JP6947593B2 - 列車制御システム - Google Patents

Description

本発明は、列車検知信号により列車の在線／非在線と車上装置の種類を判別し、列車の制御を行う列車制御システムに関する。

新交通システムでは、ゴムタイヤによる走行をしているため、レールによる軌道回路のような車軸短絡方式による列車検知ができない。このため、一般的には車上装置からアンテナを介して地上のループコイルに列車検知信号（以下、ＴＤ信号と略称する）を送信し、このＴＤ信号の有無を地上装置で検知して、該当ループコイル（軌道）上における列車の在線／非在線を検出している（特許文献１参照）。

特開２００８−１３０４３号公報

ところで、地上装置を新たな信号システムに更新する場合、多数の車両に搭載されている機器も交換しなければならないため、過渡期においては新旧の車上装置が混在することがある。そこで、上記特許文献１では、車上装置から送信するＴＤ信号の搬送波の位相を車上装置の種類により変えることにより、既設の車上装置（旧信号対応車上装置）と新型の車上装置（新信号対応車上装置）を識別している。

しかしながら、特許文献１に提案されている技術では、地上装置側で情報を受信する場合に、ＴＤ信号を受信して復調する回路の他に、搬送波の位相を検出する複雑な回路が必要となる。また、ＴＤ信号とこのＴＤ信号と同じ周波数帯域に入ってくる雑音とのレベル比（Ｓ／Ｎ比）を十分にとる必要があるため、車上装置から送信するＴＤ信号の出力を大きくしなければならない、という課題がある。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、復調の方式が異なる複雑な回路を設けたり、列車検知信号の出力を大きくしたりすることなく、車上装置の種類を判別できる列車制御システムを提供することにある。

本発明の一態様に係る列車制御システムは、地上に設置したループコイルに車上装置から変調された列車検知信号を送信し、該ループコイルを介して地上装置で受信した列車検知信号を復調して列車の在線／非在線を検出し、列車を制御するシステムであって、前記車上装置から送信される列車検知信号のマークスペース比を車上装置の種類に応じて変え、地上装置で受信した列車検知信号の高調波成分のうち１次以外の成分に基づいて車上装置の種類を判別する、ことを特徴とする。

本発明によれば、列車検知信号の高調波成分の相違に基づいて車上装置の種類を判別するので、復調の方式が異なる複雑な回路を設けたり、列車検知信号の出力を大きくしたりすることなく、車上装置の種類を判別できる。

本発明の実施形態に係る列車制御システムの概略構成を示す機能ブロック図である。 図１に示したＴＤ信号受信装置の構成例を示す機能ブロック図である。 旧信号対応車上装置と新信号対応車上装置におけるＴＤ信号のＭＳ比の例を示す波形図である。 旧信号対応車上装置におけるＴＤ信号のスペクトルを示す図である。 新信号対応車上装置におけるＴＤ信号のスペクトルを示す図である。 図１及び図２に示した列車制御システムにおける列車の在線／非在線の検出と車上装置の種類の判別動作について説明するためのフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る列車制御システムの構成例を示している。このシステムは、地上に設置したループコイルＬＣに車上装置１から変調されたＴＤ信号を送信し、該ループコイルＬＣを介して地上装置２で受信したＴＤ信号を復調して列車の在線／非在線を検出し、列車を制御するようになっており、いわゆるＡＴＣ／ＴＤ（自動列車制御／列車検知：Automatic Train Control / Train Detection）と呼ばれるものである。

