JP2002330501A - 車上主体型自動列車制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 列車の停止時及び起動時に発生する位置認識
の誤差を補正する。 【解決手段】 レールが電気的に区分されて複数のブロ
ックが形成され、そのうちの、あるブロックを列車が走
行しているとする。列車には、速度パターンを記憶した
制御部が設けられ、ブロック内のある地点で停止する場
合には、列車は前記速度パターンに基づいて停止する。
このような場合、本発明では、その列車が停止して再起
動したとき、列車速度がＶｍを超過した時点で、列車が
在線しているブロックにおける当該列車から当該ブロッ
ク終端までの残距離から、所定距離Ｓｍを減算する。こ
れにより、自列車位置を補正することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は自動列車制御装置に
係り、特に、先行列車がある場合などの、列車を減速さ
せる速度制御を行う場合に列車側が主体となって速度制
御を行う車上主体型自動列車制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の鉄道車両用自動列車制御装置（以
下、ＡＴＣ装置という）では、列車が走るレールがある
長さごとに電気的に区分されてブロックが形成され、地
上装置が各ブロックごとに、列車に対して許容速度を指
示する信号を送信している。列車上には、各列車にそれ
ぞれ車上装置が設置され、この車上装置はこの許容速度
を指示する信号を駆動回路を介して受信し、受信した許
容速度と自列車速度を比較する。自列車速度が許容速度
を超えると、車上装置は自動的にブレーキ指令をブレー
キ装置に対して与え、列車速度を自動的に許容速度以内
に制御している。

【０００３】このような自動列車制御装置において、列
車には車軸の回転に応じて速度信号を発信する速度発電
機が設けられ、ＡＴＣ装置は速度発電機からの速度信号
を自列車速度として取り込んでいる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
技術では、速度発電機からの速度信号は、列車が低速度
のときは出力が小さくなって、列車速度がゼロの場合と
区別がつかなくなる。

【０００５】ここで、速度信号を速度発電機から取り込
む方法について説明する。速度発電機からの速度信号
は、図１８に示すように交流信号で、波形整形部に取り
込まれてパルスに変換される。図中、（ア）は速度発電
機から出力された交流信号を、（イ）は波形整形部から
の出力信号をそれぞれ示している。速度発電機の特徴と
して、その出力周波数は回転数に比例するとともに、そ
の出力電圧も回転数、つまり速度に比例している。

【０００６】速度発電機の出力は、波形整形部で閾値と
比較されパルスに変換されるが、速度が極めて低い場
合、つまり車輪の回転数が低い場合は、交流電圧の電圧
値が小さいため、パルスとして認識できない。すなわ
ち、速度が高い場合は、図１９（ａ）のように速度発電
機からは振幅の大きな交流電圧が出力されるので、同図
（ｂ）のように波形整形部からは交流電圧に応じたパル
スが出力されるが、速度が低い場合は、同図（ｃ）のよ
うに速度発電機からは振幅の小さな交流電圧が出力され
るので、同図（ｄ）のように波形整形部からはパルスが
出力されず、停車として検知される。

【０００７】しかし、速度が低くても列車が動いている
とき、特に、列車が停止する直前と起動（発車）直後
は、車輪が回転していても速度パルスとしては認識され
ないという欠点がある。そのため、速度パルスを積算し
て自列車位置を認識し、位置認識と、速度パターンとに
よって決定される許容速度でブレーキ指令出力をする場
合においては、実際には列車は進んでいるにもかかわら
ず、ＡＴＣ装置は速度発電機からの速度信号を速度パル
スとして認識できないため、列車位置が更新されず、列
車の真の位置に比べて、ＡＴＣ装置が認識している位置
が手前側になって、列車位置情報に誤差が生じる。その
結果、ＡＴＣ装置内のメモリから読み出された速度パタ
ーンと自列車位置との関係によって決定される許容速度
が真の値より高くなることがあり、制御上問題である。

【０００８】本発明は、列車の停止時と起動時に発生す
る位置認識の誤差を補正することを課題とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記のような制御上の問
題点を回避するために、ＡＴＣ装置が認識している列車
位置を、真の位置に極力近づけることが必要である。本
発明では、検出値以下の低速度で走行する分の距離を仮
定して、この距離を予め所定値として保持しておき、列
車の停止時及び起動時に、ＡＴＣ装置が認識している列
車位置を適切なタイミングで補正することにより、上記
課題を解決するものである。

