JP2008018889A - ドア誤扱い防止システム - Google Patents

Abstract

【課題】超音波センサでホームを検知してドア誤扱いを防止するシステムにおいて、一つのセンサで異なるホーム高さに対応できるようにする。
【解決手段】先頭及び最後尾車両に取り付けた超音波センサ１０Ａ，１０Ｂにより列車側方のホームを検知し、前部又は後部の超音波センサ１０Ａ，１０Ｂのいずれか一方でもホームを検知しないときには、制御装置により、ドアスイッチを無効化する。超音波センサは、指向性が１３±２°、車体中心線から側方１３５０〜１５００ｍｍ、レール踏面から上方１５５０ｍｍ以上の高さ位置に設置し、超音波照射方向の鉛直線に対して成す角度θを０．２≦ｔａｎθ≦０．３を満足する値に設定する。超音波センサの出力信号にかかわらず制御装置の制限を解除してドアスイッチにを有効化する解除スイッチを設けることが好ましい。
【選択図】 図５

Description

本発明は、鉄道列車において、プラットホーム（以下「ホーム」と言う）の無い個所でドアを誤って開放するのを防止するための手段を超音波センサを用いて構成したものに関し、詳しくは、高さの異なるホームを確実に検知できるようにすることを目的とする。

列車が駅に停車したときのドア開放は通常、車掌がドアスイッチ（一般には車掌スイッチと言われる）を操作して行うが、その際、以下のような状況で、ホームの無い個所でドアが開けられるという問題（本書ではこれを「ドア誤扱い」と言う）が起こり得ると考えられる。その一つは、車掌が誤ってホームとは反対側のドアスイッチを操作した場合である。二つ目は、列車がホームを行き過ぎて停車した場合に車掌がドアを開放する場合であり、このときは、列車の先頭側にホームの無い車両が生じる可能性がある。三つ目は、列車がホームの停車位置より手前で停車した場合に車掌がドアを開放する場合であり、このときは、列車の後尾側でホームの無い車両が生じる可能性がある。

上に掲げたドア誤扱いの回避は、車掌等の列車乗務員の注意力に頼っているのが現状であり、それ故、ドア誤扱いを完全に無くすのは大変困難である。そこで、人間の注意力を要することなく前記ドア誤扱いを防止するシステムが、特許文献１で提案されている。特許文献１には、列車の各車両におけるドア開口部の下方に超音波センサを配置し、この超音波センサで、ドア開口部よりも下方に位置するホーム垂直面を走査することにより、ホームの有無を検知することが記載されている。
特許３３２８６７８号公報

前記特許文献１に記載の技術は、車両側に取り付けた超音波センサから超音波を水平方向に照射し、ホーム垂直面からの反射波を検知するものであるため、これを実施するにはホームの高さが一定であることが前提となっている。従って、ホームの高さが異なっている場合には、正確な判断結果が得られないか又は実施不可能となるという難点がある。

本発明が上記課題を解決するために採用したドア誤扱い防止システムの特徴は、請求項１に記載する如く、列車の先頭車両に取り付けた前部超音波センサ及び最後尾車両に取り付けた後部超音波センサにより、列車側方におけるホームの有無を検知し、前部及び後部の各超音波センサが同時にホームを検知したときにはドアスイッチによるドア操作を有効にし、前部又は後部の超音波センサが一方でもホームを検知しないときにはドアスイッチによるドア操作を無効化するように構成されたシステムにおいて、超音波センサを、指向性が１３±２°であり、車体中心線から側方１３５０〜１５００ｍｍ離れ、且つ、レール踏面から上方１５５０ｍｍ以上の高さ位置に設置し、超音波の照射方向が鉛直線に対して成す角度をθとすると、当該θを０．２≦ｔａｎθ≦０．３を満足する値に設定したことにある。

