JP2021002948A - 列車保安システム、列車保安制御方法及び列車車上装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車輪の回転速度が急変する現象から、空転、滑走、又は再粘着を検知する原理に基づいて、僅かな回転速度の変化からも異変の発生を検知可能な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１０は、車両８と、列車車上装置６と、第１の装置１と、第２の装置２，３と、を備える。車両８は、軌道上を車輪４が転動することによって走行する。第１の装置１は、車輪４、及び、車輪４の車軸の少なくとも一方の回転を検出する。第２の装置２，３は、車両８の走行状態を検出する。列車車上装置６は、車両８の走行を制御するために車両８に搭載された制御装置であり、第１の装置１の検出結果と第２の装置２，３の検出結果とに基づいて、車両８の滑走、及び、空転の少なくとも一方を判定する。この列車車上装置６は、この判定結果と、地上装置からの信号と、に基づいて、車両８の走行を保安制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、列車保安システム、列車保安制御方法及び列車車上装置に関する。

特許文献1には、車輪の回転速度に応じた速度パルスを生成する速度発電機と、軌道上へ照射したミリ波の反射波に基づいて第１の列車速度を検出する速度センサと、を備え、前記速度パルスに基づいて生成された第２の列車速度と第１の列車速度とを比較して、当該比較結果に所定値以上の差が生じた場合に故障や空転・滑走等の故障が発生したと判断する技術が開示されている。

特開2017-163623号公報

しかしながら、速度発電機により検知された速度検出値と、ミリ波センサを用いた速度検出値との間に定常的に一定の速度検出誤差が発生することが考えられるため、そのような誤差が異常判定の閾値を超えてしまった場合には、特許文献1の技術では、空転・滑走が発生していないにも関わらず、速度発電機の出力に異常が発生したと判断してしまうという課題がある。また、このような空転・滑走の誤検知を防止するために異常判定の閾値を大きな値に設定することが考えられるが、空転・滑走の検知が遅れてしまうという課題が生じる。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車輪又は車軸の回転速度に基づき検知された速度検出値と、ミリ波センサ等の非接触速度センサを用いた速度検出値との間に定常的な速度検出誤差が生じた場合であっても、車輪の空転・滑走をより正確に検知できる列車保安システムを提供することにある。

上記課題を解決する本発明は、一例として、軌道上を車輪が転動することによって走行する車両と、該車両の走行を制御するための列車車上装置と、を備える列車保安システムであって、前記車輪、及び、該車輪の車軸の少なくとも一方の回転を検出する第１の装置と、前記車両の走行状態を検出する第２の装置と、を備え、前記列車車上装置は、前記第１の装置の検出結果と前記第２の装置の検出結果とに基づいて生成した速度差の変化量、もしくは加速度の差分に応じて、前記車両の滑走、及び、空転の少なくとも一方を判定し、該判定と地上装置からの信号とに基づいて、前記車両の走行を保安制御するものである。

本発明によれば、車輪の回転速度が急変する現象から、空転、滑走、又は再粘着を検知する原理に基づいて、僅かな回転速度の変化からも異変の発生を検知可能な列車保安システムを提供できる。

本発明の実施形態（実施例１〜３）に係る列車保安システムの概略を説明するブロック図である。 図１の列車保安システムにおいて、列車車上装置が内部で演算する速度、加速度について説明する図表である。 実施例１に係る列車保安システムによる滑走検出を説明するタイムチャートである。 実施例１に係る列車保安システムによる空転検出を説明するタイムチャートである。 実施例２に係る列車保安システムによる滑走検出を説明するタイムチャートである。 実施例２に係る列車保安システムによる空転検出を説明するタイムチャートである。 図１の列車保安システムを用いた列車保安制御方法の動作手順を説明するフローチャートである。

まず、関連する規定に基づいて用語を定義する。列車とは、停車場外の線路を運転させる目的で組成された車両をいう。列車として運転する場合には、車両に比べて高度な安全要件を満たすことが要求されるため、運転士を乗務させる義務がある。逆に、無人運転を視野に入れた場合、列車と呼べず、車両、又は車体と呼ぶこともある。

自動列車制御装置（ＡＴＣ：Automatic Train Control）とは、鉄道における信号保安装置の一種であり、先行列車との間隔及び進路の条件に応じて、車内に列車の許容運転速度を示す信号を現示し、その信号の現示に従って、列車の速度を自動作用により低下する機能を持った装置をいう。

本願で開示する以前の一般的解釈において、列車保安システムとは、少なくとも、列車車上装置（以下、単に「車上装置」ともいう）と、地上装置と、を備え、ＡＴＣ等の制御装置による安全運行を実現するように構成されたシステムをいう。

本願で開示する列車保安システムは、上述した一般的な列車保安システムにおいて、列車ダイヤの稠密化、さらには無人の自動運転を実現させることを視野に入れて、一段と高精度化するために進歩させたものである。無人運転では、上述した法令の規定により、列車でなく車両と呼ぶこともあるが、ここでは、無人運転も含めて高度な安全要件を満たすものとして、列車保安システムと呼ぶ。

