel time is gradually approaching the target travel time. . Since there is no such thing as determining only the maximum speed suppression amount so as to satisfy the target travel time, the maximum speed is not set too low. As a result, it is possible to calculate a travel pattern that reduces the amount of energy consumption while satisfying the target travel time. In addition, if the target travel time has sufficient margin and the train stops in the middle of the travel section only by adding the coasting section, the maximum speed is appropriately lowered and the train is stopped in the middle of the travel section. Without stopping the vehicle, it is possible to create a travel pattern that satisfies the target travel time and has a small amount of energy consumption.
  • the energy consumption reduction effect can be greater than when acceleration by coasting on a steep downward slope is not considered.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating, by way of example, the effect of reducing the amount of energy consumed by setting a coasting section in a section having a steep downward slope in the travel plan creation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a curve L in FIG. 11 shows a running pattern obtained when the maximum speed is suppressed and coasting is set in front of the deceleration start point and in a steep downward gradient section.
  • a curve M in FIG. 11 shows a running pattern obtained when the maximum speed is suppressed and coasting is set only before the deceleration start point.
  • curve L it is accelerating by coasting from Point 1 with a downhill slope.
  • the acceleration section by power running and the subsequent constant speed section are shorter.
  • the amount of energy consumption in the case of the curve L is 6.7 kWh, which is lower than 7.1 kWh in the case of the curve M.
  • a travel plan with a smaller amount of energy consumption can be created as compared with a case where the coast is not considered.
  • the accuracy of the travel plan is improved as the step widths ⁇ Sn and ⁇ V are reduced, but the calculation time is increased. For this reason, it adjusts according to the specification of CPU, calculation target time, and required accuracy which a travel plan preparation apparatus has.
  • the speed is zero at the start point and the end point of the travel section, but the speed may not be zero.
  • the travel plan which followed the target passage time when the next station is a passage station can be created.
  • a travel plan from the current train position and speed to the next station can be created.
  • FIG. 3 and the like it is assumed that the train speed is reduced before entering the section where the speed limit decreases.
  • ATC Automatic Train Control
  • the speed limit at that point is given from the ground side via the rail, and when the information is received, the speed limit may be exceeded.
  • the train is decelerated until the train speed becomes lower than the speed limit by a margin.
  • FIG. 12 is a diagram for explaining an example of the relationship between the speed limit and the traveling pattern on a route that employs the analog ATC.
  • the travel plan creation device shown in the present embodiment can also be applied to a route that employs such an analog ATC.
  • a travel pattern prepared in advance may be used as the initial value of the reference travel pattern.
  • a travel instruction may be prepared in advance, or a corresponding travel instruction may be obtained from the prepared travel pattern.
  • a travel instruction may be given to simulate a given travel instruction to obtain a travel pattern, and the obtained travel pattern may be used as an initial value of the reference travel pattern.
  • addition or extension of the coasting section and maximum speed suppression are taken into consideration as the travel instruction.
  • a travel instruction that changes the travel pattern during acceleration or deceleration may also be considered.
  • the step size for determining the magnitude of the change in the travel instruction used when creating the travel instruction plan is determined so that the increase in travel time in each travel instruction plan is substantially the same. The reason is that, regardless of which instruction plan is selected, the number of repetitions is almost the same.
  • the step size is determined for each rule for changing the travel instruction plan, but the step size may be changed for each location where the rule is applied. Since the travel pattern and its travel time are calculated for the travel instruction plan, the travel pattern is changed by decreasing or increasing the step size for the travel instruction plan where the increase in travel time is too large or too small relative to the reference travel pattern. You may make it recreate. Re-creation may be performed only for the selected travel instruction plan, and the rest may be performed from the next loop processing.
  • the step size may be set to be large when the difference is large, and the step size may be set to be small when the difference is small.
  • the step size may be set to be large when the difference is large.
  • the step size ⁇
  • the remaining time difference rate is 0.25 or more and less than 0.5
  • the step size 2 ⁇
  • the remaining time difference rate is 0.
  • the step size 4 ⁇ . In this way, substantially the same running pattern can be obtained with approximately half the number of repetitions compared to the case where the step size is ⁇ from the beginning.
  • the evaluation index for selecting the optimum driving pattern may take into account not only the amount of energy consumption but also riding comfort.
  • the train performance input to the train performance input unit 12 may be a value estimated based on a past travel history instead of a design value. Accordingly, it is possible to appropriately cope with a case where the train performance deviates from the design value or when the train performance fluctuates due to secular change. Moreover, you may input the train performance which considered the boarding rate.
  • the processing units constituting the travel plan creation device are divided so that one processing unit realizes one function.
  • a plurality of functions may be realized by one processing unit.
  • the initial travel pattern setting unit 16, the reference travel pattern update unit 22, and the step size change unit 23 may activate the travel instruction plan creation unit 17.
  • the travel instruction plan creation activation unit 24 becomes unnecessary, and the function of the travel instruction plan creation activation unit is realized by the initial travel pattern setting unit, the reference travel pattern update unit, and the step size change unit.
  • the functions of the optimum traveling pattern selection unit and the evaluation unit may be realized by a single processing unit.
  • Route conditions, train performance, and travel conditions are input using separate input units, but may be input using a single input unit.
  • Embodiment 2 in creating a travel plan that observes the target travel time, only the reduction in the amount of energy consumption is considered, but the ride comfort may be further considered.
  • a configuration of a travel plan creation device that creates a travel plan in consideration of ride comfort in addition to reduction of energy consumption will be described.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating the configuration of the travel plan creation device according to the second embodiment.
  • the ride comfort evaluation unit 28 is added, and the initial travel pattern setting unit 16A, the simulation activation unit 18A, and the optimal travel pattern selection unit 19A are changed.
  • the riding comfort evaluation unit 28 evaluates the riding comfort of the running pattern and generates a riding comfort index value that is an index value thereof.
  • the initial travel pattern setting unit 16A and the simulation activation unit 18A activate the travel pattern creation unit 15 and then apply the ride comfort evaluation unit 28 to the created travel pattern to generate a ride comfort index value.
  • the optimum traveling pattern selection unit 19A selects the optimum traveling pattern by comprehensively judging them based on the riding comfort index value generated by the riding comfort evaluation unit 28 and the energy consumption reduction effect.
  • FIG. 14 shows a flowchart for explaining processing for creating a travel plan by the travel plan creation device according to Embodiment 2 of the present invention. Compared to FIG. 2 in the case of the first embodiment, the operations of STEP 101A, STEP 104A, and STEP 105A are changed.
  • the traveling pattern creation unit 15 may calculate a ride comfort index value.
  • the travel pattern creation unit is also a ride comfort evaluation unit.
  • the riding comfort evaluation unit 28 is activated for the fastest running pattern created by the initial running pattern setting unit 16A, and the riding comfort index value is obtained.
  • the simulation activation unit 18A activates the riding comfort evaluation unit 28 for each traveling pattern created by the traveling pattern creation unit 15, and obtains a riding comfort index value.
  • the riding comfort index value can be simply calculated from the number of times of switching of the driving mode or the number of occurrences of jerk exceeding the reference value. In this embodiment, the ride comfort index value is calculated from the number of switching modes between the acceleration mode, constant speed mode, travel mode, and coasting mode.
  • an evaluation index value that comprehensively evaluates the ride comfort index value and the energy consumption reduction effect is calculated, and an optimum traveling pattern is selected based on the evaluation index value.
  • C n is the number of times the traveling mode is switched. 1 / C n is a ride comfort index value. The ride comfort index value increases as the driving mode is switched less. ⁇ is a coefficient for adjusting the weighting of energy saving and riding comfort. The greater the ⁇ , the greater the ride comfort weight.
  • STEP105A selects a running pattern evaluation index e 2 expressed by Equation (2) is maximized optimal running pattern.
  • Any evaluation index may be used as long as it is determined based on the ride comfort index value and the energy consumption reduction effect.
  • Embodiment 3 In Embodiments 1 and 2, in creating a travel plan that observes the target travel time, only the reduction in the amount of energy consumption or both the reduction in energy consumption and the ride comfort are considered. You may consider the influence on the following train.
  • the configuration of the travel plan creation device according to Embodiment 3 is the same as that shown in FIG.
  • the evaluation index used as a criterion for selecting the optimum traveling pattern by the optimum traveling pattern selecting unit 19A is different from those in the first and second embodiments.
  • the evaluation index e 3 for selecting the optimum driving pattern can be determined for example as in Equation (3).
  • D is a constant representing the distance from the departure station where the own train can affect the departure station.
  • D is a constant representing the distance from the departure station where the own train can affect the departure station.
