自動列車運転装置
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2024/04/20 05:01 UTC 版)
概要
システムは大きく分けて、車両に搭載した車上装置で演算制御を行う車上パターン方式ならびに地上パターン方式と、地上装置で車両の演算制御を全て行う全地上方式がある[1][2]（厳密にはこのほか、車上パターン方式と全地上方式の中間となる半地上方式がある[1]）。
日本国内で初めて使用された名古屋市交通局（名古屋市営地下鉄）の自動列車運転装置（ATO）は、車上装置による地上パターン方式（地上プログラム方式）が使用された[3][4]。
乗務員（路線により呼び方は異なる）が乗務するタイプと、無人運転のタイプに大きく分けられる。出発条件の成立後、自動的に目標速度まで加速した後に定速運転または惰行を行い、停車駅に接近すれば自動的に停止位置に停止させるという基本機能は変わらない。また、ATOはATCに自動運転装置としての機能が付加されたものでなければならないので、目標速度の設定及び保安確保のため[注 1]、閉塞にATCを使用するケースがほとんどである。
乗務員が乗務するタイプには、ATOをあくまでも運転支援装置と捉え、ATO運転中であっても運転士の運転操作が優先するよう設計されたものと、ATO運転モードでは緊急停止以外の運転操作ができない、無人運転に近い設計のものが存在する。いずれの場合も、一般に戸閉後にメインハンドル付近に設置された出発ボタンを押すことで、次駅までの自動運転が開始される。出発ボタンは、多くが誤操作防止のため、2つを同時に押すことにより作動するようになっている。
また、無人運転に近い設計の車両には、出発ボタンは存在せず、代わりに「扉閉抑止」ボタンがついているものもある。この様な列車の場合、駅に到着後は扉が自動で開くものの、このボタンを押さないままにしておくと、出発時刻になると自動で扉が閉まり、ひとりでに発車してしまう。しかし、このボタンを押しておくと、駅に到着して自動で扉が開いた後は、このボタンを再度押して解除しないと、出発時刻になっても扉は閉まらず、発車しなくなる。再度押して解除することで、扉が閉まり、扉が正常に閉まった場合（ホームドアが設置されている路線ではホームドアも）には、自動で発車することになる。またこの様な列車の場合、扉閉抑止を解除して一旦ドアが閉まった後に、再度ドアを開けることは出来ないため、戸ばさみからの復帰や駆け込み乗車をした乗客を乗せる場合、あるいは降り損ねそうになった乗客からの再開閉の依頼などで、発車せずにドアを再開閉する必要がある場合には、一旦ATOを解除した後マスコンキーを回して手動運転に切り替えた後、手動にてドアを再開閉してから、再度自動運転に戻す必要がある。この方式は、福岡市地下鉄七隈線などで採用されている。
自動列車運転装置（ATO）は駅停車制御機能のみを使用することで、定位置停止装置（TASC）として使用することもできる。東京メトロ南北線及び都営地下鉄三田線各車両のATOは東急目黒線内ではTASCモードに切り換わり、駅発車時の力行操作と駅間の速度制御は運転士が行い、駅停車時の停止操作はATO装置の駅停車制御機能（TASC機能）を使用している。
詳細な解説
自動列車運転装置は、地上側で地点情報を発信する地上子、地上子から地点情報を受信する車上子、車両側で力行・惰行・ブレーキの制御を行う車上装置という3種の装置から構成されている。地上子は、有電源のトランスポンダである定位置停止地上子（P4地上子）と、3つの無電源地上子（P1-P3地上子）の2種類に分けられる。定位置停止地上子は各駅の停車位置に設置されており、列車が定位置に停止したかどうか確認するため、また停止した後諸機器を動作させるために必要となる。P4地上子が車上側のATO車上子の位置を一定の範囲内[注 2]で検知すると、車上子との間でホームドアの開閉指令やホームドアの開閉状態の情報、運行管理情報がやり取りされる。その手前に設置されているのが無電源地上子で、駅で決められた位置に停車するために必要となるものである。列車が無電源地上子を通過すると、地上子に組み込まれた固定位置情報が車両側のATO車上子を介して車上装置に送信される。この情報をもとに、列車は停止位置までの距離を把握することになる。P1地上子は、列車側にブレーキ制御用パターンを生成させる地点に設置される。P2・P3地上子は、P4地上子とP1地上子との間[注 3]に設置され、後述する車上装置に停車位置までの距離を伝達する。車両側に設置された車上装置は、列車が停止位置に止まるために必要なブレーキ出力を決定して指令する役割を担っている。車上装置には各駅間の距離情報と運転パターンが予め記録されており、地上側での位置補正用地上子から受信された地点情報と列車からの速度情報とを照合して適切なブレーキ出力を演算することにより、運転士の操作を必要としない定位置への停車を可能にしている。
