自動列車制御装置
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自動列車制御装置（じどうれっしゃせいぎょそうち、ATC:Automatic Train Control） とは、鉄道における信号保安装置の一種である。
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[編集] 開発の経緯
自動的にブレーキ制御を行うATCを日本で最初に採用した鉄道は、1964年（昭和39年）に開業した東海道新幹線である(※1)。新幹線は最高速度210km/hでの営業運転を行うにあたり、高い安全性を備えた運転保安システムが要求された。高速運転中は地上に建植された信号機では視認する事が極めて困難である。また、高速走行中に運転士が異常や錯誤に気づいて非常ブレーキをかけても完全に停止するまでには数kmの距離を要する。当時在来線で採用されていたATSのように、速度照査は行われず信号冒進などの異常事態が発生してから動作するというバックアップ装置では、高速走行かつ安全な運行を行うためには極めて不十分なシステムであった。以上の理由により、採用された運転保安装置はスピードシグナル(※2)の概念を基本として、車内信号方式(CS-ATC:CabSignal-ATC)による速度信号現示を行い、信号現示より高い速度で運転されている場合には自動的に速度を信号現示以下に減速させるシステムとなった。これがATCの開発・設計の基本理念となっている。一方、地下鉄などに採用されたATCは高速走行をしないため地上信号方式(WS-ATC:WaysideSignal-ATC)が採用されたが、最近はこれらの鉄道でもCS-ATCが主流である。
※1: 車内信号方式のもの。地上信号方式のものでは1961年に開業した帝都高速度交通営団（現・東京地下鉄）日比谷線。
※2: スピードシグナルの対義語：ルートシグナル
広い意味でモノレールも鉄道に含まれるが、この場合車内信号方式のATCを初めて採用したのは1985年に開業した北九州高速鉄道（北九州モノレール）である。
[編集] 新しいATC
従来形のATCは、走行速度が現示速度を超過した場合に常用最大（通常使うブレーキで最も効きが強いブレーキ）ブレーキをかけ、現示速度以下になると自動的にブレーキを緩解（緩めること）するシステムである。しかしこの方式では、結果的に停止すべき地点までに数回の常用最大ブレーキとブレーキ緩解が繰り返される事となる。このような動作は乗り心地悪化の原因であり、運転間隔短縮を実現する上での障害となってしまう。これらのATCの欠点を補った1段ブレーキ制御方式CS-ATCが東京急行電鉄の田園都市線で初めて導入された。その後、東横線や東京地下鉄の一部路線などでさらに改良されたATC（ATC-P、東京地下鉄は営団新CS-ATC）が使用され、JRグループでは同じ理由でデジタルATCが使用されはじめている。
[編集] 国鉄形ATC（アナログ）
日本国有鉄道（国鉄）・JRグループの路線・車両にて採用されたATCには下記のような種類がある。呼び名は車上装置の形式であり、地上装置の形式とは異なる。他の鉄道事業者では呼び名が異なるので注意。
[編集] ATC-1型（東海道・山陽型）
東海道新幹線開業時に採用されたATCで、最高運転速度210km/hを前提として設計された。信号現示は0,30,70,110,160,210で、すべて現示速度は実際に速度超過でブレーキが作動する抑止速度であった。その後、保安度向上および最高速度アップに伴う現示追加のため、2周波組み合わせ方式に改良され（ATC-1D型）、現在では、最高運転速度は東海道新幹線は270km/h、山陽新幹線は300km/hとなり、信号現示は0,30,70,120,170,220,230,255,270,285,300となっている。なお、220信号以上での抑止速度は現示速度+5km/hであり、東北・上越・長野新幹線とは考え方が異なる。東京～新大阪間の東海道新幹線では既にデジタルATC(ATC-NS)へ更新されており、将来的には山陽新幹線もATC-NSに移行する予定である。
