Loading article…
自動警報システム（AWS）は、英国で発明された鉄道安全システムです。列車運転士に、接近する次の信号が正常か注意かを示す音声表示を提供します。 [ 1 ] 接近する信号の状態に応じて、AWSは「警笛」音（警告表示として）または「ベル」音（正常表示として）を発します。列車運転士が警告表示を認識しない場合、AWSによって緊急ブレーキが作動します。運転士が確認ボタンを押して警告表示を正しく認識した場合、警告のリマインダーとして運転士に視覚的な「ひまわり」が表示されます。
AWSは、列車が磁場を検知するシステムです。これらの磁場は、線路に設置された永久磁石と電磁石によって生成されます。列車が検知する磁場の極性と順序によって、運転士に伝えられる表示の種類が決まります。
AWSマグネットと呼ばれる磁石が線路の中心線上に設置されています。磁石の磁場は、次の信号に基づいて設定されます。[ 1 ]列車は、列車の下に常設されているAWS受信機を介して磁場の極性を検出します。[ 1 ]
AWSマグネットは、永久磁石とオプションの電磁石で構成されています。永久磁石は一般的に制御不可能で、常に一定の極性を持つ磁場を発生させます。列車が永久磁石の上を通過すると、運転士にAWS警告が表示されます。
オプションの電磁石を使用すると、列車運転士にAWSクリア表示を提供できます。列車のAWSが最初の永久磁石の後に特定の極性の2番目の磁場を検出すると、AWSは警告表示ではなくクリア表示を表示します。列車は永久磁石の極性の後に電磁石の極性を検出します。これは、オプションの電磁石が常に永久磁石の後（進行方向）に設置されているためです。電磁石は緑色の信号に接続されているため、運転士は信号がクリア（緑色）の場合にのみAWSクリア表示を受け取ります。
永久磁石は常にS極を生成します。電磁石に通電してN極を生成すると、AWSはドライバーにAWSの明確な表示を行います。
複数車両編成の列車は、両端にAWS受信機を備えています。単車両編成のディーゼル気動車や機関車など、単独で運行可能な車両は受信機を1つだけ備えており、車両の進行方向に応じて先頭または後部に設置されます。
列車に搭載されている機器は以下のとおりです。
この例における極性は英国に関係するものです。英国では永久磁石が南極を生成します。他の国では北極を生成する永久磁石が使用される場合があります。重要な動作原理は、電磁石が永久磁石とは反対の極を生成することです。
列車は進行方向を示す信号（緑色）に向かって走行しています。列車はAWSマグネット（永久磁石と電磁石の2つの磁石で構成）の上を通過します。電磁石が通電されます。AWS受信機は、南、北の順に磁場を検出します。南極は永久磁石から、北極は電磁石から発生します。この南、北の順の磁場によって、運転士にAWSの進行方向表示が送られます。
列車は注意信号（黄色）に向かって走行しています。列車はAWSマグネット（永久磁石と電磁石の2つの磁石で構成）を通過します。電磁石は非通電状態（つまり、電源が供給されていない状態）です。AWS受信機は一連の磁場のうち、南極の磁場のみを検出します。検出された磁場が1つだけだったのは、電磁石に通電していなかったためです。そのため、電磁石はAWS受信機から見えません。この南極の磁場のみによって、運転士にAWS警告が表示されます。
列車が信号機に近づくと、AWSマグネットの上を通過します。運転室にあるAWS視覚表示器（「ひまわり」）が真っ黒に変わります。接近中の信号機が「クリア」表示をしている場合、AWSはベル音を鳴らし（最新の列車には特徴的な「ピン」という音を発する電子式音響装置が搭載されています）、ひまわりは黒のままです。このAWSクリア表示により、運転士は次の信号機が「クリア」表示であり、AWSシステムが正常に動作していることを知ることができます。
