JP4416834B2 - 鉄道車両用通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両内に設置され、鉄道車両通信システムの通信機能を提供する鉄道車両用通信装置に関するものである。

従来、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、伝送路を分岐するスイッチングハブと、スイッチングハブの入出力信号の切り離しを行うスイッチとにより構成され、スイッチの接続および切り離しにより伝送路の上り下り方向の通信状態を制御して、列車内の通信機器の構成・接続状態を認識するようにした鉄道車両用通信装置があった（例えば下記特許文献１）。

この特許文献１に示される鉄道車両用通信装置では、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て車両内の通信停止を防ぎ、システムの信頼性を向上するようにしている。

特開２００５−１１７３７３号公報

しかしながら、上記特許文献１に示された鉄道車両用通信装置では、車両内あるいは車両間に構築される伝送路や機器の障害に対する考慮はなされているものの、伝送路の信号品質に関する考慮がなされていないので、伝送データが確実に他の車両の通信装置に伝達されるのか、あるいは伝送データの再送頻度が増大して伝送速度の低下を招かないか、などの懸念が生じていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、信号品質の低い伝送路への適合性を確保し、データ伝送の確実性を向上させた鉄道車両用通信装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる鉄道車両用通信装置は、鉄道車両の各車両間に構築される車両間ネットワークに流れる第１の伝送信号および該各車両内に構築される車両内ネットワークに流れる第２の伝送信号の各伝送処理を行う鉄道車両用通信装置において、前記車両に設けられ、前記第１の伝送信号と前記第２の伝送信号との間の相互の信号変換および伝送速度変換を行う第１の信号変換器および第２の信号変換器、ならびに第１の信号変換器と該第２の信号変換器との間に介在し、該第１、第２の信号変換器をそれぞれ接続するレイヤ２スイッチを具備するノード装置と、前記レイヤ２スイッチに接続され、前記車両間ネットワークと前記車両内ネットワークとの伝送を制御する第１のコントローラと、を備え、前記第１の信号変換器は、自車両に隣接する一方側の車両間ネットワークから受領した前記第１の伝送信号を前記第２の伝送信号に変換して前記レイヤ２スイッチに送出すると共に、前記レイヤ２スイッチから受領した前記第２の伝送信号を前記第１の伝送信号に変換して前記一方側の車両間ネットワークに送出し、
前記第２の信号変換器は、自車両に隣接する他方側の車両間ネットワークから受領した前記第１の伝送信号を前記第２の伝送信号に変換して前記レイヤ２スイッチに送出すると共に、前記レイヤ２スイッチから受領した前記第２の伝送信号を前記第１の伝送信号に変換して前記他方側の車両間ネットワークに送出することを特徴とする。

本発明にかかる鉄道車両用通信装置によれば、信号品質の低い伝送路への適合性を確保し、データ伝送の確実性を向上させることができるという効果が得られる。

以下に、本発明にかかる鉄道車両用通信装置の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（鉄道車両通信システムの概要）
まず、鉄道車両用通信装置が搭載された鉄道車両通信システムの概要について説明する。図１は、本発明の好適な実施の形態にかかる鉄道車両用通信装置が搭載された鉄道車両通信システムの概略構成を示した図である。同図に示す例では、２両単位で連結された車両群１１−１（Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿１）および車両群１１−２（Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿２）が自動連結器（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｕｐｌｅｒ）１２を介して接続された鉄道車両１０を構成してなり、鉄道車両１０の各車両には、ノード装置（Ｎｏｄｅ）１５および第１のコントローラであるネットワークコントローラ１６を有する鉄道車両用通信装置１４（１４−１，１４−２）が搭載されている。各車両に搭載された鉄道車両用通信装置１４は、伝送路１７を介して接続され、鉄道車両１０における二重系（冗長系）ネットワークである車両間ネットワーク（ＴＮ−１，ＴＮ−２）を構成する。なお、各車両内には、車両間ネットワークとは異なる車両内ネットワーク（ＣＮ）が構成されるが、この車両内ネットワーク（ＣＮ）は、ネットワークコントローラ１６を介して車両間ネットワーク（ＴＮ−１，ＴＮ−２）に接続される。

