JP6732140B2 - 鉄道車両用記録装置、鉄道車両用空気調和装置、及び鉄道車両用記録方法 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用記録装置、鉄道車両用空気調和装置、及び鉄道車両用記録方法に関する。

特許文献１に開示されるように、空気調和を行う空調機器の作動中に、その空調機器に供給される運転電流を検出し、検出結果をメモリに記録する装置が知られている。メモリに記録された運転電流の検出結果のデータは、空調機器に異常が発生した場合に、その異常の原因の究明に利用される。

特開２００５−１２１３０２号公報

鉄道車両に搭載される空調機器に対しては、架線から電力が供給される。架線から供給される電力は瞬時に変動する場合があり、その変動に伴って空調機器の動作に関わる種々の物理量も急峻に変動しがちである。そこで、その急峻な変動を後に確認できるように、できるだけ高いサンプリング周波数で物理量を記録することが望まれる。

この点、物理量の検出結果の時系列データを記録するメモリが、不揮発性メモリである場合には、そのメモリへの時系列データの書き込みを速い書き込み速度で行うことができない。このため、物理量の検出のサンプリング周波数を高めても、得られる時系列データを漏れなくメモリに記録することができない。

一方、時系列データを記録するメモリが揮発性メモリである場合には、高速での書き込みが可能である。しかし、鉄道車両においては、メモリも架線から給電を受けることが必要であり、架線からの給電が中断したり、停止したりした場合には、揮発性メモリに記録された時系列データが失われてしまう。

本発明の目的は、鉄道車両の車室を空調する車両空調機器の動作に関わる物理量を高いサンプリング周波数で記録することができ、かつ記録された物理量の時系列データが失われにくい鉄道車両用記録装置、鉄道車両用空気調和装置、及び鉄道車両用記録方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の鉄道車両用記録装置は、
鉄道車両の車室を空調する車両空調機器から、前記車両空調機器の動作に関わる物理量を予め定められたサンプリング周波数で繰り返し検出することにより、前記物理量の検出値の時系列を表す時系列データを生成する検出手段と、
前記時系列データに基づいて、前記車両空調機器に制御指令を出力することで前記車両空調機器を制御する制御手段と、
前記車両空調機器に異常が発生したことを検知する異常検知手段と、
予め定められた或る追跡期間分の、前記時系列データと前記制御指令を表す制御指令データとを書き込み可能なワークエリアを有する揮発性の追跡用メモリと、
架線から供給される電力を蓄えると共に、蓄えた前記電力を、前記追跡用メモリが前記追跡期間分の前記時系列データと前記制御指令データとを前記ワークエリアに保持するのに必要な記録保持用電力として、前記追跡用メモリに供給する記録保持用蓄電器と、
前記時系列データと前記制御指令データとを、前記追跡用メモリの前記ワークエリアに逐次に上書きすることにより、前記ワークエリアに記録されている内容を、最新の前記追跡期間分の前記時系列データと前記制御指令データとに逐次に更新すると共に、前記異常検知手段によって前記車両空調機器に異常が発生したことが検知された場合には、前記ワークエリアへの前記時系列データと前記制御指令データとの上書きを停止する書き込み手段と、
を備える。

上記構成によれば、追跡用メモリが揮発性のメモリであるため、これが不揮発性のメモリである場合に比べて、書き込み手段が、速い書き込み速度で時系列データと制御指令データとを追跡用メモリに書き込むことができる。このため、検出手段において物理量を検出するサンプリング周波数を高く設定しても、検出手段によって生成される時系列データと制御指令データとを漏れなく追跡用メモリに書き込むことができる。つまり、車両空調機器の動作に関わる物理量を高いサンプリング周波数で記録することができる。

また、記録保持用蓄電器が追跡用メモリに記録保持用電力を供給するので、架線からの給電が中断したり、停止したりしても、追跡用メモリのワークエリアに記録された物理量の時系列データと制御指令データとが失われにくい。

実施形態１に係る鉄道車両用空気調和装置の構成を示す概念図 実施形態１に係る冷凍サイクル装置の構成を示す概念図 実施形態１に係る電源回路の構成を示す概念図 実施形態１に係る逐次更新処理のフローチャート 実施形態１に係る追跡用メモリに記録されたデータの波形を示す概念図 実施形態２に係る制御装置の要部を示す概念図 実施形態２に係る第１中継用メモリと追跡用メモリの記憶領域を示す概念図 実施形態２に係る制御装置の動作を示すタイミングチャート 実施形態３に係る送信部及び情報収集機器を示す概念図 実施形態４に係る逐次更新処理のフローチャート

以下、図面を参照し、鉄道車両に搭載される鉄道車両用空気調和装置の実施形態を説明する。図中、同一又は対応する部分に同一の符号を付す。

［実施形態１］
図１に示すように、本実施形態に係る鉄道車両用空気調和装置５００は、鉄道車両に搭載される対象機器としての車両空調機器３００と、車両空調機器３００を制御する制御装置４００とを備える。車両空調機器３００は、架線と電気的に接続される電源回路１００と、電源回路１００を通じて電力を供給される冷凍サイクル装置２００とを備える。

