JP5042066B2 - 列車制御システム - Google Patents

Description

本発明は、列車と地上システムとの間のデータ伝送に無線通信を利用しており、列車から演算した自列車の位置情報を地上システムに送信し、地上システムから列車に制御情報を送信し、当該制御情報に基づいて列車制御を行なう列車制御システムに関する。

従来、列車の走行制御は、地上から車上へ送信する信号をデジタル情報とすることで、停止する軌道回路を地上システムから列車に送信することを可能とし、車上の自動列車制御装置は車両性能や路線条件に基づいて停止点に停止する一段階のブレーキ曲線を作成し、ブレーキ曲線より自列車速度が超過している場合には、自動的にブレーキを作動させることで、列車の時隔短縮や乗り心地向上が図られてきた。

従来のデジタルＡＴＣ（Automatic Train Control）では、地上制御装置の列車検知は軌道回路を用いて行なわれ、地上から車上への制御情報の通知はレールを用いたデジタル伝送により実現されてきた。

一方、近年、無線技術の発展から、特許文献１に示すような無線を用いた列車制御システムが実用化されつつある。即ち、この列車制御システムにおいては、車上制御装置は、列車の位置を検知する機能を有し、検知した列車位置情報を無線通信部から地上側に送信する。地上側の制御装置は、車上の無線通信部からの列車位置情報を受信して列車が安全に走行できる限界位置である走行許可位置（先行列車の位置から、走行許可位置を求める対象としている列車の位置検知誤差と、先行列車の位置検知誤差と、先行列車が後退する可能性のある距離とを差し引いた地点）を求め、無線通信を介して車上制御装置に通知し、車上制御装置は走行許可位置を越えることがないように列車制御を行なう。

一般的に、車上〜地上間の双方向デジタル伝送に無線通信を利用した列車制御システムは、ＣＢＴＣ(Communication Based Train Control)と称される。無線を利用することで、地上〜車上間での双方向通信が可能となるため、ＣＢＴＣではデジタルＡＴＣの軌道回路で行なっていた列車の在線検知に代わって、車上が演算し求めた自列車の位置情報を無線で地上に通知することによって列車検知を実現することができる。これにより、軌道回路単位の閉塞区間で在線検知を行っていた従来のシステムと比較して、ＣＢＴＣではリアルタイムに変化する列車位置を検知することができ、地上制御装置は、これに基づいた停止限界を後方列車に通知することで、デジタルＡＴＣよりも時隔・距離間隔を縮めた列車制御を実現することができる。

ところで、地上制御装置は、車上制御装置から通知のあった位置情報に基づき、後方列車への停止限界位置を導き出すため、地上が認識している位置情報が前方列車の車上制御装置の認識している位置情報と誤差許容範囲以上に異なっていると危険側事象となってしまう。
特開２０００−１５９１０５号公報

そこで、車上制御装置が２重系に構成される場合において、片系が故障しても、地上制御装置にて車上制御装置の故障状態を認識することなく、もう一方の系の車上制御装置より無線通信を介して位置情報を地上制御装置へ通知することで、列車位置検知の稼働率を確保することが課題である。

また、自列車の位置情報を演算する２重系車上制御装置において、両系の演算した位置情報が許容範囲外の誤差を生じた場合にも安全性の担保を確保する点で解決すべき課題がある。

この発明の目的は、２重系車上制御装置の主系故障時であっても、地上制御装置から見た場合の車上制御装置の位置演算機能の冗長化を図ることで、稼働率を上げることができる車上制御装置を提供することである。

この発明は、車上〜地上間のデータ送受信に無線通信を利用し、車上制御装置が求めた位置情報を地上へ送信し、地上はこの位置情報に基づき後方列車の制御情報を求め、車上へ送信する列車制御システムにおいて、自列車の位置を演算し、地上からの制御情報に基づきブレーキ制御を行なう２重系の車上制御装置を、車上制御装置から地上への送信データの出力については待機２重系構成とし、地上からの受信データの入力と、この受信データに基づいて行なう列車制御については並列２重系の構成としている。

車上制御装置の主系・従系ともに位置を演算するが、地上への送信出力は待機２重系となっている車上制御装置は、通常主系の位置情報のみを、車上無線機へ通知し地上へ無線送信させ、前期車上制御装置の故障条件に基づいた主系故障時には、従系の位置情報が地上へ通知されるように、車上無線機との接続を主系から従系へ切替える機構を備えた車上制御装置とする。

地上は車上の主系から通知のあった位置情報に基づいて列車位置検知を行ったあと、地上が認識する位置情報を車上無線機へ通知し、車上無線機からの受信が並列２重系となっている車上制御装置の両系に、地上認識の位置情報を通知し、車上制御装置の両系は自身の演算した位置情報と地上認識の位置情報の誤差が許容範囲内であることを確認する。許容範囲外を検知した系の車上制御装置は、位置認識不一致に伴い、検知した系がブレーキ出力とすることで列車を停止させる機能を有する。

