專利名稱：自動列車運行裝置以及列車運行輔助裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來自動運行列車使無人駕駛的電車能夠定時定位停止的自動列車運行裝置，以及將推薦推力或者主控制器的檔位指示給司機的列車運行輔助裝置。

背景技術(shù)：
自動列車運行裝置(下面稱為ATO)的目的在于自動進(jìn)行列車的站間運行，使列車能夠停止在下站的給定停車位置上。裝備有此種ATO的電車系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖47所示。
由未圖示的自動列車控制裝置(ATC)發(fā)出的限速信號將被輸入到自動列車運行裝置1中，除了坡度和曲率等路線條件之外，來自數(shù)據(jù)庫3中的車輛條件、運行時間表、行駛阻力等已定的存儲信息也被輸入到自動列車運行裝置1中。自動列車運行裝置1將根據(jù)由地上傳感器10檢測的車輛位置和速度檢測器9檢測的車輛速度推斷當(dāng)前車輛位置，并將該時刻應(yīng)輸出的推力(大小)作為推力指令Fcmd輸出給驅(qū)動制動裝置2。這里的推力指令Fcmd在本說明書中定義為包括車輛加速時的拉力指令和車輛減速時的制動力指令。如果是拉力，推力指令Fcmd就大于0；如果是制動力，推力指令Fcmd就小于0。
驅(qū)動制動裝置2是由VVVF(可變電壓和可變頻率)換流器4、主電機5、制動控制裝置6、以及機械制動器8構(gòu)成。主電機5與在軌道11上行駛的車輪7機械連接，機械制動器8可以對車輪7進(jìn)行機械制動。
從推力指令Fcmd獲得實際推力的作用在獲得拉力和獲得制動力這兩種情況下是不同的，下面分別進(jìn)行說明。
獲得拉力的情況下，推力指令Fcmd(大于0)將輸入給換流器4。換流器4將對主電機5的扭矩進(jìn)行控制以便獲得與推力指令Fcmd相一致的拉力。此時，制動控制裝置6以及機械制動器8不工作。
獲得制動力的情況下，推力指令Fcmd(小于0)將輸入給制動控制裝置6而不是換流器4。制動控制裝置6首先將推力指令也就是制動力指令輸出給換流器4。通過換流器4的作用，將經(jīng)主電機5輸出的電制動力Felec反饋給制動控制裝置6。由于推力指令Fcmd也就是制動力指令的作用，制動控制裝置6將控制機械制動器8，首先使電制動力Felec發(fā)揮作用，將不能由該電制動力維持的不足部分通過機械制動器8的機械制動力Fmech進(jìn)行補足。這樣，機械制動力Fmech變成 Fmech＝Fcmd-Felec......(1)。
自動列車運行裝置1，例如，如圖48所示那樣，包括暫時行駛策劃裝置12、最佳行駛策劃裝置13以及推力指令生成裝置14。暫定行駛策劃裝置12將制訂出暫定行駛模式(F0(x)，V0(x))作為制訂最佳行駛模式的初始值。此處的行駛模式與一連串的位置相對應(yīng)且表示路線上位置x處的推力Fn(x)和速度Vn(x)。最佳行駛策劃裝置13將根據(jù)暫定行駛模式(F0(x)，V0(x))和數(shù)據(jù)庫3中的積蓄信息，制訂出列車的最佳行駛模式F1(x)。在推力指令生成裝置14中，制訂出的最佳行駛模式F1(x)將根據(jù)列車的檢測速度和檢測位置、ATC發(fā)出的限速信號，將該時刻上應(yīng)輸出的推力(大小)作為推力指令Fcmd輸出給換流器4。
策劃列車的最佳行駛模式時，一般有很多種可以實現(xiàn)的行駛模式。特別是在與早晚運行過密的時間不同的列車運行數(shù)量很少的白天或者清早、深夜，列車的運行間隔很長，且方案設(shè)計上還留有富裕，可以緩解行駛方案的制約。
特開平8-216885號公報和特開平5-193502號公報中，將節(jié)能作為評價項目記載在最佳行駛方案中。但是，這些公知例中的所謂節(jié)能卻沒有涉及到驅(qū)動裝置和制動裝置等在列車的驅(qū)動、制動控制中產(chǎn)生能量損失的觀點。
鑒于此，在“制動模式變更引發(fā)再生能量有效利用效果的基礎(chǔ)研討”(日本鐵道技術(shù)聯(lián)合研討會第7回)、“純電力制動實用化研討”(日本電氣學(xué)會全國大會5-244)中，專門研討了針對列車制動控制，特別是制動時機械制動器上產(chǎn)生的能量損失的行駛方案。但是，列車驅(qū)動制動控制中產(chǎn)生的能量損失在驅(qū)動控制也會出現(xiàn)，而且在制動控制時，機械制動器以外的裝置也可能有能量損失。如果真是這樣，就無法減小綜合能量損失。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的意圖在于對列車驅(qū)動制動控制時產(chǎn)生的能量損失做出綜合的評價，盡可能減小站間行駛過程中產(chǎn)生的能量損失，實現(xiàn)節(jié)能行駛。下面針對本發(fā)明要解決的能量損失簡單進(jìn)行說明。
列車運行中產(chǎn)生的損失會根據(jù)行駛模式發(fā)生變化，但在發(fā)生機器上可以分為主次兩種。其一是作為驅(qū)動裝置的換流器4和主電機5等電氣機器上的能量損失。這些損失被表示成推力和速度的函數(shù)。其二是機械制動器工作時產(chǎn)生的能量損失。如果從能量流的觀點來觀測列車的加減速動作，在忽視前述電氣機器中的能量損失和行駛阻力的情況下，在動力行駛加速過程中，換流器4和主電機5等驅(qū)動裝置將由架線(圖略)提供的電能轉(zhuǎn)換成為車輛運動的能量；而電制動器在減速過程中，則將車輛運動的能量轉(zhuǎn)換成電能，再生給電源。這種理想狀態(tài)中不存在能量損失。但是，電制動器在減速過程中，ATO或司機發(fā)出的制動力指令如果超出電氣機器能夠輸出的制動力，就用機械制動器8對不足的制動力進(jìn)行補足，使減速度(加速度負(fù)值)維持在給定值。機械制動器8像這樣工作時，將車輛的運動能量作為熱量消耗，便產(chǎn)生了能量損失。本發(fā)明中，因機械制動器工作而產(chǎn)生的損失部分定義成制動損失。
如果制動力指令超過電氣機器即驅(qū)動裝置的允許量，只要與再生電力相應(yīng)的負(fù)荷不存在于電源中，制動損失就會發(fā)生。對于后者，驅(qū)動裝置如果得到制動力指令，就會控制換流器4以便讓主電機5輸出與制動力指令相應(yīng)的制動力。此時，車輛的運動能量將轉(zhuǎn)變成電源的再生能量，但如果不存在與電源中的再生電力相應(yīng)的負(fù)荷也就是加速過程中的列車，就會產(chǎn)生多余的再生電力，因此架線電壓將會上升。驅(qū)動裝置將進(jìn)行控制，對制動力進(jìn)行抑制以便能夠抑制架線電壓的上升。以上稱為輕負(fù)荷再生控制。在該輕負(fù)荷再生控制的動作中，主電機5將輸出比制動力指令小的制動力。此時，不足的制動力由機械制動器8進(jìn)行補充。
節(jié)能運行的情況下，既要制訂出最佳的行駛模式，同時還要求在實際中按該照行駛模式進(jìn)行行駛。作為實現(xiàn)與行駛模式一致運行的裝置，自動列車運行裝置(ATO)和自動列車停止裝置(TASC)等，無人駕駛并自動產(chǎn)生推力指令的裝置以被人們熟知。利用這些裝置，可以精準(zhǔn)地發(fā)出推力從而實現(xiàn)跟蹤最佳行駛方案的行駛。但是，直接關(guān)系到車輛的驅(qū)動制動裝置，需要檢測位置的地上設(shè)備，因此系統(tǒng)比較復(fù)雜，成本很高。
另外，通過將最理想的推力指示給司機的辦法，已經(jīng)可以期待通過司機的技能來完成與制訂出的行駛模式接近的列車行駛。這就是，運行輔助裝置。使用運行輔助裝置時得到的節(jié)能效果由于司機反應(yīng)滯后等原因雖然不如使用ATO和TASC，但由于只需要將指令指示給司機，不直接涉及到車輛的驅(qū)動制動裝置，因此具有可使系統(tǒng)簡單化的優(yōu)點。最終通過司機的操作，可以去掉檢測位置用的地面設(shè)備等或者使系統(tǒng)簡單化。通過這一系列辦法，就可以期待降低成本，實現(xiàn)成本優(yōu)化。另外，近幾年由于逐漸ATO化，司機的運行技術(shù)好像出現(xiàn)了逐漸下降的趨勢，使用運行輔助裝置的情況中，司機要經(jīng)常通過判斷進(jìn)行推力調(diào)整，因此就不會產(chǎn)生運行技術(shù)下降的問題。
另外，自動列車運行裝置作為一種能使列車遵從列車限速、至距限速具有一定允許量的限速的裝置早已進(jìn)入實用化。但是，由于將PI控制等誤差跟蹤控制作為主體，需要依照列車和路線特性的情況還有很多，根據(jù)現(xiàn)狀，針對各列車和各路線對其特性或控制參數(shù)進(jìn)行調(diào)整的工作還需花費大量的時間和勞力。
另外，也考慮到使用制訂出行駛方案并以方案為本進(jìn)行列車行駛的自動列車運行裝置。在制訂行駛方案時，經(jīng)常會利用簡單的列車行駛模式。最簡單的辦法是將作為對象的列車運行按照下述簡單的物理公式來表現(xiàn)。
F-Fr＝M·α ......(7) 這里的F表示牽引力或者制動力，F(xiàn)r表示列車行駛阻力，M為列車重量，α表加速度(包括負(fù)加速度、即減速度)。列車行駛阻力Fr是列車在行駛過程中產(chǎn)生的阻力，為便于計算，經(jīng)常按照下述方式來分類。即， 出發(fā)阻力:發(fā)車時的阻力 空氣阻力:空氣對行駛列車的阻力 坡度阻力:路線傾斜產(chǎn)生的阻力 曲線阻力:路線彎曲產(chǎn)生的阻力 隧道阻力:列車在隧道內(nèi)行駛產(chǎn)生的阻力 空氣阻力中大多情況下還要考慮車輪踏面與軌道面之間的阻力，并作為速度的2次式進(jìn)行處理。
一般情況下，列車行駛阻力Fr往往根據(jù)坡度阻力、空氣阻力、曲線阻力、隧道阻力、出發(fā)阻力等進(jìn)行考慮。列車在隧道外行駛時，要考慮坡度阻力、空氣阻力、以及曲線阻力。此時，坡度阻力、空氣阻力、以及曲線阻力將分別按照(8)、(9)、(10)來求(例如，參照文獻(xiàn)“運行理論”(直流交流電氣機車)交友社編)。即 (a)坡度阻力式 Frg＝s......(8) Frg:坡度阻力(千克力/噸) s:坡度(‰)(向上為正，向下為負(fù)) (a)空氣阻力式 Fra＝A+Bv+Cv2 ......(9) Fra:空氣阻力(千克力/噸) A、B、C:系數(shù) v:速度(km/h) (b)曲線阻力式 Frc＝800/r ......(10) Frc:曲線阻力(千克力/噸) r:曲率半徑(m) 列車自動運行時，利用(7)中的模型時，在基于行駛方案的自動列車運行方式中，列車特性和路線特性等特性將會大大提高乘車舒適度并改善停止精度。
本發(fā)明的目的是提供一種自動列車運行裝置以及列車運行輔助裝置，利用該裝置可以在列車站間行駛過程中，達(dá)到定時定位停止要求的前提下，實現(xiàn)降低行駛中產(chǎn)生的能量損失的節(jié)能運行。
本發(fā)明的另一目的是，提供一種自動列車運行裝置，降低調(diào)整中所需的時間或勞力，且在營業(yè)行駛開始后繼續(xù)進(jìn)行自動特性學(xué)習(xí)，改善乘車舒適度，并提高停止精度。
本發(fā)明再一目的是，提供了一種裝置，利用該裝置，僅需讓列車在行駛預(yù)定路線上往復(fù)行駛就可以進(jìn)行收集運行裝置所需的數(shù)據(jù)的采集作業(yè)。
本發(fā)明的再一目的是，提供一種自動列車運行裝置，第1、排除列車自動運行之際的擺動影響從而大大提高節(jié)能效果；第2、計算出空耗時間從而使目標(biāo)位置上停車的精度狀況大大提高；第3、能夠?qū)n位操作時因速度控制指令的階段變化而引起惡劣的乘車環(huán)境進(jìn)行有效改善。
本發(fā)明還有一個目的，是提供一種列車定位停止自動控制裝置，無須頻繁地進(jìn)行檔位切換就可以確保停止精度，并且不再需要很長的調(diào)整時間。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明制訂出能使列車在給定時刻并在給定位置停止的行駛模式，而且對設(shè)有包括換流器及主電機的電氣機器的驅(qū)動控制裝置發(fā)出用于實現(xiàn)行駛模式的推力指令，其特征在于，包括:對用于表示列車行駛過程中上述驅(qū)動制動裝置所產(chǎn)生的能量損失的損失指標(biāo)進(jìn)行運算的損失指標(biāo)運算單元；及按照該損失指標(biāo)對上述行駛模式進(jìn)行補正以便降低能量損失的第1行駛模式補正單元。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中的自動列車運行裝置，還包括:對列車行駛時獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行在線處理的數(shù)據(jù)處理單元；根據(jù)由該數(shù)據(jù)處理單元在列車行駛時獲得的數(shù)據(jù)以及預(yù)先獲得的數(shù)據(jù)，在列車行駛時對列車行駛時的控制參數(shù)、列車特性及路線特性進(jìn)行自動學(xué)習(xí)的自動特性學(xué)習(xí)單元；使用由自動特性學(xué)習(xí)單元學(xué)習(xí)的列車特性以及路線特性，來進(jìn)行列車自動運行的列車自動運行單元。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中的自動列車運行裝置，還包括:用來在列車行駛過程中收集列車特性和路線特性的列車特性學(xué)習(xí)單元；及根據(jù)上述列車特性學(xué)習(xí)單元收集到有關(guān)列車的信息計算出最佳行駛模式并按照該模式對列車進(jìn)行自動運行的自動列車運行單元。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明中的自動列車運行裝置，在根據(jù)列車檢測位置、列車檢測速度、數(shù)據(jù)庫中保存的運行時特性數(shù)據(jù)、以及來自自動列車控制裝置的運行條件，通過對列車的驅(qū)動裝置或控制裝置進(jìn)行控制，進(jìn)行自動運行，包括:在上述列車的站內(nèi)停車時進(jìn)行給定運算的站內(nèi)停車時運算實施電路；及列車在站間行駛時進(jìn)行給定運算或控制的站間行駛時運算實施電路，上述站內(nèi)停車時運算實施電路具有可制訂出讓在一個站內(nèi)停車中的列車能在目標(biāo)時刻停止在目標(biāo)位置上的最佳行駛方案的最佳行駛方案生成單元，上述站間行駛時運算實施電路包括:在上述列車從上述一個站發(fā)車并按照最佳行駛方案生成單元制訂出的最佳行駛方案行駛過程中，在該最佳行駛方案與實際行駛結(jié)果的誤差超過給定值的情況下進(jìn)行行駛方案再運算的行駛方案再運算單元；從上述行駛方案再運算單元再運算過的行駛方案中提取出控制指令的控制指令提取單元；及將控制指令提取單元提取出的控制指令輸出給上述驅(qū)動裝置或控制裝置的控制指令輸出單元。
另外，為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明中的列車定位停止自動控制裝置，包括:用來存儲列車各制動檔位上的減速度、制動檔位切換的空耗時間以及響應(yīng)滯后時間等制動特性數(shù)據(jù)的“制動特性數(shù)據(jù)存儲部”；獲得列車當(dāng)前速度、當(dāng)前位置、當(dāng)前制動檔位等數(shù)據(jù)的“列車當(dāng)前數(shù)據(jù)獲取單元”；根據(jù)“制動特性數(shù)據(jù)存儲部”中存儲的制動特性數(shù)據(jù)和通過“列車當(dāng)前數(shù)據(jù)獲取單元”得到的列車當(dāng)前數(shù)據(jù)，制訂出通過使用多個制動檔位使列車停止在給定位置上的減速控制方案的“減速控制方案生成單元”；從由“減速控制方案生成單元”制訂出的減速控制方案中提取出各時刻上的減速控制指令的“減速控制指令提取單元”；將“減速控制指令提取單元”提取出的減速控制指令輸出給制動裝置的“減速控制指令輸出單元”。
本發(fā)明可以實現(xiàn)當(dāng)列車在站間行駛過程中，在確保定時定位停止條件的基礎(chǔ)上，使行駛中的能量損失降低的節(jié)能運行。
根據(jù)本發(fā)明，行駛中以在線方式對列車特性和路線特性、控制參數(shù)進(jìn)行自動學(xué)習(xí)，實現(xiàn)了使用學(xué)習(xí)結(jié)果的有效列車自動運行。
