JP6637826B2 - 車上通信装置 - Google Patents

Description

本発明は、地上に設置された地上通信装置と電文情報を送受信して車両の制御を行うトランスポンダ車上装置に関するものである。

車両に搭載されたトランスポンダ車上装置は、路上に設置された地上通信装置と電文情報の送受信を行う。ここで地上装置から得た車両の速度制限や位置情報などのデータは、車両の速度制御など、車両運行の重要な制御に用いられる。ここで地上通信装置は、地上装置から電力給電される有電源地上通信装置と、トランスポンダ車上装置からの電力波により電力を受電して起動する無電源地上通信装置がある。どちらの地上通信装置も、車上装置に向かって電力波とは異なる周波数の電文情報を送信する。ここで、地上通信装置との通信は、前述したように車両運行上の安全に関わる場合もあるため、地上通信装置と確実に通信をすることが求められる。

ここで、無電源地上通信装置を起動して地上通信装置と確実に通信するためには、トランスポンダ車上装置から地上通信装置に向け安定した電力を送信することが必須であるが、経時変化などによってトランスポンダ車上装置から送信する電力波出力が規定値外になる可能性がある。そこで、トランスポンダ車上装置の送信電力が定格値であることを監視する機能や、送信出力レベルを調整する機能を備えることがある。

送信電力を監視し、出力を切り替える車上送受信装置が特許文献１、２に記載されている。特許文献１には、「電力波送信レベル・周波数監視回路２７は送信する電力波の送信レベルと周波数を監視する。共振回路切替制御回路２８は車上子１５の電力波送信部３０に設けられた周波数ｆ１の共振回路と周波数ｆ２の共振回路の切替え制御を行う。」と記載されている。

特許文献２には、「電力制御回路１ ９ ０ は、適切な定常状態の利得に到達するために使用される正常動作モードループに入る。ステップ２ ０ ８ において、出力パワーは比較装置１ ８ ８ をストローブすることによってチェックされ、それが低い場合には、利得を利得ステップで増加させることにより調節する。」と記載されている。

特開2003-237580 特表2005-501438

一般的に、トランスポンダ車上装置は、電力波送信部と情報波送受信部、および電力波と情報波送受信のための車上子（アンテナ）で構成される。ここで、電力波出力の一定出力制御する従来手法として、車上子に伝送される電力波送信レベルを監視する電力波送信レベルモニタ部を備え、同モニタ部で取得した送信電力値により電力波送信設定値を調整するフィードバック制御がある。

しかし、従来方式では、車上子が地上通信装置上を通過している間に、車上子と地上通信装置内アンテナとの磁界結合の影響によって一時的に電力波送信電力のモニタ値が電力低下を示した場合、これに応じて電力波送信電力を大きくするようにフィードバック制御する。しかし、車上子が地上通信装置上を通り過ぎると、逆に過電流が流れるようになってしまい、電力波送信電力の増減を繰り返して出力が不安定になったり、最悪の場合は車上子送信電力の超過または低下検知をしたり、過電力による故障発生が懸念されていた。

上記課題を解決するため、代表的な本発明の車上通信装置の一つは、電力波の振幅を設定する電力波振幅設定値を出力する電力波出力制御部と、起動時に電力波振幅設定値を受け取って記憶し、振幅が電力波振幅設定値である電力波の出力を指示する電力波信号を出力するフィードバック制御部と、電力波信号を受け取り、電力波振幅設定値の振幅に対応した電力波の電力である電力波電力を生成する電力波増幅部と、
前記電力波電力を測定し、その振幅を電力波検出振幅値として出力する電力波モニタと、 電力波電力を受け取り、電力波を空間放射する電力波送信アンテナと、地上通信装置から送信される情報波を受信し情報波電力を出力する情報波受信アンテナと、情報波電力を受け取って復調し、情報波信号を出力する情報波復調部と、情報波信号を受け取り、情報波の有無を判定し、情報波の有無を示す情報波検出情報を出力する情報波検出部を備えた車上通信装置において、フィードバック制御部は、電力波モニタから電力波検出振幅値を受け取り、情報波検出部から情報波検出情報を受け取って情報波の有無を認識し、情報波が無いことを認識したとき、電力波の振幅を規定範囲内の値にする電力波信号を出力するために、記憶している電力波振幅設定値を調整する機能を持つことにより達成される。

