(57)【要約】【課題】非インテリジェント機器を含む車両機器のために設置する伝送ノードの信頼性を向上させる。【解決手段】本発明は、電気車の運転台および運転室内に配設された機器並びに各車両に搭載された機器から各車両毎に設けられた車両情報装置に伝送ノードを介して信号情報を収集する情報伝送システムに関する。伝送ノードはそれぞれ同一入出力信号を並列処理する２つの伝送信号処理系を備えるとともに、両伝送信号処理系によって処理された両入出力信号を照合チェックし、照合の結果、異常が無かったときはいずれか一方の伝送信号処理系の信号出力を行ない、異常が発見されたときは安全側の信号出力を行なうフェールセーフ回路（２８１）を備える。【選択図】  図２
2005027368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気車の運転台および運転室内に配設された機器並びに各車両に搭載された機器から各車両毎に設けられた車両情報装置に伝送ノードを介して信号情報を収集する情報伝送システムにおいて、前記伝送ノードはそれぞれ同一入出力信号を並列処理する２つの伝送信号処理系を備えるとともに、両伝送信号処理系によって処理された両入出力信号を照合チェックし、照合の結果、異常が無かったときはいずれか一方の伝送信号処理系の信号出力を行ない、異常が発見されたときは安全側の信号出力を行なうフェールセーフ回路を備えたことを特徴とする電気車の情報伝送システム。
【請求項２】
請求項１に記載の情報伝送システムにおいて、前記フェールセーフ回路を有する伝送ノードが二重化され、これら二重化された各伝送ノードはそれぞれ互いに同等な機能を有し、両伝送ノードは常時その一方のみが使用され、使用中の伝送ノードにおける両伝送信号処理系の入出力信号の不一致が前記フェールセーフ回路によって検出されたとき、他方の正常な伝送ノードに切り換えて伝送機能を継続させることを特徴とする電気車の情報伝送システム。
【請求項３】
請求項２に記載の情報伝送システムにおいて、前記同等な機能を持つ２つの伝送ノードは、常時相手の伝送ノードの動作を相手の伝送ノードのフェールセーフ回路出力により相互に監視し、一方の伝送ノードの異常が他方の伝送ノードにより発見されたとき前記一方の伝送ノードの機能を前記他方の伝送ノードがバックアップするとともに、前記他方の伝送ノードは一方の前記伝送ノードの異常内容を表す情報を前記車両情報装置へ伝送することを特徴とする電気車の情報伝送システム。
【請求項４】
請求項２または３に記載の情報伝送システムにおいて、前記両伝送ノードの一方が異常になったとき、前記車両情報装置は前記異常を記録し、前記伝送ノードの検査および修理の少なくとも一方を促す表示およびアナウンスの少なくとも一方を出力する手段を備えていることを特徴とする電気車の情報伝送システム。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれか１項に記載の情報伝送システムにおいて、同一車両内の各伝送ノードに動作電力を供給する電源回路も二重化されていることを特徴とする電気車の情報伝送システム。
【請求項６】
請求項２ないし５のいずれか１項に記載の情報伝送システムにおいて、各車両毎に、各伝送ノードとは別置きで二重化された車両内各伝送ノードが共有する二重化された電源ユニットを備えていることを特徴とする電気車の情報伝送システム。
【請求項７】
請求項２ないし６のいずれか１項に記載の情報伝送システムにおいて、前記電源ユニットは、２組の電源回路の出力電圧をダイオードを介して付き合わせて各伝送ノードに動作電圧を供給するとともに、前記各電源回路の電圧低下を監視する電圧低下監視手段を備えていることを特徴とする電気車の情報伝送システム。
【請求項８】
請求項７に記載の情報伝送システムにおいて、前記電源ユニットにも二重化された伝送ノードを備え、前記電源ユニットに備えられた伝送ノードは２組の電源回路の出力電圧を監視するとともに、その電圧監視情報を常時、前記車両情報装置へ伝送する電圧監視手段を備えていることを特徴とする電気車の情報伝送システム。
【請求項９】
請求項８に記載の情報伝送システムにおいて、前記車両情報装置は、前記電源ユニットに設置した伝送ノードから電源異常の旨の電圧監視情報を受け取ったとき、いずれの電源回路が異常であるかを記録し、異常になった電源回路の検査および修理の少なくとも一方を促す表示およびアナウンスの少なくとも一方を出力する手段を備えていることを特徴とする電気車の情報伝送システム。
【請求項１０】
