JP5089076B2 - Ａｔｓ装置 - Google Patents

Description

この発明は、列車の停止制御に使用するＡＴＳ装置、特に列車の速度制限精度の向上に関するものである。

自動列車停止装置として変周式のＡＴＳ−Ｓ形が従来から広く使用されている。このＡＴＳ−Ｓ形のうち、民鉄で使用されている多変周式ＡＴＳ装置は、図８に示すように、速度制限をする区間の特定地点に制限速度の各速度段に応じた周波数ｆ１〜ｆ５のＬ−Ｃ共振回路からなる地上子２ａＢ〜２ａＦをそれぞれ設け、車上装置としては、図２に示すように、車上子５のコイルを帰還回路とした増幅回路６により常時発振周波数で発振している発振回路７と、発振回路７の出力側にフィルタ８ａ〜８ｅと増幅回路９ａ〜９ｅと整流回路１０ａ〜１０ｅ及びリレーＲ１〜Ｒ５からなる受信周波数のチャネルを共振周波数に応じて有する周波数選別回路１１と論理部１２を設けている。そして走行している列車３の車上子５が各地上子２ａＢ〜２ａＦの上を通るときに、発振回路７の常時発振周波数が地上子２ａＢ〜２ａＦに設定された共振周波数ｆ１〜ｆ５に変周することを利用して周波数選別回路１１から論理部１２に地上子情報を出力している。論理部１２は入力した各周波数ｆ１〜ｆ５に割り当てられた制限速度で速度制限を行う。

また、車上速度照査機能を有するＡＴＳ装置は、図９（ａ）に示すように、速度照査点のレールに沿って設置された２個１対の地上子４０ａ，４０ｂ間を列車３が制限速度で走行したときの通過時間があらかじめ車上装置４に設定された標準時間になるようにその間隔が定められている。車上装置４は車上子５が各地上子４０ａ，４０ｂと結合したときの時間差、すなわち２つの地上子４０ａ，４０ｂ間の通過時間を計測し、計測した通過時間と設定されている標準時間とを比較し、通過時間が標準時間より短いときは、列車３が制限速度以上で走行しているとしてブレーキ制御を行い、通過時間が標準時間より長いときは、列車３が制限速度以下で走行しているとしてブレーキ制御を行わないようにしている。

この車上速度照査機能を有するＡＴＳ装置は、特定地点における速度制限を実施するのみであり、列車が速度照査点を通過した後は速度制限をかけるものが存在しないため、車両性能に従った最高速度まで速度を上られるため、信号の暴進や終端部への追突等の問題があった。これに対して特許文献１に示された列車速度制御装置は、図９（ｂ）に示すように、車上子が速度照査用の２つの地上子４０ａ，４０ｂとそれぞれ結合したときの速度Ｖ１１，Ｖ１２を検出し、検出した速度Ｖ１１，Ｖ１２から２つの地上子４０ａ，４０ｂ間の平均速度Ｖ１０＝（Ｖ１１＋Ｖ１２）／２を算出する。この算出した平均速度Ｖ１０と２つの地上子４０ａ，４０ｂ間の通過時間から２つの地上子４０ａ，４０ｂの間隔を算出し、算出した間隔と標準時間とにより速度照査地点の制限速度を算出し、算出した制限速度により次の速度照査地点まで列車の速度を制御している。

前記いずれの場合も、固定の速度段制限あるいはある特定地点における速度制限を実施するのみであり、各速度制限区間がどの程度の長さであることが判らず細かい制限速度を設けることはできなかった。

このような問題を解消するためＡＴＳ−Ｐ形は、地上子から制限速度とその速度制限区間長を示す情報を車上子に送信し、車上装置は車上子が受信した制限速度とその速度制限区間長により速度照査パターンを生成し、列車の速度が速度照査パターン以下になるように制御している。また、特許文献２に示された列車制御装置は、図１０に示すように、異なる周波数ｆ１，ｆ２，ｆ３の地上子４１ａ，４１ｂ，４１ｃを使用し、周波数ｆ１の地上子４１ａと周波数ｆ２の地上子４１ｂを制限速度に対応した所定の距離Ｌ１だけ隔てて設け、周波数ｆ３の地上子４１ｃを周波数ｆ２の地上子４１ｂから速度制限区間の長さＬｃに対応した所定の距離Ｌ２だけ隔てて設け、速度照査地点で車上装置が制限速度とその速度制限区間長を得るようにしている。
特開平７−１２３５３３号公報 特許第３２００５９５号公報