本発明によれば、地上通信装置通過時にアンテナインピーダンスが変化する場合において、地上通信装置通過直後のフィードバック制御の応答遅れによる電力波出力の過大または過小出力を抑制することが可能である。

実施例１の通信装置の構成図である。 実施例１の通信装置の制御フローを示す図である。 実施例１の通信装置における電力波出力制御のタイミングチャート例である。 従来技術における通信装置の構成図である。 実施例２の通信装置の制御フローを示す図である。 実施例３の通信装置の制御フローを示す図である。 実施例３の通信装置における電力波出力制御のタイミングチャート例である。

以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。

本実施例１に関して、図１から図４までを用いて説明する。

まず、従来技術における通信装置の構成例を図４に示す。送受信部制御装置1-13からの電力波出力指示を受け、電力波出力制御部1-1は電力波の出力振幅および周波数の設定を行い、信号を電力波増幅部1-2に出力する。電力波増幅部1-2は、信号を増幅して電力波送信アンテナ1-3を介して地上通信装置1-6に電力を供給する。電力波モニタ1-4は、電力波増幅部1-2と電力波送信アンテナ1-3の間に流れる出力電流をモニタし、モニタ値判定部1-5と、電力波出力制御部1-1に出力する。モニタ値判定部1-5は、電力波モニタ1-4の出力値が規定範囲に対して超過または低下しているかを判定して、その結果を電力波出力制御部1-1を介して送受信部制御装置1-13に送る。ここで、送信電力が規定範囲外となった場合には、送受信部制御装置1-13は電力波送信を止めるように電力波出力制御部1-1に指令を送る。また、電力波モニタ1-4の出力値を直接に受けた電力波出力制御部1-1は、同モニタ値が期待する電力波の値に近づくように振幅設定値を変更する。

一方、地上通信装置1-6からの車上子に送られた情報波は、情報波受信アンテナ1-7を介して復調処理を行う情報波復調部1-8へ入力され、情報波復調部1-8で復調される。復調後の信号は、情報波検出部1-9に送られ、そこで情報波データがあったと判別されると、同データは情報波制御部1-10を介して送受信部制御装置1-13に送信され、車両制御に用いられる。

また、車上装置から地上通信装置1-6に情報データを送信する場合、送受信部制御装置1-13からの情報波送信指示により情報波制御部1-10は情報波変調部1-11に情報波送信信号を出力する。情報波変調部1-11は受信したデータを変調し、情報波送信アンテナ1-12を介して地上通信装置1-6に無線で送信する。

しかし、前述したように従来構成では車上子が地上通信装置上を通過時に電力波送信電力の増減を繰り返して電力波送信電力が安定しない懸念があった。

本実施例の車上通信装置では、車上子が地上通信装置上を通過している間は電力波出力のフィードバックを止めることで、送信電力の増減の繰り返しを抑制する構成としている。

本実施例を構成する機器の機能を図１および図２を用いて説明する。

本発明は、図１に示すように従来構成に加え、モニタ値判定部1-5の機能を取り込んだフィードバック制御部1-14を備えている。フィードバック制御部1-14は、電力波出力制御部1-1より出力する電力波の振幅設定値および周波数設定値を受け取って記憶する。フィードバック制御部1-14は、振幅設定値および周波数設定値を持つ信号を電力波増幅部1-2に出力する。

