特開 2023-105519 車上通信装置及び車上通信装置における自己診断方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023105519

(43)【公開日】2023-07-31

(54)【発明の名称】車上通信装置及び車上通信装置における自己診断方法

(51)【国際特許分類】

   B60L 15/40 20060101AFI20230724BHJP

   B60L 3/00 20190101ALI20230724BHJP

【ＦＩ】

B60L15/40 A

B60L3/00 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022006394

(22)【出願日】2022-01-19

(71)【出願人】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 修

(72)【発明者】

【氏名】森田 和貴

【テーマコード（参考）】

5H125

【Ｆターム（参考）】

5H125AA05

5H125CC05

5H125EE51

(57)【要約】

【課題】車上通信装置において、車上子近傍に地上子や渡り板が存在した場合でも、電力波モニタの正常な自己診断を可能にする。
【解決手段】軌道を走行する車両に搭載される車上通信装置は、軌道上に設置されている地上子に対して電力波を送信し、地上子から情報波を受信する車上子と、車上子によって受信された情報波を復調したデータを制御部へ送信する情報波受信部と、制御部から出力された電力波送信指示に従って車上子へ電力波を送信する電力波送信回路と、電力波送信回路の電力波レベルに基づく電力波モニタ信号を出力する電力波モニタと、電力波モニタ信号に基づいて電力波モニタの健全性診断を行う制御部と、を有する。車上通信装置は、車上子と等価なインピーダンスを持つ模擬負荷と、前記電力波送信回路の接続先を、車上子と模擬負荷との間で切り替える負荷切替回路とを備えた。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軌道を走行する車両に搭載される車上通信装置であって、
前記軌道上に設置されている地上子に対して電力波を送信し、前記地上子から情報波を受信する車上子と、
前記車上子によって受信された前記情報波を復調したデータを制御部へ送信する情報波受信部と、
前記制御部から出力された電力波送信指示に従って前記車上子へ電力波を送信する電力波送信回路と、
前記電力波送信回路の電力波レベルに基づく電力波モニタ信号を出力する電力波モニタと、
前記電力波モニタ信号に基づいて前記電力波モニタの健全性診断を行う制御部と、を有し、
前記車上子と等価なインピーダンスを持つ模擬負荷と、
前記電力波送信回路の接続先を、前記車上子と前記模擬負荷との間で切り替える負荷切替回路と
を備えたことを特徴とする車上通信装置。

【請求項2】

請求項１に記載の車上通信装置であって、
前記負荷切替回路と前記模擬負荷の間の電力波レベルに基づく第２の電力波モニタ信号を出力する第２の電力波モニタを有し、
前記制御部は、
前記電力波モニタ信号と、前記第２の電力波モニタ信号と、に基づいて、前記負荷切替回路の故障検知を行うことを特徴とする車上通信装置。

【請求項3】

請求項２に記載の車上通信装置であって、
前記制御部は、
前記電力波モニタ信号と、前記第２の電力波モニタ信号と、が一致する場合に、前記負荷切替回路は正常と診断し、
前記電力波モニタ信号と、前記第２の電力波モニタ信号と、が一致せず、これらがゼロにならない場合に、前記負荷切替回路は前記車上子と前記模擬負荷の両方に接続する故障と診断し、
前記電力波モニタ信号と、前記第２の電力波モニタ信号と、が規定レベルに達しない場合に、前記負荷切替回路は前記車上子と前記模擬負荷の両方の接点の接触不良の故障と診断することを特徴とする車上通信装置。

【請求項4】

請求項１～３の何れか１項に記載の車上通信装置であって、
前記負荷切替回路は、
前記車上通信装置の起動時に前記電力波送信回路を前記模擬負荷に接続し、
前記健全性診断の終了後に、前記電力波送信回路の接続先を前記模擬負荷から前記車上子に切り替えることを特徴とする車上通信装置。

