JP6765525B2 - 列車保安システム、列車保安制御方法及び列車車上装置 - Google Patents

Description

本発明は、列車走行の安全性を高める列車保安システム、列車保安制御方法及び列車車上装置に関する。

従来の列車の保安制御方式では、軌道回路を用いた列車検知による「固定閉そく方式」が用いられてきた。近年では、車上と地上間の伝送に無線通信システムを導入し、軌道回路を用いない「移動閉そく方式」の導入が進められている。

移動閉そく方式は、列車内の車上装置及び列車外の地上装置にて構成され、車上装置と地上装置との間を無線にて伝送する。車上装置は、列車本体が地上に設置された地上子を検知することで、その地点の位置情報を認識する。この位置情報、列車の車輪径情報及び車軸の回転速度などから、列車の速度情報及び位置情報を演算し、地上装置から受信した走行許可速度及び走行位置を基にブレーキ制御を行う。例えば、特許文献１には、ＡＴＡＣＳを用いた列車制御システムにおいて、列車の在線位置を知るための列車長を求める際に、速度情報の誤差を考慮し、実列車長の先頭側及び後尾側にそれぞれ列車速度を積算した移動距離に応じて定めた列車長補正値を加算する方法が開示されている。

特許第４５７５８０７号公報

従来の固定閉そく方式を用いた列車保安制御においては、予め変動することが予定されている車輪径にあって正常と設定された範囲の中で、最大車輪径及び最小車輪径の範囲を設定し、この範囲外の車輪径が設定された場合、速度演算等には最大車輪径を使用することで安全側に向かうように制御が行われてきた。

しかし、移動閉そく方式を用いた列車保安制御においては、最大車輪径を速度演算等に使用することが、必ずしも安全側に向かうように制御されるとは限らない。例えば、最大車輪径を使用することで、逆に後続列車との位置関係の認識において許容範囲以上の接近を招く可能性が生じるからである。

そこで、本発明の目的は、移動閉そく方式において、正常と設定された範囲外の車輪径が設定された場合に対しても、列車の保安制御の安全性が低下することを防止する列車保安システムを提供することである。ここで、車輪径について、正常と設定された範囲とは、走行等の使用を通して研削された車輪径が支障なく走行するために許容される範囲のことである。以下では、正常と設定された範囲を、簡略して「正常範囲」という。

上記課題を解決するために、本発明に係る列車保安システムは、正常範囲外の車輪径が設定された場合に、正常範囲の最大車輪径及び最小車輪径並びに正常範囲外の車輪径の３種類の値の内、適切な２種類の車輪径を列車の保安制御に使用することを特徴とする。

本発明によれば、正常範囲外の車輪径が設定された場合においても、列車の保安制御の安全性を確保し、列車運行を支障なく継続することを可能にする。

図１は、本発明に係る列車長の補正方法を示す図である。 図２は、本発明の実施例に係る列車保安システムの構成を示す図である。 図３は、本発明の実施例に係る車上制御装置が備える構成を示す図である。 図４は、本発明の実施例に係る列車の車輪径の設定値を示す図である。 図５は、本発明の実施例に係る車上制御装置記録部の記録内容を示す図である。 図６は、本発明の実施例に係る地上側送信電文の内容を示す図である。 図７は、本発明の実施例に係る車上側送信電文の内容を示す図である。 図８は、本発明の実施例に係る制御用車輪径Ｘ及びＹの決定手順を示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態として、実施例について、図面を参照しながら以下に説明する。

図１は、本発明に係る列車長の補正方法を示す図である。
列車１０１は、車上子１０３を搭載し、地上子Ａ（１０２）から位置情報を取得する。図１の（ａ）は、列車１０１が地上子Ａ（１０２）より位置情報を取得した瞬間を示す。そのとき、保安制御に使用される列車長は、予め設定された列車長Ｌ０（１００）となる。

図１の（ｂ）は、位置情報を取得した後に列車が進行した様子を示す。本発明では、制御用車輪径Ｘ及び制御用車輪径Ｙ（Ｘ＞Ｙ）を有し、この（ｂ）には、制御用車輪径Ｘより演算された列車位置１０４と制御用車輪径Ｙより演算された列車位置１０５を示す。制御用車輪径の値はＸ＞Ｙであることから、制御用車輪径Ｘより演算された列車位置１０４は、制御用車輪径Ｙより演算された列車位置１０５よりも進行方向の前方側となる。

図１の（ｃ）は、補正後の列車長Ｌ１を示す。制御用車輪径Ｘより算出された列車位置１０４の車両先頭から制御用車輪径Ｙより算出された列車位置１０５の最後尾までの距離を、補正後の列車長Ｌ１（１０６）とする。
図１の（ｄ）は、列車１０１が地上子Ｂ（１０７）より位置情報を取得した瞬間を示す。そのとき、保安制御に使用される列車長は、予め設定された列車長Ｌ０（１００）となる。

