(57)【要約】      （修正有）【課題】軌道上を輸送用車両が走行する軌道輸送システムでは、軌道上に障害物があった場合、操舵による回避が出来ない。そのため、障害物を検知することは輸送システムの安全性や運用性を向上させるために重要である。これに対応すべく、安全性や運用性を向上させた軌道輸送システムを提供する。【解決手段】乗客を輸送する輸送用車両１０１と、前記輸送用車両に先行し、軌道上の障害物を検知するセンサーを有する障害物検知車両１０２と、前記輸送用車両と前記障害物検知車両との間を通信可能につなぐ通信手段１０３を備える。輸送用車両は、センサー１０４による障害物検知信号を受けて減速する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
乗客を輸送する輸送用車両と、
前記輸送用車両に先行し、軌道上の障害物を検知するセンサーを有する障害物検知車両と、
前記輸送用車両と前記障害物検知車両との間を通信可能につなぐ通信手段を備え、
前記輸送用車両は、前記センサーによる障害物検知信号を受けて減速する軌道輸送システム。
【請求項２】
前記障害物検知車両を、前記輸送用車両が停止するまでに必要な制動距離よりも前方を走行させるよう制御する制御装置を備えた請求項１の軌道輸送システム。
【請求項３】
前記障害物検知車両の制動距離が前記輸送用車両の制動距離よりも短い請求項１の軌道輸送システム。
【請求項４】
前記センサーによる障害物検知、前記障害物検知車両と障害物との衝突または接触のいずれかが起きた際に輸送量車両を停止させる制御装置を備えた請求項１の軌道輸送システム。
【請求項５】
前記障害物検知車両が無人運転機能を有する請求項１の軌道輸送システム。
【請求項６】
前記輸送用車両が無人運転機能を有する請求項５の軌道輸送システム。
【請求項７】
乗客を輸送する輸送用車両に先行させて、軌道上の障害物を検知するセンサーを有する障害物検知車両を走らせることを特徴とする軌道輸送システムの運行方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道上を走行する軌道輸送システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
軌道上を輸送用車両が走行する軌道輸送システムでは、軌道上に障害物があった場合、操舵による回避が出来ない。そのため、障害物を検知することは輸送システムの安全性や運用性を向上させるために重要である。運転士が運転する有人運転システムでは、軌道上および経路上の大部分は運転士の目視によって障害物を検知している。一方、自動運転を採用する無人運転システムでは、専用軌道で他の交通を遮断し障害物の侵入を防ぐことにより安全性や運用性を確保している。
【０００３】
また特許文献１には、線路上の障害物を排除する技術として、軌道上を走行する輸送用車両の前方を所定の車間距離を保って排障車を走行させ、走行路上の障害物を排除する軌道輸送システムが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平５−３３８５３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
専用軌道を採用するには費用や場所等の制約が大きい。有人運転システムでも、より安全性や運用性の向上が望まれる場合がある。また、特許文献１の排障車は障害物との衝突が前提のシステムであり、障害物が排除できなかった場合には運行の大幅遅延が起きうる。
【０００６】
本発明は上記課題に対応すべく、安全性や運用性を向上させた軌道輸送システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、乗客を輸送する輸送用車両と、前記輸送用車両に先行し、軌道上の障害物を検知するセンサーを有する障害物検知車両と、前記輸送用車両と前記障害物検知車両との間を通信可能につなぐ通信手段を備え、前記輸送用車両は、前記センサーによる障害物検知信号を受けて減速することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、安全性や運用性を向上させた軌道輸送システムを提供できる。上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施例における軌道輸送システムの構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施例における障害物検知車両の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施例における輸送用車両の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の一実施例における接触や衝突に対応するセンサーの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
