JP2012019570A - 鉄道車両走行安全システム - Google Patents

Abstract

【課題】適切な走行安全性を確保することができる鉄道車両安全走行システムを提供する。
【解決手段】鉄道車両の速度が停止状態から初期値となったときに左右の車輪に加わる輪重の平均である初期平均輪重を算出（Ｓ１１５）し、鉄道車両の速度が初期値以上で走行中に、左右の車輪に加わる走行輪重差を算出（Ｓ１２５）し、鉄道車両の速度及び線路の状態に基づいて、鉄道車両の走行位置において左右の車輪に加わるであろう推定輪重差を算出（Ｓ１４５）し、Ｓ１２５において算出した走行輪重差から、Ｓ１１５において算出した初期平均輪重及びＳ１４５において算出した推定輪重差を減じた値を鉄道車両に加わる外乱の値として算出（Ｓ１５０）し、Ｓ１１５において算出した初期平均輪重に対するＳ１２５において算出した走行輪重差の比率である危険率を算出（Ｓ１５５）し、危険率が所定の危険率以上となった場合に、鉄道車両の速度を低減させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、鉄道車両において横風などの外乱に対する転覆安全性を確保するための鉄道車両走行安全システムに関する

従来、鉄道車両の風による転覆を防止するために、地上風速計による風規制が行われている。つまり、一般的な転覆限界風速の算出式（国枝の式）に、鉄道沿線に設置された地上風速計で計測した風速を適用して転覆限界風速を算出し、算出した転覆限界風速によって風規制を行っている。

横風による内軌側転覆について例を挙げると、鉄道車両の転覆に対して影響が大きい力は、（１）風圧力、（２）超過遠心力、（３）左右振動慣性力、の３つであり、現行の規制風速を満足するように安全設計上考慮されている。

また、鉄道車両の台車の空気バネの内圧をリアルタイムに計測し、その計測値に基づいて、台車の各輪軸の輪重偏在度の平均値と輪重偏在度のばらつき幅の最大値を求め、求めた輪重偏在度の平均値とばらつき幅の最大値とからリアルタイムに鉄道車両の脱線の危険性を把握する技術がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１２２４６８号公報

ところが、上記国枝の式におけるパラメータの中で、特に、風圧力（空気抵抗）については、車体の形状、風の当たり方（角度）が影響し、縮尺モデルを用いた風洞実験をはじめ各種の検討がなされているが、車両条件（形状、速度、編成構成等）、地上条件（盛土、高架、橋等）を反映するには限界がある。

また、規制の基礎となる風速は、地上に設置した風速計によるが、風速計は鉄道沿線に点在しているため、その点在データで沿線全体を網羅して、パラメータとして用いるには限界がある。

したがって、実際には、風による規制が手遅れになる場合を想定して、より安全率の高い規制となり、必要以上に安全を優先することがあり、その場合、結果として無駄な規制となる場合もあり得るという問題があった。

また、鉄道車両の脱線の危険率は、鉄道車両が駅を発車した時点の乗客の数や貨物の積載量によって輪軸に加わる輪重の初期状態によって変わってくる。つまり、鉄道車両が駅を発車したときの積載量が多ければ、鉄道車両は安定しており、積載量が少なければ不安定である。したがって、輪重の初期状態が危険率に影響を与える。

ところが、上記台車における輪重偏在度の平均値とばらつき幅の最大値とから脱線の危険率を把握する方法では、鉄道車両の走行中の台車の空気圧から得られるデータに基づいて危険率を算出しているのみであり、輪重の初期状態を考慮して危険率を算出していないため、適切な危険率を把握することができなかった。

また、上記特許文献１に記載の技術は、自車両のみの走行安全を確保することはできるものの、脱線の危険性を他車両や指令所に伝達して、他車両を含めた鉄道車両運行システム全体の走行安全を確保することはできなかった。

本発明は、こうした問題に鑑みなされたもので、適切な走行安全性を確保することができる鉄道車両走行安全システムを提供することを目的とする。

この欄においては、発明に対する理解を容易にするため、必要に応じて「発明を実施するための形態」欄において用いた符号を付すが、この符号によって請求の範囲を限定することを意味するものではない。

上記「発明が解決しようとする課題」において述べた問題を解決するためになされた請求項１に記載の発明は、速度検出手段（１０）、荷重検出手段（２０，２１）、制御手段（８０）及び報知手段（６０）を備えたことを特徴とする鉄道車両走行安全システム（１）である。

速度検出手段（１０）は、鉄道車両（３）の走行速度を検出し、荷重検出手段（２０，２１）は、鉄道車両（３）の台車（３ｂ）の進行方向に対し左右の車輪に加わる輪重を検出する。

