JP2014011848A

JP2014011848A - Ａｔｃ車上装置及び鉄道車両

Info

Publication number: JP2014011848A
Application number: JP2012145908A
Authority: JP
Inventors: Masaki Arima; 雅紀有馬; Chihiro Kawamata; 千博川又
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2014-01-20
Anticipated expiration: 2032-06-28
Also published as: JP5856544B2

Abstract

【課題】鉄道の上下線をまたぐ際に、従来のＡＴＣ装置では、例えば上り走行用の先頭車で下り路線へ進入しようとした場合、電文を受信することが出来ず、走行出来なくなって先頭車の入れ替えが必要となる。本発明は、自動で上り線・下り線を判別し、車両の向きを考慮せず、方向転換し走行することが出来るＡＴＣ車上装置を提供する。
【解決手段】受信した信号を処理するための受電部１３と、処理された信号を出力するための受信制御部１４，１５を設け、ＡＴＣ信号の搬送周波数から、上り線用電文信号１９ａと、下り線用電文信号１９ｂを判別し、上下線の双方を走行することが出来る。また、信号の電圧を検知し、誤検知を防ぐ機構、更に同時に２つの進行信号を出力してしまった場合、停止信号を出力する機構を設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、上り線と下り線の方向転換に対応可能なＡＴＣ車上装置及び鉄道車両に関する。

ＡＴＣ（Automatic Train Control）車上装置（以下、「ＡＴＣ車上装置」とする。）は、１ＥＮＤ側先頭車（以下、「１Ｅ先頭」とする。）と２ＥＮＤ側先頭車（以下、「２Ｅ先頭」とする。）の、双方の先頭車に搭載されている。

ＡＴＣ車上装置は、軌道回路からＡＴＣ信号（以下、「電文」とする。）を受信し、搬送周波数を復調することで信号波を得て制御を行う。この搬送周波数は、上り線と下り線とで異なる値となっている。ＡＴＣ車上装置では、例えば、１Ｅ先頭のＡＴＣが上り線、２Ｅ先頭のＡＴＣが下り線、の様にそれぞれのＡＴＣが判別する電文の搬送周波数が分けられている。これにより、各ＥＮＤの進行方向が固定され、方向転換することが出来ない。

例えば、図６に示されるようなルート６３を考える。このルート６３では、起点となる駅６０から駅６１へ至り、駅６２を経由して駅６０へ戻るという、１本の閉じられたルートが形成されているが、駅６２から駅６０に戻るための区間は、駅６０から駅６２への下りの区間の逆の上りの区間となり、駅６２において、駅６１から駅６２に至る下りの区間から、駅６２から駅６０に至る上りの区間に切り替わることとなる。

このルート６３を、駅６０から出発して、駅６１、駅６２へと進み、一周して駅６０に戻る列車走行を行うためには、従来のＡＴＣ車上装置では、下りの区間から上りの区間に切り替わる際に、先頭車の入れ替えを行わなければならなかった。それゆえ、図７に示すように、例えば、下り路線７１からルート７０ａを通って中線７０に進入し、中線７０で先頭車の切り替えを行った後、ルート７０ｂを通って上り路線７２へ進入する、といった先頭車の切り替え作業が必須であった。

また、例えば、特許文献１には、車上装置へ搬送するデジタルＡＴＣ信号の周波数帯域の使用制限がないデジタルＡＴＣシステムが記載され、踏み切り制御装置１０ａ、１１ａ及びデジタルＡＴＣ信号１ａ、２ａ、３ａの制御信号は、互いに異なる周波数帯域を選定し、列車３０が軌道回路１Ｔ走行中に受信するデジタルＡＴＣ信号１ａには次の軌道回路３Ｔで受信すべきデジタルＡＴＣ信号２ａの情報が付加され、列車３０は軌道回路３Ｔに進入した時、前軌道で受信したデジタルＡＴＣ信号の周波数帯域が変わっても問題なく受信できる発明が記載されている。

特開２００８−３７１５５号公報

従来のＡＴＣ装置では、上下線をまたぐ際に、例えば、上り走行用の先頭車で下り路線へ進入しようとした場合、電文を受信することが出来ず、下り路線を走行することが出来ない。そのため、先頭車の入れ替えが必要であるという問題点があった。

本発明は、ＡＴＣ車上装置が自動で上り線・下り線を判別するため、車両の向きを考慮する必要がなく、方向転換し走行する事が出来る方向転換対応ＡＴＣ車上装置を提供することを目的とする。