前記ＡＴＳ−Ｐ形や特許文献２に示された列車制御装置は既存のＡＴＳ−Ｓ形の車上装置を搭載した列車には適用することができず、既存のＡＴＳ車上装置を有効に活用することはできなかった。

この発明は、既存のＡＴＳ車上装置に影響を与えることなく、地上装置や車上装置に速度制限区間の距離情報や制限速度情報といった情報伝送機能を持たせることなく、簡単な構成で列車の速度をパターン制御することができるＡＴＳ装置を提供することを目的とするものである。

この発明のＡＴＳ装置は、地上装置と、列車に搭載された車上装置とを有し、前記地上装置は、レールに沿って所定距離だけ隔てて設置された同一周波数の２個１対の地上子を有し、前記地上子間の距離は、車上速度照査機能を有するＡＴＳ装置の車上装置に設定された標準時間と、前記地上子の設置されている区間を通過できる列車の制限速度とから算出した距離より長く設定され、前記車上装置は、前記同一周波数の２個１対の地上子を検出したとき、前記地上子の周波数に対応した制限速度からブレーキパターンを発生することを特徴とする。

この発明の他のＡＴＳ装置は、地上装置と、列車に搭載された車上装置とを有し、前記地上装置は、レールに沿って所定距離だけ隔てて設置された同一周波数の複数の地上子を有し、前記地上子間の距離は、車上速度照査機能を有するＡＴＳ装置の車上装置に設定された標準時間と、前記地上子の設置されている区間を通過できる列車の制限速度とから算出した距離より長く設定され、前記車上装置は、前記同一周波数の複数の地上子のなかの第１の地上子を検出してから他の地上子を検出するたびに、前記地上子の周波数に対応した制限速度から下り勾配の異なるブレーキパターンを発生することを特徴とする。

また、前記車上装置は、前記地上子の周波数と異なる周波数の地上子を検出したときに、発生したブレーキパターンの低下を停止させる。

さらに、前記車上装置は、前記ブレーキパターンの低下を停止させるとき、列車の速度を前記ブレーキパターンと一致するように補正すると良い。

この発明はレールに沿って所定距離だけ隔てて設置された同一周波数の２個１対の地上子を車上装置で検出したとき、地上子の周波数に対応した制限速度からブレーキパターンを発生することにより、既存のＡＴＳ車上装置に影響を与えることなく、簡単な構成で列車の速度をパターン制御することができる。

また、車上装置でレールに沿って所定距離だけ隔てて設置された同一周波数の複数の地上子のなかの第１の地上子を検出してから他の地上子を検出するたびに、地上子の周波数に対応した制限速度から下り勾配の異なるブレーキパターンを発生することにより、車上装置の特性や速度発電機のばらつき等により列車ごとに実際の速度が変動しても、その変動に応じた最適なブレーキパターンで列車の速度を制御することができ、列車の速度を精度良く制御することができる。

また、同一周波数の地上子間の距離は、車上速度照査用に使用する２個１対の地上子間の距離より長く設定することにより、既存の車上速度照査機能にも影響を与えないですむ。

さらに、地上子の周波数と異なる周波数の地上子を検出したときに、発生したブレーキパターンの低下を停止させることにより、速度制限地点までの距離情報を持たせる必要がなく、既存のＡＴＳ車上装置でパターン制御を行うことができる。

また、前記ブレーキパターンの低下を停止させるとき、列車の速度を前記ブレーキパターンと一致するように補正することにより、各列車の速度を精度良く制御することができる。

図１はこの発明のＡＴＳ装置の構成図である。図に示すように、ＡＴＳ装置は、減速制御区間のレール１に沿って距離Ｌを隔てて設置され、制限速度に応じた同一周波数ｆ１の２個１対の地上子２ａ，２ｂと、列車３に搭載された車上装置４を有する。２個１対の地上子２ａ，２ｂの距離Ｌは、その区間の許容最高速度と、図９（ａ）に示すように、従来の車上速度照査機能を有するＡＴＳ装置の車上装置に設定された標準時間から算出した距離より長く設定されている。

