トランスミッションボイスマシン

伝送ボアマシン（TVM 、英語：track-to-train transmission）は、もともとフランスで導入された車内信号方式の一種で、主に高速鉄道路線で使用されています。TVM -300が最初のバージョンで、その後にTVM-430が続きました。

TVM-300 は、1970 年代にTGVプロジェクトの一環として開発されました。時速 220 キロメートルを超える速度では、TGV 列車はlignes à grande vitesse (LGV) として指定された専用線路のみを走行します。高速走行中、運転手は線路脇のカラーライト鉄道信号を正確に見ることができません。代わりに、信号情報は列車に送信され、列車運転手のダッシュボードに表示されます。運転手には、キロメートル/時で測定された安全な運行速度が表示されます。

1980 年代に開発された TVM-430 システムは、線路の勾配プロファイルや、さらに先の信号ブロックの状態に関する情報など、従来の信号システムよりも多くの情報を提供します。この高度な自動化によって列車が運転手の制御から外れることはありませんが、運転手のミスが発生した場合に列車を安全に停止できる特別な安全機構が備わっています。

TVM システムは、現在Hitachi Rail STSの一部となっているフランスのグループ Compagnie de Signaux et d'Entreprises Electriques (CSEE) によって開発されました。

LGV では、TVM 信号方式の 2 つのバージョン、TVM-430 と TVM-300 が使用されています。新しいシステムである TVM-430 は、英仏海峡トンネルとベルギーを結ぶ LGV 北線に最初に導入され、TVM - 300 よりも多くの情報を列車に提供します。TVM-430 の利点は他にもありますが、緊急ブレーキが作動した場合に列車のオンボード コンピュータ システムが連続速度制御曲線を生成し、ブレーキを解除することなく運転手に安全に速度を落とすよう強制できることです。TVM-430 は韓国のKTXネットワークでも使用されており、この地域の高速鉄道の運行をさらに強化しています。

TVM-430は、TVM-400からTVM-440（オプションの自動列車制御）およびTVM-450（完全な無人制御）までの、意図された「モジュール式で柔軟な」信号システムレベルの範囲から発表されました。^{[1] [2]}

路線は約 1,500 メートル (約 1 マイル) の信号ブロック セクションに分割されており、その境界は黄色の白地三角形が印刷された青い正方形の標識で示されています。列車の運転手のダッシュボードのデジタル ディスプレイには、列車の現在のブロックの最高許容速度と、前方の路線の状態に基づいた目標速度が表示されます。最高許容速度は、前方の列車の距離 (次の列車の後ろに近いブロックでは、最高許容速度が徐々に低下します)、ジャンクションの配置、速度制限、列車の最高速度、LGV ルートの終点からの距離などの要素に基づいています。高速で走行している列車は停止するまでに数キロメートルかかります。列車が減速するには複数の信号ブロックが必要になるため、運転手は停止が必要なブロックの数ブロック前に徐々に速度を落とすように警告されます。

信号システムは許可制であるため、列車の運転手は事前に許可を得ることなく、人が通行する閉塞区間に進むことが許可されている。この場合の速度は時速 30 キロメートル (19 マイル) に制限されており、速度が時速 35 キロメートル (22 マイル) を超えると、緊急ブレーキが作動し、列車は停止する。閉塞区間の入口を示す板に Nf と記された標識が付いている場合、閉塞区間は許可制ではないため、運転手は閉塞区間に入る前に信号制御センター ( Poste d'Aiguillage et de Régulation ) から許可を得る必要がある。ルートが設定されるか、信号センターが許可を与えると、標識板の下の白いランプが点灯して運転手に知らせる。運転手は列車の制御パネルのボタンを使用して許可を承認する。これにより、非許可マーカーのグランドループを通過するときに列車を停止させる緊急ブレーキシステムが一時的に無効になる。

