(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気的に区分されてそれぞれブロックを構成するレールに、列車が停止すべきブロックを特定する情報を含むディジタル信号を送出する地上装置と、
前記レールに沿って互いに間隔をおいて配置され、その位置を表す情報が読み出し可能に格納されているトランスポンダ地上子と、
前記レールに送出された信号を受信して出力するＡＴＣ受信手段、前記トランスポンダ地上子に格納された位置を表す情報を読み込んで出力するトランスポンダ受信手段、列車の車軸に結合され車軸の回転に応じて速度パルスを発信する速度発電機、および前記ＡＴＣ受信手段の出力と前記トランスポンダ受信手段の出力と速度パルスに基づいてブレーキ指令を出力するＡＴＣ制御部を有して列車上に配置された車上装置と、
を含んで構成された車上主体型自動列車制御装置において、
前記ＡＴＣ制御部は、
複数のブロックそれぞれに１対１に対応して設定された速度パターンであって、列車が該対応するブロックに停止する場合の停止までの各位置における許容速度を表すものである速度パターンを、前記対応するブロックを特定する情報に組み合わせて格納するメモリを備え、
前記トランスポンダ受信手段が出力した位置情報を前記速度パルスに基づいて更新して自列車位置を認識し、
前記ＡＴＣ受信手段が受信した停止すべきブロックを特定する情報に基づいて、該情報で特定されるブロックに対応する速度パターンを前記メモリから読み出し、
読み出した速度パターンと前記認識している自列車位置に基づいてその位置における許容速度を算出し、
算出した許容速度と自列車速度の偏差に応じたブレーキ指令を出力するとともに、列車が一旦停止した場合には、予め定めた所定距離だけ自列車位置を補正するように構成されていることを特徴とする車上主体型自動列車制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車上主体型自動列車制御装置において、
前記ＡＴＣ制御部は、列車が在線しているブロックにおける当該列車からブロック終端までの残距離から前記所定距離を減算することにより、自列車位置を補正することを特徴とする車上主体型自動列車制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は自動列車制御装置に係り、特に、先行列車がある場合などの、列車を減速させる速度制御を行う場合に列車側が主体となって速度制御を行う車上主体型自動列車制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鉄道車両用自動列車制御装置（以下、ＡＴＣ装置という）では、列車が走るレールがある長さごとに電気的に区分されてブロックが形成され、地上装置が各ブロックごとに、列車に対して許容速度を指示する信号を送信している。列車上には、各列車にそれぞれ車上装置が設置され、この車上装置はこの許容速度を指示する信号を駆動回路を介して受信し、受信した許容速度と自列車速度を比較する。自列車速度が許容速度を超えると、車上装置は自動的にブレーキ指令をブレーキ装置に対して与え、列車速度を自動的に許容速度以内に制御している。
【０００３】
このような自動列車制御装置において、列車には車軸の回転に応じて速度信号を発信する速度発電機が設けられ、ＡＴＣ装置は速度発電機からの速度信号を自列車速度として取り込んでいる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記従来の技術では、速度発電機からの速度信号は、列車が低速度のときは出力が小さくなって、列車速度がゼロの場合と区別がつかなくなる。
【０００５】
ここで、速度信号を速度発電機から取り込む方法について説明する。速度発電機からの速度信号は、図１８に示すように交流信号で、波形整形部に取り込まれてパルスに変換される。図中、（ア）は速度発電機から出力された交流信号を、（イ）は波形整形部からの出力信号をそれぞれ示している。速度発電機の特徴として、その出力周波数は回転数に比例するとともに、その出力電圧も回転数、つまり速度に比例している。
【０００６】