車上装置４は、図２のブロック図に示すように、従来のＡＴＳ車上装置と全く同様に、車上子５のコイルを帰還回路とした増幅回路６により常時発振周波数で発振している発振回路７と、発振回路７の出力側にフィルタ８ａ〜８ｅと増幅回路９ａ〜９ｅと整流回路１０ａ〜１０ｅ及びリレーＲ１〜Ｒ５を共振周波数ｆ１〜ｆ５に応じて有する周波数選別回路１１とを有し、論理部１２が従来のＡＴＳ車上装置と相違して各リレーＲ１〜Ｒ５の出力信号により各周波数ｆ１〜ｆ５に割り当てられた制限速度で速度制限を行うとともに制限速度からブレーキパターンを発生する。

このＡＴＳ装置で列車３の速度を制御するときの処理を説明する。列車３が走行して車上子５が地上子２ａの上を通るときに、発振回路７の常時発振周波数が地上子２ａに設定された共振周波数ｆ１に変周して共振回路７から周波数選別回路１１に周波数ｆ１の信号が送られる。周波数選別回路１１は送られた周波数ｆ１の信号を選別してリレーＲ１を動作させる。論理部１２はリレーＲ１の出力信号を入力すると周波数ｆ１に割り当てられた制限速度で速度制限を行う。この状態であらかじめ定められた一定距離以内に車上子５が地上子２ｂの上を通り、論理部１２にリレーＲ１の出力信号が再び入力すると、論理部１２は周波数ｆ１に割り当てられた制限速度から、図１に示すように、ブレーキパターンＢＰを発生して列車３の速度を制御し所定の停止位置に停止させる。このブレーキパターンＢＰはあらかじめ車両性能により計算されるか、あるいは実際の列車３により収集されたデータから算出する。

このように車上子５が同一周波数ｆ１の２個の地上子２ａ，２ｂを一定時間以内に検出したとき、無条件で周波数ｆ１が持つ制限速度からブレーキパターンＢＰを発生するから、既存のＡＴＳ装置に影響を与えることなく、簡単な構成で列車３の速度をパターン制御することができる。

また、２個１対の地上子２ａ，２ｂの距離Ｌは、従来の車上速度照査機能を有するＡＴＳ装置の車上装置に設定された標準時間から算出した距離より長く設定されているから、車上子５が地上子２ａを検出して車上速度照査機能の計時が開始しても、車上子５が地上子２ｂの上を検出する以前に車上速度照査機能の計時が終了しているため、既存の車上速度照査機能にも影響を与えないですむ。

この車上子５で２個１対の地上子２ａ，２ｂを検出して発生したブレーキパターンＢＰは、車上子５が地上子２ａ，２ｂの周波数ｆ１と異なる周波数の地上子を検出したときに論理部１２でブレーキパターンＢＰの低下を停止させる。

このＡＴＳ装置を速度制限制御区間や停止制御区間に設けた場合について、図３の構成図を参照して説明する。

速度制限制御区間には周波数ｆ１の２個１対の地上子２ａＡ，２ｂＡとパターン低下停止用の周波数ｆ０の地上子１４が設置され、停止制御区間には周波数ｆ１の２個１対の地上子２ａＢ，２ｂＢと、周波数ｆ２の２個１対の地上子２ａＣ，２ｂＣと、周波数ｆ３の２個１対の地上子２ａＤ，２ｂＤと、周波数ｆ４の２個１対の地上子２ａＥ，２ｂＥと、周波数ｆ５の２個１対の地上子２ａＦ，２ｂＦが設置されている。また、速度制限制御区間の終端には制限速度更新用の周波数ｆ１の地上子１５が設置されている。パターン低下停止用の周波数ｆ０の地上子１４は周波数ｆ１の速度情報から発生したブレーキパターンから算出した距離Ｌｃだけ地上子２ｂＡから離れた地点に設置されている。すなわち、周波数ｆ１に対応する制限速度から発生したブレーキパターンから、速度制限をかける制限速度なるまでに列車３が走行する距離Ｌｃを算出することができるから、この距離Ｌｃを算出して周波数ｆ０の地上子１４を設置する。また、周波数ｆ２の地上子２ａＣ，２ｂＣは地上子２ｂＢの周波数ｆ１に対応する制限速度で発生したブレーキパターンが周波数ｆ２に対応する制限速度になる距離だけ地上子２ｂＢから離れた地点に設置され、周波数ｆ３の地上子２ａＤ，２ｂＤは地上子２ｂＣの周波数ｆ２に対応する制限速度で発生したブレーキパターンが周波数ｆ３に対応する制限速度になる距離だけ地上子２ｂＣから離れた地点に設置され、周波数ｆ４の地上子２ａＥ，２ｂＥは地上子２ｂＤの周波数ｆ３に対応する制限速度で発生したブレーキパターンが周波数ｆ４に対応する制限速度になる距離だけ地上子２ｂＤから離れた地点に設置されている。

