JP4667176B2

JP4667176B2 - 自動列車停止装置

Info

Publication number: JP4667176B2
Application number: JP2005255223A
Authority: JP
Inventors: 正己飛岡
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-09-02
Filing date: 2005-09-02
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-09-02
Also published as: JP2007068383A

Description

この発明は、列車の保安装置として設備される多周波変周式(周波数変更方式)点制御方式の自動列車停止装置（ＡＴＳ装置）に関するものである。

従来の多周波変周式点制御方式の階段制御連続速度照査方式ＡＴＳ装置は、ブレーキ力の低い車両に合わせて、地上側で一義的に制限速度と距離が決められており、車両側の指令ブレーキも非常ブレーキを採用している場合が多く、ＡＴＳ制限速度に抵触すると、乗り心地の阻害と運転時分遅れの要因となる。又ブレーキ性能の高い列車を投入しても表定速度を上げることが出来ない。従って、乗務員は、ＡＴＳ制限速度に抵触しないように、制限速度よりかなり低い速度で走行することとなり、運転時分を守るために乗務員の負荷が大きいという問題点があった。このような問題点を解決する為に、周知のＡＴＳ−Ｐ（パターン制御式速度照査機能付ＡＴＳ）装置が採用されているが、地上のシステムが異なるために、切替えコストが高くなる問題があった。
この問題解決（車上側のコストを抑える）の一例として、特許文献１に記載の多周波変周式点制御方式の階段制御連続速度照査方式ＡＴＳ装置が提案されている。

特開２００３−３１２４５７号公報

特許文献１に記載の多周波変周式点制御方式の階段制御連続速度照査方式ＡＴＳ装置は、車上装置のパターン演算を行わず、地上子から取得した停止位置までの距離情報に対して、車上装置側でその距離に応じた制限速度をデータとして保有し、その時の列車速度とこの制限速度を比較する装置であるが、これでは従来の多周波変周式ＡＴＳ装置と同様の階段制御の方式であり、導入の効果が小さいものである。
この発明は、多周波変周式点制御方式のＡＴＳ装置設備区間において、上述の問題を解決するためになされたもので、従来の多周波変周式点制御方式の地上システムは変えずに、列車のブレーキ性能に応じた制限速度パターンを車上で作成することができるＡＴＳ装置を得るものである。

この発明に係わる自動列車停止装置は、信号機によって構成された閉塞区間内の予め定められた地点に制限速度信号情報用変周式地上子を設置し、この制限速度信号情報用変周式地上子から上記信号機の現示に対応して発生される制限速度信号情報を受信し、この制限速度信号情報に対応する制限速度値を超えないように列車速度を制御する自動列車停止装置であって、上記閉塞区間内に、上記信号機の位置情報を発信する位置情報地上子を設け、この位置情報地上子の位置情報と上記制限速度信号情報用変周式地上子の制限速度情報とをもとに、停止現示手前の停止位置までの停止目標距離及び路線の勾配を加味したブレーキ減速度を求めるための上記停止現示の信号機までの距離と上記路線の勾配条件とを車上データベースから取り出して列車の常用ブレーキ及び非常ブレーキそれぞれのブレーキ性能に応じた制限速度パターンを車上で作成するとともに、通常は常用ブレーキ制限速度パターンで制御し、非常ブレーキ制限速度パターンは上記常用ブレーキ制限速度パターンのバックアップ用として制御するものである。

この発明の自動列車停止装置によれば、保安装置として設置されている、従来の地上設備を変えること無く、地上側に位置情報地上子（例えばトランスポンダ無電源地上子）を追設し、一方、車上側は機器更新に合わせて装置を置換え、例えば非常ブレーキ指令の階段制御を常用プレーキ指令のパターン付制御方式とし、バックアップとして非常ブレーキを採用することにより、表定速度の向上、乗り心地の改善などの効果を発揮できる。
又、ブレーキ指令には非常ブレーキのみで無く、常用ブレーキ指令も出力するので、従来よりも表定速度を上げて運転することが出来、制限速度超過時には従来のように非常ブレーキがいきなり動作することが無く、乗り心地の改善と乗務員の負荷軽減をすることができるという効果がある。
又、車上装置側で常用の多段ブレーキノッチ指令を出力することにより、制限速度パターンに沿った減速制御を自動的に行うことができ、乗務員の負荷軽減、乗り心地改善の効果がある。

以下、図面に基づいて、この発明の各実施の形態を説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である自動列車停止装置の車上装置のブロック構成図、図２は、その動作説明図である。