【００１０】すなわち、本発明は、電気的に区分されて
それぞれブロックを構成するレールに、列車が停止すべ
きブロックを特定する情報を含むディジタル信号を送出
する地上装置と、前記レールに沿って互いに間隔をおい
て配置され、その位置を表す情報が読み出し可能に格納
されているトランスポンダ地上子と、前記レールに送出
された信号を受信して出力するＡＴＣ受信手段、前記ト
ランスポンダ地上子に格納された位置を表す情報を読み
込んで出力するトランスポンダ受信手段、列車の車軸に
結合され車軸の回転に応じて速度パルスを発信する速度
発電機、および前記ＡＴＣ受信手段の出力と前記トラン
スポンダ受信手段の出力と速度パルスに基づいてブレー
キ指令を出力するＡＴＣ制御部を有して列車上に配置さ
れた車上装置と、を含んで構成された車上主体型自動列
車制御装置において、前記ＡＴＣ制御部は、複数のブロ
ックそれぞれに１対１に対応して設定された速度パター
ンであって、列車が該対応するブロックに停止する場合
の停止までの各位置における許容速度を表すものである
速度パターンを、前記対応するブロックを特定する情報
に組み合わせて格納するメモリを備え、前記トランスポ
ンダ受信手段が出力した位置情報を前記速度パルスに基
づいて更新して自列車位置を認識し、前記ＡＴＣ受信手
段が受信した停止すべきブロックを特定する情報に基づ
いて、該情報で特定されるブロックに対応する速度パタ
ーンを前記メモリから読み出し、読み出した速度パター
ンと前記認識している自列車位置に基づいてその位置に
おける許容速度を算出し、算出した許容速度と自列車速
度の偏差に応じたブレーキ指令を出力するとともに、列
車が一旦停止した場合には、予め定めた所定距離だけ自
列車位置を補正するように構成されていることを特徴と
している。

【００１１】具体的には、前記ＡＴＣ制御部は、自列車
位置を補正する際に、列車が在線しているブロックにお
ける当該列車からブロック終端までの残距離から前記所
定距離を減算するようにする。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。図４は、本発明に係る車上主体型自動列車
制御装置の全体構成を示している。地上装置６が設けら
れ、この地上装置６は車上に与える情報を生成し、それ
をデジタル信号としてレール１に流している。車上には
レール１からの信号を検出するＡＴＣ受電器９と、ＡＴ
Ｃ受電器９で検出した信号を復調するためのＡＴＣ受信
部３が搭載されている。レール１に沿ってトランスポン
ダ地上子７が間隔を開けて設置されており、このトラン
スポンダ地上子７を受信するため車上子８とトランスポ
ンダ受信部２が同様に車上に搭載されている。また、車
上にはＡＴＣ制御部４が搭載され、このＡＴＣ制御部４
は、速度発電機１０からの速度信号を取り込み、その速
度信号を積算することによって列車位置を更新する。さ
らに、ＡＴＣ制御部４には速度パターンを格納しておく
メモリ４５が搭載され、適宜、必要な速度パターンを選
択し、その速度パターンと、速度発電機１０の出力から
得られる自列車速度とを比較し、その差に応じてブレー
キ指令をブレーキ装置５に出力するようになっている。

【００１３】また、ＡＴＣ制御部４には、図１４に示す
ように、メモリ４５以外に、検索処理部４Ａ、自列車速
度算出部４Ｂ、比較処理部４Ｃ、及び位置レジスタ４１
が設けられている。

【００１４】なお、本実施の形態では、ＡＴＣ受電器９
とＡＴＣ受信部３はＡＴＣ受信手段を、トランスポンダ
地上子７とトランスポンダ受信部２はトランスポンダ受
信手段をそれぞれ構成している。

【００１５】ここで、車上装置が自列車位置を認識する
方法について説明する。トランスポンダ地上子７はレー
ル１に沿って設置されており、トランスポンダ地上子７
には、図５に示すように、そのトランスポンダ地上子７
が設置されたブロック番号（図５では２Ｔ）と、当該ブ
ロックの終端からの距離Ｌがデータとして地上子内に記
憶されている。そして、車上のトランスポンダ車上子８
がトランスポンダ地上子７の直上を通過すると、トラン
スポンダ地上子７に記憶されたデータが車上に伝送され
る。