請求項７ないし９のいずれか１項に記載の情報伝送システムにおいて、前記２組の電源回路の出力端と前記ダイオードとの間にそれぞれ介挿されたスイッチ接点と、前記スイッチ接点の開放時および閉成時の、前記ダイオードおよび前記スイッチ接点の接続点の電圧と前記ダイオードの出力端の電圧との比較結果に基づいて前記ダイオードの短絡故障を検出し、短絡故障の検出により短絡故障を起こしたダイオードに直列の電源回路を遮断させる短絡検出手段とを備えたことを特徴とする電気車の情報伝送システム。
【請求項１１】
請求項２ないし４のいずれか１項に記載の情報伝送システムにおいて、二重化された伝送ノードの第１の伝送ノードには電源ユニットの第１の電源回路から動作電圧を供給し、二重化された伝送ノードの第２の伝送ノードには二重化された電源ユニットの第２の電源回路から前記第１の電源回路とは別個独立に動作電圧を供給し、各伝送ノード内に電源電圧監視回路を設け、第１の電源回路の電圧は前記第２の伝送ノードが監視し、前記第２の電源回路の電圧は前記第１の伝送ノードが監視し、常時、前記第１の電源回路から動作電圧が供給される第１の伝送ノードが伝送機能を果たし、前記第１の電源回路の故障が前記第２の伝送ノードによって検出されたとき、前記第２の電源回路から動作電圧が供給される第２の伝送ノードが伝送機能を果たすとともに、前記第２の伝送ノードが前記車両情報装置へ監視情報を伝送することにより、前記車両情報装置側から、異常になった電源回路の検査および修理の少なくとも一方を促す表示およびアナウンスの少なくとも一方を出力することを特徴とする電気車の情報伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気車の運転台および運転室内に配設された機器並びに各車両に搭載された機器から各車両毎に設けられた車両情報装置に伝送ノードを介して信号情報を収集する情報伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電気車における非インテリジェント機器、すなわち、それ自体にデータ処理機能を持っていない機器の入出力信号は、信号伝送の信頼性向上のために、従来、直接車両情報装置へディジタル入出力信号として引き込むか、二重化した伝送装置を介して伝送されていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電気車の車両情報装置は、配線の削減・効率化に伴い、単一の伝送路で複数の信号を同時に伝送する情報多重化が進んでいる。インテリジェント機器に該当しない接点やスイッチ、センサなどの動作を入力情報としたり、接点や、ランプ、ブザーなどの出力信号として車両情報装置に取り込むために、非インテリジェント機器に伝送ノードを付設し、情報多重伝送路を介して信号入出力の伝送を行なう方式が実施されている。しかし、電気車の非インテリジェント機器の入出力信号の処理においては、運転台や運転室内からの車両の運転や走行のために必要な入力信号や、異常ないし警報を知らせる信号など、伝送ノードを経由させることにより、車両情報装置に直接入出力を導入する場合と比較し信頼性を損なったり、入出力信号が途絶えたりすることがあってはならない。
【０００４】
したがって本発明は、非インテリジェント機器のために設置する伝送ノードにおいても信頼性を向上させ得る、電気車の情報伝送システムを提供することを目的とする。
【０００５】
【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に係る発明の電気車の情報伝送システムは、電気車の運転台および運転室内に配設された機器並びに各車両に搭載された機器から各車両毎に設けられた車両情報装置に伝送ノードを介して信号情報を収集する情報伝送システムにおいて、伝送ノードはそれぞれ同一入出力信号を並列処理する２つの伝送信号処理系を備えるとともに、両伝送信号処理系によって処理された両入出力信号を照合チェックし、照合の結果、異常が無かったときはいずれか一方の伝送信号処理系の信号出力を行ない、異常が発見されたときは安全側の信号出力を行なうフェールセーフ回路を備えたことを特徴とする。この構成によれば、伝送ノード内に２台のＣＰＵを持ち、伝送回路およびインタフェース回路を経由した入出力信号を照合チェックし、照合異常があった場合、安全側の出力を行なうフェールセーフ処理を行なうので、入出力信号を誤りなく伝えることができる。
