JP4645667B2 - 列車制御装置 - Google Patents

Description

鉄道およびモノレール，ＬＲＴ（Light Rail Transit：軽量軌道交通），ＡＧＴ（Automated Guideway Transit：案内軌条鉄道）などの都市交通等、軌道上を移動する列車の列車制御装置に関する。

車両システムが進行可能な境界（以下停止位置目標情報）を地上システムから与えられ、これを超えて進行しないための速度防護パターンを有し、自らの位置と速度防護パターンを照らし合わせてこれを超えないよう速度制御を行うなど、自らの位置に対応した速度制御を行うことで保安を実現する列車制御方法において、自位置を算出するために、車輪の回転数を積分して求める方法が採用される場合が多い。従来は、初期値または定期検査によって得られる測定値を用いて設定された車輪径を用いて自位置を算出するが、磨耗や乗客の乗降によって車輪径は変動するため、算出した自位置に誤差が発生し、ゴムタイヤを利用しているモノレール，新交通システムではこの誤差が顕著であった。このため、算出誤差を補正するために位置情報を伝送するトランスポンダなどの地上子を一定の間隔に設置していた（特許文献１）。

特開２００１−１０６０７０号公報

乗客の乗降や膨張などによって変動する車輪径が＋側に変動した場合、実際の列車の位置が車両システムの認識する列車の位置よりも進行方向側にあり、速度防護パターンによって停止制御を行っても停止位置目標を超える可能性がある。このため、停止位置目標の手前で最も近い位置補正用地上子との距離から発生しうる最大距離誤差を安全余裕距離として停止位置目標と速度防護パターンの起点との間に設定していた。この安全余裕距離が大きいと列車間隔の拡大や、駅停車を困難にするなどの課題が発生するため、これらを回避可能な、停止位置目標から近い距離に追加的に位置補正用地上子を設置する必要があった。

また、位置補正用地上子により伝送される補正情報を取りこぼした場合、設定された安全余裕距離では安全が保障されないため、取りこぼしを考慮して位置補正用地上子を２台設置する必要があった。

本発明の目的は、安全余裕距離を追加することなく、且つ地上子の設置数が低減でき、乗り心地の良い安全な列車制御方法を提供することである。

本発明は、予め車輪径の変動しうる最大車輪径と速度防護パターンとが格納された車上格納部と、車輪の回転数を検出し車両の速度情報を生成する速度検出部と、前記車輪の回転数の積分値と前記最大車輪径とを乗算して生成した値に地上子から受信された車両の位置情報を加算して、車両の現在の位置情報を生成し、前記現在の位置情報と前記地上列車制御部から受信された停止位置目標情報とに基づいて、前記車上格納部から対応する前記速度防護パターンを抽出し、抽出された前記速度防護パターンと生成された前記現在の位置情報及び速度情報に基づいてブレーキ出力を出力する車上制御部と、を有する構成とする。

安全余裕距離を追加することなく、且つ地上子の設置数が低減でき、乗り心地の良い安全な列車制御方法が提供できる。

本発明の主な特徴は、実験値もしくは経験値などから車輪径の変動量を予測し、取りうる最大の車輪径を車輪径として定常的に利用する。これにより、車輪径の変動は−側となり、実際の位置は車両システムの把握する位置よりも手前となるため、安全余裕距離追加する必要がない。また、この場合、地上子による位置補正は、停止位置目標よりも手前に止まってしまうことを防ぐための処理となるため、取りこぼしても安全側となり多重化する必要がなく、地上子の設置数を低減可能となることである。

以下、本発明の実施例を図に従って説明する。図１に本発明の列車制御方法を実現するための全体システムの構成例を示す。

全体システムは、車両１０１の列車制御装置，地上子１０２，地上列車制御装置１０３，送受信器１０４，伝送手段１０６および制御用ＬＡＮ１０７で構成される。

地上列車制御装置１０３は、ループコイル，ＬＣＸ（Leaky Coaxial Cable）などの伝送手段１０６によって、車両１０１から車両を特定するＩＤなどの情報もしくは車両１０１が自ら算出した位置情報を受信し、車両１０１の在線位置を把握する。地上列車制御装置１０３は、車両１０１の在線分布を基に衝突や、脱線を回避するための各車両１０１の進行可能な限界位置である停止位置目標情報１０８を算出し、送受信器１０４および伝送手段１０６を介して車両１０１へ送信する。車両１０１は、地上列車制御装置１０３から送信された停止位置目標情報１０８を基に、これを超過して進行しないために必要な、位置情報に対応した上限速度である速度防護パターン１０５を生成し、速度防護パターン１０５を超えないように自らの速度を制御する。トランスポンダなどで実現される地上子１０２は、自らの設置された場所を情報として有しており、地上子１０２上を車両１０１が通過する際に、該位置情報を車両１０１へ伝送する。