速度発電機の出力は、波形整形部で閾値と比較されパルスに変換されるが、速度が極めて低い場合、つまり車輪の回転数が低い場合は、交流電圧の電圧値が小さいため、パルスとして認識できない。すなわち、速度が高い場合は、図１９（ａ）のように速度発電機からは振幅の大きな交流電圧が出力されるので、同図（ｂ）のように波形整形部からは交流電圧に応じたパルスが出力されるが、速度が低い場合は、同図（ｃ）のように速度発電機からは振幅の小さな交流電圧が出力されるので、同図（ｄ）のように波形整形部からはパルスが出力されず、停車として検知される。
【０００７】
しかし、速度が低くても列車が動いているとき、特に、列車が停止する直前と起動（発車）直後は、車輪が回転していても速度パルスとしては認識されないという欠点がある。そのため、速度パルスを積算して自列車位置を認識し、位置認識と、速度パターンとによって決定される許容速度でブレーキ指令出力をする場合においては、実際には列車は進んでいるにもかかわらず、ＡＴＣ装置は速度発電機からの速度信号を速度パルスとして認識できないため、列車位置が更新されず、列車の真の位置に比べて、ＡＴＣ装置が認識している位置が手前側になって、列車位置情報に誤差が生じる。その結果、ＡＴＣ装置内のメモリから読み出された速度パターンと自列車位置との関係によって決定される許容速度が真の値より高くなることがあり、制御上問題である。
【０００８】
本発明は、列車の停止時と起動時に発生する位置認識の誤差を補正することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記のような制御上の問題点を回避するために、ＡＴＣ装置が認識している列車位置を、真の位置に極力近づけることが必要である。本発明では、検出値以下の低速度で走行する分の距離を仮定して、この距離を予め所定値として保持しておき、列車の停止時及び起動時に、ＡＴＣ装置が認識している列車位置を適切なタイミングで補正することにより、上記課題を解決するものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、電気的に区分されてそれぞれブロックを構成するレールに、列車が停止すべきブロックを特定する情報を含むディジタル信号を送出する地上装置と、前記レールに沿って互いに間隔をおいて配置され、その位置を表す情報が読み出し可能に格納されているトランスポンダ地上子と、前記レールに送出された信号を受信して出力するＡＴＣ受信手段、前記トランスポンダ地上子に格納された位置を表す情報を読み込んで出力するトランスポンダ受信手段、列車の車軸に結合され車軸の回転に応じて速度パルスを発信する速度発電機、および前記ＡＴＣ受信手段の出力と前記トランスポンダ受信手段の出力と速度パルスに基づいてブレーキ指令を出力するＡＴＣ制御部を有して列車上に配置された車上装置と、を含んで構成された車上主体型自動列車制御装置において、
前記ＡＴＣ制御部は、複数のブロックそれぞれに１対１に対応して設定された速度パターンであって、列車が該対応するブロックに停止する場合の停止までの各位置における許容速度を表すものである速度パターンを、前記対応するブロックを特定する情報に組み合わせて格納するメモリを備え、前記トランスポンダ受信手段が出力した位置情報を前記速度パルスに基づいて更新して自列車位置を認識し、前記ＡＴＣ受信手段が受信した停止すべきブロックを特定する情報に基づいて、該情報で特定されるブロックに対応する速度パターンを前記メモリから読み出し、読み出した速度パターンと前記認識している自列車位置に基づいてその位置における許容速度を算出し、算出した許容速度と自列車速度の偏差に応じたブレーキ指令を出力するとともに、列車が一旦停止した場合には、予め定めた所定距離だけ自列車位置を補正するように構成されていることを特徴としている。
【００１１】
