JP5662087B2 - 列車制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、列車制御装置に関する。

線路終端への列車衝突を防護する為に、従来は、レールコードや、トランスポンダを使って線路情報を車上装置に取り込み、速度制限パターンの作成を行うことによって、列車速度がパターンを超過した際に車上装置から自動的にブレーキ指令を出力していた。

列車を停止させるためには、ブレーキシュを車輪に押し付けることにより制動力を得る必要性がある。このブレーキシュは、シリンダによって駆動されるが、ブレーキ指令を出力してから、実際にシリンダが動作するまでに、機械的な動作遅れ時間が発生する。この動作遅れ時間は、速度制限パターンを作成する際に、空走時間として、列車停止時間に組み込まれているから、ブレーキ指令が出てから、列車が停止するまでの時間が長くなり、運転時隔の短縮を実現する障害となる。

特許文献１は、前方予告信号を利用し、ＡＴＣ車上装置が前方予告信号を受信したとき、ブレーキノッチＢ１（最弱のブレーキ出力）の予備ブレーキ出力状態とし、予備ブレーキ出力を行うことにより、ブレーキシュが車輪に近接した状態とし、その後、ＡＴＣブレーキを動作させることにより、ブレーキ動作時間を短縮し、列車の空走時間を削減するＡＴＣ装置を開示している。

特許文献１の場合、予備ブレーキ出力手段がブレーキ機構を作動させて列車がほとんど減速しない程度の予備ブレーキ出力を行うため、列車の通常走行に影響を与えることなくブレーキ動作時間を短縮することができる。

しかし、特許文献１では、前方予告信号を利用して予備ブレーキ制御を行うものであって、実際の列車速度を考慮して、予備ブレーキ制御を行うものではない。また、列車の実際の速度に影響を与える力行条件の有無も考慮してもいない。このため、実際の列車運行に適合したブレーキ制御を行うのに、難点がある。

特開２００２−１０４０２号公報

本発明の課題は、実際の列車運行に適合したブレーキ制御を実行し、列車のブレーキ動作遅れ時間を短縮し、列車停止時間の短縮を図り、運転時隔の短縮に寄与し得る列車制御装置を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る列車制御装置は、速度検出器と、車上装置と、ブレーキ装置を含む。前記速度検出器は、列車に搭載され、列車速度を検出する。前記車上装置は、前記速度検出器から供給される速度信号と、列車力行条件の有無とを入力条件にして惰行走行を検知し、前記惰行走行が検知されたとき、予備ブレーキ信号を生成し、前記ブレーキ装置に予備ブレーキ制御を与える。

上述したように、本発明に係る列車制御装置は、車上装置を含んでおり、この車上装置は、速度検出器から供給される速度信号と、列車力行条件の有無とを入力条件にして惰行走行を検知し、惰行走行が検知されたとき、予備ブレーキ信号を生成し、ブレーキ装置に予備ブレーキ制御を与える。予備ブレーキは、ブレーキノッチＢ１の最弱のブレーキ出力であり、ブレーキシュが車輪に近接した状態とし、その後、本来のブレーキを動作させることにより、前方停止位置に向かって惰行走行状態にある列車のブレーキ動作遅れ時間を短縮し、列車の空走時間を削減し、運転時隔の短縮に寄与し得る。

以上述べたように、本発明によれば、実際の列車運行に適合したブレーキ制御を実行し、列車のブレーキ動作遅れ時間を短縮し、列車停止時間の短縮を図り、運転時隔の短縮に寄与し得る列車制御装置を提供することができる。

本発明に係る列車制御装置の構成を示す図である。 本発明に係る列車制御装置を構成するブレーキ信号生成部のブロック図である。 本発明に係る列車制御装置の制御動作を説明するための列車位置‐列車速度の関係を示すグラフである。 図２に示したブレーキ信号生成部の動作を示すフローチャートである。

図１を参照すると、本発明に係る列車制御装置は、速度検出器２０と、車上装置４と、ブレーキ装置３とを含んでおり、これらは、レール1の上を、矢印Ｆ１の方向に走行する列車２に搭載されている。速度検出器２０は、列車２に搭載され、列車速度を検出するもので、具体的には、速度発電機で構成され、車輪２１の回転数に応じた速度信号（電圧信号）を生成する。