本発明に係るドア誤扱い防止システムは、ホームの上方から超音波を照射してホームの有無を検知するものであるが、ホームからの反射波を確実に捕らえて検知精度を高めるには、超音波の照射方向をホーム上面に対し垂直な方向、すなわち鉛直方向になるべく近く設定することが望ましい。このため図５に示す如く、超音波センサ１０を、車両限界に近く且つ車両限界を超えない範囲つまり車体中心線から側方へ距離Ｅ＝１３５０〜１５００ｍｍ離れた位置に設置する。超音波センサ１０の検知可能範囲は、指向性、超音波の照射角度θ（鉛直線に対する角度）及び検知対象との距離に相関する。超音波センサの指向性は分解能を考慮して１３±２°の範囲とする。車両とホームとの間隔Ｄは一定ではなく、８５〜２００ｍｍの範囲で変動するため、最大２００ｍｍの変動に対応可能なことが必要であり、よって超音波センサの照射方向は、鉛直方向に対し一定の角度θを持つように設定する。但し、超音波の照射角度θが小さい（ｔａｎθ＜０．２となるθ：約１１．３°未満）場合は、超音波センサの設置高さＨを大きくしても、２００ｍｍの変動に対応することができない。従って指向性が１３±２°のとき、上記θは０．２≦ｔａｎθを満足する値（約１１．３°以上）とする。しかしθをあまり大きくすると超音波の反射効率が悪くなり、特にホームがレール曲線区間に在るときの外軌側ホームにおける検知精度が低下する。従ってθの最大値はｔａｎθ≦０．３を満足する値（約１６．７°以下）とする。上記照射角度範囲において、超音波センサの設置高さＨは、レール踏面から上方１５５０ｍｍ以上とすればよい。なお設置高さＨの上限は、超音波センサの検知可能距離によって決定される。

前記システムにおいて、請求項２に記載する如く、超音波センサの検知信号に基づきドアの開放動作を制限する制御装置と、超音波センサの出力信号にかかわらず制御装置による制限を解除してドアスイッチによるドア操作を有効化する解除スイッチとを設けることが望ましい。

本発明に係るドア誤扱い防止システムは、列車が駅に停車する際、ホームよりも上方の位置からホーム上面へ向けて超音波を照射し、反射波を検出することによってホームの有無を検知するものであって、前部及び後部の超音波センサが同時にホームを検知した側のドアについてはドアスイッチにより開放可能とし、超音波センサの何れか一方でもホームを検知しない側については、誤ってドアスイッチを操作してもドアが開くことがないように構成されている。従って、車掌等列車乗務員の人為的エラーによるドア誤扱いを確実に防止することができる。

本発明では、かかるシステムにおいて、図５に例示する如く、超音波センサ１０の位置を、車体中心線から側方の距離Ｅ＝１３５０〜１５００ｍｍ、レール踏面から上方への高さＨ＝１５５０ｍｍ以上に設定すると共に、鉛直線に対する超音波の照射角度θを０．２≦ｔａｎθ≦０．３を満足する値（約１１．３°≦θ≦約１６．７°）とした。これにより、指向性１３±２°の超音波センサにより上方から超音波を照射してホームを走査するにあたり、ホームと車体との隙間寸法Ｄが変化（２００ｍｍまで増大）しても、ホームを確実に検知することができる。また、超音波の照射角度θを上記の如く設定することにより、超音波の照射範囲にホームの端縁部を含ませることができる。照射範囲にホーム端縁部を含むと、超音波が散乱されて様々な方向への反射波が生成されるので、センサが反射波を捕らえるのが確実になる。

ホームの高さＧは９２０〜１１００ｍｍの範囲で異なるものが存在するが、本発明によれば、高さＧ＝１１００ｍｍのホームを標準とする場合でも、Ｇ＝９２０ｍｍの低いホームに対して対応可能である。通常の状況（駅がレール直線区間に在るとき）では、検知対象が９２０ｍｍの低いホームになったとき、超音波センサからホームまでの距離が延長するから、それだけ超音波センサの検知可能範囲が拡大するので、検知精度が低下するおそれはない。従って本願発明は、一つの超音波センサで、異なる高さのホームの検知を行うことが可能である。

これに対しレール曲線区間に在るホームに対しては、レールにカントが付けられているため車体が傾くので、ホーム上面に対する超音波の照射角度が、内軌側ホームでは設定値θよりも小さくなり、外軌側ホームではθよりも大きくなる（図７参照）。その結果、照射角度θの設定値が大きい場合、見かけの照射角度が増大する外軌側ホームでは、超音波の反射効率が悪くなり、検知精度が低下する。しかも超音波センサからホームまでの距離が長くなるほど、検知の確実性は損なわれると考えられる。本発明では、超音波の照射角度θを前記の如く限定することにより、ホーム高さＧが１１００ｍｍのときは勿論、高さＧが９２０ｍｍであったとしても、外軌側ホームの検知が可能である。

請求項２に記載する如く、制御装置によるドアスイッチの制限を解除して、ドアスイッチによるドア操作を有効化する解除スイッチを設けた場合には、何らかの理由によりシステムが正常に動作せず、列車がホームの正規位置に停車しているにもかかわらずドアスイッチに制限が働きドアを開くことが出来なくなったときに、この解除スイッチでシステムを無効化し、ドアの開放を可能にすることができる。あるいは、不測の事態が生じて列車を緊急停車させ、ホームの無いところで乗客を降ろす必要が生じた場合などに、上記解除スイッチは、ドアを臨時開放するのに有効である。