この発明によれば、２重系車上制御装置の主系故障時にも、地上制御装置への位置情報通知を待機していた従系に切り替える機構を設けているので、地上制御装置から見た場合、車上制御装置の位置演算機能が冗長化されているため、稼働率を上げることができる。

また、地上制御装置が認識している位置情報を、地上制御装置から車上制御装置に通知する制御情報に載せ車上制御装置両系にフィードバックすることにより、車上制御装置の従系にて主系の演算した位置情報を認識することができるため、系間伝送を設けることなく、両系の位置認識不一致による列車停止を行なうことができる。

地上制御装置は、車上制御装置からの位置情報に基づき、後方列車への停止限界位置を導き出し、後方列車へ制御情報として通知する。それによって、地上制御装置が認識している位置情報が、前方列車の車上制御装置が演算した位置情報よりも後方にある必要があるため、車上制御装置の両系は自身の演算した位置情報と地上認識の位置情報の誤差（フィードバックにかかる時間の間に列車が進んだ距離を考慮）が許容範囲内であることを確認し、許容範囲外となった場合には、自列車のブレーキ出力により列車を停止させ、地上制御装置を介して後方列車も停止させることで、位置認識不一致に伴う危険側事象に陥ることを防ぎつつ安全性を確保することができる。

以下、図面を参照して、本発明による車上制御装置の実施形態について説明する。

図１には、車上システムと地上システムとから成る列車制御システムの概略図が示されている。車上システムは、車上制御装置１０と車上無線機１１から構成されている。地上システムは、車上無線機１１との間で線通信を行なう地上無線機２１と、路線に在線する列車の間隔制御を行なう地上制御装置２０とから構成されている。

車上制御装置１０は自列車位置を演算している。車上制御装置１は、車上無線機１１と地上無線機２１間の双方向通信により、当該自列車位置の位置情報３０を地上制御装置２０へ通知する。地上制御装置２０は、列車から通知のあった位置情報３０に基づいて、前方列車１００からの安全余裕距離１０３を考慮した後方列車１０１の停止限界位置１０４を演算し、制御情報４０として後方列車１０１へ無線通信により通知する。

図２には、図１に示す車上制御装置のブロック図が示されている。図２では、便宜上、位置情報３０を送信する車上制御装置１０と、制御情報４０を受信する車上制御装置１０とを同じ装置として図示している。図２に示す車上制御装置１０は２重系装置構成であり、各系が自列車の位置を演算し、地上からの制御情報４０に基づいてブレーキ制御を行なう。車上制御装置１０から車上無線機１１への送信データの出力については待機２重系構成とし、片系の位置情報３０のみを地上へ通知する。一方、車上制御装置１０は、地上制御装置２０が導き出した制御情報を受信する車上無線機１１からのデータ受信と、この受信データに基づいて行なう列車制御については並列２重系の構成とされている。

上記の２重系装置構成について更に詳述すると、車上無線機１１の自列車位置の位置情報送信については、主系１２／従系１３ともに位置情報３０を演算後、送信処理を行なう。しかしながら、送信処理から車上無線機１１への伝送路への接続が、主系１２と従系１３の故障条件で組まれたロジックによって切替えられる構成（切替回路１４）を備えている。したがって、位置情報３０の送信については、切替回路１４の作用によって、主系１２／従系１３のいずれか一方のみの演算結果のみが車上無線機１１へ伝送される。これにより、車上制御装置１０の位置情報送信については待機２重系が実現されている。

地上制御装置２０から送られてきた制御情報４０については、図２に示すように、車上無線機１１は制御情報４０を受信後、受信データを車上制御装置１０の主系１２／従系１３の両系へ通知する。制御情報４０を受信すると、図１に示すように、車上制御装置１０は受信した制御情報に載った停止限界位置１０４からブレーキパターン１０２を生成し、列車制御を行なう。車上制御装置１０では、制御情報４０の受信から列車制御までは並列２重系が実現されているので、どちらか一方の系がブレーキ出力とした場合は、制御指令が車体のブレーキ装置５０に出力される。

以上に示したように、車上制御装置１０の２重系構成においては、車上制御装置１０の主系１２が故障したときであっても、切替機構１４の作用によって待機していた従系１３に切り替えるというシステムの冗長化が実現されているので、地上制御装置２０から見た場合には車上制御装置１０の系故障を認識することなく、地上制御装置２０への位置情報３０通知を行うことができる。また、地上からの制御情報４０に基づいた列車制御は、２重系構成の車上制御装置１０により行なわれ、稼働率が確保される。

