特開 2024-39415 列車制御システム及び列車制御方法

(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】P2024039415

(43)【公開日】2024-03-22

(54)【発明の名称】列車制御システム及び列車制御方法

(51)【国際特許分類】

   H04L 12/28 20060101AFI20240314BHJP

   H04L 61/09 20220101ALI20240314BHJP

【ＦＩ】

H04L12/28 200Z

H04L61/09

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022143951

(22)【出願日】2022-09-09

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100118843

【弁理士】

【氏名又は名称】赤岡 明

(74)【代理人】

【識別番号】100125151

【弁理士】

【氏名又は名称】新畠 弘之

(72)【発明者】

【氏名】中村 幸太

(72)【発明者】

【氏名】柘植 秀幸

(72)【発明者】

【氏名】佐口 太一

(72)【発明者】

【氏名】宮田 淳一

(72)【発明者】

【氏名】寺門 康弘

(72)【発明者】

【氏名】村上 秀人

【テーマコード（参考）】

5K033

【Ｆターム（参考）】

5K033AA01

5K033BA06

5K033DA01

5K033DB18

5K033EC03

(57)【要約】

【課題】号車位置に対応させた機器の制御をより効率的に行うことが可能な列車制御システム及び列車制御方法を提供する。
【解決手段】本実施形態に係る送列車制御システムは、車両中央制御装置と、機器と、中継器と、を備える。車両中央制御装置は、ＩＰアドレスに関連付けされた制御信号を出力する。機器は、制御信号に従い駆動する。中継器は、機器が接続可能であり、接続された機器に対して号車番号に関連する情報を含むＩＰアドレスを付与する。機器は、認識部と、機器制御部と、を有する。認識部は、ＩＰアドレスに含まれる所定の情報に基づき号車番号を認識する。機器制御部は、認識部が認識した号車番号を用いて情報の取捨選択を行い、制御信号に従った駆動を実行させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＩＰアドレスに関連付けた制御信号を出力する車両中央制御装置と、
前記制御信号にしたがい駆動する機器と、
前記機器が接続可能であり、接続された前記機器に対して号車番号に関連する情報を含むＩＰアドレスを付与する中継器と、
を備え、
前記機器は、
前記ＩＰアドレスに含まれる所定の情報に基づき号車番号を認識する認識部と、
前記認識部が認識した号車番号を用いて情報の取捨選択を行い、前記制御信号にしたがった前記駆動を実行させる機器制御部と、を有する、列車制御システム。

【請求項2】

前記機器は、前記制御信号のなかの前記号車に応じて配置されるデータに従った駆動を行う、請求項１に記載の列車制御システム。

【請求項3】

前記中継器は、
複数の接続ポートと、
前記複数の接続ポートそれぞれに対応する複数の異なるＩＰアドレスを記憶する記憶部と、を有し、
前記中継器は、前記複数の接続ポートのいずれかに接続された前記機器に、接続された接続ポートに関連付けられた前記ＩＰアドレスを払い出す、請求項１又は２に記載の列車制御システム。

【請求項4】

前記中継器は、ＤＨＣＰ機能を有し、
前記機器からのＤＨＣＰの要求に応じて、前記ＩＰアドレスを払い出す、請求項３に記載の列車制御システム。

【請求項5】

前記複数の接続ポートそれぞれに異なる複数の機器が接続され、
前記中継器は、前記複数の異なるＩＰアドレスのなかから接続された接続ポートに関連付けられたＩＰアドレスをそれぞれ付与する、請求項４に記載の列車制御システム。

【請求項6】

前記マルチキャスト送信される制御信号には、前記複数の号車に対する制御命令が一括で設定され、
前記複数の機器のそれぞれは、自号車に対応する制御命令に応じた駆動を行う、請求項５に記載の列車制御システム。

【請求項7】

前記中継器は複数あり、列車の異なる車両にそれぞれ搭載され、
前記複数の中継器機器のそれぞれは、搭載位置である車両を特定する情報を含むＩＰアドレスを、前記複数の中継器機器のそれぞれに接続された機器に払い出す、請求項６に記載の列車制御システム。