また、本願で開示する列車車上装置（車上装置）は、少なくとも在線位置Ｘと、速度Ｖと、に基づいて車両を安全運行させるため、車両に搭載された制御装置をいう。なお、この車上装置は、上述した定義のように、必ずしも、地上子との間で保安情報Ｙを受信（送受信）する機能が具備されたものでなくても、実施可能である。また、この車上装置は、一般的に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリを備えたコンピュータが、メモリに記憶されたプログラムを実行するソフトウェアで実現されるが、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。

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら以下に説明する。また、本発明の実施例１〜３に係る実施形態の全般的な内容を図１、図２及び図９に示す。また、実施例１を図３及び図４に示す。また、実施例２を図５及び図６に示す。なお、以下の説明において、列車保安システムを「本システム」と略記する。同様に、列車保安制御方法を「本方法」と略記する。

図１は、本システムの概略を説明するブロック図である。図２は、図１の本システムにおいて、車上装置６が内部で演算する速度、加速度について説明する図表である。本システム１０は、移動閉塞における在線位置Ｘ（不図示）と速度Ｖと少なくとも何れかの情報を含む保安情報Ｙ（不図示）を用いて車両８の安全運転を支援するものである。

本システム１０は、車両８と、回転速度検出装置（第１の装置）１と、対地速度検出装置（第２の装置）２と、加速度検出装置（第２の装置）３と、演算部５と、車上装置６と、異常報知部７と、を備えて構成される。車両８は、車輪４を備える鉄道車両である。回転速度検出装置１は、車輪４、又は車軸の回転速度を検出して回転速度信号Ｐ１を発生する。回転速度信号Ｐ１は、車両８を制御する車上装置６に入力される。

ここで、第１の装置１は、車輪４に由来する回転速度検出装置であり、第２の装置２，３は、車輪４の回転に由来しない列車速度検出手段であれば、対地速度検出装置２や加速度検出装置３でなくても構わない。演算部５は、第１系速度Ｖ１と第２系速度Ｖ２，Ｖ３との差分及び差分の変化量を求める。異常報知部７は、差分の変化量が閾値を超えたとき、車輪４の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生（開始）したものと判定する。

その場合、異常報知部７から車上装置６へ異常事態発生信号Ｅを入力する。異常事態発生信号Ｅには、空転、滑走、又は再粘着等の異変を区別して報知する情報が含まれている。なお、図１に示した車上装置６に、対地速度検出装置２と、加速度検出装置３と、演算部５と、異常報知部７と、を含んでいてもいなくても構わない。これらは、車上装置６に対して制御信号の授受を可能に接続されていれば良く、車上装置６と同一筐体に内蔵されているか否かは何れでも構わない。

本システム１０は、車輪４の回転速度が急変する現象から、空転、滑走、又は再粘着等の異変を検知する原理を適用する。また、第１の装置１は、車両８の車輪４の回転に応じた第１事象に基づいて車両８の第１系速度Ｖ１を出力する。したがって、本システム１０は、第１系速度Ｖ１を監視することにより、車輪の回転速度が急変する現象を検知して、空転、滑走、又は再粘着等の異変を検知することが可能である。

対地速度検出装置２は、列車と地面の相対速度を検出する対地速度信号Ｐ２を発生する。対地速度信号Ｐ２は、車両８を制御する車上装置６に入力される。この対地速度検出装置（第２の装置）２は、例えば、電磁波を地面、又は物体に照射し、反射波に基づいて対地速度信号Ｐ２を得る。すなわち、第２の装置２は、ドップラー効果を適用して得られた第２系速度Ｖ２を車両８の対地速度とした。ドップラー効果は、車輪４の回転に応じた第１事象との直接的な関係が少ない第２事象である。

そのドップラー効果の波動は、例えば、ミリ波帯の電磁波を利用することが可能であるが、ミリ波帯以外の帯域の電磁波を適用することも可能である。

このような、第２事象に基づく第２の装置２は、本システム１０を高精度にする作用効果がある。対地速度信号Ｐ２は、対地速度検出装置２で検出した物理的な変化量に関する信号でも良い。さらに、対地速度信号Ｐ２は、対地速度検出装置２内で列車速度に変換された情報でも良い。列車の加速度を検出する加速度系検出装置３は、加速度信号Ｐ３を発生し、その加速度信号Ｐ３は車両８を制御する車上装置６に入力される。

また、ブレーキ性能で定められる制動距離以上に、相当の車間距離が必要であったとすれば、保安情報Ｙの精度に改善余地があると考えられる。そのことが、列車ダイヤの緻密化に対する制約条件となっていた。本システム１０によれば、移動閉塞における在線位置Ｘ、及び速度Ｖの保安情報Ｙが高精度化することにより、軌道上の車間距離を縮めることが可能となる。その結果、列車ダイヤを緻密化して運行本数を増加できる効果がある。さらに、最終的には、無人運転の実現にも近づけられる。本システム１０は、このようにして車両８の安全運転を支援することができる。

