JP2009177908A - 無接点主幹制御器 - Google Patents

Abstract

【課題】ＡＴＯ／ＴＡＳＣ制御機能を有するとともに、設置スペース及び艤装配線の削減を可能とする無接点主幹制御器を提供する。
【解決手段】鉄道車両に搭載される無接点主幹制御器であって、外部入力に基づき鉄道車両を制御するための主幹制御器センサ信号を生成する機構部２と、鉄道車両の車輪の回転に基づき鉄道車両の速度情報信号を生成する速度発振機５と、機構部２により生成された主幹制御器センサ信号と速度発振機５により生成された速度情報信号とリアルタイムに入力され鉄道車両の運転条件を設定する伝送情報信号Ｄ２とに基づき鉄道車両の駆動及び制動を制御するノッチ指令信号を生成する制御部３４ａとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハンドル操作あるいは内蔵されたＡＴＯやＴＡＳＣの出力指令に基づき鉄道用車両の運転制御を行う無接点主幹制御器に関する。

近年、乗客の安全性確保の観点から駅ホームにホームドアの設置や、サービス向上等が各鉄道会社により行われている。これに伴い、車両の駅停止精度の向上や、駅間走行時間の定時間性等が要求され、運転手に対する負担は、増加することとなる。このような背景から、ＡＴＯ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｉｎ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）制御装置（自動列車運転制御装置）やＴＡＳＣ（Ｔｒａｉｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｓｔｏｐｐｉｎｇ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）制御装置（定位置停止制御装置）等の制御装置は、新造車に対して設置されるとともに、既存車に対しても改造による追加設置等が行なわれている。

ここで、ＡＴＯ制御装置は、出発ボタンにより駅と駅との間を運転手に代わってノッチ指令を計算、出力して列車を制御するものであり、駅を出発してからの加速、惰行（惰性で走行することによる省エネルギー運転）、駅に止まるための制動といった全ての工程を行う。

なお、ノッチ指令は、列車に対する制動、加速等の指令である。１例として、ブレーキ（制動）ノッチ８段、カ行（加速）ノッチ４段等が一般的であり、数値が大きいノッチほど力が上となる。また、ブレーキノッチ０とカ行ノッチ０の状態は、ユルメ（切）といい、加速も制動も行われずに惰行となる。

一方、ＴＡＳＣ装置は、ＡＴＯ制御装置とは異なり、駅の出発及び出発後においては運転手の運転により列車が制御され、駅に止まる部分での制動のみ運転手に代わってノッチ指令を計算、出力し、列車を制御するものである。

したがってＡＴＯ装置及びＴＡＳＣ装置を備えている場合、極端に言えば、運転手は、出発のタイミング決定及び危険監視のみで列車を制御することが可能となる。

図５は、車両制御方式の違いを説明する図である。なお、ここでは、列車の編成を６両１編成とする場合について説明する。列車は、通常複数の車両が連結されており、これらの各車両にはブレーキ装置やモータ装置が点在している。図５に示すように、これらのブレーキ装置やモータ装置に運転手からのノッチ指令を伝える方式として、引きとおし制御と指令伝送制御の２つの車両制御方式が存在する。

引き通し制御は、列車全て（各車両全て）に複数本の電線が文字通り引き通されている。この引き通し制御は、古いタイプの車両で利用されている形であり、古いタイプの車両の中にはモニタ装置が搭載されていない場合もある。複数本の電線は、信号の種類によって本数が決定する。例えば、ノッチ指令がブレーキ８段、カ行４段の場合には、計８本（各４本）の引き通し線が必要となる。

なお、引き通し制御を利用する場合には、主幹制御器からのノッチ指令等は、出力継電器盤（信号増幅器）を必要とする。主幹制御器で扱う電圧は低いため、この出力継電器盤は、電圧を高くして列車全体に指令を伝える役割を果たす。

指令伝送制御は、各車両にモニタ端末装置が設置され、各車両の端末間を接続する形で伝送路が引かれる形式のものであり、新しいタイプの車両に多く見られる。伝送路自体は、２，３本の電線で構成され、電文データとしてのノッチ指令を伝送する。指令伝送制御において、各車両に設置されたモニタ端末装置は、ノッチ指令を受け取り、その車両に搭載されたブレーキ装置やモータ装置に指令を変換して通知する。

図６は、引き通し制御方式の車両機器の構成を示す図である。図６に示すように、列車１ａは、機構部２と、制御部３と、出力継電器盤４と、速度発振機５と、ＡＴＯ装置６と、出力継電器盤７と、出力切替器８と、引き通し線９と、ブレーキ装置（あるいはモータ装置）１０とを有する。

鉄道用車両（列車１ａ）は、運転手が操作を行って車両を制御するためのインターフェースとなる主幹制御器（マスコン）を運転台に搭載している。運転台は、列車編成の両先頭車両に存在する。主幹制御器は、運転手と列車のインターフェースとなる装置であり、現在はワンハンドルマスコンが主流である。ワンハンドルマスコンは、１つの軸（棒）を前後させ、奥に行くほど制動力の強いブレーキノッチ、手前に行くほど加速力の強いカ行ノッチとなる。運転手は、このハンドルを前後させることにより、手前に引いて加速指令を行い、中間位置で惰行指令、奥に押して制動指令を行う。

