JP2021002924A - 列車保安システム、列車保安制御方法及び列車車上装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 車輪の滑走、車輪の空転が生じても、車両の走行速度を高い精度で特定できる、列車保安システムを提供する。【解決手段】 閉塞区間と閉塞区間における車両８の在線位置Ｘとに基づいて、車両８の移動を制御する制御装置６と、車輪４、及び、車輪４の車軸の少なくとも一方の回転を検出して第１の検出値Ｐ１として制御装置６に出力する第１の装置１と、車両８の移動状態を検出した第２の検出値Ｐ２，Ｐ３を制御装置６に入力する第２の装置２と、を備え、制御装置６は、第１の検出値Ｐ１に基づいて、車両８の速度Ｖを算出し、速度Ｖに基づいて、車両８の移動距離Ｌを算出し、移動距離Ｌに基づいて、車両８の在線位置Ｘを算出し、第１の検出値Ｐ１に基づいて、車輪４の滑走又は空転を検出し、そのように滑走又は空転を検出したならば、その滑走又は空転の間車両８の速度Ｖを第２の検出値Ｐ２，Ｐ３に基づいて補正する。【選択図】図１

Description

本発明は、列車保安システム、列車保安制御方法及び列車車上装置に関する。

列車保安システムの一例として、閉塞区間に従って、列車の移動を制御するシステムがある。この種の保安システムには、固定閉塞に基づくものと、移動閉塞に基づくものがある。前者は閉塞の区間が固定しているのに対して、後者は、閉塞区間が列車と共に移動するというものである。したがって、後者では列車の移動距離を正確に把握する必要がある。

列車の移動距離を検出するには、列車は軌道上において車輪を転動させて移動するものであるため、車両の回転系装置（車輪、車軸等）の回転状態（回転速度）を検出して、列車の速度を求めることが行われている。しかしながら、列車の制動時に車輪が軌道上を滑走し、そして、列車の力走時に車輪が軌道上で空転すると、回転系装置の検出値からは、列車の速度を正確に算出することができない。

そこで、保安システムが、車輪の滑走、そして、車輪の空転を検出すると、その分、列車の速度を修正する必要がある。例えば、特許文献1には、車輪の滑走検知方法において、車輪が再粘着した直後に再び滑走が生じたとしても、これを早期に検知できるようにした技術が開示されている。

特開平6-86404号公報

しかしながら、車輪の滑走、そして、車輪の空転は、回転系装置に生じる事象であるため、従来のように、回転系装置における回転状態の検出値に基づいて、車輪の滑走、車輪の空転による、列車の速度の誤差、ないし、乖離を解消しようとしても、車両速度（列車速度）を高い精度で修正、補正することはできなかった。本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、車輪の滑走、車輪の空転が生じても、車両の走行速度を高い精度で特定できる、列車保安システムを提供することにある。

しかしながら、特許文献1の技術では、滑走検知時には速度データの全てを速度データのうちの最高速度に置き換えるので、滑走又は空転が発生すると、実際には最高速度ではないにも関わらず速度データは最高速度に置き換えらえる。そのため、滑走又は空転が発生する度に速度データが実速度に対して乖離する可能性があるという問題があった。

上記課題を解決する本発明の一例として、軌道上で車輪を転動させて移動する車両の移動を制御する制御装置を備えた列車保安システムであって、前記車輪、及び、該車輪の車軸の少なくとも一方の回転を検出して速度情報を生成し、第１の検出値として前記制御装置に入力する第１の装置と、前記車両の速度、もしくは加速度を検出した第２の検出値を前記制御装置に入力する第２の装置と、を備え、前記制御装置は、前記車輪の滑走又は空転を検出した場合に、当該滑走又は空転が発生している間、前記第１の装置から得られる速度検出値を前記第２の検出値に基づいて補正して、補正後の速度情報に基づいて前記車両の移動を制御するものである。

本発明によれば、車輪の滑走、車輪の空転が生じても、車両の走行速度を高い精度で特定できる、列車保安システムを提供できる。

本発明の実施形態（実施例１，２）に係る列車保安システムの概略を説明するブロック図である。 図１の列車保安システムにおいて、車上装置が内部で演算する速度、加速度について説明する図表である。 本発明の実施例１に係る列車保安システムによる滑走時の速度補正について説明するタイムチャートである。 本発明の実施例１に係る列車保安システムによる空転時の速度補正について説明するタイムチャートである。 本発明の実施例２に係る列車保安システムによる滑走時の速度補正について説明するタイムチャートである。 本発明の実施例２に係る列車保安システムによる空転時の速度補正について説明するタイムチャートである。 図１の列車保安システムを用いた列車保安制御方法の動作手順を説明するフローチャートである。

まず、関連する規定に基づいて用語を定義する。列車とは、停車場外の線路を運転させる目的で組成された車両をいう。列車として運転する場合には、車両に比べて高度な安全要件を満たすことが要求されるため、運転士を乗務させる義務がある。逆に、無人運転を視野に入れた場合、列車と呼べず、車両、又は車体と呼ぶこともある。

自動列車制御装置（ＡＴＣ：Automatic Train Control）とは、鉄道における信号保安装置の一種であり、先行列車との間隔及び進路の条件に応じて、車内に列車の許容運転速度を示す信号を現示し、その信号の現示に従って、列車の速度を自動作用により低下する機能を持った装置をいう。

本願で開示する以前の一般的解釈において、列車保安システムとは、少なくとも、列車車上装置（以下、単に「車上装置」ともいう）と、地上装置と、を備え、ＡＴＣ等の制御装置による安全運行を実現するように構成されたシステムをいう。

本願で開示する列車保安システムは、上述した一般的な列車保安システムにおいて、列車ダイヤの稠密化、さらには無人の自動運転を実現させることを視野に入れて、一段と高精度化するために進歩させたものである。無人運転では、上述した法令の規定により、列車でなく車両と呼ぶこともあるが、ここでは、無人運転も含めて高度な安全要件を満たすものとして、列車保安システムと呼ぶ。