実施の形態１におけるＡＴＳ装置は、地上側から受信する位置情報信号と従来の変周式ＡＴＳ信号との条件にもとづき、停止目標位置を決定し、その停止目標位置に停止可能な制限速度パターンを地上側の勾配等の路線条件と列車のブレーキ性能に応じて車上で作成し、ブレーキ指令も非常ブレーキのみでは無く、常用ブレーキも付加したＡＴＳ装置を得るものである。
すなわち、既存の多周波変周式点制御方式の地上システムは、そのままとし信号機の位置情報用地上子を例えば１閉塞区間に１個設置し、変周式ＡＴＳ地上子の制限速度情報と位置情報地上子の位置情報の２つの情報をもとに、ＡＴＳ車上装置で列車のブレーキ性能に応じた制限速度パターンを作成すると共に、ＡＴＳブレーキ指令は常用ブレーキとバックアップ用非常ブレーキを出力するようにしたものである。
又、車両の運転台に制限速度表示器を設けて乗務員に対して常時制限速度情報を表示するようにしたものである。

図１に示すＡＴＳ車上装置は、次のように構成されている。
すなわち、ＡＴＳ車上装置は、多変周式ＡＴＳ地上子１５と結合して地点信号をピックアップする変周式ＡＴＳ車上子４、この変周式ＡＴＳ車上子４と電気的に接続された変周式ＡＴＳ受信器２、信号機の位置の判る位置情報地上子１６と結合して地点位置情報をピックアップする位置情報車上子５、この位置情報車上子５と電気的に接続された位置情報受信器３、これらの受信器２、３と電気的に接続され、ブレーキ装置へブレーキ指令を出力するＡＴＳ制御装置１、列車速度を検出する速度発電機（ＴＧ）６、乗務員にＡＴＳ制限速度を指示する制限速度表示器１４、停止目標位置までを示す開通距離表示器１７等で構成されている。
又、ＡＴＳ制御装置１は、制限速度パターン発生回路７、速度比較器８、発振形波形整形回路９、交流増幅器（ＡＭＰ）１０、１１、出力リレー１２、１３で構成されている。
なお、ＡＴＳ車上子４及び位置情報車上子５は、一般的に先頭車最前部の床下に取付けられる。

次に動作について説明する。
この実施の形態１の動作説明の前に、この実施の形態１の動作内容を明確にするために図３と図４にもとづいて、まず従来方式のＡＴＳ制御装置について説明する。
図３は、従来方式ＡＴＳ装置の動作説明図で、図４は、図１に相当するブロック構成図である。
この従来方式のＡＴＳ装置は、変周式ＡＴＳ車上子４が地上に設置された多変周式ＡＴＳ地上子１５上を通過する時にのみ、地上の制限速度信号情報を列車に伝える方式であり、列車に搭載の変周式ＡＴＳ受信器２で、その通過時の信号を判別して記憶し、連続的にその信号に対応した制限速度と速度発電機６からの列車速度とを、ＡＴＳ制御装置１で比較して、列車速度がこの制限速度を超過した場合は直ちに非常ブレーキ指令を出力することにより、列車の追突、脱線を未然に防止する列車保安装置である。
例えば図３の場合、Ｇ信号（進行現示）内方の多変周式ＡＴＳ地上子１５−１（Ａ）通過で制限速度は仮に１２０Ｋｍから９５Ｋｍに、ＹＧ信号（減速現示）内方の多変周式ＡＴＳ地上子１５―２（Ａ）通過で制限速度は９５Ｋｍ／ｈから６５Ｋｍ／ｈになる。
この時、夫々の制限速度よりも列車速度が高ければ、非常ブレーキ指令を出力して制限速度以下に制御する。以下、多変周式ＡＴＳ地上子１５―３（Ｃ）、多変周式ＡＴＳ地上子１５―４（Ｂ）、多変周式ＡＴＳ地上子１５―５（Ａ）の通過で同様に制御される。
以上の動作を、図４のブロック構成図で説明する。
変周式ＡＴＳ車上子４により受信したＡＴＳ信号は、変周式ＡＴＳ受信器２により信号判別され、その信号を保持してＡＴＳ制御装置１に渡される。
ＡＴＳ制御装置１では、制限速度パターン発生回路７にて上記ＡＴＳ信号に対応した制限速度パターン周波数に変換されて、速度比較器８に出力される。
一方、速度発電機６からの列車速度は、車輪の回転数に比例した周波数の交流波形を発振形波形整形回路９で矩形波に整形される。この速度周波数と上記の制限速度パターン周波数を速度比較器８にて比較し、列車速度周波数がパターン周波数より低い場合は交流ＡＭＰ１０を駆動して出力リレー１２を励磁することにより、非常ブレーキは指令されない。
逆にパターン周波数数が列車速度周波数を超過した場合は出力リレー１２をオフして非常ブレーキが出力される。（出力リレーは、周知のとおりフェールセーフを考慮して、ブレーキを出力しない場合は励磁されており、ブレーキ指令時は消磁する構成としている。）