（鉄道車両用通信装置の構成）
つぎに、鉄道車両用通信装置の構成および接続形態について説明する。図２は、本実施の形態にかかる鉄道車両用通信装置の構成および接続形態を示す図である。同図において、鉄道車両用通信装置２０は、二重系（主系、従系）の一方を構成するノード装置２１−１、二重系の他方を構成するノード装置２１−２、ノード装置２１−１，２１−２にそれぞれ接続されるネットワークコントローラ２２−１，２２−２などを備えて構成される。また、鉄道車両用通信装置２０内には、各種のインタフェース回路／回線（シリアル回線２３〜２５，パラレルインタフェース回路２６）が構成される。ここで、シリアル回線２３は、自動連結器２７に接続され、この自動連結器２７の電気的接点を介して隣接する他の車両群のノード装置との通信を行うためのインタフェースであり、シリアル回線２４は、同一車両群内の他の車両のノード装置との通信を行うためのインタフェースである。両者はともに、上述した車両間ネットワーク（ＴＮ−１，ＴＮ−２）の一通信機能を担う構成部である。一方、シリアル回線２５およびパラレルインタフェース回路２６は、運転制御台２８への運転制御情報（ブレーキ指令、速度情報、ドアの開閉情報）あるいはＡＴＣの信号情報や他の運航情報などを伝送するための回線／回路であり、上述した車両内ネットワーク（ＣＮ）内の一通信機能を担う構成部である。

ノード装置２１−１，２１−２はそれぞれ独立したノード装置であり、ノード装置２１−１は、シリアル回線２３−１，２４−１にそれぞれ接続され、ノード装置２１−２は、シリアル回線２３−２，２４−２にそれぞれ接続される。各ノード装置２１間のデータ伝送には、後述するＨＤＬＣ信号（第１の伝送信号）が用いられる。一方、ノード装置２１とネットワークコントローラ２２とは、例えば１０−ＢａｓｅＴのケーブルで接続される。すなわち、ノード装置２１とネットワークコントローラ２２との間のデータ伝送には、イーサネット（登録商標）信号（第２の伝送信号）が用いられる。

なお、ノード装置２１とネットワークコントローラ２２との間のネットワークインタフェースとして、ＣＳＭＡ／ＣＤ（搬送波感知多重アクセス／衝突検出）方式の一つの接続方式である１０−ＢａｓｅＴを用いるようにしているが、他の接続方式を採用してもよい。例えば、ＣＳＭＡ／ＣＤ（搬送波感知多重アクセス／衝突検出）方式以外の、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）等による各種搬送波感知多重アクセス方式を採用することもでき、当該方式に適合した信号を用いることができる。ただし、１０−ＢａｓｅＴを用いるものとすれば、市販製品のラインナップが多数あって汎用性に優れている利点およびケーブル敷設の容易性やコスト、サイズ的にも優れているという利点を有効活用することができ、本システムには好適である。

また、各ノード装置２１間のデータ伝送に上記ＨＤＬＣ信号以外のものを用いることができることは無論である。ただし、ＨＤＬＣ信号は、ビット単位でのデータ伝送制御やＣＲＣ（巡回冗長検査）による厳密な誤り制御を行うことができるという利点があり、信頼性に優れた伝送制御方式として本システムには好適である。

（ノード装置の構成）
つぎに、ノード装置の構成について説明する。図３は、鉄道車両用通信装置内に構成されるノード装置の構成を示す図である。同図において、ノード装置２１は、２個のコンバータ３１（３１−１，３１−２）、スイッチングハブ（ＳＷ−ＨＵＢ）３２、４個のバイパスリレー３３（３３−１〜３３−４）および２個のバイパスライン３４（３４−１，３４−２）を備えて構成される。スイッチングハブ３２は、例えば標準的なイーサネット（登録商標）レイヤ２（レイヤ２スイッチ）のものを用いることができる。

また、コンバータ３１の好適な仕様として、以下の仕様のものを用いることができる。
（１）機能：レイヤ１（物理層）／レイヤ２（データリンク層）における信号変換（ＨＤＬＣ／イーサネット（登録商標））
（２）ネットワークインタフェース：１０Ｂａｓｅ−Ｔ（あるいは１００Ｂａｓｅ−ＴＸ）
（３）シリアルリンクインタフェース：
（ａ）方式：ＤＣバイアス電圧印加のＡＣ結合ＲＳ４２２方式（ただし、ＤＣバイアス電圧の印加切替可能）
（ｂ）差動電圧：２Ｖ（４Ｖp-p）
（ｃ）フレームフォーマット：ＨＤＬＣ（２．５Ｍｂｐｓ）
（ｄ）ＤＣバイアス電圧：２４Ｖ

バイパスリレー３３は、例えばノーマリーオン型のメカニカルリレーを用いて構成することができる。ノーマリーオン型のリレーを用いることにより、通常時にはリレーへの付勢力により図示のように車両間ネットワークとコンバータ３１とが接続される。一方、ノード装置２１の故障時あるいは異常時には、リレーへの付勢力が失われ車両間ネットワークはバイパスライン３４と接続され、車両間ネットワークに流れるデータはノード装置２１を迂回して隣接するノード装置に伝達される。これらのバイパスリレー３３およびバイパスライン３４により、ノード装置２１の故障、異常等が列車内の鉄道車両通信システム全体に波及するのを防止することができる。なお、バイパスリレー３３は、ノード装置２１内に具備される故障検出手段によって制御される。なお、故障検出手段の詳細については後述する。