列車に搭載される車上装置１には、ＴＤ信号送信装置３とＡＴＣ信号受信装置４が設けられており、地上装置２にはＴＤ信号受信装置５とＡＴＣ信号送信装置６が設けられている。ＴＤ信号送信装置３は、ＴＤ信号を生成してアンテナ１７を介して地上のループコイルＬＣに送信するものであり、搬送波発生部７、変調部８、増幅器（ＡＭＰ）９、変調波設定部１０、及びＴＤ信号用フィルタ１６等を備えている。変調波設定部１０には、本例では新信号対応車上装置（または新設車両）用にマークスペース比（ＭＳ比）が「１：１」の変調波と、旧信号対応車上装置（または既設車両）用にＭＳ比が「３：１」の変調波とが設定されている。そして、搬送波発生部７で発生した搬送波を、変調波設定部１０に設定されている変調波により変調部８で振幅変調してＴＤ信号を生成し、増幅器９で増幅した後、ＴＤ信号用フィルタ（バンドパスフィルタ）１６を介して出力するようになっている。

ＴＤ信号受信装置５は、ループコイルＬＣから受信したＴＤ信号を復調するために変調波を検出する変調波検出部１１と、この変調波検出部１１により検出した変調波からＴＤ信号を識別し、列車の在線を示す列車検知出力、列車の非在線を示す列車非検知出力、及び既設の車上装置（旧信号対応車上装置）か新型の車上装置（新信号対応車上装置）かを示す新旧信号切替出力信号をそれぞれ出力するＴＤ信号識別部１２とを含んでいる。ＡＴＣ信号送信装置６は、ＴＤ信号受信装置５で受信した車上装置１の種類（新信号対応車上装置か、あるいは旧信号対応車上装置か）に対応する列車制御信号（ＡＴＣ信号）を、ループコイルＬＣを介して車上装置１に送信するものである。このＡＴＣ信号送信装置６は、新信号対応のＡＴＣ信号を出力する新ＡＴＣ信号送信機１３、旧信号対応のＡＴＣ信号を出力する旧ＡＴＣ信号送信機１４、及びこれら送信機１３，１４から出力されるＡＴＣ信号を、ＴＤ信号識別部１２から出力される新旧信号切替出力信号に基づいて切り替える新旧ＡＴＣ信号送信切替部１５を含んでいる。そして、新旧ＡＴＣ信号送信切替部１５で選択された、新ＡＴＣ信号送信機１３または旧ＡＴＣ信号送信機１４から出力されるＡＴＣ信号が、車上装置１のＡＴＣ信号用フィルタ（バンドパスフィルタ）１８を介してＡＴＣ信号受信装置４に供給されて列車が制御されるようになっている。

図２は、図１におけるＴＤ信号受信装置５の構成例を示す機能ブロック図である。変調波検出部１１は、振幅変調波から変調波成分を抽出するものであり、検波器２０と、ＴＤ信号（本例では振幅変調波であり、ここではＴＤ変調波と称する）の１次成分を通過する列車検知用フィルタ２５と、ＴＤ変調波の２次成分を通過する種類判別用フィルタ２６とを備えている。また、ＴＤ信号識別部１２は変調波識別部２２とＴＤ信号検出部２３とを備えており、変調波識別部２２は、列車検知用レベル検出器２７と種類判別用レベル検出器２８とを含んでいる。そして、列車検知用フィルタ２５を通過したＴＤ変調波における１次成分のレベルが列車検知用レベル検出器２７で検出される。また、種類判別用フィルタ２６を通過したＴＤ変調波における２次成分のレベルが種類判別用レベル検出器２８で検出される。

ＴＤ信号検出部２３は、列車検知用信号閾値判別部２９と種類判別用信号閾値判別部３０とを備えている。列車検知用信号閾値判別部２９でＴＤ変調波の１次成分が列車検知用閾値以上であると判定されると、列車検知出力が地上装置２に入力されて列車の在線が認識され、列車検知用閾値未満であると判定されると、新旧ＡＴＣ信号送信切替部１５へ列車の非在線を示す列車非検知出力が供給される。この新旧ＡＴＣ信号送信切替部１５へ送る信号は、列車非在線時にどのような信号を送るか予め決めておき、その信号を送信するようにすると良い。また、種類判別用信号閾値判別部３０でＴＤ変調波の２次成分が種類判別用閾値以上であると判定されると、新旧信号切替出力信号として新型判定出力が新旧ＡＴＣ信号送信切替部１５へ供給され、種類判別用閾値未満であると判定されると、新旧信号切替出力信号として旧型判定出力が新旧ＡＴＣ信号送信切替部１５へ供給される。

