道路が線路と同じ高さで交差する場合、列車が到着する前に交通を止める何かが必要です。自動踏切では、誰も目で見て止めません。列車が線路に自分の存在を知らせ、線路が機器に伝え、信号灯と遮断機が決まった順序で作動します。それぞれの段階は単純な物理の考えに基づいており、検知器の配置は1回の掛け算に行き着きます。
列車の検知
ある区間に列車がいることを知る方法は、一般的に3つあります。
軌道回路。 低電圧を片方のレールに流し、そのレールに沿って進ませ、もう片方のレールに渡して、リレーを通って戻します。線路が空いているあいだは、電流がリレーを励磁し続けます。列車が来ると、鋼鉄の車輪と車軸が2本のレールを接続し、電流をリレーから逸らします。すると、リレーが落ちます。同じ考え方は本線で列車を隔てるためにも使われています。詳しくは 鉄道の信号が列車同士をどう離しているか. A relay that has dropped means "occupied", and the crossing equipment reads that as a train in the section.
車軸計数器。 車輪を電気的な短絡として使う代わりに、区間の両端にあるセンサーが、入ってくる車軸と出ていく車軸を数えます。12本の車軸が入って12本が出れば、区間は空いています。数が一致しなければ、占有されていると扱われます。車軸計数器はレールを通じた確かな電気接続に頼らないので、レールの錆や落ち葉で混乱することはありません。
踏板。 踏板は、車輪のフランジが通過するときに押される、またはそれを感知するレールの側面に置かれた装置です。通過する車輪ごとにパルスとして記録します。踏板は単純で、数えるための方法でもあるため、古い設備や、他の2つを補う装置として現れます。
検知器を置く場所
踏切そのもので列車を検知しても意味がありません。道路側にはまず時間が必要だからです。信号灯が点滅し、警報音が鳴り、その後遮断機が下りて、運転者は止まるか交差点を空けなければなりません。そこで検知器は、線路上のある程度上流の、 ストライクイン地点. When a train reaches it, the sequence starts.
上流のどのくらいの距離かは、2つのことによります。列車の速度と、警告がどれだけ続く必要があるかです。その関係は、一定の速度に対する基本的なものです：
距離 ＝ 速度 × 警告時間
警告時間は設計上の選択で、その踏切について道路管理者や鉄道事業者が定めます。信号灯、遮断機の動作時間、そしてすでに中に入っている車両の余裕を含まなければなりません。ここで使う27秒は例示の数字であり、どこか1国の規則ではありません。線路速度を100 mph（約160 km/h）とすると：
- 100 mph × 0.44704 = 44.7 m/s（160 km/h ÷ 3.6 = 44.4 m/s、ほぼ同じです）。
- 44.7 m/s × 27 s ＝ 約1,207 m、つまりおよそ1.2 km です。
つまり検知器は、踏切の約1.2 km手前に置かれます。線路速度でそれを通過した列車は、27秒後に踏切に到達します。次のグラフは、同じ27秒を他の速度に当てはめたものです。
ブレーキの場合と対比してください。ブレーキでは、速度を2倍にすると距離は4倍になります。ここでは列車は減速していないので、関係は直線的です。同じ時間でちょうど2倍の距離を進むだけです。
遅い列車の問題
ストライクイン地点は固定されていますが、列車がすべて同じ速度とは限りません。100 mphに合わせて置かれた検知器を、25 mphの列車が作動させると、道路に到達するまで 1,207 m ÷ 11.18 m/s ＝ 約108秒かかります。遮断機は必要な時間の4倍の間下りたままになり、運転者は何も見えないのに待つことになります。狼少年のような踏切は、人々に遮断機を迂回することを教えてしまいます。
速度の異なる線路の踏切は、そのため2つの方法のどちらかで対処します。既知の距離だけ離して置いた2つの検知器で速度を測り、その速度に合わせて選んだ地点から手順を始めるものがあります。タイマーを加え、警告時間を収まるように短縮するものもあります。どちらも、列車の速度にかかわらず、意図した警告時間を回復する方法です。
フェールセーフ設計
安全の主要な原則は、故障が道路利用者の利便性を損なうことはあっても、安全性を損なってはならないということです。リレーは重力で落ちるように作られているので、電源を失うとリレーは落ち、落ちたリレーは「列車あり」を意味します。同様に、レールの断線、ケーブルの故障、電源の喪失は、占有された区間のように見えます。
その結果、電源を失うと遮断機は上がらず、下りたままになるべきです。運転者は不要な遮断機によって止められますが、これは迷惑にすぎません。警告なしに通電中の鉄道を横断させられることはなく、これは危険です。危険側の故障、つまり機器が安全を示しているのに実際は安全でない故障こそ、設計者が最も力を入れて防ごうとするものです。
まとめ
- 検知： 列車がストライクイン区間に入り、リレーを落とすか、車軸の数を変えます。
- 警告： ライトが点滅し、警報音が鳴ります。
- 下降： 道路側が反応する時間を得た後、遮断機が下ります。
- 解放： 列車が踏切を通過すると、区間が空き、遮断機が上がります。
掲載情報の Valley Rail: Train Tycoon の掲載ページでは、自動信号のある踏切に触れています。列車をどう検知するかは書かれていないので、上記のすべては現実のエンジニアリングであり、ゲームの説明ではありません。
ここから得られること
- 軌道回路は、列車の車軸でレールを短絡させてリレーを落とします。車軸計数器は、入ってくる数と出ていく数を比較します。
- 検知器は、速度×警告時間の分だけ線路の上流に置かれます。100 mphで27秒なら、約1.2 kmです。
- 一定の警告時間に対する距離は速度に比例しますが、制動距離は速度の2乗に比例します。
- フェールセーフとは、故障が起きるとリレーが落ち、遮断機が下りることです。
Valley Rail: Train Tycoon では、街と街の間に線路をドラッグで敷き、列車を購入してルートを自動で走らせられます。踏切には自動信号があります。各トリップで得られるお金はゲーム内だけのもので、現金の価値はありません。Valley Rail はクローズドテスト中で、まだ一般公開されていません。