(57)【要約】【課題】操作者ごと運転内容の可否を切り替えることができ、かつ、既存の鉄道車両に低いコストで導入できる鉄道車両駆動システムを提供する。【解決手段】この鉄道車両駆動システムは、運転操作に応じて運転指令信号を出力する主幹制御器（２０）と、運転指令信号に基づいて少なくとも鉄道車両の力行及び制動を含む駆動制御を行う駆動制御部（４０、５１、５２）と、操作者の認証を行う認証部（６０）と、主幹制御器と駆動制御部との間に介在し、主幹制御器から出力された運転指令信号を、認証部の認証結果に応じて通過、遮断又は別の運転指令信号へ差し替えて駆動制御部へ送る指令加工部（３０）とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転操作に応じて運転指令信号を出力する操作部と、
運転指令信号に基づいて少なくとも鉄道車両の力行及び制動を含む駆動制御を行う駆動制御部と、
操作者の認証を行う認証部と、
前記操作部と前記駆動制御部との間に介在し、前記操作部から出力された運転指令信号を、前記認証部の認証結果に応じて通過、遮断又は別の運転指令信号へ差し替えて前記駆動制御部へ送る指令加工部と、
を備えることを特徴とする鉄道車両駆動システム。
【請求項２】
前記操作部へ前記運転指令信号の出力を許可する動作電圧を送る電圧分配部を更に備え、
前記電圧分配部は、前記認証部の認証があった場合に前記動作電圧を前記操作部へ送ることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両駆動システム。
【請求項３】
前記認証部は、操作者に許可された運転レベルを取得し、
前記指令加工部は、前記認証部が取得した運転レベルに応じて、少なくとも鉄道車両の加速の運転指令信号の通過と遮断とを切り替えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の鉄道車両駆動システム。
【請求項４】
前記認証部は、操作者を識別する識別情報が登録されたＩＣカードから前記識別情報を読み出すカードリーダと、前記識別情報と運転レベルとの対応関係を記憶したデータベースを有するサーバ装置と通信する通信部と、を有し、
前記認証部は、前記ＩＣカードから読み出した前記識別情報と、前記通信部を介した通信によって、操作者に許可された運転レベルを取得することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の鉄道車両駆動システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運転操作に応じて鉄道車両を駆動する鉄道車両駆動システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、運転席に主幹制御器（マスターコントローラとも呼ばれる）を備え、運転士は主幹制御器のハンドルを操作して鉄道車両を加速又は制動する。主幹制御器には、ハンドルの操作をロックする錠前が設けられ、運転士は鍵を用いてロックを解除することでハンドルの操作が可能となる。
特許文献１には、自動車のスマートエントリーレスシステムに関する技術が示されている。スマートエントリーレスシステムとは、自動車の車載機に携帯機からＩＤ信号を送信することで、ドアのアンロック及びエンジンの始動が許可されるシステムである。特許文献１には、携帯機を車室内に忘れたような場合に、この携帯機のＩＤコードを無効可する技術が、背景技術として示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４１７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の鉄道車両の主幹制御器においては、ハンドルのロックを解除する鍵を持っていれば、例えば鉄道車両のメンテナンス員であっても運転士と同様に鉄道車両を動かせてしまうという保安上の課題があった。一方、鉄道の分野では、メンテナンス員でも作業内容に応じて、一部または全ての力行及び制動機能確認のためのハンドル操作が必要であったり、本線運転士には全ての運転操作が必要であるが、構内運転士には大きな加速の操作が不要であるといったように、運転操作に関する要求は様々である。特許文献１の技術は、このような鉄道分野に特有な要求に応じることはできない。