  • D is determined, for example, by the difference between the start position of the own train when the tail end of the own train completely advances from the departure station platform and the start position of the own train when the train stops at the departure station.
  • This is an example of a signal system that allows the next train to enter the platform if the tail of the own train has fully advanced to the platform of the departure station (this rule is adopted in many signal systems). ing).
  • ⁇ is a coefficient for adjusting the influence on the following train and the weighting of energy saving.
  • Optimal running pattern selecting section 19A metrics e 3 selects the optimal running pattern running pattern becomes maximum. Therefore, as ⁇ is smaller, a traveling pattern that does not affect the operation of the following train is preferentially selected. In other words, the smaller ⁇ is, the more important it is to suppress the influence on the operation of the following train.
  • the evaluation index may be anything as long as it is determined based on the influence on the following train and the energy consumption reduction effect.
  • the evaluation index for selecting the optimum traveling pattern is not limited to the amount of energy consumption and the influence on the following train, but may also be taken into consideration for the ride comfort.
  • Embodiment 4 relates to an automatic train driving device incorporating the travel plan creation device of the first embodiment.
  • FIG. 15 the block diagram which shows the structure of the automatic train operation apparatus which concerns on Embodiment 4 of this invention is shown.
  • the automatic train operation device 50 includes a travel plan creation device 51, a current position acquisition unit 52, a current speed limit acquisition unit 53, and a travel command calculation unit 54.
  • the automatic train operation device 50 is connected to the ground element detection device 55, the ATC device 56, the speed sensor 57, the drive device 58, the brake device 59, and the travel condition setting unit 60.
  • the ground element detection device 55 detects the passage of the ground element installed on the route, and acquires the position information of the point from the ground element.
  • the ATC device 56 acquires the speed limit of the section from the ground side, and automatically decelerates when the speed limit is exceeded.
  • the speed sensor 57 is a device that detects the speed of the train.
  • the drive device 58 is a device that generates the power necessary for the train to travel at an acceleration or constant speed.
  • the brake device 59 is a device for decelerating the train.
  • the travel condition setting unit 60 has a function of setting a travel condition such as a target travel time between stations on the route and a speed limit set temporarily, and inputting the travel condition to the travel planning device 51.
  • These driving conditions may be set by the driver, or may be set from a ground system or another system on the vehicle via a communication device not included in the configuration diagram.
  • the database 61 holds route conditions such as gradient, curve position and radius of curvature, speed limit, and train performance such as train weight, train length, acceleration performance, deceleration performance, air resistance, and motor efficiency.
  • the travel condition storage unit 62 includes information on the start and end points of a travel section, which is a section for which a travel plan is to be created, information on a target travel time between the two points, and a temporary speed limit set in the travel section.
  • the driving conditions that are data are retained.
  • a combination of the database 61 and the travel condition storage unit 62 corresponds to the storage unit 14 in the first embodiment.
  • the database 61 and the traveling condition storage unit 62 are also used in other processing units of the automatic train driving device 50.
  • the travel pattern creation unit 15A refers to the database 61 and the travel condition storage unit 62 and creates a travel pattern from a travel instruction by simulation or the like.
  • the current position acquisition unit 52 identifies the current train position and speed by integrating the position information obtained from the ground detector 55 and the speed information obtained from the speed sensor 57.
  • the current speed limit acquisition unit 53 acquires the current speed limit that is the speed limit at that time obtained from the ATC device 56.
  • the travel command calculation unit 54 usually creates a travel command according to a travel plan created in advance. However, when the current speed limit by ATC is lower than the speed determined by the travel plan, priority is given to keeping the current speed limit by ATC. By transmitting the generated travel command to the drive device 58 or the brake device 59, the train automatically travels. When a travel plan created in advance cannot be used, the travel plan creation device 51 is activated so as to create a travel plan that satisfies the target travel time and consumes a small amount of energy in a travel section determined by the current position and speed of the train. A travel command is created according to the created travel plan.
  • the travel section determined from the current position and speed of the train is a travel section from a point where the train exists after a predetermined time to a predetermined end point.
  • the predetermined time is longer than the time required for the travel plan creation device 51 to create a travel plan.
  • the ATC device has been described on the premise of an analog ATC system that transmits the speed limit at the existing line position, but a single-stage ATC that transmits the stop target position of the train may be used.
  • the current speed limit acquisition unit 53 calculates the upper limit speed that can stop before the stop target position even if deceleration is started from the current position based on the brake performance and route conditions of the train. To do.
  • the current speed limit acquisition unit 53 may use the calculated upper speed limit as the current speed limit.
  • the value stored in the database 61 as the train performance information may be a value estimated based on a past travel history instead of a design value. Accordingly, it is possible to appropriately cope with a case where the train performance deviates from the design value or when the train performance fluctuates due to secular change.
  • a data changing unit that changes either or both of the route condition and the train performance stored in the database may be provided.
  • the travel plan creation device may take into account the ride comfort.
  • the travel plan for protecting the target travel time and traveling in the travel section with a small amount of energy consumption is designed so that the travel time is long but the energy consumption is small. Anything can be used as long as the travel plan is changed little by little.
  • FIG. The present embodiment incorporates the travel plan creation device of the second embodiment, considers both energy consumption reduction and ride comfort, and also considers the status of the running train and external environment information such as weather. It is an automatic train driving device that can run automatically.
  • FIG. 16 the block diagram which shows the structure of the automatic train driving device which concerns on Embodiment 5 of this invention is shown.
  • the automatic train driving device 50B includes a train state acquisition unit 63 that acquires a train state such as a boarding rate or a drive device failure, and an external environment information acquisition unit 64 that acquires external environment information such as weather.
  • the acquired train state and external environment information are stored in the travel condition storage unit 62B.
  • the travel plan creation device 51B includes a ride comfort evaluation unit 28, an initial travel pattern setting unit 16A, a simulation activation unit 18A, and an optimal travel pattern selection unit 19A similar to those in the second embodiment. Furthermore, it has a travel pattern creation unit 15B that creates a travel pattern in consideration of the train state and external environment information.
  • the running pattern creation unit 15B changes the acceleration performance and deceleration performance of the train according to the boarding rate, and when some of the driving devices are out of order, only the non-failing driving device is used.
  • the running pattern is obtained using the train performance considering Further, depending on the weather, for example, in the case of rain or snow, the traveling pattern is obtained in consideration of the external environment such as reducing the brake output in order to avoid the occurrence of slippage between the track and the wheel.
  • the travel plan is automatically considered while comprehensively considering the reduction effect of energy consumption and ride comfort while maintaining the target travel time. Can be automatically run according to it. As a result, it is possible to realize a railway operation that reduces the amount of energy consumption and provides a comfortable ride while protecting the diagram.
  • Only one of the train information acquisition unit and the external environment information acquisition unit may be provided.
