(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結された複数車両のそれぞれに搭載された車両機器を有する電気車の車両情報装置において、
前記連結された複数車両のそれぞれにハブを設け、各車両のハブを接続してＬＡＮ幹線を形成すると共に、各車両のハブと前記車両機器との間を接続してＬＡＮ支線を形成し、各車両の車両機器同士の送受信を前記ＬＡＮ幹線及びＬＡＮ支線を経由して行う、
ことを特徴とする電気車の車両情報装置。
【請求項２】
前記車両機器に対する運転を行う運転台マスコンと、
前記車両機器との間、及び地上設備との間で情報の授受を行う車両情報中央装置と、
を備えており、
前記運転台マスコンを前記複数車両のいずれかのハブに接続し、この運転台マスコンからの信号が前記ＬＡＮ幹線及びＬＡＮ支線を経由すると共に、前記車両情報中央装置を経由することなく各車両の車両機器に出力されるようにした、
ことを特徴とする請求項１記載の電気車の車両情報装置。
【請求項３】
前記車両機器には、少なくともブレーキ制御器が含まれる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電気車の車両情報装置。
【請求項４】
前記車両機器には、少なくとも主電動機を駆動制御するインバータ装置が含まれる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電気車の車両情報装置。
【請求項５】
前記車両機器には、少なくとも補助電源装置が含まれる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電気車の車両情報装置。
【請求項６】
前記車両機器には、少なくとも空調装置が含まれる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電気車の車両情報装置。
【請求項７】
前記車両機器には、少なくとも自動列車停止装置が含まれる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電気車の車両情報装置。
【請求項８】
前記車両機器には、少なくとも音声装置が含まれる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の電気車の車両情報装置。
【請求項９】
前記ハブが無線アダプタ付ハブにより構成されており、前記ＬＡＮ支線には無線通信方式を利用したものが含まれている、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電気車の車両情報装置。
【請求項１０】
前記車両機器には、有線信号から無線信号への変換、及び無線信号から有線信号への変換を行う送受信コントローラを有し、地上システムとの間で無線による信号伝送を行うことが可能なものが含まれている、
ことを特徴とする請求項９記載の電気車の車両情報装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転台を有する車両を含む複数の車両を連結した電気車において、各車両間で種々の情報を伝送するための車両情報装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は複数の車両を連結した従来の電気車を示すものである。図４に示す電気車は、４台の車両１００，２００，３００，４００を連結した列車であり、各車両を通して信号線１２１，２２１，３２１，４２１および１２２，２２２，３２２，４２２を配設している。車両相互間は、各信号線は渡り線１２３，２３３，３４３ないし１２４，２３４，３４４を介して接続されている。両先頭車両１００，４００内では、車両情報中央装置１０１，４０１、端末装置１１９，４１９、運転席画面装置１０３，４０３、および運転席マスコン（マスタコントローラ）１０４，４０４が各車両内で信号線１２１，４２１に接続されている。先頭車両１００，４００では、さらに、ブレーキ制御器１０５，４０５の信号端が信号線１２２，４２２および端末装置１１９，４１９に接続され、ＡＴＳ（自動列車停止装置）１０８，４０８の信号端が車両情報中央装置１０１，４０１に接続され、空調装置１０９，４０９、音声装置１１０，４１０、およびドア制御器１１１，４１１の各信号端がそれぞれ端末装置１１９，４１９に接続されている。
