铁路车辆运行控制装置

技术领域

本发明的实施方式涉及铁路车辆运行控制装置。

背景技术

一直以来，铁路管理者为了在列车或电车等铁路车辆运行时确保铁路车辆的安全，需要确认行经路径上有无障碍物。为此，例如有通过传感器(例如摄像头)探测行驶中的铁路车辆前方的障碍物的技术。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3244870号公报

专利文献2：日本特开2019-84881号公报

专利文献3：日本特开2004-357399号公报

专利文献4：日本专利第3160793号公报

专利文献5：日本特开2020-62899号公报

专利文献6：日本特表2019-537534号公报

专利文献7：日本特开2000-264209号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述的方法中，传感器对障碍物的最大探测距离根据地理条件或环境条件(气象条件等)等而改变。因此，例如，在传感器对障碍物的最大探测距离短时，如果不减慢行驶速度，则在探测到障碍物后开始制动时，可能产生不能避免铁路车辆和该障碍物的碰撞的情况。然而，在现有技术中，不能针对这一点采取对策。

因此，本实施方式的课题在于提供能够根据传感器对障碍物的最大探测距离来调整铁路车辆的行驶速度的铁路车辆运行控制装置。

用于解决课题的手段

实施方式的铁路车辆运行控制装置具备：传感器，其探测行驶的铁路车辆的行进方向的障碍物；最大探测距离计算部，其计算能够利用所述传感器探测所述障碍物的最大探测距离；停止距离计算部，其计算实施所述铁路车辆的紧急制动时的停止距离；临时限制速度计算部，其计算临时限制速度，该临时限制速度是能够将所述铁路车辆通过所述紧急制动以所述最大探测距离和所述停止距离中的较小的距离停止的车辆速度；定时限制速度计算部，其计算与通常行驶时的所述铁路车辆的位置对应的定时限制速度；行驶模式设定部，其基于所述临时限制速度和所述定时限制速度，计算并设定表示所述铁路车辆的位置和目标速度的关系的行驶模式；以及目标速度生成部，其基于所述行驶模式生成目标速度，并向所述铁路车辆的控制装置发送所述目标速度。

附图说明

图1是表示实施方式的铁路车辆的概略结构的图。

图2是表示实施方式的速度运算装置的功能构成的框图。

图3是示意性地表示实施方式的行驶障碍物探测传感器所获得的拍摄图像的例子的图。

图4是表示实施方式的铁路车辆运行控制装置所进行的处理的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对实施方式的铁路车辆运行控制装置进行说明。为了容易理解实施方式的铁路车辆运行控制装置，首先，对现有技术重新进行说明。

<现有技术>

铁路管理者为了在列车或电车等铁路车辆运行时确保铁路车辆的安全，需要确认行经路径上有无障碍物。例如，在由于旅客或行李从车站的站台滚落、汽车或自行车在平交道上抛锚等而容易在铁路车辆的行经路径上产生障碍物的区间中，例如有时设置有以下的装置。

·防止障碍物的进入的车站站台围栏或平交道遮断机

·探测障碍物的存在的压敏垫或识别障碍物的图像的图像识别装置等车站站台滚落探测装置

·探测平交道内的障碍物的存在的光学式或环形线圈式等的平交道障碍物探测装置

另外，在铁路车辆的行经路径上容易产生障碍物的区间中，有时设置有用于通知列车或车站等的紧急事件的发生的紧急停止警报按钮。

然而，这些设备仅限于向铁路车辆的行经路径中的容易产生障碍物的部位进行设置，难以覆盖铁路车辆的整个行经路径。另外，因为这些设备需要地面设备和车上设备协同来探测障碍物，所以可能导致系统的复杂化和臃肿化。因此，开发了通过搭载于铁路车辆的传感器(例如摄像头)来探测行驶中的该铁路车辆前方的障碍物的机制。

然而，铁路车辆如果不在比将在驾驶员或上述设备探测到障碍物而进入使铁路车辆减速的行动以前前进的空驶距离和从铁路车辆开始减速开始到停止为止的制动距离相加所得的停止距离更靠跟前的位置探测到障碍物，则不能避免与障碍物的碰撞的可能性高。