【請求項8】

ＩＰアドレスに関連付けた制御信号を出力する車両中央制御手順と、
接続された機器に対して搭載位置に関連する情報を含むＩＰアドレスを付与する付与手順と、
前記ＩＰアドレスに含まれる所定の情報に基づき、搭載号車位置を認識する認識手順と、
前記機器が求められた号車位置から必要な制御信号のみを利用して駆動を行う駆動手順と、
を備える、列車制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、列車制御システム及び列車制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、鉄道車両に配置されて車両制御を行う列車制御システムが知られている。この列車制御に用いられる編成内ネットワークはＬＡＮと同等のため、接続される機器にはユニークなＩＰアドレスを持たせる必要がある。また、ネットワークの機器にＩＰアドレスを自動的に割り当てるプロトコルとしてＤＨＣＰ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｈｏｓｔ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）がある。ＤＨＣＰでは、ＤＨＣＰクライアントからの要求に対して、ＤＨＣＰサーバが管理するアドレス範囲から任意のＩＰアドレスが選択されて割り当てられる。

【0003】

ところが、車両機器は、同じ構成で各号車に搭載されるものが多く存在する。このため、ＤＨＣＰにより任意のＩＰアドレスが割り振られる設定であると、たとえ伝送データ内に機器種別を示す情報を加えていたとしても、どの位置（前後、号車等）に搭載されている伝送データなのかをパケット内の情報から判別することができなくなってしまう。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平７－７５２０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、搭載位置に対応させた機器の制御をより効率的に行うことが可能な列車制御システム及び列車制御方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態に係る送列車制御システムは、車両中央制御装置と、機器と、中継器と、を備える。車両中央制御装置は、ＩＰアドレスに関連付けされた制御信号を出力する。機器は、制御信号に従い駆動する。中継器は、機器が接続可能であり、接続された機器に対して号車番号に関連する情報を含むＩＰアドレスを付与する。機器は、認識部と、機器制御部と、を有する。認識部は、ＩＰアドレスに含まれる所定の情報に基づき号車番号を認識する。機器制御部は、認識部が認識した号車番号を用いて情報の取捨選択を行い、制御信号に従った駆動を実行させる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】本発明の実施形態に係る列車制御システムの構成例を示す図。

【図2】車両中央制御装置の構成例を示すブロック図。

【図3】記憶部に記憶される管理表の例を示す表。

【図4】スイッチの構成例を示すブロック図。

【図5】記憶部に記憶されるポート管理表の例を示す表。

【図6】通信ブロックの構成例を示すブロック図。

【図7】本実施形態における号車認識例を示すタイムタチャート。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、本発明の実施形態に係る列車制御システム及び列車制御方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。
（一実施形態）

【0009】

図１は、本発明の実施形態に係る列車制御システム１の構成例を示す図である。列車制御システム１は、編成内の全機器を制御、監視、検査を伝送により実行するシステムであり、車両中央制御装置（ＴＣＭＳ：Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）１０と、号車毎に設置される中継器（スイッチ）と複数の支線機器２０とを備える。車両中央制御装置１０と、各号車の支線機器２０とは、例えば有線ＬＡＮ１５およびＬＡＮ２５によりイーサネット（登録商標）によって接続されている。なお、車両中央制御装置１０の詳細な構成は後述する。

【0010】

支線機器２０は、車両中央制御装置１０の制御指令に従い動作する。支線機器２０は、例えば中継器３０と、中継器３０に有線ＬＡＮ２５を介して接続される駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４とを有する。中継器３０は、ＤＨＣＰ機能を有しており、駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４のそれぞれに対して車両番号を識別可能としたＩＰアドレスの割り当てを行う。なお、中継器３０の詳細な構成も後述する。

【0011】

駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４のそれぞれは、ＤＨＣＰクライアントである。駆動系装置４０は、例えばモータであり、車両中央制御装置１０の制御信号に従い、駆動車輪に駆動力を与える。ブレーキ装置４２は、車輪の制動装置であり、車両中央制御装置１０の制御信号に従い、車輪を制動する。空調装置４４は、例えばエアコンであり、車両中央制御装置１０の制御信号に従い、車両内の温度、及び湿度を調整する。駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４のそれぞれは通信ブロック５０を有する。通信ブロック５０は、払い出されたＩＰアドレスの割り当てと号車認識、および車両制御通信の処理を行う。なお、通信ブロック５０の詳細な構成も後述する。なお、本実施形態に係る支線機器２０は、駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４で示しているがこれに限定されない。例えばドア制御装置、行き先表示器、及びマスコンなどでもよい。また、支線機器２０の機器の組み合わせや数が異なってもよい。