列車が停車駅に接近すると、車上子がP1地上子から停止位置までの距離情報を受信する。それをもとに、車上装置が停止目標位置までの停止制御用パターンを生成する。列車側がP2・P3地上子から残りの距離情報を受信すると、列車が記録している残りの距離情報の食い違いの補正を行い、列車速度と正確な残距離に合わせてフィードバックによるブレーキ制御を行い、停車目標位置までに列車を自動的に減速させる。列車が停車目標位置にあるP4地上子の位置に停車した後は、列車の停止位置がショート（定位置手前）かジャスト（定位置停止）かオーバー（定位置超過）かを判断する停止位置測定を行い、許容範囲以上に位置がずれた場合には、インチングにより列車位置の修正を行う。目標位置に停車したことが確認されると、車両側で転動防止ブレーキを掛ける。また、車上側から地上側に列車の運行番号・行き先などの情報が送信され、地上側の運行管理システムが送信されたこれらの情報を基に列車の運行管理を行う。その後、車上側からの指令で地上側のホームドアが開けられると、車上側に車両ドア開情報が送信されて、車両側のドアが開けられる。停車中においては、運行管理システムが停車時間の管理を行い、出発時には、運行管理システムからの出発指示情報・ホームドア閉・車両側のドア閉などの条件が揃えば、列車は駅から出発できるようになっている。また、ホームドアまたは車両のドアの開閉は、車両側の運転席にあるドア開閉ボタンを操作することにより行う[5]。
地上子は鉄輪式リニアモーターカー方式の地下鉄（例 : 都営地下鉄大江戸線）では軌条間にリアクションプレートがあり、通常形地上子の設置ができないことからループコイル方式を採用している。これは2本の軌条の外側に「8の字形」のループコイルを設置し、撚架点（ねんかてん）を設けることで地上子としての機能を持たせている[6]が、最近ではリアクションプレートの横に地上子を設置する方式もある。
また、地上子を設置した方式の場合には導入の手間が大きくなることから、東京メトロ千代田線北綾瀬支線（旧式の5000系・6000系ハイフン車）では地上子を使用しない方式を採用している。これは2駅間の折返し運転という性格上、両駅に設置しているATC装置の過走防護信号 (ORP・Over Run Protector) を基にして、地上子の代わりに残存距離の補正を行っている[7]。ただし、2014年度より同線に導入された05系改修車では地上子・車上子方式となっている。
ATO装置のシステム構成
一例として東京メトロ南北線のATO装置のシステム構成について示す。同線用のATO装置は以下の装置と連動して車両を制御する。
- 運転台
- ATO表示灯
- ATO出発ボタン（2個一組で配置され、2個同時に押さないと発車出来ない）
- マスコンハンドル
- 運転切換スイッチ（手動運転 - ATO運転）
- ATO運転モード切換スイッチ（平常運転 - 回復運転 - 遅速運転）
- ATC装置（ATC信号判別器・ATC論理照査器）
- ATC信号コードとATCブレーキ情報をATO装置に送信
- 速度発電機からの速度情報
- ATO送受信器（トランスポンダ）からの地点情報（車上子 - 地上子）
-
ATO運転に対応した東京地下鉄10000系の運転台 -
マスコンハンドルの右下にある2個一組のATO出発ボタン -
東京メトロ南北線9000系のATO運転モード切換スイッチ（右端のハンドル）
ATOには列車速度の調整用に運転モードがある。東京メトロ南北線では「平常」・「回復」・「遅速」の3つのモードがあり、平常運転モードではATC制限速度の5km/h下の速度で走行、回復運転モード（列車遅れを回復させる場合）には平常運転より+2km/hで走行（ATC制限速度の3km/h下）、遅速（列車を遅らせる場合）には平常運転より-10km/hで走行（ATC制限速度の15km/h下）させることができる。
実際のATO運転の車両制御
以下はOsaka Metro千日前線での例である。
- 出発制御
-
- 安全のため、以下の条件が成立した場合のみ、列車を出発させることができる。
- 「戸閉」「戸閉保安」「母線引通」「非常ユルメ」「断流器入」点灯。「非常ユルメ」は停止後も点灯。「可動柵開」は駅停止後、ホーム柵と車両の扉が開いてから点灯。出発時は消灯。「定点停止」は停止後点灯、出発時消灯。「ATO」は常時点灯。ATOは千日前線では回送、手動のハンドル訓練時は消灯し、手動が点灯する。
- ATC常用ブレーキが緩解状態