図２に示すように、車上装置６には回転速度信号Ｐ１、対地速度信号Ｐ２、加速度信号Ｐ３が入力さる。これらは、異種類のセンサから得られた信号であり、これらの信号からそれぞれ速度、加速度が算出される。回転速度信号Ｐ１と車輪４の直径等の情報に基づいて列車速度を算出する。この列車速度を回転系速度Ｖ１とする。また、第１系速度Ｖ１から加速度を演算し回転系加速度Ａ１とする。

対地速度信号Ｐ２が対地速度検出装置（第２の装置）２で検出した物理的な変化量に関する信号であった場合、車上装置６内で演算して列車速度を算出する。あるいは、対地速度信号Ｐ２が、既に換算されて列車速度を示している場合、その値を列車速度とする。この列車速度を対地系速度Ｖ２とする。

また、対地系速度Ｖ２から加速度を演算し対地系加速度Ａ２とする。加速度信号Ｐ３から列車速度を演算する。この列車速度を加速度系速度Ｖ３とする。また、加速度信号から得られた加速度を加速度系加速度Ａ３とする。

図３は、本発明の実施例１に係る列車保安システムによる滑走検出を説明するタイムチャートである。図３の横軸は時間であり、この時間軸を共通にして、縦軸の上から順に４つの異なるグラフをそれぞれ離すように示している。各グラフは、速度グラフ１１と、速度差グラフ１２と、速度差の変化量グラフ１３と、滑走検知状態グラフ１４と、である。各グラフについて以下に説明する。下記の処理は車上装置６で行う。

速度グラフ１１は縦軸に速度を示している。この速度グラフ１１に示された回転系速度Ｖ１と対地系速度Ｖ２の速度差１６を速度差グラフ１２に示している。つまり、速度差グラフ１２は、縦軸に速度差が示されている。速度差の変化量グラフ１３は、算出された速度差の変化量1７を縦軸に示している。変化量１７が正なら変化量の増大を示し、変化量１７が負なら変化量の減少を示す。

滑走検知状態グラフ１４は、縦軸に検知と、未検知と、を区別し易いような矩形波にグラフ化して示している。すなわち、滑走検知状態グラフ１４は、滑走検知状態１８を、速度差の変化量グラフ１３に示す速度差の変化量１７に基づいてグラフ化したものである。

本システム１０では、車上装置６が回転系速度（第１系速度）Ｖ１と対地系速度（第２系速度）Ｖ２から速度差１６を算出し、その速度差１６から速度差の変化量１７を算出する。または、対地系速度検出装置に換えて加速度検出装置を搭載する場合には、回転系速度（第１系速度）Ｖ１と加速度信号を積分して生成された加速度系速度Ｖ３から速度差１６を算出し、その速度差１６から速度差の変化量１７を算出する。その速度差の変化量１７がある閾値を上回る、又は下回った場合に、滑走検知状態１８を滑走検知とする。

図４は、本発明の実施例１に係る列車保安システムによる空転検出を説明するタイムチャートである。図４の横軸は時間であり、この時間軸を共通にして、縦軸の上から順に４つの異なるグラフをそれぞれ離すように示している。各グラフは、速度グラフ１１と、速度差グラフ１２と、速度差の変化量グラフ１３と、空転検知状態グラフ１５と、である。各グラフについて以下に説明する。下記の処理は車上装置６で行う。

空転検知状態グラフ１５も、縦軸に検知と、未検知と、を区別し易いような矩形波にグラフ化して示している。すなわち、空転検知状態グラフ１５も、空転検知状態１９を、速度差の変化量グラフ１３が示した速度差の変化量１７に基づいてグラフ化している。

図４が図３と異なる点は、図３の滑走検知状態グラフ１４を、図４で空転検知状態グラフ１５に代えた点である。滑走では、車輪４の回転がロック状態に近くなるので、第１系速度Ｖ１が急低下したことを図３に示した。これに対し、空転は逆で有り、第１系速度Ｖ１が急上昇したことを図４に示している。

空転は一般的に列車の力行中に発生することから、速度グラフ１１の速度が右上がりであり、空転した場合、回転系速度Ｖ１が一時的に急上昇するという点が滑走検知を示す図３とは異なる。しかし、検出方法は図３と同様に、２つの速度情報から速度差１６を求め、速度差の変化量１７を算出する。その速度差の変化量１７がある閾値を上回る、又は下回った場合に、空転検知状態グラフ１５に示す空転検知状態１９を空転検知とする。ここで速度差１６は、回転系速度Ｖ１と対地系速度Ｖ２の速度差、もしくは回転系速度Ｖ１と加速度系速度Ｖ３の速度差として算出することができる。

