JP3243005B2 - 主幹制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両に搭載され、
運転士のハンドル操作により車両の駆動装置に対して加
速、あるいは減速度指令を与えるために用いる主幹制御
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】主幹制御装置（通称マスコンと呼ばれて
いるもの）は、車両に唯一１台の装置であるため、高い
信頼性と冗長性、さらには加減速を指令する機能を有す
るためフェイルセーフ性が要求される。

【０００３】従来は、この種の主幹制御装置において
は、ハンドルに連動したカムスイッチからノッチ信号を
得るようにしたものがある。このカムスイッチ方式では
機構部が複雑で、またスイッチ部の摩耗など定期的に手
入れが必要であり、保守を必要としない主幹制御装置の
開発が望まれていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この無保守化と高信頼
度化を実現するものとして、最近アブソリュートロータ
リエンコーダを適用した主幹制御装置が提案されてい
る。このアブソリュートロータリエンコーダを適用した
主幹制御装置においては、アブソリュートロータリエン
コーダの故障を検出するために、例えば図４に示すよう
に、２台のアブソリュートロータリエンコーダ５１、５
２を用意し、互いのエンコーダ出力をノッチ演算装置
（制御部）５３で照合し、両者が一致しているか否かで
故障診断を実現していた。

【０００５】この方式では、冗長性が達成できない。こ
のため、冗長性を達成できる主幹制御装置の開発が望ま
れていた。

【０００６】本発明は、アブソリュートロータリエンコ
ーダ、もしくは、これに類似したエンコーダを適用しな
がら、機構的に単純で冗長性があり、フェイルセーフ性
の高い主幹制御装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、鉄道車両に搭載され、
それ自身で有しているハンドル角度に応じて前記鉄道車
両の駆動装置に対して加減速度指令を与える主幹制御器
と、前記主幹制御器のハンドルの位置に応じた絶対位置
信号を出力する２個のエンコーダと、前記各エンコーダ
からの絶対位置信号を入力すると共に、これを解読して
各系毎にノッチ信号を求め、前記各系のノッチ信号を前
記駆動装置に出力可能な２組のノッチ演算/出力手段
と、前記各エンコーダからの絶対位置信号を入力してノ
ッチ信号を各系毎に演算すると共に、この演算した各系
毎のノッチ信号と、前記各系のノッチ演算手段/出力手
段が夫々演算した各系毎のノッチ信号を取り込み、各系
毎に両ノッチ信号を逐次比較し、この各系毎に両ノッチ
信号に相違が生じた場合は前記ノッチ演算/出力手段及
び前記エンコーダを含む自らの系の故障と判断する２組
のノッチ診断手段と、各系毎に励磁コイル及び接点を有
し、前記ノッチ診断手段が自らの系の故障と判断したと
き、前記自らの系の励磁コイルを付勢し、この各系の励
磁コイルの付勢により前記各系の接点を動作させて前記
各系毎のノッチ演算/出力手段から前記駆動装置に出力
されるノッチ信号をオフとし、自系を切放す２組の故障
検知出力リレーと、を具備し、万一、該系が自己診断で
故障と判断し系を切り離した後には、もう一方の系がノ
ッチ出力を出力できるようにし、冗長性を有した待機２
重系構成の主幹制御装置である。

【０００８】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、次のように構成したものである。すなわ
ち、前記ノッチ診断手段は、前記故障検知出力リレーの
前段側に、該故障検知出力リレーを励磁するためのもの
であって、前記ノッチ診断手段に対して、外部より実際
の診断情報と模擬的に故障と判定する情報が交互に切り
替わる条件を与えるようにして、前記ノッチ診断手段の
出力を交流出力とするようにしたことを特徴とする請求
項１に記載の主幹制御装置である。

【０００９】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、前記ハンドルの位置と前記エンコーダの位
置合わせを実行するために、プリセット手段を設け、該
プリセット位置を該ハンドルの非常ブレーキ位置とする
請求項１又は請求項２に記載の主幹制御装置である。

