車上装置、及び、列車の走行距離算出方法
【課題】列車の走行距離を、低コストで、しかも連続的かつ高精度に算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る車上装置１は、複数の非接触式センサ２０、３０を有し、前記非接触式センサ２０、３０のそれぞれから入力される地物検知信号ｓ２、ｓ３に基づいて列車の走行距離を算出する。
【解決手段】本発明に係る車上装置１は、複数の非接触式センサ２０、３０を有し、前記非接触式センサ２０、３０のそれぞれから入力される地物検知信号ｓ２、ｓ３に基づいて列車の走行距離を算出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車上装置、及び、列車の走行距離算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、列車の走行距離を算出する先行技術文献として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１の車上装置を構成する速度発電機は、列車の車輪に取り付けられ、車輪の回転に応じた周期性を持つ電圧信号を生成し、速度信号として信号処理回路に供給する。信号処理回路は、前記速度信号から列車の走行距離を算出するものである。
【０００３】
ところで、速度信号から算出される列車の走行距離と、実際の列車の走行距離とは、必ずしも一致しないことが知られている。例えば、この種の速度発電機では、列車が時速５ｋｍ以下の極低速領域で走行している場合、速度信号は生成されない。その結果、列車が実際に走行しているにもかかわらず、速度信号から走行を検知できないこととなり、速度信号から算出される列車の走行距離と、実際の列車の走行距離との間で、ずれが生じる。
【０００４】
また、列車が悪天候下を走行する場合、例えば雨や雪、霧などの水分がレール上に付着すると、この付着した水分によりレールと車輪との摩擦係数が低下する。その結果、空転や滑走などの不具合が生じることとなり、速度信号から算出される列車の走行距離と、実際の列車の走行距離との間で、ずれが生じる。
【０００５】
上述した走行距離のずれは、冒進事故の要因となり、最悪の場合、列車同士の衝突など重大な死傷事故を招きかねないため、補正されなければならない。このずれの補正する従来技術として、例えば特許文献２がある。特許文献２の自動列車停止装置では、地上装置から車上装置に絶対位置情報を送信することにより、前記ずれが補正される。
【０００６】
また、特許文献３の自動列車制御装置では、在線する各列車に無線機を搭載し、先行列車および後続列車と無線通信を行って自列車の位置を相対的に把握することにより、前記ずれが補正される。
【０００７】
さらに、列車に、全地球測位システム（GPS：Global Positioning System)のＧＰＳ受信機などパッシブな位置情報受信機を搭載することにより、前記ずれを補正することも行われている。
【０００８】
しかし、上述した従来技術では、以下の点で新たな問題が生じることとなる。まず、特許文献２では、地上装置を設置しなければならない分だけコスト高を招く。特に、この種の地上装置は、軌道の全長に渡って、その閉そく区間毎に設置されるから、その設置数に比例して莫大な費用負担を強いられることとなる。
【０００９】
また、特許文献３では、在線する各列車毎に無線機を搭載しなければならないから、コスト高を招く。同様の問題は、列車にＧＰＳ受信機を搭載する構成でも生じる。しかも、ＧＰＳ電波は、地理的条件によっては受信できない。その結果、列車が、例えばトンネル内や駅校舎内、高層ビル群の間や山間部などを走行している間は、ＧＰＳ電波を受信できず、その結果、前記ずれを補正することができないこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０６−１９７４０４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５９１９４号公報
【特許文献３】特開２００１−２１３３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、車両の走行距離を、低コストで算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することである。
【００１２】
本発明のもう１つの課題は、車両の走行距離を、連続的かつ高精度に算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するため、本発明に係る車上装置は、複数の非接触式センサを有し、非接触式センサのそれぞれから入力される地物検知信号に基づいて車両の走行距離を算出する。
【００１４】
上述したように、本発明の特徴は、地物、すなわち在線する軌道付近にもともと存在する枕木やレール、架線の繋ぎ目や碍子、ガントリーなどを用いて自列車位置を認識する点に特徴の一つがある。具体的に、本発明に係る車上装置による列車の走行距離算出方法は、車両において間隔を隔てて配置された複数の非接触式センサによって、特定の地物を検知して地物検知信号を供給し、地物検知信号の入力時間差から車両の走行距離を算出するステップを含む。
【００１５】
