JP7431772B2 - 列車制御システム及び列車制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、列車制御システム及び列車制御方法に関する。

本発明の先行技術として、下記の特許文献１が知られている。特許文献１は、実際のブレーキ力が安全ブレーキ力閾値より小さい場合に列車の速度を低下させる車載ブレーキ制御システムを開示している。

国際公開第２０１６／１７５７８７号パンフレット

一般に、特許文献１に記載されたシステムのような従来の列車ブレーキ制御システムは、列車を制御する車載装置と、車載装置の制御下で列車のブレーキを制御・操作するブレーキ制御装置とを含む列車に搭載された複数の装置を含む。これらの装置は、配管、ケーブルまたは電線を介して接続されている。このような構成であるため、従来のシステムは、設置の自由度が低い。

本発明は、上記のような問題点に鑑みて創案されたものであり、その主たる目的は、列車制御システムに対して設置の自由度を向上させることである。

本発明による列車制御システムは、列車に搭載されたものであって、ブレーキ指令とブレーキ作動に応答したフィードバックを無線で送信・受信するように構成された車載制御装置と、前記ブレーキ指令と前記フィードバックを受信・送信し、前記受信したブレーキ指令に基づいて前記列車のブレーキを制御するように構成されたブレーキ制御装置と、を備え、前記ブレーキ制御装置は、前記ブレーキおよび／または前記列車制御システムの状態を継続的に監視し、前記ブレーキおよび／または前記列車制御システムに異常が検出された場合、前記列車にブレーキングを行うように前記ブレーキを制御し、前記車載制御装置は、前記列車制御システムのヘルスステータスを監視し、システムヘルスステータス情報を前記ブレーキ制御装置に無線送信し、前記ブレーキ制御装置は、前記システムヘルスステータス情報を受信し、前記受信したシステムヘルスステータス情報が前記列車制御システムの前記ヘルスステータスの異常を示す場合に、前記列車にブレーキングを行うように前記ブレーキを制御する。
本発明による列車制御方法は、ブレーキ指令を無線送信するように構成された車載制御装置と、前記ブレーキ指令を受信し、前記受信したブレーキ指令に基づいて列車のブレーキを制御するように構成されたブレーキ制御装置とを用いたものであって、前記列車には、前記車載制御装置と、前記ブレーキ制御装置と、を備えた列車制御システムが搭載されており、前記車載制御装置により、前記列車制御システムのヘルスステータスを監視し、システムヘルスステータス情報を前記ブレーキ制御装置に無線送信するステップと、前記ブレーキ制御装置により、前記システムヘルスステータス情報を受信し、前記受信したシステムヘルスステータス情報が前記列車制御システムの前記ヘルスステータスの異常を示す場合に、前記列車にブレーキングを行うように前記ブレーキを制御するステップと、を含む。

本発明によれば、列車制御システムに対する設置の自由度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る列車制御システムのシステム構成を示す図である。 ブレーキ制御装置の機能ブロックと信号を示す図である。 ブレーキ制御装置で実行される処理のフローチャートを示す図である。

図１は、本発明の一実施形態に係る列車制御システムのシステム構成を示す図である。図１に示す列車制御システムは、ＡＴＰ（自動列車防護）システムの構成要素であり、列車１に設置・搭載され、車載制御装置１０とブレーキ制御装置２０とを含む。

車載制御装置１０は、バイタルコンピュータ１１、モデムユニット１２、ヘルス信号アンテナ１３、ブレーキ信号アンテナ１４および１５を備えている。ブレーキ制御装置２０は、一次回路２１と、モデムユニット２２と、ヘルス信号アンテナ２３と、ブレーキ信号アンテナ２４および２５とを備えている。

バイタルコンピュータ１１は、ＤＭＩ（運転士・機械インターフェース）４０及び通信装置５０を含む列車１に搭載された各種ＡＴＰシステム構成要素と接続されている。ＤＭＩ４０は、列車１の運転士にＡＴＰシステムの各種情報を提供する。通信装置５０は、クラウドコンピュータ等によって構成されるＡＴＰシステムの軌道側装置（図示せず）と無線で接続される。バイタルコンピュータ１１は、通信装置５０を介して軌道側装置と各種データや信号の送受信を行うことができる。

