(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動で列車の運転制御を行う車上装置において、
自動列車制御装置としての機能と自動列車運転装置としての機能とを有し、
自動列車制御装置としての機能を果たすＡＴＣ処理と自動列車運転装置としての機能を果たすＡＴＯ処理とを同一のＣＰＵで行うとともに、
前記ＣＰＵが前記ＡＴＣ処理を実行した後の空き時間に前記ＡＴＯ処理を前記ＣＰＵに実行させ、
前記ＡＴＣ処理と前記ＡＴＯ処理との機能および制御論理を独立させた
ことを特徴とする車上装置。
【請求項２】
前記ＡＴＣ処理で用いる変数とＡＴＯ処理で用いる変数とを独立にし、
前記ＡＴＣ処理で前記ＡＴＯ処理の処理結果を参照しない構成とした
ことを特徴とする請求項１に記載の車上装置。
【請求項３】
前記ＡＴＣ処理用のプログラムの後に前記ＡＴＯ処理用のプログラムが実行されるように構成した一連のプログラムを、単一の一定周期割込が発生するごとにＣＰＵに実行させる
ことを特徴とする請求項１または２に記載の車上装置。
【請求項４】
自動列車制御装置としての機能で使用するハードウェアの故障が検知されたとき、自動列車運転装置としての機能も停止させるものとする
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の車上装置。
【請求項５】
自動列車制御装置としての機能に係わる入出力信号の履歴と自動列車運転装置としての機能に係わる入出力信号の履歴とを共通の動作記録部に記録した
ことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の車上装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、安全性を確保しつつ、列車の加速制御、定速度運転制御、ブレーキ制御、定位置停止制御等を自動で行うための車上装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無人運転やワンマン運転を可能とするために列車を自動運転する装置として、自動列車運転装置（ＡＴＯ…Automatic Train Operation）がある。この装置は、列車の位置により予め決められた運転パターンに従い、加速制御、定速度運転制御、ブレーキ制御、定位置停止制御等を行うものである。
【０００３】
かかる自動列車運転装置を用いて列車の自動運転を行う場合には、安全性向上のため、通常、自動列車制御装置（ＡＴＣ…Automatic Train Control）を同時に車上に設備するようになっている。自動列車制御装置は、列車が先行列車との間隔や進路の条件等によって決定される制限速度を超えると、自動的にブレーキを作動させて減速制御する装置である。
【０００４】
自動列車運転装置と自動列車制御装置とは互いに目的や機能が異なるため、それぞれ独立した装置として構成され、車上にはこれら２つの装置が搭載されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、自動列車運転装置と自動列車制御装置の２つの装置を別々に車上に搭載していたので、必要な設置スペースが大きくなるとともに、装置間の配線も複雑になっていた。特に、一般の鉄道車両と比較して小型である新交通車両では、床下の機器設置スペースが制約されているため機器を室内に設置せざるを得ない場合が多く、機器の小型化が切望されていた。
【０００６】
本発明は、このような従来の技術が有する問題点に着目してなされたもので、少ない設置スペースで自動列車運転装置としての機能と自動列車制御装置としての機能とを果たすことのできる車上装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。
【０００８】
［１］自動で列車の運転制御を行う車上装置において、
自動列車制御装置としての機能と自動列車運転装置としての機能とを有し、
自動列車制御装置としての機能を果たすＡＴＣ処理と自動列車運転装置としての機能を果たすＡＴＯ処理とを同一のＣＰＵで行うとともに、
前記ＣＰＵが前記ＡＴＣ処理を実行した後の空き時間に前記ＡＴＯ処理を前記ＣＰＵに実行させ、
前記ＡＴＣ処理と前記ＡＴＯ処理との機能および制御論理を独立させた
ことを特徴とする車上装置。
【０００９】
［２］前記ＡＴＣ処理で用いる変数とＡＴＯ処理で用いる変数とを独立にし、
前記ＡＴＣ処理で前記ＡＴＯ処理の処理結果を参照しない構成とした
ことを特徴とする［１］に記載の車上装置。
【００１０】
［３］前記ＡＴＣ処理用のプログラムの後に前記ＡＴＯ処理用のプログラムが実行されるように構成した一連のプログラムを、単一の一定周期割込が発生するごとにＣＰＵに実行させる