【０００６】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の情報伝送システムにおいて、請求項１に記載の情報伝送システムにおいて、フェールセーフ回路を有する伝送ノードが二重化され、これら二重化された各伝送ノードはそれぞれ互いに同等な機能を有し、両伝送ノードは常時その一方のみが使用され、使用中の伝送ノードにおける両伝送信号処理系の入出力信号の不一致がフェールセーフ回路によって検出されたとき、他方の正常な伝送ノードに切り換えて伝送機能を継続させることを特徴とする。この構成によれば、照合異常や、伝送ノードのハードウェア異常等で入出力信号を途絶えさせないために、前述のフェールセーフ機能を持つ回路を二重化し、第１系が異常な場合、すぐに安全側出力を出して止めてしまわず、同等な機能を持つ正常な第２系側に切り換えて機能を継続することができる。
【０００７】
請求項３に係る発明は、請求項２に記載の情報伝送システムにおいて、同等な機能を持つ２つの伝送ノードは、常時相手の伝送ノードの動作を相手の伝送ノードのフェールセーフ回路出力により相互に監視し、一方の伝送ノードの異常が他方の伝送ノードにより発見されたとき一方の伝送ノードの機能を他方の伝送ノードがバックアップするとともに、他方の伝送ノードは一方の伝送ノードの異常内容を表す情報を車両情報装置へ伝送することを特徴とする。この構成によれば、同等な機能を持つ二つの伝送系は、常時相手の伝送系の動作を相互に監視を行い、異常時には機能をバックアップするだけでなく、相手の伝送系の故障内容を車両情報装置側へ伝送することができる。
【０００８】
請求項４に係る発明は、請求項２または３に記載の情報伝送システムにおいて、両伝送ノードの一方が異常になったとき、車両情報装置は異常を記録し、伝送ノードの検査および修理の少なくとも一方を促す表示およびアナウンスの少なくとも一方を出力する手段を備えていることを特徴とする。この構成によれば、車両情報装置側は、どの伝送ノードのどちらの系が異常になったかが分かるため、車両情報システムとしての機能は、バックアップ側が動作し、正常に継続されていても両伝送系共故障になる前に、故障を記録し、伝送ノードの検査、交換を要求するアナウンスを発することができる。
【０００９】
請求項５に係る発明は、請求項２ないし４のいずれか１項に記載の情報伝送システムにおいて、同一車両内の各伝送ノードに動作電力を供給する電源回路も二重化されていることを特徴とする。この構成によれば、フェールセーフ機能を持つ回路を二重化しても、伝送ノードの電源異常により、両系共機能しなくなる事態を回避することができる。
【００１０】
請求項６に係る発明は、請求項２ないし５のいずれか１項に記載の情報伝送システムにおいて、各車両毎に、各伝送ノードとは別置きで二重化された車両内各伝送ノードが共有する二重化された電源ユニットを備えていることを特徴とする。この構成によれば、ノンインテリ機器に設置する伝送ノードは、狭い運転台、運転室内に配置することもあり、各伝送ノードごとに二重化した電源を持つことは、スペースから、制約が大きい。そこで、伝送ノードのスペースを最小限にすることができる。
【００１１】
請求項７に係る発明は、請求項２ないし６のいずれか１項に記載の情報伝送システムにおいて、電源ユニットは、２組の電源回路の出力電圧をダイオードを介して付き合わせて各伝送ノードに動作電圧を供給するとともに、各電源回路の電圧低下を監視する電圧低下監視手段を備えていることを特徴とする。この構成によれば、電源を二重化した際、二つの電源を各伝送ノードに配線すると、車両内の配線が増えてしまう。そこで電源ユニットは、２台の電源の出力をダイオードにより、付き合わせることにより１台の電源電圧が低下しても、他方の電源が正常であれば、各ノードヘの電源供給は、正常に行なうことができる。
【００１２】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の情報伝送システムにおいて、電源ユニットにも二重化された伝送ノードを備え、電源ユニットに備えられた伝送ノードは２組の電源回路の出力電圧を監視するとともに、その電圧監視情報を常時、車両情報装置へ伝送する電圧監視手段を備えていることを特徴とする。この構成によれば、二重化後の電源電圧が正常で、各伝送ノードが正常動作しても、１台の電源の電圧が低下、出力異常が発生していることがあるため、電源ユニットに設置した伝送ノードが２台の電源の出力監視情報を常時、車両情報装置側へ伝送することができる。
【００１３】
請求項９に係る発明は、請求項８に記載の情報伝送システムにおいて、車両情報装置は、電源ユニットに設置した伝送ノードから電源異常の旨の電圧監視情報を受け取ったとき、いずれの電源回路が異常であるかを記録し、異常になった電源回路の検査および修理の少なくとも一方を促す表示およびアナウンスの少なくとも一方を出力する手段を備えていることを特徴とする。この構成によれば、車両情報装置側は、電源ユニットに設置した伝送ノードから電源異常検知情報を受け取ると、どちらの電源が異常であるかを記録し、表示・文字等でアナウンスする。