また、本願で開示する列車車上装置（車上装置）は、少なくとも在線位置Ｘと、速度Ｖと、に基づいて車両を安全運行させるため、車両に搭載された制御装置をいう。なお、この車上装置は、上述した定義のように、必ずしも、地上子との間で保安情報Ｙを受信（送受信）する機能が具備されたものでなくても、実施可能である。また、この車上装置は、一般的に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリを備えたコンピュータが、メモリに記憶されたプログラムを実行するソフトウェアで実現されるが、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。

本発明の実施の形態として、実施例について、図面を参照しながら以下に説明する。また、本発明の実施例１，２に係る実施形態の全般的な内容を図１、図２及び図７に示す。また、実施例１を図３及び図４に示す。また、実施例２を図５及び図６に示す。なお、以下の説明において、列車保安システムを「本システム」と略記する。同様に、列車保安制御方法を「本方法」と略記する。

図１は、本システムの概略を説明するブロック図である。図２は、図１の本システムにおいて、車上装置６が内部で演算する速度、加速度について説明する図表である。本システム１０は、移動閉塞における在線位置Ｘ（不図示）と速度Ｖと少なくとも何れかの情報を含む保安情報Ｙ（不図示）を用いて車両８の安全運転を支援するものである。本システム１０は、車両８と、回転速度検出装置（第１の装置）１と、対地速度検出装置（第２の装置）２と、加速度検出装置（第２の装置）３と、演算部５と、車上装置６と、異常報知部７と、推定速度生成部９と、を備えて構成される。

車両８は、車輪４を備える鉄道車両である。回転速度系検出装置１は、車輪４、又は車軸の回転速度を検出して回転速度信号Ｐ１を発生する。回転速度信号Ｐ１は、列車を制御する車上装置６に入力される。第１の装置１は、車輪４に由来する回転速度検出装置１である。また、第２の装置２，３は、車輪４の回転に由来しない車両速度検出手段であれば、対地速度検出装置２や加速度検出装置３でなくても構わない。対地速度系検出装置（第２の装置）２は、列車と地面の相対速度を検出する対地速度信号Ｐ２を発生する。

回転速度信号Ｐ１は、車両８の走行速度Ｖを表すための第１系速度Ｖ１に換算できる。対地速度信号Ｐ２も、車両８の走行速度Ｖを表すための第２系速度Ｖ２に換算できる。回転速度信号Ｐ１と対地速度信号Ｐ２は、信号検出の原理が異なるので、同一ではないが、両者を用いることによって、より高精度な速度Ｖを得ることが可能である。演算部５は、第１系速度Ｖ１と第２系速度Ｖ２，Ｖ３との差分と当該差分の変化量を求める。異常報知部７は、差分の変化量が閾値を超えたとき、車輪４の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生（開始）したものと判定する。逆に。差分が閾値以下に戻ったとき、異常事態が終了したものと判定する。

推定速度生成部９は、異常報知部７が報知する異常事態の発生有無に応じて列車制御に用いる現在推定速度を切換え可能である。推定速度生成部９は、以下の規則で切り替える。
・少なくとも異常事態が発生する所定時間以前、及び異常事態の終了以後には、第１系速度Ｖ１を現在推定速度とする。
・異常事態が発生する所定時間前から終了するまでの期間、又は異常事態の発生中には、第１系速度Ｖ１を第２系速度Ｖ２，Ｖ３で補正した補正速度Ｖ４を現在推定速度とする。なお、ここでいう補正とは、より精度を高める処理をいう。

本システム１０は、車輪４の回転速度が急変する現象から、空転、滑走、又は再粘着等の異変を検知する原理を適用する。また、第１の装置１は、車両８の車輪４の回転に応じた第１事象に基づいて車両８の第１系速度Ｖ１を出力する。したがって、本システム１０は、第１系速度Ｖ１を監視することにより、車輪４の回転速度が急変する現象を検知して、空転、滑走、又は再粘着等の異変を検知することが可能である。

対地速度系検出装置（第２の装置）２は、車両８と地面との相対速度を検出する対地速度信号Ｐ２を発生する。対地速度信号Ｐ２は、車両８を制御する車上装置６に入力される。この対地速度系検出装置２は、例えば、電磁波を地面、又は物体に照射し、反射波に基づいて対地速度信号Ｐ２を得る。すなわち、第２の装置２は、第１事象とは異なる第２事象であるドップラー効果を応用して得られた第２系速度Ｖ２を車両８の対地速度とした。

ドップラー効果は、車輪４の回転に応じた第１事象との直接的な関係が少ない第２事象である。そのドップラー効果の波動は、例えば、ミリ波帯の電磁波を利用することが可能であるが、ミリ波帯以外の帯域の電磁波を適用することも可能である。

本システム１０は、第１事象に基づく第１の装置１と、第２事象に基づく第２の装置２と、の組み合わせによって、高精度な速度Ｖを得る作用効果がある。対地速度信号Ｐ２は、対地速度系検出装置（第２の装置）２で検出した物理的な変化量に関する信号で良い。さらに、対地速度信号Ｐ２は、対地速度系検出装置２内で車両速度Ｖに変換された情報でも良い。車両８の加速度を検出する加速度系検出装置３は、加速度信号Ｐ３を発生し、加速度信号Ｐ３は車両８を制御する車上装置６に入力される。

図２に示すように、車上装置６には回転速度信号Ｐ１、対地速度信号Ｐ２、加速度信号Ｐ３が入力さる。これらは、異種類のセンサから得られた信号であり、これらの信号からそれぞれ速度、加速度が算出される。回転速度信号Ｐ１と車輪４の直径等の情報に基づいて車両速度Ｖ１を算出する。この車両速度Ｖ１を回転系車両速度（以下、「回転系速度」ともいう）Ｖ１とする。また、回転系速度Ｖ１から加速度を演算し回転系加速度Ａ１とする。

