(57)【要約】  安全リレーを共通電源に直列に接続するための第１の安全ループを備えた分散安全モニタリングシステム。安全リレーのいずれかを開くことは、安全ループに置かれた電流検出器によって検出することができる。各安全リレーはローカルモニタリングデバイスの一部であり、このローカルモニタリングデバイスはローカル電源とテスト回路を備えていて、共通電源から独立して安全リレーのローカルテストを可能にしている。従って、安全リレーは同時にテストすることができる。
2012503185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両用の安全モニタリングデバイスであって、
安全関係信号を発信するセンサと、
２つの主端子および前記主端子間の電気的接続を開閉する制御端子をもつ少なくとも第１の安全リレーと、
少なくとも第１のテスト回路であって、前記テスト回路は、
テスト電源と、
テスト電流検出デバイスと、
動作モードと第１のテストモードの間に安全モニタリングデバイスをスイッチングして、第１のテストモードにあるとき、第１の安全リレーの主端子がテスト電源と電流検出デバイスの間に接続され、他方動作モードにあるときは、第１の安全リレーの主端子がテスト電源から切り離されるようにする第１のテストスイッチ手段と、
を含むものと、
センサと、第１の安全リレーの制御端子と、第１のテストスイッチ手段と、テスト電流検出デバイスとに接続された制御デバイスであって、前記制御デバイスは、
第１のテストモードと動作モードの間に安全モニタリングデバイスのスイッチング制御する手段と、
安全関係信号をモニタリングし、安全モニタリングデバイスの動作モードにあるとき安全関係信号に応じて第１の安全リレーを開閉する手段と、
を含むものと、
を備えたことを特徴とする安全モニタリングデバイス。
【請求項２】
制御デバイスは、さらに、事前に決めたスイッチングシーケンスに従って第１の安全リレーを開閉し、第１のテストモードにあるときのスイッチングシーケンス期間の電流検出デバイスの応答に応じてテスト結果を出力する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の安全モニタリングデバイス。
【請求項３】
安全リレーは固体素子リレーであることを特徴とする請求項１および請求項２のいずれかに記載の安全モニタリングデバイス。
【請求項４】
第１のテストスイッチ手段は、
テスト電源の正端子と安全リレーの第１の主端子の間に第１のテスト回路の上流側ブランチを開閉する上流側テストスイッチと、
安全リレーの第２の主端子とテスト電源の負端子に接続された安全モニタリングデバイスのアースの間に第１のテスト回路の下流側ブランチを開閉する下流側テストスイッチと、
含むことを特徴とする請求項１、２および３のいずれかに記載の安全モニタリングデバイス。
【請求項５】
テスト電流検出デバイスは回路の第２のブランチに置かれていることを特徴とする請求項４に記載の安全モニタリングデバイス。
【請求項６】
テスト電源はＤＣ電源であり、第１のテスト回路の上流側ブランチは電流がテスト電源の正端子に向かって流れるのを防止するダイオードを備えていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の安全モニタリングデバイス。
【請求項７】
第１の安全リレー、第１のテストスイッチ手段およびテスト電流検出デバイスは、制御デバイスがテスト回路から電気的に絶縁されることを保つ光結合器を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の安全モニタリングデバイス。
【請求項８】
さらに、
２つの主端子および第２の安全リレーの主端子の間の電気的接続を開閉する制御デバイスに接続された制御端子をもつ第２の安全リレーと、
第２のテストモードと動作モード間に安全モニタリングデバイスをスイッチングして、第２のテストモードにあるとき、第２の安全リレーの主端子がテスト電源とテスト電流検出デバイスの間に接続され、他方、動作モードにあるときは、第２の安全リレーの主端子がローカルテスト電源から切り離されるようにする制御デバイスに接続された第２のテストスイッチ手段を備えた第２のテスト回路と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載された安全モニタリングデバイス。
【請求項９】
第１の安全リレーの開は制御デバイスによって発信されるＡＣ制御信号の中断によってトリガされ、第２の安全リレーの開は制御デバイスによって発信されるＤＣ制御信号によってトリガされることを特徴とする請求項８に記載の安全モニタリングデバイス。
【請求項１０】
電流検出デバイスは第１のテスト回路と第２のテスト回路とに接続された電流検出器を含むことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の安全モニタリングデバイス。
【請求項１１】
分散安全モニタリングシステムであって、
請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載した複数の分散安全モニタリングデバイスと、
複数の分散安全モニタリングデバイスの第１の安全リレーをそれぞれの主端子を介して直列に相互接続する少なくとも第１の安全ループと、
第１の安全ループに接続された共通電源と、