【請求項5】

請求項４に記載の車上通信装置であって、
前記制御部は、
前記電力波送信回路の電力波レベルを、第１の所定強度に設定した際に前記電力波モニタによって検知される電力波モニタ信号のレベルが閾値未満の第１の値と、前記第１の所定強度より大きい第２の所定強度に設定した際に前記電力波モニタによって検知される電力波モニタ信号のレベルが前記閾値以上の第２の値とに基づく電力波出力特性が、正常時の電力波出力特性と一致する場合に、前記電力波モニタは正常であると診断することを特徴とする車上通信装置。

【請求項6】

請求項４又は５に記載の車上通信装置であって、
前記制御部は、
前記健全性診断の終了後に、前記電力波送信回路の接続先を前記模擬負荷から前記車上子に切り替えた際に、前記電力波送信回路の故障を検知した場合に、前記電力波送信回路の故障を示す故障検知信号の出力を無効化し、
前記制御部に入力される速度情報に基づいて所定距離だけ前記車両が走行したことを検知した後に、前記故障検知信号の出力を有効化することを特徴とする車上通信装置。

【請求項7】

請求項６に記載の車上通信装置であって、
前記所定距離は、前記車上子と、前記車上子の所定近傍に存在し得る、前記電力波モニタによる前記電力波送信回路の正常な故障検知を妨害する妨害物と、の前記車両の進行方向の長さの合計に基づいて決定されることを特徴とする車上通信装置。

【請求項8】

軌道を走行する車両に搭載される車上通信装置が行う自己診断方法であって、
前記車上通信装置は、
前記軌道上に設置されている地上子に対して電力波を送信し、前記地上子から情報波を受信する車上子と、
前記車上子によって受信された前記情報波を復調したデータを制御部へ送信する情報波受信部と、
前記制御部から出力された電力波送信指示に従って前記車上子へ電力波を送信する電力波送信回路と、
前記電力波送信回路の電力波レベルに基づく電力波モニタ信号を出力する電力波モニタと、
前記電力波モニタ信号に基づいて前記電力波モニタの健全性診断を行う制御部と、
前記車上子と等価なインピーダンスを持つ模擬負荷と、
前記電力波送信回路の接続先を前記車上子から前記模擬負荷に切り替える負荷切替回路と、を有し、
前記負荷切替回路が、
前記電力波モニタの健全性診断を行うために前記電力波送信回路を前記模擬負荷に接続し、
前記健全性診断の終了後に、前記電力波送信回路の接続先を前記模擬負荷から前記車上子に切り替える
ことを特徴とする車上通信装置の自己診断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、車上通信装置及び車上通信装置における自己診断方法に関する。

【背景技術】

【0002】

車両に搭載されたトランスポンダ車上装置は、軌道に設置された地上通信装置と電文情報の送受信を行う。ここで地上通信装置から得た車両の速度制限や位置情報などのデータは、車両の速度制御など、車両運行の重要な制御に用いられる。地上通信装置は、地上装置から電力給電される有電源地上通信装置と、トランスポンダ車上装置からの電力波により電力を受電して起動する無電源地上通信装置がある。どちらの地上通信装置も、車上通信装置に向かって電力波とは異なる周波数の電文情報を送信する。ここで、車上通信装置と地上通信装置との通信は、前述したように車両運行上の安全に関わる場合もあるため、車上通信装置は、地上通信装置と確実に通信をすることが求められる。

【0003】

特に、無電源地上通信装置を起動して地上通信装置と確実に通信するためには、トランスポンダ車上装置から地上通信装置に向け安定した電力を送信することが必須である。そのため、電力波送信回路の自己診断を行い、故障時に確実に検知することが重要となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５－２２２９０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

電力波の自己診断は、電力波送信レベルを監視するモニタ機能により実施している。モニタ機能は、電力波送信出力を計測し、地上子の起動が可能なレベルを出力しているかを常時確認する。また、このモニタ機能自体の自己診断も必要であり、電力波出力レベルをあえて低下させた状態とし、モニタ機能が電力波レベル低下を検知し故障検知することを確認する。このモニタ機能の自己診断は、電力波送信レベルを変化させるため、走行中にはできず、トランスポンダ車上装置起動時に実行する。

