JP2017193234A

JP2017193234A - 列車保安システム

Info

Publication number: JP2017193234A
Application number: JP2016084186A
Authority: JP
Inventors: 彰子津田; Akiko Tsuda; 佐藤　究; Kiwamu Sato; 究佐藤; 服部　力; Tsutomu Hattori; 力服部
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2016-04-20
Filing date: 2016-04-20
Publication date: 2017-10-26

Abstract

【課題】地上および車上装置を用いて車両の実際の速度から接近鎖錠区間距離、鎖錠時間を算出する際に、車両の乗車率及び走行状態を考慮した最適な鎖錠量を設定する列車保安システムを提供する。
【解決手段】列車保安システムは、線路９を走行し、走行を制御する車上装置１５を備えた車両１と、車上装置１５と通信して走行路を制御する地上装置１６からなる。車両１の車輪５は速度発電機６を備え、車上装置１５は、記憶部２と、車上演算部３と、車上送受信部４と、地上子用車上送受信アンテナ７と、無線用車上送受信アンテナ８を備える。地上装置１６は、転てつ器１１と、信号機１０と、地上子１３と、地上送受信アンテナ１２と、連動装置１４を備える。車上演算部３は、記憶部２から取得する地理情報及び乗車率統計情報と、速度発電機６から取得する車両１の現在速度を用いて車両の制動距離と転てつ器の鎖錠時間を算出し、連動装置１４へ出力する。
【選択図】図１

Description

本発明は列車保安システムに関する。

従来の列車保安システムにおいては、車両にブレーキをかけ、最高速度から停車するまでの制動距離を予め算出し、場内進路あるいは出発進路の信号機があるブロックの境界から、その制動距離だけ手前の区間を接近鎖錠区間としていた。この接近鎖錠区間に列車が進入した場合、場内進路あるいは出発進路にある転てつ器は、鎖錠解除の指示を受けても、一定時間（接近鎖錠時間と呼ぶ）だけ鎖錠を継続する。
また、走行中の車両の速度を検出し、速度に応じた接近鎖錠時間、接近鎖錠区間を地上および車上装置を用いて算出する技術が特許文献１に開示されている。特許文献１には「走行中の車両の速度を取得する速度取得手段と、取得した前記速度に基づいて鎖錠量を算出する鎖錠量算出手段と、軌道に設けられた転てつ器に対し進行方向手前側に設けられた鎖錠開始基準点に前記車両が進入したことを条件に、前記算出した鎖錠量に応じて前記転てつ器の切り換え動作を制限する鎖錠制御手段と、を備えた」と記載されている。

特開2003-072552

従来の列車保安システムにおいて、接近鎖錠区間の距離および接近鎖錠時間は、車両の最高速度からブレーキをかけた制動距離および列車停止までの時間を用い、余裕(距離および時間)を考慮して値を設定していた。しかし、車両は常に最高速度で走行しているわけではないので、接近鎖錠区間の距離および接近鎖錠時間は、通常の走行を行っている車両の制動距離および列車停止までの時間よりも長いことが多くなり、これを減らしたいという課題がある。最適な接近鎖錠区間の距離および接近鎖錠時間を設定するには、地上および車上装置を用いて車両の実際の速度から接近鎖錠区間の距離、接近鎖錠時間を算出する必要があるが、計算機を車上および地上の両方に設置すると、計算機の設置位置が分散するため装置数が多くなりコストがかかるので、これを減らしたいという課題がある。また、特許文献１の方法では、車両の制動距離をより正確に算出したいという課題がある。

上記課題を解決するために、本発明の列車保安システムは、走行路を走行し、走行を制御する車上装置を備えた車両と、車上装置と通信して走行路を制御する地上装置からなり、車上装置は、車両の速度信号を生成して出力する速度発電機と、車両の性能を示す車両情報及び走行路の地理情報を格納した記憶部と、走行を制御する車上演算部と、地上装置との通信を制御する車上送受信部と、地上装置と通信を行う地上子用車上送受信アンテナ及び無線用車上送受信アンテナを有し、地上装置は、走行路の分岐地点に備わる転てつ器と、転てつ器に車両が進入する手前に設置される信号機と、走行路沿いに設置される地上子と、走行路沿いに設置される地上送受信アンテナと、車上装置と通信を行い信号機と転てつ器を制御する連動装置を有する列車保安システムにおいて、記憶部は乗車率統計情報を備え、車上演算部は記憶部から取得する車両情報、地理情報及び乗車率統計情報と、速度発電機から取得する車両の現在速度を用いて車両の制動距離を計算し、制動距離と地理情報に基づいて転てつ器を鎖錠するかしないか判断し、鎖錠する場合はその鎖錠時間を計算して連動装置へ出力し鎖錠指示を行い、連動装置は鎖錠時間と鎖錠指示を受け取ったとき、鎖錠時間だけ転てつ器を鎖錠することを特徴とする