複数の安全モニタリングデバイスの第１の安全リレーの少なくとも１つの開を検出するために安全ループに接続された共通電流検出器と、
を備えたことを特徴とする分散安全モニタリングシステム。
【請求項１２】
分散安全モニタリングシステムであって、
請求項８乃至請求項１０のいずれかに記載の複数の安全モニタリングデバイスと、
複数の分散安全モニタリングデバイスの第１の安全リレーをそれぞれの主端子を介して直列に相互接続する第１の安全ループと、
複数の安全モニタリングデバイスの第２の安全リレーをそれぞれの主端子を介して直列に相互接続する第２の安全ループと、
第１の安全ループと第２の安全ループに電力を供給する共通電源と、
複数の分散安全モニタリングデバイスの第１の安全リレーと第２安全リレーの少なくとも一方の開を検出する電流検出デバイスと、
備えたことを特徴とする分散安全モニタリングシステム。
【請求項１３】
共通電源は、分散安全モニタリングデバイスのテスト電源から絶縁されていることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の分散安全モニタリングシステム。
【請求項１４】
第１の安全リレーは制御端子に制御信号が現れていないときは開いていることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３のいずれかに記載の分散安全モニタリングシステム。
【請求項１５】
複数のボギー台車および請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の安全モニタリングシステムを備えた鉄道車両であって、各ボギー台車は安全モニタリングシステムの安全モニタリングデバイスの少なくとも１つを備えていることを特徴とする鉄道車両。
【請求項１６】
請求項１１乃至請求項１４のいずれかに記載の安全モニタリングシステムをテストする方法であって、複数の分散安全モニタリングデバイスの第１のテスト回路は第１のテストモードに同時にスイッチされて第１のテストを実行することを特徴とする方法。
【請求項１７】
請求項１２乃至請求項１４のいずれかに記載の安全モニタリングシステムをテストする方法であって、複数の分散安全モニタリングデバイスの第１のテスト回路が同時にテストモードにスイッチされる第１のステップと、複数の分散安全モニタリングデバイスの第２のテスト回路が同時にテストモードに第２のテストモードにスイッチされる第２の後続ステップとを含むことを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は分散安全システム(distributed safety monitoring system)に関し、さらに具体的には、鉄道車両における振動モニタリングデバイスなどのような分散安全デバイスを接続するための安全ループを備えた安全システムに関する。また、本発明はそのような安全ループで使用される安全モニタリングデバイスおよびそのようなシステムをテストする方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両用の振動モニタリングシステムは特許文献１、特許文献２および特許文献３から公知である。１つまたは２つ以上の加速度計(accelerometer)、好ましくは、三軸(tri-axial)加速速度計は列車配列構成(train consist)上の遠隔ロケーションに置かれた中央信号処理ユニットに接続されている。このタイプの構成は、ブレーキ、ボギー台車(bogies)または客車ボディ(car body)のような特定の車両サブシステムを診断目的にモニタリングするのに適していることが実証されている一方で、安全コンポーネントに要求されるレベルの安全性と信頼性が得られていない。特に、加速度計から遠隔処理ユニットへの加速度信号の伝送は、不十分な信号対雑音比(signal to noise ratio)の影響を受けることがある。さらに、一方の加速度計または中央信号処理ユニットの故障が検出されないままのことがある。不安定検出デバイスを実現する既存の試みはセンサ(例：加速度計)および遠隔ソフトウェアベースの処理ユニットに基づいているが、これは、非特許文献１が要求する安全性と信頼性を満たす能力が欠けているので、安全であると証明することができない。不安定のリスクはこのようなデバイスの設置によって減少するが、他方では、不安定な走行期間のモニタリングデバイスの未検出誤作動が依然として起こり得るので、０まで減少させることは不可能である。
【０００３】
安全ループ(safety loop)を介して相互接続されたローカルモニタリングユニットをベースとする分散安全モニタリングシステムはこの分野で公知である。このようなシステムを鉄道車両で使用する例は、ドアが閉じたことをモニタリングしたり、ブレーキの作動または客車(coach)の未連結をモニタリングしたりする場合に知られている。
【０００４】