【００１０】である。

【００１１】

【作用】請求項１に対応する発明によれば、エンコーダ
とからの絶対位置信号を入力してノッチ信号を求めるノ
ッチ演算／出力手段及び前記エンコーダとからの絶対位
置信号を入力してノッチ信号を求めるとともに、該ノッ
チ信号と前記ノッチ演算／出力手段で求めたノッチ信号
とを比較し、両者に相違が生じたとき制御系の異常を判
断するノッチ診断手段を夫々２組備え、夫々を同時に運
転するようにしたので、冗長性が得られる。

【００１２】請求項２に対応する発明によれば、故障検
知出力リレーを励磁するためのものであって、ノッチ診
断手段に対して、外部より実際の診断情報と模擬的に故
障と判定する情報が交互に切り替わる条件を与えるよう
にして、前記ノッチ診断手段の出力を交流出力とするよ
うにしたので、ノッチ診断手段及び故障検知出力リレー
の故障検知が可能である。

【００１３】請求項３に対応する発明によれば、ハンド
ルの位置と２組のエンコーダの位置合わせを実行するた
めの、位置信号をプリセットするプリセット手段を有し
ているので、組み立てる時点でハンドルとエンコーダの
位置設定を行うことなく、組み立てられた時点で基準位
置をデータとして入力すればよく、簡便な装置が得られ
る。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例ついて図面を参照して
説明する。図１は、本発明の第１の実施例を示す概略構
成図であり、これはＡ系を構成しているノッチ演算手段
１１と、Ｂ系を構成しているノッチ演算手段２０からな
り、これらにより待機２重系を構成している。

【００１５】ノッチ演算手段１１，２０は、いずれも主
としてエンコーダ例えばアブソリュートロータリエンコ
ーダ１２、ノッチ出力演算用ＣＰＵ１７、診断用ＣＰＵ
１９から構成されている。

【００１６】アブソリュートロータリエンコーダ１２
は、ハンドルの絶対位置信号を検出すると共に、パリテ
ィ発生機能を有する。

【００１７】ノッチ出力演算用ＣＰＵ１７は、エンコー
ダ１２からのハンドルの絶対位置信号からノッチ信号
（ノッチ出力）を演算するものである。

【００１８】診断用ＣＰＵ１９は、エンコーダ１２から
の絶対位置信号を入力してノッチ信号（ノッチ出力）を
演算すると共に、この演算したノッチ信号とノッチ出力
演算用ＣＰＵ１７からのノッチ信号と両者を照合し、こ
の照合の結果両者が相違したとき、故障と見なして後述
する診断出力リレー（故障検知出力リレー）２５，２６
に対して付勢指令を与えるものである。

【００１９】さらに、ノッチ演算手段１１，２０は、ハ
ンドルの前進位置を検知する前進信号接点１３、ハンド
ルの後進を検知する後進信号接点１４、該エンコーダ１
２の検知信号と前後進信号から予め定められたノッチ信
号を演算し所定の力行信号、ブレーキノッチ信号を出力
し、出力トランジスタ１５、１６を駆動する信号を出力
するノッチ出力演算用ＣＰＵ１７、アブソリュートロー
タリエンコーダ１２からの絶対位置信号（主ハンドル位
置）と前後進信号からノッチ信号を演算し、さらにノッ
チ出力演算用ＣＰＵ１７の出力信号１８とを比較し、ノ
ッチ出力演算用ＣＰＵ１７の動作を監視する診断用ＣＰ
Ｕ１９から構成されている。

【００２０】また、ノッチ演算手段１１，２０には、診
断出力リレー（励磁コイル）２５と、診断出力リレー２
５の常閉接点２８及び常開接点２９，３０と、診断出力
リレー（励磁コイル）２６と、診断出力リレー２６の常
閉接点２７及び常開接点３１，３２とを備え、常閉接点
２７、２８は、各診断用ＣＰＵ１９の出力側であって診
断出力リレー２５、２６に夫々接続されており、この２
個の診断出力リレー２６、２５が同時に励磁できないよ
うに鎖錠されている。さらに、各診断出力リレー２５，
２６の常開接点２９，３０、３１，３２は出力トランジ
スタ１５、１６の入力側に接続されていて、ノッチ演算
手段１１，２０が正常に動作しているときのみノッチ信
号演算結果を出力できる。