さらに、フィードバック制御部1-14は電力波モニタ1-4の出力値も受信しており、同モニタ値が、期待する電力波の振幅に近づくように振幅設定値を変更し、その振幅を持つ信号を電力波増幅部1-2に出力する。ここで、車上子が地上通信装置上を通過中は、情報波検出部1-9が情報データ検出していることに注目し、情報データ受信中は情報波検出部1-9からフィードバック制御部1-14へデータ検出信号を出力させる。フィードバック制御部1-14は情報波検出部1-9からのデータ検出信号を受信中は振幅設定値の更新を止めるようにする。つまり、振幅設定値は地上子通過前の値を維持したままとなる。

車上子が地上通信装置上を通過したあとは、地上子からの情報波受信が無くなるため、情報データ情報波検出部1-9はフィードバック制御部1-14への情報データ検出信号出力を止め、フィードバック制御部1-14は保持していた振幅設定値の更新を再開する。以上のように、電力波モニタ1-4の出力値およびフィードバック制御部1-14内の振幅設定値が、地上子通過前後でほぼ等しくなるため、送信電力の増減の繰り返しは発生せず、安定した電力波送信が可能となる。

ここで、電力波モニタ1-4は、例えば、カレントトランスを使用し電流を電圧に変換し、その電圧をCPUなどの演算器で検知することで実現できる。

また、フィードバック制御部1-14は、例えば目標の上限値を規定する上限閾値と、目標の下限値を規定する下限閾値を有し、電力波モニタ1-4で取得したモニタ値と比較しフィードバック制御に用いる。モニタ値が最大定格値（超過検知閾値）を超える時間が一定期間継続された場合は、超過検知信号を電力波出力制御部1-1に出力し、モニタ値が最小定格値（低下検知閾値）未満を一定期間継続する場合は、低下検知信号を電力波出力制御部1-1に出力する。

ここで、上限閾値は定格出力値の１１０％とし、下限閾値は定格出力値の９０％とするが、適切な値を任意に設定できるようにしても良い。

電力波出力制御部1-1は、超過検知信号または低下検知信号を受け取ったとき、電力波出力異常として出力停止する。

次に、本発明を適応したときの電力波出力のフィードバック制御フローを説明する。

本実施例の動作シーケンスを図２に示す。

ステップ2-1にて、電力波出力制御部1-1は、送受信部制御装置1-13からの電力波出力指示により、記憶している電力波の振幅の定格出力設定値と、記憶している電力波の周波数の定格出力設定値をフィードバック制御部1-14に入力し、電力波の出力の開始をフィードバック制御部1-14に指示し、その後、ステップ2-2へ遷移する。

ステップ2-2にて、フィードバック制御部1-14は、電力波出力制御部1-1から電力波の出力の開始の指示を受け取り、電力波の振幅の定格出力設定値を振幅設定値の初期値と、電力波の周波数を設定し、ステップ2-3へ遷移する。

ステップ2-3にて、フィードバック制御部1-14は、振幅設定値の更新があれば更新し、電力波増幅部1-2に入力する信号の振幅を振幅設定値のものにし、電力波増幅部1-2に入力する信号の周波数を周波数設定値のものにし、出力する。その後、ステップ2-4へ遷移する。

ステップ2-4にて、フィードバック制御部1-14は、地上通信装置1-6からの情報波信号の受信中かどうかを情報波検出部1-9の出力信号で判定する。情報波信号を受信したと判断した場合は、フィードバック制御を一旦停止するためにステップ2-4を繰り返し、電力波出力レベルを維持する。情報波信号を受信していないと判断した場合はステップ2-5に遷移する。

ステップ2-5にて、フィードバック制御部1-14は、電力波モニタ1-4からモニタ値を取得しステップ2-6へ遷移する。

ステップ2-6にて、フィードバック制御部1-14は、取得したモニタ値が瞬時的に変動することを避けるために、フィルタによりモニタ値を平滑化する。平滑化したモニタ値をＸとする。その後、ステップ2-7へ遷移する。

ステップ2-7にて、フィードバック制御部1-14は、モニタ値Ｘが超過検知閾値Ａよりも大きい状態をＴ秒間継続する場合は、ステップ2-13に遷移する。モニタ値Ｘが超過検知閾値Ａ以下の場合、ステップ2-8に遷移する。