特許文献４によれば、列車の全長に渡っている制御回路構成が提供されており、これは、安全鉄道操作の要求条件に従って、未連結操作を遠隔に制御し、モニタリングすること、客車のブレーキ制御デバイスを遠隔に制御すること、およびその操作と絶縁を自己モニタリングすることのために役立っている。これは、列車のトラクションユニットにおいて、絶縁モニタに動作可能に接続された中央スイッチオフメカニズムを含み、絶縁モニタの方は、回路構成の故障(breakdown)または回路構成における障害(fault)を表示するように動作状態にあるアラームに接続されており、このアラームはスイッチメカニズム用の条件モニタ(condition monitor)にも接続されており、その条件モニタは列車が操作される方法が中央スイッチオフメカニズムのセット状態に対応しているかどうかを検知するのに役立ち、未結合インパルストランスミッタとブレーキインパルストランスミッタは各々がそれぞれ条件モニタおよびスイッチオフメカニズムに接続されており、電源とデッドマンズハンドル(deadman handle)は各々がそれぞれスイッチオフメカニズムに接続されている。中央スイッチオフオフメカニズムは安全ループに接続された検知デバイスを含み、安全ループは客車のすべてに渡り、客車のすべてに渡って制御回路を提供するのに適しており、これによって列車の完全性がモニタ可能になっている。
【０００５】
特許文献５は、列車の全長に渡っている安全回路構成を開示している。安全ループモニタリングデバイスは、アクチュエータに直列接続された安全ループ内のブレーカコンタクトを操作に先立ってテストするための定電流ソースを使用している。安全ループ内の異なる位置に置かれた少なくとも２つの電流センサがテストプロシージャにおいて使用されている。アクチュエータは順次にテストされ、テスト時間はアクチュエータの数と列車のサイズと共に過度に増加している。
【０００６】
特許文献６は、高電圧ＤＣ電源によって電力供給される電気モータ車両用のリレー溶融検出器(relay fusion detector)を開示している。この車両は電源から負荷回路への電流の供給を実行または中断する主電気機械的リレー(main electromechanical relay)を備えている。主リレーの開閉は中央処理ユニット（ＣＰＵ）を備えたリレーコイルによって駆動される。リレーは、高電圧ＤＣ電源の正端子と負端子に永久接続されペアの正と負の電源側端子およびペアの正および負の負荷側端子をもっている。テスト回路はリレーの正負荷側端子と高電圧ＤＣ電源の中間端子の間に接続されている。テスト回路はテスト回路の開閉のためのテストスイッチに直列になったテスト電流検出器を含んでいる。主リレーをテストするためには、テストスイッチが閉じられ、主リレーコイルが主リレーを開閉するために電力供給され、テスト回路内の電流が電流検出器で検出される。このデバイスは、１つの主リレーだけがモニタリングされるときは効率的であると実証されているが、他方では、共通電源に直列の複数の安全リレーを含む安全ループで使用することが困難になっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】第ＤＥ１００２０５１９号明細書
【特許文献２】第ＤＥ１００２０５２０号明細書
【特許文献３】第ＤＥ１００２０５５２１号明細書
【特許文献４】第ＧＢ１３４５９５５号明細書
【特許文献５】第ＤＥ１００２６８３６Ｃ１号明細書
【特許文献６】第ＥＰ１２５６４８０号明細書
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】ＣＥＮＥＬＥＣ標準ＥＮ５０１２６−ＥＮ５０１２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、モニタリングシステム自体の未検出誤動作を防止し、スタートアップ手順を過度に長引かせない安全モニタリングシステムが依然として要求されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は従来技術の上述した欠点を解決することを目的としている。本発明の一側面によれば、鉄道車両用の安全モニタリングデバイスが提供され、その安全モニタリングシステムは、
安全関係信号を発信するセンサと、
２つの主端子および電気的接続を開閉する制御端子をもつ少なくとも第１の安全リレーと、
少なくとも第１のテスト回路であって、
テスト電源と、
テスト電流検出デバイスと、
動作モードと第１のテストモードの間に安全モニタリングデバイスをスイッチングし、第１のテストモードにあるときは、第１の安全リレーの主端子がテスト電源と電流検出デバイスの間に接続され、他方、動作モードにあるときは、第１の安全リレーの主端子がテスト電源から切り離されるようにする第１のテストスイッチ手段と、
を含む第１のテスト回路と、
センサに、第１の安全リレーの制御端子に、第１のテストスイッチ手段におよびテスト電流検出デバイスに接続された制御デバイスであって、
第１のテストモードと動作モードの間の安全モニタリングデバイスのスイッチングを制御する手段と、
安全関係信号をモニタリングし、安全リレーの動作状態にあるとき安全関係信号に応じて第１の安全リレーを開閉するための手段と、
を含む制御デバイスと、
を備えている。
【００１１】
安全リレーの主端子は、少なくとも動作モードにあるときは、外部電源におよび安全リレーの開閉を検出する検出器に接続されている安全ループに接続可能である。第１のテスト回路は、第１のテストモードにあるとき第１の安全リレーをローカルにテストするための手段となるものである。従って、このような複数の安全モニタリングデバイスを含む安全ループでは、すべての安全リレーを同時にテストすることができるので、テスト時間が大幅に減少している。
【００１２】