次の信号が制限的な側面（例えば、注意や危険）を示している場合、AWS 可聴表示器は連続アラームを鳴らします。運転士は約 2 秒以内に AWS 確認ボタンを押して離す必要があります（運転士がボタンを押し続けた場合、AWS はキャンセルされません）。[ 1 ] AWS 確認ボタンを押すと、AWS 可聴表示器は消音され、AWS 視覚表示器は黒と黄色のスポークのパターンに変わります。この黄色のスポークのパターンは、列車が次の AWS マグネットに到達するまで続き、運転士に通過した制限的な信号の側面を思い出させる役割を果たします。
安全装置として、運転士が警告表示に対して十分な時間内にAWS確認ボタンを押さなかった場合、非常ブレーキが自動的に作動し、列車は停止します。停止後、運転士はAWS確認ボタンを押すことができ、安全タイムアウト期間が経過するとブレーキは自動的に解除されます。
AWSは信号機と同様の仕組みで動作しますが、速度低下地点の手前の制動距離に固定磁石が設置されており、電磁石は設置されていません（また必要ありません）。固定磁石が1つ設置されているだけで、常に運転士に警告が表示され、運転士は緊急ブレーキが作動しないように警告を確認する必要があります。また、線路脇の警告板には、前方の速度制限も表示されます。
この制限事項のリストは網羅的なものではありません。
初期の装置では、信号と機関車の間に機械的な接続が用いられていました。1840年、機関士のエドワード・ベリーは、線路レベルのレバーを信号に接続し、機関車の汽笛を鳴らし、運転室に取り付けられた赤いランプを点灯させるシステムを実験しました。10年後、鉄道検査局のウィリアム・ヨランド大佐は、危険信号が通過した際に運転士に警告するだけでなく、自動的にブレーキをかけるシステムを求めていましたが、これを実現する満足のいく方法は見つかりませんでした。[ 2 ]
1873年、危険信号が通過した場合、線路脇のレバーで機関車の汽笛を鳴らし、ブレーキをかけ、蒸気を遮断し、車掌に警告するシステムに関する英国特許第3286号がチャールズ・デイビッドソンとチャールズ・ダフィー・ウィリアムズに付与された。[ 3 ]同様の特許が多数続いたが、いずれも機構の損傷の危険があるため高速では使用できないという同じ欠点があり、実用化には至らなかった。ドイツでは、コフラー方式では信号柱から突き出たアームが、機関車の運転室の屋根に取り付けられた一対のレバー（一方は注意、もう一方は停止を表す）と連動する。高速での操作の問題に対処するため、レバーのバネ付き取り付け部は機関車の車軸箱に直接接続され、正しい位置合わせが確保された。[ 4 ] 1929年にベルリンのSバーンが電化された際、接触レバーを列車の屋根から側面に移設したこのシステムの改良版が同時に設置された。
最初の実用的な装置は、 1895年にノース・イースタン鉄道のヴィンセント・レイヴンによって発明され、特許番号は23384でした。これは音声による警告のみでしたが、前方の分岐器が分岐ルートに設定されていることを運転士に知らせることができました。1909年までに、同社はこの装置を約100マイルの線路に設置しました。1907年、フランク・ワイアット・プレンティスは、レール間に敷設された連続ケーブルを火花発生器で通電し、「ヘルツ波」を機関車に中継する無線信号システムを特許取得しました。電気波がアクティブになると、機関車のコヒーラー内の金属粉が凝集し、バッテリーからの電流が流れるようになりました。ブロックが「クリア」でない場合、信号はオフになり、コヒーラーに電流が流れず、リレーが運転室内の白または緑のライトを赤に変え、ブレーキをかけました。[ 5 ]ロンドン・アンド・サウス・ウェスタン鉄道は1911年にハンプトン・コート支線にこのシステムを設置したが、その後まもなく路線が電化された際に撤去した。[ 6 ]
広く実用化された最初のシステムは、1905年にグレート・ウェスタン鉄道（GWR）によって開発され、英国特許12661号および25955号で保護されていた。従来のシステムに比べて、高速走行が可能であること、信号がクリアになった際に運転室で確認音が鳴るという利点があった。
