(57)【要約】【課題】車輪径の補正処理をすることなく、車両位置に対する安全余裕値(安全バッファ)を可変させ、車両制御の安全性および信頼性を確保し得る車両制御装置を提供する。【解決手段】車上装置１１は、車両１の走行路３に沿って設置された地上子４１、４２上を通過するとき、地上子４１、４２と結合して当該地上子４１、４２を特定し、特定により、前後して結合した２つの地上子４１、４２について地上子間距離Ｌ１を特定する。また、車両１に備えられた車輪１２の回転数及び直径から積算走行距離Ｌ２を検出する。そして、地上子間距離Ｌ１及び積算走行距離Ｌ２の間の誤差を演算する。地上装置２は、車上装置１１から受信された誤差の情報に基づいて、安全余裕値を算出し、安全余裕値を含む車両制御信号を、車上装置１１に向けて送信する。【選択図】図１
2009023423.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車上装置と、地上装置とを含む車両制御装置であって、
前記車上装置は、
車両の走行路に沿って設置された地上子上を通過するとき、前記地上子と結合して当該地上子を特定し、前記特定により、前後して結合した２つの地上子について地上子間距離Ｌ１を特定し、
前記車両に備えられた車輪の回転数及び直径から積算走行距離Ｌ２を検出し、
前記地上子間距離Ｌ１及び積算走行距離Ｌ２の間の誤差を演算し、
前記地上装置は、前記車上装置から受信された前記誤差の情報に基づいて、前記安全余裕値を算出し、前記安全余裕値を含む車両制御信号を、前記車上装置に向けて送信する、
車両制御装置。
【請求項２】
車上装置と、地上装置とを含む車両制御装置であって、
前記車上装置は、
車両の走行路に沿って設置された地上子上を通過するとき、前記地上子と結合して当該地上子を特定し、
前記車両に備えられた車輪の回転数及び直径から積算走行距離Ｌ２を検出し、
特定された前記地上子の情報、及び、前記積算走行距離情報を送信し、
前記地上装置は、
前記車上装置から送信された信号を受信し、受信信号に含まれる地上子の情報から、前後して結合した２つの地上子について、地上子間距離Ｌ１を特定し、
前記地上子間距離Ｌ１及び積算走行距離Ｌ２の間の誤差を演算し、演算結果に基づいて、前記安全余裕値を算出し、前記安全余裕値を含む車両制御信号を生成し、前記車両制御信号を前記車上装置に向けて送信する、
車両制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両において、車輪径の変化により走行距離に検出誤差が生じた場合でも、車両を安全に制御できる車両制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道システムにおいて、細かな列車制御を行うためには、線路上の列車について、その位置を連続して追跡する必要がある。列車位置は、典型的には、軌道回路を用いて検知することであるが、軌道回路では、ある区域に列車が存在することを検知できるとしても、線路上の連続した位置を追跡することができない。これを補う手段として、列車の車軸に取り付けたタコジェネレータのパルス積算値を用い、線路上の連続した位置を追跡する手法が知られている。しかし、この手法は、車輪径の狂いにより走行距離に大きな誤差が生じる危険性を持っている。
【０００３】
車輪径の誤差を補正するため、ある区間毎に地上子を置いて、位置を補正する手段が取られているが、地上子通過後、距離を積算するにつれて誤差が生じるため地上子間隔が長い場合には、次の地上子通過直前の誤差量が大きくなる。
【０００４】
また、列車位置を自動列車制御装置(ATC)の間隔制御に用いる場合は、位置誤差により列車の衝突が発生する危険性を生じる。安全性の確保の仕方としてタコジェネレータのパルス積算値の最大誤差を余裕距離として持つことで安全性を確保できるが、常に最大の安全余裕値を持つことは運転効率が下がる欠点がある。
【０００５】
特に、近年の鉄道車両等においては、インテリジェンス化が図られており、車上側で車輪径補正に基づく位置検知の他、障害物に衝突するのを回避するブレーキ制御あるいは速度監視などの各種走行制御をリアルタイムに処理することが要求されている。実際、車上側に搭載されるＣＰＵは、安全性および信頼性を確保することが最優先されるため、高速処理性が若干犠牲になる場合が多い。このため、車上側でなされる各種制御は、ＣＰＵに与える負荷を軽減するという観点からもできるだけ処理時間が短いものであることが望まれている。
【０００６】
