JP6767941B2

JP6767941B2 - 車上装置及び地上装置

Info

Publication number: JP6767941B2
Application number: JP2017139122A
Authority: JP
Inventors: 浅野　晃; 晃浅野; 清水　雄一郎; 雄一郎清水; 朋範板垣; 哲也 ▲高▼田; 中村　英夫; 英夫中村
Original assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Kyosan Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2017-07-18
Filing date: 2017-07-18
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2037-07-18
Also published as: CN109263684B; TWI749246B; US11180169B2; US20190023292A1; TW201908180A; JP2019022337A; CN109263684A

Description

本発明は、鉄道における車上装置及び地上装置に関する。

現在、実用に供されている自動列車停止装置（ＡＴＳ装置）は、地上子の構造に着目すると、大別して、変周式と、トランスポンダ式とがある。変周式ＡＴＳ装置は、共振回路を有する地上子と、特定の周波数信号を発信する車上子とを用い、車上子の信号周波数が地上子の共振周波数に変周することを検知するものである。そして、車上装置では、予め記憶したデータベースを参照して、検知した共振周波数に応じた走行制御を行う（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−０２１７４５号公報

従来の変周式ＡＴＳ装置では、１箇所の地上子配置位置に１つの地上子のみを配置していた。このため、１箇所の地上子配置位置において車上装置へ伝送できる情報の種類は、地上子が取り得る共振周波数の種類の数となる。つまり、伝送できる情報の種類を増やすには、地上子（共振周波数）の種類を増やすことになる。そこで、地上子の種類を増やすことなく、伝送できる情報の種類を増やす方法として、例えば、線路方向に所定間隔をおいて地上子を配置し、配置した複数の地上子の共振周波数の組み合わせを１つの情報とみなす方法が考えられる。しかし、このような方法では、車上側がある地上子を検知した場合に、その検知した地上子１つで情報伝送が完結しているのか、その後に別の地上子を検知して組み合わせとして情報伝送が完結するから、先に検知した地上子については情報伝送が未完であるのかを判別する必要がある。また、１つの組み合わせとする複数の地上子を１つずつ順に検知する必要があるために全ての検知に時間を要するといった問題もある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、地上子の種類を増やすことなく、地上子から車上装置へ伝送される情報の種類を増加させるのに好適な技術を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明は、
軌道を走行する列車に搭載された車上装置であって、
前記軌道には、共振周波数が異なるＮ種類（Ｎ＞Ｍ）の地上子から選択されたＭ種類（Ｍ≧２）の地上子が、地上子配置位置に、走行方向に向かって左右方向に並べて配置、或いは、鉛直方向に一部又は全部を重ねて配置されており、
前記地上子に向けて発信することで、前記Ｎ種類の地上子それぞれの共振周波数に応じた周波数信号が得られる信号を車上子から送信させる送信制御手段と、
前記地上子配置位置を通過する際に前記車上子に生じた前記周波数信号に基づいて、通過した前記地上子配置位置に配置されていた前記地上子の組み合わせを判定する判定手段と、
前記判定手段の判定結果に基づき、前記列車の走行制御を行う手段と、
を備えた車上装置を構成しても良い。

この第１の発明によれば、Ｍ種類の地上子が、地上子配置位置に、走行方向に向かって左右方向に並べて配置、或いは、鉛直方向に一部又は全部を重ねて配置されているため、車上装置では、このＭ種類の地上子を同時に検知し、それらの共振周波数を判定することができる。つまり、同時に検知・判定するＭ種類の共振周波数の組み合わせを１つの情報とみなすと、地上子配置位置に１つの地上子を配置する場合に比較して、地上装置から車上装置へ伝送される情報の種類を増加させることができる。

第２の発明として、第１の発明の車上装置であって、
前記判定手段は、前記周波数信号における前記Ｎ種類の共振周波数それぞれのＱ値を算出し、算出したＱ値が所定の閾値条件を満たす共振周波数に基づき、通過した前記地上子配置位置に配置されていた前記地上子の組み合わせを判定する、
車上装置を構成しても良い。

この第２の発明によれば、Ｑ値を用いることで、共振周波数の判定を正確に行うことができる。すなわち、例えば、共振レベルを用いて地上子の共振周波数を判定する場合、共振レベルは車体の揺動やノイズの影響を受けるが、Ｑ値を用いる場合、この影響を受けないため、共振レベルを用いる場合に比較して、共振周波数の判定を正確に行うことができる。