【0006】

ここで、トランスポンダ車上装置近傍に地上子や車両基地ピット内に設置された金属製渡り板が存在する場合、地上子との結合、もしくは渡り板で発生する渦電流の影響により車上子の共振周波数がずれることでインピーダンスが高くなる。そのため電力波電流が流れにくくなりモニタ値が低下し、車上装置には異常が無いにもかかわらず故障判定してしまうことがある。

【0007】

そこで、特許文献１には、地上子近傍で車上装置を起動した際に、走行時と同じレベルの電力波を出力することで地上子を起動し情報波を送信させ、地上子からの情報波を検知した場合に、電力波モニタ値の閾値を通常より低下させることで診断する方法が示されている。

【0008】

しかし、特許文献１に記載の上記方法によると、地上子を検知した際の電力波モニタ値の低下閾値をあらかじめ設定しておく必要があり、車上子の設置高さが異なる場合に、地上子による影響度が変わるために設置高さに合わせた閾値設定が必要となる。さらに、渡り板は情報波を送信しないため渡り板近傍にあることを検知することができず、電力波モニタ値の閾値を変えることができないという課題がある。

【0009】

そこで本発明では、上記を考慮してなされたものであり、車上通信装置において、車上子近傍に地上子や渡り板が存在した場合でも、電力波モニタの正常な自己診断を可能にすることを一つの目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するために、本発明の一態様では、軌道を走行する車両に搭載される車上通信装置であって、前記軌道上に設置されている地上子に対して電力波を送信し、前記地上子から情報波を受信する車上子と、前記車上子によって受信された前記情報波を復調したデータを制御部へ送信する情報波受信部と、前記制御部から出力された電力波送信指示に従って前記車上子へ電力波を送信する電力波送信回路と、前記電力波送信回路の電力波レベルに基づく電力波モニタ信号を出力する電力波モニタと、前記電力波モニタ信号に基づいて前記電力波モニタの健全性診断を行う制御部と、を有し、前記車上子と等価なインピーダンスを持つ模擬負荷と、前記電力波送信回路の接続先を、前記車上子と前記模擬負荷との間で切り替える負荷切替回路とを備えたことを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、例えば、車上通信装置において、車上子近傍に地上子や渡り板が存在した場合においても、電力波モニタの正常な自己診断が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】実施形態１に係る車上通信装置の構成例を概略的に示す図。

【図2】実施形態１に係る車上通信装置の構成例を詳細に示す図。

【図3】実施形態１に係る車上通信装置の負荷切替回路の構成例を示す図。

【図4】電力波出力特性イメージを説明するための図。

【図5】渡り板の直上での車上装置の起動時の電力波故障検知信号の出力の無効化を解除する際の走行距離を説明するための図。

【図6】実施形態２に係る車上通信装置の構成例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に図面を参照して、本願開示の実施形態について説明する。この実施形態により本願開示が限定されるものではない。なお、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。また、同一符号に枝番を付与して、複数の同一の構成要素を区別する。また、後出の実施形態の説明において、既出の実施形態との差分を中心に説明し、重複説明を省略する。

【0014】

［実施形態１］
図１は、実施形態１に係る車上通信装置１の構成例を概略的に示す図である。車上通信装置１は、鉄道等の軌道を走行する車両に搭載される。車上通信装置１は、制御部２から受信する電力波送信命令に応じて電力波送信回路１０で電力波を生成し、この電力波を負荷切替回路１２と車上子１３を介して、軌道上に設置されている地上子３に送信する。このとき、出力制御部１１は、電力波送信回路１０の出力を監視し、出力レベルが規定範囲を外れた場合は、電力波送信回路１０又は負荷である車上子１３が故障したと判断して制御部２に故障検知信号を送信する。

【0015】

また、車上通信装置１は、電力波送信回路１０の出力先として車上子１３と、車上子１３と等価なインピーダンスを持つ模擬負荷１４を有する。電力波送信回路１０は、車上子１３もしくは模擬負荷１４のいずれかに接続する負荷切替回路１２を備える。負荷切替回路１２は、負荷切替信号１１８に従い車上子１３もしくは模擬負荷１４を電力波送信回路に接続する。