以上、説明したように、本システム１０は、車輪４の回転速度信号Ｐ１から算出される列車速度、すなわち回転系速度（第１系速度）Ｖ１と、対地速度検出装置２から求められる列車速度、すなわち対地系速度（第２系速度）Ｖ２と、の速度差１６の変化量１７を検出し、空転、滑走の検知、及びこれら異変の終了を判定する条件の一つとする。これにより、車輪４の回転速度が急変する現象から、空転、滑走、又は再粘着を検知する原理に基づいて、回転速度の変化量が僅かであっても、異常事態の発生と終了を迅速に検知可能となる。

したがって、図３や図４に示すように、回転系速度Ｖ１と対地系速度Ｖ２（加速度信号により生成した加速度計速度Ｖ３）の検知速度の間に定常的な差が発生しているような場合であっても、従来よりも高精度な空転、又は滑走、あるいは再粘着の検知を行うことができる。その結果、列車走行の安全性を高めることができる。

図５は、本発明の実施例２に係る列車保安システムによる滑走検出を説明するタイムチャートである。図５の横軸は時間であり、この時間軸を共通にして、縦軸の上から順に４つの異なるグラフをそれぞれ離すように示している。各グラフは、速度グラフ２１と、加速度グラフ２２と、加速度差グラフ２３と、滑走検知状態グラフ２４と、である。各グラフについて以下に説明する。下記の処理は車上装置６で行う。

回転系速度（第１系速度）Ｖ１を速度グラフ２１に示す。速度グラフ２１は縦軸に速度、横軸に時間を示している。回転系加速度Ａ１と加速度系加速度Ａ３を加速度グラフ２２に示す。加速度グラフ２２は縦軸に加速度、横軸に時間を示している。加速度差グラフ２３に回転系加速度Ａ１と加速度系加速度Ａ３の差２６を算出し、加速度差グラフ２３に示す。加速度差グラフ２３は、縦軸に加速度差、横軸に時間を示している。

速度差グラフ２３に示す加速度差２６に基づいて滑走検知状態２８を、グラフ化したものを滑走検知状態グラフ２４に示す。滑走検知状態グラフ２４は、縦軸に滑走検知、横軸に時間を示している。

本システム１０は、車上装置６が第１系速度Ｖ１を微分することにより回転系加速度Ａ１を算出し、加速度検出装置３からの加速度信号Ｐ３から加速度系加速度Ａ３を算出し、それぞれの加速度差２６を算出する。または、加速度検出装置３に換えて対地速度検出装置を用いる場合には、第１系速度Ｖ１から生成された回転系加速度Ａ１と対地系速度Ｖ２から生成された対地系加速度Ａ２の加速度差を算出する。その加速度差２６がある閾値を上回るか、又は下回った場合に、滑走検知状態２８を滑走検知とする。

図６は、本発明の実施例２に係る列車保安システムによる空転検出を説明するタイムチャートである。図６の横軸は時間であり、この時間軸を共通にして、縦軸の上から順に４つの異なるグラフをそれぞれ離すように示している。各グラフは、速度グラフ２１と、加速度グラフ２２と、加速度差グラフ２３と、空転検知状態グラフ２５と、である。

図６が図５と異なる点は、図５の滑走検知状態グラフ２４を、図６で空転検知状態グラフ２５に代えた点である。滑走では、車輪４の回転がロック状態に近くなるので、回転系速度（第１系速度）Ｖ１が急低下したことを図５に示した。これに対し、空転は逆で有り、回転系速度（第１系速度）Ｖ１が急上昇したことを図６に示している。各グラフについて以下に説明する。下記の処理も車上装置６で行う。

回転系速度Ｖ１を速度グラフ２１に示す。回転系加速度Ａ１と加速度系加速度Ａ３を加速度グラフ２２に示す。加速度差グラフ２３に回転系加速度Ａ１と加速度系加速度Ａ３（又は対地系加速度Ａ２）の差２６を算出し、加速度差グラフ２３に示す。空転検知状態グラフ２５は、加速度差グラフ２３に示す加速度差２６に基づいて、空転検知状態２９をグラフ化したものである。

空転は一般的に列車の力行中に発生することから、速度グラフ２１の速度が右上がりであり、空転した場合、回転系速度Ｖ１が一時的に急上昇するという点が滑走検知を示す図５とは異なる。しかし、検出方法は図５と同様に、２つの加速度情報から加速度差２６を求め、その加速度差２６がある閾値を上回る、又は下回った場合に、空転検知状態グラフ２５に示す空転検知状態２９を空転検知とする。

［補足］
なお、図３〜図６に示したグラフは、実施例１〜２の本システム１０をそれぞれ説明するために、異変を極端に目立たせて記載している。しかし、実際の本システム１０は、図３〜図６において、僅かな異変が検知され次第、瞬時に対応される。この瞬時対応のためにも、本システム１０は、図７の第１系速度検出ステップＳ１〜異常報知ステップＳ４の処理を反復継続的に実行し、適宜にステップＳ５の処理を行う。