第３の発明として、
第１又は第２の発明の車上装置が搭載された列車が走行する軌道に設置される地上装置であって、
共振周波数が異なるＮ種類（Ｎ＞Ｍ）の地上子から選択されたＭ種類（Ｍ≧２）の地上子が、走行方向に向かって左右方向に並べて配置、或いは、鉛直方向に一部又は全部を重ねて配置されて構成された地上装置を構成しても良い。

第４の発明として、
第１又は第２の発明の車上装置と、
共振周波数が異なるＮ種類（Ｎ＞Ｍ）の地上子から選択されたＭ種類（Ｍ≧２）の地上子が、走行方向に向かって左右方向に並べて配置、或いは、鉛直方向に一部又は全部を重ねて配置されて構成された地上装置と、
を具備する情報伝送システムを構成しても良い。

この第３又は第４の発明によれば、第１の発明の作用効果を奏する地上装置や情報伝送システムを実現することができる。

情報伝送システムの構成図。地上装置の配置例。車上装置の機能構成図。

［システム］
図１は、本実施形態の情報伝送システム１の構成図である。図１によれば、情報伝送システム１は、軌道Ｒを走行する列車１０に搭載される車上装置２０と、軌道Ｒに沿って設置される地上装置４０とを備え、列車１０が地上装置４０の設置位置を通過する際に、当該地上装置４０から車上装置２０へ情報の伝送が行われる。本実施形態においては、列車１０を、レール上を走行する車両とし、軌道Ｒにはレールが敷設されることとして説明するが、ゴムタイヤ等で走行する車両として、軌道Ｒには案内軌条が敷設されることとしてもよい。

地上装置４０は、共振周波数が異なる共振回路でなる２つ（Ｍ＝２）の地上子４２を有している。この２つの地上子４２それぞれの共振周波数は、Ｎ種類（Ｎ≧３）の異なる共振周波数から選択される。図２は、地上子４２の配置例である。図２に示すように、地上装置４０が有する２つの地上子４２は、走行方向に向かって左右方向に（本実施形態ではレール間のまくらぎ方向に）並べて配置されている。地上装置４０の設置位置を列車１０が通過する際に、当該列車１０の車両下部に設けられた車上子（車上アンテナ）３０が地上子４２と電磁結合することで、当該列車１０の車上装置２０は当該２つの地上子４２を同時に検知することができる。またこのとき、２つの地上子４２それぞれと車上子３０との間の距離がほぼ等しくなるように配置することで、当該２つの地上子４２の応動特性がほぼ同じとなるといった効果が得られる。

車上装置２０における地上子４２の“検知”とは、車上子３０が地上子４２と電磁結合することによって車上子３０に生じる信号（当該地上子の共振周波数に応じて生じる周波数信号）に基づいて、当該地上子４２の共振周波数を判定することである。車上装置２０は、上述のＮ種類の共振周波数を弁別可能であり、Ｎ種類の共振周波数のうち、取り得る２種類の共振周波数の組み合わせにコード情報を対応付けたコード情報テーブル１１４を記憶している。そして、同時に検知した地上子４２の共振周波数の組み合わせに対応したコード情報に応じた自列車の走行制御を行う。つまり、情報伝送システム１は、地上装置４０が有する２つの地上子４２の共振周波数の組み合わせによって、地上装置４０から車上装置２０への情報コードの伝送を行うものである。

車上装置２０における地上子４２の共振周波数の判定は、Ｑ値を用いて行う。Ｑ値の算出はどのような方法でも良いが、本実施形態では、車上子３０の電流（車上子電流）から求める方法を用いる。具体的には、Ｎ種類の共振周波数ｆ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ）と、この共振周波数ｆ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ）それぞれに対応する遮断周波数ｆ_ｉｄ（ｉ＝１，・・，Ｎ）との合成信号を、車上子３０から送信（発信）する。そして、車上子３０の電流（車上子電流）Ｉを計測し、共振周波数成分ｆ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ）それぞれに対応する車上子電流Ｉ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ））のうち、最大値となった電流Ｉ_ａ０に対応する共振周波数ｆ_ａ０と、その次に大きい電流Ｉ_ｂ０に対応する共振周波数ｆ_ｂ０と、を判断する。次いで、判断した２つの共振周波数ｆ_ａ０，ｆ_ｂ０それぞれについて、この共振周波数ｆ_ａ０，ｆ_ｂ０それぞれに対応する遮断周波数ｆ_ａｄ，ｆ_ｂｄと、共振周波数成分ｆ_ａ０，ｆ_ｂ０それぞれに対応する車上子電流Ｉ_ａ０，Ｉ_ｂ０と、遮断周波数成分ｆ_ａｄ，ｆ_ｂｄに対応する車上子電流Ｉ_ａｄ，Ｉ_ｂｄとから、式（１）に基づいてＱ値を算出する。