車上装置４は、速度検出器２０から供給される速度信号と、力行条件信号Ｂの有無とを入力条件にして惰行走行を検知し、惰行走行が検知されたとき、予備ブレーキ信号Ｃを生成し、ブレーキ装置３に予備ブレーキ制御を与える。図示の実施の形態では、車上装置４は、ブレーキ信号生成部４１と、制御部４０とを有している。ブレーキ信号生成部４１は、速度検出器２０から供給される速度信号と、力行条件信号Ｂの有無とを入力条件にして惰行走行を検知し、惰行走行が検知されたとき、予備ブレーキ信号Ｃを生成する。予備ブレーキは、ブレーキノッチＢ１の最弱のブレーキ出力である。

制御部４０は、ブレーキ信号生成部４１から予備ブレーキ信号Ｃが供給されたとき、ブレーキ装置３に予備ブレーキ制御を与える。制御部４０は、一般的な車上装置の機能も備えており、車上アンテナ２２によって、地上装置から与えられる列車制御信号、例えば、ＡＴＣ信号を受信し、ＡＴＣ制御動作も実行する。また、制御部４０は、運転台で操作されるブレーキノッチをも含んでいる。

ブレーキ装置３は、シリンダ３２によってブレーキシュ３３を駆動し、車輪２１に対する圧接作用によってブレーキ力を得るものである。ブレーキが加わっていない状態では、ブレーキシュ３３と車輪２１との間には、間隔Δｄがある。予備ブレーキがかかった場合には、シリンダ３２の働きにより、ブレーキシュ３３が車輪２１の方に近づき、間隔Δｄが短縮される。

上述したように、本発明に係る列車制御装置は、車上装置４を含んでおり、この車上装置４は、速度検出器２０から供給される速度信号と、力行条件信号Ｂの有無とを入力条件にして惰行走行を検知し、惰行走行が検知されたとき、予備ブレーキ信号Ｃを生成し、列車２に備えられたブレーキ装置３に予備ブレーキ制御を与える。予備ブレーキは、ブレーキノッチＢ１の最弱のブレーキ出力であり、ブレーキシュ３３が車輪２１に近接した状態とし、その後、本来のブレーキを動作させることにより、前方停止位置に向かって惰行走行状態にある列車２のブレーキ動作遅れ時間を短縮し、列車２の空走時間を削減し、運転時隔の短縮に寄与し得る。

次に、図２のブロック図を参照し、ブレーキ信号生成部４１の構成及び動作について、更に詳しく説明する。まず、図２を参照すると、ブレーキ信号生成部４１は、速度検出器２０を構成する速度発電機からの速度信号を受ける速度補償器４１１を備える。速度補償器４１１は、速度発電機から周波数信号として与えられる速度信号を、直流電圧信号に変換するＦ/ＤＣ変換器である。したがって、速度補償器４１１の後段側では、速度信号を電圧信号として処理することになる。

速度補償器４１１の後段には、第１コンパレータ４１２、第２コンパレータ４１３及び第３コンパレータ４１４が並列的に接続されている。これらは、何れも、シュミットトリガ回路を利用したものである。第１コンパレータ４１２、第２コンパレータ４１３及び第３コンパレータ４１４のそれぞれに備えられた基準電圧源４１５、４１６及び４１７は、互いに異なる速度信号に対応する基準電圧値に設定されている。例えば、第１コンパレータ４１２に備えられた基準電圧源４１５の基準電圧は、列車速度Ｖ１に対応し、第２コンパレータ４１３に備えられた基準電圧源４１６の基準電圧は、列車速度Ｖ２（＞Ｖ１）に対応し、第３コンパレータ４１４に備えられた基準電圧源４１７の基準電圧は、列車速度Ｖ３（＞Ｖ２）に対応する。以下の説明では、列車速度Ｖ１は５ｋｍ/ｈ、列車速度Ｖ２は１５ｋｍ/ｈ、列車速度Ｖ３は２０ｋｍ/ｈであるとして説明する。もっとも、これに限定するものではない。

