自動列車運転装置

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首都圏新都市鉄道TX-2000系のATO/ATC装置

自動列車運転装置(じどうれっしゃうんてんそうち、ATO : Automatic Train Operation)とは、列車の運転を自動化する運転保安システムである。主に、人に対する安全性が確保しやすい地下鉄新交通システムに使われている。

概要[編集]

ATOの地上子(中央の大きな地上子は定位置停止地上子、前後の地上子は位置補正用地上子)横浜市営地下鉄ブルーライン
ATOの車上子(首都圏新都市鉄道TX-1000系)

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から構成されており、車両側に設置された車上装置には、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、車上装置で距離演算することにより、運転操作を自動で行う。駅では停止位置目標に列車が自動的に停車できるように、駅の停車位置には有電源の定位置停止地上子(P4地上子)[1]が、その手前には3つの無電源の位置補正用地上子(P1-P3地上子)[2]を設置されており、P1地上子はブレーキパターン制御開始地点に設置して、残りのP2・P3地上子はブレーキ距離補正用の地上子としてP4地上子とP1地上子と間に設置される[3]

列車が停車駅に接近した場合には、P1地上子から停止位置までの距離情報を車上側に送信し、車上側ではこれを元に停止位置までのブレーキパターン制御を開始する。P2・P3地上子は、残りの距離情報を送信して、列車が記録している残りの距離情報の補正を行ない、停車位置を明確にして減速する減速制御(フィードバック制御)を行う。列車が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かジャストかオーバー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、地上側と車上側との間で双方向伝送を行うことで、車上側から地上側に列車の運行番号・行き先などの情報を送信して、この情報を元に地上側では運行管理システムにより列車の運行管理を行い、停車時間の管理や出発指示情報を車上側に送信する。また、車上側の運転席にあるドア開閉ボタン操作することにより、駅に設置されたホームドアの開閉やその開閉情報の伝送を行う[4]

地上子はリニアモータ方式の地下鉄(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[5]

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[6]。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。

乗務員(路線により呼び方は異なる)が乗務するタイプと、無人運転のタイプと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を行い、次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。また保安装置としてATCを目標速度の設定及び万一の際の安全確保の為に[7]、採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が、いずれの場合も、一般に、戸閉後に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、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ものがほとんどである。

また、無人運転に近い設計の方の列車には、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。自動運転中のハンドルのノッチは、まちまちである。

なお、ATO装置は駅停車制御機能のみを使用することでTASC装置としても使用することができる。東京メトロ南北線及び都営地下鉄三田線各車両のATO装置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。

ATO装置のシステム構成[編集]

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
    • 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(東京メトロ南北線の例)[編集]

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。
    • 車両ドアが「全閉」(運転士知らせ灯「点灯」)
    • ホームドア「全閉」(ホームドア表示灯「点灯」)
    • ATC常用ブレーキが緩解状態
    • ATC信号が「進行現示」
    • 車両速度0km/h
    • 非常ブレーキ緩解
    • マスコンハンドル「ユルメ」位置
    • レバーサ(リバーサー、逆転器)「前」位置
の条件で出発ボタンを2個同時に押すことで、転動防止ブレーキを緩解し、列車を出発させる。
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、無駄な力行操作を不要とさせる。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4ブレーキを出力し、転動防止ブレーキをかける。

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もある。一例として東京地下鉄の9000系車両10000系車両においては力行操作・常用ブレーキ操作ともATO運転時には31段の分割ステップを行っている。

ATO運転の沿革[編集]

日本で初めてATOを設置したのは、名古屋市営地下鉄東山線名古屋 - 栄町間で、1960年10月21日に本格的にテストしたが、1962年5月に終了した[8]。その1962年から帝都高速度交通営団(現在の東京地下鉄)が日比谷線でも長期にわたって行われたが、2列車限りのあくまでも試験的な採用であった。その後も地下鉄千日前線や都営地下鉄三田線で試験が行われたものの、いずれも当時は実用化されなかった(三田線は2000年に導入)。会場内輸送ではあるが、1970年日本万国博覧会においてモノレールが世界初の実用運転とされている。営業運転で日本初となったのは、1977年に使用開始した神戸市営地下鉄西神線である。なお、地下鉄でのATOの実用化自体は1976年札幌市営地下鉄東西線の無人自動回送運転が日本初である。

その後は、1981年に開業した福岡市地下鉄空港線[9]をはじめ、ワンマン運転を実施する路線において、乗務員の負担軽減のためにATOを採用する事例が増えた。さらに、旅客の安全対策としてホームドア(或いはホームゲート)が設置されるケースが相次いでいることに伴い、これらを採用した路線では、駅停車時にホームドア(ホームゲート)と車両のドアの位置を正確に合わせる必要があるため、ATOを採用する事例が増えている。

なお、ATOを採用した路線においても、地下鉄等在来型の鉄道においては、緊急時における運転士の技能低下を防止するため、1日数回、または一定時間の間、手動運転を実施している路線が多い。

一方、1981年に開業した神戸新交通ポートアイランド線(ポートライナー)をはじめとする新交通システムは、一部の例外を除き、無人運転を前提として設計されており、監視要員が乗務する路線・区間はあるものの、手動運転訓練や自動運転が継続できなくなった場合を除き、手動運転が行われることはない。

日本の主なATO採用路線[編集]

無人運転を行なうもの[編集]

運転士が乗務するもの[編集]

ATO運転ボタンが見える(東京メトロ10000系電車

日本以外の主なATO採用路線[編集]

無人運転を行なうもの[編集]

運転士が乗務するもの[編集]

脚注[編集]

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  1. ^ 地上と車上の間で双方向伝送が可能なトランスポンダ地上子であり、ホームドアの開閉指令の他に、ホームドアの開閉状態の情報もやり取りする。
  2. ^ 固定位置情報を送信する。
  3. ^ P2地上子はP4地上子の10-30m手前、P3地上子はP4地上子の1m手前に設置する。
  4. ^ 『電気鉄道技術入門』オーム社、2008年p198-p200。
  5. ^ 東京都交通局「大江戸線放射部建設史」439頁参照。
  6. ^ 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。
  7. ^ 東京メトロの場合には、ATCの制限速度の5km/h以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、ATO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。
  8. ^ 名古屋市交通局「市営交通70年のあゆみ」(1992年8月)参照。
  9. ^ 1984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。
  10. ^ a b 東京地下鉄「東京メトロハンドブック2010」参照。

関連項目[編集]