- ブレーキ圧力0:車両速度0km/h
- 安全のため、以下の条件が成立した場合のみ、列車を出発させることができる。
- 運転取扱の流れ
-
- 始発駅では、運転士は乗務員室の扉の鍵を開け、マスコンハンドルを非常ブレーキ位置にした状態で運転キーを差し込む。続いてレバーサ（逆転器）を"前"位置にし、非常ブレーキ位置からブレーキ動作確認してNブレーキ位置へ戻した後、直予備ブレーキを一旦引いて、押してからブレーキ圧力を確認する。前照灯スイッチON・尾灯スイッチOFFにしてから方向幕・前照灯点灯・尾灯消灯を確認し、戸閉操作へ移行する。
- 発車サイン音が鳴り次第、車両の扉とホーム柵を閉める。車両の扉とホーム柵が閉まったことを確認したら、出発指示合図表示器の指差確認喚呼をした後、ATO出発ボタンを押して列車を出発させる。
- ATO出発ボタンを2個同時に押すと出発できるが、出発ボタンを1つずつ押した場合はエラーが発生する。「戸閉」は車両の扉とホーム柵が閉まったら点灯、続いて「可動柵開」が消灯後、列車出発後すぐに「戸閉保安」「断流器入」「非常ユルメ」「母線引通」「ATO」が点灯する。ATO出発ボタンを2個同時に押してブレーキを緩解してから出発まで時間がかかる。
- 駅でホーム柵に手や物を入れて支障物センサーの赤外線が反応すると、全列車に自動ブレーキがかかり、列車が駅到着前の列車はトンネル出る付近でブレーキがかかり、トンネルを出る付近で停止、それ以外は駅かまたはトンネルの中で指令から解除が出るまで停止する。
- 駅間走行制御
- ATCからの制限速度信号とATO運転モード切換スイッチの条件から、目標速度を設定し、力行とブレーキ操作を行い列車を運転する。
- 惰行制御と減速制御
- 走行中は必要に応じて惰行制御を行い、無駄な力行操作を抑制する。また、駅間に曲線部があり、減速を必要とする場合には車両側にある駅間走行パターンに基づき、事前に減速操作を行うことで乗り心地の低下を防止する。
- 定位置停止制御
- 地上子からの地点情報を元に、車上パターンを発生させ、所定停止位置に停止させる。停止を検知すると列車の転動を防止するため、常用ブレーキを出力し、転動防止ブレーキをかける。
- 駅間走行制御
特にATO運転時には頻繁なノッチ操作を行うと乗り心地が低下してしまうため、力行ノッチ・常用ブレーキ操作は手動運転時よりもステップ分割を行うようにした車両が大多数である。
注釈
- ^ 東京メトロの場合には、ATCによる制限速度の5km/h下を目標速度としており、ATCの制限速度が下がる際の減速制御では、ATOが制限速度の下がる手前の地点でブレーキを作動させて減速するが、その際には、ATCのブレーキを優先させる。また終端駅において、車上側のATO装置が故障などでブレーキがかからなくなった場合や、列車が先行列車に接近した場合には、ATCのブレーキがバックアップとして作動するようになっている。
- ^ おおむねP4地上子から±350 - ±500 mmまでの範囲であることが多い。
- ^ P2地上子はP4地上子の10 - 30 m手前、P3地上子はP4地上子の1 m手前に設置される。
- ^ 事前の試験は、南北線にて同線の車両（2000形）にATOを搭載し、試運転を経て営業運転も行われていた。
- ^ 1984年（昭和59年）1月20日より、地下鉄としては国内初となるワンマン運転も開始している。
出典
- ^ a b c d e f g h i j 三菱電機『三菱電機技報』1972年8月号「地上式自動列車制御システム」pp.947 - 956。
- ^ 日本鉄道サイバネティクス協議会『鉄道サイバネ・シンポジウム論文集』第14回（1977年）「神戸市営地下鉄の自動列車運転装置」論文番号421。
- ^ a b 日立製作所『日立評論』1961年別冊39号「電車自動運転装置 (PDF) 」。
- ^ a b c 日立製作所『日立評論』1961年別冊40号「列車自動制御装置 (PDF) 」pp.102 - 104。
- ^ 『電気鉄道技術入門』オーム社、2008年p198-p200。
- ^ 東京都交通局「大江戸線放射部建設史」439頁参照。
- ^ レールアンドテック出版「鉄道車両と技術」No.177記事「東京メトロにおけるATOの取組み」参照。
- ^ a b c d e 信号保安協会「信号保安」1962年11月号「名古屋市地下鉄の自動運転装置」pp.6 - 9。
- ^ a b 鉄道電化協会「電気鉄道」1963年11月号「列車の自動運転」pp.25 - 28。
- ^ 名古屋市交通局「市営交通70年のあゆみ」（1992年8月）参照。
- ^ 帝都高速度交通営団「営団地下鉄五十年史」
