JPH0538005A - 鉄道車両自動運転装置の運用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 装置部分の故障にもかかわらず、システム機
能を可及的に継続しうる列車の安全な自動運転を可能と
する鉄道車両自動運転装置を提供すること。 【構成】 それぞれ自動運転装置（７，８）、保安装置
（５，６）およびそれらを監視制御する中央装置（１
１、１２）を備えた先頭車および後尾車の相互間で、自
動運転装置どうし、保安装置どうし、および中央装置ど
うしを送受信インターフェース装置（９）を含むデータ
伝送ライン（１５，１６；１７，１８；１０）を介して
結合すると共に、現実に列車運行に携わっている先頭車
の自動運転装置および保安装置から後尾車の自動運転装
置および保安装置へ運行データを常時送信し続け、先頭
車の自動運転装置および保安装置の少なくとも一方が何
らかの異常により正常機能の遂行が困難になった時、正
常機能の遂行が困難になった装置のデータ伝送機能を停
止させると共に、正常機能の遂行を、それまで後尾車で
運行データを受信していた装置に切換えて列車運行を継
続させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、先頭車および後尾車に
それぞれ自動運転装置、保安装置およびそれらを監視制
御する中央装置を備えている鉄道車両自動運転装置の運
用方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず従来の鉄道車両自動運転装置を、図
８を参照して説明する。

【０００３】図８の鉄道車両自動運転装置は、先頭車す
なわち１号車Ｃ１から２号車Ｃ２，３号車Ｃ３，…，後
尾車すなわちＮ号車ＣＮまでのＮ台の車両が連結された
列車を運行するために、１号車Ｃ１にモニタ中央装置１
が、またＮ号車ＣＮにモニタ中央装置２がそれぞれ搭載
されている。モニタ中央装置１には保安装置５および自
動運転装置７が接続され、同様に、モニタ中央装置２に
は保安装置６および自動運転装置８が接続されている。
保安装置５，６は、自動列車制御装置（ＡＴＣ）や自動
列車停止装置（ＡＴＳ）などからなっており、自動運転
装置７，８は、スタートから停止に至るまでの列車自動
運転を行う装置（ＡＴＯ）である。モニタ中央装置１，
２はそれぞれ保安装置５，６や自動運転装置７，８が正
常に作動しているかどうかのチェックや動作状態の確認
を行う。両モニタ中央装置１，２間はデータ伝送ライン
１０を介して接続されている。データ伝送ライン１０に
は、先頭車すなわち１号車Ｃ１および後尾車すなわちＮ
号車ＣＮを除く各中間車両２号車〜（Ｎ−１）号車）ご
とにそれぞれモニタ用端末装置３ａ，３ｂ，…が接続さ
れている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述の鉄道車両自動運
転装置においては、先頭車すなわち１号車Ｃ１のみが監
視制御機能を司っており、たとえば保安装置５が故障し
ても、また自動運転装置７が故障しても、列車全体の自
動運転が不可能になり、そのため手動運転に切換えて運
転を継続したり、場合によっては車両交換という事態が
生じたりすることになる。つまり、従来の保安装置や自
動運転装置では、一次的ないし間欠的な故障や本故障が
発生した時、直ちにシステムダウンという処置をとらざ
るを得ない構成になっている。

【０００５】このような自動運転のための装置はほとん
どがマイクロコンピュータを応用して構成されており、
高速演算を行う高性能のマイクロコンピュータほど、車
両内機器からのノイズによる誤動作または地上機器から
の電磁界ノイズ等による一次的な誤動作が発生し易くな
っている。

