特集

フェールセーフ機能を改善した
新型交通信号制御機

New Traffic Signal Controller for Improved Fail-Safe Functions＊三浦 正宏Masahiro Miura

坂口政広

Masahiro Sakaguchi

吉村公志

Koshi Yoshimura

交通信号制御機は、道路上の自動車・自転車・歩行者が安全で円滑に通行できるように、交通信号灯の点灯／滅灯及び点灯時間を制御している。交通信号灯を誤って制御することは、交通事故の原因となる場合があり、交通信号制御機は、交通信号システムで用いられる機器の中で、特にフェールセーフ性が要求されるものである。筆者等は、新型交通信号制御機を開発するにあたり、アーキテクチャやフェールセーフ機能の見直しを行った。本稿では、青青異常判定回路を診断する機能等、新型交通信号制御機におけるフェールセーフ機能を紹介する。

A traffic signal controller controls the lighting of traffic signals so that vehicles and pedestrians can travel safely andsmoothly. As an erroneous operation of the controller may cause a serious accident, it requires the strictest fail-safe
functions in the entire traffic control system. The authors reviewed the fail-safe functions for a newly developed traffic signalcontroller. This paper introduces the fail-safe functions including G-G abnormality detection.
キーワード：フェールセーフ、自己診断、青青異常

1.

緒言

交通信号制御機は、道路上の自動車・自転車・歩行者が（c）保安動作

安全で円滑に通行できるように、交通信号灯の点灯／滅灯遠隔動作及び単独動作の処理を行っているマイクロ及び点灯時間を制御している。交通信号灯を誤って制御すプロセッサが動作できない場合に、ハードウェアだけることは、交通事故の原因となる場合があり、交通信号システムで用いられる機器の中で、特にフェールセーフ性をで動作し、信号制御を安全に継続する。
（d）異常閃光要求されるものである。筆者等は、新型交通信号制御機を故障などにより正常に信号制御ができない場合に、交開発するにあたり、アーキテクチャやフェールセーフ機能通信号灯を黄色と赤色の点滅表示（閃光表示）を行う。の見直しを実施した。本稿では、新型交通信号制御機におけるフェールセーフ向上について紹介する。

（e）全赤表示
電源投入時直後、及び、閃光動作終了後は、全ての車両を一旦停止させるために、全ての灯器を 5 秒間赤2.

交通信号制御機の状態遷移表示にする。

交通信号制御機（以下、信号機）の状態遷移を図1に示す。
（1）信号機の動作状態（a）遠隔動作
交通管制センターからの指示に従って動作する。交通管制センターでは、収集したセンサ情報から得られる交通量等の情報を元に、制御対象の路線やエリアの交通状況を最適にするような信号制御動作を算出し、信号機へ指示を行っている。
（b）単独動作
交通管制センターからの指示を受けられない時の動作状態である。時間帯ごとに、事前に設定された動作パタンに基づき動作することができ、交通管制センターとの通信ができない場合でも、信号制御の乱れが起きないように制御を行う。
図130

フェールセーフ機能を改善した新型交通信号制御機

状態遷移

（2）信号機の主な異常事象（3）監視回路 1（a）青青異常

メイン処理部及びサブ処理部等、各ブロックを監視して交差する道路の交通信号灯が同時に青表示したことおり、検出した異常に応じてフェールセーフ動作を行う。

を検知して異常と判断し、異常閃光状態に遷移させ

青青検出回路での異常検出、及び、サブ処理部の異常（タる。同時青表示が続くことは、交通事故の原因となりイマ異常）を検知した場合は、灯色点灯指示をサブ処理部得るため、青青異常の検出は、信号機の機能の中で最からの指示から、閃光回路からの指示へと切替える。