列車制御ステップＳ５の処理は、つぎに例示列挙する内容について、車上装置６が各部（不図示）に実行させる制御信号を発令する。滑走したらブレーキを弱める。滑走から再粘着したらブレーキを強める。空転したら空転対策として、駆動トルクを弱める、駆動輪とレールの間に滑り止めの砂をまく、駆動輪の軸重を重くする。空転から再粘着したら空転対策を解除する。これら、例示列挙する以外にも適宜制御すれば良い。

なお、本発明は、上述した実施例１〜２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、上述した実施例は、本発明を分かり易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、上記の各構成、機能、処理部等は、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。

そしてまた、上述の各構成、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、ハードディスク及びＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード及びＤＶＤ等の記録媒体に記録させることができる。

なお、本システム１０は、つぎのように総括することができる。
［１］本システム１０は、地上装置から受け取る保安情報を用いて車両８の安全運転を支援するものである。本システム１０は、車両８と、車上装置６と、第１の装置１と、第２の装置２，３と、を備える。車両８は、軌道上を車輪４が転動することによって走行する。第１の装置１は、車輪４、及び、車輪４の車軸の少なくとも一方の回転を検出する。第１の装置１と異なる第２の装置２，３は、車両８の走行状態を検出する。

車上装置６は、車両８の走行を制御するために車両８に搭載された制御装置であり、第１の装置１の検出結果と第２の装置２，３の検出結果とに基づいて、車両８の滑走、及び、空転の少なくとも一方を判定する。車上装置６は、この判定結果と、地上装置からの信号と、に基づいて、車両８の走行を保安制御する。

［２］車上装置６は、車両８に搭載され、保安情報に基づいて車両を制御するものであると良い。さらに、この車上装置６は、演算部５と、異常報知部７と、を備えるか、又は制御信号の授受を可能に接続されていることが好ましい。演算部５は、第１の装置１により得られる第１系速度Ｖ１と第２の装置２，３により得られる第２系速度Ｖ２との差分を求め、当該差分の変化量を求める。異常報知部７は、差分の変化量が閾値を超えたとき、車輪４の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生したものと判定し、その判定結果を車両８の制御に反映させるように報知する。

なお、図１において、回転速度検出装置１は第１の装置１を意味し、対地速度検出装置２及び加速度検出装置３は、第２の装置２，３を意味している。この第１系速度Ｖ１を監視することにより、車輪４の回転速度が急変する現象を検知することが可能である。したがって、車輪４の回転速度が急変する現象から、空転、滑走、又は再粘着を検知する原理を適用できる。

ただし、この原理において、監視中の車輪４が回転速度を緩慢に変化した場合、従来の検出方法では、空転、滑走、又は再粘着の異変を確実に検知することが困難であった。この場合、運行中の車両８が、実際に起動加速又は制動停止の運転操作どおりに、第１系速度Ｖ１が変化しているのであれば、空転、又は滑走の現象でなく、当然に再粘着の現象でもない。

あるいは、僅かながら空転、又は滑走しているとしても、その異変を確実に判別することは困難であった。そこで、本システム１０は、車両８の速度Ｖについて、第１系速度Ｖ１とは別系統から得られた第２系速度Ｖ２，Ｖ３の情報と併せて異変を高精度で検出できるように構成されている。

第２の装置２，３は、車輪４の回転に応じた第１事象とは異なる第２事象に基づいて車両８の第２系速度Ｖ２，Ｖ３を出力可能である。すなわち、第２の装置２，３は、車輪４の回転とは直接に関係せず、もっぱら、運行中の車両８が、実際に起動加速又は制動停止している状態に、より近い第２事象に基づく第２系速度Ｖ２，Ｖ３を出力可能である。

一方の第１系速度Ｖ１は、を監視することにより、車輪４の回転速度が急変する現象を検知することが可能である。他方の第２系速度Ｖ２，Ｖ３は、車両８が空転、又は滑走している異常事態の最中でも、第１系速度Ｖ１に比べて、実際の車両８の走行状態に係る速度変化を忠実に表現できる。ここで、演算部５は、第１系速度Ｖ１と第２系速度Ｖ２，Ｖ３との差分の変化量を求める。

これらの差分Ｖ１−Ｖ２，又は差分Ｖ１−Ｖ３は、異変現象による第１系速度Ｖ１の変化分から、運転操作どおりの起動加速又は制動停止の現象（通常加減速現象）による変化分が除外される。その結果、監視中の車輪４が、回転速度を緩慢に変化させた場合、僅かでも空転、滑走、又は再粘着の異変が発生していれば、その異変現象のみを検知することが可能である。

異常報知部７は、差分の変化量が閾値を超えたとき、車輪４の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生（開始）したものと判定する。逆に、差分の変化量が再び閾値に収まったとき、空転又は滑走の状態から再粘着して異常事態が終了した（復旧した）ものと判定する。異常報知部７は、これらの判定結果を車上装置６へ報知する。

