JP4339067B2 - 鉄道車両用通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用通信装置であり、特に鉄道車両内ネットワークに利用する通信装置に関する。

欧州鉄道のデジタル通信基準における鉄道車両内通信装置として、以下の方式が知られている。図８の通信装置構成図に示すように、伝送路終端スイッチ１４で切り離し可能な伝送路１５−１、１５−２と、切り離しされた伝送路１５−１、１５−２に各々接続されるトランシーバ／レシーバ１１−１、１１−２と通信方向を切り替えるスイッチ１２より構成される従来の通信装置１３がある。この通信装置１３は、車両内にマスタ通信装置１３が常時伝送路１５を経由し他の車両の通信機器にポーリングし車両内の通信装置情報（以下、「編成構成情報」という）を構築する集中制御方法である。

車両が複数存在する複数編成時は、運転席のある車両毎にマスタ通信装置が存在するためマスタ同士の調停（または人的介入）によりマスタ通信装置を１つに絞り、マスタ通信装置から運転席のある車両の通信装置をポーリングし、編成構成情報を構築する。このようにマスタ通信装置が中心に車両の通信装置を管理している。
ＩＥＣ ６１３７５−１ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ ｒａｉｌｗａｙ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ｔｒａｉｎ ｂｕｓ Ｐａｒｔ１：Ｔｒａｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ（欧州鉄道のデジタル通信基準）

通信装置がマスタになって管理するために、マスタ通信装置が停止すると編成構成情報が構築できなくなり、鉄道車両の通信ができなくなる。また、通信伝送路がバス形で形成される為に伝送路障害が全車両内に波及する。本発明は、これらの課題を解決するものであり、通信装置間を１：１通信で構成するスイッチングハブを使用して障害の回避を行うとともにマスタ通信装置を無くし車両内の通信停止を防ぎ、システムの信頼性を向上することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、搬送波感知多重アクセス方式のスイッチングハブを使用し、上り下り方向の各ポートの通信状態をコントロールするとともにマスタ通信装置を無くし車両内の構成管理を行うことが可能となる。搬送波感知多重アクセス方式として、ＣＳＭＡ／ＣＤ（搬送波感知多重アクセス／衝突検出）、ＣＳＭＡ／ＡＣＫ（確認）、ＣＳＭＡ／ＣＡ（衝突回避）、ＣＳＭＡ／ＣＤ／ＡＣＫ（衝突検出／確認）、ＣＳＭＡ／ＣＤ／ＭＡＣＫ（衝突検出／モニタ確認）、ＣＳＭＡ／ＮＣＡＣＫ（非衝突確認）等が知られており、いずれの方式も本発明で採用することが可能であるが、特に搬送波感知多重アクセス／衝突検出（ＣＳＭＡ／ＣＤ）、例えばイーサネット（登録商標）方式とすることが好ましい。

すなわち、本発明は、搬送波感知多重アクセス方式インタフェースを有する構成制御部と、伝送路を介した送受信の接続および切断ができるスイッチを備え、列車運行の最小単位である基本編成内における自車両構成状態を付加したネットワーク構成状態フレームを他の基本編成内の通信装置に送信し、他の基本編成内の通信装置からネットワーク構成状態フレームを受信し、編成内構成状態テーブルを作成する鉄道車両用通信装置である。

また、本発明は、自車両構成状態情報には、号車番号またはアドレス情報が含まれる鉄道車両用通信装置である。

そして、本発明は、上記構成制御部と上記スイッチの間にスイッチングハブを有する鉄道車両用通信装置である。

更に、本発明は、最終号車まで編成構成状態テーブル作成後、接続した車両制御装置に編成構成状態テーブルを通知する鉄道車両用通信装置である。

また、本発明は、上記基本編成内における号車の位置は、アドレス設定スイッチに設定された号車および車両数情報により上記構成制御部で認識される鉄道車両用通信装置である。

そして、本発明は、上記構成制御部は、上記基本編成内の構成状態テーブル作成後に他の基本編成内の車両制御装置と接続した車両制御装置からの併合指令を受けて上記他の基本編成側の該当するスイッチを接続して伝送路とスイッチングハブとの通信を可能とする手段を有する鉄道車両用通信装置である。