【0016】

図２は、実施形態１に係る車上通信装置１の構成例を詳細に示す図である。電力波送信回路１０は、発振器１０１と、発振器１０１の出力を増幅するプリアンプ１０２と、プリアンプ１０２の出力を減衰してレベル調整する可変アッテネータ１０３と、可変アッテネータ１０３でレベル調整した電力波を増幅する出力段アンプ１０４と、出力段アンプ１０４の出力波形の歪みを除去するローパスフィルタ（ＬＰＦ）１０５を有する。

【0017】

出力制御部１１は、制御部２から受信する電力波送信命令に応じて電力波の周波数設定および出力ＯＮ／ＯＦＦを制御する電力波制御部１１１と、電力波送信回路１０の出力電流を測定し、出力電流に基づく電力波レベルに応じた電力波送信回路１０の電力波モニタ信号１１７ａを出力する電力波モニタ１１３ａと、電力波モニタ１１３ａの出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１１２ａと、可変アッテネータ１０３を制御するために電力波制御部１１１から出力された電力波出力レベル制御信号１１６をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ１１４を有する。出力制御部１１は、電力波モニタ信号１１７ａが規定範囲を外れた場合に、制御部２に故障検知信号１１５を送信する。

【0018】

情報波受信部１５は、車上子１３から受信する情報波の不要周波数を除去するバンドパスフィルタ１５１と、バンドパスフィルタ１５１の出力を増幅するプリアンプ１５２と、プリアンプ１５２の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１１２と、変換したデジタル信号を復調して地上子から受信した電文を制御部２に送信する情報波制御部１５３を有する。

【0019】

また、車上通信装置１は、電力波送信回路１０と車上子１３との間に、絶縁および平衡不平衡変換用のトランス１６と、車上子１３と模擬負荷１４のいずれかを電力波送信回路１０に接続するための負荷切替回路１２を備える。

【0020】

ここで、電力波制御部１１１は、車上通信装置１の起動直後に電力波送信回路１０の負荷が模擬負荷１４となるように負荷切替回路１２を制御する。さらに電力波制御部１１１は、電力波モニタ１１３ａの自己診断のために電力波出力レベル制御信号１１６を変化させ、電力波送信回路１０の出力レベルが規定範囲外となる電力波出力レベル制御信号１１６のとき、電力波モニタ信号１１７ａも規定範囲外となることを確認する。電力波制御部１１１は、電力波モニタ１１３ａの自己診断終了後に、電力波送信回路１０の負荷が車上子１３となるように負荷切替回路１２を切替え、通常の運用に移行する。

【0021】

図３は、実施形態１に係る車上通信装置１の負荷切替回路１２の構成例を示す図である。負荷切替回路１２は、負荷切替信号１１８に従い電力波送信回路１０の負荷として、車上子１３もしくは模擬負荷１４のいずれかを接続する。負荷切替回路１２は、通常の運用時は負荷を車上子１３に、電力波モニタ１１３ａの自己診断時は模擬負荷１４に接続する。

【0022】

図４は、電力波出力特性イメージを説明するための図であり、横軸は電力波出力レベル制御信号１１６の強度、縦軸は電力波モニタ信号１１７の強度である。電力波送信回路１０、出力制御部１１、及び電力波送信回路１０の負荷が正常なとき、すなわち車上子１３近傍に地上子３や渡り板４等がない、もしくは模擬負荷１４を接続した状態のときは、図４に示す電力波出力特性５１となる。渡り板４は、車上子１３の所定近傍に存在し得る、電力波モニタ１１３ａによる電力波送信回路１０の正常な故障検知を妨害する妨害物の一例である。

