JP5340087B2 - 列車内伝送制御システム - Google Patents

Description

本発明は、信頼性の要求される車両制御システムを実現するために利用される列車内伝送制御システムに関する。

列車内ネットワークは、列車内の制御情報を送受信するために、高い信頼性が要求される。このため、従来から、列車内のネットワークおよび伝送制御装置はそれぞれ二重化されて構成されている。従来、このような列車内ネットワークを二重化して構成した例として、例えば、特許文献１に示すように、それぞれの基幹伝送路に制御情報を中継する伝送制御装置を設け、この伝送制御装置によって、２つの基幹伝送路からデータを受信し、障害によって、一方の基幹伝送路で伝送が途切れた場合には、他方の基幹伝送路で受信したデータを伝送が途切れた基幹伝送路に中継するようにしたものがあった。

また、例えば、特許文献２に示すように、予備の親局が、常用の親局からの送信データを常時監視すると共に、送信データの非受信時に予備の親局が子局に対するデータ伝送を行うようにした伝送系の二重化方法があった。

特許第４２２７５５６号公報 特開平１−１７５３３８号公報

しかしながら、例えば、特許文献１に示されたような従来の伝送制御システムでは、車両内に２台設けられた伝送制御装置で付加される情報が互いに異なる値になる可能性があり、そうした場合、伝送制御装置に一方および他方の支線ネットワークを介して接続される機器制御装置が受信する制御情報が異なる値になるため、いずれの系から伝送された制御情報を採用すべきかの判断が困難となるという問題があった。

また、特許文献２に示されたような二重化方法では、主系の伝送制御装置の演算機能に関わる異常が発生し、演算結果に誤りがあった場合、待機系の伝送制御装置が動作することができない為、演算機能異常による送信データの信頼性低下が避けられないという問題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、伝送及び演算機能の異常に対する耐性の強い高信頼なネットワークシステムを提供することのできる列車内伝送制御システムを得ることを目的とする。

この発明に係る列車内伝送制御システムは、各走行制御単位を二重化接続する２つの基幹ネットワークと、走行制御単位に設けられ、それぞれが、機器制御装置と一方および他方の支線ネットワークを介して二重化接続され、かつ、それぞれが、２つの基幹ネットワークの双方と接続された２つの伝送制御装置とを備え、２つの伝送制御装置は、主系と待機系のいずれかに設定され、設定に応じてその系に対応した制御を行い、かつ、これら伝送制御装置は、それぞれ、機器制御装置から一方または他方の支線ネットワークを介して情報を受信すると共に、他の走行制御単位から基幹ネットワークを介して情報を受信する制御情報中継部と、機器制御装置から受信した情報と、基幹ネットワークから受信した情報のうち、少なくともいずれかの情報を用いて、他の走行制御単位の分も含めた機器への指令値を含む制御情報を演算する制御情報演算部と、自系が主系か待機系かを判断する主系判定部とを有する列車内伝送制御システムであって、制御情報中継部は、自系が主系である場合に、基幹ネットワークから受信した未中継の情報を、制御情報演算部で得られた制御情報と共に一方および他方の支線ネットワークに中継すると共に、一方または他方の支線ネットワークから受信した未受信の情報を、制御情報演算部で得られた他の走行制御単位宛の制御情報と共に基幹ネットワークに中継し、主系判定部は、主系の伝送制御装置から送信される制御情報と、他の走行制御単位の伝送制御装置から送信される制御情報と、自伝送制御装置の制御情報演算部で演算した制御情報とを比較し、主系から送信される制御情報のみが異なる制御情報である状態が一定時間継続した場合、自系を待機系から主系に切り替えるようにしたものである。

この発明の列車内伝送制御システムは、２つの伝送制御装置が主系か待機系かの設定に応じてその系に対応した制御を行い、かつ、それぞれの伝送制御装置の制御情報演算部は、他の走行制御単位の分も含めた機器への指令値を含む制御情報を演算し、主系の伝送制御装置から送信される制御情報と、他の走行制御単位の伝送制御装置から送信される制御情報と、自伝送制御装置の制御情報演算部で演算した制御情報とを比較し、主系から送信される制御情報のみが異なる制御情報である状態が一定時間継続した場合、自系を待機系から主系に切り替えるようにしたので、伝送制御装置の伝送のみ正しく実施されて、演算結果に誤りがある状況を、特別な装置を追加することなく、他の走行制御単位の伝送制御装置の演算結果を利用して検出することが可能となり、列車内ネットワークの信頼性を向上させることができる。

この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムが適用される列車内ネットワークの構成図である。 この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムを示す構成図である。 この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムの伝送制御装置の実現例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムの制御情報演算部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムの制御情報中継部における基幹ネットワークから支線ネットワークへの中継動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムの制御情報中継部における支線ネットワークから基幹ネットワークへの中継動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムの主系判定部の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムの正常時の動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムの主系の伝送制御装置が異常である場合の動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムの主系の伝送制御装置が異常で誤った制御情報を送信している場合の動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムの基幹ネットワークに故障が発生した場合の動作を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムの制御情報中継部における基幹受信バックアップ機能を備えた場合の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１による列車内伝送制御システムの基幹ネットワークに２箇所の故障が発生した場合の動作を示す説明図である。

実施の形態１．
先ず、本発明における列車内伝送制御システムが適用される列車内ネットワークの構成について図１および図２を用いて説明する。
図１に示すように、列車内ネットワークは、２つの基幹ネットワーク１０１，１０２と複数の走行制御単位２００から構成される。
走行制御単位２００は、１以上の車両の集合であり、走る、止まる等の走行に関わる制御を行う基本単位となる。これらの制御の信頼性を高めるため、列車内ネットワークは、伝送制御装置１４１，１４２、および、それらを接続するネットワークが二重化される。ここで、同一の走行制御単位２００に設置される伝送制御装置の一方を伝送制御装置１系１４１、他方を伝送制御装置２系１４２と呼ぶこととする。また、二重化された基幹ネットワークの一方を基幹ネットワーク１系１０１、他方を基幹ネットワーク２系１０２と呼ぶこととする。