従来の有接点主幹制御器は、このハンドル位置を接点（スイッチ）のオン／オフを利用して検出するので、接点の状態がそのままノッチ指令となる。最近では、接点不良を回避する目的から、無接点主幹制御器が主流となり、当該無接点主幹制御器は、接点の代わりにセンサ（角度検出センサ：ハンドルは前後にスライド式に動くのではなく、扇状に円運動するため）を用いてハンドルの位置を検出し、検出した角度に基づきノッチを算出してノッチ指令信号に変換する。したがって、図６に示すように、主幹制御器は、ハンドル等を機械的に動かす部分である機構部２と、ノッチ指令信号の算出及び変換を行う制御部３とにより構成されている。

機構部２は、運転手の操作に基づき主幹制御器センサ信号を出力する。無接点式を採用した主幹制御器の場合、機構部２は、ノッチ指令を指定するための前後に回転可能なハンドルと、当該ハンドルを支える軸の角度を検出する角度センサとにより構成され、当該ハンドルの角度に応じた主幹制御器センサ信号を出力する。

制御部３は、機構部２により出力された主幹制御器センサ信号と電源（頭線）情報や日時情報等の各種運転条件等を示す主幹制御器入力信号Ｄ１とに基づき、ノッチ指令信号を演算して出力する。

図７は、制御部３の構成を示すブロック図である。制御部３は、ＤＩ部１３、伝送部１４、ＣＰＵ部１５、ＤＯ部１６等の各種機能を１枚の制御基板に集約した専用基板により構成される。この制御部３を構成する専用基板は、設置スペースの問題から機能を限定して小型化を目的としたものである。また、図示されていないが、制御部３は、車両から供給される元電源（ＤＣ１００Ｖ）を基板内部で利用する電圧（ＤＣ２４Ｖ、ＤＣ５Ｖ等）に変換する電源用基板も有する。

ＤＩ部１３は、機構部２により出力されたセンサ情報等を示す主幹制御器センサ信号と電源（頭線）情報等を示す主幹制御器入力信号Ｄ１とに基づくＤＩ（デジタルインプット）情報の電圧レベルを変換してＣＰＵ部１５に出力する。通常、ＣＰＵ内部は、ＤＣ２４ＶやＤＣ５Ｖ等の電圧で制御されるが、外部からの信号は、ＤＣ１００ＶやＤＣ２４Ｖ等の電圧で制御される。そこで、ＤＩ部１３は、外部からの信号の電圧レベルを変換し、ＣＰＵ部１５の取り扱う電圧レベルに下げる役割を有する。

伝送部１４は、日時情報等を示す主幹制御器入力信号Ｄ１に基づく伝送情報の伝送プロトコルを変換してＣＰＵ部１５に出力する。伝送部１４は、入力された伝送規格（ＲＳ４８５、カレントループ等の伝送プロトコル）の異なる情報が入力された場合でも、ＣＰＵ部１５が取り扱う伝送プロトコルに変換して出力する役割を果たす。

ＣＰＵ部１５は、ＤＩ部１３により電圧レベル変換されて出力されたセンサ情報等のＤＩ情報と、伝送部１４により伝送プロトコル変換されて出力された日時情報等の伝送情報とに基づき、運転手の意図するノッチ指令を演算してノッチ指令信号を出力する。

ＤＯ部１６は、ＣＰＵ部１５により出力されたノッチ指令信号の電圧レベルを変換してＤＯ（デジタルアウトプット）情報として出力する。ＤＯ部１６は、信号を外部に出力するため、入力された信号を外部で取り扱う電圧レベル（ＤＣ１００ＶやＤＣ２４Ｖ等）に昇圧する。

出力継電器盤４は、引き通し制御において列車１ａ全体に指令を伝えるため、制御部３により出力されたＤＯ情報としてのノッチ指令信号を増幅して出力切替器８に出力する。

速度発振機５は、列車１ａの車輪（車輪軸）に取り付けられ、当該車輪の回転により正弦波を発生してＡＴＯ装置６に出力する。ＡＴＯ装置６は、単位時間あたりの周波数に基づき車輪の回転数を算出するとともに、車輪径及び車輪の回転数に基づき列車１ａの速度及び進んだ距離を認識することができる。なお、速度発振機５は、自ら上述した列車１ａの速度情報及び位置情報を算出し、ＡＴＯ装置６に出力する構成でもよい。

ＡＴＯ装置６ａは、列車１ａ内における他機器等から出力された制限速度情報等の伝送情報Ｄ２と、制御部３により出力されたＤＯ情報としてのノッチ指令信号と、速度発振機５により出力された正弦波のＰＩ情報とに基づき、ノッチ指令信号及び制御情報等を出力する。なお、ＡＴＯ装置６ａは、ＡＴＯ制御のみならずＴＡＳＣ制御の機能も併せ持つものとする。

図８は、ＡＴＯ装置６ａの具体的な構成を示すブロック図である。図８に示すように、ＡＴＯ装置６ａは、ＤＩ／ＤＯ基板１８、伝送基板１９、ＰＩ基板２０、ＣＰＵ基板２１、及びＤＩ／ＤＯ基板３０により構成される。これらの基板は、各種装置で利用できる汎用的なスロット型基板であり、車両から供給される元電源（ＤＣ１００Ｖ）の電圧を基板内部で利用する電圧（ＤＣ２４Ｖ、ＤＣ５Ｖ等）に図示されない電源基板により変換された電力を利用して動作する。