車上装置６は、車両８に搭載されており、保安情報に基づいて車両８を制御するものである。また、現状では、車両８の車輪４の回転に応じた第１事象に基づいて、車両８の在線位置Ｘが求められている。この在線位置Ｘは、車輪４の空転又は滑走等の異常事態があれば、誤差が発生することを避けられない。

しかし、本システム１０は、車輪４の回転に応じた第１事象に基づく第１の装置１と、それとは直接的な関係が少ない第２事象に基づく第２の装置２，３と、これら両者の出力の差分Ｖ１−Ｖ２の変化量，又は差分Ｖ１−Ｖ３の変化量が得られる演算部５と、を備えている。なお、差分Ｖ１−Ｖ２と、差分Ｖ１−Ｖ３と、は何れも逆の差分であっても構わない。すなわち、差分Ｖ２−Ｖ１の変化量と、差分Ｖ３−Ｖ１の変化量と、であっても良い。

演算部５が出力する差分の変化量を得られたならば、車輪４の回転速度が変化する現象について、僅かな空転、滑走、又は再粘着の現象、すなわち異変現象と、滑りの無い通常現象と、何れの状態であるかを区別することが可能となる。その結果、本発明によれば、車輪４の回転速度が急変する現象から、空転、滑走、又は再粘着を検知する原理に基づいて、回転速度の変化が僅かであっても、異変の発生を検知可能な列車保安システムを提供できる。

［３］本システム１０は、軌道上を車輪４が転動することによって走行する車両８と、車両８の走行を制御するための列車車上装置６と、を備える。本システム１０は、さらに、回転速度検出装置１と、加速度検出装置２と、を備える。回転速度検出装置１は、車輪４、及び、車輪４の車軸の少なくとも一方の回転速度から車両８の速度Ｖ１を検出する。加速度検出装置３は、車両８の加速度Ａ３を検出する。

また、列車車上装置６は、回転速度検出装置１の速度検出結果から加速度情報Ａ１を生成する。列車車上装置６は、生成した加速度情報Ａ１と、加速度検出装置３の加速度情報Ａ３との差分（図６の加速度差２６）に基づいて、車両８の滑走、及び、空転の少なくとも一方を判定する。列車車上装置６は、その判定と地上装置からの信号とに基づいて、車両８の走行を保安制御する。

［４］列車車上装置６は、車両８に搭載され少なくとも速度情報（Ｖ１〜Ｖ３の何れか）を含む保安情報に基づいて車両を制御する。列車車上装置６は、さらに、演算部５と、異常報知部７と、を備えるか、又は制御信号の授受を可能に接続された。演算部５は、回転速度検出装置１の検出結果から生成される加速度情報Ａ１と、加速度検出装置３により得られる加速度情報Ａ３との差分（図６の加速度差２６）を求める。異常報知部５は、その差分が閾値を超えたとき（図６の空転検知状態２９）、車輪４の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生したものと判定し、その判定結果を車両８の制御に反映させるように報知する。

［５］本システム１０は、移動閉塞における在線位置Ｘの情報も含む保安情報Ｙを用いて列車の安全運転を支援することが好ましい。車両８は、移動閉塞の信号システムの下に、在線位置Ｘと速度Ｖと少なくとも何れかを含む保安情報Ｙを用いて、追突防止の安全領域を確保しながら安全運転される。本システム１０は、回転速度の変化量が僅かであっても、異変の発生を迅速に検知可能である。この迅速検知された異常事態発生信号Ｅ（不図示）の得られたタイミングで、何らかの補正を速やかに行えば、車輪４の空転又は滑走による在線位置Ｘの狂いを少なくできる。その結果、より安全性を高めることができる。

［６］第２の装置２は、ドップラー効果を第２事象に適用して得られた第２系速度Ｖ２を車両８の対地速度とした。ドップラー効果は、車輪４の回転に応じた第１事象との直接的な関係が少ない第２事象である。これによれば、車輪４の滑りによる速度誤差の少ない第２系速度Ｖ２が得られる。第２系速度Ｖ２と第１系速度Ｖ１との差分も高精度に得られる。したがって、異変検知機能を高精度にする作用効果が得られる。このドップラー効果を得るための波動は、電磁波又は音波が好適であり、実用化が容易である。

そのドップラー効果の波動は、例えば、ミリ波帯の電磁波を利用することが可能であるが、ミリ波帯以外の帯域の電磁波を適用することも可能である。

第２の装置３は、車両８に配設された加速度センサ３で検出される加速度信号Ｐ３の変化を第２事象として適用可能である。加速度センサ３が生成する加速度系速度Ｖ３は、対地系速度Ｖ２とは異なり、車両８の外気から、視覚的にも完全に遮蔽密封状態の筐体内部に形成できるので、設計の自由度を広げる効果がある。

