JP6524007B2

JP6524007B2 - スポット伝送システム車上装置

Info

Publication number: JP6524007B2
Application number: JP2016057815A
Authority: JP
Inventors: 和貴森田; 高橋　昌義; 昌義高橋
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2016-03-23
Filing date: 2016-03-23
Publication date: 2019-06-05
Anticipated expiration: 2036-03-23
Also published as: GB2549587A; GB201703201D0; JP2017175314A; GB2549587B

Description

本発明は、車両制御に使用する位置情報などを地上と車両間で送受信を行う装置において、車上通信子の電力伝送機能の健全性診断に関するものである。

車両制御装置では、地上に設置された地上通信子と車両に設置する車上通信子により、地上-車両間の情報伝送を行う。地上通信子は、車上通信子からの電力波により無線給電され、動作する。給電された地上通信子は、車上通信子に対し、電力波と異なる周波数の情報波にて地上通信子内の情報を送信する。本通信の情報には、キロポストなどの位置情報や臨速情報などの安全性に関わる重要な情報も含まれるため、通信機器には高い安全性と健全性が求められる。ここで車上通信子の故障により出力される電力波出力レベルが規定値外となると、地上通信子へ正常に供電することができず、結果通信の失敗に繋がる。そのため、電力波出力の自己診断を行い、故障時に確実に検知することが重要となる。

電力波の自己診断は、一般的に、監視装置を備えることで実施されている。監視装置は、例えば電力波をモニタ受信するアンテナと、同アンテナで受信した電力などの電気的強度を計測するセンサで構成されており、センサの出力値により電力波に異常があるかどうかの診断を行う。

この自己診断機能のフェールセーフ実現には、前記監視装置の健全性を保障する必要がある。その方法として、電力波出力レベルを変化させて監視装置が追従することを確認することで健全性を保障する方法がある。本方法は、電源投入直後など、通常動作時以外つまり車両走行時以外の時間に健全性確認を実施する。これは、一般的に車両側では地上通信子の設置位置を把握しておらず、車両走行時は電力波を定格出力し、地上子通過時に通信を確立させる必要があるためである。

しかし本方式は、自己診断実行時に車上子の周囲から影響を受け、監視装置が健全であるにも関わらず異常と判断してしまう恐れがあった。例えば、車上通信子付近に地上通信子が存在する場合に、電力波出力の一部が吸収され結果モニタ値が低下することがあり、結果として監視装置が健全であるにも関わらず異常だと判断してしまう可能性がある。

そのため、特許文献１では、直下に地上通信子が存在する場合は自己診断を禁止し、車両を移動させた後に再度自己診断動作させたり、地上通信子検知時は電力波を変化させ、その変化に応じてモニタ値が変化しているかどうかで監視装置の健全性を診断する方法を開示している。

特開2015-222907号

しかし、特許文献１で開示されている車両を移動させて再度自己診断を行う方式は、車両の移動および機器再起動が必要なためユーザビリティ低下が問題であった。また、特許文献１で開示されている電力波出力レベルの変化量にて監視装置の健全性を診断する方式は、モニタ値が小さくなった状態で判定するため、監視装置が健全であるにも関わらず、外来ノイズにより異常と判断してしまう問題があった。

本発明は、車上通信子の電力波送信機能の監視装置において、電力波を受信しモニタするための電力波検出器と、電力波検出器にて検出した電力、電圧、電流などの電気的強度を計測するためのセンサと、自己診断時に前記センサに決められた強度のテスト信号を発生するテスト信号発生器と、センサの入力元を、電力波検出器の出力とテスト信号発生器から選択する切り替え器を有し、監視装置の自己診断時に、切り替え器によりセンサへの入力信号を電力波検出器からテスト信号発生器へ切り替え、センサ出力が所望の出力値かどうかを判定することにより、車上通信子が地上通信子近傍に存在して電力波出力が変動しやすい環境下でも、確実に前記監視装置の健全性を診断できる車上通信子を提供する。

本発明によれば、車上装置の近傍に地上通信装置が存在しても、車上装置が電力波監視装置の自己診断機能を実施することが可能となる。

実施例１による車両制御用スポット伝送装置の基本構成図。実施例１の車上通信子の車両搭載時の概要図。実施例１の構成図。車上通信子と外部機器の接続例。実施例１における電力波及び診断回路の自己診断フロー図。実施例２の構成図。実施例２におけるモニタブロックの健全性診断シーケンス。実施例２における電力波ブロックの健全性診断シーケンス。実施例３における一点接点リレーを使用した場合の構成図。電力センサ(3-11)の出力値の診断に使用する表。実施例２におけるフェールセーフ演算器のモニタブロック健全性診断シーケンス。実施例３における電力波及び診断回路の自己診断フロー図。実施例４による車両制御用スポット伝送装置の基本構成図。実施例４における電力波及び診断回路の自己診断フロー図。

以下、実施例を図面を用いて説明する。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。

実施例１による車両制御用スポット伝送装置の基本構成図を図１に、実施例１の車上通信子の車両搭載時の概要図を図２に示す。車上通信子(1-A)は図２における車両(2-４)に搭載されており、電力波の生成、情報波の制御を行う送受信部(2-1)及びアンテナ(2-2)で構成され、地上通信子(2-3)と通信を行う。

