(57)【要約】【課題】指令が安全に制御装置に伝わり、解釈され、正しく車両の制御が行われるとともに、少ないコストで実現することにある。【解決手段】主幹制御器１、自動運転装置２と伝送装置３の間に指令装置３０を設けるとともに、指令装置と各車両のインバータ制御装置６、ブレーキ制御装置７を接続するＥＢ指令線３１を設ける。主幹制御器、自動運転装置の出力を指令装置に伝達し、指令装置からの指令は伝送装置、伝送路４、各車両の伝送装置送受信部３’を介して各車両の各制御装置６、７に伝送する。一方、各車両の各制御装置からの状態量は、各車両の伝送装置送受信部、伝送路を介して伝送装置に返送し、指令装置に伝送する。この伝送系において、非常事態が発生した場合には、指令装置がこれを検知し、ＥＢ指令線を介して非常ブレーキ指令を各制御装置に伝送し、各制御装置を安全側に作動させる。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
運転士の扱う主幹制御器または自動運転装置からの指令を伝送装置に入力し、列車内に敷設された伝送路を介して各車両のインバータ制御装置、ブレーキ制御装置に信号を伝送し、列車の速度を制御する鉄道車両の制御伝送方式において、フェイルセーフな演算機構を有する指令装置を設け、前記指令を前記指令装置に送出し、前記指令装置のフェイルセーフな演算機構から前記伝送装置に入力するとともに、前記指令装置と前記各制御装置を接続する非常ブレーキ指令線を設け、異常発生時に前記指令装置から前記各制御装置に前記非常ブレーキ指令線を介して安全側の指令を出すことを特徴とする鉄道車両の制御制御方式。
【請求項２】
請求項１において、指令を受けた制御装置が自身が受信した指令信号を解釈し、その結果を前記伝送路を通じて前記指令装置に戻し、前記指令装置では、自身が出力した結果と、前記指令を受けた制御装置が戻した結果とを照合し、それが合致していることをフェイルセーフな演算機構により判定することを特徴とする鉄道車両の制御制御方式。
【請求項３】
請求項１において、指令を受けた制御装置が自身が受信した指令信号に基づいて当該制御の対象機器を作用させた結果の状態を当該制御装置が認識し、その結果を伝送路を通じて前記指令装置に戻し、前記指令装置では、自身が出力した結果と、前記指令を受けた制御装置が戻した結果とを照合し、それが一定の規則を満たしていることをフェイルセーフな演算機構により判定することを特徴とする鉄道車両の制御伝送方式。
【請求項４】
請求項１において、前記指令装置に第１の演算手段と第２の演算手段および比較手段を設け、前記両演算手段は同一の処理を実行するとともに、両演算部の演算結果を前記比較手段によって比較し、この比較結果が不一致のときは、前記比較手段によって前記前記伝送装置への出力を停止し、前記非常ブレーキ指令線への指令を安全側に出すことを特徴とする鉄道車両の制御伝送方式。
【請求項５】
請求項１において、前記指令装置に速度の変化を入力し、前記指令装置は、車両が停止中であって、ブレーキ指令があるとき、当該速度が０より大きく、または、加速度が０より大きければ、不正現象ありとして判定し、車両が走行中であって、ブレーキ指令のブレーキ圧が所定以上であるとき、減速度が所定減速度より小さければ、不正現象ありとして判定することを特徴とする鉄道車両の制御伝送方式。
【請求項６】
請求項５において、前記指令装置は、前記各制御装置が検知した速度を元に代表速度を推定演算または抽出し、前記代表速度を前記速度として用いることを特徴とする鉄道車両の制御伝送方式。
【請求項７】
請求項６において、前記指令装置は、前記代表速度を前記伝送装置を介して前記各制御装置に伝送することを特徴とする鉄道車両の制御伝送方式。
【請求項８】
請求項１において、前記各制御装置にエラーチェック機能を持たせ、一方、指令装置は、一定の周期で前記各制御装置を検定するための検定用フレームを持ち、前記検定用フレームに内蔵するチェックコードを含み、前記チェックコードには正しいコードを設定するとともに、条件によってそのチェックコードを故意に誤ったコードに設定し、この正誤のコードを前記指令装置から前記伝送装置を介して前記各制御装置のエラーチェック機能に送信し、前記エラーチェック機能の正誤のコードに基づくチェック結果によって前記各制御装置を安全側に作動させることを特徴とする鉄道車両の制御伝送方式。
【請求項９】
