パルスコードキャブシグナリング

パルスコード車内信号は、1920年代に米国ペンシルバニア鉄道向けにユニオン・スイッチ・アンド・シグナル社が開発した車内信号技術の一種です。PRRとその後継鉄道会社で広く採用された4アスペクトシステムは、北米で主流の鉄道車内信号システムとなり、この技術のバージョンはヨーロッパや高速輸送システムでも採用されています。旧PRRの後継会社コンレールが所有する路線や、 NORAC規則集に基づいて運行されている鉄道では、単に車内信号システムまたはCSSと呼ばれています。

1922 年、州際通商委員会は、時速 80 マイル以上で運行される列車には自動列車停止技術を装備するよう求める判決を下しました。ペンシルバニア鉄道はこれを機会に、機関車運転席に信号を常時表示することで安全性と運行効率の両方を向上させる信号技術を導入することにしました。この作業は、ペンシルバニア鉄道の優先信号供給業者であるユニオン スイッチ アンド シグナル社に委託されました。

1923 年にペンシルベニア州サンベリーとルイスタウンの間で行われた最初の試験設備^[1]では、線路を機関車の受信機に結合された誘導ループとして使用しました。システムには 60 Hz の信号が 2 つありました。ブレーキを感知する「トラック」信号は、一方のレールを通って対向列車に向かって送られ、車輪を通過してもう一方のレールに戻ります。車輪のすぐ前のピックアップは、片側からの接近電流と反対側からの戻り電流を合計します。外部から戻された「ループ」信号は、トラック回路の両端にある抵抗器の中間タップに入出力されます。ピックアップは、線路の遠端まで通過する各側の接近電流を合計します。この信号は、もう一方から 90 度シフトされていました。信号は、一方または両方に継続的に適用され、信号がないときは制限状態である一方、接近またはクリア状態を示します。試験設備では沿線閉塞信号が削除され、列車は運転台信号のみに依存しました。

1926年（1927年？）にメリーランド州ボルチモアとペンシルバニア州ハリスバーグの間のノーザンセントラル線に次に設置された^[1]ため、PRRはループ信号を廃止し、軌道信号を100Hzに切り替えるキャブ信号の別のバリエーションをテストしました。重要な変更点は、今では信号が単にキャリアとして制限を超えてオンになり、1.25～3Hzのオン/オフのパルスがアスペクトを伝えるコードとして使用されるようになったことです。キャリアのみの存在は意味がなく、パルスがない場合でも制限アスペクトを意味します。この新しいシステムでは、制限、接近、接近（次の信号）中（速度）、クリアの4つの信号アスペクトが可能になりました。当初、キャブ信号システムは自動列車停止の形としてのみ機能し、ブレーキが自動的に作動するのを防ぐために、エンジニアはキャブ信号がより制限的なアスペクトに低下したことを確認する必要がありました。その後、旅客用機関車は速度制御機能を備えてアップグレードされ、各キャブ信号に関連付けられた規則書の速度が強制されました (クリア = 制限なし、アプローチ ミディアム = 45 mph、アプローチ = 30 mph、制限 = 20 mph)。

時間の経過とともに、PRRはピッツバーグからフィラデルフィア、ニューヨークからワシントンまでの東部システムのほとんどにキャブ信号機を設置しました。このシステムはその後、コンレールとアムトラック、およびSEPTAやニュージャージートランジットなど、旧PRR領域で運行されているさまざまな通勤機関に継承されました。キャブ信号機領域を走行するすべての列車にキャブ信号を装備する必要があったため、前述の路線のほとんどの機関車にキャブ信号装置が装備されていました。相互運用性の固定化の影響により、4アスペクトPRRキャブ信号システムは事実上の標準となり、ほぼすべての新しいキャブ信号の設置はこのタイプまたは互換性のあるタイプになりました。

パルスコードキャブ信号は、選択された搬送周波数で動作する既存のACトラック回路に沿って計測されたパルスを送信することによって機能します。パルスは、先頭の車輪の前のレールから数インチ上に吊り下げられたセンサーによって誘導によって検出されます。コードは1分あたりのパルスで測定され、4アスペクトPRRシステムでは、クリアの場合は180 ppm、アプローチミディアムの場合は120 ppm、アプローチの場合は75 ppm、制限の場合は0に設定されます。パルスレートは、1つのレートが別のレートの倍数になることを避けて選択され、反射された高調波によって誤った表示が発生します。^[2]

このシステムは、コードが不足すると制限信号が表示されるという点でフェイルセーフです。コードは、列車の前方のブロック境界から列車に送信されます。このため、レールが破損したり、別の列車がブロックに入ったりしても、コードは接近する列車に届かず、キャブ信号は再び制限を表示します。車軸数が不十分な列車は、キャブ信号電流のすべてをショートさせないため (シャント (電気)を参照)、後続の列車が誤ったアスペクトを受信することはありません。このタイプの列車には、後部に 完全なブロック保護を与える必要があります。