本実施例の車上通信子(1-A)は、4つの機能ブロックから構成される。すなわち、電力波(1-15)を生成し送信する電力波ブロック(1-2)、電力波ブロック(1-2)の健全性を診断するため、送信した電力波(1-15)の一部を自ら受信して受信強度を計測するモニタブロック(1-3)、地上通信子(1-B)から送信される情報波（1-16）を受信するための情報波受信ブロック(1-4)、各ブロックからの情報に基づき演算及び制御を行う制御ブロック(1-1)である。以下、各機能ブロックについて説明を行う。

制御ブロック(1-1)は、CPUなどの演算器(1-14)で構成され、電力波ブロック(1-2)に対する電力波出力の制御や、モニタブロック(1-3)から受信したモニタ情報による電力波ブロック(1-2)及びモニタブロック(1-3)の健全性診断や、情報波受信ブロック(1-4) から情報波(1-16)の復調後データを受け取って地上通信子(1-B)の検知及び通信処理などを行う。

電力波ブロック(1-2)は、電力波送信回路 (1-5)及び電力波アンテナ(1-6)から構成される。演算器(1-14)の出力を受けて電力波送信回路 (1-5)で生成された電力波の源信号は、電力波アンテナ(1-6)より地上通信子(1-B)へ電磁波として送信される。

モニタブロック(1-3)は、電力波検出器(1-7) 、テスト信号発生器(1-8)、切り替え器(1-9)、センサ(1-11)から構成される。電力波検出器(1-7)は、電力波アンテナ(1-6)より出力された電力波(1-15)の一部を受信する。センサ(1-11)は、電力センサ、電圧センサ、電流センサなどの電気的計測素子を使用し、電力波検出器(1-7)で誘起された電圧、電流や電力を計測し、その信号強度を制御ブロック(1-1)へ伝送する。また、モニタブロック(1-3)自身の健全性診断用に、テスト信号発生器(1-8)及び切り替え器(1-9)を搭載する。健全性診断に、テスト信号発生器(1-8)は、既知のテスト信号を生成する。テスト信号は、電力波検出器(1-7)が受信する電力波(1-15)の波形を模擬した信号でも良いし、単純に直流信号でも良い。切り替え器(1-9)は、電力波検出器(1-7)またはテスト信号発生器(1-8)のどちらかの出力をセンサ(1-11)入力に接続し、センサ(1-11)に入力する信号を選択し、健全性診断時には、切り替え器(1-9)は、テスト信号発生器(1-8)との接続を選択する。

情報波受信ブロック(1-4)は、情報波受信アンテナ(1-12)及び復調器(1-13)から構成される。情報波受信アンテナ(1-12)は、地上通信子（1-B）から送信される情報波（1-16）を、受信して、復調器(1-13)に出力する。復調器(1-13)は受信した信号を復調し、復調後のデータ列を制御ブロック(1-1)へ送信する。

次に、フェールセーフの手段として、実施例１を適応して電力波(1-15)の健全性診断を行う場合の具体的動作を説明する。実施例１の構成図を図３に示す。本実施例では、電力波検出器(1-7)にモニタアンテナ(3-７)、テスト信号発生器(1-8)に水晶発振器(3-8)、センサ(1-11)に電力センサ（3-11）、切り替え器(1-9)にリレー(3-9)を使用している。なお、本実施例では切り替え器(1-9)としてリレーを例に説明するが、半導体スイッチ（アナログスイッチ）など、アナログの電気信号を切り替え可能なものであればよい。また、演算器による誤演算を防ぐため、フェールセーフ演算器(3-14)を使用する。

フェールセーフ演算器(3-14)は、例えば、マイコンを２つ使用した二重化比較方式によるものがある。二重化比較方式とは、2つのマイコンコアに同じ演算を行わせ、比較照合を行う方式である。照合結果が不一致となった場合、外部への出力を停止してシステムの安全状態を確保する。

具体的な例として、フェールセーフ演算器と任意装置の間で定期的なメッセージ交換をするようにし、フェールセーフ演算器故障時に無応答となることで相手装置により故障を発見させることができる。車上通信子と外部機器の接続例を図４に示す。相手装置としては、車上通信子を介して地上通信子の情報を使用し、ブレーキ装置(4-7)の制御のような、車両の制御を行う車両制御部(4-6)などが考えられる。

フェールセーフ演算器(3-14)は、診断用制御信号(3-10)を介してリレー(3-9)及び水晶発振器(3-8)を制御する。水晶発振器(3-8)が生成するテスト信号の電力レベルは、車上通信子の通常動作時にモニタアンテナ(3-7)が受信し得ない過大または過小なレベルに設定する。

次に、実施例１における電力波及び診断回路の自己診断フロー図を、図５で説明する。

フェールセーフ演算器(3-14)は、起動後、電力波送信回路(3-5)に電力波の生成を指示し、リレー(3-9)をモニタアンテナ(3-7)側へ接続する指示を出す。

フェールセーフ演算器(3-14)は、リレー(3-9)をモニタアンテナ(3-7)側へ接続する指示を出したこと（すなわち、水晶発振器(3-8)の出力を電力センサ(3-11)に出力しないこと）により、リレー(3-9)がモニタアンテナ(3-7)側へ接続している状態であると認識するが、リレー(3-9)に接続状態の情報を出力する機能を持たせ、リレー(3-9)から接続状態の情報を取得することにより、リレー(3-9)の接続状態を認識しても良い。