請求項８において、前記各制御装置のエラーチェック機能によるチェック結果を前記指令装置に返送し、前記指令装置は前記チェック結果に基づいて前記各制御装置を安全側に作動させることを特徴とする鉄道車両の制御伝送方式。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の制御伝送方式に係り、特に、編成内の制御システム全体を安全に保つための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鉄道車両の制御伝送方式を図２に示す。従来の鉄道車両は、図３に示すように運転士の扱う主幹制御器１または自動運転装置２からの指令は伝送装置３に入力され、列車内に敷設された伝送路４を介して各車の制御装置５に入力される。制御装置５は、主電動機の電流を制御するインバータ制御装置６と、機械ブレーキである空気ブレーキを制御するブレーキ制御装置７を有する。各制御装置５では入力を解釈し、予め決まられた動作シーケンス、特性により、各種の機器を動作させ、加速または減速する。
インバータ制御装置６の代表的な構成を図４に示す。伝送装置３からの電文は制御装置論理部６−１に入力され、その電文は判別部６−１−１で解釈され、これを指令に変換する。シーケンス・パターン発生部６−１−２では、指令に応じて主回路ＳＷ９を投入し、集電装置８からインバータ１０を加圧し、速度に応じて目標電流パターンを定め、基準電流を出力する。一方、主電動機１２に流れる実電流を電流検出器１１により検出し、比較器６−１−３によりその差を求め、この偏差をもとにパルス調整部６−１−４からの出力によってインバータ１０を制御し、フィードバック制御による定電流制御を行う。
また、機械ブレーキを制御するブレーキ制御装置の構成を図５に示す。インバータ制御装置６と同様に伝送装置３からの電文は制御装置論理部７−１に入力され、この電文を判別部７−１−１で解釈し、圧力パターン発生部７−１−２では速度に応じて目標圧力パターンを定め、ブレーキシリンダ１６の圧力（基準圧）を決定する。この値を実際に電空変換弁７−１−３により空気圧に変換し、中継弁１５に入力する。中継弁１５には、元ダメ（圧力源）１４からの空気圧力源が供給されている。また、元ダメ１４には空気圧縮機１３により圧力空気が供給されている。この中継弁１５により、いわば空気圧が増幅され、ブレーキシリンダ１６に指令された圧力が供給される。
これらの各制御装置は、以上述べたようにその中に含まれている論理部で伝送路を通して入力される指令を解釈し、機器を動作させるが、通常、指令を伝送するフレームには誤り検知符号が含まれており、常に誤り検定を行ないながら、指令を正当なものであるかを判断している。
しかし、一般に制御装置は、その論理部にはフェイルセーフな機構を持っておらず、この誤り検定が正しく行なわれている保証は実際にはないのが実情である。これを改善するには、各制御装置に搭載されている論理部にフェイルセーフ機構を持たせれば良いが、フェイルセーフ機構を持たせると一般にハードの規模が２倍以上になり、機器の大型化、価格の上昇という問題があった。また、一部の制御機器で異常が検出されても、その後の処置に対して曖昧さが残り、編成全体としてみた場合の列車制御に対しては、必ずしも統一した処置がとれるとは限らず、制御に不整合が生じるなどの問題点があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、指令が正しく伝わったことを確認する機能は制御装置内の論理部により実行されるが、この論理部自体は一般にフェイルセーフ機構を持たないため、指令が誤って伝わった場合に、必ずその指令を棄却するか否かは保証されていない。したがって、最悪の場合、指令と矛盾する動作をしない保証は無い。その動作が安全側の動きであれば、保安上は問題は無いが、危険側の動作をすることもあり得る。多くの乗客を運ぶ鉄道車両では、運転阻害を起こさないことが重要であるが、それ以上に安全であることが求められる。
【０００４】
そこで、本発明の課題は、指令が安全に制御装置に伝わり、解釈され、正しく車両の制御が行われるとともに、少ないコストで実現するに好適な鉄道車両の制御伝送方式を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、運転士の扱う主幹制御器または自動運転装置からの指令を伝送装置に入力し、列車内に敷設された伝送路を介して各車両のインバータ制御装置、ブレーキ制御装置に信号を伝送し、列車の速度を制御する鉄道車両の制御伝送方式において、フェイルセーフな演算機構を有する指令装置を設け、前記指令を指令装置に送出し、指令装置のフェイルセーフな演算機構から伝送装置に入力するとともに、指令装置と各制御装置を接続する非常ブレーキ指令線を設け、異常発生時に指令装置から各制御装置に非常ブレーキ指令線を介して安全側の指令を出す。