另外，本發(fā)明還提供了一種能夠通過讓列車在預(yù)定行駛的路線上進(jìn)行往返行駛就可以完成收集運行裝置運行所需數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集作業(yè)的裝置。
此外，根據(jù)本發(fā)明，大大排除了列車自動運行時擺動產(chǎn)生的影響，因此使節(jié)能效果大大提高。根據(jù)特定的實施例，可以求出空耗時間，因此目標(biāo)位置上的停止精度大大提高，另外在其他實施例中，還能夠改善因檔位操作時速度控制指令的不連續(xù)變化而導(dǎo)致乘車舒適性不好的局面。
根據(jù)本發(fā)明，能夠根據(jù)列車各檔位上的減速度、制動檔位切換的空耗時間以及響應(yīng)滯后時間等的制動特性數(shù)據(jù)、列車的當(dāng)前速度、當(dāng)前位置、當(dāng)前制動檔位等的數(shù)據(jù)，制訂出通過使用幾個制動檔位使列車能夠停止在指定位置上的減速控制方案，這樣，就能夠制訂出即便是只能用離散值來設(shè)定減速度的情況下也無須進(jìn)行檔位的頻繁切換就可在給定位置上停車的方案，若按照該方案進(jìn)行減速控制就可以提高乘車舒適度，并能夠確保停車精度。
根據(jù)本發(fā)明，計算各制動檔位的時間分配以便利用幾個制動檔位的組合達(dá)到定位停止的目的，并且減速控制方案可以根據(jù)所使用的制動檔位和該制動檔位的切換時刻來制訂，這樣，即使在減速度發(fā)生改變的情況下也可以通過改變時間分配的辦法，無須升降檔位就可以調(diào)整停止位置，可以使乘車舒適度提高，且能夠確保停止精度。
根據(jù)本發(fā)明，減速控制方案中，先用減速度高的制動檔位進(jìn)行減速，然后切換到減速度低的制動檔位，通過該辦法能夠在停車時以較低的制動檔位停車，使乘坐舒適性提高。
根據(jù)本發(fā)明，按減速控制方案進(jìn)行減速時切換時刻上的預(yù)測速度與切換時刻上的實際列車速度相比較，兩者不同時就對減速控制方案進(jìn)行變更，這樣就容易對實際列車的減速狀態(tài)做出評價，可以針對減速度的變動對減速控制方案進(jìn)行再運算，使停止精度提高。
根據(jù)本發(fā)明，減速控制方案制訂之后，減速度從制訂方案時使用的值開始變化的情況下，對減速控制方案進(jìn)行變更，這樣就可以提高抵抗減速度變化干擾的可操控性，確保停止精度。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)減速中列車速度的時系列數(shù)據(jù)來推斷減速度，并根據(jù)推斷出的減速度來制訂減速控制方案，這樣就可以提高抵抗減速度變化干擾的可操控性，而無須進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整，確保停止精度。
根據(jù)本發(fā)明，對按減速控制方案進(jìn)行減速時各時刻或各位置上的預(yù)測速度和實際列車速度相比較，針對比較的差值來補正減速控制方案中使用的減速度，根據(jù)該補正的減速度對減速控制方案進(jìn)行變更調(diào)整，這樣就可以提高抵抗減速度變化干擾的可操控性，而無須進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整，確保停止精度。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)上一次時間步驟中的速度、方案制訂時使用的減速度、檔位切換空耗時間以及響應(yīng)滯后時間等，來對按減速控制方案進(jìn)行減速時各時刻或各位置上的預(yù)測速度進(jìn)行逐次計算，這樣即使是在控制計算機的內(nèi)存容量受到限制的情況下，也可以根據(jù)情況提高抗減速度變化干擾的可操控性，而無須進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整，以確保停止精度。



圖1是表示本發(fā)明實施例1的自動列車運行置的框圖。
圖2是表示動力行駛時機器損失指標(biāo)以及總損失指標(biāo)例的曲線圖。
圖3是表示制動過程中機器損失指標(biāo)、制動損失指標(biāo)、以及總損失指標(biāo)例的曲線圖。
圖4是表示動力行駛時變換器損失指標(biāo)以及馬達(dá)損失指標(biāo)例的曲線圖。
圖5是表示動力行駛時變換器損失以及馬達(dá)損失例的曲線圖 圖6是表示實施例1的行駛模式例的曲線圖。
圖7是表示本發(fā)明實施例2的自動列車運行裝置的框圖。
圖8是表示動力行駛負(fù)載量受限情況下的制動損失例的曲線圖。
圖9是表示本發(fā)明實施例3的自動列車運行裝置的框圖。
圖10是表示本發(fā)明實施例4的列車運行輔助裝置的框圖。
圖11是表示實施例4的推力指示裝置構(gòu)成例的框圖。
圖12是表示圖11中的推力指示裝置的控制系統(tǒng)的框圖。
圖13是表示本發(fā)明實施例5的列車運行輔助裝置的推力指示裝置構(gòu)成例的框圖。
圖14是表示本發(fā)明實施例6的列車運行輔助裝置的框圖。
圖15是表示裝備有本發(fā)明的自動列車運行裝置的列車整體框圖。
圖16是圖15的自動列車運行裝置的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的說明框圖。
圖17是動力行駛初期根據(jù)重量推斷進(jìn)行行駛模式補正的概念圖。
圖18是考慮到營業(yè)前和營業(yè)后特性學(xué)習(xí)步驟的程序框圖。
圖19是表示對本發(fā)明一實施例的自動特性學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行補正的補正單元的框圖。
圖20是自動列車運行裝置與數(shù)據(jù)保存部的結(jié)構(gòu)圖。
圖21是自動列車行駛模式的一例。
圖22是表示搭載有本發(fā)明各實施例所涉及的自動列車運行裝置的列車結(jié)構(gòu)框圖。
圖23是表示本發(fā)明實施例13所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖24是表示本發(fā)明實施例14所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖25是表示本發(fā)明實施例15所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖26是表示本發(fā)明實施例16所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖27是表示本發(fā)明的實施例17所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖28是表示本發(fā)明的實施例18所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖29是表示本發(fā)明實施例19所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖30是表示本發(fā)明的實施例20所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖31是表示本發(fā)明的實施例21所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖32是表示本發(fā)明的實施例22所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖33是表示本發(fā)明的實施例23所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖34是表示本發(fā)明的實施例24所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖35是表示本發(fā)明的實施例25所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。
圖36是表示本發(fā)明的實施例26所涉及的自動列車運行裝置1的基本結(jié)構(gòu)框圖。
圖37是表示在本發(fā)明實施例中制訂出的最佳行駛方案特性例的說明圖。
圖38是在本發(fā)明實施例中制訂出的或經(jīng)過再運算的行駛方案特性例的說明圖。
圖39是在本發(fā)明實施例中制訂出的暫時行駛方案特性例的說明圖。
圖40是圖36所示的行駛方案采用裝置24的工作原理流程圖。
圖41是表示本發(fā)明的列車定位停止自動控制裝置的實施例27的概略構(gòu)成圖。
圖42是本發(fā)明所涉及的列車定位停止自動控制裝置中使用的減速控制方一案例的概略圖。
圖43是表示在本發(fā)明涉及的列車定位停止自動控制裝置中通過改變切換方案發(fā)生時間的辦法來調(diào)整停止位置的例子的概略圖。
圖44是在本發(fā)明涉及的列車定位停止自動控制裝置中通過改變切換方案發(fā)生時間的辦法進(jìn)行的停止位置調(diào)整步驟的例子的概略圖。
圖45是本發(fā)明所涉及的列車定位停止自動控制裝置的實施例28的概略構(gòu)成圖。
圖46是本發(fā)明所涉及的列車定位停止自動控制裝置的實施例29的概略構(gòu)成圖。
圖47是安裝有自動列車運行裝置的一般電車系統(tǒng)構(gòu)成例的框圖。
圖48是圖47所示系統(tǒng)中的自動列車運行裝置的框圖。

具體實施例方式 下面，參考附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行詳細(xì)說明 圖1表示實施例1的自動列車運行置的概略構(gòu)成的框圖。本實施例主要涉及自動列車運行裝置的最佳行駛策劃裝置，而省略了其他部分的圖示。
圖1所示的最佳行駛策劃部13是由行駛模式補正指標(biāo)運算部15、行駛模式補正部19、行駛距離補正部20、以及定時性判斷部21所組成。行駛模式補正指標(biāo)運算部15是由損失指標(biāo)運算部16、過載指標(biāo)運算部17、以及加法器18所組成。損失指標(biāo)運算部16根據(jù)暫定行駛模式(F0(x)，V0(x))，計算出列車位置x的損失指標(biāo)CPL(x)。這里，CPL表示Cost of Power Loss(功率損失耗費)。行駛模式表示位置x上的推力Fn(x)或速度Vn(x)。
圖2及圖3表示各種損失指標(biāo)的示例。圖2示出了動力行駛時的損失指標(biāo)，圖3示出了制動減速時的損失指標(biāo)。更詳細(xì)地，圖2(a)表示機器損失指標(biāo)，圖2(b)表示總損失指標(biāo)，圖3(a)表示機器損失指標(biāo)，圖3(b)表示制動損失指標(biāo)，圖3(c)表示總損失指標(biāo)。這里的機器損失指標(biāo)是指電氣機器的損失指標(biāo)，也就是指將變換器(換流器)損失指標(biāo)與馬達(dá)(主電機)損失指標(biāo)加算到一起后的量。
這些指標(biāo)作為速度v與推力F的函數(shù)，是在某個動作點(v，F(xiàn))的損失[W]乘上速度[m/s]的倒數(shù)后獲得的量。在乘算速度的倒數(shù)之后，某個動作點上的速度v1[m/s]發(fā)生微小變化Δv[m/s]時產(chǎn)生的損失就能夠得到標(biāo)準(zhǔn)地評測。
總損失指標(biāo)CPL(x)是將機器損失指標(biāo)與制動損失指標(biāo)進(jìn)行相加，在其結(jié)果上乘以重量系數(shù)W1后得出的量。重量系數(shù)W1是從為了得到某種程度的降低損失的效果的觀點出發(fā)設(shè)定的，或取得與其他各指標(biāo)之間的平衡而設(shè)定的。即 損失指標(biāo)CPL(x) ＝W1×(機器損失指標(biāo)+制動損失指標(biāo)) ......(2) 過載指標(biāo)運算部17按照暫定行駛模式(F0(x)，V0(x))對列車位置x上的過載負(fù)荷指標(biāo)COL(x)進(jìn)行運算。COL是Cost of OverLoad(過載耗費)。
機器損失作為變換器損失與馬達(dá)損失之和進(jìn)行運算。圖4(a)，(b)表示各動作點上的變換器損失[W]以及馬達(dá)損失[W]。按照暫定行駛模式(F0(x)，V0(x))，將相對應(yīng)的變換器損失[W]與馬達(dá)損失[W]分別進(jìn)行積分，這樣就能夠計算出附加了站間行駛時間的變換器損失[J]與馬達(dá)損失[J]。當(dāng)這些(指標(biāo))超過額定值[W]的情況下，相應(yīng)地計算出過載指標(biāo)。例如，將重量系數(shù)設(shè)為W2，將變換器損失指標(biāo)COLC(x)按照 COLC(x) ＝W2×{變換器損失[J]/(行駛時間+站內(nèi)停車時間) -變換器額定值[W]}×變換器損失指標(biāo)(圖5(a)) ......(3) 計算出來。
COLC是Cost of Over Load in Converter(變換器中的過載耗費)。
同樣可以使用圖5(b)所示的馬達(dá)損失指標(biāo)來求出馬達(dá)損失指標(biāo)COLM(x)(但是，重量系數(shù)設(shè)為W3，可以獨立設(shè)定)。過載指標(biāo)COL(x)是按照 COL(x)＝COLC(x)+COLM(x) ......(4) 進(jìn)行計算。
COLM是Cost of Over Loss in Motor(馬達(dá)中的過損失耗費)。
加法器18將損失指標(biāo)CPL(x)與過載指標(biāo)COL(x)相加，并將列車所處位置x上的總指標(biāo)C(x)按照 C(x)＝CPL(x)+COL(x)......(5) 進(jìn)行計算。
行駛模式補正部19將總指標(biāo)C(x)加到暫定行駛模式的推力模式F0(x)上，并在此基礎(chǔ)上輸出第1補正行駛模式F01(x)(該階段上速度模式V0(x)不發(fā)生變化)。
由于第1補正行駛模式F01(x)只補正推力模式，因此行駛距離與給定值不一致。為了讓行駛距離x與給定值保持一致，行駛距離補正部20根據(jù)數(shù)據(jù)庫3中存儲的路線條件或車輛條件、行駛阻力的條件對第1補正行駛模式(F01(x)，V0(x))進(jìn)行補正，并輸出第2補正行駛模式(F02(x)，V02(x))以及行駛時間T run。距離補正可以通過調(diào)整慣性時間等的方法來實現(xiàn)。當(dāng)然，距離補正的方法并不僅限于此。
通過定時性判斷部21對行駛時間T run進(jìn)行判斷，針對給定值是否處于誤差允許范圍內(nèi)的情況進(jìn)行判斷。行駛時間T run超出誤差允許范圍的情況下，將第2補正行駛模式(F02(x)，V02(x))設(shè)為新的暫定行駛模式(F0’(x)，V0’(x))，并重新進(jìn)行計算。行駛時間T run處于誤差允許范圍內(nèi)的情況下，將其設(shè)為最適行駛模式(F1(x)，V1(x))并輸出。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，暫定行駛模式(F0(x)，V0(x))將根據(jù)損失指標(biāo)CPL(x)以及過載指標(biāo)COL(x)，對具有顯著效果的位置x上的推力進(jìn)行補正。例如，圖6表示本發(fā)明實施例中的行駛模式生成的結(jié)果。在這里，不達(dá)到過載狀態(tài)，過載指標(biāo)不會產(chǎn)生影響?！霸Ｊ?A)”所表示的是暫定模式?！爸笜?biāo)適用(B)”所表示的是第1補正行駛模式(F01(x)，V01(x))。損失指標(biāo)越大的高速制動時就越需要大的推力補正，使制動力變?nèi)?。另一方面，動力行駛加速時值雖小，但與損失指標(biāo)對應(yīng)的拉力可以得到補正?！皺n位量子化(C)”雖然并未出現(xiàn)在本實施發(fā)明例中，但檔位只有6檔，對應(yīng)于無法輸出連續(xù)推力的情況，它能夠針對第1補正行駛模式的推力F01(x)，選擇與推力誤差最小的檔位對應(yīng)的推力(大小)?！熬嚯x調(diào)整(D)”是針對“檔位量子化(C)”模式對行駛距離進(jìn)行補正使該距離相當(dāng)與給定值1300m的第2補正行駛模式(F02(x)，V02(x))。補正前的行駛模式中的損失為2070[KJ]，相比之下第2補正行駛模式的損失為1650[KJ]，能量損失減低了不少。在行駛時間上，前者為84.5[sec]，而后者增加到84.9[sec]。重復(fù)進(jìn)行運算直到行駛時間達(dá)到給定值為止，不僅能夠保證定時性和定位停止性，而且還能產(chǎn)生使驅(qū)動制動控制涉及的能量損失變得最小的最佳行駛模式F1(x)。這樣，在確保定時性和定位停止性的基礎(chǔ)上，還可以達(dá)到最佳的節(jié)能效果。