【０００３】
中間車両２００，３００では、端末装置２１９，３１９がそれぞれの信号線２２１，３２１に接続されている。ブレーキ制御器２０５，３０５の信号は信号線２２２，３２２および端末装置２１９，３１９に接続され、空調装置２０９，３０９およびドア制御器２１１，３１１の信号端がそれぞれ端末装置２１９，３１９に接続されている。図示の例では、車両２００は電源車であり、補助電源装置２０７の信号端が端末装置２１９に接続され、車両３００は駆動車であり、図示していない主電動機を駆動制御するインバータ装置３０６の信号端が端末装置３１９に接続されている。
【０００４】
各車両情報中央装置１０１，４０１と各端末装置１１９，２１９，３１９，４１９との間は、車両全体を通して光伝送や、ループ型、バス型等の電気伝送路を形成する幹線伝送路が信号線１２１，２２１，３２１，４２１および信号線１２２，２２２，３２２，４２２によって形成されている。
【０００５】
先頭車両（車両１００，４００）の運転台からの各種指令は、各車両の各機器に接続された引き通し線等を介して各端末装置からそれぞれの車載機器へ伝送される。逆に各車載機器からの情報は、各端末装置を通して上記とは逆の経路で運転台の車両情報中央装置１０１，４０１に伝送される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示すような従来の車両情報装置においては、次のような問題があった。
【０００７】
運転台マスコン１０４，４０４からのノッチ運転指令を駆動車（図示の場合は車両３００）に伝送するために、信号線として引き通し線を使用する場合、１両当たり約２０ｍに達するＤＣ１００Ｖの２０本以上の信号線を１編成分にわたって配線しておかなければならない。運転指令を車両情報中央装置１０１，４０１の伝送系に入れた場合、入力端から出力端までに介在する装置が多く、実際の駆動制御部やブレーキ制御部に到達するまでにかなりの時間がかかる。駆動制御からブレーキ制御間のブレーキパターンやフィードバック等の信号はおのおのを直接電気信号で伝達するものとすると、その分、配線を増やすことになるが、車両情報中央装置の伝送データ系に入れると必ず端末装置を経由し、幹線伝送経由で中央装置に戻し、再度幹線伝送経由で端末装置からブレーキ制御器へ伝送されて届くため、受信端では何サイクル分も前の情報を得ることになり、リアルタイムの制御を行うことができない。
【０００８】
これは、指令と駆動制御、ブレーキ制御と駆動制御間だけでなく、各装置間の信号伝送においても同様に生じる問題である。それぞれの車両のモータ駆動用インバータ間、各車両のブレーキ制御間においてもリアルタイムに情報が伝えられると機器ごとではなく、列車編成全体としての制御が可能になる。このとき、何サイクル分も前のデータが渡ったのでは無意味になる。このように、従来、おのおのの機器内の制御は高速化しても機器間の制御には情報伝達の遅れ時間の問題があった。
【０００９】
他方、電気車の車両のスペースは限られている。客室のスペースを広くとるためには、設備機器の小型化や、配線スペースの削減が必要になる。しかし、これと逆行して近年は車載機器がなにかと増加し、車両情報データ量も増える傾向にある。そのため、端末装置を設置するスペースが客室スペースを圧迫することにならないように機器を小型化し、高速で大容量のデータを扱い得るものにする必要がある。また、車両内配線としては、強度を必要とする車両用の電線が用いられるため、電線の質量も重く、配線にもそれなりのスペースを必要とする。そこで、できるだけ配線を削減し、車両内配線を減らしたいという要望が出てくる。
【００１０】
さらに、車上から地上設備に車両状態や故障情報等を送信するシステムも提案されているが、それは全ての情報を車上の中央制御装置に集約してから編集する方式になっており、中央制御装置の異常時または車両幹線伝送路の異常時には情報伝達が不能になる。この事態は、地上設備への情報送信時以外にも、車上の種々の試験器や情報読出器への収集の場合でも同様である。
【００１１】
従って本発明は、情報伝達時間の遅れをできるだけ少なくすることにより、よりリアルタイムな制御を達成し、車両性能向上のための車両間にわたる制御機能の遂行を可能とすることを目的とする。
【００１２】