ここで、指令装置に速度の変化を入力し、指令装置は、車両が停止中であって、ブレーキ指令があるとき、当該速度が０より大きく、または、加速度が０より大きければ、不正現象ありとして判定し、車両が走行中であって、ブレーキ指令のブレーキ圧が所定以上であるとき、減速度が所定減速度より小さければ、不正現象ありとして判定する。
ここで、各制御装置にエラーチェック機能を持たせ、一方、指令装置は、一定の周期で各制御装置を検定するための検定用フレームを持ち、検定用フレームに内蔵するチェックコードを含み、チェックコードには正しいコードを設定するとともに、条件によってそのチェックコードを故意に誤ったコードに設定し、この正誤のコードを指令装置から伝送装置を介して各制御装置のエラーチェック機能に送信し、エラーチェック機能の正誤のコードに基づくチェック結果によって各制御装置を安全側に作動させる。また、各制御装置のエラーチェック機能によるチェック結果を指令装置に返送し、指令装置はチェック結果に基づいて各制御装置を安全側に作動させる。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の鉄道車両の制御伝送方式の一実施形態を示すブロック図である。
図１において、主幹制御器１、自動運転装置２の出力に指令装置３０を接続し、指令装置３０は、伝送装置３に接続され、さらに、伝送装置３から伝送路４、各車両の伝送装置送受信部３’を介して各車両のインバータ制御装置６、ブレーキ制御装置７に接続される。また、指令装置３０にはＥＢ（非常ブレーキ）指令線３１を設け、このＥＢ指令線３１を介して指令装置３０と各車両のインバータ制御装置６、ブレーキ制御装置７を接続する。
主幹制御器１、自動運転装置２の出力は指令装置３０に伝達され、指令装置３０からの指令は伝送装置３に送る。そして、伝送装置３からこの指令による電文を伝送路４、各車両の伝送装置送受信部３’を介して各車両のインバータ制御装置６、ブレーキ制御装置７に伝送する。一方、各車両のインバータ制御装置６、ブレーキ制御装置７からの状態量は、伝送路４、各車両の伝送装置送受信部３’を介して伝送装置３に返送し、指令装置３０に伝送する。
また、非常事態が発生した場合には、指令装置３０からＥＢ指令線３１を介して非常ブレーキ指令を各車両のインバータ制御装置６、ブレーキ制御装置７に伝送する。
【０００７】
図６に、本実施形態のインバータ制御装置６の構成を示す。
伝送装置３からの電文は制御装置論理部６−２に入力され、その電文は判別部６−２−１で解釈され、これを指令に変換する。シーケンス・パターン発生部６−２−２では、指令に応じて主回路ＳＷ９を投入し、集電装置８からインバータ１０に電力を供給し、一方、速度に応じて目標電流パターンを定め、基準電流を出力する。また、主電動機１２に流れる主電動機電流（実電流）を電流検出器１１により検出し、比較器６−２−３により基準電流と主電動機電流（実電流）との差を求め、この偏差をもとにパルス調整部６−２−４からの出力によってインバータ１０を制御し、フィードバック制御による定電流制御を行う。
本実施形態のインバータ制御装置６の特徴とするところは、フィードバックする主電動機１２に流れる主電動機電流（実電流）を伝送装置３に返送し、また、集電装置８からインバータ１０に流れる電流を電流検出器３３によって検出し、この電流をパンタ電流として同様に伝送装置３に送ることにある。また、異常発生時には、ＥＢ指令線３１からの指令によってオフリレー３２をオフし、主回路ＳＷ９へのＳＷ投入指令を中断して主回路ＳＷ９を遮断し、集電装置８からインバータ１０への電力供給を断つことにある。
【０００８】
図７に、本実施形態のブレーキ制御装置７の構成を示す。
伝送装置３からの電文は制御装置論理部７−２に入力され、この電文を判別部７−２−１で解釈し、圧力パターン発生部７−２−２では速度に応じて目標圧力パターンを定め、ブレーキシリンダ１６の圧力（基準圧）を決定する。この値をオンオフ機能を持った電磁弁７−２−４に入力し、圧力検出器７−２−５によって検出した電磁弁７−２−４のＢＣ圧（ブレーキシリンダ圧）を比較器７−２−３にフィードバックし、基準圧とＢＣ圧の偏差を電磁弁７−２−４により空気圧力を増減し、ブレーキシリンダ１６を駆動する。ここで、元ダメ（圧力源）１４には空気圧縮機１３から圧力空気が供給されている。
本実施形態のブレーキ制御装置７の特徴とするところは、元ダメ１４とブレーキシリンダ１６を連通させる機能を有するオフ電磁弁３４を設け、ＥＢ指令線３１からの指令によりオフ電磁弁３４を作動させることにある。また、フィードバックするＢＣ圧を伝送装置３へ送ることにある。