使總能量損失減小的行駛模式中，包括在驅(qū)動制動裝置2中的換流器4(變換器)或主電機5(馬達(dá))等的電氣機器產(chǎn)生的能量損失有可能增大。電氣機器具有額定的工作范圍，在超出額定范圍的運行條件也就是在過載條件下，會出現(xiàn)發(fā)熱導(dǎo)致溫度上升，保護工作或故障、燒傷等就會發(fā)生。過載指標(biāo)運算部17根據(jù)暫定行駛模式來判斷各個機器的過載程度。判斷結(jié)果是過載的情況下，就按照過載指標(biāo)補正推力以便使電氣機器中的能量損失得到抑制。由于能量損失過大區(qū)域的推力可以得到補正，因而能夠有效地避免進(jìn)入過載狀態(tài)。這樣便可以避免因電氣機器過載而導(dǎo)致運轉(zhuǎn)停止和故障發(fā)生，使系統(tǒng)的信賴度大大提高。
通過在列車的行駛過程中實施最佳行駛方案，把各個瞬時的位置·速度當(dāng)作初始條件，確保列車到站之前的定時性和定位停止性，在此基礎(chǔ)上可以制訂出最適合的節(jié)能行駛模式。就是說，利用ATC等限速條件，即使是臨時脫離了最初的行駛模式，也能立即針對該狀態(tài)得出一種最佳節(jié)能行駛模式。如果一味地按照最初的行駛模式，就有可能使損失變大，從能量的角度來看是不可取的。也就是說，當(dāng)脫離最初的行駛模式導(dǎo)致意外發(fā)生的情況下，仍然能夠在該時刻實現(xiàn)最佳的節(jié)能行駛方案。
本實施例中，將位置和速度當(dāng)作初始條件，確保列車到站之前的定時性和定位停止性，并能在此基礎(chǔ)上生成最佳節(jié)能行駛模式，本發(fā)明不但可以應(yīng)用于站間進(jìn)行自動列車運行的自動列車運行裝置(ATO)中，也可適用于在制動區(qū)間內(nèi)進(jìn)行定位停車控制的列車自動停止控制裝置(TASC)中。
本實施例所表示的算法是在行駛距離與給定值一致前提下，補正行駛模式以使行駛時間達(dá)到給定值。但是，也可以采用在行駛時間與給定值一致的前提下，補正行駛模式以使行駛距離達(dá)到給定值的算法。
圖7是實施例2中自動列車運轉(zhuǎn)裝置的基本構(gòu)成例的框圖，圖7中與圖1相同的部分采用相同的符號，其說明省略，在此只對與圖1不同的部分加以說明。
將來自數(shù)據(jù)庫3中的運行時間表輸入到損失指標(biāo)運算部16中，將來自數(shù)據(jù)庫36中的動力行駛負(fù)載量輸入到損失指標(biāo)運算部16中。數(shù)據(jù)庫36中的動力行駛負(fù)載量是將某時刻上供電區(qū)間內(nèi)的動力行駛加速過程中列車上的電力，即動力行駛負(fù)載量存儲下來。由損失指標(biāo)運算部16從運行時間表和動力行駛負(fù)載的數(shù)據(jù)庫信息中提取出對應(yīng)的動力行駛負(fù)載(量)。如前所述，由于制動損失會依據(jù)動力行駛的負(fù)載進(jìn)行變化，因而能夠計算出與動力行駛負(fù)載量相對應(yīng)的損失指標(biāo)。其它部分同圖1。
上述內(nèi)容具有下面的作用和效果。
針對預(yù)測出的動力行駛負(fù)載量，將對損失指標(biāo)CPL(x)，特別是對制動損失指標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。例如，圖3(b)中表示動力行駛負(fù)載十分大的情況下的制動損失指標(biāo)，在換流器4中電量的限制下，越是高速高制動力的情況，損失指標(biāo)就會越大。圖8表示動力行駛負(fù)載不大的情況下(125KW/主電機)的制動損失指標(biāo)。此情況下，由于動力行駛的負(fù)載不大，因而有不能輸出與推力指令Fcmd相同的制動電力的區(qū)域。即，損失指標(biāo)從低速時開始增大。這樣就可以通過負(fù)載狀態(tài)準(zhǔn)確地預(yù)測能量損失，更加有效地實現(xiàn)節(jié)能行駛。
圖9是實施例3中的自動列車運行裝置的概略構(gòu)成例的框圖，該圖中與圖16相同的部分均采用相同符號并省去說明，在此僅對不同的部分加以說明。
圖9所示的裝置中采用數(shù)據(jù)庫34及行駛模式抽取部35，來代替圖48中的暫定行駛策劃部12和最佳行駛策劃部13。數(shù)據(jù)庫34中存儲有各列車在各站間行駛的行駛模式。行駛模式抽取部35將從存儲著運行時間表的數(shù)據(jù)庫3中抽取出與現(xiàn)行的站間行駛相對應(yīng)的行駛模式F1(x)。通過預(yù)先執(zhí)行實施例1所述的最佳行駛方案并將其結(jié)果中的最佳行駛模式存儲下來的辦法，存儲在數(shù)據(jù)庫34中的行駛模式就可以得到實現(xiàn)。
上述的結(jié)構(gòu)可以達(dá)到下面的作用與效果。
對于最佳行駛模式的產(chǎn)生，由于要求重復(fù)進(jìn)行收斂計算來執(zhí)行最佳方案，因而運算起來相當(dāng)花費時間。停車過程中實施針對下一站的行駛方案時，由于運算時間上的限制，就無法達(dá)到最佳效果。若提前執(zhí)行這些方案就可以避開運算時間的限制，并能夠得到最佳的行駛模式。這樣，就能夠更好實現(xiàn)節(jié)能的效果。而且，通過預(yù)先計算出行駛模式的辦法，還可以準(zhǔn)確地確認(rèn)行駛模式。從而排除異常的模式，使系統(tǒng)的可信度大大提高。
圖10是實施例4中的安裝有列車運行輔助裝置的電車系統(tǒng)的概略構(gòu)成框圖，該圖中與圖47中的相同部分均采用相同的符號并省略其說明，在此僅對不同的部分加以說明。
在此，采用列車運行輔助裝置22代替實施例1中的自動列車運行裝置1。列車運行輔助裝置22是進(jìn)行與實施例1中的自動列車運行裝置1相同的處理，并產(chǎn)生輸出推力推薦值Frec。就是說，列車運行輔助裝置22相當(dāng)于一個能取代自動列車運行裝置1中的推力指令Fcmd，輸出推力推薦值Frec的裝置。該推力推薦值Frec被輸入到附設(shè)在主控制器23上的推力指示裝置24中。主控制器23將與主控制器的角度或者位置對應(yīng)的推力指令F cmd輸出給驅(qū)動制動裝置2。
推力指示裝置24的構(gòu)成例如圖11所示。推力指示裝置24是由角度指令運算部25、電阻抗控制器26、伺服放大器27、伺服馬達(dá)28以及編碼器29所構(gòu)成。伺服馬達(dá)28與主控制器23機械地結(jié)合在一起。
將從列車運行輔助裝置22輸出的推力推薦值Frec輸入給角度指令運算部25。角度指令運算部25計算出與該推力推薦值Frec對應(yīng)的主控制器角度，并將其作為角度指令θ cmd輸出。電阻抗控制器26將角度指令θ cmd和編碼器29檢測出的實際主控制器的角度θ輸入，并將能夠使后者(角度θ)與前者(角度指令θ cmd)保持一致的扭矩指令T cmd輸入給伺服放大器27。伺服放大器27對伺服馬達(dá)28進(jìn)行驅(qū)動以便讓伺服馬達(dá)28的輸出扭矩與扭矩指令T cmd保持一致。
電阻抗控制器26針對司機施加給主控制器23上的扭矩Tope，對伺服馬達(dá)28進(jìn)行控制以便達(dá)到所希望的電阻抗大小(慣性力矩J、阻尼D、剛度K)，控制系統(tǒng)的框圖可如圖12所示那樣。J0相當(dāng)于將伺服電機28的轉(zhuǎn)子及主控制器23合并后的等價慣性力矩，g1及g2相當(dāng)于降噪用濾波器的切斷頻率。
將角度指令θ cmd置零(0)的情況下，來自外部的主控制器23所需的扭矩，即、司機施加在主控制器23上的扭矩Tope與主控制器角度θ之間的傳遞函數(shù)θ(s)，在忽視降噪濾波器的情況下，可以按照下式進(jìn)行計算，并可得到所希望的電阻抗(J、D、K)。
根據(jù)上述構(gòu)成，可以達(dá)到下述的作用及效果。
利用伺服馬達(dá)28來控制主控制器23的角度θ，以便讓推力指示部24能夠得到與列車運行輔助裝置22運算出的推力推薦值Frec一致的推力指令F cmd。因此，司機在操作主控制器23的時候，利用電阻抗控制器26對電阻抗的控制，可以讓司機得到自己所希望的電阻抗(J、D、K)。就是說，在司機未接觸主控制器23的狀態(tài)下，可以得到與推力推薦值Frec一致的推力指令F cmd。當(dāng)司機操作主控制器23時，推力推薦值Frec的方向上將受到來自伺服馬達(dá)28發(fā)出的力的作用，可以設(shè)定為任意角度即推力指令F cmd。這樣，司機就可以將運行控制工作交給列車運行輔助裝置22來做，并可以根據(jù)需要對主控制器23進(jìn)行操作，自由地控制推力指令。為實現(xiàn)節(jié)能運行而采用的主控制器23的角度θ可以作為來自主控制器23的反作用力進(jìn)行檢知，并能夠在不斷認(rèn)識節(jié)能定位停止模式的同時進(jìn)行運行。這樣，通過司機的操作就能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能行駛以及定位停止行駛，同時當(dāng)預(yù)料之外的情況發(fā)生時也能夠迅速地采取措施應(yīng)付。
供給驅(qū)動控制裝置2的推力指令F cmd并不是由列車運行輔助裝置22直接控制的，而是來自原有的主控制器23的角度θ，它可使系統(tǒng)變的更加簡便。而且，列車運行輔助裝置最終是由司機操作，無須嚴(yán)格地設(shè)定列車運行輔助裝置22的定位停止精度，可使裝置變得十分簡便。這樣，系統(tǒng)的可信度可以提高，成本也大大降低。
對于列車運行輔助裝置的情況，由于最終需要由司機進(jìn)行操作，因此要求司機的操作技術(shù)十分嫻熟。如果按照本實施例所述，利用裝有自動列車運行裝置的系統(tǒng)就不會出現(xiàn)因司機操作技術(shù)不夠而引起意外情況發(fā)生的情況等。
圖13是實施例5中列車運行輔助裝置的概略構(gòu)成例的框圖。本實施例與實施例4相比，推力指示裝置24的結(jié)構(gòu)有所不同，下面針對該部分進(jìn)行詳細(xì)說明。但是，本實施例中，推力指令將被設(shè)定成幾種主控制器的檔位，即動力行駛加速6檔(P1-P6)、制動減速6檔(B1-B6)、空檔(N)以及特殊制動(EB)。
這里的檔位表示速度與推力模式化的結(jié)果，并被使用在當(dāng)前的電車驅(qū)動控制中。檔位的檔數(shù)從幾檔到30檔以上不等，并根據(jù)系統(tǒng)的不同選用不同種類。另外，圖13所示的主控制器23是從上面觀看時的概略構(gòu)成圖。
推力指示裝置24是由推薦檔位顯示控制部30和燈群31構(gòu)成。在圖示的實施例中，燈群31總共由14個燈組成，它們分別是:與動力行駛加速檔位P1-P6相對應(yīng)的6個燈，與制動減速檔位B1-B6相對應(yīng)的6個燈，與空檔N相對應(yīng)的1個燈，以及與異常制動檔位EB對應(yīng)的1個燈。推薦檔位顯示控制部30接收列車運行輔助裝置22發(fā)出的推薦檔位指令N rec，并點亮對應(yīng)的燈。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，本例具有下述的作用及效果。
司機通過燈的點亮來確認(rèn)要設(shè)定的檔位，以便實行保證定時性與定位停止性的節(jié)能行駛(方案)。例如，推薦檔位指令N rec的內(nèi)容處于動力行駛加速檔P6，與之相應(yīng)的燈就會點亮，如果是制動減速檔B3，與之對應(yīng)的燈也會點亮。司機根據(jù)燈的點亮情況對主控制器23進(jìn)行檔位操作，這樣便能夠抑制能量損失，從而達(dá)到節(jié)能的目的。
推力指示裝置24與驅(qū)動制動控制系統(tǒng)之間并無直接地電氣或機械聯(lián)系，由于這之間還需通過司機的操作來完成，因而在意外情況發(fā)生時推力指示裝置24可以比司機的判斷更早地做出處理，使系統(tǒng)的可信度大大提高。燈或LED(發(fā)光二極管)等顯示裝置比實施例4中的主控制器23的伺服結(jié)構(gòu)更加簡單，更容易實現(xiàn)，系統(tǒng)的可信度大大提高，而且達(dá)到降低構(gòu)成裝置成本的目的。
圖14是實施例6中的列車運行輔助裝置的概略構(gòu)成例框圖。本實施例與實施例5有所不同，推力指示裝置24的結(jié)構(gòu)有變化，下面就不同點進(jìn)行詳細(xì)說明。
本實施例中的推力指示裝置24是由推薦檔位顯示控制部32以及聲音輸出部33所構(gòu)成。推薦檔位顯示控制部32接收由列車運行輔助裝置22發(fā)出的推薦檔位指令N rec，控制聲音輸出部33使其輸出相應(yīng)的報音。例如，推薦檔位為B3時，就會輸出“制動3檔”等類似的報音。
上述結(jié)構(gòu)具有下述作用和效果。
司機可通過報音獲知設(shè)定檔位的狀況，以便保證定時性和定位停止性，達(dá)到節(jié)能行駛的目的，這樣也能夠達(dá)到實施例5中的同樣的作用和效果。但實施例5是通過燈的狀態(tài)來顯示推薦檔位，司機的注意力全部集中在檔位顯示上，造成前方注意力不集中，很有可能導(dǎo)致事故發(fā)生。與此相對，如果用聲音進(jìn)行指令傳達(dá)，就不存在這個問題，同時系統(tǒng)的可信度也大大提高。
圖15及圖16表示本發(fā)明中的自動列車運行裝置的一個實施例。圖中列車0上搭載的自動列車運行裝置(ATO)108從作為地上系統(tǒng)的自動列車控制裝置(ATC)102中獲取限速數(shù)據(jù)，并從列車0的數(shù)據(jù)庫(DB)103中獲取路線條件(傾斜角度及曲線曲率半徑等)、車輛條件(列車編組、重量等)、運行條件等數(shù)據(jù)，并分別從操縱臺104獲取發(fā)車信號，從應(yīng)荷重裝置105中獲取應(yīng)荷重信號，從速度檢測器106中獲取列車速度信號，并從對適當(dāng)?shù)嘏渲迷诼肪€上的地上傳感器做出響應(yīng)的地上傳感器檢測器107中獲取列車的位置信號。路線上設(shè)置的地上傳感器用來確認(rèn)列車的位置。此處，DB103安裝在列車0內(nèi)，但也可以根據(jù)情況安裝在列車0的外部作為地面系統(tǒng)，另外，根據(jù)情況還可以分散地設(shè)置在列車0內(nèi)以及地上。
ATO108除安裝著用來處理在線數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)處理單元180和列車自動運行單元181之外，還安裝有以營業(yè)前特性判斷單元124以及營業(yè)后特性學(xué)習(xí)單元134為代表的推斷單元和學(xué)習(xí)單元。數(shù)據(jù)處理單元180進(jìn)行列車速度信號的處理，除了列車速度以外，還要對列車位置(速度的時間積分)、列車加速度(速度的微分)以及列車行駛距離(速度絕對值的時間積分)進(jìn)行連續(xù)運算。列車位置以及列車行駛距離將通過來自地上傳感器107的列車位置信號適當(dāng)進(jìn)行補正。數(shù)字處理單元180根據(jù)各輸入信號進(jìn)行給定運算，為后述的學(xué)習(xí)或列車運行提供所需的計測數(shù)據(jù)。列車自動運行所必須的計測數(shù)據(jù)是由列車自動運行單元181提供。列車自動運行單元181按照各輸入數(shù)據(jù)運算出的結(jié)果將動力行駛的指令發(fā)給驅(qū)動裝置9，將減速指令發(fā)給減速裝置110。驅(qū)動裝置109包括牽引列車的主電機和控制主電機的電力變換器。減速裝置110一般都同時具有機械制動器和電力制動器。
列車0中搭載著ATO108，如圖16詳細(xì)所示那樣，其中涉及本發(fā)明學(xué)習(xí)功能的營業(yè)前特性推斷單元124及營業(yè)后特性學(xué)習(xí)單元134是由下述各裝置所構(gòu)成:營業(yè)前行駛判斷單元120、營業(yè)前特性初始值設(shè)定單元121、營業(yè)前試驗行駛用列車自動運行單元122、行駛結(jié)果存儲單元123、營業(yè)前特性推斷單元124、推斷結(jié)果補正單元125、特性推斷值存儲單元126、學(xué)習(xí)特性數(shù)據(jù)庫(學(xué)習(xí)特性DB)130、特性初始設(shè)定單元131、列車自動運行單元132、營業(yè)后行駛結(jié)果存儲單元133、營業(yè)后特性學(xué)習(xí)單元134、以及學(xué)習(xí)結(jié)果補正單元135。單元121-126屬于營業(yè)行駛前試驗行駛時所用的處理裝置，單元131-135屬于營業(yè)行駛開始后所用的處理裝置，營業(yè)前行駛判斷單元120以及學(xué)習(xí)特性DB130與營業(yè)前后并沒有關(guān)系，兩者均通用。