（本システムにおける通信プロトコル）
つぎに、鉄道車両通信システムにおいて用いられる通信プロトコルについて図３および図４を参照して説明する。なお、図４は、本実施の形態の鉄道車両通信システムにおけるネットワーク階層を示す図である。

ネットワークコントローラ（ＣＰＵ／ＣＮＣ）２２とスイッチングハブ３２との間の通信には、イーサネット（登録商標）（レイヤ２）および１０Ｂａｓｅ−Ｔ（レイヤ１）が用いられる。同様に、ノード装置２１内において、スイッチングハブ３２とコンバータ３１との間の通信にも、イーサネット（登録商標）（レイヤ２）および１０Ｂａｓｅ−Ｔ（レイヤ１）が用いられる。

一方、相互に隣接するコンバータ３１同士の通信には、イーサネット（登録商標）（レイヤ２：ＬＬＣ）ＨＤＬＣ（レイヤ２：ＭＡＣ）およびＲＳ４２２（レイヤ１）が用いられる。つまり、図４に示すように、イーサネット（登録商標）フレームは、ＨＤＬＣフレームによってカプセル化される。

このように、本実施の形態の鉄道車両通信システムでは、図４に示すようなプロトコル階層に基づく通信環境が提供されるので、ネットワークコントローラ（ＣＰＵ／ＣＮＣ）間の上位層（ネットワーク層以上）において、トランスペアレントな通信を行うことができ、車両内の接続機器や、本システムと連接する他のシステムの機器との高い連接性を確保することができる。

（コンバータの構成）
つぎに、コンバータの構成について説明する。図５は、コンバータの構成を示すブロック図である。同図において、コンバータ３１は、パルストランス５５およびイーサネット（登録商標）コントローラ５６を有するイーサネット（登録商標）送受信回路５１と、ＦＩＦＯ型メモリ５７〜５９を有するバッファメモリ５２と、ＨＤＬＣコントローラ６１、ＲＳ４２２トランシーバ６２、パルストランス６３（６３−１，６３−２）およびキャパシタ６４（６４−１，６４−２）を有するＨＤＬＣ送受信回路５３と、コンバータ３１の各構成部を制御するための第２のコントローラであるマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）６６と、マイクロプロセッサ６６の動作を監視するウォッチドッグタイマ（以下「ＷＤＴ」という）６７と、マイクロプロセッサ６６によって励磁されるリレー６８と、リレー６８によってオン／オフ制御されるスイッチ６９と、＋２４ＶＤＣラインに設けられたインダクタンスコイル７０と、を備えて構成される。

なお、図５に示したコンバータ３１は、つぎの各機能を有している。
（１）速度変換機能
（２）メッセージの中継優先機能
（３）自動連結器における接触不良対策機能
（４）故障検出機能
（５）伝送路状態監視機能
（６）接続形態自動認識機能
以下、これらの各機能について分説する。

（速度変換機能）
図５において、ＨＤＬＣ送受信回路５３は、ＨＤＬＣフレームの生成／解読を行う。また、前述のように、ＨＤＬＣフレームは、イーサネット（登録商標）フレームをカプセル化して送信する。一方、イーサネット（登録商標）送受信回路５１は、イーサネット（登録商標）フレームの生成／解読を行うとともに、信号速度の変換（ＨＤＬＣ送受信回路側：１０Ｍｂｐｓ→２．５Ｍｂｐｓ、スイッチングハブ側：２．５Ｍｂｐｓ→１０Ｍｂｐｓ）を行う。なお、このような速度変換を行う理由はつぎのとおりである。

前述のように、イーサネット（登録商標）フレームの伝送には、１０Ｂａｓｅ−Ｔ用のケーブル（例えばカテゴリー５などのツイストペアケーブル）が用いられる。したがって、伝送信号の品質は高い。一方、ＨＤＬＣフレームの伝送には、車両群間を接続する自動連結器を経由するので、後述のように伝送信号の品質が劣化する。このため、コンバータ３１では、イーサネット（登録商標）フレームからＨＤＬＣフレームに変換する際に、１０Ｍｂｐｓから２．５Ｍｂｐｓへの速度変換を行うようにしている。

（メッセージの中継優先機能）
図５において、バッファメモリ５２は、前述の伝送速度差を吸収するためのメモリである。バッファメモリ５２を構成するＦＩＦＯ型メモリ５７は、送信データが蓄積されるメモリであり、優先度の高いデータが蓄積される。一方、ＦＩＦＯ型メモリ５８は、送信データが蓄積されるメモリではあるものの、ＦＩＦＯ型メモリ５７とは異なり優先度の低いデータが記憶される。また、ＦＩＦＯ型メモリ５９は、受信データが蓄積されるメモリである。ここで、ＦＩＦＯ型メモリ５７に蓄積される優先度の高いデータとは、例えば制御指令や重要故障などの監視情報（Ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｕｓｅ）である。一方、ＦＩＦＯ型メモリ５８に蓄積される優先度の低いデータとは、過去の運転記録などの蓄積情報（Ｎｏｎ Ｒｅａｌ ｔｉｍｅ ｕｓｅ）である。