更に、本発明は、システム２重化構成で対応する通信装置と伝送路で接続される鉄道車両用通信装置である。

本発明によれば、イーサネット通信を行う伝送路にスイッチングハブを実装し、スイッチングハブの伝送路入出力部に実装したスイッチにて伝送路の接続・切断をコントロールすることで、車両の編成が接続された状態での車両内通信装置の構成制御情報を容易に構築することができる。更に各通信装置が独立に自己構成状態を全車両に周期的に通知することで、各通信装置は他通信装置からの構成状態を受信し自己構成情報を構築することにより、マスタ通信装置が無い状態で列車の編成構成が管理できる為、通信装置故障や伝送路障害による通信装置のシステム停止を防止でき、高信頼な車両ネットワークを提供することができる。

本発明を実施するための最良の形態を説明する。
以下、本発明の鉄道車両用通信装置の実施例を説明する。はじめに、列車運行の最少編成（基本編成）時を例とし、本発明の基本概念を実施例１として図１〜図３により説明する。図２は、車両のシステム基本構成図である。

各号車をまとめた車両群７を基本編成とする。基本編成は、車両を繋げる連結器９により接続され車両をまとめた構成になっている。各号車間の通信に本実施例の鉄道車両用通信装置が用いられ、車両内の制御装置との通信を行う。通信は、搬送波感知多重アクセス／衝突検出方式で行う。

図１は、本実施例の鉄道車両用通信装置のハード構成図である。鉄道車両用通信装置１は、構成制御部２とイーサネットを分岐するスイッチングハブ３と、伝送路６に接続されるスイッチングハブ３の前方向又は後方向の送受信の接続および切断ができる２つのスイッチ４より構成される。鉄道車両用通信装置１が車両制御装置５に接続されたハード構成にて車両の制御を行うシステムであり、制御データの通信を行う。この制御データ通信を行うにあたり、他の通信装置１の所在を管理する情報（構成情報）を各通信装置１で管理する必要がある。これらの構成情報を管理するにあたっては、各通信機器１が持つ自車両内の構成情報が必要であり、次の方法で収集・管理を行う。

図３は、基本編成内構成図である。基本編成立上げ時、基本編成７−１内の先頭号車通信装置１の前方向側スイッチ４−１１ならびに最終号車通信装置１の後方向側スイッチ４−１６を切断した状態に設定しておく。基本編成７−１内において先頭号車か最終号車かの識別は各通信装置１および制御装置５で個別にもつアドレス設定スイッチ１０の号車および車両数情報によって各通信装置１内の構成制御部２で認識することができ、スイッチ４の接続および切断を制御する。各通信装置１は、自車両構成状態を付加したネットワーク構成状態フレームを全号車の通信装置１に周期的に送信する。同時に各通信装置１は他号車からのネットワーク構成状態フレームを受信し、フレーム内の号車番号・アドレス情報等をもとに構成制御部２にて編成内構成状態テーブルを作成する。基本編成７内で構成状態テーブルを最終号車まで作成完了時、各通信装置１は、自車両制御装置５に構成状態通知フレームにて構成状態テーブルを通知する。

このように、各通信装置１は独立に自己編成構成情報を構築・管理を行うことが可能であり、編成内においてマスタ通信装置は存在しない。

次に、車両群２編成時における構成管理情報構築の例について、本発明の実施例２として図３および図４を用いて説明する。自基本編成以外に編成が存在するかどうかの認識は、連結信号８が有るか否かによって連結部隣接の車両制御装置５にて判断する。他編成有りと認識した車両制御装置５は、自車両通信装置１に併合指令を行う。

車両群２編成時における構成情報構築は、最初に各基本編成内から開始する。前述の方法により自基本編成内の構成情報構築終了後、車両制御装置５から上記併合指令を受信した先頭基本編成７−１の最終号車通信装置１は後方向側スイッチ４−１６を、同様に最後尾編成７−２の先頭号車通信装置１は前方向側スイッチ４−２１をそれぞれ接続状態にする。