も重要なものである。
（b）タイマ異常

また、メイン処理部からの指令をサブ処理部へ中継する機能も持つ。

ハードウェアでの信号制御（保安動作）が正しく動（4）監視回路 2

作しない（事前に決めた最長監視時間を計時しても、監視回路 1 のバックアップ回路であり、機能は監視回路灯色が変わらない）場合に、異常と判断し、異常閃光

1 と同等である。ただし、メイン処理部からの指令をサブ状態に遷移させる。

処理部への中継機能は有していない。

（c）MPU 異常（5）青青検出回路

マイクロプロセッサが正しく動作していないと判断し、保安動作状態に遷移させる。

電圧変換部からの青点灯状態信号と、あらかじめ設定された青灯色の組み合わせデータを比較して青青異常を検出、その結果を監視回路 1／監視回路 2 へ通知する。
（6）閃光回路
監視回路 1／監視回路 2 からの指示に従い、閃光表示時の灯色点灯指示を行う。
（7）電圧変換部
サブ処理部又は閃光回路から灯色点灯指示信号に従い、交通信号灯へ点灯電圧（AC100V）を出力する。また、青色交通信号灯へ出力する点灯電圧については、電圧の有無を検出しており、交通信号灯の青点灯状態を青青検出回路へ通知する。

4.

フェールセーフ機能の検討信号機のフェールセーフを検討するにあたって、FMEA

図2システム構成（故障モードとその影響の解析）の手法を用いた。ただし、信号機を実現する回路で使用する部品点数は多く、多岐にわたることから、実施にあたっては、図 2 に示すシステム構成のブロック単位で行った。それぞれのブロック間でや3.

システム構成りとりする信号の有無／正誤の組み合わせから、故障モードを想定し、総数 326 の機能障害を想定し、危険度解析を今回開発した信号機のシステム構成を図 2 に示す。

実施した。

時刻、車両感知器からの情報、交通管制センターからのの動作を取り決め、信号機のフェールセーフ機能として実（1）メイン処理部

指令に従って、信号機の動作を決定し、監視回路 1 を介して、サブ処理部に信号灯の点灯パタンの選択及び歩進タイ

危険度が高いものについては、異常検出方法及び検出時装を行った。
以下、信号機に実装した、主なフェールセーフ機能につミングの指示を与えている。マイクロプロセッサとソフトいて示す。

ウェアで実現している。

（1）青青検出回路の診断（2）サブ処理部

青青検出回路は、電圧変換部からの青点灯状態信号を元あらかじめ設定された点灯パタン／タイミングに基づに、間違った組み合わせで出力を行っていないかを判断しき、信号制御を行う。メイン処理部からの指示がある場合ている。間違った組み合わせを確実に検出できるかどうかは、その指示に従って、信号制御を行うことができる。

は、これまでは実際にその組み合わせで灯色出力を行ったハードウェアのみで実現しており、万が一メイン処理部が上で検出していたが、この場合、実際の信号灯が間違った異常状態になった場合は、本処理部のみで信号制御を実施点灯を一瞬行ってしまう。近年は、信号灯の LED 化が進んできる。

でいるため、一瞬の出力であっても、信号灯が点灯し、周2014 年 1 月・ S E I テクニカルレビュー・第 184 号

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囲の人に誤認識をさせてしまうため、この方法を使うこと較し、同時点灯禁止の組み合わせであれば、青青禁止信号ができない。

を出力する。

一方、青青検出回路に模擬的に青点灯状態信号を入力しこの回路構成により、実際に点灯させている青信号灯て確認する場合、検出回路自体の診断は可能であるが、電と、疑似的に入力した青信号とを組み合わせで、正常の青圧変換部から正常に青点灯状態信号が入力されるかどうか青異常かどうかを判定するようにした。これにより、運用の確認ができない。