図２に、車両１０１の列車制御装置の一構成例を示す。車両１０１の列車制御装置は、地上列車制御装置１０３と情報を伝送して列車を制御する装置であり、車両１０１は、車上制御部２０１，速度検出部２０２，駆動部２０３，車上通信手段２０４，車上通信手段２０５，受信部２０６，送受信部２０７およびＭＭＩ（マンマシンインターフェイス）部２０８で構成される。

車上制御部２０１は、地上列車制御装置１０３において実施される列車検知のために、自らのＩＤもしくは後述する方法で算出した自らの位置情報を送受信部２０７および車上通信手段２０５を介して地上列車制御装置１０３へ伝送する。送受信部２０７はデータ信号の変復調を行い、車上通信手段２０５は伝送手段１０６と通信を行うためのアンテナである。

また、車上制御部２０１は、地上列車制御装置１０３から送信された停止位置目標情報１０８を基に速度防護パターンを生成し、これを超えないように自らの速度を減速させる指令を駆動部２０３へ送信する。さらに、速度発電機などで実現される速度検出部２０２で検出や算出された車両１０１の速度情報および車輪の回転数から自らの位置情報を算出する処理も行う。

具体的には、車上制御部２０１は、最大車輪径と検出された車輪の回転数と地上子から受信された車両の位置情報とに基づいて、車両の現在の位置情報及び速度情報を生成し、その現在の位置情報と地上列車制御部から受信された停止位置目標情報とに基づいて、車上ＤＢから対応する速度防護パターンを抽出し、抽出された速度防護パターンと、生成された現在の位置情報及び速度情報に基づいてブレーキ出力を出力するものである。

図３に車上制御部２０１の構成を示す。車上制御部２０１は、在線位置管理部３０１，防護パターン生成部３０２，ブレーキ制御部３０３および車上格納部である車上ＤＢ３０４で構成される。

防護パターン生成部３０２は、送受信部２０７を介して地上列車制御装置１０３より送信された停止位置目標情報１０８と在線位置管理部３０１より送信された現在位置から対応する速度防護パターン１０５を車上ＤＢ３０４から抽出し、ブレーキ制御部３０３へ送信する。

図４に車上格納部である車上ＤＢ３０４の構成を示す。車上ＤＢ３０４は、予め車輪径の変動しうる最大車輪径及び最小車輪径が格納された車輪径テーブル４０１と、速度防護パターン１０５と車両の現在の位置と車両の停止位置目標情報とが関連付けられて格納された速度防護パターンテーブル４０２で構成される。

車輪径テーブル４０１は、車輪径の変動しうる最大値と最小値（それぞれ最大車輪径，最小車輪径）を格納する。これらの値は、実験的に得られた車輪径の統計値、もしくは経験的に得られた車輪径を基に予め決定される。速度防護パターンテーブル４０２は、現在の車両の位置情報，停止位置目標情報１０８に対応した速度防護パターン１０５を格納する。速度防護パターン１０５は、現在の車両の位置情報，停止位置目標情報１０８と車両性能の関係から一意に決定されるため、現在位置情報と停止位置目標情報１０８との関係から予め速度防護パターン１０５を算出し、速度防護パターンテーブル４０２に格納する。

図３に示すブレーキ制御部３０３は、防護パターン生成部３０２より送信された速度防護パターン１０５と在線位置管理部３０１より送信される車両１０１の現在の位置情報および現在の速度情報から、現在の位置情報に対応した速度防護パターン１０５上の速度と現在の速度情報とを比較し、現在の速度情報の値が速度防護パターン１０５を超えないようにブレーキ出力を駆動部２０３へ送信する。

在線位置管理部３０１では車両１０１の在線位置を算出する。在線位置管理部３０１の構成を図５に示す。在線位置管理部３０１は、先頭位置算出部５０１と列車長算出部５０２で構成される。

