JP5887294B2 - スポット伝送用車上通信装置 - Google Patents

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Description

本発明は，移動体制御に使用する位置情報などを，地上と車上間で送受信を行う装置において，地上通信装置を検知する車上通信装置，特に地上通信装置の誤検知防止に関するものである。
従来の技術では，地上に設置された地上通信装置と車上に設置する車上通信装置により，地上から車上への情報伝送を行う。地上通信装置は，車上通信装置からの駆動電力波による無線給電を行われる。上記給電後，地上通信装置は車上通信装置に対して電磁結合により駆動電力波とは異なる周波数にて情報の送信を行う。
車上通信装置が，地上通信装置の通信範囲への進入及び進出（以下，地上通信装置検知）したと判定するために，地上通信装置から受信した磁場強度を利用する。磁場強度は，車上通信装置，地上通信装置の電気的中心位置が一致しているとき最大となり，離れるに従って減少する。この特性を使用し，適切な1値以上の閾値を設定し，磁場強度が閾値を超えたときに地上通信装置を検知したと判定している。
特開2005-8103号 特開2010-70021号
移動体の揺動等により，車上通信装置と地上通信装置との上下及び左右の位置的な関係が変動する。特に移動体が停車している場合に振動が発生すると，受信する磁場強度などの信号レベルが揺れ，閾値を跨ぐことがある。このような現象が起きると，車上通信装置は，1つの地上通信装置を複数回検知し，正常な移動体制御の妨げとなる。
本発明は，前記課題に鑑み，車上通信装置は，地上通信装置から受信する磁場強度により，地上通信装置を検知したと判定する閾値に関して，低速走行時に地上通信装置進入側閾値である第一閾値と，地上通信装置進出側閾値である第二閾値を持ち，閾値にノイズに強いヒステレシス特性を持たせることにより，低速走行時に地上通信装置の誤検知を防ぐ。
さらに，走行時用の第三閾値を持ち，車上通信装置は，移動体の速度情報などにより判断した移動体の運転状態に合わせ，前記第一閾値，第二閾値と第三閾値を切り替えることにより，走行時に車上通信装置と地上通信装置間の通信範囲のシフトを防ぐ，車上装置の実現である。
本発明によれば，停止を含めた低速走行時に，地上通信装置の誤検知を防ぐ車上装置を提供することができる。
本発明による，地上通信装置検知用の磁場強度閾値と移動体速度の関係の説明図 本発明による実施例1 本発明による実施例2 本発明による，地上通信装置検出動作のフローチャート 第三閾値を規定する説明図 乗客の有無による移動体及び車上通信装置アンテナ高さの説明図 閾値の値を移動体速度によって変更しなかった場合の通信範囲スライド距離の説明 第一閾値，第二閾値及び第三閾値の説明図 移動体が，停車するときの時間車上通信装置アンテナ受信磁場強度の例1 移動体が，停車するときの時間車上通信装置アンテナ受信磁場強度の例2
以下，本発明の実施例に関して，図面を用いて説明する。図2は本発明の全体構成を示している。移動体2-1上には，演算部2-2及びアンテナ2-3から構成される車上通信装置が搭載される。また，車輪2-5に取り付けられた速度検知機2-6により車両速度を検出する。速度検知機2-6によって検出された速度は，車両の安全性を担保している車上制御部2-4に伝送される。車上制御部2-4で利用している速度情報を車上通信装置2-2に伝える。車上制御部2-4および，速度検知機2-6は二重化されており，車上制御部2-4で使用している速度情報は安全性の高い情報である。車上通信装置2-2は，車上制御部2-4から与えられた速度情報により，バス停などの停車位置の近辺のような低速走行時に地上通信装置2-7検知を判定する閾値と，高速走行時に地上通信装置2-7検知を判定する閾値とを切り替える。