【００２１】さらに、ノッチ演算手段１１，２０には、
図示しない電源と、図示しない車両の駆動装置の接続母
線（出力トランジスタ１５、１６の接続されている線）
に、ノッチ出力演算用ＣＰＵ１７からのノッチ信号は、
ダイオード２１、２２、２３、２４で突き合わされるよ
うになっている。

【００２２】そして、ノッチ演算手段１１，２０のどち
らかの一方に優先順位をもたせた状態で動作するように
なっている。この優先権を有する系をＡ系とし、他系を
Ｂ系と称する。Ａ系が正しく動作している時は、Ａ系か
らのノッチ信号が出力されると共に、Ｂ系のノッチ信号
出力は診断出力リレー２５，２６の鎖錠により出力され
ない。Ａ系に故障が生じると、診断出力リレー２５，２
６の鎖錠が解かれ、Ｂ系に切り替わる。

【００２３】このような構成のものにおいて、診断用Ｃ
ＰＵ１９が正常側に固定したまま故障した場合には、例
えばノッチ出力演算用ＣＰＵ１７と診断用ＣＰＵ１９と
の間に演算結果の相違があったとしても外部には故障情
報を表示できないため、診断用ＣＰＵ１９自身の故障検
知を行う必要がある。

【００２４】この診断用ＣＰＵ１９の故障検知を実現す
るため、診断用ＣＰＵ１９の演算サイクルをノッチ監視
サイクルと自己診断サイクルのいずれかに切り替えるこ
とができるようになっている。このサイクルの切り替え
は、サイクリックに繰り返されるものとする。

【００２５】ノッチ監視サイクルにおいては、既に述べ
たように、ノッチ出力演算用ＣＰＵ１７のノッチ信号と
診断用ＣＰＵ１９内部で演算したノッチ信号を照合す
る。自己診断サイクルにおいては、エンコーダ１２から
の位置信号にさらに１ビット加える。この１ビットには
必ずパリティ条件が成立しないように信号が用意されて
いる。例えば、エンコーダ１２に偶数パリティが設定さ
れているとしたら、診断サイクルにおいては、奇数パリ
ティとなるようにデータが与えられる。

【００２６】この結果、診断用ＣＰＵ１９は、故障の信
号を出力することになる。

【００２７】次のサイクルはノッチ演算サイクルである
ため照合の結果が一致すれば正常の信号を出力する。こ
のようにノッチ演算サイクルと診断サイクルを繰り返す
ことにより診断用ＣＰＵ１９の出力は正常−異常−正常
−異常−正常と続き、この交番信号を図示しない変圧器
を介してフェイルセーフリレー励振回路でリレーを励振
する。診断用ＣＰＵ１９に故障が生じた場合は、この交
番信号が停止し、リレーの励振が停止することから、診
断用ＣＰＵ１９の動作を判定することができる。

【００２８】以下、このように構成された実施例装置の
動作を説明する。まず、ノッチ演算手段１１において、
ロータリエンコーダ１２の絶対位置信号が、ノッチ出力
演算用ＣＰＵ１７に入力され、ここでノッチ信号が演算
される。この場合の演算は、ノッチ演算手段１１，２０
のそれぞれにおいて行われ、１つの系には主ハンドルの
位置を検知するアブソリュートロータリエンコーダ１
２、ハンドルの前進位置を検知する前進信号接点１３、
ハンドルの後進を検知する後進信号接点１４、該エンコ
ーダ１２の検知信号と前後進信号から予め定められたノ
ッチ信号を演算し所定の力行信号、ブレーキノッチ信号
を出力し、出力トランジスタ１５、１６を駆動する信号
を出力するノッチ出力演算用ＣＰＵ１７、アブソリュー
トロータリエンコーダ１２からの主ハンドル位置と前後
進信号からノッチ信号を演算し、さらにノッチ出力演算
用ＣＰＵ１７の出力１８とを比較し、診断用ＣＰＵ１９
はノッチ出力演算用ＣＰＵ１７の動作を監視する。この
診断用ＣＰＵ１９の診断結果は診断出力リレー２５に出
力される。ノッチ演算手段１１が正常に動作している場
合は、診断出力リレー２５は励磁状態にあるものとす
る。

