JP2021040396A - 列車制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より安全に列車を制御することができる列車制御装置を提供する。【解決手段】列車制御装置１において、地上情報受信部１５は、地上子Ｇから地上情報を受信する。速度算出部１２は、列車の車軸速度の検出結果に基づいて第１の速度を算出する。速度補正部１３は、空転滑走が検知された場合、空転滑走が検知される前の第１の速度を補正し、第２の速度と、第２の速度よりも遅い第３の速度と、を算出する。地上子間距離算出部１６は、地上情報と、第１の速度と、第２の速度と、に基づいて、第１の地上子間距離を算出し、地上情報と、第１の速度と、第３の速度と、に基づいて、第１の地上子間距離よりも短い第２の地上子間距離を算出する。演算処理部１７は、第１の地上子間距離に対応する第１の制御データと、第２の地上子間距離に対応する第２の制御データとで安全性が高い側を選択し、制御データを出力する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、列車制御装置に関する。

地上子間の距離に対応した速度パターンに基づいて、列車の制御を行うＡＴＳ車上装置などの列車制御装置が実用化されている。列車制御装置は、線路近傍に設けられた地上子から情報を受信し、情報を受信したタイミング及び列車の速度に基づいて、地上子間距離を算出する。

しかし、地上子間の走行中に、列車の車両が空転または滑走（以下空転滑走と総じて称する）が生じた場合、正確な列車の速度を算出することができない。この為、地上子間距離の算出が不正確になり、列車制御装置は、誤った速度パターンに基づいて、列車を制御する可能性がある。例えば、空転滑走中に仮想速度を採用し、地上子間距離を推定する構成が考えられる。しかし、速度パターンは、予め設定された地上子間距離に対応付けられて設定されている。この為、仮想速度と実際の速度との差がわずかであっても、空転滑走が終了する再粘着までの間に、より危険な（安全性が低い）速度パターンによって列車が制御される可能性があるという課題がある。

特開２００１−２９２５０９号公報

本発明が解決しようとする課題は、より安全に列車を制御することができる列車制御装置を提供することである。

実施形態に係る列車制御装置は、地上情報受信部と、速度算出部と、速度補正部と、地上子間距離算出部と、演算処理部と、を具備する。地上情報受信部は、地上子から地上情報を受信する。速度算出部は、列車の車軸速度の検出結果に基づいて第１の速度を算出する。速度補正部は、空転滑走が検知された場合、空転滑走が検知される前の前記第１の速度を補正し、第２の速度と、前記第２の速度よりも遅い第３の速度と、を算出する。地上子間距離算出部は、前記地上情報と、前記第１の速度と、前記第２の速度と、に基づいて、第１の地上子間距離を算出し、前記地上情報と、前記第１の速度と、前記第３の速度と、に基づいて、前記第１の地上子間距離よりも短い第２の地上子間距離を算出する。演算処理部は、前記第１の地上子間距離に対応する第１の制御データと、前記第２の地上子間距離に対応する第２の制御データとで安全性が高い側を選択し、制御データを出力する。

図１は、一実施形態に係る列車制御装置の構成の例について説明する為の図である。 図２は、一実施形態に係る地上子間の距離に対応する速度パターンの例について説明する為の図である。 図３は、一実施形態に係る速度パターンテーブルの例について説明する為の図である。 図４は、一実施形態に係る空転滑走の検出方法及び空転滑走中の速度の補正の例について説明する為の図である。 図５は、一実施形態に係る速度に基づく距離の算出の例について説明する為の図である。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係る列車制御装置１の構成例を示す説明図である。列車制御装置１は、図示されない列車の車両に搭載され、列車の走行に関する制御を行う装置である。車両には、列車制御装置１と、運転士が操作する運転台からの力行指令及びブレーキ指令に基づいて列車を走行させる駆動装置とが設けられている。列車制御装置１は、列車の走行速度、及び速度パターンなどの制御データを運転台または駆動装置に供給する。

