ヘッドウェイ

車両間の距離という同じ概念を測定・表現する方法は数多く存在する。これらの違いは、主に各国や分野における歴史的発展に起因する。

この用語は鉄道での使用から発展したもので、列車の間隔は列車自体の長さに比べて非常に大きかった。ある列車の先頭から次の列車の先頭までの間隔を測定することは簡単で、列車の時刻表のスケジュールとも一致していたが、先頭から先頭までの間隔を制限すると、必ずしも安全性が確保されるわけではない。地下鉄システムの場合、列車の長さは均一に短く、停車に許容される間隔ははるかに長いため、わずかな安全係数で先頭から先頭までの間隔を使用できる。貨物列車や高速道路のように、車両サイズが異なり、停止距離や間隔よりも長い場合、先頭から最後尾までの測定がより一般的である。

測定単位も様々です。最も一般的な用語は、ある車両から次の車両への通過時間を使用することで、これは過去に列車間隔が測定されていた方法とよく似ています。ある列車が地点を通過するとタイマーが開始され、次の列車が通過するまでの時間が測定され、先端から先端までの時間が得られます。この同じ測定値は、例えばモスクワ地下鉄で使用されているように、1時間あたりの車両数で表すこともできます。 ^{[ 1 ]}距離測定は、道路上の車両など、鉄道以外の用途ではある程度一般的ですが、時間測定もここで一般的です。

ほとんどの鉄道システムでは、列車の運行は鉄道信号システムによって厳密に制御されています。多くの鉄道では、運転士は速度や路線のルートに関する指示を受けます。列車は比較的ゆっくりとしか加速・減速できないため、低速以外からの停止には数百メートル、あるいはそれ以上の距離が必要です。停止に必要な線路距離は、運転士の視界範囲よりもはるかに長い場合が多いのです。例えば、前方の線路が遮られている場合（列車がそこで停止している場合など）、後続の列車は衝突を回避するには手遅れになる可能性が高くなります。

信号システムは、運転士に前方の線路の状態に関する情報を提供し、衝突を回避するために機能します。この重要な安全機能の副次的効果として、鉄道システムの運行間隔は、信号システムの構造、特に信号間の間隔と信号で提供できる情報量によって実質的に決定されます。鉄道システムの運行間隔は、信号システムから計算できます。実際には、列車の間隔を保つためのさまざまな方法があり、列車指令作業や電信システムなどの手動方式もあれば、列車の動きを制御するために信号インフラに完全に依存する方式もあります。列車運行の手動システムは、列車の運行回数が少ない地域で一般的であり、運行間隔は、手動ではないシステムの文脈で議論されることが多いです。

自動閉塞信号システム（ABS）では、列車間隔は分単位で計測され、列車が通過してから信号システムが全開（進行）に戻るまでの時間で計算されます。通常、列車の先頭から先頭までの距離は計測されません。ABSシステムは線路を閉塞区間に分割し、各区間には一度に1本の列車しか進入できません。信号システムの設計方法にもよりますが、列車は通常2～3区間の間隔で運行されるため、閉塞区間の長さが列車間隔を決定することがよくあります。

衝突を避けるための方法として視覚的な接触を行うこと（入換作業中など）は、時速 40 km などの低速時のみに行われます 。列車の運行における重要な安全要素は、列車の間隔を少なくともこの距離、つまり「レンガの壁停止」基準で確保することです。^{[ 2 ] [ 3 ]}

列車が停止できるように時間内に信号を送るため、初期の鉄道では作業員が線路上にいて列車の通過時間を計測し、一定時間が経過していない場合は後続の列車に信号を送っていたが、列車が故障したり、予想以上に時間がかかったりすると、時折事故につながった。長距離通信を可能にするシステムが発明されると、作業員は線路沿いの所定の場所に設置された信号所に置き換えられた。これにより、線路は一連の閉塞区間に分割された。列車は、区間の反対側にいる信号係が前の列車が完全に通過したことを確認し、信号を解除できるまで、その区間に入ることは許されなかった。この副作用として、列車の最高速度は、1つの閉塞区間の距離で停止できる速度に制限された。これは、閉塞区間の長さが速度を制限し、新しいブレーキシステムの開発を必要とした英国の先進旅客列車にとって重要な考慮事項であった。 ^{[ 4 ]}

閉塞制御方式には最適な閉塞区間サイズというものは存在しない。信号機は高価で故障の原因となるため、できるだけ少ない信号機を使用する長い区間は有利であり、列車が停止できるスペースが広くなるため高速化も可能となる。一方で、区間が長くなると列車間隔が長くなり、路線の全体的な容量が減少する。これらのニーズはケースバイケースでバランスを取る必要がある。^{[ 5 ]}

自動車交通の場合、制動性能における重要な考慮事項は、運転者の反応時間です。^{[ 6 ]}列車の場合とは異なり、停止距離は一般的に視認距離よりもはるかに短くなります。つまり、運転者は前方の車両に到達する前に速度を合わせるため、「レンガの壁」効果がなくなります。