上述した問題点を解決する手段として、例えば特許文献１は、設置位置に対応した信号を発振する地上子を、車両走行に伴って順次検出すると共に、この地上子間を走行する際の車軸回転量と車輪径とに基づいて当該地上子間の走行距離を算出し、前記地上子の各配置位置を表わす位置情報に従って前記地上子間の区間距離を算出し、この区間距離から前記走行距離を減算して第１の誤差を生成し、前記地上子間を通過する毎に前記第１の誤差を積算して第２の誤差を生成し、前記第１の誤差あるいは前記第２の誤差のいずれかに応じて前記車両の車輪径値を増減するようにした車輪径自動補正方法を開示している。
【０００７】
また、特許文献２は、車輪の積算回転数及び回転速度を計測し、設置位置通知手段に基づいて軌道の区間の境界を検知し、区間における車輪の積算回転数及び回転速度の計測結果を解析し、解析結果を記録するデータベースを参照して車輪径を補正して走行距離を算出する走行距離算出システムを開示している。
【０００８】
しかし、何れの場合も、車輪径補正に基づく位置検知は可能であるものの、障害物に衝突するのを回避するために、車輪径補正値を、ブレーキ制御あるいは速度監視などの各種走行制御にどのように反映させるかについての開示がない。また、車輪径を補正して、走行距離を算出する演算処理を行う必要があるので、処理時間の短縮、及び、ＣＰＵの負担軽減には限界がある。
【特許文献１】特開平５−３２２５９３号公報
【特許文献２】特開２００１−１０６０７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、車輪径の補正処理をすることなく、車両位置に対する安全余裕値(安全バッファ)を可変させ、車両制御の安全性および信頼性を確保し得る車両制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するため、本発明は、２つの実施形態に係る車両制御装置を開示する。
【００１１】
まず、第１の実施形態に係る車両制御装置では、車上装置は、車両の走行路に沿って設置された地上子上を通過するとき、前記地上子と結合して当該地上子を特定し、前後して結合した２つの地上子について地上子間距離Ｌ１を特定するとともに、前記車両に備えられた車輪の回転数及び直径から積算走行距離Ｌ２を検出する。そして、前記地上子間距離Ｌ１及び積算走行距離L2の間の誤差を演算する。
【００１２】
一方、前記地上装置は、前記車上装置から受信された前記誤差信号に基づいて前記安全余裕値を算出し、前記安全余裕値を含む車両制御信号を、前記車上装置に向けて送信する。
【００１３】
地上子は、車両の走行路に沿って、間隔を隔てて多数配置されるものであり、地上子間距離は、個々に異なるものであるが、一旦設置された後は、その設置位置は固定であり、したがって、その距離は、特定された地上子間では一定であり、絶対値とみなすことができる。この地上子間距離は、地上子毎に付された識別情報（ＩＤ情報）とともに、車上装置内にデータベース化しておくことができる。
【００１４】
他方、積算走行距離Ｌ２は、車輪の摩耗、研磨などによって変化する変動値である。車輪の摩耗や研磨が進めば、実際の走行距離に対して、積算走行距離が大きく現れる。
【００１５】
第１の実施形態に係る車両制御装置では、上述した２つの距離情報の特質に着目し、絶対値である地上子間距離Ｌ１、及び、積算走行距離Ｌ２の間の誤差を、車上装置の側において演算する。
【００１６】
得られた誤差信号は、地上装置に送信される。地上装置は、車上装置から受信された誤差信号に基づいて、車両位置に対する安全余裕値ＳＢを算出する。
【００１７】
地上装置は、上述のようにして算出された安全余裕値を含む車両制御信号を、車上装置に向けて送信する。車上装置は、地上装置から送信された車両制御信号を受信し、安全余裕値を持って、ブレーキ制御などを行なうことになる。安全余裕値は、先行車両の後方防護などのために、先行車両と後続車両との間に要求される防護距離に付加される。
【００１８】
ここで、車輪の摩耗や研磨が進めば、進むほど、同一の地上子間距離L1で見た積算走行距離Ｌ２が増大し、誤差Ｅｒが大きくなる。誤差Ｅｒは、絶対値である地上子間距離Ｌ１に対する誤差であるから、その誤差Ｅｒが大きくなった場合、車両を安全に運行するためには、それに応じた大きな余裕を確保しなければならない。
【００１９】
本発明の場合、誤差Ｅｒが大きくなると、安全余裕値ＳＢが大きくなる。安全余裕値ＳＢが大きくなることは、車両の運行において、先行車両と後続車両との間の防護距離を大きくとることになるから、車両運行上、安全側に属する。
【００２０】