另外，铁路车辆与汽车的防撞系统比较，制动距离长，另外，存在由于在轨道上行驶这一约束而不能通过转向来规避障碍物的不同。因此，对于铁路车辆，要求从远处高精度地探测存在于行经路径上的障碍物。

然而，由于地理条件或环境条件(气象条件等)等，传感器(例如摄像头)能够探测的区域(距离)的大小根据行驶状态而时刻变化。在可探测距离比停止距离短的条件下，不能避免与障碍物的碰撞的可能性高。但是，在现有技术中，因为仅有以对每一区间预先设定的限制速度以下的速度进行行驶这一约束，所以即使实际上探测到障碍物，也可能不能以能够避免碰撞的速度进行行驶。

因此，以下，对能够根据传感器对障碍物的最大探测距离来调整铁路车辆的行驶速度的技术进行说明。

<实施方式>

图1是表示实施方式的铁路车辆RV的概略结构的图。如图1所示，本实施方式的铁路车辆RV包含行驶障碍物探测传感器10、位置/速度传感器20、速度运算装置30以及驱动/制动控制装置40。

行驶障碍物探测传感器10是探测行驶的铁路车辆RV的行进方向的障碍物的装置的一例。此外，行驶障碍物探测传感器10探测障碍物的范围也可以限制在轨道上。

位置/速度传感器20是测量铁路车辆RV的位置、行驶速度的装置的一例。

速度运算装置30是基于行驶障碍物探测传感器10对障碍物的探测结果、可探测距离、由位置/速度传感器20获得的铁路车辆RV的位置、行驶速度等来计算目标速度的装置的一例。

驱动/制动控制装置40是基于目标速度等通过动力运转、惰力运转、制动来控制铁路车辆RV的行驶速度等的装置的一例。

图2是表示实施方式的速度运算装置30的功能构成的框图。如图2所示，速度运算装置30具有最大探测距离计算部301、停止距离计算部302、临时限制速度计算部303、定时限制速度计算部304、行驶模式设定部305、目标速度生成部306及存储部307。各部301～306中的一部分或者全部通过由铁路车辆RV所具有的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)等处理器执行存储于存储部307的软件而实现。

另外，各部301～306中的一部分或者全部也可以由LSI(Large ScaleIntegration，大规模集成电路)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)等电路基板这些硬件实现。另外，各部301～306也可以通过由处理器执行的软件以及硬件的协作来实现。

存储部307包含ROM(Read Only Memory，只读存储器)、闪存、HDD(Hard DiskDrive，硬盘驱动器)、SD(Secure Digital，安全数字)卡等非易失性的存储介质以及RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)、寄存器等易失性的存储介质。而且，存储部307存储铁路车辆RV所具有的处理器所执行的程序等各种信息。

最大探测距离计算部301适时计算能够利用行驶障碍物探测传感器10对铁路车辆RV的行进方向进行障碍物的探测的最大探测距离。行驶障碍物探测传感器10为摄像头图像识别传感器(拍摄装置)、立体摄像头传感器、毫米波雷达传感器、3D LiDAR(LightDetection And Ranging，光探测和测距)传感器等，传感器的方式没有限制。在此，图3是示意性地表示实施方式的行驶障碍物探测传感器10所获得的拍摄图像的例子的图。在行驶障碍物探测传感器10是摄像头图像识别传感器的情况下，能够获取如图3所示的图像数据。

在行驶障碍物探测传感器10是使用了可见光的摄像头影像的传感器的情况下，有时探测性能因日照环境而降低。例如，在太阳照入摄像头视角内的情况下，在摄像头图像中产生光晕(泛白)，或者为了调整图像整体的亮度水平而在太阳以外的部分产生黑斑。另外，在夜间或隧道内等低照度的环境下，有时只能在铁路车辆RV的前照灯所及的范围进行准确的探测。另外，无论行驶障碍物探测传感器10的种类如何，都存在探测性能由于云、雨、雪、雾、气温、湿度、风、旋风等气象条件而降低的情况。