もし、ＥＢ指令線３１が無加圧になると、オフ電磁弁３４が非励磁となることによって元ダメ１４の圧力がブレーキシリンダ１６に供給される。これによって、本来の電磁弁７−２−４の出力によるブレーキシリンダ１６の空気圧制御の経路とは別に、直接ブレーキシリンダ１６に必要な空気圧力が加えられ、機械ブレーキ（図示せず）を作動することになる。
ここで、実用性を考慮すると、図８のように、電磁弁７−２−４の出力する制御圧力を中継弁１５に入力し、この制御圧力を一旦中継弁１５で増幅し、ブレーキシリンダ１６に必要な空気圧力を供給するようにしてもよい。
【０００９】
図９に、本実施形態の指令装置３０の構成を示す。
指令装置３０は、主幹制御器１、自動運転装置２の指令を入力し、伝送装置３に出力する演算部Ａ３０−１と、主幹制御器１、自動運転装置２の指令または伝送装置３から返送される状態量について処理を実行する演算部Ａ３０−１と同一の処理を実行する演算部Ｂ３０−２と、両演算部の演算結果をフェイルセーフな機構によって比較する比較部３０−５を有する（この機構については特開平７−３０２２０７号公報を参照）。
本実施形態では、主幹制御器１、自動運転装置２と伝送装置３の間に指令装置３０を設け、指令装置３０の演算部Ａ３０−１、演算部Ｂ３０−２は、ＥＢ（非常ブレーキ）指令線３１を有するとともに、ＥＢ指令線３１をオンオフするそれぞれリレー３０−３，３０−４を有し、正常時はこのリレーをオンしてＥＢ指令線３１を電源から常時加圧しており、演算部Ａ３０−１、演算部Ｂ３０−２が異常を検知した場合には、このリレーをオフしてＥＢ指令線３１を無加圧にする、いわゆるバイタルな形式の極性を採用しているところに特徴がある。
そこで、指令装置３０では、演算部Ａ３０−１から伝送装置３を介して指令を出力したとき、指令を受けた各制御装置６，７が自身が受信した指令信号を解釈し、その結果を伝送路４、伝送装置３を通じて演算部Ａ３０−１と演算部Ｂ３０−２に戻し、指令装置３０が自身が出力した結果と、指令を受けた制御装置６，７が戻した結果とを照合し、それが合致しているか否かを判定する。そして、演算部Ａ３０−１または演算部Ｂ３０−２において照合結果が合致していないときは、ＥＢ指令線３１からの出力を停止させる。
また、指令装置３０では、演算部Ａ３０−１から伝送装置３を介して指令を出力したとき、指令を受けた制御装置６，７が自身が受信した指令信号に基づいて当該制御の対象機器を作用させた結果の状態を当該制御装置が認識し、その結果を伝送路４、伝送装置３を通じて演算部Ａ３０−１と演算部Ｂ３０−２に戻し、指令装置３０が自身が出力した結果と、指令を受けた制御装置６，７が戻した結果とを照合し、それが一定の規則を満たしているか否かを判定する。各制御装置６，７が戻した結果とを照合し、それが合致しているか否かを判定する。そして、演算部Ａ３０−１または演算部Ｂ３０−２において照合結果が一定の規則を満たしていないときは、ＥＢ指令線３１からの出力を停止させる。
また、比較部３０−５では、万一両演算部の演算結果が違った場合、故障検知リレー３０−６を作動し、伝送装置３およびＥＢ指令線３１への出力を停止させる機能を持つ。
【００１０】
以上述べたように、伝送装置３には、各車両のインバータ制御装置６からフィードバックする主電動機電流（実電流）と、電流検出器３３によって検出したパンタ電流を返送し、また、ブレーキ制御装置７からフィードバックするＢＣ圧を返送する。そして、これらの状態量を伝送装置３から指令装置３０に伝える。
図１０に、これらの状態量を使用し、制御の状態を監視する指令装置３０のアルゴリズムを示す。
まず、指令装置３０は主幹制御器１、自動運転装置２の上位から指令されている力行ノッチ、ブレーキノッチを受信する。力行ノッチがオンのとき、パンタ電流が０より大きく、かつ、主電動機電流も０より大きければ、正常であるとして検知する。しかし、パンタ電流と主電動機電流が０であるとき、不正現象ありとして検知する。また、ブレーキノッチがオンのとき、パンタ電流が０より小さいか、または、ＢＣ圧が０より大きければ、正常であるとして検知する。しかし、パンタ電流が０より大きく、かつ、ＢＣ圧が０であれば、不正現象ありとして検知する。つぎに、力行もブレーキも指令されていないとき、ＢＣ圧が０であるとともに、主電動機電流が０であり、かつ、パンタ電流が０であれば、正常であるとして検知する。しかし、これらの状態量が０でないとき、不正現象ありとして検知する。