【００１４】
請求項１０に係る発明は、請求項７ないし９のいずれか１項に記載の情報伝送システムにおいて、２組の電源回路の出力端とダイオードとの間にそれぞれ介挿されたスイッチ接点と、スイッチ接点の開放時および閉成時の、ダイオードおよびスイッチ接点の接続点の電圧とダイオードの出力端の電圧との比較結果に基づいてダイオードの短絡故障を検出し、短絡故障の検出により短絡故障を起こしたダイオードに直列の電源回路を遮断させる短絡検出手段とを備えたことを特徴とする。この構成によれば、電源二重化回路のダイオードの短絡故障を検出することができる。
【００１５】
請求項１１に係る発明は、請求項２ないし４のいずれか１項に記載の情報伝送システムにおいて、二重化された伝送ノードの第１の伝送ノードには電源ユニットの第１の電源回路から動作電圧を供給し、二重化された伝送ノードの第２の伝送ノードには二重化された電源ユニットの第２の電源回路から第１の電源回路とは別個独立に動作電圧を供給し、各伝送ノード内に電源電圧監視回路を設け、第１の電源回路の電圧は第２の伝送ノードが監視し、第２の電源回路の電圧は第１の伝送ノードが監視し、常時、第１の電源回路から動作電圧が供給される第１の伝送ノードが伝送機能を果たし、第１の電源回路の故障が第２の伝送ノードによって検出されたとき、第２の電源回路から動作電圧が供給される第２の伝送ノードが伝送機能を果たすとともに、第２の伝送ノードが車両情報装置へ監視情報を伝送することにより、車両情報装置側から、異常になった電源回路の検査および修理の少なくとも一方を促す表示およびアナウンスの少なくとも一方を出力することを特徴とする。この構成によれば、ダイオード短絡故障の検出試験の前にどちらの電源が異常であるかを伝送ノードから車両情報装置へ検出情報として提供した後、表示出力や音声出力などで報知し、電源の確認や交換等を要求することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
＜全体構成例＞
図１は本発明による情報伝送システムの全体構成例を示すものである。図１の構成例では、４両連結の電気車の各車両に、当該車両内の種々の動作状態情報を収集したり車両内各機器に動作指令情報を与えたりする車両情報装置１０が設けられている。これらの車両情報装置のうち、前後両端の車両の車両情報装置は車両情報中央装置１０ａ，１０ｄとして構成され、また、それ以外の中間車両の車両情報装置は車両情報端末装置１０ｂ，１０ｃとして構成されている。前後両端の車両の車両情報中央装置１０ａ，１０ｄは車両の進行方向に従い、例えば列車の運転や走行、保安等、主として運転手が扱う事項に関する情報信号の入出力を先頭車両の車両情報中央装置１０ａが中央装置として処理し、空調や照明、サービス関係、ドア開閉制御等、車掌が扱う事項に関する情報信号の入出力を後尾車両の車両情報中央装置１０ｄが中央装置として処理する。各車両情報装置１０（車両情報中央装置１０ａ，１０ｄと車両情報端末装置１０ｂ，１０ｃの総称）間は、伝送幹線１１ａ，１１ｂ，１１ｃによって接続されている。各車両内において、各車両情報装置から、多重化された各車両内の入出力（Ｉ／Ｏ）信号を処理する伝送回線１２が導出されている。
【００１７】
各車両毎に図示の例では非インテリジェント機器用の４個の伝送ノード（ＴＮ）１３１〜１３４のほかに、伝送ノード付き電源ユニット（ＳＮ）２０を備えており、各伝送ノードは各車両毎に伝送回線１２を介して結線されている。電源ユニット２０は各車両毎に１組ずつ設けられ、その中に伝送ノード１３５（図３，４参照）を含むとともに、同一車両内の各伝送ノード１３１〜１３４および伝送ノード１３５に例えばＤＣ２４Ｖの動作電力を供給する。ここで説明する電源ユニット２０は、後述のごとく、車両からＤＣ１００Ｖを受電してＤＣ２４Ｖに変換し、同一車両内の各伝送ノードに伝送ノード電源線１４を介して動作電力として供給する。各伝送ノードは、図２を参照して説明するように、伝送回線１２に接続するための伝送コネクタのほかに、信号入出力（Ｉ／Ｏ）コネクタおよび電源入力コネクタを備えている。車両情報装置の内部構成については図３を参照して説明する。
【００１８】
＜伝送ノードの構成例＞
図２は、本発明のフェールセーフ機能を持つ二重化された伝送ノードの構成例を示すブロック図である。図２は、図１における伝送ノード１３１〜１３４のそれぞれの内部構成を示すものである。