接近鎖錠区間として、走行速度、乗車率の時間変化に応じた最短の区間を割り当てることができ、転てつ器の転換効率の良い運用が可能になる。また、車上装置で車両の制動距離と転てつ器の鎖錠時間を算出するため、地上装置での演算が不要となり、地上装置数の削減が可能となる。

実施例１のシステム構成。４月から６月のＡ駅からＤ駅における乗車率の時間変化の例を示した表。車両の総重量とブレーキ減速度の関係を示したグラフ。実施例２のシステム構成。車上演算部における処理の流れを示すフローチャート。連動装置における処理の流れを示すフローチャート。

以下、実施例を図面を用いて説明する。

図１は本実施例の実施形態のシステム構成を示す。

本システムは車上装置(15)と地上装置(16)の2種類の装置から成る。

線路(9)上を走る車両(1)に設置される車上装置(15)は、記憶部(2)と車上演算部(3)と車上送受信部(4)と地上子用車上送受信アンテナ(7)と無線用車上送受信アンテナ(8)で構成される。

地上装置(16)は、信号機(10)、転てつ器(11)、地上送受信アンテナ(12)、地上子(13)、連動装置(14)で構成される。車両(1)は車輪(5)を備え、車輪(5)には速度発電機(6)が備わっている。

記憶部(2)は、列車情報(最大ブレーキ力、車体の総重量、編成長等、列車固有の情報)と、信号機(10)および転てつ器(11)の設置している座標が記録された地理パターンや、季節や天候、日時、曜日、列車種別、乗車駅等に依存する乗車率統計情報を記憶している。図２は４月から６月のＡ駅からＤ駅における乗車率の時間変化を示す列車種別が各駅停車とＢ駅を通過する急行の乗車率統計情報の例である。

車上演算部(3)は、記憶部(2)から列車情報と乗車率統計情報を取得し、速度発電機(6)から取得する現在速度を習得し、現在速度からブレーキをかけた際停止できる距離と時間、すなわち制動距離と鎖錠時間を算出する。

車上演算部(3)は、後述の手法により車両(1)の現在位置、および、現在位置から信号機(10)までの走行距離を算出する。車両(1)の現在位置から信号機(10)までの走行距離と制動距離を比較した結果、車両(1)の現在位置から信号機(10)までの走行距離の方が車両(1)の制動距離よりも短い場合、車上演算部(3)は、車上送受信部(4)に、連動装置(14)へ鎖錠指示および鎖錠時間を送信させる。

また、車上演算部(3)は、常に車上送受信部(4)に車両(1)の現在位置の情報を送信させる。

車上送受信部(4)は、無線用車上送受信アンテナ(8)と地上送受信アンテナ(12)を介し、連動装置(14)と通信を行う。

速度発電機(6)は、車両(1)の車輪(5)に取り付けられ、車輪(5)の回転数に応じて生成されるパルス信号と車輪径に基づき列車速度計算を行い、現在速度を出力する装置である。

地上子用車上送受信アンテナ(7)は、地上子(13)と通信を行い位置情報を取得するアンテナである。

無線用車上送受信アンテナ(8)は、地上送受信アンテナ(12)と通信を行うアンテナである。

信号機(10)は、その内方（すなわち信号機(10)が防護している区間の内側、信号機(10)よりも先の区間）への進入の許可（すなわち進行）、不許可（すなわち停止）を車両(1)へ指示（すなわち現示）する装置である。これらの現示の他、速度制限（すなわち、高速進行、抑速、減速、注意、警戒等）を指示する現示を行っても良い。