同様に、フェールセーフ演算器(3-14)は、リレー(3-9)を水晶発振器(3-8)側へ接続する指示を出したこと（すなわち、水晶発振器(3-8)の出力を電力センサ(3-11)に出力すること）により、リレー(3-9)が水晶発振器(3-8)側へ接続している状態であると認識するが、リレー(3-9)に接続状態の情報を出力する機能を持たせ、リレー(3-9)から接続状態の情報を取得することにより、リレー(3-9)の接続状態を認識しても良い。

さらに、フェールセーフ演算器(3-14)は、周期的に健全性診断を実施する。すなわち、フェールセーフ演算器(3-14)の毎周期ごとに図５で示される処理が繰り返される。以下、この健全性診断について説明する。

フェールセーフ演算器(3-14)は、電力波送信回路(3-5)が正常に電力波を生成して出力し、電力波アンテナ(3-6)が正常にその電力波を受け取って正常に電力波(3-15)を出力し、モニタアンテナ(3-7)が正常に電力波(3-15)を受信して正常に出力し、リレー(3-9)がモニタアンテナ(3-7)側へ正常に接続し、電力センサ(3-11)がモニタアンテナ(3-7)の出力を正常に受信した場合、モニタアンテナ(3-7)で誘起される電力の計測値の変動の最大値と最小値を予め測定し、この変動の範囲にマージンを加えて第一の電力波測定値変動範囲として記憶しておく。

同様に、フェールセーフ演算器(3-14)は、水晶発振器(3-8)がテスト信号を正常に生成し出力し、リレー(3-9)が水晶発振器(3-8)側へ正常に接続し、電力センサ(3-11)が水晶発振器(3-8)の出力（テスト信号）を正常に受信した場合、テスト信号で誘起される電力の計測値の変動の最大値と最小値を予め測定し、この変動の範囲にマージンを加えて第二の電力波測定値変動範囲として記憶しておく。

なお、これらの第一の電力波測定値変動範囲と第二の電力波測定値変動範囲は重複しないようにする。

図１０に電力センサ(3-11)の出力値の診断に使用する表を示す。フェールセーフ演算器(3-14)は、リレー(3-9)の接続状態、電力波送信回路(3-5)への電力波の生成の指示の有無、電力センサ(3-11)の出力値を確認する。これらの情報を用いて図１０により診断を行う。図１０で、「Don't Care」はその欄の情報を診断に使用しないことを意味する。

診断の例を以下に示す。フェールセーフ演算器(3-14)は、起動後、電力波送信回路(3-5)に電力波の生成を指示し、リレー(3-9)をモニタアンテナ(3-7)側へ接続する指示を出す。このとき、フェールセーフ演算器(3-14)は、「リレーの接続状態」は「モニタアンテナ側」と認識しており、「電力波生成の指示」は「有り」である。そのため、フェールセーフ演算器(3-14)は、電力センサ(3-11)の出力値を取得し、「電力センサの出力値」が「第一の電力波測定値変動範囲」にあれば、「診断」が「正常範囲」となる（No.１の行）ので、正常範囲と診断する。この診断結果は電力波ブロック(3-2)の診断結果であり、モニタブロック(3-3)の診断結果ではない。同様に、フェールセーフ演算器(3-14)は、「リレーの接続状態」が「モニタアンテナ側」と認識しているとき（図１０のNo.１〜No.４）は、電力波ブロック(3-2)の診断（すなわち、モニタアンテナ(3-7)の出力の診断）を行い、モニタブロック(3-3)の診断を行わない。

また、モニタブロック検査時の例は次のようになる。フェールセーフ演算器(3-14)が、「リレーの接続状態」を「水晶発振器側」と認識している場合（すなわち、フェールセーフ演算器(3-14)は、リレー(3-9)が電力センサ(3-11)へ水晶発振器(3-8)の出力を入力している状態であると認識している場合）、フェールセーフ演算器(3-14)は、電力センサ(3-11)の出力値を取得し、「電力センサの出力値」が「第二の電力波測定値変動範囲」にあれば、「診断」が「正常範囲」となる（No.5の行）ので、正常範囲と診断する。この場合、「電力波生成の指示」の欄の情報は診断に使用しない。この診断結果は、モニタブロック(3-3)の診断結果であり、電力波ブロック(3-2)の診断結果ではない。同様に、フェールセーフ演算器(3-14)は、「リレーの接続状態」が「水晶発振器側」と認識しているとき（図１０のNo.５〜No.６）は、モニタブロック(3-3)の診断を行い、電力波ブロック(3-2)の診断（すなわち、モニタアンテナ(3-7)の出力の診断）を行わない。

ステップ(5-1)にて、フェールセーフ演算器(3-14)は、電力波ブロック(3-2)またはモニタブロック(3-3)どちらのブロックを診断するか決定する。電力波ブロック(3-2)を選択したときはステップ(5-2)に進み、モニタブロック(3-3)を選択したときはステップ(5-5)に進む。

電力波ブロック(3-2)とモニタブロック(3-3)のどちらのブロックを診断するか決定する方法として、交互に決定、ランダムに決定、片方に偏重して決定する方法などがある。片方に偏重して決定する場合は、例えば、それぞれのブロックを選択する割合を決める。一例を挙げると、電力波ブロック(3-2)は８０％、モニタブロック(3-3)は２０％の割合とする。このとき、０から９９までの１００個の乱数を発生させ、０から７９であれば電力波ブロック(3-2)を選択し、８０から９９であればモニタブロック(3-3)を選択する。または、電力波ブロック(3-2)を８回選択した後、モニタブロック(3-3)を２回選択するということを繰り返しても良い。