【００１９】
ここでは二重化システムの一方を第１系と称し、他方を第２系と称することにする。図の上部に第１系の伝送ノード２０１が示され、下部に第２系の伝送ノード２０２が示され、中央部に両伝送ノードに共通の電源部１００が示されている。第１系および第２系の伝送ノード２０１，２０２は実質的に同一構成を持っており、両者はその一方のみが選択的に使用される。第１系および第２系の両伝送ノード２０１，２０２は電源回路部、伝送信号回路部、および伝送制御回路部のいずれにおいても互いに独立しており、常時、相互に他方の伝送ノードの正常／異常を監視している。第１系および第２系は、両者が健全な通常時はいずれか一方、例えば第１系の伝送ノード２０１のみが選択的に使用され、使用中のこの伝送ノード２０１に異常を生じたら他方の健全な第２系の伝送ノード２０２に切り換えて使用する。
【００２０】
伝送ノードの内部構成を第１系について説明すれば、ここにはマスタ／スレーブの関係で２組の伝送ＣＰＵ２３１（Ｍ１）および２３２（Ｓ１）を備えており、マスタ側では、伝送コネクタ２１１の端子Ａ１０，Ｂ１０と第１系入出力信号側コネクタ２６１との間に、スイッチ接点２９３，２９４を介して第１のトランシーバ２２１、第１系マスタ（Ｍ１）を構成する伝送ＣＰＵ２３１、両系共通のバス制御部２４１、および第１系バス（Ｍ１）２５１が順次設けられている。スレーブ側では、スイッチ接点２９３，２９４を介して第２のトランシーバ２２２、第１系スレーブ（Ｓ１）を構成する伝送ＣＰＵ２３２、バス制御部２４１、および第１系バス（Ｓ１）２５２が設けられている。
【００２１】
両伝送ＣＰＵ２３１，２３２には発振器（ＯＳＣ）２７１から共通のクロック周波数信号が供給される。バス制御部２４１にはフェールセーフ回路２８１が接続されている。車両情報装置１０からの入出力情報、および第１系入出力情報信号側コネクタ２６１からの入力情報はそれぞれマスタ側とスレーブ側とで並列的に処理され、フェールセーフ回路２８１で照合チェックされる。照合の結果、一致すれば伝送正常としてマスタ側が伝送ノード２０１を代表して信号伝送する。照合の結果、不一致であれば、第１の実施の形態に従う場合、フェールセーフ回路２８１の判断によりマスタ側またはスレーブ側の、フェールセーフ側となる信号出力を行なう。第２の実施の形態に従う場合は、第１系の伝送ノード２０１が「伝送異常」であるとしてフェールセーフ回路２８１がフェールセーフ信号ＦＳ１を出力して第１系の伝送ノード２０１から第２系の伝送ノード２０２への切換が行なわれる。この切換の場合、フェールセーフ信号ＦＳ１が第１系から第２系にフォトカプラ１１６を介して送られるとともに、接点２９３，２９４を開いて信号処理を中止する。なお、第１系と第２系とが機能を交換する場合もあり得ることであって、第２系が常用されている場合に、第２系に異常を生じたときは、第２系から第１系へと切換が行なわれるとともに、接点２９３，２９４が開かれる。接点２９３，２９４が閉じられている限り、後述の電源供給が行なわれている限り、信号出力は行なわれないにしても入力処理は行われる。
【００２２】
伝送系の終端となる伝送ノードにはそれぞれ伝送路のインピーダンスマッチングをとるために両端子Ａ１０，Ｂ１０間にバス制御部２４１によって制御操作される接点２９１を介して終端抵抗２９２が接続される。伝送路の中間に設けられる伝送ノードには終端抵抗が不要なので、直列の接点２９１を開にして終端抵抗２９２が機能しないようにする。伝送信号路に直列に接続される接点２９３，２９４はフェールセーフ回路２８１から出力されるフェールセーフ信号ＦＳ１によって操作される。
【００２３】
第２系の伝送ノード２０２も第１系の伝送ノード２０１と同様の内部構成を持っており、同一機能素子には同一符号を付して、その詳細説明は省略する。ただし、第２系の伝送ノード２０２の伝送コネクタは伝送コネクタ２１２と称し、第２系入出力信号側コネクタは第２系入出力信号側コネクタ２６２と称することにし、第２系の伝送コネクタ２１２の内部端子はＡ２０，Ｂ２０と称する。また、第２系のフェールセーフ回路２８１から出力されるフェールセーフ信号をＦＳ２と称している。
【００２４】
第１系の伝送コネクタ２１１の端子Ａ１０，Ｂ１０と第２系の伝送コネクタ２１２の端子Ａ２０，Ｂ２０との間は、第１系のバス制御部２４１によって開放制御される接点１０１、伝送線１０３、および第２系のバス制御部２４１によって制御される接点１０２を介して接続されている。第２系の伝送ノード２０２は、端子Ａ２０，Ｂ２０に直接接続されるのではなく、伝送線１０３に接続されている。
【００２５】
