JP2011010515A - 電気車の無線保安用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一列車状態で走行中に二列車に切り離され夫々が同一路線を前後して走行しているとき、先行列車２が急停止してもこれに後続列車が衝突することを相対移動閉塞システムによって防止する。
【解決手段】各列車は、両列車間で無線通信する無線通信装置５及び相対移動保安システムを搭載した移動閉塞制御装置４を備える。後続列車３の限界停止点が常に先行列車２のそれの手前であるようにするため、先行列車２は自列車の停止限界点を後続列車３に送信し、これを受けた後続列車３の移動閉塞制御装置４はその受信した停止限界点に基づいて自列車用制限速度パターン７を生成する。或いは、先行列車が自列車の停止限界点に基づいて一方的に後続列車用制限速度パターン、または制限速度指令を生成してこれを後続列車に送信する。
【選択図】図１

Description

本発明は走行中に列車の一部を切り離し解放して二列車状態の走行に至る場合に好適する電気車の無線保安用制御装置に関し、特に相対移動閉塞方式を採用した電気車の無線保安用制御装置に関する。

同時に同じ区間を異なる列車が占有できないようにするため、路線を閉塞とよぶ複数の区間に分割し（以下これを便宜上、必要に応じて固定閉塞区間という）、夫々に軌道回路を設け、通常は一つの列車のみが固定閉塞区間に進入することが許されるように軌道回路からの現示信号に基づき列車の運行や走行を制御する。一方、このような固定閉塞方式による保安装置のほかに非特許文献１に示すような移動閉塞方式による保安装置が知られている。

電気鉄道ハンドブック４０７‐４０８頁、電気鉄道ハンドブック編集委員会偏２００７、２００７年１０月２５日コロナ社発行

列車の運行方法の一つとして、路線が途中から分岐器を起点に２つの異なる路線に別れているとき、同一路線を走行中の一列車が連結器で二列車に切り離され、夫々が異なる路線に進入するまでのしばらくの間同一路線上を二列車が前後して走行を続ける状態が生ずる。この場合、切り離された後続列車すなわち解放された列車は、追突回避などの安全上の見地から先行列車以上には加速されないが、先行列車は危険回避のため最悪時最大減速度（最大ブレーキ、或いは急ブレーキと同義）で停止する可能性がある。

その結果、後続列車が停止した先行列車に衝突する危険性がある。この危険を従来の固定閉塞保安システムで防止することは不可能である。この問題は、上記例ばかりでなく二列車が同一路線上を接近して走行することが許される運行状態に共通した問題である。本発明は、同一路線上を二つの列車が前後して走行する状態のとき、後続列車が先行列車に衝突することを防止できる電気車の無線保安用制御装置を提供することを目的とする。

本発明による電気車の無線保安用制御装置は、同一路線上を前後して走行する先行車両及び後続車両に夫々移動閉塞制御手段と車両間で通信するための無線通信手段とを搭載している。前記移動閉塞制御手段は、後続車両の速度を規制するために後続車両用制限速度指令を生成しこれを車両の現在位置ごとに更新する後続車両制限速度指令作成部と、先行車両から前記無線通信手段を介して前記後続車両用制限速度指令を受けその指令に基づき自車両の速度をその受信した制限速度以下の速度で走行させるための制御指令を出力する制御指令発生部とからなる。後続車両の速度を規制する制限速度指令として、後続車両が最大減速度の下で先行車両の停止限界点の手前で停止可能な指令値をも含む。

同一路線上を二つの車両が前後して走行する状態のとき、先行車両が後続車両の速度を規制するので後続車両が先行車両に衝突することを防止できる。特に、先行車両及び後続車両が同一路線上を一車両として連結され状態での走行中に二車両に切り離され夫々独立走行状態となったときに、後続車両が先行車両に衝突することを回避するのに有効である。

本発明の一実施例として移動保安システムを適用した保安制御部の基本構成を示すブロック図 列車編成を示す模式図 相対移動閉塞状態を説明するための制限速度と現在位置との関係図 純移動閉塞状態説明するための図３相当図 二列車の時間経過に対する速度及び現在位置関係を示す曲線図 本発明の他の実施例として相対移動閉塞保安システムとＡＴＣ常用保安システムとの食い合わせ構成を示す図１相当図