ＤＩ／ＤＯ基板１８は、制御部３により出力されたノッチ指令信号に含まれる出発ボタンの手動操作情報等を示すＤＩ情報の電圧レベルを変換して出力する。このＤＩ／ＤＯ基板１８は、上述したＤＩ部１３と同様に、外部からの信号の電圧レベルを変換してＣＰＵ基板２１の取り扱う電圧レベルに下げる役割を有する。

伝送基板１９は、列車１ａ内における他機器等から出力された制限速度情報等の伝送情報Ｄ２に対して伝送プロトコル変換を行い、ＣＰＵ基板２１に出力する。すなわち、伝送基板１９は、伝送規格（伝送プロトコル：ＲＳ４８５、カレントループ等）の違いを吸収する基板であり、伝送路（通信線）からの情報を規格に沿って変換し、伝送電文のみをＣＰＵ基板２１とやり取りする。

ここで、伝送情報Ｄ２は、例えば制限速度情報、行先駅等の設定情報、及び地点情報である。列車１ａは、例えば以下に示す方法により地点情報について得ることができる。列車１ａが線路上を移動する場合に、線路脇に設置された地上子と車両に設置された車上子とがすれ違う際に無線通信を行い、列車１ａは、当該無線通信内電文により得られた列車の通過地点に基づき地点情報を得られる。

ＰＩ基板２０は、ＰＩ（パルスインプット）の入力専用基板であり、速度発振機５により出力された速度情報（ＰＩ情報）に基づいてパルス（正弦波形）の周波数から単位時間あたりの回転数（カウント値）を算出して出力する。

ＣＰＵ基板２１は、ＡＴＯ、ＴＡＳＣ等の制御ソフトが動作するメモリやＣＰＵが集約された基板であり、地点補正処理部２４、演算部２６、及びノッチ選択部２２により構成される。

演算部２６は、ＰＩ基板２０により出力されたカウント値に基づき、自己の列車の速度を算出するとともに、進んだ距離（キロ程）を算出して自己の列車の位置を判断する。キロ程とは、１つの路線上で０ｋｍ地点を設定し、各駅や設備がどの位置にあるのかを示す距離のことをいう。例えば、東海道新幹線や山陽新幹線では、東京駅出発地点を０ｋｍとした場合に、キロ程は、新大阪駅が５００ｋｍ、博多駅が１０００ｋｍとなる。

地点補正処理部２４は、伝送基板１９により伝送プロトコル変換された地点情報と演算部２６により算出されたキロ程とに基づき、地点補正の処理を行う。具体的には、地点補正処理部２４は、地点情報とキロ程とを比較し、異なる場合には地点情報に合わせてキロ程を補正する。

キロ程は、車輪の回転に基づいて算出した距離であるため、車輪径の数値の精度や車輪が空回りや固着（空転・滑走と呼ぶ）した場合に誤差が生じる。したがって、地点補正処理部２４は、当該誤差が生じた場合に地点補正処理を行うものであり、ＡＴＯ、ＴＡＳＣでは必須の構成である。

ノッチ選択部２２は、ＤＩ／ＤＯ基板１８により電圧レベル変換されて出力されたＤＩ情報と、伝送基板１９により伝送プロトコル変換された伝送情報と、地点補正処理部２４により補正処理された地点（キロ程）情報と、演算部２６により算出された速度情報とに基づき、最適なノッチを選択してノッチ指令信号を出力する。

図８に示すように、ノッチ選択部２２は、列車の運転状況に応じて様々な制御を行うために最適なノッチを選択する。まずノッチ選択部２２は、列車が駅に停車している状態においては、転動防止ブレーキの出力を行うためのノッチを選択する。これは、勾配（坂道）の急な駅等に停車している場合に、ブレーキ出力を行わないと列車が動き出してしまうためである。

ノッチ選択部２２は、運転手等の出発指令、及びモニタ装置（設定器：現在駅や行先駅、列車種別（各駅停車、急行、特急等）等）からの情報、各種列車状態、自装置の制御状態に基づき、所定の出発条件を満たした場合に転動防止ブレーキを解除して出発するためのノッチ選択（出発制御）を行う。

次にノッチ選択部２２は、列車が駅を出発した直後や制限速度の上限が高い場所に来た場合等に加速制御を行うためのノッチを選択する。ＡＴＯ装置６ａは、ＡＴＯ制御を行うにあたって、駅と駅との間を走行する際に所定時間で駅間を走行するために、どの場所をどれくらいの速度で運行すべきかを計算する必要があり、必要に応じて加速制御を行う。