さらに本発明は、車両情報装置の機器の小型化および配線削減を達成することにより、客室スペースの拡大および車両軽量化による車両性能向上を達成することを目的とする。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、地上設備との情報伝送路を増大することにより、他の機器の故障状態によらず必要な機器の情報を容易に地上設備に伝送し得るようにすることである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、連結された複数車両のそれぞれに搭載された車両機器を有する電気車の車両情報装置において、前記連結された複数車両のそれぞれにハブを設け、各車両のハブを接続してＬＡＮ幹線を形成すると共に、各車両のハブと前記車両機器との間を接続してＬＡＮ支線を形成し、各車両の車両機器同士の送受信を前記ＬＡＮ幹線及びＬＡＮ支線を経由して行う、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記車両機器に対する運転を行う運転台マスコンと、
前記車両機器との間、及び地上設備との間で情報の授受を行う車両情報中央装置と、
を備えており、前記運転台マスコンを前記複数車両のいずれかのハブに接続し、この運転台マスコンからの信号が前記ＬＡＮ幹線及びＬＡＮ支線を経由すると共に、前記車両情報中央装置を経由することなく各車両の車両機器に出力されるようにした、ことを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記車両機器には、少なくともブレーキ制御器が含まれる、ことを特徴とする。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記車両機器には、少なくとも主電動機を駆動制御するインバータ装置が含まれる、ことを特徴とする。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記車両機器には、少なくとも補助電源装置が含まれる、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記車両機器には、少なくとも空調装置が含まれる、ことを特徴とする。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記車両機器には、少なくとも自動列車停止装置が含まれる、ことを特徴とする。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記車両機器には、少なくとも音声装置が含まれる、ことを特徴とする。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至８のいずれかに記載の発明において、前記ハブが無線アダプタ付ハブにより構成されており、前記ＬＡＮ支線には無線通信方式を利用したものが含まれている、ことを特徴とする。
【００２３】
請求項１０記載の発明は、請求項９記載の発明において、前記車両機器には、有線信号から無線信号への変換、及び無線信号から有線信号への変換を行う送受信コントローラを有し、地上システムとの間で無線による信号伝送を行うことが可能なものが含まれている、ことを特徴とする。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００２６】
＜実施形態１＞
この実施形態においても、図４の場合と同様に、一例として４台の車両１００，２００，３００，４００を連結した列車を対象としており、ここでは両先頭車両１００，２００に車両情報中央装置１０１，４０１を備えているほか、各車両にハブ（ＨＵＢ）、例えばイーサネット（Ethernet）ハブ１０２，２０２，３０２，４０２を備えており、これらの間に、ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）例えばイーサネット伝送幹線１１３，２１３，３１３，４１３を介して接続している。これらの伝送幹線は車両間で渡り線１２３，２３３，３４３を介して接続されている。両先頭車両１００，４００では、ハブ１０２，４０２にそれぞれイーサネットからなる伝送支線１１２，４１２を介して、運転席画面装置１０３，４０３および運転台マスコン１０４，４０４のほかに、ブレーキ制御器１０５，４０５、ＡＴＳ１０８，４０８、空調装置１０９，４０９、音声装置１１０，４１０、およびドア制御器１１１，４１１の各信号端が接続されている。