動作中に、電圧変換部の青点灯状態信号を用いて、青青異そこで、以下の診断方法を実現した。

常が正常に判定ができることを、実際の灯器を点灯させる

図 3 に実現する回路イメージを、図 4 に診断の仕組みをことがなく、確認することができる。

記載する。

メイン処理部は、青灯色（図 4 の例では、青灯色 1G）に点灯指令を出力した一定時間 T（ms）後に自己診断処理を開始する。疑似青信号を一つずつ順番に出力し、実際に点灯させている青灯色と疑似青信号の組み合わせを元に、青青組合せ判定回路が出力する青青禁止信号を監視する。同時点灯禁止の組み合わせで青青禁止信号が出力され、同時点灯可の組み合わせで青青禁止信号が出力されなければ正常、そうでなければ異常と判断する。
（2）閃光回路
青青異常等、通常の表示ができない場合は、確実に閃光動作を行う必要があるが、運用中に閃光動作を行って動作確認することはできず、回路に故障がないかどうかは、これまで、定期点検時でしか確認ができなかった。
万が一回路故障が発生した場合、定期点検までの期間は、異常発生しても閃光動作できないという可能性があった。
図3

青青検出

回路イメージ

回路診断のために、模擬的に閃光回路を動かしても、実際に信号灯器に灯色を出力できるという保証はできない
ため、新型信号機では、以下の方法で閃光回路の動作を担保することにした。
（a）三重系回路
同一処理の閃光回路を 3 つ設け、閃光動作実施時は、多数決で点灯させる灯色を判断する。複数回路が定期点検までの間に故障する可能性は低いため、閃光動作ができない事態を防ぐことができる。
（b）閃光回路のバックアップ動作
サブ処理部で閃光灯色を出力可能とした。サブ処理部は、閃光動作部の動作を監視することができるようにし、万が一閃光動作部の動作が異常と判断した場合は、サブ処理部が異常閃光動作を実行する。
（c）電源系統の分離
閃光回路は、メイン処理部やサブ処理部等の他の機能ブロックとは、電源系統を分離している。閃光回路以外

図4

自己診断の仕組みのブロックは、マイクロプロセッサを始め、多くの電子部品／回路で構成されており、これらの故障により、電源の異常が発生する可能性がある。閃光回路について電源系統を分けることで、他電子部品／回路の故障による青青検出回路を「青青組合せ判定回路」と「論理和回路」とで構成する。論理和回路では、電圧変換部からの青点灯状態信号とメイン処理部からの疑似青信号の論理和を電源異常時でも、閃光動作を行うことができる。
（3）ブロック間の監視
各機能ブロック間で監視を行う仕組みを取り入れた。ブ

とり、結果を青青組合せ判定回路へと出力する。青青組合ロックの異常を検出した場合は、所定のバックアップ動作せ判定回路では、入力された信号を青青組合せデータと比を行うようにしている（表 1）。

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フェールセーフ機能を改善した新型交通信号制御機

表1

ブロック間の監視動作

写真 2

5.

その他の特徴

6.

結

新信号機

言

本信号機では、以下の機能改良を行っている。

フェールセーフ機能を向上した新型信号機を開発した。

（1）信号制御実行履歴の蓄積件数の増加、内容詳細化

今後は、本信号機をベースとして、道路交通のさらなる円

従来から、過去の動作結果を履歴として蓄積する機能を有していたが、蓄積件数を大幅に増加し、標準機能で 3 週滑化、車／歩行者の安全確保実現を目指し、新機能開発に取り組んでいく。

間程度、オプションのメモリ追加により、1 年以上の記録を可能とした。また、記録する内容についても、従来機ではできなかった点灯していた灯色が分かる仕組みを入れる等、情報を詳細化している。これらの仕組みにより、信号機の過去動作の解析が可能になり、設定見直しによる制御

参考

文

献

（1） 警察庁、警交仕規 1012 号、交通信号制御機仕様書（2009 年 3 月）

改良の実施が容易になる。
（2）操作パネルの改良
異常状態や外部との信号の入出力状態を操作パネル面のモニタにて確認できるようにしている。これにより、現地での機器調整や、障害発生時の切り分け作業を容易にしている。

写真 1

旧機種

執筆者 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------三浦正 宏＊：住友電工システムソリューション㈱ITS 開発センター 課長

坂口政 広 ：住友電工システムソリューション㈱ITS 開発センター 主幹

吉村公 志 ：住友電工システムソリューション㈱ITS 開発センター 主査------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------＊主執筆者

2014 年 1 月・ S E I テクニカルレビュー・第 184 号

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