これにより、各基本編成間にて伝送路６が接続され、編成間の通信が可能となり、相互に相手側から編成内ネットワーク構成状態フレームを送受信（交換）し、自己編成構成状態テーブルに隣接基本編成内の構成情報を追加していく。

先頭基本編成７−１の最終号車通信装置１と最後尾編成７−２の先頭号車通信装置１は自編成内の全通信装置１に対して新構成状態フレームを送信する。自己編成構成状態テーブルを作成完了後、各通信装置１は自車両制御装置５に構成状態通知フレームにて構成状態テーブルを通知する。

このようにして、２編成時においてもマスタ通信装置の存在無しで、車両全体の構成情報を構築・管理することが可能となる。

次に車両群２編成以上の複合編成時における構成管理情報構築の例を本発明の実施例３として図３および図５を用いて説明する。車両群２編成以上の複合編成での電源投入および同時併合時における構成情報構築では、中間位置の基本編成７−２または７−３が前・後方の隣接基本編成と同時に編成隣接側スイッチ４を接続状態にすると前後方向の編成のどちらから受信したかわからなくなるため、先頭基本編成７−１から構成情報構築を開始する。

尚、複数編成構成にて、各々の編成が先頭であるか中間であるか、または最後尾であるかは、連結信号８の有無と号車番号にて編成連結部に隣接する各車両制御装置５が認識し、自号車の通信装置１に通知する。また、車両群２編成以上の複合編成時における構成情報構築にあたっても、最初に各基本編成内から開始する。

自編成内の構成情報構築終了後、車両制御装置５から併合開始を通知された中間基本編成７−２、７−３および最後尾基本編成７−４の先頭号車の通信装置１は前方向側スイッチ４−２１、４−３１、４−４１を接続し、先頭基本編成７−１の最終号車の通信装置１のみ後方向側スイッチ４−１６を接続する。

まず、先頭基本編成７−１と中間基本編成７−２の２編成間にて、先に実施例２にて説明した方法にて構成情報構築を開始する。先頭基本編成７−１と中間基本編成７−２間にて構成情報構築を完了したならば、中間基本編成７−２の最終号車の通信装置１のみ後方向側スイッチ４−２６を接続して、更に次後隣接する中間基本編成７−３間にて構成情報構築を行う。以降、順に構成情報構築を行い、最後尾基本編成７−４まで構成状態テーブルを作成完了後、各通信装置１は自車両制御装置５に構成状態通知フレームにて構成状態テーブルを通知する。

このようにして、車両群２編成以上の複合編成時においてもマスタ通信装置の存在無しで、車両全体の構成情報を構築・管理することが可能である。

上記実施例により、車両内の全ての通信装置１は同一の構成情報を構築することができ、構成情報構築後も各通信装置１は全ての通信装置１に対して自己構成状態を周期的に送信することで、自車両内通信機器の障害または切り離し・新規接続等により自己構成状態に変更が発生しても、車両内の全ての通信装置１は当該構成状態変更情報を認知し、常に同一の構成情報を共有・管理することができる。

列車運行にあたっては、これまで説明してきた編成併合（接続）と同様に編成分割（切り離し）がある。編成を分割する場合も、編成併合時と同様に構成情報の再構築が必要になる。

車両群２編成時の分割による構成管理情報再構築の例を本発明の実施例４として図３および図６により説明する。編成分割の発生の認識は、連結信号８が有から無の変化によって連結部隣接の車両制御装置５にて判断する。分割発生を認識した車両制御装置５は自車両通信装置１に分割指令を行う。

車両制御装置５から分割指令を受信した先頭基本編成７−１の最終号車通信装置１は後方向側スイッチ４−１６を、同様に最後尾基本編成７−２の先頭号車通信装置１は前方向側スイッチ４−２１を切断状態にし、分割された編成の構成情報を自己編成構成状態テーブルから削除する。

基本編成７−１の最終号車通信装置１と基本編成７−２の先頭号車通信装置１は自編成内の全通信装置１に対して再構成後の新構成状態フレームを送信する。
自己編成構成状態テーブルを作成完了後、各通信装置１は自車両制御装置５に構成状態通知フレームにて構成状態テーブルを通知する。このようにして、編成分割時においてもマスタ通信装置の存在無しで、車両全体の構成情報を構築・管理することが可能である。