また、ＦＩＦＯ型メモリ５７に蓄積される優先度の高いデータは、例えばＵＤＰ（レイヤ４）を用いて伝送される。一方、ＦＩＦＯ型メモリ５８に蓄積される優先度の低いデータは、例えばＴＣＰ（レイヤ４）を用いて伝送される。このため、イーサネット（登録商標）コントローラ５６は、優先度の高い／低いの判断を上位層で用いられる伝送プロトコルに基づいて判断することができる。なお、これらの手法を採ることなく、例えばデータフレーム内に優先度を識別するためのフィールドを設け、当該フィールドに書き込まれた優先度情報に基づいて優先度の高低を判断するようにしてもよい。

（自動連結器における接触不良対策機能）
本機能については、図６を用いて説明する。ここで、図６は、自動連結器における接触不良対策機能として設けられたＦｒｉｔｔｉｎｇ回路（以下「フリッティング回路」という）を動作させた状態を示す図である。このフリッティング回路は、マイクロプロセッサ６６、リレー６８、スイッチ６９、インダクタンスコイル７０および＋２４ＶＤＣ電源によって構成される。フリッティングの目的は、自動連結器の接触面での酸化皮膜による接触不良を改善することにある。自動連結器の接触面における酸化皮膜は、自動連結器での接触抵抗を増加させ、伝送信号の品質を劣化させる。一方、自動連結器に＋２４ＶＤＣ電圧を印加することにより、酸化皮膜が破壊されて自動連結器での接触抵抗が減少するので、伝送信号の品質劣化を改善することができる。なお、自動連結器への＋２４ＶＤＣ電圧の印加は、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）６６がリレー６８を励磁してスイッチ６９をオン制御することにより行われる。また、自動連結器に対する＋２４ＶＤＣ電圧の印加は、隣接のコンバータからの信号を受信するまで行われ、隣接のコンバータからの信号を受信した後は終了する。また、自動連結器への印加電圧は、＋２４Ｖに限定されるものではなく、自動連結器の酸化皮膜を所定の印加時間内に破壊することができる電圧であればよく、自動連結器の材質等によって任意の電圧を設定すればよい。

（故障検出機能）
本機能については、図５を用いて説明する。故障検出機能は、コンバータ３１内に具備されるＷＤＴ６７によって実現される。すなわち、コンバータ３１は、自身の故障を自身で検出することができる。ＷＤＴ６７は、タイマ回路を備えており、マイクロプロセッサ６６の動作を監視している。例えば、タイマ回路がタイムアウトした場合にはマイクロプロセッサ６６が動作していないと判断し、バイパスリレー３３を制御するための制御信号（ＦＡＵＬＴ信号）を出力して車両間ネットワークをバイパスライン３４に接続させる（図３参照）。また、ＷＤＴ６７は、コンバータ３１の出力が正常でない場合においても、ＦＡＵＬＴ信号を出力してバイパスリレー３３を動作させる。このように、コンバータ３１内のＷＤＴ６７は、自己完結型の故障検出機能を有している。

（伝送路状態監視機能）
本機能については、図７を用いて説明する。ここで、図７は、伝送路状態を監視する際のパケットの流れを図５に対応する構成図上に示した図である。図７において、マイクロプロセッサ６６は、ＨＤＬＣ送受信回路５３から流出するパケットやＨＤＬＣ送受信回路５３に流入するパケットを監視する。マイクロプロセッサ６６によるパケットの監視は、例えばインクリメントされるシリアル番号の状態やＨＤＬＣフレームのＣＲＣを対象にして行うことができる。マイクロプロセッサ６６による監視結果は、例えばＲＳ２３２Ｃなどのシリアル回線によりネットワークコントローラ（ＣＰＵ／ＣＮＣ）２２に伝達される。なお、ネットワークコントローラ２２によって収集された監視情報は、車両内ネットワーク（ＣＮ）を介して運転制御台２８（図２参照）の表示器などに表示することができる。

（接続形態自動認識機能）
本機能については、図８〜図１０を用いて説明する。ここで、図８は、鉄道車両の接続状態および構成情報を説明するための一接続例を示す図であり、図９は、図８に示す接続形態において設定された車両ステータス情報を示す図であり、図１０は、主系のネットワークにおける接続形態の確定過程を示す図である。

（接続形態自動認識機能−隣接ノードの識別）
接続形態自動認識機能における隣接ノードの識別動作については、図８を用いて説明する。なお、隣接ノードの識別は、各装置を接続してパワーオンした状態、すなわちオンラインの状態で行われる。