本発明のＡＴＣ車上装置は、レールを流れる信号を受信するための受電器と、受信した信号を処理するための受信制御部と、処理された進行信号を出力するための出力部を備えたＡＴＣ車上装置であって、前記受信制御部は、上り線用の電文信号と下り線用の電文信号とを判別する判別部を備えており、上下線の双方を走行可能とする。

また、本発明の鉄道車両は、先頭車に、レールを流れる信号を受信するための受電器と、受信した信号を処理するための受信制御部と、処理された進行信号を出力するための出力部を備えたＡＴＣ車上装置であって、前記受信制御部は、上り線用の電文信号と下り線用の電文信号とを判別する判別部を備えており、上下線の双方を走行可能とするＡＴＣ車上装置を搭載している。

本発明によれば、ＡＴＣ車上装置が自動で上り線・下り線を判別するため、鉄道車両の向きを考慮する必要がなく、方向転換し走行する事が出来る。

本発明のＡＴＣ車上装置を搭載した鉄道車両の構成全体を示す図である。本発明のＡＴＣ車上装置の制御の流れを示したフロー図である。本発明のＡＴＣ車上装置内の受信制御部における制御内容を示したブロック図である。単線において、漏れた電文を受信する場合の例を示した図である。複線において、漏れた電文を受信する場合の例を示した図である。方向転換が必要なルートの例を示した図である。従来技術において上下線をまたぐ際に必要な動作の例を示した図である。

本発明の実施の形態では、レールを流れる信号を受信するための受電器と、受信した信号を処理するための受信制御部と、処理された進行信号を出力するための出力部を備えたＡＴＣ車上装置であって、前記受信制御部は、上り線用の電文信号と下り線用の電文信号とを判別する判別部を備えており、上下線の双方を走行することが出来るＡＴＣ車上装置において、前記受信制御部は、前記電文信号の電圧を検知し、検知した電文信号の電圧が最小動作電圧以上の場合に進行信号を出力する誤検検防止機構を備えていることが望ましい。

また、本発明の実施の形態では、レールを流れる信号を受信するための受電器と、受信した信号を処理するための受信制御部と、処理された進行信号を出力するための出力部を備えたＡＴＣ車上装置であって、前記受信制御部は、上り線用の電文信号と下り線用の電文信号とを判別する判別部を備えており、上下線の双方を走行することが出来るＡＴＣ車上装置において、前記受信制御部は、前記電文信号の搬送周波数を確認し、前記搬送周波数が適正な場合に、電文信号の搬送周波数が搬送周波数帯の下限値以上で、且つ、電文信号の電圧が最小動作電圧以上の場合に進行信号を出力する誤検知防止機構を備えていることが望ましい。

また、本発明の実施の形態では、更に、前記出力部は、同時に、上り用の進行信号と下り用の進行信号の２つの進行信号を出力してしまった場合、停止信号を出力する機構を備えていることが望ましい。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図１は、本発明のＡＴＣ装置１０を搭載した鉄道車両を示す図である。全体を符号１１で表す１ＥＮＤ側先頭車が１Ｅ先頭であり、全体を符号１２で表す２ＥＮＤ側先頭車が２Ｅ先頭である。

以下に実施例を説明する。図１では本発明に関わるＡＴＣ装置１０を示した。それぞれの先頭車には同様の装置を搭載する。同様のＡＴＣ装置１０を搭載することにより、装置毎の区別がなくなり、標準として生産することが出来るためコストダウンを図ることが可能である。

図１を参照して、本装置の制御の具体的な流れを説明する。ＡＴＣ装置１０は、装置の電源投入後に受電器１３がレール１８を流れる電文を受信することで制御が行われる。

レール１８を流れる電文の搬送周波数の値は、上り線と下り線でそれぞれ別の値となっている。上り用電文１９ａの搬送周波数１９ａを、例として２０００Ｈｚとする。また、下り用電文１９ｂの搬送周波数１９ｂを、例として１０００Ｈｚとする。これらは、例であるので、実用する場合は実際の搬送周波数に合わせるものとする。

まず、図１の上図に示す進行方向上りの例から説明する。電文はレール１８上を流れている。レール１８上を列車が走行することにより、車輪の前方に取り付けられた受電器１３は、レール１８からの上り用電文１９ａを受信する。受信した上り用電文１９ａはＡＴＣ車上装置１０に伝送される。

