JP6483429B2

JP6483429B2 - 送信装置

Info

Publication number: JP6483429B2
Application number: JP2014255569A
Authority: JP
Inventors: 知寛國利; 松田　和之; 和之松田
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2019-03-13
Anticipated expiration: 2034-12-17
Also published as: JP2016116176A

Description

本発明は、ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調信号を作成してアンテナを介して無線送信する送信装置に関する。

一般に、列車制御システムは、列車に搭載された車上装置と、地上に設置された地上装置とを含む。前記車上装置は、前記地上装置の地上子（地上アンテナ）から無線送信される列車制御用の電文を車上子（車上アンテナ）により受信し、受信された前記電文に基づいて前記列車の速度照査パターンを作成する。そして、前記車上装置は、作成された速度照査パターンを用いて前記列車の速度制御などを行う。ここで、前記電文は、例えば、周波数毎に異なる符号（値）が割り当てられたＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調信号の形式で伝送されている。

ところで、前記列車制御システムにおいて、前記地上子などに故障が発生すると、前記車上装置が前記地上子から前記電文を取得することができず、前記列車の前記速度制御を含む走行制御に支障をきたす。そのため、前記地上子などに故障が発生した場合には、その検出及び回復が速やかに行われることが好ましい。

前記地上子の故障を速やかに検出する従来技術の一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載の技術において、前記車上装置は、前記地上子の設置位置を記憶すると共に前記列車の走行位置を検出する。そして、前記車上装置は、前記列車が前記地上子の走行位置を通過しても前記地上子から所定の情報が得られないときに前記地上子を異常と判定している。

特開２００５−３４９９４５号公報

しかし、上述の従来技術では、前記地上子の異常が前記地上装置側で判定されるものではなく、前記列車が前記地上子の設置位置を通過しなければ前記地上子に異常がある否かが判定されない。このため、前記地上子の故障（異常）の速やかな検出という観点からは依然として改良の余地がある。一方、近年、前記列車制御システムの前記地上装置は、コスト低減や省スペース化などのために簡素化が図られており、その構成を複雑化することは好ましくない。

なお、このような課題は、前記列車制御システムの前記地上装置に限られるものではなく、アンテナを介して所定の信号を無線送信する送信装置に共通するものである。

そこで、本発明は、構成の複雑化や大型化を抑制しつつ、自身の故障を検出することのできる送信装置を提供することを目的とする。

本発明の一側面によると、送信装置は、ＦＳＫ変調信号を作成する信号作成部と、前記信号作成部からケーブルを介して供給される前記ＦＳＫ変調信号を無線送信するためのアンテナ部と、前記ケーブルを流れる電流波形に基づいて前記信号作成部と前記アンテナ部との間における断線故障の有無を判定する故障判定部と、を含む。

前記ＦＳＫ変調信号は複数の周波数成分を含んでおり、前記アンテナ部のインピーダンスは周波数によって変化する。このため、前記送信装置は、前記故障判定部が前記ケーブルを流れる電流を監視又は観測することにより、自身の故障の有無を判定することができる。特に前記送信装置が前記ＦＳＫ変調信号を継続的又は断続的に無線送信する場合に、前記送信装置は、自身の故障をより速やかに検出することが可能になる。ここで、前記ケーブルを流れる電流は、比較的小型で汎用の電流検出器によって監視又は観測が可能であり、前記送信装置の構成の複雑化や前記送信装置の大型化も抑制される。

本発明の一実施形態による送信装置が適用された列車制御システムの概要を示す図である。前記列車制御システムの地上装置の概略構成を示すブロック図である。前記地上装置を構成する電文送信機の電文作成部が作成する列車制御用の電文（ＦＳＫ変調信号）の一例を示す図である。前記電文送信機と地上子との間のケーブルを流れる電流波形の一例を示す図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による送信装置が適用された列車制御システムの概要を示す図である。図１に示すように、列車制御システム１は、線路２を走行する列車３に搭載された車上装置４と、前記送信装置として地上に設置された地上装置５とを含む。地上装置５は、列車制御用の電文を作成して送信し、車上装置４は、地上装置５から送信された列車制御用の前記電文を受信して列車３の走行を制御する。ここで、図１には、一つの地上装置５のみが示されているが、実際には、複数の地上装置５が線路２に沿って互いに所定の間隔をあけて配置されている。

