JP2020001544A - 軌道輸送システム、軌道輸送システムの運行方法 - Google Patents

Abstract

【課題】運用性を向上させた軌道輸送システムを提供することを目的とする。【解決手段】乗客を輸送する輸送用車両１０１と、輸送用車両１０１に先行し、軌道上の障害物を検知するセンサーを有する第一の障害物検知車両１０２と、輸送用車両１０１に追従し、軌道上の障害物を検知するセンサーを有する第二の障害物検知車両１０３と、輸送用車両１０１と第一の障害物検知車両１０２との間を通信可能につなぐ通信手段を備え、輸送用車両１０１は、第一の障害物検知車両１０２による障害物検知にもとづき減速する軌道輸送システム。【選択図】図１

Description

本発明は、軌道上を走行する軌道輸送システムに関する。

軌道上を輸送用車両が走行する軌道輸送システムでは、軌道上に障害物があった場合、操舵による回避が出来ない。そのため、障害物を検知することは輸送システムの安全性や運用性を向上させるために重要である。運転士が運転する有人運転システムは軌道上および経路上の大部分において運転士の目視によって障害物を検知している。一方、自動運転を採用する無人運転システムでは、専用軌道で他の交通を遮断し障害物の侵入を防ぐことにより安全性や運用性を確保している。

また特許文献１には、線路上の障害物を排除する技術として、軌道上を走行する輸送用車両の前方を所定の車間距離を保って排障車を走行させ、走行路上の障害物を排除する軌道輸送システムが開示されている。

特開平５−３３８５３８号公報

特許文献１の排障車は輸送用車両の前方のみを走行している。今、輸送用車両が終着駅に到着し、折り返し運用するときを考える。特許文献１の構成では輸送用車両の前方にいた排障車は入換線などを経由して輸送用車両の反対側まで移動させる必要が生じる。また、入換線が存在しない場合は排障車を反対側まで移動させることが出来ない。すなわち特許文献１では排障車の入換の手間が発生することや、入換線がなく折り返し運用のある軌道輸送システムには適用することが出来ないという課題がある。

本発明は上記課題に対応すべく、運用性を向上させた軌道輸送システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の軌道輸送システムは、乗客を輸送する輸送用車両と、前記輸送用車両に先行し、軌道上の障害物を検知するセンサーを有する第一の障害物検知車両と、前記輸送用車両に追従し、軌道上の障害物を検知するセンサーを有する第二の障害物検知車両と、前記輸送用車両と前記第一の障害物検知車両との間を通信可能につなぐ通信手段を備え、前記輸送用車両は、前記第一の障害物検知車両による障害物検知にもとづき減速する。

本発明によれば、運用性を向上させた軌道輸送システムを提供できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施例１における軌道輸送システムの構成を示す図である。 本発明の一実施例における折り返し運用時の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例２における軌道輸送システムの構成を示す図である。

利用者数の減少等により軌道輸送システムの運営コスト低減が求められる場合があり、軌道輸送システムの無人運転化のニーズは高い。しかし、既存の無人運転システムは、専用軌道を利用したものに限られる。専用軌道は高架化や地下化といったインフラにより他の交通の進入を遮断した専用軌道を利用したものであり、導入コストが非常に高い。既存の開放軌道を専用軌道に変更する場合には、用地や工事等、さらなる制約を考慮する必要がある。

これに対し発明者らは、開放軌道での無人運転システムを実現するための新しいアイデアを創出した。すなわち、乗客を輸送する輸送用車両とは別に、障害物検知機能を持ったセンサーを有するユニット（障害物検知車両）を走らせるアイデアである。後述する実施例では、障害物検知のための障害物検知車両を輸送用車両よりも先に走らせる運行により、無人運転を実現する例を説明する。この例によれば、万が一軌道上に障害物が存在したとしても、早期に検知し障害物検知車両と輸送用車両を停止させることができるため、安全性や運用性を向上させた軌道輸送システムを提供できる。障害物検知車両が無人運転機能を有すれば、運転士を増やすことなく本システムを導入できる。さらに輸送用車両が無人運転機能を有すれば、運転士がいなくとも列車を運行できる。その結果、一列車の編成を減らす代わりに列車の本数を増やす等、運用の自由度を高めることが出来る。