  • the present invention includes a combination of the features of each of the embodiments described above.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Train Traffic Observation, Control, And Security (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

　本発明は、目標走行時間を守りつつ、消費エネルギ量が小さい走行パターンを作成する、走行計画作成装置を提供する。走行計画作成装置５１は、記憶部１４に保持された路線条件、列車性能、走行条件を使用して、走行指示から走行区間を走行する走行パターンをその走行時間と消費エネルギ量とともに作成する走行シミュレーション部１５と、繰り返し処理される基準走行パターンの初期値として最速走行パターンを設定する初期走行パターン設定部１６と、走行時間が少し長くなるが消費エネルギ量が小さくなるように基準走行パターンを変更する複数の走行指示案を作成する走行指示案作成部１７と、複数の走行指示案の中で消費エネルギ量削減効果が最大である最適走行パターンを選択する最適走行パターン選択部１９と、最適走行パターンの走行時間が目標走行時間と同等になるまで、基準走行パターンを更新する基準走行パターン更新部２２とを備える。

Description

走行計画作成装置および自動列車運転装置
　この発明は、列車の位置ごとの速度や加減速状態で表される走行計画を作成する走行計画作成装置ならびに列車を自動運転する自動列車運転装置に関するものである。
　一般的に列車の走行計画は、設計者が経験則に基づいて机上で作成するため、走行計画の消費エネルギ量や乗り心地などの性能は設計者に依存し、必ずしも最適化されたものではなかった。また、走行計画はオフラインで設計されるため、運行中にダイヤ乱れなどで余裕時間が短くなった場合や、乗客が多くて設計性能通りの加減速度が発揮できない場合などには、その走行計画に従った走行が不可能であった。このような問題を解決し、自動的に最適な走行計画を作成する方法が複数提案されている。
　まず走行シミュレータと上限速度設定手段によって目標走行時間を満たした走行計画を作成し、さらにノッチ切替パラメータ調整手段によって、乗り心地と省エネを考慮した走行計画を作成する手法が提案されている（特許文献１）。
　また、駅間を最速で走行する走行パターンをシミュレータで作成し、それを複数の部分に分割し、それぞれに惰行区間を少しずつ加えていくことによって、目標走行時間を満たした走行パターンを作成する手法が提案されている（特許文献２）。
　駅間走行時間が一定の場合、一般に列車の消費エネルギ量が最小となる走り方は、加速、定速、惰行、減速の順に変化するパターンをとることが知られている。
特許第３１９８１７０号公報（第１－２頁、第１図） 特許第３８８１３０２号公報（第１－２頁、第８図）
　特許文献１では、先に最高速度を調整して目標走行時間だけを考慮した走行計画を作成し、それをベースに消費エネルギ量や乗り心地を改善する調整を行う。この方法では、最高速度を先に決めるので探索範囲が限定されるため、消費エネルギ量が最小になる理想的なパターンよりも最高速度が低い解に陥りやすく、消費エネルギ量低減が不十分である。また、惰行を考慮していないことによっても、消費エネルギ量低減が不十分である。
　また特許文献２の方法では、惰行によって消費エネルギと走行時間の調整を行っているが、定速走行の速度を調整することを考慮していない。そのため、目標走行時間が十分大きく駅間距離が長い場合には、文献２の方法では駅間で停止してしまうような走行計画を作成する場合がある。また、惰行区間を追加する場所が、ブレーキ開始点付近に限定されている。
　この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、目標走行時間を守り消費エネルギ量が小さい走行計画を作成できる走行計画作成装置を提供することを目的とする。
　また、目標走行時間を守り消費エネルギ量が小さくなるように自動で列車を運行できる列車自動運転装置を提供することを目的とする。
　この発明に係る走行計画作成装置は、路線条件、列車性能、走行計画を作成する対象の走行区間と目標走行時間を少なくとも含む走行条件を保持する記憶部と、前記記憶部に保持された路線条件、列車性能、走行条件を使用して、走行指示から前記走行区間を走行する走行パターンを、その走行時間と消費エネルギ量とともに作成する走行シミュレーション部と、基準走行パターンに初期値を設定する初期走行パターン設定部と、前記基準走行パターンに対応する基準走行指示から、走行時間が長くなるが消費エネルギ量が小さくなるように前記基準走行指示を変更した複数の走行指示案を作成する走行指示案作成部と、複数の前記走行指示案のそれぞれに対応する複数の前記走行パターンを、前記走行シミュレーション部を用いて作成するシミュレーション起動部と、複数の前記走行パターンの中から、前記基準走行パターンに対して消費エネルギ量削減効果が最大となる前記走行パターンである最適走行パターンを選択する最適走行パターン選択部と、前記目標走行時間を含む所定の時間範囲内に前記最適走行パターンの走行時間が存在するかどうかを判断する評価部と、前記所定の時間範囲内に存在する場合に、前記最適走行パターンまたは前記最適走行パターンに対応する走行指示の何れかまたは両方を出力する出力部と、前記最適走行パターンの走行時間が前記所定の時間範囲の下限値よりも小さい場合に、前記最適走行パターンを前記基準走行パターンに設定する基準走行パターン更新部と、前記基準走行パターンが設定された場合に、前記走行指示案作成部を起動する走行指示案作成起動部とを備えたものである。
　この発明に係る自動列車運転装置は、走行計画作成装置と、現在の列車の位置と速度を特定する現在位置取得部と、ＡＴＣ装置から現在の制限速度である現在制限速度を取得する現在制限速度取得部と、列車の現在位置から決まる走行区間が設定された前記走行条件に対して、前記走行計画作成装置を起動し、作成された走行計画と前記現在制限速度にしたがって列車を走行させる走行指令を作成する走行指令演算部とを備えたものである。
　この発明に係る走行計画作成装置によれば、目標走行時間を守り消費エネルギ量が小さい走行計画を作成できる。
　この発明に係る自動列車運転装置によれば、目標走行時間を守り消費エネルギ量が小さくなるように自動で列車を運行できる。
　この発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置で走行計画を作成する処理を説明するフローチャートである。 走行区間を最も速く走行する最速走行パターンを例により説明するとともに、制限速度と最高速度の関係を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置で作成される走行指示の変更案を例により説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置で作成される走行指示案の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置で算出される評価指標値の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置で作成される走行指示の変更案を別の例により説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置で作成される走行指示の一例を示す図である。 この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置で作成される走行指示案を別の例により説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置において繰り返し処理で作成される走行パターンを例により説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置において急な下り勾配の区間に惰行区間を設定することによる消費エネルギ量の削減効果を例により説明する図である。 アナログＡＴＣを採用している路線での制限速度と走行パターンの関係を例により説明する図である。 この発明の実施の形態２に係る走行計画作成装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る走行計画作成装置で走行計画を作成する処理を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態４に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態５に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図である。
　実施の形態１．
　図１は、この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置の構成を示すブロック図である。以降の図において、同一の符号を付したものは、同一または相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。