[編集] ATC-2型（東北・上越・長野型）
東北・上越新幹線開業時には、東海道・山陽新幹線で実績のあるATC-1型をベースに、保安度を向上するとともに将来の最高速度アップに伴う現示追加や電源周波数の50/60Hz両用化で全国新幹線網に対応したATC-1D型が採用された。しかし車両形式が異なることから、車上装置はATC-2型とされ、以後は、車両形式にかかわらず、東海道・山陽新幹線用をATC-1(D)型、東北・上越（・長野）新幹線用をATC-2型と呼称している。当初の信号現示は、0,30,70,110,160,210で、後に240,260（長野）,275（東北）が追加された。また、当初は200系の一部編成、その後E2系J編成・E3系にも拡大した高速対応車両は、一部区間において、トランスポンダを使用して240信号を読み替えることで275信号を現示する。なお、東北・上越・長野新幹線においては、すべて現示速度＝抑止速度である。東北新幹線の八戸～新白河間では既にデジタルATC(DS-ATC)へ更新されており、2009年度までに東北・上越新幹線の全線でDS-ATCに移行する予定である。
[編集] ATC-3型
東京地下鉄東西線、東葉高速鉄道東葉高速線は地上信号方式のATC（営団WS-ATC）が採用されており、国鉄形式ではATC-3型と呼ばれる。過去に乗り入れをしていた103系1000・1200番台、301系や、現在のE231系800番台にはATC-3型車上装置が搭載されている。既にE231系800番台は一段ブレーキ制御方式ATC（デジタル形）への対応が完了しており、地上設備・東京地下鉄車・東葉高速鉄道車の対応が完了する2007年を目途に、東京地下鉄東西線は新方式へ変更される予定である。
[編集] ATC-4型
常磐緩行線は1971年に営団地下鉄千代田線（当時）と相互直通運転を開始したが、この時に採用されたATCは車内信号方式のATC-4型（営団CS-ATC）であった。信号現示は0,25,40,55,75,90である。その後、常磐緩行線・千代田線は運転間隔短縮実現のため、ATC-4型からATC-10型へ変更されている。尚、既にJRではこの形式のATCは使用されていないが、2006年6月現在、東京地下鉄有楽町線の新木場〜新富町及び池袋〜和光市間ではこの方式を使用している。
[編集] ATC-5型（消滅）
1972年～1976年に開通した総武快速線・横須賀線地下ルートは、信号見通し距離の確保が困難であったため、ATC-4型と同等のCS-ATCを採用した。ただし、信号現示が0,25,45,65,75,90とATC-4型と異なるほか、錦糸町駅・品川駅におけるATSとの切り替え機能を追加したため、ATC-5型と呼称される。なお、現在では地上信号方式のATS-Pへ切り替えられたため、既にこの形式のATCは使用されていない。
[編集] ATC-6型
京浜東北・根岸線（鶴見駅－南浦和駅間を除く）、埼京線大宮駅－池袋駅間で採用されている（埼京線池袋駅－大崎駅間はATS-P）。ATC-5型に対して上位互換性がある。なお、根岸線桜木町駅－大船駅間はバックアップATC区間で、貨物列車などのATC非搭載車両が入線できるよう、ATC-6型とATSの併用区間となっている。かつて埼京線池袋駅－新宿駅間もバックアップATC区間であったが、2003年5月25日に実施された線路切り替え工事以降、同区間はATS-Pに変更されている。山手線は2006年7月30日をもってD-ATCに変更された。信号現示は0,15,25,45,55,65,75,90,100,110,120。
[編集] ATC-9型
筑肥線と直通運転する福岡市交通局（福岡市地下鉄）のATCは、国鉄形式がATC-9型となった。
[編集] ATC-10型
一段ブレーキ制御方式ATC（アナログ形）で、ATC現示の多現示化に対応しており、東京地下鉄CS-ATCと同じである。常磐緩行線および直通運転を実施している東京地下鉄千代田線に採用されている。東京地下鉄各線（ただし東西線と有楽町線の新木場〜新富町及び池袋〜和光市間を除く）も、現在はこの方式に変更されている。信号現示は0,10～90は5km/h刻み。新CS-ATCの項も参照のこと。
[編集] ATC-L型