- ^ 三菱電機「三菱電機技報」1967年2月号 pp.318 - 324。
- ^ a b 帝都高速度交通営団「東京地下鉄道日比谷線建設史」
- ^ 鉄道図書刊行会「鉄道ピクトリアル」1987年12月臨時増刊号特集「帝都高速度交通営団」p.28。
- ^ a b 日立製作所『日立評論』1965年4月号「モノレールカーの自動運転（ATO） (PDF) 」。
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- ^ a b 日立製作所『日立評論』1970年別冊 万国博特集号「万国博モノレール (PDF) 」
- ^ a b c d e 三菱電機『三菱電機技報』1971年4月号「最新の車上自動列車運転装置」pp.436 - 449。
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- ^ a b c d e 日本鉄道運転協会『運転協会誌』1962年3月号「プログラム・トレィーン・コントロール」pp.32 - 33。
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- ^ 「山手線の営業列車で自動運転を目指した実証運転を行います (PDF) 」（JR東日本ニュースリリース・インターネットアーカイブ）。
- ^ 「自動列車運転装置の実証実験を実施します (PDF) 」（JR九州ニュースリリース・インターネットアーカイブ）。
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- ^ 「国内初 在来線自動運転 実証運転区間を延伸 (PDF) 」（日本信号ニュースリリース・インターネットアーカイブ）。
- ^ 「「鹿児島本線」で自動列車運転支援装置の走行試験を実施します (PDF) 」（JR九州ニュースリリース・インターネットアーカイブ）。
- ^ 「鹿児島本線 自動列車運転支援装置開発・走行試験着手 (PDF) 」（日本信号ニュースリリース・インターネットアーカイブ）。
- ^ 「GOA2.5 自動運転を2024年3月より開始します (PDF) 」（JR九州ニュースリリース・インターネットアーカイブ）。
- ^ a b 「2024年3月16日より2つの「自動運転」を開始します! (PDF) 」（JR九州ニュースリリース・インターネットアーカイブ）。
- ^ 「鉄道の自動運転（CoA3）実施に向けた検証を東武大師線において開始します (PDF) 」（東武鉄道ニュースリリース・インターネットアーカイブ）。
- ^ 「東武鉄道とJR東日本は、ドライバレス運転実現に向け、協力して検討を進めます (PDF) 」（東武鉄道ニュースリリース・インターネットアーカイブ）。
- ^ 「新幹線E7系で自動運転の試験を行います (PDF) 」（JR東日本ニュース・インターネットアーカイブ）。
- ^ 「新幹線の自動運転に向けた開発を行っています (PDF) 」（JR西日本ニュース・インターネットアーカイブ）。
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- ^ “＜仙台東西線＞工夫 随所に”. 河北新報 (2015年12月5日). 2016年2月2日閲覧。
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- ^ 『JR東日本で初めてとなる自動列車運転装置（ATO）の使用開始について』（PDF）（プレスリリース）東日本旅客鉄道東京支社、2021年2月16日。 オリジナルの2021年2月16日時点におけるアーカイブ。2021年3月15日閲覧。
- ^ “常磐線、綾瀬―取手で有人自動運転を実施へ…JR東では初”. 読売新聞. (2021年3月9日). オリジナルの2021年3月15日時点におけるアーカイブ。 2021年3月15日閲覧。
- ^ a b 日本鉄道運転協会『運転協会誌』2017年11月号自動運転特集「首都圏新都市鉄道 ニーズに対応した快適性を求めて」pp.9 - 11。
- ^ “横浜の自動運転車両逆走事故、ケーブル断線で制御できず”. 朝日新聞 (2021年2月18日). 2021年5月25日閲覧。
- ^ “マレーシア 自動運転の首都都市鉄道が衝突 200人以上けが”. 毎日新聞 (2021年5月25日). 2021年5月25日閲覧。[リンク切れ]
- ^ 「クレーン落下 台中メトロ、全線で運転再開 事故当時の映像も公開／台湾」『Yahoo!ニュース』、2023年5月11日。
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