好ましい実施形態によれば、制御デバイスは、あらかじめ決めたスイッチングシーケンスに従って第１の安全リレーを開閉し、第１のテストモードにあるときのスイッチングシーケンスの期間に電流検出デバイスの応答に応じてテスト結果を出力する手段をさらに含んでいる。スイッチングシーケンスはCLOSE−OPEN‐CLOSEシーケンスにすることも、必要ならばもっと高度なシーケンスにすることもできる。
【００１３】
安全モニタリングデバイスが鉄道車両のボギー台車上のようなハード環境で使用される場合には、安全リレーは固体素子リレー(solid state relay)、すなわち、可動部品のないリレーであることが好ましい。
【００１４】
好ましい実施形態によれは、第１のテストスイッチ手段は、
テスト電源の正端子と安全リレーの第１の主端子の間に第１のテスト回路の上流側ブランチを開閉するための上流側テストスイッチと、
安全リレーの第２の主端子とテスト電源の負端子に接続された安全モニタリングデバイスのアースの間に第１のテスト回路の下流側ブランチを開閉するための下流側テストスイッチと、
を含んでいる。
【００１５】
テスト電流検出デバイスはこの回路の第２のブランチに置かれていることがある。
【００１６】
好ましくは、テスト電源はＤＣ電源であり、第１のテスト回路の上流側ブランチはテスト電源の正端子に向かって電流が流れるのを防止するダイオードを備えている。
【００１７】
上流側および下流側のテストスイッチは、好ましくは、制御デバイスがテスト回路の第１の安全リレーから絶縁されるのを保つ光結合器(optocoupler)である。同じ理由で、テスト電流検出デバイスと第１の安全リレーも光結合器を含んでいる。
【００１８】
冗長性を大にするために、安全モニタリングデバイスは、さらに、
２主端子と、第２の安全リレーの主端子間の電気的接続を開閉するための制御デバイスに接続された制御端子とをもつ第２の安全リレーと、
第２のテストモードと動作モードの間に安全モニタリングデバイスをスイッチングして、第２のテストモードにあるとき、第２の安全リレーの主端子がテスト電源とテスト電流検出デバイスの間に接続され、他方、動作モードにあるときは、第２の安全リレーの主端子がローカルテスト電源から切り離されるようにする制御デバイスに接続された第２のテストスイッチ手段と、
を備えている。
【００１９】
好ましい実施形態によれば、第１の安全リレーの開は、制御デバイスによって出されるＡＣ制御信号の中断(interruption)によってトリガされ、他方、第２の安全リレーの開は制御デバイスによって出されるＤＣ制御信号によってトリガされる。
【００２０】
好ましくは、電流検出デバイスは、第１のテスト回路におよび第２のテスト回路に接続された電流検出器を含んでいる。
【００２１】
本発明の別の側面によれば、分散安全モニタリングシステムが提供され、そのシステムは、
前述したような複数の分散安全モニタリングデバイスと、
複数の安全モニタリングデバイスの第１の安全リレーをそれぞれの端子を介して直列に相互接続する少なくとも第１の安全ループと、
第１の安全ループに接続された共通電源と、
複数の分散安全モニタリングデバイスの第１の安全リレーうちの少なくとも１つの開を検出するために安全ループに接続された共通電流検出器と、
を備えている。
【００２２】
本発明の別の側面よれば、分散安全モニタリングシステムが提供され、そのシステムは、
２つの安全リレーを備えた複数の分散安全モニタリングデバイスと、
複数の安全モニタリングデバイスの第１の安全リレーをそれぞれの端子を介して直列に相互接続する第１の安全ループと、
複数の安全モニタリングデバイスの第２の安全リレーをそれぞれの端子を介して直列に相互接続する第２の安全ループと、
第１の安全ループと第２の安全ループに電源を供給する共通電源と、
複数の分散安全モニタリングデバイスの第１の安全リレーと第２の安全リレーのうちの少なくとも一方の開を検出するための電流検出デバイスと、
を備えている。
【００２３】
好ましい実施形態によれば、共通電源は複数の分散安全モニタリングデバイスのテスト電源から絶縁されている。従って、テストモードにあるとき共通電源をスイッチオフする必要がない。
【００２４】
好ましくは、第１の安全リレーのいずれか１つの開は、電流センサによって検出される電流の中断に対応している。このようなケースでは、１つの安全モニタリングデバイス自体に故障が起ると、対応する安全リレーも開くことになる。従って、第１の安全リレーは、制御端子に制御信号が現れないときも開いていることが好ましい。
【００２５】
本発明の別の側面によれば、前述したように複数のボギー台車と安全モニタリングシステムを備えた鉄道車両が提供されており、そこでは各ボギー台車は安全モニタリングシステムの安全モニタリングデバイスの少なくとも１つを備えている。使用されるセンサは、加速度センサ(acceleration sensor)または他のタイプの安全関係センサにすることができる。
【００２６】
本発明の別の側面によれば、前述したような安全モニタリングシステムをテストする方法が提供されており、そこでは複数の分散安全モニタリングデバイスの第１のテスト回路は、第１のテストモードに同時にスイッチングされて第１のテストを実行する。従って、初期テストを実行するための時間は短く、安全ループ内の複数の安全モニタリングデバイスから独立している。安全モニタリングシステムが２つの安全ループを含む場合は、本発明の方法は、好ましくは、複数の分散安全モニタリングデバイスの第１のテスト回路がテストモードに同時にスイッチングされる第１のステップと、複数の分散安全モニタリングデバイスの第２のテスト回路が第２のテストモードに同時にスイッチングされる第２の後続テストとを含んでいる。同時テストは、２安全ループが直列でない場合にも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明の他の利点および特徴は、非限定な例としてのみ示され、添付図面に表された本発明の特定の実施形態の以下の詳細説明に明示されている。添付図面において、