また、図２に示すように、伝送制御装置１４１，１４２と機器制御装置１５０とを接続する支線ネットワーク１１１，１１２も二重化されており、支線ネットワークの一方を支線ネットワーク１系１１１、他方を支線ネットワーク２系１１２と呼ぶこととする。また、伝送制御装置１系１４１から見た基幹ネットワーク１系１０１、支線ネットワーク１系１１１を、それぞれ自系基幹ネットワーク、自系支線ネットワークと呼び、基幹ネットワーク２系１０２、支線ネットワーク２系１１２を、それぞれ他系基幹ネットワーク、他系支線ネットワークと呼ぶ事とする。同様に、伝送制御装置２系１４２から見た基幹ネットワーク２系１０２、支線ネットワーク２系１１２をそれぞれ自系基幹ネットワーク、自系支線ネットワークと呼び、基幹ネットワーク１系１０１、支線ネットワーク１系１１１をそれぞれ他系基幹ネットワーク、他系支線ネットワークと呼ぶこととする。

各走行制御単位２００の伝送制御装置１系１４１と、伝送制御装置２系１４２の２台の伝送制御装置は、いずれも、基幹集線装置１系１３１と、基幹集線装置２系１３２の双方と接続される。また、基幹集線装置１系１３１と基幹集線装置２系１３２は、それぞれ、基幹ネットワーク１系１０１と基幹ネットワーク２系１０２と接続される。

列車内ネットワークは、一つまたは複数の走行制御単位２００から構成され、複数の場合は互いに基幹ネットワーク１系１０１と基幹ネットワーク２系１０２とを介して接続される。図１の例では、走行制御単位２００が３台ある列車内ネットワークの例を示している。
ある走行制御単位２００に設置された伝送制御装置１４１，１４２と、これとは異なる走行制御単位２００に設置された伝送制御装置１４１，１４２の間の伝送は、基幹ネットワーク１系１０１および基幹ネットワーク２系１０２を用いて実現される。
本構成では、任意の２つの伝送制御装置１４１，１４２に対して、それらの間の伝送経路は２通り確保されるため、伝送路の一箇所に故障が発生した場合であっても、伝送を継続できる構成となっている。

次に、図２を用いて走行制御単位２００内の構成を説明する。
図２において、伝送制御装置１４１，１４２は、それぞれ４つのイーサネット（登録商標：以下省略）ポートをもつ。各イーサネットポートは、基幹集線装置１系１３１、基幹集線装置２系１３２、支線集線装置１系１２１、支線集線装置２系１２２と接続される。
機器制御装置１５０は、２つのイーサネットポートを持ち、それぞれ支線ネットワーク１１１，１１２を介して、支線集線装置１系１２１、支線集線装置２系１２２と接続される。ここで、機器制御装置１５０とは、車両に搭載されるドアやブレーキ装置等の機器を制御する装置である。

本構成では、伝送制御装置１４１，１４２と、その支線ネットワーク１１１，１１２に接続される任意の機器制御装置１５０との間に、２通りの伝送経路が確保されるため、伝送路の一箇所に故障が発生した場合であっても、伝送を継続できる構成となっている。
ここで、基幹ネットワーク１０１，１０２、支線ネットワーク１１１，１１２は、物理媒体としてメタル線または光ファイバを利用したイーサネットや、ＡＲＣＮＥＴ等のシリアル伝送で実現可能である。
また、基幹ネットワーク１０１，１０２、支線ネットワーク１１１，１１２にイーサネットを用いた場合、基幹集線装置１３１，１３２、支線集線装置１２１，１２２は、スイッチングハブや、リピータハブ等にて実現可能である。
以下、基幹ネットワーク１０１，１０２、支線ネットワーク１１１，１１２にイーサネットを、基幹集線装置１３１，１３２、支線集線装置１２１，１２２にスイッチングハブを用いた場合を例として説明する。

伝送制御装置１４１，１４２の実現例を図３に示す。
伝送制御装置１系１４１のイーサネットポート２０ａ〜２０ｄは、それぞれ、１系（自系）の基幹集線装置１３１、２系（他系）の基幹集線装置１３２、１系（自系）の支線集線装置１２１、２系（他系）の支線集線装置１２２に接続される。
伝送制御装置２系１４２のイーサネットポート２０ａ〜２０ｄは、それぞれ、２系（自系）の基幹集線装置１３２、１系（他系）の基幹集線装置１３１、２系（自系）の支線集線装置１２２、１系（他系）の支線集線装置１２１に接続される。
また、イーサネットポート２０ａ〜２０ｄは、伝送制御装置１４１，１４２の構成要素である制御部２１に接続される。この制御部２１はＣＰＵやメモリおよびＣＰＵが実行するためのプログラムから構成されているが、同等の機能を実現する専用ＩＣを用いることも可能である。

次に、伝送制御装置１４１，１４２の制御部２１で実現される機能について説明する。
それぞれの伝送制御装置１４１，１４２では、図２に示すように、制御情報演算部１、制御情報中継部２、主系判定部３を備えている。
制御情報演算部１は、伝送制御装置１４１，１４２がイーサネットポート２０ａ〜２０ｄから受信したデータを元に、伝送制御装置１４１，１４２が設置された走行制御単位２００の機器制御装置１５０に対する制御情報を演算する機能、および、イーサネットポート２０ａ〜２０ｄから受信したデータを元に、伝送制御装置１４１，１４２が設置された走行制御単位２００と同じ走行制御単位２００に設置された機器制御装置１５０の状態を集約する機能を持つ。