制御手段（８０）は、初期輪重算出工程（Ｓ１１５）、走行輪重差算出工程（Ｓ１２５）及び危険率算出工程（Ｓ１５５）により危険率を算出する。
初期輪重算出工程（Ｓ１１５）では、速度検出手段（１０）で検出した鉄道車両（３）の速度が停止状態から所定の値となったときの、荷重検出手段（２０，２１）で検出した左右の車輪に加わる平均輪重である初期平均輪重を算出する。

走行輪重差算出工程（Ｓ１２５）は、速度検出手段（１０）で検出した鉄道車両（３）の速度が所定の値以上で走行中に、荷重検出手段（２０，２１）で検出した左右の車輪に加わる走行輪重差を算出する。

危険率算出工程（Ｓ１５５）では、初期輪重算出工程（Ｓ１１５）で算出した初期平均輪重に対する走行輪重差算出工程（Ｓ１２５）で算出した走行輪重差の比率である危険率を算出する。

さらに、報知手段（６０）は、危険率算出手段（８０，Ｓ１５５）で算出された危険率を、鉄道車両（３）の乗務員に報知する。
このような鉄道車両走行安全システム（１）では、鉄道車両（３）の速度が停止状態から所定の値となったときの輪重の平均である初期平均輪重が算出される。ここで、所定の値を鉄道車両（３）が発車した直後の値、例えば、５［ｋｍ／ｈ］とすれば、発車時の初期平均輪重が算出される。つまり、乗客や貨物などの積載量を駅ごとに算出することができる。

したがって、走行輪重差算出手段（８０，Ｓ１２５）で算出した走行中の初期平均輪重に対する危険率が鉄道車両の積載量に応じてリアルタイムに乗務員に報知されることになる。

例えば、同じ風速でも、ある駅における発車時の初期平均輪重が大きい場合、報知される危険率は発車時の初期平均輪重が小さい場合に比べ小さくなる。
したがって、乗務員は、リアルタイムに報知される危険率に従って鉄道車両（３）を走行させればよいので、効率よく走行安全性を確保することができる。つまり、適切な走行安全性を確保することができる鉄道車両安全走行システムと（１）することができる。

また、鉄道車両（３）の走行中に算出される走行輪重差は、線路（２）の勾配、線路（２）の曲率半径やカントなどの線路（２）の状態及び鉄道車両（３）の速度によって変化するとともに、鉄道車両（３）に加わる横風の状態によって変化する。

そこで、請求項２に記載のように、位置検出手段（３０）、線路状態取得手段（４０）を備え、制御手段（８０）では、初期輪重算出工程（Ｓ１１５）、推定輪重差算出工程（Ｓ１４５）、外乱算出工程（Ｓ１５０）及び外乱値表示工程（Ｓ１６５）により外乱の値を表示するようにするとよい。

位置検出手段（３０）は、鉄道車両（３）の走行位置を検出し、線路状態取得手段（４０）は、位置検出手段（３０）で検出した鉄道車両（３）の走行位置の線路（２）の状態を取得する。

初期輪重算出工程（Ｓ１１５）において、速度検出手段（１０）で検出した鉄道車両（３）の速度が停止状態から所定の値となったときの、荷重検出手段（２０，２１）で検出した左右の車輪に加わる輪重差である初期輪重差を算出し、
推定輪重差算出工程（Ｓ１４５）では、速度検出手段（１０）で検出した鉄道車両（３）の速度及び線路状態取得手段（４０）で取得した線路（２）の状態に基づいて、鉄道車両（３）の走行位置において左右の車輪に加わるであろう推定輪重差を算出する。

外乱算出工程（Ｓ１５０）では、走行輪重差算出工程（Ｓ１２５）で算出した走行輪重差から、初期輪重算出工程（Ｓ１１５）で算出した初期平均輪重及び推定輪重差算出工程（Ｓ１４５）で算出した推定輪重差を減じた値を鉄道車両（３）に加わる外乱の値として算出する。

外乱値表示工程（Ｓ１６５）では、外乱算出工程（Ｓ１５０）で算出した外乱の値を表示手段（６０）に表示する。
このようにすると、線路（２）の状態は、例えば、鉄道車両（３）の台車（３ａ）の輪軸に取り付けた速度発電機を用いたＡＴＣ装置あるいはＧＰＳなどの位置検出手段（３０）で検出した鉄道車両（３）の走行位置が分かれば、例えば、線路（２）の状態を格納したデータベースなどの線路状態取得手段（４０）から取得することができる。また、鉄道車両（３）の速度は、速度検出手段（１０）で検出できる。

したがって、線路（２）の状態及び速度により変化する輪重差は、推定輪重差算出工程（Ｓ１４５）によってリアルタイムに推定することができる（推定輪重差）。すると、走行輪重差算出工程（Ｓ１２５）で算出した走行輪重差から、初期平均輪重及び推定輪重差を減ずると、横風など、鉄道車両（３）に加わる外乱の値となる。