圖16中，ATO108將被作為自動列車運行裝置使用，省略原本安裝的數(shù)據(jù)處理單元180以及列車自動運行單元181等。
下面說明圖15及圖16中裝置的作用。
圖15中，ATO108將從ATC102中獲取限速數(shù)據(jù)，從DB103中獲取路線條件或車輛條件、運行條件等事前可以得到的各種信息，并且獲得速度，以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行給定的運算，發(fā)出動力行駛指令或減速指令等控制指令，如前述那樣實現(xiàn)列車0的自動運行。
ATO108將接受由操縱臺104發(fā)出的發(fā)車信號，讓列車自動運行單元開始進(jìn)行自動運行動作。發(fā)車后，將使用從應(yīng)荷重裝置105得到的應(yīng)荷重信息、從速度檢測器106得到的速度數(shù)據(jù)、以及從地上傳感器檢測器107得到的地上傳感器檢測信息。應(yīng)荷重信息作為與列車重量有關(guān)的信息加以利用，地上傳感器檢測信息是為了補正位置信息而使用的。利用這些信息，ATO108將制訂出控制列車的指令(動力行駛指令/減速指令)。動力行駛指令作為控制指令制訂出的情況下，輸出動力行駛指令，并通過驅(qū)動裝置109驅(qū)動列車行駛。動力行駛指令除了動力扭矩(動力行駛牽引力)指令以外，檔位行駛的情況下還可以采用動力行駛檔位指令等等。在減速指令作為控制指令制訂出的情況下，輸出減速指令，并通過減速裝置110使列車減速。作為減速指令，可以采用制動力指令，在檔位動力行駛的情況下，可以采用制動器檔位指令等等。
下面，參照圖16詳細(xì)說明ATO108的作用。
首先根據(jù)接收到的操縱臺104發(fā)出的發(fā)車信號，讓營業(yè)前行駛判斷單元120判斷(當(dāng)前)屬于營業(yè)前試驗行駛還是營業(yè)開始后的行駛。判斷的方法可以采用制訂出軟標(biāo)志的方法，比如像“不立標(biāo)志時為試驗行駛”，“立標(biāo)志時為營業(yè)行駛”等這樣的利用軟標(biāo)志的方法，或者采用硬開關(guān)設(shè)定結(jié)果的方法等等。
如果營業(yè)前行駛判斷單元120的判斷結(jié)果是營業(yè)前的試驗行駛，就在營業(yè)前特性初始值設(shè)定單元121中設(shè)定營業(yè)前試驗行駛時的初始特性參數(shù)。設(shè)定的方法，可以采用人機·界面，利用手動方式在行駛開始之前進(jìn)行設(shè)定的方法。設(shè)定值的內(nèi)容，可以是列車的規(guī)格或路線特性等，從事前可以著手的信息中抽取出特性參數(shù)并輸入。
接著，使用營業(yè)前特性初始值設(shè)定單元121設(shè)定好的特性參數(shù)，讓營業(yè)前試驗行駛用列車自動運行單元122進(jìn)行自動運行方式的列車試驗行駛。作為自動列車運行的方法，是在站內(nèi)停車時制訂出最佳行駛方案，以該方案為基準(zhǔn)進(jìn)行自動運行，若與最佳行駛方案發(fā)生較大偏差的情況下，就重新制訂行駛方案，針對控制指令通過誤差反饋的方法進(jìn)行補正。而且，此時正好屬于營業(yè)前的行駛，例如，對于檔位行駛的列車，可以在用來測定特性的檔位下進(jìn)行試驗行駛，能夠進(jìn)行以測定特性為目的的行駛。
然后，將營業(yè)前試驗行駛用列車自動運行單元122進(jìn)行自動運行得到的結(jié)果，存儲到行駛結(jié)果存儲單元123中。存儲過程是將目標(biāo)行駛方案以及行駛時計測的速度數(shù)據(jù)或位置數(shù)據(jù)等等以電子文件的形式存儲到硬盤(HD)等的媒介中。
接著，根據(jù)行駛結(jié)果存儲單元123存儲下來的試驗行駛結(jié)果，讓營業(yè)前特性推斷單元124來推斷特性參數(shù)。營業(yè)前應(yīng)推斷好的特性參數(shù)可以選擇重量、加速特性、減速特性等。
關(guān)于編組列車整體的重量，在營業(yè)前的試驗行駛階段，由于乘客沒有上車，可以根據(jù)慣性行駛時的加速度或減速度(加速度負(fù)值)以及列車行駛阻力來進(jìn)行推斷。在此，作為測定對象的列車可以考慮按照式(7)那樣的簡單物理公式進(jìn)行表現(xiàn)的情況。
計算列車行駛阻力時，可以按照考慮坡度、曲率等路線特性或空氣阻力、摩擦阻力的公式來進(jìn)行運算。此外，關(guān)于列車行駛阻力的運算請參照文獻(xiàn)交友社編的“運行理論(直流交流電氣機車)”。一般情況下，列車行駛阻力Fr可以表示為下式 Fr＝Frg+Fra+Frc ＝s+(A+Bv+Cv2)+800/r ......(11) 其中，F(xiàn)r是列車阻力[千克力/噸]，F(xiàn)rg為坡度阻力[千克力/噸](向上為正，向下為負(fù))，F(xiàn)ra為行駛阻力[千克力/噸]，F(xiàn)rc為曲線阻力[千克力/噸]，s是坡度[‰]，A、B、C為系數(shù)，v為列車速度，r為曲率半徑。
考慮到這些參數(shù)，(7)變形為 M＝(F-Fr)/α ......(12)， 重量按照式(12)進(jìn)行推斷。式(12)中，在慣性行駛下，牽引力可以為0。對于加速度(減速度)α，可以采用最小平方法，通過從計測結(jié)果(列車行駛速度)進(jìn)行運算后得到。利用上述各個處理就可以推斷重量M。
重量M的推斷運算結(jié)束后，就可以利用該值來推斷動力行駛特性以及制動特性。
首先，使用重量推斷值Mest、動力行駛時的加速度αacc、以及列車行駛阻力Fr，進(jìn)行動力行駛特性(動力行駛檔位與牽引力的關(guān)系等)的推斷。關(guān)于動力行駛時的加速度αccc和列車行駛阻力Fr，可以通過與前述重量運算同樣的處理得到。使用這些量和重量推斷值，按照下式來推斷牽引力F F＝Mestαacc+Fr ......(13)。
按照式(13)可以推斷出列車進(jìn)行檔位的動力行駛操作時，各檔位上的動力行駛牽引力大小。這樣便可以推斷出動力行駛檔位與牽引力之間的關(guān)系。
使用重量推斷值、減速時的減速度以及列車行駛阻力，可以推斷出制動力特性。減速時的減速度以及列車行駛阻力可以通過與上述重量時的運算同樣的處理得到。使用這些量和重量推斷值，按照下式來推斷制動力F F＝＝Mestαdec+Fr ......(14) 其中αdec為減速度(加速度負(fù)值)。
按照式(14)，列車進(jìn)行檔位制動操作時，可以推斷出各個檔位上的制動力。根據(jù)推斷結(jié)果就可以推斷出制動檔位與制動力之間的關(guān)系。
對于上述的推斷值，最好能夠在站間行駛后或者停車時進(jìn)行運算，但是也可以在列車行駛過程中進(jìn)行運算，并在行駛過程中對運算結(jié)果進(jìn)行確認(rèn)。這樣，通過對重量、動力行駛特性、制動特性進(jìn)行推斷的辦法，就可以在營業(yè)行駛前用比從前更短的時間來調(diào)整每個列車編組的偏差。
接著，讓推斷結(jié)果補正單元125針對營業(yè)前特性推斷單元124推斷好的特性推斷值進(jìn)行補正。進(jìn)行補正之前，應(yīng)預(yù)先設(shè)定好理論上可以實現(xiàn)的特性參數(shù)的允許范圍，補正的目的是為了保證不超出該允許范圍。例如，在特性推斷值超出允許范圍的情況下，要考慮使用預(yù)先運算出的設(shè)定值，或者使用允許范圍中的臨界值等。在嚴(yán)重偏離該允許范圍的情況下，還需要進(jìn)行再次試驗行駛等的操作。
然后，特性推斷值存儲單元126將推斷結(jié)果補正單元125補正好的特性推斷值存儲到學(xué)習(xí)特性DB130中。存儲的方法，可以采用與前述行駛結(jié)果存儲單元123相同的方法。學(xué)習(xí)特性DB130除了存儲營業(yè)行駛前的試驗行駛得到的特性推斷結(jié)果以外，還存儲有后述的營業(yè)行駛后的學(xué)習(xí)得到的特性學(xué)習(xí)結(jié)果。
接下來說明營業(yè)前行駛判斷單元120判斷的結(jié)果為營業(yè)后行駛的情況。
在營業(yè)行駛的情況下，先由特性初始值設(shè)定單元131對特性參數(shù)的初始值進(jìn)行設(shè)定。在最初的營業(yè)行駛中，從學(xué)習(xí)特性DB130中取出由特性推斷值存儲單元126存儲的特性參數(shù)(特性推斷結(jié)果)進(jìn)行使用。在進(jìn)行營業(yè)行駛，并進(jìn)行學(xué)習(xí)時，將使用從學(xué)習(xí)結(jié)果中得到的特性參數(shù)(特性學(xué)習(xí)結(jié)果)。
接著，使用由特性初始值設(shè)定單元131設(shè)定好的特性參數(shù)，由列車自動運行單元132控制列車進(jìn)行自動行駛。列車的自動運行基本上與營業(yè)前試驗行駛用列車自動運行單元122相同，但由于營業(yè)后乘車的乘客數(shù)不定，重量就會發(fā)生改變。因此，從列車出站剛開始進(jìn)入動力行駛時，必須要推斷出站間行駛時的重量。對于重量的推斷方法，如果可以得到應(yīng)荷重，就使用應(yīng)荷重。如果不能利用應(yīng)荷重，就通過在從出站后的剛進(jìn)入動力行駛時發(fā)揮與營業(yè)前特性推斷單元124和推斷結(jié)果補正單元125相同的作用的辦法來推斷重量。如果推斷結(jié)果與特性初始值設(shè)定單元131設(shè)定的值不同，就需要進(jìn)行重新制訂行駛方案等處理。在出站后剛進(jìn)行動力行駛時進(jìn)行重量推斷的基本情況參見圖17所示的情況。
在圖17中，橫軸表示從出站到達(dá)下一站的距離，即位置，縱軸表示以各位置上的速度作為速度模式的情況。在出站的停車狀態(tài)下，將遵循根據(jù)特性推斷值制訂出的最佳行駛模式131(圖中細(xì)虛線)開始行駛后，按照初期動力行駛區(qū)間130中的實際行駛結(jié)果，即實際行駛模式132(圖中粗實線)來進(jìn)行重量推斷，通過基于重量推斷值的再運算，制訂出補正后的行駛模式132(圖中粗虛線)，并以此為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行實際行駛運行。
然后，營業(yè)后行駛結(jié)果存儲單元33將列車自動運行單元32的自動運行結(jié)果存儲起來。存儲的方法，可以采取與前述行駛結(jié)果存儲單元23相同的方法。
然后，使用由營業(yè)后行駛結(jié)果存儲單元133存儲著的行駛結(jié)果，通過營業(yè)后特性學(xué)習(xí)單元134進(jìn)行特性的學(xué)習(xí)。關(guān)于該特性的定期學(xué)習(xí)內(nèi)容，分為下述幾幾種情況: (1)按照站間行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí) (2)按照全路線行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí) (3)按照1天的行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí) (4)按照數(shù)日的行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí) (5)按照數(shù)個月的行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí) 以下分別對(1)-(5)分別進(jìn)行說明。
(1)按照站間行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí) 站間行駛后得到的站間行駛結(jié)果作為基準(zhǔn)進(jìn)行學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)結(jié)果反映到下一次站間行駛中。例如，下雨的時候針對制動力降低的特點進(jìn)行學(xué)習(xí)。作為判斷出有必要從站間行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)的例子，雨天時制動力降低的情況就是一個例子。雨天行車時，若要使用列車的空氣制動器，就要考慮由于下雨使制動片的摩擦性能降低而導(dǎo)致制動力(減速性能)降低的情況發(fā)生。一旦下雨，減速性很可能會下降。在這個結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行制動力特性的學(xué)習(xí)比較好。這里得到的學(xué)習(xí)結(jié)果多為暫時性的，也可以別的途徑，作為暫時的特性參數(shù)來保持利用。
(2)根據(jù)全程的行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí) 根據(jù)一條路線上從始至終行駛的結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)，在下一條路線開始行駛時將學(xué)習(xí)結(jié)果反映出來。例如，結(jié)束了一條路線上的行駛，必須要到達(dá)各站，停止時發(fā)生偏離目標(biāo)停止位置的情況下(產(chǎn)生了偏離量)，為了減小該偏離量，最好是針對偏離量來學(xué)習(xí)制動力特性。例如，超過目標(biāo)停止位置的情況下，我們會想到制動力特性的設(shè)定值要適當(dāng)大于實際值。由于制動力比實際要大，因此無法得到預(yù)想的減速度。這種情況下，最好是為了達(dá)到適當(dāng)減小制動力特性的設(shè)定值的目的來進(jìn)行學(xué)習(xí)。
(3)按照一天行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí) 根據(jù)一天的行駛結(jié)果來進(jìn)行學(xué)習(xí)，將學(xué)習(xí)結(jié)果反映在次日的行駛中。例如，觀察一日的行駛結(jié)果(譬如1條路線上全程行駛多次的行駛結(jié)果)時，可稱為必要的某車站上對于目標(biāo)停止位置發(fā)生同程度的走過頭的現(xiàn)象，有可能是因為站間坡度或曲線等路線特征參數(shù)的設(shè)定上產(chǎn)生了偏差。此時，學(xué)習(xí)的目的就是為了根據(jù)行駛結(jié)果逐步地對坡度或曲線等路線特征參數(shù)稍許進(jìn)行調(diào)整。
(4)按照數(shù)日的行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí) 將數(shù)日的行駛結(jié)果存儲下來，根據(jù)該存儲結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)。例如，觀測數(shù)日的行駛結(jié)果時，如果僅僅在相同的時間段內(nèi)行駛方案上產(chǎn)生了偏差，那么就可以考慮是否由于某些影響，使該時間段內(nèi)的動力行駛牽引力特性或制動力特性最終與實際發(fā)生偏差。在其他的時間段內(nèi)沒有觀測到偏差的情況下，可以認(rèn)為實際上并不完全因為特性參數(shù)本身發(fā)生偏差，因此可以只對作為對象的時間段進(jìn)行補正，然后再通過學(xué)習(xí)對該補正值進(jìn)行補正。