【０００５】
また、このような要求に応じるシステムを導入するため、現在運行されている鉄道車両の駆動システムを全て交換することになると、改修コストが膨大になるという課題が生じる。
本発明は、操作者ごと運転内容の可否を切り替えることができ、かつ、既存の鉄道車両に低いコストで導入できる鉄道車両駆動システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記目的を達成するため、
運転操作に応じて運転指令信号を出力する操作部と、
運転指令信号に基づいて少なくとも鉄道車両の力行及び制動を含む駆動制御を行う駆動制御部と、
操作者の認証を行う認証部と、
前記操作部と前記駆動制御部との間に介在し、前記操作部から出力された運転指令信号を、前記認証部の認証結果に応じて通過、遮断又は別の運転指令信号へ差し替えて前記駆動制御部へ送る指令加工部と、
を備えることを特徴とする鉄道車両駆動システムとした。
【０００７】
この構成によれば、認証部の認証と指令加工部の信号処理とによって、操作者ごとに運転内容の可否を切り替えることができる。また、操作部と駆動制御部とを備えた既存の鉄道車両に対して、認証部と指令加工部とを加えることで、本発明に係る鉄道車両駆動システムを構成できる。従って、既存の鉄道車両に低いコストでかつ既設機器の改造を要さずに本発明の鉄道車両駆動システムを導入することができる。
【０００８】
ここで、本発明に係る鉄道車両駆動システムは、
前記操作部へ前記運転指令信号の出力を許可する動作電圧を送る電圧分配部を更に備え、
前記電圧分配部は、前記認証部の認証があった場合に前記動作電圧を前記操作部へ送る構成としてもよい。
この構成によれば、認証部の認証の有無により操作部の運転操作の可否を切り替えることができる。従って、認証部により認証されない者によって鉄道車両が運転されてしまうことを防止できる。
【０００９】
さらに、前記認証部は、操作者に許可された運転レベルを取得し、
前記指令加工部は、前記認証部が取得した運転レベルに応じて、少なくとも鉄道車両の加速の運転指令信号の通過と遮断とを切り替えるように構成してもよい。
この構成によれば、認証部及び指令加工部の処理が単純化され、システムの高い安定性を実現することができる。
【００１０】
さらに、前記認証部は、操作者を識別する識別情報が登録されたＩＣカードから前記識別情報を読み出すカードリーダと、前記識別情報と運転レベルとの対応関係を記憶したデータベースを有するサーバ装置と通信する通信部と、を有し、
前記認証部は、前記ＩＣカードから読み出した前記識別情報と、前記通信部を介した通信によって、操作者に許可された運転レベルを取得するように構成してもよい。
この構成によれば、操作者の運転レベルに応じて運転内容の可否を切り替えることができ、さらに複数の操作者の運転レベルの設定及び設定変更を一元的に行うことができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の鉄道車両駆動システムによれば、操作者ごとに運転内容の可否を切り替えることができ、かつ、既存の鉄道車両に、例えば既設機器の改造を要さないなど、低いコストで導入することができる
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の鉄道車両駆動システムを示す構成図である。
【図２】認証者に許可された運転内容の一例を示す図表である。
【図３】実施形態の鉄道車両駆動システムを複数種類の鉄道車両に導入した第１例（Ａ）〜第３例（Ｃ）を示す構成図である。
【図４】シリアル伝送される運転指令信号の加工処理の一例を示す説明図である。