対地速度信号Ｐ２が対地速度系検出装置２で検出した物理的な変化量に関する信号であった場合、車上装置６内で演算して車両速度を算出する。あるいは、対地速度信号Ｐ２が、既に換算されて車両速度Ｖ２を示している場合、その値を車両速度Ｖ２とする。この車両速度Ｖ２を対地系速度Ｖ２とする。

また、対地系速度Ｖ２から加速度を演算し対地系加速度Ａ２とする。また、加速度信号Ｐ３から車両速度Ｖ３を演算する。この車両速度Ｖ３を加速度系速度Ｖ３とする。また、加速度信号Ｐ３から得られた加速度Ａ３を加速度系加速度Ａ３とする。本システム１０の動作を、図３〜図６を用いて以下に説明する。下記の処理は車上装置６で行う。

図３は、本発明の実施例１に係る本システム１０による滑走時の速度補正について説明するタイムチャートである。図３のタイムチャートは、基本的に速度グラフ１１であり、縦軸に速度、横軸に時間を示している。図３の速度グラフ１１に示すように、回転系速度Ｖ１と、対地系速度Ｖ２と、補正速度Ｖ４と、を示す。本システム１０は、回転系速度Ｖ１と、対地系速度Ｖ２と、により、補正速度Ｖ４を得る。

例えば、車両８の加減速度等に基づいて、滑走検知を行った場合の滑走開始時間１３、及び滑走終了時間１４を示す。滑走開始時間１３の回転系速度Ｖ１の速度を回転系速度Ｖ１Ａとし、滑走開始時間１３より一定時間前の回転系速度Ｖ１を回転系速度Ｖ１Ｂとする。

本システム１０では、滑走開始時間１３において、滑走が発生したと判断されたとき、回転系速度Ｖ１Ａ、又は回転系速度Ｖ１Ｂに対して、対地速度信号Ｖ２の速度変化を加算し、補正速度Ｖ４を算出する。なお、滑走開始時間１３による判定時より一定時間前まで遡って補正する理由は、移動閉塞における車両８の在線位置Ｘをより正確にすることにある。車上装置６は、回転系速度Ｖ１、対地系速度Ｖ２、補正速度Ｖ４を用いて車両８を制御する。

例えば、車上装置６は、滑走開始時間１３の以前において、回転系速度Ｖ１を列車制御に用い、滑走開始時間１３の以後、又はその一定時間前から補正速度Ｖ４を列車制御に用い、滑走終了時間１４以降から回転系速度Ｖ１を列車制御に用いる。その結果、回転系速度Ｖ１のみを列車制御に用いた場合に比べて、滑走の影響を小さくすることができる。

滑走の影響とは、移動閉塞による信号システムの下で、車両８を安全に運行するため必要不可欠な保安情報Ｙの精度への影響をいう。この保安情報Ｙには、移動閉塞における車両８の在線位置Ｘと速度Ｖと少なくとも何れかの情報を含む。車両８を安全に運行するために、これらの保安情報Ｙを高精度に維持することが重要である。

そのため、本システム１０は、車輪４の空転、又は滑走が生じた異常時にも、そうでない平常時のように、車両８の走行速度Ｖを補正する。補正された走行速度Ｖが正確であれば、移動閉塞における車両８の在線位置Ｘも正確になるので、複数の車両８どうしの車間距離をより短くし、ダイヤの緻密化にも寄与できる。さらに、自動運転化にも寄与する。

図４は、本発明の実施例１に係る本システム１０による空転時の速度補正について説明するタイムチャートである。図３に示す滑走時に対し、図４に示す空転時の相違点は、つぎのとおりである。空転は一般的に列車の力行中に発生することから、速度グラフ１１の速度が右上がりであり、空転した場合、回転系車両速度Ｖ１が一時的に急上昇するという点が滑走検知を示す図３とは異なる。

また、図３に示す滑走時に対し、図４に示す空転時の共通点は、つぎのとおりである。すなわち、本システム１０による空転時の速度補正方法は、図３と同様に、空転開始時間１５に、回転系速度Ｖ１Ａ、又は回転系速度Ｖ１Ｂに対して、対地速度信号Ｖ２の速度変化を加算し、補正速度Ｖ５を算出する、という点で共通している。

図５は、本発明の実施例２に係る列車保安システムによる滑走時の速度補正について説明するタイムチャートである。図５の横軸は時間であり、この時間軸を共通にして、縦軸の上から順に２つの異なるグラフをそれぞれ離すように示している。各グラフは、速度グラフ２１と、加速度グラフ２２と、である。

図５の速度グラフ２１には、回転系速度Ｖ１と、補正速度Ｖ６と、を示す。図５の加速度グラフ２２には、回転系加速度Ａ１と、加速度系加速度Ａ３と、を示している。加速度グラフ２２は、縦軸に加速度、横軸に時間を示している。本システム１０は、回転系速度Ｖ１と、加速度系加速度Ａ３と、により、補正速度Ｖ６を得る。

また、車両８の加減速度等に基づいて、滑走検知を行った場合の滑走開始時間２３、及び滑走終了時間２４を示す。例えば、滑走開始時間２３の回転系速度Ｖ１の速度を回転系速度Ｖ１Ａとし、滑走開始時間２３より一定時間前の回転系速度Ｖ１を回転系速度Ｖ１Ｂとする。

本システム１０では、滑走開始時間２３において、滑走が発生したと判断されたとき、回転系速度Ｖ１Ａ、又は回転系速度Ｖ１Ｂに対して、加速度系加速度Ａ３の加速度変化を加算し、補正速度Ｖ６を算出する。なお、滑走開始時間２３による判定時より一定時間前まで遡って補正する理由は、移動閉塞における車両８の在線位置Ｘをより正確にすることにある。車上装置６は、回転系速度Ｖ１、加速度系加速度Ａ３、補正速度Ｖ６を用いて車両８を制御する。