【００１６】ＡＴＣ制御部４の位置レジスタ４１は、自
列車の位置を記憶するとともに、その位置を更新するた
めのもので、図６に示すように、ブロック番号と、ブロ
ック内残距離とを持っている。トランスポンダ地上子７
上を車上子８が通過して、トランスポンダ地上子７から
の情報がＡＴＣ制御部４に入力されると、ＡＴＣ制御部
４は位置レジスタ４１内のブロック番号と残距離をトラ
ンスポンダ地上子７からの情報でセットする。その後、
図７に示すように、列車が進行すると、速度発電機から
速度信号が取り込まれるが、この速度信号により位置レ
ジスタ４１内の残距離を減算し、位置レジスタ４１の内
容を更新してゆく。列車が更に進行すると、やがて、残
距離はゼロになる。すなわち、列車が当該ブロックの終
端に到達したことを意味する。

【００１７】ＡＴＣ制御部４内のメモリ４５には、ブロ
ック番号の並びを特定できる情報、ブロック接続情報が
入っている。具体的には図８に示すように、ブロック番
号の実際の線路での並び方が分かる情報、つまり接続情
報４２が記憶されている。残距離がゼロになると、ＡＴ
Ｃ制御部は、メモリ４５に記憶されたブロック番号の並
びに関する情報から、現在の位置レジスタ４１のブロッ
ク番号の次のブロック番号を検索する。またメモリ４５
には、図９に示すように、各ブロックの長さに関する情
報、ブロック長情報４３も記憶されている。ＡＴＣ制御
部４の論理により、先ほど検索した新しいブロック番号
のブロックの長さをこの情報から、検索する。

【００１８】そして、図１０に示すように、新しいブロ
ック番号と、そのブロックの長さを位置レジスタ４１に
新しい位置情報としてセットする。このようにして、位
置レジスタ４１は更新される。位置レジスタ４１に対す
る更新は、列車の進行に合わせて常に行われている。仮
に、この状態で走行中に新たなトランスポンダ地上子を
通過した場合、位置レジスタ４１は当該地上子から得ら
れた情報に書き換えられる。位置レジスタ４１は速度信
号により位置を更新するため、速度発電機が接続されて
いる車輪の空転や滑走などで、わずかな誤差を有するこ
ともあり得るが、次のトランスポンダ地上子を受けるこ
とにより、補正されることになる。

【００１９】一方、図１１に示すように、レールには地
上装置６から特定の周波数で変調されたデジタル信号が
送信されている。この信号は、上述したように、車上の
ＡＴＣ受電器９で受信され、さらにＡＴＣ受信部３によ
って復調されて解読される。この信号には情報として、
停止ブロック番号と、自ブロック番号が含まれている。
図１１の例では、停止ブロック番号は３Ｔ、自ブロック
番号は５Ｔとして、列車Ａに伝達される。列車ＡのＡＴ
Ｃ制御部内のメモリには、停止として指定されるブロッ
ク番号毎に速度パターンが記憶されており、列車Ａは、
図１２に示すような速度パターンを発生する。そして、
図１３に示すように、前記速度パターンを基準にブレー
キの強弱を調整しながら、この速度パターンに沿って減
速し、ブロック３Ｔの終端までに停止するような制御が
行われる。

【００２０】次に、図１４と図１５を用いて、実際に速
度パターンを読み出す際の処理を説明する。地上からの
電文に含まれる停止ブロック番号により、対応する速度
パターンを読み出すと、次に自位置すなわち位置レジス
タ４１の内容から、この速度パターンの距離軸上の何処
にいるかを求める。先に述べたように車上メモリ４５に
は、各ブロックの接続情報と、各ブロックの長さの情報
とが記憶されている。ＡＴＣ制御部４は、停止ブロック
番号と自ブロック番号の間にある全てのブロック番号を
検索する。次に、これらのブロックの長さを全て検索
し、これらの総和を求める。そして、位置レジスタ４１
の残距離を加える。この値が停止ブロックの終端から、
自位置までの距離になる。この距離を当該速度パタ−ン
の距離軸として速度パターンに割り当て、それに対応す
る速度を、当該速度パターンから求める。ここで得られ
た速度がその時点での許容速度になる。模式的には、図
１６に示すように、速度パターン上で、自位置の場所を
決定し、その位置におけるパターン上の速度を許容速度
Ｖ１として求めることができる。

【００２１】図１７は、比較処理部４Ｃでの処理を示し
ている。自列車速度Ｖｔが許容速度Ｖ１より一定値以上
低いときには、ブレーキ指令は出力されないが、その差
が小さくなるにつれ徐々に強いブレーキ指令が出力され
るようになっている。自列車速度がパターンを超過する
と常用最大ブレーキＢ７が出力される。このブレーキ出
力の結果により、実速度は速度パターンに沿って減速
し、パターンの終端で実列車速度もゼロとなる。結果と
して図１３に示したような制御が行われることになる。