利用者数の減少等により運営コスト低減が求められており、軌道輸送システムの無人運転化のニーズは高い。しかし、既存の無人運転システムは、専用軌道を利用したものに限られる。専用軌道は高架化や地下化といったインフラにより他の交通の進入を遮断した専用軌道を利用したものであり、導入コストが非常に高い。既存の開放軌道を専用軌道に変更する場合には、用地や工事等、さらなる制約を考慮する必要がある。
【００１１】
これに対し発明者らは、開放軌道での無人運転システムを実現するための新しいアイデアを創出した。すなわち、乗客を輸送する輸送用車両とは別に、障害物検知機能を持ったセンサーを有するユニット（障害物検知車両）を走らせるアイデアである。後述する実施例では、障害物検知のためのユニットを乗客用車両よりも先に走らせる運行により、無人運転を実現する例を説明する。この例によれば、万が一軌道上に障害物が存在したとしても、早期に検知し車両を停止させることができるため、安全性や運用性を向上させた軌道輸送システムを提供できる。障害物検知車両が無人運転機能を有すれば、運転士を増やすことなく本システムを導入できる。さらに輸送用車両が無人運転機能を有すれば、運転士がいなくとも列車を運行できる。そうすると、一列車の編成を減らす代わりに列車の本数を増やす等、運用の自由度が高まることとなる。
【００１２】
なお特許文献１には、線路上の障害物を排除する技術（段落０００２）として、軌道上を走行する輸送用車両の前方を所定の車間距離を保って排障車を走行させ、走行路上の障害物を排除する軌道輸送システム（段落０００１）が開示されている。この特許文献１の排障車は、例えば段落００１２に「小さい障害物であれば排障車によって排除され、また、排障車が排除不可能な障害物に衝突して走行不可能となった場合でも、輸送用車両を安全に停止することができる」とあるように、衝突により障害物を排除することが前提のシステムである。万が一障害物が排除できなかった場合には、運行の大幅遅延が起きうる。この排障車は、後続の輸送用車両の先頭用車両の先頭形状を空気力学的に抵抗の小さい理想的な形状にするとともに車両重量を低減してペイロードを増加するために自動運転装置が搭載されている。障害物を検知する機能については開示されていない。
【００１３】
これに対し実施例の軌道輸送システムは、障害物検知機能を持つユニットが早期に障害物を検知することにより、ユニット、輸送用車両ともに衝突が起きる前に停止させることを前提としたシステムである。これにより、ユニット、輸送用車両、障害物のどの安全性も高いものとすることができる。また、障害物検知機能を先行走行するユニットに持たせることで、輸送用車両自体に高い検知機能、制動機能を持たせなくとも、全体として十分な検知・制動機能を発揮させられる、安全性、運用性の高いシステムを実現できる。さらに、障害物との衝突を回避した上で障害物を排除できるため、運行の遅れを抑制した運用性の高い運行も可能になる。
【００１４】
ところで、障害物検知技術は自動車の自動運転向けに研究が進められており、一般的にミリ波レーダー、レーザーレーダー、カメラなどが用いられている。
検知距離が長いセンサーであるミリ波レーダーやカメラでも検知距離は200m程度である。自動車の制動距離は120km/hで200m程度であり、ミリ波レーダーやカメラで障害物を検知してからブレーキをかけても障害物手前で停止できる。自動車の制動距離が短いのは、乗員が着席しており、シートベルトを着用していることを前提に高い減速性能が設定されているからである。
【００１５】