またノッチ選択部２２は、加速制御を行うことにより自己の列車速度が制限速度に近くなると、惰行制御を行うためのノッチを選択する。

一方ノッチ選択部２２は、制限速度の上限が低い場所に来た場合等に制動制御を行うためのノッチを選択する。

さらに、ノッチ選択部２２は、駅に停車する際に定位置に停止するための制動制御（定位置停止制御）を行うためのノッチを選択する。ノッチ選択部２２は、単純にブレーキをかけて速度を落とすのみならず、ＡＴＯ、ＴＡＳＣに要求される所定の位置に停車する（定位置停止）ために、ブレーキ力を逐次計算し、所定の位置に停止するように制御を行うためのノッチを選択する。なお、ＴＡＳＣ制御は、上述した定位置停止制御機能のみを指す。

またノッチ選択部２２は、上述したいずれの制御においても制限速度を守ることを前提としてノッチを選択する。列車に対する制限速度は予め決められているが、前方の列車が緊急停止した場合や、前方との列車の間隔が短くなった場合等には、後方の列車の制限速度を一時的に下げる必要がある。ＡＴＣ（自動列車制御装置）は、このような制限速度の変化をリアルタイムに受け取り、必要があれば制動制御を行うものである。運転手による運転中においては、このような制限速度変化の信号を目で見て判断し、制動を行う必要があるが、ＡＴＯは、ＡＴＣと同様に信号を受け取り、制限速度を守るべく制動制御を行う。

さらにノッチ選択部２２は、駅間制御方式の決定等、走行以外の制御も行う。

ＤＩ／ＤＯ基板３０は、ＣＰＵ基板２１により出力されたノッチ指令や制御情報等のＤＯ情報に対して電圧レベル変換して出力する。ここで、ノッチ指令は、ノッチ選択部２２により選択され出力されたものである。また、制御情報は、ＣＰＵ基板２１全体により得られた情報であり、例えばＣＰＵ基板２１自体の故障情報等である。

出力継電器盤７は、出力継電器盤４と同様に、引き通し制御において列車１ａ全体に指令を伝えるため、ＡＴＯ装置６ａにより出力されたＤＯ情報としてのノッチ指令信号を増幅して出力切替器８に出力する。

出力切替器８は、ＡＴＯ装置６ａから出力継電器盤７を介して出力されたノッチ指令信号や制御情報と、制御部３から出力継電器盤４を介して出力されたノッチ指令信号や運転切替スイッチ情報とに基づき、いずれのノッチ指令を優先するかを決定する。ここで、運転切替スイッチ情報とは、運転手が機構部２のスイッチを介して手動運転とＡＴＯ運転とのいずれの運転方法を選択したかを示す情報信号であり、制御部３及び出力継電器盤４を介して出力切替器８に出力された情報である。

運転手は、通常のＡＴＯ運転中においてハンドルをユルメ位置に固定しておくが、目視等により危険を察知した場合に列車を止めるべくハンドルを操作してブレーキをかける。出力切替器８は、通常の場合においてＡＴＯ装置６ａによるノッチ指令を優先して出力するが、上述したような運転手の手動介入時においては主幹制御器の機構部２によるノッチ指令を優先する。

さらに、ＡＴＯ運転中にＡＴＯ装置６ａが故障した場合には、出力切替器８は、ＡＴＯ制御装置のノッチ指令を無視し、主幹制御器のノッチ指令を採用する。

出力切替器８により出力されたノッチ指令は、引き通し線９を介して列車全体に伝えられ、ブレーキ装置（あるいはモータ装置）１０を制御する。

図９は、指令伝送制御方式の車両機器の構成を示す図である。図６に示す構成との違いは、出力継電器盤４と出力継電器盤７を備えておらず、代わりにモニタ中央装置１１とモニタ端末装置１２とを備えている点である。

また、制御部３ａの中身は、図７に示す引き通し制御方式の場合の制御部３と若干異なる点がある。図１０は、制御部３ａの構成を示すブロック図である。制御部３ａは、図７における制御部３と異なりＤＯ部１６の代わりに伝送部１７が設けられている。

伝送部１７は、ＣＰＵ部１５により出力されたノッチ指令信号の伝送プロトコルを変換して伝送情報として出力する。指令伝送制御において、ノッチ指令は、上述したように電文データとして伝送されるため電圧増幅する必要が無い。したがって、出力継電器盤４及び出力継電器盤７は不要となる。

図１１は、ＡＴＯ装置６ｂの具体的な構成を示すブロック図である。図８に示すＡＴＯ装置６ａと異なる点は、ＤＩ／ＤＯ基板３０の代わりに伝送基板３２を備えている点である。伝送基板３２は、ＣＰＵ基板２１により出力されたノッチ指令や制御情報等の伝送情報に対して伝送プロトコル変換して出力する。

モニタ中央装置１１は、出力切替器８により出力されたノッチ指令を各車両に電文データとして伝送する。

モニタ端末装置１２は、各車両に備えられ、モニタ中央装置１１により伝送された電文データに基づきブレーキ装置（あるいはモータ装置）１０を制御する。

特許文献１には、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少ない設置スペースで果たすことのできる車上装置が記載されている。

この車上装置は、自動で列車の運転制御を行い、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、ＣＰＵがＡＴＣ処理を実行した後の空き時間にＡＴＯ処理をＣＰＵに実行させ、ＡＴＣ処理と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。

この車上装置によれば、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。
特開２００３−７９０１１号公報

しかしながら、図６や図９に示すように、従来のＡＴＯ制御装置あるいはＴＡＳＣ制御装置は、主幹制御器に対して追加的に設置されるため、専用の設置スペースや艤装配線を必要とする問題がある。この問題は、特許文献１に記載の車上装置についても同様である。