【００２９】以下に、アブソリュートロータリエンコー
ダ１２の故障検知、ノッチ出力演算用ＣＰＵ１７の故障
検知、診断用ＣＰＵ１９の故障検知、ノッチ信号出力回
路の故障検知の動作について説明する。

【００３０】（１） アブソリュートロータリエンコー
ダ１２の故障検知 パリティビットの出力を有したアブソリュートエンコー
ダ１２を採用しており、ノッチ演算ＣＰＵ１７、診断用
ＣＰＵ１９は、エンコーダ１２出力のパリティビットを
チェックしロータリエンコーダの故障判別を実現する。

【００３１】（２） ノッチ出力演算用ＣＰＵ１７の故
障検知 ノッチ出力演算用用ＣＰＵ１７と診断用ＣＰＵ１９の２
つのＣＰＵには、全く同一の入力信号（エンコーダ１２
の絶対位置信号と前後進信号）が入力されており、各々
のＣＰＵ１７，１９は、この入力信号からノッチ信号を
演算する。ノッチ出力演算用ＣＰＵ１７は演算結果をマ
スコンノッチ出力として出力トランジスタ１５、１６を
オン状態に制御することでノッチ信号を外部に出力す
る。

【００３２】一方、診断用ＣＰＵ１９からのノッチ信号
と、ノッチ出力演算用ＣＰＵ１７からのノッチ信号すな
わち演算結果出力１８とを比較し、両者に相違が生じた
場合には、ノッチ出力演算用ＣＰＵ１７及びその周辺回
路の出力トランジスタ１５，１６の故障と見なす。

【００３３】（３） 診断用ＣＰＵ１９の故障検知 診断用ＣＰＵ１９の故障検知を行うために、図２に示す
ように診断用ＣＰＵ１９への入力信号として、アブソリ
ュートロータリエンコーダ１２の信号（位置を表すバイ
ナリー信号４０、４１、４２、４３、４４、４５＋パリ
ティ信号４６）に更に１ビットの情報（付加ビット）４
７を追加する。この１ビットに“１”、“０”に交互に
変化するパルス列を与える。

【００３４】このパルス列の“０”の時をノッチ演算サ
イクル（監視サイクル）、“１”の時を自己診断サイク
ルと呼ぶこととする。

【００３５】監視サイクルでは、上述のノッチ出力演算
用ＣＰＵ１７の故障検知を行い、診断用ＣＰＵ１９の演
算したノッチ信号とノッチ出力演算用ＣＰＵ１７のノッ
チ信号（ノッチ信号出力）１８が一致、即ち、ノッチ出
力演算用ＣＰＵ１７の動作が正常と判断されたときには
“１”を出力するようにする。

【００３６】一方、診断サイクルにおいては、アブソリ
ュートロータリエンコーダ１２の位置検出信号に更に
“１”が加えられ、パリティが保たれなくなっているた
め、診断用ＣＰＵ１９の機能が正常であったなら、診断
用ＣＰＵ１９はアブソリュートロータリエンコーダ信号
のパリティエラーと見なし、故障と判定し“０”を出力
する。

【００３７】このようにすることにより、診断用ＣＰＵ
１９の出力は診断用ＣＰＵ１９が正常に動作している場
合は、“１”−“０”−“１”−“０”の交流励振信号
を出力する。