列車制御装置１は、パルス処理部１１、速度算出処理部１２、空転滑走検知速度補正部１３、距離算出処理部１４、地上情報受信部１５、地上子間距離算出処理部１６、及びパターン演算処理部１７、を備える。パルス処理部１１、速度算出処理部１２、空転滑走検知速度補正部１３、距離算出処理部１４、地上情報受信部１５、地上子間距離算出処理部１６、及びパターン演算処理部１７は、それぞれハードウエアにより構成される。なお、列車制御装置１が演算処理を実行する例えばＣＰＵなどの演算素子と、演算素子によって実行されるプログラム（ソフトウエア）を記憶したメモリとを備える構成である場合、列車制御装置１は、一部をソフトウエアにより実現する構成するものであってもよい。

パルス処理部１１は、列車の車両の車軸に設けられた速度発電機ＴＧから出力された交流信号を処理する。例えば、パルス処理部１１は、速度発電機ＴＧからの交流信号をパルス信号に変換し、出力するパルス変換器である。速度発電機ＴＧは、車軸の回転に応じた位相差のある電圧である交流信号を出力する。即ち、交流信号の周波数は、車軸の回転速度（車軸速度）に比例する。

速度算出処理部１２は、パルス処理部１１から出力されたパルス信号に基づき、列車の走行速度（第１の速度）を算出する速度算出部である。速度算出処理部１２は、パルス信号の周波数と、車両の車輪などの仕様とに基づいて、第１の速度を算出する。即ち、第１の速度は、車軸速度が車輪の径などにより変換されたものである。

空転滑走検知速度補正部１３は、第１の速度に基づいて、空転滑走の開始を検知する。また、空転滑走検知速度補正部１３は、第１の速度に基づいて、空転滑走の終了を検知する。また、空転滑走検知速度補正部１３は、空転滑走を検知した場合、第１の速度を補正し、第２の速度、及び第３の速度をそれぞれ算出する速度補正部として機能する。

距離算出処理部１４は、パルス処理部１１及び空転滑走検知速度補正部１３からの情報に基づいて、列車の在線位置を算出する。

地上情報受信部１５は、線路近傍に設けられた地上子Ｇから情報（地上情報）を受信する。地上情報受信部１５は、地上情報をパターン演算処理部１７、及び地上子間距離算出処理部１６に供給する。 地上子間距離算出処理部１６は、地上情報受信部１５から供給された地上情報に基づいて、隣接する地上子間距離を算出する。地上子間距離算出処理部１６は、地上情報を受信したタイミング、即ち列車が地上子Ｇを通過したタイミングに基づいて、地上子間距離を算出する。具体的には、地上子間距離算出処理部１６は、地上情報を受信した場合、今回地上情報を受信したタイミングと、前回地上情報を受信したタイミングとの差と、その間における列車の速度とに基づいて、地上子間距離を算出する。

パターン演算処理部１７は、種々の情報に基づいて、これら各部位からの情報をもとに制御用の速度パターン（制御データ）を、運転台または駆動装置に供給する演算処理部である。

次に、地上子間距離と速度パターンとの関係について説明する。
図２は、複数の地上子Ｇと、地上子Ｇ間の距離に対応する速度パターンとについて説明する為の説明図である。図２に示されるように、地上子Ｇ１と地上子Ｇ２とが地上子間距離Ｌをおいて設置されている。

列車制御装置１は、地上子Ｇ２を通過した場合、地上子Ｇ１を通過した時刻と、地上子Ｇ２を通過した時刻と、速度発電機ＴＧからの交流信号とに基づいて、地上子間距離Ｌを算出する。

図３は、速度パターンテーブルの例について説明する為の説明図である。速度パターンテーブルは、予め地上子間距離の範囲（上限閾値と下限閾値との組み合わせ）と、安全度を示す情報と、制限速度を示す情報と、制御データとして速度パターンと、が対応付けられたテーブルである。例えば、パターン演算処理部１７は、速度パターンテーブルをメモリなどに有する。パターン演算処理部１７は、速度パターンテーブルを参照し、地上子間距離に対応付けられた速度パターンを出力する。

