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自動列車制御（ATC ）は、外部入力に応じて速度制御を行う鉄道用列車保護システムの一般的な分類です。例えば、運転士が危険信号に反応しない場合、システムは非常ブレーキを作動させることができます。ATCシステムは、さまざまな運転台信号技術を統合する傾向があり、従来の自動列車停止（ATS）技術に見られるような一律の停止ではなく、よりきめ細かな減速パターンを使用します。ATCは自動列車運転（ATO）と併用することも可能で、通常、鉄道システムの安全上最も重要な部分とみなされています。
これまで「自動列車制御」と呼ばれるさまざまな安全システムが存在してきた。最初の実験装置は、 1906年1月にグレート・ウェスタン鉄道によってヘンリー支線に設置された[ 1 ] [ 2 ]が、運転士がブレーキを完全に制御していたため、現在では自動警報システム（AWS）と呼ばれる。この用語は特に日本で一般的で、ATCはすべての新幹線（新幹線）路線、および一部の在来線や地下鉄路線でATSの代替として使用されている。
日本では、新幹線のような高速列車向けに自動列車制御（ATC）システムが開発されました。新幹線は非常に高速で走行するため、運転士は線路脇の信号を確認する時間がほとんどありません。ATCシステムは、線路回路に沿って特定の線路区間の速度制限に関する情報を含むAF信号を送信します。これらの信号が車内で受信されると、列車の現在の速度が速度制限と比較され、列車が速度超過している場合は自動的にブレーキがかけられます。列車が速度制限を下回るとすぐにブレーキが解除されます。このシステムは、運転士のミスによる衝突を防ぐなど、より高い安全性を提供するため、東京の山手線や一部の地下鉄路線など、利用頻度の高い路線にも設置されています。[ 4 ]
ATCは列車の速度が制限速度を超えると自動的にブレーキをかけるが、駅に進入する際のモーター出力や停車位置を制御することはできない。しかし、 自動列車運転（ATO）システムは、駅からの出発、駅間の速度、駅での停車位置を自動的に制御できる。一部の地下鉄には既に設置されている。[ 4 ]
しかし、ATCには3つの欠点がある。第一に、ある速度制限でブレーキを解除してから次のより遅い速度制限でブレーキをかけるまでのアイドリング時間があるため、列車間隔を長くすることができない。第二に、列車が最高速度に達したときにブレーキをかけるため、乗り心地が低下する。第三に、運行会社が路線でより高速な列車を運行したい場合は、関連するすべての沿線および車載機器を最初に変更する必要がある。[ 4 ]
以下のアナログシステムが使用されてきました。
ATC-2の大きな弱点は、帯域幅と変調技術の制限により、ブレーキ性能の異なる列車に異なる指示を与えることができない点である。ブレーキ性能の良い列車は、減速を早すぎるタイミングで指示される可能性があり、その結果、古い列車がまだ廃車されていない間に、新しい列車の優れた効率と高い性能が無駄になってしまう。[ 5 ]
デジタルATCシステムは、軌道回路を使用して区間内の列車の存在を検出し、軌道回路番号、前方の次の列車までのクリア区間数（軌道回路数）、および列車が到着するプラットフォームに関するデジタルデータを線路脇の機器から列車に送信します。受信したデータは、列車の車載メモリに保存されている軌道回路番号に関するデータと比較され、前方の次の列車までの距離が計算されます。車載メモリには、軌道勾配、カーブや分岐器での速度制限に関するデータも保存されます。これらのデータはすべて、サービスブレーキを制御して列車を停止させる際のATCの決定の基礎となります。[ 4 ]
デジタルATCシステムでは、走行パターンによって、列車が前方の別の列車が占有している次の線路区間に入る前に停止するためのブレーキカーブが決定されます。列車がブレーキパターンに近づくと警報が鳴り、ブレーキパターンを超えるとブレーキが作動します。乗り心地を良くするために最初は軽くブレーキがかけられ、最適な減速が得られるまで徐々に強くブレーキがかけられます。列車の速度が制限速度を下回る設定速度まで低下すると、ブレーキはより軽くかけられます。このようにブレーキ力を調整することで、乗り心地を確保しながら、ブレーキパターンに従って列車を減速させることができます。[ 4 ]
