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。

【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

【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。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【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)】