第１コンパレータ４１２は、速度補償器４１１から電圧信号として供給された速度信号が、列車速度５ｋｍ/ｈに対応する基準電圧よりも高い場合に、論理値１の「Ｈ」レベルの出力を生じる。第２コンパレータ４１３は、速度補償器４１１から電圧信号として供給された速度信号が、列車速度１５ｋｍ/ｈに対応する基準電圧よりも高い場合に、論理値１の「Ｈ」レベルの信号を生じる。第３コンパレータ４１４は、速度補償器４１１から電圧信号として供給された速度信号が、列車速度２０ｋｍ/ｈに対応する基準電圧よりも低い場合に、論理値１の「Ｈ」レベルの出力を生じる。以下の説明において、論理値１は「Ｈ」レベルであり、論理値０は「Ｌ」レベルであるとして説明する。

第１コンパレータ４１２の出力は、第１オア・ゲート４２３に入力され、第１オア・ゲート４２３の出力は、第１アンド・ゲート４２４に入力されている。第１コンパレータ４１２の出力は、第２アンド・ゲート４２２の否定入力端子にも供給される。第２アンド・ゲート４２２の入力端子には、Ｂ３ノッチ以上の常用ブレーキ信号Ｄが、時素回路４２１を介して供給されている。第２アンド・ゲート４２２の出力は、第１アンド・ゲート４２４の否定端子に供給される。第１アンド・ゲート４２４には、力行条件信号Ｂが入力される。第１アンド・ゲート４２４は、上述した入力信号に対応して、惰行検知信号Ａを出力する。惰行検知信号Ａは、惰行走行を検知したときに、「Ｈ」レベルになる。

第３コンパレータ４１４の出力は、第３アンド・ゲート４２０に供給される。第３アンド・ゲート４２０には、また、力行条件信号Ｂが入力されている。力行条件信号Ｂは、「力行無し」が「Ｈ」レベルに対応し、「力行有り」が「Ｌ」レベルに対応する。力行条件信号Ｂは、運転台で操作されたブレーキノッチ位置信号として供給されるものである。

第２コンパレータ４１３及び第３アンド・ゲート４２０の各出力は、第４アンド・ゲート４２５のアンド条件として入力されており、第４アンド・ゲート４２５の出力は、第２オア・ゲート４２６に入力されている。第２オア・ゲート４２６の出力は、第５アンド・ゲート４２７に供給されると共に、自己の入力端に帰還され、自己保持回路を構成している。第５アンド・ゲート４２７の入力端には、第１アンド・ゲート４２４から出力される惰行検知信号Ａが供給されている。第５アンド・ゲート４２７からは、予備ブレーキ信号Ｃが出力される。

次に、図３の列車位置−列車速度のグラフと共に、図４のフローチャートを参照して、図２に示したブレーキ信号生成部４１の動作を説明する。図３において、横軸に列車位置をとり、縦軸に列車速度（ｋｍ／ｈ）をとってある。

＜地点Ｐ０〜地点Ｐ４までの運転＞
地点Ｐ０〜地点Ｐ４まで区間は、力行区間である。まず、地点Ｐ０から発車した列車は、許容速度Ｖｓに達する地点Ｐ４までは力行運転で運行される。地点Ｐ０から地点Ｐ４までの力行区間において、列車は地点Ｐ１で検出下限速度Ｖ１を超え、地点Ｐ２で検出下限速度Ｖ１よりも速度の高い第２速度Ｖ２に達し、更に、地点Ｐ３で第２速度Ｖ２よりも速度の高い第３速度Ｖ３に達するものとする。検出下限速度Ｖ１は、速度検出器２０を構成する速度発電機の性能、及び、列車制御の一般的な運行基準によって定まるもので、通常は、５ｋｍ/ｈである。第２速度Ｖ２及び第３速度Ｖ３は、予備ブレーキ制御を掛けることを考慮して、それに適した値に設定する。この実施の形態では、第２速度Ｖ２は１５ｋｍ/ｈとし、第３速度は２０ｋｍ/ｈとして説明する。

地点Ｐ０から発車した列車は、地点Ｐ１に到達するまでは、速度が５ｋｍ/ｈ未満であり、速度検出器２０から速度信号は出力されない。第１コンパレータ４１２に入力される速度信号は５ｋｍ/ｈ未満に対応する電圧信号である。したがって、第１コンパレータ４１２の出力は、「Ｌ」レベルであり、それを受ける第１アンド・ゲート４２４から惰行検知信号Ａが出力されることはない。第３コンパレータ４１４の出力は、「Ｈ」レベルになるが、第２コンパレータ４１３の出力が「Ｌ」レベルである。