なお特許文献１には、線路上の障害物を排除する技術（段落０００２）として、軌道上を走行する輸送用車両の前方を所定の車間距離を保って排障車を走行させ、走行路上の障害物を排除する軌道輸送システム（段落０００１）が開示されている。この特許文献１の排障車は、例えば段落００１２に「小さい障害物であれば排障車によって排除され、また、排障車が排除不可能な障害物に衝突して走行不可能となった場合でも、輸送用車両を安全に停止することができる」とあるように、衝突により障害物を排除することが前提のシステムである。万が一障害物が排除できなかった場合には、運行の大幅遅延が起きうる。この排障車は、後続の輸送用車両の先頭用車両の先頭形状を空気力学的に抵抗の小さい理想的な形状にするとともに車両重量を低減することを目的としており、障害物を検知する機能については開示されていない。

これに対し実施例の軌道輸送システムは、障害物検知機能を持つ障害物検知車両が早期に障害物を検知することにより、障害物検知車両、輸送用車両ともに衝突が起きる前に停止させることを前提としたシステムである。これにより、障害物検知車両、輸送用車両、衝突する可能性のあった障害物のいずれの安全性も高いものとすることができる。また、障害物検知機能を先行走行する障害物検知車両に持たせることで、輸送用車両自体に高い検知機能、制動機能を持たせなくとも、全体として十分な検知・制動機能を発揮させられる、安全性、運用性の高いシステムを実現できる。さらに、障害物との衝突を回避した上で障害物を排除できるため、運行の遅れを抑制した運用性の高い運行も可能になる。

ところで、障害物検知技術は自動車の自動運転向けに研究が進められており、一般的にミリ波レーダー、レーザーレーダー、カメラなどが用いられている。検知距離が長いセンサーであるミリ波レーダーやカメラでも検知距離は200m程度である。自動車の制動距離は120km/hで200m程度であり、ミリ波レーダーやカメラで障害物を検知してからブレーキをかけても障害物手前で停止できる。自動車の制動距離が短いのは、乗員が着席しており、シートベルトを着用していることを前提に高い減速性能が設定されているからである。

一方で列車に代表される軌道輸送システムでは、乗客は立った状態で乗車することが想定され、一般に自動車よりも低い減速性能が設定されている。その結果、同一速度から停止するまでに必要な制動距離は自動車よりも軌道輸送システムのほうが長くなる。例えば120km/hからの制動距離は500m程度となる。そのため自動車向けのセンサーを軌道輸送システムにそのまま適用した場合、センサーの検知距離が、必要な制動距離よりも短くなってしまう可能性がある。その結果、障害物をセンサーで検知しても軌道輸送システムが障害物手前で停止できないという安全上の課題が発生する。またセンサーで検知してから停止可能な速度に最高速度を下げる場合、速達性や輸送能力の低下といった運用上の課題が発生する。この課題に対し、上記障害物検知車両の最大減速度を輸送用車両よりも大きくすれば、障害物検知車両未利用時に比べ、センサーで検知してから停止するまでの距離を短くすることができる。そうすれば、自動車の自動運転向けに開発されたセンサーを利用しながら、安全性、運用性の高い軌道輸送システムを実現できる。これは、ミリ波で止まりきれない分を、先行障害物検知車両の距離でカバーしているともいえる。