また、加速度と、速度の関係は、それぞれを時間で微分、又は積分することにより変換できるので、これらの何れかで差分を得るため演算処理は、所定のコンピュータプログラム等を実行することにより実現できる。
［７］第２の装置は、車両８に搭載された加速度系検出装置（加速度センサ）３から得られる加速度情報Ａ３を積分することにより車両８の速度Ｖ３を検出する。
［８］逆に、加速度検出装置３は、車両８に搭載された対地速度検出装置（対地速度センサ）２から得られた速度情報Ｖ２を微分することにより車両８の加速度Ａ２を検出する。

また、本発明の実施形態に係る列車車上装置（車上装置）６は、つぎのように総括できる。
［９］車上装置６は、車両８に搭載され、保安情報Ｙに基づいて車両８を制御することにより、車両８の安全運転を支援する制御装置である。この車上装置６は、保安情報を用いて制御することが好ましい。

車上装置６は、第１の装置１と、第２の装置２，３と、演算部５と、異常報知部７と、を備えるか、又は組み合わせて機能発揮できるように構成される。このような車上装置６の構成要件は、上記［１］の本システム１０と概ね同様であり、同様の作用効果が得られる。

本方法は、図７を用いて以下のように総括できる。図７は、図１の本システム１０を用いた列車保安制御方法（本方法）の動作手順を説明するフローチャートである。
［１０］本方法は、軌道上を車輪４が転動することによって走行する車両８と、車両８の走行を制御するための車上装置６と、を備える列車保安制御方法である。

本方法は、図７に示すように、第１系速度検出ステップＳ１と、第２速度系検出ステップＳ２と、差分変化量算出ステップＳ３と、異常報知ステップＳ４と、列車制御ステップＳ５と、を有する。第１系速度検出ステップＳ１は、第１の装置１により車輪４、及び、車輪４の車軸の少なくとも一方の回転を検出して車両８の第１系速度Ｖ１を検出する。第２系速度検出ステップＳ２は、第２の装置２，３により車両８の走行状態に基づく第２系速度を検出する。差分算出ステップＳ３は、演算部５により第１系速度と第２系速度との差分の変化量を求める。

異常報知ステップＳ４は、差分の変化量が閾値を超えたとき、異常報知部７は、車輪４の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生したものと判定し、その判定結果を異常事態発生信号Ｅとして車両８に搭載された車上装置６へ報知する。列車制御ステップＳ５は、異常事態発生信号Ｅの内容に応じて、車上装置６が車両８を制御する。このような本方法の構成要件も、上記［１］の本システム１０と概ね同様であり、これらによる作用効果も同様である。

［１１］また、上記［１０］の本方法において、異常報知部７は、差分の変化量が閾値を超えて異常事態が発生した後で、差分の変化量が閾値以下に戻ったとき、異常事態が終了したものと判定する。車輪４の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生してから、再び粘着して異常事態が終了するまでの期間は、車両８の車輪４の回転に応じた第１事象に基づく在線位置Ｘの算出に何らかの補正等が必要となることを明確にすることができる。その結果、何らかの補正手段等を組み合わせれば、より高精度な保安情報を生成して車両８の安全運転を支援することもできる。

１ 回転速度検出装置（第１の装置）、２ 対地速度検出装置（第２の装置）、３ 加速度系検出装置（第２の装置）、４ 車輪、５ 演算部、６ 列車車上装置（車上装置）、７ 異常報知部、８ 列車（車両）、１０ 列車保安システム（本システム）、１１ 速度グラフ、１２ 速度差グラフ、１３ 速度差の変化量グラフ、１４ 滑走検知状態グラフ、１５ 空転検知状態グラフ、１６ 速度差、１７ 速度差の変化量、１８ 滑走検知状態、１９ 空転検知状態、２１ 速度グラフ、２３ 加速度差グラフ、２４ 滑走検知状態グラフ、２５ 空転検知状態グラフ、２６ 加速度差、２８ 滑走検知状態、２９ 空転検知状態、３１ 速度グラフ、３２ 距離差グラフ、３３ 距離差の変化量グラフ、３４ 滑走検知状態グラフ、３５ 空転検知状態グラフ、３６ 距離差、３７ 距離差の変化量、３８ 滑走検知状態、３９ 空転検知状態、Ａ１ 回転系加速度、Ａ２ 対地系加速度、Ａ３ 加速度系加速度、Ｅ 異常事態発生信号、Ｐ１ 回転速度信号、Ｐ２ 対地速度信号、Ｐ３ 加速度信号、Ｖ１ 回転系速度（第１系速度）、Ｖ２ 対地系速度（第２系速度）、Ｖ３ 加速度系速度（第２系速度）

Claims (11)