【図５】実施形態の鉄道車両駆動システムの変形例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態の鉄道車両駆動システムを示す構成図である。図１においてサーバ装置８１を除く構成は鉄道車両に搭載される。
本実施形態の鉄道車両駆動システム１は、電圧分配部１０、主幹制御器２０、指令加工部３０、車両情報制御装置４０、駆動回路５１、制動回路５２及び認証部６０を備える。主幹制御器２０は、本発明に係る操作部の一例に相当する。車両情報制御装置４０、駆動回路５１及び制動回路５２は、本発明に係る駆動制御部の一例に相当する。
【００１４】
電圧分配部１０は、車両電源５から主幹制御器２０へ動作電圧の供給と遮断とを切り替える。車両電源５から供給される動作電圧は、主幹制御器２０に運転指令信号の出力を許可する電圧に相当する。電圧分配部１０は、加速の運転指令信号の出力を許可する動作電圧と、制動の運転指令信号の出力を許可する動作電圧とを、個別に主幹制御器２０へ供給又は遮断できる。電圧分配部１０は、後述する認証部６０の認証信号ｓｉｇ１が認証有りとなった場合に、動作電圧を主幹制御器２０へ送るように構成されている。
【００１５】
主幹制御器２０は、鉄道車両の複数段の加速と複数段の減速とを切り替えるハンドルを備える。主幹制御器２０には、ハンドルの他、集電装置を昇降するボタン、保安機器（警報ブザー又は警報ランプなど）の動作確認用ボタン、運転保安装置のリセットボタンなど、種々の操作部が設けられていてもよい。主幹制御器２０は、動作電圧が供給されていることを条件に、運転操作に応じて運転指令信号を、制御線Ｃ１を介して後段へ出力する。
特に制限されないが、図１の例では、主幹制御器２０には、複数段の加速及び複数段の制動にそれぞれ対応する複数の制御線Ｃ１が接続され、加速又は制動の運転指令に応じた１つの制御線Ｃ１に動作電圧を出力するように構成されている。以下、このような伝送形態を「パラレル伝送」と呼ぶ。図１では省略するが、複数の制御線Ｃ１には、ハンドル以外の操作部の選択信号を伝送する制御線が含まれていてもよい。
【００１６】
車両情報制御装置４０は、鉄道車両の各種の車載機器を一括して管理するコンピュータシステムである。車両情報制御装置４０は、処理の一つとして、運転指令信号を入力し、運転指令信号に基づいて鉄道車両の力行及び制動の監視及び制御を行う。特に制限されないが、図１の例では、車両情報制御装置４０は、パラレル伝送された運転指令信号を入力するインタフェースを有している。
駆動回路５１は、車両情報制御装置４０の加速指令に基づいて鉄道車両のモータに駆動電流を出力し、モータに加速指令に応じたトルクを出力させる。
制動回路５２は、車両情報制御装置４０のブレーキ指令に応じて鉄道車両のブレーキ装置を動かし、ブレーキ指令に応じた制動力をブレーキ装置に発生させる。
【００１７】
認証部６０は、ＩＣ（Integrated Circuit）カードを用いて操作者の認証を行う装置であり、例えば運転室に設置される。運転操作を行う者は、識別情報が登録されたＩＣカードを所持し、ＩＣカードを用いて認証部６０の認証を受ける。認証部６０は、ＩＣカードから情報を読み取るカードリーダ６１と、鉄道車両の外部に配置されたサーバ装置８１と通信を行う通信部６４と、運転レベル情報取得部６２と、デコーダ６３とを有する。サーバ装置８１には、ＩＣカードの識別情報と、運転レベルとの対応関係が記憶されたデータベースが設けられている。
【００１８】
運転レベル情報取得部６２は、カードリーダ６１からＩＣカードの識別情報を受け取ると、サーバ装置８１と通信を行ってＩＣカードの識別情報に対応する運転レベルの情報を取得し、この認証結果の情報をデコーダ６３へ送る。
デコーダ６３は、運転レベルの情報を受けると、認証の有無を示す認証信号ｓｉｇ１と、運転レベルに応じた複数の運転内容の許可又は不許可を示す可否信号ｓｉｇ２とを生成し、これらを電圧分配部１０と指令加工部３０とに出力する。
【００１９】