この構成によると、自列車の走行距離を算出するため、地上側に新たな設備を設置する必要はないから、走行距離を低コストで算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することができる。
【００１６】
また、本願発明は、軌道に沿って固定的に設置されている地物を検知対象物とするから、列車の走行距離を高精度に算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することができる。もちろん、列車の走行距離を高精度に算出することにより、速度信号から算出される列車の走行距離と、実際の列車の走行距離との間のずれの問題は解消される。
【００１７】
上述した地物は、もともと軌道に沿って連続的に設置されているから、車両の走行距離を、連続的に算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）列車の走行距離を、低コストで算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することができる。
（２）列車の走行距離を、連続的かつ高精度に算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することができる。
【００１９】
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は、単に、例示に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る車上装置のブロック図である。
【図２】図１の車上装置による走行距離算出方法について模式的に示す図である。
【図３】（ａ）は第１の非接触式センサ２０における電磁波送信のタイムチャート、（ｂ）は第１の非接触式センサ２０における反射波受信のタイムチャート、（ｃ）は地物検知信号ｓ２のタイムチャート、（ｄ）は第２の非接触式センサ３０における電磁波送信のタイムチャート、（ｅ）は第２の非接触式センサ３０における反射波受信のタイムチャート、（ｆ）は地物検知信号ｓ３のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１乃至図３において同一符号は、同一又は対応部分を示すものとする。本発明の実施形態に係る車上装置は、主として列車の走行距離を算出し、算出した走行距離から列車の現在位置を把握するために用いられるものであって、複数の非接触式センサを有し、非接触式センサのそれぞれから入力される地物検知信号に基づいて列車の走行距離を算出する点に特徴がある。以下、図１乃至図３を参照して具体的に説明する。
【００２２】
図１及び図２の車上装置１は、車軸回転検出器１０と、第１の非接触式センサ２０と、第２の非接触式センサ３０と、信号処理部４０とを含む。
【００２３】
車軸回転検出器１０は、列車５の車輪５０又は車軸付近に取り付けられ、車輪５０又は車軸の回転に応じた周期性を持つ電圧信号を生成し、速度信号ｓ１として供給するものであり、例えば速度発電機などがこれにあたる。速度信号ｓ１は、情報伝送ケーブルを介して信号処理部４０に供給される。
【００２４】
第１、第２の非接触式センサ２０、３０は、列車５において間隔Ｌを隔てて配置され、所定の地物に対して電磁波を送信する。ここで「地物」とは、この種の鉄道路線に設置される設備インフラを広く指す言葉であって、典型的には枕木６１や、レール６２、架線６３、架線６３の繋ぎ目６４や碍子６５、架線６３の支柱６６のほか、図示しないガントリーや手すりなどがこれに該当する。また、送信される電磁波は、この種の分野において周知のものを用いることができる。
【００２５】
列車５における第１、第２の非接触式センサ２０、３０の設置位置、及び、向きは、検知対象物（ターゲット）とする地物の設置位置に追従して決定される。すなわち、架線６３や、繋ぎ目６４、碍子６５などをターゲットとする場合、第１、第２の非接触式センサ２０、３０は、列車５の屋根部分に、上向きに配置される。また、ターゲットが支柱６６の場合には、第１、第２の非接触式センサ２０、３０は車体側面に、水平方向に向けて配置され、ターゲットが枕木６１や、レール６２の場合には、第１、第２の非接触式センサ２０、３０は車体底面に、下向きに配置される。
【００２６】
第１、第２の非接触式センサ２０、３０のそれぞれは、パルス状の電磁波を送信し、送信をしない間は受信を行なうパルスレーダー方式や、送信用アンテナと受信用アンテナの２つを備え、常時送受信を行なうレーダー方式で構成することができる。
【００２７】
第１、第２の非接触式センサ２０、３０のそれぞれは、ターゲットとして予め設定された所定の地物に対して電磁波を送信し、地物から反射した電磁波（反射波）を受信し、受信結果に基づいて地物検知信号ｓ２、ｓ３を生成する。以下、地物検知信号ｓ２、ｓ３の生成ステップを説明する。
【００２８】
ます、図２において、第１の非接触式センサ２０は、送波器２１から碍子６５に向かって電磁波を送信し、碍子６５に反射した電磁波（反射波）が受波器２２によって受信される。ここで、図３の（ａ）に示すように、送波器２１の電磁波は、列車５が、進行方向Ｆに沿って、第１の非接触式センサ２０と碍子６５とが重なる位置まで走行すると、両者の重なりの始点時刻ｔ１１から始点時刻ｔ１２の間、（ｂ）に示すように碍子６５に反射して、受波器２２によって受信される。そして、第１の非接触式センサ２０は、（ｃ）に示すように始点時刻ｔ１１において「地物有り」と地物検知したとき、地物検知信号ｓ２を生成し、情報伝送ケーブルを介して信号処理部４０に供給する。