式（１）によれば、地上子４２のＱ値は、当該地上子４２の共振周波数ｆ_ｍ０と、遮断周波数ｆ_ｍｄと、共振周波数ｆ_ｍ０に対応する車上子電流Ｉ_ｍ０と、遮断周波数ｆ_ｍｄに対応する車上子電流Ｉ_ｍｄとから求められる。そして、２つの共振周波数ｆ_ａ０，ｆ_ｂ０それぞれのＱ値が所定の閾値を超えることによって、当該共振周波数ｆ_ａ０，ｆ_ｂ０の地上子４２を検知したと判定する。

［機能構成］
図３は、車上装置２０の内部構成図である。図３によれば、車上装置２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプロセッサ、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶部であるメモリ１１０等を有し、メモリ１１０に記憶されたプログラムを実行することで、通過した地上子４２を検知し、検知結果に応じた走行制御を行う。また、当該プログラムの実行により実現される機能部として、送信制御部１０２と、地上子検知部１０４と、走行制御部１０６とを有する。また、図示していないが、車上装置２０は、ディスプレイやＬＥＤ等を有する表示部や、設定操作をするための操作部、外部との通信を担う通信部を有する。

送信制御部１０２は、Ｎ種類の共振周波数ｆ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ）と、この共振周波数ｆ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ）それぞれに対応する遮断周波数ｆ_ｉｄ（ｉ＝１，・・，Ｎ）と、の合成信号を生成し、生成した合成信号を、常時、車上子３０から発信させる。Ｎ種類の共振周波数ｆ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ）は、軌道Ｒに沿って配置され得る地上子４２の共振周波数であり、メモリ１１０の地上子ＤＢ１１２を参照して判断することができる。地上子ＤＢ１１２は、配置されている地上子４２それぞれについて、その設置位置や共振周波数等を対応付けて格納している。

地上子検知部１０４は、車上子３０の電流（車上子電流）を計測し、この車上子電流をもとに、地上子４２の通過を検知するとともに、同時に検知した２つの地上子４２それぞれの共振周波数を判定する。すなわち、Ｎ種類の共振周波数成分ｆ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ）それぞれに対応する車上子電流Ｉ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ））のうち、最大値となった電流Ｉ_ｉａに対応する共振周波数ｆ_ａ０と、その次に大きい電流Ｉ_ｉｂに対応する共振周波数ｆ_ｂ０と、を判断する。次いで、判断した２つの共振周波数ｆ_ａ０，ｆ_ｂ０それぞれについて、この共振周波数ｆ_ａ０，ｆ_ｂ０それぞれに対応する遮断周波数ｆ_ａｄ，ｆ_ｂｄと、共振周波数成分ｆ_ａ０，ｆ_ｂ０それぞれに対応する車上子電流Ｉ_ａ０，Ｉ_ｂ０と、遮断周波数成分ｆ_ａｄ，ｆ_ｂｄに対応する車上子電流Ｉ_ａｄ，Ｉ_ｂｄとから、式（１）に基づいてＱ値を算出する。そして、２つの共振周波数ｆ_ａ０，ｆ_ｂ０それぞれのＱ値が所定の閾値を超えることによって、当該共振周波数ｆ_ａ０，ｆ_ｂ０の地上子４２を検知したと判定する。

走行制御部１０６は、メモリ１１０のコード情報テーブル１１４を参照して、地上子検知部１０４によって検知・判定された地上子４２の共振周波数の組み合わせに対応するコード情報に従った自列車の走行制御を行う。

［作用効果］
このように、本実施形態の情報伝送システム１によれば、１つの地上装置４０を構成する２つの地上子４２として、共振周波数が異なるＮ種類の地上子から選択した２つ（Ｍ＝２）の地上子４２が、走行方向に向かって左右方向に並べて配置されているため、車上装置２０では、この２つの地上子４２を同時に検知し、それらの共振周波数を判定することができる。つまり、同時に検知・判定する２種類の共振周波数の組み合わせを１つの情報とみなすと、Ｎ×（Ｎ−１）／２種類のコード情報を伝送することができ、１つの地上子を配置する場合に比較して、車上装置２０へ伝送される情報の種類を増加させることができる。