具体的には、前記ＡＴＣ制御部は、自列車位置を補正する際に、列車が在線しているブロックにおける当該列車からブロック終端までの残距離から前記所定距離を減算するようにする。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図４は、本発明に係る車上主体型自動列車制御装置の全体構成を示している。地上装置６が設けられ、この地上装置６は車上に与える情報を生成し、それをデジタル信号としてレール１に流している。車上にはレール１からの信号を検出するＡＴＣ受電器９と、ＡＴＣ受電器９で検出した信号を復調するためのＡＴＣ受信部３が搭載されている。レール１に沿ってトランスポンダ地上子７が間隔を開けて設置されており、このトランスポンダ地上子７を受信するため車上子８とトランスポンダ受信部２が同様に車上に搭載されている。また、車上にはＡＴＣ制御部４が搭載され、このＡＴＣ制御部４は、速度発電機１０からの速度信号を取り込み、その速度信号を積算することによって列車位置を更新する。さらに、ＡＴＣ制御部４には速度パターンを格納しておくメモリ４５が搭載され、適宜、必要な速度パターンを選択し、その速度パターンと、速度発電機１０の出力から得られる自列車速度とを比較し、その差に応じてブレーキ指令をブレーキ装置５に出力するようになっている。
【００１３】
また、ＡＴＣ制御部４には、図１４に示すように、メモリ４５以外に、検索処理部４Ａ、自列車速度算出部４Ｂ、比較処理部４Ｃ、及び位置レジスタ４１が設けられている。
【００１４】
なお、本実施の形態では、ＡＴＣ受電器９とＡＴＣ受信部３はＡＴＣ受信手段を、トランスポンダ地上子７とトランスポンダ受信部２はトランスポンダ受信手段をそれぞれ構成している。
【００１５】
ここで、車上装置が自列車位置を認識する方法について説明する。トランスポンダ地上子７はレール１に沿って設置されており、トランスポンダ地上子７には、図５に示すように、そのトランスポンダ地上子７が設置されたブロック番号（図５では２Ｔ）と、当該ブロックの終端からの距離Ｌがデータとして地上子内に記憶されている。そして、車上のトランスポンダ車上子８がトランスポンダ地上子７の直上を通過すると、トランスポンダ地上子７に記憶されたデータが車上に伝送される。
【００１６】
ＡＴＣ制御部４の位置レジスタ４１は、自列車の位置を記憶するとともに、その位置を更新するためのもので、図６に示すように、ブロック番号と、ブロック内残距離とを持っている。トランスポンダ地上子７上を車上子８が通過して、トランスポンダ地上子７からの情報がＡＴＣ制御部４に入力されると、ＡＴＣ制御部４は位置レジスタ４１内のブロック番号と残距離をトランスポンダ地上子７からの情報でセットする。その後、図７に示すように、列車が進行すると、速度発電機から速度信号が取り込まれるが、この速度信号により位置レジスタ４１内の残距離を減算し、位置レジスタ４１の内容を更新してゆく。列車が更に進行すると、やがて、残距離はゼロになる。すなわち、列車が当該ブロックの終端に到達したことを意味する。
【００１７】
ＡＴＣ制御部４内のメモリ４５には、ブロック番号の並びを特定できる情報、ブロック接続情報が入っている。具体的には図８に示すように、ブロック番号の実際の線路での並び方が分かる情報、つまり接続情報４２が記憶されている。残距離がゼロになると、ＡＴＣ制御部は、メモリ４５に記憶されたブロック番号の並びに関する情報から、現在の位置レジスタ４１のブロック番号の次のブロック番号を検索する。またメモリ４５には、図９に示すように、各ブロックの長さに関する情報、ブロック長情報４３も記憶されている。ＡＴＣ制御部４の論理により、先ほど検索した新しいブロック番号のブロックの長さをこの情報から、検索する。
【００１８】
そして、図１０に示すように、新しいブロック番号と、そのブロックの長さを位置レジスタ４１に新しい位置情報としてセットする。このようにして、位置レジスタ４１は更新される。位置レジスタ４１に対する更新は、列車の進行に合わせて常に行われている。仮に、この状態で走行中に新たなトランスポンダ地上子を通過した場合、位置レジスタ４１は当該地上子から得られた情報に書き換えられる。位置レジスタ４１は速度信号により位置を更新するため、速度発電機が接続されている車輪の空転や滑走などで、わずかな誤差を有することもあり得るが、次のトランスポンダ地上子を受けることにより、補正されることになる。
【００１９】
一方、図１１に示すように、レールには地上装置６から特定の周波数で変調されたデジタル信号が送信されている。この信号は、上述したように、車上のＡＴＣ受電器９で受信され、さらにＡＴＣ受信部３によって復調されて解読される。この信号には情報として、停止ブロック番号と、自ブロック番号が含まれている。図１１の例では、停止ブロック番号は３Ｔ、自ブロック番号は５Ｔとして、列車Ａに伝達される。列車ＡのＡＴＣ制御部内のメモリには、停止として指定されるブロック番号毎に速度パターンが記憶されており、列車Ａは、図１２に示すような速度パターンを発生する。そして、図１３に示すように、前記速度パターンを基準にブレーキの強弱を調整しながら、この速度パターンに沿って減速し、ブロック３Ｔの終端までに停止するような制御が行われる。