以下、本発明の実施例として、開放軌道の鉄道の例について図面を参照して説明する。

図１は、実施例１における軌道輸送システムの構成を示す図である。軌道輸送システムは乗客や貨物を乗せる輸送用車両１０１と、輸送用車両１０１に先行し軌道上前方の障害物を検知するセンサー１０５を有する第一の障害物検知車両１０２と、輸送用車両１０１の後方に追従し軌道上の障害物を検知するセンサーを有する第二の障害物検知車両１０３で構成される。輸送用車両１０１と後方の障害物検知車両１０３は連結器で接続されており、また各種制御指令の伝達に必要な制御指令線も接続されている。連結器に空気配管を含まない輸送用車両の場合は、さらに空気配管も接続される。すなわち、輸送用車両１０１と後方の障害物検知車両１０３は機械的、電気的、空気的に接続されている。障害物検知車両１０２だけでなく障害物検知車両１０３も、輸送用車両１０１と機械的に接続される接続部を有している。輸送用車両１０１の前後に配置された障害物検知車両１０２、１０３はハードウェア的、ソフトウェア的に同一構成であり配置される場所が異なるだけである。障害物検知車両１０２、１０３はお互いに通信が可能な通信手段１０４と障害物を検知するためのセンサーである障害物検知センサー１０５を備える。障害物検知センサー１０５は障害物を事前に検知することを主目的としている。少なくとも軌道上の障害物を検知できればよいが、より万全に軌道外の障害物を検知するようにしても良い。また万が一のため、障害物検知車両１０２、１０３が障害物に接触または衝突したことも検知できるようにしても良い。

前方を走行する障害物検知車両１０２は前方の障害物をセンシングし、障害物がなければ進行許可を通信手段１０４により後方の障害物検知車両１０３に送信する。輸送用車両に接続された障害物検知車両１０３は進行許可を受信している間は輸送用車両１０１に対する行動は行わない。前方の障害物検知車両１０２による障害物検知にもとづき進行許可が途絶した場合は制御指令線を通じて客車に停止指令を出力する。制御指令線が存在しない場合は輸送用車両１０１の空気配管の空気を開放することで輸送用車両にブレーキをかける。輸送用車両１０１がブレーキ装置を具備していない場合や、制御指令や空気配管の空気開放で輸送用車両がブレーキ開始しない場合は、障害物検知車両１０３がブレーキを行い、輸送用車両を停止させる。輸送用車両１０１を制駆動するこれらの制駆動部は、障害物検知車両１０２も有している。

次に折り返し運用時の動作を説明する。図２は、輸送用車両１０１、障害物検知車両１０２、１０３により実行される処理手順を示すフローチャートである。図２のフローチャート基づく動作は以下のとおりである。

ステップ２０１：
輸送用車両１０１または運行管理システム（図示せず）などから進行方向転換指示を受信する。輸送用車両１０１の乗員が進行方向転換ボタンを押下すると、後方の障害物検知車両１０３に転換指示が伝送され、通信手段１０４を用いて前方の障害物検知車両１０２に転換指示が伝送される。運行管理システムからの転換指示の場合は、障害物検知車両１０２、１０３がそれぞれ運行管理システムから受信してもよいし、後方の障害物検知車両１０３経由で受信してもよい。転換指示が確実に障害物検知車両１０２、１０３に伝送されればよくその手段は問わない。ステップ２０２へ進む。

ステップ２０２：
転換指示を受信した障害物検知車両１０２は輸送用車両１０１と接続する。接続は機械的、電気的、空気的に行われる。ステップ２０３に進む。

ステップ２０３：
障害物検知車両１０２は輸送用車両１０１と接続が正しく行われているか確認する。具体的にはブレーキ動作を行い、輸送用車両１０１がブレーキ状態となるかを確認する。ブレーキの確認がされた場合はステップ２０４に、確認が取れない場合はステップ２０５に進む。

ステップ２０４：
接続完了を後方の障害物検知車両１０３に送信する。ステップ２０６に進む。

ステップ２０５：
異常を運行管理システムに通知する。本転換処理を終了する。

ステップ２０６：
後方の障害物検知車両１０３が前方の障害物検知車両１０２からの接続完了を受信すると輸送用車両１０１との接続を解除する。ステップ２０７に進む。

ステップ２０７：
後方の障害物検知車両１０３は障害物検知センサー１０５を起動して前方のセンシングを開始する。以後、前方の障害物検知車両となる。出発指示を受信するまでこの状態で待機する。