(5)按照數(shù)月的行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí) 存儲數(shù)個月的行駛結(jié)果時，根據(jù)存儲的結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)。例如，按照維修檢查時存儲的結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)。例如，觀測3個月的行駛結(jié)果時，有時可能按照3個月前、2個月前、1個月前，觀察隨著時間的經(jīng)過制動力逐漸降低的狀況。這些狀況，如果按照數(shù)日行駛結(jié)果的學(xué)習(xí)是很難判斷出的。在使用空氣制動的情況下，有可能產(chǎn)生摩擦引起的制動片的磨耗。因此，就有必要根據(jù)該結(jié)果對特性參數(shù)進(jìn)行變更(學(xué)習(xí))，并根據(jù)程度采取更換制動片等措施。除此以外，也要采取更改車輪半徑，或者采取措施以防止老化。
上述的學(xué)習(xí)方案，作為一個例子，可以通過如圖18所示的程序進(jìn)行學(xué)習(xí)、有選擇地實現(xiàn)。在圖18中，營業(yè)前行駛判斷單元120判斷屬于營業(yè)前的試驗行駛還是營業(yè)后的營業(yè)行駛(步驟151)的結(jié)果，如果是前者(營業(yè)前試驗行駛)，就進(jìn)行營業(yè)前試驗行駛(步驟152)，并對初始參數(shù)進(jìn)行推斷(步驟153)，然后結(jié)束。如果步驟151中的判斷結(jié)果為營業(yè)行駛，就進(jìn)行與行駛內(nèi)容相對應(yīng)的5種學(xué)習(xí)中的任何一種。也就是說，對營業(yè)行駛的行駛結(jié)束時的狀態(tài)進(jìn)行判斷(步驟154)，如果是站間行駛結(jié)束，就進(jìn)行“(1)根據(jù)站間行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)”(步驟155)，如果是全程行駛結(jié)束，就進(jìn)行“(2)根據(jù)全程行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)”(步驟156)。步驟154中，如果是1天的行駛結(jié)束，就判斷已經(jīng)存儲了幾天的數(shù)據(jù)與否(步驟157)，按照該結(jié)果，如果存儲好1日的數(shù)據(jù)，就進(jìn)行“(3)根據(jù)1日的行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)”(步驟158)，如果存儲了數(shù)日的數(shù)據(jù)，就進(jìn)行“(4)根據(jù)數(shù)日行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)”(步驟159)，如果存儲了數(shù)個月的數(shù)據(jù)，就進(jìn)行“(5)根據(jù)數(shù)個月的行駛結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)”(步驟160)。
但是，圖18中粗線表示的各學(xué)習(xí)步驟155、156、158、159、160僅僅是在觀測到行駛結(jié)果具有下述學(xué)習(xí)傾向的情況下才會進(jìn)行。即 (a)同樣傾向的偏差一直持續(xù)的情況(例如，對于全程行駛結(jié)果，在所有的車站間都觀測到同程度的錯過目標(biāo)停止位置的情況等)，以及 (b)偏差明顯的情況。
關(guān)于學(xué)習(xí)，可以考慮采用將相關(guān)的特性參數(shù)按照一定的比例進(jìn)行增減的方法。例如，如前所述那樣，對于全程行駛結(jié)果，若在所有的站間都觀察到同程度的錯過目標(biāo)停止位置時，就可以考慮因制動力的設(shè)定值超過實際的制動力過多所造成的情況，因而可以進(jìn)行學(xué)習(xí)以便能將制動力特性的設(shè)定值適當(dāng)減小一定比例。
特別是對于以站間行駛結(jié)果為基準(zhǔn)進(jìn)行學(xué)習(xí)的情況，能夠觀察到幾個具有相同傾向的偏差的情況是很少的。因此，在這種情況下，可以考慮下述方式的學(xué)習(xí)。即 ·成為對象的自動列車運行方式: 此方式是當(dāng)行駛方案和實際測量值上發(fā)生了較大的偏差的情況下，針對該偏差對控制指令(動力行駛檔位指令、制動檔位指令等)進(jìn)行補正的自動列車運行方式。
·學(xué)習(xí)方法: 按照行駛方案和實際測量值之間發(fā)生偏差時的控制指令補正狀況進(jìn)行學(xué)習(xí)。以制動力的特性來說，例如在制動時，若出現(xiàn)比計劃要強的制動力檔位的控制指令補正的情況，就無法得到所預(yù)想的減速度。此時，由于制動力特性的設(shè)定值比實際的制動力值大很多，因此可以進(jìn)行學(xué)習(xí)將制動力特性的預(yù)定值適當(dāng)減小一定比例。若出現(xiàn)比計劃要弱的制動力檔位的控制指令補正的情況，則相反，進(jìn)行學(xué)習(xí)，將制動力特性設(shè)定值增大一定的比例。
對于推斷特性與實際值不同的判斷，是按照作為計測數(shù)據(jù)得到的加速度，使用作為假設(shè)特性的列車行駛的有關(guān)特性、路線形狀特性(坡度、曲線等)、重量、牽引力或者制動力，判斷是否滿足式(7)。
如上所述，學(xué)習(xí)結(jié)果補正單元135將對由營業(yè)后特性學(xué)習(xí)單元134得到的學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行補正。補正的方法，可以采用與前述推斷結(jié)果補正單元125相同的處理進(jìn)行實施。此處的補正結(jié)果將被作為特性學(xué)習(xí)結(jié)果存儲到學(xué)習(xí)特性DB130中。
以上所述，進(jìn)入營業(yè)運行后也要進(jìn)行學(xué)習(xí)，一邊調(diào)整特性參數(shù)的同時進(jìn)行營業(yè)運行。
上述的大多數(shù)種類的學(xué)習(xí)所設(shè)想的是列車到站時等處于停車過程中的在線自動學(xué)習(xí)。但是，動力行駛時的重量推斷則所設(shè)想的是行駛過程中的在線自動推斷。
通過一邊進(jìn)行學(xué)習(xí)和推斷的同時進(jìn)行列車自動運行的方法，可以有效地針對列車編組的偏差和時效變化等因素進(jìn)行自動運行。
如上所述，如果采用實施例7中的自動列車運行裝置，通過在營業(yè)行駛前對重量、動力行駛牽引力、制動力的推斷，就能夠用比以前更短的時間針對每列列車編組的偏差進(jìn)行調(diào)整，通過營業(yè)后進(jìn)行特性參數(shù)學(xué)習(xí)的辦法，即使特性參數(shù)上發(fā)生變化的情況下也可以實現(xiàn)滿足乘車舒適性和停止精度的自動運行。在營業(yè)后的學(xué)習(xí)中，通過按照利用學(xué)習(xí)的數(shù)據(jù)期間劃分為站間行駛部分和路線行駛部分等進(jìn)行劃分實施，可以實現(xiàn)更接近實際情況的學(xué)習(xí)。另外，營業(yè)前的推斷和營業(yè)后的學(xué)習(xí)中，通過對推斷和學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行補正的辦法，即使出現(xiàn)了極不常見的意外結(jié)果，也只要通過補正，就可以進(jìn)行推斷和學(xué)習(xí)，而不必使用那些不常見的特性參數(shù)。
如上所述，通過不斷地進(jìn)行特性的學(xué)習(xí)就有可能做出有效的最佳行駛方案。若在列車行駛中出現(xiàn)較大規(guī)模的學(xué)習(xí)，就以此為契機重新制訂行駛方案，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)滿足乘車舒適度、目標(biāo)停止位置精度、行駛時機的自動列車運行。
實施例7中，大部分的學(xué)習(xí)所設(shè)想的都是列車到站時等處于停車過程中進(jìn)行的在線自動學(xué)習(xí)，動力行駛過程中的重量推斷所設(shè)想是行駛過程中進(jìn)行的在線自動推斷。但是，如果安裝了能夠在列車行駛過程中確認(rèn)學(xué)習(xí)進(jìn)行狀況的人機界面，就可以實現(xiàn)在行駛過程中進(jìn)行在線自動學(xué)習(xí)并通過司機的判斷來利用學(xué)習(xí)結(jié)果的系統(tǒng)。在此情況下，可以將學(xué)習(xí)裝置以單個裝置作為自動列車運行的輔助裝置。
圖19表示實施例9中的自動列車運行裝置的主要部分的結(jié)構(gòu)。本實施例中，作為營業(yè)后特性學(xué)習(xí)裝置，包括權(quán)利要求中的自動特性學(xué)習(xí)單元1341、自動特性學(xué)習(xí)單元1342、自動特性學(xué)習(xí)單元1343、自動特性學(xué)習(xí)單元1344、以及自動特性學(xué)習(xí)單元1345，另外還包括用來輸入這些自動特性學(xué)習(xí)單元取得的學(xué)習(xí)結(jié)果的學(xué)習(xí)結(jié)果比較單元136，還包括按照學(xué)習(xí)結(jié)果比較單元136中的比較結(jié)果對學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行補正的學(xué)習(xí)結(jié)果補正單元137。
自動特性學(xué)習(xí)單元1341-1345如實施例7中說明的那樣分別進(jìn)行特性學(xué)習(xí)。學(xué)習(xí)結(jié)果比較單元136接受來自自動特性學(xué)習(xí)單元1341-1345中得到的學(xué)習(xí)結(jié)果，對這些學(xué)習(xí)結(jié)果進(jìn)行比較，檢查相互之間是否有大的矛盾。自動特性學(xué)習(xí)單元1341-1345之間，由于學(xué)習(xí)期間、即學(xué)習(xí)的間隔相差比較大，因此可以通過短的學(xué)習(xí)期間得到的結(jié)果對長的學(xué)習(xí)期間的結(jié)果進(jìn)行檢查。例如，自動特性學(xué)習(xí)單元1345中的學(xué)習(xí)結(jié)果與自動特性學(xué)習(xí)單元1344中的學(xué)習(xí)結(jié)果在同時間段相差n倍，比如相差10倍的情況下，判斷為出現(xiàn)明顯異常，并可以認(rèn)為自動特性學(xué)習(xí)單元1345的學(xué)習(xí)結(jié)果出現(xiàn)很大的矛盾。另外，利用自動特性學(xué)習(xí)單元1341-1345中的多個結(jié)果來進(jìn)行檢查，可以使檢查的精度大大提高。
然后，學(xué)習(xí)結(jié)果補正單元137針對學(xué)習(xí)結(jié)果比較單元136的出現(xiàn)較大矛盾的比較結(jié)果進(jìn)行補正。最簡單的補正方法，就是直接利用短的學(xué)習(xí)期間(學(xué)習(xí)間隔)自動特性學(xué)習(xí)單元的學(xué)習(xí)結(jié)果。但是，使用自動特性學(xué)習(xí)單元1341-1345中的多個學(xué)習(xí)結(jié)果時，可以考慮使用這些學(xué)習(xí)結(jié)果的平均值。在自動特性學(xué)習(xí)單元1341-1345中的學(xué)習(xí)結(jié)果中的大部分出現(xiàn)矛盾的情況，以及自動特性學(xué)習(xí)單元1341-1345的學(xué)習(xí)結(jié)果相互之間存在大的偏差的情況下，也可以考慮將這些學(xué)習(xí)結(jié)果取出平均值來使用。
在自動特性學(xué)習(xí)單元134中，使用適宜觀測器就可以進(jìn)行特性的學(xué)習(xí)。適宜觀測器，是在將對象裝置按照式(7)進(jìn)行數(shù)字模型化的情況下，根據(jù)觀測(測定)可能值對其參數(shù)進(jìn)行識別的。也可以考慮按照觀測方法進(jìn)行系統(tǒng)識別，不斷地讓列車自動運行單元181利用適宜觀測器的識別結(jié)果，構(gòu)成一種適宜的控制系統(tǒng)。按照式(7)，使用適宜觀測器，可以利用觀測值的加減速度(由速度檢測器106的檢測速度算出)和控制指令值的動力行駛牽引力或者制動力，不斷地對重量、列車行駛阻力進(jìn)行識別。作為適宜觀測器的算法，可以采用可擴充最小二乘法或擴充卡爾曼濾波器、適宜濾波器等(詳細(xì)情況參見“強有力適應(yīng)控制入門”(寺尾滿鑒修、金井喜美雄著，オ—ム社刊)的第2章“未知裝置的推斷與適應(yīng)觀測器”P.47-87，或者“系統(tǒng)控制系列6最佳濾波”(西山清著，培風(fēng)館)的3.3節(jié)“適應(yīng)濾波器”P.50-57)。
如上所述，通過比較學(xué)習(xí)期間(學(xué)習(xí)間隔)不同的幾個自動特性學(xué)習(xí)裝置，將出現(xiàn)矛盾的學(xué)習(xí)結(jié)果排除掉，就可以得到更高精度的特性學(xué)習(xí)結(jié)果。
實施例11中，自動特征學(xué)習(xí)單元134通過干擾觀測器進(jìn)行特性學(xué)習(xí)。干擾觀測器被充分地用到動作控制等工作中，是用來識別干擾的裝置(詳細(xì)參見“MATLAB控制系統(tǒng)設(shè)計”(野波健藏編著，西村秀和、平田光男共著，東京電機大學(xué)出版社)的4.4節(jié)“動作控制中的干擾觀測器”P.99-102)。將式(1)中的列車行駛阻力看作動作控制中的干擾力，就可以利用干擾觀測器不斷地對列車行駛外力進(jìn)行推斷。利用推斷結(jié)果進(jìn)行學(xué)習(xí)，可以大大提高學(xué)習(xí)的精度。
下面，參考附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例12。圖20是表示自動列車運行裝置1與數(shù)據(jù)保存單元201的結(jié)構(gòu)圖。
自動列車運行裝置1是由作為列車特性學(xué)習(xí)單元的列車特性學(xué)習(xí)裝置207和作為自動列車運行單元的自動運行控制部208所構(gòu)成。列車特性學(xué)習(xí)裝置207會在列車行駛過程中獲取列車特性數(shù)據(jù)(列車阻力、空耗時間等(后述))和路線數(shù)據(jù)等。列車特性學(xué)習(xí)裝置207獲取到的數(shù)據(jù)將被保存在數(shù)據(jù)保存部201中。由列車特性學(xué)習(xí)裝置207獲取到的、且保存在數(shù)據(jù)保存部201中的數(shù)據(jù)將被輸出到自動運行控制部208中。通過自動運行控制部208，根據(jù)由列車特性學(xué)習(xí)裝置207取得并被保存在數(shù)據(jù)保存部201中的數(shù)據(jù)，建立行駛方案。按照該方案讓列車進(jìn)行自動運行。
列車特性學(xué)習(xí)裝置207由下述各部分構(gòu)成:作為數(shù)據(jù)保存單元的數(shù)據(jù)保存部201、作為列車重量計算單元和動力行駛牽引力偏差檢測單元的列車重量計算部209、作為列車阻力計算單元的列車阻力計算部210、作為制動力計算單元和制動力偏差檢測單元的制動力計算部211、作為空耗時間計算單元的空耗時間計算部212、作為乘車率計算單元的乘車率計算部213、以及檢測列車速度的裝置。
數(shù)據(jù)保存部201輸出的內(nèi)容將輸入到列車重量計算部209、列車阻力計算部210、制動力計算部211、乘車率計算部213、自動運行控制部208中。列車重量計算部209輸出的內(nèi)容將輸入到數(shù)據(jù)保存部201中。列車阻力計算部210的輸出內(nèi)容將輸入到數(shù)據(jù)保存部201中。制動力計算部211的輸出內(nèi)容將輸入到數(shù)據(jù)保存部201中。
空耗時間計算部212的輸出內(nèi)容將輸入到數(shù)據(jù)保存部201中。乘車率計算部213的輸出內(nèi)容將輸入到數(shù)據(jù)保存部201中。運行控制部8的輸出內(nèi)容將輸入到列車重量計算部209、制動力計算部211、空耗時間計算部212、乘車率計算部213中。
列車重量計算部209在列車加速行駛的動力行駛時，將輸入來自數(shù)據(jù)保存部201中的列車阻力值、來自自動運行控制部208的動力行駛牽引力值F、以及該時刻上的列車速度V。列車重量計算部209根據(jù)列車阻力值Fr、牽引力值F和列車速度V，按照式(15)進(jìn)行計算，得出列車重量M。列車重量計算部209求得的列車重量M將保存在數(shù)據(jù)保存部中。在式(15)中，M為列車重量、F為動力行駛牽引力值、Fr為列車阻力、α為列車加速度。列車加速度α可以通過列車速度V求出。