1987年に開業した海峡線（新中小国信号場－木古内駅間）に採用されている。将来の北海道新幹線延伸計画を考慮し、ATC-1D型（ATC-2型）との共用を意識した方式である。開業時は、殆どの列車がED79形電気機関車に牽引される自動ブレーキ方式であり、ATCブレーキ動作後の自動緩解（弛め動作）が難しいため、制限速度が変化する進路の1進路手前で予告現示を行い、進路境界までに運転士の操作で減速させる方式とした。考え方としてはフランス国鉄のTGVで採用されている方式と類似している。もちろん、運転士による減速が行われないまま進路境界を越えると、自動的に常用最大ブレーキが作動する。自動緩解が行われないため、当初はATSの一種としてATS-L型と称していたが、車内信号閉塞式であることから制度上ATCの一種という整理がなされ、正式開業時にはATC-L型となった。ちなみにLはLocomotive（機関車）の意味である。信号現示は0,45R,45,110Y,110で、45R,110Yがそれぞれ0,45の予告となっている。電車列車（485系、781系、789系）は、機能上通常のATCであり、信号現示は0,55,105,140となっている。
[編集] デジタルATC
JR化後に開発・採用されたデジタルATCは以下のような種類がある。
[編集] D-ATC
- 京浜東北線（南浦和～鶴見）
- 山手線
- 都営新宿線
東日本旅客鉄道（JR東日本）の在来線で採用されており、D-ATC(Digital-ATC)と呼称する。従来のアナログATCでは地上装置から最高速度を直接表示する地上主体型の階段制御だったが、D-ATCでは地上装置から列車が進める場所を列車に送信し車上装置が列車の現在地を把握した上で最適な速度を表示し、減速時にはATS-Pと同じ車上主体型のパターン制御に変更することにより、車両性能に応じたブレーキ扱いが可能となり、乗り心地の向上や保安性の向上、スピードアップによる運転密度の向上が図られている。そのため閉塞という概念がない。なお、速度現示に必要な列車の現在地は車両に付けられた速度発電機により把握するが、より正確に把握できるよう地上子による補正も行われる。
現示速度は5km/h刻みで表示され、運転台の表示器では許容速度を▼（0km/hのみ▼）で表示するほか、走行速度がATCの速度パターンに近づくとパターン接近を表示する。またデジタル電文による通信で扱える情報量が増えたため、踏切の非常ボタンが押された等の付帯情報も列車に送信し運転台に表示できる。
京浜東北線は、同線で運用されている209系に順次D-ATC車上装置取付改造を実施したうえで、2003年12月21日に南浦和駅－鶴見駅間がD-ATCへ変更された。
山手線は2005年4月をもって、205系からD-ATC車上装置が搭載されたE231系500番台への置き換えが完了した。地上装置側の整備を待ち、2006年7月30日に全線がD-ATCへ変更された。これに伴い次期ダイヤ改正で、1周58～59分で運転される。
京浜東北線の残り区間および根岸線についても、直通する横浜線車両のD-ATC対応化や地上設備の更新とともに2008年度末までにD-ATC化される予定である。
なお、2005年5月14日より使用を開始した東京都交通局（都営地下鉄）新宿線の新ATCも、D-ATCのシステムをほぼ踏襲している。
[編集] DS-ATC
- 東北新幹線（新白河～仙台、古川～八戸）
JR東日本の新幹線で採用されており、DS-ATC(Digital communication & control for Shinkansen-ATC)と呼称する。基本的な構造はD-ATCと同じで、東北新幹線古川駅～八戸駅間はDS-ATCが採用されている。JR東日本管内の新幹線既存区間でも順次この方式へ変更予定である。2006年に入り東北新幹線新白河駅～新幹線総合車両センターでも導入され、残り区間も2006年度中に導入される予定である。また2009年頃までに上越新幹線でも導入予定である。長野新幹線は、今のところ導入は未定である。