【0012】

ここで、図２に基づき車両中央制御装置１０の構成例を説明する。図２は、車両中央制御装置１０の構成例を示すブロック図である。図２に示すように、車両中央制御装置１０は、通信部１００と、記憶部１０２と、車両制御部１０４とを有する。

【0013】

通信部１００は、有線ＬＡＮ１５、２５を介して、複数の支線機器２０と通信を行う。通信部１００は、例えばイーサネットコントローラを有し、イーサネット通信により複数の支線機器２０である機器４０、４２、４４と通信を行う。

【0014】

図３は、記憶部１０２に記憶される管理表の例を示す表である。記憶部１０２は、号車別の各々の機器のＩＰアドレスを記憶する。ＩＰアドレスは、列車制御システム１の各装置で共有される所定の規則により生成される。例えば、ＩＰアドレスの第３オクテットを号車番号と定義し、第４オクテットを装置種別とする。より具体的には、「１０．１．３．５」ならば３号車の駆動系装置、「１０．１．４．２２」ならば４号車の空調装置として処理される。本実施形態では、記憶部１０２に記憶される号車別の各々の機器のＩＰアドレスと、後述の各支線機器２０の機器４０、４２、４４に付与されるＩＰアドレスを固定値として説明するが、これに限定されない。

【0015】

車両制御部１０４は、例えば、全号車の機器４０に同時に制御指令を出力する場合には、ＩＰヘッダの送信先ＩＰアドレスに「２３９．２５５．１．５」のようなマルチキャストアドレスを設定し、イーサネットパケットのデータ部に機器４０の号車毎のデータ位置に割り振った制御内容を示すデータを設定する。なお、マルチキャストアドレスの第２～４オクテットには、任意の数字を設定してもよく、これに限定されない。

【0016】

図４は、中継器３０の構成例を示すブロック図である。中継器３０は、例えばマネージドスイッチであり、スイッチ自身の制御が可能なＤＨＣＰ機能付きスイッチである。また、この中継器３０は、複数のポートを有する。図４に示すように、中継器３０は、通信部３００と、記憶部３０２と、ＤＨＣＰ制御部３０４とを有する。中継器３０に接続した機器４０、４２、４４は、リンク確立を検出した瞬間から通信を開始する。このため、中継器３０は、記憶部３０２に保存された設定情報に基づき起動時点で全ての設定が確定するように動作する。

【0017】

通信部３００は、有線ＬＡＮ１５を介して車両中央制御装置１０と通信し、有線ＬＡＮ２５を介して機器４０、４２、４４と通信を行う。通信部３００は、例えばイーサネットコントローラを有し、イーサネット通信により車両中央制御装置１０、及び機器間通信の中継を行う。

【0018】

図５は、記憶部３０２に記憶されるポート管理表の例を示す表である。記憶部３０２は、ポート番号別にＤＨＣＰで払い出しを行う各々の機器のＩＰアドレスを設定情報として記憶している。例えば１号車における中継器３０のポートＡには、ＩＰアドレス「１０．１．１．５」が、ポートＢには、ＩＰアドレス「１０．１．１．６」が、ポートＣには、ＩＰアドレス「１０．１．１．２２」が、関連付けられている。同様に、例えば３号車における中継器３０のポートＡには、ＩＰアドレス「１０．１．３．５」が、ポートＢには、ＩＰアドレス「１０．１．３．６」が、ポートＣには、ＩＰアドレス「１０．１．３．２２」が、関連付けられている。すなわち、ポート管理表は、各号車の中継器３０における接続ポート毎のＩＰアドレス定義である。

【0019】

また、列車制御システム１内のＩＰアドレスはユニークな値になっていなければならないため、中継器３０が各機器４０、４２、４４に付与するＩＰアドレスは号車毎に全て異なった値にならければならない。つまり、記憶部３０２に記憶されるポート管理表は中継器３０毎に異なることになる。