電源部１００は電源入力コネクタ１１０を介してＤＣ２４Ｖの直流電力を電源ユニット２０から受電し、第１系の伝送ノード２０１と第２系の伝送ノード２０２に別々にＤＣ５Ｖの動作電力を供給するものであって、第１系と第２系とで別々に、ノイズフィルタ１１１，１２１およびＤＣ／ＤＣコンバータ１１２，１２２を備えており、ＤＣ／ＤＣコンバータ１１２，１２２においてＤＣ２４ＶからＤＣ５Ｖに変換したＤＣ電圧の動作電力を、第１系では５Ｖ電源線１１３およびアース線１１４を介して第１系の伝送ノード２０１に供給し、第２系では５Ｖ電源線１２３およびアース線１２４を介して第２系の伝送ノード２０２に供給する。５Ｖ電源線１１３，１２３の電圧はそれぞれ低電圧検出回路１１５，１２５により監視され、所定値以下、例えば定格電圧から−５％（＝４．７５Ｖ）以下に低下したら電圧低下検出信号を、フォトカプラ１１６，１２６を介して他系の伝送ノードのバス制御部２４１に送出する。電圧低下検出信号を受けたバス制御部２４１は自系の伝送ノードを有効にすべく、自系のスイッチ接点１０２および２９１を開放する。
【００２６】
電源入力コネクタ１１０から入力されたＤＣ２４Ｖの直流電力は各信号用コネクタ１０５にも供給され、これを通して、動作電源を必要とする図示していない各種機器の動作電源として供給される。
【００２７】
フェールセーフ回路２８１から出力されるフェールセーフ信号ＦＳ１，ＦＳ２は、それぞれ自系のスイッチ接点２９３，２９４を開放して自系の伝送ノード２０１または２０２を除外するとともに、前述のフォトカプラ１１６，１２６を介して互いに他系の伝送ノード２０２，２０１のバス制御部２４１に送出され、互いに他系の伝送ノードへの切換を実行する。二重化に係る第１系および第２系の伝送ノード２０１，２０２は通常は第１系の伝送ノード２０１が伝送機能を果たしており、待機状態の第２系の伝送ノード２０２は、マスタおよびスレーブともに受信は可能であるが、送信はできないようにしている。フェールセーフ回路２８１により伝送異常が検出され、またはＬＶＤにより電圧低下（電源異常）が検出された場合は、スイッチ接点２９３，２９４を開いてその伝送ノードを伝送回路から切離す。
【００２８】
電気車の伝送ノードの入出力には、車両の走行や安全のために必要不可欠な信号が数多く存在する。車両の走行や安全のために必要な入出力信号は図示していないインタフェース回路を経由して入力され、それを誤りなく伝送するために、各伝送ノードは、図２に示すようなマスタ／スレーブの関係にある２組の伝送ＣＰＵ２３１，２３２を持ち、さらに第１系と第２系による二重系とすることにより冗長性を持たせ、伝送コネクタ２１１，２１２を介して伝送される入出力信号をフェールセーフ回路２８１により照合チェックし、ハードウェアの故障や信号異常発生に対処するフェールセーフ機能を実現する。
【００２９】
一方の系が故障したまま起動を始めた後、他方の系が異常になると、その時点で装置全体として機能不全の状態になるため、一方の系に故障を生じた際には、他方の系に切換えて運転を継続するとともに、故障を起こした系の故障箇所と故障内容を迅速に特定し、修理する必要がある。そのため、伝送ノード内の第１系と第２系は、フェールセーフ回路２８１による相互監視機能を持ち、相手系の異常を健全な系の伝送ノードを介して車両情報装置１０に報告し、異常の表示やアナウンスをしてもらうことにより、故障系の修理を促さねばならない。例えば、第１系が故障した場合、独立して動作している第２系側の伝送ノードが、入出力信号の伝送機能を引き継ぐだけでなく、第１系側の故障内容を車両情報装置１０に報告する。というのは、故障を生じた場合、故障を生じた系の伝送ノードは自ら故障を検出することができない上に、たとえ故障検出ができたとしても、そのことを正確に車両情報装置１０へ伝え得る可能性は低いからである。そこで、第１系と第２系は互いに相手系の機能が正常であるかどうかを監視し、相手系が正常でなくなったとき、すなわち相手系が異常になったとき、自系が相手系の機能を引き継ぐとともに、相手系が異常である旨を伝送ノードを介して車両情報装置１０へ報告する。これに関連して、待機系である第２系が待機中に異常になってしまうと、二重系の冗長性が発揮できなくなるため、第１系は第２系の正常／異常を常時監視し、第１系の機能をいつでも引き継ぐことができるようにする。
【００３０】
＜車両情報装置の構成例＞
