JP5078917B2

JP5078917B2 - 軌道回路用送信器

Info

Publication number: JP5078917B2
Application number: JP2009000108A
Authority: JP
Inventors: 健司菊池; 泰弘梅本; 英司水谷
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2009-01-05
Filing date: 2009-01-05
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2029-01-05
Also published as: JP2010155589A

Description

本発明は、列車が走行するレールを信号伝送媒体として利用し、列車の位置検知や列車制御を行うシステムに用いる送信器に関する。

鉄道用保安装置は、図９に示すように、軌道回路毎に設置された、特定の周波数成分の信号を送受する機器を用いて軌道回路に信号を伝送している。そして、軌道回路上の列車車両の有無により変化する列車検知信号（ＴＤ信号）レベルを利用して列車の在線状況を検出し、列車が進入した軌道には列車制御信号（ＡＴＣ信号）を送信して鉄道運行の安全性を確保している。

このような方式を実行する際に、送信器から送信される信号が不安定なものであると、システムの安全性を損ねるため、送信器の出力を安定させる必要がある。また、軌道回路のインピーダンスは軌道毎に軌道長や機器室と軌道間のケーブル長の差および送信する信号の周波数で異なると共に、列車の有無や天候によっても変動するため、送信器の出力制御は送信器出力端のインピーダンス変動に対し動揺しない制御が理想とされる。

また、例えば、特許文献１には、軌道回路に出力される出力信号の出力電圧および出力電流のレベルを監視し、出力電圧または出力電流が定められたレベルを越えたときは、定電圧制御または定電流制御に、制御を切り替える制御手段が開示されている。

特開２００３−１１８１６号公報

従来の軌道回路用送信器は、設計理想値の伝送インピーダンスで最適な送信性能を実現するように設計しているため、軌道回路毎の特性差により送信性能が低下する問題と、軌道回路への列車の在線および非在線や天候による特性変動に対しても送信性能が低下する問題があった。また、軌道回路は周波数特性を有しているため、送信信号の周波数を複数使用する場合は、信号周波数の使用帯域幅が広いほど信号毎の伝送特性が異なる問題も発生する。

さらに、列車非在線時に送信器の送信性能を最適としたい列車検知信号と、列車在線時に送信器の送信性能を最適としたい列車制御信号の二種類の信号を重畳送信する送信器は、送信器の送信制御を片方の信号に合わせた制御となり、他方の信号を送信する時の送信性能が低下する問題もあった。

以上の課題に対しては、これまでの送信器を使用している場合は、軌道回路毎に送信特性の異なる送信器を設置する、あるいは、天候変動に応じて送信器を切換えるなどの対策しか出来ないため、コストや機器の標準化を考えると難しい問題であった。

本発明で解決しようとする課題は、条件が異なる全ての軌道回路で最適な送信性能を発揮出来る送信器を提供することである。

本発明の軌道回路用送信器は、入力される指令値を制御則に基づいて演算処理する演算処理部と、前記演算処理部で生成され軌道回路に送信する信号の電流値を検出して帰還する電流検出部と、電圧値を検出して帰還する電圧検出部とを有し、検出した電流値と電圧値を基に送信する信号レベルの制御を行う軌道回路用送信器であって、送信器の出力端のインピーダンスを測定する出力端インピーダンス監視部を有し、前記出力端インピーダンス監視部により送信器出力端の軌道回路インピーダンスを任意のタイミングで測定し、前記軌道回路インピーダンスの変動に追従して前記送信器の出力インピーダンスを変更することを特徴とする。

また、本発明の軌道回路用送信器は、前記送信器の対象軌道回路の列車の有無を検知するための列車検知信号を送信する手段と、前記送信器の対象軌道回路に列車が進入した際に列車制御に用いる列車制御信号を送信する手段と、を備えることができる。
送信器出力端の軌道回路インピーダンスを測定し、その軌道回路インピーダンスに基づき送信器の送信制御を行うことによって送信制御に柔軟性を持たせ、異なる条件の軌道回路に追従した送信制御を可能とする。また、送信器出力端の軌道回路インピーダンス測定を、列車制御信号の送信器では列車の在線時に行い、列車検知信号の送信器では列車の非在線時で行うというように使い分けることで、各々の信号で最適な送信制御を実現できる送信器を提供する。

本発明の軌道回路用送信器は、送信器出力端のインピーダンスを任意のタイミングで測定し、送信制御の一条件として使用することによって、軌道回路毎の信号周波数や設置条件による軌道回路特性差および天候および列車の有無による軌道回路特性変動を把握して送信制御の基準値を追従させることが可能となり、あらゆる軌道回路特性に最適な送信性能を実現する利点がある。