まず、図８に示した鉄道車両の接続状態および構成情報について説明する。図８において、Ａ−Ｃａｒ，Ｂ−Ｃａｒからなる２両連結の第１の車両群（Ｍａｒｒｉｅｄ＿Ｐａｉｒ＿１）とＡ−Ｃａｒ，Ｂ−Ｃａｒからなる２両連結の第２の車両群（Ｍａｒｒｉｅｄ＿Ｐａｉｒ＿２）とが、Ｂ−Ｃａｒ同士を接続する形で接続されている。すなわち、第１の車両群のノード番号１の装置と第２の車両群のノード番号２の装置とが主系のネットワークに接続され、第１の車両群のノード番号２の装置と第２の車両群のノード番号１の装置とが従系のネットワークに接続されるように構成されている。また、各車両には車両番号が付与されている。例えば、第１の車両群のＡ−Ｃａｒ，Ｂ−Ｃａｒには、それぞれ「１０１０」、「１０１１」が付与され、第２の車両群のＡ−Ｃａｒ，Ｂ−Ｃａｒには、それぞれ「２０２０」、「２０２１」が付与されている。

各ノード装置では、隣接するコンバータ同士間の送受信により車両番号およびコンバータのＩＤ番号（以下「コンバータＩＤ番号」という）が交換される。各ネットワークコントローラ（ＣＮＣ）は、これらの車両番号およびコンバータＩＤ番号の情報を同一車両内の４個のコンバータからＲＳ２３２Ｃのインタフェースを介して取得する。ネットワークコントローラは、上記のようにして収集したデータに基づいて、車両の接続状態を認識する。なお、図８では、ネットワークコントローラによって収集された収集データをＩＤ番号ごとに示している。例えば、ネットワークコントローラ８２−１の記録データには、ＩＤ３およびＩＤ４の情報が存在していないため、ＩＤ３、ＩＤ４の番号を有するコンバータには何も接続されていないことを認識することができる。また、ネットワークコントローラ８３−１の記録データには、ＩＤ３として、「２０２１，２，４」というデータが収集されており、自車両の「コンバータＩＤ３」には、「Ｍａｒｒｉｅｄ＿Ｐａｉｒ＿２」の「Ｂ−Ｃａｒ（２０２１）」の「Ｎｏｄｅ２」における「コンバータＩＤ４」が接続されていることを認識することができる。

（接続形態自動認識機能−車両ステータス情報の設定）
接続形態自動認識機能における車両ステータス情報の設定動作については、図９を用いて説明する。鉄道車両の接続状態および構成情報が認識された後、各車両のネットワークコントローラ（ＣＮＣ）は、各ノードにおける車両ステータスとして以下に示す情報を設定する。
（１）自身のノード番号および車両番号
（２）車両群内隣接ノード（Ｉｎｔｒａ−Ｐａｉｒ＿ｓｉｄｅ）における
（ａ）車両番号
（ｂ）コンバータＩＤ番号（１〜４のいずれかの数字）
（３）車両群間隣接ノード（Ｉｎｔｅｒ−Ｐａｉｒ＿ｓｉｄｅ）における
（ａ）車両番号
（ｂ）コンバータＩＤ番号（１〜４のいずれかの数字）
（４）車両の端（Ｅｎｄ）を識別する情報（Ｅｎｄ：１）

図９には、上記（１）〜（４）に関する情報が設定された車両ステータス情報が示されている。例えば、「Ａ−Ｃａｒ（１０１０）」の「Ｎｏｄｅ１」には、車両群間隣接ノード（Ｉｎｔｅｒ−Ｐａｉｒ＿ｓｉｄｅ）が存在せず、車両の端（Ｅｎｄ）に位置するノードであることを認識することができる。また、「Ｂ−Ｃａｒ（２０２１）」の「Ｎｏｄｅ２」では、車両群内隣接ノード（Ｉｎｔｒａ−Ｐａｉｒ＿ｓｉｄｅ）には、「車両番号２０２０」の「コンバータＩＤ２」が接続されていること、および車両群間隣接ノード（Ｉｎｔｅｒ−Ｐａｉｒ＿ｓｉｄｅ）に「車両番号１０１１」の「コンバータＩＤ３」が接続されていることをそれぞれ認識することができる。

（接続形態自動認識機能−接続形態の確定）
続形態自動認識機能の細部機能における接続形態の確定動作については、図１０を用いて説明する。なお、図１０には、第１の車両間ネットワーク（主系のネットワーク）における接続形態の確定過程が示されている。