図２には、本発明の適用が可能な列車編成を示している。ＶＶＶＦインバータにより制御される主電動機を駆動源とするこの列車は、将来走行中に連結器１部分で切り離される先行列車２と後続列車３とからなり、夫々に移動閉塞制御装置（移動閉塞制御手段）４及び無線通信装置（無線通信手段）５を搭載している。この列車は連結器１部分で切り離されるまでは一つの列車として走行されるが、走行途中で２列車に切り離された後は互いに異なる路線を走行することが予定されている。切り離された後、分岐器までのしばらくの間は先行列車２と後続列車３として夫々独立して同じ路線を前後して並走する。この状態での走行中、先行列車２が急ブレーキをかけて停車すると後続列車３が停止した先行列車２に衝突することを回避するために、この実施例では移動閉塞保安システム（相対移動閉塞を含む概念とする。）を採用する。

この移動閉塞保安システムには、図３に示す相対移動閉塞保安システムと図４に示す純移動閉塞保安システムとがあり、この実施例ではこれら両システムを切換え可能に採用して前記移動閉塞制御装置４を構成している。純移動閉塞保安システムでは、図４に示すように同一路線を前後して走行する二列車のうちの先行列車２が急ブレーキにより停止したとき後続列車３が先行列車２に衝突することを防ぐために、走行中の後続列車３に移動閉塞区間ｄ１を設定し、後続列車３が先行列車２にこのｄ１距離（余裕距離を無視した。）以上は接近しないように後続列車３が自ら速度制限するシステムである。このような移動閉塞区間ｄ１を純移動閉塞区間という。

制限速度以下で走行中の列車が最大減速度のブレーキがかけられたとき、その移動閉塞区間ｄ１以内で停止するようにするために、後続列車３の最大減速度による停止位置（停止限界点Ｐ２）を起点に最大減速度開始点Ｐ１に設定されている制限速度Ｖ２まで制限速度のあるべき変化パターンを生成する。この変化パターンが図４に示す制限速度パターン６であって、保安システム内では制限速度指令をパターン化したものとして扱われ、次のようにして生成される。各列車は無線通信装置５を通じて地上装置との間で諸情報の送受信を行うことが可能になっており、この送受信を通じて自列車の現在位置、編成長、進路（分岐器）情報などを地上装置と通信している。

地上装置はこれらの受信情報に基づいて各列車の停止限界点を生成しこれを各列車に送信する。各列車はこの送信された停止限界点と自列車のブレーキ性能などに基づき前記停止限界点を起点に減速開始点の制限速度まで逆進する制限速度の変化パターンすなわち制限速度パターン６を生成する。この制限速度パターン６は、所定のサンプリング周期で生成すなわち更新され、もし制限速度など停止限界点の決定要素に変更がなければ列車の走行と共に平行移動する。

後続列車３は、時々刻々変化する停止限界点Ｐ２を超えてしまうような速度に上昇したときは制限速度パターン６に示す制限速度以下で走行するように減速制御されるので、停止限界点Ｐ２を超えることができず停車中の先行列車２に衝突することが防止される。制限速度パターン６は、上記のように列車の刻々変化する各位置の制限速度であって列車速度を規制するデータであるから、上位概念として速度指令値でもある。

次に、本発明の対象である図３に示す相対移動閉塞保安システムについて説明する。図３において、制限速度パターン７は後続列車３について設定されたパターンであるが、これは次の方法の下に生成している。すなわち、先行列車２は、自列車２が最大限速度で停止する停止限界点よりも手前で後続列車３が停止するようにするため、自列車の停止限界点を後続列車３に無線通信装置５により送信する。これを受けた後続列車３は、先行列車２の停止限界点よりも手前で停止できるような制限速度パターン７を先行列車２から受信した停止限界点に自列車の要素（ブレーキ性能など）を加味して自ら生成するという方法である。この制限速度パターン７も列車の走行と共に純移動閉塞保安システムの場合と同様に所定のサンプリング周期で生成すなわち更新される。

この相対移動閉塞保安システムによれば、後続列車３は自列車位置Ｐ２ａと自列車の制限速度パターン７で示される停止限界点Ｐ２ｂとに間に先行列車２が存在して走行する相対移動関係が許容される。この走行状態では後続列車３の停止限界点Ｐ２ｂが常に先行列車２の停止限界位置より手前に存在する関係になっているので、後続列車３は先行列車２が最大減速度の下での停止限界点よりも手前で停止するように制限速度パターン７以下の走行速度に制限され、先行列車２との衝突を回避できる。なお、列車を走行の途中で二列車に切り離した走行状態では、原則として後続列車３が先行列車２の速度以上に加速させる運転は行われない。また、後続列車３の位置Ｐ２ａとその停止限界点Ｐ２ｂとの間に先行列車２が存在することが許される相対的関係にあるので、これを通常運行時の保安システムに適用すれば列車間隔を狭めて運行することが可能になり、運転密度を上げた状態での安全運行が可能になる。