本発明は上述した従来技術の問題点を解決するもので、ＡＴＯ／ＴＡＳＣ制御機能を有するとともに、設置スペース及び艤装配線の削減を可能とする無接点主幹制御器を提供することを課題とする。

本発明に係る無接点主幹制御器は、上記課題を解決するために、鉄道車両に搭載される無接点主幹制御器であって、外部入力に基づき前記鉄道車両を制御するための主幹制御器センサ信号を生成する機構部と、前記鉄道車両の車輪の回転に基づき前記鉄道車両の速度情報信号を生成する速度情報部と、前記機構部により生成された主幹制御器センサ信号と前記速度情報部により生成された速度情報信号とリアルタイムに入力され前記鉄道車両の運転条件を設定する伝送情報信号とに基づき前記鉄道車両の駆動及び制動を制御するノッチ指令信号を生成する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、機構部により生成された主幹制御器センサ信号を処理するとともに、運転条件を設定する伝送情報信号等をＡＴＯ／ＴＡＳＣ制御機能により処理して最終的なノッチ指令を決定する制御部を備えるので、設置スペース及び艤装配線の削減を可能とすることができる。

以下、本発明の無接点主幹制御器の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施例１の無接点主幹制御器の構成を示すブロック図である。本実施例において、無接点主幹制御器は、引き通し制御の車両制御方式を採用し、鉄道車両の制御を行う。

まず、本実施の形態の構成を説明する。本実施例の無接点主幹制御器は、図１に示すように鉄道車両に搭載され、機構部２と、制御部３４ａと、出力継電器盤４と、速度発振機５と、引き通し線９と、ブレーキ装置（あるいはモータ装置）１０とを有する。図６に示す従来の無接点主幹制御器と異なる点は、ＡＴＯ装置６、出力継電器盤７と、及び出力切替器８が不要な点と、制御部３４ａがＡＴＯ機能を内蔵している点である。その他の構成は、図６で説明した従来の無接点主幹制御器と同様である。

機構部２は、運転手の操作等の外部入力に基づき鉄道車両を制御するための主幹制御器センサ信号を生成して出力する。

速度発振機５は、本発明の速度情報部に対応し、鉄道車両の車輪の回転に基づき鉄道車両の速度情報信号を生成する。具体的には、図６で説明した速度発振機５と同様の構成であり、重複した説明を省略する。

制御部３４ａは、機構部２により生成された主幹制御器センサ信号と、電源（頭線）情報等の各種運転条件等を示す主幹制御器入力信号Ｄ１と、速度発振機５により生成された速度情報信号と、鉄道車両内の他機器等からリアルタイムに入力され鉄道車両の運転条件を設定する伝送情報信号Ｄ２とに基づき、鉄道車両の駆動及び制動を制御するノッチ指令信号を生成する。すなわち、この制御部３４ａは、主幹制御器の制御基板に、ＡＴＯ、ＴＡＳＣとして必要なインターフェース部を追加したものであって、ソフトウェア的には、主幹制御器の機能と、ＡＴＯ、ＴＡＳＣの機能と出力切替器の機能を同居させたものである。なお、製品によっては、出力切替器の機能は、別装置が行う構成でもよい。

図２は、本発明の実施例１の無接点主幹制御器の制御部３４ａの詳細な構成を示すブロック図である。制御部３４ａは、入力部４０、ＣＰＵ部５０、及び出力部６０ａにより構成されるとともに、１枚の集約された制御基板で構成される。なお、本実施例において制御部３４ａは、本発明の制御部に対応するが、特に制御部３４ａの有するＣＰＵ部５０が本発明の制御部に対応する。また、入力部４０は、ＤＩ部４２、伝送部４６、及びＰＩ部４６により構成される。ＣＰＵ部５０は、ノッチ演算部５２、演算部５４、地点補正処理部５６、ノッチ選択部５８、及びノッチ決定部５９により構成される。さらに、出力部６０ａは、ＤＯ部６２により構成される。

ＤＩ部４２は、ＤＩ部１３と同様に、機構部２により出力されたセンサ情報等を示す主幹制御器センサ信号、及び電源（頭線）情報や出発ボタン情報等を示す主幹制御器入力信号Ｄ１に基づくＤＩ（デジタルインプット）情報の電圧レベルを変換してＣＰＵ部５０に出力する。ここで、出発ボタン情報とは、運転手が出発ボタンを押したか否かを示す情報であり、出発制御の際にノッチ選択部５８が必要とする。

伝送部４４は、伝送部１４と同様に、鉄道車両内の他機器等からリアルタイムに入力され鉄道車両の運転条件を設定する伝送情報信号Ｄ２の伝送プロトコルを変換してＣＰＵ部５０に出力する。ここで、伝送情報信号Ｄ２は、日時情報、制限速度情報、設定情報、及び地点情報等を有する。なお、設定情報とは、例えば行先駅や急行列車あるいは各停列車等の情報を指す。

ＰＩ部４６は、ＰＩ基板２０と同様に、速度発振機５により出力された速度情報（ＰＩ情報）に基づいてパルス（正弦波形）の周波数から単位時間あたりの回転数（カウント値）を算出してＣＰＵ部５０に出力する。