【００２９】
次に、図２において、第２の非接触式センサ３０は、送波器３１から碍子６５に向かって電磁波を送信し、碍子６５に反射した電磁波（反射波）が受波器３２によって受信される。ここで、図３の（ｄ）に示すように、送波器３１の電磁波は、列車５が、進行方向Ｆに沿って、第２の非接触式センサ３０と碍子６５とが重なる位置まで走行すると、両者の重なりの始点時刻ｔ２１から始点時刻ｔ２２の間、（ｅ）に示すように碍子６５に反射して、受波器３２によって受信される。そして、第２の非接触式センサ３０は、（ｆ）に示すように始点時刻ｔ２１において「地物有り」と地物検知したとき、地物検知信号ｓ３を生成し、生成した地物検知信号ｓ３を、情報伝送ケーブルを介して信号処理部４０に供給する。
【００３０】
次に、信号処理部４０は、地物検知信号ｓ２と、地物検知信号ｓ３との入力時間差（ΔＴ１）から列車５の走行距離を算出する。より詳細に説明すると、まず、信号処理部４０は、車軸回転検出器１０から継続的に供給される速度信号ｓ１に基づいて、自列車５の走行速度と走行距離とを常時算出し、自列車５の走行距離を把握している。
【００３１】
ここで、信号処理部４０は、速度信号ｓ１から算出された自列車５の走行距離を把握すると同時に、第１、第２の非接触式センサ２０、３０のそれぞれから供給される地物検知信号ｓ２、ｓ３の入力時間差（ΔＴ１）と、第１、第２の非接触式センサ２０、３０の設置間隔Ｌから自列車５の走行速度と走行距離とを算出する。
【００３２】
さらに、信号処理部４０は、速度信号ｓ１に基づいて算出された自列車５の走行速度及び走行距離と、地物検知信号ｓ２、ｓ３の入力時間差（ΔＴ１）に基づいて算出された自列車５の走行速度及び走行距離とを照合する。そして両数値間で、数値にずれがあるときは、地物検知信号ｓ２、ｓ３の入力時間差（ΔＴ１）から算出された走行距離情報に基づいて、速度信号ｓ１から算出された走行距離情報を補正し、当該軌道における自列車５の現在位置を把握する。
【００３３】
ところで、既に、若干説明したことであるが、速度信号ｓ１と、実際の車輪５０の回線数とは、必ずしも一致しないことが知られている。例えば、時速５ｋｍ以下の列車５が極低速領域で走行している場合、電圧信号は検出されず、従って速度信号ｓ１も生成されないこととなる。その結果、列車５が実際に走行しているにもかかわらず、速度信号ｓ１から走行を検知することができないこととなり、列車５の実際の走行距離と、速度信号ｓ１から算出された走行距離との間で、ずれが生じる。
【００３４】
さらに列車５の実際の走行距離と、速度信号ｓ１から算出された走行距離との間のずれは、列車５を悪天候下で走行させる場合にも発生する。例えば、悪天候の影響で雨、雪、霧などの水分がレール６２上に付着すると、この付着した水分により、レール６２と車輪５０との間の摩擦係数が低下して、空転や滑走などの不具合が生じる。
【００３５】
ここで空転とは、主に列車５の加速時に生じる現象であり、車輪５０のみが進行方向（順方向）Ｆに空回りする現象を指す。この空転が生じた場合、瞬間的に高い速度信号ｓ１が生成されることとなり、列車５の実際の走行距離よりも、速度信号ｓ１から算出された走行距離の方が大きくなるという不具合が生じることとなる。
【００３６】
他方、滑走とは、主に列車５の減速時に生じる現象であり、急制動など車輪５０の回転数の低下（又は停止）をきっかけとして、車輪５０がレール６２上を滑る現象を指す。この滑走が生じた場合、列車５本体は、進行方向Ｆに向かって、車輪５０の回転数以上に滑って移動するから、列車５の実際の走行距離よりも、速度信号ｓ１から算出された走行距離の方が小さくなるという不具合が生じることとなる。
【００３７】
上述したずれによって、自列車５の現在位置情報に誤差があると、冒進事故や、最悪の場合、列車５同士の衝突など重大な死傷事故の要因ともなるため、補正されなければならない。特に、自動列車停止装置（いわゆＡＴＳ装置）や、パターン制御式速度照査機能付き自動列車停止装置（いわゆるＡＴＳ−Ｐ装置）などでは、自列車５の現在位置からブレーキパターンｓ４を設定するので、ずれによって自列車５の現在位置情報に誤差がある場合、適切なブレーキパターンｓ４を生成することができなくなる。
【００３８】
上述したずれを補正する従来技術として、従来のＡＴＳ装置やＡＴＳ−Ｐ装置などでは、地上装置から車上装置に絶対位置情報を送信することにより、前記ずれが補正される。
【００３９】
また、自動列車制御装置（ＡＴＣ／ＴＤ装置）では、在線する各列車に無線機を搭載し、先行列車および後続列車と無線通信を行って自列車の位置を相対的に把握することにより、前記ずれが補正される。
【００４０】
さらに、列車５に全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）のＧＰＳ受信機など、パッシブな位置情報受信機を列車に搭載することにより、ずれを補正することも行われている。
【００４１】
しかし、上述した従来のずれ補正技術には、下記の点で新たな問題が生じることとなる。まず、地上装置からの絶対位置情報に基づいてずれを補正する構成では、位置精度が地上装置の設置数に左右されるため、位置精度を高める必要が生じた場合、地上装置の設置数を増やす必要があり、コスト高を招く。特に、この種の地上装置は、軌道の全長に渡って、その閉そく区間毎に設置されるから、その設置数に比例して莫大な費用負担を強いられることとなる。