冷凍サイクル装置２００は、冷媒を用いて冷凍サイクルを構成することにより、鉄道車両の客室を空調する。制御装置４００によって電源回路１００を制御することで、冷凍サイクル装置２００の、鉄道車両の客室を空調する能力を調整できる。

以下、鉄道車両用空気調和装置５００の各部の構成を具体的に説明する。まず、冷凍サイクル装置２００の構成について、図２を参照して説明する。

図２に示すように、冷凍サイクル装置２００は、２系統の冷凍サイクル、即ち第１冷凍サイクル２００ａと、第２冷凍サイクル２００ｂとを構成する。

第１冷凍サイクル２００ａは、冷媒を圧縮する第１圧縮機２１１と、圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器としての室外熱交換器２２０と、凝縮された冷媒を膨張させる第１膨張器２３１と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器としての室内熱交換器２４０と、気体の冷媒と液体の冷媒とを分離し、気体の冷媒だけを第１圧縮機２１１へと通過させる第１気液分離器２５１とを有する。

第２冷凍サイクル２００ｂは、室外熱交換器２２０及び室内熱交換器２４０を、第１冷凍サイクル２００ａと共有する。第２冷凍サイクル２００ｂは、冷媒を圧縮する第２圧縮機２１２と、室外熱交換器２２０で凝縮された冷媒を膨張させる第２膨張器２３２と、室内熱交換器２４０を経た冷媒から液体の冷媒を分離し、気体の冷媒だけを第２圧縮機２１２へと通過させる第２気液分離器２５２とを有する。

また、冷凍サイクル装置２００は、室外熱交換器２２０と熱交換した空気を鉄道車両の外部に放出させる室外送風機２６０と、室内熱交換器２４０と熱交換した空気を鉄道車両の客室に送り込む室内送風機２７０とを有する。

既述の電源回路１００は、第１圧縮機２１１、第２圧縮機２１２、室外送風機２６０、及び室内送風機２７０に、電力を供給する。以下、図３を参照し、架線から電源回路１００に至る部分の構成と、電源回路１００の構成とを具体的に説明する。

図３に示すように、電源回路１００には、架線ＷＲから、パンタグラフＰＧ及びトランスＴＲを介して、電圧が入力される。パンタグラフＰＧは、架線ＷＲに接触する。トランスＴＲは、パンタグラフＰＧを通じて架線ＷＲから供給される交流電圧を変圧する。

電源回路１００は、トランスＴＲで変圧された交流電圧を直流電圧に変換する整流器１１０と、整流器１１０から出力される直流電圧を平滑化する入力キャパシタ１２０と、平滑化された直流電圧の実効値をチョッパ制御によって調整するチョッパ回路１３０と、チョッパ回路１３０の出力電圧を保持する出力キャパシタ１４０とを有する。

また、電源回路１００は、各々チョッパ回路１３０の出力電圧を交流電圧に変換する第１インバータ回路１５１、第２インバータ回路１５２、及び第３インバータ回路１５３を有する。これら第１インバータ回路１５１〜第３インバータ回路１５３は、互いに並列接続されており、各々の出力電圧の周波数を独立して制御できる。

第１インバータ回路１５１の出力電圧は、室外送風機２６０に供給される。第２インバータ回路１５２の出力電圧は、第１圧縮機２１１に供給される。第３インバータ回路１５３の出力電圧は、第２圧縮機２１２に供給される。

また、電源回路１００は、トランスＴＲで変圧された交流電圧を室内送風機２７０に供給する送電経路上に配置された接触器１６０を有する。室内送風機２７０には、トランスＴＲで変圧された交流電圧が、整流を経ることなくそのまま供給される。

この他、電源回路１００は、トランスＴＲと整流器１１０との間に、トランスＴＲと整流器１１０との接続をＯＮ／ＯＦＦする接触器１７１と、入力キャパシタ１２０の充電時に突入電流を抑制する限流抵抗１７２と、入力キャパシタ１２０の充電後に限流抵抗１７２をバイパスする接触器１７３と、サージを抑制する交流リアクトル１７４とを有する。

以上説明した電源回路１００は、図１に示した制御装置４００によって制御される。以下、図１と図３を参照し、制御装置４００について説明する。

図１に示すように、制御装置４００は、車両空調機器３００の動作に関わる物理量を検出する検出手段としての検出部４１０を有する。検出部４１０は、車両空調機器３００の動作に関わる物理量として、電源回路１００の内部における電圧及び電流を検出する。

具体的には、検出部４１０は、図３に示すように、チョッパ回路１３０の入力電圧を変圧する変成器４１１と、チョッパ回路１３０の出力電圧を変圧する変成器４１２と、チョッパ回路１３０の出力電流を変流する変成器４１３と、第１インバータ回路１５１の出力電流を変流する変成器４１４と、第２インバータ回路１５２の出力電流を変流する変成器４１５と、第３インバータ回路１５３の出力電流を変流する変成器４１６とを有する。