また、フェールセーフ演算器(3-14)は、診断キャンセル時に次の周期で再度電力波ブロック(3-2)の診断を行うことや、地上通信子(3-B)との通信中は正確に電力波ブロック(3-2)の診断を行えないため、モニタブロック(3-3)の診断のみを行うこともある。

ステップ(5-2)にて、フェールセーフ演算器(3-14)は、復調器(3-13)からのデータの有無により近傍の地上通信子(3-B)と通信中かどうか決定する。フェールセーフ演算器(3-14)は、復調器(3-13)からのデータがある場合、近傍の地上通信子(3-B)と通信中と決定し、近傍に地上通信子(3-B)が存在することにより、正確に電力波ブロック(3-2)の状況をモニタ出来ないと判断して診断をキャンセルする。フェールセーフ演算器(3-14)は、復調器(3-13)からのデータが無い場合、近傍に地上通信子(3-B)が存在しないと判断し、ステップ(5-3)に進む。

ステップ(5-3)にて、フェールセーフ演算器(3-14)は、リレー(3-9)をモニタアンテナ(3-7)側へ接続する指示を出し、ステップ(5-4)に進む。

ステップ(5-4)にて、フェールセーフ演算器(3-14)は、電力センサ(3-11)の出力値を診断する。フェールセーフ演算器(3-14)が、正常範囲と診断すれば（図１０のNo.１）、正常と判断する診断正常終了へ分岐し、異常範囲と診断すれば（図１０のNo.２）、異常と判断する診断異常終了へ分岐する。

ステップ(5-5)にて、フェールセーフ演算器(3-14)は、水晶発振器(3-8)を起動し、リレー(3-9)を水晶発振器(3-8)側へ接続する指示を出し、ステップ(5-6)へ進む。

ステップ(5-6)にて、フェールセーフ演算器(3-14)は、電力センサ(3-11)の出力値を診断し、フェールセーフ演算器(3-14)が、異常範囲と診断すれば（図１０のNo.６）、異常と判断する診断異常終了へ分岐し、正常範囲と診断すれば（図１０のNo.５）、ステップ(5-7)へ進む。

ステップ(5-7)にて、フェールセーフ演算器(3-14)は、余計な電磁ノイズ原とならないよう水晶発振器(3-8)を停止し、正常と判断する診断正常終了とする。

以上の診断で異常と判断した場合、フェールセーフ演算器(4-5)は、車両制御部(4-6)に対して、電力波ブロック(3-1)またはモニタブロック(3-3)が故障していることを報告する。車両制御部(4-6)は、本報告を受け、例えばドライバーへの警告を行ったり、ブレーキ装置(4-7)を使用し車速の制御を行う。

なお、水晶発振器(3-8)が故障した場合は、ステップ(5-6)での診断で検知可能である。また、リレー(3-9)が故障して、リレー(3-9)の接点がフェールセーフ演算器(3-14)の意図と逆側に接続される場合、または、どことも接続されない場合が考えられるが、リレー(3-9)の接点がどことも接続されない場合には、ステップ(5-4)またはステップ(5-6)のモニタ値確認時に異常を検出できる。また、リレー(3-9)の接点がフェールセーフ演算器(3-14)の意図と逆側に接続された場合は、水晶発振器(3-8)が生成するテスト信号の電力レベルが電力波正常動作時に電力センサ（3-11）が受信し得ないレベルであるため、ステップ(5-4)またはステップ(5-6)で異常が発生していると検知することが出来る。

実施例１は、フェールセーフ演算器(3-14)が水晶発振器(3-8)及びリレー(3-9)を制御し、電力波ブロック(3-2)とモニタブロック(3-3)の健全性診断を実施する構成を述べた。同構成では、モニタブロック(3-3)をアンテナ(4-2)内に配置し、フェールセーフ演算器(3-14)を送受信部(4-1)に配置するような場合、診断用制御信号(3-10)を伝送するために、新たなケーブルが必要であった。

実施例２は、診断用制御信号(3-10)を削減し、ケーブルを増加させない構成である。実施例２の構成図を図６に示す。本構成では、図３と比較して診断用制御信号(3-10)を削除しており、第一のタイマ(6-10)、第二のタイマ(6-20)を追加している。

第一のタイマ(6-10)は水晶発振器(6-8)及びリレー(6-9)に接続しており、例えば電力波受信開始によりモニタブロック(6-3)の電源が投入されてから起動され、第一の規定時間(例えば１秒間)のみ水晶発振器(6-8)を動作させる。

第二のタイマ(6-20)は、フェールセーフ演算器(6-14)の内部にあり、フェールセーフ演算器(6-14)の電源が投入されてから起動され、起動から第二の規定時間(例えば１秒間)が経過したときに、それをフェールセーフ演算器(6-14)に通知する。

本実施例のフェールセーフ演算器(6-14)は、診断用制御信号(3-10)を削減したので、リレー(6-9)を制御できないし、直接はその状態を認識できない。しかし、第一のタイマ(6-10)と第二のタイマ(6-20)を用い、第一の規定時間と第二の規定時間を調整（例えば第一の規定時間と第二の規定時間を同じ、あるいは同程度の時間に調整）し、第一のタイマ(6-10)の起動から第一の規定時間の間のリレー(6-9)の状態は規定のものであるとすることにより、フェールセーフ演算器(6-14)は、起動から第二の規定時間の間はリレー(6-9)の状態が、第一のタイマ(6-10)の起動から第一の規定時間の間の状態と同じであると認識することができる。