ステップ2-8にて、フィードバック制御部1-14は、モニタ値Ｘが低下検知閾値Ｂよりも小さい状態をＴ秒間継続する場合は、ステップ2-14に遷移する。モニタ値Ｘが低下検知閾値Ｂ以上の場合、出力異常なしと判断し、ステップ2-9に遷移する。

ステップ2-9にて、フィードバック制御部1-14は、モニタ値Ｘが目標の上限値である上限閾値ａよりも大きい場合は、ステップ2-11へ遷移する。モニタ値Ｘが目標の上限値である上限閾値ａ以下の場合は、ステップ2-10へ遷移する。

ステップ2-10にて、フィードバック制御部1-14は、モニタ値Ｘが目標の下限値である下限閾値ｂよりも小さい場合は、ステップ2-12へ遷移する。モニタ値Ｘが目標の下限値である下限閾値ｂ以上の場合は、ステップ2-3へ遷移する。

ステップ2-11にて、振幅設定値に対して一定制御量Ｙを減算して更新し、ステップ2-3へ遷移する。一定制御量Ｙは電力波の振幅の定格出力設定値の２％とするが、任意に設定しても良い。

ステップ2-12にて、振幅設定値に対して一定制御量Ｙを追加して更新し、ステップ2-3へ遷移する。

ステップ2-13にて、フィードバック制御部1-14は、電力波出力制御部1-1に電力波出力異常を通知する。電力波出力制御部1-1は、フィードバック制御部1-14に電力波の出力の停止を指示し、それを通知されたフィードバック制御部1-14は、電力波増幅部1-2への信号の入力を止める。

ステップ2-14にて、フィードバック制御部1-14は、電力波出力制御部1-1に電力波出力異常を通知する。電力波出力制御部1-1は、フィードバック制御部1-14に電力波の出力の停止を指示し、それを通知されたフィードバック制御部1-14は、電力波増幅部1-2への信号の入力を止める。

以上の本実施例のタイムチャートを、図３に示す。

本実施例により、気温変化のように緩やかにアンテナインピーダンスが変化し電力波出力が増減する場合や、長期稼動(例えば列車の電気機器など)による装置構成機器の特性劣化による電力波出力が増減する場合においても、安定して電力を地上通信装置に供給することが可能となる。

本実施例２に関して、図５を用いて説明する。

実施例２は、実施例１の構成に、地上信号（情報波）を受信後、一定時間経過後に地上信号（情報波）が無いことを認識した場合に、振幅設定値を調整する機能を加えたことが異なる。そのため、フィードバック制御部1-14は、内部にタイマーを持つ。

ステップ2-1、ステップ2-2は実施例１と同じである。

ステップ2-3にて、フィードバック制御部1-14は、振幅設定値の更新があれば更新し、電力波増幅部1-2に入力する信号の振幅を振幅設定値のものにし、電力波増幅部1-2に入力する信号の周波数を周波数設定値のものにし、出力する。その後、ステップ2-16へ遷移する。
ステップ2-16にて、フィードバック制御部1-14は、内部のタイマーを確認し、タイマーが動作していないか、タイマーセットから一定時間経過した場合、ステップ2-4へ遷移する。タイマーが動作しており、タイマーセットから一定時間を経過していない場合、ステップ2-16を繰り返す。この一定時間は１μ秒とするが、任意に設定できるようにしても良い。

ステップ2-4にて、フィードバック制御部1-14は、地上通信装置1-6からの情報波信号の受信中かどうかを情報波検出部1-9の出力信号で判定する。情報波信号を受信したと判断した場合は、ステップ2-15に遷移する。情報波信号を受信していないと判断した場合は、ステップ2-5に遷移する。
ステップ2-15にて、フィードバック制御部1-14は、内部のタイマーを確認し、動作中であればリセットして動作を止める。その後、内部のタイマーを起動させ、ステップ2-3へ遷移する。