指令加工部３０は、主幹制御器２０と車両情報制御装置４０との間に介在し、認証部６０から送られる可否信号ｓｉｇ２に応じて、主幹制御器２０から車両情報制御装置４０に送られる運転指令信号の通過又は遮断を切り替える。指令加工部３０は、主幹制御器２０の制御線Ｃ１が接続される信号入力部３１と、運転指令信号の通過又は遮断を切り替える切替部３２とを有する。
特に制限されないが、図１の例では、切替部３２は、複数段の加速の運転指令信号を後段に通過又は遮断できる複数のスイッチＳＷを有し、これら複数のスイッチＳＷが可否信号ｓｉｇ２に応じて切り替えられるように構成されている。また、複数段の制動の運転指令は、常に後段に通過するように構成されている。
【００２０】
＜動作説明＞
以上のような構成によれば、認証部６０を介して操作者が認証を行うことで、認証信号ｓｉｇ１が電圧分配部１０へ送られて、主幹制御器２０に加速及び制動の操作を可能とする動作電圧が供給される。これにより、主幹制御器２０から加速又は減速の運転指令信号が出力可能となる。
さらに、指令加工部３０では、操作者の運転レベルに応じた可否信号ｓｉｇ２が認証部６０から出力され、切替部３２の複数のスイッチＳＷが切り替えられる。これにより、指令加工部３０は、複数段の加速の運転指令信号のうち、運転レベルに応じて許可された運転指令信号だけが車両情報制御装置４０へ送られ、それ以外が遮断されるように、設定される。また、指令加工部３０は、運転レベルによらずに複数段の制動の運転指令信号が車両情報制御装置４０へ送られるように設定される。
【００２１】
図２は、認証者に許可された運転内容の一例を示す図表である。
認証部６０により認証可能な操作者は、例えば、運転レベル１のメンテナンス員、駅構内又は車両基地内で鉄道車両を移動する運転レベル２の構内運転士、及び、路線上で鉄道車両を運転する運転レベル３の本線運転士である。運転レベル１に許可される運転内容は、全段の制動（図中、「ブレーキ１〜ブレーキ８」と記す）であり、全段の加速（図中、「加速１〜加速５」と記す）が不許可とされる。運転レベル２に許可される運転内容は、全段の制動と、１段目と２段目の加速であり、その他の段の加速が不許可とされる。運転レベル３には全ての運転内容が許可される。
【００２２】
このような設定により、例えば力行操作を許可されていないメンテナンス員が主幹制御器２０のハンドル操作を行っても、鉄道車両が走行してしまうことを防止できる。また、仮に鉄道車両が動いてしまった場合には、メンテナンス員であっても、主幹制御器２０のハンドルを操作することでブレーキをかけることが可能となる。また、上記の設定により、構内運転士が鉄道車両を移動する際に、鉄道車両を速度超過で走行させてしまうことを防止できる。
【００２３】
以上のように、実施形態の鉄道車両駆動システム１によれば、認証部６０の認証と指令加工部３０の信号処理とによって、可能な運転内容を操作者ごとに切り替えることができる。また、主幹制御器２０と車両情報制御装置４０とを有する既存の鉄道車両駆動システムがある場合に、既存の構成に認証部６０と指令加工部３０とを加えることで、実施形態の鉄道車両駆動システム１を構成できる。従って、既存の鉄道車両に低いコストで実施形態の鉄道車両駆動システム１を導入することができる。
【００２４】
なお、図１の例では、指令加工部３０の切替部３２が、加速の運転指令信号を通過又は遮断できる構成としたが、同様に、制動の運転指令信号又は他の運転指令信号を通過又は遮断できる構成が加わってもよい。さらに、運転レベルに応じて許可される運転内容も、図２の図表の例に限られず、様々に設定変更可能である。また、指令加工部３０の切替部３２は、運転指令信号の通過又は遮断を切り替えるだけでなく、例えば、２段目から５段目の加速の運転指令信号が入力された場合に、１段目の加速の運転指令信号に差し替えて出力するような信号処理を行ってもよい。
【００２５】
＜変形例１＞
図３は、実施形態の鉄道車両駆動システムを複数種類の鉄道車両に導入した第１例（Ａ）〜第３例（Ｃ）を示す構成図である。