図３は、フェールセーフ機能を持ち二重化された図１の５組の伝送ノード１３１〜１３５を含む車両情報装置１０（車両情報中央装置１０ａ，１０ｄおよび車両情報端末装置１０ｂ，１０ｃの総称とする）の構成例をブロック図で示したものである。各車両情報装置１０は第１系および第２系毎にルータ１５１，１５２を有し、第１系または第２系が選択的に使用される。各ルータ１５１，１５２は複数の信号伝送系ＴＣを順次切り換えて信号伝送を行なう。車両情報装置１０と各伝送ノード１３１〜１３５は伝送回線１２を介してリング状に接続されている。
【００３１】
電源ユニット２０は車両からのＤＣ１００Ｖの電源電圧を、各系別に、遮断器２１，２２を介して受電し、ノイズフィルタ（ＮＦ）２３，２４によりノイズを低減し、さらにＤＣ／ＤＣコンバータ２５，２６によりＤＣ２４Ｖに変換した動作電圧を、逆流防止ダイオード２７，２８を介して突き合わせ、さらに伝送ノード電源線１４を介して各伝送ノード１３１〜１３４並びに電源ユニット２０内の伝送ノード１３５に供給する。
【００３２】
車両内の伝送ノード１３１〜１３５は、図示のように、電源ユニット２０からＤＣ２４Ｖの動作電力の供給を受ける。各伝送ノード毎に完全な電源装置を備えることにすると伝送ノードの体積が大きくなり、電気車の運転台内や運転室内等の狭いスペースへの配置が困難になる。そこで、二重化した電源ユニットを別置きすることにより、伝送ノードないし全体の体積を抑えることができる。電源が単一（一重）であると、たとえ伝送ノードが二重化されていても、電源異常のみで車両全体が機能不全となってしまう。それを回避するため、本実施の形態では電源も二重化している。この構成では、常時は２系統の電源帰路のうち一方のみで給電し、給電中の電源回路が故障したら他方の健全な電源回路に切換えて給電を継続するとともに、故障した電源回路を切離して修理を行なう。
【００３３】
各伝送ノードにおいて、内蔵のＤＣ／ＤＣコンバータ１１２，１２２によりＤＣ２４ＶからＤＣ５Ｖへの変換を行い、自系の伝送ノード２０１，２０２への動作電力の供給を行なう。ここでは、図２におけるトランシーバおよび伝送ＣＰＵを総合して信号伝送系ＴＣと表現している。電源装置は二重化するだけでなく、図３には示していないが、電源監視回路を持ち、電源電圧の異常すなわち電圧低下を検出する。電圧低下検出時には、伝送ノードと同様に故障部を特定し修理を促さねばならないため、電源ユニット２０にも伝送ノード１３５を設け、監視情報を常時、車両情報として車両情報装置１０に伝送する。
【００３４】
＜電源ユニットの構成例１＞
図４は、図３の電源ユニット２０の詳細構成例を示すものである。伝送ノード１３５は、第１系の伝送ノード２０１と第２系の伝送ノード２０２に二重化されており、機能的には、信号伝送系３１と電圧監視モジュール３２とからなっている。信号伝送系３１自体の内部構成は、図３のものと変わりがない。電源電圧監視モジュール３２は、第１系および第２系に別々にそれぞれＤＣ／ＤＣコンバータ２５，２６の直流出力電圧の低下を検出する低電圧検出回路（ＬＶＤ）３２１，３２２、およびその検出出力を電気的に絶縁して信号伝送系にその切換のために伝送するフォトカプラ３３１，３３２を備えている。ＬＶＤ３２１，３２２において、それぞれＤＣ／ＤＣコンバータ２５，２６の直接の直流出力電圧が、ダイオード２７，２８の共通出力端から出力される健全な電圧と比較され、例えば定格値から−５％（＝２２．８Ｖ）以下に低下したらフォトカプラ３３１，３３２を介して自系および他系の伝送ノード２０１，２０２に電圧低下検出信号を出力し、伝送ノードと同様に表示出力や音声出力等を通して故障部を特定し、修理を促す。そのため電源ユニット２０にも二重化された伝送ノード３１を設け、監視情報を常時、車両情報として車両情報装置１０に伝送する訳である。ＬＶＤ３２１，３２２により電圧低下が検出されたら、遮断器２１，２２により電圧低下を来した電源回路から健全な電源回路へと切り換える。
【００３５】
＜電源ユニットの構成例２＞
図５は、図４の電源ユニット２０の他の構成例を示すブロツク図である。本図の例では、電源ユニット部にダイオード診断手段を備えている。ここでは、図４の装置との比較において変更されている部分のみについて説明する。図５の例では、ＤＣ／ＤＣコンバータ２５，２６とダイオード２７，２８との間にＬＶＤ３２３，３２４によりフォトカプラ３３１，３３２を介して開閉できるスイッチ接点３４，３５を備えており、その開閉と協働してダイオード２７，２８の短絡故障を検出する。すなわち、フェールセーフ二重化伝送ノード２３５は、変更された電圧監視モジュール３３を備えている。電源ユニット２０内のＤＣ／ＤＣコンバータ２５，２６とダイオード２７，２８との間にそれぞれＬＶＤ３２３，３２４の動作出力によりフォトカプラ３３１，３３２を介して開放される常閉接点３４，３５が直列に接続されている。ＬＶＤ３２３，３２４には、接点３４，３５の出力側で検出されるＤＣ／ＤＣコンバータ２５，２６の出力電圧と、共通接続された両ダイオード２７，２８の出力側の電圧とが入力され、ＬＶＤ３２３，３２４はそれぞれ二つの入力電圧の比較結果に従って電圧低下検出を行なう。