ここで、アンテナ(4-2)内に搭載するモニタブロック用の電源(6-19)は、電力波(6-15)を受信する電源アンテナ(6-17)と、その受信電力から直流電圧を発生する整流回路(6-18)によって生成される。他の構成は図３と同一である。

本実施形態では、モニタブロック(6-3)の健全性診断を電力波(6-15)の出力開始時に行い、その後、電力波ブロック(6-2)の健全性診断を行う。本構成を適応した時の動作シーケンスを図７と図８を使用して説明する。図７はモニタブロック(6-3)の健全性診断シーケンスであり、図８は電力波ブロック(6-2)の健全性診断シーケンスであり、図１１はフェールセーフ演算器のモニタブロック健全性診断シーケンスである。

健全性診断のモニタブロック(6-3)の動作について図７を用いて説明する。

車上通信子(6-A)は、電源投入後などの動作開始時、電力波(6-15)を出力する。

ステップ(7-1)にて、電源アンテナ(6-17)は、電力波(6-15)を受信する。その後、ステップ(7-2)に遷移する。

ステップ(7-2)にて、受信した電力波(6-15)により、電源アンテナ(6-17)に電力が供給される。電源アンテナ(6-17)に供給された電力は、電力整流回路(6-18)にて整流され、モニタブロック用電源(6-19)として供給される。その後、ステップ(7-3)に遷移する。

ステップ(7-3)にて、モニタブロック用電源(6-19)確立をトリガとして、第一のタイマ(6-10)が起動され動作を開始する。その後、ステップ(7-4)に遷移する。

ステップ(7-4)にて、第一のタイマ(6-10)が、水晶発振器(6-8)を動作させて、リレー(6-9)を水晶発振器側に接続させる。その後、ステップ(7-5)に遷移する。

ステップ(7-5)では、電力センサ(6-11)は、水晶発振器(6-8)から入力された電力波の測定値をフェールセーフ演算器(6-14)へ出力する。その後、ステップ(7-6)に遷移する。

ステップ(7-6)にて、第一のタイマ(6-10)は第一の規定時間を経過したか確認する。経過していなければステップ(7-5)に遷移し、経過していればステップ(7-7)へ遷移する。
ステップ(7-7)にて、第一のタイマ(6-10)は、水晶発振器(6-8)を停止し、リレー(6-9)をモニタアンテナ(6-7)側へ接続する。その後、ステップ(7-8)に遷移する。

ステップ(7-8)にて、第一のタイマ(6-10)は、動作を停止させる。

モニタブロック(6-3)の健全性診断について図１１を用いて説明する。

車上通信子(6-A)は、電源投入後などの動作開始時、フェールセーフ演算器(6-14)を起動する。

ステップ(11-1)にて、フェールセーフ演算器(6-14)は、電力波送信回路(6-5)に電力波の出力を指示する。その後、ステップ(11-2)に遷移する。

ステップ(11-2)にて、フェールセーフ演算器(6-14)は、第二のタイマ(6-20)を起動させる。その後、ステップ(11-3)に遷移する。

ステップ(11-3)にて、フェールセーフ演算器(6-14)は、電力センサ(6-11)の出力値を取得する。この出力値を用いて、実施例１のステップ(5-6)と同じ診断を行う。フェールセーフ演算器(6-14)が、異常範囲と診断すれば（図１０のNo.６）、ステップ(11-6)へ遷移し、正常範囲と診断すれば（図１０のNo.５）、ステップ(11-4)へ遷移する。

ステップ(11-4)にて、フェールセーフ演算器(6-14)は、第二のタイマ(6-20)は第二の規定時間を経過したか確認する。経過していなければステップ(11-3)に遷移し、経過していればステップ(11-5)へ遷移する。
ステップ(11-5)にて、フェールセーフ演算器(6-14)は、第二のタイマ(6-20)を停止させ診断正常と判断する。
ステップ(11-6)にて、フェールセーフ演算器(6-14)は、第二のタイマ(6-20)を停止させ診断異常と判断する。

図８に示す電力波ブロック(6-2)の動作シーケンスは、基本的には実施例１と同様である。

ステップ(8-1)にて、復調器(6-13)からのデータの有無により地上通信子(6-B)と通信中かどうか決定する。データが有る場合、近傍に地上通信子(6-B)が存在して、正確に電力波ブロック(6-2)の状況をモニタで出来ないと判断して、診断をキャンセルする。データが無い場合は、近傍に地上通信子(6-B)が存在しないと判断して、ステップ(8-2)に遷移する。

ステップ(8-2)にて、実施例１のステップ(5-4)と同様に、電力センサ（6-11）の出力値をフェールセーフ演算器(6-14)で診断し、電力波ブロック検査時の正常範囲内にあれば、診断正常終了へ分岐し、異常範囲であれば診断異常終了と分岐する。

以上の本診断で異常判断となった場合の動作は、実施例１と同様である。

なお、本実施例で追加した水晶発振器(6-8)及びリレー(6-9)が故障した場合は、実施例１と同様の方法で、ステップ(11-3)又はステップ(8-2)で異常が発生していると検知することが出来る。