【００４２】
また、自動列車制御装置（ＡＴＣ／ＴＤ装置）では、在線する各列車５に無線機を搭載しなければならないから、コスト高を招く。同様の問題は、列車にＧＰＳ受信機を搭載する構成でも生じる。しかも、ＧＰＳ電波は、地理的条件によっては受信できない。その結果、列車が、例えばトンネル内や駅校舎内、高層ビル群の間や山間部などを走行している間は、ＧＰＳ電波を受信できず、その結果、前記位置ずれを補正することができないこととなる。
【００４３】
これに対し、本発明は、上述した従来技術の不具合を全て解決し、列車の走行距離を、低コストで、しかも連続的かつ高精度に算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供するものである。すなわち、図１乃至図３を参照して説明したように、車上装置１は、第１、第２の非接触式センサ２０、３０から入力される地物検知信号ｓ２、ｓ３に基づいて列車５の走行距離を算出する。ここで、検知対象物たる地物は、在線する軌道付近にもともと存在する枕木６１やレール６２、繋ぎ目６４や碍子６５などから適宜選択される。
【００４４】
上述したように、車上装置１では、在線する軌道付近にもともと存在する地物（６１〜６６）を利用し、列車の走行距離のずれを解消するため地上側に新たな設備を設置する必要はないから、列車５の走行距離を、低コストで算出しうる車上装置１、及び、列車５の走行距離算出方法を提供することができる。
【００４５】
上述した地物（６１〜６６）は、もともと軌道に沿って連続的に設置されている。しかも鉄道は、特定の軌道のみを走行するものであり、在線する軌道において地物（６１〜６６類や設置位置、設置間隔は固定的であり、変化することはないから、列車５の走行距離を、連続的かつ高精度に算出しうる車上装置１、及び、列車５の走行距離算出方法を提供することができる。
【００４６】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種種の変形態様を採り得ることは自明である。例えば、本発明に係る車上装置１は、路面電車やモノレール、新交通システムなどにおいても適用することができる。
【００４７】
また図１乃至図３の非接触式センサ２０、３０は、常時作動させる必要はなく、走行検知不能となる極低速領域の走行時や悪天候下での走行時に、補助的に作動させてもよい。
【００４８】
さらに、本発明の特徴は、特定の地物（６１〜６６）に、車上の非接触式センサ２０、３０から電磁波を当てて、その地物反射の応答時間差（ΔＴ１）とセンサ間の距離（Ｌ）から列車５の速度および走行距離を求める点に特徴がある。図１乃至図３において２つ一対の非接触式センサ２０、３０は、上述した観点から必要最小限度の構成であり、例えば非接触式センサの設置数に比例し位置精度を向上しうることは明白である。
【００４９】
加えて、上述した本発明の技術思想からすれば、ターゲットとなる地物を同時に複数設定することもできる。例えば、一つの列車５において、その屋根部分に碍子６５をターゲットとする非接触式センサ対を設け、同車体側面に支柱６６をターゲットとする非接触式センサ対を設け、同車体底面に枕木６１をターゲットとする非接触式センサ対を設けてもよい。この構成によると、位置精度を向上することができるとともに、いずれかの非接触式センサ対（２０、３０）が故障した場合であっても、他の非接触式センサ対（２０、３０）からの地物検知信号（ｓ２、ｓ３）に基づいて自列車５の走行速度と走行距離とを算出し、列車５の実際の走行距離と、速度信号ｓ１から算出された走行距離との間のずれを補正することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 車上装置
１０ 車軸回転検出器
２０ 第１の非接触式センサ
３０ 第２の非接触式センサ
４０ 信号処理部
Ｆ 列車の進行方向
ｓ１ 速度信号
Ｌ 非接触式センサの間隔
ｓ２ 第１地物検知信号
ｓ３ 第２地物検知信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車上装置、及び、列車の走行距離算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、列車の走行距離を算出する先行技術文献として、例えば特許文献１が知られている。特許文献１の車上装置を構成する速度発電機は、列車の車輪に取り付けられ、車輪の回転に応じた周期性を持つ電圧信号を生成し、速度信号として信号処理回路に供給する。信号処理回路は、前記速度信号から列車の走行距離を算出するものである。
【０００３】
ところで、速度信号から算出される列車の走行距離と、実際の列車の走行距離とは、必ずしも一致しないことが知られている。例えば、この種の速度発電機では、列車が時速５ｋｍ以下の極低速領域で走行している場合、速度信号は生成されない。その結果、列車が実際に走行しているにもかかわらず、速度信号から走行を検知できないこととなり、速度信号から算出される列車の走行距離と、実際の列車の走行距離との間で、ずれが生じる。
【０００４】
また、列車が悪天候下を走行する場合、例えば雨や雪、霧などの水分がレール上に付着すると、この付着した水分によりレールと車輪との摩擦係数が低下する。その結果、空転や滑走などの不具合が生じることとなり、速度信号から算出される列車の走行距離と、実際の列車の走行距離との間で、ずれが生じる。