【図１】本発明による不安定モニタリングデバイスを示すブロック図である。
【図２】図１の不安定モニタリングデバイスのカップルの自己テスト可能マイクロ電気機械的加速度計を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａ乃至図３Ｋは図１の不安定モニタリングデバイスによる加速度信号の処理を示す図である。
【図４Ａ】図１の不安定モニタリングデバイスの固体素子安全リレーのテストのために使用されるテスト回路を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａの変形実施形態を示す図である。
【図５Ａ】図１に図示したタイプの複数の不安定モニタリングデバイスを含む不安定モニタリングシステムを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａの変形実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１を参照して説明すると、ボギー台車１２の不安定のモニタリングに専用される不安定モニタリングデバイス１０は、ボギー台車フレーム１８に固定されたボックス１６内にマウントされた印刷回路基盤(printed circuit board)１４を含んでいる。この回路基盤１４は、２つの同一の横方向加速度計(lateral accelerometer)２２Ａ、２２Ｂを主入力として、２つの固体素子安全リレーを主出力としてもつプログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）２０の周りに構築されている。システムは、必要な電源回路２６の他に、温度センサ２８、クロック回路３０、監視回路(watchdog circuit)３２、テスト要求のための入力端３４および不安定通知のための出力端３６も備えている。
【００２９】
図２に図示の２つの横方向加速度センサ２２Ａ、２２Ｂは、好ましくは、ＭＥＭＳ(Micro- Electro-Mechanical System)タイプになっている。このタイプの加速度計はこの分野では周知である（例えば、VTI  TechnologiesのSCA 1000参照）。加速度計２２Ａ、２２Ｂは、支持つなぎ鎖(supporting tether)２２２によって基板上に吊り下げられたポリシリコン桁の形体をした慣性質量(inertia mass)を含んでいる。基板にほぼ平行である桁２２１は、基準軸Ｘ‐Ｘに沿って延長され、桁の軸に直交する方向に桁から離れるように延びている複数のプレート２２３を備えている。桁２２１とプレート２２３は軸Ｘ−Ｘに沿って基板に対して横方向に移動可能になっている。これらの可動プレート２２３の各々は、桁２２１に直交し、基板に対して固定されている２つのポリシリコンプレート２２４間に位置している。各可動プレート２２３および可動プレートの両側の固定プレート２２４は差動キャパシタセル(differential capacitor cell)２２５を形成している。これらのセルは付加的に差動キャパシタを形成している。ポリシリコンの代わりに、加速度計は、単結晶シリコンのようにこの分野で知られた他の材料で作られることもある。
【００３０】
このような差動キャパシタで加速度を検知するには種々の手法が使用可能である。可動プレート（例えば、質量と共に移動可能）は各々が静止位置にある２固定プレート間の中央に位置している。可動プレートの一方の側のすべての固定プレートは電気的に一緒に結合され、充電され、可動プレートの他方の側のすべての固定プレートも電気的に一緒に結合され、充電されている。基準軸に沿った外部の力／加速度に応答して、質量は可動プレートと共に一方または他方の固定プレート群の方向に移動するので、異なるプレート間のキャパシタンスが変わり、電気信号が発生する。固定プレート上のこの信号は増幅され、処理されて出力端子２２６に送られる。
【００３１】
センサ２２Ａ、２２Ｂの正しい動作を検証するために、自己テスト入力端子２２８が設けられている。自己テストをアクチベートすると、基準軸Ｘ−Ｘに平行なテスト可能方向に階段関数力(step function force)が加速度計２２に加えられる。さらに具体的には、自己テスト入力端子２２８を介して自己テストをアクチベートすると、テストセル(test cell)２３１における可動桁２２１の一方の側の少なくともペアの固定プレート２２９上の電圧が変化する。これにより、可動桁２２１と一体のテストプレート２３０に吸引静電力が発生するので、桁２２１は静止位置からテスト可能方向に向かって移動する。このセンサがテスト可能方向に変位すると、センサの出力端子２２６に現れた信号が変化する。
【００３２】
注目すべきは、２つの同一加速度計２２Ａ、２２８が印刷回路基盤上で相反方向に向いていることであり、このことは、印刷回路基盤が振動を受けたときに、それぞれの出力が同一絶対瞬時値と反対符号を有していることである。また、このことはその基準軸Ｘ−Ｘが同一線上にあることおよびそれぞれのテスト可能方向ＤＡ、ＤＢが相互に対して相反していることも意味している。