図１は、本発明の実施例１の送信器の構成を示すブロック図である。図２は、送信器の送信制御を擬似的に説明した図である。図３は、送信器の送信性能に対する負荷インピーダンスと出力インピーダンスの関係を表した図である。図４は、本発明の実施例２の列車制御信号の送信器に適用した説明図である。図５は、本発明の実施例３の列車検知信号の送信器に適用した説明図である。図６は、列車検知信号の受信カーブと最適な送信制御の補正タイミングを説明した図である。図７は、本発明の実施例４の列車検知信号の送信器に適用した説明図である。図８は、本発明の実施例５の列車検知信号の送信器に適用した説明図である。図９は、従来例の列車検知信号の送信器の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施例１の軌道回路用送信器の構成を示すブロック図である。送信器１は、制御部２と、制御部２の出力側に接続された増幅部３と、増幅部３の出力信号１０の電圧を検知して制御部２に電圧フィードバック情報１１として出力する電圧検知部６と、増幅部３の出力信号１０の電流を検知して電流フィードバック情報１２として制御部２に出力する電流検知部７と、電圧フィードバック情報１１と電流フィードバック情報１２から送信器出力端のインピーダンスを測定する出力端インピーダンス監視部４から構成されている。増幅部３の出力側は軌道回路５に接続され、増幅部３の出力信号１０が軌道回路５に伝送される。

制御部２は、指令値８を入力とし、電圧検知部６および電流検知部７から得られる増幅部３の出力信号１０の電圧フィードバック情報１１および電流フィードバック情報１２と、出力端インピーダンス監視部４が測定したインピーダンス値を用いて制御演算し、制御出力信号９を増幅部３に出力する。増幅部３は、入力された制御出力信号９を増幅し、軌道回路５へ出力する。

図２は、図１の送信器１における送信制御を擬似的に表した図である。送信器１は出力端インピーダンス監視部４により出力電圧２２と出力電流２１を監視し、負荷インピーダンス１９が変動しても出力インピーダンス１８があたかも一定であるように信号源２０のレベルを増減させて送信レベルを可変させるのと同様な制御をする。この制御方法を用いると、送信器１の出力特性は、図３に示すように負荷インピーダンス１９が出力インピーダンス１８と近似する程、送信電力が最大になる。

このような制御特性を基に、負荷インピーダンス１９が軌道回路毎の設置条件や信号周波数によって異なる時は出力インピーダンス１８を負荷インピーダンス１９に合わせて変更することで、最適な送信制御を実現する。また、負荷インピーダンス１９が列車の有無や天候で変動する場合は、出力インピーダンス１８を負荷インピーダンス１９の変動に追従して見直すことで、最適な送信制御を継続出来る。

次に図４を使い、本発明の送信器を列車制御信号の送信器に適用する実施例２を説明する。列車制御に用いるＡＴＣ信号１６は、列車１４に対して送信する信号であるため、列車１４がＡＴＣ信号１６を送信する軌道回路５に在線している時に、列車１４との伝送を行うことになる。よって、ＡＴＣ送信器１５は、列車１４が軌道回路５の対象区間３１に在線している時にＡＴＣ信号１６を送信する。この送信タイミングで出力端インピーダンス監視部４により軌道回路５のインピーダンスを測定し、その測定値を送信制御の出力インピーダンスに用いることで列車１４が対象区間３１に在線している時にＡＴＣ送信器１５がＡＴＣ信号１６を送信するレベルが最大となり、列車１４が受信するＡＴＣ信号１６のレベルも最大となる効果がある。

次に、図５を使い、本発明の送信器を列車検知信号の送信に適用する実施例３を説明する。軌道回路５に任意の間隔で列車検知に用するＴＤ信号１７と列車制御信号に用するＡＴＣ信号１６の送信を兼用するＡＴＣ／ＴＤ兼用送信器２３と、ＡＴＣ信号１６の送信とＴＤ信号１７の受信とを兼用するＡＴＣ送信＆ＴＤ受信器２４が接続されたシステムの場合は、列車在線時のみ送信するＡＴＣ信号１６の送信をＡＴＣ／ＴＤ兼用送信器２３が行うことで、ＡＴＣ信号１６を送信していない状態から列車１４が非在線である時間を特定することが可能である。

ＡＴＣ／ＴＤ兼用送信器２３は、列車１４が非在線であると認識したタイミングで出力端インピーダンス監視部４により軌道回路５のインピーダンスを測定して、測定したインピーダンス値を基にＴＤ信号１７の送信制御を補正することにより、列車１４が非在線の時はＡＴＣ／ＴＤ兼用送信器２３の出力インピーダンスと負荷インピーダンスが近似することになり、ＴＤ信号１７の送信レベルが最大となりＡＴＣ送信＆ＴＤ受信器２４が受信するＴＤ信号１７のレベルも最大となる。

逆に列車１４が在線している時は、出力インピーダンスと負荷インピーダンスとの差が大きくなってＴＤ信号１７の送信レベルが低下しＡＴＣ送信＆ＴＤ受信器２４が受信するＴＤ信号１７のレベルも低下する。結果的に、列車１４が在線と非在線の時でＡＴＣ送信＆ＴＤ受信器２４が受信するＴＤ信号１７のレベルの差も大きくなり、列車検知性能が向上する。