図４に、制御情報演算部１の処理ステップの実現例を示す。
先ず、イーサネットポート２０ａ〜２０ｄから受信されるデータを取得する（ステップＳＴ１１）。次に、支線ネットワーク１１１，１１２から受信されたデータである、自走行制御単位２００の機器制御装置１５０の状態データを集約する（ステップＳＴ１２）。この処理には、例えば、当該走行制御単位で得られたブレーキ力の合計を演算する処理や、当該走行制御単位に搭載されたドアの開閉状態の論理和を演算する処理などが含まれる。次に、基幹ネットワーク１０１，１０２、または、支線ネットワーク１１１，１１２から受信された情報を元に、自走行制御単位２００内の機器制御装置１５０に対する制御情報を演算する（ステップＳＴ１３）。また、ここで、他の走行制御単位２００への制御情報を含めて演算する。次に、これらの演算結果を、制御情報中継部２で参照できるように、図示しない演算結果保持領域へ格納する（ステップＳＴ１４）。

制御情報中継部２は、自系が主系である場合、基幹ネットワーク１０１，１０２から受信したデータを支線ネットワーク１１１，１１２に中継する機能、支線ネットワーク１１１，１１２から受信したデータを基幹ネットワーク１０１，１０２に中継する機能を持つ。これらの機能は、いずれも、受信したデータを中継する際に、制御情報演算部１が出力した制御情報を中継するデータに付加して送信する機能を持つ。

制御情報中継部２に制御情報演算部１が出力した制御情報を中継するデータに付加して送信する機能がない従来の列車内伝送制御システムでは、図示しない列車全体情報演算装置に対して機器制御部１５０の情報を、基幹ネットワーク１０１，１０２を介して伝送し、図示しない列車全体情報演算装置にて演算した結果を、再度基幹ネットワーク１０１，１０２を介して伝送制御装置１４１，１４２に伝送し、伝送制御装置１４１，１４２がその演算結果を機器制御部１５０に伝送する必要がある。
本実施の形態の列車内伝送制御システムによれば、制御情報中継部２に制御情報演算部１が出力した制御情報を中継するデータに付加して送信する機能を持たせると、同一の走行制御単位内の機器制御部１５０の情報を用いて演算可能な制御情報を当該伝送制御装置１４１，１４２にて演算し、その結果を、基幹ネットワーク１０１，１０２を介さずに機器制御部１５０に伝送できる。このため、制御情報中継部２に制御情報演算部１が出力した制御情報を中継するデータに付加して送信する機能がない場合と比べて、同一の走行制御単位内の機器制御部１５０の情報を用いて演算可能な制御情報の伝送遅延を小さくできる。

図５に、制御情報中継部２の、基幹ネットワーク１０１，１０２から受信したデータを支線ネットワーク１１１，１１２に中継する機能の処理ステップの実現例を示す。
先ず、基幹ネットワーク１０１，１０２に接続されたイーサネットポート２０ａ，２０ｂのいずれかから受信されるデータを取得する（ステップＳＴ２１）。次に、受信されたデータが既に受信済みかどうかを判断し（ステップＳＴ２２）、受信済みのデータである場合は（ステップＳＴ２２“ＹＥＳ”）、そのデータを破棄して終了する（ステップＳＴ２６）。未受信であった場合（ステップＳＴ２２“ＮＯ”）、制御情報演算部１が出力した制御情報を、受信データに付加する（ステップＳＴ２３）。次に、自系が主系かどうかを判断し（ステップＳＴ２４）、自系が主系でない場合は（ステップＳＴ２４“ＮＯ”）終了する。また、自系が主系であった場合（ステップＳＴ２４“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ２３で得られたデータを、イーサネットポート２０ｃ，２０ｄを通して、支線ネットワーク１系１１１、および、支線ネットワーク２系１１２に送信する（ステップＳＴ２５）。

尚、上記ステップＳＴ２３において受信したデータが既に受信済みであるかどうかを判断する方法として、例えば、伝送制御装置１４１，１４２が、送信するデータに対してシーケンス番号を付加し、受信側の伝送制御装置１４１，１４２において、受信したデータに付されたシーケンス番号を記憶することにより、受信済みかどうかを判断する方法が考えられる。

図６に、制御情報中継部２の、支線ネットワーク１１１，１１２から受信したデータを基幹ネットワーク１０１，１０２に中継する機能の処理ステップの実現例を示す。
先ず、支線ネットワーク１１１，１１２に接続されたイーサネットポート２０ｃ，２０ｄのいずれかから受信されるデータを取得する（ステップＳＴ３１）。次に、受信されたデータが既に受信済みかどうかを判断し（ステップＳＴ３２）、受信済みのデータである場合は（ステップＳＴ３２“ＹＥＳ”）、そのデータを破棄して終了する（ステップＳＴ３６）。未受信であった場合（ステップＳＴ３２“ＮＯ”）、制御情報演算部１が出力した制御情報を、受信データに付加する（ステップＳＴ３３）。次に、自系が主系かどうかを判断し（ステップＳＴ３４）、自系が主系でない場合は（ステップＳＴ３４“ＮＯ”）終了する。また、自系が主系であった場合（ステップＳＴ３４“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ３３で得られたデータを、イーサネットポート２０ａ，２０ｂを通して、基幹ネットワーク１系１０１、および、基幹ネットワーク２系１０２に送信する（ステップＳＴ３５）。

このように、制御情報中継部２は、自系が主系である場合に、２つの基幹ネットワーク１０１，１０２から受信される同一のデータの一方を、２つの支線ネットワーク１１１，１１２に対して中継するため、基幹ネットワーク１０１，１０２の一方に異常が発生し、そのネットワーク経由で制御情報が伝送制御装置１４１，１４２に到達しない場合であっても、他方のネットワークを経由して制御情報が伝送制御装置１４１，１４２に到達する。
また、中継される制御情報、および、その制御情報に付加される情報制御情報演算部１が出力した情報は、常に、主系の制御情報中継部２が支線ネットワーク１１１，１１２の２つの系に送信するため、支線ネットワーク１１１，１１２でこれらのデータを受信する機器制御装置１５０は、各系ネットワークから同一の情報を受信できるため、いずれの情報を採用すべきかを機器制御装置１５０で判断する必要がない。