GWRシステムの最終バージョンでは、機関車には真空列車管にソレノイド作動バルブが取り付けられ、バッテリーによって閉位置に維持されていました。各遠方信号機では、レール間に長い傾斜路が設置されていました。この傾斜路は、木製の支持台に取り付けられた、進行方向とほぼ平行に（固定位置で機関車の接点シューに溝を刻まないように、ブレードは平行からわずかにずれていました）端を上にしたまっすぐな金属製のブレードで構成されていました。機関車が傾斜路を通過すると、機関車の下にあるバネ式の接点シューが持ち上げられ、ブレーキバルブを閉じた状態に保持していたバッテリー回路が遮断されました。進行信号の場合、傾斜路を励磁する線路脇のバッテリーからの電流（ただし逆極性）が接点を介して機関車に流れ、ブレーキバルブを閉じた状態に維持し、逆極性の電流によって運転室のベルが鳴りました。機関車が高速走行している際に外部電流が瞬時しか供給されない場合でも、機構が確実に作動する時間を確保するため、「スローリリースリレー」が動作期間を延長し、外部電源からの電力に加えて機関車のバッテリーからの電流を供給した。各遠方信号機にはそれぞれ12.5V 以上のバッテリーが搭載されていた。制御信号ボックスから直接電源を供給すると抵抗が大きすぎると考えられたため（機関車の機器には500mAが必要だった）、信号ボックス内のスイッチからの3V回路でリレーを動作させた。 バッテリーボックス内。信号が「注意」または「危険」になると、ランプバッテリーは切断され、機関車のバッテリー電流を代替することができなくなります。すると、ブレーキバルブソレノイドが解放され、サイレンを介して真空列車パイプに空気が流入し、可聴警告とともに列車のブレーキがゆっくりと作動します。運転士は警告を解除し（システムを通常の状態に戻す）、自分の制御でブレーキをかけることが求められます。そうしないと、ブレーキバルブソレノイドが開いたままになり、真空がすべて失われ、約15秒後にブレーキが完全に作動します。警告は、運転士が運転室内のATC装置にあるバネ仕掛けのトグルレバーを押すことで解除されます。キーと回路は、レバーを押し下げた後にレバーが元の位置に戻ることでシステムがリセットされるように構成されており、レバーを押し下げること自体がリセットの役割を果たすわけではありません。これは、運転士がレバーを下向きに押し込んだり、レバーが誤ってその位置に固着したりすることでシステムがオーバーライドされるのを防ぐためです。通常の使用では、真空列車管内のバルブを閉じた状態に保つことで機関車のバッテリーが常に消耗していたため、これを最小限に抑えるために、機関車が使用されていないときや列車管内の真空がなくなったときにバッテリーを切断する自動遮断スイッチが組み込まれた。[ 7 ]
特別装備のGWR機関車は、第三軌条方式で電化された共用線（スミスフィールド・マーケット、パディントン郊外、アディソン・ロード）を走行することが可能でした。電化区間の入口には、特殊な高さの接触ランプ（通常の2 + 1/2インチ[ 64 mm ]ではなく4 + 1/2インチ[110 mm ] ）があり、機関車の接触シューがフレームのラチェットに噛み合うまで持ち上げられました。電化区間の終端にある対応する高さのランプがラチェットを解放しました。しかし、これらの路線を走行する際に、強い牽引電流が車載機器の確実な動作を妨げる可能性があることが判明し、このため、1949年に、それ以外は「十分に実績のある」GWRシステムが国家標準として選ばれませんでした（下記参照）。[ 7 ] [ 8 ]
線路脇や機関車内のバッテリーの維持管理には多大な労力を要するにもかかわらず、GWRはすべての主要路線にこの装置を設置した。長年にわたり、ウェスタン・リージョン（GWRの後継組織）の機関車には、GWRのATCシステムとBRのAWSシステムの両方が搭載されていた。