本発明では、地上子間では、２つの異なる車輪径により２つの位置情報を算出し、進行方向の前方を示す列車位置の先頭から進行方向の後方を示す列車位置の最後尾までの距離を列車長として補正して使用することで、保安制御における安全性を確保している。

図２は、列車保安システムの構成を示す図である。また、図６に地上側送信電文２０２の内容を、図７に車上側送信電文２０３の内容を、それぞれ示す。
地上制御装置２００は、図示しない地上無線制御装置を介して、地上アンテナ２０１から、走行可能位置６００及び臨時速度制限６０１などの各情報を含む地上側送信電文２０２（図６、参照）を送信する。
列車１０１に備えられた車上アンテナ２０４は、地上側送信電文２０２を受信する。車上無線制御装置２０５は、受信した地上側送信電文２０２を処理し、地上制御装置２００からの情報として車上制御装置２０７に伝える。

車上制御装置２０７は、車輪径設定装置２０６から、それに設定された設定車輪径５００を、車軸回転速度検出装置２１０から、それにより検出された車軸回転速度情報を、それぞれ取得する。
また、地上子１０３より送信された情報は、列車１０１が備える車上子１０２が受信し、車上子制御装置２０９により処理されて、車上制御装置２０７に伝えられる。

車輪径設定装置２０６からの車輪径設定情報、車軸回転速度検出装置２１０からの車軸回転速度情報及び地上子１０３からの位置情報を基に、車上制御装置２０７にて現在の列車位置７００及び列車長７０１の各情報が算出され、車上無線制御装置２０５に伝達される。これら情報は、車上側送信電文２０３（図７、参照）の一部として、車上アンテナ２０４より地上アンテナ２０１に向けて送信される。

また、車上制御装置２０７は、走行可能位置６００、臨時速度制限６０１、列車速度、列車位置７００及び列車長７０１の各情報からブレーキが必要と判断した場合、ブレーキ出力装置２０８にブレーキ指令を出力する。

車輪径設定装置２０６への車輪径の設定は、車輪から実測した径の値が設定される場合、または、走行距離や走行速度と車輪の回転速度から求めた車輪径の値が設定される場合などがある。

図３は、車上制御装置２０７が備える構成を示す図である。
車上制御装置２０７は、速度照査部３００、制御用車輪径Ｘ及びＹ決定部３０１、列車長演算部３０２、速度演算部３０３、列車位置演算部３０４、車上制御装置記録部３０５及び制御パターン演算部３０６を有する。また、必要に応じて、表示部３０７を設けるようにしてもよい。

制御用車輪径Ｘ及びＹ決定部３０１は、車輪径設定装置２０６に設定された設定車輪径５００、車輪径の正常範囲５０１を基に、制御用車輪径Ｘ５０２及び制御用車輪径Ｙ５０３を決定する。この制御用車輪径Ｘ及び制御用車輪径Ｙの決定手順については、図８に基づいて後述する。

速度算出部３０３は、車軸回転速度検出装置２１０より得られた車軸回転速度情報を基にして、制御用車輪径Ｘ５０２を用いて列車速度Ｘ５０５を、また、制御用車輪径Ｙ５０３を用いて列車速度Ｙ５０６を、それぞれ算出する。

列車位置演算部３０４は、車上子制御装置２０９より得た位置情報を基にして、列車速度Ｘ５０５を用いて列車位置Ｘ５０７を、また、列車速度Ｙ５０６を用いて列車位置Ｙ５０８を、それぞれ算出する。ここにおいて、車上側送信電文２０３に含まれる列車位置７００の情報は、列車位置Ｘ５０７としてもよいし、列車位置Ｙ５０８としてもよい。
列車長演算部３０２は、列車位置Ｘ５０７と列車位置Ｙ５０８から列車長７０１を演算する。

制御パターン演算部３０６は、地上側送信電文２０２から得られる、走行可能位置６００及び臨時速度制限６０１の各情報と、列車位置７００及び列車長７０１（車上側送信電文２０３に含まれる）の各情報とから、制限速度パターン５０９を算出する。

速度照査部３００は、制御パターン演算部３０６により算出された制限速度パターン５０９、速度演算部３０３により算出された列車速度Ｘ５０５及び列車位置演算部３０４により算出された列車位置Ｘ５０７に基づき、ブレーキの出力の要否を判定する。