【0023】

電力波レベルが低下した際に故障として検知されるかを確認するには、実際に電力波レベルを低下させて試験を実施する。これは電力波出力レベル制御信号１１６を所定の強度５４に設定した際に、電力波モニタ信号１１７ａが電力波下限閾値５５未満となることで確認できる。また、電力波出力レベル制御信号１１６を通常動作時の電力波出力レベル設定値５３に設定した際に、電力波モニタ信号１１７ａのモニタ値５６が電力波下限閾値５５以上であれば、電力波出力特性５１が正常であることを確認できる。これら電力波モニタ１１３ａの健全性確認は、電力波レベル設定値を変えて試験するため、装置起動直後の装置運用前に実施する必要がある。

【0024】

車上子１３近傍に地上子３や渡り板４がある状態は、電力波出力特性５２のようになり、正常時の電力波出力特性５１と一致せず、電力波モニタ１１３ａの健全性確認ができない。すなわち、電力波出力レベル制御信号１１６を所定の強度５４に設定した際の電力波モニタ信号１１７ａのレベルと、電力波出力レベル制御信号１１６を通常動作時の電力波出力レベル設定値５３に設定した際の電力波モニタ信号１１７ａのレベルとに基づく、電力波出力特性５２が、正常時の電力波出力特性５１と異なることが確認される。

【0025】

そのため、電力波送信回路１０を模擬負荷１４に接続して電力波モニタ信号１１７ａの健全性を確認し、健全性確認終了後に負荷を車上子１３に切り替える。車上子１３が地上子３もしくは渡り板４直上にある場合、電力波送信回路１０の負荷を車上子１３に切り替えると、故障検知信号１１５を出力することがあるため、次の方法で回避する。

【0026】

車上子１３が地上子３の直上の場合、車上子１３が送信する電力波により地上子３が起動し情報波を送信する。情報波受信部１５は情報波を検知すると、情報波検知情報と情報波電文を制御部２に送信する。制御部２は、情報波検知情報を受信した場合、故障検知信号１１５の出力を無効化し、故障判定となることを防ぐ。車両が走行を開始すると地上子３を離脱し情報波が受信できなくなるため情報波検知信号が停止し、制御部２は無効化していた故障検知信号１１５の出力を有効化することで、電力波送信回路１０が出力する電力波に基づく電力波送信回路１０の故障診断を再開する。

【0027】

車上子１３が渡り板４の直上の場合、制御部２に入力される速度情報２１を利用し、車両が停車している場合に故障検知信号１１５の出力を無効化し、故障判定となることを防ぐ。車両が走行を開始し、所定距離の走行を検知したら、制御部２は、無効化していた故障検知信号１１５の出力を有効化することで、電力波送信回路１０が出力する電力波に基づく電力波送信回路１０の故障診断を再開する。

【0028】

図５は、渡り板の直上での車上装置の起動時の電力波故障検知信号の出力の無効化を解除する際の走行距離を説明するための図である。図５は、車上子１３ａ、１３ｂ、渡り板４の車両の進行方向（紙面に向かって左右方向）及び鉛直方向（紙面に向かって上下方向）の相対的な位置関係を示す。

【0029】

車上通信装置１の制御部２は、車上子１３が渡り板４近傍の車上子１３ａの位置から車上子１３ｂの位置にあるときに、故障検知信号１１５の出力を無効化する。制御部２は、車上子１３と渡り板４との位置関係を検知出来ないため、渡り板４の影響を受ける車上子１３ａの位置から車上子１３ｂの位置への移動距離を故障検知信号１１５の解除に用いればよい。

【0030】

具体的には、車上子１３の車両進行方向の長さ１１３をＬ１、渡り板４の車両進行方向の長さ４１をＬ２とすると、電力波故障検知信号の出力の無効化を解除する距離１３４はＬ１＋Ｌ２で表される。したがって、制御部２は、故障検知信号１１５の出力の無効化後に、速度情報２１から求めた走行距離が、あらかじめ登録されたＬ１＋Ｌ２を超えた場合に故障検知信号１１５の出力の無効化を解除（すなわち故障検知信号１１５の出力を有効化）することで、故障誤検知を防ぎかつ運行に移行することが可能となる。