【００３３】
加速度計２２Ａ、２２Ｂは、ＡＤ(analog to digital)コンバータＡ／ＤＣを介してプログラマブルロジックデバイスＰＬＤ(programmable logic device)に接続されている。このプログラマブルロジックデバイスはＦＰＧＡ(field-programmable gate array）にすることも、ＣＰＬＤ(complex programmable logic device)にすることもできる。これは、同時に並行に実行され、不安定状態が検出されると、第１および第２の固定素子リレーのステートをアクティブステートから障害ステートに変化させる不安定モニタリングアルゴリズムを実現する不揮発性ロジックブロック(non-volatile logic blocks)を備えている。
【００３４】
図３Ａと図３Ｂに例示の第１と第２の加速度計からのデジタル化加速度信号は、それぞれ図３Ｃ乃至図３Ｋに図示のように並行チャネルで処理される。プログラマブルロジックデバイスに入力されるとき、各加速度計のデジタル化加速度信号は、数値バンドパスフィルタ(numerical band-pass filter)を使用して最初にフィルタリングされる。このバンドパスフィルタは、ローパスとハイパス２次Butterworthフィルタから構成されている。ハイパスフィルタは信号オフセット(single offset)を除去するために使用される。そのカットオフ周波数（−３ｄＢ周波数）は３Ｈｚである。ローパスフィルタはカットオフ周波数がノイズ除去のために３０Ｈｚおよび４０Ｈｚになっている。フィルタリングされた結果信号は図３Ｃと図３Ｄに示されている。あらかじめ決めたしきい値を超えるフィルタリングされた信号のピークは図３Ｅに図示のように検出される。しきい値は、各加速度計２２Ａ、２２Ｂについて、対応するテスト可能方向ＤＡ、ＤＢ（すなわち、この例では正のしきい値）に対応する方向にセットされる。テスト可能方向に反対の方向における加速度信号のピークは考慮されない。ゼロからスタートして、カウンタは、連続ピークがあらかじめ決めた時間ウィンドウ内に検出されたとき、つまり、図３Ｆに示すように、２つの連続ピークが１２５ｍｓ以上および２５０ｍ以下だけ相互から離れているとき、各加速度計についてインクリメントされる。さらに具体的には、タイマはカウンタの各インクリメントのあと始動される。最後にカウントされたピークと新しいピーク（タイマによって測定された）の間の時間が１２０ｍｓ以下または２５０ｍｓ以上であるが、５００ｍｓ以下である場合は、カウンタは更新されない。カウンタとタイマは、最後のピークのあとのＴ＝５００ｍｓの期間にどのピークも検出されない場合または１２５ｍｓ以下または２５０ｍｓ以上は離れているピークが５００ｍｓの期間後に検出された場合０にリセットされる。不安定信号は、図３Ｈと図３１に示すようにカウンタが一方の加速度計でＮに達すると発信され、その場合にはタイマとカウンタもリセットされる。不安定検出信号は、図３Ｊに示すように、不安定信号が両方の加速度計で検出されたとき発信される。警告信号は初期のステージに、例えば、図３Ｋに示すように、第１または第２のピークが両方のチャネルで検出されると直ちに発信されることもある。注目すべきことは、不安定を検出するために使用されるアルゴリズムは、各加速度計のある部分だけ、すなわち、各加速度計のテスト方向に対応する部分を使用することである。
【００３５】
各安全固定素子リレー２４ａ、２４ｂは、２つの出力端子４１ａ、４２ａ、４１ｂ、４２ｂを備えており、制御入力端子に現れた対応する制御信号が変化したときアクティブステートから障害ステートにそのステートを変化させるように設計されている。第１と第２の固定素子リレー２４ａ、２４ｂは、「常時開いた」接点の働きをし、このことは、励磁されたとき閉じられ、制御信号がないとき開くことを意味している。さらに具体的には、不安定がないときは、あらかじめ決めた周波数(例えば、１０００Ｈｚ)のＡＣ制御信号がプログラマブルロジックデバイス２０によって第１の固体素子リレー２４ａに接続された周波数検出器４０に供給されて第１固定素子リレーをアクティブで閉じたステートに維持する。同じ場合には、ＤＣ制御信号がプログラマブルロジックデバイス２０によって第２の固体素子リレー２３ｂに供給されてそのリレーを閉じたステートに維持する。不安定が検出されると、２制御信号の中断と２固体素子安全リレー２３ａ、２４の開がトリガされる。
【００３６】
図４Ａを参照して説明すると、固体素子リレー２４ａは、２つのテストスイッチ２４１ａ、２４２ａとテスト電流検出器２４３ａを含むローカルテスト回路２４ａを備えている。ローカルテスト回路２４０ａの上流側ブランチは、テストスイッチの一方２４１ａを、固定素子リレーの一方の端子４１ａとローカルテストＤＣ電源の正端子の間に直列に接続する。上流側ブランチにダイオード２４５ａを設けると、電流がローカルテスト電源に逆流するのを防止することができる。ローカルテスト回路の下流側ブランチは、固体素子リレーの他方の出力端子４２ａを第２のテストスイッチ２４２ａに、第２のテストスイッチ２４２ａをテスト電流検出器２４３ａに接続しており、テスト電流検出器２４３ａはローカルテスト電源２４４の負端子で定まるアースに接続されて回路を閉じている。電流検出器２４３ａは、第１および第２のテストスイッチ２４１ａ、２４２ａが固定素子リレーと同様に閉じているとき固体素子リレーの端子４１ａ、４２ａを通る電流の存在を検出する。第２の固体素子リレー２４ｂは、同一電源を使用する類似のテスト回路を備えており、対応する部品は、サッフィクスに‘ａ’の代わりに‘ｂ’を使用した同じ参照符号で図４Ａに示している。図４Ｂの変形実施形態に示すように、２つの別々の電流検出器２４３ａおよび２４３ｂの代わりに共通電流検出器２４３を使用することができる。