また、接続形態の確定は、以下のステップで行われる。
（１）まず、主ステーション（主車両）が決定されるとともに、主ステーションのノード番号および車両番号が設定される（ステップ１）。なお、主ステーションの決定については、例えば、主系（従系）のネットワークに接続されるノードであれば、当該主系（従系）のネットワークに接続されるノード番号の中で最も小さなノードを有する車両を主ステーションとして決定すればよい。
（２）ステップ１で決定された主ステーションのネットワークコントローラ（ＣＮＣ）は、車両ステータス情報をＵＤＰプロトコルにてブロードキャストする。このとき、送信された車両ステータス情報がステップ１で生成された接続形態を示すフレームの後尾に付加される（ステップ２）。
（３）つぎに、フレームの後尾に付加された「ノード番号」および「車両番号」を有するステーションのネットワークコントローラ（ＣＮＣ）は、保有している車両ステータス情報に基づき、ステップ２と同様に、所定情報をＵＤＰプロトコルにてブロードキャストする（ステップ３、ステップ４）。
（４）車両間ネットワーク内の全てのネットワークコントローラ（ＣＮＣ）に車両ステータス情報が伝達されることにより、主系および従系の車両間ネットワークにおける全ての接続形態が認識される（ステップ５）。

（ＩＰアドレスの付与）
つぎに、ネットワークコントローラ（ＣＮＣ）に設定されるＩＰアドレスについて図１１および図１２を用いて説明する。ここで、図１１は、本実施の形態の鉄道車両通信システムにおけるＩＰアドレス体系の一例を示す図であり、図１２は、設定されたＩＰアドレスに基づく通信パスの一例を図８の構成図上に示した図である。なお、図１２に示すように、各ネットワークコントローラ（ＣＮＣ）には、それぞれ２個ずつのＩＰアドレス（Ｎｏｄｅ１側、Ｎｏｄｅ２側）が設定される。

図１１に示すように、ＩＰアドレスに必要な情報は、車両番号（Ｃａｒ＿Ｎｕｍｂｅｒ）、ノード番号（Ｎｏｄｅ＿Ｎｕｍｂｅｒ）、およびＩＤ番号（ＩＤ＿ｉｎ＿ａ＿ｃａｒ）である。これらの情報のうち、ＩＤ番号はネットワークコントローラ（ＣＮＣ）を識別するための識別番号であり、図１１の例では、「ＣＮＣ１」には「００１０」、「ＣＮＣ２」には「００１１」がそれぞれ設定される。また、ノード番号はノード装置を識別するための識別番号であり、図１１の例で、「Ｎｏｄｅ１」には「０」、「Ｎｏｄｅ２」には「１」がそれぞれ設定される。なお、本実施の形態では、図１１に示すようなＩＰアドレス体系を採用しているが、無論、他のＩＰアドレス体系を採用することも可能である。

いま、「Ｂ−Ｃａｒ（１０１１）」の「ＣＮＣ１」から「Ｎｏｄｅ１」を経由して「Ａ−Ｃａｒ（２０２０）」の「ＣＮＣ１」に所定のデータを送信する場合を考える。この場合、「Ａ−Ｃａｒ（２０２０）」の「ＣＮＣ１」のノード番号の情報が必要となるが、主系の車両間ネットワークにおける接続形態の情報（図１０および図１２参照）から、「Ａ−Ｃａｒ（２０２０）」の「ＣＮＣ１」のノード番号が「２」であることが解る。このため、「Ｂ−Ｃａｒ（１０１１）」の「ＣＮＣ１」から「Ｎｏｄｅ１」を経由して「Ａ−Ｃａｒ（２０２０）」の「ＣＮＣ１」に所定のデータを送信するためのＩＰアドレスは、図１２に示すようなＩＰアドレスとなる。

このように、各車両に搭載された鉄道車両用通信装置の各ネットワークコントローラでは、車両間ネットワークに接続された各ノード装置との接続点に所定のＩＰアドレスが設定され、所望の通信はこのＩＰアドレスを用いて行うことが可能となる。このため、例えば、各ノード装置のスイッチングハブの空きポートに汎用的な端末を挿入するだけで、他の端末との通信や車両間ネットワークに接続される外部ネットワークに接続された端末との間の通信を行うことができる。また、標準規格に基づいたシステム構築を行っているので、既存の汎用的なプロトコルや汎用的なアプリケーションを用いた表示装置、監視装置などを構成することができ、システム構築やシステム保守に対するコスト低減が可能となる。

以上説明したように、この実施の形態の鉄道車両用通信装置によれば、ネットワークコントローラを接続するスイッチングハブに、ＨＤＬＣ信号とイーサネット（登録商標）信号との間の相互の信号変換を行う第１、第２のコンバータを接続するように構成したので、号品質の低い伝送路への適合性を確保し、データ伝送の確実性を向上させることが可能となる。

なお、この実施の形態の鉄道車両用通信装置では、ネットワークコントローラを二重系で構成するようにしているが、冗長系なしの単一構成としてもよい。

この実施の形態では、車両間ネットワークを二重系で構成するようにしているが、冗長系なしの単一構成としてもよい。この場合、ノード装置も単一の構成となる。また、この場合、ネットワークコントローラが二重系である必要はない。