内部の詳しい説明は後述するが、伝送された上り用電文１９ａは、上り用電文１９ａの搬送周波数が、上りの搬送周波数であるか否かの判別を行い、受信制御部の１系１４、受信制御部の２系１５で受信した電文１９ａをもとに上りのパターンで速度照査を行う。受信制御部の１系１４と受信制御部の２系１５では同様の処理を行い、共通部１６にて受信制御部の１系１４、受信制御部の２系のブレーキ出力の突合せを行う。こうして、ＡＴＣ車上装置１０から出力されたブレーキ出力は、ブレーキ制御装置１７へ伝送され、ブレーキ緩解、ブレーキ出力のコントロールが行われる。

進行方向下りにおいても処理の流れは同様である。前述した電文の搬送周波数の判別において、下り用電文１９ｂと判別した場合、下りのパターンで速度照査を行うものである。

尚、本発明の制御は、ＡＴＣ車上装置１０における受信制御部の１系１４及び受信制御部の２系１５を含む受信制御部内で行うものであり、受信制御部の１系１４及び受信制御部の２系１５を含む受信制御部内で行われる本発明の具体的な処理について記述する。

図２は、図１における受電器１３が電文を受け取ってから、共通部１６が信号を出力するまでの流れを表したフロー図である。ステップＳ１０１において、ＡＴＣ車上装置１０の電源が投入され、ＡＴＣ車上装置１０が停止信号を出力し続けている状態から、ステップＳ１１０において、進行信号を出力するまでを示した。フローの上から順に説明する。

まず、ステップＳ１０１において、ＡＴＣ車上装置１０の電源を投入すると、ステップＳ１０２において、在線する軌道回路から受電器１３が電文を受信する。この時、電文を受信しなければ、ステップＳ１０４に移行し、停止信号を保持するため、進行することは不可である。以後、停止信号を保持すると記述した場合は、進行不可を意味する。

次に、電文を受信した場合、ステップＳ１０３において、受信した電文の搬送周波数は、上り線の搬送周波数帯、もしくは、下り線の搬送周波数帯の範囲に属するか判別する。ステップＳ１０３において、どちらの搬送周波数帯にも属さない周波数であった場合、正しい電文ではないとし、ステップＳ１０４に移行し、停止信号を保持する。

ステップＳ１０３において、受信した電文が上り線、もしくは下り線の搬送周波数帯の範囲内であった場合、安全を確保するため再確認として、ステップＳ１０５において、今度は搬送周波数帯の下限の値以上であるかの判別を行う。

それと同時に、ステップＳ１０６において、電文の電圧を検出し、ステップＳ１０７において、最小動作電圧１０ｍＶ以上であるかどうかの判別も行う。この電文電圧検知の必要性については後述する。この２つの比較により、ステップＳ１０５において、受信した電文の搬送周波数が、搬送周波数帯の下限値未満の場合、もしくは、ステップＳ１０７において、最小動作電圧未満の場合は、ステップＳ１０４に移行し、停止信号を保持する。

これまでの条件を満たし、更に、ステップＳ１０８において、レバーサという車両の進行方向を決定するレバーの入力があれば、ステップＳ１０９において、ＲＳフリップフロップを作動し、ステップＳ１１０に移行し、進行信号を出力するものとする。尚、ステップＳ１０８において、レバーサの入力がなければ、ステップＳ１０９において、ＲＳフリップフロップを作動し、ステップＳ１０４に移行し、停止信号を保持する。

図３は、図１の受信制御部の１系１４及び受信制御部の２系１５を含む受信制御部内の、電文の処理を詳細に示したブロック図である。尚、図２のフロー図の一部と同様の内容も含まれるが、改めて詳細を説明する。

上り線の上り用電文１９ａまたは下り線の下り用電文１９ｂの搬送周波数を受け取った場合の２つの処理を示す。この様に、２つの周波数帯を受信可能とすることが、上りと下りの搬送周波数を、自動判別が可能とする大きな要因である。周波数帯を判別した後の処理については、上りと下り共に同様なため、上りの搬送周波数を受け取った場合を例に、具体的に説明をする。