【００３７】
固体素子リレー２４ａ、２４ｂ、ペアのテストスイッチ２４１、２４２および電流検出器２４３はプログラマブルロジックデバイス２０に接続され、光結合器として実現されてそれぞれのプログラマブルロジックデバイス２０との接続がテスト回路との接続から完全に絶縁されるようになっている。
【００３８】
プログラマブルロジックデバイス２０は、不安定モニタリングデバイスの動作可能性を検査するための一連のテストを実行するための有限ステートマシン(finite state machine)５０Ｉ（図１を参照）も備えている。
【００３９】
第１のテストシーケンスにおいて、固体素子リレーのスイッチングが検査される。プログラマブルロジックデバイス２０は第１の固定素子リレー２４ａのテストスイッチ２４１、２４２を閉じ、あらかじめ決めた持続時間の間ＡＣ制御信号を中断し、他方では第１の固定素子リレー２４ａの応答がテスト電流検出器２４３によって検査される。ＡＣ制御信号の中断期間に電流がテスト検出器２４３によって検出される場合は、テストが失敗しており、ステートマシンはスタートアップ障害ステートに移行する。そのあと、テストが第２の固体素子リレー２４ｂに対して繰り返され、該当ＤＣ信号が中断され、プログラマブルロジックデバイス２０によってＯＮにスイッチバックされる。
【００４０】
第２のテストシーケンスにおいて、加速度計の内部テスト回路が不安定状態に対応するテストパターンをシミュレートするために使用される。一連のＮ個の電圧パルスが２加速度計のテスト端子に印加される。これを受けて、２加速度計はそれぞれのフルスケールの８０％で反応し、検出しきい値を超えたＮ個のピークを生成するはずである。Ｎ個のピークのあと、不安定モニタリングアルゴリズムは不安定信号を生成し、２固定素子スイッチをトリガするはずである。不安定信号が生成されない場合は、テストは失敗しており、ステートマシン５０はスタートアップ障害ステートに移行する。
【００４１】
注目すべきことは、相反方向に向いた２加速度計を各不安定モニタリングデバイスで使用すると、静止位置からテスト可能ステートへの慣性質量の移動に対応する各加速度信号のピークを実際のモニタリングアルゴリズムで選択的に検出することが可能になり、これは実際にテストされている。言い換えれば、このアルゴリズムのピークしきい値は、テスト可能方向とは反対の方向、すなわち、加速度計の内部テスト回路がテストを許容しない方向の加速度信号のピークが無視されるようにセットされている。
【００４２】
不安定モニタリングデバイスはその他のテスト、例えば、温度測定を含んでいることがある。温度センサによって測定される温度は下限値および上限値（例えば、−４０および９５℃の間）と比較される。温度があらかじめ定義したウィンドウ内になければ、アラームがトリガされる。
【００４３】
図５Ａに示すように、不安定モニタリングデバイスは鉄道車両のボギー台車フレームの少なくとも一部に、好ましくは、すべてのボギー台車上に重複されて不安定モニタリングシステム３００を構築し、このシステムは２つの安全ループ３０２ａ、３０２ｂを含んでおり、その一方の安全ループは、不安定モニタリングデバイス１０の第１の安全リレー２４ａを、ＤＣ電源、例えば、バッテリユニット３０４およびドライバのキャブ内のアラーム３０６に、さらには速度制御システおよび／または車両のブレーキ制御システムに接続された共通電流検出器３０６ａを含む閉回路内に直列に接続しており、他方の安全ループ（３０２ｂ）は、同じ条件の下で不安定モニタリングデバイス１０の第２の安全リレー２４ｂを電源３０４と電流検出器３０６ｂの間に直列に接続している。安全ループには、電流がＤＣ電源３０４に逆流するのを防止するダイオード３１０ａ、３１０ｂも設けられている。
【００４４】
安全ループ内の電流検出器３０６ａ、３０６ｂによって検出された電流の中断は不安定事態と考えられ、該当のアクション、例えば、アラーム３０８の作動、駆動電力の減少および／または鉄道車両のブレーキの作動がとられる。
【００４５】
各ローカルテストＤＣ電源２４４のアースは絶縁されているので、上記に挙げた第１のテストシーケンスは、安全ループ３０２ａのＤＣ電力の重ね合わせと共に、すべての第１の安全リレー２４ａで同時に実行することができる。しかし、各ユニットの第１と第２の安全リレーは直列に接続されることを意図しているので、信頼性のない結果を避けるためにこれらの安全リレーは順次にテストされることが好ましい。
【００４６】
不安定モニタリングシステムは、分散システム上でスタートアップテストを実行し、種々のテストを制御してその動作可能性をチェックするためのテストバスを備えている。このテストバスはテスト要求を不安定モニタリングデバイスに送信し、その結果を収集するために使用される。
【００４７】