図３は、既設の車上装置（旧信号対応車上装置）と新設の車上装置（新信号対応車上装置）における各ＴＤ信号のＭＳ比の例を示す波形図である。本例では、（ａ）図に示すように既設の車上装置のＭＳ比は「３：１」に設定され、（ｂ）図に示すように新設の車上装置のＭＳ比は「１：１」に設定されている。
なお、既設の車上装置では、ＴＤ信号をＭＳ比が「３：１」の振幅変調波としているが、これは、列車を検知する地上装置が抑圧方式としていたためであった（Ｍを大きくした方が抑圧作用に有利となるため）。現状では非抑圧方式となっており、Ｍを大きくする必要はない。そこで、新設の車上装置のＴＤ信号としてＭＳ比を「１：１」としている。
但し、ＭＳ比が「３：１」と「１：１」は、現状のシステムを考慮した一例であって、地上装置２で受信したＴＤ信号の高調波成分の相違に基づいて車上装置１の種類を判別できれば良いので、これらの比に限定されるものではない。

図４はＭＳ比が「３：１」の変調波のスペクトルを示しており、旧信号対応車上装置におけるＴＤ信号のスペクトルに対応する。また、図５はＭＳ比が「１：１」の変調波のスペクトルを示しており、新信号対応車上装置におけるＴＤ信号のスペクトルに対応している。列車を検知するためには、ＴＤ信号の変調波の１次成分を検出する。そのため、ＭＳ比が変わったとしても、列車検知の機能に相違はない。

これに対し、ＭＳ比が「１：１」の場合は、１次、３次、５次、７次、９次、…というように変調波の奇数次成分しか発生せず、ＭＳ比が「３：１」の場合には、１次、２次、３次、５次、６次、７次、９次、…というように４次、８次、１２次、…が発生しない。すなわち、ＭＳ比が「１：１」の場合は、ＴＤ変調波の１周期Ｔの分割数ｎが２（ｎ＝２）であり、２の倍数の次数の変調波は発生しない。一方、ＭＳ比が「３：１」の場合は、１周期Ｔの分割数ｎが４（ｎ＝４）であり、４の倍数の次数の変調波は発生しない。ここで、ＭＳ比が「３：１」と「１：１」の場合の大きなスペクトルの相違は、２次、６次、１０次、…の成分が発生しているか否かである。本発明では、この点に着目し、新旧の車上装置の識別をＴＤ信号の２次成分の有無で判別する。なお、スペクトラム振幅が大きい２次成分が好ましいが、６次成分、１０次成分、…の有無でも判別できる。

次に、上記のような構成において、図６のフローチャートにより列車の在線／非在線と車上装置１の種類の判別動作について説明する。車上装置１のＴＤ信号送信装置３から、既設の車上装置か新設の車上装置かに応じて図３（ａ）または図３（ｂ）に示したようなＴＤ信号が出力され、地上装置２のＴＤ信号受信装置５に入力される（ステップＳ１）。このＴＤ信号は、変調波検出部１１に入力され、検波器２０により検波された後、ＴＤ変調波の１次成分を通過する列車検知用フィルタ２５によりフィルタ処理が実行されるとともに（ステップＳ２）、ＴＤ変調波の２次成分を通過する種類判別用フィルタ２６によりフィルタ処理が実行される（ステップＳ３）。

続いて、変調波識別部２２でフィルタ処理後のレベル値の検出が行われる。すなわち、列車検知用フィルタ２５の出力が列車検知用レベル検出器２７に供給されて列車検知用のレベル検出が行われる（ステップＳ４）。また、種類判別用フィルタ２６の出力が種類判別用レベル検出器２８に供給されて種類判別用のレベル検出が行われる（ステップＳ５）。上記列車検知用レベル検出器２７の出力信号は、ＴＤ信号検出部２３の列車検知用信号閾値判別部２９に供給されて１次成分が所定の閾値以上か否かが判定される（ステップＳ６）。上記種類判別用レベル検出器２８の出力信号は、ＴＤ信号検出部２３の種類判別用信号閾値判別部３０に供給されて２次成分が所定の閾値以上か否かが判定される（ステップＳ７）。