鉴于这些状况，最大探测距离计算部301基于从外部获取的规定的气象信息，适时计算行驶障碍物探测传感器10的最大探测距离。作为方法，例如有分析行驶障碍物探测传感器10的实测数据而计算最大探测距离的方法、测量日照条件、环境条件并将这些条件和行驶障碍物探测传感器10的最大探测距离的关系预先作为数据库保存于记录部307而进行计算的方法。例如，通过日本特开2019-84881号公报(专利文献2)中的可见光摄像头的影像分析技术，根据线路轨道的影像分析轨道区域的连续性，判别在远处由于雨或雾等而不能可视化的距离，将其设为最大探测距离。

另外，由于在转弯部的内侧丛生的草木的生长，有时因暂时的隐蔽而视野变差。虽然其本身不会成为行驶的障碍，但是会由于视野不佳而使利用行驶障碍物探测传感器10所能探测的距离变小。在该情况下，也如上述的专利文献2的技术那样，在可见光摄像头的影像分析的情况下，能够通过图像上的轨道区域的连续性的分析，计算直至截断的位置作为最大探测距离。

另一方面，有时由于行驶障碍物探测传感器10自身的不良而导致探测性能降低。在有源传感器的情况下，有时针对输出信号的降低、传感器的污染等所引起的灵敏度降低、外部噪声所引起的性能降低等搭载自诊断功能。在该情况下，最大探测距离计算部301基于行驶障碍物探测传感器10的自诊断结果，计算最大探测距离。

停止距离计算部302基于从位置/速度传感器20获得的自车速度等来计算实施紧急制动时的停止距离。此时，也考虑直至发出紧急制动指令而实施制动为止的空驶距离，另外，根据实际的车身重量、制动特性、考虑了轨道面的状态的制动距离，适时计算铁路车辆RV能够可靠地停止的静止距离。

临时限制速度计算部303根据由最大探测距离计算部301计算出的最大探测距离值Ld和由停止距离计算部302计算出的停止距离值Ls，计算行驶速度的上限值、即能够使铁路车辆RV通过紧急制动而停止的车辆速度即临时限制速度。在通常行驶时，Ld＞Ls，以能够对铁路车辆RV能够停止的距离以上的距离的远处进行探测的状态行驶。

另一方面，在Ld＜Ls的情况下，铁路车辆RV未必能够在行驶障碍物探测传感器10能够探测的全部距离中停止。因此，计算避免与障碍物接触或者能够降低损害的车辆速度。例如，为了避免与障碍物的接触而限制到变为Ld＞Ls的速度。将其适时作为临时限制速度计算出来。

但是，在障碍物正在不断接近铁路车辆RV的情况下，即使铁路车辆RV能够以停止距离值Ls停止，也有时也不能避免与障碍物的接触。在行驶障碍物探测传感器10还能够测量所探测到的障碍物的移动速度的情况下，还能够将障碍物的相对速度(相对接近速度)也纳入考虑，使临时限制速度比通常小，降低接触损害。

另外，在障碍物远离铁路车辆RV的情况下，还能够将障碍物的相对速度(相对背离速度)也纳入考虑，使临时限制速度比通常大。另外，在所探测到的障碍物的移动方向是从轨道内退出的方向的情况下，也能够进行不实施临时速度限制的控制。

另外，在行驶障碍物探测传感器10能够识别所探测到的障碍物的类别的情况下，根据所探测到的障碍物的类别计算临时限制速度。在障碍物的种类是野生动物等通过警报器等使之离开的可能性高的情况下，例如，也可以不进行临时速度限制。另外，在障碍物的种类为沿线的火灾的情况下，根据状况，也有时不使铁路车辆RV停止而使其进行通过行驶能够减少损害，也可以不进行临时速度限制。