主系判定部３は、イーサネットポート２０ａ〜２０ｄから受信したデータを元に、自伝送制御装置１４１，１４２が主系であるか、待機系であるかを判定する機能を持つ。
図７に、自系が２系の場合の主系判定部３の処理シーケンスの実現例を示す。
先ず、主系判定部３は、支線ネットワーク１１１，１１２から他系（１系）データ（他系の伝送制御装置が送信したデータ）が受信されるのを待ち、一定時間以上受信しなかったかどうかを判定する（ステップＳＴ４１）。ここで、主系判定部３が、他系データを一定時間以上受信しなかった場合（ステップＳＴ４１“ＹＥＳ”）、自系を主系に切り替える（ステップＳＴ４６）。
一方、主系判定部３が、他系データを一定時間以内に受信した場合（ステップＳＴ４１“ＮＯ”）、受信データが、既に受信済みのデータであるかどうかを判定する（ステップＳＴ４２）。既に受信済みのデータであった場合は（ステップＳＴ４２“ＹＥＳ”）、他系データを破棄し、処理を終了する（ステップＳＴ４７）。また、受信したデータが未受信のデータであった場合（ステップＳＴ４２“ＮＯ”）、以下の３つの制御情報を取得する。即ち、制御情報演算部１が出力した制御情報、他の走行制御単位２００の伝送制御装置１４１，１４２が送信したデータに付加された制御情報、他系の伝送制御装置１４１，１４２が送信したデータに付加された制御情報の３つである（ステップＳＴ４３）。続いて、ステップＳＴ４３で得られた情報を比較し、他系送信の制御情報のみが異なる場合（ステップＳＴ４４“ＹＥＳ”）、かつ、その状態が一定時間以上継続した場合（ステップＳＴ４５“ＹＥＳ”）、自系を主系に切り替える。
一方、上記ステップＳＴ４４、ＳＴ４５のいずれも成立しなかった場合は（ステップＳＴ４４，ＳＴ４５“ＮＯ”）、自系を待機系として終了する。

主系判定部３は、主系から送信されるデータの有無によって系の切り替えを行うため、直接的な監視のための装置を必要としないで、一方の伝送制御装置１４１，１４２に異常が発生した際にも伝送を継続できる。
ここで、ステップＳＴ４３で取得する情報の一例として、伝送制御装置１４１，１４２が、機器制御装置１５０である空気ブレーキ制御装置、モータ制御装置に対して与える情報を例として、以下に説明する。

列車を停止させるために利用されるブレーキの種類として空気ブレーキと電気ブレーキ（発電ブレーキまたは回生ブレーキ）がある。空気ブレーキは、機器制御装置１５０の一種である空気ブレーキ制御装置に対して制御情報を与えることにより制御される。また、電気ブレーキは、機器制御装置１５０の一種である電気ブレーキ装置の制御装置に対して制御情報を与えることにより制御される。電気ブレーキ装置として、例えばモータなどがあり、以下、電気ブレーキ装置の制御装置として、モータ制御装置を例として説明する。
電気ブレーキを空気ブレーキよりも優先的に用いることにより、制輪子の消耗を防ぐことができ、メンテナンスコストを下げることができる。また、回生ブレーキを用いる場合には、発電した電力が再利用されるため、省エネルギー運転にもつながる。このような制御方法は電空ブレンディングブレーキ制御と呼ばれる。

電空ブレンディングブレーキ制御の流れを以下に説明する。
先ず、マスコンや保安装置からのノッチ指令、および、各車両の重量から、各車両で必要なブレーキ力を計算する。また、これらを合計し、編成全体の必要ブレーキ力（編成必要ブレーキ力）を算出する。ここで、編成とは、１以上の走行制御単位２００で構成される車両の集合である。
次に、編成全体の必要ブレーキ力を、編成に含まれる全モータで分配し、電気ブレーキ力とする。
次に、電気ブレーキ力をモータに出力する。また、実際に得られた電気ブレーキ力をモータから取得する。
次に、モータ搭載車両で得られた電気ブレーキ力が、当該車両の必要ブレーキ力よりも大きい場合、その差分を、モータ非搭載車で分配し、各車両に搭載された空気ブレーキ制御装置に対するブレーキ力指令から減じる。

これらの処理において、実施の形態１では、電気ブレーキ力の演算、および、空気ブレーキ制御装置に対するブレーキ力指令は、伝送制御装置１４１，１４２で演算するよう構成する。また、各伝送制御装置１４１，１４２では、その車両に搭載されているモータ制御装置やブレーキ制御装置に対する指令値のみならず、他の車両に搭載されているモータ制御装置やブレーキ制御装置に対する指令値も演算するよう構成する。例えば、自車両とその前後の車両、走行制御単位２００に属する全車両、編成内の全車両、列車内の全車両、のようなグループに対して、そのグループ内に属する車両間で相互に他の車両の指令値を演算する方法が考えられる。
更に、伝送制御装置１４１，１４２は、機器制御装置１５０が送信した制御情報を基幹ネットワーク１０１，１０２に中継する際に、伝送制御装置１４１，１４２が演算した制御情報を付加するよう構成する。

このように構成することにより、待機系である伝送制御装置１４１，１４２は、主系の伝送制御装置１４１，１４２から、空気ブレーキとモータに送信される制御情報を支線ネットワーク１１１，１１２経由で、また、他の走行制御単位２００の伝送制御装置１４１，１４２が演算した制御情報を基幹ネットワーク１０１，１０２経由で受信できる。
同時に、待機系である伝送制御装置１４１，１４２も、主系と同様に空気ブレーキとモータに対する制御情報を演算可能である。

待機系の主系判定部３は、これらの３つの制御情報を比較することにより、主系の伝送制御装置１４１，１４２から送信された情報のみが異なる結果となったことを検知できる。この状態が一定時間以上続いた場合、主系の動作に異常を来していると判断し、待機系は、自系を主系に切り替える。また、待機系である伝送制御装置１４１，１４２は、主系である伝送制御装置１４１，１４２に対して伝送停止命令を送信する。