図１に本発明に係るドア誤扱い防止システムＳの概略構成を示す。同システムＳは、列車の先頭車両Ｔ１及び最後尾車両Ｔ２に設けられる。先頭車両Ｔ１の外面適所に超音波センサ１０Ａが配設され、車両Ｔ１の室内に解除スイッチ１１・警報ブザー１２及び制御装置１３が設けられる。超音波センサ１０Ａ・解除スイッチ１１・警報ブザー１２については車両の左右に各１個ずつが対にして配置され、これらは通常車両の左右に１個ずつ設けられるドアスイッチ２０と対応している。他方、最後尾車両Ｔ２にも、外面適所に超音波センサ１０Ｂが、室内に解除スイッチ１１・警報ブザー１２が、それぞれ左右各１個ずつ対にして配置される。最後尾車両Ｔ２には、同車両Ｔ２の上記超音波センサ１０Ｂ・解除スイッチ１１・警報ブザー１２を、先頭車両Ｔ１の制御装置１３に接続するための繋ぎ箱１６が設置される。制御装置１３と繋ぎ箱１６との接続は、専用線によってもよいが、列車の中間車両Ｔ３間に配設されている車間引通し線１５を利用することができる。

前記ドア誤扱い防止システムＳの回路構成を示せば、図２に示す如くである。同システムＳは、制御装置を介して既設のドア扱い回路に付設される。制御装置には、前後部の超音波センサ、システムを無効化する解除スイッチ、ドア誤扱い発生時に動作する警報ブザー回路、制御装置の出力を有効にするため及び上記解除スイッチ・警報ブザー回路を動作させるための継電器が接続されている。従来のドア扱い回路は、戸締め切替スイッチで有効にした車両のドアスイッチを操作してドア開き指令を出力することにより、ドアの開放を行うものであって、ドア開放時の安全性を確認する手段としては、車掌等操作者の目視による判断以外には、列車の停車を確認する５ｋｍ／ｈ検知スイッチが設けられているだけであった。本発明システムは、このようなドア扱い回路に対し、超音波センサから出力される検知信号の有無に基づいて、安全性が確認できたときだけ、制御装置がドアスイッチによるドア操作を有効にする機能を付加する。すなわち、先頭車両に取り付けた前側超音波センサ及び最後尾車両に取り付けた後側超音波センサ両方からの検知信号を同時に制御装置が検出したときのみ、ドアスイッチのドア開き指令をドア駆動装置（図示せず）へ伝達可能になされる。そして前側超音波センサまたは後側超音波センサのいずれか一方でも検知信号を出力しないときは、ドア開き指令がドア駆動装置へ伝達されないように制御すると共に、この状態において誤ってドアスイッチを操作すると、警報ブザーが鳴動するように構成されている。

解除スイッチは、制御装置による上記制御を無効化する。すなわち解除スイッチを押すことにより、本発明システムがドア扱い回路から切り離され、超音波センサから出力される検知信号の有無にかかわらず、ドアスイッチを操作すればドアを開放することが可能となる。

上に述べたドア誤扱い防止システムＳの動作態様は、次の如くである。列車の先頭車両Ｔ１及び最後尾車両Ｔ２に設けた各超音波センサ１０Ａ，１０Ｂは、常時または列車速度が一定値（例えば２０ｋｍ／ｈ）以下に低下したとき、超音波を車体側方へ出力してホームの走査を行う。図３（Ａ）に示すように、列車が駅の正規位置に停車した場合、ホーム側の前側超音波センサ１０Ａ及び後側超音波センサ１０Ｂはいずれも発信した超音波の反射波を検知して同時に検知信号を出力するので、ホーム側のドアＸ１はドアスイッチ２０により開放が可能である。これに対し、反対側のホームの無い方では、前側超音波センサ１０Ａ及び後側超音波センサ１０Ｂはいずれも超音波の反射波を検知しないため、ドアスイッチ２０を操作したときには、警報ブザー１２を鳴動させ、反対側ドアＸ２を開放することがない。

図３（Ｂ）に示すように、列車が正規位置より手前で停車し、そのため後尾側にホームまで達していない車両が生じた場合、あるいは列車が正規位置を行き過ぎて停車し、そのため先頭側にホームからはみ出した車両が生じた場合は、前側超音波センサ１０Ａ又は後側超音波センサ１０Ｂのいずれか一方が超音波の反射波を検知しない。それ故、操作するのがホーム側のドアスイッチ２０であっても、ドアＸ１を開放することがなく、警報ブザー１２を鳴動させて列車乗務員の注意を喚起する。