D-ATC・DS-ATCは、下記ATC-NS・KS-ATCとは異なり、ブレーキパターンデータはあらかじめ作成済みのものをデータベースとして所持し、地上からの停止点情報を元にそのパターンデータを「検索」するという方式を採っており、ブレーキパターンを都度演算するATC-NSで導入当初に頻発した演算エラー等での停止信号現示などの現象は起きにくいとされている。
[編集] ATC-NS
- 東海道新幹線（東京～新大阪）
東海旅客鉄道（JR東海）の東海道新幹線で採用されており、ATC-NS(JR東海の英語サイトではnew ATC systemと表記)と呼称する。2006年3月18日より本導入となった。300系・500系・700系については、順次ATC-NS車上装置取付改造を実施した。尚、0系・100系については、現在は東海道新幹線には入線しないため改造は実施されていない。地上設備については、静岡駅－浜松駅間が1段制御走行試験区間として先行導入され、同区間の更新切替が2001年12月～2002年1月にかけて行われた。将来的には山陽新幹線にも導入される予定である。
[編集] KS-ATC
- 九州新幹線（新八代～鹿児島中央）
九州旅客鉄道（JR九州）の新幹線で採用されており、KS-ATC(Kyushu Shinkansen-ATC)と呼称する。2004年3月に開業した九州新幹線新八代駅－鹿児島中央駅間はKS-ATCが採用された。前述のATC-NSとほぼ同じシステムである。ただし相違点として、ATC-NSではATC確認扱いが30km/hで確認扱いを行うことによりブレーキが緩解するのだが、KS-ATCでは15km/hで自動緩解するという違いはある。
[編集] 地下鉄のATC
一般的に地下鉄は、カーブが多くトンネルのため見通しが効かないという特性上、より安全性の高い保安設備が要求される。都営地下鉄浅草線が直通運転をしている私鉄との整合性から1号型ATSを採用している事を除き、全ての社局・路線でATCを採用している。
概ね車内信号式(CS-ATC)を採用しているが、比較的古くから営業している東京地下鉄東西線および千日前線・長堀鶴見緑地線以外の大阪市交通局（大阪市営地下鉄）各線では、2006年12月現在、地上信号式(WS-ATC)を採用している。 打子式ATSを使用していた東京地下鉄銀座線・東京地下鉄丸ノ内線・名古屋市交通局（名古屋市営地下鉄）東山線、WS-ATCを使用していた東京地下鉄日比谷線は、新CS-ATCに置き換えられている。
2005年5月14日から都営地下鉄新宿線ではデジタルATC(D-ATC)へと移行している。
[編集] WS-ATC
ATC-3 と構造的にはほぼ同じ。
[編集] CS-ATC
ATC-4 と構造的にはほぼ同じ。段数が少ないことから段数の多い新CS-ATCに置き換えられている。
[編集] 新CS-ATC
ATC-10 と構造的にはほぼ同じで、従来のCS-ATCに代わって導入が進められている。信号現示は0,25と25～80の間が5km/h刻み。一段ブレーキ制御で、従来より閉塞数を細かくできるため増発が可能になるほか、ATCによるブレーキが作動する際、作動直後と緩解直前に常用最大ブレーキの半分のブレーキ(ハーフブレーキ)を作用させることでショックを和らげる（鉄道会社によって多少異なる）。運転台の表示器では許容速度を▼で表示するほか、進行現示の場合は●を、停止現示の場合は●を表示する機能も追加した。
一段ブレーキ制御にはデジタルATC(D-ATC)があるが、新CS-ATCは地上装置から直接速度現示を行う（D-ATCは列車が停止すべき位置情報を受信し車上装置が最適速度を判定して速度現示する）。またアナログ信号で伝送するほか、旧型のCS-ATCとの互換性もある。ただ、最高速度などは導入段階で一番ブレーキ性能のいい列車に合わせているため、ブレーキ性能の異なる列車が走る路線には向いていない。なおD-ATCとの互換性はない。
最近では、半蔵門線は平成15年3月の水天宮前～押上間の開業に合わせ全線に、日比谷線は平成15年10月に全線に導入された。