次に実施の形態１の動作について説明する。
従来方式のＡＴＳ装置では、図３に示すように階段上の制限速度でこの制限速度を超過すると一律に非常ブレーキを出力していたが、実施の形態１では、車上側で自列車のブレーキ性能に合わせてＲ信号（停止現示）手前（外方）の停止目標位置までの制限速度パターンを作成して制御を行うものである。
図２において、Ｂ列車の位置情報車上子５が、多変周式ＡＴＳ地上子１５―１と同一個所、又はその近くに設置された位置情報地上子１６―１上を通過する時に、その地上子１６―１の持つ位置情報を車上の位置情報受信器３に伝送する。（位置情報としては、絶対位置であるキロ程又は、信号機番号でもよい）。
一方、変周式ＡＴＳ受信器２は、多変周式ＡＴＳ地上子１５―１からの制限速度信号情報（制限速度信号波）を受信する。これらの２つ入力条件より停止信号機Ｒまでの距離及び勾配の情報をＡＴＳ制御装置１の車上データベースから取り出して、停止信号機Ｒまでに停止可能な制限速度パターンを発生する。
例えば、Ａ列車とＢ列車が図２の位置関係にあり、Ｂ列車の変周式ＡＴＳ車上子４が多変周式ＡＴＳ地上子１５−１（Ａ）上を通過時に９５Ｋｍ／ｈ制限信号を受信する。
この９５Ｋｍ／ｈ制限信号とその多変周式ＡＴＳ地上子１５―１（Ａ）の位置との２つの地点情報から、図１に示す車上データベースより、停止信号機Ｒまでの距離と停止信号機Ｒまでの路線の勾配条件を検索する。この結果、停止信号機Ｒの位置から余裕をみた停止目標位置を割り出して、停止目標距離を決定する。
一方、速度発電機６から入力された速度信号は、波形整形回路９で矩形波のパルスに変換された後、制限速度パターン発生回路７で随時パルス情報をカウントして積算することにより、位置情報地上子１６−１からの走行距離を目標停止距離から減算し、停止位置までの距離を把握する。
この停止位置までの距離情報と車上データベースからの路線勾配情報、及び列車のブレーキ性能から制限速度を演算して、制限速度バターンを発生させる。

図５は、停止目標距離Ｌ０の制限速度パターンＶｐと走行距離の関係を示す車上パターンの説明図で、その時の関係式は下記のとおりである。

t：ブレーキ指令までの応答時間
β：勾配を加味したブレーキ減速度
G ：勾配
β０：列車のブレーキ減速度
S1：多変周式ＡＴＳ地上子１５−１からの走行距離
St：ブレーキ指令までの空走距離
V1：制限速度
上記の結果、図２に示すように、常用ブレーキ制限速度パターン（１）と非常ブレーキ制限速度パターン（２）を発生する。
この後の制御は、従来の装置と同様に行われ、速度比較器8でＢ列車の列車速度（３）が上記常用ブレーキ制限速度パターン（１）を超過すれば、ブレーキ指令を出力する。

次ぎに、Ｂ列車が進行して位置情報地上子１６−２及び多変周式ＡＴＳ地上子１５−２（Ａ）を通過し、これらの情報を受信すると、これまでの制限速度パターンから新たに停止位置までの制限速度パターンに更新する。
さらに、その次の多変周式ＡＴＳ地上子１５―３（Ｃ）、多変周式ＡＴＳ地上子１５−３（Ｂ）を受信すると、夫々の位置で走行距離補正を行う。尚、このＡＴＳ地上子（Ｃ）、（Ｂ）の位置は、車上のＡＴＳ制御装置１のデータベースにあらかじめ記録しておくものとする。
なお、上記非常ブレーキ制限速度パターン（２）は、常用ブレーキ制限速度パターン（１）のバックアップ用であり、通常は常用ブレーキのみで制御可能であるが、何らかの異常で常用ブレーキ減速度が正常に出ない場合は非常ブレーキにて、停止目標位置までに止めるために設けたものである。
なお、上記したように従来からある制限速度信号情報用変周式ＡＴＳ地上子は、位置補正用として使用されている。
一方、運転台には、停止目標位置までの開通距離表示器１７と、随時制限速度を報知する制限速度表示器１４を設けることにより、装置の動作状態を乗務員が把握することが出来る。