1930年代までに、運輸省の圧力により、他の鉄道会社も独自のシステムを検討し始めた。既存のシステムで発見された降雪や接点の日常的な摩耗による問題を解消するため、磁気誘導に基づく非接触方式が好まれた。アルフレッド・アーネスト・ハッド（ 1883年頃- 1958年）のストロージャー・ハッド方式は、列車が通過する際に順次作動する一対の磁石（一方は永久磁石、もう一方は電磁石）を使用した。ハッドはこの発明の特許を取得し、リバプールの自動電話製造会社（イリノイ州シカゴのストロージャー自動電話交換会社の子会社）に開発を依頼した。 [ 9 ] [ 10 ]サザン鉄道、ロンドン・アンド・ノース・イースタン鉄道、ロンドン・ミッドランド・アンド・スコティッシュ鉄道で試験が行われたが、これらの試験は何も成果を上げなかった。
1947年、LMSに勤務していたハッドは、LMSの部門であるロンドン・ティルベリー・アンド・サウスエンド線に自身のシステムを導入した。 [ 11 ] 1948年の英国鉄道の国有化と英国鉄道（BR）の設立後も、実験作業は継続された。英国鉄道網のあらゆる部分に展開でき、あらゆる気象条件下で動作し、電化路線を含む当時使用されていたあらゆる形態の信号および牽引装置と連携できる標準化されたAWSソリューションの要件が策定された。[ 11 ] 1954年12月に発表された「近代化計画」の一環として、英国運輸委員会 （BTC）はAWSの開発に2000万ポンドを割り当て、1957年から1962年の間に6つの主要路線全体に展開することを意図した。[ 11 ]
BR はストロージャー・ハッド方式をそのまま採用したわけではなく、代わりに、最後に通過した信号機の外観を表示する視覚表示を運転室に組み込むように機構を再設計した。[ 11 ] 1956 年、運輸省は GWR、LTS、BR の各システムを評価し、その後、BR が開発したシステムを英国の鉄道の標準として選択した。この措置は、1952 年のハロー・アンド・ウィールドストーン事故への対応として行われた。 [ 8 ] 1959 年半ばまでに、AWS システムは部分的に展開され、キングス・クロスとヨーク、ユーストンとラグビー、エディンバラとグラスゴーの間で運用が開始された。[ 11 ]
AWS は後に、以下の警告を発するように拡張されました。[ 12 ]
AWSは、アルフレッド・アーネスト・ハッド[ 9 ]によって1930年に開発され、「ストロージャー・ハッド」システムとして販売されたシステムに基づいていた。 1906年からグレート・ウェスタン鉄道に設置され、自動列車制御（ATC）として知られていた以前の接触システムは、英国鉄道の西部地域で徐々にAWSに置き換えられていった。
ネットワークレール（NR）AWSは以下で構成されます。
このシステムは、設定／リセットの原理に基づいて動作します。
信号が「クリア」または緑色（「オフ」）のとき、電磁石が通電されます。列車が通過すると、永久磁石がシステムをセットします。しばらくして、列車が前進すると、電磁石がシステムをリセットします。リセットされると、ベル（新型車両ではチャイム）が鳴り、表示灯が黒色でない場合は黒色に設定されます。運転士による確認は不要です。システムは設定後1秒以内にリセットする必要があり、そうでない場合は警告表示として動作します。
遠隔信号制御配線には、AWSの「クリア」表示が遠隔信号が「オフ」であることが確認された場合にのみ表示されるようにするための追加の安全装置が組み込まれています。機械式信号機の遠隔信号機は、アームが少なくとも27.5度上下した場合にのみ電磁石コイル回路の接点が閉じます。色灯信号機は、信号が点灯していることを確認するためにランプ照明回路に電流検出リレーを備えており、これは緑色表示を制御するリレーと組み合わせてAWS電磁石を励磁するために使用されます。ソリッドステート連動装置では、信号モジュールのドライバ電子回路から電磁石を励磁するために使用される「緑色点灯確認」出力があります。