【０００６】本発明は、以上のような装置のダウンに対
しシステムとしての機能を可及的に継続し、列車のより
安全な自動運転を可能とする鉄道車両自動運転装置の運
用方法を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、それぞれ自動運転装置、保安装置およびそ
れらを監視制御する中央装置を備えた先頭車および後尾
車の相互間で、自動運転装置どうし、保安装置どうし、
および中央装置どうしをそれぞれデータ伝送ラインを介
して結合すると共に、保安装置どうしおよび中央装置ど
うしを結合する各データ伝送ラインの中間にそれぞれ伝
送データの送受信を制御する送受信インターフェース装
置を配置し、現実に列車運行に携わっている先頭車の自
動運転装置および保安装置から後尾車の自動運転装置お
よび保安装置へ運行データを常時送信し続け、先頭車の
自動運転装置および保安装置の少なくとも一方が何らか
の異常により正常機能の遂行が困難になった時、正常機
能の遂行が困難になった装置のデータ伝送機能を停止さ
せると共に、正常機能の遂行を、それまで後尾車で運行
データを受信していた装置に切換えて列車運行を継続さ
せる。

【０００８】

【作用】現実に列車運行に携わっている先頭車から常時
は待機状態にある後尾車へ、常時、運行データを送信し
続け、先頭車の自動運転装置および保安装置の少なくと
も一方が何らかの異常により正常機能の遂行が困難にな
った時、正常機能の遂行が困難になった装置のデータ伝
送機能を停止させると共に、正常機能の遂行を、それま
で後尾車で運行データを受信していた装置に切換えて列
車運行を継続させる。それにより、先頭車の装置がダウ
ンしてもシステムの機能を継続し列車の安全な自動運転
を継続することができる。

【０００９】

【実施例】図１は本発明の方法を実施する鉄道車両自動
運転装置の全体構成を示すものである。

【００１０】図１の鉄道車両自動運転装置においては、
先頭車すなわち１号車Ｃ１および後尾車すなわちＮ号車
ＣＮにそれぞれ中央装置１１，１２が設けられている。
中央装置１１，１２は従来のモニタ中央装置（図８：
１，２）に対し監視制御機能を追加しシステムの継続性
すなわちアベィラビリティを向上させる機能を付加した
ものに相当する。先頭車の中央装置１１と後尾車の中央
装置１２との間を結ぶデータ伝送ライン１０には、各中
間車両ごとにモニタよの端末装置３ａ，３ｂ，…が接続
されている。各中央装置１１，１２には、すでに述べた
図８の装置と同様に、自動列車制御装置（ＡＴＣ）や自
動列車停止装置（ＡＴＳ）などからなる保安装置５，
６、および列車のスタートから停止に至るまでの列車自
動運転を行う自動運転装置７，８が接続されている。中
央装置１１，１２は保安装置５，６や自動運転装置７，
８が正常に作動しているかどうかのチェックや動作状態
の確認を行い、またそれ自体制御機能を持っている。保
安装置５，６相互間はデータ送受信インターフェース装
置（以下、Ｉ／Ｆ装置という）９を介して結合されたデ
ータ伝送ライン１５，１６を介して接続され、同様に自
動運転装置７，８相互間はＩ／Ｆ装置９を介して結合さ
れたデータ伝送ライン１７，１８を介して接続されてい
る。Ｉ／Ｆ装置９は中央装置１１または１２により制御
される。

【００１１】図２は図１におけるＩ／Ｆ装置９の内部構
成を示すものである。Ｉ／Ｆ装置９には第１の直並列デ
ータコントローラ（ＳＣＣ１）２１が含まれている。直
並列データコントローラ２１は中央装置１１または１２
から直列データを受け取り、それを並列データに変換し
てＣＰＵ２２に渡す。ＣＰＵ２２にはアドレスバス２８
およびデータバス２９を介してＲＯＭ２３、ＲＡＭ２
４、および第２の直並列データコントローラ（ＳＣＣ
２）２５が接続されている。Ｉ／Ｆ装置９にはさらに、
ＣＰＵ２２の指令下で動作させるべき構成要素を選択す
るデコーダ（ＤＥＣＯＲＤ）２６、およびプログラム異
常を監視するプログラム監視部（ＷＤＴ）２７が設けら
れている。両データ伝送ライン１５，１６ないしデータ
伝送ライン１７，１８は直並列データコントローラ２５
を介して結合されるＩ／Ｆ装置９は例えば先頭車の中央
装置１１から指令が出た時、保安装置５からデータ伝送
ライン１５を通して後尾車の保安装置８へ向けて送られ
るデータを直並列データコントローラ２５およびＣＰＵ
２２の働きで並列データに変換した後、直ちにＲＡＭ２
４にストアする。その後、保安装置６のデータ送信要求
を確認してＲＡＭ２４のデータを直並列データコントロ
ーラ２５を介して直列データに再変換しデータ伝送ライ
ン１６を通して送出する。このような構成としておけ
ば、たとえ受信側の保安装置が異種コンピュータによっ
て構成されている場合であっても送信速度を変更したり
コマンドを変更したりしてデータを送ることができる。