また、本実施例では切り替え器としてリレー(6-9)を例に説明したが、半導体スイッチ（アナログスイッチ）など、アナログの電気信号を切り替え可能なものであればよいことは言うまでも無い。

実施例１および実施例２では、モニタブロック(1-3)の健全性診断のために、切り替え器(1-9)で、電力波検出器(1-7)またはテスト信号発生器(1-8)の出力を選択する構成を述べたが、切り替え器として１点接点リレーを使用する図９のような構成でも同様の健全性診断を実現できる。

本構成は、健全性診断時に、１点接点リレー(9-9)を短絡させ、モニタアンテナ(9-7)からの信号に水晶発振器(9-8)の信号を重畳しテスト信号を作成する。

１点接点リレー(9-9)を短絡した場合でも、電力センサ（9-11）に必要な電力を供給するため、例えばアッテネータ(9-15)のようなインピーダンスを持った素子をモニタアンテナ(9-7)と１点接点リレー(9-9)の間に挿入し、モニタアンテナ（9-7）と水晶発振器(9-8)が短絡するのを防ぐ。

図１２は、電力波及び診断回路の自己診断フロー図である。実施例１とはモニタブロックの診断の動作シーケンスが異なる。以下、図１２を用い、実施例１とは異なるモニタブロックの診断の動作シーケンスについて説明する。異なるのはステップ(5-8)、ステップ(5-9)が追加されている点である。

ステップ(5-1)にて、フェールセーフ演算器(9-14)は、電力波ブロック(9-2)またはモニタブロック(9-3)どちらのブロックを診断するか決定する。電力波ブロック(9-2)を選択したときはステップ(5-2)に進み、モニタブロック(9-3)を選択したときはステップ(5-8)に進む。

ステップ(5-2)、ステップ(5-3)、ステップ(5-4)は実施例１と同じ動作を行う。

ステップ(5-8)にて、フェールセーフ演算器(9-14)は、電力波送信回路(9-5)に電力波の生成の停止を指示する。その後、ステップ(5-5)に進む。

ステップ(5-5)、ステップ(5-6)は実施例１と同じ動作を行う。

ステップ(5-7)にて、フェールセーフ演算器(9-14)は、余計な電磁ノイズ原とならないよう水晶発振器(9-8)を停止する。その後、ステップ(5-9)に進む。

ステップ(5-9)にて、フェールセーフ演算器(9-14)は、電力波送信回路(9-5)に電力波の生成を指示し、正常と判断する診断正常終了とする。

なお、本実施例の切り替え部(9-9)とアッテネータ(9-15)の構成は、実施例２の構成にも同様に適用可能である。

また、本実施例では切り替え器として１点接点リレー(9-9)を例に説明したが、半導体スイッチ（アナログスイッチ）など、アナログの電気信号を切り替え可能なものであればよいことは言うまでも無い。

実施例４は、復調器(3-13)からデータを受信したときモニタブロックの診断を行う構成である。実施例４の構成図を図１３に示す。本構成では、図３と比較して第三のタイマ(3-17)を追加している。第三のタイマ(3-17)は起動から第三の規定時間（たとえば３秒とする。あるいは、地上通信子(3-B)と車上通信子(3-A)が通信できる区間の距離を車両の速度で割った時間としてもよい）の間動作し、その間、起動している状態であることをフェールセーフ演算器(3-14)に通知する。本実施例では、走行中に復調器(3-13)からデータを受信したとき、その後、第三の規定時間の間は近傍に地上通信子(3-B)が存在して、正確に電力波ブロック(3-2)の状況をモニタで出来ないと判断し、モニタブロック(3-3)の診断を行う。

図１４は、電力波及び診断回路の自己診断フロー図である。実施例１とは復調器(3-13)からデータを受信したときの動作シーケンスが異なる。以下、図１４を用い、実施例１とは異なるモニタブロックの診断の動作シーケンスについて説明する。異なるのはステップ(5-10)からステップ(5-13)が追加されている点である。

ステップ(5-10)にて、フェールセーフ演算器(3-14)は、復調器(3-13)からデータを受信したか確認する。受信したときはステップ(5-11)へ遷移し、受信していないときはステップ(5-12)へ遷移する。

ステップ(5-11)にて、フェールセーフ演算器(3-14)は、第三のタイマ(3-17)をリセットした後、起動する。その後ステップ(5-12)へ遷移する。

ステップ(5-12)にて、フェールセーフ演算器(3-14)は、第三のタイマ(3-17)の状態を取得し起動中かどうか確認する。起動中であればステップ(5-5)へ遷移し、起動中でなければステップ(5-1)へ遷移する。

ステップ(5-1)は、実施例１と同じである。

ステップ(5-2)にて、フェールセーフ演算器(3-14)は、復調器(3-13)からのデータの有無により近傍の地上通信子(3-B)と通信中かどうか決定する。フェールセーフ演算器(3-14)は、復調器(3-13)からのデータがある場合、近傍の地上通信子(3-B)と通信中と決定し、近傍に地上通信子(3-B)が存在することにより、正確に電力波ブロック(3-2)の状況をモニタ出来ないと判断し、ステップ(5-13)へ遷移する。フェールセーフ演算器(3-14)は、復調器(3-13)からのデータが無い場合、近傍に地上通信子(3-B)が存在しないと判断し、ステップ(5-3)に進む。