ＣＰＵ部５０は、ＤＩ部４２により電圧レベル変換されて出力されたセンサ情報等のＤＩ情報と、伝送部４４により伝送プロトコル変換されて出力された日時情報等の伝送情報と、ＰＩ部４６により算出されたカウント値とに基づき、状況に応じて適切なノッチ指令を演算してノッチ指令信号を出力する。

ノッチ演算部５２は、機構部２により生成された主幹制御器センサ信号に基づきノッチを演算する。具体的には、ノッチ演算部５２は、ＤＩ部４２により電圧レベル変換されて出力されたセンサ情報、入力電源情報、鍵等のスイッチ情報を含むＤＩ情報と、伝送部４４により伝送プロトコル変換されて出力された日時情報等の伝送情報とに基づき、機構部２を介して伝えられた運転手の意図するノッチ指令信号を出力する。

演算部５４は、本発明の地点演算部に対応し、速度発振機５により生成された速度情報信号（すなわちＰＩ部４６により出力されたカウント値）に基づき、自己の鉄道車両が位置する地点を演算するとともに、自己の鉄道車両の速度を算出する。

地点補正処理部５６は、鉄道車両の外部から入力され伝送情報信号が有する地点情報に基づき、演算部５４により演算された地点を補正する。具体的には、地点補正処理部５６は、伝送部４４により伝送プロトコル変換された地点情報と演算部５４により算出された地点（キロ程）とに基づき、地点補正の処理を行う。ここで、地点情報とは、例えば上述した地上子との無線通信により得られた情報である。

ノッチ選択部５８は、速度発振機５により生成された速度情報信号と、リアルタイムに入力され運転条件を設定する伝送情報信号とに基づきＡＴＯ制御機能又はＴＡＳＣ制御機能を用いてノッチを選択する。また、本実施例において、ノッチ選択部５８は、さらに地点補正処理部５６により補正された地点情報に基づきＡＴＯ制御機能又はＴＡＳＣ制御機能を用いてノッチを選択する。

具体的には、ノッチ選択部５８は、ノッチ選択部２２と同様に、ＤＩ部４２により電圧レベル変換されて出力された出発ボタン等のＤＩ情報と、伝送部４４により伝送プロトコル変換された制限速度情報や設定情報等の伝送情報と、地点補正処理部５６により補正処理された地点（キロ程）情報と、演算部５４により算出された速度情報とに基づき、最適なノッチを選択してノッチ指令信号を出力する。

ノッチ決定部５９は、ノッチ演算部５２により演算されたノッチと、ノッチ選択部５８により選択されたノッチとの優先順位を比較することによりノッチを決定してノッチ指令信号を出力する。優先順位の決定方法は様々なものが考えられる。例えば、ノッチ決定部５９は、通常の運転においてはノッチ選択部５８がＡＴＯ制御機能等を用いて選択したノッチを採用し、運転手が目視等により危険を察知して機構部２による入力があった場合には、ノッチ演算部５２により演算されたノッチを優先的に採用する。また、ノッチ決定部５９は、各ノッチ指令のみならず、制御状態やスイッチ状態等も考慮に入れ、最終的なノッチ指令を決定する。

なお、ＣＰＵ部５０は、全ての処理を同一のＣＰＵにより行う。したがって、ＣＰＵ部５０が有するノッチ演算部５２、演算部５４、地点補正処理部５６、ノッチ選択部５８、及びノッチ決定部５９が行う処理は、全て同一のＣＰＵにより行われる。これにより、運転手による機構部２を介したハンドル操作に基づくノッチ演算、ＡＴＯ／ＴＡＳＣ制御機能、及び最終的なノッチ指令の決定は、同一のＣＰＵにより行われることとなり、従来のようにＡＴＯ装置６、出力継電器盤７と、及び出力切替器８を別個に設ける必要が無く、省スペース化につながる。

ＤＯ部６２は、ＣＰＵ部５０により出力されたノッチ指令信号及び制御情報信号の電圧レベルを変換してＤＯ（デジタルアウトプット）情報として出力する。

その他の構成は、図６で説明した従来の構成と同様であり、重複した説明を省略する。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。まず、運転手は、通常のＡＴＯ運転中においてハンドルをユルメ位置に固定しておき、出発ボタン等を押すことにより、出発ボタン情報がＤＩ情報としてＤＩ部４２を介してノッチ選択部５８に入力される。

機構部２は、ハンドルがユルメ位置にあることを示す主幹制御器センサ信号を生成して出力する。この主幹制御器センサ信号と電源（頭線）情報等の各種運転条件等を示す主幹制御器入力信号Ｄ１とは、ＤＩ情報としてＤＩ部４２を介してノッチ演算部５２に入力される。なお、電源情報等は、ノッチ選択部５８にも入力される。さらに、鉄道車両内の他機器等からリアルタイムに入力され鉄道車両の運転条件を設定する伝送情報信号Ｄ２の一部の情報（日時情報等）は、伝送部４４を介してノッチ演算部５２に入力される。