一方で列車に代表される軌道輸送システムでは、乗客は立った状態で乗車することが想定され、一般に自動車よりも低い減速性能が設定されている。その結果、同一速度から停止するまでに必要な制動距離は自動車よりも軌道輸送システムのほうが長くなる。例えば120km/hからの制動距離は500m程度となる。そのため自動車向けのセンサーを軌道輸送システムにそのまま適用した場合、センサーの検知距離が、必要な制動距離よりも短くなってしまう可能性がある。その結果、障害物をセンサーで検知しても軌道輸送システムが障害物手前で停止できないという安全上の課題が発生する。またセンサーで検知してから停止可能な速度に最高速度を下げる場合、速達性や輸送能力の低下といった運用上の課題が発生する。この課題に対し、上記別ユニットの最大減速度を乗客用車両よりも大きくすれば、別ユニット未利用時に比べ、センサーで検知してから停止するまでの距離を短くすることができる。そうすれば、自動車の自動運転向けに開発されたセンサーを利用しながら、安全性、運用性の高い軌道輸送システムを実現できる。これは、ミリ波で止まりきれない分を、先行ユニットの距離でカバーしているともいえる。
【００１６】
以下、本発明の実施例として、開放軌道の鉄道の例について図面を参照して説明する
【実施例１】
【００１７】
図１は、軌道輸送システムの構成を示す図である。軌道輸送システムは乗客や貨物を乗せる輸送用車両１０１と前方の障害物を検知する障害物検知車両１０２と輸送用車両１０１と障害物検知車両１０２間の通信手段１０３で構成される。通信手段は輸送用車両１０１と障害物検知車両１０２を車車間通信でつなげても良いし、地上の設備を介して通信しても良い。本実施例では、輸送用車両１０１と障害物検知車両１０２間で、以降に説明する制御のために伝送遅延が十分小さく
データ通信が実施できればよく、その方法は問わない。
【００１８】
障害物検知車両１０２は障害物を検知するためのセンサーである障害物検知センサー１０４を備える。障害物検知センサー１０４は障害物を事前に検知することを主目的としている。ただし万が一のため、障害物検知車両１０２が障害物に接触または衝突したことも検知できるようにしても良い。
【００１９】
図４に接触や衝突に対応するセンサーの説明図を示す。輸送用車両４０１に先行して走行する障害物検知車両４０２は、衝突センサー４１４と接触センサー４２４を備えている。本実施例では障害物の例として、踏切部などの線路上の人、自動車、落下物等との衝突や、建築限界を侵害している植物や突起物との接触を想定している。建築限界とは、線路に対して建築物を設置してはならないクリアランスのことである。衝突センサー４１４は自動車のエアバック用の検知センサーを利用することができる。接触センサー４２４としては、建築限界の全てまたは一部を囲うような中空構造体や、同領域をカバーする中実構造体等が採用できる。
【００２０】
障害物検知車両１０２の減速性能は、輸送用車両１０１の減速性能よりも高く設定されている。現行列車の減速性能として最高速度から600mで止まれるものがあるのに対し、本実施例の障害物検知車両１０２は、300mで止まるものを想定している。障害物検知車両１０２に設定される減速性能は、例えば自動車の減速性能と同等にすることが望ましい。例えば最大時速120kmから200mで止まれるようにすれば、自動車で用いられている障害物検知センサーの多くが容易に利用可能となる。さらには軌道輸送システムで物理的に発揮できる最大レベルの減速性能を設定するのがより望ましい。
【００２１】
障害物検知車両１０２の加速性能は、輸送用車両１０１の加速性能よりも高く設定されている。障害物検知車両１０２の加速性能は式（１）であらわされる。
【００２２】
【数１】
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【００２３】
ここで、α1は障害物検知車両１０２の要求加速度、α2は輸送用車両１０１の最大加速度、βは輸送用車両１０１の最大減速度である。
【００２４】
障害物検知車両１０２は仮に障害物に接触または衝突し走行不可能となった場合に、軌道上から容易に退避させることが可能なように軽量であることが望ましい。また、軽量であれば万が一障害物に接触または衝突しても、障害物の損傷を最小限にすることが可能となる。自動車並みの2トン以下のものであれば、重機なしでも動かすことができる点でも望ましい。
【００２５】
障害物検知車両１０２の先頭の材質は、衝撃吸収できるものであると望ましい。万が一障害物と衝突した際に、衝突の衝撃を和らげることができるからである。また障害物検知車両１０２の先頭形状は、障害物の排除を促す排障構造であると望ましい。仮に障害物に衝突した場合でも、障害物検知車両１０２が障害物を巻き込む事態を抑制することができ、早期運転再開に有利だからである。