通常のブレーキパターン以外にも緊急ブレーキパターンがあり、列車の速度がこの緊急ブレーキパターンを超えた場合、ATCシステムが緊急ブレーキを作動させる。[ 4 ]
デジタルATCシステムには、いくつかの利点があります。
中国国鉄のTVM430標準信号で使用されている復調システムを示すブロック図から、DSPシステムはバンドパスフィルタ、FFT、スペクトル内のピークと高調波の探索で構成されていることがわかります。全体の流れは、データのサンプリング、ハミング窓の追加、FFT（高速フーリエ変換）、パワースペクトルの計算、スペクトル全体の探索から始まり、送信信号のシーケンスを生成します。[ 6 ]
現在までに、以下のデジタル航空管制システムが使用されています。
DS-ATCの信号伝送には、 575Hzと625Hzの2つの搬送周波数 とMSK変調方式が採用されています。線路の各閉塞区間には、TDAT（列車検知・ATC信号送信機）が設置され、閉塞区間内に列車が存在するかどうかを検知し、変調信号を列車に送信します。送信機は閉塞区間の端、列車の進行方向に向けて設置され、受信機は反対側の端に設置されます。送信される電報はMSK変調方式で変調されます。これは、MSK信号方式が干渉に強く、帯域幅をほとんど必要としないためです。同時に、TDATは閉塞区間の反対側の端で、復調された送信信号と受信信号を比較することで列車の位置を検出します。
変調周波数は575±8Hz と625± 8Hzであるため、主周波数チャネルと副周波数チャネルの両方で占有帯域幅は16Hzとなり 、最大データ伝送速度は64bit/sとなる。TDATは軌道回路に信号を送り、列車は軌道の磁場から誘導電流を発生させる一対のピックアップコイルによって信号を受信する。列車に送信される電報は5種類あり、それぞれの項目とシーケンスの長さは下の表に示されている。
例えば、5060B と呼んだ列車がブロックに入ると、タイプ 1 の電報が受信され、列車はその瞬間をブロックの端として認識します。列車がブロックに入ってから車載コンピュータがタイプ 1 の電報を復調するまでの時間遅延は、1990 年代後半に新潟近郊で行われた試験走行に基づくとガウス分布に従います。平均値と標準偏差はそれぞれ 514 ms と 29.2 であり、これは最大運転速度 275 km/h で平均エッジ検出誤差が 39.26 m であることを意味します。TDAT は 5060B がブロックに入ってきたことを感知すると、タイプ 2 の電報の送信を開始します。5060B がブロックを出るまでは、ブロックされていない区間の数が変化しない限り、TDAT はタイプ 2 の送信を継続します。
従来の信号灯と比較したATCの課題の一つは、牽引電流と雷雨です。牽引電流は架線から列車に供給され、線路を通って変電所に戻ります。つまり、線路には約1000Aもの大きな交流電流が流れています。高架線の場合、線路付近への落雷も電磁干渉（EMI）の原因となります。これら二つの要因によって、線路回路に大きな相互変調歪みが生じる可能性があります。
デジタル符号化されたATCは、信号検査車で簡単に検査できます。DSPチップを使用すると、検査車でATC信号伝送を収集し、復調された時間領域信号をデータベース内の理想的なテレグラムと受信したテレグラムを比較して車上に保存および分析できます。[ 7 ]
ATACSはCBTCに似た移動ブロックATCシステムで、鉄道総合研究所が開発し、2011年にJR東日本が仙石線で初めて導入、続いて2017年に埼京線[ 8 ]、2020年に小海線[ 9 ]に導入されました。日本のETCSレベル3に相当するものと考えられています[ 10 ]。
韓国の地下鉄路線のいくつかはATC（自動管制）システムを採用しており、場合によってはATO（自動運転アウト）システムも併用している。