【０００５】
上述した走行距離のずれは、冒進事故の要因となり、最悪の場合、列車同士の衝突など重大な死傷事故を招きかねないため、補正されなければならない。このずれの補正する従来技術として、例えば特許文献２がある。特許文献２の自動列車停止装置では、地上装置から車上装置に絶対位置情報を送信することにより、前記ずれが補正される。
【０００６】
また、特許文献３の自動列車制御装置では、在線する各列車に無線機を搭載し、先行列車および後続列車と無線通信を行って自列車の位置を相対的に把握することにより、前記ずれが補正される。
【０００７】
さらに、列車に、全地球測位システム（GPS：Global Positioning System)のＧＰＳ受信機などパッシブな位置情報受信機を搭載することにより、前記ずれを補正することも行われている。
【０００８】
しかし、上述した従来技術では、以下の点で新たな問題が生じることとなる。まず、特許文献２では、地上装置を設置しなければならない分だけコスト高を招く。特に、この種の地上装置は、軌道の全長に渡って、その閉そく区間毎に設置されるから、その設置数に比例して莫大な費用負担を強いられることとなる。
【０００９】
また、特許文献３では、在線する各列車毎に無線機を搭載しなければならないから、コスト高を招く。同様の問題は、列車にＧＰＳ受信機を搭載する構成でも生じる。しかも、ＧＰＳ電波は、地理的条件によっては受信できない。その結果、列車が、例えばトンネル内や駅校舎内、高層ビル群の間や山間部などを走行している間は、ＧＰＳ電波を受信できず、その結果、前記ずれを補正することができないこととなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平０６−１９７４０４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５９１９４号公報
【特許文献３】特開２００１−２１３３１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、車両の走行距離を、低コストで算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することである。
【００１２】
本発明のもう１つの課題は、車両の走行距離を、連続的かつ高精度に算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するため、本発明に係る車上装置は、複数の非接触式センサを有し、非接触式センサのそれぞれから入力される地物検知信号に基づいて車両の走行距離を算出する。
【００１４】
上述したように、本発明の特徴は、地物、すなわち在線する軌道付近にもともと存在する枕木やレール、架線の繋ぎ目や碍子、ガントリーなどを用いて自列車位置を認識する点に特徴の一つがある。具体的に、本発明に係る車上装置による列車の走行距離算出方法は、車両において間隔を隔てて配置された複数の非接触式センサによって、特定の地物を検知して地物検知信号を供給し、地物検知信号の入力時間差から車両の走行距離を算出するステップを含む。
【００１５】
この構成によると、自列車の走行距離を算出するため、地上側に新たな設備を設置する必要はないから、走行距離を低コストで算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することができる。
【００１６】
また、本願発明は、軌道に沿って固定的に設置されている地物を検知対象物とするから、列車の走行距離を高精度に算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することができる。もちろん、列車の走行距離を高精度に算出することにより、速度信号から算出される列車の走行距離と、実際の列車の走行距離との間のずれの問題は解消される。
【００１７】
上述した地物は、もともと軌道に沿って連続的に設置されているから、車両の走行距離を、連続的に算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上述べたように、本発明によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）列車の走行距離を、低コストで算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することができる。
（２）列車の走行距離を、連続的かつ高精度に算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供することができる。
【００１９】
本発明の他の目的、構成及び利点については、添付図面を参照し、更に詳しく説明する。添付図面は、単に、例示に過ぎない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る車上装置のブロック図である。
【図２】図１の車上装置による走行距離算出方法について模式的に示す図である。
【図３】（ａ）は第１の非接触式センサ２０における電磁波送信のタイムチャート、（ｂ）は第１の非接触式センサ２０における反射波受信のタイムチャート、（ｃ）は地物検知信号ｓ２のタイムチャート、（ｄ）は第２の非接触式センサ３０における電磁波送信のタイムチャート、（ｅ）は第２の非接触式センサ３０における反射波受信のタイムチャート、（ｆ）は地物検知信号ｓ３のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