このアルゴリズムから明らかなように、制御状態の監視は、指令が力行である場合、ブレーキである場合のそれぞれに電流や圧力が出力されることを検定すると同時に、力行もブレーキも指令されていない状態で電流や圧力が０であることを同時に確認することが重要である。これは、例えばセンサがその対象とする状態量が０であるにもかかわらず、ある有限の値を示したり、その逆に、実際の状態量が０であるにもかかわらず、センサの認識がある有限の値を示すなどの故障モードも無いとは言えず、両方のサイドでの検定が必須であることによる。
通常、電車は加速、減速、停止を繰り返すので、制御はオンオフを繰り返すのであり、万一先に述べたようなセンサの故障が発生した場合、これを検知することができる。
【００１１】
もしも、センサの故障を含め、当初の指令と各制御装置６，７を経由して戻ってきた状態量の合理性を判断し、万一、不正な検定結果が発見された場合は、安全上の観点からは、列車を止めることが望ましい。図９に見るように、演算部Ａ３０−１、演算部Ｂ３０−２が異常を検知した場合には、リレー３０−３，リレー３０−４をオフしてＥＢ指令線３１を無加圧にする。
図６に示すインバータ制御装置６では、ＥＢ指令線３１が無加圧になった場合に、ＥＢ指令線３１に接続されているオフリレー３２はコイルが非励磁になり、接点が開路し、主回路ＳＷ９への信号を中断する。その結果、主回路ＳＷ９は開路し、集電装置８とインバータ１０が電気的に分離され、インバータ１０がいかなる誤動作をしようとも、主電動機１２にはエネルギーが供給されることがないため、加速される恐れは無い。
一方、図７、図８に示すブレーキ制御装置では、ＥＢ指令線３１が無加圧になった場合に、オフ電磁弁３４が非励磁となることによって元ダメ１４の圧力がブレーキシリンダー１６に供給される。これによって、本来の電磁弁７−２−４によるブレーキシリンダ１６の空気圧制御の経路とは別に、直接ブレーキシリンダ１６に必要な空気圧力を加えることになる。
【００１２】
本実施形態では、各演算部３０−１，３０−２が不正を検知すると、ＥＢ指令線３１に接続されている上流側のリレー３０−３，３０−４の接点を開き、ＥＢ指令線３１を無加圧にし、また、各演算部３０−１，３０−２が故障して正常、異常の判断がつかなくなることを配慮して、比較部３０−５を持ち、この比較部３０−５は故障検知リレー３０−６に出力しており、万一、故障があった場合は、同じように、ＥＢ指令線３１の上流を遮断し、ＥＢ指令線３１を無加圧にする。これによって、列車全体に無条件に強力なブレーキを作用させることができる。
【００１３】
図１１は、ブレーキが指令された場合、各制御装置６，７が本来のブレーキを出しているかを監視する指令装置３０のアルゴリズムを示す。
まず、指令装置３０が主幹制御器１、自動運転装置２の上位から指令されている力行ノッチ、ブレーキノッチを受信する。ブレーキノッチが常用最大であるとき、各車両のインバータ制御装置６からの主電動機電流値をトルク電流に換算し、このトルク電流によって得られるブレーキ力と、ブレーキ制御装置７からのＢＣ圧によって得られるブレーキ力を合計し、編成での総合的なブレーキ力を求める。つぎに、ブレーキ力の合計値が予め定めた値と一定範囲内で等しければ、リターンし、ブレーキ力の合計値が予め定めた値と一定範囲内で等しく無ければ、不正現象ありとして検知する。この結果、図９に見るように、演算部Ａ３０−１、演算部Ｂ３０−２によってリレー３０−３，リレー３０−４をオフしてＥＢ指令線３１を無加圧にする。
【００１４】
図１２は、本発明の指令装置の他の実施形態を示す。
本実施形態の指令装置３０’は、主幹制御器１、自動運転装置２からの指令ノッチを認識するとともに、速度の変化を捉えて合理性を判断する場合の事例である。指令ノッチの出力または伝送装置３から返送される状態量を入力するところは図９の指令装置３０と同様であるが、速度の変化を入力するところが図９の指令装置３０と異なる。
図１２において、車両に取り付けられた速度発電機３５によって検出した速度を指令装置３０’の演算部Ａ３０’−１、演算部Ｂ３０’−２に直接入力する。
【００１５】
図１３、図１４に、この速度情報を用いた合理性チェックのアルゴリズムを示す。
まず、指令装置３０’が主幹制御器１、自動運転装置２の上位から指令されている力行ノッチ、ブレーキノッチを受信する。停止中のとき、力行ノッチがオンであれば、リターンする。力行ノッチがオンでなく、ブレーキノッチがオンでなければ、リターンする。しかし、力行ノッチがオンでなく、ブレーキノッチがオンであるとき、速度が０より大きく、または、加速度が０より大きければ、不正現象ありとして検知する。