逆に、誤差Ｅｒが小さくなると、安全余裕値ＳＢが小さくなる。安全余裕値ＳＢが小さくなることは、車両の運行において、先行車両と後続車両との間の防護距離を詰め得ることを意味するから、車両運行の効率を向上させることができる。
【００２１】
車輪径を補正して、積算走行距離L２が地上子間距離L１にほぼ一致するように調整することも可能であり、この場合には、誤差Ｅｒ及び安全余裕値ＳＢを最小化し、車両運行の効率を、最大限向上させることができる。
【００２２】
更に、車輪径を直接に測定して監視するのではなく、信号処理によって得られた誤差Ｅｒを監視するのであるから、車輪径の管理が容易になる。しかも、得られた誤差Ｅｒの情報を地上装置側に伝送し、地上装置側で一元管理できるから、車両運行の保守管理が合理化される。
【００２３】
第２の実施形態に係る車両制御装置では、地上子間距離Ｌ１及び積算走行距離Ｌ２の間の誤差を、地上装置側で演算する。この場合には、前記車上装置は、車両の走行路に沿って設置された地上子上を通過するとき、前記地上子と結合して当該地上子を特定し、前記車両に備えられた車輪の回転数及び直径から積算走行距離Ｌ２を検出し、特定された前記地上子の情報、及び、前記積算走行距離情報を送信する。
【００２４】
一方、前記地上装置は、前記車上装置から送信された信号を受信し、受信信号に含まれる地上子の情報から、前後して結合した２つの地上子について、地上子間距離Ｌ１を特定する。そして、前記地上子間距離Ｌ１及び積算走行距離Ｌ２の間の誤差を演算し、演算結果に基づいて、前記安全余裕値を算出し、前記安全余裕値を含む車両制御信号を生成し、前記車両制御信号を前記車上装置に向けて送信する。
【００２５】
この場合も、先に述べた第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００２６】
以上述べたように、本発明によれば、車輪径の補正処理をすることなく、車両位置に対する安全余裕値(安全バッファ)を可変させ、車両制御の安全性および信頼性を確保し得る車両制御装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
＜第１の実施形態に係る車両制御装置＞
図１は、本発明の第１の実施形態に係る車両制御装置の構成を概略的に示す図である。図を参照すると、第１の実施形態に係る車両制御装置は、車両１に登載された車上装置１１と、地上装置２とを含んでいる。
【００２８】
車両１は、車輪１２を備え、レールなどの走行路３を、矢印Ｆ１で示す方向に走行する。車輪１２の少なくとも１つには、速度発電機などの回転検出器１４がとりつけられている。また、車輪１２のいくつかには、ブレーキ装置１６が付設されている。
【００２９】
走行路３には、所定の距離Ｌ１を隔てたＡ点及びＢ点のそれぞれに、地上子４１、４２が設置されている。距離Ｌ１は、車両１の車長よりも充分に長い。地上子４１、４２は、車両１の走行路３に沿って、その全長にわたり多数個ｎ設置されるものであるが、図１では、そのうち、隣接する２つだけを代表的に示してある。地上子４１、４２は、例えば、トランスポンダ等によって構成され、車両１に備えられた車上子１３に結合し、送受信を行う。このような地上子４１、４２は周知である。地上子４１、４２には、自己の識別情報（ＩＤ情報)が設定されており、地上子４１、４２が車上子１３と結合したとき、このＩＤ情報が車上子１３を介して、車上装置１１に取り込まれる。
【００３０】
車上装置１１は、地上子４１、４２上を通過するとき、地上子４１、４２と結合して当該地上子４１、４２を特定し、前後して結合した２つの地上子４１及び地上子４２について、地上子間距離Ｌ１を特定するとともに、車両１に備えられた車輪１２の回転数及び直径から積算走行距離Ｌ２を検出する。そして、地上子間距離Ｌ１及び積算走行距離Ｌ２の間の誤差を演算する。
【００３１】
図１に示された車上装置１１は、その具体的構成として、地上子間距離データベース１１１、距離演算部１１２、誤差演算部１１３、送受信部１１４及び制御部１１５などを含んでいる。もっとも、車上装置１１は、MPUを主要素として構成することができ、その場合には、上述した各部（１１１〜１１５）は、ハードウエア的なものではなく、むしろ、処理ステップを表わすソフトウエア的なものと捉えることになる。
【００３２】
まず、地上子間距離データベース１１１は、走行路３の全長に沿って、ｎ個の地上子４１〜４ｎが配置されている場合、地上子４１〜４ｎの全てについて、ＩＤ情報とともに、隣り合う２つの地上子の地上子間距離Ｌ１をデータベースとして記憶する。車上子１３が地上子４１〜４ｎと結合すると、結合した地上子のＩＤ情報が地上子間距離データベース１１１に送られ、結合した地上子が特定される。そして、前後して結合した２つの地上子４１及び地上子４２について、地上子間距離Ｌ１が特定される。