車上装置４には、図４のブロック図に示すように、周波数選別回路１１に、周波数ｆ０を選別するフィルタ８ｆと増幅回路９ｆと整流回路１０ｆ及びリレーＲ０が追加されている。

列車３が周波数ｆ１に割り当てられた制限速度、例えば120ｋｍ／ｈで走行して速度制限制御区間に達し、車上子５で周波数ｆ１の地上子２ａＡ，２ｂＡを検出すると、車上装置４の論理部１２は周波数ｆ１に対応する制限速度である120ｋｍ／ｈからブレーキパターンを発生して列車３を減速させる。発生したブレーキパターンにより減速している列車３が周波数ｆ０の地上子１４の位置に達して車上子５で周波数ｆ０の地上子１４を検出すると、論理部１２はそのときのブレーキパターンによる制限速度、例えば80ｋｍ／ｈでブレーキパターンの低下を停止し、一定速度である80ｋｍ／ｈの速度パターンにして列車３を80ｋｍ／ｈで走行させる。地上子１４を通過して一定速度で走行している列車３が周波数ｆ１の地上子１５の位置に達して車上子５が地上子１５を検出すると、論理部１２は周波数ｆ１に応じた一定速度である120ｋｍ／ｈの速度パターンを発生して列車３の速度を制御する。

この状態で列車３が走行し、停止制御区間に達して車上子５で周波数ｆ１の地上子２ａＢ，２ｂＢを検出すると、論理部１２は周波数ｆ１に対応する制限速度である120ｋｍ／ｈからブレーキパターンを発生して列車３を減速させる。この列車３が減速しながら進行して車上子５で周波数ｆ２の地上子２ａＣ，２ｂＣを検出すると、論理部１２は周波数ｆ２に対応する制限速度、例えば65ｋｍ／ｈからブレーキパターンを発生して列車３の速度を制御する。以下同様に車上子５が周波数ｆ３の地上子２ａＤ，２ｂＤを検出したとき及び周波数ｆ４の地上子２ａＥ，２ｂＥを検出したとき、論理部１２は周波数ｆ３に対応する制限速度、例えば45ｋｍ／ｈと周波数ｆ４に対応する制限速度、例えば30ｋｍ／ｈからブレーキパターンを発生して列車３の速度を制御し、所定の停止位置に列車３を停止させる。

このようにして現在主として民鉄で実施されている閉そく区間に対して制御用地上子が設置されている路線に対しては、その制御用地上子を地上子２ａとして使用し、同じ周波数の地上子２ｂを距離Ｌだけ設置することにより地上装置を構成することができるとともに既存の車上装置を利用して列車３の速度をパターン制御することができる。

このように同じ周波数の２個１対の地上子２ａ，２ｂを車上子５で検出してその周波数に応じた制限速度でブレーキパターンを発生して列車３の速度を制御している場合、車上装置４の特性や速度発電機のばらつき等により、列車３ごとに実際の速度が変動する。例えば図５に示すように、車上子５で周波数ｆ１の地上子２ａＡ，２ｂＡを検出して論理部１２で周波数ｆ１に対応する制限速度である120ｋｍ／ｈからブレーキパターンＢＰを発生して列車３を減速させても、列車３の実際の速度パターンＶＰが変動して周波数ｆ０の地上子１４の位置に達したとき、列車３の実際の速度が所定の80ｋｍ／ｈになっていなく例えば82ｋｍ／ｈになる場合もある。この変動はある許容範囲に入ることが推測されるので、車上子５が周波数ｆ０の地上子１４を検出したときに、論理部１２は速度検出部１３で検出している列車３の速度が周波数ｆ０に対応する制限速度である80ｋｍ／ｈになるように補正する。このように２個１対の地上子２ａ，２ｂを車上子５で検出してブレーキパターンを発生するとき、列車３の速度をブレーキパターンを発生する制限速度に補正することにより、列車３ごとのばらつきをなくすことができ、各列車３の速度を精度良く制御することができる。