【００１２】図３は保安装置５，６ないし自動運転装置
７，８の内部構成を、Ｉ／Ｆ装置９の概略内部構成と共
に示すものである。先頭車側の保安装置５または自動運
転装置７も後尾車側のそれも基本的にはマイクロコンピ
ュータとその周辺機器によって構成され、それらの基本
構成要素はそれぞれ、ＣＰＵ５１，６１をはじめ、それ
に付随するＲＯＭ５２，６２、ＲＡＭ５３，６３、パル
スインプットモジュール（ＰＩ）５４，６４、ディジタ
ルインプットモジュール（ＤＩ）５５，６５、ディジタ
ルアウトプットモジュール（ＤＯ）５６，６６、Ａ／Ｄ
変換モジュール（Ａ／Ｄ）５７，６７などであり、それ
ぞれの機器において直並列変換コントローラ（ＳＣＣ）
５８，６８は必ず備えていなくてはならない。これらの
各要素はＣＰＵ５１，６１とバス５９，６９を介してそ
れぞれ接続される。直並列変換コントローラ５８，６８
はＩ／Ｆ装置９の直並列変換コントローラ２５を介して
接続される。

【００１３】なお、図３において、パルスインプットモ
ジュール５４，６４というのは、スピードセンサから速
度に対応した周波数信号を受取ってパルスに変換し、Ｃ
ＰＵ５１，６１からの要請によりバス５９，６９に速度
信号を送出するモジュールである。また、ディジタルイ
ンプットモジュール５５，６５というのは、列車の方か
ら保安装置５，６や自動列車運転装置７，８に対して列
車側から現在の機能状態を入力する部分であって、たと
えば車輪径や列車ドアの開閉信号、保安装置の受け取る
地上からの各種速度制限信号などを受け取る。ディジタ
ルアウトプットモジュール５６，６６は保安装置５，６
または自動運転装置７，８側から出力信号を出す部分で
あって、演算結果に従って適正な力行ノッチ信号がブレ
ーキノッチ信号を列車側に出力する部分である。最後に
Ａ／Ｄ変換モジュール５７，６７は、列車から種々のア
ナログデータ、たとえば架線電圧や制御電圧、主電動機
電流、ブレーキシリンダ圧力差などの検出アナログデー
タを入力してそれらをディジタル信号に変換し、ＣＰＵ
５１，６１からの要請によりバス５９，６９にに出力す
る。ＣＰＵ５１，６１はＡ／Ｄ変換モジュール５７，６
７によって形成されたディジタル信号に基づいて検出ア
ナログ量の値を検知することになる。

【００１４】図１の鉄道車両自動運転装置の作用を、１
号車Ｃ１が先頭車、Ｎ号車ＣＮが後尾車であるとして説
明する。

【００１５】各構成要素に対する指令は先頭車Ｃ１の中
央装置１１によって行われる。中央装置１１は概略次の
作用を実行する。

【００１６】(1) 保安装置５に対して、保安装置がリ
アルタイムに受信する信号データ、リアルタイムに演算
する速度制限パターンデータ、速度・距離出力信号等を
データ伝送ライン１５を通してＩ／Ｆ装置９へ送出させ
る。

【００１７】(2) 自動運転装置７に対して、この装置
がリアルタイムに受信する信号データ、リアルタイムに
演算する速度や、加速度、距離、電力などの信号、さら
には時計機能の信号、出力信号などをデータ伝送ライン
１７を通してＩ／Ｆ装置９へ送出させる。