そこで、算出した外乱の値を表示すれば、乗務員が、横風などの外乱が鉄道車両（３）にどの程度加わっているのかを知ることができる。したがって、表示される外乱の値に基づいて鉄道車両（３）を走行させることができるので、走行安全性を確保することができる。

また、請求項３に記載のように、制御手段（８０）における危険率算出工程（Ｓ１５５）で算出された危険率又は外乱算出工程（Ｓ１５０）で算出された外乱の値の少なくとも１つを鉄道車両（４）の外部に送信する送信手段（７０）を備えるようにするとよい。

なぜならば、外乱算出工程（Ｓ１５０）で算出された外乱の値は、鉄道車両（３）にリアルタイムに加わる外乱の値である。したがって、その値を送信手段（７０）により鉄道車両（３）の外部に送信するようにすると、例えば、指令所（５）や後続鉄道車両（３）では、先行鉄道車両（４）の走行位置における横風などの外乱の値をリアルタイムに知ることができる。

したがって、その外乱の値を用いて、指令所（５）から、その路線（６）を走行中の各鉄道車両に対し、例えば、減速や停止など必要な走行指令を与えたりすれば、後続鉄道車両（４）は、その走行指令に従って減速したり停止したりするなどの安全措置をとることができるので、走行安全性を確保することができる。

また、後続車両（３）において外乱を直接受信するようにすれば、後続鉄道車両（３）では、減速したり停止したりするなどの安全措置をとることができるので、走行安全性を確保することができる。

さらに、算出された外乱の値は、ある鉄道車両（４）（例えば、先行鉄道車両（４））にリアルタイムに加わる外乱の値である。そこで、請求項４に記載のように、他の鉄道車両（４）の送信手段（７０）で送信された他の鉄道車両（４）の危険率又は外乱の値を受信する受信手段（５０）を備えるようにし、制御手段（８０）では、予測輪重差算出工程（Ｓ２１０）及び予測危険率算出工程（Ｓ２１５）によって算出した予測危険率が所定の危険率以上となった場合に、鉄道車両（３）の速度を低減させるようにするとよい。

予測輪重差算出工程（Ｓ２１０）では、受信手段（５０）で他の鉄道車両（４）の外乱の値を受信した場合に、走行輪重差算出工程（Ｓ１２５）で算出した走行輪重差から、初期輪重算出工程（Ｓ１１５）で算出した初期平均輪重及び推定輪重差算出工程（Ｓ１４５）で算出した推定輪重差を減じた値に受信手段（５０）で受信した他の鉄道車両（４）の外乱の値を加算して予測輪重差を算出する。

予測危険率算出工程（Ｓ２１５）では、初期輪重算出工程（Ｓ１１５）で算出した初期平均輪重に対する予測走行輪重差算出工程（Ｓ２１０）で算出した予測走行輪重差の比率である危険率を算出する。

このようにすると、ある鉄道車両（４）（例えば、先行鉄道車両（４））において算出した外乱の値を他の鉄道車両（３）（例えば、後続鉄道車両（３））で受信し、その外乱の値を用いて、後続鉄道車両（３）が、先行鉄道車両（４）の走行位置に達した場合の輪重差を予測することができる（予測輪重差）。

つまり、受信手段（５０）で他の鉄道車両（４）の外乱の値を受信した場合に、走行輪重差算出工程（Ｓ１２５）で算出した走行輪重差から、初期輪重算出工程（Ｓ１１５）で算出した初期平均輪重及び推定輪重差算出工程（Ｓ１４５）で算出した推定輪重差を減じた値に受信手段（５０）で受信した他の鉄道車両（４）の外乱の値を加算して予測輪重差を算出するのである。

そして、初期平均輪重に対する予測輪重差の比率を予測危険率として算出し、算出した危険率が所定の危険率以上となった場合には、制御手段（８０）で鉄道車両（３）の速度を減ずるので、前もって走行安全性を確保することができる。

鉄道車両走行安全システム１の概略の構成を示すブロック図である。 鉄道車両３の概略の構成を示す図である。 第１実施形態における算出制御処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態における算出制御処理の流れを示すフローチャートである。 第２実施形態における鉄道車両走行安全システム１の作動の様子を示す図である。

以下、本発明が適用された実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の実施の形態は、下記の実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態を採りうる。
［第１実施形態］
（鉄道車両走行安全システム１の構成）
鉄道車両走行安全システム１の構成について、図１及び図２に基づいて説明する。図１は、本発明が適用された鉄道車両走行安全システム１の概略の構成を示すブロック図であり、図２は、鉄道車両３の概略の構成を示す図である。