【００２２】なお、図１５に示すように、通常、制御上
のマージンを持たせるために、速度パターンの終端は、
当該ブロック残距離「０」の位置ではなく、余裕距離分
Ｌｍだけ外方とし設定している。これにより距離認識の
誤差などに対するマージンとしている。

【００２３】ところで、本実施の形態では、位置レジス
タ４１に対して図１に示すような処理が実施される。位
置レジスタ４１は、通常、図７に示したように、速度パ
ルスにより逐次減算されていく。本実施の形態では、こ
れに加えて、図１に示すように、自列車の速度が一定の
速度Ｖｍを超過した際に、一度のみ、一定値Ｓｍを残距
離から減算するようにしている。

【００２４】ＶｍとＳｍとは次のような考え方で決定さ
れる。速度パルスを検出可能な最も低い速度をＶｍとす
る。今、列車が走行状態から減速し停止状態に移行する
ことを考える。図２は、真の速度と、装置が認識した速
度とを示している。装置内では、パルス数をカウント
し、単位時間あたりのパルス数によって速度を認識して
いる。真の速度は一定の減速度で速度ゼロに至るが、装
置が認識している速度は、Ｖｍ以下になるとパルスが出
力されなくなってしまうため直ちにゼロとなってしま
う。また同様に走行距離もゼロと認識されてしまう。し
かし、実際には列車は進行しており、その距離は図中
ａ，ｂ，ｃで囲まれた面積に等しい。今、減速度をβと
すると、この面積すなわち進行距離Ｓ１は次式（１）で
表される。

【００２５】

【数１】 ここで、Ｓ１：距離（ｍ） Ｖｍ：速度（ｋｍ／ｈ） β ：減速度（ｋｍ／ｈ／ｓ）

【００２６】次に、停止後、列車が再び起動する場合に
ついて説明する。図３は停止状態から加速する時の速度
の認識の状況を示している。減速、停止時とはちょうど
逆であり、起動後に速度がＶｍに達するまでは、装置は
速度を認識できず、実際の進行距離も認識できない。こ
の進行距離は図の領域ｄ，ｅ，ｆの面積に等しい。起動
時の加速度をαとすると、認識できない進行距離Ｓ２は
次式（２）で表される。

【００２７】

【数２】 ここで、Ｓ２：距離（ｍ） Ｖｍ：速度（ｋｍ／ｈ） α ：加速度（ｋｍ／ｈ／ｓ）

【００２８】列車が一旦停止後に再び起動する際には、
以上の説明からも明らかなように、Ｓ１＋Ｓ２（＝Ｓ
ｍ）の距離だけ、速度パルスが生成されないため認識で
きず、位置レジスタの位置認識が、真の進行距離に比べ
手前側になる。そこで、列車が停止した場合には、これ
を補正する必要がある。本実施の形態では、図１に示す
ように、列車が一旦停止後に再度起動し、速度がＶｍを
超過した時点で、距離Ｓｍを位置レジスタの残距離から
減算し、真の位置に近づけるように補正する。

【００２９】ここで、本実施の形態の具体的な計算例に
ついて説明する。止まる間際の加減速度α、βを１.５
ｋｍ／ｈ／Ｓ、検出可能な下限速度を３.０ｋｍ／ｈと
すると、Ｓ１及びＳ２は次式（３）のように計算でき
る。

【００３０】

【数３】

【００３１】したがって、停止時と起動時の合計の距離
Ｓｍは、 Ｓｍ＝Ｓ１＋Ｓ２ ＝０.８３３＋０.８３３ ＝１.６７（ｍ） ・・・・・・・・・・・・・・（４） となる。これに余裕を加え、Ｓｍは３.０（ｍ）として
いる。

【００３２】列車が一旦停止、再起動した場合は、前述
のように位置の認識が真値と異なってしまうが、列車が
起動し、その速度が３ｋｍ／ｈになった時点で、位置レ
ジスタの残距離から、３.０（ｍ）を減算することで、
位置レジスタの位置は、真値に近似させることができ
る。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
列車の停止時及び起動時に発生する位置認識の誤差を補
正することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の車上主体型自動列車制御装置における
位置更新時の動作説明図である。