前記説明では車上装置４の特性等のばらつきにより変動する列車３ごとの実際の速度を車上子５で周波数ｆ０の地上子１４を検出したときに補正する場合について説明したが、周波数ｆ１に対応する制限速度からブレーキパターンを発生するとき、下り勾配の異なる複数のブレーキパターンを発生して、車上装置４の下り勾配区間における列車３の加速を抑えるようにブレーキパターンを選択して列車３の速度を制御するようにしても良い。例えば図６に示すように、２個１対の地上子２ａ，２ｂの地上子２ｂの列車進行方向に距離Ｌ毎に同一周波数ｆ１の地上子２ｃ，２ｄを設置し、車上子５で地上子２ｂを検出したときに、論理部１２で下り勾配が−２５％のブレーキパターンＢＰＡを発生し、車上子５で地上子２ｃを検出したときに、論理部１２で下り勾配が−１５％のブレーキパターンＢＰＢを発生し、車上子５で地上子２ｄを検出したときに、論理部１２で下り勾配が−５％のブレーキパターンＢＰＣを発生する。また、複数のブレーキパターンを発生する地上子２ｂ〜２ｄのいずれかが故障した場合は、そのときに発生したブレーキパターンのなかで下り勾配が最も大きいブレーキパターンを選択することにより、より安全側に制御することができる。

前記説明では車上装置４にフィルタ８と増幅回路９と整流回路１０及びリレーを有する周波数選別回路１１を設けた場合について説明したが、図７に示すように、Ｏ字状の送信コイル６と受信コイル７を有する車上子５と出力トランス２０と入力トランス２１及び車上子５から入力した受信信号と送信している信号とを同期させた状態の同期検波と、入力した受信信号と送信している信号の位相を９０度ずらした信号との直交検波の２成分を使用して周波数を選別する車上装置４ａにも同様に適用することができる。

この車上装置４ａは、送信部２２と受信部２３と演算処理部２４及び論理部１２を有する。送信部２２は発振回路２５と断続波生成部２６とＤ／Ａ変換部２７とローパスフィルタ２８及び増幅部２９を有し、受信部２３は減衰器３０と第１の信号処理部３１と第２の信号処理部３２を有する。第１の信号処理部３１は、受信信号と断続波生成部２６で生成した送信信号を乗算する乗算部３３とフィルタ３４及びＡ／Ｄ変換部３５を有し、第２の信号処理部３２は、断続波生成部２６で生成した送信信号を入力して位相を９０度ずらした信号を出力する信号遅延部３６と、受信信号と信号遅延部３６から出力する送信信号の位相を９０度ずらした信号を乗算する乗算部３７とフィルタ３８及びＡ／Ｄ変換部３９を有する。

この車上装置４ａは、送信部２２の断続波生成部２６は、発振回路２５から常時出力される所定の周波数の信号により地上子の周波数ｆ１〜ｆ０と同じ周波数の断続信号を生成する。この生成した周波数ｆ１〜ｆ０をＤ／Ａ変換部２７でアナログ信号に変換し、ローパスフィルタ２８で不要な周波数成分を除去して増幅部２９で増幅して送信トランス２０を介して車上子５の送信コイルに出力している。受信部２３は車上子５の受信コイルからの受信信号を入力トランス２１を介して入力し、入力した受信信号を減衰器３０で減衰させて第１の信号処理部３１と第２の信号処理部３２に送る。第１の信号処理部３２は送られた受信信号と断続波生成部２６で生成した送信信号とを乗算部３３で乗算し、その直流成分をフィルタ３４で抽出し、外部ノイズ等による他の信号周波数成分を除去してＡ／Ｄ変換部３５でデジタル信号に変換して演算処理部２４に出力する。第２の信号処理部３２は送られた受信信号と信号遅延部３６から出力する送信信号の位相を９０度ずらした信号とを乗算部３７で乗算し、その直流成分をフィルタ３８で抽出してＡ／Ｄ変換部３９でデジタル信号に変換して演算処理部２４に出力する。検出判定部１８は第１の信号処理部１６と第２の信号処理部１７から入力した信号により地上子検出情報を出力する。