ことを特徴とする［１］または［２］に記載の車上装置。
【００１１】
［４］自動列車制御装置としての機能で使用するハードウェアの故障が検知されたとき、自動列車運転装置としての機能も停止させるものとする
ことを特徴とする［１］から［３］の何れかに記載の車上装置。
【００１２】
［５］自動列車制御装置としての機能に係わる入出力信号の履歴と自動列車運転装置としての機能に係わる入出力信号の履歴とを共通の動作記録部に記録した
ことを特徴とする［１］から［４］の何れかに記載の車上装置。
【００１３】
前記本発明は次のように作用する。
車上装置は、自動列車制御装置としての機能と自動列車運転装置としての機能を１つの装置で果たすので、これらを独立した装置とする場合に比べて、省スペース化、低価格化および配線の簡略化を図ることができる。
【００１４】
一体化において、自動列車制御装置としての機能を果たすＡＴＣ処理と自動列車運転装置としての機能を果たすＡＴＯ処理とを同一のＣＰＵ（中央処理装置）で行うようにし、かつこのＣＰＵがＡＴＣ処理を実行した後の空き時間にＡＴＯ処理を実行するようにする。またＡＴＣ処理とＡＴＯ処理との機能および制御論理を独立させ、ＡＴＣ処理で用いる変数とＡＴＯ処理で用いる変数とを独立にし、ＡＴＣ処理でＡＴＯ処理の処理結果を参照しないように構成する。このように、自動列車運転装置としての機能の独立性を確保することで、安全性を損なわずにＣＰＵの共通化を図ることができる。
【００１５】
ＡＴＣ処理用のプログラムの後にＡＴＯ処理用のプログラムが実行されるように構成した一連のプログラムを、単一の一定周期割込が発生するごとにＣＰＵに実行させるものでは、ＡＴＣとＡＴＯの２つの機能を簡単なプログラム構造で統合することができ、安全性の検証や機能検証を容易に行うことが可能になる。
【００１６】
自動列車制御装置としての機能で使用するハードウェアの故障が検知されたとき、自動列車運転装置としての機能も停止させるものとするものでは、高い安全性を確保することができる。
【００１７】
このほか、自動列車制御装置としての機能に係わる入出力信号の履歴と自動列車運転装置としての機能に係わる入出力信号の履歴とを共通の動作記録部に記録するものでは、装置のさらなる小型化と低価格化を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明の一実施の形態を説明する。
各図は、本発明の一実施の形態を示している。図１に示すように、新交通システムなどに用いる車両１０には、本実施の形態にかかる車上装置としてのＡＴＣ／ＡＴＯ制御装置１００と、ＡＴＯ送受信装置２０と、ＡＴＣアンテナ３０と、ＡＴＯアンテナ４０と、速度発電機５０とが搭載されている。
【００１９】
ＡＴＣアンテナ３０は、床下等に設置され、図示省略の地上装置からレール等の伝送路に流したＡＴＣ信号を受信するものである。ＡＴＣ信号は、制限速度等を表したものである。ＡＴＯアンテナ４０は、間隔をあけて地上に配置された図示省略のＡＴＯ地上子から列車制御のための情報を受信するためのアンテナであり、床下等に設置される。速度発電機５０は、車両１０の車軸に連動して回転し、その回転数に応じた数のパルス信号を出力するものである。
【００２０】
ＡＴＣ／ＡＴＯ制御装置１００は、図５に示す従来の装置構成のうち、ＡＴＣ制御装置５０１とＡＴＯ制御装置５０２の機能を同一ＣＰＵ化・ハードウェアの共通化により一体化したＡＴＣ／ＡＴＯ制御部１１０と、図２のＡＴＣ受信装置５０３に相当するＡＴＣ受信部１２０とを有している。
【００２１】
より詳細には、図２に示すように、ＡＴＣ／ＡＴＯ制御装置１００は、ＡＴＣ／ＡＴＯ制御部１１０、ＡＴＣ受信部１２０のほか、信号判別部１３０と、車両制御出力部１４０と、動作記録部１５０とを備えている。ＡＴＣ受信部１２０は、２重系で構成され、ＡＴＣアンテナ３０を介してＡＴＣ信号を受信し復調するものである。信号判別部１３０は、ＡＴＣ受信部１２０から出力される信号を判別し、その結果の低位優先処理を行い、ＡＴＣ／ＡＴＯ制御部１１０と図示省略の車内信号機に出力する。
【００２２】
また信号判別部１３０は、駅停止中には、ドア開方向保安機能や車両の前後進切換機能を果たす。ドア開方向保安機能は、ＡＴＣ信号の１つである、車両のドア開方向を示す信号を受信した場合に、車両のドア開方向を制御する機能である。車両の前後進切換機能は、ＡＴＣ信号の１つである、車両の前後進切換を指令する信号を受信した場合に、車両に前後進の切換を指令する機能である。
【００２３】