ステップ(5-3)からステップ(5-7)は、実施例１と同じである。

ステップ(5-13)にて、フェールセーフ演算器(3-14)は、第三のタイマ(3-17)をリセットした後、起動する。その後診断をキャンセルする。

本実施例４により、フェールセーフ演算器(3-14)は、復調器(3-13)からのデータを受信したとき、すなわち、近傍の地上通信子(3-B)と通信中のときは、モニタブロック(3-3)の診断を行うことができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

1-A 車上通信子
1-B 地上通信子
1-1 制御ブロック
1-2 電力波ブロック
1-3 モニタブロック
1-4 情報波受信ブロック
1-5 電力波送信回路
1-6 電力波アンテナ
1-7 電力波検出器
1-8 テスト信号発生器
1-9 切り替え器
1-11 センサ
1-12 情報波受信アンテナ
1-13 復調器
1-14 演算器
1-15 電力波
1-16 情報波
2-1 送受信部
2-2 アンテナ
2-3 地上通信子
2-4 車両
3-A 車上通信子
3-B 地上通信子
3-1 制御ブロック
3-2 電力波ブロック
3-3 モニタブロック
3-4 情報波受信ブロック
3-5 電力波送信回路
3-6 電力波アンテナ
3-7 モニタアンテナ
3-8 水晶発振器
3-9 リレー
3-10 診断用制御信号
3-11 電力センサ
3-12 情報波受信アンテナ
3-13 復調器
3-14 フェールセーフ演算器
3-15 電力波
3-16 情報波
3-17 第三のタイマ
4-1 送受信部
4-2 アンテナ
4-3 地上通信子
4-4 車両
4-5 フェールセーフ演算器
4-6 車両制御部
4-7 ブレーキ装置
6-A 車上通信子
6-B 地上通信子
6-1 制御ブロック
6-2 電力波ブロック
6-3 モニタブロック
6-4 情報波受信ブロック
6-5 電力波送信回路
6-6 電力波アンテナ
6-7 モニタアンテナ
6-8 水晶発振器
6-9 リレー
6-10 第一のタイマ
6-11 電力センサ
6-12 情報波受信アンテナ
6-13 復調器
6-14 フェールセーフ演算器
6-15 電力波
6-16 情報波
6-17 電源アンテナ
6-18 整流回路
6-19 モニタブロック用電源
6-20 第二のタイマ
9-A 車上通信子
9-B 地上通信子
9-1 制御ブロック
9-2 電力波ブロック
9-3 モニタブロック
9-4 情報波受信ブロック
9-5 電力波送信回路
9-6 電力波アンテナ
9-7 モニタアンテナ
9-8 水晶発振器
9-9 １点設点リレー
9-10 診断用制御信号
9-11 電力センサ
9-12 情報波受信アンテナ
9-13 復調器
9-14 フェールセーフ演算器
9-15 電力波
9-16 情報波
9-17 アッテネータ