【0020】

ＤＨＣＰ制御部３０４は、例えばＤＨＣＰサーバとして動作する機能である。ＤＨＣＰ制御部３０４は、機器４０、４２、４４から送信されるＩＰアドレス取得要求に対して、記憶部３０２に記憶されるポート管理表を参照して機器４０、４２、４４に払い出すＩＰアドレスを決定し、割り当てを行う。例えば、ＤＨＣＰ制御部３０４は、ポートＡに接続された機器からのＤＨＣＰ ｄｉｓｃｏｖｅｒに対しては、ＤＨＣＰ ｏｆｆｅｒとしてＩＰアドレス「１０．１．１．５」を固定で返答する。同様に、ポートＢに接続された機器からのＤＨＣＰ ｄｉｓｃｏｖｅｒに対しては、ＩＰアドレス「１０．１．１．６」を返答し、ポートＣに接続された機器からのＤＨＣＰ ｄｉｓｃｏｖｅｒには、ＩＰアドレス「１０．１．１．２２」を返答する。

【0021】

このように、ＤＨＣＰ制御部３０４は、ポートＡ～Ｃに接続される機器に、常にポートＡ～Ｃそれぞれに対応する固定のＩＰアドレスを払い出し、確定させる。つまり、中継器３０の予め決められたポートに接続するだけで、想定された機器としての設定が完了する。例えば、ポートＡに接続された機器４０が故障し、代替となる別の機器４０をポートＡに接続しても常にＩＰアドレス「１０．１．１．５」が割り振られる。このため、車両中央制御装置１０は、ポートＡに接続された機器のＭＡＣアドレスを管理することなく、ポートＡに接続された機器４０に対して常に同じ制御を行うことが可能となる。このように、各機器４０、４２、４４をネットワークに接続する際に、作業員は指定ポートに機器を接続するだけで事前の設定変更作業をする必要が無くなる。このため、作業員の手間を減らすことが可能となり、設定間違いを防止することも可能となる。逆にいえば、この方式の場合、例えばポートＡにどのような機器を接続してもポートに割り当てられているＩＰアドレスが割り当てられてしまうため接続に注意する必要がある。基本的に車両の配線は決められているため、問題は起きないはずである。

【0022】

図６は、通信ブロック５０の構成例を示すブロック図である。図６に示すように、通信ブロック５０は、例えばＤＨＣＰクライアント機能を有するブロックであり、通信部４００と、記憶部４０２と、要求部４０４と、認識部４０６とを有する。

【0023】

通信部４００は、有線ＬＡＮ１５、及び有線ＬＡＮ２５を介して車両中央制御装置１０、及び中継器３０と通信を行う。通信部４００は、例えばイーサネットドライバを有し、イーサネットにより車両中央制御装置１０、及び中継器３０と通信を行う。

【0024】

記憶部４０２は、例えばＤＨＣＰにより決定されたＩＰアドレスを記憶する。要求部４０４は、ＩＰアドレスを取得するためのＤＨＣＰ処理を実行する。

【0025】

認識部４０６は、中継器３０から払い出されたＩＰアドレスに基づき、搭載位置、例えば号車の認識を行うことを可能にする。例えば、認識部４０６は、ＩＰアドレスの第３オクテットを号車番号として識別するように決めておき、ＩＰアドレスから号車番号を判断する。機器制御部４０８は、認識部４０６が判断した号車番号を利用して号車に応じた動作を実行する。

【0026】

これにより、機器制御部４０８は、認識部４０６により求められた号車番号を用いて、イーサネットパケットの号車別に設定された制御内容を示すデータから自号車に該当する部分を取り出すことができるようになる。具体的な使い方としては、車両中央制御装置１０がマルチキャストを用いて制御信号に全号車の情報を一括で設定して送信する場合に有効となる。受信した機器は自号車に該当するデータだけを取り出し、他号車の情報を無視する動きとなる。特に、駆動系装置４０、ブレーキ装置４２などの制御系装置の伝送においては送信間隔を数十ミリセカンドとするため、１編成における号車数が多ければ多いほど処理負荷を低減させることが可能となる。本発明はこのようなマルチキャスト送信処理を利用する場合に、もっとも効果を発揮する。よって車両中央制御装置１０の処理負荷を低減するだけでなく、ネットワーク負荷の低減もおこなうことが可能となる。