【００２０】
次に、図１４と図１５を用いて、実際に速度パターンを読み出す際の処理を説明する。地上からの電文に含まれる停止ブロック番号により、対応する速度パターンを読み出すと、次に自位置すなわち位置レジスタ４１の内容から、この速度パターンの距離軸上の何処にいるかを求める。先に述べたように車上メモリ４５には、各ブロックの接続情報と、各ブロックの長さの情報とが記憶されている。ＡＴＣ制御部４は、停止ブロック番号と自ブロック番号の間にある全てのブロック番号を検索する。次に、これらのブロックの長さを全て検索し、これらの総和を求める。そして、位置レジスタ４１の残距離を加える。この値が停止ブロックの終端から、自位置までの距離になる。この距離を当該速度パタ−ンの距離軸として速度パターンに割り当て、それに対応する速度を、当該速度パターンから求める。ここで得られた速度がその時点での許容速度になる。模式的には、図１６に示すように、速度パターン上で、自位置の場所を決定し、その位置におけるパターン上の速度を許容速度Ｖ１として求めることができる。
【００２１】
図１７は、比較処理部４Ｃでの処理を示している。自列車速度Ｖｔが許容速度Ｖ１より一定値以上低いときには、ブレーキ指令は出力されないが、その差が小さくなるにつれ徐々に強いブレーキ指令が出力されるようになっている。自列車速度がパターンを超過すると常用最大ブレーキＢ７が出力される。このブレーキ出力の結果により、実速度は速度パターンに沿って減速し、パターンの終端で実列車速度もゼロとなる。結果として図１３に示したような制御が行われることになる。
【００２２】
なお、図１５に示すように、通常、制御上のマージンを持たせるために、速度パターンの終端は、当該ブロック残距離「０」の位置ではなく、余裕距離分Ｌｍだけ外方とし設定している。これにより距離認識の誤差などに対するマージンとしている。
【００２３】
ところで、本実施の形態では、位置レジスタ４１に対して図１に示すような処理が実施される。位置レジスタ４１は、通常、図７に示したように、速度パルスにより逐次減算されていく。本実施の形態では、これに加えて、図１に示すように、自列車の速度が一定の速度Ｖｍを超過した際に、一度のみ、一定値Ｓｍを残距離から減算するようにしている。
【００２４】
ＶｍとＳｍとは次のような考え方で決定される。
速度パルスを検出可能な最も低い速度をＶｍとする。今、列車が走行状態から減速し停止状態に移行することを考える。図２は、真の速度と、装置が認識した速度とを示している。装置内では、パルス数をカウントし、単位時間あたりのパルス数によって速度を認識している。真の速度は一定の減速度で速度ゼロに至るが、装置が認識している速度は、Ｖｍ以下になるとパルスが出力されなくなってしまうため直ちにゼロとなってしまう。また同様に走行距離もゼロと認識されてしまう。しかし、実際には列車は進行しており、その距離は図中ａ，ｂ，ｃで囲まれた面積に等しい。今、減速度をβとすると、この面積すなわち進行距離Ｓ１は次式（１）で表される。
【００２５】
【数１】
0003968627.tif 000002
ここで、Ｓ１：距離（ｍ）
Ｖｍ：速度（ｋｍ／ｈ）
β ：減速度（ｋｍ／ｈ／ｓ）
【００２６】
次に、停止後、列車が再び起動する場合について説明する。図３は停止状態から加速する時の速度の認識の状況を示している。減速、停止時とはちょうど逆であり、起動後に速度がＶｍに達するまでは、装置は速度を認識できず、実際の進行距離も認識できない。この進行距離は図の領域ｄ，ｅ，ｆの面積に等しい。起動時の加速度をαとすると、認識できない進行距離Ｓ２は次式（２）で表される。
【００２７】
【数２】
0003968627.tif 000003
ここで、Ｓ２：距離（ｍ）
Ｖｍ：速度（ｋｍ／ｈ）
α ：加速度（ｋｍ／ｈ／ｓ）
【００２８】