現行の鉄道車両は、種類が異なっても、主幹制御器２０、２０Ａ、２０Ｂ、駆動回路５１及び制動回路５２を有し、主幹制御器２０、２０Ａ、２０Ｂの運転操作に基づいて駆動回路５１および制動回路５２が鉄道車両のモータとブレーキ装置とを制御する。
現行の鉄道車両には、次の３つの方式の主幹制御器２０、２０Ａ、２０Ｂのいずれかが主に採用されている。１つ目は、機械的に接点の接続を切り替えて複数の運転指令信号をパラレル伝送の形式で出力するカム接点式の主幹制御器２０Ａである。２つ目は、電気的な接点の切り替えにより複数の運転指令信号をパラレル伝送の形式で出力するメタル出力式の主幹制御器２０である。３つ目は、マイクロコンピュータにより運転操作に応じた運転指令信号をシリアル伝送の形式で出力する指令伝送式の主幹制御器２０Ｂである。
【００２６】
また、現行の鉄道車両に採用されている駆動回路５１、５１Ａ及び制動回路５２、５２Ａには、シリアル伝送の形式で運転指令信号を入力するものと、パラレル伝送の形式で運転指令信号を入力するものとがある。シリアル伝送のタイプでは、前段に車両情報制御装置４０、４０Ｂが設けられ、駆動回路５１と制動回路５２とは車両情報制御装置４０、４０Ｂからシリアル伝送の形式で運転指令信号（加速指令又はブレーキ指令）を入力する。
また、車両情報制御装置４０、４０Ｂは、パラレル入力式とシリアル入力式とがあり、それぞれメタル出力式の主幹制御器２０と指令伝送式の主幹制御器２０Ｂとに対応する。
【００２７】
図３（Ａ）は、メタル出力式の主幹制御器２０と、パラレル入力式の車両情報制御装置４０とが採用された鉄道車両に、認証部６０と指令加工部３０とを追加して、実施形態の鉄道車両駆動システム１を導入した例である。この例は、図１に示した構成である。
【００２８】
図３（Ｂ）は、カム接点式の主幹制御器２０Ａと、パラレル伝送の形式で運転指令信号を入力する駆動回路５１Ａ及び制動回路５２Ａとが採用された鉄道車両に、認証部６０と指令加工部３０とを追加した例である。この鉄道車両駆動システム１Ａにおいても、図３（Ａ）の鉄道車両駆動システム１と同様に、認証部６０の認証と指令加工部３０の信号処理とによって、操作者ごとに運転内容の可否を切り替えることができる。また、低いコストで既存の鉄道車両に鉄道車両駆動システム１Ａを導入できる。
【００２９】
図３（Ｃ）は、指令伝送式の主幹制御器２０Ｂと、シリアル入力式の車両情報制御装置４０Ｂとが採用された鉄道車両に、認証部６０と指令加工部３０とを追加した例である。この鉄道車両駆動システム１Ｂにおいては、指令加工部３０Ｂは、シリアル伝送される運転指令信号に対して、運転指令信号の通過、遮断又は別の運転指令信号へ差し替える信号処理を行う。
【００３０】
図４は、シリアル伝送される運転指令信号の加工処理の一例を示す説明図である。図４（Ａ）は加工処理前の信号、図４（Ｂ）は加工処理後の信号を示す。
シリアル伝送される運転指令信号は、例えば、図４（Ａ）に示すように先頭から５ビット分のデータにより、５段の加速指令の有無が表わされ、続く８ビット分のデータにより８段の制動指令の有無が表わされるというような形態が採られる。ここで、１段目の加速が許可され、２段目〜５段目の加速が許可されていない運転レベルの操作者が認証されている場合を想定する。この場合、指令加工部３０Ｂは、主幹制御器２０Ｂから図４（Ａ）のように５段目の加速の運転指令信号を入力した場合でも、図４（Ｂ）のように１段目の加速の運転指令信号に書き替えて、車両情報制御装置４０Ｂへ出力する。同様に、指令加工部３０は、他の段の加速の運転指令信号、各段の制動の運転指令信号、その他の運転指令信号に対しても、認証された運転レベルに応じた処理を行う。すなわち、指令加工部３０は、許可されていない運転指令信号を遮断したり、許可された他の運転指令信号に変換したり、あるいは、許可された運転指令信号を通過させたりすることができる。
【００３１】
このような指令加工部３０Ｂによれば、主幹制御器２０Ｂと車両情報制御装置４０Ｂとの間で運転指令信号がシリアル伝送される鉄道車両においても、認証部６０と指令加工部３０Ｂを追加して、実施形態の鉄道車両駆動システム１Ｂを導入することができる。