中間車両２００のハブ２０２には、それぞれ伝送支線２１２を介して、ブレーキ制御器２０５、補助電源装置２０７、空調装置２０９、およびドア制御器２１１の信号端が接続されている。同様に中間車両３００のハブ３０２には、それぞれ伝送支線３１２を介して、ブレーキ制御器３０５、インバータ装置３０６、空調装置３０９、およびドア制御器３１１の各信号端が接続されている。なお、常設の機器ではないが、試験器や故障読出器等の、随時任意に接続される補助機器を各車両のハブに接続することができる。図示の例では、車両３００，４００のハブ３０２，４０２に補助機器３１５，４１５が接続されている。以上のように車両の編成全体を１つのネットワークに集約し、各車両の各機器には固有のアドレスを割り当て、送信元から送信先への信号伝送は、行き先アドレスに基づいて行われ、ハブ１０２，２０２，３０２，４０２は、送られてきた信号を行き先アドレスによりデータの分別振分けを行って次へと送信する。
【００２７】
図１のシステムにおいて、運転台マスコン１０４（または４０４）が操作されると、ノッチによる運転指令情報が先頭車のハブ１０２（または４０２）から、車両情報中央装置１０１（または４０１）を経由することなく、伝送幹線１１３，２１３，３１３，４１３を介して各車両のブレーキ制御器１０５，２０５，３０５，４０５、インバータ装置３０６の信号端に一斉に同報で伝達される。各車両のブレーキ制御器１０５，２０５，３０５，４０５への情報を車両情報中央装置１０１，４０１を経由することなく各車両のハブ１０２，２０２，３０２，４０２を介して伝達することにより、ブレーキ時の車両全体のブレーキ力、現在の各車両のブレーキ力、故障による使用不可装置を考慮したブレーキ力などをリアルタイムに制御することができる。また、編成内にただ１台のインバータ装置３０６およびただ１台の補助電源装置２０７しか備えないのではなく、複数のインバータ装置および補助電源装置を備える場合には、それらも編成内装置間での連携した制御を行うことができる。各機器の状態は、ハブ１０２，２０２，３０２，４０２を介して直接、運転席画面装置１０３，４０３に状態表示する。車両情報中央装置１０１，４０１は、伝送処理よりも複雑な演算処理が必要な場合に使用する。試験器や故障読出器等の補助機器３１５，４１５は、どのハブにも接続可能であり、車両内のネットワーク内に接続されたいずれの機器からの情報も吸い上げ、また、試験を行うことができる。
【００２８】
電気車の車両情報の伝送にイーサネット等のＬＡＮを用いることにより、車両情報伝送の高速化を達成することができる。その場合、従来用いられていた各車両の端末装置を省略し、幹線と支線の分岐点をハブを用いて各車両機器を直接接続することにより、従来の端末装置のように入出力機能や、伝送機能、制御機能等を合わせた制御装置ではなく、伝送信号に付加された行き先の方向へ同伝送信号を送るハブ機能だけであるので、機器の小型化および軽量化だけでなく、データの一次保存や変換などの時間を省くことができる。かくして情報伝達時間の減少を達成することができる。また、ハブ機能により、必要なときに必要なものだけを結びつけて必要な情報のみを送受信できるため、伝送効率が向上する。
【００２９】
車両全体の伝送が同一ネットワーク内に相当するため、どの機器からどの機器へとアドレスを指定した伝送形態がとれる。従来のように中央制御装置まで戻してから制御するのではなく、直接必要な機器どうしの伝送を行える。また、共通の情報については、同一ネットワーク内の全ての機器に対し、同時に同情報を伝達することができる。つまり、一斉同報通信が可能である。ネットワーク内のいずれかの制御器が故障または電源断となってもネットワーク全体に影響を及ぼさないので、正常な機器どうしで伝送を継続することができる。
【００３０】
以上により、伝達遅れを減少して車両の編成全体のリアルタイムな制御を可能にする。編成全体のリアルタイムな情報伝達が可能になることにより、従来行えなかった車両をまたいだ機器を連携した制御を行うことが可能になり、制御性能を向上させることができる。たとえば、運転台マスコン１０４，４０４のノッチ指令を直接ネットワークに取り込み、全車両のブレーキ装置や駆動装置へ転送することにより、途中に介在する制御機器のデータ加工による誤りの心配がなくなり、直接送られることによる時間の短縮により時間差のない制御を行うことが可能になる。それはブレーキ間の制御や、ブレーキ制御と駆動装置間の制御など、各機器間の制御にも活用することができる。また、従来の端末装置をハブに置換することにより、装置の小型・軽量化および省スペース化を達成することができる。このことは、客室を広くとることに役立つ。