本発明におけるシステム構成を２重化することで、より高信頼な車両ネットワークを構築することができる。システム２重化の例を、本発明の実施例５として図７により説明する。

図７に示すように、各車両内のコンポーネントは伝送路も含め全て２重化で構成し、１系伝送路６−１および２系伝送路６−２は、各号車内通信装置１間の伝送路６−３で接続される。構成情報構築は１系、２系それぞれ独立に行うとともに、各号車内通信装置１間の伝送路６−３を使用して自系構成情報を他系にも送信することで、各系にて同一の構成情報を共有・管理することができる。

また、自系伝送路にて伝送路切断や通信装置故障等の障害が発生し通信経路が途絶えても、各号車内通信装置１間の伝送路６−３を迂回することによって通信を継続することができる。

更に、伝送路６−１（または６−２）に対して通信装置１のフレーム出し続け故障の障害に対しても、次号車の通信装置１にてフレーム異常受信を検出し、障害側伝送路のスイッチ４を切断して該当障害部の伝送路を切離すことで、障害部以降の伝送路６への障害波及を回避することができる。

このように自系および他系の通信装置１間はスイッチングハブ３にて１：１通信で構成されており、また伝送路６の接続・切断をコントロールするスイッチ４を持つことで、伝送路障害が全車両内に波及することを回避でき、車両内の通信停止を無くし信頼性を向上することができる。

本発明のハード構成図。 システム基本構成図。 本発明の基本編成内構成図および実施例１の説明図。 本発明の実施例２の説明図。 本発明の実施例３の説明図。 本発明の実施例４の説明図。 本発明の実施例５の説明図。 従来の通信装置構成図の説明図。

符号の説明

１ 通信装置
２ 構成制御部
３ スイッチングハブ
４ スイッチ
５ 車両制御装置
６ 伝送路
７ 車両
８ 連結信号
９ 連結器
１０ アドレス設定スイッチ
１１ トランシーバ／レシーバ
１２ 通信方向切り替えスイッチ
１３ 従来の通信装置
１４ 伝送路終端スイッチ
１５ 伝送路

Claims (7)

1. 搬送波感知多重アクセス方式インタフェースを有する構成制御部と、伝送路を介した送受信の接続および切断ができるスイッチを備え、列車運行の最小単位である基本編成内における自車両構成状態を付加したネットワーク構成状態フレームを他の基本編成内の通信装置に送信し、他の基本編成内の通信装置からネットワーク構成状態フレームを受信し、編成内構成状態テーブルを作成することを特徴とする鉄道車両用通信装置。
2. 請求項１記載の鉄道車両用通信装置において、
   自車両構成状態情報には、号車番号またはアドレス情報が含まれることを特徴とする鉄道車両用通信装置。
3. 請求項１記載の鉄道車両用通信装置において、
   上記構成制御部と上記スイッチの間にスイッチングハブを有することを特徴とする鉄道車両用通信装置。
4. 請求項１記載の鉄道車両用通信装置において、
   最終号車まで編成構成状態テーブル作成後、接続した車両制御装置に編成構成状態テーブルを通知することを特徴とする鉄道車両用通信装置。
5. 請求項１記載の鉄道車両用通信装置において、
   上記基本編成内における号車の位置は、アドレス設定スイッチに設定された号車および車両数情報により上記構成制御部で認識されることを特徴とする鉄道車両用通信装置。
6. 請求項３記載の鉄道車両用通信装置において、
   上記構成制御部は、上記基本編成内の構成状態テーブル作成後に他の基本編成内の車両制御装置と接続した車両制御装置からの併合指令を受けて上記他の基本編成側の該当するスイッチを接続して伝送路とスイッチングハブとの通信を可能とする手段を有することを特徴とする鉄道車両用通信装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の鉄道車両用通信装置において、
   システム２重化構成で対応する通信装置と伝送路で接続されることを特徴とする鉄道車両用通信装置。

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