鉄道車両走行安全システム１は、図１に示すように、速度センサ１０、荷重センサ２０，２１、位置検出器３０、線路データベース４０、受信機５０、報知装置６０、送信機７０及び制御装置８０を備えている。

速度センサ１０は、鉄道車両３の走行速度を検出するセンサであり、鉄道車両３の台車３ｂの輪軸３ｅ部分に取り付けられた速度発電機から、単位時間当たりの輪軸３ｅの回転数に応じた（例えば、比例した）電圧を検出することによって走行速度を検出している。

通常、この速度センサ１０で検出された走行速度が運転台に取り付けられた、図示しない速度表示部に表示される。
荷重センサ２０，２１は、鉄道車両３の台車３ｂの進行方向に対し左右の車輪に加わる輪重（Ｐ_L，Ｐ_R）を検出するセンサであり、図２に示すように、鉄道車両３の台車３ｂに設置され、台車３ｂ上に載置される車体３ａを支持する空気バネ３ｃ，３ｄの内圧を検知するよう設置されている。

車体３ａを支持する空気バネ３ｃ，３ｄは車体３ａの幅方向に２つ設置されているため、荷重センサ２０及び荷重センサ２１も車体３ａの幅方向に設置されている。なお、鉄道車両３の進行方向に向かって、車体３ａ右側（図２中右側）の空気バネ３ｃに取り付けられた荷重センサが荷重センサ２０であり、車体３ａ左側（図２中左側）の空気バネ３ｄに取り付けられた荷重センサが荷重センサ２１である。

位置検出器３０は、鉄道車両３の走行位置を検出する機器であり、台車３ｂの輪軸３ｅに取り付けられた速度発電機から出力される速度情報をＡＴＣ（Ａｕｔｏ Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒの略）装置に取り込み、ＡＴＣ装置において、速度情報に基づいて走行位置計算を行う。

ここで、線路２の状態、例えば、雨天時などに、車輪が空転、滑走するようなことがあり、ＡＴＣ装置における走行位置計算が不正確になる場合がある。そこで、ＡＴＣ装置においては、地上に所定の間隔で設置されている地上装置からの情報により、位置補正を行うことにより、正確な走行位置計算を行うようになっている。

線路データベース４０は、位置検出器３０で検出した鉄道車両３の走行位置の線路２の状態を取得するための線路データが格納されたデータベースであり、前述のＡＴＣ装置に接続された制御伝送システムの装置内部（制御伝送中央装置）に収納されている。

ここで、制御伝送システムは、列車の先頭車両（１号車）又は最後尾の車両にある運転台で出力される指令（力行指令、ブレーキ指令等）を、各号車に伝送するためのシステムであり、通常、１号車又は最後尾の車両に設置されている制御伝送中央装置及び各号車に設置されている制御伝送端末装置及びそれらを接続するバスラインから構成されている（図示せず）。

線路データには、線路２の状態を示すデータとして、線路２の勾配、曲率半径及び線路２の左右方向の傾き（カント）が格納されている。
受信機５０は、他の鉄道車両４の送信機７０で送信された他の鉄道車両４の危険率又は外乱の値を受信する装置であり、図示しないアンテナと受信部で構成されている。

報知装置６０は、制御装置８０における危険率算出処理において算出された危険率を、鉄道車両３の乗務員に報知するとともに、外乱算出処理で算出した外乱の値を表示する装置であり、表示部と音響部とを備えている。

表示部は、液晶パネル、有機ＥＬパネルやＣＲＴなどであり、危険率算出処理において算出された危険率、外乱算出処理において算出された外乱の値及び受信機５０により受信した他の鉄道車両４の危険率や外乱の値を数字として表示する。

また、音響部では、危険率算出処理において算出された危険率が所定の値以上となった場合に、ビープ音や音声などの音響により危険率あるいは危険率が規定値よりも高くなった旨を運転士や車掌などの乗務員に報知する。

送信機７０は、危険率算出処理において算出された危険率又は外乱算出処理で算出された外乱の値の少なくとも１つを鉄道車両３の外部に送信する装置であり、受信機５０と一体化されて構成されており、受信機５０のアンテナを共有している。

制御装置８０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏを備えており、ＲＯＭに格納されたプログラムにより以下の（ア）〜（カ）に説明する処理（算出制御処理）を行う。

（ア）速度センサ１０で検出した鉄道車両３の速度が停止状態から所定の値（初期値）となったときの荷重センサ２０，２１で検出した左右の車輪に加わる輪重（Ｐ_L，Ｐ_R）の平均である初期平均輪重（Ｐ_st）及び初期輪重差（ΔＰ_st）を算出する（初期平均輪重算出処理）。