【図２】停止直前の真の速度と認識される速度の関係を
示した図である。

【図３】起動直後の真の速度と認識される速度の関係を
示した図である。

【図４】車上主体型自動列車制御装置の全体構成図であ
る。

【図５】トランスポンダ地上子の設置例を示した図であ
る。

【図６】位置確定時の動作説明図である。

【図７】位置更新時の動作説明図である。

【図８】接続情報の例を示した図である。

【図９】ブロック長情報の例を示した図である。

【図１０】位置更新時の動作説明図である。

【図１１】地上装置の動作を示した図である。

【図１２】停止ブロックと速度パターンを説明した図で
ある。

【図１３】速度パターンとブレーキ出力を説明した図で
ある。

【図１４】車上制御部の構成を示したブロック図であ
る。

【図１５】速度パターンと位置との関係を示した図であ
る。

【図１６】自位置から許容速度を検索できることを示し
た図である。

【図１７】ブレーキ出力の選択論理を示した図である。

【図１８】速度発電機の出力をパルス信号に変換する原
理を示した図である。

【図１９】速度発電機の出力をパルス信号に変換する際
に、出力の大小によってパルス信号が異なることを示し
た図である。

【符号の説明】

１ レール ２ トランスポンダ受信部 ３ ＡＴＣ受信部 ４ ＡＴＣ制御部 ５ ブレーキ装置 ６ 地上装置 ７ トランスポンダ地上子 ８ トランスポンダ車上子 ９ ＡＴＣ受電器 １０ 速度発電機 ４１ 位置レジスタ ４２ 接続情報 ４３ ブロック長情報 ４５ 車上メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 新美 行男 茨城県ひたちなか市市毛1070番地 株式会 社日立製作所交通システム事業部水戸交通 システム本部内 (72)発明者 長谷部 和則 東京都渋谷区代々木二丁目２番２号 東日 本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 河田 智太郎 東京都渋谷区代々木二丁目２番２号 東日 本旅客鉄道株式会社内 Ｆターム(参考） 5H115 PC02 PG01 QN21 SF07 SF12 SF27 SJ01 SL01 SL06 SL07 SL09 TB01 TD02 UB01 5H161 AA01 BB02 BB06 CC13 DD02 DD21 EE05 EE07 JJ01 JJ30 NN02 NN11

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気的に区分されてそれぞれブロックを
   構成するレールに、列車が停止すべきブロックを特定す
   る情報を含むディジタル信号を送出する地上装置と、 前記レールに沿って互いに間隔をおいて配置され、その
   位置を表す情報が読み出し可能に格納されているトラン
   スポンダ地上子と、 前記レールに送出された信号を受信して出力するＡＴＣ
   受信手段、前記トランスポンダ地上子に格納された位置
   を表す情報を読み込んで出力するトランスポンダ受信手
   段、列車の車軸に結合され車軸の回転に応じて速度パル
   スを発信する速度発電機、および前記ＡＴＣ受信手段の
   出力と前記トランスポンダ受信手段の出力と速度パルス
   に基づいてブレーキ指令を出力するＡＴＣ制御部を有し
   て列車上に配置された車上装置と、 を含んで構成された車上主体型自動列車制御装置におい
   て、 前記ＡＴＣ制御部は、 複数のブロックそれぞれに１対１に対応して設定された
   速度パターンであって、列車が該対応するブロックに停
   止する場合の停止までの各位置における許容速度を表す
   ものである速度パターンを、前記対応するブロックを特
   定する情報に組み合わせて格納するメモリを備え、 前記トランスポンダ受信手段が出力した位置情報を前記
   速度パルスに基づいて更新して自列車位置を認識し、 前記ＡＴＣ受信手段が受信した停止すべきブロックを特
   定する情報に基づいて、該情報で特定されるブロックに
   対応する速度パターンを前記メモリから読み出し、 読み出した速度パターンと前記認識している自列車位置
   に基づいてその位置における許容速度を算出し、 算出した許容速度と自列車速度の偏差に応じたブレーキ
   指令を出力するとともに、列車が一旦停止した場合に
   は、予め定めた所定距離だけ自列車位置を補正するよう
   に構成されていることを特徴とする車上主体型自動列車
   制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の車上主体型自動列車制
   御装置において、 前記ＡＴＣ制御部は、列車が在線しているブロックにお
   ける当該列車からブロック終端までの残距離から前記所
   定距離を減算することにより、自列車位置を補正するこ
   とを特徴とする車上主体型自動列車制御装置。