ブレーキ力指令は、列車の正常な運行のためには、正しく演算されることが必須である。これらの情報を主系の判定に用いることにより、伝送のみ正しく実施されて、演算結果に誤りがある状況を検出することが可能となり、列車内ネットワークの信頼性が向上する。

以下、このような伝送制御装置１４１，１４２により構成される列車内ネットワークにおいて、ある機器制御装置１５０が送信したデータが、他の機器制御装置１５０に到達するまでのデータの流れについて説明する。尚、以下の説明では、車両毎に走行制御単位２００を設けた場合を例として示す（１号車２００−１、２号車２００−２、３号車２００−３、…）が、複数の車両毎の走行制御単位２００を設けた場合であっても、データの流れは同じである。

＜ケース１：伝送制御装置、基幹ネットワークが共に正常な場合＞
図８を用いて、１号車２００−１の機器制御装置１５０が送信する情報の流れを説明する。ここで、１号車２００−１の機器制御装置１５０とは、例えば、加減速の指示を入力するマスコンであり、伝送される情報は、ノッチ情報などである。
１号車２００−１の機器制御装置１５０は、送信データを支線ネットワーク１１１，１１２の両方に対して送信する。ここで送信された情報は、１号車２００−１の支線集線装置１２１，１２２を通過し、伝送制御装置１系１４１、伝送制御装置２系１４２の両方に到達する。
列車内ネットワークの構成要素が全て正常に動作している場合、１号車２００−１の伝送制御装置１系１４１は、主系判定部３により、自系が主系と判断されているため、制御情報中継部２により、制御情報演算部１が演算した情報が受信した制御情報に付加されて、基幹ネットワーク１系１０１、基幹ネットワーク２系１０２の両方に中継される。
一方、１号車２００−１の伝送制御装置２系１４２は、主系判定部３により、自系が待機系と判断されているため、制御情報中継部２は、中継動作を実施しない。

基幹ネットワーク１０１，１０２に中継されたデータは、２号車２００−２、３号車２００−３の伝送制御装置１系１４１、伝送制御装置２系１４２の基幹イーサネットポート２０ａ，２０ｂから受信される。各伝送制御装置１４１，１４２は、基幹ネットワーク１系１０１、基幹ネットワーク２系１０２の両方から受信するデータのうち、先に到着したデータ（つまり、未受信のデータ）以外を破棄する。
列車内ネットワークが正常な状態の場合、２号車２００−２、３号車２００−３のいずれの伝送制御装置１４１，１４２においても、１系が主系、２系が待機系となる。
主系である伝送制御装置１系１４１の制御情報中継部２は、当該装置内の制御情報演算部１の演算結果を、受信したデータのうち、破棄されなかったデータに付加し、支線ネットワーク１系１１１、支線ネットワーク２系１１２の両方に中継する。
一方、待機系である伝送制御装置２系１４２は、受信したデータを中継しない。
このような手順で、機器制御装置１５０が送信したデータが他の車両に属する機器制御装置１５０に伝送される。

２号車２００−２、３号車２００−３の機器制御装置１５０も同様に、その送信データが基幹ネットワーク１０１，１０２を介して他の車両の機器制御装置１５０に送信される。
列車内ネットワークの構成要素が全て正常に動作している場合は、伝送制御装置１系１４１、伝送制御装置２系１４２のいずれも、基幹ネットワーク１系１０１、基幹ネットワーク２系１０２の両方から同じデータを受信する。
２号車２００−２、３号車２００−３の伝送制御装置１４１，１４２の制御情報中継部２は、同じ情報を両方の系から送信するため、機器制御装置１５０が各系の支線ネットワークから受信する情報に不一致が発生することがない。このため、伝送制御装置１系１４１と伝送制御装置２系１４２の間での煩雑な演算タイミングの同期処理が不要になる。また、制御情報演算部１により、伝送制御装置１４１，１４２にて制御情報を追加するため、機器制御装置１５０の情報を、列車内を統一的に制御する列車内ネットワーク上の装置まで送信することなく、当該車両の伝送制御装置１４１，１４２で折り返して制御できるため、制御の応答性を高められる効果がある。

＜ケース２：伝送制御装置１系１４１に異常が発生し、データが中継されなくなった場合＞
図９に、２号車２００−２の伝送制御装置１系１４１ａに異常が発生し、中継処理を中断した状況を示す。この際の１号車２００−１の機器制御装置１５０が送信する制御情報の流れを説明する。
尚、この場合、基幹ネットワーク１０１，１０２に送信される制御情報は、前記ケース１と同様であるため、２号車の伝送制御装置１系１４１ａ、伝送制御装置２系１４２の動作について説明する。

２号車２００−２の伝送制御装置１系１４１ａは異常が発生しているため、制御情報中継部２による中継処理が実行されない。このため、２号車２００−２の伝送制御装置２系１４２は、２号車２００−２の伝送制御装置１系１４１ａから中継される制御情報を受信することがない。従って、２号車２００−２の伝送制御装置２系１４２は、主系判定部３の、上述したステップＳＴ４１およびステップＳＴ４６により、自系を主系に切り替える。そして、制御情報中継部２のステップＳＴ２４およびステップＳＴ２５により、基幹ネットワーク１０１，１０２から受信した制御情報を、支線ネットワーク１系１１１、支線ネットワーク２系１１２へ送信する。

このように、伝送制御装置１系１４１に異常が発生した場合であっても、伝送制御装置２系１４２が中継動作を実施するため、列車内ネットワークにおける伝送処理が継続される。
また、伝送制御装置１系１４１または伝送制御装置２系１４２が、制御情報演算部１で演算した結果を、支線ネットワーク１系１１１、支線ネットワーク２系１１２の両方に送信するため、機器制御装置１５０が支線ネットワーク１系１１１と支線ネットワーク２系１１２のそれぞれから受信する制御情報は常に一致するため、機器制御装置１５０はそのデータのいずれを採用しても正常に動作できるため、データの複雑な選択処理が不要となる。