　図１を用いて、実施の形態１に係る走行計画作成装置の構成を説明する。走行計画作成装置は、路線情報入力部１１、列車性能入力部１２、走行条件入力部１３、記憶部１４、走行パターン作成部１５、初期走行パターン設定部１６、走行指示案作成部１７、シミュレーション起動部１８、最適走行パターン選択部１９、評価部２０、出力部２１、基準走行パターン更新部２２、刻み幅変更部２３、走行指示案作成起動部２４を備える。
　路線情報入力部１１は、勾配、カーブの位置とその曲率半径、制限速度などの列車が走行する路線に関するデータである路線条件の入力を受け付ける。列車性能入力部１２は、列車重量、列車長、加速性能、減速性能、空気抵抗、モータ効率などの列車に関するデータである列車性能の入力を受け付ける。なお、１両編成でも列車である。走行条件入力部１３は、走行計画を作成する対象の区間である走行区間の開始点と終了点、その両点間の目標走行時間や、走行区間に含まれる区間に設定されている臨時の制限速度に関する情報のデータなどである走行条件の入力を受け付ける。なお、目標走行時間は一般的にダイヤ上の駅間走行時間から余裕時間を引いた値であらわされる。列車自動運転のために使用される走行計画を作成する場合などでは、ダイヤの乱れ具合などに応じて目標走行時間を適宜設定してもよい。
　路線情報入力部１１により入力された路線条件、列車性能入力部１２により入力された列車性能、走行条件入力部１３により入力された走行条件は、記憶部１４に他の処理部が参照できるように保持される。
　この実施の形態では、路線情報入力部１１、列車性能入力部１２および走行条件入力部１３を備えているが、それらはなくてもよい。路線条件、列車性能、走行計画を作成する対象の走行区間と目標走行時間を少なくとも含む走行条件を保持する記憶部１４が有れば、この発明を実施できる。路線情報入力部１１、列車性能入力部１２および走行条件入力部１３の中で、何れか１個または２個の入力部を備えるようにしてもよい。
　走行シミュレーション部である走行パターン作成部１５は、記憶部１４に保持された路線条件、列車性能、走行条件を使用して、勾配などの路線条件と列車性能を考慮して、走行条件で指定された走行区間の開始位置（開始点）から停止目標位置（終了点）までの間をなるべく短い時間で走行するような走行パターンを、その走行時間と消費エネルギ量とともにシミュレーション等により作成する。本明細書では、電車を対象とするので、消費エネルギ量を消費電力量と書く場合もある。ディーゼルエンジンなどの内燃機関により動力を発生する場合でも、その列車性能として燃費などの必要なデータが記憶部１４に格納されており、走行パターン作成部１５はそれらのデータを使用して走行パターンを作成する。
　走行指示とは、走行区間中のある区間（例えば位置Ｐ１からＰ２の間という指定された区間）ごとに決められる、消費エネルギ量が少なくなるような走行方法に関する指示のことである。走行指示の集合も、走行指示と呼ぶ。この実施の形態では、１個の走行指示は、ある区間で惰行を指定する、もしくはある区間の最高速度を本来の最高速度よりも小さく抑制するものである。走行パターンとは指定した走行指示に沿って走行した場合の、列車の位置と速度の関係を表したものである。なお、惰行を指示されている区間であっても、制限速度や停止目標位置での停止を守るために減速が必要な場合は、減速を優先する。
　この実施の形態では、走行区間を最速で走行する最速走行パターンを最初に求めて、少しずつ走行時間が長くなるが消費エネルギ量が少なくなるように、走行パターンを修正することを繰り返す。繰り返しの各回で、修正される前の走行パターンを基準走行パターンと呼ぶ。初期走行パターン設定部１６は、走行指示が全く無い状態で走行パターン作成部１５を実行して最速走行パターンを求め、基準走行パターンの初期値として設定する。
　走行指示案作成部１７は、基準走行パターンに対応する基準走行指示から、走行時間が長くなるが消費エネルギ量が小さくなるように基準走行指示の一部を変更した複数の走行指示案を作成する。走行指示案作成部１７は、基準走行指示では惰行区間ではない区間に新たに１個の惰行区間を追加する惰行追加部２５、基準走行指示に含まれる１個の惰行区間を、走行区間の開始位置に近い側に長くする惰行延長部２６、ある区間の最高速度を基準走行指示での値よりも小さく設定する最高速度抑制部２７を有する。なお、基準走行指示に最高速度を抑制する走行指示がない区間では、制限速度から後述するルールで求めた最高速度を、その区間での基準走行指示での最高速度とする。
　惰行区間の追加または延長、あるいは最高速度を低くすることで消費エネルギ量が低減できる理由を簡単に説明する。惰行とは、走行するために動力を使用していない状態である。平地であれば空気抵抗や車輪とレールの間の摩擦などにより、惰行中の列車の速度はしだいに低下する。平地や上り勾配での定速区間では速度が低下しないように動力を使用しているので、定速区間を惰行区間に変更すると、消費エネルギ量は低減できる。最高速度を低くすると、最高速度までに加速するのに要する消費エネルギ量を低減できる。
　シミュレーション起動部１８は、走行指示案作成部１７で作成された複数の走行指示案のそれぞれを１個ずつ走行パターン作成部１５に与えて走行パターンを作成する。作成された走行パターンは、走行指示案に対応させて管理される。なお、走行パターン作成部１５では、走行パターンとともに、その走行パターンでの走行時間と消費電力量も求める。
　最適走行パターン選択部１９は、シミュレーション起動部１８により作成された複数の走行パターンの中で、基準走行パターンに対して消費エネルギ量削減効果（後述）が最も大きいものを最適走行パターンとして選択する。
　評価部２０は、目標走行時間を含む所定の時間範囲内に最適走行パターンの走行時間が存在するかどうかを判断する。目標走行時間が幅を持って与えられる場合は、目標走行時間として規定される範囲が、目標走行時間を含む所定の時間範囲である。目標走行時間が１個の値である場合は、列車運行で許容される走行時間の誤差の大きさや、計算誤差などを考慮して、目標走行時間を含み目標走行時間から所定時間だけ短い時間から所定時間だけ長い範囲を所定の時間範囲とする。ここで、時間を短くする側と長くする側での所定時間は、同じでも異なってもよい。
　評価部２０は、最適走行パターンの走行時間が目標走行時間を含む所定の時間範囲の下限値以上であり上限値以下である場合に、最適走行パターンの走行時間が所定の時間範囲内に存在すると判断する。そうでない場合は、最適走行パターンの走行時間が所定の時間範囲内に存在しないと判断する。
　出力部２１は、最適走行パターンの走行時間が目標走行時間を含む所定の時間範囲内に存在する場合に、最適走行パターンと対応する走行指示のどちらかまたは両方を外部に出力する。出力される最適走行パターンまたは走行指示が、この走行計画作成装置が作成した走行計画である。
　基準走行パターン更新部２２は、最適走行パターンをさらに変更して走行計画を求められるように、最適走行パターンを基準走行パターンに設定する。
　刻み幅変更部２３は、走行指示案作成部１７が基準走行指示の一部を変更して走行指示案を作成する際に変更の大きさを決める刻み幅を、変更する。
　走行指示案作成起動部２４は、基準走行パターンが設定された場合、あるいは刻み幅変更部２３により刻み幅が変更された場合に、走行指示案作成部１７を起動する。
　次に、実施の形態１の走行計画作成装置が走行計画を作成する際の詳細動作を、図２のフローチャートを用いて説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置で走行計画を作成する処理を説明するフローチャートである。
　まず、初期走行パターン設定部１６は、走行指示が全く無い状態で走行パターン作成部１５を実行して、走行区間の開始点から終了点までを最も速く走行する最速走行パターンを作成し、その走行時間と消費電力量を算出する（ＳＴＥＰ１０１）。なお、開始点と終了点での速度も指定して、最速走行パターンを求める。列車が停車する駅の間を走行区間とする場合には、開始点と終了点での速度はゼロになる。列車が通過する駅が開始点または終了点になる場合は、通過する駅に対応する地点での速度はゼロでない指定された速度になる。
　図３は、走行区間を最も速く走行する最速走行パターンを例により説明するとともに、制限速度と最高速度の関係を説明する図である。図３において縦軸が列車速度、横軸が基準点からの距離である。基準点は、路線ごとに適当な位置に決められる。走行パターンは、加速モード、定速モード、惰行モード、減速モードの４種類のモードの区間の組み合わせで表現できる。
　図３には制限速度と最高速度の関係も示しているので、制限速度から最高速度を求めるルールについて説明する。一般的に制限速度に対して列車は一定の速度マージン分だけ低い速度で走行するので、最高速度は制限速度よりも速度マージン分だけ小さくなる。制限速度が低く変化する地点では、距離マージンだけ手前から後の区間の低い制限速度から速度マージンを引いた速度を最高速度にする。制限速度が高く変化する地点では、列車末尾がその地点を越えさらに距離マージンを過ぎてから加速可能であるので、その地点を過ぎて列車の長さに距離マージンを加えた距離までは、前の区間の最高速度のままとする。
　このような制限速度から最高速度への変換は、走行パターン作成部１５が行う。あらかじめ最高速度を求めておき、最速走行パターンを求める際の走行指示として与えるようにしてもよい。
　なお、制限速度とは、路線条件にある制限速度または走行条件にある臨時の制限速度のどちらかより小さい速度を意味する。