バイタルコンピュータ１１は、運転士の操作、自身の内部演算、又は通信装置５０を介して受信した軌道側装置による指示に応答して、ブレーキ指令を出力する。ブレーキ指令は、サービスブレーキ、非常ブレーキ、または牽引力遮断の指令を含み得る。モデムユニット１２は、バイタルコンピュータ１１から入力されたブレーキ指令を変調する。変調されたブレーキ指令は、ブレーキ信号アンテナ１４および１５に出力される。

バイタルコンピュータ１１は、ブレーキ制御装置２０から送信される信号の健全性を確認することにより、および車載制御装置１０のヘルスステータスを確認することにより、図１に示す列車制御システムのヘルスチェックを行う。言い換えると、車載制御装置１０は、バイタルコンピュータ１１を用いて、車載制御装置１０自身とブレーキ制御装置２０のヘルスステータスを監視する。バイタルコンピュータ１１は、システムのヘルスステータスの確認結果に基づいて、車載制御装置１０とブレーキ制御装置２０とによって構成されるシステムのヘルスステータス情報を出力する。モデムユニット１２は、バイタルコンピュータ１１から入力されたシステムヘルスステータス情報を変調する。変調されたシステムヘルスステータス情報は、ヘルス信号アンテナ１３に出力される。

モデムユニット１２から出力されたシステムヘルスステータス情報は、ヘルス信号アンテナ１３からブレーキ制御装置２０に無線送信され、ヘルス信号アンテナ２３によって受信される。モデムユニット１２から出力されたブレーキ指令は、ブレーキ信号アンテナ１４および１５からブレーキ制御装置２０に無線送信され、それぞれブレーキ信号アンテナ２４および２５によって受信される。モデムユニット２２は、システムヘルスステータス情報およびブレーキ指令を復調する。

一次回路２１は、モデムユニット２２からブレーキ指令とシステムヘルスステータス情報とを受信する。一次回路２１は、ブレーキ指令に基づいてブレーキ作動信号を生成し、ブレーキ３０に出力することにより、ブレーキ３０が指令通りに列車１にブレーキをかけるように動作する。また、一次回路２１は、システムヘルスステータス情報がシステムに異常が発生したことを示す場合、ブレーキ作動信号を生成する。この処理の詳細については後述する。

ブレーキ３０は、ブレーキ作動に応答して、ブレーキフィードバック信号を出力する。さらに、ブレーキ３０は、所定周期毎に、ブレーキ３０のヘルスステータスが健全であること又は異常であることを示すブレーキヘルスステータス信号を出力する。一次回路２１は、これらの信号をブレーキ３０から受信し、モデムユニット２２に出力する。

さらに、一次回路２１は、ブレーキフィードバック信号がブレーキングの異常を示す場合、および／または、ブレーキヘルスステータス信号がブレーキ３０のヘルスステータスの異常を示す場合、ブレーキ作動信号を生成する。この処理の詳細については後述する。

モデムユニット２２は、一次回路２１から入力されるブレーキフィードバック信号及びブレーキヘルスステータス信号を変調する。変調されたブレーキフィードバック信号は、ブレーキ信号アンテナ２４および２５に出力される。変調されたブレーキフィードバック信号は、ヘルス信号アンテナ２３に出力される。

モデムユニット２２から出力されたブレーキヘルスステータス信号は、ヘルス信号アンテナ２３から車載制御装置１０に無線送信され、ヘルス信号アンテナ１３によって受信される。モデムユニット２２から出力されたブレーキフィードバック信号は、ブレーキ信号アンテナ２４および２５から車載制御装置１０に無線送信され、それぞれブレーキ信号アンテナ１４および１５によって受信される。モデムユニット１２は、これらの信号を復調する。

バイタルコンピュータ１１は、モデムユニット１２からブレーキフィードバック信号とブレーキヘルスステータス信号とを受信する。ブレーキ制御装置２０から受信したこれらの信号に基づいて、バイタルコンピュータ１１は、先に説明したようなヘルスチェックを実行することができる。

尚、上述した実施形態では、車載制御装置１０及びブレーキ制御装置２０がそれぞれ２つのブレーキ信号アンテナを有し、それぞれの組が独立して無線通信を行う例を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、車載制御装置１０のブレーキ信号アンテナ１４および１５のそれぞれから無線送信されたブレーキ指令を、ブレーキ制御装置２０のブレーキ信号アンテナ２４および２５の両方で受信してもよい。同様に、ブレーキ制御装置２０のブレーキ信号アンテナ２４および２５のそれぞれから無線送信されたブレーキフィードバック信号を、車載制御装置１０のブレーキ信号アンテナ１４および１５の両方で受信するようにしてもよい。また、ブレーキ信号アンテナの組数は、システムに要求される安全性および信頼性のレベルに応じて増減してもよい。さらに、車載制御装置１０とブレーキ制御装置２０との間で無線通信されるシステムヘルスステータス情報及びブレーキヘルスステータス信号の信頼性向上のために、ヘルス信号アンテナ１３および２３を冗長に設けてもよい。