＜ケース３：伝送制御装置の１系の制御情報演算部１に異常が発生し、誤った制御情報を送信している場合＞
図１０に、２号車２００−２の伝送制御装置１系１４１ｂの制御情報演算部１が異常となり、誤った演算結果を含む制御情報を付加して中継処理を実施している状況を示す。この際の１号車の機器制御装置１５０が送信する制御情報の流れを説明する。
尚、この場合、基幹ネットワーク１０１，１０２に送信される制御情報は、前記ケース２と同様であるため、２号車２００−２の伝送制御装置１系１４１ｂ、伝送制御装置２系１４２の動作について説明する。

１号車２００−１の伝送制御装置１系１４１は、同装置の制御情報中継部２により、同装置の制御情報演算部１で演算した制御情報を送信データに付加するため、２号車２００−２の伝送制御装置２系１４２は、当該制御情報を受信データから入手可能である。
また、２号車２００−２の伝送制御装置２系１４２は、自らの制御情報演算部１により、制御情報の演算が可能である。
更に、２号車２００−２の伝送制御装置１系１４１ｂは、同装置の制御情報演算部１が演算した制御情報を付加して、基幹ネットワーク１０１，１０２の情報を支線ネットワーク１１１，１１２へ送信しているため、２号車２００−２の伝送制御装置２系１４２は、その情報を入手可能である。
２号車２００−２の伝送制御装置２系１４２は、主系判定部３の、上述したステップＳＴ４３、ＳＴ４４、ＳＴ４５に従って上記３つの制御情報を比較することにより、２号車２００−２の伝送制御装置１系１４１ｂの制御情報演算部１の演算結果が異常であることを判定することができる。
２号車２００−２の伝送制御装置２系１４２は、これを検知した際に、自系を主系に切り替える。この際、伝送制御装置２系１４２は伝送制御装置１系１４１ｂに対して伝送停止命令を送信する。

このように、伝送制御装置１４１，１４２の制御情報演算部１に異常が発生した場合でも、それを正しく検知し異常が発生した装置を切り離して制御を継続できるため、列車内ネットワークの信頼性を向上させることが可能である。

＜ケース４：基幹ネットワークに故障が発生した場合（１箇所）＞
図１１は、基幹ネットワーク１系１０１が、１号車２００−１と２号車２００−２の間で断線した状況を表している。
列車において、車両間をまたぐ伝送路は、一旦車両の外部を通過して設置されるため、断線が発生する可能性を考慮する必要がある。
この際の１号車２００−１の機器制御装置１５０が送信する制御情報の流れを説明する。
尚、この場合、１号車２００−１の伝送制御装置１系１４１から基幹ネットワーク１０１，１０２に送信される制御情報は、ケース１と同様である。

基幹ネットワーク２系１０２は伝送路が正常であるため、２号車２００−２の伝送制御装置１系１４１、伝送制御装置２系１４２には、２号車２００−２の２系の基幹集線装置１３２を経由して、制御情報が到達する。
一方、基幹ネットワーク１系１０１の１号車２００−１と２号車２００−２の間が断線しているため、２号車２００−２の伝送制御装置１系１４１、伝送制御装置２系１４２には、２号車の１系の基幹集線装置１３１を経由した制御情報は到達しない。
２号車２００−２の伝送制御装置１系１４１は、基幹ネットワーク２系１０２から制御情報を受信しているため、同装置の制御情報中継部２により、支線ネットワーク１１１，１１２に対して制御情報が中継される。このため、２号車２００−２の伝送制御装置２系１４２は、待機系のまま動作を続ける。
また、３号車２００−３の伝送制御装置１系１４１、伝送制御装置２系１４２についても、２号車２００−２の対応する機器と同様の動作を行う。
このように、本構成において、２号車２００−２、３号車２００−３の基幹ネットワーク１系１０１には、制御情報が一切流れない状況となるが、基幹ネットワークが二重化されているため、伝送は継続でき、制御情報が全ての機器に対して到達する。

一方、このような状況でも、１系に対して制御情報を転送することにより、伝送路をバックアップする方法が考えられる。即ち、制御情報中継部２を、基幹ネットワーク１０１，１０２の一方の系からデータを一定時間以上受信しないことを検知した際に、他方の系から受信したデータを受信しなかった一方の系のネットワークに中継するよう構成する。
図１２を用いて、その際の処理の流れを示す。
先ず、基幹ネットワーク１０１，１０２から制御情報を受信する（ステップＳＴ５１）。制御情報は、基幹ネットワーク１系１０１、２系１０２の両方から受信されるため、受信した系に対応する、受信後の経過時間を更新する（ステップＳＴ５２）。次に、バックアップ転送開始時間を算出する（ステップＳＴ５３）。これは、一定時間とする。
次に、制御情報を受信した系以外の系の受信後経過時間が、バックアップ転送開始時間を越えた場合（ステップＳＴ５４“ＹＥＳ”）、制御情報を受信した系以外の基幹ネットワークに対して、制御情報を転送する（ステップＳＴ５５）。また、ステップＳＴ５４にてバックアップ転送時間を越えなかった場合は（ステップＳＴ５４“ＮＯ”）、何もせずに終了する。

尚、ステップＳＴ５３にて、バックアップ転送開始時間を一定時間とした場合、複数の装置、即ち、２号車２００−２の伝送制御装置１４１，１４２、３号車２００−３の伝送制御装置１４１，１４２の全てが、基幹ネットワーク１系１０１からデータを受信しないことを同時に検出し、ステップＳＴ５５の転送処理を全伝送制御装置で実施し、制御情報が必要以上に送信されるという問題がある。
このため、ステップＳＴ５３で決定される時間は、より好ましくは、列車内の車両位置を表す値を反映して決定される時間とすることで、このような状況を回避できる。

＜ケース５：基幹ネットワークに故障が発生した場合（２箇所）＞
図１３は、基幹ネットワーク１系１０１が、１号車２００−１と２号車２００−２の間で断線し、かつ、基幹ネットワーク２系１０２が、２号車２００−２と３号車２００−３の間で断線した状況を表している。
この際の１号車２００−１の機器制御装置１５０が送信する制御情報の流れを説明する。
尚、この場合、１号車の伝送制御装置１系１４１から基幹ネットワーク１０１，１０２に送信される制御情報は、ケース１と同様である。また、２号車２００−２の伝送制御装置１系１４１、伝送制御装置２系１４２の動作は、ケース４と同様である。