車上装置４は、車上子４１、速度発電機４２、車上データベース４３及び制御部（車上装置本体）４４を含む。車上子４１は、車上アンテナとしての機能を有し、地上装置５（具体的には後述する地上子５２）から無線送信される列車制御用の前記電文を受信可能である。車上子４１によって受信された前記電文は制御部４４に出力される。

速度発電機４２は、列車３の車軸端に取り付けられており、列車３の速度データ、例えば列車３の車輪の回転速度に比例した周波数の電圧を検出する。速度発電機４２で検出された前記速度データは制御部４４に出力される。

車上データベース４３は、線路２や列車３に関する各種情報を格納している。前記各種情報は、線路２の勾配、線路２のカーブの曲率、列車３の性能などを含む。

制御部４４は、列車３の走行制御などを実行する。例えば、制御部４４は、車上子４１から入力した前記電文に含まれる情報、速度発電機４２から入力した前記速度データ及び車上データベース４３に格納されている情報に基づいて列車３の速度照査パターンを作成する。そして、制御部４４は、前記速度データから得られる列車３の走行速度が前記速度照査パターンを超過した場合に、列車３のブレーキを作動させて列車３の走行速度を低下させ又は列車３を停止させる。

地上装置５は、互いにケーブル５１によって接続された電文送信機５２及び地上子５３を有する。本実施形態において、電文送信機５２は、列車３の線路２の外側に配置されている。地上子５３は、地上アンテナ（送信アンテナ）として機能し、列車３の線路２の内側（一対のレール間）に配置されている。

図２は、地上装置５の概略構成を示すブロック図である。図２に示すように、地上装置５の電文送信機５２は、電文作成部５２１、電流検出部５２２、故障判定部５２３及び故障報知部５２４を含み、地上装置５の地上子５３は、送信用のコイルアンテナ５３１及び整合器５３２を含む。

電文作成部５２１は、図示省略の信号機の現示情報などの外部情報を入力し、入力された外部情報に基づいて列車制御用の前記電文、すなわち、車上装置４が列車３の走行制御に用いる電文を作成する。作成される列車制御用の前記電文は、周波数毎に異なる符号（値）が割り当てられたＦＳＫ変調信号、換言すれば、振幅（電圧）が一定であり、それぞれに異なる符号（値）が割り当てられた複数の周波数成分を含む信号である。本実施形態において、列車制御用の前記電文としての前記ＦＳＫ変調信号は、２値・Ｎビット（Ｎ≧２）の情報として構成され、図３に示すように、その高周波成分ｆ_Ｈ（＝搬送波周波数ｆ_０＋偏移周波数Δｆ）には「１」が、その低周波成分ｆ_Ｌ（＝ｆ_０−Δｆ）には「０」が割り当てられている。したがって、電文作成部５２１が本発明における「信号作成部」に相当する。ここで、本実施形態において、電文作成部５２１は、前記高周波成分ｆ_Ｈと前記低周波成分ｆ_Ｌの組み合わせからなる列車制御用の前記電文（ＦＳＫ変調信号）を作成し、前記高周波成分ｆ_Ｈのみ又は前記低周波成分ｆ_Ｌのみからなる列車制御用の前記電文を作成しないものとする。

電文作成部５２１で作成された前記電文（すなわち、前記ＦＳＫ変調信号）は、ケーブル５１及び整合器５３２を介してコイルアンテナ５３１に継続的に供給され、コイルアンテナ５３２から情報波として無線送信される。そして、コイルアンテナ５３２から情報波として無線送信された前記電文（ＦＳＫ変調信号）は、列車３が地上子５３を通過する際に当該列車３に搭載された車上装置４の車上子４１によって受信される。したがって、コイルアンテナ５３１が本発明における「アンテナ部」に相当する。

電流検出部５２２は、ケーブル５１を流れる電流を検出する。電流検出部５２２は、例えばカレント・トランスで構成される。電流検出部５２２によって検出された電流は、故障判定部５２３に出力される。

故障判定部５２３は、電流検出部５２２によって検出される電流に基づいて地上装置５における故障、具体的には、電文作成部５２１とコイルアンテナ５３１との間における断線故障の有無を判定する。前記断線故障は、ケーブル５１自体の断線、ケーブル５１と電文送信機５２との接続不良、ケーブル５１と地上子５３との接続不良などを含む。本実施形態において、故障判定部５２３は、以下のようにして地上装置５における故障（前記断線故障）の有無を判定する。