【００３８】この信号で、トランジスタと変圧器と整流
器からなる直流リレードライバー４８を駆動し、故障検
知出力リレー２５を励磁することによりフェイルセーフ
な故障検出出力を得ることができる。

【００３９】（４） ノッチ信号出力用トランジスタの
故障検知 前述の如く、診断用ＣＰＵ１９が監視するノッチ信号出
力１８はノッチ出力演算用ＣＰＵ１７がドライブするト
ランジスタ１５、１６の出力であるため、トランジスタ
のオープン故障、短絡故障に対しても故障検知が可能で
ある。

【００４０】（５） 冗長性の実現 アブソリュートロータリエンコーダ１２を含めたノッチ
演算手段１１，２０を２系統用意し、これらを２重系と
して適用することにより冗長系を実現している。

【００４１】また、これらの出力はダイオード２１、２
２、２３、２４で突き合わせているため、他系のノッチ
出力が自系の診断機能に影響を受けることはない。

【００４２】ノッチ信号線には、故障検知リレー２５の
常開接点２９、３０が、又故障検知リレー２６の常開接
点２９、３０が夫々接続されているため、万一故障が発
生した場合は故障検知リレー２５又は２６を釈放するこ
とにより、常閉接点２７，２８が開路することから自ら
系を離脱し、もう一方の健全な系に自動的に機能を引き
継ぐ。

【００４３】（６） 主ハンドルとアブソリュートロー
タリエンコーダとの位置合わせ 、図３に示すように、まず、ある基準位置に主ハンドル
６１を合わせたときの位置データを読みとり（一例とし
て、非常ブレーキ位置）、この位置データをプリセット
スイッチ６５に設定する。ノッチ制御装置に電源が投入
されたときに、まず各演算用ＣＰＵ１７、診断用ＣＰＵ
１９は、このプリセットデータを参照し、エンコーダ１
２の絶対位置信号からこのプリセットデータを減算した
相対位置データをノッチとする。

【００４４】従って、主ハンドル６１が動かされたとき
は、これに伴い大歯車６２、小歯車６３が回転させられ
るので、ハンドル位置に対応するアブソリュートロータ
リエンコーダ６４の位置データと電源投入時に計算され
たプリセットデータを減算して得られた相対位置データ
からノッチを判定する。このようにすることにより、組
み立てる時点で、主ハンドル６１とアブソリュートロー
タリエンコーダ（図１の１２）６４の位置を設定するこ
となく、組み立てられた時点で、基準位置をデータとし
て入力すればよく、調整要素が少なくなり簡便な調整方
法となる。

【００４５】図３は、前述のノッチ演算手段１１の機能
を説明するための図で、図３（Ａ）は主幹制御器の主ハ
ンドル６１とアブソリュートロータリエンコーダ６４の
配置関係を示す斜視図であり、図３（Ｂ）は主ハンドル
６１の角度とノッチとアブソリュートロータリエンコー
ダ６４の関係を示す図であり、図３（Ｃ）はプリセット
スイッチ６５と入力信号レジスタ６６の回路図である。

【００４６】以上説明したように本発明の実施例によれ
ば、アブソリュートロータリエンコーダ１２を含むノッ
チ演算手段１１，２０を２系用意し、それぞれの系のな
かで、ノッチ出力演算用ＣＰＵ１７と診断用ＣＰＵ１９
を適用し、パリティチェックによりアブソリュートロー
タリエンコーダ１２の故障検知、ノッチ出力演算用ＣＰ
Ｕ１７の故障検知、診断用ＣＰＵ１９自身の故障検知を
行なわしめることにより、無保守で、冗長度があり、高
信頼性の主幹制御装置を得ることができる。

【００４７】本発明は、前述の実施例ではハンドル６１
の位置検知にアブソリュート形ロータリエンコーダ１２
を適用した例で説明したが、インクリメント形ロータリ
エンコーダを適用しても同様な効果を提供することがで
きる。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、アブソリュートロータ
リエンコーダ、もしくは、これに類似したエンコーダを
適用しながら、機構的に単純で冗長度が高く、フェイル
セーフ性の高い主幹制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す構成図。