　次に、この最速走行パターンを走行指示案作成部１７で走行指示案を作成するために使用する基準走行パターンと定める。また、何も走行指示が無い状態を基準走行指示と定める（ＳＴＥＰ１０２）。
　次に、基準走行パターンが設定されたことを検出して、走行指示案作成起動部２４が走行指示案作成部１７を起動する。走行指示案作成部１７は、走行時間が基準走行パターンより少しだけ長くなり、かつ消費エネルギ量が減ることが期待されるような走行指示案を、基準走行指示をベースにして、一部の走行指示を変更するあるいは新たな走行指示を追加するなど変更して、複数作成する（ＳＴＥＰ１０３）。
　図４、図５、図７から図９を使用して、この発明に係る走行計画作成装置で走行指示案をどのように作成するかを説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置で作成される走行指示の変更案を例により説明する図である。図４に示された基準走行パターンから作成された走行指示案を図５に示す。なお、図４の基準走行パターンは最速走行パターンであり、基準走行指示には何も設定されていない。図５の走行指示案１から５は、図４の案１から５にそれぞれ対応している。
　また、後述するようにして図５の案１が選択されて、案１にしたがって変更された基準走行パターンから作成される走行指示案を説明する図を、図７に示す。図７の走行指示案が作成される時点での基準走行指示を図８に示す。図８に示す基準走行指示は、図５の案１である。図７に示された基準走行パターンから作成された走行指示案を図９に示す。図９では上段が１回目のループの処理により既に決定した基準走行指示であり、下段が新たに追加された走行指示である。図９の走行指示案１から５は、図７の案１から５にそれぞれ対応している。
　走行指示案作成部１７は、惰行追加部２５、惰行延長部２６、最高速度抑制部２７を有する。それぞれの処理部が、走行指示案を作成する方法について説明する。
　（１）惰行追加部２５による処理
　以下に示す惰行追加ルールどれかに該当する箇所に、惰行区間を追加する。
　惰行追加ルール１：定速から減速への切り替え点に対して、距離ΔＳ１手前の地点から惰行区間を追加する。図４に示す案１と案２、および図７に示す案２が、惰行追加ルール１により作成される走行指示案である。
　惰行追加ルール２：加速から減速への切り替え点に対して、距離ΔＳ２手前の地点から惰行区間を追加する。
　惰行追加ルール３：勾配の絶対値が所定値（例えば、１０パーミル）以上の下り勾配にある、加速から定速への切り替え点に対して、距離ΔＳ３手前の地点から惰行区間を追加する。ここで、勾配の絶対値が所定値以上の下り勾配を「急な下り勾配」と呼ぶ。図４に示す案３、および図７に示す案１が、惰行追加ルール３により作成される走行指示案である。急な下り勾配と判断するための所定値は、惰行で加速できる下り勾配の大きさ以上になるように決める。
　上記のΔＳ１、ΔＳ２、ΔＳ３の各値は、例えば３０ｍとする。
　惰行追加ルール３では、惰行区間の最初から加速できるように、加速区間の終了地点からその前の所定距離の地点までの区間の勾配が急な下り勾配である必要がある。当該所定距離は、列車長を考慮して適切に決める。なお、加速区間の終了地点は惰行区間の開始地点でもある。また、惰行により必要な加速ができるように、加速区間の終了地点からその後の所定距離までの区間の勾配も急な下り勾配である必要がある。当該所定距離は、惰行区間に変更する前における距離ΔＳ３の加速区間で加速される速度差などを考慮して適切に決める。区間の中で勾配が変化する場合には、平均勾配をその区間の勾配として定めるとよい。メジアンなど別の求め方により、区間の勾配を決めてもよい。
　なお、惰行追加ルール１と惰行追加ルール２では、惰行区間の終了地点は、各切り替え点の先にある最高速度の切り替え点とする。惰行追加ルール３では、惰行区間の終了地点は、各切り替え点の先にある下り勾配の終了点とする。あるいは、ルールごとに、ΔＳｎ（ｎ＝１，２，３）の所定倍（例えば、５倍）の距離だけ各切り替え点よりも先にある地点を、惰行区間の終了地点としてもよい。
　（２）惰行延長部２６による処理
　基準走行指示にある惰行区間を、その開始地点が距離ΔＳ４手前の地点になるように変更（延長）する。図７に示す案３が、惰行延長部２６により作成される走行指示案である。
　ΔＳ４の値は、例えば３０ｍとする。延長する惰行区間がどのルールにより追加されたものであるかを考慮して、そのルールに応じてΔＳ４を異なる値にしてもよい。急な下り勾配にある惰行区間では、延長した惰行区間の前の所定距離の地点までの区間の勾配が急な下り勾配に該当するかどうかをチェックし、該当しない場合は、該当するように延長する惰行区間の長さを短くしてもよい。
　（３）最高速度抑制部２７による処理
　図４および図７に示したように、最高速度の変化点ごとに区間を分割する（区間Ａ，Ｂ，Ｃ）。ここで、開始点および終了点の走行区間ではない側（即ち、走行区間の外側）の区間は最高速度がゼロであるとして取り扱う。ここで、最高速度が上に凸になっている区間、すなわち両側に隣接する区間よりも最高速度が高い区間を、最高速度抑制区間に選定する。そして、その区間の最高速度をΔＶだけ低くした値を、その区間の新しい最高速度として指定する。ΔＶは例えば１ｋｍ／ｈとする。
　なお、基準走行パターンを変更するループを何回も回ったために、複数の惰行区間が重複または連続する場合は、それらを１つにまとめてよい。さらに、最高速度抑制の結果、隣の区間の最高速度と一致した場合は、それらを合併して一つの区間とする。
　次に、シミュレーション起動部１８が複数の走行指示案のそれぞれを１個ずつ走行パターン作成部１５に与えて走行パターンを作成し、その走行時間と消費エネルギ量を算出する（ＳＴＥＰ１０４）。
　次に、最適走行パターン選択部１９が、各走行パターンに対して、基準走行パターンと比べての消費エネルギ量削減効果を表す評価指標ｅを算出し、それが最良なものを選定する（ＳＴＥＰ１０５）。
　評価指標ｅは、例えば式（１）のように定める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　本式において、Ｅｎは該当走行パターンの消費エネルギ量、Ｅ０は基準走行パターンの消費エネルギ量、Ｔｎは該当走行パターンの走行時間、Ｔ０は基準走行パターンの走行時間、を表す。式（１）は、消費エネルギ量削減効果を計算する式である。消費エネルギ量削減効果とは、単位量の走行時間の増加に対して消費エネルギ量がどれだけ低下するかを表現する指標である。評価指標ｅは大きいほど、走行指示案として望ましいことになる。
　図５に示す各走行指示案に対して計算された走行時間と消費エネルギ量および評価指標ｅの算出結果を図６に示す。図６の場合では、評価指標ｅを比較すると、走行指示案１番が最大であるため、最適走行パターン選択部１９は走行指示案１番に対応する走行パターンを最適走行パターンとして選択する。
　次に、評価部２０では最適走行パターンの走行時間と、記憶部１４に保持された目標走行時間を比較する（ＳＴＥＰ１０６）。
　目標走行時間を含む所定の時間範囲内に最適走行パターンの走行時間が存在する場合には、その時点での最適走行パターンが最終的な結果であるので、最適走行パターンまたは前記最適走行パターンに対応する走行指示の何れかまたは両方を出力部２１が出力して（ＳＴＥＰ１０７）、終了する。ここで、目標走行時間を含む所定の時間範囲内に最適走行パターンの走行時間が存在する場合を、「最適走行パターンの走行時間が目標走行時間と同等である」ということにする。
　最適走行パターンの走行時間が目標走行時間と同等でなく、目標走行時間の方が大きい場合、すなわち目標走行時間の所定の時間範囲の下限値よりも最適走行パターンの走行時間が小さい場合には、基準走行パターン更新部２２が最適走行パターンを新たな基準走行パターンに設定する。さらに、基準走行パターンが設定されたことを検出した走行指示案作成起動部２４が走行指示案作成部１７を起動して、ＳＴＥＰ１０３に戻る（ＳＴＥＰ１０８）。
　最適走行パターンの走行時間が目標走行時間と同等でなく、目標走行時間の方が小さい場合、すなわち目標走行時間の所定の時間範囲の上限値よりも最適走行パターンの走行時間が大きい場合には、基準走行指示を変更して走行指示案を作成する際に変更の大きさを決める刻み幅であるΔＳｎ、ΔＶを、刻み幅変更部２３が小さくする。さらに、刻み幅が変更されたことを検出した走行指示案作成起動部２４が走行指示案作成部１７を起動して、ＳＴＥＰ１０３へ戻る（ＳＴＥＰ１０９）。これは、惰行の追加や最高速度の抑制を過大に行った結果、走行時間が目標走行時間の所定の時間範囲の上限値を超えてしまった場合に、元に戻すための処理である。なお、刻み幅を最初から十分に小さくしていれば、ＳＴＥＰ１０９の処理および刻み幅変更部は不要である。
　以上のように、最適走行パターンの走行時間が目標走行時間と同等になるまで、前回のループでの最適走行パターンを基準走行パターンに設定する処理を繰り返す。この時のループ処理の具体的な一例を図１０に示す。図１０は、この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置において繰り返し処理で作成される走行パターンを例により説明する図である。