図３に示す制限速度パターン８及び移動閉塞区間ｄ３は、先行列車２よりも更に先行している列車、或いは次停車駅から送信された列車２についての制限速度パターンであって、前記制限速度パターン７と同様に生成され、同様の制御に供される。上記説明では、先行列車２の停止限界点を後続列車３に無線で送信し、これを受けた後続列車３が制限速度パターンを生成する方法であったが、これに代えて、先行列車２が自列車の停止限界点に基づいて後続列車３の制限速度パターンを一方的に生成してこれを後続列車３に送信するようにしてもよい。純移動閉塞保安システムにおいて、停止限界点Ｐ２は地上装置から送信されるが、これに代えて先行列車の停止限界点Ｐ２ｂを先行列車から受信するように切換えるのみで本発明の相対移動保安システムが成立してしまうことが理解できる。よって本発明装置を容易且つ廉価に提供することも可能となる。

図５に列車の時間経過に対する速度及び位置関係を示している。この図５において、ラインＬ１は二列車が一列車としての走行中に時刻Ｔ１で後続列車３が先行列車２から切り離しにより牽引から解放された場合のその後の先行列車２の速度変化を示し、ラインＬ２は制限速度パターン７により制限を受けないで走行を続ける後続列車３の速度変化を示す。ラインＬ３は時刻Ｔ２で先行列車２が最大減速度の急ブレーキを開始した場合の速度変化を示し、ラインＬ４は先行列車２が急停止に向かったことに伴い後続列車３が制限速度パターン７により速度制限を受けた場合の速度変化を示す。また、ラインＬ１ａ、Ｌ２ａ、Ｌ３ａ、Ｌ４ａは、夫々ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４に時間的に対応した位置曲線である。この図のラインＬ３とＬ４の対比から、後続列車３は先行列車２の減速に追従して減速されることが理解でき、また、ラインＬ１ａとＬ２ａとが交差するＰｓ点は、制限速度パターン７による減速を受けないときに後続列車３が先行列車２に衝突することを示す。

図１は、常用保安システムとしての純移動閉塞保安システムと相対移動閉塞保安システムを適用した移動閉塞制御装置４に関する保安制御部９の主要構成を示している。保安制御部９は、列車位置信号Ｓ１を出力する位置演算部１０を備えている。この位置演算部１０は、トランスポンダ地上子を検出するトランスポンダ車上子１１からの実位置信号Ｓ２と車軸の回転を受けるタコジェネレータなどの速度検出器１２からの速度信号（パルス信号）Ｓ３を受け、その速度信号Ｓ３を積分することにより位置信号を獲得し、この位置信号を実位置信号Ｓ２により補正して列車の現在位置に対応した列車位置信号Ｓ１を出力する。

制限速度パターン作成部１３と速度照査部１４を有し、そのうち制限速度パターン作成部１３は車上無線送受信部１５から相対移動閉塞停止限界点信号Ｓ４ｆ及び純移動閉塞停止限界点信号Ｓ４ｒを受け、これら信号Ｓ４ｆ及びＳ４ｒに基づいて制限速度パターンを生成する。この場合、純移動閉塞停止限界点信号Ｓ４ｒは地上装置から純移動閉塞保安システム用として受信し図４に示すような純移動閉塞用制限速度パターン６を生成する。相対移動閉塞停止限界点信号Ｓ４ｆは相対移動閉塞保安システム用として先行列車２から受信し図３に示すような相対移動閉塞用制限速度パターン７を生成する。更に制限速度パターン作成部１３は、これら両制限速度パターン６、７から前記位置演算部１０から出力される列車位置信号Ｓ１に示された列車位置に対応する制限速度指令Ｓ５を生成しこれを速度照査部１４に順次出力する。

これら純・相対移動閉塞用制限速度パターン６、７に夫々対応する２系列の制限速度指令Ｓ５を受けた速度照査部１４は、各系列の制限速度指令Ｓ５と位置検出器１２からの速度信号Ｓ３とを比較する。その速度信号Ｓ３が示す列車速度が常用保安システムの制限速度を超えているときは、換言すれば、純移動閉塞保安システム用制限速度パターン６より高いときは、相対移動閉塞用制限速度パターン７による制限速度指令Ｓ５を採用してその速度制限指令Ｓ５に基づくブレーキノッチ指令Ｓ６をブレーキ制御部に付属するブレーキ受信器１６に送出する。その結果、列車３は相対移動閉塞用制限速度パターン７に示す制限速度に超えないように速度制御される。