M＝(F-Fr)/α ......(15) 列車重量計算部209作為動力行駛牽引力偏差檢測部，關(guān)于動力行駛牽引力值F，列車重量計算部209也使用算出的列車重量值M，當(dāng)速度V的值與計算列車重量M時使用的V1值不同的時候，將M的值代入式(15)就可以求出正確的動力行駛牽引力值F。而且，該動力行駛牽引力值F與自動運行控制部208發(fā)出的動力行駛牽引力指令值Fk的偏差也能由列車重量計算部209測量出來。動力行駛牽引力指令值Fk與動力行駛牽引力值F之間的偏差將被輸出到數(shù)據(jù)保存部201中保存起來。為了能夠測定出動力行駛牽引力指令值Fk與動力行駛牽引力值F之間的偏差，將動力行駛牽引力指令值Fk與動力行駛牽引力值F之間的偏差加到測定時的動力行駛牽引力指令值Fk上，將得到的值作為新的動力行駛牽引力指令值Fk計算出，通過這樣的處理能夠更加正確地進(jìn)行列車自動運行。
列車阻力計算部210在列車做慣性滑行時通過數(shù)據(jù)保存部201將列車重量M、速度V輸入。通過數(shù)據(jù)保存部201輸入的列車重量M、速度V將按照式(16)來計算列車阻力值Fr。列車慣性滑行時，由于動力行駛牽引力不起作用，可以設(shè)動力行駛牽引力值F為0。由于動力行駛牽引力值F為0的原因，式(15)變形為式(16)。通過式(16)算出的列車阻力值Fr將輸出給數(shù)據(jù)保存部并在那里存儲下來。式(16)中，M為列車重量，F(xiàn)為動力行駛牽引力值，F(xiàn)r為列車阻力值，α為列車加速度。列車加速度α可以通過列車速度V求出。
Fr＝F-Mα＝0-Mα ......(16) 如“運行理論(直流交流電氣機車)交友社編”所示的普通列車(高速車輛多少有些不同)中，列車阻力值Fr將按式(17)那樣表示成坡度阻力值Frg、曲線阻力值Frc及行駛阻力值Fra三者的和。另外，容易知道坡度阻力值Frg、行駛阻力值Fra、曲線阻力值Frc分別如式(18)、式(19)、式(20)所示。
慣性行駛時列車阻力值Fr是通過列車重量M與速度V計算得出，因此通過列車阻力計算部210也可以計算出坡度阻力值Frg和行駛阻力值Fra。行駛阻力值Fra通過速度V計算得出。曲線阻力值Frc則使用預(yù)先保存在數(shù)據(jù)保存部1中的數(shù)據(jù)。為了能夠?qū)⒘熊囎枇χ礔r、行駛阻力值Fr、曲線阻力值Frc作為數(shù)值數(shù)據(jù)來使用，列車阻力計算部210將根據(jù)式(17)的變形式計算出坡度阻力值Frg。由列車阻力計算部210算出的坡度阻力值Frg將被輸出到數(shù)據(jù)保存部201中并保持在那里。式(18)中，s表示坡度(％)(向上為正，向下為負(fù))。式(19)中，A，B，C為系數(shù)，V表示速度(km/h)。式(20)中，r表示曲線半徑(m)。列車阻力計算部能夠在列車行駛時對坡度阻力值或列車阻力值進(jìn)行測定，因此不難得到正確的數(shù)據(jù)。另外，因為按照預(yù)定的路線往復(fù)行駛一次就能夠測定數(shù)據(jù)，因此時間上可以大大縮短。式(17)、式(18)、式(19)、式(20)中，列車阻力為Fr，列車阻力值為Fr，行駛阻力值為Fr，曲線阻力值為Frc。A，B，C為系數(shù)，r表示曲率半徑。
Fr＝Frg+Fra+Frc ......(17) Frg＝s......(18) Fra＝A+Bv+Cv2 ......(19) Frc＝800/r......(20) 制動力計算部211分別通過自動運行控制部208輸入列車速度V、制動指令Fs，通過數(shù)據(jù)保存部201輸入列車重量M、列車阻力值Fr。制動力計算部211將利用列車速度V、列車重量M、列車阻力值Fr按照式(21)進(jìn)行運算從而得出制動力值Fb。由制動力計算部211算出的制動力值Fb將被輸出到數(shù)據(jù)保存部201中并存儲在那里。
使用前述的公式再次進(jìn)行說明。式(21)中，制動力為Fb，重量為M，加速度為α，列車阻力值表示為Fr。
Fb＝Mα+Fr ......(21) 制動力計算部211作為制動力偏差檢測裝置，將對制動力計算部211算出的制動力值Fb與制動力指令值Fs之間的偏差Fh進(jìn)行計算(參考式(22))。制動力計算部211算出的制動力值Fb與制動力指令值Fs之間的偏差Fh將被輸出到保存部201并保存在那里。將制動力計算部211算出的制動力值Fb與制動力指令值Fs之間的偏差Fh加到進(jìn)行偏差Fh測定時的制動指令值Fs上就可以得到新的制動力指令值Fs，按照這種方法就能夠讓列車選取更加準(zhǔn)確的制動力值Fb進(jìn)行工作。式(22)中，制動力值為Fb，制動力指令值為Fs，偏差表示成Fh。
Fh＝Fs-Fb ......(22) 進(jìn)行制動時，通過自動運行控制部208將制動指令值Fs輸出的時刻T1的數(shù)據(jù)與列車減速時的時刻T2的數(shù)據(jù)輸入到空耗時間計算部中?？蘸臅r間計算部211將計算出制動力指令值Fs被輸出的T1時刻的數(shù)據(jù)與列車減速時的T2時刻的數(shù)據(jù)之間的偏差Th(參考式(23))?？蘸臅r間計算部211計算出的偏差Th將被輸出到數(shù)據(jù)保存部201中并保存在那里?？蘸臅r間Th表示實際的制動指令由自動運行控制部208進(jìn)行指令后直到制動指令到達(dá)驅(qū)動裝置205或制動裝置206的整個過程需要的時間。通過對空耗時間Th的測定的辦法，在考慮空耗時間Th的基礎(chǔ)上制訂行駛方案，就可以建立更加正確而且安全的行駛方案。在式(23)中，通過自動運行控制部208將制動指令值F輸出后的時刻稱為T1，列車減速的時刻為T2，空耗時間表示為Th。
Th＝T2-T1 ......(23) 乘車率計算部213通過數(shù)據(jù)存儲部201分別輸入空車時的列車重量Mk和該時刻上的列車重量M、滿載時乘客的人數(shù)N、人的平均體重Mc。乘車率計算部213將使用空車時的列車重量Mk與該時刻上的列車重量M、滿載時的乘客人數(shù)N、人的平均體重Mc這些數(shù)據(jù)按照式(24)進(jìn)行運算，將乘車率推斷值Mrate算出。乘車率計算部213計算出的乘車率推斷值Mrate將被輸出到數(shù)據(jù)保存部201中，并保存在數(shù)據(jù)保存部201中。在式(24)中，空車時的列車重量為Mk，該時刻上的列車重量為M，列車滿載時乘客人數(shù)為N，人的平均體重為Mc，乘車率推斷值表示為Mrate。
如上所述的列車特性學(xué)習(xí)裝置202中，列車重量計算部209可以在列車進(jìn)行動力行駛時將列車重量M計算出來，并可以通過數(shù)據(jù)保存部201將當(dāng)前時刻上的列車重量M輸出到乘車率計算裝置中。因此，能夠估算出每個站間的乘車率Mrate。因為能夠在站間推斷出乘車率Mrate，因此，就可以分析每站乘車率的變化和因時間不同導(dǎo)致乘車率的變化。而且，因為列車重量計算部9可以計算出當(dāng)前時刻上的列車重量M，因此可以就列車阻力值Fr或坡度阻力值Frg計算出正確的數(shù)據(jù)。自動運行控制部208，正如像在特開平5-193502和特開平6-284519所記述的那樣，通過地上傳感器和列車速度以及經(jīng)過的時間對列車當(dāng)前位置進(jìn)行檢測，根據(jù)自動列車運轉(zhuǎn)模式(參照圖21(縱軸為速度，橫軸為距離(位置)))，決定目標(biāo)速度。通過自動運行控制讓列車跟蹤該目標(biāo)速度。另外，還有通過行駛距離和地上傳感器來檢測位置的方法，因此自動運行控制部的控制方式是沒有限制的。
本實施例中的運行控制部208包括未安裝在傳統(tǒng)的自動運行控制部中的空耗時間補正單元、動力行駛牽引力偏差補正單元、制動力偏差補正單元。作為空耗時間補正單元的空耗時間補正部(圖中略)通過空耗時間計算部212輸入空耗時間?？蘸臅r間補正部(圖中略)在附加了空耗時間的基礎(chǔ)上計算出制動力或動力行駛牽引力開始時間，并控制動力行駛牽引力開始時間。動力行駛牽引力偏差補正單元(圖中略)通過作為動力行駛牽引力偏差檢測單元的列車重量計算部209輸入動力行駛牽引力偏差。動力行駛牽引力偏差補正單元(圖中略)在附加了動力行駛牽引力偏差的基礎(chǔ)上重新計算出動力行駛牽引力指令值，并控制動力行駛牽引力。制動力偏差補正單元(圖中略)通過制動力計算裝置輸入制動力偏差補正值。制動力偏差補正單元(圖中略)在附加制動力偏差補正值的基礎(chǔ)上，重新計算出制動力指令值，控制制動力。
由于列車特性學(xué)習(xí)裝置207可以在列車行駛過程中獲取像乘車率、列車重量、列車阻力、制動力等等數(shù)據(jù)，因此本發(fā)明中的實施例12中的自動列車運行裝置不僅僅適用于安全自動運行之前的數(shù)據(jù)采集的情況，還適用于實際上有乘客乘坐運行的情況，或是通過運行時采集的數(shù)據(jù)重新制訂行駛方案的車輛中。在本實施例中，采取在列車行駛過程中通過列車特性學(xué)習(xí)裝置207進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的方式，當(dāng)然，數(shù)據(jù)處理在列車行駛后進(jìn)行也沒有問題。在本實施例中，說明了制動力的情況，當(dāng)然也包括制動檔位，制動的方法是沒有限制的。此外，本實施例中的列車特性學(xué)習(xí)裝置還考慮到雨天的數(shù)據(jù)采集、每個不同季節(jié)的數(shù)據(jù)、每個不同路線的數(shù)據(jù)，每個不同車站的數(shù)據(jù)采集等等，因此路線數(shù)據(jù)并不限于只采集一次。
圖22表示搭載有本發(fā)明各實施例所涉及的自動列車運行裝置的列車結(jié)構(gòu)框圖。列車0上搭載有由安裝在車輪的轉(zhuǎn)軸上的脈沖發(fā)生器(PG)等構(gòu)成的速度檢測器302和用來檢測設(shè)置在軌道上的地上傳感器(脈沖轉(zhuǎn)發(fā)器)的地上傳感器檢測器303，另外還搭載有輸入這些列車檢測速度置信號以及列車檢測位置信號的自動列車運行裝置1、由該自動列車運行裝置1控制的驅(qū)動裝置305及制動裝置306。圖中未表示出的自動列車控制裝置(ATC)所發(fā)出的關(guān)于限速等的ATC信號或運行條件等將被輸入到自動列車運行裝置4中。
自動列車運行裝置1中設(shè)有數(shù)據(jù)庫300、站內(nèi)停車時運算實施電路304A、以及站間行駛時運算實施電路304B，上述列車檢測速度信號以及列車檢測位置信號將被輸入到該站間行駛時運算實施電路304B中。站內(nèi)停車時運算實施電路304A用來在列車0停車時進(jìn)行下述的給定運算，站間行駛時運算實施電路304B在列車0站間行駛過程中進(jìn)行下述的給定運算或控制。而且，數(shù)據(jù)庫300中存儲有路線條件(坡度、曲率等)和車輛條件(限速、車輛重量以及加減速性能等列車特性等)等運行時的特性數(shù)據(jù)、以及運行時間表(運行表)等各種數(shù)據(jù)。作為數(shù)據(jù)庫300可以采用像自動列車運行裝置1內(nèi)搭載的硬盤等等，但隨著磁卡技術(shù)的不斷發(fā)展，司機也可以使用便攜的IC卡。
圖23是表示本發(fā)明的實施例13所涉及的自動列車運行裝置1構(gòu)成的框圖。站內(nèi)停車時運算實施電路304A設(shè)有最佳行駛方案生成單元307，站間行駛時運算實施電路304B設(shè)有行駛方案再運算單元308、控制指令提取單元309，以及控制指令輸出單元310。而且，數(shù)據(jù)庫300中存儲的數(shù)據(jù)將被輸入到站內(nèi)停車時運算實施電路304A和站間行駛時運算電路實施304B這兩者中。來自速度檢測器302及地上傳感器檢測器303的各種檢測信號以及ATC信號則僅僅被輸入到站間行駛時運算實施電路304B中。
最佳行駛方案生成單元307將根據(jù)數(shù)據(jù)庫300中存儲的各種數(shù)據(jù)生成最佳行駛方案，以便使列車0從某一站出發(fā)能在目標(biāo)時刻停在下一停車站的目標(biāo)位置上。這里的“最佳”條件可以設(shè)為各種條件。例如，可以設(shè)為行駛時間最優(yōu)先，提高節(jié)能效率最優(yōu)先，或者最優(yōu)先考慮為了不突然加減速等從而達(dá)到良好的乘車環(huán)境。另外，對于最佳行駛方案生成單元307的最佳行駛方案中所涉及的數(shù)據(jù)的保持方法，作為一個例子可以考慮將與時間或距離相對應(yīng)的速度目標(biāo)值等作為控制指令對待。
最佳行駛方案生成單元307制成最佳行駛方案的方法，有例如使用力學(xué)列車模型，預(yù)測列車行駛舉動的方法(例如，特開平5-193502號)等。如圖37所示，這種方法是通過預(yù)測的辦法先求出動力行駛曲線、慣性行駛曲線、以及逆行制動曲線，將慣性曲線與逆行制動曲線的交點設(shè)為制動開始點。
行駛方案再運算單元308輸入由最佳行駛方案生成單元307制訂出的行駛方案的同時，分別通過速度檢測器302和地上傳感器檢測器303輸入列車檢測速度、列車檢測位置、以及來自ATC的ATC信號，當(dāng)生成的行駛方案與實際行駛結(jié)果之間的誤差超出給定值時，進(jìn)行行駛方案的再次運算。
控制指令提取單元309根據(jù)從行駛方案再運算單元308輸入的行駛方案，抽取出與驅(qū)動裝置305和制動裝置306相對應(yīng)的該時刻上的加速指令和減速指令，并輸出給控制指令輸出單元310?？刂浦噶钶敵鰡卧?10將從控制指令提取裝置9輸入的加速指令和減速指令輸出給驅(qū)動裝置305和制動裝置306。
下面，說明如上所述結(jié)構(gòu)的圖22中的動作?，F(xiàn)在，假設(shè)列車0停在某個車站內(nèi)，最佳行駛方案生成單元307參照數(shù)據(jù)庫300中存儲的數(shù)據(jù)生成到達(dá)下一停車站的最佳行駛方案。接著，列車0開始行駛，行駛方案再運算單元308將對最佳行駛方案生成單元307制出的最佳行駛方案和按照速度檢測器302、地上傳感器檢測器303獲得的檢測速度及列車檢測位置進(jìn)行運算而得到的實際行駛結(jié)果進(jìn)行比較，當(dāng)兩者的差(例如，最佳行駛方案中的速度目標(biāo)值與速度實際值之間的差，即速度誤差)超過預(yù)先設(shè)定的臨界值時就進(jìn)行行駛方案的再運算。
在此，兩者的差超出臨界值的狀態(tài)，除因前述的列車搖擺現(xiàn)象引發(fā)以外，還有可能是因為前進(jìn)方向的前方停著別的車，而從ATC發(fā)出限速變更指令引發(fā)的情況。行駛方案再運算單元308可以在考慮由再運算時刻上的實際速度和實際距離(列車位置)或是站間行駛所允許的剩余時間的基礎(chǔ)之上進(jìn)行再運算。
而且，控制指令提取單元309從行駛方案再運算單元308經(jīng)再運算得出的行駛方案中提取出加速指令或減速指令等控制指令，控制指令輸出單元310將提取出的這些控制指令輸出給驅(qū)動裝置305或制動裝置306。根據(jù)自動列車運行裝置304的運算以及控制，列車0將在目標(biāo)時刻達(dá)到下一停車站的目標(biāo)位置。之后，列車0在下一停車站停車期間，最佳行駛方案生成單元307還將制訂出到達(dá)下一站的最佳行駛方案，單元308-310將進(jìn)行相同的動作。此外，行駛方案再運算單元308必須要到最佳行駛方案生成單元307制訂的最佳行駛方案與實際行駛結(jié)果之間的誤差超出給定值時才進(jìn)行再運算，將由最佳行駛方案生成單元307制訂出的最佳行駛方案直接輸出給控制指令提取單元309。
根據(jù)上述圖23中的實施例13，列車0開始按照由最佳行駛方案生成單元307制訂出的最佳行駛方案行駛之后，實際行駛結(jié)果與該行駛方案產(chǎn)生一定偏差的情況下，行駛方案再運算單元308會立即進(jìn)行形式方案的再運算，這樣便可以抑制以前曾發(fā)生過的較大的列車搖擺現(xiàn)象，達(dá)到節(jié)能的效果。