　ループ１回目は、前述のように図６に基づき案１から案５のうち評価指標ｅが最大である案１が採用されて、案１に対応する走行パターンが次の回での基準走行パターンになる。その後ループ２回目からループ５回目を経て、最適走行パターンの走行時間が目標走行時間と同等になるループ６回目で走行計画を決定した。
　このように、処理ループを回して、ループの各回で消費エネルギ量削減効果が最大の走行指示案を採用するので、少しずつ走行時間を目標走行時間に近づけながら消費エネルギ量をできるだけ減らすことができる。目標走行時間を満たすように最高速度の抑制量だけを先に決めるようなことがないので、最高速度を低く設定しすぎることがない。その結果、目標走行時間を満たしつつ、消費エネルギ量が小さくなるような走行パターンを算出することができる。また、目標走行時間に十分な余裕があり、惰行区間を追加する処理だけでは走行区間の途中で列車が停止するような場合にも、最高速度を適切に低くして、走行区間の途中で列車を停止させることなく、目標走行時間を満たし、消費エネルギ量が小さい走行パターンを作成できる。
　さらに、急な下り勾配で惰行により加速することも考慮しているので、急な下り勾配での惰行による加速を考慮しない場合よりも消費エネルギ量削減効果を大きくできる。
　図１１は、この発明の実施の形態１に係る走行計画作成装置において急な下り勾配の区間に惰行区間を設定することによる消費エネルギ量の削減効果を例により説明する図である。図１１の曲線Ｌは、最大速度を抑制するとともに、惰行を減速開始点の前および急な下り勾配区間に設定した場合に得られる走行パターンを示す。図１１の曲線Ｍは、最大速度を抑制するとともに、惰行を減速開始点の前のみに設定した場合に得られる走行パターンを示す。
　曲線Ｌでは、下り坂勾配でＰｏｉｎｔ１から惰行により加速している。曲線Ｌでは、曲線Ｍと比較して、力行による加速区間およびその後の定速区間が短くなっている。曲線Ｌの場合の消費エネルギ量は６．７ｋＷｈであり、曲線Ｍの場合の７．１ｋＷｈより低い。このように急な下り勾配で惰行させることも考慮することで、考慮しない場合と比較して、消費エネルギ量がより少ない走行計画が作成できる。
　なお、急な下り勾配が存在しない路線では、急な下り勾配で惰行により加速すること（惰行追加ルール３）を考慮しないようにしてもよい。
　なお、刻み幅ΔＳｎ、ΔＶの値は、小さくするほど走行計画の精度が向上するが、演算時間が増加する。このため、走行計画作成装置が有するＣＰＵのスペックや演算目標時間、要求精度に応じて調整する。
　なお、以上の例においては、走行区間の開始点と終了点においてそれぞれ速度をゼロとしているが、速度はゼロでなくてもよい。これにより、次駅が通過駅であった場合の目標通過時刻を守った走行計画を作成できる。列車の運行時に、その時点での列車の位置と速度から次駅までの走行計画を作成することなどもできる。
　また、図３などでは、制限速度が低下する区間に入る前に列車速度を落とすことを前提としている。一方で、保安信号システムにアナログＡＴＣ（Automatic Train Control）を採用している路線では、その地点における制限速度が地上側からレール経由で与えられ、その情報を受けた時に制限速度を超過していれば、列車速度が制限速度よりもマージン分だけ低い速度以下になるまで減速を行う。図１２は、アナログＡＴＣを採用している路線での制限速度と走行パターンの関係を例により説明する図である。
　アナログＡＴＣを採用している路線での走行パターンでは、制限速度を超えてから減速を開始する。したがって、図１２の制限速度が低くなるＰｏｉｎｔ１で、制限速度を超えてから減速を開始することが許容される。すなわち、制限速度を一時的に超過することを前提として走行パターンを作成する。加速に関しては、制限速度が高くなるＰｏｉｎｔ２から、加速するような走行パターンを作成する。
　このようなアナログＡＴＣを採用している路線においても、本実施の形態で示した走行計画作成装置を適用可能である。
　なお、最初に最速走行パターンを作成してそれを基準走行パターンの初期値とするかわりに、予め用意した走行パターンを基準走行パターンの初期値としてもよい。これによって、演算ループ回数を減らし、演算時間を短縮することができる。その場合には、走行指示も予め用意しておいてもよいし、用意した走行パターンからそれに対応する走行指示を求めてもよい。また、走行指示を与えて、与えられた走行指示をシミュレーションして走行パターンを求め、求めた走行パターンを基準走行パターンの初期値にしてもよい。
　この実施の形態では、走行指示として、惰行区間の追加または延長、最高速度抑制を考慮する。加速時または減速時の走行パターンを変化させるような走行指示も考慮するようにしてもよい。
　走行指示案を作成する際に使用する、走行指示の変更の大きさを決める刻み幅は、各走行指示案での走行時間の増加量がほぼ同じになるように決めることが、望ましい。その理由は、どの指示案が選択されたとしても、繰り返し回数がほぼ同じになるからである。そのためには、走行指示案を変更するルールごとに刻み幅を決めたが、ルールが適用される箇所ごとに刻み幅を変化させてもよい。走行指示案に対して走行パターンとその走行時間を計算しているので、基準走行パターンに対する走行時間の増加量が大きすぎるまたは小さすぎる走行指示案では刻み幅を小さくまたは大きく変更して走行パターンを再作成するようにしてもよい。再作成は、選択された走行指示案だけにして、他については次回のループ処理からにしてもよい。
　また、ループ処理の各回での最適走行パターンの走行時間と目標走行時間の差に応じて、差が大きい場合は、刻み幅を大きく、小さい場合は刻み幅を小さく設定するようにしてもよい。そうすることにより、要求精度を満たした上で、最初から小さい刻み幅で一定とした場合よりも、ループの繰り返し回数ひいては演算時間を短くできる。例えば、最速走行パターンと目標走行時間の差（初期時間差と呼ぶ）で、ループ処理の各回での最適走行パターンの走行時間と目標走行時間の差（残時間差と呼ぶ）を割った値である残時間差率（＝残時間差／初期時間差）に対して、以下のように決めてもよい。（１）残時間差率が０．２５未満では、刻み幅＝Δ、（２）残時間差率が０．２５以上かつ０．５未満では、刻み幅＝２Δ、（３）残時間差率が０．５以上では、刻み幅＝４Δ。このようにすると、最初からΔの刻み幅とした場合と比較して約半分の繰り返し回数で、ほぼ同じ走行パターンが得られる。
　最適走行パターンを選択する評価指標は、消費エネルギ量に関するものだけでなく、乗り心地も考慮するようにしてもよい。
　列車性能入力部１２に入力される列車性能は、設計値ではなく過去の走行履歴をもとに推定した値を用いてもよい。これによって、列車性能が設計値からずれていた場合や、経年変化によって列車性能が変動した場合にも適切に対応できる。また、乗車率を加味した列車性能を入力してもよい。
　この実施の形態では、走行計画作成装置を構成する処理部を、１つの処理部が１つの機能を実現するように分けている。複数の機能を１つの処理部で実現してもよい。例えば、初期走行パターン設定部１６、基準走行パターン更新部２２、および刻み幅変更部２３が、走行指示案作成部１７を起動するようにしてもよい。その場合には、走行指示案作成起動部２４が不要になり、走行指示案作成起動部の機能も、初期走行パターン設定部、基準走行パターン更新部、および刻み幅変更部が実現することになる。最適走行パターン選択部と評価部の機能を１個の処理部が実現してもよい。
　路線条件、列車性能および走行条件を、それぞれ別の入力部を使用して入力したが、１個の入力部を使用して入力するようにしてもよい。
　以上のことは、他の実施の形態でもあてはまる。
　実施の形態２．
　実施の形態１においては、目標走行時間を守った走行計画を作成する上で、消費エネルギ量の削減だけを考慮していたが、さらに乗り心地を考慮してもよい。この実施の形態２では、消費エネルギ量の削減に加えて乗り心地も考慮して走行計画を作成する走行計画作成装置の構成を説明する。
　実施の形態２に係る走行計画作成装置の構成を説明するブロック図を、図１３に示す。実施の形態１の場合の図１と比較して、乗り心地評価部２８が追加になり、初期走行パターン設定部１６Ａ、シミュレーション起動部１８Ａ、最適走行パターン選択部１９Ａが変更になっている。乗り心地評価部２８は、走行パターンの乗り心地を評価して、その指標値である乗り心地指標値を生成する。初期走行パターン設定部１６Ａとシミュレーション起動部１８Ａは、走行パターン作成部１５を起動した後に、作成した走行パターンに乗り心地評価部２８を適用して乗り心地指標値を生成する。最適走行パターン選択部１９Ａは、乗り心地評価部２８が生成した乗り心地指標値と消費エネルギ量削減効果に基づいてそれらを総合的に判断して、最適走行パターンを選択する。
　この発明の実施の形態２に係る走行計画作成装置で走行計画を作成する処理を説明するフローチャートを、図１４に示す。実施の形態１の場合の図２と比較して、ＳＴＥＰ１０１Ａ、ＳＴＥＰ１０４Ａ、ＳＴＥＰ１０５Ａの動作を変更している。
　走行パターン作成部１５が乗り心地指標値を計算するようにしてもよい。その場合には、走行パターン作成部が乗り心地評価部でもあることになる。
　ＳＴＥＰ１０１Ａでは、初期走行パターン設定部１６Ａが作成した最速走行パターンに乗り心地評価部２８を起動して、その乗り心地指標値を求める。ＳＴＥＰ１０４Ａでは、シミュレーション起動部１８Ａが、走行パターン作成部１５が作成した各走行パターンに対して、乗り心地評価部２８を起動して、乗り心地指標値を求める。乗り心地指標値としては、単純には走行モードの切り替え回数や、基準値以上のジャークの発生回数から算出できる。この実施の形態では、加速モード、定速モード、走行モード、惰行モードの間でのモードの切り替え回数から乗り心地指標値を算出する。