これに対して速度照査部１４での比較結果が、速度信号Ｓ３が示す列車速度が常用保安システムの制限速度（純移動閉塞保安システム用制限速度パターン６）を下回ったときは、相対移動閉塞用制限速度パターン７による速度制御を中止して常用保安システムである純移動閉塞用制限速度パターン６による制限速度指令Ｓ５を採用し、その速度制限指令Ｓ５に基づくブレーキノッチ指令Ｓ６を出力する。

保安制御部９には更に後続列車停止限界点作成部（後続列車制限速度指令作成部）１７を設けている。この後続列車停止限界点作成部１７は、自列車（先行列車２）の前記速度信号Ｓ３と列車位置信号Ｓ１とを受けこれら両信号から自列車が最大減速度時における停止限界点を生成する。この停止限界点が相対移動閉塞停止限界点信号Ｓ４ｆであって、後続列車の停止限界点が先行列車のそれよりも手前の位置となるように加工して一方的に生成される。この後続列車停止限界点を車上無線送受信部１５を通じて後続列車３に送信する。この後続列車停止限界点を車上無線送受信部１５に受けた後続列車３は前述と同様に制限速度パターン作成部１３において相対移動閉塞用制限速度パターン７を生成する。

図１により述べた上記実施例のいわゆる閉塞保安システムでは、相対移動閉塞保安システムと共に組み合わされる常用保安システムも移動閉塞方式である純移動閉塞保安システムであるから、地上設備、特に線路に敷設する設備コストの点で有利になる。

次に図６により相対移動閉塞システムをＡＴＣ常用保安システムと組み合わせた本発明の他の実施例を説明する。相対移動閉塞システムに係わる部分は図１のそれと同様であるからＡＴＣ常用保安システムとの組み合わせを中心に説明する。この実施例では保安制御部１８の相対移動閉塞保安システム構成部分に図１の後続列車停止限界点作成部１７に代えて後続列車制限速度パターン作成部１９を設け、後続列車用制限速度パターンＳ７を生成する。この後続列車用制限速度パターンＳ７は、速度信号Ｓ３と列車位置信号Ｓ１とにより自列車（先行列車２）の停止限界点を求めその停止限界点に基づいて作成される。この作成された後続列車用制限速度パターンＳ７は車上無線送受信装置１５を通じて後続列車３に送信される。

保安制御部１８には、ＡＴＣシステムの一部としてＡＴＣ速度パターン作成部２０を設けている。このＡＴＣ速度パターン作成部２０は、デジタルＡＴＣシステム（車上主体制御型ＡＴＣ）の一部を構成しており、地上装置から先行列車の在線する固定閉塞区間を位置情報（開通区間情報）Ｓ８としてＡＴＣ受信部２１で受信し、この受信した位置情報Ｓ８に基づいてＡＴＣ制限速度パターンＳ９を生成し出力する。この制限速度パターンＳ９は、先行列車２が在線する閉塞区間の一つ前の閉塞区間で停止できるような停止限界点を持つパターンである。

この実施例では、更に、図１の制限速度パターン作成部１３に代えて速度パターン比較部２２を設けており、この比較部２１は、先行列車２から車上無線送受信部１５に送信されてきた後続列車用制限速度パターンＳ７及びＡＴＣ速度パターン作成部２０から出力されたＡＴＣ速度パターンＳ９を列車速度（速度信号Ｓ３）と比較し、その比較結果に基づいて後続列車用制限速度パターンＳ７及びＡＴＣ速度パターンＳ９うちの一方を採用し、その採用したパターンに基づいて制限速度指令Ｓ５を出力する。この制限速度指令Ｓ５は図１の実施例と同様に速度照査部１６において自列車速度（Ｓ３）と照査される。

速度パターン比較部２２では、列車速度（Ｓ３）を後続列車用制限速度パターンＳ７及びＡＴＣ速度パターンＳ９と列車位置信号Ｓ１毎に比較しており、列車速度が常用保安システム（ＡＴＣ速度パターンＳ９）が示す速度を超えている時は相対移動閉塞用制限速度パターン７を採用し、下回ったときは常用保安システム（ＡＴＣ速度パターンＳ９）を採用する。この実施例では、常用保安システムとしてのＡＴＣの利点を生かした上で本発明の利点である列車の切り離しに伴う衝突の防止及び特定区間での高密度運転をしたときの運行の安全性を図ることができる。