そして、列車検知用信号閾値判別部２９で１次成分が所定の閾値以上であると判定されると、列車の在線が検知されたと判断されて列車検知出力が出力され（ステップＳ８）、所定の閾値未満であると判定されると、列車は非在線であると判断されて列車非検知出力が出力される（ステップＳ９）。また、列車検知用信号閾値判別部２９で１次成分が所定の閾値以上であり、且つ種類判別用信号閾値判別部３０で２次成分が所定の閾値以上であると判定されると（ステップＳ１０）、種類判別用信号閾値判別部３０から新旧信号切替出力信号として新型判定出力が新旧ＡＴＣ信号送信切替部１５へ供給される（ステップＳ１２）。更に、列車検知用信号閾値判別部２９で１次成分が所定の閾値以上であり、且つ種類判別用信号閾値判別部３０で２次成分が所定の閾値未満であると判定されると（ステップＳ１１）、種類判別用信号閾値判別部３０から新旧信号切替出力信号として旧型判定出力が新旧ＡＴＣ信号送信切替部１５へ供給される（ステップＳ１３）。

なお、ステップＳ１０とステップＳ１１については、より安全を考慮して、列車が在線時に新型または旧型を判定して信号を送ることにしているものであるが、列車の在線条件を考慮しなくても制御に支障がないため、このステップＳ１０とステップＳ１１を省略しても良い。この場合には、ステップＳ７で２次成分が所定の閾値以上であると判定されたときに、新旧信号切替出力信号として新型判定出力が新旧ＡＴＣ信号送信切替部１５へ供給され、２次成分が所定の閾値未満であると判定されたときに、新旧信号切替出力信号として旧型判定出力が新旧ＡＴＣ信号送信切替部１５へ供給される。
新旧ＡＴＣ信号送信切替部１５へ供給された旧型判定出力によって旧ＡＴＣ信号送信機１４の出力が選択され、新型判定出力によって新ＡＴＣ信号送信機１３の出力が選択される。そして、選択された送信機１３または１４の出力が、車上装置１のＡＴＣ信号用フィルタ１８を介してＡＴＣ信号受信装置４によって受信され、列車の在線／非在線と車上装置１の種類の判別結果に基づいて列車が制御される。

上述したように、本発明では、従来と同等のＴＤ信号検出回路を用い、検出の論理を変えることにより、新信号対応車上装置（あるいは新設車両）か、旧信号対応車上装置（あるいは既設車両）かを判別する。すなわち、車上装置１から送信するＴＤ信号のＭＳ比を、新設車両か既設車両かに応じて変え、地上装置２で受信した信号の高調波の２次成分の有無を検出して新設車両か既設車両かを判別する。換言すれば、ＴＤ信号のＭＳ比が「１：１」なのか、「３：１」なのかによって出力される変調波のスペクトル成分に違いが生ずるので、ヌル点の違いを使って見分けることができる。よって、変調波の周波数などを変える必要がなく、既存の設備を生かせるので、復調の方式が異なる複雑な回路を設ける必要がない。

なお、図２における変調波検出部１１とＴＤ信号識別部１２に、破線で囲んだ回路部１００を付加する必要があるが、この回路部１００はフィルタ、レベル検出器及び新旧判定部等であり、回路規模の増大は比較的小さくて済む。また、列車の在線／非在線は、ＴＤ信号の高調波成分のうち１次成分で判別し、２次成分の有無で車上装置１の新旧を判別するので、レベルの大きな信号を利用でき、ＴＤ信号の出力を大きくする必要もない。