なお、送信制御の補正タイミングは列車が非在線時に行うこととし、この送信制御補正タイミングが列車検知装置において最適であることを筆者は発見した。これについて図６を使い説明する。図６は、列車検知に用するＴＤ信号の受信レベルが列車の走行に合わせて変動する様を表したものである。ＴＤ信号の受信レベルは、列車が当該軌道に進入すると低下し、当該軌道を抜けると上昇する。

この受信レベルを監視し、予め設定した列車在線検知レベルと列車非在線検知レベルを基に列車の在線状態を検知している。送信制御を列車在線時に補正した場合、列車の在線状態でＴＤ信号の受信レベルが上昇し、列車在線検知レベル以下であった受信レベルが列車非在線検知レベルまで上昇する可能性があり、列車在線を非在線と誤検知することとなる。よって、列車検知信号の送信器においては、送信制御の補正は列車非在線時に行うことが最適である。

次に、図７を使い、送信器の上位の機器が列車の位置検知を行うシステムに本発明の送信器を適用する実施例４を説明する。軌道回路５に任意の間隔で列車検知に用するＴＤ信号１７を送信するＴＤ送信器２５と、ＴＤ信号１７を受信するＴＤ受信器２６が接続され、ＴＤ送信器２５とＴＤ受信器２６を監視制御する上位機器２７が上位機器インタフェース２８で接続されたシステムの場合、ＴＤ信号１７はＴＤ送信器２５から軌道回路５を経由してＴＤ受信器２６に伝送され、上位機器２７はＴＤ受信器２６が受信したＴＤ信号１７のレベルを監視することで列車１４がＴＤ送信器２５とＴＤ受信器２６の間に進入したことを検知する。

ＴＤ送信器２５は、列車１４が対象軌道に非在線であるタイミングを上位機器２７から上位機器インタフェース２８経由で受け取ることにより、列車１４が対象軌道に非在線である時のＴＤ送信器２５の出力端インピーダンスを出力端インピーダンス監視部４により測定することが可能となり、測定したインピーダンス値で列車の非在線時のタイミングでＴＤ信号１７の送信制御を補正することで実施例３と同様に列車検知性能が向上する。

次に、図８を使い、送信器自体が列車の位置検知を行うシステムに本発明の送信器を適用する実施例５を説明する。軌道回路５が列車１４の検知に用するＴＤ信号１７のループ単位で分割された構成で、ＴＤ信号１７の送信部と受信部が一つの機器で兼用された送受信器２９で列車検知するシステムの場合、送受信器２９自体が当該軌道への列車１４の在線状態を認識できる。

この特徴を利用し、列車１４が非在線である時間を特定し、そのタイミングで出力端インピーダンス監視部４により軌道回路５のインピーダンスを測定して、測定したインピーダンス値で列車の非在線時のタイミングでＴＤ信号１７の送信制御を補正することで実施例３および実施例４と同様に列車検知性能が向上する。

１送信器
２制御部
３増幅部
４出力端インピーダンス監視部
５軌道回路（レール）
６電圧検知部
７電流検知部
８指令値
９制御出力信号
１０出力信号
１１電圧フィードバック情報
１２電流フィードバック情報
１３出力端インピーダンス情報
１４列車
１５ＡＴＣ送信器
１６ＡＴＣ信号
１７ＴＤ信号
１８出力インピーダンス
１９負荷インピーダンス
２０信号源
２１出力電流
２２出力電圧
２３ＡＴＣ／ＴＤ兼用送信器
２４ＡＴＣ送信＆ＴＤ受信器
２５ＴＤ送信器
２６ＴＤ受信器
２７上位機器
２８上位機器インタフェース
２９送受信器
３０レール絶縁部
３１対象区間

Claims

入力される指令値を制御則に基づいて演算処理する演算処理部と、前記演算処理部で生成され軌道回路に送信する信号の電流値を検出して帰還する電流検出部と、電圧値を検出して帰還する電圧検出部とを有し、検出した電流値と電圧値を基に送信する信号レベルの制御を行う軌道回路用送信器において、送信器出力端の軌道回路インピーダンスを測定する出力端インピーダンス監視部を有し、前記出力端インピーダンス監視部により送信器出力端の軌道回路インピーダンスを任意のタイミングで測定し、前記軌道回路インピーダンスの変動に追従して前記送信器の出力インピーダンスを変更することを特徴とする軌道回路用送信器。
請求項１の軌道回路用送信器において、前記送信器の対象軌道回路の列車の有無を検知するための列車検知信号を送信する手段と、前記送信器の対象軌道回路に列車が進入した際に列車制御に用いる列車制御信号を送信する手段と、を備えることを特徴とする軌道回路用送信器。
請求項１または請求項２に記載の軌道回路用送信器を用いて、当該軌道に列車が在線している時の送信器出力端の軌道回路インピーダンスを測定し、測定した軌道回路インピーダンスに基づき送信制御することを特徴とする列車制御装置。
請求項１または請求項２に記載の軌道回路用送信器を用いて、当該軌道に列車が在線していない時に測定した送信器出力端の軌道回路インピーダンスに基づき列車が在線していないタイミングで送信制御を補正することを特徴とする列車制御装置。