受電器１３で受け取った電文は、バンドパスフィルタ１１１を用いて判別を行う。仮に、上りの搬送周波数を１０００Ｈｚとした場合、９００Ｈｚ〜１１００Ｈｚを、上りの搬送周波数と規定する。このバンドパスフィルタ１１１の周波数範囲は、搬送周波数の±１０％の範囲とする。

バンドパスフィルタ１１１を通過した電文は、安全を確保するため再確認として、今度は搬送周波数帯の下限値１１２である９００Ｈｚ以上であるかの判別を行う。それと同時に、電文の電圧検知１１４を行い、最小動作電圧１１５が１０ｍＶ以上であるかどうかの判別を行う。この電圧検知による最小動作電圧１１５以上であるかどうかの判別を行うことにより、電文の誤検知防止となる効果がある。ここで、図４、図５を用いて電文の誤検知について説明する。

図４は、単線において、漏れた電文を受信する場合の例を示した図である。受電器４４は、上り用の在線する軌道回路を流れる電文４２を受信するが、下り用の次の軌道回路を流れる電文４３が、軌道回路境界４１の次の軌道回路から漏れる可能性がある。この場合、次の軌道回路から漏れた電文４０の周波数を下りの電文として正常受信してしまう恐れがある。

次に、図５は、複線において、漏れた電文を受信する場合の例を示した図である。複線において、受電器５２は、在線する軌道回路を流れる電文５４を受信するが、隣接するレール５３が近い場合、隣接するレール５３を流れる電文が漏れる可能性がある。この場合も単線の場合と同様に、隣接するレールから漏れた電文５１を正常受信してしまう恐れがある。

これら、図４と図５の例のように、漏れた電文を受信してしまった場合に備え、電文の電圧を検知し最小動作電圧との比較を行っている。漏れる電文は、最小動作電圧を満たす可能性は極めて低い。しかし、最小動作電圧を超えてしまった場合の可能性を考慮し、更に安全性を確保する機能を設ける。これについては更に後述で説明する。

図３の説明の続きに戻る。次に、搬送周波数帯の下限値１１２との比較、及び最小動作電圧１１５との比較の結果を付合わせる。前述した２つの判定において、搬送周波数帯の下限値以上であり、最小動作電圧以上であると判別された場合、ＡＮＤ回路１１７が出力し、電文は上り用進行信号として、フリップフロップ回路１１８にセットされる。尚、前述した２つの判定において、片方でも判定条件に満たなければ、進行信号は出力されず、停止信号が保持される。この搬送周波数帯の下限値１１２との比較と、最小動作電圧１１５との比較との２つの判定を行って進行信号を制御することにより、電文の誤検知防止とを更に確実に行うことができる。

フリップフロップ回路１１８に進行信号がセットされ、レバーサの進行方向の入力が入っている場合は、セットされた値がフリップフロップ回路１１８の最終出力となり、進行信号が出力される。

また、先頭車を入れ替える場合を考慮し、レバーサの進行方向を切り替える際、レバーサは一度、「切」の状態となる。「切」の状態となった場合は、フリップフロップ回路１１８のリセット信号が真となり、フリップフロップで保持している進行信号がリセットされる。つまり、停止信号が出力される。これにより、走行中に先頭車を入れ替えることはできず、車両が停止中に先頭車を入れ替える事で安全性を確保する。

更に、可能性として、上り線、下り線の双方の電文も受信し、且つ、最小動作電圧１１５、１２５を上回り、双方の電文も進行信号として出力してしまった場合に、最終段にて安全性を確保する機能について説明する。

図３において、上り用の進行信号を出力するフリップフロップ回路１１８からの出力を（１）、下り用の進行信号を出力するフリップフロップ回路１１９からの出力を（２）とする。

上記した、上り下りの双方の電文を進行信号として出力してしまった場合というのは、これら、フリップフロップ回路１１８からの出力（１）と、フリップフロップ回路１１９からの出力（２）がどちらも真の値１となった場合である。フリップフロップ回路１１８に、ＮＡＮＤ素子１１９と、ＡＮＤ素子１２０、１３０を使った回路を設ける。

フリップフロップ回路１１８からの出力（１）と、フリップフロップ回路１１９からの出力（２）をＮＡＮＤ素子１１９に入力し、さらに、（１）と（２）の出力を、それぞれ別のＡＮＤ素子１２０とＡＮＤ素子１３０に入力し、さらに、ＮＡＮＤ素子１１９の出力を、２つあるＡＮＤ素子１２０とＡＮＤ素子１３０の、それぞれもう１つの入力とした回路とする。