先頭位置算出部５０１では、速度検出部２０２より伝送された車輪の回転数と車上ＤＢ３０４の車輪径テーブル４０１から抽出した最大車輪径と最小車輪径から、回転数を積分することで走行距離を求め、車両１０１の先頭位置を算出する。このとき、走行距離は直近の地上子１０２より伝送された位置情報を起点に、そこから車輪の回転数を積分した値を加算することで求められる。地上子１０２の情報は、アンテナである車上通信手段２０４および復調部である受信部２０６を介して在線位置管理部３０１へ伝送される。算出された走行距離は車輪の設置された部位の存在する位置に相当するため、先頭位置はこれに車輪から先頭までのオーバーハングを加算して求める。最大車輪径をＲｍａｘ、車輪回転数の積分値をＮｒ、オーバーハングをＤとすると、先頭位置は下式で与えられる。

先頭位置＝Ｒｍａｘ・π・Ｎｒ＋Ｄ
本実施例では先頭位置を算出したが、これは速度防護パターン１０５が先頭位置に対応した速度の上限値であるためであり、速度防護パターン１０５と対応する列車の部位によってシステムとして把握するべき列車位置は異なる。

先頭位置算出部５０１は、受信部２０６より地上子１０２の位置情報が伝送される度に、それまで算出された位置情報を放棄し、地上子１０２の位置情報にオーバーハングを加算した新たな値を先頭位置として採用する。

列車長算出部５０２では、列車後尾を仮想的に長く処理を行う。図６に列車後尾を長くして列車長を増大させる処理の概念図を示す。本発明によれば、最大車輪径を用いて先頭位置を算出するため、車両１０１の実際の位置は、在線位置管理部３０１の把握する位置よりも進行方向に対して絶えず手前に存在する。このため、カーブなどの速度制限領域６０１があった場合、速度制限領域６０１の手前では、領域到達の前に速度が減じられるよう速度防護パターン１０５が生成されるが、速度制限領域６０１の終端では、制限領域を通過する地点を実際の位置よりも手前にあると判断して再加速を許容し、速度制限を犯す可能性が生じる。

そこで列車長算出部５０２では、直近の地上子１０２から受けた位置情報からの走行距離に応じて車両１０１の後尾が実際に取りうる位置情報を算出し、これと該先頭位置との距離を列車長として管理する。直近の地上子１０２より受けた位置情報からの走行距離Ｘ、最大車輪径をＲｍａｘ、最小車輪径をＲｍｉｎとすると、車両１０１の後尾が取りうる距離誤差は、下式で与えられる。

距離誤差＝Ｘ・（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）／Ｒｍａｘ
この値を列車長に加算して車両後尾を仮想的に長くすることで速度制限領域６０１を守った運行が可能となる。

つまり、最大車輪径と最小車輪径に基づいて、地上列車制御部が把握する走行距離と、実際の走行距離との最大距離誤差を算出し、算出された前記最大距離誤差を列車長に加算し、加算された列車長を用いて列車制御することで、車両後尾を仮想的に長くでき、速度制限領域６０１を守った運行が可能となる。このとき、算出された最大距離誤差は、列車の後端に加算されるものとする。

また、算出された最大距離誤差は、地上子から位置情報が受信された場合に、０リセットされ、列車長は、予め定められた列車長を用いるものとする。

本実施例では、車両１０１からのＩＤや位置情報の地上列車制御装置１０３への伝送により、列車検知を行う例を示したが、軌道回路など地上側のみで列車検知を行う方法でも、車上制御部２０１からのＩＤ，位置情報等の伝送を廃止するだけで同様に実施可能である。

本発明によれば、車輪径の変動は絶えずマイナス側となり、実際の位置は車両システムの把握する位置よりも手前となるため、安全余裕距離を追加する必要がない。また、地上子による位置補正は、停止位置目標情報よりも手前に止まってしまうことを防ぐための処理となるため、取りこぼしても安全側となり多重化する必要がなく、地上子の設置数を低減可能となる。

現状では２つの地上子を設置していても安全を確実にするため、２つロスト（地上子からの受信失敗）を検知したら非常ブレーキによる停止処理を行っているが、この場合、非常ブレーキ停止による乗り心地悪化や再出発処理の煩雑さ（停止理由を地上と確認し、位置を確定した後出発可など）に起因する長い再出発時間などの課題があった。