列車が一旦停止後に再び起動する際には、以上の説明からも明らかなように、Ｓ１＋Ｓ２（＝Ｓｍ）の距離だけ、速度パルスが生成されないため認識できず、位置レジスタの位置認識が、真の進行距離に比べ手前側になる。そこで、列車が停止した場合には、これを補正する必要がある。本実施の形態では、図１に示すように、列車が一旦停止後に再度起動し、速度がＶｍを超過した時点で、距離Ｓｍを位置レジスタの残距離から減算し、真の位置に近づけるように補正する。
【００２９】
ここで、本実施の形態の具体的な計算例について説明する。止まる間際の加減速度α、βを１.５ｋｍ／ｈ／Ｓ、検出可能な下限速度を３.０ｋｍ／ｈとすると、Ｓ１及びＳ２は次式（３）のように計算できる。
【００３０】
【数３】
0003968627.tif 000004
【００３１】
したがって、停止時と起動時の合計の距離Ｓｍは、
0003968627.tif 000005
となる。これに余裕を加え、Ｓｍは３.０（ｍ）としている。
【００３２】
列車が一旦停止、再起動した場合は、前述のように位置の認識が真値と異なってしまうが、列車が起動し、その速度が３ｋｍ／ｈになった時点で、位置レジスタの残距離から、３.０（ｍ）を減算することで、位置レジスタの位置は、真値に近似させることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、列車の停止時及び起動時に発生する位置認識の誤差を補正することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車上主体型自動列車制御装置における位置更新時の動作説明図である。
【図２】停止直前の真の速度と認識される速度の関係を示した図である。
【図３】起動直後の真の速度と認識される速度の関係を示した図である。
【図４】車上主体型自動列車制御装置の全体構成図である。
【図５】トランスポンダ地上子の設置例を示した図である。
【図６】位置確定時の動作説明図である。
【図７】位置更新時の動作説明図である。
【図８】接続情報の例を示した図である。
【図９】ブロック長情報の例を示した図である。
【図１０】位置更新時の動作説明図である。
【図１１】地上装置の動作を示した図である。
【図１２】停止ブロックと速度パターンを説明した図である。
【図１３】速度パターンとブレーキ出力を説明した図である。
【図１４】車上制御部の構成を示したブロック図である。
【図１５】速度パターンと位置との関係を示した図である。
【図１６】自位置から許容速度を検索できることを示した図である。
【図１７】ブレーキ出力の選択論理を示した図である。
【図１８】速度発電機の出力をパルス信号に変換する原理を示した図である。
【図１９】速度発電機の出力をパルス信号に変換する際に、出力の大小によってパルス信号が異なることを示した図である。
【符号の説明】
１  レール
２  トランスポンダ受信部
３  ＡＴＣ受信部
４  ＡＴＣ制御部
５  ブレーキ装置
６  地上装置
７  トランスポンダ地上子
８  トランスポンダ車上子
９  ＡＴＣ受電器
１０  速度発電機
４１  位置レジスタ
４２  接続情報
４３  ブロック長情報
４５  車上メモリ
【図１】
0003968627.tif 000006
【図２】
0003968627.tif 000007
【図３】
0003968627.tif 000008
【図４】
0003968627.tif 000009
【図５】
0003968627.tif 000010
【図６】
0003968627.tif 000011
【図７】
0003968627.tif 000012
【図８】
0003968627.tif 000013
【図９】
0003968627.tif 000014
【図１０】
0003968627.tif 000015
【図１１】
0003968627.tif 000016
【図１２】
0003968627.tif 000017
【図１３】
0003968627.tif 000018
【図１４】
0003968627.tif 000019
【図１５】
0003968627.tif 000020
【図１６】
0003968627.tif 000021
【図１７】
0003968627.tif 000022
【図１８】
0003968627.tif 000023
【図１９】
0003968627.tif 000024