ところで超音波センサ１０は、図４に示すように、列車の先頭車両Ｔ１の先端部又はその近傍、及び、最後尾車両Ｔ２の後端部又はその近傍に取り付けられるが、車両限界になるべく近くなるよう、図５に示す如く、車体中心からの距離Ｅは１３５０〜１５００ｍｍとされる。また超音波の鉛直方向に対する照射角度θは、ホーム端縁部に超音波を照射して検知精度を高めるため、０．２≦ｔａｎθ≦０．３を満足する値（約１１．３°≦θ≦約１６．７°）に設定される。超音波センサ１０のレール踏面からの設置高さＨは、検知可能領域をなるべく広くするため、１５５０ｍｍ以上とする。但し、その最大値はセンサの検知可能距離によって決められる。

かかる構成により本発明は、ホームと車両との隙間距離Ｄが８５〜２００ｍｍの範囲で変動したとしても、またホーム高さＧが９２０〜１１００ｍｍの間で変化したとしても、確実にホームの検知が行える。これを図６を用いて説明する。

超音波センサを車両の外側面上であってレール踏面からの高さＨ＝１６５０ｍｍの位置に配置すると共に、この超音波センサからホーム端縁部へ向けて超音波を照射する場合を想定する。これは、超音波による場合、ホーム端縁部を検知するのが能率的と考えられるからである。
超音波センサとホーム端縁部とを結ぶ直線の角度は、ホーム高さ及びホームと車両との隙間寸法によって変化する。ホームの高さについてはＧ１＝１１００ｍｍとＧ２＝９２０ｍｍとの２種類が有り、ホームと車両との隙間寸法はＤ１＝８５ｍｍ〜Ｄ２＝２００ｍｍの間で変化すると考えられる。従って、超音波センサからホーム端縁部に対する超音波の照射角度は、ホームの高さがＧ２＝９２０ｍｍで且つ隙間寸法がＤ１＝８５ｍｍのとき最小値θ１＝約６．６°となり（図中に（ハ）で示す）、ホームの高さがＧ１＝１１００ｍｍで且つ隙間寸法がＤ２＝２００ｍｍのとき最大値θ２＝約２０°となる（図中に（ロ）で示す）。また超音波センサからホーム端縁部までの距離は、ホームの高さがＧ１＝１１００ｍｍで且つ隙間寸法がＤ１＝８５ｍｍのとき最短のＬ１＝約５５７ｍｍとなり（図中に（イ）で示す）、ホームの高さがＧ２＝９２０ｍｍで且つ隙間寸法がＤ２＝２００ｍｍのとき最長のＬ２＝約７５７ｍｍとなる（図中に（ニ）で示す）。

本発明では、指向性が１３±２°の超音波センサの照射角度θを、０．２≦ｔａｎθ≦０．３を満足する値（約１１．３°≦θ≦約１６．７°）に設定したことにより、指向性が１１°のときでも、超音波の照射可能範囲が少なくとも約０〜２８°となるから、前記θ１＝６．６°〜θ２＝２０°の範囲を含んでいる。よって、ホームが前記イ〜ニのどの位置に在っても、その端縁部を確実に検知することができる。なお超音波センサの検知可能距離については、前記Ｌ１＝５５７ｍｍから前記Ｌ２＝７５７ｍｍの範囲を検知距離に含むものを採用すればよい。

図７に示すように、停車駅のホームがレール曲線区間に在る場合、レールにカントが付けられているため車体が傾く。このため、超音波センサからのホームに対する超音波の見かけの照射角度が、内軌側ホームでは設定値θよりもカントの分だけ小さいαとなり、外軌側ホームではθよりカント分だけ大きいβとなる。その結果、照射角度θの設定値が大きい場合、カントの設定値が大きい（最大１０５／１０６７：約５．６°）個所では、見かけの照射角度βが増大する外軌側ホームで超音波の反射効率が悪くなり、検知精度が低下すると考えられる。本発明では超音波の照射角度θを前記の如く限定することにより、外軌側ホーム（高さＧ＝１１００ｍｍ）を確実に検知できる。ホーム高さが９２０ｍｍのときには、超音波センサからホームまでの距離が長くなるため、外軌側ホームの検知確実性が低下すると考えられるが、本発明によれば、この場合でも、検知精度を維持できる。