低速走行時に使用する閾値は，地上通信装置進入側と地上通信装置進出側と別の閾値を使用する。地上通信装置進入側閾値を第一閾値，地上通信装置進出側閾値を第二閾値とする。また，高速走行時に使用する閾値を第三閾値とする。
第一閾値は，第三閾値より判定レベルを上げ，第二閾値は，第三閾値より判定レベルを下げる。前記のようにすることにより，閾値にヒステリシス特性を持たせることになり，停車を含む低速走行時の移動体揺れ等によるノイズに強くなる。
本発明での地上通信装置検出の動作フローを図4のフローチャートに示す。
今，地上通信装置とアンテナとの通信範囲を限定するため，地上通信装置と車上通信装置アンテナの距離がLの時に，車上通信装置が受信する磁場強度を，第三閾値とする。
図5はアンテナと地上通信装置との距離と，磁場強度の関係を示している。
今，図5の左側から右側方向へ移動体が進行しているとする。移動体に搭載されたアンテナが地上通信装置に近づくにつれ，5-1アンテナで受信する磁場強度は高くなり，5-2のA点（地上通信装置とアンテナの距離がL）にて，前記第三閾値を上回る磁場強度を受信する。
このことにより，車上通信装置は地上通信装置を検知(進入)したと判定する。つまり，地上通信装置の通信範囲内に存在すると判定する。
その後，地上通信装置の中心上空を通過し，5-3のB点（地上通信装置とアンテナの距離がL）にて, 前記第三閾値を下回る磁場強度を受信することにより，地上通信装置はアンテナが地上通信装置通信範囲外へ進出した判定する。つまり，地上通信装置の通信範囲外に存在すると判定する。
一般に，地上通信装置から車上通信装置への通信に使用されるキャリア周波数は10MHz以下，最大通信範囲Lは2m以下程度である。
このとき，車上通信装置にて受信する磁場強度は，近傍解に従い距離の3乗で減衰する。そのため，磁場強度の第三閾値 は
となる。ただし，Cは地上通信装置及びアンテナの造りに依存する係数であり，ここでは定数である。
バス停などの停車時には乗客の乗り降りで，移動体に取り付けられたアンテナが，移動体と共に位置的に上下に揺れるが，この揺れ幅をΔhとすると，揺れ幅の最大値Δhmaxは，図6の6-1移動体の乗客が満員時(満車時)と，6-2移動体の乗客がまったく乗っていない時(空車時)の移動体の高さの差に近似することが出来る。
空車の移動体が，前記地上通信装置-アンテナ間の距離がLで停車し，乗客を満員まで乗せた場合，車上通信装置アンテナが受信する磁場強度H2は
となり，空車時からの磁場強度の変化ΔH2は
となる。
また，満車の移動体が，前記地上通信装置-アンテナ間の距離がLで停車し，乗客を全員降ろした場合，車上通信子アンテナが受信する磁場強度H3は
となり，満車時からの磁場強度の変化ΔH3は
となる。
上記磁場強度の変化によって，車上通信装置が地上通信装置の進入及び進出を検出しないように，停車時に閾値を第三閾値から第一閾値および第二閾値へ変化させる。
車上通信装置は車上制御部より提供される，速度情報により，移動体が停車していると判定することが出来る。
このとき，前記，数３，４が，乗客の乗り降りによる磁場強度の最大揺れ幅のため，第一閾値及び第二閾値をこの揺れ幅に影響されないよう，下記に設定する。
車上通信装置は，車上制御部より提供される，速度情報により移動体が出発し，乗客の乗り降りが終了したことを判定する。その後，車上通信装置は，アンテナ-地上通信装置間の通信範囲をＬに限定するため，磁場強度の閾値を第三閾値に戻す。 速度によって，閾値を切り替えず，全ての移動体速度域で第一閾値及び第二閾値を使用した場合，図7に示すように，通信範囲が移動体進行方向にΔhmax分シフトしてしまう。