（イ）速度センサ１０で検出した鉄道車両３の速度が所定の値（初期値）以上で走行中に、荷重センサ２０，２１で検出した左右の車輪に加わる走行輪重差（ΔＰ_real）を算出する（走行輪重差算出処理）。

（ウ）速度センサ１０で検出した鉄道車両３の速度及び線路データベース４０で取得した線路２の状態に基づいて、鉄道車両３の走行位置において左右の車輪に加わるであろう推定輪重差（ΔＰ_est）を算出する（推定輪重差算出処理）。

（エ）走行輪重差算出処理において算出した走行輪重差（ΔＰ_real）から、初期平均輪重算出処理において算出した初期輪重差（ΔＰ_st）及び推定輪重差算出処理において算出した推定輪重差（ΔＰ_est）を減じた値を鉄道車両３に加わる外乱の値として算出する（外乱算出処理）。

（オ）上記初期平均輪重算出処理において算出した初期平均輪重（Ｐ_st）に対する走行輪重差算出処理において算出した走行輪重差（ΔＰ_real）の比率である危険率を算出する（危険率算出処理）。

（カ）危険率算出処理において算出した危険率が所定の危険率以上となった場合に、鉄道車両３の速度を低減させる（制御処理）。
（算出制御処理の説明）
次に、図３に基づき、制御装置８０で実行される算出制御処理について説明する。図３は、第１実施形態における算出制御処理の流れを示すフローチャートである。算出制御処理は、プログラムとして制御装置８０の図示しないＲＯＭなどに格納され、図示しないＣＰＵにより読み出されて実行される。

算出制御処理では、図３に示すように、Ｓ１００において、速度センサ１０から鉄道車両３の走行速度が取得される。
続くＳ１０５では、Ｓ１００において取得された鉄道車両３の走行速度が所定の値以上か否かが判定される。Ｓ１０５における所定の値は、鉄道車両３の速度が駅などで停止状態から走行を開始した状態を示すための初期値であり、鉄道車両３が発車した直後の値、例えば、５［ｋｍ／ｈ］である。

走行速度が初期値以上であると判定された場合（Ｓ１０５：Ｙｅｓ）、処理がＳ１１０へ移行され、初期値未満であると判定された場合（Ｓ１０５：Ｎｏ）、処理がＳ１００へ戻されて、走行速度が初期値以上、つまり、鉄道車両３が発車状態になるまで、待機状態となる。

Ｓ１１０では、荷重センサ２０，２１から鉄道車両３の左右の車輪に加わる荷重（以下、輪重（Ｐ_L，Ｐ_R）とも呼ぶ）が取得される。
続くＳ１１５では、Ｓ１１０において取得された左右の輪重（Ｐ_L，Ｐ_R）から平均輪重と輪重差が算出される。ここでの平均輪重は、左輪重（Ｐ_L）と右輪重（Ｐ_R）の平均値であり、この値は、鉄道車両３の発車直後の平均輪重であるので、初期平均輪重（Ｐ_st）と呼ぶ。また、輪重差は、発車直後の輪重差であるので、初期輪重差（ΔＰ_st）と呼ぶ。

続くＳ１２０では、荷重センサ２０，２１から左右の輪重（Ｐ_L，Ｐ_R）が取得され、続くＳ１２５では、Ｓ１２０において取得された左右の輪重差が算出される。この輪重差は、鉄道車両３が走行中の輪重差であるので、走行輪重差（ΔＰ_real）と呼ぶ。

続くＳ１３０では、位置検出器３０から、鉄道車両３の走行位置が取得され、続くＳ１３５では、Ｓ１３０において取得された鉄道車両３の走行位置における線路２の状態が、線路データベース４０から取得される。線路２の状態としては、走行位置における勾配、曲率半径、進行方向に対する線路２の左右方向の傾き（カント）が取得される。

続くＳ１４０では、速度センサ１０から鉄道車両の走行速度が取得される。
続く、Ｓ１４５では、鉄道車両３の当該走行位置における輪重差が算出される。この輪重差は、線路２の状態から推定される輪重差であるので、推定輪重差（ΔＰ_est）と呼ぶ。

推定輪重差（ΔＰ_est）は、Ｓ１３５において取得された線路２の勾配、曲率半径及び線路２の左右方向の傾き（カント）、Ｓ１４０において取得された走行速度及びＳ１１５において算出された初期平均輪重（Ｐ_st）と初期輪重差（ΔＰ_st）に基づいて算出される。

つまり、初期平均輪重（Ｐ_st）と、ある地点における走行速度、勾配、曲率半径及び線路２の左右方向の傾き（カント）が分かれば、図２に示すように、車体３ａの重心に対する力（車体３ａの重量と遠心力などの横力）の釣合いから、左右の車輪の輪重を算出することができる。