全路線でATC（自動管制）が使用されています。全路線でATO（自動運航停止）機能が強化されています。
1号線と2号線（MELCO社製車両のみ）を除き、全線でATC（自動列車制御）が使用されています。2号線（VVVF社製車両）、5号線、6号線、7号線、8号線では、ATCシステムにATO（自動列車運転装置）が追加されています。
デンマークのATCシステム（公式にはZUB 123と指定）は、近隣諸国のものとは異なります。[ 11 ] 1978年から1987年まで、スウェーデンのATCシステムがデンマークで試験運用され、1986年から1988年の間にシーメンス設計の新しいATCシステムが導入されました。1988年4月に発生したソーロ鉄道事故の結果、新しいシステムは1990年代初頭からデンマークのすべての主要路線に段階的に設置されました。一部の列車（オーレスンストーグサービスで使用される列車や一部のX 2000列車など）はデンマークとスウェーデンの両方のシステムを備えており、[ 11 ]他の列車（ ICE-TD列車の10編成など）はデンマークとドイツの両方のシステムを備えています。デンマークの鉄道インフラ会社であるBanedanmarkは、 ZUB 123システムを旧式とみなしており、デンマークの鉄道網全体を2030年までにETCSレベル2に移行する予定である。
しかし、ZUB 123 システムは、コペンハーゲン S トレイン通勤ネットワークでは使用されていません。コペンハーゲン S トレインでは、1975 年～ 2022 年まで HKT ( da:Hastighedskontrol og togstop )と呼ばれる別の互換性のない安全システムが使用されていました。また、 2000 年に導入されたはるかに簡略化された ATP システムを使用しているホルンベック線でも使用されていません。上記のシステムはすべて、2026 年以降、最新の世界的CBTC信号規格に徐々に置き換えられています。[ 12 ]
ノルウェー政府の鉄道インフラ機関であるBane NORは、スウェーデンの ATC システムを使用しています。そのため、列車は通常、特別な改造をすることなく国境を越えることができます。 [ 13 ]ただし、スウェーデンとは異なり、ノルウェーで使用されている ATC システムは、赤信号を通過するたびに列車が停止することを保証する部分 ATC ( delvis ATC、DATC ) と、赤信号のオーバーシュートを防ぐことに加えて、列車が最大許容速度制限を超えないことを保証する完全 ATC (FATC ) を区別しています。ノルウェーの鉄道線路には、DATC または FATC のいずれかを設置できますが、両方を同時に設置することはできません。
ATCは、4年前に危険信号無視（SPAD）が原因で発生したトレッテン列車事故の後、1979年にノルウェーで初めて試験運用されました。DATCは1983年から1994年にかけてオスロS - ドムボス - トロンハイム - グロング区間で初めて導入され、FATCは1993年にオフォテン線で初めて導入されました。高速鉄道のガルデモエン線は、1998年の開業以来FATCを採用しています。 2000年にオースタ事故が発生した後、ローロス線でのDATCの導入が加速され、2001年に運用が開始されました。
スウェーデンでは、ATCの開発は1960年代に始まり（ATC-1）、1980年代初頭に高速列車とともに正式に導入されました（ATC-2/Ansaldo L10000）。[ 14 ] 2008年時点で、スウェーデンの鉄道インフラを担当するスウェーデン運輸庁が管理する11,904 kmの線路の うち、9,831 kmにATC-2が設置されていました。[ 15 ]しかし、ATC-2は一般的にERTMS / ETCSと互換性がないため（スウェーデンで初めてERTMS/ETCSのみを使用する鉄道路線であるボスニア線の場合など）、Trafikverketは今後数十年かけて最終的にATC-2をERTMS/ETCSに置き換えることを目指しており、ATC-2とERTMS/ETCSを自動的に切り替えるための特殊伝送モジュール（STM）が開発されました。