定时限制速度计算部304基于从位置/速度传感器20获得的通常行驶时的自车辆(铁路车辆RV)的位置信息，计算预先决定的该区间的限制速度(定时限制速度)。

另外，在行驶障碍物探测传感器10是拍摄铁路车辆RV的行进方向的包含轨道上的区域的拍摄装置的情况下，最大探测距离计算部301基于拍摄装置的拍摄图像，计算最大探测距离。例如，由于根据自车辆的行驶位置而产生的转弯部的结构物(车站站台、柱子、配电板等周边设备)所引起的隐蔽、上坡坡度所引起的视野不佳等，拍摄装置的探测性能降低。而且，能够根据自车辆的类别、位置、行进方向等来预先掌握该探测性能的降低的情况也很多，也可以将考虑了这些的定时限制速度作为数据库保存于记录部307，以自车辆的位置信息为基础进行参照等。

行驶模式设定部305基于临时限制速度和定时限制速度，计算并设定表示铁路车辆RV的位置和目标速度的关系的行驶模式。例如，行驶模式设定部305计算并设定表示铁路车辆RV的位置和目标速度的关系的行驶模式作为接下来停车的到站时刻和当前时刻之间的车辆行驶计划。例如，参考适时变化的临时限制速度，使用日本特开2004-357399号公报(专利文献3)或日本专利第3160793号公报(专利文献4)等现有技术生成行驶模式。

目标速度生成部306基于铁路车辆RV的位置和行驶模式生成目标速度，并向驱动/制动控制装置40发送目标速度。

驱动/制动控制装置40通过公知的反馈(feed back)控制技术比较目标速度和实际的车辆速度，进行用于控制系统稳定化的补偿运算，确定推力指令，并将其赋予推力控制装置。其结果，铁路车辆RV按照行驶模式在车站间行驶，能够按目标时刻到达下一车站。

图4是表示实施方式的铁路车辆运行控制装置1所进行的处理的流程图。首先，在步骤S1中，行驶障碍物探测传感器10探测行驶的铁路车辆RV的行进方向的障碍物。

接着，在步骤S2中，最大探测距离计算部301计算能够利用行驶障碍物探测传感器10对铁路车辆RV的行进方向进行障碍物的探测的最大探测距离。

接着，在步骤S3中，停止距离计算部302基于从位置/速度传感器20获得的自车速度等计算施加紧急制动时的停止距离。

接着，在步骤S4中，临时限制速度计算部303基于最大探测距离值和停止距离值，计算能够通过紧急制动而使铁路车辆RV停止的临时限制速度。

接着，在步骤S5中，定时限制速度计算部304基于从位置/速度传感器20获得的通常行驶时的铁路车辆RV的位置信息，计算定时限制速度。

接着，在步骤S6中，行驶模式设定部305基于临时限制速度和定时限制速度，计算并设定表示铁路车辆RV的位置和目标速度的关系的行驶模式。

接着，在步骤S7中，目标速度生成部306基于铁路车辆RV的位置和行驶模式生成目标速度。

接着，在步骤S8中，驱动/制动控制装置40基于目标速度等，通过动力运转、惰力运转、制动来控制铁路车辆RV的速度等。

这样，根据本实施方式的铁路车辆RV，能够根据行驶障碍物探测传感器10对障碍物的最大探测距离来调整铁路车辆RV的行驶速度。即，能够进行考虑了搭载于铁路车辆RV的行驶障碍物探测传感器10的适时变化的探测性能的、更安全的铁路车辆RV的自动运行控制。

另外，能够基于气象信息、行驶障碍物探测传感器10的拍摄图像、行驶障碍物探测传感器10的自诊断结果等，更高精度地计算最大探测距离。

另外，能够基于障碍物的移动速度、类别等，更高精度地计算临时限制速度。

对本发明的实施方式进行了说明，但该实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。该新的实施方式能够以其它各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、替换、变更。该实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨内，并且包含在权利要求书所记载发明及其等同的范围内。

例如，在上述的实施方式中，对将本发明应用于使实际的车辆速度追随目标速度的基于反馈控制的速度控制技术(自动驾驶技术)的情况进行了说明，但不限定于此。例如，也能够将本发明应用于将目标速度显示于车上的驾驶台以供驾驶员参考的引导装置。

另外，不仅可以使用自车辆的数据，还可以使用曾在相同轨道上行驶的其它铁路车辆的数据进行各种运算等。