列車がlignes classiciquesから LGV に出入りする際、列車は地上ループを通過し、これにより運転士のダッシュボード表示器が適切な信号システムに自動的に切り替わります。たとえば、LGV からフランスのligne classiceに出る列車は、TVM 信号システムが無効になり、従来の KVB ( Contrôle Vitesse par Balise、英語: beacon speed control) システムが有効になります。

これは世界で最も先進的な鉄道信号システムの 1 つですが^[要出典]、実装自体は依然としてソリッド ステート エレクトロニクスではなく リレーに基づいています。

TVM-430 システムには 2 つのコンポーネントがあります。1 つは地上ベース、もう 1 つは列車に搭載されています。どちらもMotorola 68020クラスのプロセッサを使用して実行され、安全性が重要なシステムでよく使用されるコンピュータ言語であるAdaでプログラムされています。このシステムでは冗長性が広く使用されています。

TVM-430の地上部分は線路脇のボックスに収容され、全長約15kmの線路を制御している。各ボックスは路線の集中交通管制センターにリンクされており、それぞれ独自の軌道回路を持つ約10ブロックの線路を直接制御している。信号情報はAC信号にエンコードされ、各ブロックのレールに送られる。TVM-430では4つの異なる搬送周波数が利用可能であり、TGVラインの両方の線路で交互にペアで使用されている。一方の線路では、ブロックは1,700Hzと2,300Hzを交互に使用し、 もう一方の線路ではブロックは2,000Hzと2,600Hzを交互に使用している。これらの搬送周波数に基づいて27の個別のオーディオ周波数を変調することができ、一度に任意の組み合わせで使用可能である。以前のTVM-300では18の個別の周波数が使用されており、一度に使用可能だったのはそのうちの1つだけであった。各ブロックには送信機の反対側に受信機があり、軌道回路信号が失われると (列車の車輪によるショートまたは故障による)、そのブロックが使用されていると解釈されます。信号ブロックの境界には、隣接するブロックが互いに干渉しないようにする電気分離ジョイントが装備されていますが、牽引戻り電流 (50 Hz) は通過できます。これらの軌道回路は、UM71 C 軌道回路と呼ばれます。

レールに存在する信号は、TGV 列車のフロント エアダムの下、前車軸の約 1 メートル (3 フィート) 前方に取り付けられたアンテナによって検出されます。これらのアンテナは、最初の車軸によってレール間で分岐された AC 信号に誘導結合することによって機能します。列車ごとに 4 つの冗長アンテナがあり、両端に 2 つずつあります。列車の「前部」(移動方向) にある 2 つだけが使用されます。トラック回路からの信号は、列車に搭載された 2 つの冗長デジタル信号プロセッサによってフィルタリング、調整、およびデコードされます。

連続信号

連続信号には、アナログバンドパスフィルタが適用され、1,600～2,640 HzのTVM周波数範囲が分離されます。^[3] この中で、4つの1,700/2,000/2,300/2,600 Hzの搬送周波数のそれぞれについて、周波数変調された25.68 Hz信号の存在がテストされます。25.68 Hz信号は、軌道回路機能と列車TVM430装置内のリレーの起動に必要です。データビット自体は、0.88 Hz～17.52 Hzの間で0.64 Hz間隔で周波数変調されます。^[4]

断続的な信号

固定位置では、線路間にケーブルループが使用されています。62.5kHzの基準信号が、互いに位相がずれた2つの125kHzの搬送周波数とともに送信されます。^[4] 4,800ボーのメッセージは、位相ジャンプを使用して送信されます^{[4] 。 [3]}

ネットワークコードはビット25～27に格納され、1～7の値をとります。^[5]

9ビットにはネットワーク識別コードとチェックサムが含まれます。残りの18ビットの正確な意味は特定のネットワークコードに依存し、「パラメータ化」として知られています。LGV Nordへの最初の導入では、速度情報に8ビット、現在のブロック長に6ビット、現在のブロックの勾配に4ビットが割り当てられました。^[3]