図２は、ブレーキ制御装置２０の機能ブロックと信号とを示す図である。図２に示すように、ブレーキ制御装置２０の一次回路２１は、ＣＰＵ（中央演算処理装置）２１１と、メモリ２１２と、Ｉ／Ｏ（入出力）ユニット２１３とを備えている。

ＣＰＵ２１１は、ブレーキ制御装置２０を制御してその機能を発揮させるための各種処理を実行する。ＣＰＵ２１１は、メモリ２１２を作業領域として、予め定められたプログラムを実行できる。ＣＰＵ２１１は、一次回路２１の信号を処理しながら、Ｉ／Ｏユニット２１３及びモデムユニット２２とのインターフェースを行う。

メモリ２１２は、例えば、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）により構成される。メモリ２１２は、ＣＰＵ２１１とのインターフェースにより、実行中のプログラムで使用されるデータを格納する。例えば、ＣＰＵ２１１の動作や性能の記録は、メモリ２１２に格納される。

Ｉ／Ｏユニット２１３は、ブレーキ３０からブレーキヘルスステータス信号とブレーキフィードバック信号とを受信し、これらの信号をＣＰＵ２１１に出力する。そして、Ｉ／Ｏユニット２１３は、ＣＰＵ２１１からブレーキ作動信号が出力されると、これをブレーキ３０に出力する。

ブレーキ３０は、リレー３１とアクチュエータ３２とを含む。Ｉ／Ｏユニット２１３からのブレーキ作動信号がリレー３１に入力されると、リレー３１を非通電にしてブレーキ作動用アクチュエータ３２を作動させるか、又は牽引を遮断する。この動作により、ブレーキ指令に応じたサービスブレーキ、非常ブレーキ、牽引の遮断を列車１に行うことができる。

次に、本実施形態に係るブレーキ制御装置２０の反射ブレーキング動作について説明する。

上記のようにブレーキ３０からブレーキヘルスステータス信号とブレーキフィードバック信号を受信することにより、ブレーキ制御装置２０は、ブレーキ３０の状態を継続的に監視できる。また、車載制御装置１０からシステムヘルスステータス情報を受信することにより、ブレーキ制御装置２０は、列車制御システム全体の状態を継続的に監視することもできる。車載制御装置１０は、監視の結果に基づいて、ブレーキ３０および／または列車制御システムが健全か異常かの判断を行い、異常と判断した場合には、直ちにブレーキ３０に指令して列車１に非常ブレーキをかける。このブレーキ制御装置２０内の一次回路２１が行う、人体の反射作用に似た動作を反射ブレーキング動作と呼ぶ。

以下、反射ブレーキング動作を行う際のブレーキ制御装置２０の動作について、図３を参照して説明する。図３は、ブレーキ制御装置２０が実行する処理のフローチャートを示す図である。図３のフローチャートが示す処理は、１次回路２１内のＣＰＵ２１１により実行される。

ステップＳ１０で、ＣＰＵ２１１は、車載制御装置１０からブレーキ指令が送信されたか否かの判断を行う。ブレーキ信号アンテナ２４および／またはブレーキ信号アンテナ２５で受信したブレーキ指令が復調されてモデムユニット２２から出力されていれば、ＣＰＵ２１１は、ブレーキ指令が送信されたと判断してステップＳ２０に進み、そうでない場合ステップＳ５０に進む。

ステップＳ２０で、ＣＰＵ２１１は、モデムユニット２２から出力されたブレーキ指令を受信する。

ステップＳ３０で、ＣＰＵ２１１は、ステップＳ２０で受信したブレーキ指令に基づいてブレーキ作動信号を生成し、ブレーキ３０に出力する。

ステップＳ４０で、ＣＰＵ２１１は、列車１へのブレーキ作動に応じてブレーキ３０から出力されるブレーキフィードバック信号を受信する。

ステップＳ５０で、ＣＰＵ２１１は、車載制御装置１０からヘルス信号アンテナ２３及びモデムユニット２２を介して送信されたシステムヘルスステータス情報を受信する。

ステップＳ６０で、ＣＰＵ２１１は、Ｉ／Ｏユニット２１３を介して、ブレーキ３０から出力されたブレーキヘルスステータス信号を受信する。

ステップＳ７０で、ＣＰＵ２１１は、ステップＳ４０、Ｓ５０、Ｓ６０でそれぞれ受信したブレーキフィードバック信号、システムヘルスステータス情報、ブレーキヘルスステータス信号に基づいて、ブレーキ３０および／または列車制御システムに異常が発生したか否かの判断を行う。