例えば、図２の例で示される地上子間距離がＬ＝６［ｍ］である場合、パターン演算処理部１７は、安全度が「高」であり、制限速度が「３０［ｋｍ／ｈ］」である第１の速度パターンを出力する。また、図２の例で示される地上子間距離がＬ＝１４［ｍ］である場合、パターン演算処理部１７は、安全度が「中」であり、制限速度が「６０［ｋｍ／ｈ］」である第２の速度パターンを出力する。また、図２の例で示される地上子間距離がＬ＝２０［ｍ］以上である場合、パターン演算処理部１７は、安全度が「低」であり、制限速度が「無」である第３の速度パターンを出力する。

パターン演算処理部１７は、既定のパターンと第１の速度パターン、第２の速度パターン、及び第３の速度パターンとして出力する。また、パターン演算処理部１７は、地上子間距離に対応した制限速度に基づいて、第１の速度パターン、第２の速度パターン、及び第３の速度パターンをそれぞれ生成し、出力する構成であってもよい。

次に、空転滑走検知時における速度の補正について説明する。
図４は、空転滑走の検出方法と、空転滑走中の速度の補正とについて説明する為の説明図である。図４の横軸は時間［ｓｅｃ］であり、縦軸は速度［ｋｍ／ｈ］を示す。また、タイミングＴｓｔｔで空転滑走の検知が開始され、タイミングＴｅｎｄで空転滑走の検知が終了したと仮定して説明する。なお、ここでは、滑走状態を例に説明を行うが、空転状態も同様の考え方に基づき算出することが可能である。

空転滑走検知速度補正部１３は、第１の速度と、列車固有の車両性能とに基づいて、空転または滑走が生じていることを検出する。空転滑走検知速度補正部１３は、第１の速度に基づいて減速度を算出し、算出した減速度が車両性能を超える値であった場合、滑走が生じたことを検知する。図４の例によると、タイミングＴｓｔｔで、第１の速度の減速度が、車両性能を超える値になり、滑走検知が開始される。

また、空転滑走検知速度補正部１３は、空転滑走が検知されたタイミングにおける第１の速度及び減速度（減速度α）に基づいて、第２の速度を算出する。空転滑走検知速度補正部１３は、空転滑走が検知されたタイミングＴｓｔｔから、同じ減速度αで減速が続いたと仮定して、第２の速度を算出する。即ち、空転滑走検知速度補正部１３は、空転滑走が検知されたタイミングＴｓｔｔにおける第１の速度から、空転滑走が検知されたタイミングＴｓｔｔからの経過時間及び減速度αとに応じた速度を減算することにより、第２の速度を算出する。

また、空転滑走検知速度補正部１３は、空転滑走が検知されたタイミングＴｓｔｔにおける第１の速度と、列車固有の車両性能における限界減速度βと、に基づいて、第３の速度を算出する。空転滑走検知速度補正部１３は、空転滑走が検知されたタイミングＴｓｔｔから、限界減速度βで減速が続いたと仮定して、第３の速度を算出する。即ち、空転滑走検知速度補正部１３は、空転滑走が検知されたタイミングにおける第１の速度から、空転滑走が検知されたタイミングＴｓｔｔからの経過時間及び限界減速度βに応じた速度を減算することにより、第３の速度を算出する。

また、空転滑走検知速度補正部１３は、第１の速度から列車の限界減速度βで減速した場合の速度（即ち第３の速度）と、第１の速度とが一致した場合、空転滑走状態から復帰したと判断する。図４の例によると、タイミングＴｅｎｄで、第１の速度と、第３の速度とが一致し、滑走検知が終了する。

次に、地上子間距離の算出対象の区間内に空転滑走が検知された場合の処理について説明する。
図５は、速度に基づく距離の算出について説明する為の説明図である。図５の横軸は時間［ｓｅｃ］であり、縦軸は距離［ｍ］を示す。また、図５の横軸は、図４の横軸に対応している。即ち、タイミングＴｓｔｔで空転滑走の検知が開始され、タイミングＴｅｎｄで空転滑走の検知が終了したと仮定する。また、タイミングＴｓｔｔより前のタイミングＴ１、タイミングＴｅｎｄの間であるタイミングＴ２及びタイミングＴ３、タイミングＴｅｎｄより後のタイミングＴ４において、地上子Ｇを通過したと仮定して説明する。