また、停止中でなく、ブレーキ例えば６ノッチ以上であるとき、減速度が例えば２．０ｋｍ／ｈ／ｓより大きければ、リターンする。減速度が例えば２．０ｋｍ／ｈ／ｓより小さければ、不正現象ありとして検知する。
本実施形態では、ノッチ指令がある程度以上の高い値を出しているにもかかわらず、速度の変化が「負」値ではない。また、停止状態でブレーキが作用し、かつ、力行が指令されていない場合に、速度の変化値が≠０となった場合などが異常を検知する代表的な条件となる。このような異常を検知した場合も、ＥＢ指令線３１を無加圧にすることによって全体の安全を確保する。
【００１６】
なお、速度情報について、直接、速度発電機３５から指令装置３０’に入力する事例を示したが、各機器が持っているセンサの検出値を利用することも可能である。例えば、図１５に示すように、インバータ制御装置６は、インバータ周波数の制御のため、ならびに空転制御のために、通常、各電動機毎に速度発電機（図示せず）が附属している。この速度発電機からの速度をシーケンス・パターン発生部６−３−２に入力するとともに、伝送装置３を介して指令装置３０に入力する。また、図１６に示すように、ブレーキ制御装置７は、滑走検知のため、通常各軸毎に速度センサ（図示せず）を設けている。この速度センサからの速度を圧力パターン発生部７−４−２に入力するとともに、伝送装置３を介して指令装置３０に入力する。
このように、各制御装置６，７はこれらの速度値を常に認識しており、伝送装置３には全ての速度情報が集まってくるので、この速度情報を伝送装置３を介して全て指令装置３０に伝送することは可能である。
【００１７】
このように、伝送装置３には、編成内で検出される全ての速度情報が収集されるため、場合によっては一部の情報が違うこともありうる。そこで、速度の代表値を抽出するために、次のような方法をとる。
全ての速度は、誤差が出る可能性として、車輪径の違い、速度センサの分解能の違いによるものが考えられる。その上限、下限を予め定めておき、全体の速度情報の中の中央値からその限度を外れるものを除き、各速度を平均化することによって速度の代表値を抽出する。
なお、力行中は空転の可能性があり、逆に、ブレーキ中は滑走の可能性がある。空転や滑走中は、先ほどのような方法により代表速度を抽出すると、誤った速度を認識する可能性がある。
そこで、速度の抽出方法は、指令ノッチに応じて変更する必要がある。先に例示した方法は、ブレーキも力行も指令されていない状態、すなわち惰行状態の場合に有効な方法である。一方、力行の場合は、速度情報の内から主電動機が接続された軸に附いている速度センサによる速度情報を除いたものをもって速度抽出の際の母集団とすることが必要である。但し、主電動機の接続された軸数が全体の殆どを占める場合は、これを除くと、母集団が非常に限れらてしまうため、抽出結果としての代表値の信頼性が劣ることも考えられる。
そこで、一定の条件の下、主電動機軸の速度も代表速度抽出の際の母集団として使用する。この条件としては次のようなものがある。すなわち、全ての軸からの速度を用いて推定するが、各軸の速度の変化値がある一定値以上になった場合は、抽出すべき母集団から除く。一旦除かれた軸は、代表速度とほぼ同一になった場合に初めて母集団に再参入する。
ブレーキの場合は、力行時と異なり、全ての軸で滑走が発生する可能性があるので、特定の軸を評価の母集団から除くという方法は採れない。そこで、ブレーキ指令中は、全ての軸を使用して代表速度を算出する。但し、減速度が一定値以上になった軸から検出される速度は母集団から外す。代表速度は残りの母集団から決定する。具体的には平均値をもって代表速度とすることも、中央値をもって代表速度とすることもある。
【００１８】
以上述べたアルゴリズムを図１７に示す。
まず、指令装置３０’は、現在指令中のノッチ、各制御装置６，７からの速度情報を受信する（１）。力行中であれば（２）、全ての速度観測値の内、主電動機が接続された軸の速度を除く（３）。（３）で求めた速度観測値の内、中央値の例えば５％以上離れた値を除く速度観測値を平均する（４）。この平均値を代表速度とする（５）、つぎに、力行中で無く、ブレーキ中であれば（２，６）、全ての速度観測値の内、最も高い値から例えば５％以上低いか、速度変化率が例えば５ｋｍ／ｈ／ｓを超えている観測値を除外する（７）。残った観測値を平均し、これを代表速度とする（８）。つぎに、力行中で無く、ブレーキ中で無ければ（２，６）、全ての速度観測値の中央値の例えば５％以上離れた値を除く速度を平均する（９）。（９）の平均値を代表速度とする。