上記に記した，アンテナの地上通信装置からの列車速度と第一閾値，第二閾値及び第三閾値の関係を図1に，距離，磁場強度，第一閾値，第二閾値及び第三閾値の関係を図8に示す。
また，アンテナが地上通信装置との通信範囲境界付近に停車し，乗客の乗り降りが起こったときについて説明する。
図9は，乗客が満員の移動体が，車上通信装置アンテナが地上通信との通信範囲境界より，内側(地上通信装置側)に停車し，空車まで乗客を降ろした時の，時間とアンテナでの受信磁場強度を表した図である。9-2停車時の車上通信装置アンテナの受信磁場強度は，第三閾値をわずかに上回っているため，車上通信装置は地上通信装置を検知(進入)したと判定する。車上通信装置は，速度情報により，移動体が停車していると判定すると，地上通信装置検知(進入)したと判定する第一閾値へ，進出したと判定する第二閾値へと変化させる。9-3において，移動体のドアが開き乗客が降りる。このとき移動体は上下に振動しながら，地上通信装置から遠のくため，受信磁場強度は9-4のように振舞う。しかし，地上通信装置からの進出を判定する閾値は，第二閾値へと変化させているため，進出の判定は行わない。このとき，本発明を使用せず，1種類の閾値のみを持つ場合，9-4点において，進出及び検知(進入)の判定を繰り返し行ってしまう。
図10は，空車の移動体において，車上通信装置アンテナが通信範囲境界より，わずかに外側に停車し，満員まで乗客を乗せた時の図である。10-2停車時の車上通信装置アンテナの受信磁場強度は，第三閾値をわずかに下回っているため，車上通信装置は地上通信装置を検知(進入)したとは判定しない。車上通信装置は，速度情報により，移動体が停車していると判定すると，地上通信装置検知(進入)したと判定する第一閾値へ，進出したと判定する閾値は第二閾値へと変化する。10-3において，移動体のドアが開き乗客が乗車する。このとき移動体は上下に振動しながら，地上通信装置へ近づくため，受信磁場強度は10-4のように振舞う。しかし，地上通信装置検知(進入)と判定する閾値は，第一閾値へと変化させているため，検知の判定は行わない。このとき，本発明を使用せず1種類の閾値のみを持つ場合，10-4点において，検知(進出)及び進入を繰り返し判定し，1つの地上通信装置を複数回検知してしまう。
以下に、他の実施例について説明する。また，信頼できる速度情報を使用するため，車上制御部経由で車上通信装置へ速度情報を伝送しているが，図3のように，速度検知機から直接車上通信装置へ，速度情報を伝送してもよい。このとき，速度情報は，安全性に関わる情報のため，速度検知は二重化などの，高安全構成が必要になる。速度情報は，車両に搭載されている車両自動制御装置により二重化処理を実施した高信頼性の情報を用いると良い。
また，前記実施例では，高速走行時(走行時)か，低速走行時（停車時）かを車上通信装置が判定しているが，車上制御部などの別装置が行い，車上通信装置へ通信にて報告してもよい。
高速走行時(走行時)か低速走行時（停車時）かの判断，つまり，閾値を切り換える車両速度は，停止位置近傍における制限速度（例えば，45km/h）以下とすれば良い。また，ゼロ近傍の速度としても良い。
また，前記実施例では，走行時か，停車時か速度情報によって行っているが，ドア開閉を検知可能な装置を備え，当該装置からのドアの開閉情報によって，移動体が走行中か停止中かを判定し，磁場強度の閾値を変更しても良い。つまり，ドア閉である場合は，走行時と判断して，上述したように第三閾値により車上通信装置と地上通信装置の位置関係を判定し，ドア開である場合は，停車時と判断して，上述したように第一閾値及び第二閾値により車上通信装置と地上通信装置の位置関係を判定する。
1-1 低速走行速度