ステップ2-5からステップ2-14までは実施例１と同じである。

本実施例により、地上通信装置1-6からの情報波信号が情報波検出部1-9の判定の閾値付近で変化する場合に、フィードバック制御部1-14が、振幅設定値を短周期で変化させてしまう現象を抑制することができる。

本実施例３に関して、図６を用いて説明する。

実施例３は、実施例１の構成に、地上信号（情報波）を受信後に地上信号（情報波）を認識し、それから一定時間の間に地上信号（情報波）が無いことを認識した場合に、振幅設定値を調整する機能を加えたことが異なる。そのため、フィードバック制御部1-14は、内部に地上波検知フラグ、地上波再検知フラグを持つ。これらフラグはステップ2-2で初期化（クリア）される。

ステップ2-1、ステップ2-3は実施例１と同じである。

ステップ2-2は、フィードバック制御部1-14は、地上波検知フラグと地上波再検知フラグを初期化（クリア）すること以外は実施例１と同じである。

ステップ2-4にて、フィードバック制御部1-14は、地上通信装置1-6からの情報波信号の受信中かどうかを情報波検出部1-9の出力信号で判定する。情報波信号を受信したと判断した場合は、ステップ2-17に遷移する。情報波信号を受信していないと判断した場合はステップ2-18に遷移する。

ステップ2-17にて、フィードバック制御部1-14は、地上波検知フラグをセットする。その後ステップ2-4に遷移する。

ステップ2-18にて、フィードバック制御部1-14は、地上波検知フラグがセットされているか確認する。セットされていれば、ステップ2-19へ遷移し、セットされていなければ、ステップ2-5へ遷移する。

ステップ2-19にて、フィードバック制御部1-14は、地上通信装置1-6からの情報波信号を受信したかどうかを情報波検出部1-9の出力信号で判定するために、一定時間待機する。この判定は、待機中の一定時間の間に情報波信号を受信したときに地上波再検知フラグをセットする事により行う。その後、ステップ2-20へ遷移する。この一定時間は１μ秒とするが、任意に設定できるようにしても良い。

ステップ2-20にて、フィードバック制御部1-14は、ステップ2-19にて地上通信装置1-6からの情報波信号を受信したかどうかを確認する。この確認は、地上波再検知フラグがセットされているかどうかで行う。情報波信号を受信したとき、すなわち、地上波再検知フラグがセットされているとき、地上波再検知フラグをクリアし、ステップ2-4へ遷移する。情報波信号を受信していない、すなわち、地上波再検知フラグがセットされていないとき、地上波検知フラグをクリアし、ステップ2-5へ遷移する。

ステップ2-5からステップ2-14までは実施例１と同じである。

以上の本実施例のタイムチャートを、図7に示す。

本実施例により、地上通信装置1-6からの情報波信号が情報波検出部1-9の判定の閾値付近で変化する場合に、フィードバック制御部1-14が、振幅設定値を短周期で変化させてしまう現象を抑制することができる。

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。

1-1 電力波出力制御部
1-2 電力波増幅部
1-3 電力波送信アンテナ
1-4 電力波モニタ
1-5 モニタ値判定部
1-6 地上通信装置
1-7 情報波受信アンテナ
1-8 情報波復調部
1-9 情報波検出部
1-10 情報波制御部
1-11 情報波変調部
1-12 情報波送信アンテナ
1-13 送受信部制御装置

2-1 電力波出力開始ブロック
2-2 フィードバック制御部の初期値設定ブロック
2-3 フィードバック制御部の振幅設定値の更新ブロック
2-4 地上信号受信確認ブロック
2-5 フィードバック制御部モニタ値取得ブロック
2-6 取得モニタ値のフィルタ処理ブロック
2-7 電力波出力超過検知判定ブロック
2-8 電力波出力低下検知判定ブロック
2-9 電力波出力レベル低減比較ブロック
2-10 電力波出力レベル増加比較ブロック
2-11 指示値低減ブロック
2-12 指示値増加ブロック
2-13 超過検知ブロック
2-14 低下検知ブロック
2-15 タイマーセットブロック
2-16 一定時間経過検出ブロック
2-17 地上波検知フラグセットブロック
2-18 地上波検知フラグ確認ブロック
2-19 一定時間待機ブロック
2-20 地上信号受信確認ブロック