1906年、英国のグレート・ウェスタン鉄道は「自動列車制御（ATC）」と呼ばれるシステムを開発しました。現代の用語では、 GWR ATCは自動警報システム（AWS）に分類されます。これは、走行レール間に設置され、かつ走行レールよりも高い位置にある、通電（または非通電）レールを利用した断続的な列車保護システムでした。このレールは両端が傾斜しており、ATCランプと呼ばれ、通過する機関車の車体下部にあるシューと接触する仕組みになっていました。
スロープは遠方の信号機に設置された。停止信号機での使用を想定した設計の改良版は、結局実現されなかった。
ランプに関連する信号が注意信号の場合、ランプは通電されません。ランプは通過する機関車のシューを持ち上げ、同時にタイマーシーケンスを開始し、運転台のホーンを鳴らします。運転士が所定の時間内にこの警告に気づかなかった場合、列車のブレーキが作動します。試験において、GWRはこのシステムの有効性を実証するため、遠方の注意信号を通過する急行列車を全速力で走行させました。列車は本線信号に到達する前に安全に停止しました。
ランプに関連する信号が正常であれば、ランプに通電される。通電されたランプは、通過する機関車のシューを持ち上げ、運転台のベルを鳴らす。
システムが故障した場合、靴は通電されず、注意状態のままになります。したがって、フェイルセーフであり、すべての安全装置の基本的な要件です。[ 16 ]
このシステムは、1908年までにパディントンからレディングまでの路線を含むすべてのGWR主要路線に導入されました。[ 16 ]このシステムは1970年代まで使用され、その後、英国鉄道自動警報システム（AWS）に取って代わられました。
2017年から、トロント交通局は5億6230万ドルの費用をかけて、1号線ヤング・ユニバーシティ線にATCを導入し始めました。2009年にアルストムに契約を授与したTTCは、ラッシュアワー時の1号線の列車の間隔を短縮し、1号線で運行する列車の数を増やすことができるようになります。[ 17 ]ただし、 ATC対応の真新しい列車が納入され、新しいシステムと互換性のない古い車両が廃止されるまでは、作業は開始されませんでした。ATCは段階的に導入され、2017年11月4日にデュポン駅とヨークデール駅間の通常運行中にテストが開始されました。2017年12月17日にヴォーン駅とシェパード・ウェスト駅間のトロント・ヨーク・スパダイナ地下鉄延伸線が開通した際に、初めて恒久的に導入されました。[ 18 ] [ 19 ]残りの路線へのシステムの導入は、地下鉄が閉鎖される週末の閉鎖と夜間の作業中に実施されました。プロジェクトには遅延があり、1 号線の完全な変換の期限は 2022 年まで何度も延期されました。[ 20 ] ATC への変換は 2022 年 9 月 24 日にフィンチ駅で完了しました。[ 19 ] 1 号線全体を ATC に変換するには、2,000 個のビーコン、256 個の信号、および 100 万フィートを超えるケーブルの設置が必要でした。[ 19 ] ATC は、まもなく開通する5 号線エグリントン線でも使用される予定ですが、1 号線とは異なり、5 号線のシステムは、ボンバルディア トランスポーテーションがCityflo 650技術を使用して提供します。[ 21 ] TTCは、資金の確保と、2号線の現在のATC非対応車両をATC対応車両に置き換えることができることを条件として、将来的に2号線ブロア・ダンフォース線と4号線シェパード線をATCに変換する計画であり、完了予定日は2030年である。[ 22 ]