本システム１０では、滑走開始時間２３と判断されたとき、回転系速度Ｖ１Ａ、又は回転系速度Ｖ１Ｂに対して、加速度系加速度Ａ３で減速しているとして補正速度Ｖ６を算出する。これにより、車上装置６は、回転系速度Ｖ１、補正速度Ｖ６を使用し列車を制御する。

例えば、車上装置６は、滑走開始時間２３の以前において、回転系速度Ｖ１を列車制御に用い、滑走開始時間２３から補正速度Ｖ６を列車制御に用い、滑走終了時間２４以降、又はその一定時間前後から回転系速度Ｖ１を列車制御に用いることで、回転系速度Ｖ１のみを列車制御に用いる場合に比べて、滑走の影響を小さくすることができる。

図６は、本発明の実施例２に係る本システム１０による空転時の速度補正について説明するタイムチャートである。図５に示す滑走時に対し、図６に示す空転時の相違点は、つぎのとおりである。空転は一般的に列車の力行中に発生することから、速度グラフ２１の速度が右上がりであり、空転した場合、回転系車両速度Ｖ１が一時的に急上昇するという点が滑走検知を示す図５とは異なる。

また、図５に示す滑走時に対し、図６に示す空転時の共通点は、つぎのとおりである。すなわち、本システム１０による空転時の速度補正方法は、図５と同様に、空転開始時間２５に、回転系速度Ｖ１Ａ、又は回転系速度Ｖ１Ｂに対して、加速度系加速度Ａ３で加速しているとして補正速度Ｖ７を算出する、という点で共通している。

本システム１０によれば、空転、又は滑走の発生時に実際の車両速度Ｖと、車上装置６が車両８の制御のために用いる現在推定速度と、の間に大きな乖離を発生することを防止し、高精度な速度推定を行うことで、車両８をより安全に運行できる。

［補足］
以上、説明したように、本システム１０は、空転、又は滑走が発生する以前の車輪４の回転から得られた回転系速度Ｖ１に対して、対地系速度Ｖ２、又は加速度系速度Ｖ３から得られる速度変化量を加算することを特徴とする。なお、図３〜図６に示したグラフは、実施例１，２の本システム１０をそれぞれ説明するために、異変を極端に目立たせて記載している。

しかし、実際の本システム１０は、図３〜図６において、僅かな異変が検知され次第、瞬時に対応されるので、人に感じられない範囲で処理している。この瞬時対応のため、本システム１０は、図７の第１系速度検出ステップＳ１〜異常報知ステップＳ４の処理を毎秒１００回位の頻度で繰り返し継続的に実行し、適宜に推定速度生成ステップＳ５、及び列車制御ステップＳ６の処理を行う。

なお、本発明は、上述した実施例１，２に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現しても良い。

そしてまた、上述の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現しても良い。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク及びＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード及びＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

なお、本システム１０は、つぎのように総括することができる。
［１］本システム１０は、車両８と、制御装置６と、第１の装置１と、第２の装置２，３と、を備え、車両８の安全運転を支援するものである。なお、図１において、回転速度検出装置１は第１の装置１を意味し、対地速度検出装置２及び加速度検出装置３は、第２の装置２，３を意味している。

第１の装置１は、車輪４、及び、車輪４の車軸の少なくとも一方の回転を検出して速度情報を生成し、第１の検出値（図２の回転速度信号）Ｐ１として制御装置６に入力する。第２の装置２，３は、車両８の速度（図２の対地系速度Ｖ２，加速度系速度Ｖ３）もしくは加速度（図２の対地系加速度Ａ２，加速度系加速度Ａ３）を検出した第２の検出値Ｐ２，Ｐ３を制御装置６に入力する。なお、Ｐ２は図２の対地速度信号であり、Ｐ３は図２の加速度信号である。

また、制御装置６は、車輪４の滑走又は空転を検出した場合に、滑走又は空転が発生している間、補正後の速度情報に基づいて車両８の移動を制御する。補正後の速度情報は、第１の装置１から得られる速度検出値Ｐ１を第２の検出値Ｐ２，Ｐ３に基づいて補正することによって得られる。より詳しくはつぎのとおりである。

制御装置６は、閉塞区間とその閉塞区間における車両８の在線位置Ｘとに基づいて、該車両８の移動を制御する。第１の装置１は、車輪４、及び、その車輪４の車軸の少なくとも一方の回転を第１の検出値Ｐ１として検出し、制御装置６に入力する。第２の装置２，３は、車両８の移動状態を検出した第２の検出値Ｐ２，Ｐ３を制御装置６に入力する。

制御装置６は、第１の検出値Ｐ１に基づいて、車両８の速度Ｖ１を算出する。その速度Ｖ１を時間で積分すれば、車両８の移動距離Ｌも算出できる。その移動距離Ｌに基づいて、車両８の在線位置Ｘも算出できる。一方、制御装置６は、第１の検出値Ｐ１に基づいて、車輪４の滑走又は空転を検出する。それらが検出されたならば、そのように滑走又は空転している間、車両８の速度Ｖ１を第２の検出値Ｐ２，Ｐ３に基づいて補正する。

回転速度検出装置（第１の装置）１は、車両８の車輪４の回転に応じた第１事象に基づいて車両８の回転系速度Ｖ１を出力する。この回転系速度Ｖ１を監視することにより、車輪４の回転速度が急変する現象を検知することが可能である。したがって、車輪４の回転速度が急変する現象から、空転、滑走、又は再粘着を検知する原理を適用できる。

ただし、この原理において、監視中の車輪４が回転速度を緩慢に変化した場合、従来の検出方法では、空転、滑走、又は再粘着の異変を確実に検知することが困難であった。この場合、運行中の車両８が、実際に起動加速又は制動停止の運転操作どおりに、回転系速度Ｖ１が変化しているのであれば、空転、又は滑走の現象でなく、当然に再粘着の現象でもない。