いずれの場合も、母集団の中で外れ値は除いて評価する必要があり、例えば故障して走行中もゼロとなったセンサを除くなどの処置は必要である。
これらの代表速度を図１３，図１４のアルゴリズムで使用する（１１）。また、この代表速度を逆に各制御装置６，７に伝送し、編成全体を代表する速度として各制御装置６，７で使用する（１２）。
本実施形態によれば、指令の状態に応じ、以上述べた方法により代表速度を算出し、この速度やその変化をもって指令と列車速度との合理性を常にチェックすることによって列車システムとして安全な状態を保つことが可能である。
また、図１７に示すアルゴリズムの最後に示すように、本実施形態では、この代表速度を逆に各制御装置６，７に伝送し、編成全体を代表する速度として各制御装置６，７で使用することが可能であるため、例えば、各制御装置６，７には、速度情報が従来であれば、自装置が制御する範囲のセンサによる速度情報しか使用することはできないが、先の代表速度を送ることによって滑走、空転などの影響を除去した代表速度が得られることになり、この情報を使用することによってインバータの制御または機械ブレーキの制御をより高度なものにすることが可能である。
【００１９】
次に、本発明の他の実施形態として指令装置の検定用フレームによる異常検知について説明する。
指令装置３０では、上述した通常のノッチを指令するフレームの外に、検定用フレームを一定周期で各制御装置６，７に送信する。
図１８に、伝送のフレーム構成を簡略化して示す。送信元アドレス（ＳＡ）と送信先アドレス（ＤＡ）に続き、情報部（Ｉ１，Ｉ２）が続き、最後にはフレーム検定用のコード（ＦＳＣ）が付加される。さらに、情報部の先頭にはデータの区別をつける部分が区分されており、図１９、図２０に示すように、通常のフレームでは「Ａ」という記号、検定用フレームでは「Ｂ」という記号が割当てられ、区別される。
【００２０】
指令装置３０は、この記号を用途に応じて設定して送信する。この検定用フレームは、通常のフレームと同じ構成であり、フレームの最後部にはチェックコード（ＦＳＣ）が付加される。検定用フレームが通常のフレームと異なるのは、このチェックコードを常に正しいものとして送るとは限らないことである。指令装置３０はダミーフレームとして正常なチェックコードを付加して送る。各制御装置６，７には、フレームのデータが正しいかを検定するためにチェックコードを調べる機能を設ける。
図２１に、各制御装置６，７の中のチェックコードを調べる機能（エラーチェック機能）ブロック図を示す。
エラーチェック機能によってフレーム内のデータが常に正しいか監視する。万一、誤っていた場合、これによって制御を行うのは危険であると判断されるため、最終的に異常を示すリレー（図示せず）などを動作させ、安全側の制御を行う。
図２１では、図７，図８のオフ電磁弁３４または図６のオフリレー３２に出力結果を割り当てている。
図２１において、フレームを受信したとき、フレームが検定用であるかを判断し、もし検定用フレームであれば、エラーチェック機能のチェック結果を論理積４０に入力するとともに、伝送装置３を経由して指令装置３０に返送する。論理積４０の出力は交流アンプ４１に入力し、オフ電磁弁３４またはオフリレー３２を作動する。
【００２１】
指令装置３０は、図２２に示すアルゴリズムで動作する。このアルゴリズムは、検定用フレームに限って適用される。
まず、指令装置３０は検定用フレームのチェックコード（ＦＣＳ）に正しい値を設定し、当該フレームを送信する（１）。そして、受信した制御装置では、自身が持つチェック機能を使い、検定結果を指令装置３０に返送する（２）。指令装置３０は制御装置が検定した結果が正であるか、誤であるかを判断する（３）。フレームを検定した結果、正しいという結果が制御装置から返送されてきた場合、指令装置３０は、今度は敢えて誤ったチェックコード（ＦＣＳ）を設定し、フレームを送信する（４）。受信した制御装置では、自身が持つチェック機能を使い、検定結果を指令装置３０に返送するが（５）、この場合、制御装置は誤っているという結果を返送してくる筈である。もし、そうなれば、また最初に戻り（６）、正しいチェックコードを送るという動作を繰り返す。
その結果、図２１で記述した図中の論理積４０の入力には、常時、「正」、「誤」が繰り返される状態になる。論理積４０では、これは実際には「１」、「０」の電気信号の繰り返しになり、これを交流アンプ４１によって増幅すれば、最終のオフリレー３２やオフ電磁弁３４にエネルギーが供給され、これを扛上させることになる。