また、伝送情報信号Ｄ２の一部の情報（制限速度情報や設定情報等）は、伝送部４４を介してノッチ選択部５８に入力される。

さらに、伝送情報信号Ｄ２の一部の情報（地点情報等）は、伝送部４４を介して地点補正処理部５６に入力される。

速度発振機５は、鉄道車両の車輪の回転に基づき鉄道車両の速度情報信号を生成する。この速度情報信号は、ＰＩ部４６によりカウント値に変換されて演算部５４に入力される。

演算部５４は、入力されたカウント値に基づき、自己の鉄道車両が位置する地点を演算するとともに、自己の鉄道車両の速度を算出して地点補正処理部５６とノッチ選択部５８にそれぞれ出力する。

地点補正処理部５６は、地点補正の処理を行い、処理結果をノッチ選択部５８に出力する。

ノッチ演算部５２は、入力された情報に基づきノッチを演算するところ、ハンドルがユルメ位置であるため、ノッチ０を演算結果としてノッチ決定部５９に出力する。また、ノッチ演算部５２は、その際に、優先順位が低い旨の情報をノッチ決定部５９に出力する。

ノッチ選択部５８は、入力された種々の情報に基づきＡＴＯ制御機能又はＴＡＳＣ制御機能を用いて、出発制御、加速制御、惰行制御、制動制御、定位置停止制御、制限速度厳守、駅間制御方式決定等の走行以外の制御を行うため、最適なノッチを選択してノッチ指令信号をノッチ決定部５９に出力する。

ノッチ決定部５９は、ノッチ演算部５２により演算されたノッチと、ノッチ選択部５８により選択されたノッチとの優先順位を比較することによりノッチを決定してノッチ指令信号を出力する。ここでは、ノッチ演算部５２により出力されたノッチの優先順位が低いため、ノッチ決定部５９は、ノッチ選択部５８により選択されたノッチを採用し、ノッチ指令信号として出力する。

出力継電器盤４は、引き通し制御において鉄道車両全体に指令を伝えるため、出力部６０ａ（ＤＯ部６２）を介してノッチ決定部５９により出力されたＤＯ情報としてのノッチ指令信号を増幅して引き通し線９に出力する。

出力継電器盤４により出力されたノッチ指令は、引き通し線９を介して列車全体に伝えられ、ブレーキ装置（あるいはモータ装置）１０を制御する。

一方、運転手が目視等により危険を察知し、鉄道車両を制御すべくハンドルを操作した場合には、ノッチ演算部５２は、運転手のハンドル操作に応じたノッチを演算し、演算結果をノッチ決定部５９に出力する。また、ノッチ演算部５２は、その際に、優先順位が高い旨の情報をノッチ決定部５９に出力する。

ノッチ決定部５９は、ノッチ演算部５２により演算されたノッチと、ノッチ選択部５８により選択されたノッチとの優先順位を比較することによりノッチを決定してノッチ指令信号を出力する。ここでは、ノッチ演算部５２により出力されたノッチの優先順位が高いため、ノッチ決定部５９は、ノッチ演算部５２により選択されたノッチを採用し、ノッチ指令信号として出力する。

上述のとおり、本発明の実施例１の形態に係る無接点主幹制御器によれば、機構部により生成された主幹制御器センサ信号を処理するとともに、運転条件を設定する伝送情報信号等をＡＴＯ／ＴＡＳＣ制御機能により処理して最終的なノッチ指令を決定する制御部３４ａを備えるので、従来のようにＡＴＯ制御装置あるいはＴＡＳＣ制御装置を主幹制御器に対して追加的に設置する必要が無く、設置スペース及び艤装配線の削減を可能とすることができる。

また、制御部３４ａ内のノッチ決定部５９は、各ノッチ指令の優先順位、及び制御状態やスイッチ状態等も考慮に入れ、最終的なノッチ指令を決定するので、従来必要とした出力切替器を別個に設ける必要が無く、設置スペース及び艤装配線の削減を可能とすることができる。

さらに、ＣＰＵ部５０が有するノッチ演算部５２、演算部５４、地点補正処理部５６、ノッチ選択部５８、及びノッチ決定部５９が行う処理は、全て同一のＣＰＵにより行われるので、運転手による機構部２を介したハンドル操作に基づくノッチ演算、ＡＴＯ／ＴＡＳＣ制御機能、及び最終的なノッチ指令の決定は、同一のＣＰＵにより行われることとなり、省スペース化につながる。

図３は、本発明の実施例２の無接点主幹制御器の構成を示すブロック図である。実施例１の無接点主幹制御器の構成と異なる点は、出力継電器盤４と引き通し線９とが無く、代わりにモニタ中央装置１１及びモニタ端末装置１２を備える点である。本実施例において、無接点主幹制御器は、指令伝送制御の車両制御方式を採用し、鉄道車両の制御を行う。

モニタ中央装置１１は、制御部３４ｂにより出力されたノッチ指令を各車両に電文データとして伝送する。

モニタ端末装置１２は、各車両にそれぞれ備えられ、モニタ中央装置１１により伝送された電文データに基づきブレーキ装置（あるいはモータ装置）１０を制御する。

図４は、本発明の実施例２の無接点主幹制御器の制御部３４ｂの詳細な構成を示すブロック図である。実施例１の制御部３４ａと異なる点は、ＤＯ部６２の代わりに伝送部６４を備えている点である。伝送部６４は、ＣＰＵ部５０により出力されたノッチ指令や制御情報等の伝送情報に対して伝送プロトコル変換して出力する。