【００３３】
次に、距離演算部１１２は、回転検出器１４から、車輪１２の回転信号が供給される。距離演算部１２は、回転検出器１４から供給された回転信号と、予め設定された車輪直径とより、積算走行距離L2を算出する。
【００３４】
誤差演算部１１３は、地上子間距離データベース１１１から読み出された地上子間距離Ｌ１と、距離演算部１１２から供給された積算走行距離Ｌ２との間の誤差を演算し、誤差信号Ｅｒを生成する。生成された誤差信号Ｅｒは、送受信部１１４及び車上アンテナ１５などを通して、地上装置２に向けて送信Ｔ１される。車上装置１１から地上装置２への誤差信号Ｅｒの送信は、図示の無線方式のほか、軌道回路や地上ループなどを用いてもよい。
【００３５】
一方、地上装置２は、車上装置１１から受信された誤差信号Ｅｒに基づいて安全余裕値ＳＢを算出し、安全余裕値ＳＢを含む車両制御信号を、車上装置１１に向けて送信Ｔ２する。
【００３６】
間隔を隔ててｎ個配置された地上子４１〜４ｎを通してみた地上子間距離Ｌ１は、個々に異なるものであるが、地上子４１〜４ｎの設置位置は固定される。したがって、地上子間距離L１は、例えば、特定された地上子４１‐４２間では固定値であり、絶対値とみなすことができる。この地上子間距離L１は、地上子４１〜４ｎ毎に付されたＩＤ情報とともに、車上装置１１内の地上子間距離データベース１１１にデータベース化されている。
【００３７】
他方、積算走行距離Ｌ２は、車輪１２の摩耗、研磨などによって変化する変動値である。車輪１２の摩耗や研磨が進めば、実際の走行距離に対して、積算走行距離が大きく現れる。
【００３８】
第１の実施形態に係る車両制御装置では、上述した２つの距離情報Ｌ１、Ｌ２の特質に着目し、絶対値である地上子間距離L１、及び、変動値である積算走行距離Ｌ２の間の誤差を、車上装置１１の側において演算する。図１の実施形態の場合、誤差演算部１１３において、下記の式（１）、
Ｅｒ＝｜Ｌ１−Ｌ２｜／Ｌ２                              （１）
にしたがって、割合的な誤差信号Ｅｒを求める。この誤差信号Ｅｒは、地上装置２に送信Ｔ１される。
【００３９】
地上装置２は、地上アンテナ２１及び送受信部２２により、受信Ｒ２された誤差信号Ｅｒに基づいて、車両位置に対する安全余裕値ＳＢを算出する。安全余裕値ＳＢは、地上装置２を構成する演算処理部２３において、下記の式（２）、
ＳＢ＝Ｅｒ＊Ｌ２                                        （２）
によって求めることができる。こうして求められた安全余裕値ＳＢは、先行車両と後続車両との間に要求される防護距離の先頭又は後方に付加される。安全余裕値ＳＢは、演算処理部２３にデータベースとして蓄積してあってもよい。
【００４０】
地上装置２は、上述のようにして得られた安全余裕値ＳＢを含む車両制御信号を、送受信部２２及び地上アンテナ２１により、車上装置１１に向けて送信Ｔ２する。車上装置１１は、地上装置２から送信された車両制御信号を、車上アンテナ１５及び送受信部１１４によって受信Ｒ１する。そして、受信Ｒ１された信号を、制御部１１５に取り込み、制御部１１５からブレーキ装置１６に速度指令信号を供給し、安全余裕値ＳＢを持って車両速度を制御する。
【００４１】
ここで、車輪１２の摩耗や研磨が進めば、進むほど、同一の地上子間距離Ｌ１で見た積算走行距離Ｌ２が増大し、式(１)から明らかなように、誤差信号Ｅｒが大きくなる。誤差信号Ｅｒは、絶対値である地上子間距離L１に対する誤差であるから、その誤差信号Ｅｒが大きくなった場合、車両１を安全に運行するためには、それに応じた大きな余裕を確保しなければならない。
【００４２】
本発明の場合、誤差信号Ｅｒが大きくなると、式(２)から解るとおり、安全余裕値ＳＢが大きくなる。安全余裕値ＳＢが大きくなると、車両１の運行において、先行車両と後続車両との間の防護距離を大きくとることになるから、車両運行上、安全側に属する。
【００４３】
逆に、誤差信号Ｅｒが小さくなると、安全余裕値ＳＢが小さくなる。安全余裕値ＳＢが小さくなると、車両１の運行において、先行車両と後続車両との間の防護距離を詰めることができるから、車両運行効率を向上させることができる。
【００４４】
車輪径を補正して、積算走行距離L２が地上子間距離L１にほぼ一致するように調整することも可能であり、この場合には、誤差信号Ｅｒ及び安全余裕値ＳＢを最小化し、車両運行効率を、最大限向上させることができる。