米国のATCシステムは、既存の連続運転台信号システムとほぼ常に統合されています。ATCは、運転台信号システムの入力に基づいて何らかの速度制御を実行する機関車の電子機器から成ります。[ 23 ]列車の速度がその区間の線路で許可されている最大速度を超えると、運転台で速度超過警報が鳴ります。運転士が速度を落とすか、または速度を落とすためにブレーキをかけなかった場合、ペナルティブレーキが自動的にかけられます。[ 23 ]北米の貨物列車は取り扱いと制御の問題がより敏感であるため、ATCはほぼ例外なく都市間および通勤列車の両方の旅客機関車に適用され、貨物列車は速度制御なしで運転台信号を使用します。アムトラック、メトロノース、ロングアイランド鉄道などの一部の大量旅客鉄道では、自社のシステム全体または一部を走る貨物列車に速度制御の使用が義務付けられています。[ 23 ]
運転台信号と速度制御技術は1920年代から存在していましたが、ATCの導入が問題となったのは、それから数十年後の数々の重大事故の後でした。ロングアイランド鉄道は、信号無視による2件の死亡事故を受けて、1950年代に運転台信号区間内で自動速度制御システムを導入しました。ニューアーク湾昇開橋事故の後、ニュージャージー州は州内のすべての主要旅客列車運行会社に速度制御の使用を義務付ける法律を制定しました。速度制御は米国の多くの旅客路線で使用されていますが、ほとんどの場合、路線を所有する鉄道会社が自主的に導入しています。
貨物鉄道のうち、自社のネットワークで何らかの ATC を採用しているのは、ユニオン パシフィック、フロリダ イースト コースト、CSX トランスポーテーションの 3 社のみです。FEC と CSX のシステムは、パルス コード キャブ シグナルと連携して動作します。CSX の場合、これはリッチモンド、フレデリックスバーグ、ポトマック鉄道の単一の幹線から引き継がれたものです。ユニオン パシフィックのシステムは、シカゴ アンド ノースウェスタンの東西幹線の一部から引き継がれ、ATC で使用するために設計された初期の 2 面キャブ シグナリング システムと連携して動作します。CSX と FEC では、より制限的なキャブ シグナリングの変更により、運転士は最小限のブレーキ操作を開始するか、列車を停止させるより厳しいペナルティ操作に直面する必要があります。どちらのシステムも、明示的な速度制御やブレーキ カーブの遵守を必要としません。[ 24 ]ユニオン パシフィック システムでは、列車の速度が40 mph (64 km/h) まで減速されるまで解除できない即時のブレーキ操作が必要です(その速度を超えて走行する列車の場合)。その後、列車の速度は、運転台信号が最初に消えてから70秒以内に、時速20マイル（32km /h）以下にさらに減速しなければならない。これらの減速時にブレーキをかけなかった場合、ペナルティが課される。[ 25 ]
貨物列車用ATCシステムはいずれも、運転士が安全かつ適切な方法でブレーキをかけるための一定の裁量権を与えている。不適切なブレーキ操作は脱線や暴走につながる可能性があるためだ。これらのシステムはいずれも、険しい地形や山岳地帯では使用できない。
高速旅客列車用の自動列車制御 (ATC) は、1972 年にサンフランシスコ湾岸地域で「ベイエリア高速鉄道公社」(BARTD) によって初めて導入されました。このシステムは、列車の日常運行に複雑な電子回路とコンピュータ制御を利用した最初のシステムでした。主要な制御システムは、線路脇の送信機から車載の受信機にバイナリ符号化された速度コマンドを送信することにより、車両の通常の加速と減速が完全に自動化された方法で実行されるように設計されています。電子ハードウェアの信頼性が高いと仮定すると、最も重要な技術的問題は、列車間の適切な停止距離を割り当てることです。これらの停止マージンの計算には、さまざまなレール条件での列車のブレーキ性能の測定値を適切に考慮する必要があります。[ 26 ]
ATCは、ATPに加えて、クイーンズランド州のカブルチャーとバンダバーグの間で使用されています。[ 27 ]： 19この路線は、ティルトトレインのほか、他の貨物および旅客サービスにも使用されています。
ATCは、2015年にヴァリオトラムが運行から外されるまで、シドニーのインナーウェストライトレール[ 28 ]でも使用されていました。この路線には、人為的ミスを防ぐための安全装置がもはやありません 。