以上のように実施例１の軌道輸送システムは、輸送用車両１０１の前方（軌道上第一の方向）に、前方の障害物を検知する第一のセンサーを有する第一の障害物検知車両１０２を走行させ、輸送用車両１０１の後方（軌道上第二の方向）に、後方の障害物を検知する第二のセンサーを有する第二の障害物検知車両１０３を走行させ、輸送用車両を第一の方向に走行させる場合は、障害物検知車両１０３を輸送用車両１０１と機械的に接続し、障害物検知車両１０２のセンサーを起動させて障害物を検知し、輸送用車両１０１を第二の方向に走行させる場合は、障害物検知車両１０２を輸送用車両１０１と機械的に接続し、障害物検知車両１０３の接続を解除しセンサーを起動させる。このように折り返し運用時の動作が、前方を走行していた障害物検知車両１０２と輸送用車両１０１の接続と、後方を走行していた障害物検知車両１０３と輸送用車両１０１の接続解除のみとなる。入換線を用いた障害物検知車両の移動が不要であり、折り返し運用時の時間が大幅に短縮される。また、入換線が存在しない駅での折り返し運用も可能となり運用性が向上する。

実施例１では輸送用車両１０１が制駆動装置を具備しており自力で加減速できる前提で説明したが、実施例２では輸送用車両が自力で加減速できない場合について説明する。図３は、実施例２における軌道輸送システムの構成を示す図である。軌道輸送システムは乗客や貨物を乗せる輸送用車両３０１と前方の障害物を検知する障害物検知車両３０２と輸送用車両３０１の後方に接続される障害物検知車両３０３で構成される。障害物検知車両３０２、３０３はお互いに通信が可能な通信手段３０４と障害物を検知するためのセンサーである障害物検知センサー３０５と制駆動部３０６を備える。制駆動部３０６以外の構成は実施例１と同じであるため、詳細な説明は行わない。制駆動部３０６は輸送用車両３０１を所定の加減速度で制御することが可能な能力を備えている。制駆動部３０６は式（１）に示す踏面力を発揮可能な性能を有する。

ここで、Fは駆動部３０６が必要な踏面力、m_tは輸送用車両の質量、m_sは障害物検知車両の質量、αは輸送用車両の要求加減速度、Rは列車抵抗である。列車抵抗には空気抵抗に相当する走行抵抗、車両の起動時に発生する出発抵抗、勾配抵抗、曲線抵抗、トンネル抵抗、回転体の回転運動に消費される加速抵抗を含む。

実施例２の構成では障害物検知車両３０２，３０３は輸送用車両３０１の後方に接続された場合に、輸送用車両３０１を駆動することが可能となる。これにより輸送用車両３０１の自走可否に関わらず列車として運用が可能となる。例えば、有人運転で運行していた１０両編成（４両は自走可、６両は自走不可）の列車車両を利用して、本実施例の起動輸送システムを無人運転で運用することを考える。この１０両編成の列車を１両ごとに分割して１０本の列車として運用させる場合に、実施例１の構成では１０両編成の車両のうち自走可能な４両しか列車として活用することが出来なかったが、実施例２の構成では残りの６両も列車として運用することが可能となる。このように実施例２の構成によれば保有するすべての車両を輸送用車両として活用することが可能となり、運用性が大幅に向上する。

実施例１、２の構成においては、輸送用車両の軌道上前方に、前方の障害物を検知する第一の障害物検知車両を走行させ、輸送用車両の軌道上後方に第二の障害物検知車両（第一の障害物検知車両と同様の性能を有するため、輸送用車両の前方を走行させた場合には前方の障害物を検知できる）を走行させ、前方の障害物検知車両が障害物を検知した場合に、輸送用車両が走行方向を変更し、第二の障害物検知車両が走行方向変更後の前方の障害物を検知する運用ができる。そのため、前方を走行する障害物検知車両が故障または損傷を受けた場合に、後方の障害物検知車両を障害物検知センサーとして利用することで輸送用車両を最寄り駅まで安全に後退させることが可能である。このようにすることで駅間において輸送用車両が立ち往生することや線路に乗客を避難させる必要がなくなり。軌道輸送システムの安全性、運用性を向上させることができる。