図５に、車上制御装置記録部３０５の記録内容を示す。車上制御装置記録部３０５には、設定車輪径５００、車輪径の正常範囲５０１、制御用車輪径Ｘ５０２、制御用車輪径Ｙ５０３、予め設定された列車長５０４、列車速度Ｘ５０５、列車速度Ｙ５０６、列車位置Ｘ５０７、列車位置Ｙ５０８及び制限速度パターン５０９が記録されている。

表示部３０７を設けた場合には、車上制御装置記録部３０５が記録した各種情報から適宜必要な情報及び後述するアラーム（警報）に係る情報のいずれか一方または両方を表示する。その際には、保安以外の他の制御に係る情報と合わせて表示するようにしてもよい。また、アラーム（警報）については、報知音を伴ってもよい。

図４は、本発明の実施例に係る車輪径の設定値を示す図である。車輪径については、先のとおり、車輪は走行中の使用を通して研削されることから、予め変動し得るものとして取扱う。図中、太枠が囲った部分が車輪径の正常範囲であり、その内、設定値Ｂ４０２は、正常範囲の最大車輪径であり、設定値Ｃ４０３は、正常範囲の最小車輪径である。また、設定値Ａ４０１は、正常範囲より大きい値の一つであり、設定値Ｄ４０４は、正常範囲より小さい値の一つである。

図８は、本発明の実施例に係る制御用車輪径Ｘ及びＹの決定手順を示すフローチャートである。
設定される車輪径（以下、「設定車輪径」という）については、上述のように図４で示す値を用いる。ただし、設定車輪径の値が異常値の許容レベルを超える致命的な場合（例えば、「０」近傍等の極端な値が設定される場合など）には、アラーム（警報）を報知させる（表示及び報知音の少なくともいずれかによる）ようにする。

このフローチャートに基づく決定手順（ソフトウェア）は、制御用車輪径Ｘ及びＹ決定部３０１により実行される。したがって、このフローチャートの各ステップの処理主体は、制御用車輪径Ｘ及びＹ決定部３０１であるので、以下で各ステップを説明するに当たっては、処理主体の記述を省略する。

ステップ８００で、処理の実行をスタートする。
ステップ８０１で、車輪径設定装置２０６に設定された車輪径（設定車輪径５００）が正常範囲内（すなわち、図４に示す最小車輪径Ｃ４０３以上で最大車輪径Ｂ４０２以下）か否かを判断する。設定車輪径５００が、正常範囲内であれば（Ｙ）、ステップ８０２を実行し、そうでなく正常範囲外である場合には（Ｎ）、ステップ８０３を実行する。

ステップ８０２で、設定車輪径５００を制御用車輪径Ｘ及びＹに適用する。次いで、ステップ８０８で、決定処理を終了する。車上制御装置２０７は、このステップ８０２で得られた制御用車輪径Ｘ及びＹに基づいて保安制御を行うことになる。設定車輪径５００が正常範囲内であるので、制御用車輪径Ｘ及びＹ共にこの設定車輪径５００を適用することに問題はない。

ステップ８０３で、正常範囲内でない設定車輪径５００が、異常値の許容レベルを超えているか否かを判断する。許容レベル以内であれば（Ｙ）、ステップ８０４を実行し、そうでなく許容レベルを超えている場合には（Ｎ）、後述するステップ８０５を実行する。

ステップ８０４で、設定車輪径５００が正常範囲の最大車輪径Ｂ４０２より大きいか否かを判断する。大きい場合には（Ｙ）、ステップ８０６を実行し、そうでなく小さい場合（Ｎ）（すなわち、正常範囲外でもあるため、正常範囲の最小車輪径Ｃ４０３よりも小さいことになる）、ステップ８０７を実行する。

ステップ８０６で、設定車輪径５００を制御用車輪径Ｘに適用し、正常範囲の最小車輪径Ｃ４０３を制御用車輪径Ｙに適用する。次いで、ステップ８０８で、決定処理を終了する。車上制御装置２０７は、この制御用車輪径Ｘ及びＹに基づいて保安制御を行うことになる。設定車輪径５００が正常範囲の最大車輪径Ｂ４０２より大きいことから、制御用車輪径Ｘにこの設定車輪径５００を適用し、制御用車輪径Ｙには正常範囲の最小車輪径Ｃ４０３を適用することにより、保安制御を最も安全サイドに実行するものである。

ステップ８０７で、設定車輪径５００を制御用車輪径Ｙに適用し、正常範囲の最大車輪径Ｂ４０２を制御用車輪径Ｘに適用する。次いで、ステップ８０８で、決定処理を終了する。車上制御装置２０７は、この制御用車輪径Ｘ及びＹに基づいて保安制御を行うことになる。設定車輪径５００が正常範囲の最小車輪径Ｃ４０３より小さいことから、制御用車輪径Ｘには正常範囲の最大車輪径Ｂ４０２を適用し、制御用車輪径Ｙに設定車輪径５００を適用することにより、保安制御を最も安全サイドに実行するものである。