【００３１】
さらに本実施形態によれば、各機器側にモニタ端末専用の伝送ポートを必要とせず、汎用のイーサネットハブおよび伝送ポートのみで信号伝送をすることができる。この汎用のイーサネットハブとの伝送ポートは、市販パソコン（パーソナルコンピュータ）などでも使用されているインターフェイス及びプロトコルであるため、接続できる機器が増大する。試験器や故障読出器なども同仕様のインターフェイスをもつ機器で構成されていれば、ハブに自由に接続することができ、ネットワーク全体、つまり編成全体の機器との通信も可能となる。
【００３２】
かくして、先頭車両１００，４００の運転席画面装置１０３，４０３は、列車編成全体を対象として、各機器の作動状態や故障記録などを直接表示することができ、運転士および車掌を対象とした機能のみでなく、保守員や検査員向けの機能、メーカーを対象とした試験、メンテナンス等の機能を兼用するモニタ画面として利用することができる。
【００３３】
＜実施形態２＞
図２および図３は実施形態２を示すものである。ここでは実施形態１における各車両のハブ１０２，２０２，３０２，４０２を、無線アダプタ付イーサネットハブ１２０，２２０，３２０，４２０で置換している。これらの無線アダプタ付イーサネットハブの機能構成は図３のブロック図に示す通りであり、その詳細は後述する。図２において、先頭車両１００には車両情報中央装置１０１に接続された形で無線伝送装置１１６が搭載されており、地上システム５００との間で無線による相互通信が可能である。図において無線伝送路であることは点線で示されている。イーサネットハブ１２０，２２０，３２０，４２０を使用することにより、ＬＡＮを形成する伝送支線の一部を省略し、例えばハブ１２０，２２０，３２０，４２０とブレーキ制御器１０５，２０５，３０５，４０５および空調装置１０９，２０９，３０９，４０９との間の信号伝送は赤外線に代表される光や電波等の電磁波を介して無線で行う。同様に補助電源装置２０７とハブ２２０との間、およびインバータ装置３０６とハブ３２０との間の信号伝送も無線で行う。さらに付加的に、地上システム５００と任意の車上機器、例えばブレーキ制御器１０５や補助電源装置２０７との間でも無線による信号伝送が可能であることが図示されている。これら無線の信号伝送に関わる送受信端となるハブおよび各機器の信号端には、信号の伝送方向に応じて有線信号を無線信号に変換したり無線信号を有線信号に変換したりする送受信コントローラが備えられる。
【００３４】
無線アダプタ付イーサネットハブ２０（ハブ１２０，２２０，３２０，４２０の総称）は、図３に示すように、行き先アドレスによりデータの分別振分けを行うという本来のハブ機能２１のほかに、無線アダプタ２２，２３を備えている。ハブ機能２１は、両隣の車両のイーサネットハブ２４，２５との間で有線信号伝送を行う幹線伝送用イーサネット端末２６，２７、および第１・第２の信号行先Ａ１，Ａ２の車載機器２８，２９との間で有線信号伝送を行う支線用イーサネット端末３０，３１を備えている。無線アダプタ２２は第３の信号行先Ｂ１の車載機器３２との間で、支線用行先Ｂ１のデータ種分け・無線用編集を行う編集機能部２２ａと、有線信号／無線信号の変換を行う信号変換部２２ｂとを備えている。無線アダプタ２３は第４の信号行先Ｂ２の地上設備３３との間で、支線用行先Ｂ２のデータ種分け・無線用編集を行う編集機能部２３ａと、有線信号／無線信号の変換を行う信号変換部２３ｂとを備えている。
【００３５】
以上のように有線配線の少なくとも一部を無線伝送方式とすることにより、物理的な配線削減になることは言うまでもなく、各機器側のコネクタ数の削減など、車載機器の小型・軽量化、設置スペースの削減、電線の削減による車両全体の軽量化を達成することができる。また、車両ぎ装配線や機器設置時の工数の削減によるコストダウンを達成することができる。
【００３６】