まず、最初の地上子Ｇの通過タイミングであるタイミングＴ１における距離（線路上における位置：在線位置）が「Ａ」であるとする。

次の地上子Ｇの通過タイミングであるタイミングＴ２における距離は、タイミングＴｓｔｔで滑走の検知が開始されている為、最大で距離Ｂ１、最小で距離Ｂ２となる。タイミングＴ２における最大距離であるＢ１は、タイミングＴ１からタイミングＴｓｔｔまで第１の速度でＴｓｔｔ−Ｔ１の間走行したことと、タイミングＴｓｔｔからタイミングＴ２まで減速度αで減速する第２の速度でＴ２−Ｔｓｔｔの間走行したことと、に基づき算出される。タイミングＴ２における最小距離であるＢ２は、タイミングＴ１からタイミングＴｓｔｔまで第１の速度でＴｓｔｔ−Ｔ１の間走行したことと、タイミングＴｓｔｔからタイミングＴ２まで限界減速度βで減速する第３の速度でＴ２−Ｔｓｔｔの間走行したことと、に基づき算出される。よって、地上子間距離は、「Ｂ１−Ａ」または、より短い「Ｂ２−Ａ」となる。

次の地上子Ｇの通過タイミングであるタイミングＴ３における距離は、依然として滑走が検知され続けている為、最大で距離Ｃ１、最小で距離Ｃ２となる。タイミングＴ３における最大距離であるＣ１は、タイミングＴ２からタイミングＴ３まで減速度αで減速する第２の速度でＴ３−Ｔ２の間走行したことに基づき算出される。タイミングＴ３における最小距離であるＣ２は、タイミングＴ２からタイミングＴ３まで限界減速度βで減速する第３の速度でＴ３−Ｔ２の間走行したことに基づき算出される。よって、地上子間距離は、「Ｃ１−Ｂ１」または、より短い「Ｃ２−Ｂ２」となる。

次の地上子Ｇの通過タイミングであるタイミングＴ４における距離は、タイミングＴｅｎｄで滑走の検知が終了している為、最大で距離Ｄ１、最小で距離Ｄ２となる。タイミングＴ４における最大距離であるＤ１は、タイミングＴ３からタイミングＴｅｎｄまで減速度αで減速する第２の速度でＴｅｎｄ−Ｔ３の間走行したことと、タイミングＴｅｎｄからタイミングＴ４までは速度発電機ＴＧで計測された第１の速度でＴ４−Ｔｅｎｄの間走行したことと、に基づき算出される。タイミングＴ４における最小距離であるＤ２は、タイミングＴ３からタイミングＴｅｎｄまで限界減速度βで減速する第３の速度でＴｅｎｄ−Ｔ３の間走行したことと、タイミングＴｅｎｄからタイミングＴ４までは速度発電機ＴＧで計測された第１の速度でＴ４−Ｔｅｎｄの間走行したことと、に基づき算出される。よって、地上子間距離は、「（Ｄ２−Ｅｍｉｎ）＋（Ｅｍａｘ−Ｃ１）」または、より短い「Ｄ２−Ｃ２」となる。

次に、地上子間距離の最大値と最小値とに基づいて、速度パターンを出力する処理について説明する。
パターン演算処理部１７は、地上子間距離の最大値（第１の地上子間距離）の算出結果と、地上子間距離の最小値（第２の地上子間距離）の算出結果と、に基づいて、出力する速度パターンを決定する。パターン演算処理部１７は、速度パターンテーブルを参照し、第１の地上子間距離に対応する第１の制御データ（速度パターン）と、第２の地上子間距離に対応する第２の制御データ（速度パターン）とを読み出す。