図１乃至図３において同一符号は、同一又は対応部分を示すものとする。本発明の実施形態に係る車上装置は、主として列車の走行距離を算出し、算出した走行距離から列車の現在位置を把握するために用いられるものであって、複数の非接触式センサを有し、非接触式センサのそれぞれから入力される地物検知信号に基づいて列車の走行距離を算出する点に特徴がある。以下、図１乃至図３を参照して具体的に説明する。
【００２２】
図１及び図２の車上装置１は、車軸回転検出器１０と、第１の非接触式センサ２０と、第２の非接触式センサ３０と、信号処理部４０とを含む。
【００２３】
車軸回転検出器１０は、列車５の車輪５０又は車軸付近に取り付けられ、車輪５０又は車軸の回転に応じた周期性を持つ電圧信号を生成し、速度信号ｓ１として供給するものであり、例えば速度発電機などがこれにあたる。速度信号ｓ１は、情報伝送ケーブルを介して信号処理部４０に供給される。
【００２４】
第１、第２の非接触式センサ２０、３０は、列車５において間隔Ｌを隔てて配置され、所定の地物に対して電磁波を送信する。ここで「地物」とは、この種の鉄道路線に設置される設備インフラを広く指す言葉であって、典型的には枕木６１や、レール６２、架線６３、架線６３の繋ぎ目６４や碍子６５、架線６３の支柱６６のほか、図示しないガントリーや手すりなどがこれに該当する。また、送信される電磁波は、この種の分野において周知のものを用いることができる。
【００２５】
列車５における第１、第２の非接触式センサ２０、３０の設置位置、及び、向きは、検知対象物（ターゲット）とする地物の設置位置に追従して決定される。すなわち、架線６３や、繋ぎ目６４、碍子６５などをターゲットとする場合、第１、第２の非接触式センサ２０、３０は、列車５の屋根部分に、上向きに配置される。また、ターゲットが支柱６６の場合には、第１、第２の非接触式センサ２０、３０は車体側面に、水平方向に向けて配置され、ターゲットが枕木６１や、レール６２の場合には、第１、第２の非接触式センサ２０、３０は車体底面に、下向きに配置される。
【００２６】
第１、第２の非接触式センサ２０、３０のそれぞれは、パルス状の電磁波を送信し、送信をしない間は受信を行なうパルスレーダー方式や、送信用アンテナと受信用アンテナの２つを備え、常時送受信を行なうレーダー方式で構成することができる。
【００２７】
第１、第２の非接触式センサ２０、３０のそれぞれは、ターゲットとして予め設定された所定の地物に対して電磁波を送信し、地物から反射した電磁波（反射波）を受信し、受信結果に基づいて地物検知信号ｓ２、ｓ３を生成する。以下、地物検知信号ｓ２、ｓ３の生成ステップを説明する。
【００２８】
ます、図２において、第１の非接触式センサ２０は、送波器２１から碍子６５に向かって電磁波を送信し、碍子６５に反射した電磁波（反射波）が受波器２２によって受信される。ここで、図３の（ａ）に示すように、送波器２１の電磁波は、列車５が、進行方向Ｆに沿って、第１の非接触式センサ２０と碍子６５とが重なる位置まで走行すると、両者の重なりの始点時刻ｔ１１から始点時刻ｔ１２の間、（ｂ）に示すように碍子６５に反射して、受波器２２によって受信される。そして、第１の非接触式センサ２０は、（ｃ）に示すように始点時刻ｔ１１において「地物有り」と地物検知したとき、地物検知信号ｓ２を生成し、情報伝送ケーブルを介して信号処理部４０に供給する。
【００２９】
次に、図２において、第２の非接触式センサ３０は、送波器３１から碍子６５に向かって電磁波を送信し、碍子６５に反射した電磁波（反射波）が受波器３２によって受信される。ここで、図３の（ｄ）に示すように、送波器３１の電磁波は、列車５が、進行方向Ｆに沿って、第２の非接触式センサ３０と碍子６５とが重なる位置まで走行すると、両者の重なりの始点時刻ｔ２１から始点時刻ｔ２２の間、（ｅ）に示すように碍子６５に反射して、受波器３２によって受信される。そして、第２の非接触式センサ３０は、（ｆ）に示すように始点時刻ｔ２１において「地物有り」と地物検知したとき、地物検知信号ｓ３を生成し、生成した地物検知信号ｓ３を、情報伝送ケーブルを介して信号処理部４０に供給する。
【００３０】
次に、信号処理部４０は、地物検知信号ｓ２と、地物検知信号ｓ３との入力時間差（ΔＴ１）から列車５の走行距離を算出する。より詳細に説明すると、まず、信号処理部４０は、車軸回転検出器１０から継続的に供給される速度信号ｓ１に基づいて、自列車５の走行速度と走行距離とを常時算出し、自列車５の走行距離を把握している。
【００３１】
ここで、信号処理部４０は、速度信号ｓ１から算出された自列車５の走行距離を把握すると同時に、第１、第２の非接触式センサ２０、３０のそれぞれから供給される地物検知信号ｓ２、ｓ３の入力時間差（ΔＴ１）と、第１、第２の非接触式センサ２０、３０の設置間隔Ｌから自列車５の走行速度と走行距離とを算出する。
【００３２】
さらに、信号処理部４０は、速度信号ｓ１に基づいて算出された自列車５の走行速度及び走行距離と、地物検知信号ｓ２、ｓ３の入力時間差（ΔＴ１）に基づいて算出された自列車５の走行速度及び走行距離とを照合する。そして両数値間で、数値にずれがあるときは、地物検知信号ｓ２、ｓ３の入力時間差（ΔＴ１）から算出された走行距離情報に基づいて、速度信号ｓ１から算出された走行距離情報を補正し、当該軌道における自列車５の現在位置を把握する。