［試験１］
ホーム端縁部からの距離（図５におけるＤに相当）・ホーム上面からの高さ（図５におけるＦに相当）及び照射角度（図５におけるθに相当）をいずれも変更可能に設置した超音波センサを用意し、照射角度θを０／１００，５／１００，１０／１００，１５／１００，２０／１００，２５／１００，３０／１００（それぞれ０，約２．９，約５．７，約８．５，約１１．３，約１４．０，約１６．７°）に設定すると共に、ホーム上面からの設置高さＦを３００〜７００ｍｍ範囲で変化させたとき、車両とホーム端縁部との隙間寸法Ｄの検知可能な最大値（検知限界寸法Ｄｘ）が２００ｍｍを超えるときのＦ及びθを求めた。
試験の結果、θ＝２０／１００のときはＦ＝５５０ｍｍ、θ＝２５／１００のときはＦ＝５００ｍｍ、θ＝３０／１００のときはＦ４５０ｍｍでそれぞれＤｘ＝２００ｍｍを超えた。しかるにθ＝０〜１５／１００のときには、Ｆが最大値７００ｍｍのときでも、検知限界距離Ｄｘは２００ｍｍ以下であった。
上記試験結果から、θ≧２０／１００（約１１．３°）、Ｆ≧４５０ｍｍという条件下で、θ及びＦを適宜設定すれば、車両との隙間寸法Ｄが２００ｍｍのときでも超音波センサでホームを確実に検知できることが分かる。

［試験２］
超音波センサを、ホーム端縁部からの距離Ｄ＝２００ｍｍ、ホーム上面からの設置高さＦ＝５５０ｍｍ（ホーム高さ１１００ｍｍに相当）の位置に設置すると共に、照射角度θを試験１で有効と判定された３種類（２０／１００，２５／１００，３０／１００）に設定したものを用意し、レールのカントを０／１０６７〜１０５／１０６７の範囲でを変化させたときに、内軌側と外軌側それぞれについて、ホームを検知可能かどうかを調べた。
試験の結果、内軌側・外軌側いずれのホームについても、カントが最大のときにも超音波センサでホームの検知が可能であった。

本発明に係るドア誤扱い防止システムの一構成例を概略的に示す平面図である。 本発明に係るドア誤扱い防止システムの回路構成を示す概略図である。 本発明に係るドア誤扱い防止システムの動作状況を説明する概略平面図であって、図（Ａ）は列車がホームの正規位置に停車した状況、図（Ｂ）は列車が正規位置より手前に停車した状況、図（Ｃ）は列車が正規位置を行き過ぎて停車した状況をそれぞれ示すものである。 本発明に係るドア誤扱い防止システムの超音波センサの取付状況を概略的に示す正面図である。 本発明に係るドア誤扱い防止システムの超音波センサに関する設置条件を説明する概略正面図である。 本発明に係るドア誤扱い防止システムの超音波センサとホームとの関係を説明する概略正面図である。 本発明に係るドア誤扱い防止システムの超音波センサとホームとの関係を、レールにカントが付けられている場合について説明する概略正面図である。

符号の説明

１０Ａ…前部超音波センサ １０Ｂ…後部超音波センサ １１…解除スイッチ １２…警報ブザー １３…制御装置 ２０…ドアスイッチ θ…超音波の照射角度 Ｄ…ホームと車両との隙間寸法 Ｅ…車体中心線からの側方距離 Ｆ…ホーム上面から超音波センサまでの高さ寸法 Ｇ…ホーム高さ寸法 Ｈ…超音波センサのレール踏面からの設置高さ Ｓ…列車 Ｔ１…先頭車両 Ｔ２…最後尾車両 Ｘ１，Ｘ２…ドア

Claims (2)

1. 列車の先頭車両に取り付けた前部超音波センサ及び最後尾車両に取り付けた後部超音波センサにより、列車側方におけるホームの有無を検知し、前部及び後部の各超音波センサが同時にホームを検知したときにはドアスイッチによるドア操作を有効にし、前部又は後部の超音波センサのいずれか一方でもホームを検知しないときにはドアスイッチによるドア操作を無効化するように構成されたシステムにおいて、前記超音波センサは、指向性が１３±２°であり、車体中心線から側方１３５０〜１５００ｍｍ離れ、且つ、レール踏面から上方１５５０ｍｍ以上の高さ位置に設置され、超音波の照射方向が鉛直線に対して成す角度をθとすると、当該θが０．２≦ｔａｎθ≦０．３を満足する値に設定されていることを特徴とするドア誤扱い防止システム。
2. 超音波センサの検知信号に基づきドアの開放動作を制限する制御装置と、超音波センサの出力信号にかかわらず制御装置による制限を解除してドアスイッチによるドア操作を有効化する解除スイッチとを設けた請求項１に記載するドア誤扱い防止システム。