一方、本発明ではロストした場合でも非常ブレーキの必要はなく、速度防護パターンによって緩やかに停止可能となり、乗り心地は悪化しない。また、ロストによって手前に止まったとしても前方進路が開通するとパターンが更新され、容易に再出発可能となる。すなわち、本発明では基本的にロスト時も非常停止をする必要がなく運用を継続できるため、稼働率向上が期待できる。

さらには、従来は定期的に車輪径を測定し、車両システムに設定しなおしていたのに対し、本発明によれば、一旦設定した車輪径を変更する必要がなく、保守性の向上も期待できる。

本発明に係る列車制御方法を実現する全体システムの一構成例を示す図である。 本発明に係る列車制御方法を実現する車上制御装置の一実施例を示す図である。 図２の車上制御装置の車上制御部の一実施例を示す図である。 図３の車上制御部の車上ＤＢの一例を示す図である。 図３の車上制御部の在線位置管理部の一実施例を示す図である。 図５の在線位置管理部の列車長算出部の処理の概略図を示す図である。

符号の説明

１０１ 車両
１０２ 地上子
１０３ 地上列車制御装置
１０４ 送受信器
１０５ 速度防護パターン
１０６ 伝送手段
１０７ 制御用ＬＡＮ
１０８ 停止位置目標情報
２０１ 車上制御部
２０２ 速度検出部
２０３ 駆動部
２０４，２０５ 車上通信手段
２０６ 受信部
２０７ 送受信部
２０８ ＭＭＩ部
３０１ 在線位置管理部
３０２ 防護パターン生成部
３０３ ブレーキ制御部
３０４ 車上ＤＢ
４０１ 車輪径テーブル
４０２ 速度防護パターンテーブル
５０１ 先頭位置算出部
５０２ 列車長算出部
６０１ 速度制限領域

Claims (6)

1. 列車の進行可能な限界位置である停止位置目標情報を生成する地上列車制御部と情報を伝送して列車を制御する列車制御装置において、
   予め車輪径の変動しうる最大車輪径と速度防護パターンとが格納された車上格納部と、
   車輪の回転数を検出し車両の速度情報を生成する速度検出部と、
   前記車輪の回転数の積分値と前記最大車輪径とを乗算して生成した値に地上子から受信された車両の位置情報を加算して、車両の現在の位置情報を生成し、前記現在の位置情報と前記地上列車制御部から受信された停止位置目標情報とに基づいて、前記車上格納部から対応する前記速度防護パターンを抽出し、抽出された前記速度防護パターンと生成された前記現在の位置情報及び速度情報に基づいてブレーキ出力を出力する車上制御部と、
   を有する列車制御装置。
2. 請求項１記載の列車制御装置において、
   前記車上格納部は、前記速度防護パターンと、車両の現在の位置と、車両の停止位置目標情報とが関連付けられて格納された列車制御装置。
3. 請求項１記載の列車制御装置において、
   前記車上制御部は、前記ブレーキ出力の送信を制御するブレーキ制御部を有し、
   前記ブレーキ制御部は、抽出された前記速度防護パターンと生成された前記現在の位置情報及び速度情報から、前記現在の位置情報に対応した前記速度防護パターン上の速度と前記現在の速度情報とを比較し、前記現在の速度情報の値が、前記速度防護パターンを超えないように前記ブレーキ出力を送信する列車制御装置。
4. 請求項１記載の列車制御装置において、
   前記車上格納部には、予め車輪径の変動しうる最小車輪径も格納されており、
   前記車上制御部は、前記最大車輪径と前記最小車輪径に基づいて、前記地上列車制御部が把握する走行距離と、実際の走行距離との最大距離誤差を算出し、算出された前記最大距離誤差を列車長に加算し、加算された列車長を用いて列車制御する列車制御装置。
5. 請求項４記載の列車制御装置において、
   算出された前記最大距離誤差は、前記列車の後端に加算される列車制御装置。
6. 請求項４又は５記載の列車制御装置において、
   算出された前記最大距離誤差は、地上子から位置情報が受信された場合に、０リセットされ、前記列車長は、予め定められた列車長を用いる列車制御装置。

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