また、この実施の形態の鉄道車両用通信装置では、イーサネット（登録商標）信号の伝送速度を１０Ｍｂｐｓ、ＨＤＬＣ信号の伝送速度を２．５Ｍｂｐｓとしているが、伝送路の状況に応じてＨＤＬＣ信号の伝送速度を可変して２．５Ｍｂｐｓよりも大きくし、あるいは小さくしてもよい。

また、この実施の形態の鉄道車両用通信装置では、自動連結器の接触不良対策として、フリッティング回路を構成しているが、自動連結器を使用することなく通信伝送路を構成する場合には、フリッティング回路は不要である。また、自動連結器を使用している場合でも、自動連結器の材質がフリッティングに対する耐性に優れ、かつ、速度変換を行ったＨＤＬＣ信号によって十分な伝送品質が確保できる場合であれば、フリッティング回路は不要である。

以上のように、本発明にかかる鉄道車両用通信装置は、鉄道車両通信システムにおける信号品質の低い伝送路への適用が可能な発明として有用である。

図１は、本発明の好適な実施の形態にかかる鉄道車両用通信装置が搭載された鉄道車両通信システムの概略構成を示した図である。 図２は、本実施の形態にかかる鉄道車両用通信装置の構成および接続形態を示す図である。 図３は、鉄道車両用通信装置内に構成されるノード装置の構成を示す図である。 図４は、本実施の形態の鉄道車両通信システムにおけるネットワーク階層を示す図である。 図５は、コンバータの構成を示すブロック図である。 図６は、自動連結器における接触不良対策機能として設けられたフリッティング回路を動作させた状態を示す図である。 図７は、伝送路状態を監視する際のパケットの流れを図５に対応する構成図上に示した図である。 図８は、鉄道車両の接続状態および構成情報を説明するための一接続例を示す図である。 図９は、図８に示す接続形態において設定された車両ステータス情報を示す図である。 図１０は、主系のネットワークにおける接続形態の確定過程を示す図である。 図１１は、本実施の形態の鉄道車両通信システムにおけるＩＰアドレス体系の一例を示す図である。 図１２は、設定されたＩＰアドレスに基づく通信パスの一例を図８に対応する構成図上に示した図である。

１０ 鉄道車両
１１ 車両群
１２，２７ 自動連結器
１４ 鉄道車両用通信装置
１６，８２，８３ ネットワークコントローラ
１７ 伝送路
２０ 鉄道車両用通信装置
２１ ノード装置
２２ ネットワークコントローラ
２３，２４，２５ シリアル回線
２６ パラレルインタフェース回路
２８ 運転制御台
３１ コンバータ
３２ スイッチングハブ
３３ バイパスリレー
３４ バイパスライン
５１ イーサネット（登録商標）送受信回路
５２ バッファメモリ
５３ ＨＤＬＣ送受信回路
５５ パルストランス
５６ イーサネット（登録商標）コントローラ
５７，５８，５９ ＦＩＦＯ型メモリ
６１ ＨＤＬＣコントローラ
６２ ＲＳ４２２トランシーバ
６３ パルストランス
６４ キャパシタ
６６ マイクロプロセッサ
６７ ＷＤＴ（ウォッチドッグタイマ）
６８ リレー
６９ スイッチ
７０ インダクタンスコイル

Claims (17)