各実施例の障害物検知車両は、輸送用車両に先行して走行する場合に軌道上の障害物を検知するセンサと、輸送用車両に機械的に接続される接続部と、輸送用車両の後方に接続された際に、輸送用車両の前方の障害物を検知する別のセンサによる障害物検知信号を受けて、制動を制御する制御部とを有している。そのため、輸送用車両に先行しても後行しても運用できる汎用性を備えており、運用性の向上に寄与できる。

１０１ 輸送用車両
１０２ 障害物検知車両
１０３ 障害物検知車両
１０４ 通信手段
１０５ 障害物検知センサー
３０１ 輸送用車両
３０２ 障害物検知車両
３０３ 障害物検知車両
３０４ 通信手段
３０５ 障害物検知センサー
３０６ 制駆動部

Claims (9)

1. 乗客を輸送する輸送用車両と、
   前記輸送用車両に先行し、軌道上の障害物を検知するセンサーを有する第一の障害物検知車両と、
   前記輸送用車両に追従し、軌道上の障害物を検知するセンサーを有する第二の障害物検知車両と、
   前記輸送用車両と前記第一の障害物検知車両との間を通信可能につなぐ通信手段を備え、
   前記輸送用車両は、前記第一の障害物検知車両による障害物検知にもとづき減速する軌道輸送システム。
2. 前記第一の障害物検知車両と前記第二の障害物検知車両が、前記輸送車両と機械的に接続される接続部を有する請求項１の軌道輸送システム。
3. 前記接続部が、電気的、空気的な接続機能を有する請求項２の起動輸送システム。
4. 前記第一、第二の障害物検知車両のうち、前記輸送用車両の後方を走行する障害物検知車両が、前方を走行する障害物検知車両と通信して前記輸送用車両の制動を制御する請求項１の軌道輸送システム。
5. 前記第一、第二の障害物検知車両が、前記輸送用車両を制駆動する制駆動部を有する請求項２の起動輸送システム。
6. 軌道上の障害物を検知する第一のセンサと、
   乗客を輸送する輸送用車両に機械的に接続される接続部と、
   前記輸送用車両の後方に接続された際に、前記輸送用車両の前方の障害物を検知する第二のセンサによる障害物検知信号を受けて、制動を制御する制御部と
   を有する障害物検知車両。
7. 乗客を輸送する輸送用車両の軌道上前方に、前方の障害物を検知する第一の障害物検知車両を走行させ、
   前記輸送用車両の軌道上後方に、前記輸送用車両の前方を走行させた場合には前方の障害物を検知できる第二の障害物検知車両を走行させる、軌道輸送システムの運行方法。
8. 前記第一の障害物検知車両が障害物を検知した場合に、前記輸送用車両が走行方向を変更し、前記第二の障害物検知車両が走行方向変更後の前方の障害物を検知する、請求項７の起動輸送システムの運行方法。
9. 乗客を輸送する輸送用車両の軌道上第一の方向に、前記第一の方向の障害物を検知する第一のセンサーを有する第一の障害物検知車両を走行させ、
   前記輸送用車両の軌道上第二の方向に、前記第二の方向の障害物を検知する第二のセンサーを有する第二の障害物検知車両を走行させ、
   前記輸送用車両を第一の方向に走行させる場合は、前記第二の障害物検知車両を前記輸送用車両と機械的に接続し、前記第一のセンサーを起動させ、
   前記輸送用車両を第二の方向に走行させる場合は、第一の障害物検知車両を前記輸送用車両と機械的に接続し、前記第二のセンサーを起動させる軌道輸送システムの運行方法。

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