転てつ器(11)は、線路(9)の分岐を制御する装置である。

地上送受信アンテナ(12)は、無線用車上送受信アンテナ(8) と通信を行うアンテナである。

地上子(13)は、設置されている位置情報を格納し、通信を行う地上子用車上送受信アンテナ(7)へその位置情報を送信する装置である。

連動装置(14)は、地上送受信アンテナ(12)と無線用車上送受信アンテナ(8)を介し車上演算部(3)と通信を行い、信号機(10)の現示の状態および転てつ器(11)の状態を取得し、信号機(10)と転てつ器(11)の制御を行う装置である。なお、連動装置(14)は、軌道回路を使用して車上演算部(3)と通信を行っても良い。

連動装置(14)は、常に車上演算部(3)と通信を行い、車両(1)の現在位置の情報を要求し、受信する。

また、連動装置(14)は、記憶部(2)が記憶しているものと同じ内容の信号機(10)および転てつ器(11)の設置している座標が記録された地理パターン、及び列車情報を記憶している。これらの情報は、車両(1)から受信して記憶してもよい。

図５は車上演算部(3)における処理の流れを示す。この処理は、一定の周期で繰り返し実施する。なお、この処理以外にも、車上演算部(3)は、常に、車上送受信部(4)に車両(1)の現在位置の情報を送信させる。

ステップS1にて、車両(1)が地上子(13)上を通過する時、地上子(13)が地上子用車上送受信アンテナ(7)へ地上子が設置されている位置の情報を送信する。車上演算部(3)は、車両(1)の現在位置を、無線用車上送受信アンテナ(8)、車上送受信部(4)を介して取得する。その後、ステップS2へ遷移する。

ステップS2にて、車上演算部(3)は、速度発電機(6)から車両の現在速度(v₀)を取得する。その後、ステップS3へ遷移する。

ステップS3にて、車上演算部(3)は、地上子(13)から得た現在位置情報を起点とし、速度発電機(6)が出力する速度から求めた積算距離を加えることで現在位置の算出を実施する。その後、ステップS4へ遷移する。

ステップS4にて、車上演算部(3)は、記憶部(2)に記憶された図２の情報乗車率統計情報から現在時刻の乗車率(n)を取得する。例えば、列車(1)が、列車種別が「各駅停車」で季節が「４月〜６月」であり、6:00にA駅を発車したものであるとき、乗車率(n)は３０％となる。その後、ステップS5へ遷移する。

ステップS5にて、車上演算部(3) は、乗車率から車両(1)の総重量を算出する。車上演算部(3) は、記憶部(2)から車両(1)の最大ブレーキ力を読み出す。車両(1)の総重量と最大ブレーキ力の関係から、ブレーキ減速度(a)を算出する。その後、ステップS6へ遷移する。

図３は車両(1)の総重量とブレーキ減速度の関係を示すグラフである。図３のグラフは下記の式を用いて導出できる。
a = F/M’
(a:ブレーキ減速度(m/s²)、F:列車固有の最大ブレーキ力(N)、M’;車両の総重量(kg))
M’ = M + mn
(M:車体の重量(kg)、m:満車時の乗客の総重量(kg)、n:乗車率)
列車固有の最大ブレーキ力(F)、車体の重量(M)、満車時の乗客の総重量(m)は、列車情報として記憶部(2)に記憶される。

ステップS6にて、車上演算部(3) は、ステップS2において算出した現在速度(v₀)と、ステップS5において算出したブレーキ減速度(a)から、転てつ器(11)の鎖錠時間(t)を算出する。その後、ステップS7へ遷移する。

転てつ器(11)の鎖錠時間(t)は下記の式を用いて導出できる。
t = v₀/a
(v₀:ブレーキをかける直前の車両の速度(m/s)、t:鎖錠時間(s))
ステップS7にて、車上演算部(3) は、ステップS2において算出した現在速度(v₀)と、ステップS5において算出したブレーキ減速度(a)、ステップS6において算出した鎖錠時間(t)から、車両(1)の制動距離(x)を算出する。その後、ステップS8へ遷移する。