【0027】

図７は、本実施形態における号車認識例を示すタイムタチャートである。ここでは、１号車の駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４には、複合指令を含む制御信号のデータ構造に関して、自身への制御信号が格納されるデータ位置が定義されている場合について説明する。

【0028】

まず、中継器３０の記憶部３０２に各ポート別のＩＰアドレスを設定する（ステップＳ１００）。次に、駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４の各通信ブロック５０の要求部４０４が順にＤＨＣＰ ｄｉｓｃｏｖｅｒによりＩＰアドレスの要求を行う（ステップＳ１０２ａ、Ｓ１０２ｂ、Ｓ１０２ｃ）。

【0029】

次に、中継器３０のＤＨＣＰ制御部３０４は、ＤＨＣＰ ｄｉｓｃｏｖｅｒによるＩＰアドレスの要求に対して、駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４の各装置が接続されたポートに応じて、固定のＩＰアドレスの割り当て提案（ＤＨＣＰ Ｏｆｆｅｒ）を送信する（ステップＳ１０３ａ、Ｓ１０３ｂ、Ｓ１０３ｃ）。

【0030】

次に、駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４の各要求部４０４が順に提案（ＤＨＣＰ Ｏｆｆｅｒ）を受信すると、その固定のＩＰアドレスを使用することを要求（ＤＨＣＰ Ｒｅｑｕｅｓｔ）する（ステップＳ１０４ａ、Ｓ１０４ｂ、Ｓ１０４ｃ）。

【0031】

次に、中継器３０のＤＨＣＰ制御部３０４は、各応答（ＤＨＣＰ Ｒｅｑｕｅｓｔ）に対して、駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４の各要求部４０４への固定のＩＰアドレスの使用を承認（ＤＨＣＰ Ａｃｋ）する（ステップＳ１０５ａ、Ｓ１０５ｂ、Ｓ１０５ｃ）。

【0032】

次に、駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４の各通信ブロック５０の各要求部４０４は、承認（ＤＨＣＰ Ａｃｋ）された固定のＩＰアドレスを記憶部４０２に設定する（ステップＳ１０６ａ、Ｓ１０６ｂ、Ｓ１０５ｃ）。

【0033】

次に、に駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４の各通信ブロック５０の認識部４０６は、設定されたＩＰアドレスの例えば第３オクテットに基づき、自身の号車を認識する（ステップＳ１０７ａ、Ｓ１０７ｂ、Ｓ１０７ｃ）。

【0034】

次に、車両中央制御装置１０は、例えばＩＰヘッダの送信先ＩＰアドレスに「２３９．２５５．１．５」を設定し、データ部の所定位置に全号車情報を一括設定したイーサネットパケットを駆動系装置４０へ有線ＬＡＮ１５、２５にマルチキャスト通信を用いて送信する（ステップＳ１０８）。ブレーキ装置４２、及び空調装置４４においても同様に、別のマルチキャストアドレスを定義し、全号車情報を一括設定したマルチキャスト通信を行う。

【0035】

次に、１号車の駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４の各通信ブロック５０の機器制御部４０８は、認識部４０６により求められた号車番号を用いて受信したイーサネットパケットのデータ部の所定の位置から自身への制御信号を読み出す（ステップＳ１０９ａ、Ｓ１０９ｂ、Ｓ１０９ｃ）。これにより、１号車の駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４は、全号車一括でマルチキャスト送信されたイーサネットパケットであっても自号車向けに設定された制御信号だけを取り出して駆動することができる。

【0036】

以上説明したように、本実施形態によれば、中継器３０が、接続された駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４に対して搭載位置に関連する情報を含むＩＰアドレスを払い出すことで、駆動系装置４０、ブレーキ装置４２、及び空調装置４４は、認識部４０６がＩＰアドレスに基づき認識した搭載位置を用いて機器制御を行うことが可能とした。これにより、接続した中継器３０から払い出されるＩＰアドレス情報を用いることで全号車に応じた制御を１つのプログラムで動作させられるようになる。

【0037】

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施することが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0038】

１０：車両中央制御装置、３０：中継器、４０：駆動系装置、４２：ブレーキ装置、４４：空調装置、４０６：認識部、４０８：機器制御部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】