【００３３】
ところで、既に、若干説明したことであるが、速度信号ｓ１と、実際の車輪５０の回線数とは、必ずしも一致しないことが知られている。例えば、時速５ｋｍ以下の列車５が極低速領域で走行している場合、電圧信号は検出されず、従って速度信号ｓ１も生成されないこととなる。その結果、列車５が実際に走行しているにもかかわらず、速度信号ｓ１から走行を検知することができないこととなり、列車５の実際の走行距離と、速度信号ｓ１から算出された走行距離との間で、ずれが生じる。
【００３４】
さらに列車５の実際の走行距離と、速度信号ｓ１から算出された走行距離との間のずれは、列車５を悪天候下で走行させる場合にも発生する。例えば、悪天候の影響で雨、雪、霧などの水分がレール６２上に付着すると、この付着した水分により、レール６２と車輪５０との間の摩擦係数が低下して、空転や滑走などの不具合が生じる。
【００３５】
ここで空転とは、主に列車５の加速時に生じる現象であり、車輪５０のみが進行方向（順方向）Ｆに空回りする現象を指す。この空転が生じた場合、瞬間的に高い速度信号ｓ１が生成されることとなり、列車５の実際の走行距離よりも、速度信号ｓ１から算出された走行距離の方が大きくなるという不具合が生じることとなる。
【００３６】
他方、滑走とは、主に列車５の減速時に生じる現象であり、急制動など車輪５０の回転数の低下（又は停止）をきっかけとして、車輪５０がレール６２上を滑る現象を指す。この滑走が生じた場合、列車５本体は、進行方向Ｆに向かって、車輪５０の回転数以上に滑って移動するから、列車５の実際の走行距離よりも、速度信号ｓ１から算出された走行距離の方が小さくなるという不具合が生じることとなる。
【００３７】
上述したずれによって、自列車５の現在位置情報に誤差があると、冒進事故や、最悪の場合、列車５同士の衝突など重大な死傷事故の要因ともなるため、補正されなければならない。特に、自動列車停止装置（いわゆＡＴＳ装置）や、パターン制御式速度照査機能付き自動列車停止装置（いわゆるＡＴＳ−Ｐ装置）などでは、自列車５の現在位置からブレーキパターンｓ４を設定するので、ずれによって自列車５の現在位置情報に誤差がある場合、適切なブレーキパターンｓ４を生成することができなくなる。
【００３８】
上述したずれを補正する従来技術として、従来のＡＴＳ装置やＡＴＳ−Ｐ装置などでは、地上装置から車上装置に絶対位置情報を送信することにより、前記ずれが補正される。
【００３９】
また、自動列車制御装置（ＡＴＣ／ＴＤ装置）では、在線する各列車に無線機を搭載し、先行列車および後続列車と無線通信を行って自列車の位置を相対的に把握することにより、前記ずれが補正される。
【００４０】
さらに、列車５に全地球測位システム（ＧＰＳ：Global Positioning System）のＧＰＳ受信機など、パッシブな位置情報受信機を列車に搭載することにより、ずれを補正することも行われている。
【００４１】
しかし、上述した従来のずれ補正技術には、下記の点で新たな問題が生じることとなる。まず、地上装置からの絶対位置情報に基づいてずれを補正する構成では、位置精度が地上装置の設置数に左右されるため、位置精度を高める必要が生じた場合、地上装置の設置数を増やす必要があり、コスト高を招く。特に、この種の地上装置は、軌道の全長に渡って、その閉そく区間毎に設置されるから、その設置数に比例して莫大な費用負担を強いられることとなる。
【００４２】
また、自動列車制御装置（ＡＴＣ／ＴＤ装置）では、在線する各列車５に無線機を搭載しなければならないから、コスト高を招く。同様の問題は、列車にＧＰＳ受信機を搭載する構成でも生じる。しかも、ＧＰＳ電波は、地理的条件によっては受信できない。その結果、列車が、例えばトンネル内や駅校舎内、高層ビル群の間や山間部などを走行している間は、ＧＰＳ電波を受信できず、その結果、前記位置ずれを補正することができないこととなる。
【００４３】
これに対し、本発明は、上述した従来技術の不具合を全て解決し、列車の走行距離を、低コストで、しかも連続的かつ高精度に算出しうる車上装置、及び、列車の走行距離算出方法を提供するものである。すなわち、図１乃至図３を参照して説明したように、車上装置１は、第１、第２の非接触式センサ２０、３０から入力される地物検知信号ｓ２、ｓ３に基づいて列車５の走行距離を算出する。ここで、検知対象物たる地物は、在線する軌道付近にもともと存在する枕木６１やレール６２、繋ぎ目６４や碍子６５などから適宜選択される。
【００４４】
上述したように、車上装置１では、在線する軌道付近にもともと存在する地物（６１〜６６）を利用し、列車の走行距離のずれを解消するため地上側に新たな設備を設置する必要はないから、列車５の走行距離を、低コストで算出しうる車上装置１、及び、列車５の走行距離算出方法を提供することができる。
【００４５】
上述した地物（６１〜６６）は、もともと軌道に沿って連続的に設置されている。しかも鉄道は、特定の軌道のみを走行するものであり、在線する軌道において地物（６１〜６６類や設置位置、設置間隔は固定的であり、変化することはないから、列車５の走行距離を、連続的かつ高精度に算出しうる車上装置１、及び、列車５の走行距離算出方法を提供することができる。
【００４６】