例えば、ステップＳ７０の判断は、以下のように行われる。ステップＳ６０で受信したブレーキヘルスステータス信号がブレーキ３０のヘルスステータスの異常を示す場合、ステップＳ７０でブレーキ３０に異常が発生したと判定する。ステップＳ４０で受信したブレーキフィードバック信号がブレーキ３０の異常を示す場合、またはステップ３０でブレーキ作動信号を出力したにもかかわらずブレーキフィードバック信号を受信しない場合、ステップＳ７０でブレーキ３０に異常が発生したと判定する。また、ステップＳ５０で受信したシステムヘルスステータス情報が、列車制御システムのヘルスステータスの異常を示す場合、ステップＳ７０でシステムに異常が発生したと判定する。尚、ステップＳ７０の判定には、ブレーキフィードバック信号、システムヘルスステータス情報および／またはブレーキヘルスステータス信号に基づく他の任意の判定条件を適用してもよい。

ステップＳ７０で、異常が発生したと判定された場合、ＣＰＵ２１１は、ステップＳ８０に進み、それ以外の場合は、図３に示すフローチャートの処理を終了する。

ステップＳ８０で、ＣＰＵ２１１は、列車１に対して非常ブレーキングを行う。例えば、ＣＰＵ２１１は、非常ブレーキング用の所定の信号パターンのブレーキ作動信号を生成して、ブレーキ３０に出力する。ＣＰＵ２１１は、このステップＳ８０の処理を実行することにより、ブレーキ３０を制御して列車１にブレーキングを行うことができる。ステップＳ８０の非常ブレーキングを実行した後で、ＣＰＵ２１１は、図３に示すフローチャートの処理を終了する。

上記で説明した本発明の実施形態により、以下の作用／効果を得ることができる。

（１）図１に示した列車制御システムを列車１に搭載する。列車制御システムは、ブレーキ指令を無線送信するように構成された車載制御装置１０と、ブレーキ指令を受信し、受信したブレーキ指令に基づいて列車１のブレーキ３０を制御するように構成されたブレーキ制御装置２０とを備えている。このような構成であるため、列車制御システムに対する設置の自由度を向上させることができる。

（２）ブレーキ制御装置２０は、ブレーキ３０および／または列車制御システムの状態を継続的に監視し、ブレーキ３０および／または列車制御システムに異常を検出した場合（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、ブレーキ３０を制御して列車１にブレーキングを行う（ステップＳ８０）。このようにすることで、反射ブレーキング動作を行うことができ、それに伴い、列車１のブレーキシステムの異常に対する安全レベルが確保される。

（３）ブレーキ制御装置２０は、ブレーキ３０から、ブレーキ３０のヘルスステータスを示すブレーキヘルスステータス信号を受信し（ステップＳ６０）、受信したブレーキヘルスステータス信号がヘルスステータスの異常を示す場合（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、ブレーキ３０を制御して列車１にブレーキングを行う（ステップＳ８０）。このようにすることで、ブレーキ３０に異常が発生した場合に、列車１を安全に停止させるように反射ブレーキング動作を行うことが可能になる。

（４）ブレーキ制御装置２０は、ブレーキ指令に応じて列車１へのブレーキ作動を示すブレーキ３０からのブレーキフィードバック信号を受信し（ステップＳ４０）、受信したブレーキフィードバック信号がブレーキの異常を示す場合（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、ブレーキ３０を制御して列車１にブレーキングを行う（ステップＳ８０）。このようにすることで、ブレーキ３０に異常が発生した場合に、列車１を安全に停止させるように反射ブレーキング動作を行うことが可能になる。

（５）車載制御装置１０は、列車制御システムのヘルスステータスを監視し、システムのヘルスステータス情報をブレーキ制御装置２０に無線送信する。ブレーキ制御装置２０は、システムヘルスステータス情報を受信し（ステップＳ５０）、受信したシステムヘルスステータス情報が列車制御システムのヘルスステータスの異常を示す場合（ステップＳ７０：ＹＥＳ）、ブレーキ３０を制御して列車１にブレーキングを行う（ステップＳ８０）。このようにすることで、本実施形態の列車制御システムに異常が発生した場合に、列車１を安全に停止させるように反射ブレーキング動作を行うことが可能になる。