【００３２】
＜変形例２＞
図５は、実施形態の鉄道車両駆動システムの変形例を示す構成図である。
この変形例の鉄道車両駆動システム１Ｃは、指令加工部３０Ｃをソフトウェアにより構成した例である。
車両情報制御装置４０Ｃは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＣＰＵが実行するプログラムを記憶した記憶装置、作業用のメモリ、及び信号の入出力を行うインタフェースを備える。車両情報制御装置４０は、ＣＰＵがプログラムを実行して動作する機能モジュールとして、指令加工部３０Ｃと、車両情報制御部４１とを有する。図５において、指令加工部３０Ｃの内部にはその機能を模式的に表わしている。
【００３３】
指令加工部３０Ｃは、認証部６０から車両情報制御装置４０Ｃのインタフェースを介して運転レベルの情報を入力し、主幹制御器２０から送られる運転指令信号を、運転レベルに応じて変換し、車両情報制御部４１へ送る。
車両情報制御部４１は、本来の車両情報制御装置としての機能を実現する機能モジュールであり、鉄道車両の各種の車載機器を一括して管理し、運転指令信号の入力と鉄道車両の力行及び制動を含んだ種々の駆動制御を行う。
【００３４】
以上のように、変形例の鉄道車両駆動システム１Ｃによれば、認証部６０の認証とソフトウェアにより構成される指令加工部３０Ｃの信号処理によって、操作者ごとに運転内容の可否を切り替えることができる。また、主幹制御器２０と車両情報制御装置４０Ｃとを有する既存の鉄道車両駆動システムがある場合に、認証部６０を加え、車両情報制御装置４０Ｃのソフトウェア構成に指令加工部３０Ｃを加えることで、実施形態の鉄道車両駆動システム１Ｃを構成できる。認証部６０からの情報は、車両情報制御装置４０Ｃのインタフェースの空いているポートから入力したり、新たなポートを通過して入力したりできる。従って、変形例の鉄道車両駆動システム１Ｃにおいても、低いコストで既存の鉄道車両に導入することが可能となる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記実施形態では、認証部がＩＣカードを用いて認証を行う例を示したが、認証方式としては、例えば生体認証、顔認証、暗証コードの入力、その他の種々の方法が採用されてもよい。また、上記実施形態では、認証部が操作者の認証情報からデータベースを参照して操作者の運転レベルを取得する構成を示したが、認証時の識別情報に運転レベルが含まれていてもよいし、識別情報が運転レベルを表わす情報であってもよい。
【００３６】
また、上記実施形態では、認証部６０の認証により電圧分配部１０から主幹制御器２０に動作電圧が供給される構成を一例にとって説明したが、この構成を省略し、認証が無くても電圧分配部１０から主幹制御器２０に動作電圧が供給される構成を採用してもよい。また、認証部６０のデコーダ６３は、指令加工部３０に設けられてもよい。また、指令加工部がシリアル伝送の形式で運転指令信号を入力する構成の場合には、認証部のデコーダは省略され、認証部から指令加工部へデコーダを介さずに運転レベルの情報が送信されてもよい。その他、実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ  鉄道車両駆動システム
１０  電圧分配部
２０、２０Ａ、２０Ｂ  主幹制御器
３０、３０Ｂ  指令加工部
３１  信号入力部
３２  切替部
４０、４０Ｂ  車両情報制御装置
５１、５１Ａ  駆動回路
５２、５２Ａ  制動回路
６０  認証部
６１  カードリーダ
６２  運転レベル情報取得部
６３  デコーダ
６４  通信部
【図１】
2018149964.tif 000003
【図２】
2018149964.tif 000004
【図３】
2018149964.tif 000005
【図４】
2018149964.tif 000006
【図５】
2018149964.tif 000007