一方、３号車２００−３の伝送制御装置１４１，１４２は、基幹ネットワーク１系１０１、基幹ネットワーク２系１０２のいずれを用いても、１号車２００−１の伝送制御装置１４１，１４２には到達できない。このため、１号車２００−１の機器制御装置１５０が送出した制御情報を受信できない。
しかしながら、図１２で説明した制御情報中継部２による、パケットの転送処理が、２号車２００−２の伝送制御装置１４１（または１４２）で始まると、基幹ネットワーク２系１０２の制御情報が、基幹ネットワーク１系１０１へ中継されるようになる。このため、３号車２００−３は、基幹ネットワーク１系１０１より制御情報を受信できるようになる。また、３号車２００−３の伝送制御装置１４１，１４２も、基幹ネットワーク２系から制御情報を受信しないため、図１２で説明したパケット転送処理が実行され、３号車２００−３の基幹ネットワーク２系１０２に対して制御情報が転送される。

このように、伝送制御装置１４１，１４２において、基幹ネットワーク１系に対して制御情報を転送することにより、伝送路をバックアップする機能があるため、基幹ネットワークの一部に故障（断線）が発生した場合であっても、機器制御装置１５０が送信した制御情報が、列車内の全機器制御装置１５０に対して到達し、列車内ネットワークを用いた列車制御を継続できる。

以上のように、実施の形態１の列車内伝送制御システムによれば、各走行制御単位２００を二重化接続する２つの基幹ネットワーク１０１，１０２と、走行制御単位２００に設けられ、それぞれが、機器制御装置１５０と一方および他方の支線ネットワーク１１１，１１２を介して二重化接続され、かつ、それぞれが、２つの基幹ネットワーク１０１，１０２の双方と接続された２つの伝送制御装置１４１，１４２とを備え、２つの伝送制御装置１４１，１４２は、主系と待機系のいずれかに設定され、設定に応じてその系に対応した制御を行い、かつ、これら伝送制御装置１４１，１４２は、それぞれ、機器制御装置１５０から一方または他方の支線ネットワーク１１１，１１２を介して情報を受信すると共に、他の走行制御単位２００から基幹ネットワーク１０１，１０２を介して情報を受信する制御情報中継部２と、機器制御装置１５０から受信した情報と、基幹ネットワーク１０１，１０２から受信した情報のうち、少なくともいずれかの情報を用いて、他の走行制御単位２００の分も含めた機器への指令値を含む制御情報を演算する制御情報演算部１と、自系が主系か待機系かを判断する主系判定部３とを有する列車内伝送制御システムであって、制御情報中継部２は、自系が主系である場合に、基幹ネットワーク１０１，１０２から受信した未中継の情報を、制御情報演算部１で得られた制御情報と共に一方および他方の支線ネットワーク１１１，１１２に中継すると共に、一方または他方の支線ネットワーク１１１，１１２から受信した未受信の情報を、制御情報演算部１で得られた他の走行制御単位２００宛の制御情報と共に基幹ネットワーク１０１，１０２に中継し、主系判定部３は、主系の伝送制御装置１４１，１４２から送信される制御情報と、他の走行制御単位２００の伝送制御装置１４１，１４２から送信される制御情報と、自伝送制御装置の制御情報演算部１で演算した制御情報とを比較し、主系から送信される制御情報のみが異なる制御情報である状態が一定時間継続した場合、自系を待機系から主系に切り替えるようにしたので、伝送制御装置１４１，１４２の伝送のみ正しく実施されて、演算結果に誤りがある状況を、特別な装置を追加することなく、他の走行制御単位２００の伝送制御装置１４１，１４２の演算結果を利用して検出することが可能となり、列車内ネットワークの信頼性を向上させることができる。

また、実施の形態１の列車内伝送制御システムによれば、制御情報中継部２は、自系が主系である場合、基幹ネットワーク１０１，１０２から受信したデータを支線ネットワーク１１１，１１２に中継する機能、支線ネットワーク１１１，１１２から受信したデータを基幹ネットワーク１０１，１０２に中継する機能、および、受信したデータを中継する際に、制御情報演算部１が出力した制御情報を中継するデータに付加して送信する機能を持たせたので、同一の走行制御単位内の機器制御部１５０の情報を用いて演算可能な制御情報の伝送遅延を小さくできる。

また、実施の形態１の列車内伝送制御システムによれば、主系判定部３は、主系から送信される制御情報を一定時間受信しなかった場合に自系を待機系から主系に切り替えるようにしたので、主系から送信されるデータの有無によって系の切り替えを行うため、判定処理を単純化できる。

また、実施の形態１の列車内伝送制御システムによれば、主系判定部３は、比較する制御情報として、空気ブレーキ制御装置に対するブレーキ力指令値を用いるようにしたので、列車の正常な運行に関わるブレーキ力の演算結果の誤りを確実に検出できるため、列車内ネットワークの信頼性が向上する。

また、実施の形態１の列車内伝送制御システムによれば、主系判定部３は、比較する制御情報として、電気ブレーキ制御装置に対する電気ブレーキ力指令値を用いるようにしたので、列車の正常な運行に関わる電気ブレーキ力指令の演算結果の誤りを確実に検出できるため、列車内ネットワークの信頼性が向上する。

また、実施の形態１の列車内伝送制御システムによれば、制御情報中継部２は、基幹ネットワーク１０１，１０２の一方の系からデータを一定時間以上受信しないことを検知した際に、他方の系から受信したデータを受信しなかった一方の系のネットワークに中継するようにしたので、基幹ネットワーク１０１，１０２に故障が発生しても、伝送を継続させることができる。