あるいは、僅かながら空転、又は滑走しているとしても、その異変を確実に判別することは困難であった。そこで、本システム１０は、車両８の速度Ｖについて、回転系速度Ｖ１とは別系統から得られた第２系速度Ｖ２，Ｖ３の情報と併せて異変を高精度で検出できるように構成されている。

第２の装置２，３は、第１事象とは異なる第２事象に基づいて車両８の第２系速度Ｖ２，Ｖ３を出力可能である。すなわち、第２の装置２，３は、車輪４の回転とは直接に関係せず、もっぱら、運行中の車両８が、実際に起動加速又は制動停止している状態に、より近い第２事象に基づく第２系速度Ｖ２，Ｖ３を出力可能である。

一方の回転系速度Ｖ１は、これを監視することにより、車輪４の回転速度が急変する現象を検知することが可能である。他方の第２系速度Ｖ２，Ｖ３は、車両８が空転、又は滑走している異常事態の最中でも、回転系速度Ｖ１に比べて、実際の車両８の走行状態に係る速度変化を忠実に表現できる。

制御装置６は、第１の検出値Ｐ１に基づいて、車両８の速度Ｖ１を算出する。その一方で、制御装置６は、第１の検出値Ｐ１に基づいて、車輪４の滑走又は空転を検出する。それらが検出されたならば、そのように滑走又は空転している間、車両８の速度Ｖ１を第２の検出値Ｐ２，Ｐ３に基づいて補正する。補正後の速度Ｖ４〜Ｖ７は高精度である。

したがって、本システム１０は、車輪４の滑走、車輪の空転が生じても、車両８の走行速度を高い精度で特定できる。その速度Ｖを時間で積分すれば、車両８の移動距離Ｌも算出できる。その移動距離Ｌに基づいて、車両８の在線位置Ｘも算出できる。その結果、移動閉塞に対応した、保安運転を実現できる。

［２］制御装置６は、車輪４の滑走又は空転を検出した場合に、第２の装置２，３により得られた速度の加減速分を、第１の検出値Ｐ１に基づいて得られた速度に加算することにより速度情報を補正する。なお、「第１の検出値に基づいて得られた速度」とは、第１の検出値が示す速度でも良いし、第１の検出値が示す値を基に算出された速度でも良い。

これについて、図３に示すように、滑走開始時間１３から滑走終了時間１４までの速度変化を例示して説明する。この期間において、回転系速度Ｖ１が、急激に落ち込むが、車輪４が滑走しているためである。この場合、第２の装置（対地速度検出装置）２により得られた対地系速度Ｖ２の安定した下り傾斜の方が、より正確と推定される。この下り傾斜で示される速度の減少分を補正速度Ｖ４として、回転系速度Ｖ１に加算することにより速度情報を補正する。その結果、より精密な保安運転を実現できる。なお、図４には、空転の場合を示している。

［３］制御装置６は、車輪４の滑走又は空転を検出した場合に、第２の装置２，３により得られた速度の加減速分を、車輪４の滑走又は空転が発生する前の第１の検出値Ｐ１に基づいて得られた速度Ｖ１Ｂに加算することにより速度情報を補正する。

これについて、図３に示すように、滑走開始時間１３の一定時間前において、第１の検出値Ｐ１に基づく回転系速度Ｖ１Ｂが得られており、これは正確であるものと推定される。この正確な回転系速度Ｖ１Ｂに、第２の装置（対地速度検出装置）２により得られた対地系速度Ｖ２の安定した下り傾斜で示される速度の減少分を補正速度Ｖ４として、加算することにより速度情報を補正する。その結果、より精密な保安運転を実現できる。これについても、空転の場合を図４に示している。

［４］制御装置６は、車輪４の滑走又は空転を検出した場合に、第１の検出値Ｐ１に基づいて得られた回転系速度Ｖ１が、第２の装置３により得られた加速度系加速度Ａ３で変化しているものとして速度情報を補正する。

これについて、図６に示すように、空転開始時間２５から空転終了時間２６までの速度変化を例示して説明する。この期間において、回転系速度Ｖ１が、突出して上昇するが、これは、車輪４が空転しているためである。この場合、第２の装置（加速度検出装置）３により得られた一定でぶれない加速度系加速度Ａ３の方が、より正確と推定される。突出して上昇回転系速度Ｖ１に対し、正確とみなされた加速度系加速度Ａ３で、速度情報を補正する。その結果、より精密な保安運転を実現できる。なお、滑走した場合は、速度の変化が逆である以外は、同様の作用効果が得られるのでその説明を省略する。

［５］制御装置６は、車輪４の滑走又は空転を検出した場合に、車輪４の滑走又は空転が発生する前の第１の検出値である速度が、車輪４の滑走又は空転が発生している期間、第２の装置により得られた加速度で変化しているものとして速度情報を補正する。

これについても、図６に示すように、空転開始時間２５から空転終了時間２６までの速度変化を例示して説明する。車輪４の空転が発生する一定時間前の第１の検出値Ｐ１に基づいて得られた速度Ｖ１Ｂ、及びその後の速度Ｖ１Ａまでは正確である。その空転開始時間２５から空転終了時間２６まで突出して上昇回転系速度Ｖ１には誤差が多い。これに対し、正確とみなされた加速度系加速度Ａ３で、速度情報を補正する。正確とみなされた加速度系加速度Ａ３は平坦であり、一定加速度で継続しているので、速度Ｖ１Ｂ、及びその後の速度Ｖ１Ａの上り傾斜を直線的に延長することにより、速度情報を補正する。その結果、より精密な保安運転を実現できる。これも、滑走の説明は省略する。