また、ステップ８０５で、設定車輪径５００が異常値の許容レベルを超えていることから保安制御を安全に実行することが困難であり、即座にアラームを報知させるために（表示及び報知音の少なくともいずれかによる）、アラーム指令を出力する。次いで、ステップ８０８で、決定処理を終了する。車上制御装置２０７は、アラーム指令を受けアラーム（図示せず）を報知する。表示部３０７を設けた場合には、アラームを表示及び音声出力による報知音の少なくともいずれかにより報知することになる。
以上のとおり、正常範囲外の車輪径が設定された場合も含めて、列車の保安制御の安全性を常に確保し、安全な列車運行の継続を図ることができる。

なお、本発明は、上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明をわかりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。そしてまた、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク及びＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード及びＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

１００ 予め設定された列車長、１０１ 列車、１０２ 地上子Ａ、
１０３ 車上子、１０４ 制御用車輪径Ｘから算出した列車位置、
１０５ 制御用車輪径Ｙから算出した列車位置、１０６ 補正後列車長、
１０７ 地上子Ｂ、２００ 地上制御装置、２０１ 地上アンテナ、
２０２ 地上側送信電文、２０３ 車上側送信電文、
２０４ 車上アンテナ、２０５ 車上無線制御装置、
２０６ 車輪径設定装置、２０７ 車上制御装置、
２０８ ブレーキ出力装置、２０９ 車上子制御装置、
２１０ 車軸回転速度検出装置、３００ 速度照査部、
３０１ 制御用車輪径Ｘ及びＹ決定部、３０２ 列車長演算部、
３０３ 速度演算部、３０４ 列車位置演算部、
３０５ 車上制御装置記録部、３０６ 制御パターン演算部、
３０７ 表示部

Claims (7)

1. 列車を駆動する車輪の回転速度を検出する回転速度検出装置と、
   前記車輪の車輪径を設定する車輪径設定装置と、
   速度照査に基づいて前記列車を制御する保安装置と
   を備え、
   前記保安装置は、前記車輪径の正常範囲を情報の一つとして記録する記録部と、前記車輪径設定装置からの設定車輪径と前記記録部からの前記車輪径の正常範囲との比較結果に基づいて前記列車の保安制御に用いる２種類の制御用車輪径を決定する決定部と、前記２種類の制御用車輪径を用いて前記列車の列車速度及び列車位置を演算する演算部とを有する
   ことを特徴とする列車車上装置。
2. 請求項１に記載の列車車上装置であって、
   前記保安装置は、前記設定車輪径が異常値の許容レベルを超える場合に警報を報知する
   ことを特徴とする列車車上装置。
3. 請求項２に記載の列車車上装置であって、
   前記保安装置は、前記記録部が記録する前記情報及び前記警報の少なくともいずれか一方を表示する表示部を有する
   ことを特徴とする列車車上装置。
4. 車上通信装置を搭載した請求項１から３のいずれか１項に記載の列車車上装置と、
   地上通信装置を備えた地上装置と
   を備え、
   前記列車車上装置が出力する前記列車の現在の状態を示す情報と前記地上装置が出力する前記列車の保安制御のための情報とを相互に送受信する
   ことを特徴とする列車保安システム。
5. 請求項４に記載の列車保安システムであって、
   前記列車が走行する線路近傍に設置される地上子と、
   前記地上子と情報の授受を行う前記列車車上装置が搭載する車上子とを備える
   ことを特徴とする列車保安システム。
6. 実測または計算により求めた車輪径を設定車輪径とし、
   前記設定車輪径が前記車輪径の正常範囲内か否か判定し、
   前記設定車輪径が前記正常範囲内であれば、列車の保安制御に用いる２種類の制御用車輪径の双方に前記設定車輪径を適用し、
   前記設定車輪径が前記正常範囲内でなく前記正常範囲内の最大値よりも大きい場合には、前記２種類の制御用車輪径の内の大きい方の値に当該設定車輪径を適用しかつ前記２種類の制御用車輪径の内の小さい方の値に前記正常範囲内の最小値を適用し、
   前記設定車輪径が前記正常範囲内でなく前記正常範囲内の最小値よりも小さい場合には、前記２種類の制御用車輪径の内の大きい方の値に前記正常範囲内の最大値を適用しかつ前記２種類の制御用車輪径の内の小さい方の値に当該設定車輪径を適用する
   ことを特徴とする列車保安制御方法。
7. 請求項６に記載の列車保安制御方法であって、
   前記設定車輪径が異常値の許容レベルを超える場合には、警報を報知させる
   ことを特徴とする列車保安制御方法。

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