パターン演算処理部１７は、読み出した第１の制御データと、読み出した第２の制御データとでどちらが安全であるかを判断する。上記したように、速度パターンテーブルでは、制御データに安全度を示す情報が対応付けられている。この為、パターン演算処理部１７は、速度パターンテーブル上で制御データに対応付けられた安全度を示す情報に基づいて、第１の制御データと、第２の制御データとのどちらが安全であるかを判断する。また、例えば、パターン演算処理部１７は、第１の制御データと、第２の制御データとを比較することにより、どちらが安全であるかを判断してもよい。また、パターン演算処理部１７は、第１の制御データに対応する制限速度と、第２の制御データに対応する制限速度とに基づいて、どちらが安全であるかを判断してもよい。

パターン演算処理部１７は、第１の制御データと第２の制御データとの内より安全であると判断した（安全性が高い側の）制御データを出力する。

例えば、第１の地上子間距離が１１［ｍ］であり、第１の地上子間距離よりも短い第２の地上子間距離が９［ｍ］であるとする。この場合、距離の差が２［ｍ］であるにも関わらず、図２の速度パターンテーブルで設定された制限速度が６０［ｋｍ／ｈ］と３０［ｋｍ／ｈ］であり、大きな差がある。しかしながら、上記の実施形態に記載のように、パターン演算処理部１７は、第１の地上子間距離に対応する制限速度が６０［ｋｍ／ｈ］の第１の速度パターンと、第２の地上子間距離に対応する制限速度が３０［ｋｍ／ｈ］の第２の速度パターンと、で、より安全性が高い第２の速度パターンを選択し、出力する。

このように、パターン演算処理部１７は、地上子間距離の算出対象の区間の走行中に空転滑走が生じた場合、算出されうる地上子間距離の最大値と最小値とをそれぞれ算出し、最大値及び最小値にそれぞれ対応する２つの制御パターンのうちでより安全な制御パターンを出力する。これにより、列車制御装置１は、より安全に列車を制御することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…列車制御装置、１１…パルス処理部、１２…速度算出処理部、１３…空転滑走検知速度補正部、１４…距離算出処理部、１５…地上情報受信部、１６…地上子間距離算出処理部、１７…パターン演算処理部。

Claims (5)

1. 地上子から地上情報を受信する地上情報受信部と、
   列車の車軸速度の検出結果に基づいて第１の速度を算出する速度算出部と、
   空転滑走が検知された場合、空転滑走が検知される前の前記第１の速度を補正し、第２の速度と、前記第２の速度よりも遅い第３の速度と、を算出する速度補正部と、
   前記地上情報と、前記第１の速度と、前記第２の速度と、に基づいて、第１の地上子間距離を算出し、前記地上情報と、前記第１の速度と、前記第３の速度と、に基づいて、前記第１の地上子間距離よりも短い第２の地上子間距離を算出する地上子間距離算出部と、
   前記第１の地上子間距離に対応する第１の制御データと、前記第２の地上子間距離に対応する第２の制御データとで安全性が高い側を選択し、制御データを出力する演算処理部と、
   を具備する列車制御装置。
2. 前記速度補正部は、
   空転滑走が検知される前の前記第１の速度と、空転滑走が検知されたタイミングにおける減速度と、に基づいて、前記第２の速度を算出し、
   空転滑走が検知される前の前記第１の速度と、列車の限界減速度と、に基づいて、前記第３の速度を算出する、
   請求項１に記載の列車制御装置。
3. 前記演算処理部は、
   予め地上子間距離の範囲と、制御データとが対応付けられたテーブルに基づいて、前記第１の地上子間距離に対応する第１の制御データと、前記第２の地上子間距離に対応する第２の制御データとをそれぞれ決定する請求項１または２に記載の列車制御装置。
4. 前記速度補正部は、減速度が車両性能を超える値になった場合、空転滑走を検知し、速度の補正を行う請求項１乃至３のいずれか１項に記載の列車制御装置。
5. 前記速度補正部は、前記第１の速度から列車の限界減速度で減速した場合の速度と、列車の車軸速度の検出結果と一致した場合、空転滑走状態から復帰したと判断する請求項１乃至４のいずれか１項に記載の列車制御装置。