［６］制御装置６は、車両８に搭載され、少なくとも速度Ｖの情報を含む保安情報Ｙに基づいて、車両８を制御する列車車上装置６であることが好ましい。その列車車上装置６は、さらに、演算部５と、異常報知部７と、推定速度生成部９と、を備えるか、又は制御信号の授受を可能に接続されていることが好ましい。なお、上述の演算部５、異常報知部７、及び推定速度生成部９は車上装置６に内蔵されている必要はなく、機能的に接続されていれば、どこに配設されていても構わない。

演算部５は、第１の検出値Ｐ１に基づく第１系速度Ｖ１と第２の検出値Ｐ２，Ｐ３に基づく第２系速度Ｖ２との差分と差分の変化量を求める。異常報知部７は、差分の変化量が閾値を超えたとき、車輪４の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生したものと判定し、その判定結果を車両８の制御に反映させるように報知する。推定速度生成部９は、異常報知部７が報知する異常事態の発生有無に応じて車両８の制御に用いる現在推定速度を切換え可能である。

推定速度生成部９は、以下の規則で切り替える。
・少なくとも異常事態が発生する所定時間以前、及び異常事態の終了以後には、第１系速度Ｖ１を現在推定速度とする。
・異常事態が発生する所定時間前から終了するまでの期間、又は異常事態の発生中には、回転系速度Ｖ１を第２系速度Ｖ２，Ｖ３で補正した補正速度Ｖ４〜Ｖ７を現在推定速度とする。

ここで、演算部５は、回転系速度Ｖ１と第２系速度Ｖ２，Ｖ３との差分と差分の変化量を求める。これらの差分Ｖ１−Ｖ２，又は差分Ｖ１−Ｖ３は、異変現象による回転系速度Ｖ１の変化分から、運転操作どおりの起動加速又は制動停止の現象（通常加減速現象）による変化分が除外される。その結果、監視中の車輪４が、回転速度を緩慢に変化させた場合、僅かでも空転、滑走、又は再粘着の異変が発生していれば、その異変現象のみを検知することが可能である。

異常報知部７は、差分の変化量が閾値を超えたとき、車輪４の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生（開始）したものと判定する。逆に、差分の変化量が再び閾値に収まったとき、空転又は滑走の状態から再粘着して異常事態が終了した（復旧した）ものと判定する。異常報知部７は、これらの判定結果を車上装置６の推定速度生成部９へ報知する。

車上装置６は、車両８に搭載されており、保安情報Ｙに基づいて列車を制御するものである。この車上装置６の機能、作用及び効果について、説明する。現状では、車両８の車輪４の回転に応じた第１事象に基づいて、車両８の在線位置Ｘが求められている。この在線位置Ｘは、車輪４の空転又は滑走等の異常事態があれば、誤差が発生することを避けられない。

しかし、本システム１０の車上装置６は、車輪４の回転に応じた第１事象に基づく第１の装置１と、それとは直接的な関係が少ない第２事象に基づく第２の装置２，３と、これら両者の出力の差分Ｖ１−Ｖ２の変化量，又は差分Ｖ１−Ｖ３の変化量が得られる演算部５と、を備えている。なお、差分Ｖ１−Ｖ２と、差分Ｖ１−Ｖ３と、は何れも逆の差分であっても構わない。すなわち、差分Ｖ２−Ｖ１と、差分Ｖ３−Ｖ１と、であっても良い。

演算部５が出力する差分の変化量を得られたならば、車輪４の回転速度が変化する現象について、僅かな空転、滑走、又は再粘着の現象、すなわち異変現象と、滑りの無い通常現象と、何れの状態であるかを区別することが可能となる。推定速度生成部９は、異常報知部７が報知する異常事態の発生有無に応じて列車制御に用いる現在推定速度を切換え可能である。

本システム１０は、車輪４の回転速度が急変する現象から、空転、滑走、又は再粘着を検知する原理に基づいて、回転速度の変化が僅かであっても、異変の発生を検知可能である。したがって、空転、又は滑走の発生時に実際の車両速度Ｖと、車上装置６が車両８の制御のために用いる現在推定速度と、の間に大きな乖離を発生することを防止できる。その結果、高精度な速度推定を行うことで、車両８をより安全に運行できる。

［７］本システム１０は、移動閉塞における在線位置Ｘの情報も含む保安情報Ｙを用いて列車の安全運転を支援することが好ましい。車両８は、移動閉塞の信号システムの下に、例えば、在線位置Ｘと速度Ｖとを含む保安情報Ｙを用いて、追突防止の安全領域を確保しながら安全運転される。また、本システム１０は、車輪４の回転速度の変化量が僅かであっても、異変の発生を迅速に検知可能である。この迅速検知された異常事態発生信号Ｅ（不図示）の得られたタイミングで、何らかの補正を速やかに行えば、車輪４の空転又は滑走による在線位置Ｘの狂いを少なくできる。その結果、より安全性を高めることができる。

［８］第２の装置２は、ドップラー効果を第２事象に適用して得られた第２系速度Ｖ２を車両８の対地速度とした。ドップラー効果は、車輪４の回転に応じた第１事象との直接的な関係が少ない第２事象である。これによれば、車輪４の滑りによる速度誤差の少ない第２系速度Ｖ２が得られる。第２系速度Ｖ２と回転系速度Ｖ１との差分も高精度に得られる。したがって、異変検知機能を高精度にする作用効果が得られる。このドップラー効果を得るための波動は、電磁波又は音波が好適であり、実用化が容易である。

［９］第２の装置３は、第２事象として、車両８に配設された加速度センサ３により検出される加速度信号Ｐ３の変化を用いた。加速度センサ３が生成する加速度系速度Ｖ３は、対地系速度Ｖ２とは異なり、車両８の外気から、視覚的にも完全に遮蔽密封状態の筐体内部に形成できるので、設計の自由度を広げる効果がある。