【００２６】
輸送用車両１０１は図示しない制御装置により、後述の通り障害物検知車両１０２との間隔が輸送用車両１０１の現在の車両速度から最大減速性能で減速したときに停止するまでに必要な距離以上となるように制御される。
【００２７】
次に障害物検知車両の動作を説明する。図２は、障害物検知車両１０２により実行される処理手順を示すフローチャートである。
【００２８】
ステップ２０１〜２０６で輸送用車両１０１に対する停止指示と障害物検知車両１０２の現在位置を作成する。本処理は障害物検知車両１０２の制御周期（例えば20ミリ秒）ごとに実行される。図２のフローチャート基づく動作は以下のとおりである。
【００２９】
ステップ２０１：
障害物検知センサー１０４から軌道上の障害物に関するセンサー情報を取得する。前記センサー情報から軌道上に障害物が存在するか否かを判断する。ステップ２０２へ進む。
【００３０】
ステップ２０２：
衝突センサー４１４および接触センサー４２４から軌道上の障害物に関するセンサー情報を取得する。前記センサー情報から軌道上の障害物と接触または衝突があったか否かを判断する。ステップ２０３へ進む。
【００３１】
ステップ２０３：
ステップ２０１で障害物が存在するか、またはステップ２０２で障害物と接触または衝突があったかを判定する。障害物が存在する、または障害物と接触または衝突したと判定された場合はステップ２０４に進む。障害物が存在しない、かつ障害物と接触または衝突していないと判定された場合はステップ２０５に進む。
【００３２】
ステップ２０４：
ステップ２０３において障害物が存在する、または障害物と接触または衝突したと判定された場合は、即座に輸送用車両１０１を停止させる必要があるため、停止指示を生成する。ステップ２０５に進む。
【００３３】
ステップ２０５：
輸送用車両１０１と障害物検知車両１０２との間隔算出に必要な障害物検知車両１０２の現在位置を算出する。現在位置の算出は車両速度の積分に基づいて行われるのが一般的であるが、他の方法を用いても良い。例えば、全地球測位システム(GPS)等を用いても良い。
ステップ２０６に進む。
【００３４】
ステップ２０６：
障害物検知車両１０２の現在位置と輸送用車両１０１に対する停止指示の有無を輸送用車両１０１に対して通信手段１０３を介して送信する。
【００３５】
次に輸送用車両１０１の動作を説明する。図３は、輸送用車両１０１により実行される処理手順を示すフローチャートである。
【００３６】
ステップ３０１〜３０６で軌道上に障害物が存在する、または障害物検知車両１０２が障害物と接触または衝突した場合に輸送用車両１０１を停止させる。または、軌道上に障害物が存在しない、かつ障害物検知車両１０２が障害物と接触または衝突していない場合は、障害物検知車両１０２と必要な間隔を持って走行する。本処理は輸送用車両１０１の制御周期（例えば20ミリ秒）ごとに実行される。図３のフローチャート基づく動作は以下のとおりである。
【００３７】
ステップ３０１：
障害物検知車両１０２から障害物検知車両１０２の現在位置と輸送用車両１０１に対する停止指示を受信する。ステップ３０２へ進む。
【００３８】
ステップ３０２：
ステップ３０２では、輸送用車両１０１と障害物検知車両１０２との間隔算出に必要な輸送用車両１０１の現在位置を算出する。現在位置の算出は車両速度の積分に基づいて行われるのが一般的であるが、他の方法を用いても良い。例えば、全地球測位システム(GPS)等を用いても良い。ステップ３０３に進む。
【００３９】
ステップ３０３：
ステップ３０３では障害物検知車両１０２の現在位置と輸送用車両１０１の現在位置から障害物検知車両１０２と輸送用車両１０１との間隔を算出する。ステップ３０４に進む。
【００４０】
ステップ３０４：
ステップ３０４では障害物検知車両１０２と輸送用車両１０１の間隔を輸送用車両１０１が現在の車両速度から最大減速性能で減速したときに停止するまでに走行する距離以上となるように輸送用車両を制御する。一般にある速度から一定減速度で減速し停止するまでに必要な距離は式（２）であらわされる。
【００４１】
【数２】
2019025984.tif 000004
【００４２】