以上、好ましい実施例を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば、種種の変形態様を採り得ることは自明である。例えば、本発明に係る車上装置１は、路面電車やモノレール、新交通システムなどにおいても適用することができる。
【００４７】
また図１乃至図３の非接触式センサ２０、３０は、常時作動させる必要はなく、走行検知不能となる極低速領域の走行時や悪天候下での走行時に、補助的に作動させてもよい。
【００４８】
さらに、本発明の特徴は、特定の地物（６１〜６６）に、車上の非接触式センサ２０、３０から電磁波を当てて、その地物反射の応答時間差（ΔＴ１）とセンサ間の距離（Ｌ）から列車５の速度および走行距離を求める点に特徴がある。図１乃至図３において２つ一対の非接触式センサ２０、３０は、上述した観点から必要最小限度の構成であり、例えば非接触式センサの設置数に比例し位置精度を向上しうることは明白である。
【００４９】
加えて、上述した本発明の技術思想からすれば、ターゲットとなる地物を同時に複数設定することもできる。例えば、一つの列車５において、その屋根部分に碍子６５をターゲットとする非接触式センサ対を設け、同車体側面に支柱６６をターゲットとする非接触式センサ対を設け、同車体底面に枕木６１をターゲットとする非接触式センサ対を設けてもよい。この構成によると、位置精度を向上することができるとともに、いずれかの非接触式センサ対（２０、３０）が故障した場合であっても、他の非接触式センサ対（２０、３０）からの地物検知信号（ｓ２、ｓ３）に基づいて自列車５の走行速度と走行距離とを算出し、列車５の実際の走行距離と、速度信号ｓ１から算出された走行距離との間のずれを補正することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１ 車上装置
１０ 車軸回転検出器
２０ 第１の非接触式センサ
３０ 第２の非接触式センサ
４０ 信号処理部
Ｆ 列車の進行方向
ｓ１ 速度信号
Ｌ 非接触式センサの間隔
ｓ２ 第１地物検知信号
ｓ３ 第２地物検知信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の非接触式センサを有し、前記非接触式センサのそれぞれから入力される地物検知信号に基づいて列車の走行距離を算出する、車上装置
【請求項２】
請求項１に記載された車上装置であって、
前記複数の非接触式センサは、列車において間隔を隔てて配置され、所定の地物に対して電磁波を送信し、前記地物から反射した前記電磁波を受信し、受信結果に基づいて地物検知信号を供給する、
車上装置
【請求項３】
請求項１又は２に記載された車上装置であって、さらに信号処理部を有し、
前記信号処理部は、前記複数の非接触式センサのそれぞれから入力される地物検知信号の入力時間差から前記列車の走行距離を算出する、
車上装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載された車上装置であって、さらに車軸回転検出器を含み、前記車軸回転検出器から入力される速度信号と、前記地物検知信号とに基づいて列車の走行距離を算出する、
車上装置。
【請求項５】
列車において間隔を隔てて配置された複数の非接触式センサによって、特定の地物を検知して地物検知信号を供給し、前記地物検知信号の入力時間差から前記列車の走行距離を算出する、列車の走行距離算出方法。
【請求項１】
複数の非接触式センサを有し、前記非接触式センサのそれぞれから入力される地物検知信号に基づいて列車の走行距離を算出する、車上装置
【請求項２】
請求項１に記載された車上装置であって、
前記複数の非接触式センサは、列車において間隔を隔てて配置され、所定の地物に対して電磁波を送信し、前記地物から反射した前記電磁波を受信し、受信結果に基づいて地物検知信号を供給する、
車上装置
【請求項３】
請求項１又は２に記載された車上装置であって、さらに信号処理部を有し、
前記信号処理部は、前記複数の非接触式センサのそれぞれから入力される地物検知信号の入力時間差から前記列車の走行距離を算出する、
車上装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載された車上装置であって、さらに車軸回転検出器を含み、前記車軸回転検出器から入力される速度信号と、前記地物検知信号とに基づいて列車の走行距離を算出する、
車上装置。
【請求項５】
列車において間隔を隔てて配置された複数の非接触式センサによって、特定の地物を検知して地物検知信号を供給し、前記地物検知信号の入力時間差から前記列車の走行距離を算出する、列車の走行距離算出方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１３−１１０８１２（Ｐ２０１３−１１０８１２Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５２５０５（Ｐ２０１１−２５２５０５）
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１８日（２０１１．１１．１８）
【出願人】（０００００４６５１）日本信号株式会社 (720)
【Ｆターム（参考）】
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