デコードされた信号は 27 ビットのデジタル ワードの形式をとり、各ビットはトラック回路の搬送周波数に変調された 27 の周波数の 1 つに対応します。特定の周波数が存在する場合は「1」ビットを示し、存在しない場合は「0」ビットを示します。結果のワードには、次の順序で複数のフィールドが含まれます。

• 速度コードには、ブロック内の現在の最大安全速度、ブロック終了時の目標速度、次のブロック終了時の目標速度という 3 つの情報が含まれています。これらの各値は 6 つの異なる値を取ることができます。高速線の場合、これらは (km/h 単位) 320、300、270、230、170、80、0 となり、一般的なブレーキおよび減速プロファイルにほぼ相当します。
• ブロックの長さにわたって平均化された勾配情報。これにより、列車の信号コンピューターは速度計算でこれを考慮できます。
• ブロックの長さは、かなり変化する可能性があり、速度計算にも重要です。たとえば、高速線路の平坦な部分では、ブロックの長さは 1,500 メートルにもなりますが、英仏海峡トンネルの終端部では、ブロックの長さは 10 分の 1 になります。
• ネットワーク コード。列車のコンピューターが解釈する速度コードの解釈を決定する番号です。たとえば、最高速度が 300 km/h (186 mph) の高速線では、速度制限が 160 km/h (100 mph) の英仏海峡トンネルとは異なるネットワーク コードが使用されます。ユーロスター列車は高速線とトンネルの両方で運行されるため、この情報が必要です。
• エラー チェックコード。情報の読み取りミスがあった場合に、27 ビット ワード全体の整合性をチェックできます。これにより、ほとんどの場合、エラーの修正とエラーの検出が可能になります。このコードは、6 ビットの巡回冗長検査(CRC) の形式をとります。

これらの 27 ビットの情報は、列車の信号コンピューター (TVM-430 システムの車載部分) への入力として使用されます。TVM の旧バージョンでは、目標速度はブロック境界ごとにのみ更新されていたため、運転手による連続的な速度変更を反映しない「階段状」の速度プロファイルが生成されました。ただし、ブロックの長さとプロファイルの追加情報により、TVM-430 は車載信号コンピューターで実行される計算を通じて連続的に変化する目標速度を生成できるため、運転手が従うべき連続的な加速または減速のより現実的な速度プロファイルが得られます。

TVM-430 による連続速度制御に加えて、レール間にある誘導ループによって列車に単一の指示を渡すこともできます。誘導ループは列車の下の対応するセンサーに接続されます。同じ周波数エンコード原理を使用して、ビーコンから 28 ビットの情報を最大時速 400 キロメートル (250 mph) で取得できます。線路速度に応じて 7 メートルと 4.5 メートルの 2 つの長さがあります。これらは BSP ( boucle à saut de phase ) 間欠伝送ループ (ITL) と呼ばれます。これらは 2 つのハーフ ループで構成され、62.5 kHz の搬送周波数で位相シフトされた 125 kHz の周波数でメッセージを送信します。渡される情報は、必要なさまざまなイベントまたはアクションに関するものです。

• 高速線への進入または退出
• TVM-430システムの起動または解除
• トンネルに入る前にエアコンの 吹き出し口を閉じる
• パンタグラフの上げ下げ
• 異なる電源電圧への切り替え

航空機のフライト データ レコーダーに似た「ブラック ボックス」が、さまざまなパラメータを監視してイベントを記録し、プロセス全体を受動的に監視します。TVM-430 を搭載した列車セットでは、古い紙テープ記録装置が ATESS デジタル記録システムに置き換えられました。運転手によるすべての操作 (スロットル、ブレーキ、パンタグラフ) と信号の側面 (TVM-430、KVB、および従来の信号) は、後でデスクトップ コンピューターを使用して分析できるように磁気テープに記録されます。