　ＳＴＥＰ１０５Ａにおいて、乗り心地指標値と消費エネルギ量削減効果を総合的に評価する評価指標値を算出して、その評価指標値に基づいて最適走行パターンを選択する。
　実施の形態２において、最適走行パターンを選択するための評価指標ｅ２を例えば式（２）のように定める。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　ここで、Ｃｎは走行モードの切り替え回数である。１／Ｃｎが乗り心地指標値である。走行モードの切り替えが少ないほど乗り心地指標値は大きくなる。αは省エネと乗り心地の重みづけを調整する係数である。αが大きいほど、乗り心地の重みが大きくなる。ＳＴＥＰ１０５Ａでは、式（２）で表現された評価指標ｅ２が最大になる走行パターンを最適走行パターンに選択する。
　乗り心地指標値と消費エネルギ量削減効果に基づきそれらを総合して判断するものであれば、評価指標はどのようなものでもよい。
　以上の構成によれば、消費エネルギ量を削減しつつ乗り心地もよい走行計画を作成できるようになる。
　実施の形態３．
　実施の形態１ないし２においては、目標走行時間を守った走行計画を作成する上で、消費エネルギ量の削減だけ、もしくは消費エネルギ量の削減と乗り心地の両方を考慮していたが、さらに、後続列車への影響を考慮してもよい。
　消費エネルギ削減のために、出発点としての駅を出発した直後から低速で走行した場合、この列車が出発駅（出発点）を完全に抜けて後続列車が駅に到着できるようになるまで時間がかかる。こうした場合、後続列車は、その駅の手前で減速を強いられるため、消費エネルギの増加や駅到着の遅延を引き起こす可能性がある。この実施の形態３では、消費エネルギ量の削減に加えて、後続列車の運行への悪影響をも考慮して走行計画を作成する走行計画作成装置の構成を説明する。
　実施の形態３に係る走行計画作成装置の構成は図３と同様である。但し、最適走行パターン選択部１９Ａが最適走行パターンを選択する基準として用いる評価指標が、実施の形態１，２とは異なる。実施の形態３において、最適走行パターンを選択するための評価指標ｅ３は、例えば式（３）のように定めることができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　ここで、Ｄは、自列車が出発駅に影響を及ぼしうる、出発駅からの距離を表す定数である。つまり、自列車が駅を出発してから距離Ｄの地点を通過するまでの時間が増大しなければ、後続列車がその駅のホームに進入できる時間に遅れを生じさせず、後続列車の運行に影響を与えることがない。逆に言えば、自列車が駅を出発した直後から低速走行して距離Ｄの地点を通過する時間が遅れると、後続列車はその駅のホームに定刻どおりに進入できず、後続列車の運行に遅れが生じる。
　Ｄは、例えば、自列車の最後尾が出発駅のホームから完全に進出する時点における自列車の先頭位置と、その出発駅での停車時における自列車の先頭位置との差で定められる。これは、自列車の最後尾が出発駅のホームを完全に進出すれば後続列車のホームへの進入を許可する信号システムを想定した場合の例である（多くの信号システムではこのルールが採用されている）。
　またεは、後続列車への影響と省エネの重みづけを調整する係数である。最適走行パターン選択部１９Ａは、評価指標ｅ３が最大になる走行パターンを最適走行パターンに選択する。よって、εが小さいほど、後続列車の運行へ影響を与えない走行パターンが、優先的に選択されるようになる。つまり、εを小さくするほど、後続列車の運行への影響を抑えることが重要視されるようになる。
　実施の形態３において、評価指数は、後続列車への影響と消費エネルギ量削減効果に基づきそれらを総合して判断するものであればどのようなものでもよい。
　以上の構成によれば、後続列車への悪影響を抑えつつ、消費エネルギ量を削減する走行計画を作成できるようになる。
　なお、最適走行パターンを選択するための評価指標は、消費エネルギ量と後続列車に対する影響に関するものだけでなく、さらに乗り心地も考慮するようにしてもよい。
　実施の形態４．
　この実施の形態４は、実施の形態１の走行計画作成装置を組み込んだ、自動列車運転装置に関するものである。図１５に、この発明の実施の形態４に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図を示す。
　自動列車運転装置５０は、走行計画作成装置５１、現在位置取得部５２、現在制限速度取得部５３、走行指令演算部５４を有する。自動列車運転装置５０は、地上子検知装置５５、ＡＴＣ装置５６、速度センサ５７、駆動装置５８、ブレーキ装置５９、走行条件設定部６０と接続される。
　説明の都合で、自動列車運転装置５０の外部の装置を先に説明する。
　地上子検知装置５５は、路線上に設置された地上子を通過するとそれを検知し、地上子からその地点の位置情報を取得する。ＡＴＣ装置５６は、地上側から区間の制限速度を取得し、制限速度を超える場合には自動で減速する。速度センサ５７は、列車の速度を検出する装置である。駆動装置５８は、列車が加速または定速で走行するために必要な動力を発生させる装置である。ブレーキ装置５９は、列車を減速させるための装置である。
　走行条件設定部６０では、路線の各駅間の目標走行時間や臨時に設定された制限速度といった走行条件を設定し、走行計画装置５１へ入力する機能を持つ。これらの走行条件は運転士が設定してもよいし、本構成図に含まれない通信装置を介して、地上システムや車上の別システムから設定してもよい。
　次に、自動列車運転装置５０の内部について説明する。
　走行計画作成装置５１の部分では、図１と異なる部分だけを説明する。データベース６１は、勾配、カーブの位置とその曲率半径、制限速度などの路線条件と、列車重量、列車長、加速性能、減速性能、空気抵抗、モータ効率などの列車性能を保持する。走行条件記憶部６２は、走行計画を作成する対象の区間である走行区間の開始点と終了点、その両点間の目標走行時間や走行区間に設定されている臨時の制限速度に関する情報などのデータである走行条件を保持する。データベース６１と走行条件記憶部６２とを合わせたものが、実施の形態１の場合の記憶部１４に相当する。データベース６１と走行条件記憶部６２は、自動列車運転装置５０の他の処理部でも使用される。走行パターン作成部１５Ａは、データベース６１と走行条件記憶部６２を参照して、走行指示から走行パターンをシミュレーションなどにより作成する。
　現在位置取得部５２は、地上子検知装置５５から得られる位置情報と速度センサ５７から得られる速度情報の積分によって、現在の列車位置と速度を特定する。現在制限速度取得部５３は、ＡＴＣ装置５６から得られるその時点での制限速度である現在制限速度を取得する。
　走行指令演算部５４は、通常は予め作成された走行計画にしたがって走行指令を作成する。ただし、走行計画で求められた速度より、ＡＴＣによる現在制限速度の方が低い場合は、ＡＴＣによる現在制限速度を守ることを優先する。作成した走行指令を駆動装置５８もしくはブレーキ装置５９に伝えることによって、列車は自動的に走行する。予め作成された走行計画を使用できない場合は、列車の現在の位置と速度から決まる走行区間で、目標走行時間を満たし消費エネルギ量が小さい走行計画を作成するように走行計画作成装置５１を起動し、作成された走行計画にしたがって走行指令を作成する。
　列車の現在の位置と速度から決まる走行区間とは、所定時間後に列車が存在する地点から所定の終了点までの走行区間である。所定時間は、走行計画作成装置５１が走行計画を作成するのに要する時間よりも長い時間とする。
　予め作成された走行計画を使用できない場合の例としては、先行列車の遅延のため通常時の制限速度よりもＡＴＣによる制限速度が低くなった場合、事故などにより駅ではない地点で停車した後に走行を再開する場合、遅れが発生した後に遅れを少なくするために通常よりも短い時間で走行する場合などがある。
　以上の構成によれば、現在の位置および速度、目標走行時間、臨時の制限速度など走行中に動的に変化するパラメータがあっても、それに随時対応して、目標走行時間を守りつつ消費エネルギ量が小さい走行計画を自動的に作成し、それに従って自動的に走行可能である。これによって、ダイヤを守りつつ消費エネルギ量を低減した鉄道運行が実現できる。
　なお、上記構成ではＡＴＣ装置として、その在線位置における制限速度を伝えるアナログＡＴＣ方式を前提に説明したが、その列車の停止目標位置を伝える一段ＡＴＣなどを用いてもよい。停止目標位置が列車に伝えられた場合、現在制限速度取得部５３は、現在の位置から減速を開始しても停止目標位置手前に止まれる上限速度を、列車のブレーキ性能や路線条件を元に算出する。現在制限速度取得部５３は、算出した上限速度を、現在制限速度として用いればよい。
　なお、列車性能情報としてデータベース６１に格納する値は、設計値ではなく過去の走行履歴をもとに推定した値を用いてもよい。これによって、列車性能が設計値からずれていた場合や、経年変化によって列車性能が変動した場合にも適切に対応できる。
　走行条件変更部はなくてもよい。逆に、データベースに格納された路線条件と列車性能のどちらかまたは両方を変更するデータ変更部を備えてもよい。