車両(1)の制動距離は下記の式を用いて導出できる。
x = v₀t - (at²)/2
(x:制動距離(m)、v₀:ブレーキをかける直前の車両の速度(m/s)、t:鎖錠時間(s))
ステップS8にて、車上演算部(3)、は記憶部(2)が記憶する地理パターンから信号機(10)の位置情報を取得する。車上演算部(3)は、車両(1)の在線位置から信号機(10)までの走行距離を算出する。車上演算部(3)は、当該走行距離とステップS7において算出した制動距離(x)を比較する。当該走行距離が制動距離よりも小さい場合、ステップS9へ遷移する。それ以外の場合は何もしない。

ステップS9にて、車上演算部(3)は、車上送受信部(4)と無線用車上送受信アンテナ(8)と地上送受信アンテナ(12)を介し、連動装置(14)へ転てつ器(11)の鎖錠指示と鎖錠時間(t)を送信する。

図６は、連動装置(14)における処理の流れを示す。この処理は一定の周期で繰り返し実施する。なお、この処理以外にも、連動装置(14)は、常に、車両(1)からその現在位置の情報を受信している。

ステップS10にて、連動装置(14)は、車上演算部(3)と通信する。連動装置(14)は、車上演算部(3)から転てつ器(11)の鎖錠指示と鎖錠時間(t)を取得した場合、ステップS11へ遷移する。それ以外の場合、ステップS16へ遷移する。

ステップS11にて、連動装置(14)は、信号機(10)の現示の状態を確認する。信号機(10)が停止現示であれば、ステップS12へ遷移する。それ以外の場合、ステップS16へ遷移する。

ステップS12にて、連動装置(14)は、地上送受信アンテナ(12)と無線用車上送受信アンテナ(8)を介し、車両(1)へ列車停止指示を送信する。なお、連動装置(14)が車両(1)へ列車停止指示を行う手段として軌道回路を介しても良い。その後、ステップS13へ遷移する。

ステップS13にて、連動装置(14)は、転てつ器(11)へ鎖錠指示を行う。その後、ステップS14へ遷移する。

ステップS14にて、連動装置(14)は、車両(1)の現在位置、転てつ器(11)の位置、および、車両(1)の編成長から、転てつ器(11)上に車両(1)が存在するかどうかを判断する。転てつ器(11)上に車両(1)がいる場合、いなくなるまで待つ。その後ステップS15へ遷移する。

連動装置(14)は、転てつ器(11)上に車両(1)が存在するかどうかは以下の方法で判断する。車両(1)の現在位置を中心とし車両(1)の編成長を半径に持つ円内に、転てつ器(11)が存在するかどうかを確認し、存在すれば転てつ器(11)上に車両(1)が存在すると判断し、そうでなければ存在しないと判断する。

ステップS15にて、車上演算部(3)は、鎖錠時間(t)の経過後、転てつ器(11)へ鎖錠解除指示を行う。その後、ステップS16へ遷移する。

ステップS16にて、連動装置(14)は、この処理を終了させる。

本実施例では、乗車率統計情報を利用する事により、より正確に乗客の重量を算出することが可能になり、より正確に車両(1)の総重量を計算して車両(1)の制動距離を算出することができる。その結果、適切な鎖錠時間(t)を求めることが可能になり、転てつ器(11)に対し過不足のない適切な鎖錠を行うことができる。

本実施例は、実施例１におけるステップS4の車上演算部(3)が記憶部(2)から乗車率統計情報を取得し、車両(1)の総重量を算出する代わりに、圧力センサー(17)を用いて車両(1)の総重量を算出するものである。

図４は本実施例のシステム構成を示す。圧力センサー(17)は車両(1)と車輪(5)の間に設置される。車上演算部(3)は、圧力センサー(17)から測定された圧力の情報を取得する。圧力を用いて、車両(1)の総重量を算出する。

予め、圧力センサー(17)に掛ける重量と測定される圧力の関係を求め、車上演算部(3)に記憶しておく。車上演算部(3)は、圧力センサー(17)から圧力の情報を受け取り、予め求めて記憶しておいた圧力センサー(17)に掛ける重量と測定される圧力の関係から、圧力センサー(17)に掛けられた重量を求める。これを乗客の総重量m’として以下の式により車体の総重量M’を求める。
M’ = M + m’
(M’;車両の総重量(kg)、M:車体の重量(kg)、m’:乗客の総重量(kg))
圧力センサー(17)が車両(1)と車輪(5)の間に設置されること、および、ステップS4にて、圧力センサー(17)を用いて車両(1)の総重量を算出すること以外は実施例１と同じである。