Claims (7)

1. 電力波の振幅を設定する電力波振幅設定値を出力する電力波出力制御部（1-1）と、
   起動時に前記電力波振幅設定値を受け取って記憶し、振幅が前記電力波振幅設定値である前記電力波の出力を指示する電力波信号を出力するフィードバック制御部（1-14）と、
   前記電力波信号を受け取り、前記電力波振幅設定値に対応した前記電力波の電力である電力波電力を生成する電力波増幅部（1-2）と、
   前記電力波電力を測定し、その振幅を電力波検出振幅値として出力する電力波モニタ（1-4）と、
   前記電力波電力を受け取り、前記電力波電力を空間放射する電力波送信アンテナ（1-3）と、
   地上通信装置（1-6）から送信される情報波を受信し情報波電力を出力する情報波受信アンテナ（1-7）と、
   前記情報波電力を受け取って復調し、情報波信号を出力する情報波復調部（1-8）と、
   前記情報波信号を受け取り、前記情報波の有無を判定し、前記情報波の有無を示す情報波検出情報を出力する情報波検出部（1-9）を備えた車上通信装置において、
   前記フィードバック制御部（1-14）は、前記電力波モニタ（1-4）から前記電力波検出振幅値を受け取り、前記情報波検出部（1-9）から前記情報波検出情報を受け取って前記情報波の有無を認識し、 前記情報波が無いことを認識したとき、前記電力波の振幅を規定範囲内の値にする前記電力波信号を出力するために、前記電力波振幅設定値を調整する機能を持つことを特徴とする車上通信装置。
2. 請求項１に記載の車上通信装置において、
   前記フィードバック制御部（1-14）は、前記情報波が有ることを認識したとき、前記電力波信号の前記電力波振幅設定値の調整を停止する機能をもつこと特徴とする車上通信装置。
3. 請求項１乃至請求項２のいずれか一つに記載の車上通信装置において、
   前記フィードバック制御部（1-14）は、上限閾値と、下限閾値と、調整値を持ち、
   前記電力波検出振幅値が前記上限閾値より大きい場合、前記電力波振幅設定値を前記調整値だけ減算し、
   前記電力波検出振幅値が前記下限閾値より小さい場合、前記電力波振幅設定値に前記調整値を加算する機能を持つことを特徴とする車上通信装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の車上通信装置において、
   前記フィードバック制御部（1-14）は、超過検知閾値と、低下検知閾値とを持ち、
   前記電力波検出振幅値が前記超過検知閾値より大きい状態が一定時間継続した場合、又は、前記電力波検出振幅値が前記低下検知閾値より小さい状態が一定時間継続した場合、前記電力波信号の出力を停止する機能を持つことを特徴とする車上通信装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の車上通信装置において、
   前記フィードバック制御部（1-14）は、超過検知閾値と、低下検知閾値とを持ち、
   前記電力波検出振幅値が前記超過検知閾値より大きい状態が一定時間継続した場合、又は、前記電力波検出振幅値が前記低下検知閾値より小さい状態が一定時間継続した場合、前記電力波出力制御部（1-1）に電力波出力異常を通知する機能を持つことを特徴とする車上通信装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の車上通信装置において、前記フィードバック制御部（1-14）は、前記情報波が有ることを認識した後、一定時間経過後に前記情報波が無いことを認識した場合、前記電力波振幅設定値を調整する機能を持つことを特徴とする車上通信装置。
7. 請求項１乃至請求項５のいずれか一つに記載の車上通信装置において、前記フィードバック制御部（1-14）は、前記情報波が有ることを認識した後に情報波が無い事を認識し、
   その後一定時間の間に前記情報波が有ることを認識しなかった場合、前記電力波振幅設定値を調整する機能を持つことを特徴とする車上通信装置。

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