なお、このシステムは東急田園都市線にて初めて導入された。田園都市線では、速度制限のためのATCの機構だけでなく、駅停車制御（オーバーラン防止：この制御区間でATC指示速度を走行速度が超えた場合は非常停止）・後方防護（オーバーランして列車をバックする際、通常は１閉塞以上が空いてしまうが、一定区間を停止とすることで安全にバックできる）・ORS（一定時間以内に停車しなければ非常停止）の機能を持ち合わせている。また、ATCによるブレーキの動作は、作動直後に常用最大の半分のブレーキが0.5秒作用し、その後常用最大になる。緩解の際は、ハーフブレーキは行われないので、運転士がハーフブレーキを行うことになる。その後導入された東横線では、ATCによるブレーキが田園都市線ではハーフブレーキの0.5秒後に常用最大になっており、例えば、走行速度が80km/hで指示速度が75km/hになった場合、0.5秒以内に75km/hになることはないので、一瞬常用最大ブレーキになり乗り心地が悪くなることから、次の閉塞までハーフブレーキで走行速度が指示速度に下がりきるかを計算するパターンのような機構を加え乗り心地向上を実現した。また、駅停車制御も田園都市線ではCS-ATCにより制御していたが、東横線では停車駅500m手前からパターンが引かれ、駅停車制御による指示速度は変化しない。他にORP（終端や一部02信号（非常制動を指示する停止信号）手前に設置され、15もしくは20,25,35km/hからパターンが引かれる）や踏切制御（踏切が閉まるまでは踏切の手前までに15km/hまでに速度が落ちるように指示）なども導入された。
新CS-ATCは、一段ブレーキ制御ではあるが、デジタルATCとは異なり主たるブレーキ制御はパターン制御ではないので留意が必要。
[編集] 私鉄のATC
私鉄のうち、地下鉄と直通運転をしている東急田園都市線・東急東横線・東急目黒線・西武鉄道西武有楽町線・埼玉高速鉄道・東葉高速鉄道・横浜高速鉄道・近畿日本鉄道けいはんな線・北大阪急行電鉄・北神急行電鉄・名鉄小牧線などの路線では、自社線内も地下区間であったり、乗り入れ先と整合させるためなどの理由により、ATCを採用している。 また、京王電鉄京王線・井の頭線・東急大井町線もATC化される予定である。
[編集] つくばエクスプレス
首都圏新都市鉄道つくばエクスプレス線では、東京地下鉄東西線向けに準ずるデジタル伝送式新CS-ATCを採用した。最高速度160km/hでの走行を想定し、5～160km/hを5km刻みで制御する。また前方予告機能のほか、終端駅など過走距離が取れない場所ではパターン制御を採用している。交流電化区間を走行する観点から、デジタル伝送を採用し、その利点を生かして場内進路情報や停止が必要な位置までの前方距離などが運転台のモニタ装置に表示される。
ATC信号は常時送信ではなく踏込み送信方式となっている。常時送信はしておらず、列車が当該軌道回路に進入しTD装置が列車を検知・在線を判定して在線軌道回路に信号を送信する。検知によって信号を送信するため列車進行による次軌道回路在線による送信点の変化時車上側にごく僅かなタイムラグ（無信号状態）が発生するが車上装置側に許容値内の時素を持たせてるためこれにより救われている。もちろん許容値を超える無信号があった場合は無信号絶対停止のためEB（非常ブレーキ）が動作する。 但し、停車場構内の場内・出発進路のあるところは各進路設定により関係進路上の軌道回路が常時送信で送信する。
[編集] 新幹線設備のその他
新幹線のATC設備のうち場内進路・出発進路の内方には添線式軌道回路が敷設されている。各進路が設定されていないときは絶対停止信号（０３信号）が送信されている。 ATC地上装置に在線検知機能も付いている。 東北新幹線のDS-ATCでは入換信号もATCによって行う。東海道・山陽は新旧どちらも地上信号機によって現示する。又、九州新幹線も同じ。但し、進行手信号代用器はどこも機構が存在する。
[編集] 日本国外のATC
日本国外には日本のATCと同じものをATCと称するところもあるが、日本のATS-Pに当たる装置をATCと称している国もある。
[編集] 関連項目
- 自動列車停止装置(ATS)
- 自動列車運転装置(ATO)
- 定位置停止装置（TASC）
- 自動列車防護装置（ATP）
- 緊急列車防護装置（TE装置）
- 緊急停止装置（EB装置）
- デッドマン装置
- 新交通システム
- 車内信号閉塞式