【００１８】(3) Ｉ／Ｆ装置９に対して、データ伝送
ライン１５〜１８のオン・オフコントロール指令および
データ送信の方向（ここでは、データ伝送ライン１５か
らデータ伝送ライン１６に向かう方向）を指示する。

【００１９】(4) 後尾車の中央装置１２に対して、後
尾車の保安装置６および自動運転装置８に対し先頭車の
同一機のデータを受け取るように指令を出させる。

【００２０】(5) 自己の支配下にある全装置の故障診
断を継続する。もし、先頭車の自動運転装置７が故障し
た時は直ちに後尾車の自動運転装置８に対し機能を移管
し、自動運転の機能を継続しうるようにする。

【００２１】(6) さらに、自動運転装置７が一旦故障
後、正常に復帰したと認められた時は、自動運転装置８
からデータを受け取るように指令を出し、いつでもシス
テムの安全性をコントロールする機能を持つようにす
る。

【００２２】(7) 先頭車・後尾車という関係の切換は
保安装置５，６についても自動運転装置７，８と全く同
様に行われる。

【００２３】次に図３を参照して詳述した装置構成によ
る本発明の作用を、図４および図５を参照しながら説明
する。

【００２４】先頭車の中央装置１１が保安装置５または
自動運転装置７に対しデータ送出を指令すると、まずＣ
ＰＵ５１がこの指令を受ける（ステップ４１〜４３）。
指令を受けたＣＰＵ５１は装置５または７内の各要素５
３〜５７に入力情報および演算情報を整理して直並列変
換コントローラ５８を介し直列データに変換してＩ／Ｆ
装置９へデータ伝送ライン１５または１７を介して送る
ように指令する（ステップ４４〜４８）。

【００２５】先頭車の保安装置５または自動運転装置７
が故障した時は直ちに後尾車の対応する要素にその機能
を移管することは、すでに述べた。その場合、故障した
要素の復旧後はいまや自動運転の機能を司っている後尾
車の対応する要素から運行データを受信して待機する予
備機として機能することになる。そのためのルーチンが
ステップ５１以下である。故障に伴う機能切換え後、中
央装置からの指令により各種データをその内容に従って
保安装置５または自動運転装置７のＲＡＭ５３へ蓄積し
ておく（ステップ５１〜５４）。Ｉ／Ｆ装置９が正常で
あればデータ送信要求を行い（ステップ５５）、ステッ
プ４１に飛び、Ｉ／Ｆ装置９が異常であれば保安装置５
または自動運転装置７のＲＡＭ５３への書込みを中止と
する（ステップ５７）。

【００２６】Ｉ／Ｆ装置９では直並列変換コントローラ
２５を介して受け取った情報をＣＰＵ２２と協働して一
旦ＲＡＭ２４に格納する（ステップ６１〜６４）。そし
てＣＰＵ２２が後尾車側保安装置６または自動運転装置
８からデータ送信要求を受けていることを確認したら、
ＲＡＭ２４と直並列変換コントローラ２５を経由しデー
タ伝送ライン１６または１８を介して直並列変換コント
ローラ６８に送る（ステップ６５〜６６）。この時、後
尾車のＣＰＵ６１はバス６９を介して直並列変換コント
ローラ６８で並列変換されたデータをＲＡＭ６３の中に
蓄えていくことになる。データ送受信内容に変更が無け
ればそのまま、また変更があればデータ送受信機能を一
旦停止してから、それぞれ当初のステップ６１に戻る
（ステップ６７〜６８）。なお、データ送受信異常の場
合は、データ送受信を停止する（ステップ６９，７
０）。

【００２７】図６は上述の本発明による運用方法の機能
を略示したものである。実線部分は列車を先頭車Ｃ１に
搭載された運転装置によって運転している場合の駆動モ
ータの電圧、電流および速度（列車速度）の一パターン
を、走行位置Ｌを横軸として例示したものである。走行
位置Ｌf の地点で先頭車Ｃ１の保安装置６または自動運
転装置８に異常を生じた場合、従来はシステムダウンと
いうことで、自動運転を諦めざるを得なかった。しか
し、本発明によれば、破線で示すように、異常を生じた
要素の機能を後尾車の対応要素に切換えてそのまま自動
運転を継続することができる。