上記実施例において、常用保安システムとしては前記ＡＴＣに代えてＡＴＳを使用してもよい。また、先行列車が後続列車に制限速度パターンを送信する代わりに現在位置ごとの制限速度指令をリアルタイムで送信してもよい。更に、相対移動閉塞状態での走行中に前後して走行する車両間の無線通信が成立しなくなったことが検知されたときは、後続列車の非常ブレーキが作動する構成にすることもできる。また、路線上で無線通信を行えないような通信途絶区間が存在する場合でも、その区間の位置情報を保有する位置データベースを備えることにより、連続的な保安を達成することができる。

本発明の応用例として、先行列車が地上装置との情報授受、或いは後続列車との無線通信を通じて後続列車の位置及び速度情報を取得し、その情報に基づいて後続列車に関する制限速度パターン、速度指令、加速もしくはブレーキ指令を作成し、これらを後続列車に送信することにより、先行列車が後続列車の走行を制御する構成が考えられる。
上記実施例では、本発明の適用対象となる電気車として電動機を駆動源とする鉄道列車を例にしたが、電動機を駆動源とする自動車など車両一般を電気車として扱い本発明を適用することができる。

図面中、２：先行列車、３：後続列車、４：移動閉塞制御装置（移動閉塞制御手段）、６:制限速度パターン、７:制限速度パターン、９：保安制御部、１３：制限速度パターン作成部、１４：速度照査部（制御指令発生部）、１５：車上無線送受信部、１７：後続列車停止限界点作成部、１８:保安制御部、１９：後続列車用制限速度パターン作成部（後続列車制限速度指令作成部）、２０：ＡＴＣ速度パターン作成部、２２：速度パターン比較部、Ｓ１：列車位置信号、Ｓ３：速度信号、Ｓ４ｆ：先行列車用停止限界点信号、Ｓ４ｒ：後続列車用停止限界点信号、Ｓ５：制限速度指令（制御指令）、Ｓ６：ブレーキノッチ指令、Ｓ９：ＡＴＣ速度パターン。

Claims (9)

1. 同一路線上を前後して走行する先行車両及び後続車両に搭載された移動閉塞制御手段と車両間で通信するために前記各車両に搭載された無線通信手段とからなり、前記移動閉塞制御手段は、後続車両の速度を規制するために後続車両用制限速度指令を生成しこれを現在位置ごとに更新する後続車両制限速度指令作成部と、先行車両から前記無線通信手段を介して前記後続車両用制限速度指令を受信しその受信した制限速度指令に基づき自車両の速度を制御する制御指令を出力する制御指令発生部とからなることを特徴とする電気車の無線保安用制御装置。
2. 後続車両制限速度指令作成部で生成される後続車両用制限速度指令は、先行車両である自車両の停止限界点の手前で後続車両が最大減速度の下で停止可能な指令値であることを特徴とする請求項１に記載の電気車の無線保安用制御装置。
3. 前記制限速度指令は停止限界点を起点にした制限速度パターンであることを特徴とする請求項２に記載の電気車の無線保安用制御装置。
4. 前記制限速度指令は車両の現在位置ごとにリアルタイムで先行車両から送信されてくる指令あることを特徴とする請求項２に記載の電気車の無線保安用制御装置。
5. 先行車両の移動閉塞制御手段は後続車両にその先行車両の停止限界点を送信し、後続車両はその受信した停止限界点に基づいて自車両の制限速度パターンを生成することを特徴とする請求項２に記載の電気車の無線保安用制御装置。
6. 移動閉塞制御手段は、車両の現在位置を検出する位置検出部と無線通信が途絶する区間における位置情報を保有する位置データベースとを備えていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の電気車の無線保安用制御装置。
7. 先行車両及び後続車両が同一路線上を一車両として連結された状態での走行中に切りされ後に移動閉塞制御手段が有効化されることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の電気車の無線保安用制御装置。
8. ＡＴＣなど他の保安システムからの制限速度パターンを受信する手段を有し、この制限速度パターンと自車両速度とを比較し自車両速度が低いときは、先行車両から受信した後続車両用制限速度指令による制御を中止することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の電気車の無線保安用制御装置。
9. ＡＴＣなど他の保安システムからの停止限界点を受信する手段を有し、この停止限界点から生成される制限速度パターンと自車両速度とを比較し自車両速度が低いときは、先行車両から受信した後続車両用制限速度指令による制御を中止することを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の電気車の無線保安用制御装置。

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