DCと25HzのAC電化が共存する場所では、標準の100Hz周波数は91⅔Hz（次に利用可能なMG設定周波数）に変更されます。これにより、戻りレールのDC牽引電流によって同じレールのAC戻り正弦波が相殺され、偶数次高調波が発生するのを回避できます。^[3]

パルスコードキャブ信号が導入されてから 70 年が経ち、4 速設計では、システム設計時に想定されていなかった速度には不十分であることが判明しました。最も差し迫った 2 つの問題は、既存のキャブ信号でカバーされる通常の 30 または 45 mph よりも速く、列車が分岐ルートを取ることを可能にする高速分岐器の使用でした。最高速度が 135 mph から 150 mph の Amtrak のAcela Expressサービスが導入されると、従来の信号システムとその 125 mph の設計速度の能力も超過します。

この問題に対処し、信号システムの完全な再構築、低速サービスの低下、既存のキャブ信号との下位互換性の破壊、または人間のオペレーターへの過度の依存を回避するために、アムトラックの北東回廊で使用するためのオーバーレイ パルス コード システムが考案されました。250 Hz の異なる搬送周波数で動作することにより、従来の 100 Hz コードに干渉することなく、追加のパルス コードを列車に送信できます。オーバーレイ コードを慎重に設計することで、下位互換性が維持され、新しいコードを検出できない列車が、他の方法で検出した場合よりも有利な信号を受信することはありません。250 Hz コードの使用に加えて、ラピッド トランジットとロング アイランド鉄道での使用から 5 番目の 270ppm コードが組み込まれました。

コードと速度のマッピングは次のとおりです。

250 Hz コードを受信できる列車は、時速 125 マイルを超える線路セクションと時速 80 マイルの高速分岐器で速度がアップグレードされます。このコードに対応していない列車は、単に低速で走行します。270ppm コードは 4 コード システムとの下位互換性を破壊しますが、高密度信号アップグレードの一環としてニューヨーク ペン ステーション周辺でのみ使用されています。270ppm コードと時速 60 マイルの速度は、ペン ステーションも使用するロング アイランド鉄道の列車に搭載されているキャブ信号と互換性があるように選択されました。

キャブ信号はキャブ信号表示ユニットによって機関車に提示されます。最も初期の CDU は、線路に沿って見えるタイプの小型信号機で、電球でバックライトが点灯していました。鉄道の固有の信号システムに応じて、カラーライトと位置ライトの両方の種類がありました。旅客列車の最新の CDU は、キャブ信号が速度制御機能を果たすようになったため、速度計と統合されていることがよくあります。自動列車制御機能を備えた列車では、制限的なキャブ信号の変更を適切に認識しないと、「ペナルティブレーキ適用」が行われ、キャブ信号の速度制限を遵守しなかった場合も同様です。

• アムトラック本線 - ミルリバーからスプリングフィールドまで
• アムトラック本線—ニューヘイブンからボストン
• アムトラック本線—ニューヨークからホフマンズまで
• アムトラック本線—ニューヨークからニューロシェル
• アムトラック本線—ニューヨークからフィラデルフィア
• アムトラック本線—フィラデルフィアからハリスバーグまで
• アムトラック本線—フィラデルフィアからワシントンまで
• コンレール リーハイ線
• CSX バークシャー支線(沿線なし)
• CSX ボストン支線(沿線なし)
• CSXランドオーバー支部
• CSX RF&P サブディビジョン(以前は 60 Hz で RF&P CSS システムを使用していました)
• NJT全線（プリンストン支線を除く）
• MBTA全線（沿線なし）
• メトロノース ハドソン線（沿線なし）
• メトロノース ハーレム線（沿線なし）
• メトロノース ニューヘイブン線（沿線なし）
• メトロノース ニューケナン支線（沿線なし）
• メトロノース ダンベリー支線（沿線なし）
• メトロノース サザンティア線(沿線なし)
• ノーフォーク・サザン鉄道 ピッツバーグ線（沿線なし）
• ノーフォーク・サザン・ポート・ロード線
• ノーフォーク・サザン鉄道コネモー線（沿線なし）
• ノーフォーク・サザン鉄道モリスビル線（沿線なし）
• ノーフォーク・サザン鉄道フォート・ウェイン線（コンウェイ・ヤードからオハイオ州アライアンスまで、沿線なし）
• ノーフォーク・サザン鉄道クリーブランド線（オハイオ州アライアンスからオハイオ州クリーブランドまで、沿線なし）
• SEPTA 本線(センター シティからドイルズタウンまで。ウェイン ジャンクションの北側には沿線はありません)
• SEPTA空港線
• SEPTA チェスナット ヒル イースト ライン(沿線なし)
• SEPTA チェスナット ヒル ウェスト ライン(沿線なし)
• SEPTA Cynwyd Line (沿道なし)
• SEPTA フォックス チェイス ライン(沿線なし)
• SEPTA マナユンク/ノリスタウン線(沿道なし)
• SEPTAメディア/ワワライン
• SEPTA ウォーミンスター線(沿線なし)
• SEPTA ウェスト トレントン線(沿線なし)