一般的に用いられる数値では、時速60マイルで走行する車が停止するには 約225 フィート（約68メートル）の距離が必要で、これは6秒弱の距離に相当します。しかしながら、高速道路では、車間距離が2秒程度でも、かなりの安全性が確保されていることがよくあります。これは、運転者の反応時間が約1.5秒であるため、2秒の余裕があれば、2台の車の制動性能の差を補うことができるからです。

1970年代のさまざまな個人用高速輸送システムは、以前の鉄道システムと比較して運行間隔を大幅に短縮しました。コンピュータ制御により、反応時間は数分の1秒に短縮できます。従来の運行間隔規制をPRTや自動車列車技術に適用すべきかどうかは議論の余地があります。ドイツで開発されたCabinentaxiシステムの場合、開発者がレンガの壁基準に従わざるを得なかったため、運行間隔は1.9秒に設定されました。実験では、彼らは0.5秒程度の運行間隔を実証しました。^{[ 7 ]}

2017年、英国では乗用車と小型商用車の66％、オートバイの60％が、他の車両との間に推奨されている2秒間の車間距離を保っていた。^{[ 8 ]}

車間距離はさまざまな安全基準に基づいて設定されますが、基本的な考え方は同じです。つまり、前方の車両の後ろで車両が安全に停止できるだけの時間を確保することです。しかし、「安全に停止する」という基準には、一見すると分かりにくい解決策があります。前方の車両のすぐ後ろに車両が続く場合、前方の車両は後方の車両に損傷を与えるほど速く停止することができません。例えば、従来の列車では、車両は連結されており、連結器の「遊び」はわずか数ミリメートルです。機関車が緊急ブレーキをかけても、後続の車両は速度差が大きくなる前に連結器の隙間を素早く閉じるため、損傷を受けることはありません。

この論理に基づき、安全性を向上させるために車間距離を10分の1秒または100分の1秒にまで大幅に短縮する自動運転システムの実験が数多く行われてきました。今日では、最新のCBTC鉄道信号システムにより、運行中の列車間の車間距離を大幅に短縮することが可能です。自動の「車追従」クルーズコントロールシステムを使用することで、車両を従来の列車の輸送能力に匹敵する隊列（または群れ）に編成することができます。これらのシステムは当初、個人用高速輸送の研究の一環として採用されましたが、後に自動操縦のようなシステムを搭載した従来の自動車にも使用されるようになりました。

パリの地下鉄14号線は最短85秒間隔で運行しているが^{[ 9 ]} 、モスクワ地下鉄のいくつかの路線はピーク時の運行間隔が90秒となっている^{[ 10 ] 。}

先端から後端までの距離で測定した最小安全車間距離は、ブレーキ性能によって定義されます。

${\displaystyle T_{min}=t_{r}+{\frac {kV}{2}}\left({\frac {1}{a_{f}}}-{\frac {1}{a_{l}}}\right)}$

どこ：

• ${\displaystyle T_{min}}$は、安全な車間距離の最小値（秒）です。
• ${\displaystyle V}$車両の速度
• $t_r$反応時間とは、後続車両が先行車両の故障を検知し、緊急ブレーキを完全に作動させるまでにかかる最大時間のことです。
• ${\displaystyle a_{f}}$これは、追従車両の最小制動減速度です。
• ${\displaystyle a_{l}}$は、先頭車両の最大制動減速度です。壁を越える場合の考慮事項として、${\displaystyle a_{l}}$無限であるため、この考慮事項は排除される。
• ${\displaystyle k}$は任意の安全係数であり、1以上である。

先端から先端までの車間距離は、先端から後端までの車間距離に車両の長さを加えたもので、時間単位で表されます。

${\displaystyle T_{tot}={\frac {L}{V}}+t_{r}+{\frac {kV}{2}}\left({\frac {1}{a_{f}}}-{\frac {1}{a_{l}}}\right)}$

どこ：

• ${\displaystyle T_{tot}}$車両と車間距離が地点を通過するのにかかる時間
• ${\displaystyle L}$車両の長さは

1車線の車両通行容量は、車間距離の逆数に等しい。これは通常、1時間あたりの車両数で表される。

${\displaystyle n_{veh}={\frac {3600}{T_{min}}}}$

どこ：

• ${\displaystyle n_{veh}}$1時間あたりの車両数
• ${\displaystyle T_{min}}$は、安全な車間距離の最小値（秒）です。

車線の乗車定員は、車両定員と車両の乗車定員の積に等しい。

${\displaystyle n_{pas}=P{\frac {3600}{T_{min}}}}$

どこ：

• ${\displaystyle n_{pas}}$1時間あたりの乗客数
• ${\displaystyle P}$車両1台あたりの最大乗客定員
• ${\displaystyle T_{min}}$は、安全な車間距離の最小値（秒）です。