圖24是表示本發(fā)明的實施例14所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。圖24與圖23的不同點在于，在圖23的行駛方案再運算單元308上使用了累計誤差參照型行駛方案再運算單元311。圖23中的行駛方案再運算單元308由于在每個再運算時刻都必須對該時刻上誤差是否超過臨界值做出判斷，因此有可能受到較大的噪音影響，從而導(dǎo)致不穩(wěn)定的再運算。因此，在本實施例中，累計誤差參照型行駛方案再運算單元311將對累計到某一程度的誤差(例如，累計達(dá)5分鐘的時間之間誤差)進(jìn)行判斷。這樣做就可以防止受到上述的大的噪音影響以及不穩(wěn)定的再運算發(fā)生。
圖25表示本發(fā)明的實施例15所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。圖25與圖24的不同點在于，控制指令提取單元309與控制指令輸出裝置310之間設(shè)置了控制指令補正單元312。該控制指令補正單元312具有判斷行駛方案再運算單元308輸出的行駛方案與實際行駛結(jié)果之間的誤差是否超出臨界值的功能，在判斷為超出臨界值的情況下，將對由控制指令提取單元309提取出的控制指令進(jìn)行補正。由于設(shè)計了上述的控制指令補正單元312，因此具有支持自動列車運行裝置1的功能。
就是說，列車0按照最佳行駛方案生成單元307或行駛方案再運算單元308運算出的行駛方案進(jìn)行實際行駛就不會有任何問題，但有時也必須要脫離行駛方案進(jìn)行行駛。例如，多個制動器中的其中一個上發(fā)生了異常時等。但是，本實施例中，即使是這種情況，制動指令補正單元312也可以達(dá)到輔助支持的作用，對控制指令能夠進(jìn)行適當(dāng)補正，因此可以防止列車0的停止位置偏離目標(biāo)位置過大。另外，按照圖25的結(jié)構(gòu)，圖23中的控制指令提取單元309與控制指令輸出單元310之間安裝了控制指令補正單元312，不過，該控制指令補正單元312也可以設(shè)置在圖24中的控制指令提取單元309與指控指令輸出單元310之間。
圖26表示本發(fā)明實施例16所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。圖26與圖25不同之處在于，圖25中所示的控制指令補正單元312中使用了累計誤差參照型控制指令補正單元313。對于圖25中的控制指令補正單元312，只要一次判斷出行駛方案與實際行駛方案之間的誤差超出臨界值時，控制指令補正單元312就會立即針對來自控制指令提取單元309的控制指令進(jìn)行補正，這樣做很容易受到噪音的影響，容易導(dǎo)致不穩(wěn)定的控制。因此，在本實施例中，累計誤差參照型控制指令補正單元313將圍繞已經(jīng)累計一定程度的誤差(例如，累計達(dá)到5分鐘時間之間的誤差)進(jìn)行判別。這樣可以防止上面提到噪音影響和不穩(wěn)定的控制。
圖27表示本發(fā)明的實施例17所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。圖27與圖26中的不同之處在于，行駛方案再運算單元308變?yōu)槔塾嬚`差參照型行駛方案再運算單元311。其他部分的結(jié)構(gòu)與圖26相同，在這里不再做詳細(xì)說明。另外，該實施例中，行駛方案與實際行駛結(jié)果之間的累計誤差將通過2個單元311、313來進(jìn)行判斷，這2個單元在對累計誤差進(jìn)行判斷時使用的臨界值會根據(jù)條件的不同而設(shè)定成不同的值。
圖28表示本發(fā)明的實施例18所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。圖28與圖27的不同之處在于，站內(nèi)停車時運算實施電路304A的最佳行駛方案生成單元307將變成空耗時間考慮型最佳行駛方案生成單元314，另外數(shù)據(jù)庫300中存儲的列車特性數(shù)據(jù)中包括“空耗時間”數(shù)據(jù)。
針對進(jìn)行行駛方案生成運算之際的控制指令的列車響應(yīng)的空耗時間，也就是從控制指令輸出后到控制指令的影響確實作用給實際列車的行駛這段時間，對于其求解過程，運算算法的負(fù)荷會變得過大，就運算速度來講不是很實用。因此，在本實施例中，存儲在數(shù)據(jù)庫300中列車特性數(shù)據(jù)中已經(jīng)包括預(yù)先求出的空耗時間，作為最佳行駛方案生成單元的是“空耗時間考慮型”的最佳行駛方案生成單元314，在最佳行駛方案生成的時候會考慮到該空耗時間。這樣做，可以在到達(dá)下一停車站時大大提高目標(biāo)位置停止精度。
圖29表示本發(fā)明實施例19所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。圖29與圖28的不同之處在于，將圖28中的累計誤差參照型行駛方案再運算單元311改設(shè)成空耗時間考慮型行駛方案再運算單元315。該空耗時間考慮型行駛方案再運算單元315與空耗時間考慮型最佳行駛方案生成單元314相同，參考存儲在數(shù)據(jù)庫300中的列車特性數(shù)據(jù)中的時間數(shù)據(jù)，進(jìn)行與行駛方案相關(guān)的再運算。這樣做，可以在到達(dá)下一停車站時大大提高目標(biāo)位置停止精度。
實施例19中表示的是“空耗時間考慮型”的行駛方案再運行單元315與“空耗時間考慮型”最佳行駛方案生成單元314組合后的結(jié)構(gòu)。但是，也可以有與非“空耗時間考慮型”的普通最佳行駛方案生成單元307組合的結(jié)構(gòu)，也就是將圖23至圖27中的行駛方案再運算單元308、311置換成空耗時間考慮型行駛方案再運算單元315的結(jié)構(gòu)。
圖30表示本發(fā)明的實施例20所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。圖30與圖29的不同之處在于，圖29中的空耗時間考慮型最佳行駛方案生成單元314被設(shè)定成為前方預(yù)測型最佳行駛方案生成單元316。該前方預(yù)測型最佳行駛方案生成單元316也屬于“空耗時間考慮型”的一種，但它是按照列車0前進(jìn)方向上的預(yù)測來制訂行駛方案，以便使列車0能夠停在下一停車站里的目標(biāo)位置上。
如圖38所示，沿列車行使方向?qū)α熊噭訖C預(yù)測進(jìn)行運算，并進(jìn)行收斂運算以便讓列車以目標(biāo)速度通過目標(biāo)地點(或者一點一點地錯開減速開始點的同時進(jìn)行收斂運算)，這樣不使用逆行曲線就可以制訂出最佳行駛方案。若不考慮空耗時間也可以的情況下，由于可以將在參考制動特性的同時反轉(zhuǎn)目標(biāo)位置求出的地點設(shè)為制動開始點，因此運算還算容易進(jìn)行，但是在必須考慮空耗時間的情況下，按照這個反轉(zhuǎn)式進(jìn)行計算的話運算算法會變得十分復(fù)雜。因此，在求制動開始點上需要花費很多的運算時間，在得到制動開始點的的運算結(jié)果的時刻已經(jīng)走過了目標(biāo)位置。此外，圖38所示的方法將通過多次行駛方向上的預(yù)測運算來求出制動開始點，類似這樣的運算即使有很多次，也可以在每個給定的取樣周期內(nèi)進(jìn)行，并以短時間中止。
圖31表示本發(fā)明的實施例21所涉及的自動列車運行裝置1的基本結(jié)構(gòu)框圖。圖31與圖29的不同之處在于，將圖29中的空耗時間考慮型行駛方案再運算單元315設(shè)定成前方預(yù)測型行駛方案再運算單元317。該前方預(yù)測型行駛方案再運算單元317與前方預(yù)測型最佳行駛方案生成單元316一樣，在進(jìn)行行駛方案再運算時按照列車0的前進(jìn)方向上的預(yù)測進(jìn)行運算以便使列車0能夠停在下一停車站里的目標(biāo)位置上。因此，僅用很短時間就可以完成考慮了空耗時間的行駛方案再運算。另外，該前方預(yù)測型行駛方案再運算單元317不僅可以用圖29中的空耗時間考慮型行駛方案再運算單元315來替換，還可以用圖23至圖27以及圖30中的行駛方案再運算單元308、311、315來進(jìn)行替換。
圖32表示本發(fā)明的實施例22所涉及的自動列車運行裝置1的基本結(jié)構(gòu)框圖。圖32與圖31的不同之處在于，將圖31中的前方預(yù)測型行駛方案再運算單元317設(shè)定成逐次前方預(yù)測型行駛方案再運算單元318。圖31中的前方預(yù)測型行駛方案再運算單元317在預(yù)先設(shè)定的每個給定控制周期中進(jìn)行前方預(yù)測運算的行駛方案再運算，但是，如果利用本實施例中的逐次前方預(yù)測型行駛方案再運算單元318就不一定非得在每個控制周期內(nèi)進(jìn)行再運算。例如，取樣控制周期為0.3秒，那么每1秒，或者每10秒進(jìn)行一次運算都可以。這樣改變了再運算的周期，就可以使運算負(fù)荷變小。此外，決定運算周期時可以在考慮線路坡度的驟然變化和限速的變化地點等等的基礎(chǔ)上適當(dāng)?shù)刈龀鰶Q定。
圖33表示本發(fā)明的實施例23所涉及的自動列車運行裝置1的基本結(jié)構(gòu)框圖。圖33與圖32的不同之處在于，將圖32中的逐次前方預(yù)測型行駛方案再運算單元318設(shè)定成速度計測驅(qū)動型逐次前方預(yù)測型行駛方案再運算單元319。即，速度檢測器302的檢測取樣周期如果設(shè)定成例如1(msec)的話，站間行使時運算實施電路304B并不是直接使用以該周期輸入的速度檢測信號，而是對在5-10(msec)程度的期間內(nèi)輸入的速度檢測信號進(jìn)行濾波等加工，然后更新數(shù)據(jù)。而且，速度計測驅(qū)動型逐次前方預(yù)測型行駛方案再運算單元319將按照該數(shù)據(jù)更新周期進(jìn)行前方預(yù)測型的行駛方案再運算。這樣就能夠抑制噪音等的影響，提高再運算時的運算精度。
圖34表示本發(fā)明的實施例24所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。該實施例是在圖31的結(jié)構(gòu)中的站間行駛時運算實施電路304B上添加站間行使結(jié)果保存單元320，同時在空耗時間推斷單元321上附加站內(nèi)停車時運算實施電路304A后形成的裝置，可以根據(jù)最新的行使結(jié)果來推斷空耗時間。這樣，該實施例中的數(shù)據(jù)庫300中不一定存儲空耗時間數(shù)據(jù)。
就是說，列車0一旦從車站發(fā)出，到達(dá)下一停車站之前的期間的站間行使結(jié)果數(shù)據(jù)，像列車位置、列車速度、ATC信號等就將被存儲到站間行使結(jié)果存儲單元320中。而且，一旦列車0到達(dá)下一站停車時，在該停車過程中，空耗時間推斷單元321就參照站間行駛結(jié)果保存單元320中存儲著的數(shù)據(jù)進(jìn)行時間推斷，并將推斷結(jié)果輸出給空耗時間考慮型最佳行駛方案生成單元314以及前方預(yù)測型行駛方案再運算單元317。空耗時間考慮型最佳行駛方案生成單元314以及前方預(yù)測型行駛方案再運算單元317將在考慮已推斷出的空耗時間的同時，制訂出到達(dá)下一停車站前的區(qū)間的行駛方案并進(jìn)行再運算。
在此，將說明一下空耗時間推斷單元321實行的空耗時間推斷方法，該方法并沒有使用到復(fù)雜的運算算法，采用的是根據(jù)計測數(shù)據(jù)的信號值變化來進(jìn)行推斷的簡單方法。例如，以制動時為例，將制動控制指令輸出并執(zhí)行檔位操作，經(jīng)過一段時間后列車速度就會出現(xiàn)下降的現(xiàn)象，此時可以將降到預(yù)先設(shè)定好的臨界值以前的時間作為空耗時間來進(jìn)行推斷。此外，存儲在圖28至圖33中的數(shù)據(jù)庫300中的空耗時間沒有必要特別在時間的制約到達(dá)某種狀態(tài)下來求出，因此用復(fù)雜的運算算法推斷出的結(jié)果也可以進(jìn)行保存，讓列車0進(jìn)行試驗行駛，使用該實施例中的空耗時間推斷單元321，可以更簡單地得到數(shù)據(jù)。
根據(jù)該實施例，可以得到能夠反映最新列車特性的空耗時間，因此經(jīng)過空耗時間考慮型最佳行駛方案生成單元314以及前方預(yù)測型行駛方案再運算單元317分別制訂出的并通過再運算處理的行使方案的可靠性會大大提高。
圖35表示本發(fā)明的實施例25所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。圖35與圖34的不同之處在于，站間行使時運算實施電路304B上附加了空耗時間在線推斷單元322，前方預(yù)測型行使方案再運算單元317會根據(jù)由該空耗時間在線推斷單元322推斷出的空耗時間進(jìn)行再運算。
就是說，圖34所示的結(jié)構(gòu)將根據(jù)某區(qū)間內(nèi)的站間行使結(jié)果對空耗時間進(jìn)行推斷，并將該推斷結(jié)果運用到下一個區(qū)間中的行駛方案的再運算上，而圖35所示的實施例中，在同一區(qū)間內(nèi)的行駛過程中就能夠根據(jù)站間行使結(jié)果對空耗時間進(jìn)行推斷，并可以將推斷結(jié)果使用在再運算過程中。這樣，本實施例中的前方預(yù)測型行使方案再運算單元317的再運算結(jié)果就能夠比圖34更好地反映最新的列車特性。
圖36表示本發(fā)明的實施例26所涉及的自動列車運行裝置1的結(jié)構(gòu)框圖。該實施例中，在圖35所示的站間行駛時運算實施電路304B上附加了前方預(yù)測型停車用暫時行駛方案運算單元323和行駛方案采用單元324。而且，本實施例中，行駛方案按照列車的行使時間分為P1、P2、P3這3個種類，列車0到達(dá)目標(biāo)位置之前給定地點的時刻上，行駛方案采用單元324將開始采用由前方預(yù)測型停車用暫時行駛方案運算單元323計算出的行駛方案P3。接下來將對實施例26進(jìn)行詳細(xì)說明。
首先，按照下述那樣對行駛方案P1、P2、P3進(jìn)行定義。
P1:列車1在站內(nèi)停車時由行駛方案再運算單元314(或者307、316)制訂出的最佳行駛方案。
P2:列車1站間行駛中由行駛方案再運算單元317(或者308、311、315、318、319)進(jìn)行再運算后得出的再運算行駛方案。
P3:列車0站間行駛中以及列車0到達(dá)目標(biāo)位置前N米(例如N＝300(m))處的時刻之后由前方預(yù)測型停車用暫時行駛方案運算單元323制訂出的停車用暫時行駛方案。
暫時行駛方案運算單元323在列車0到達(dá)目標(biāo)位置之前N米處后，按照給定周期(例如，速度檢測器2的檢測取樣周期)制訂出停車用暫時行駛方案P3。制訂該停車用暫時行駛方案P3時，利用了該時刻上的列車檢測速度、列車檢測位置(等條件)，并在列車前進(jìn)方向上一邊考慮空耗時間的同時預(yù)測列車的停車舉動。作為這里的停車舉動，例如，從當(dāng)前時刻開始迅速地策劃制訂出在給定的制動檔位位置上采取制動來停車這種情況下的停車基本舉動，并能夠進(jìn)行利用。而且，列車行駛舉動的預(yù)測可以采用下面式(25)的物理模型。
F-Fr＝M·α ......(25) F:動力行駛牽引力或制動力 Fr:列車阻力(行駛阻力、坡度阻力、曲線阻力、隧道阻力等) M:列車質(zhì)量 α:加速度或減速度 列車阻抗Fr是列車行駛時產(chǎn)生的阻力，為了計算方便，往往像上述那樣將它考慮成是由行駛阻力、坡度阻力、曲線阻力、隧道阻力等組成。這樣，列車阻力Fr可以按照下面的式(26)求出。
Fr＝Frg+Fra+Frc+Frt ......(26) (26)式中的各阻力值則使用保存在數(shù)據(jù)庫300中的數(shù)據(jù)，可以按照下面的阻力式(27)-(30)來求(參考“運轉(zhuǎn)理論(直流交流電氣機車)”，交友社編)。