しかも、地点Ｐ０〜地点Ｐ１までは、力行区間であり、力行条件信号Ｂは「力行条件有り」となっている。「力行条件有り」の場合は、図２のブロック図において、第３アンド・ゲート４２０に「Ｌ」レベルの信号が入力される。

よって、地点Ｐ０〜地点Ｐ１までは、第４アンド・ゲート４２５、第２オア・ゲート４２６及び第５アンド・ゲート４２７の出力は、何れも、「Ｌ」レベルとなる。即ち、第５アンド・ゲート４２７から、予備ブレーキ信号Ｃが出力されることはない。

地点Ｐ１を超えると、速度検出器２０による速度検出が行われ、第１コンパレータ４１２の出力が「Ｈ」レベルになり、地点Ｐ２を超えると、第２コンパレータ４１２の出力が「Ｈ」レベルになる。地点Ｐ２を超え、地点Ｐ３に到るまでは、第３コンパレータ４１４の出力が「Ｈ」レベルになる。第３コンパレータ４１４の出力は、地点Ｐ３を超えると、「Ｌ」レベルになる。しかも、地点Ｐ１〜地点Ｐ４までは、力行区間であり、力行条件信号Ｂは「力行条件有り」となっている。「力行条件有り」の場合は、図２のブロック図において、第１アンド・ゲート４２４及び第３アンド・ゲート４２０に、「Ｌ」レベルの信号が入力される。

よって、地点Ｐ１〜地点Ｐ４までは、第４アンド・ゲート４２５、第２オア・ゲート４２６及び第５アンド・ゲート４２７の出力は、何れも、「Ｌ」レベルとなる。即ち、第５アンド・ゲート４２７から、予備ブレーキ信号Ｃが出力されることはない。

＜地点Ｐ４〜地点Ｐ５までの運転＞
地点Ｐ４〜地点Ｐ５までの区間は、許容速度Ｖｓ内での高速運転であり、速度Ｖｓは、速度Ｖ１，Ｖ２及びＶ３の何れよりも高い。この区間では、力行条件信号Ｂは、力行条件無しとなるから、第１アンド・ゲート４２４、第３アンド・ゲート４２０には、「Ｈ」レベルの信号が入力される。ただ、第３コンパレータ４１４の出力は「Ｌ」レベルであるから、第３アンド・ゲート４２０の出力は、「Ｌ」レベルであり、結局は、第５アンド・ゲート４２７から予備ブレーキ信号Ｃが出力されることはない。地点Ｐ４〜地点Ｐ５までの運転では、力行条件信号Ｂが力行条件無しとなっても、列車が２０ｋｍ/ｈを下回ることはないから、第３アンド・ゲート４２０の出力は「Ｌ」レベルを維持する。よって、地点Ｐ４〜地点Ｐ５までの区間では、力行条件の有無に無関係に、予備ブレーキ信号Ｃの「Ｌ」レベル状態が維持される。

以上を要するに、地点Ｐ０〜地点Ｐ５までの運転において、予備ブレーキ信号Ｃの「Ｌ」レベル状態が維持されることになる。

＜地点Ｐ５〜地点Ｐｓまでの運転＞
許容速度Ｖｓで走行してきた列車が、地点Ｐ５で減速を開始し、地点Ｐ６で２０ｋｍ/ｈ、地点Ｐ７で１５ｋｍ/ｈ、地点Ｐ８で５ｋｍ/ｈというように減速され、地点Ｐｓで停止するものとする。列車が地点Ｐ６を通過するまでは、第３コンパレータ４１４の出力は、「Ｌ」レベルであるから、第５アンド・ゲート４２７から予備ブレーキ信号Ｃが出力されることはない。

列車が地点Ｐ６を通過すると、既に、出力が「Ｈ」レベルにあった第１コンパレータ４１２及び第２コンパレータ４１３に加えて、第３コンパレータ４１４の出力も「Ｈ」レベルになる。