また、車上装置２０における地上子４２の共振周波数の判定にＱ値を用いることで、車体の動揺やノイズによる影響を排除し、地上子４２の検知性能を向上させることができる。更に、地上子４２を小型化することができ、左右レール間に、２つの地上子４２を並べることが可能となる。

なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

（Ａ）地上子の配置
地上装置が有する２つの地上子を、走行方向に向かって左右方向に並べて配置するのではなく、鉛直方向（上下方向）に一部又は全部を重ねて配置することとしても良い。

（Ｂ）地上装置が有する地上子の数Ｍ
１つの地上装置４０が、共振周波数が異なる３つ以上（Ｍ≧３）の地上子４２を有する構成としても良い。この場合、３つ以上の地上子４２は、走行方向に向かって左右方向に並べて配置しても良いし、或いは、鉛直方向に一部又は全部を重ねて配置することにしても良い。車上装置２０の地上子検知部１０４は、Ｎ種類の共振周波数成分ｆ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ）それぞれに対応する車上子電流Ｉ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ））のうち、大きい順に３つの車上子電流を選択し、Ｑ値が所定の閾値を超えているか否かを判定することで、当該３つの共振周波数の地上子３２を検知したと判定する。

（Ｃ）地上装置が有する地上子の数を任意とする
１つの地上装置４０が有する共振周波数が異なる地上子４２の数を任意（例えば、ある地上装置については１つの共振周波数の地上子、ある地上装置については共振周波数の異なる２つの地上子を有する）としてもよい。

その場合、車上装置２０の地上子検知部１０４は、Ｎ種類の共振周波数成分ｆ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ）それぞれに対応する車上子電流Ｉ_ｉ０（ｉ＝１，・・，Ｎ））について、Ｑ値が所定の閾値を超えているか否かを判定し、所定の閾値を超えた車上子電流に係る全ての共振周波数を検知したとすることで対応できる。

１情報伝送システム
１０列車
２０車上装置
１０２送信制御部、１０４地上子検知部、１０６走行制御部
１１０メモリ、１１２地上子ＤＢ、１１４コード情報テーブル
３０車上子
４０地上装置、４２地上子
Ｒ軌道