【００２８】なお、上記実施例においては、Ｉ／Ｆ装置
９だけが二重化されておらず、ここが故障するとすべて
機能しなくなるという不都合がある。そこで図７に示す
ように、Ｉ／Ｆ装置９に対して第２のＩ／Ｆ装置９Ａを
設け、それを待機予備機として冗長系を構成しておけ
ば、そのような不都合を回避することができる。Ｉ／Ｆ
装置においてもこのような冗長系を構成しておくことに
より、さらに信頼度の高いシステムを構成することがで
きる。

【００２９】以上詳述したように本発明によれば次のよ
うな作用・効果を奏することができる。

【００３０】(1) システム中の一部の要素に異常を生
じた場合でもシステム機能の継続性を計ることができ
る。すなわちアベィラビリティを向上させることができ
る。

【００３１】(2) データ送信装置はきわめて簡易な回
路でハードウェアを組むことができること、ソフトウェ
ア機能としても、わずかなステップのプログラムを組む
だけであり、きわめて安価である。

【００３２】(3) 大量輸送機関である列車は現在ツー
マン運転が原則であるが、このようなシステムの導入で
ワンマン運転の道が開け、ユーザにとっても大きなメリ
ットである。

【００３３】

【発明の効果】本発明によれば、システム中の一部の要
素がダウンした場合であってもシステム機能の継続性を
計り、アベィラビリティを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する自動運転装置の概略構成図。

【図２】図１の装置におけるデータ送受信インターフェ
ース装置のブロック図。

【図３】図１の自動運転装置の先頭車および後尾車に搭
載される各要素をデータ送受信インターフェース装置と
共に示すブロック図。

【図４】先頭車（送信側）および後尾車（受信側）の機
能を示すフローチャート。

【図５】本発明のデータ送受信インターフェース装置の
機能を示すフローチャート。

【図６】先頭車による列車自動運転およびその異常発生
時の後尾車による列車自動運転の切換動作説明図。

【図７】図１の装置に対する他の構成例を示す概略構成
図。

【図８】従来の列車自動運転装置を示す概略構成図。

【符号の説明】

３ａ，３ｂ モニタ端末装置 ５，６ 保安装置（ＡＴＣ／Ｓ） ７，８ 自動運転装置（ＡＴＯ） ９ デタ送受信インターフェース装置（Ｉ／Ｆ装置） １０ 中央装置用データ伝送ライン １１，１２ 中央装置 １５，１６ 保安装置用データ伝送ライン １７，１８ 自動運転装置用データ伝送ライン

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ自動運転装置、保安装置およびそ
   れらを監視制御する中央装置を備えた先頭車および後尾
   車の相互間で、自動運転装置どうし、保安装置どうし、
   および中央装置どうしを送受信インターフェース装置を
   含むデータ伝送ラインを介して結合すると共に、現実に
   列車運行に携わっている先頭車の自動運転装置および保
   安装置から後尾車の自動運転装置および保安装置へ運行
   データを常時送信し続け、前記先頭車の自動運転装置お
   よび保安装置の少なくとも一方が何らかの異常により正
   常機能の遂行が困難になった時、正常機能の遂行が困難
   になった装置のデータ伝送機能を停止させると共に、正
   常機能の遂行を、それまで後尾車で運行データを受信し
   ていた装置に切換えて列車運行を継続させることを特徴
   とする鉄道車両自動運転装置の運用方法。
2. 【請求項２】それまで運行機能を果たしていた装置を一
   時的な異常の後切り離し、その後、切り離した装置の復
   旧が中央装置により認識された時、復旧した装置を直ち
   にデータ受信側装置とし待機予備機としてシステム内に
   組み入れることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両
   自動運転装置の運用方法。
3. 【請求項３】前記送受信インターフェース装置を二重系
   に構成しておき、先頭車および後尾車の相互間で常時い
   ずれか一方の送受信インターフェース装置を介してデー
   タ送受信を行い、使用中の送受信インターフェース装置
   に異常を生じた時、他方の送受信インターフェース装置
   に切換えることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両
   自動運転装置の運用方法。