·坡度阻力式 Frg＝s ......(27) Frg:坡度阻力(千克力/噸) S:坡度(‰)(向上為正，向下為負(fù)) ·行駛阻力式 Fra＝A+B·v+Cv2(v的二次方) ......(28) Fra:行駛阻力(千克力/噸) A，B，C:系數(shù) V:速度(km/h) ·曲線阻力式 Frc＝800/r ......(29) Frc:曲線阻力(千克力/噸) R:曲線半徑(m) ·隧道阻力式(由于隧道阻力會因隧道截面形狀、大小以及列車速度等引起大幅變化，所以，為方便起見，將使用以下的值) Frt＝2(單線隧道) 或者 ＝1(多線隧道)......(30) Frt:隧道阻力(千克力/噸) 按照上述式(25)中的物理模型，暫時行駛方案運算單元323在(列車)到達(dá)距離目標(biāo)位置之前N米處之后開始重復(fù)進(jìn)行停車用暫時行駛方案P3的制訂。通過該方案的重復(fù)制訂，停車用暫時行駛方案P3中的停車位置就會逐漸向目標(biāo)位置接近。圖39就表示該情況。此外，從目標(biāo)位置到列車用暫時行駛方案運算開始位置之間的距離N的值是根據(jù)“行駛距離”±“余量距離”等公式來確定。
接下來，參考圖40中的程序框圖來說明圖36中的行駛方案采用單元324的工作原理。該程序框圖中，表示按照給定周期對P1、P2、P3任意一種中的行駛方案進(jìn)行制訂或者進(jìn)行再運算時，某一周期中的處理順序。
首先，行駛方案采用單元324將判斷當(dāng)前的列車0行駛狀態(tài)或者行駛時刻是否處于站內(nèi)停車時、或者從車站剛發(fā)車不久、或者站間行駛過程中、或是處在目標(biāo)停車位置附近中的哪一種情況(步驟1)。如果判斷結(jié)果是“站內(nèi)停車時或者從車站剛發(fā)車不久”，就采用空耗時間考慮型最佳行駛方案生成單元314制訂出的最佳行駛方案P1(步驟2)。之后，行駛方案采用單元324將該最佳行駛方案P1輸出到控制指令提取單元309?？刂浦噶钐崛卧?09輸入行駛方案之后的動作在上述實施例中已經(jīng)說明過了，因此這里不在贅述。
若步驟1中的判斷結(jié)果是“站間行駛時”，行駛方案采用單元324就會判斷本周期中的行駛方案再運算是否已經(jīng)實施(步驟3)。如果再運算正在實施，前方預(yù)測型行駛方案再運算單元317就會采用再運算行駛方案P2(步驟4)。
另一方面，若步驟3中，本周期中行駛方案再運算沒有被實施，就判斷1小時前、即前一個周期中是否已經(jīng)采用了最佳行駛方案P1(步驟5)。若在1小時前采用了最佳行駛方案P1，行駛方案采用單元324將采用最佳行駛方案P1(步驟2)。但是，如果1小時前未采用最佳行駛方案P1的情況下，則說明當(dāng)前時刻是最佳行駛方案P1在過去已被采用并在那之后不久還進(jìn)行了再運算后的時刻，因此1小時前所采用的方案就是再運算后的行駛方案。因此，行駛方案采用單元324將采用1小時前已經(jīng)采用的行駛方案(步驟6)。
如果，步驟1中判斷結(jié)果是“目標(biāo)停車位置附近”，即位于目標(biāo)停車位置N米以內(nèi)，行駛方案采用單元324將輸入由暫時行駛方案運算單元323正在制訂的停車用暫時行駛方案P3，并判斷此時的停車位置是否處于(目標(biāo)停車位置)±(允許誤差)的范圍之內(nèi)(步驟7)。若停車位置處于此范圍之內(nèi)，就采用停車用暫時行駛方案P3(步驟8)。但若不在該范圍內(nèi)，則返回步驟5，采用從1小時前(或者從更早的時刻)開始再運算的行駛方案，再次經(jīng)過步驟1后，重復(fù)步驟7中的判斷直到進(jìn)入范圍為止。
如上所示，根據(jù)實施例26，可以制訂出能夠在目標(biāo)停車位置附近(目標(biāo)停車位置)±(允許誤差)停車的停車用暫時行駛方案，因此可以在目標(biāo)位置上更加準(zhǔn)確地停車。另外，列車前進(jìn)方向上對列車舉動進(jìn)行預(yù)測的同時來制訂停車用暫時行駛方案，可以使空耗時間的處理變得更加簡單，并可以很容易地制訂出運算算法很簡單的自動列車運行裝置。另外，本實施例中，停車用暫時行駛方案運算單元323是以“前方預(yù)測型”為例來說明的，但該暫時行駛方案運算單元323并不僅限于“前方預(yù)測型”的形式。
然而，到目前為止所描述的各實施例的自動列車運行裝置都是設(shè)想通過在普通的列車中采用動力行駛檔位以及制動檔位，使控制指令發(fā)生階段式(非連續(xù)式)變化方式。但是，在不久的將來有可能讓驅(qū)動裝置以及制動裝置根據(jù)連續(xù)的控制信號來進(jìn)行工作。因此，使加速時的控制指令變成連續(xù)的牽引力指令或動力行駛扭矩指令，再來進(jìn)行最佳行駛方案的制訂或者行駛方案的再運算，就可以使自動運轉(zhuǎn)達(dá)到大大改善乘車舒適度和節(jié)能的效果。另外，使減速時的控制指令也變成連續(xù)的制動力指令，再來進(jìn)行最佳行駛方案的制訂或者行駛方案的再運算，同樣可以使自動運轉(zhuǎn)達(dá)到大大改善乘車舒適度和節(jié)能的效果。如果在加速時和減速時都能實現(xiàn)上述連續(xù)的控制指令，自動運轉(zhuǎn)將實現(xiàn)更大地改善乘車舒適度和節(jié)能的效果。
接下來參考附圖來說明實施例27。圖41表示本發(fā)明實施例的概略構(gòu)成圖。
行駛中的列車0的速度與位置將根據(jù)測速發(fā)電機等速度檢測部403的信息和用于檢測傳輸器等地上傳感器信號的地上傳感器檢測部404的信息，由速度位置運算部405進(jìn)行運算，并利用列車當(dāng)前數(shù)據(jù)獲取單元412將其放入到列車定位停止自動控制單元410中。另外，雖然圖中未示，但是，將當(dāng)前制動檔位或停止目標(biāo)位置等信息也通過列車當(dāng)前數(shù)據(jù)獲取單元412放入列車定位停止自動控制單元410。通過列車定位停止自動控制單元410的作用，根據(jù)經(jīng)列車當(dāng)前數(shù)據(jù)獲取單元412得到的當(dāng)前速度、當(dāng)前位置、當(dāng)前制動檔位等數(shù)據(jù)以及保存在制動特性數(shù)據(jù)存儲部411中的各制動檔位的減速度、制動檔位切換的空耗時間及響應(yīng)滯后時間等的制動特性數(shù)據(jù)，由減速控制方案生成單元413制訂出能夠通過幾個檔位之間的組合實現(xiàn)目標(biāo)位置停止的減速控制方案。
所謂的減速控制方案是指對每個制動檔位的時間分配進(jìn)行計算以便通過檔位組合能夠停止在給定位置上，例如2個檔位組合的情況下，首先在按照時間分配計算方法求出的給定時間保持第1個制動檔位，然后切換到第2個制動檔位，并保持該制動檔位直到停止為止。減速控制方案的最簡單例如圖42所示。該例表示從距離目標(biāo)10米處開始的減速控制方案，如果在剩余距離為6米處的附近切換檔位，就可以停止在目標(biāo)停止位置。時間分配可以通過下述方法來求出:例如針對當(dāng)前速度和剩余距離，暫時定出在方案中使用的2個制動檔位，并將第1個制動檔位的保持時間設(shè)成變量，求出在第1個制動檔位下減速時的行駛距離與在第2個制動檔位下減速時的行駛距離的和與剩余距離相等的第1個制動檔位的保持時間。如果不存在滿足條件的解，就更改2個檔位的組合，重復(fù)同樣的計算。在求行駛距離的積算時，可以通過下述方法制訂出考慮了檔位切換時制動響應(yīng)特性的方案:在制動檔位輸出指令后的檔位切換空耗時間內(nèi)，以切換之前的制動檔位上的減速度進(jìn)行減速，在經(jīng)過空耗時間后的響應(yīng)滯后時間內(nèi)，從切換之前的制動檔位上的減速度逐漸向切換后的制動檔位上的減速度變化，經(jīng)過響應(yīng)滯后時間后就以切換后的制動檔位上的減速度進(jìn)行減速，并且在這一系列動作變化的基礎(chǔ)上對行駛距離進(jìn)行計算。各制動檔位上的減速度值達(dá)到正常穩(wěn)定時，按照上述那樣制訂出的方案進(jìn)行檔位切換，就不但可以避免頻繁地進(jìn)行檔位切換而且能夠停止在給定的位置上。另外，在制訂方案時，將第1個制動檔位設(shè)定成高減速度檔，將第2個制動檔位設(shè)定成低減速度的檔，這樣就可以以低檔停止，從而提高乘車舒適度。
各制動檔位的減速度發(fā)生變動時，例如，經(jīng)過第1個制動檔位(減速度高的檔位)的保持時間之時(切換方案的時刻)，比較按方案使用的減速度進(jìn)行減速時預(yù)測出的速度和實際列車的速度，如果實際速度小，即減速度比假設(shè)的要小，那么不要立即切換到第2個制動檔位(減速度低的檔位)，而是延長第1個制動檔位的保持時間，以防止超過目標(biāo)停止位置。圖43表示方案切換時刻的變更對停車位置的調(diào)整的例子。該圖例中，由于實際的減速度比假設(shè)的要小，使減速變緩，因此將最初方案中在5m附近處切換到減速度低的檔位的情況，改為在3.2m處切換，并調(diào)整停止位置。這種通過切換時刻變更對停車位置的調(diào)整過程用圖44所示的流程圖表示。
延長保持時間的情況下，例如，根據(jù)切換方案時刻上的實際列車速度來推斷實際的列車減速度，對以推斷出的減速度進(jìn)行減速的、從第1個制動檔位指令時刻開始的減速控制方案通過再運算的辦法來求得，或者根據(jù)推斷出的減速度，對方案切換時刻開始的方案進(jìn)行再運算。在制訂最初的減速控制方案時，使用預(yù)先設(shè)定的最大減速度，因此實際減速度偏小的情況至偏大的情況都可以通過推遲檔位切換時間的方法來調(diào)整停止位置。
圖45表示本發(fā)明實施例28中的基本結(jié)構(gòu)圖。本例中安裝了根據(jù)減速中列車速度時系列數(shù)據(jù)來推斷減速度的減速度推斷單元416，其他結(jié)構(gòu)與實施例27相同，基本功能也相同。
利用減速度推斷單元416推斷減速度時可以通過在例如檔位切換的空耗時間、響應(yīng)滯后時間經(jīng)過之后，由于該檔位上的給定減速度的作用而引起給定時間內(nèi)速度降低的情況來求得。列車速度的數(shù)據(jù)如果帶有很大的偏差，最好能夠通過取得速度的移動平均，或者采取適當(dāng)濾波的辦法來除去噪音，再根據(jù)處理完的數(shù)據(jù)來推斷減速度。利用減速度推斷單元416來推斷該時刻上的減速度，并根據(jù)推斷出的減速度對逐次減速控制方案進(jìn)行補正，這樣各制動檔位上的減速度就與1次行駛中因時間或速度產(chǎn)生的變化相對應(yīng)，保證停止精度。
圖46表示本發(fā)明的實施例29的基本結(jié)構(gòu)圖。本例中安裝有通過對按減速控制方案進(jìn)行減速情況下的各個時刻或者各個位置上的預(yù)測速度與實際的列車速度進(jìn)行比較，按照差值對減速控制方案中使用的減速度進(jìn)行補正的減速度方案補正單元417。除此以外的結(jié)構(gòu)與實施例27相同，且基本功能也相同。
按減速控制方案進(jìn)行減速時各個時刻或者各個位置中的預(yù)測速度是在方案中使用的制動檔位和時間分配分別進(jìn)行計算之后，根據(jù)當(dāng)前列車速度、方案中使用的制動檔位上的減速度、檔位切換的空耗時間、以及響應(yīng)滯后時間等再進(jìn)行計算。預(yù)測速度將以排列方式保持從方案的開始到停止過程內(nèi)的值，并可以逐次對排列的各值進(jìn)行參照，但當(dāng)控制用的計算機內(nèi)存容量受限制時，也可以從上次時間步驟中的列車速度和當(dāng)時的制動檔位上的減速度開始逐次進(jìn)行計算。該時刻上的預(yù)測速度與實際的列車速度相比較，如果列車速度低，實際的減速度就要比方案中使用的減速度值要大，因此應(yīng)將減速度提高，對減速控制方案進(jìn)行再運算。相反，如果列車速度高，比起方案中的減速度值實際的減速度就要小，因此應(yīng)將減速度降低，對減速控制方案進(jìn)行再運算。在改變減速度時，例如要設(shè)定預(yù)測速度與實際的列車速度的誤差允許值，根據(jù)達(dá)到誤差允許值所需的時間量決定減速度的改變量。利用減速度方案補正單元417逐次對預(yù)測速度與實際列車速度進(jìn)行比較并補正減速度，這樣就可以針對減速度的時間性變化經(jīng)常適當(dāng)?shù)馗聹p速控制方案。由于實際的列車速度數(shù)據(jù)中帶有偏差，最好使用濾波后的數(shù)據(jù)，設(shè)定減速度變化量的上下限等等，采取能夠防止發(fā)散的處理。
權(quán)利要求
1.一種列車定位停止自動控制裝置，使列車在給定位置上自動停止，其特征在于包括:
用來存儲列車各制動檔位上的減速度、制動檔位切換的空耗時間以及響應(yīng)滯后時間等制動特性數(shù)據(jù)的制動特性數(shù)據(jù)存儲部；
獲得列車當(dāng)前速度、當(dāng)前位置、當(dāng)前制動檔位等數(shù)據(jù)的列車當(dāng)前數(shù)據(jù)獲取單元；
根據(jù)制動特性數(shù)據(jù)存儲部中存儲的制動特性數(shù)據(jù)和通過列車當(dāng)前數(shù)據(jù)獲取單元得到的列車當(dāng)前數(shù)據(jù)，制訂出通過使用多個制動檔位使列車停止在給定位置上的減速控制方案的減速控制方案生成單元；
從由減速控制方案生成單元制訂出的減速控制方案中提取出各時刻上的減速控制指令的減速控制指令提取單元；
將減速控制指令提取單元提取出的減速控制指令輸出給制動裝置的減速控制指令輸出單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車定位停止自動控制裝置，其特征在于，對各制動檔位上的時間分配進(jìn)行運算，以便能夠通過多個制動檔位的組合停止在給定位置上，由使用的制動檔位與制動檔位上的切換時刻來構(gòu)成減速控制方案。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的列車定位停止自動控制裝置，其特征在于，減速控制方案中，先以減速度高的制動檔位進(jìn)行減速，然后再切換到減速度低的制動檔位。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的列車定位停止自動控制裝置，其特征在于，把按減速控制方案減速時切換時刻的預(yù)測速度與切換時刻的實際列車速度進(jìn)行比較，在兩者不同時對減速控制方案進(jìn)行變更。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車定位停止自動控制裝置，其特征在于，減速控制方案制訂出之后，當(dāng)減速度值從制訂方案時使用的值變化了時，對減速控制方案進(jìn)行變更。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車定位停止自動控制裝置，其特征在于，還包括根據(jù)減速中的列車速度的時序列數(shù)據(jù)來推斷減速度的減速度推斷單元，并根據(jù)推斷出的減速度來制訂減速控制方案。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的列車定位停止自動控制裝置，其特征在于，還包括把按減速控制方案進(jìn)行減速時各時刻的或各位置上的預(yù)測速度和實際列車速度進(jìn)行比較，并針對其差值補正減速控制方案中使用的減速度值的減速度方案補正單元，根據(jù)由減速度方案補正單元計算出的減速度補正值對減速控制方案進(jìn)行變更。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的列車定位停止自動控制裝置，其特征在于，根據(jù)前一次時間步驟的速度和制訂方案時使用了的減速度、檔位切換空耗時間以及響應(yīng)滯后時間，對按照減速控制方案進(jìn)行減速時各時刻或各位置上的預(yù)測速度進(jìn)行逐次計算。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自動列車運行裝置，該裝置能降低行駛中產(chǎn)生的能量損失從而實現(xiàn)節(jié)能運行。而且該裝置制訂出可使列車在給定時刻停止在給定位置上的行駛模式，并將用于實現(xiàn)行駛模式的推力指令發(fā)送給帶有電氣機器的驅(qū)動制動裝置。該自動列車運行裝置包括對表示列車行駛中驅(qū)動制動裝置所產(chǎn)生的能量損失的損失指標(biāo)進(jìn)行運算的損失指標(biāo)運算單元(16)，以及根據(jù)損失指標(biāo)來補正行駛模式以便使列車停止在給定位置之前所需的時間成為給定值的行駛模式補正單元(19)。
文檔編號B60L15/40GK101372235SQ20081016935
公開日2009年2月25日 申請日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月31日
發(fā)明者大場義和, 小山敏博, 南洋太朗, 鎌田惠一, 結(jié)城和明, 德繁麻美, 波多野通広, 行木英明, 三吉京 申請人:株式會社東芝