結果は、図３の中に示されている真理値表となる。フリップフロップ回路１１８からの出力（１）と、フリップフロップ回路１１９からの出力（２）がどちらも真の値１となった場合、ＮＡＮＤ素子１１９の出力が偽の値０となり、ＡＮＤ素子１２０、１３０への入力となるため、上り進行信号（３）と下り進行信号のどちらの進行信号も停止信号となり出力される。これにより安全を確保している。

以上により、安全性をバンドパスフィルタ、電圧検知、フリップフロップ、論理回路により確保しつつ、ＡＴＣ車上装置が自動で上り線・下り線を判別するため、車両の向きを考慮する必要がなく、方向転換し走行する事が出来るＡＴＣ車上システムとすることができる。

また、方向転換し走行する事が出来るという点においては、従来技術の項目でも述べた、特許文献１（特開２００８−３７１５５号公報）の公知例においても可能であるが、特許文献１の場合は、車上装置のほかに、地上装置についても全て改修が必要である。

本発明においては、地上装置は既存のままに、車上装置のみで対応することが出来るため、差別化が図れていると考える。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分りやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施例の構成の一部を他の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手順等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、必ずしも製品に備えられる全ての制御線や情報戦を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０ＡＴＣ車上装置
１１１Ｅ先頭
１２２Ｅ先頭
１３受電器
１４受信制御部の１系
１５受信制御部の２系
１６共通部
１７ブレーキ制御装置
１８レール
１９ａ上り用電文
１９ｂ下り用電文
４０次の軌道回路から漏れた電文
４１軌道回路境界
４２在線する軌道回路を流れる電文
４３次の軌道回路を流れる電文
４４受電器
５１隣接したレールから漏れた電文
５２受電器
５３隣接したレール
５４在線する軌道回路を流れる電文
６０起点となる駅
６１経由駅１
６２経由駅２
６３進行ルート
７０中線
７０ａ下り路線から中線に入るルート
７０ｂ中線から上り路線に入るルート
７１下り路線
７２上り路線
１１１バンドパスフィルタ
１１２搬送周波数帯の下限値
１１４電圧検知
１１５最小動作電圧
１１６コンパレータ
１１７ＡＮＤ素子
１１８フリップフロップ回路
１１９ＮＡＮＤ素子
１２０ＡＮＤ素子
１２１バンドパスフィルタ
１２２搬送周波数帯の下限値
１２４電圧検知
１２５最小動作電圧
１２６コンパレータ
１２７ＡＮＤ素子
１２８フリップフロップ回路
１３０ＡＮＤ素子
１３１ＯＲ回路
１３２ＮＯＴ回路

Claims

レールを流れる信号を受信するための受電器と、受信した信号を処理するための受信制御部と、処理された進行信号を出力するための出力部を備えたＡＴＣ車上装置であって、
前記受信制御部は、上り線用の電文信号と下り線用の電文信号とを判別する判別部を備えており、上下線の双方を走行可能とするＡＴＣ車上装置。
請求項１に記載のＡＴＣ車上装置において、
前記受信制御部は、前記電文信号の電圧を検知し、検知した電文信号の電圧が最小動作電圧以上の場合に進行信号を出力する誤検知防止機構を備えていることを特徴とするＡＴＣ車上装置。
請求項１に記載のＡＴＣ車上装置において、
前記受信制御部は、前記電文信号の搬送周波数を確認し、前記搬送周波数が適正な場合に、電文信号の搬送周波数が搬送周波数帯の下限値以上で、且つ、電文信号の電圧が最小動作電圧以上の場合に進行信号を出力する誤検知防止機構を備えていることを特徴とするＡＴＣ車上装置。
請求項２または３に記載のＡＴＣ車上装置において、
前記出力部は、同時に、上り用の進行信号と下り用の進行信号の２つの進行信号を出力してしまった場合、停止信号を出力する機構を備えていることを特徴とするＡＴＣ車上装置。
鉄道車両の先頭車に、レールを流れる信号を受信するための受電器と、受信した信号を処理するための受信制御部と、処理された進行信号を出力するための出力部を備えたＡＴＣ車上装置であって、前記受信制御部は、上り線用の電文信号と下り線用の電文信号とを判別する判別部を備えており、上下線の双方を走行可能とするＡＴＣ車上装置を搭載した鉄道車両。