構成された列車における安全ループのケーブリングの完全性をテストするために、特殊な車両テストを実行することができる。最終客車(last car)の不安定モニタリングデバイスがシャットダウンされ、鉄道客車(rail car)のサーキットブレーカ(circuit breaker)により再び電力が供給される。このアクションはそのロケーションで安全ループを開閉し、これはドライバのキャブで検証される。このテストが正であれば、安全ループ全体が働いているものと見なされる。正でなければ、このアクションは上流側に直接に置かれた不安定モニタリングデバイスで繰り返され、これはエラーが見つかるまで行なわれる。このようなケースでは、ケーブリングのエラーはループがそのために機能しているユニットと下流側の次のユニットの間に位置している。
【００４８】
変形実施形態として、２つの安全ループは共通電源と共通電流検出器の間に直列に接続することができる。
【００４９】
不安定モニタリングデバイスの１つに障害が起った場合に利用可能性問題を制限するために、図５Ｂに示すように、各々のボギー台車に第１の不安定モニタリングデバイス１０Ａと第２の不安定モニタリングデバイス１０Ｂを設けることも目的としている。各不安定モニタリングデバイス１０Ａの安全リレー２４ａと２４ｂは直列に接続されている。第１の不安定モニタリングデバイスの安全リレー２４ａ、２４ｂは第１の安全ループ３０２Ａに接続され、第２の不安定モニタリングデバイスの安全リレー２４ａと２４ｂは第２の安全ループ３０２Ｂに接続されている。一方の不安定モニタリングデバイスに障害があり、安全ループの一方を中断したときは、他方の安全ループで操作を続けることができる。
【００５０】
本発明は本明細書において上述した実施形態に限定されない。
【００５１】
加速度測定の冗長性が重要でなければ、シングルの加速度計が使用できる。好ましくは、シングルの加速度計は２つのテスト可能方向を持っている。すなわち、その静止位置の両側の加速度計の慣性質量を移動するためのテスト手段を備えている。１つまたは２つの加速度計は二軸(biaxial)または三軸(triaxial)にすることができ、その場合には追加軸からの信号は単に無視することも、第１の軸からの信号と並列に処理することもできる。異なる軸からの信号を結合して加速度ベクトルを作ることもでき、これはプログラマブルロジックデバイスによって処理される。加速度計は便利であればどのタイプでもよく、例えば、圧電トランスジューサをベースにすることができる。
【００５２】
不安定モニタリングアルゴリズムは多数の変形がある。具体的には、ピークをカウントするための下限しきい値と上限しきい値をもつタイムウィンドウの使用は、より高度の数値フィルタ(numerical filter)で置き換えて、観察した周波数範囲に含まれない信号の部分を無視することができる。
【００５３】
２加速度計からの信号を並行に処理する代わりに、２信号の第１の部分を結合して新しい加速度信号を形成することができる。
【００５４】
固体素子安全リレーの冗長性が重要でない場合、１つのオプションは２固体素子リレーの一方を除去することであり、その場合には不安定モニタリングシステムは１つの安全ループだけを備えることになる。
【００５５】
鉄道車両に関連して使用されている不安定モニタリングシステムは、不安定状態、例えば、航空機またはパワープラントのタービンの不安定状態を判断するために分散加速度測定が必要になる種々の複雑なシステムで実現することもできる。
【００５６】
以上、不安定モニタリングシステムに関連して本発明を説明してきたが、同じタイプのモニタリングデバイスを使用して、例えば、ドアの開閉、ブレーキの作動または客車(coach)の引き離しを使用して他の安全関係変数をモニタリングすることができる。より一般的には、どのような種類の複雑システムにおいても分散安全関係物理変数をモニタリングするために類似の安全モニタリングデバイスまたはシステムを使用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１０  不安定モニタリングデバイス
１０Ｂ  第２の不安定モニタリングデバイス
１２  ボギー台車
１４  印刷回路基盤
１６  ボックス
１８  フレーム
２０  プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）
２２Ａ、２２Ｂ  横方向加速度計
２４ａ、２４ｂ  安全リレー
２６  電源供給回路
２８  温度センサ
３０  クロック回路
３２  監視回路
３４  テスト要求入力
３６  不安定表示出力
４１ａ、４２ｂ、４１ｂ、４２ｂ  出力端子
２２１  可動桁
２２２  支持つなぎ鎖
２２３  可動プレート
２２４  固定プレート
２２５  差動キャパシタセル
２２６  出力端子
２２８  自己テスト入力端子
２２９  固定プレート
２３１  テストセル
２４１ａ、２４２ａ  テストスイッチ
２４３ａ  テスト電流検出器
２４４  ローカルテストＤＣ電源
２４５ａ  ダイオード
３００  不安定モニタリングシステム
３０２ａ、３０２ｂ  安全ループ
３０４  バッテリユニット
３０６ｂ  電流検出器
３０８  アラーム
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ−３Ｋ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【国際調査報告】
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