＜変形例１＞
上述した実施形態では、ＴＤ信号の高調波成分のうち１次成分で列車の在線／非在線を判定し、２次成分の有無で車上装置の種類を判別したが、ＴＤ信号の高調波成分のうち１次成分で列車の在線／非在線を判定し、１次成分と２次成分のレベル比で車上装置の種類を判別するようにしても良い。１次成分のレベルに対して、２次成分のレベルの相対的な比を考慮することで検出精度を上げることができる。

＜変形例２＞
また、列車の在線は、ＴＤ信号の高調波成分のうち１次成分が所定の閾値以上のレベルのときに列車の在線と判定する。列車種類判別の際、１次成分が所定の閾値以上あることを判定条件に含めることで、耐ノイズ性を向上できる。

＜変形例３＞
ＭＳ比が「１：１」を新信号対応車上装置に割り当て、ＭＳ比が「３：１」を旧信号対応車上装置に割り当てる場合を例に取って説明したが、ＭＳ比の割り当てはこれに限られるものではないことは勿論であり、高調波成分の相違に基づいて車上装置の種類を判別できれば任意のＭＳ比に設定できる。

＜変形例４＞
更に、ＴＤ信号識別部１２をハードウェアで実現する例について説明したが、マイクロコンピュータ等のソフトウェアでも同様な機能を実現できる。

以上の実施形態で説明された回路構成や動作手順等については、本発明が理解・実施できる程度に概略的に示したものに過ぎない。従って本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

１…車上装置、２…地上装置、３…ＴＤ信号送信装置、４…ＡＴＣ信号受信装置、５…ＴＤ信号受信装置、６…ＡＴＣ信号送信装置、７…搬送波発生部、８…変調部、９…増幅器、１０…変調波設定部、１１…変調波検出部、１２…ＴＤ信号識別部、１３…新ＡＴＣ信号送信機、１４…旧ＡＴＣ信号送信機、１５…新旧ＡＴＣ信号送信切替部、２０…検波器、２２…変調波識別部、２３…ＴＤ信号検出部、２５…列車検知用フィルタ、２６…種類判別用フィルタ、２７…列車検知用レベル検出器、２８…種類判別用レベル検出器、２９…列車検知用信号閾値判別部、３０…種類判別用信号閾値判別部、ＬＣ…ループコイル

Claims (6)

1. 地上に設置したループコイルに車上装置から変調された列車検知信号を送信し、該ループコイルを介して地上装置で受信した列車検知信号を復調して列車の在線／非在線を検出し、列車を制御するシステムであって、
   前記車上装置から送信される列車検知信号のマークスペース比を車上装置の種類に応じて変え、地上装置で受信した列車検知信号の高調波成分のうち１次以外の成分に基づいて車上装置の種類を判別する、列車制御システム。
2. 前記列車検知信号の高調波成分のうち１次成分で列車の在線／非在線を判定し、２次成分の有無で車上装置の種類を判別する、ことを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
3. 前記列車検知信号の高調波成分のうち１次成分で列車の在線／非在線を判定し、１次成分と２次成分のレベル比で車上装置の種類を判別する、ことを特徴とする請求項１に記載の列車制御システム。
4. 前記列車検知信号における高調波の１次成分を通過する列車検知用フィルタと、前記列車検知信号における高調波の２次成分を通過する種類判別用フィルタとを備える、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の列車制御システム。
5. 前記列車検知用フィルタの出力レベルを検出する列車検知用レベル検出器と、前記列車検知用レベル検出器の出力が列車検知用閾値を超えたか否かを判定する列車検知用信号閾値判別部と、前記種類判別用フィルタの出力レベルを検出する種類判別用レベル検出器と、前記種類判別用レベル検出器の出力が種類判別用閾値を超えたか否かを判定する種類判別用信号閾値判別部とを備える、ことを特徴とする請求項４に記載の列車制御システム。
6. 前記列車検知信号の高調波成分のうち１次成分が所定の閾値以上のレベルのときに列車の在線と判定する、ことを特徴とする請求項２乃至５いずれか１つの項に記載の列車制御システム。

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