ＡＴＣ／ＡＴＯ制御部１１０は、ＡＴＣ信号と速度発電機５０からの速度とを比較し、速度がＡＴＣ信号の制限速度を超えた場合にはブレーキ指令を出力して制限速度以内に制御するＡＴＣ機能と、車両の自動運転（ＡＴＯ）機能とを果たす部分である。ＡＴＯ機能としては、出発制御、定速走行制御、定位置停止制御、勾配起動制御等がある。
【００２４】
このうち出発制御は、発車可能な状態（車両のドアが閉まり、進路が開通し、車両が力行可能な条件）の成立により、車両を出発させる制御である。定速走行制御は、出発後、ＡＴＣによる制限速度を超えない速度範囲で自動走行させる制御である。定位置停止制御は、自動走行中に速度発電機５０からの速度情報に基づいて計測している車両の走行位置をＡＴＯ送受信装置２０の受信した地点情報によって補正し、乗り心地を損なわず滑らかに定位置停止させる制御である。
【００２５】
勾配起動制御は、車両が現在走行している場所の勾配に応じて力行・ブレーキ制御を行うものであり、たとえば、上り勾配上で停止したときには、再出発時に後退することを防ぐために勾配起動制御が行われる。現在位置の勾配等の情報は、車両が走行するすべての経路についての曲率や勾配等を記憶している車上のデータベースから取得するようになっている。
【００２６】
車両制御出力部１４０は、ＡＴＣ／ＡＴＯ制御部１１０で判断された演算結果（力行・ブレーキ指令）を車両の駆動装置やブレーキ装置へ送出する機能を果たすものである。
【００２７】
動作記録部１５０は、ＡＴＯ制御状態（ＡＴＣ信号受信内容、地上子からの受信内容、力行・ブレーキノッチ指令、定位置停止パターンなど）および車両の状態（速度・非常ブレーキ状態など）を監視し、機器の異常時または車両の異常時には、異常発生前後の合計１分間の制御状態をＩＣカードに記録するものである。なお、モニタパソコンを接続することで、装置の稼動状態をリアルタイムにパソコンの画面に表示されることが可能になっている。
【００２８】
ＡＴＣ／ＡＴＯ制御部１１０は、ＡＴＣ制御装置にかかわる機能とＡＴＯ制御装置にかかわる機能の双方を果たすように構成されているが、本来ＡＴＣ制御装置とＡＴＯ制御装置とは、互いに目的や性格の異なる装置である。そこで、これらの機能を一体化するにあたって、ＡＴＣ制御装置としての安全性が損なわれないように配慮してある。
【００２９】
入出力系統に関しては、ＡＴＣ制御装置としての機能で使用する入出力と、ＡＴＯ制御装置としての機能で使用する入出力とを整理し、ＡＴＣとＡＴＯの両方で使用している入力信号については、１つの端子から入力する構成になっている。これにより、装置の小型化が可能になるとともに、ぎ装配線が削減される。
【００３０】
次に、保安装置であるＡＴＣの機能を確保するために、ＡＴＣ制御装置としての機能を果たすソフトウェア（ＡＴＣ処理）とＡＴＯ制御装置としての機能を果たすソフトウェア（ＡＴＯ処理）とを分離し、かつＡＴＯ処理は、ＡＴＣ処理の空き時間（ＣＰＵが利用されていない時間）で実行するようになっている。さらにＡＴＣ処理の機能や制御論理をＡＴＯ処理とは完全に独立させた構成としてある。ＡＴＣ処理とＡＴＯ処理で、変数の共有は、原則として無くし、ＡＴＯ処理がＡＴＣ処理の処理結果を参照する場合のみを許可した。以上により、本装置のソフトウェアは、ＡＴＣ制御装置としての機能とＡＴＯ制御装置としての機能とが明確に分離されて独立性を有し、保安装置としての役割や安全性を維持するようになっている。
【００３１】
図３（ｂ）は、本装置のソフトウェアの構成を示したものである。ここでは、ＡＴＣ制御装置としての機能とＡＴＯ制御装置としての機能の２つを一体化するにあたって、並列処理の構造は採用せず、単一の定期周期割込により一連のプログラムを順次直列に処理する、シングルスレッド構造を採用している。すなわち、図３（ａ）に示すように、従来のＡＴＣ制御装置およびＡＴＯ制御装置においても、単一の定期周期割込によって一連のプログラムを順次実行する形態がとられていた。本装置では、一体化においてもこれを踏襲し、一連のプログラムの中のＡＴＣ処理の後にＡＴＯ処理を追加して、これらが直列に実行されるような構造をとっている。これにより、プログラム構造が複雑にならず、安全性の検証や機能検証を的確に行うことが可能になっている。
【００３２】
またＡＴＣ制御に関する機能は並列二重系に、ＡＴＯ制御に関する機能は待機二重系の構成になっている。ＡＴＣ制御とＡＴＯ制御は、同一ＣＰＵシステム内で動作するが、機能上はＡＴＣにかかわる部分とＡＴＯにかかわる部分とに分離されている。そのため故障の内容もＡＴＣに関するものとＡＴＯに関するものの２種類が存在する。
【００３３】
各系においては２つのＣＰＵで同じ処理を行わせ、それらの結果を照合しならがら処理を継続するフェールセーフ構成になっている。そして、ＣＰＵの故障照査などによるハードウェアの自己診断はＡＴＣに関する機能とし、照査の結果、故障と判断した場合には他系に切り換えるようになっている。