上述のように、電文作成部５２１は、列車制御用の前記電文としての前記ＦＳＫ変調信号を作成する。作成された前記ＦＳＫ変調信号は、前記高周波成分ｆ_Ｈと前記低周波成分ｆ_Ｌとの双方を含んでおり、ケーブル５１を介して地上子５３のコイルアンテナ５３１に常時供給されている。コイルアンテナ５３１のインピーダンスは周波数によって変化するから、前記ＦＳＫ変調信号が正常にコイルアンテナ５３１に供給されていれば、ケーブル５１を流れる電流が変化することになる。すなわち、電文作成部５２１とコイルアンテナ５３１との間に前記断線故障が発生していない場合、ケーブル５１を流れる電流波形は、図４に示すように、前記電文のフレーム長（前記ＦＳＫ変調信号のビット数Ｎ）に応じた時間の間に、前記ＦＳＫ変調信号における周波数の切り替わり（ｆ_Ｈ→ｆ_Ｌ，ｆ_Ｌ→ｆ_Ｈ）によって生じる電流の変動部分を含むことになる。

一方、電文作成部５２１とコイルアンテナ５３１との間に断線故障が発生していれば、前記ＦＳＫ変調信号が正常にコイルアンテナ５３１に供給されないため、ケーブル５１を流れる電流波形は、上述のようなコイルアンテナ５３１のインピーダンス変化に伴う電流の変動部分を含まない。

したがって、故障判定部５２３は、ケーブル５１を流れる電流、さらに言えば、その波形（ケーブル５１を流れる電流波形）を監視することによって、前記断線故障の有無を判定することが可能である。例えば、故障判定部５２３は、前記電流波形において、上述のような電流の変動部分又はこれに相当する変化が所定時間以上継続して表れない場合に、前記断線故障が発生している（故障あり）と判定することができる。なお、前記所定時間は、前記電文のフレーム長に応じた時間又はこれよりも長い時間とすることができる。

そして、故障判定部５２３は、前記断線故障が発生していると判定した場合、報知指令信号を故障報知部５２４に出力する。故障報知部５２４は、故障判定部５２３から前記報知指令信号を入力すると、前記断線故障の発生を外部装置に報知する。すなわち、故障報知部５２４は、前記断線故障の発生を示す故障発生信号を前記外部装置に出力する。前記外部装置は、例えば列車制御システム１における中央装置（図示省略）などの地上装置５の上位装置又はこれに接続されている装置（図示省略）とすることができる。

上述の実施形態において、地上装置５は、列車制御用の前記電文としての前記ＦＳＫ変調信号を作成する電文作成部５２１と、電文作成部５２１からケーブル５１を介して継続的に供給される前記ＦＳＫ変調信号を無線送信するためのコイルアンテナ５３１と、故障判定部５２３とを含む。故障判定部５２３は、コイルアンテナ５３１の周波数特性、すなわち、入力周波数に応じて変化するコイルアンテナ５３１のインピーダンスを利用して、地上装置５における故障の有無を判定する。具体的には、故障判定部５２３は、ケーブル５１を流れる電流に基づいて電文作成部５２１とコイルアンテナ５３１との間における断線故障の有無を判定する。例えば、故障判定部５２３は、電流検出部５２２の出力に基づきケーブル５１を流れる電流波形を監視し、前記ＦＳＫ変調信号における周波数の切り替わりによって生じる電流の変動部分又はこれに相当する変化が前記所定時間以上継続して表れない場合に、前記断線故障が発生していると判定する。

ここで、コイルアンテナ５１には、電文作成部５２１から継続的に列車制御用の前記電文が供給されており、ケーブル５１を流れる電流は、カレント・トランスなどの比較的小型で汎用の電流検出器によって容易に検出可能である。

このため、上述の実施形態によれば、地上装置５の構成の複雑化や大型化を抑制しつつ、地上装置５の故障、具体的には、電文作成部５２１とコイルアンテナ５３１との間における前記断線故障の発生を速やかに検出することが可能となる。

また、上述の実施形態において、地上装置５は、故障判定部５２３によって前記断線故障が発生していると判定された場合に前記断線故障の発生を外部（の装置）に報知する故障報知部５２４をさらに含んでいる。このため、上述の実施形態によれば、発生した前記断線故障の速やかな回復も可能となる。