Claims

軌道を走行する列車に搭載された車上装置であって、
前記軌道には、共振周波数が固定された共振回路でなる地上子であって前記共振周波数が異なるＮ種類（Ｎ＞Ｍ）の地上子のうち、選択されたＭ種類（Ｍ≧２）の地上子のみを鉛直方向に一部又は全部を重ねて配置して有する地上装置が所定の設置位置に設置されており、
前記Ｎ種類の地上子それぞれの共振周波数に応じた周波数信号が得られる信号を車上子から送信させることと、
前記車上子に生じた前記周波数信号に基づいて前記Ｍ種類の共振周波数を同時に検知した場合に、通過した前記設置位置に設置されていた前記地上装置を構成する前記Ｍ種類の共振周波数の地上子を検知したと判定することと、
前記検知したと判定したＭ種類の共振周波数の組み合わせに対応するコード情報を、前記Ｎ種類のうちから取り得る前記Ｍ種類の共振周波数の組み合わせ毎に対応付けられたコード情報の中から選択して、当該コード情報に従った前記列車の走行制御を行うことと、
を行う車上装置。
通過した前記設置位置に設置されていた前記地上装置を構成する前記Ｍ種類の共振周波数の地上子を検知したと判定することは、前記周波数信号における前記Ｎ種類の共振周波数それぞれのＱ値を全て算出し、算出したＱ値が所定の閾値条件を満たす共振周波数を検知することで、前記Ｍ種類の共振周波数の地上子を検知したと判定することである、
請求項１に記載の車上装置。
通過した前記設置位置に設置されていた前記地上装置を構成する前記Ｍ種類の共振周波数の地上子を検知したと判定することは、
前記車上子に生じた前記周波数信号に基づいて、前記Ｎ種類の共振周波数それぞれに対応する信号電流が大きいものから順にＭ個の信号電流を選択することと、
当該選択したＭ個の信号電流に係る共振周波数のＱ値を算出することと、
を含み、当該算出したＭ個のＱ値が全て所定の閾値条件を満たすことで、前記Ｍ種類の共振周波数の地上子を検知したと判定することである、
請求項１に記載の車上装置。
軌道を走行する列車に搭載された車上装置であって、
前記軌道には、共振周波数が固定された共振回路でなる地上子であって前記共振周波数が異なるＮ種類（Ｎ＞Ｍ）の地上子のうち、選択されたＭ種類（Ｍ≧２）の地上子のみを走行方向に向かって左右方向に並べて配置して有する地上装置が所定の設置位置に設置されており、
前記Ｎ種類の地上子それぞれの共振周波数に応じた周波数信号が得られる信号を車上子から送信させることと、
前記車上子に生じた前記周波数信号に基づいて前記Ｍ種類の共振周波数を同時に検知した場合に、通過した前記設置位置に設置されていた前記地上装置を構成する前記Ｍ種類の共振周波数の地上子を検知したと判定することと、
前記検知したと判定したＭ種類の共振周波数の組み合わせに対応するコード情報を、前記Ｎ種類のうちから取り得る前記Ｍ種類の共振周波数の組み合わせ毎に対応付けられたコード情報の中から選択して、当該コード情報に従った前記列車の走行制御を行うことと、
を行い、
通過した前記設置位置に設置されていた前記地上装置を構成する前記Ｍ種類の共振周波数の地上子を検知したと判定することは、前記周波数信号における前記Ｎ種類の共振周波数それぞれのＱ値を全て算出し、算出したＱ値が所定の閾値条件を満たす共振周波数を検知することで、前記Ｍ種類の共振周波数の地上子を検知したと判定することである、
車上装置。
軌道を走行する列車に搭載された車上装置であって、
前記軌道には、共振周波数が固定された共振回路でなる地上子であって前記共振周波数が異なるＮ種類（Ｎ＞Ｍ）の地上子のうち、選択されたＭ種類（Ｍ≧２）の地上子のみを走行方向に向かって左右方向に並べて配置して有する地上装置が所定の設置位置に設置されており、
前記Ｎ種類の地上子それぞれの共振周波数に応じた周波数信号が得られる信号を車上子から送信させることと、
前記車上子に生じた前記周波数信号に基づいて前記Ｍ種類の共振周波数を同時に検知した場合に、通過した前記設置位置に設置されていた前記地上装置を構成する前記Ｍ種類の共振周波数の地上子を検知したと判定することと、
前記検知したと判定したＭ種類の共振周波数の組み合わせに対応するコード情報を、前記Ｎ種類のうちから取り得る前記Ｍ種類の共振周波数の組み合わせ毎に対応付けられたコード情報の中から選択して、当該コード情報に従った前記列車の走行制御を行うことと、
を行い、
通過した前記設置位置に設置されていた前記地上装置を構成する前記Ｍ種類の共振周波数の地上子を検知したと判定することは、
前記車上子に生じた前記周波数信号に基づいて、前記Ｎ種類の共振周波数それぞれに対応する信号電流が大きいものから順にＭ個の信号電流を選択することと、
当該選択したＭ個の信号電流に係る共振周波数のＱ値を算出することと、
を含み、当該算出したＭ個のＱ値が全て所定の閾値条件を満たすことで、前記Ｍ種類の共振周波数の地上子を検知したと判定することである、
車上装置。
前記車上子から送信させる信号は、前記Ｎ種類の地上子それぞれの共振周波数と、当該共振周波数それぞれに対応する遮断周波数との合成信号である、
請求項１〜５の何れか一項に記載の車上装置。
請求項１〜３の何れか一項に記載の車上装置が搭載された列車が走行する軌道に設置される地上装置であって、
共振周波数が固定された共振回路でなる地上子であって前記共振周波数が異なるＮ種類（Ｎ＞Ｍ）の地上子のうち、選択されたＭ種類（Ｍ≧２）の地上子のみを、鉛直方向に一部又は全部が重なるように配置して構成された地上装置。
請求項４又は５に記載の車上装置が搭載された列車が走行する軌道に設置される地上装置であって、
共振周波数が固定された共振回路でなる地上子であって前記共振周波数が異なるＮ種類（Ｎ＞Ｍ）の地上子のうち、選択されたＭ種類（Ｍ≧２）の地上子のみを、走行方向に向かって左右方向に並べて配置して構成された地上装置。