このように、伝送装置３やエラーチェック機能を含んだ大きなクローズドループによって論理が交番して動作しており、万一、このループの中で故障などにより、出力が固定されてしまうような現象が起こると、この交番は停止に至り、その結果、先ほどのリレーの扛上維持ができなくなり、リレーは落下する。
このリレーの出力を先の実施形態で述べた図６のオフリレー３２に連動させ、動作させる構成にすれば、インバータ制御装置６を安全側に停止させることができる。また、同じく図７あるいは図８に述べたオフ電磁弁３４そのもの、あるいは連動して作用させる構成をとれば、ブレーキ制御装置７を安全側に作動させることができる。
ところで、本来、指令と列車の速度の変化に矛盾がある場合は、運転士が感覚によって判断することが可能であるが、機械主体の制御を行っている場合は、運転士が気づくのが送れる可能性があり、また、無人運転の場合は、指令所などで速度を監視していなければ、異常のケースを判断することが難しいので、このような運転形態の時に、本実施形態は特に有効である。
【００２２】
なお、本発明の実施形態では、指令装置３０を独立した装置として示されているが、伝送装置３の中に含まれても良いし、また、もともとフェイルセーフ機構を有している自動列車制御装置などの中に設けても良い。
また、説明の簡単のため、本発明の実施形態としてノッチという離散的な指令を前提に説明したが、指令がアナログ量、連続量である場合も本発明を適用することは可能である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、各制御装置がフェイルセーフ機構を持たなくても、伝送路上の一箇所にフェイルセーフ性を有する装置を設けることにより、編成全体の安全性を飛躍的に向上させることが可能である。
また、伝送路上の一箇所にフェイルセーフ性を有する装置を設けるのみで編成全体の安全性の向上を図ることができるので、経済的にコストを安くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉄道車両の制御伝送方式の一実施形態を示すブロック図
【図２】従来の編成の指令方式を説明するブロック図
【図３】従来の制御伝送方式を説明するためのブロック図
【図４】従来のインバータ制御装置のブロック図
【図５】従来のブレーキ制御装置のブロック図
【図６】本発明のインバータ制御装置のブロック図
【図７】本発明のブレーキ制御装置のブロック図
【図８】本発明のブレーキ制御装置のブロック図
【図９】本発明の指令装置のブロック図
【図１０】本発明の指令装置内のアルゴリズムを説明する図
【図１１】本発明の指令装置内のアルゴリズムを説明する図
【図１２】本発明の指令装置の他の実施形態を示すブロック図
【図１３】本発明の他の指令装置内のアルゴリズムを説明する図
【図１４】本発明の他の指令装置内のアルゴリズムを説明する図
【図１５】本発明の他のインバータ制御装置のブロック図
【図１６】本発明の他のブレーキ制御装置のブロック図
【図１７】本発明の他の指令装置内のアルゴリズムを説明する図
【図１８】本発明の他の実施形態による伝送路上のフレーム構成の説明図
【図１９】本発明の他の実施形態による伝送路上のフレーム構成の説明図
【図２０】本発明の他の実施形態による伝送路上のフレーム構成の説明図
【図２１】本発明の他の実施形態による各制御装置のエラーチェック機能に関するブロック図
【図２２】本発明の他の実施形態による指令装置内のエラーチェック機能に関するアルゴリズムを説明する図
【符号の説明】
１…主幹制御器、２…自動運転装置、３…伝送装置、３’…伝送装置送受信部、４…伝送路、５…制御装置、６…インバータ制御装置、７…ブレーキ制御装置、８…集電装置、９…主回路ＳＷ、１０…インバータ、１１…電流検出器、１２…主電動機、１３…空気圧縮機、１４…元ダメ（圧力源）、１５中継弁、１６…ブレーキシリンダ、３０，３０’…指令装置、３１…ＥＢ（非常ブレーキ）指令線、３２…オフリレー、３３…電流検出器、３５…速度発電機、４０…論理積、４１…交流アンプ
６−２…制御装置論理部、６−２−１…判別部、６−２−２…シーケンス・パターン発生部、６−２−３…比較器、６−２−４…パルス調整部、７−２…制御装置論理部、７−２−１…判別部、７−２−２…圧力パターン発生部、７−２−３…比較器、７−２−４…電磁弁、７−２−５…圧力検出器、
３０−１…演算部Ａ、３０−２…演算部Ｂ、３０−３，３０−４…リレー、３０−５…比較部、３０−６…故障検知リレー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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