図３に示すように、地上制御装置２０は、自身が認識している車上制御装置１０から通知のあった位置情報１２１を制御情報４０に載せることによって、位置情報３０を通知した列車の車上制御装置１０にフィードバックする。受信処理については、並列２重系で構成された車上制御装置１０の両系（主系１２と従系１３）は、位置誤差検出機構（１２４，１３４）にて、フィードバックされた地上が認識する位置情報（１２２，１３２）と、自身が演算して求めた位置情報（１２１，１３１）との誤差が、無線通信を介した応答時間や自列車速度を考慮して導き出した許容範囲内であることを確認し、地上制御装置２０が後方列車へ通知する停止限界位置を導き出すための列車位置（１２２，１３２）が安全側であることを車上制御装置１０で確認する。

このフィードバックされた地上認識の位置情報（１２２，１３２）と、車上制御装置１０の主系１２及び従系１３の演算した位置情報（１２１，１３１）との誤差が許容範囲外であった場合には、位置誤差検出機構（１２４，１３４）にて位置情報認識不一致により列車を停止させる。以上の機能により、車上と地上の位置認識誤差に伴う、後方列車の制御が危険側事象に陥ることを防ぐ。

また、この位置情報フィードバックにより、２重系の車上制御装置１０の両系が演算する位置の誤差が許容範囲内であることを、系間伝送を用いずに確認することも可能となる。車上制御装置１０の両系の位置情報演算結果が異なる場合も、地上からフィードバックされた位置情報と従系１３の位置情報の比較をすることで検知し、従系１３からのブレーキ出力によって列車を停止させることにより、位置誤差検出機構１３４のエラーに伴う安全側制御を行なうことができる。

鉄道における車上〜地上間の伝送に無線通信を利用した信号保安システムにおいて、２重系の車上制御装置にて列車位置を演算し、地上設備へ通知し列車制御を行なうシステムに適用される技術である。

本発明による車上制御装置の実施例１の車上〜地上間システム構成図である。 図１に示す車上制御装置の実施例１の２重系車上制御装置と車上無線機との接続図である。 本発明の実施例１の車上位置情報、地上認識位置情報のチェックフロー図である。

符号の説明

１０：車上制御装置 １１：車上無線機
１２：主系 １３：従系
１４：切替回路
２０：地上制御装置 ２１：地上無線機
３０：位置情報 ４０：制御情報
５０：ブレーキ装置
１００：前方列車 １０１：後方列車
１０２：ブレーキパターン １０３：安全余裕距離
１０４：停止限界位置
１２１：自列車位置情報（主系） １２２：地上認識位置情報（主系）
１２３：停止限界位置（主系） １２４：位置誤差検出機構（主系）
１３１：自列車位置情報（従系） １３２：地上認識位置情報（従系）
１３３：停止限界位置（従系） １３４：位置誤差検出機構（従系）

Claims (5)

1. 自列車位置についての位置情報を生成する車上制御装置と、
   前記車上制御装置の演算した前記位置情報を無線通信を介して受信し、当該位置情報に基づいて後方列車のブレーキ制御のための制御情報を生成し、当該制御情報を無線通信を介して後方列車の前記車上制御装置に送信する地上制御装置と、を備える列車制御システムにおいて、
   前記地上制御装置は、前記制御情報に加えて前記車上制御装置から受信した前記位置情報を、前記無線通信を介して前記車上制御装置へ送信し、
   前記車上制御装置は、自装置で生成した前記位置情報と前記地上制御装置から受信した当該位置情報とを比較する機能を有することを特徴とする列車制御システム。
2. 請求項１に記載の列車制御システムにおいて、
   前記車上制御装置は、前記位置情報と前記地上制御装置から受信した当該位置情報との誤差が許容範囲外である場合に、列車を停止させる指令を出力することを特徴とする列車制御システム。
3. 請求項１に記載の列車制御システムにおいて、
   前記車上制御装置は、２重系で構成されており、一方の系で生成した自列車位置についての位置情報を、無線通信を介して前記地上制御装置へ送信し、
   自装置で生成した前記位置情報と前記地上制御装置から受信した当該位置情報とを比較する機能を２重系の両系に有することを特徴とする列車制御システム。
4. 請求項２に記載の列車制御システムにおいて、
   前記車上制御装置は、２重系で構成されており、一方の系で生成した自列車位置についての位置情報を、無線通信を介して前記地上制御装置へ送信し、
   自装置で生成した前記位置情報と前記地上制御装置から受信した当該位置情報との誤差を求める機能を２重系の両系に有し、許容範囲外である場合に、列車を停止させる指令を出力する機能を２重系の両系に有することを特徴とする列車制御システム。
5. 請求項３または請求項４に記載の列車制御システムにおいて、
   前記車上制御装置の前記２重系の各系は、前記自列車位置についての位置情報を演算しており、
   前記２重系のうち正常な主系のみが前記車上無線機に接続しており、
   前記車上制御装置の故障条件に基づいた前記主系の故障時には前記車上無線機との接続を前記主系から従系へ切替える切替機能を備えたことを特徴とする列車制御システム。

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