ここで、Lは停止するまでに必要な距離、Vは減速を開始したときの車両速度、βは輸送用車両の減速度である。ステップ３０４ではLが障害物検知車両１０２と輸送用車両１０１の間隔よりも小さくなるように制御する。具体的には障害物検知車両１０２と輸送用車両の間隔を式（２）のLとして代入し、βに輸送用車両１０１の最大減速度を代入して得られるV以下となるように輸送用車両１０１の車両速度を制御すればよい。本発明では、ンサー１０４障害物検知車両と輸送用車両１０１の間隔を輸送用車両１０１が現在の車両速度から最大減速性能で減速したときに停止するまでに走行する距離以上となるように制御できれば、輸送用車両１０１が障害物検知車両１０２と衝突することを抑制できる。ステップ３０５に進む。
【００４３】
ステップ３０５：
ステップ３０１で障害物検知車両１０２から停止指示を受信したかを判定する。停止指示を受信した場合はステップ３０６に進む。
【００４４】
ステップ３０６：
障害物検知車両１０２から停止指示を受信した場合は、輸送用車両１０１を最大減速度で減速させ停止させる。
【００４５】
なお実施例１は、輸送用車両１０１や障害物検知車両１０２を最大限速度で減速させて停止させる例を示したが、これに限られず、お互いの車両や障害物と衝突を抑制できれば減速させるだけでも構わない。
【００４６】
以上のように実施例１の軌道輸送システムは、乗客を輸送する輸送用車両１０１と、輸送用車両１０１に先行し、軌道上の障害物を検知するセンサー１０４を有する障害物検知車両１０２と、輸送用車両１０１と障害物検知車両１０２との間を通信可能につなぐ通信手段１０３を備え、輸送用車両１０１は、センサー１０４による障害物検知信号を受けて減速するよう構成されている。そうすると、自動車向けに開発された一般的な障害物検知センサーを用いた場合においても速達性や輸送能力を維持したまま、軌道輸送システムの輸送用車両を障害物手前で停止させる、または衝突を回避することが出来、軌道輸送システムの安全性や運用性を向上させることが出来る。また、運転士の目視による障害物検知を本実施例で置き換えることが可能となり、現在運転士が運転している軌道輸送システムを無人運転化することが可能となり、運営コストを低減することが可能となる。
【００４７】
この効果は、障害物検知車両１０２の制動距離が輸送用車両１０１の制動距離よりも短いほど大きなものとなる。
【００４８】
実施例１においては障害物検知センサー１０４の情報から障害物が存在するか、または衝突センサー４１４および接触センサー４２４の情報から障害物と接触または衝突があったかを障害物検知車両１０２で判定し、停止指示を作成している。しかし、障害物検知センサー１０４等の情報を輸送用車両１０１に送信し、輸送用車両１０１で障害物が存在するか、または障害物と接触または衝突があったかを判定し、停止指示を作成するようにしてもよい。要は、障害物が存在するか、または障害物と接触または衝突があった場合に輸送用車両１０１が停止または十分に減速できればよく、本発明では障害物が存在するかまたは障害物と接触または衝突があったかの判定や、その判定に基づく停止指示をどの装置で作成するかは問わない。
【００４９】
実施例１において障害物検知車両１０２と輸送用車両１０１の間隔を輸送用車両１０１が現在の車両速度から最大減速性能で減速したときに停止するまでに走行する距離以上となるように輸送用車両１０１を制御している。たが、障害物検知車両１０２と輸送用車両１０１の間隔を輸送用車両１０１が現在の車両速度から最大減速性能で減速したときに停止するまでに走行する距離以上となるように障害物検知車両１０２を制御しても良い。本実施例では障害物検知車両１０２と輸送用車両１０１の間隔を輸送用車両が現在の車両速度から最大減速性能で減速したときに停止するまでに走行する距離（すなわち制動距離）以上となるように制御できれば良く、間隔をどの装置で制御するかは問わない。
【符号の説明】
【００５０】
１０１            輸送用車両
１０２            障害物検知車両
１０３            通信手段
１０４            障害物検知センサー
４０１            輸送用車両
４０２            障害物検知車両
４１４            衝突センサー
４２４            接触センサー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2019025984.tif 000008