Claims

地上通信子を駆動させるための電力波である駆動用電力波を生成し出力する電力波生成部と、
前記電力波生成部から前記駆動用電力波を受け取り、出力する電力波アンテナと、
前記地上通信子から出力された情報波を受信し出力する情報波受信アンテナと、
前記情報波受信アンテナから受け取った前記情報波の復調を行いデータを出力する復調器と、
前記駆動用電力波を受信し前記電力波を出力する電力波検出器と、
前記電力波検出器から受け取った前記電力波の電力、電圧、電流の少なくともいずれか一つを用いて電気的強度を計測し計測した結果を電力波測定値として出力するセンサと、
前記電力波生成部が前記駆動用電力波を正常に生成し出力し、前記駆動用電力波を正常に受け取った前記電力波アンテナが前記駆動用電力波を正常に出力し、前記駆動用電力波を正常に受け取った前記電力波検出器が前記電力波を正常に出力し、前記電力波を正常に受け取った前記センサが正常に前記電力波測定値を出力するときの前記電力波測定値の変動の最大範囲である第一の電力波測定値変動範囲を記憶し、前記電力波生成部の出力を制御し、前記復調器からデータを受け取り、前記センサが出力する前記電力波測定値を受け取り、前記電力波生成部に出力を指示しているときに前記センサが出力する前記駆動用電力波の前記電力波測定値の変動の範囲が前記第一の電力波測定値変動範囲の範囲内にある場合、前記駆動用電力波が健全であると診断する演算器と、を備える車上通信子において、
診断用の前記電力波である診断用電力波を生成し出力するテスト信号発生器と、
前記センサへ前記診断用電力波を入力するか入力しないか出力を切り替える切り替え器を備え
前記テスト信号発生器は、前記診断用電力波を正常に生成し出力し、前記切り替え器が正常に出力を切り替えて前記センサへ正常に前記診断用電力波を入力し、前記診断用電力波を正常に受け取った前記センサが正常に前記電力波測定値を出力するときの前記電力波測定値の変動の最大範囲である第二の電力波測定値変動範囲が、前記第一の電力波測定値変動範囲と重複しないものとなる前記診断用電力波を出力し、
前記演算器は、前記第二の電力波測定値変動範囲を記憶し、前記切り替え器の出力の切り換え状態を認識し、前記切り替え器が前記センサへ前記診断用電力波を入力している前記切り換え状態であると認識しているときに、前記センサが出力する前記診断用電力波の前記電力波測定値の変動の範囲が前記第二の電力波測定値変動範囲の範囲内にある場合、
前記切り替え器、前記センサ、および、前記切り替え器と前記センサの接続状態が健全であると診断する機能を持つことを特徴とする車上通信子。
請求項１に記載の車上通信子であって、
前記切り替え器は、出力の切り換え状態を示す情報を出力する機能を持ち、
前記演算器は、前記出力の切り換え状態を示す情報を受け取り、前記切り替え器の前記出力の切り換え状態を認識する機能を持つことを特徴とする車上通信子。
請求項１に記載の車上通信子であって、
前記演算器は、前記切り替え器に出力を切り替えさせる切り換え指示を行う機能を持ち、
前記演算器は、前記切り替え器に前記センサへ前記診断用電力波を入力させる前記切り換え指示を行ったとき、前記切り替え器が前記センサへ前記診断用電力波を入力している前記切り換え状態であると認識し、前記切り替え器に前記センサへ前記診断用電力波を入力させない前記切り換え指示を行ったとき、前記切り替え器が前記センサへ前記診断用電力波を入力していない前記切り換え状態であると認識する機能を持つことを特徴とする車上通信子。
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の車上通信子であって、
前記切り替え器は、前記センサへ前記診断用電力波を入力する場合は、前記センサへ前記電力波検出器から受け取った前記電力波を入力せず、
前記演算器は、前記切り替え器が前記センサへ前記診断用電力波を入力している前記切り換え状態であると認識している場合は、前記駆動用電力波の診断を行わない機能を持つことを特徴とする車上通信子。
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の車上通信子であって、
前記切り替え器は、前記センサへ前記診断用電力波を入力する場合は、前記電力波検出器の出力と前記診断用電力波を重畳して入力し、
前記演算器は、前記切り替え器が前記センサへ前記診断用電力波を入力している前記切り換え状態であると認識している場合は、前記電力波生成部に前記駆動用電力波の出力を指示せず、前記駆動用電力波の診断を行わない機能を持つことを特徴とする車上通信子。
請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載の車上通信子であって、
前記演算器は、前記切り替え器、前記センサ、および、前記切り替え器と前記センサの接続状態を診断する場合に、前記切り替え器の出力を切り替えて前記センサへ前記診断用電力波を入力し、
前記駆動用電力波を診断する場合に、前記切り替え器の出力を切り替えて前記センサへ前記診断用電力波を入力しない切り替え器制御機能を持つことを特徴とする車上通信子。
請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の車上通信子であって、
電源投入後に起動され、起動から第一の規定時間を経過したとき、前記第一の規定時間の経過を通知する第一のタイマを備え、前記第一のタイマの起動から前記第一のタイマによる前記第一の規定時間の経過の通知があるまでの間、前記切り替え器の出力を切り換え、前記センサへ前記診断用電力波を入力する機能を有することを特徴とする車上通信子。
請求項７に記載の車上通信子であって、
前記演算器は、該演算器の電源投入後に起動され、該起動から第二の規定時間を経過したとき、前記第二の規定時間の経過を通知する第二のタイマを備え、前記演算器の電源投入後から前記第二の規定時間が経過するまでの間、前記切り替え器が前記センサへ前記診断用電力波を入力している前記切り換え状態であると認識する機能を持ち、
前記演算器の電源投入後から前記第二の規定時間が経過するまでの間と、前記第一のタイマの起動から前記第一のタイマによる前記第一の規定時間の経過までの間とが一致するように前記第二の規定時間が設定されることを特徴とする車上通信子。
請求項１乃至請求項８のいずれか１つに記載の車上通信子であって、
前記演算器は、前記復調器が前記情報波を復調した前記データを受け取ったとき前記切り替え器の出力を切り換え、前記センサへ前記診断用電力波を入力する機能を有することを特徴とする車上通信子。
請求項１乃至請求項９のいずれか１つに記載の車上通信子であって、
前記演算器は、前記復調器が前記情報波を復調した前記データを受け取ったときに起動され、起動から第三の規定時間を経過するまで起動中の状態を出力する第三のタイマを備え、前記第三のタイマが起動中の状態を出力しているとき、前記切り替え器の出力を切り換え、前記センサへ前記診断用電力波を入力する機能を有することを特徴とする車上通信子。
請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の車上通信子であって、
前記演算器は、前記切り替え器の出力の切り替えを周期的に行う機能を持つことを特徴とする車上通信子。
請求項１乃至請求項６のいずれか１つに記載の車上通信子であって、
前記演算器は、前記切り替え器の出力の切り替えをランダムに行う機能を持つことを特徴とする車上通信子。
請求項１乃至請求項１２のいずれか１つに記載の車上通信子であって、
前記電力波アンテナから前記電力波を受信し電力を出力する電源アンテナを備え、
前記センサと前記テスト信号発生器は、前記電源アンテナが出力する電力により動作することを特徴とする車上通信子。
請求項７に記載の車上通信子であって、
前記電力波アンテナから前記電力波を受信し電力を出力する電源アンテナを備え、
前記センサと前記テスト信号発生器と前記第一のタイマは、前記電源アンテナが出力する電力により動作することを特徴とする車上通信子。
請求項５に記載の車上通信子であって、
前記切り替え器と前記電力波検出器を、インピーダンスを持った素子を経由して接続することを特徴とする車上通信子。