その他の構成は、実施例１の構成と同様であり、重複した説明を省略する。

次に、上述のように構成された本実施の形態の作用を説明する。基本的に、制御部３４ｂからノッチ指令信号が出力されるまでの作用は、実施例１の無接点主幹制御器の作用と同様である。

その後に、モニタ中央装置１１は、制御部３４ｂにより出力されたノッチ指令を各車両に電文データとして伝送する。モニタ端末装置１２は、各車両にそれぞれ備えられ、モニタ中央装置１１により伝送された電文データに基づきブレーキ装置（あるいはモータ装置）１０を制御する。

上述のとおり、本発明の実施例２の形態に係る無接点主幹制御器によれば、車両制御方式として指令伝送制御方式を採用した鉄道車両においても、実施例１の効果と同様の効果を得ることができる。

本発明に係る無接点主幹制御器は、ハンドル操作あるいは内蔵されたＡＴＯやＴＡＳＣの出力指令に基づき鉄道用車両の運転制御を行う無接点主幹制御器に利用可能である。

本発明の実施例１の形態の無接点主幹制御器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例１の形態の無接点主幹制御器の制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２の形態の無接点主幹制御器の構成を示すブロック図である。 本発明の実施例２の形態の無接点主幹制御器の制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 車両制御方式における引き通し制御方式と指令伝送制御方式との違いを説明する図である。 引き通し制御方式における従来の無接点主幹制御器を搭載した車両機器の構成を示す図である。 引き通し制御方式における従来の無接点主幹制御器の制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 引き通し制御方式における従来の無接点主幹制御器のＡＴＯ装置の詳細な構成を示すブロック図である。 指令伝送制御方式における従来の無接点主幹制御器を搭載した車両機器の構成を示す図である。 指令伝送制御方式における従来の無接点主幹制御器の制御部の詳細な構成を示すブロック図である。 指令伝送制御方式における従来の無接点主幹制御器のＡＴＯ装置の詳細な構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ 列車
２ 機構部
３，３ａ 制御部
４ 出力継電器盤
５ 速度発振機
６ａ，６ｂ ＡＴＯ装置
７ 出力継電器盤
８ 出力切替器
９ 引き通し線
１０ ブレーキ装置（あるいはモータ装置）
１１ モニタ中央装置
１２ モニタ端末装置
１３ ＤＩ部
１４ 伝送部
１５ ＣＰＵ部
１６ ＤＯ部
１７ 伝送部
１８ ＤＩ／ＤＯ基板
１９ 伝送基板
２０ ＰＩ基板
２１ ＣＰＵ基板
２２ ノッチ選択部
２４ 地点補正処理部
２６ 演算部
３０ ＤＩ／ＤＯ基板
３２ 伝送基板
３４ａ，３４ｂ 制御部
４０ 入力部
４２ ＤＩ部
４４ 伝送部
４６ ＰＩ部
５０ ＣＰＵ部
５２ ノッチ演算部
５４ 演算部
５６ 地点補正処理部
５８ ノッチ選択部
５９ ノッチ決定部
６０ａ，６０ｂ 出力部
６２ ＤＯ部
６４ 伝送部

Claims (4)

1. 鉄道車両に搭載される無接点主幹制御器であって、
   外部入力に基づき前記鉄道車両を制御するための主幹制御器センサ信号を生成する機構部と、
   前記鉄道車両の車輪の回転に基づき前記鉄道車両の速度情報信号を生成する速度情報部と、
   前記機構部により生成された主幹制御器センサ信号と前記速度情報部により生成された速度情報信号とリアルタイムに入力され前記鉄道車両の運転条件を設定する伝送情報信号とに基づき前記鉄道車両の駆動及び制動を制御するノッチ指令信号を生成する制御部と、
   を備えることを特徴とする無接点主幹制御器。
2. 前記制御部は、
   前記機構部により生成された主幹制御器センサ信号に基づきノッチを演算するノッチ演算部と、
   前記速度情報部により生成された速度情報信号とリアルタイムに入力され運転条件を設定する伝送情報信号とに基づきＡＴＯ制御機能又はＴＡＳＣ制御機能を用いてノッチを選択するノッチ選択部と、
   前記ノッチ演算部により演算されたノッチと前記ノッチ選択部により選択されたノッチとの優先順位を比較することによりノッチを決定してノッチ指令信号を出力するノッチ決定部と、
   を有することを特徴とする請求項１記載の無接点主幹制御器。
3. 前記制御部は、
   前記速度情報部により生成された速度情報信号に基づき前記鉄道車両が位置する地点を演算する地点演算部と、
   前記鉄道車両の外部から入力され前記伝送情報信号が有する地点情報に基づき前記地点演算部により演算された地点を補正する地点補正処理部とを有し、
   前記ノッチ選択部は、さらに前記地点補正処理部により補正された地点情報に基づきＡＴＯ制御機能又はＴＡＳＣ制御機能を用いてノッチを選択することを特徴とする請求項２記載の無接点主幹制御器。
4. 前記制御部は、全ての処理を同一のＣＰＵにより行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の無接点主幹制御器。

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