続くＳ１５０において、外乱（Ｔ）が算出される。外乱（Ｔ）は、Ｓ１４５において算出された推定輪重差（ΔＰ_est）からＳ１２５において算出された走行輪重差（ΔＰ_real）を減ずることにより算出される（Ｔ＝ΔＰ_est−ΔＰ_real）。

つまり、図２に示すように、ある地点では、車輪には、外乱（Ｔ）を含んだ荷重が左右の車輪に加わるため、Ｓ１２５において算出される走行輪重差（ΔＰ_real）は、外乱（Ｔ）を含む値となる。これに対し、Ｓ１４５において算出される推定輪重差（ΔＰ_est）は、外乱（Ｔ）が含まれていない値である。

したがって、走行輪重差（ΔＰ_real）から推定輪重差（ΔＰ_est）を減ずれば外乱（Ｔ）を求めることができる。この外乱（Ｔ）は、図２に示すように、主に鉄道車両３の進行方向に対し側面から加わる風圧力であると考えられる。

続くＳ１５５では、危険率（Ｄ）が算出される。危険率（Ｄ）は、Ｓ１２５において算出された走行輪重差（ΔＰ_real）をＳ１１５において算出された初期平均輪重（Ｐ_st）で除した値（Ｄ＝ΔＰ_real／Ｐ_st／２）である。

続くＳ１６０では、Ｓ１５５において算出した危険率（Ｄ）が規定値以上であるか否かが判定される。ここで、危険率（Ｄ）が１となると脱線のおそれがあるので、安全率（例えば、０．８）を乗じた値が規定値となる。

危険率（Ｄ）が規定値以上であると判定された場合（Ｓ１６０：Ｙｅｓ）、処理がＳ１６５へ移行され、規定値未満であると判定された場合（Ｓ１６０：Ｎｏ）、処理がＳ１２０へ戻される。

Ｓ１６５では、報知装置６０により、危険率が規定値以上である旨が報知される。このとき、音声にて報知する場合には、Ｓ１５５において算出した危険率の値を音声合成された音声などにより報知するようにしてもよい。

続くＳ１７０では、Ｓ１５０において算出した外乱（Ｔ）及びＳ１５５において算出した危険率（Ｄ）が送信機７０を介して送信される。
続くＳ１７５では、鉄道車両３に備えられている速度制御装置９０（図１参照）に対して、走行速度を減少させる信号が送信され、続くＳ１８０では、速度センサ１０から鉄道車両３の走行速度が取得される。

続くＳ１８５では、Ｓ１８０において取得された走行速度が既定値以下であるか否かが判定される。そして、走行速度が既定値より大きいと判定された場合（Ｓ１８５：Ｎｏ）、処理がＳ１２０へ移行される。一方、走行速度が規定値以下であると判定された場合（Ｓ１８５：Ｙｅｓ）、処理がＳ１００へ戻され、算出制御処理が繰り返される。

（鉄道車両走行安全システム１の特徴）
以上に説明した鉄道車両走行安全システム１では、鉄道車両３の速度が、駅などでの停止状態から初期値となったときの輪重（Ｐ_L，Ｐ_R）の平均である初期平均輪重（Ｐ_st）と初期輪重差（ΔＰ_st）が算出される。つまり、乗客や貨物などの積載量を停車駅ごとに算出することができる。

したがって、走行輪重差算出処理で算出した走行中の初期平均輪重（Ｐ_st）に対する危険率が鉄道車両の積載量に応じてリアルタイムに乗務員に報知されることになる。
例えば、ある駅における発車時の初期平均輪重（Ｐ_st）が大きい場合には、走行中に鉄道車両３に加わる横風が余り強くない場合であっても、報知される危険率は大きくなり、初期平均輪重（Ｐ_st）が小さい場合には、走行中に横風が多少強くなっても、報知される危険率は小さくなる。

したがって、乗務員は、リアルタイムに報知される危険率に従って鉄道車両３を走行させればよいので、効率よく走行安全性を確保することができる。つまり、適切な走行安全性を確保することができる鉄道車両走行安全システム１とすることができる。

また、線路２の状態及び速度により変化する輪重差は、推定輪重差算出処理によってリアルタイムに推定することができる（推定輪重差（ΔＰ_est））。すると、走行輪重差算出処理で算出した走行輪重差（ΔＰ_real）から、初期輪重差（ΔＰ_st）及び推定輪重差（ΔＰ_est）を減ずると、横風など、鉄道車両３に加わる外乱の値となる。

そこで、算出した外乱の値を表示すれば、乗務員が横風などの外乱が鉄道車両３にどの程度加わっているのかを知ることができる。したがって、表示される外乱の値に基づいて鉄道車両３を走行させることができるので、走行安全性を確保することができる。