このとき、演算部５は、回転系速度（第１系速度）Ｖ１と対地系速度（第２系速度）Ｖ３との差分の変化量に代えて、回転系加速度（第１系加速度）Ａ１と加速度系加速度（第２系加速度）Ａ３との加速度差、を求めて異常事態の発生を判定することも可能である（図５及び図６）。

また、加速度と、速度の関係は、それぞれを時間で微分、又は積分することにより変換できるので、これらの何れかで差分を得るため演算処理は、所定のコンピュータプログラム等を実行することにより実現できる。

また、本発明の実施形態に係る列車車上装置（車上装置）６は、つぎのように総括できる。
［１０］車上装置６は、軌道上で車輪４を転動させて移動する車両８に搭載され、閉塞区間とその閉塞区間における車両８の在線位置Ｘとに基づいて、車両８の移動を制御することにより、車両８の安全運転を支援する制御装置６である。車上装置６は、第１の装置１と、第２の装置２と、を備えている。第１の装置１は、車輪４、及び、車輪４の車軸の少なくとも一方の回転を検出して第１の検出値Ｐ１として制御装置６に入力する。第２の装置２は、車両８の移動状態を検出した第２の検出値Ｐ２，Ｐ３を制御装置６に入力する。この制御装置６の機能、作用及び効果は、上記［１］に記載のとおりである。

本方法は、図７を用いて以下のように総括できる。図７は、図１の本システムを用いた列車保安制御方法（本方法）の動作手順を説明するフローチャートである。
［１１］本方法は、軌道上で車輪４を転動させて移動する車両８を、その車両８に搭載された列車車上装置６が少なくとも速度情報Ｖを含む保安情報Ｙに基づいて、制御する方法である。本方法は、図７に示すように、第１系速度検出ステップＳ１と、第２系速度検出ステップＳ２と、差分算出ステップＳ３と、異常報知ステップＳ４と、推定速度生成ステップＳ５と、列車制御ステップＳ６と、を有する。

第１系速度検出ステップＳ１は、第１の装置１が車輪４、及び、該車輪４の車軸の少なくとも一方の回転を検出して第１系速度Ｖ１を出力する。第２系速度検出ステップＳ２は、第２の装置２が車両８の移動状態を検出して第２系速度Ｖ２を出力する。差分算出ステップＳ３は、差分演算部５により第１系速度Ｖ１と第２系速度Ｖ２との差分を求める。

異常報知ステップＳ４は、差分が閾値を超えたとき、異常報知部７が、車輪４の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生したものと判定し、異常事態発生信号Ｅを列車車上装置６へ報知する。推定速度生成ステップＳ５は、異常事態の発生有無に応じて列車車上装置６に用いられる現在推定速度を推定速度生成部９が切換える。列車制御ステップＳ６は、現在推定速度を用いて、列車車上装置６が車両８を制御する。

推定速度生成ステップＳ５は、車上装置６が、異常報知部７が報知する異常事態の発生有無に応じて列車制御に用いる現在推定速度を切換える。この推定速度生成ステップＳ５は、以下の切換え規則で切り替える。
・少なくとも異常事態が発生する所定時間以前、及び異常事態の終了以後には、第１系速度Ｖ１を現在推定速度とする。
・異常事態が発生する所定時間前から終了するまでの期間、又は異常事態の発生中には、回転系速度Ｖ１を第２系速度Ｖ２，Ｖ３で補正した補正速度Ｖ４〜Ｖ７を現在推定速度とする。

列車制御ステップＳ６は、異常事態発生信号Ｅを用いて、車上装置６が車両８を制御する。このような本方法の構成要件も、上記［６］の本システム１０と概ね同様であり、これらによる作用効果も同様である。このように、本方法は、速度の補正手段として、上述の推定速度生成ステップＳ５を有し、異常報知部７により報知される異常事態の発生有無に応じて、推定速度生成部９が列車制御に用いる現在推定速度を切換える。その結果、より高精度な保安情報を生成して車両８の安全運転を支援することができる。

［１２］また、上記［１１］の本方法において、異常報知部７は、差分が閾値を超えて異常事態が発生した後で、差分が閾値以下に戻ったとき、異常事態が終了したものと判定する。車輪４の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生してから、再び粘着して異常事態が終了するまでの期間は、車両８の車輪４の回転から得られた在線位置Ｘに対し、何らかの補正が必要であることを明確にすることができる。

１ 回転速度系検出装置（回転速度検出装置）、２ 対地速度系検出装置（第２の装置）、３ 加速度系検出装置（第２の装置）、４ 車輪、５ 差分演算部、６ 列車車上装置（車上装置）、７ 異常報知部、８ 列車（車両）、９ 推定速度生成部、１０ 列車保安システム（本システム）、１１ 速度グラフ、１３ 滑走開始時間、１４ 滑走終了時間、１５ 空転開始時間、１６ 空転終了時間、２１ 速度グラフ、２２ 加速度グラフ、２３ 滑走開始時間、２４ 滑走終了時間、２５ 空転開始時間、２６ 空転終了時間、Ａ１ 回転系加速度、Ａ２ 対地系加速度、Ａ３ 加速度系加速度、Ｅ 異常事態発生信号、Ｐ１ 回転速度信号、Ｐ２ 対地速度信号、Ｐ３ 加速度信号、Ｖ１ 回転系速度、Ｖ１Ａ 回転系速度Ａ、Ｖ１Ｂ 回転系速度Ｂ、Ｖ２ 対地系速度（第２系速度）、Ｖ３ 加速度系速度（第２系速度）、Ｖ４〜Ｖ７ 補正速度

Claims (12)