【００３４】
またＡＴＣの故障の内容には、ＡＴＣとＡＴＯの共有ハードウェア故障が含まれるため、ＡＴＣでの故障が発生した場合にはＡＴＯについても故障が発生したとして取り扱うようになっている。ＡＴＯに関する機能では、ＡＴＯでのみ使用している入出力ハードウェアの故障照査を行う。ＡＴＯに関する機能における照査の結果、入出力故障と判断された場合は、ＡＴＯ故障としてＡＴＯに関する出力を全て遮断した上で他系に切り換えるが、ＡＴＣはそのまま制御を継続するように、ソフトウェアおよびハードウェアを構成してある。
【００３５】
図４は、上述の関係を示している。基板には一系用基板１５１と二系用基板１５２がある。各系において、ＡＴＣに関する機能を果たす処理においてハードウェア異常等が検出されてＡＴＣ正常リレー１６１が復旧すると、ＡＴＯ正常リレー１６２も同時に復旧する構成になっている。一方、ＡＴＯに関する機能を果たす処理において異常が検出された場合には、ＡＴＯ正常リレー１６２は復旧するが、これに伴ってＡＴＣ正常リレー１６１が復旧することはない。
【００３６】
以上説明した実施の形態では、ＡＴＣ受信装置にかかわる部分（ＡＴＣ受信処理）についてもＡＴＣ／ＡＴＯ制御装置１００に取り込んで一体化したが、必ずしもこれを含めて一体化しなくてもよい。逆にＡＴＯ送受信装置にかかわる機能をさらに含むように一体化してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
本発明にかかる車上装置によれば、自動列車制御装置としての機能と自動列車運転装置としての機能を１つの装置で果たすように一体化したので、これらを独立した装置とする場合に比べて、省スペース化と低価格化と配線の簡略化を図ることができる。
【００３８】
また一体化において、自動列車制御装置としての機能を果たすＡＴＣ処理と自動列車運転装置としての機能を果たすＡＴＯ処理とを同一のＣＰＵで行うようにし、このＣＰＵがＡＴＣ処理を実行した後の空き時間にＡＴＯ処理を実行するようにし、ＡＴＣ処理とＡＴＯ処理との機能および制御論理を独立させ、ＡＴＣ処理で用いる変数とＡＴＯ処理で用いる変数とを独立にし、ＡＴＣ処理でＡＴＯ処理の処理結果を参照しないように構成したものでは、安全性を損なわずにＣＰＵを共通化することができる。
【００３９】
ＡＴＣ処理用のプログラムの後にＡＴＯ処理用のプログラムが実行されるように構成した一連のプログラムを、単一の一定周期割込が発生するごとにＣＰＵに実行させるものでは、ＡＴＣとＡＴＯの２つの機能を簡単なプログラム構造で統合することができ、安全性の検証や機能検証を容易に行うことが可能になる。
【００４０】
自動列車制御装置としての機能で使用するハードウェアの故障が検知されたとき、自動列車運転装置としての機能も停止させるものとするものでは、高い安全性を確保することができる。
【００４１】
自動列車制御装置としての機能に係わる入出力信号の履歴と自動列車運転装置としての機能に係わる入出力信号の履歴とを共通の動作記録部に記録するものでは、装置のさらなる小型化と低価格化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る車上装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るＡＴＣ／ＡＴＯ制御部の機能構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るＡＴＣ／ＡＴＯ制御部のソフトウェア構成を示す流れ図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るＡＴＣ／ＡＴＯ制御部等の故障に対する健全性を示す説明図である。
【図５】従来の車上装置の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０…車両
２０…ＡＴＯ送受信装置
３０…ＡＴＣアンテナ
４０…ＡＴＯアンテナ
５０…速度発電機
１００…ＡＴＣ／ＡＴＯ制御装置
１１０…ＡＴＣ／ＡＴＯ制御部
１２０…ＡＴＣ受信部
１３０…信号判別部
１４０…車両制御出力部
１５０…動作記録部
１５１…一系用基板
１５２…二系用基板
１６１…ＡＴＣ正常リレー
１６２…ＡＴＯ正常リレー
５０１…ＡＴＣ制御装置
５０２…ＡＴＯ制御装置
５０３…ＡＴＣ受信装置
【図１】
0003902929.tif 000002
【図２】
0003902929.tif 000003
【図３】
0003902929.tif 000004
【図４】
0003902929.tif 000005
【図５】
0003902929.tif 000006