なお、上述の実施形態において、故障判定部５２３は、ケーブル５１を流れる電流波形において、前記ＦＳＫ変調信号における周波数の切り替わりよって生じる電流の変動部分又はこれに相当する変化が所定時間以上継続して表れない場合に、電文作成部５２１とコイルアンテナ５３１との間における断線故障が発生していると判定している。しかし、これに限られるものではない。故障判定部５２３は、ケーブル５１を流れる電流波形と、あらかじめ作成された参照用電流波形とを比較することによって前記断線故障の発生の有無を判定するようにしてもよい。例えば、故障判定部５２３は、前記ＦＳＫ変調信号における周波数の切り替わりによって生じる電流の変動部分又はこれに相当する波形を前記参照用電流波形として記憶しておく。そして、故障判定部５２３は、電流検出部５２２の出力に基づきケーブル５１を流れる電流波形を監視し、前記参照用電流波形が所定時間以上継続して表れない場合に、前記断線故障が発生している（故障あり）と判定する。このようにしても上述の実施形態と同様の効果が得られる。

また、故障判定部５２３は、前記断線故障の発生時にケーブル５１を流れる電流波形又はこれに相当する波形を前記参照用電流波形として記憶しておき、監視中の電流波形に前記参照用電流波形が表れた場合に前記断線故障が発生していると判定してもよい。好ましくは、故障判定部５２３は、故障モード（ケーブル５１自体の断線、ケーブル５１と電文送信機５２の接続不良、ケーブル５１と地上子５３との接続不良など）毎に前記参照用電流波形を記憶しておく。このようにすると、前記断線故障の発生とその位置とが速やかに検出されるので便宜である。

さらに、故障判定部５２３は、ケーブル５１を流れる電流の前記所定時間における変化量に基づいて前記断線故障の発生の有無を判定してもよい。例えば、故障判定部５２３は、前記ＦＳＫ変調信号の前記低周波数成分ｆ_Ｌがコイルアンテナ５３１に供給されたときにケーブル５１を流れる電流値と、前記ＦＳＫ変調信号の前記高周波数成分ｆ_Ｈがコイルアンテナ５３１に供給されたときにケーブル５１を流れる電流値との差に基づいて設定された閾値を記憶しておく。そして、故障判定部５２３は、ケーブル５１を流れる電流の前記所定時間における前記変化量が前記閾値の上限値を超えた場合又は前記閾値の下限値を下回った場合に、前記断線故障が発生していると判定する。このようにしても上述の実施形態と同様の効果が得られる。

以上、本発明の実施形態及びその変形例について説明したが、本発明は上述の実施形態やその変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形や変更が可能である。例えば、上述の実施形態においては、本発明が列車制御システムの地上装置に適用されているが、車上装置に適用されてもよいし、列車制御システム送信装置に適用されてもよい。

１…列車制御システム
２…線路
３…列車
４…車上装置
５…地上装置（送信装置）
４１…車上子
５１…ケーブル
５２…電文送信機
５３…地上子
５２１…電文作成部（信号作成部）
５２２…電流検出部
５２３…故障判定部
５２４…故障報知部
５３１…コイルアンテナ（アンテナ部）

Claims

ＦＳＫ（Frequency Shift Keying）変調信号を作成する信号作成部と、
前記信号作成部からケーブルを介して供給される前記ＦＳＫ変調信号を無線送信するためのアンテナ部と、
前記ケーブルを流れる電流波形に基づいて前記信号作成部と前記アンテナ部との間における断線故障の有無を判定する故障判定部と、
を含む、送信装置。
前記故障判定部が故障ありと判定した場合に故障の発生を外部に報知する故障報知部をさらに含む、請求項１に記載の送信装置。
前記ＦＳＫ変調信号は、周波数毎に異なる符号が割り当てられた列車制御用の電文である、請求項１又は２に記載の送信装置。
前記信号作成部及び前記故障判定部を有し、列車の軌道外に配置された電文送信機と、
前記アンテナ部を有し、前記列車に軌道内に配置された地上子と、
を含み、列車制御用の前記電文を前記列車に搭載された列車制御システムの車上装置に無線送信する、請求項３に記載の送信装置。