1. 軌道上で車輪を転動させて移動する車両の移動を制御する制御装置を備えた列車保安システムであって、
   前記車輪、及び、該車輪の車軸の少なくとも一方の回転を検出して速度情報を生成し、第１の検出値として前記制御装置に入力する第１の装置と、
   前記車両の速度、もしくは加速度を検出した第２の検出値を前記制御装置６に入力する第２の装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記車輪の滑走又は空転を検出した場合に、当該滑走又は空転が発生している間、前記第１の装置から得られる速度検出値を前記第２の検出値に基づいて補正して、補正後の速度情報に基づいて前記車両の移動を制御する、
   列車保安システム。
2. 前記制御装置は、
   前記車輪の滑走又は空転を検出した場合に、前記第２の装置により得られた速度の加減速分を、前記第１の検出値に基づいて得られた速度に加算することにより速度情報を補正する、
   請求項１に記載の列車保安システム。
3. 前記制御装置は、
   前記車輪の滑走又は空転を検出した場合に、前記第２の装置により得られた速度の加減速分を、前記車輪の滑走又は空転が発生する前の前記第１の検出値に基づいて得られた速度に加算することにより速度情報を補正する、
   請求項１に記載の列車保安システム。
4. 前記制御装置は、
   前記車輪の滑走又は空転を検出した場合に、前記第１の検出値に基づいて得られた速度が、前記第２の装置により得られた加速度で変化しているものとして速度情報を補正する、
   請求項１に記載の列車保安システム。
5. 前記制御装置は、
   前記車輪の滑走又は空転を検出した場合に、前記車輪の滑走又は空転が発生する前の前記第１の検出値に基づいて得られた速度が、前記車輪の滑走又は空転が発生している期間、前記第２の装置により得られた加速度で変化しているものとして速度情報を補正する、
   請求項１に記載の列車保安システム。
6. 前記制御装置は、前記車両に搭載され少なくとも速度情報を含む保安情報に基づいて前記車両を制御する列車車上装置であり、
   該列車車上装置は、さらに、
   前記第１の検出値に基づく第１系速度と前記第２の検出値に基づく第２系速度との差分の変化量を求める演算部と、
   前記差分の変化量が閾値を超えたとき、前記車輪の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生したものと判定し、その判定結果を前記車両の制御に反映させるように報知する異常報知部と、
   該異常報知部が報知する前記異常事態の発生有無に応じて前記車両の制御に用いる現在推定速度を生成可能な推定速度生成部と、
   を備えるか、又は制御信号の授受を可能に接続され、
   前記推定速度生成部は、以下の規則で切り替える、
   ・少なくとも前記異常事態が発生する所定時間以前、及び前記異常事態の終了以後には、前記第１系速度を現在推定速度とし、
   ・前記異常事態が発生する所定時間前から終了するまでの期間、又は前記異常事態の発生中には、前記第１系速度を前記第２系速度で補正した補正速度を現在推定速度とする、
   請求項１に記載の列車保安システム。
7. 移動閉塞における在線位置情報も含む前記保安情報を用いて前記車両の安全運転を支援する、
   請求項６に記載の列車保安システム。
8. 前記第２の装置は、ドップラー効果を応用して得られた前記車両の対地速度を前記第２系速度とし、
   前記ドップラー効果を得るための波動は電磁波又は音波である、
   請求項６に記載の列車保安システム。
9. 前記第２の装置は、前記車両に配設された加速度センサにより検出される加速度信号の変化を用い、
   前記演算部は、前記第１系速度と前記第２系速度との差分の変化量に代えて、第１系加速度と第２系加速度との加速度差、
   を求めて前記異常事態の発生を判定することも可能である、
   請求項６に記載の列車保安システム。
10. 軌道上で車輪を転動させて移動する車両に搭載されて、閉塞区間と該閉塞区間における前記車両の在線位置とに基づいて、該車両の走行を制御するための列車車上装置であって、
    前記車輪、及び、該車輪の車軸の少なくとも一方の回転を検出する第１の装置により得られる第１の検出値と、
    前記車両の移動状態を検出する第２の装置により得られる第２の検出値と、
    を取得し、
    前記第１の検出値に基づいて、前記車両の速度を算出し、
    該速度に基づいて、前記車両の移動距離を算出し、
    該移動距離に基づいて、前記車両の在線位置を算出し、
    前記第１の検出値に基づいて、前記車輪の滑走又は空転を検出し、
    当該滑走又は空転を検出すると、当該滑走又は空転の間前記車両の速度を前記第２の検出値に基づいて補正する、
    列車車上装置。
11. 軌道上で車輪を転動させて移動する車両を、該車両に搭載された列車車上装置が少なくとも速度情報Ｖを含む保安情報Ｙに基づいて制御する列車保安方法であって、
    第１の装置が前記車輪、及び、該車輪の車軸の少なくとも一方の回転を検出して第１系速度を出力する第１系速度検出ステップと、
    第２の装置が前記車両の移動状態を検出して第２系速度を出力する第２系速度検出ステップと、
    差分演算部により前記第１系速度と前記第２系速度との差分の変化量を求める差分算出ステップと、
    前記差分の変化量が閾値を超えたとき、異常報知部が、前記車輪の空転又は滑走の少なくとも何れかの異常事態が発生したものと判定して異常事態発生信号を前記列車車上装置へ報知する異常報知ステップと、
    前記異常事態の発生有無に応じて前記列車車上装置に用いられる現在推定速度を推定速度生成部が切換える推定速度生成ステップと、
    前記現在推定速度を用いて、前記列車車上装置が前記車両を制御する列車制御ステップと、
    を有し、
    前記推定速度生成ステップは、以下の切換え規則で切り替える、
    ・少なくとも前記異常事態が発生する所定時間以前、及び前記異常事態の終了以後には、前記第１系速度を前記現在推定速度とし、
    ・前記異常事態が発生する所定時間前から終了するまでの期間、又は前記異常事態の発生中には、前記第１系速度を前記第２系速度で補正した補正速度を前記現在推定速度とする、
    列車保安制御方法。
12. 前記異常報知部は、前記差分が閾値を超えて前記異常事態が発生した後で、前記差分の変化量が閾値以下に戻ったとき、前記異常事態が終了したものと判定する、
    請求項１１に記載の列車保安制御方法。
    

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