さらに、外乱算出処理で算出された外乱の値は、鉄道車両４にリアルタイムに加わる外乱の値である。したがって、その値を送信機７０により鉄道車両４の外部に送信するようにすると、指令所５や後続鉄道車両３では、先行鉄道車両４の走行位置における横風などの外乱の値をリアルタイムに知ることができる。

したがって、その外乱の値を用いて、指令所５からは、その路線６を走行中の各鉄道車両に対し、例えば、減速や停止など必要な走行指令を与えたり、後続鉄道車両３においては、減速したり停止したりするなどの安全措置をとることができるので、走行安全性を確保することができる。
［第２実施形態］
次に、第１実施形態の算出制御処理の内容を一部変更した第２実施形態について、図４に基づいて説明する。図４は、第２実施形態における算出制御処理の流れを示すフローチャートである。

第２実施形態では、Ｓ１００〜Ｓ１５０において、第１実施形態における算出制御処理と同じ処理が実行される。そして、続くＳ２００では、Ｓ１５０において算出した外乱が送信機７０を介して外部に送信される。

続くＳ２０５では、他の鉄道車両４（先行鉄道車両４）から送信される外乱の値が受信機５０から取得され、続くＳ２１０では、予測輪重差が算出される。
つまり、Ｓ１２５（走行輪重差算出処理）において算出した走行輪重差（ΔＰ_real）から、Ｓ１１５（初期平均輪重算出処理）において算出した初期輪重差（ΔＰ_st）及びＳ１４５（推定輪重差算出処理）において算出した推定輪重差（ΔＰ_est）を減じた値に、受信機５０で受信した他の鉄道車両４の外乱の値を加算して予測輪重差が算出される（予測輪重差算出処理）。

続くＳ２１５では、Ｓ２１０において取得された外乱に基づいて予測危険率（Ｄ_est）が算出される。つまり、走行輪重差（ΔＰ_real）に代えて、Ｓ２１０の予測輪重差算出処理において算出された予測輪重差を用いて、初期平均輪重（Ｐ_st）に対する予測危険率（Ｄ_est）がＳ１５５と同様に算出される（予測危険率算出処理）のである。

続くＳ１６０〜Ｓ１８５では、Ｓ１７０の処理を削除したことを除き、第１実施形態と同じ処理が実行される。
次に、第２実施形態における算出制御処理を用いた場合の鉄道車両走行安全システム１の特徴を、図２及び図５を用いて説明する。図５は、第２実施形態における鉄道車両走行安全システム１の作動の様子を示す図である。

第２実施形態における鉄道車両走行安全システム１では、路線６を走行中の先行鉄道車両４に外乱が加わった場合、先行鉄道車両４における外乱が算出される（図２参照）。そして、図５に示すように、算出された外乱が送信機７０を介して、路線６を走行中の後続鉄道車両３（図５中「Ａ」で示すルート）及び指令所５（図５中「Ｂ」で示すルート）に送信される。

後続鉄道車両３では、先行鉄道車両４から送信された外乱を受信機５０で受信し、受信した外乱を用いて予測輪重差を算出し、算出した予測輪重差に基づいて予測危険率（Ｄ_est）を算出する。

このように、第２実施形態における算出制御処理によれば、ある鉄道車両４（先行鉄道車両４）において算出した外乱の値を他の鉄道車両３（後続鉄道車両３）で受信し、その外乱の値を用いて、後続鉄道車両３が、先行鉄道車両４の走行位置に達した場合の輪重差を予測することができる（予測輪重差）。

そして、初期平均輪重（Ｐ_st）に対する予測輪重差の比率を予測危険率（Ｄ_est）として算出し、算出した危険率が所定の危険率以上となった場合には、制御装置８０で鉄道車両３の速度を減ずるので、前もって走行安全性を確保することができる。
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。

（１）上記実施形態では、輪重を検出するために、２つの空気バネ３ｃ，３ｄの差圧を検出する差圧センサを用いてもよい。また、空気バネ３ｃ，３ｄの変位から輪重を検出してもよい。

（２）上記実施形態では、位置検出３０として、台車３ｂの輪軸３ｅに取り付けられた速度発電機から出力される速度情報に基づいて走行位置計算を行っていたが、ＧＰＳ車載器を用いても、走行位置を検出することができる。

ＧＰＳ車載器は、図示しないアンテナと制御部とから構成され、アンテナは鉄道車両３の車体３ａ上面に取り付けられ、制御部は、鉄道車両３内部の運転台などに搭載されている。