1. 軌道上を車輪が転動することによって走行する車両と、該車両の走行を制御するための列車車上装置と、を備える列車保安システムであって、
   前記車輪、及び、該車輪の車軸の少なくとも一方の回転速度から前記車両の速度を検出する第１の装置と、
   前記車両の対地速度を検出する第２の装置と、
   を備え、
   前記列車車上装置は、前記第１の装置の検出結果と前記第２の装置の検出結果との差分の変化量に基づいて、前記車両の滑走、及び、空転の少なくとも一方を判定し、該判定と地上装置からの信号とに基づいて、前記車両の走行を保安制御する列車保安システム。
2. 前記列車車上装置は、前記車両に搭載され少なくとも速度情報を含む保安情報に基づいて前記車両を制御するとともに、
   さらに、
   前記第１の装置により得られる第１系速度と前記第２の装置により得られる第２系速度との差分の変化量を求める演算部と、
   前記差分の変化量が閾値を超えたとき、前記車輪の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生したものと判定し、その判定結果を前記車両の制御に反映させるように報知する異常報知部と、
   を備えるか、又は制御信号の授受を可能に接続された、
   請求項１に記載の列車保安システム。
3. 軌道上を車輪が転動することによって走行する車両と、該車両の走行を制御するための列車車上装置と、を備える列車保安システムであって、
   前記車輪、及び、該車輪の車軸の少なくとも一方の回転速度から前記車両の速度を検出する回転速度検出装置と、
   前記車両の加速度を検出する加速度検出装置と、
   を備え、
   前記列車車上装置は、前記回転速度検出装置の速度検出結果から加速度情報を生成し、生成した当該加速度情報と、前記加速度検出装置の加速度情報との差分に基づいて、前記車両の滑走、及び、空転の少なくとも一方を判定し、該判定と地上装置からの信号とに基づいて、前記車両の走行を保安制御する列車保安システム。
4. 前記列車車上装置は、前記車両に搭載され少なくとも速度情報を含む保安情報に基づいて前記車両を制御するとともに、
   さらに、
   前記回転速度検出装置の検出結果から生成される加速度情報と、前記加速度検出装置により得られる加速度情報との差分を求める演算部と、
   前記差分が閾値を超えたとき、前記車輪の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生したものと判定し、その判定結果を前記車両の制御に反映させるように報知する異常報知部と、
   を備えるか、又は制御信号の授受を可能に接続された、
   請求項３に記載の列車保安システム。
5. 移動閉塞における在線位置情報も含む保安情報を用いて前記車両の安全運転を支援する、
   請求項１乃至４のいずれか１項に記載の列車保安システム。
6. 前記第２の装置は、ドップラー効果を適用して得られた第２系速度を前記車両の対地速度とし、
   前記ドップラー効果を得るための波動は電磁波又は音波である、
   請求項１又は請求項２に記載の列車保安システム。
7. 前記第２の装置は、前記車両に搭載された加速度センサから得られる加速度情報を積分することにより前記車両の速度を検出する、
   請求項１又は請求項２に記載の列車保安システム。
8. 前記加速度検出装置は、前記車両に搭載された対地速度センサから得られた速度情報を微分することにより前記車両の加速度を検出する、
   請求項３又は請求項４に記載の列車保安システム。
9. 軌道上を車輪が転動することによって走行する車両に搭載されて、該車両の走行を制御するための列車車上装置であって、
   前記車輪、及び、該車輪の車軸の少なくとも一方の回転を検出する第１の装置により得られる第１系速度、又は第１の加速度と、
   前記車両の走行状態を検出する第２の装置により得られる第２系速度、又は第２の加速度と、
   を取得し、
   前記第１系速度と前記第２系速度の差分の変化量が閾値を超えたとき、又は前記第１の加速度と前記第２の加速度の差分が閾値を超えたとき、前記車両の滑走、及び、空転の少なくとも一方を判定し、該判定と地上装置からの信号とに基づいて、前記車両の走行を保安制御する、
   列車車上装置。
10. 軌道上を車輪が転動することによって走行する車両と、該車両の走行を制御するための列車車上装置と、を備える列車保安制御方法であって、
    第１の装置により前記車輪、及び、該車輪の車軸の少なくとも一方の回転を検出して前記車両の第１系速度、又は第１加速度を検出する第１系検出ステップと、
    第２の装置により前記車両の走行状態に基づく第２系速度、又は第２加速度を検出する第２系検出ステップと、
    演算部により前記第１系速度と前記第２系速度との差分の変化量、もしくは前記第１加速度と前記第２加速度との差分を求める差分算出ステップと、
    速度情報の差分の変化量、もしくは加速度情報の差分が閾値を超えたとき、異常報知部は、前記車輪の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生したものと判定し、その判定結果を異常事態発生信号として前記車両に搭載された列車車上装置へ報知する異常報知ステップと、
    前記異常事態発生信号を用いて、前記列車車上装置が前記車両を制御する列車制御ステップと、
    を有する、
    列車保安制御方法。
11. 前記異常報知部は、前記速度情報の差分の変化量、もしくは前記加速度情報の差分が閾値を超えて前記異常事態が発生した後で、前記差分が閾値以下に戻ったとき、前記異常事態が終了したものと判定する、
    請求項１０に記載の列車保安制御方法。
    

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