第１コンパレータ４１２から出力される「Ｈ」レベルの信号は、第１オア・ゲート４２３を通して、第１アンド・ゲート４２４に供給される。第１コンパレータ４１２から出力される信号が「Ｈ」レベルであれば、第２アンド・ゲート４２２の否定入力端子で見た入力信号が、「Ｌ」レベルになるので、第２アンド・ゲート４２２の出力は、「Ｌ」レベルになる。よって、第１アンド・ゲート４２４の否定入力端子で見た信号が「Ｈ」レベルになる。力行条件信号Ｂは「力行無し」の「Ｈ」レベルにあるから、第１アンド・ゲート４２４の入力論理が整い、第１アンド・ゲート４２４からは、「Ｈ」レベルの惰行検知信号Ａが出力される。この「Ｈ」レベルの惰行検知信号Ａは、第５アンド・ゲート４２７に入力される。

第２コンパレータ４１３及び第３コンパレータ４１４の出力は、前述したように、「Ｈ」レベルでなる。これにより、第３アンド・ゲート４２０、第４アンド・ゲート４２５及び第５アンド・ゲート４２７の各入力論理が整い、第５アンド・ゲート４２７からＢ１ノッチの予備ブレーキ信号Ｃが出力され、前述した予備ブレーキ制御が実行されることになる。

第２コンパレータ４１３及び第３コンパレータ４１４の出力が「Ｈ」レベルになり、第２オア・ゲート４２６の出力が「Ｈ」レベルになった場合、第２オア・ゲート４２６の有する自己保持作用により、第２オア・ゲート４２６の出力は、「Ｈ」レベルを維持する。したがって、列車速度が２０ｋｍ/ｈを超えて第３コンパレータ４１４の出力が「Ｌ」レベルとなっても、また列車速度が１５ｋｍ/ｈ以下となって第２コンパレータ４１３の出力が「Ｌ」レベルとなっても、列車速度が５ｋｍ/ｈ未満とならない限り、第５アンド・ゲート４２７の出力は、「Ｈ」レベルにあり、引き続き、予備ブレーキ制御が実行されることになる。

もっとも、制御部４０に含まれるマスターコントローラ(master controller)や、保安装置からのブレーキ出力が無いことを条件とする。これらの装置から出力されるブレーキ制御は、予備ブレーキ制御に優先すべきだからである。

列車速度が５ｋｍ/ｈ未満の場合には、第１コンパレータ４１２の出力が「Ｌ」レベルになる。このとき、第１オア・ゲート４２３及び第１アンド・ゲート４２４の直列回路には、帰還回路による自己保持回路が形成されているから、第１コンパレータ４１２の出力信号が「Ｌ」レベルになっても、惰行検知信号Ａが、直ちに「Ｌ」レベルになることはない。第１コンパレータ４１２の出力信号が「Ｌ」レベルになり、第２アンド・ゲート４２２の否定入力が「Ｈ」レベルになったことに加えて、Ｂ３ノッチ以上のブレーキ制御信号が、時素回路４２１で設定された一定時間継続し、時素回路４２１の出力が「Ｈ」レベルになったときに、第２アンド・ゲート４２２の出力が「Ｈ」レベルになり、第１アンド・ゲート４２４の否定入力信号が「Ｌ」レベルになったときに、惰行検知信号Ａが「Ｌ」レベルになる。こうして、惰行検知信号Ａが「Ｌ」レベルになると、停車と判断し、予備ブレーキを解除する。

以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種々の変形態様を採り得ることは自明である。

２ 列車
３ ブレーキ装置
４ 車上装置
２０ 速度検出器

Claims (3)

1. 速度検出器と、車上装置と、ブレーキ装置とを含む列車制御装置であって、
   前記速度検出器は、列車に搭載され、列車速度を検出するものであり、
   前記車上装置は、前記速度検出器から供給される減速開始後の速度信号と、力行条件の有無とを入力条件にして惰行走行を検知し、前記惰行走行が検知されたとき、予備ブレーキ信号を生成し、前記ブレーキ装置に、予備ブレーキ制御を与える、
   列車制御装置。
2. 請求項１に記載された列車制御装置であって、前記車上装置は、前記速度信号が検出限界速度以上で、力行条件無しのとき、惰行走行と判定する、列車制御装置。
3. 請求項１又は２に記載された列車制御装置であって、前記車上装置は、前記列車が、前記検出限界速度以上の速度にあり、力行条件無しで、惰行走行と判定されたとき、前記予備ブレーキ信号を生成する、列車制御装置。

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