【図２】図１の内診断用ＣＰＵ１９の故障検知の方法を
説明する構成図。

【図３】相対位置信号からノッチを判定する機能を説明
する図。

【図４】従来技術による主幹制御装置の構成を示す図。

【符号の説明】

１１，２０…ノッチ演算手段、１２…アブソリュートロ
ータリエンコーダ、１３…前後進ハンドルからの前進信
号接点、１４…前後進ハンドルからの後進信号接点、１
５，１６…ノッチ出力トランジスタ、１７…ノッチ出力
演算用ＣＰＵ、１８…ノッチ信号出力、１９…診断用Ｃ
ＰＵ、２１，２２，２３，２４…ノッチ出力突き合わせ
ダイオード、２５，２６…診断出力リレー（故障検知出
力リレー）、２８，２９，３０…故障検知出力リレー２
５の接点、２７，３１，３２…故障検知出力リレー２６
の接点、４０，４１，４２，４３，４４，４５…アブソ
リュートロータリエンコーダの位置出力信号（バイナ
リ）、４６…アブソリュートロータリエンコーダのパリ
ティビット、４７…付加ビット、６１…主ハンドル、６
２…大歯車、６３…小歯車、６４…アブソリュートロー
タリエンコーダ、６５…プリセットスイッチ、６６…入
力信号レジスタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 南 陽太朗 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝府中工場内 (56)参考文献 特開 昭61−288703（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−41704（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−108057（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−97503（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60L 15/00 B60L 3/00

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄道車両に搭載され、それ自身で有して
   いるハンドル角度に応じて前記鉄道車両の駆動装置に対
   して加減速度指令を与える主幹制御器と、 前記主幹制御器のハンドルの位置に応じた絶対位置信号
   を出力する２個のエンコーダと、 前記各エンコーダからの絶対位置信号を入力すると共
   に、これを解読して各系毎にノッチ信号を求め、前記各
   系のノッチ信号を前記駆動装置に出力可能な２組のノッ
   チ演算/出力手段と、 前記各エンコーダからの絶対位置信号を入力してノッチ
   信号を各系毎に演算すると共に、この演算した各系毎の
   ノッチ信号と、前記各系のノッチ演算手段/出力手段が
   夫々演算した各系毎のノッチ信号を取り込み、各系毎に
   両ノッチ信号を逐次比較し、この各系毎に両ノッチ信号
   に相違が生じた場合は前記ノッチ演算/出力手段及び前
   記エンコーダを含む自らの系の故障と判断する２組のノ
   ッチ診断手段と、 各系毎に励磁コイル及び接点を有し、前記ノッチ診断手
   段が自らの系の故障と判断したとき、前記自らの系の励
   磁コイルを付勢し、この各系の励磁コイルの付勢により
   前記各系の接点を動作させて前記各系毎のノッチ演算/
   出力手段から前記駆動装置に出力されるノッチ信号をオ
   フとし、自系を切放す２組の故障検知出力リレーと、 を具備し、万一、該系が自己診断で故障と判断し系を切
   り離した後には、もう一方の系がノッチ出力を出力でき
   るようにし、冗長性を有した待機２重系構成の主幹制御
   装置。
2. 【請求項２】 前記ノッチ診断手段は、前記故障検知出
   力リレーの前段側に、該故障検知出力リレーを励磁する
   ためのものであって、前記ノッチ診断手段に対して、外
   部より実際の診断情報と模擬的に故障と判定する情報が
   交互に切り替わる条件を与えるようにして、前記ノッチ
   診断手段の出力を交流出力とするようにしたことを特徴
   とする請求項１に記載の主幹制御装置。
3. 【請求項３】 前記ハンドルの位置と前記エンコーダの
   位置合わせを実行するために、プリセット手段を設け、
   該プリセット位置を該ハンドルの非常ブレーキ位置とす
   る請求項１又は請求項２に記載の主幹制御装置。