ＧＰＳ車載器は、４つのＧＰＳ衛星から送信される電波をアンテナで受信し、制御部において、電波の到達時間差から鉄道車両３の走行位置を検出する。
（３）また、線路データベース４０の線路データは、ＡＴＣ装置に接続された制御伝送システムの装置内部に格納する代わりに、指令所などから送信されるものを受信機５０で受信して、ＨＤＤやＤＶＤなどの記憶装置に記憶させることによって更新されるようになっていてもよい。

（４）第２実施形態では、先行鉄道車両４と後続鉄道車両３との間で外乱の値を送受信していたが、先行鉄道車両４、後続鉄道車両３に加え、指令所５との間あるいは指令所５を中継して（図５中「Ｃ」で示すルート）送受信するようにしてもよい。

１…鉄道車両走行安全システム、２…線路、３…鉄道車両（後続鉄道車両）、３ａ…車体、３ｂ…台車、３ｃ，３ｄ…空気バネ、３ｅ…輪軸、４…鉄道車両（先行鉄道車両）、５…指令所、６…路線、１０…速度センサ、２０，２１…荷重センサ、３０…位置検出器、４０…線路データベース、５０…受信機、６０…報知装置、７０…送信機、８０…制御装置、９０…速度制御装置。

Claims (4)

1. 鉄道車両の走行速度を検出する速度検出手段と、
   前記鉄道車両の台車の進行方向に対し左右の車輪に加わる輪重を検出する荷重検出手段と、
   前記速度検出手段で検出した走行速度及び前記荷重検出手段で検出した前記左右の車輪に加わる輪重に基づいて、前記鉄道車両の危険率を算出する制御手段と、
   前記制御手段で算出された危険率を、前記鉄道車両の乗務員に報知する報知手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記速度検出手段で検出した前記鉄道車両の速度が停止状態から所定の値となったときの、前記荷重検出手段で検出した前記左右の車輪に加わる平均輪重である初期平均輪重を算出する初期輪重算出工程と、
   前記速度検出手段で検出した前記鉄道車両の速度が所定の値以上で走行中に、前記荷重検出手段で検出した前記左右の車輪に加わる走行輪重差を算出する走行輪重差算出工程と、
   前記初期輪重算出工程で算出した初期平均輪重に対する前記走行輪重差算出工程で算出した走行輪重差の比率である危険率を算出する危険率算出工程と、
   により前記危険率を算出することを特徴とする鉄道車両走行安全システム。
2. 請求項１に記載の鉄道車両走行安全システムにおいて、
   前記鉄道車両の走行位置を検出する位置検出手段と、
   前記位置検出手段で検出した前記鉄道車両の走行位置の線路の状態を取得する線路状態取得手段と、
   表示手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、
   前記初期輪重算出工程において、前記速度検出手段で検出した前記鉄道車両の速度が停止状態から所定の値となったときの、前記荷重検出手段で検出した前記左右の車輪に加わる輪重差である初期輪重差を算出し、
   さらに、前記速度検出手段で検出した前記鉄道車両の速度、前記線路状態取得手段で取得した線路の状態に基づいて、前記鉄道車両の走行位置において前記左右の車輪に加わるであろう推定輪重差を算出する推定輪重差算出工程と、
   前記走行輪重差算出工程で算出した走行輪重差から、前記初期輪重算出工程で算出した初期輪重差及び前記推定輪重差算出工程で算出した推定輪重差を減じた値を前記鉄道車両に加わる外乱の値として算出する外乱算出工程と、
   前記外乱算出工程で算出した外乱の値を前記表示手段に表示する外乱値表示工程と、
   により外乱の値を表示することを特徴とする鉄道車両走行安全システム。
3. 請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両走行安全システムにおいて、
   前記制御手段における
   前記危険率算出工程で算出された危険率又は前記外乱算出工程で算出された外乱の値の少なくとも１つを前記鉄道車両の外部に送信する送信手段を備えたことを特徴とする鉄道車両走行安全システム。
4. 請求項３に記載の鉄道車両走行安全システムにおいて、
   他の鉄道車両の前記送信手段で送信された他の鉄道車両の危険率又は外乱の値を受信する受信手段を備え、
   前記制御手段は、
   前記受信手段で他の鉄道車両の外乱の値を受信した場合に、前記走行輪重差算出工程で算出した走行輪重差から、前記初期輪重算出工程で算出した初期平均輪重及び前記推定輪重差算出工程で算出した推定輪重差を減じた値に前記受信手段で受信した前記他の鉄道車両の外乱の値を加算して予測輪重差を算出する予測輪重差算出工程と、
   前記初期輪重算出工程で算出した初期平均輪重に対する前記予測走行輪重差算出工程で算出した予測走行輪重差の比率である危険率を算出する予測危険率算出工程と、
   前記予測危険率算出工程で算出した予測危険率が所定の危険率以上となった場合に、前記鉄道車両の速度を低減させることを特徴とする鉄道車両走行安全システム。