必要に応じて随時、臨時的に接続される試験器や故障読出器等の補助機器３１５，４１５（図１参照）も無線接続とすることができる。また、無線アダプタ付イーサネットハブ２０、または、機器から地上設備３３に対しての直接通信も可能になる。ここで、無線を使用することによって、伝送速度の制限や、伝送量の制限が生じ得ることは考慮に入れておく必要がある。また、無線の場合、電磁ノイズの影響を受けやすいので、送受信範囲・距離の限定、環境のことなどを考慮に入れることが必要である。従って、全てを無線通信方式とするのではなく、無線通信方式とするのに適する機器と有線通信方式のままにしておくのに適する機器とを区別して選択的に適用するのがよい。
【００３７】
車両に無線アダプタ付イーサネットハブ２０を用いる場合、地上設備３３ないし地上システム５００側にも無線信号を送受信する機能を持たせることにより、車両ないし編成と地上設備との間で自由度の高い送受信を実施することができる。これにより、車両側に人手を用いて読出器を接続したりすることなく地上設備との間で車両内の情報の授受を行うことができる。従来、車両における無線送受信は車両内の１箇所で集中して行っていたが、それでは幹線伝送の異常や、中央制御器の異常、あるいは１つしかない無線装置の異常等により使用不能になってしまうことがあった。しかし、本実施形態によれば、正常箇所の無線装置を使用することにより、異常箇所を回避して地上と車上間の通信を可能とし、ハブ機能により特定の機器のみの情報吸い上げも可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、情報伝達時間遅れを少なくすることによりリアルタイムな制御、および車両性能向上のための車両間をまたぐ制御機能を実現することができる。
【００３９】
さらに本発明によれば、車両情報装置の機器の小型化および配線削減を達成し、客室スペースの拡大、および車両軽量化による車両性能向上を達成することができる。
【００４０】
さらにまた本発明によれば、地上設備との情報伝達路を増やすことにより、他の機器の故障状態によらずに必要な機器の情報を容易に地上設備に伝送することができる。また、幹線伝送、支線伝送にオープン化汎用のインターフェイスを使用することにより、パソコン等の市販機器の接続も容易になる。車両情報の中央制御装置は、データの入出力や、伝送などの処理は軽減し、複雑な演算や高度な情報処理に従事できるようになる。
【００４１】
地上設備との情報伝達路を増やすことにより、他の機器の故障状態によらずに必要な機器の情報を容易に地上設備に伝送することができる。また、幹線伝送、支線伝送に汎用のインターフェイスを使用することにより、パソコン等の市販機器の接続も容易になる。車両情報の中央制御装置は、データの入出力や伝送などの処理に要する負担が軽減し、より複雑な演算や高度な情報処理に従事できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイーサネットＬＡＮを適用した車両情報装置の実施形態を示すブロック図。
【図２】部分的に無線ＬＡＮを使用した車両情報装置の実施形態を示すブロック図。
【図３】図２における無線アダプタ付ハブの詳細機能を説明するための機能ブロック図。
【図４】従来の車両情報装置の構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１００，２００，３００，４００  車両
１０１，４０１  車両情報中央装置
１０２，２０２，３０２，４０２  イーサネットハブ
１０３，４０３  運転席画面装置
１０４，４０４  運転台マスコン
１０５，２０５，３０５，４０５  ブレーキ制御器
３０６  ＶＶＶＦインバータ装置
２０７  補助電源装置
１０８，４０８  自動列車停止装置（ＡＴＳ）
１０９，２０９，３０９，４０９  空調装置
１１０，４１０  音声装置
１１１，２１１，３１１，４１１  ドア制御器
１１２，２１２，３１２，４１２  イーサネット伝送支線
１１３，２１３，３１３，４１３  イーサネット伝送幹線
１２３，２３３，３４３  渡り線
３１５，４１５  補助機器
１１６  無線伝送装置
５００  地上システム
５１０  無線伝送路
１２０，２２０，３２０，４２０：２０  無線アダプタ付イーサネットハブ
２１  ハブ機能
２２，２３  無線アダプタ
【図１】
0003730080.tif 000002
【図２】
0003730080.tif 000003
【図３】
0003730080.tif 000004
【図４】
0003730080.tif 000005