（６）車載制御装置１０は、複数のブレーキ信号アンテナ１４および１５を介してブレーキ指令を無線送信する。ブレーキ制御装置２０は、複数のブレーキ信号アンテナ２４および２５を含み、複数のアンテナ２４、２５のうち少なくとも何れかのアンテナでブレーキ指令を受信する。この構成によれば、本発明の列車制御システムにおいて、ブレーキ指令の無線送信の信頼性が確保される。

以上説明した実施形態および変形例は一例に過ぎず、本発明はその詳細によって限定されるとは見なされない。本発明の本質的な特徴が維持される限り、他の実施態様も本発明の範囲に含まれる。

１ 列車
１０ 車載制御装置
１１ バイタルコンピュータ
１２ モデムユニット
１３ ヘルス信号アンテナ
１４、１５ ブレーキ信号アンテナ
２０ ブレーキ制御装置
２１ 一次回路
２２ モデムユニット
２３ ヘルス信号アンテナ
２４、２５ ブレーキ信号アンテナ
３０ ブレーキ
３１ リレー
３２ アクチュエータ
４０ ＤＭＩ（運転士・機械インターフェース）
５０ 通信装置
２１１ ＣＰＵ（中央演算処理装置）
２１２ メモリ
２１３ Ｉ／Ｏ（入出力）ユニット

Claims (5)

1. 列車に搭載された列車制御システムであって、
   ブレーキ指令とブレーキ作動に応答したフィードバックを無線で送信・受信するように構成された車載制御装置と、
   前記ブレーキ指令と前記フィードバックを受信・送信し、前記受信したブレーキ指令に基づいて前記列車のブレーキを制御するようにも構成されたブレーキ制御装置と、
   を備え、
   前記ブレーキ制御装置は、前記ブレーキおよび／または前記列車制御システムの状態を継続的に監視し、前記ブレーキおよび／または前記列車制御システムに異常が検出された場合、前記列車にブレーキングを行うように前記ブレーキを制御し、
   前記車載制御装置は、前記列車制御システムのヘルスステータスを監視し、システムヘルスステータス情報を前記ブレーキ制御装置に無線送信し、
   前記ブレーキ制御装置は、前記システムヘルスステータス情報を受信し、前記受信したシステムヘルスステータス情報が前記列車制御システムの前記ヘルスステータスの異常を示す場合に、前記列車にブレーキングを行うように前記ブレーキを制御する、
   列車制御システム。
2. 前記ブレーキ制御装置は、前記ブレーキから、前記ブレーキのヘルスステータスを示すブレーキヘルスステータス信号を受信し、前記受信したブレーキヘルスステータス信号が前記ヘルスステータスの異常を示す場合、前記列車にブレーキングを行うように前記ブレーキを制御する、請求項１に記載の列車制御システム。
3. 前記ブレーキ制御装置は、前記ブレーキ作動を示す、前記ブレーキからのブレーキフィードバック信号を受信し、前記受信したブレーキフィードバック信号がブレーキングの異常を示す場合に、前記列車にブレーキングを行うように前記ブレーキを制御する、請求項１または請求項２に記載の列車制御システム。
4. 前記車載制御装置は、前記ブレーキ指令を複数のアンテナを介して無線送信し、
   前記ブレーキ制御装置は複数のアンテナを含み、前記複数のアンテナの少なくともいずれかで前記ブレーキ指令を受信する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の列車制御システム。
5. ブレーキ指令を無線送信するように構成された車載制御装置と、前記ブレーキ指令を受信し、前記受信したブレーキ指令に基づいて列車のブレーキを制御するように構成されたブレーキ制御装置とを用いた列車制御方法であって、
   前記列車には、前記車載制御装置と、前記ブレーキ制御装置と、を備えた列車制御システムが搭載されており、
   前記車載制御装置により、前記列車制御システムのヘルスステータスを監視し、システムヘルスステータス情報を前記ブレーキ制御装置に無線送信するステップと、
   前記ブレーキ制御装置により、前記システムヘルスステータス情報を受信し、前記受信したシステムヘルスステータス情報が前記列車制御システムの前記ヘルスステータスの異常を示す場合に、前記列車にブレーキングを行うように前記ブレーキを制御するステップと、
   を含む方法。

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