VACMAと呼ばれる別のシステムは、運転手の注意力を監視します。これは、 TGV を動かすために運転手が踏み続ける必要があるフット ペダル コントロールで構成されています。このペダルは、他の操作が行われていない場合は、60 秒ごとに放してから再度押す必要があります。ブザーが鳴るまでに 1 つの時間があり、自動緊急ブレーキが作動するまでに別の時間があります。ブザーが鳴る前にコントロールを非常に短い時間だけ放すことができ、自動緊急ブレーキが作動する前にも非常に短い時間だけコントロールを放すことができます。

列車の緊急ブレーキが作動する前に、わずかな速度超過の許容範囲が設けられます。時速 80 km 未満の速度では、許容範囲は時速 5 km です。公称速度が時速 80 ～ 160 km の場合、許容範囲は時速 10 km、時速 160 km を超える速度では、許容範囲は時速 15 km です。

TGV 運転席の中央、フロントガラスの真下に、2 列または 3 列の四角い表示器があります。これは、現在のブロックと次のブロックの目標速度が、色分けされた背景に数字 (キロメートル/時) の形で運転手に表示される場所です。全線速度は緑の背景に黒い数字で表示され、それより遅い部分は黒の背景に白い数字で表示され、全停止は赤の背景に「000」で表示されます。この表示の下には速度計があり、連続的に変化する目標速度と現在の速度が表示されます。速度は、列車の冗長タコメータによって±2% の精度で 測定されます。目標速度と実際の速度の許容される変動は、速度によって異なります。

車内の信号表示は安全上非常に重要なため、非常に信頼性が高くなければなりません。車内の信号表示にはリレーベースの位置センサーが備わっており、運転手に表示されている現在の状況を信号コンピューターにフィードバックします。表示ユニットに障害が発生した場合は、列車を停止するための適切な措置が講じられます。

運転手のストレスを軽減するため、列車の前方のいくつかのブロックにわたって速度が表示されます。ブロックの後に、より制限の厳しい (より遅い) ブロックが続く場合、そのブロックの表示が点滅するため、運転手はブレーキを解除せずに速度の変化をよりよく予測できます。制限の表示は、緊急時を除き、ブロックの境界でのみ更新されます。制限の表示には、車内ホーン信号が伴います。ただし、ブロック内ではいつでも制限を解除できます。

TVM-430 には広範な冗長性が組み込まれているため、列車を直接制御するために使用されないのはなぜかと疑問に思う人もいるかもしれません。しかし、予期しない状況に対するシステムの適応性の欠如を考慮すると、ループ内に人間を維持することが望ましいと考えられます。したがって、TGV の運転は完全に手動で行われますが、信号システムは最大限の安全性を確保するために非常に厳重に監視しています。

TVM システムは高速線と英仏海峡トンネルでのみ使用されます。高速線以外では、他の信号システムが使用されます。すべての TGV 列車には、フランスのligne classiceネットワーク全体で使用されている KVB ( Contrôle Vitesse par Balise、「ビーコン速度制御」)が搭載されています。TVM に加えて、次のシステムがさまざまな組み合わせで使用されます。

• KVB、フランスの信号システム（無線ビーコンを備えた電気機械式）
• ATB、オランダの信号システム（誘導ベース）
• ATB-NG はATB の新しいバージョンです (ビーコンベース)
• ATC 日本の信号システム (誘導ベース)
• Blocco Automatico a Correnti Codificate は、速度制限が 200 km/h を超える一部の路線で使用されているイタリアの誘導ベースの保護システムです。
• MEMOR、ベルギーの信号システム（電気機械式）
• TBL、MEMOR（無線ビーコン付き電気機械式）の新しいバージョン
• InduSi/PZBドイツの信号システム(誘導ベース)
• LZB、ドイツの高速線路システム（誘導ベース）
• AWS、英国の信号システム（誘導ベース）
• AWSを補完する警報システムTPWS
• ETCS（欧州列車制御システム）は、特に高速線で現在欧州の鉄道で使用されている互換性のない 14 の安全システムを置き換えるために設計された信号および制御システムです。
• Integra-Signum はスイスの誘導ベースの信号システムです。
• CAWS は、アイルランドで使用されている同様の形式の車内信号システムです。

• 自動列車保護

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