【００４５】
以上の説明から明らかなように、本発明の場合、車輪径を直接に測定して監視するのではなく、信号処理によって得られた誤差信号Ｅｒを監視するのであるから、車輪径の管理が容易になる。しかも、得られた誤差信号Ｅｒの情報を地上装置２の側に伝送し、地上装置２の側で一元管理できるから、車両運行の保守管理が合理化される。
【００４６】
＜第２の実施形態に係る車両制御装置＞
第２の実施形態に係る車両制御装置では、地上子間距離Ｌ１及び積算走行距離Ｌ２の間の誤差を、地上装置２の側で演算する。その一例を、図２に示す。図２において、図１に現れた構成部分と対応する部分については、同一の参照符号を付してある。
【００４７】
図２の実施形態において、車上子１３が、地上子４１、４２上を通過するとき、地上子４１、４２と結合して当該地上子４１、４２を特定し、特定された地上子４１、４２のID情報、が、送受信部１１４及び車上アンテナ１５により、地上装置２に向けて送信Ｔ１される。また、速度発電機などの回転検出器１４から、距離演算部１１２に車輪１２の回転信号が供給される。距離演算部１２は、回転検出器１４から供給された回転信号と、予め設定された車輪直径とより、積算走行距離Ｌ２を算出する。算出された積算走行距離Ｌ２の情報も、送受信部１１４及び車上アンテナ１５により、地上装置２に向けて送信Ｔ１される。
【００４８】
一方、地上装置２は、車上装置１１から送信Ｔ１された信号を、地上アンテナ２１で受信Ｒ２し、受信信号に含まれる地上子４１、４２の情報から、前後して結合した２つの地上子４１、４２について、地上子間距離Ｌ１を特定する。そして、地上子間距離L１及び積算走行距離Ｌ２の間の誤差を演算し、演算結果に基づいて安全余裕値ＳＢを算出し、安全余裕値ＳＢを含む車両制御信号を生成し、車両制御信号を車上装置１１に向けて送信T2する。
【００４９】
図２に示された地上装置２は、送受信部２２と、演算処理部２３とを含むほか、誤差演算部１１３及び地上子間距離データベース１１１を含んでいる。誤差演算部１１３は、地上子間距離データベース１１１から読み出された地上子間距離Ｌ１と、距離演算部１１２から供給された積算走行距離Ｌ２との間の誤差を演算し、誤差信号Ｅｒを生成する。
【００５０】
演算処理部２３は、誤差演算部１１３から供給された誤差信号Ｅｒに基づいて安全余裕値ＳＢを算出し、安全余裕値ＳＢを含む車両制御信号を、送受信部２２及び地上アンテナ２１により、車上装置１１に向けて送信Ｔ２する。
【００５１】
車上装置１１は、地上装置２から送信Ｔ２された車両制御信号を、車上アンテナ１５及び送受信部１１４によって受信Ｒ１する。そして、受信Ｒ１された信号を、送受信部１１４から制御部１１５に取り込み、制御部１１５からブレーキ装置１６に速度指令信号を供給し、安全余裕値ＳＢを持って車両速度を制御する。
【００５２】
地上子間距離L１及び積算走行距離Ｌ２の間の誤差を演算し、演算結果に基づいて安全余裕値ＳＢを算出する手法は、図１の実施形態の場合と同じであり、したがって、図１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明に係る車両制御装置の一実施形態を概要的に示す図である。
【図２】本発明に係る車両制御装置の別の実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００５４】
１                  車両
１１                  車上装置
１１１                  地上子間距離データベース
１１２                  距離演算部
１１３                  誤差演算部
１１４                  送受信部
１１５                  制御部
１２                  車輪
１３                  車上子
１４                  回転検出器
１５                  車上アンテナ
１６                  ブレーキ装置
２                  地上装置
２１                  車上アンテナ
２２                  送受信装置
２３                  演算処理部
４１、４２                  地上子
【図１】
2009023423.tif 000003
【図２】
2009023423.tif 000004