遠方信号が「注意」または黄色（点灯）の場合、電磁石は非通電状態になります。列車が通過すると、永久磁石がシステムをセットします。ただし、電磁石は非通電状態なので、システムはリセットされません。システムをリセットできる1秒の遅延の後、運転士がプランジャーを押して確認するまで警笛が鳴ります。運転士が2.75秒以内に警告を確認しない場合、ブレーキが自動的に作動します。運転士が警告を確認すると、表示ディスクが黄色と黒に変わり、運転士が警告を確認したことを知らせます。黄色と黒の表示は次の信号まで続き、信号と信号の間で運転士が注意して進んでいることを知らせる役割を果たします。警笛が鳴るまでの1秒の遅延により、システムは1 + 3/4 mph ( 2.8 km /h)という低速でも正しく動作します。この速度以下では、常に警告音が鳴りますが、運転者がシステムをリセットしていない場合は、電磁石がシステムをリセットすると自動的に解除されます。システムがリセットされると、ディスプレイは真っ黒になります。
このシステムは、停電が発生した場合、電磁石のみが影響を受けるため、通過するすべての列車に警告が発せられるというフェイルセーフ設計になっています。ただし、単線の場合、軌道設備が想定とは逆方向に走行する列車に対してAWSシステムを起動するものの、永久磁石よりも先に電磁石が到達するため、システムをリセットしないという欠点があります。この問題を解決するために、通常の永久磁石の代わりにサプレッサー磁石を設置することができます。サプレッサー磁石に通電すると、サプレッサーコイルが永久磁石から磁束をそらし、列車に警告が発せられないようにします。サプレッサー磁石は、停電が発生すると通常の永久磁石と同じように動作するため、フェイルセーフ設計になっています。より安価な代替案としては、運転士に警告をキャンセルして無視するように指示する線路脇の標識を設置する方法があります。この標識は、白い聖アンデレ十字が描かれた青い四角い板です（一時的な速度制限と併せて設置される場合は、黒い十字が描かれた黄色い板になります）。
機械式信号機の場合、AWSシステムは遠方信号機にのみ設置されていましたが、多方向信号機では、すべての幹線信号機に設置されています。緑以外のすべての信号表示で、警笛が鳴り、表示板が黒地に黄色に変わります。
電磁石を使用しないAWS機器は、注意信号が必ず必要とされる場所、または一時的な注意が必要な場所（例えば、一時的な速度制限など）に設置されます。これは、一時的なAWS機器には永久磁石のみを内蔵すればよいという、このシステムの二次的な利点です。電気接続や電源は不要です。この場合、運転席の警告表示は次の青信号に遭遇するまで点灯し続けます。
列車搭載機器が正しく機能していることを確認するため、機関車庫出口線には「車庫試験用インダクタ」が設置されており、運行開始車両に警告を発する。こうした線路では低速走行が用いられるため、軌道設備のサイズは運行中の路線網に比べて小型化されている。
直流第三軌条電化区間を除くすべての場所で「標準強度」の磁石が使用され、黄色に塗装されています。列車搭載機器を動作させるための最小磁場強度は、2ミリテスラ（軌道機器ケーシングから125 mm [5インチ]上方で測定）です。一般的な軌道機器は、5 mTの磁場を生成します（同じ条件下で測定）。車庫試験用インダクタは、通常2.5 mTの磁場を生成します（同じ条件下で測定）。直流第三軌条電化が設置されている場所では、「超強度」の磁石が取り付けられ、緑色に塗装されています。これは、第三軌条の電流が独自の磁場を生成し、「標準強度」の磁石を圧倒してしまうためです。
AWS は、ほとんどの主要な側面信号で実行中の線路に提供されていますが、いくつかの例外があります: [ 1 ]
永久磁石は軌道の中央に配置されているため、両方向に動作します。永久磁石は、適切な強度の電コイルによって抑制することができます。
同一路線上の反対方向の進行方向に対応する信号機が互いに適切な位置に配置されている場合（すなわち、互いに向き合い、約400ヤード離れている場合）、共通の軌道設備を使用することができる。この設備は、両方の信号の電磁石の間に非抑制型の永久磁石を挟んだ構造となっている。
BR AWSシステムは、以下の用途でも使用されています。