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か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実施例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実施例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。

1 車両
2 記憶部
3 車上演算部
4 車上送受信部
5 車輪
6 速度発電機
7 地上子用車上送受信アンテナ
8 無線用車上送受信アンテナ
9 線路
10 信号機
11 転てつ器
12 地上送受信アンテナ
13 地上子
14 連動装置
15 車上装置
16 地上装置
17 圧力センサー

Claims

走行路（９）を走行し、走行を制御する車上装置（１５）を備えた車両（１）と、前記車上装置（１５）と通信して走行路（９）を制御する地上装置（１６）からなり、
前記車上装置（１５）は、車両（１）の速度信号を生成して出力する速度発電機（６）と、車両（１）の性能を示す車両情報及び走行路の地理情報を格納した記憶部（２）と、走行を制御する車上演算部（３）と、前記地上装置（１６）との通信を制御する車上送受信部（４）と、前記地上装置（１６）と通信を行う地上子用車上送受信アンテナ（７）及び無線用車上送受信アンテナ（８）を有し、
前記地上装置（１６）は、前記走行路（９）の分岐地点に備わる転てつ器（１１）と、前記転てつ器（１１）に前記車両（１）が進入する手前に設置される信号機（１０）と、前記走行路（９）沿いに設置される地上子（１３）と、前記走行路（９）沿いに設置される地上送受信アンテナ（１２）と、前記車上装置（１５）と通信を行い前記信号機（１０）と前記転てつ器（１１）を制御する連動装置（１４）を有する列車保安システムにおいて、
前記記憶部（２）は乗車率統計情報を備え、前記車上演算部（３）は前記記憶部（２）から取得する前記車両情報、前記地理情報及び前記乗車率統計情報と、前記速度発電機（６）から取得する前記車両の現在速度を用いて前記車両（１）の制動距離および停車するまでの時間を計算し、前記制動距離と前記地理情報に基づいて前記転てつ器（１１）を鎖錠するかしないか判断し、鎖錠する場合は前記停車するまでの時間を鎖錠時間として前記連動装置（１４）へ出力し鎖錠指示を行い、前記連動装置（１４）は前記鎖錠時間と前記鎖錠指示を受け取ったとき、前記鎖錠時間だけ前記転てつ器（１１）を鎖錠することを特徴とする列車保安システム。
請求項１に記載の列車保安システムにおいて、
前記車上演算部（３）は、前記車両（１）の在線位置から前記信号機（１０）までの距離である信号機までの走行距離を算出し、前記信号機までの走行距離が前記車両（１）の前記制動距離よりも短い時、前記車上演算部（３）は前記地上装置（１６）へ前記転てつ器（１１）の鎖錠指示を行うと伴に、前記鎖錠時間の伝達を行うことを特徴とする列車保安システム。
請求項１乃至請求項２のいずれか１つに記載の列車保安システムにおいて、前記連動装置（１４）は、前記転てつ器（１１）の鎖錠指示を受け取ったとき、前記信号機（１０）が停止を現示している場合は前記車両（１）へ停止指示を行うと伴に前記転てつ器（１１）へ鎖錠指示を行い、前記信号機（１０）が進行を現示している場合は前記車両（１）と前記転てつ器（１１）へ何も指示を行わないことを特徴とする列車保安システム。
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の列車保安システムにおいて、前記連動装置（１４）が前記地上送受信アンテナ（１２）と前記無線用車上送受信アンテナ（８）と前記車上送受信部（４）を介して前記車上演算部（３）と通信を行うことを特徴とする列車保安システム。
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の列車保安システムにおいて、前記連動装置（１４）が軌道回路を通して前記車上演算部（３）と通信を行うことを特徴とする列車保安システム。
請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の列車保安システムにおいて、前記車両（１）は車輪（５）との間に圧力センサー（１７）を備え、前記車上演算部（３）は前記圧力センサー（１７）から前記車両（１）の総重量による圧力を取得し、前記圧力から前記車両（１）の総重量を算出することを特徴とする列車保安システム。