• ロングアイランド鉄道自動速度制御装置: LIRR は PRR の子会社で、同様のシステムを採用していました。LIRR は1968 年にメトロポリタン交通局に買収されるまで、標準の PRR キャブ信号を使用していましたが、このとき、現在まで使用されている ASC システムに若干変更されました。ASC は 270 ppm と 420 ppm の 2 つの追加コードを採用し、キャブ内信号表示をキャブ内速度表示に置き換えています。追加コードは 50/60 および 60/70 mph の速度を表示するために使用され、カーブ、高速分岐、短い信号ブロックで列車を減速するために使用されます。
• シカゴ、バーリントン、クインシー自動運転車信号システム:イリノイ州オーロラへのCB&Q通勤線では、部分的にルートベースの信号システムに準拠するために、ルールと沿線の表示が異なっているだけで、ペンシルバニアと同じ技術が使用されていました。このシステムは、現在も使用されています。
• ユニオン パシフィック自動キャブ信号:ユニオン パシフィックは、シカゴとワイオミングを結ぶ幹線の大部分、および近年システム上の他のいくつかの路線に PRR タイプの技術を導入しました。CB&Q キャブ信号と同様に、このシステムは PRR システムと同じ原理で動作しますが、部分的にルート ベースの沿線信号と 60 Hz キャリアを使用するという異なるルールを使用しているため、100 Hz システムとは多少互換性がありません。
• メトラ ロック アイランド自動列車制御:ロック アイランドから残っているもう 1 つの PRR ベースのキャブ信号システム。このシステムは、ブルー アイランドとジョリエット間のメトラ ロック アイランド地区で運用されています。
• 高速輸送路線: 1990 年代以前に建設または信号再設置されたさまざまな高速輸送路線では、手動または自動の列車運転方式の両方でパルスコード キャブ信号技術が使用されています。高速輸送システムは通常、0 コードで完全停止を指示するフェイルセーフです。また、パルスコードの全範囲を使用して、速度制御を最大粒度で行います。例としては、フィラデルフィアのPATCO スピードライン、SEPTA ルート 100、ボルチモア メトロ、マイアミ デイド メトロレールなどがあります。高速輸送路線のパルスコード技術は、一般的にオーディオ周波数キャブ信号に取って代わられています。
• MTA スタテンアイランド鉄道自動速度制御: PRR/LIRR システムとラピッドトランジット電力周波数キャブ コードのハイブリッド。ATC は、速度超過状態に応じて常用ブレーキを適用します。速度コマンドには 75-120-180-270 が使用されます。ゼロ コードは、制限ではなく停止に使用され、50PPM です。420 はラッチアウトとして使用されます。ディスパッチャは、ゼロ コードで停止した列車が特定の連動信号に近づくことを許可するために、手動で 50 ppm の接近コードをアクティブ化できます。

• RS4 Codici は、イタリアで使用されている従来のキャブ信号システムです。このシステムは、50 Hz の電流を使用して、0、75、120、180、270 ppm のコードを使用します。
• 連続自動警報システムは、アイルランドの車内信号システムです。このシステムでは、50 Hz の搬送電流を使用して、0、50、120、180 ppm のコードを使用します。一部の高速輸送路線では、追加のコードも使用されます。
• Automatische treinbeïnvloedingは、オランダの運転台信号システムです。75 Hz の搬送波を使用して 0、75、96、120、180、220 ppm コードを使用し、時速 25 マイル未満の速度では誘導式列車停止システムによって補完されます。
• ロンドン地下鉄 ヴィクトリア線では、2012年にCBTCに置き換えられるまで、US&S社製のパルスコードキャブ信号を使用して自動列車運転システムを実施していた。使用されたコードは420、270、180、120 ppmであった。 ^[4]
• ALSN (Continuous Automatic Train Signalling) は、旧ソ連諸国 (ロシア連邦、ウクライナ、ベラルーシ、ラトビア、リトアニア、エストニアなど) で使用されているレガシー システムです。旧ソ連諸国で自動閉塞システムを備えたすべての路線には ALSN が装備されていますが、その一部には沿線信号がありません。1990 年代以降、一部の駅ごとの閉塞システム (「半自動閉塞」) 路線の駅線路と駅アプローチ セクションにも装備されています。前述の他のシステムとは対照的に、ALSN は、定義されたレートの均一なパルスではなく、パルス カウント コードを使用します。コードは 3 つあります。「赤黄」(長いギャップで区切られた単一のパルス)、「黄」(2 つのパルスの連続で、その間に 1 つの短いギャップがある)、「緑」(3 つのパルスの連続で、その間に 2 つの短いギャップがある)。パルスと長いギャップの正確な長さは大幅に異なる場合があり、異なるコード サイクル長 (通常は 1.6 秒または 1.86 秒) を形成します。これは信号としての意味はありませんが、安全のため、および列車のブロック カウントに使用されます。搬送周波数は、3 kV DC 電気牽引または電気牽引が使用されていない場合は 50 Hz、25 kV 50 Hz AC 電気牽引のラインでは 25 Hz (または古い標準である 75 Hz の場合もあります) です。