【0031】

［実施形態２］
図６は、実施形態２に係る車上通信装置１Ｂの構成例を示す図である。車上通信装置１Ｂの構成は、実施形態１の車上通信装置１（図２）の構成に対し、出力制御部１１に代えて出力制御部１１Ｂを有する。出力制御部１１Ｂは、負荷切替回路１２と模擬負荷１４との間の電力波レベルを検出するための電力波モニタ１１３ｂ、Ａ／Ｄコンバータ１１２ｂ、電力波モニタ信号１１７ｂを追加したものである。

【0032】

負荷切替回路１２が正常であり、電力波送信回路１０の負荷として模擬負荷１４が選択されている場合、電力波送信回路１０の出力が全て模擬負荷１４に供給されるため、電力波モニタ信号１１７ａと電力波モニタ信号１１７ｂは一致する。また、電力波送信回路１０の負荷として車上子１３が選択されている場合、電力波送信回路１０の出力が模擬負荷１４に供給されないため、電力波モニタ信号１１７ｂはゼロとなる。これらのとき制御部２は、負荷切替回路１２は正常と診断する。

【0033】

また、負荷切替回路１２の接点が固渋し、電力波送信回路１０の負荷として車上子１３と模擬負荷１４の両方が接続された場合、電力波モニタ信号１１７ｂは電力波モニタ信号１１７ａと一致せず、かつゼロにならない状態となり、異常として検知できる。このとき制御部２は、負荷切替回路１２は故障（車上子１３と模擬負荷１４の両方とに接続の個渋）と診断する。

【0034】

同様に、負荷切替回路１２の接点が全て接触不良となった場合、電力波モニタ信号１１７ａが規定のレベルに到達せず、これを検知できる。このとき制御部２は、負荷切替回路１２は故障（車上子１３と模擬負荷１４の全接点の接触不良）と診断する。

【0035】

上述の実施形態によれば、車両基地からの出庫の際などの車両の起動時に、車上通信装置１、１Ｂの起動時に電力波送信回路１０の負荷を模擬負荷１４に接続する。これにより、車上子１３の近傍に地上子３や渡り板４が存在しても電力波送信回路１０の負荷インピーダンスが変動せず、電力波モニタ１１３ａの自己診断を安定した条件にて実行できる。このため、車上通信装置１、１Ｂが正常に機能しているにもかかわらず、地上子３や渡り板４の影響により故障と誤検知してしまうことを防ぐことができる。

【0036】

なお、可変アッテネータ１０３、電力波モニタ１１３ａ、１１３ｂ、Ａ／Ｄコンバータ１１２ａ、１１２ｂ、Ｄ／Ａコンバータ１１４は、上述の実施形態を実現する手段の一つであり、上述の実施形態ではこれらの構成を限定するものではない。例えば、可変アッテネータ１０３の代わりに可変アンプを用いて電力波レベルを制御しても良いし、電力波モニタ１１３ａを介さずに電力波電圧を分圧してＤ／Ａコンバータ１１４に入力しても良い。

【0037】

また、プリアンプ１０２、出力段アンプ１０４、ローパスフィルタ１０５、トランス１６は、上述の実施形態に必須の構成ではないため、不要であれば削除しても良い。また、図２や図６に記載した以外に、必要に応じて信号変換回路やフィルタなどを追加しても良い。

【0038】

さらに、負荷切替回路１２の制御は、電力波制御部１１１からではなく制御部２から実施しても良い。

【0039】

開示の技術は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本願開示の技術的思考の範囲内において当業者による様々な変更及び修正が可能であり、様々な変形例が含まれる。また、上述した実施形態は開示の技術を分かりやすく説明するために挙げた例であり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、上述した実施形態の構成の一部について、他の実施形態又は変形例の構成の追加や置換、あるいは削除をすることが可能である。

【符号の説明】

【0040】

１、１Ｂ：車上通信装置、２：制御部、３：地上子、４：渡り板、１０：電力波送信回路、１１：出力制御部、１２：負荷切替回路、１３、１３ａ、１３ｂ：車上子、１４：模擬負荷、１５：情報波受信部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】