1. 鉄道車両の各車両間に構築される車両間ネットワークに流れる第１の伝送信号および該各車両内に構築される車両内ネットワークに流れる第２の伝送信号の各伝送処理を行う鉄道車両用通信装置において、
   前記車両に設けられ、前記第１の伝送信号と前記第２の伝送信号との間の相互の信号変換および伝送速度変換を行う第１の信号変換器および第２の信号変換器、ならびに第１の信号変換器と該第２の信号変換器との間に介在し、該第１、第２の信号変換器をそれぞれ接続するレイヤ２スイッチを具備するノード装置と、
   前記レイヤ２スイッチに接続され、前記車両間ネットワークと前記車両内ネットワークとの伝送を制御する第１のコントローラと、
   を備え、
   前記第１の信号変換器は、自車両に隣接する一方側の車両間ネットワークから受領した前記第１の伝送信号を前記第２の伝送信号に変換して前記レイヤ２スイッチに送出すると共に、前記レイヤ２スイッチから受領した前記第２の伝送信号を前記第１の伝送信号に変換して前記一方側の車両間ネットワークに送出し、
   前記第２の信号変換器は、自車両に隣接する他方側の車両間ネットワークから受領した前記第１の伝送信号を前記第２の伝送信号に変換して前記レイヤ２スイッチに送出すると共に、前記レイヤ２スイッチから受領した前記第２の伝送信号を前記第１の伝送信号に変換して前記他方側の車両間ネットワークに送出する
   ことを特徴とする鉄道車両用通信装置。
2. 前記第２の伝送信号は、前記第１の伝送信号にカプセル化されて前記車両間ネットワークに送出されることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用通信装置。
3. 前記第１および第２の信号変換器は、
   前記第１、第２の伝送信号の伝送速度差を吸収するための少なくとも２種類のバッファメモリを有し、
   前記２種類のバッファメモリは、前記第２の伝送信号を前記第１の伝送信号に変換する変換部の直前に設けられることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用通信装置。
4. 前記２種類のバッファメモリの一方は、優先度の高いデータが蓄積される高優先度バッファメモリであり、その他方は、優先度の低いデータが蓄積される低優先度バッファメモリであることを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両用通信装置。
5. 前記各信号変換器は、前記第１の伝送信号の流れを監視する第２のコントローラを備え、
   前記第２のコントローラは、前記第１の伝送信号の監視結果を前記レイヤ２スイッチを介して前記第１のコントローラに伝達することを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用通信装置。
6. 前記鉄道車両は、少なくとも一部の車両間が自動連結器を介して連結されるとともに、前記一部の車両間の車両間ネットワークを形成する伝送路が前記自動連結器の電気的接点部を利用して構築されるとき、
   前記各信号変換器には、所定の直流電圧を印加するための直流電圧印加回路が備えられ、
   前記第２のコントローラは、前記直流電圧印加回路を制御して、前記自動連結器の電気的接点部に前記所定の直流電圧を印加することを特徴とする請求項５に記載の鉄道車両用通信装置。
7. 前記所定の直流電圧の印加期間は、前記第１の伝送信号の監視結果に基づいて行われることを特徴とする請求項６に記載の鉄道車両用通信装置。
8. 前記ノード装置は、
   車両間ネットワークを構成する一方側の一方の伝送路と前記第１の信号変換器の受信端との間に挿入される第１のスイッチと、
   車両間ネットワークを構成する他方側の一方の伝送路と前記第２の信号変換器の送信端との間に挿入される第２のスイッチと、
   前記一方側の他方の伝送路と前記第１の信号変換器の送信端との間に挿入される第３のスイッチと、
   前記他方側の他方の伝送路と前記第２の信号変換器の受信端との間に挿入される第４のスイッチと、
   前記一方側の一方の伝送路と前記他方側の一方の伝送路とを接続するための第１のバイパスラインと、
   前記一方側の他方の伝送路と前記他方側の他方の伝送路とを接続するための第２のバイパスラインと、
   を備え、
   前記各信号変換器は、前記第２のコントローラの故障を検出する故障検出部をそれぞれ備え、
   前記各故障検出部は、故障検出対象である前記第２のコントローラが故障していると判断したときには、前記第１、第２のスイッチの接続を前記第１のバイパスライン側に切替制御し、かつ、前記第３、第４のスイッチの接続を前記第２のバイパスライン側に切替制御することを特徴とする請求項５に記載の鉄道車両用通信装置。
9. 前記第１〜第４のスイッチは、ノーマリーオン型のリレーであることを特徴とする請求項８に記載の鉄道車両用通信装置。
10. 前記レイヤ２スイッチが、スイッチングハブであることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用通信装置。
11. 前記第１の伝送信号がＨＤＬＣ信号であり、前記第２の伝送信号がイーサネット（登録商標）信号であることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用通信装置。
12. 前記イーサネット（登録商標）信号の伝送速度が１０Ｍｂｐｓまたは１００Ｍｂｐｓであり、前記ＨＤＬＣ信号の伝送速度が２．５Ｍｂｐｓであることを特徴とする請求項１１に記載の鉄道車両用通信装置。
13. ２台の前記ノード装置と２台の前記第１のコントローラとが備えられ、
    前記２台のノード装置のうちの一方のノード装置と前記２台の第１のコントローラとがそれぞれ接続されるとともに、前記他方のノード装置と前記２台の第１のコントローラとがそれぞれ接続されて、冗長二重系を構成していることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用通信装置。
14. 前記信号変換器には、鉄道車両の接続構成を認識するための情報として、少なくとも車両番号および信号変換器自身のＩＤ番号が付与されることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用通信装置。
15. 前記信号変換器には、鉄道車両の接続構成を認識するための情報として、車両の端であることを識別する情報が付与されていることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用通信装置。
16. 前記第１のコントローラの前記ノード装置との接続点に所定のＩＰアドレスが設定されて運用されることを特徴とする請求項１４に記載の鉄道車両用通信装置。
17. 前記ＩＰアドレスは、前記車両番号、前記ノード装置の識別番号および前記第１のコントローラの識別番号に基づいて設定されることを特徴とする請求項１６に記載の鉄道車両用通信装置。

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