　走行計画作成装置は、乗り心地を考慮するものでもよく、目標走行時間を守り、かつ少ない消費エネルギ量で走行区間を走行する走行計画を、走行時間が長くなるが消費エネルギ量は小さくなるように、走行計画を少しずつ変更して作成するものであれば、どのようなものでもよい。
　以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。
　実施の形態５．
　本実施の形態は、実施の形態２の走行計画作成装置を組み込み、消費エネルギ量削減と乗り心地の両方を考慮し、さらに走行している列車の状態や、天候などの外部環境情報も考慮して自動走行できるようにした、自動列車運転装置である。図１６に、この発明の実施の形態５に係る自動列車運転装置の構成を示すブロック図を示す。
　図１５と比較して異なる点だけを説明する。自動列車運転装置５０Ｂは、乗車率や駆動装置の故障などの列車状態を取得する列車状態取得部６３、天候などの外部環境情報を取得する外部環境情報取得部６４を有する。取得された列車状態と外部環境情報は、走行条件記憶部６２Ｂに格納される。
　走行計画作成装置５１Ｂは、実施の形態２と同様な乗り心地評価部２８、初期走行パターン設定部１６Ａ、シミュレーション起動部１８Ａおよび最適走行パターン選択部１９Ａを有する。さらに、列車状態や外部環境情報も考慮して走行パターンを作成する走行パターン作成部１５Ｂを有する。
　走行パターン作成部１５Ｂは、乗車率に応じて列車の加速性能と減速性能を変化させる、一部の駆動装置が故障している場合には故障していない駆動装置だけを使用するなど、列車状態を考慮した列車性能を用いて走行パターンを求める。さらに、天候に応じて、例えば雨天または降雪時は線路と車輪のスリップ発生を避けるために、ブレーキ出力を小さくするなど、外部環境も考慮して走行パターンを求める。
　以上の構成によれば、乗車率などの列車情報と天候などの外部環境情報も考慮して、目標走行時間を守りつつ消費エネルギ量削減効果と乗り心地を総合的に考慮して走行計画を自動的に作成し、それに従って自動的に走行可能である。これによって、ダイヤを守りつつ消費エネルギ量を低減しかつ乗り心地がよい鉄道運行が実現できる。
　列車情報取得部と外部環境情報取得部のどちらかだけを備えるようにしてもよい。
　以上、説明した各実施の形態の特徴を、自由に組合せて持つようなものも本発明に含まれる。
　この発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての局面において、例示であって、この発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。
　１１　路線情報入力部、１２　列車性能入力部、１３　走行条件入力部、１４　記憶部、１５　走行パターン作成部、１５Ａ　走行パターン作成部、１５Ｂ　走行パターン作成部、１６　初期走行パターン設定部、１６Ａ　初期走行パターン設定部、１７　走行指示案作成部、１８　シミュレーション起動部、１８Ａ　シミュレーション起動部、１９　最適走行パターン選択部、１９Ａ　最適走行パターン選択部、２０　評価部、２１　出力部、２２　基準走行パターン更新部、２３　刻み幅変更部、２４　走行指示案作成起動部、２５　惰行追加部、２６　惰行延長部、２７　最高速度抑制部、２８　乗り心地評価部、５０　自動列車運転装置、５０Ｂ　自動列車運転装置、５１　走行計画作成装置、５１Ｂ　走行計画作成装置、５２　現在位置取得部、５３　現在制限速度取得部、５４　走行指令演算部、５５　地上子検知装置、５６　ＡＴＣ装置、５７　速度センサ、５８　駆動装置、５９　ブレーキ装置、６０　走行条件設定部、６１　データベース、６２　走行条件記憶部、６３　列車状態取得部、６４　外部環境情報取得部。

Claims (13)

  1. 　路線条件、列車性能、走行計画を作成する対象の走行区間と目標走行時間を少なくとも含む走行条件を保持する記憶部（１４）と、
    　前記記憶部（１４）に保持された路線条件、列車性能、走行条件を使用して、走行指示から前記走行区間を走行する走行パターンを、その走行時間と消費エネルギ量とともに作成する走行シミュレーション部（１５）と、
    　基準走行パターンに初期値を設定する初期走行パターン設定部（１６）と、
    　前記基準走行パターンに対応する基準走行指示から、走行時間が長くなるが消費エネルギ量が小さくなるように前記基準走行指示を変更した複数の走行指示案を作成する走行指示案作成部（１７）と、
    　複数の前記走行指示案のそれぞれに対応する複数の前記走行パターンを、前記走行シミュレーション部（１５）を用いて作成するシミュレーション起動部（１８）と、
    　シミュレーション起動部（１８）が作成した複数の前記走行パターンの中から、前記基準走行パターンに対して消費エネルギ量削減効果が最大となる前記走行パターンである最適走行パターンを選択する最適走行パターン選択部（１９）と、
    　前記目標走行時間を含む所定の時間範囲内に前記最適走行パターンの走行時間が存在するかどうかを判断する評価部（２０）と、
    　前記所定の時間範囲内に存在する場合に、前記最適走行パターンまたは前記最適走行パターンに対応する走行指示の何れかまたは両方を出力する出力部（１４）と、
    　前記最適走行パターンの走行時間が前記所定の時間範囲の下限値よりも小さい場合に、前記最適走行パターンを前記基準走行パターンに設定する基準走行パターン更新部（２２）と、
    　前記基準走行パターンが設定された場合に、前記走行指示案作成部（１７）を起動する走行指示案作成起動部（２４）と
    を備えた走行計画作成装置。
  2. 　前記走行指示案作成部（１７）が、前記基準走行指示に対して、惰行区間を追加する惰行追加部（２５）、どれかの惰行区間を長くする惰行延長部（２６）、どれかの区間の最高速度を低下させる最高速度抑制部（２７）を有することを特徴とする請求項１に記載の走行計画作成装置。
  3. 　惰行区間は、加速区間の終了地点の前後にある勾配の絶対値が所定値以上である下り勾配の区間、または減速区間の前に設定されることを特徴とする請求項２に記載の走行計画作成装置。
  4. 　前記最高速度抑制部（２７）は、隣接する区間よりも最高速度が高い区間の最高速度を低下させることを特徴とする請求項２に記載の走行計画作成装置。
  5. 　前記走行指示案作成部（１７）が前記基準走行指示を変更して前記走行指示案を作成する際に変更の大きさを決める刻み幅を変更する刻み幅変更部（２３）をさらに備え、
    　前記最適走行パターンの走行時間が前記所定の時間範囲の下限値よりも小さい場合に、前記基準走行パターン更新部（２２）が前記基準走行パターンを更新せず、前記刻み幅変更部（２３）が前記刻み幅を小さく変更し、前記走行指示案作成部（１７）が起動されることを特徴とする請求項１に記載の走行計画作成装置。
  6. 　前記走行指示案作成部（１７）が前記基準走行指示を変更して前記走行指示案を作成する際に変更の大きさを決める刻み幅を変更する刻み幅変更部（２３）をさらに備え、
    　前記目標走行時間と前記最適走行パターンの走行時間との差に応じて前記刻み幅変更部（２３）が前記刻み幅を変更することを特徴とする請求項１に記載の走行計画作成装置。
  7. 　前記初期走行パターン設定部（１６）が、前記走行シミュレーション部（１５）を使用して所定の走行区間を最も速く走行する最速走行パターンを求め、該最速走行パターンを前記基準走行パターンの初期値として設定することを特徴とする請求項１に記載の走行計画作成装置。
  8. 　前記走行パターンの乗り心地を評価して、その指標値である乗り心地指標値を生成する乗り心地評価部（２０）をさらに備え、
    　前記最適走行パターン選択部（１９）が、前記基準走行パターンに対する消費エネルギ量削減効果と前記乗り心地指標値とに基づいて前記最適走行パターンを選択することを特徴とする請求項１に記載の走行計画作成装置。
  9. 　前記最適走行パターン選択部（１９）は、走行計画を作成する対象の列車の後続列車の運行に影響を与えない走行パターンを優先的に選択することを特徴とする請求項１に記載の走行計画作成装置。
  10. 　路線条件、列車性能、走行条件の何れか少なくとも１つを入力または変更する入力部を備えることを特徴とする請求項１に記載の走行計画作成装置。
  11. 　請求項１に記載の走行計画作成装置（５０）と、
    　現在の列車の位置と速度を特定する現在位置取得部（５２）と、
    　ＡＴＣ装置から現在の制限速度である現在制限速度を取得する現在制限速度取得部（５３）と、
    　列車の現在位置から決まる走行区間が設定された前記走行条件に対して、前記走行計画作成装置（５０）を起動し、作成された走行計画と前記現在制限速度にしたがって列車を走行させる走行指令を作成する走行指令演算部（５４）と
    を備えた自動列車運転装置。
  12. 　列車の状態である列車状態を取得する列車状態取得部（６３）をさらに備え、
    　前記走行計画作成装置（５０）が前記列車状態を考慮して前記走行計画を作成するものであることを特徴とする請求項１１に記載の自動列車運転装置。
  13. 　列車の外部環境に関する情報である外部環境情報を取得する外部環境情報取得部（６４）をさらに備え、
    　前記走行計画作成装置（５０）が前記外部環境情報を考慮して前記走行計画を作成するものであることを特徴とする請求項１１に記載の自動列車運転装置。
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