2-1 移動体
2-2 車上通信装置演算部
2-3 車上通信装置アンテナ
2-4 車上制御部
2-5 車輪
2-6 速度検知機
2-7 地上通信装置
2-9 車上通信装置との通信可能な位置
2-10 車上通信装置演算部と車上制御部間ケーブル
2-11 速度検知機と車上制御部間ケーブル
2-12 車上通信装置演算部と車上通信装置アンテナ間ケーブル

3-1 移動体
3-2 車上通信装置演算部
3-3 車上通信装置アンテナ
3-4 車上制御部
3-5 車輪
3-6 速度検知機
3-7 地上通信装置
3-9 車上通信装置との通信可能な位置
3-10 車上通信装置演算部と車上制御部間ケーブル
3-11 速度検知機と車上制御部間ケーブル
3-12 車上通信装置演算部と車上通信装置アンテナ間ケーブル
3-13 車上通信装置演算部と速度検知機間ケーブル

5-1 車上通信子アンテナで受信する磁場強度
5-2 A点 地上通信装置進入判定位置
5-3 B点 地上通信装置進出判定位置

6-1 乗客が満員の移動体
6-2 乗客が乗っていない移動体

7-1 第一閾値及び第二閾値を使用した時の通信範囲
7-2 第三閾値を使用した時の通信範囲

8-1 車上通信装置アンテナで受信する磁場強度
8-2 車両の揺れによる，磁場強度の揺れの範囲

9-1 車上通信装置アンテナで受信する磁場強度
9-2 車両が停止した時点
9-3 乗客の乗り降りが行われ始める時刻
9-4 乗客の乗り降りによる，車上通信装置アンテナで受信する磁場強度への影響

10-1 車上通信装置アンテナで受信する磁場強度
10-2 車両が停止した時点
10-3 乗客の乗り降りが行われ始める時刻
10-4 乗客の乗り降りによる，車上通信装置アンテナで受信する磁場強度への影響

Claims (4)

  1. 地上通信装置と通信を行う車上通信装置と，車両速度を検出する速度検出装置を備えた，車上装置において，
    前記速度検出装置にて検出した車両速度が，所定値以下である場合は，第一閾値よりも，前記車上通信装置が受信する前記地上通信装置からの信号の信号磁場強度が大きい場合に，前記車上通信装置が前記地上通信装置の通信範囲内に存在すると判定し，
    前記速度検出装置にて検出した車両速度が，前記所定値よりも大きい場合は，前記第一閾値よりも小さな第三閾値よりも，前記車上通信装置が受信する前記地上通信装置からの信号の信号磁場強度が大きい場合に，前記車上通信装置が前記地上通信装置の通信範囲内に存在すると判断し，
    前記速度検出装置にて検出した車両速度が，前記所定値以下である場合は，前記第三閾値よりも小さな第二閾値よりも，前記車上通信装置が受信する前記地上通信装置からの信号の信号磁場強度が小さい場合に，前記車上通信装置が前記地上通信装置の通信範囲外に存在すると判断し，
    前記速度検出装置にて検出した車両速度が，前記所定値よりも大きい場合は，前記第三閾値よりも，前記車上通信装置が受信する前記地上通信装置からの信号の信号磁場強度が小さい場合に，前記車上通信装置が前記地上通信装置の通信範囲外に存在すると判断することを特徴とする車上装置。
  2. 請求項１記載の車上装置において，
    車上通信装置と地上通信装置間の距離が規定値の時に，車上通信装置が地上通信装置より受信する磁場強度を，前記第三閾値として使用することを特徴とする，車上装置。
  3. 請求項１または２に記載の車上装置において，
    前記車上通信装置と前記地上通信装置間の距離が，空車時と満車時の前記車両の高さの差に規定値を加算した距離である場合に，車上通信装置が地上通信装置より受信する磁場強度を，第一閾値として使用することを特徴とする，車上装置。
  4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の車上装置において，
    前記車上通信装置と前記地上通信装置間の距離が，空車時と満車時の前記車両の高さの差をに規定値を減算した距離である場合に，前記車上通信装置が前記地上通信装置より受信する磁場強度を，前記第二閾値として使用することを特徴とする，車上装置。
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