このように、この発明のＡＴＳ装置においては、従来の多変周式点制御方式の設備は、
そのままにして、動作電源を車上から送信される高周波を受信して動作する無電源位置情報地上子を地上に設備するとともに、車上にこの信号を受信する受信器を搭載し、制限速度は地上信号機の現示毎に設けた方式から、列車間の間隔を確保する方式の１段ブレーキ制御の制限速度パターンを車上で持たせたものである。
なお、ブレーキ指令には非常ブレーキのみで無く、常用ブレーキ指令も出力する。
したがって、従来よりも表定速度を上げて運転することが出来、制限速度超過時には従来のように非常ブレーキがいきなり動作することが無く、乗り心地の改善と乗務員の負荷軽減をすることができるという効果がある。
又、車上装置側で常用の多段ブレーキノッチ指令を出力することにより、制限速度パターンに沿った減速制御を自動的に行うことができ、乗務員の負荷軽減、乗り心地改善の効果がある。

実施の形態２．
実施の形態１では、先行列車に対する地上信号機の現示との関係について述べたが、この実施形態２では、駅終端部や路線カーブ箇所における保安機能に対応可能である。
例えば、駅終端部（駅ホームの先頭車両停止最前方位置付近）に過走防護用として位置情報地上子を地上側に追設することにより、車上装置がその過走防護信号を受信すると、目標停止位置までに停車可能な車上パターンを発生し、このパターンに従ってブレーキ制御を行う。
又、路線カーブの開始点手前に制限速度用の位置情報地上子を設けることにより、同様にブレーキ制御を行うことができるため、従来よりも保安度を上げることができるという効果がある。

以上の説明では、多周波変周式点制御方式ＡＴＳの場合を例に説明したが、この発明はその他軌道回路に制限速度信号を流す連続制御式ＡＴＳにも利用できる。

この発明の実施の形態１におけるＡＴＳ装置の車上装置のブロック構成図である。実施の形態1におけるＡＴＳ装置の動作説明図である。従来のＡＴＳ装置の動作説明図である。従来のＡＴＳ装置の車上装置のブロック構成図である。実施の形態１におけるＡＴＳ装置の車上パターン説明図である。

符号の説明

１ＡＴＳ制御装置２変周式ＡＴＳ受信器
３位置情報受信器４変周式ＡＴＳ車上子
５位置情報車上子６速度発電機
７制限速度パターン発生回路８速度比較器
９発振形波形整形回路１０、１１交流増幅器（ＡＭＰ）
１２、１３出力リレー１４制限速度表示器
１５多変周式ＡＴＳ地上子１６位置情報地上子
１７開通距離表示器

Claims

信号機によって構成された閉塞区間内の予め定められた地点に制限速度信号情報用変周式地上子を設置し、この制限速度信号情報用変周式地上子から上記信号機の現示に対応して発生される制限速度信号情報を受信し、この制限速度信号情報に対応する制限速度値を超えないように列車速度を制御する自動列車停止装置であって、
上記閉塞区間内に、上記信号機の位置情報を発信する位置情報地上子を設け、この位置情報地上子の位置情報と上記制限速度信号情報用変周式地上子の制限速度情報とをもとに、停止現示手前の停止位置までの停止目標距離及び路線の勾配を加味したブレーキ減速度を求めるための上記停止現示の信号機までの距離と上記路線の勾配条件とを車上データベースから取り出して列車の常用ブレーキ及び非常ブレーキそれぞれのブレーキ性能に応じた制限速度パターンを車上で作成するとともに、
通常は常用ブレーキ制限速度パターンで制御し、非常ブレーキ制限速度パターンは上記常用ブレーキ制限速度パターンのバックアップ用として制御することを特徴とする自動列車停止装置。
上記閉塞区間内の路線カーブ箇所における上記列車速度の制限速度パターン作成用として、上記位置情報地上子を、上記路線カーブの開始点手前に設け、上記位置情報地上子の位置情報と上記制限速度信号情報用変周式地上子の制限速度情報と上記車上データベースとをもとに、上記列車のブレーキ性能に応じた制限速度パターンを車上で作成することを特徴とする請求項１記載の自動列車停止装置。
上記閉塞区間内の駅ホームにおける上記列車速度の制限パターン作成用として、上記位置情報地上子を過走防護用として設け、上記位置情報地上子の位置情報と上記制限速度信号情報用変周式地上子の制限速度情報と上記車上データベースとをもとに、上記列車のブレーキ性能に応じて、上記列車の目標停止位置までに停止可能な車上パターンを作成することを特徴とする請求項１記載の自動列車停止装置。
上記閉塞区間内に設けた上記制限速度信号情報用変周式地上子を、位置補正用として使用することを特徴とする請求項１記載の自動列車停止装置。