このように送信部２２から周波数ｆ１〜ｆ０の信号を車上子５の送信コイルに出力し、この出力信号を受信コイルで受信して受信部２３で直交検波して演算処理部２４に出力しているとき、地上子２ａから例えば周波数ｆ１の信号を受信すると、地上子５の送信コイルから出力して受信コイルで受信している周波数ｆ１の信号が増幅されて受信部２３に送られる。受信部２３は送られた信号を直交検波して送信部２２から出力している断続波信号と照合をして演算処理部２４に出力することにより周波数ｆ１の信号を選別することができる。この選別した周波数ｆ１により論理部１２でブレーキパターンを発生する。

この発明のＡＴＳ装置の構成図である。 車上装置の構成を示すブロック図である。 速度制限制御区間と停止制御区間に設けた地上子の配置図である。 第２の車上装置の構成を示すブロック図である。 列車の速度のばらつきに対する補正動作を示す模式図である。 列車の速度のばらつきに対する補正用のブレーキパターンを示す配置図である。 第３の車上装置の構成を示すブロック図である。 従来のＡＴＳ−Ｓ形の地上子の配置図である。 車上速度照査機能を有するＡＴＳ装置の構成図である。 従来の制限速度と速度制限区間長を得る地上子の配置図である。

符号の説明

１；レール、２；地上子、３；列車、４；車上装置、５；車上子、６；増幅回路、
７；発振回路、８；フィルタ、９；増幅回路、１０；整流回路、
１１；周波数選別回路、１２；論理部、１３；速度検出部、１４；地上子、
１５；地上子、１６；地上子、２０；出力トランス、２１；入力トランス、
２２；送信部、２３；受信部、２４；演算処理部、２５；発振回路、
２６；断続波生成部、２７；Ｄ／Ａ変換部、２８；ローパスフィルタ、２９；増幅部、
３０；減衰器、３１；第１の信号処理部、３２；第２の信号処理部、
３３；乗算部、３４；フィルタ、３５；Ａ／Ｄ変換部、３６；信号遅延部、
３７；乗算部、３８；フィルタ、３９；Ａ／Ｄ変換部、Ｒ１〜Ｒ５，Ｒ０；リレー。

Claims (4)

1. 地上装置と、列車に搭載された車上装置とを有し、
   前記地上装置は、レールに沿って所定距離だけ隔てて設置された同一周波数の２個１対の地上子を有し、
   前記地上子間の距離は、車上速度照査機能を有するＡＴＳ装置の車上装置に設定された標準時間と、前記地上子の設置されている区間を通過できる列車の制限速度とから算出した距離より長く設定され、
   前記車上装置は、前記同一周波数の２個１対の地上子を検出したとき、前記地上子の周波数に対応した制限速度からブレーキパターンを発生することを特徴とするＡＴＳ装置。
2. 地上装置と、列車に搭載された車上装置とを有し、
   前記地上装置は、レールに沿って所定距離だけ隔てて設置された同一周波数の複数の地上子を有し、
   前記地上子間の距離は、車上速度照査機能を有するＡＴＳ装置の車上装置に設定された標準時間と、前記地上子の設置されている区間を通過できる列車の制限速度とから算出した距離より長く設定され、
   前記車上装置は、前記同一周波数の複数の地上子のなかの第１の地上子を検出してから他の地上子を検出するたびに、前記地上子の周波数に対応した制限速度から下り勾配の異なるブレーキパターンを発生することを特徴とするＡＴＳ装置。
3. 前記車上装置は、前記地上子の周波数と異なる周波数の地上子を検出したときに、発生したブレーキパターンの低下を停止させる請求項１又は２に記載のＡＴＳ装置。
4. 前記車上装置は、前記ブレーキパターンの低下を停止させるとき、列車の速度を前記ブレーキパターンと一致するように補正する請求項１乃至３のいずれかに記載のＡＴＳ装置。

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