【００３６】
各ＤＣ／ＤＣコンバータ２５，２６が正常であることを前提として、ダイオード２７，２８が正常（非短絡）であれば、スイッチ接点３４，３５の一方を開いたとき、開いたスイッチ接点に直列のダイオードの両端に電圧差が生じるので、それを開いた方の接点に係るＬＶＤ３２３または３２４によって低電圧として検出することができる。しかしながら、ダイオード２７，２８に短絡を生じていれば、スイッチ接点３４，３５の一方を開いたとき、開いたスイッチ接点に直列のダイオードの両端に電圧差が生じないので、開いた方の接点に係るＬＶＤ３２３または３２４は低電圧を検出することがない。したがって、スイッチ接点を開いたにも拘わらず、低電圧を検出することができなければ、そのスイッチ接点に直列のダイオードが短絡故障を生じているものと推定することができる。この短絡故障情報は、車両情報装置１０へと伝送され、大事に至る前に未然に処置をするために利用される。
【００３７】
以上の短絡故障検査を実施するにあたり、両スイッチ接点３４，３５を同時に開いてしまうと、伝送ノードに対して電源供給をすることができるはずであるにも拘わらず電源供給が絶たれ、伝送ノードが機能不全となってしまうので、そのような事態を起こさないように注意しなければならない。
【００３８】
＜電源ユニットの構成例３＞
図６は、電源二重化回路にダイオード回路を使用せず、各ＤＣ／ＤＣコンバータ２５，２６の出力電圧を別々にそれぞれの伝送ノード２０１，２０２に接続する例を示すものである。他の部分の構成は図４の回路に準ずる。この場合、電源ユニット部の第１系は第１系の伝送ノード２０１のみに、電源ユニット部の第２系は第２系の伝送ノード２０２にのみに給電する。これによっても、二重化の目的を達成することができる。この場合、ＬＶＤ３２１，３２２はそれぞれ自系の直流出力電圧を監視し、電圧低下を検出したら検出出力を出し、遮断器２１，２２により電源回路の切換を行なう。
【００３９】
【発明の効果】
電気車の運転台、運転室内、および各車両の非インテリジェント機器の信号入出力において配線の削減化・効率化のため、本発明の異常検出機能付フェールセーフ回路および二重化伝送ノードにより多重化することにより、伝送ノードを経由することにより信頼性を損なったり入出力が途絶えたりすることがなく、高度の信頼性を保つことができる。また、車両の機能を継続して監視し、故障発生時には故障箇所を特定して、検査や交換作業等の処置を迅速に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の全体構成例を示す接続図。
【図２】図１における伝送ノードの構成例を示すブロック図。
【図３】図１における伝送ノード１回線分の構成例を示すブロック図。
【図４】図１における電源ユニットの構成例１を示すブロック図。
【図５】図１における電源ユニットの構成例２を示すブロック図。
【図６】図１における電源ユニットの構成例３を示すブロック図。
【符号の説明】
１０  車両情報装置
１０ａ，１０ｄ  車両情報中央装置
１０ｂ，１０ｃ  車両情報端末装置
１１ａ〜１１ｃ  伝送幹線
１２  伝送回線
１３１〜１３５  伝送ノード（ＴＮ）
１４  伝送ノード電源線
２０  電源ユニット（ＳＮ）
２１，２２  遮断器
２３，２４  ノイズフィルタ（ＮＦ）
２５，２６  ＤＣ／ＤＣコンバータ
２７，２８  ダイオード
３２，３３  電圧監視モジュール
３２１〜３２４  低電圧検出回路（ＬＶＤ）
３３１，３３２  フォトカプラ
２０１，２０２  伝送ノード
１００  電源回路
１０５  信号用コネクタ
１１０  電源入力コネクタ
１１１，１２１  ノイズフィルタ（ＮＦ）
１１２，１２２  ＤＣ／ＤＣコンバータ
１１４，１２４  低電圧検出回路（ＬＶＤ）
１１５，１２５  フォトカプラ
２１１，２１２  伝送コネクタ
２２１，２２２  トランシーバ
２３１，２３２  伝送ＣＰＵ
２４１  バス制御部
２６１，２６２  入出力信号側コネクタ
３２１〜３２４  低電圧検出回路
３３１，３３２  フォトカプラ
【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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