実施の形態２．
実施の形態１において、制御情報中継部２は、基幹ネットワーク１０１，１０２の一方の系からデータを一定時間以上受信しないことを検知した際に、他方の系から受信したデータを受信しなかった方のネットワークに中継するよう構成し、この処理を図１２を用いて説明した。
実施の形態２では、図１２におけるステップＳＴ５４の処理において、基幹ネットワーク１０１，１０２の一方の系からデータを受信しないことを検知するまでの時間（バックアップ転送開始時間）を、主系の伝送制御装置１４１（１４２）よりも待機系の伝送制御装置１４２（１４１）で小さく設定するようにしたものである。

図１２のステップＳＴ５４におけるバックアップ転送開始時間が全ての伝送制御装置１４１，１４２において同じ値であった場合、基幹ネットワーク１０１，１０２の一方の系からデータを受信しないことを、複数の伝送制御装置１４１，１４２で同時に検出する可能性があり、この場合、複数の伝送制御装置１４１，１４２が他系への中継処理を実施する可能性がある。
このため、ステップＳＴ５４におけるバックアップ転送開始時間を伝送制御装置１４１，１４２毎に異なる値となるよう設定する必要がある。

これに加えて、ＳＴ５４におけるバックアップ転送開始時間、待機系となっている伝送制御装置１４１，１４２を小さく、主系となっている伝送制御装置１４１，１４２を大きく設定する。例えば、伝送制御装置１４１，１４２の設置される車両の列車内での位置Ｐ、列車内の車両数Ｎ（Ｎ≧１）、定数Ｃとした際、主系の場合は、Ｃ×（Ｎ＋Ｐ）、待機系の場合はＣ×Ｐと設定する。

このように設定することで、基幹ネットワーク１０１，１０２に２箇所の異常が発生した場合、伝送が途絶えてしまっている系に対する他方の系からのデータの中継処理を、待機系の伝送制御装置１４１，１４２が優先的に実施することになる。従って、主系におけるバックアップ転送処理負荷を軽減でき、応答性の確保が容易になるという効果がある。

以上のように、実施の形態２の列車内伝送制御システムによれば、基幹ネットワーク１０１，１０２の一方の系からデータを受信しないことを検知するまでの時間を、主系の伝送制御装置１４１（１４２）よりも待機系の伝送制御装置１４２（１４１）で小さく設定するようにしたので、基幹ネットワーク１０１，１０２に故障が発生した際に必要となる実施の形態１で説明した基幹ネットワーク１０１，１０２間の転送処理を、待機系が優先的に行うため、主系の処理負荷を軽減でき、主系における、支線・基幹ネットワーク間の転送処理を高速化できる。

１ 制御情報演算部、２ 制御情報中継部、３ 主系判定部、１０１ 基幹ネットワーク１系、１０２ 基幹ネットワーク２系、１１１ 支線ネットワーク１系、１１２ 支線ネットワーク２系、１２１ 支線集線装置１系、１２２ 支線集線装置２系、１３１ 基幹集線装置１系、１３２ 基幹集線装置２系、１４１，１４１ａ，１４１ｂ 伝送制御装置１系、１４２ 伝送制御装置２系、１５０ 機器制御装置、２００，２００−１，２００−２，２００−３ 走行制御単位。

Claims (6)

1. 各走行制御単位を二重化接続する２つの基幹ネットワークと、
   前記走行制御単位に設けられ、それぞれが、機器制御装置と一方および他方の支線ネットワークを介して二重化接続され、かつ、それぞれが、前記２つの基幹ネットワークの双方と接続された２つの伝送制御装置とを備え、
   前記２つの伝送制御装置は、主系と待機系のいずれかに設定され、当該設定に応じてその系に対応した制御を行い、
   かつ、これら伝送制御装置は、それぞれ、
   前記機器制御装置から前記一方または他方の支線ネットワークを介して情報を受信すると共に、他の走行制御単位から前記基幹ネットワークを介して情報を受信する制御情報中継部と、
   前記機器制御装置から受信した情報と、前記基幹ネットワークから受信した情報のうち、少なくともいずれかの情報を用いて、他の走行制御単位の分も含めた機器への指令値を含む制御情報を演算する制御情報演算部と、
   自系が主系か待機系かを判断する主系判定部とを有する列車内伝送制御システムであって、
   前記制御情報中継部は、
   自系が主系である場合に、前記基幹ネットワークから受信した未中継の情報を、前記制御情報演算部で得られた制御情報と共に前記一方および他方の支線ネットワークに中継すると共に、前記一方または他方の支線ネットワークから受信した未受信の情報を、前記制御情報演算部で得られた他の走行制御単位宛の制御情報と共に前記基幹ネットワークに中継し、
   前記主系判定部は、
   主系の伝送制御装置から送信される制御情報と、他の走行制御単位の伝送制御装置から送信される制御情報と、自伝送制御装置の前記制御情報演算部で演算した制御情報とを比較し、主系から送信される制御情報のみが異なる制御情報である状態が一定時間継続した場合、自系を待機系から主系に切り替えることを特徴とする列車内伝送制御システム。
2. 主系判定部は、主系から送信される制御情報を一定時間受信しなかった場合に自系を待機系から主系に切り替えることを特徴とする請求項１記載の列車内伝送制御システム。
3. 主系判定部は、比較する制御情報として、空気ブレーキ制御装置に対するブレーキ力指令値を用いることを特徴とする請求項１または請求項２記載の列車内伝送制御システム。
4. 主系判定部は、比較する制御情報として、電気ブレーキ制御装置に対する電気ブレーキ力指令値を用いることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載の列車内伝送制御システム。
5. 制御情報中継部は、基幹ネットワークの一方の系からデータを一定時間以上受信しないことを検知した際に、他方の系から受信したデータを受信しなかった前記一方の系のネットワークに中継することを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれか１項記載の列車内伝送制御システム。
6. 基幹ネットワークの一方の系からデータを受信しないことを検知するまでの時間を、主系の伝送制御装置よりも待機系の伝送制御装置で小さく設定することを特徴とする請求項５記載の列車内伝送制御システム。

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