そして、図１に示す検出部４１０は、それら６つの変成器４１１〜４１６の各々の出力を、予め定められたサンプリング周波数で繰り返し検出することにより、各々の検出値の時系列を表す時系列データよりなる時系列データ群ＴＤＳを出力する。

つまり、時系列データ群ＴＤＳには、チョッパ回路１３０の入力電圧の時系列データ、チョッパ回路１３０の出力電圧の時系列データ、第１インバータ回路１５１の出力電流の時系列データ、第２インバータ回路１５２の出力電流の時系列データ、及び第３インバータ回路１５３の出力電流の時系列データが含まれる。

また、図１に示すように、制御装置４００は、制御装置４００の各種機能を規定した制御プログラム４２１を記憶する不揮発性の補助メモリ４２０と、制御プログラム４２１を実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）４３０とを備える。

制御プログラム４２１は、ＣＰＵ４３０に、検出部４１０によって出力された時系列データ群ＴＤＳに基づいて電源回路１００を制御する制御部４３１の機能と、時系列データ群ＴＤＳに基づいて電源回路１００に異常が発生したことを検知する異常検知手段しての異常検知部４３２の機能とを実現させる。

制御部４３１は、電源回路１００に制御指令ＣＳを出力することで電源回路１００を制御する。具体的には、制御部４３１は、図３に示すチョッパ回路１３０の出力電圧を目標値に近づける制御、並びに第１インバータ回路１５１〜第３インバータ回路１５３の各々の出力の実効値及び周波数を目標値に近づける制御を行う。

即ち、図１に示す制御指令ＣＳには、図３に示すチョッパ回路１３０を構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート電圧信号と、第１インバータ回路１５１〜第３インバータ回路１５３の各々を構成するスイッチング素子のＯＮ／ＯＦＦを制御するゲート電圧信号とが含まれる。

また、図１に示す制御部４３１は、図３に示す接触器１６０、１７１、及び１７３の制御も行う。つまり、図１に示す制御指令ＣＳには、これら接触器１６０、１７１、及び１７３の各々のＯＮ／ＯＦＦを制御する電圧信号も含まれる。

また、図１に示す異常検知部４３２は、時系列データ群ＴＤＳに基づいて、図３に示すチョッパ回路１３０の入力電圧又は出力電圧が予め定められた閾値を超えたこと、第１インバータ回路１５１、第２インバータ回路１５２、又は第３インバータ回路１５３の出力電流が予め定められた閾値を超えたこと、及び第１インバータ回路１５１、第２インバータ回路１５２、又は第３インバータ回路１５３の出力電流を構成する３相交流の相間で実効値に不均衡が生じたこと等を、異常の発生として検知する。

そして、図１に示す制御部４３１は、異常検知部４３２によって電源回路１００の異常が検知された場合には、図３に示す接触器１７１をＯＦＦしたり、チョッパ回路１３０におけるスイッチングを停止させたりするといった措置を講じる。

なお、電源回路１００に異常が発生した場合には、同様の異常の再発を抑える改善策を検討するために、その異常の原因を究明することが望まれる。そこで、図１に示す制御装置４００は、電源回路１００に異常が発生した場合に、のちにその異常に至る過程を追跡できるように、検出部４１０によって出力される時系列データ群ＴＤＳを記録する鉄道車両用記録装置としての機能も有する。以下、具体的に説明する。

図１に示すように、制御装置４００は、検出部４１０によって出力された時系列データ群ＴＤＳと、制御部４３１によって出力された複数種の制御指令ＣＳの各々を表すデータ（以下、制御指令データ群という。）とを記録する追跡用メモリ４４０を備える。

追跡用メモリ４４０は、予め定められた或る追跡期間分の、時系列データ群ＴＤＳ及び制御指令データ群（以下、追跡用データ群ＲＳと総称する。）を書き込み可能なワークエリアを有する。

そして、ＣＰＵ４３０は、追跡用データ群ＲＳを追跡用メモリ４４０のワークエリアに書き込む書き込み手段としての書き込み部４３３の機能も果たす。書き込み部４３３の機能も、制御プログラム４２１によって実現される。

書き込み部４３３は、車両空調機器３００の運転中に、追跡用データ群ＲＳを構成するデータの各々を追跡用メモリ４４０のワークエリアに逐次に上書きする逐次更新処理を行う。これにより、車両空調機器３００の運転中に、追跡用メモリ４４０のワークエリアに記録されている内容が、最新の追跡期間分の追跡用データ群ＲＳへと逐次に更新される。

従って、車両空調機器３００に異常が生じた場合には、追跡用メモリ４４０を参照し、ワークエリアに記録されている時系列データ群ＴＤＳと制御指令データ群の各々の波形を確認することで、異常の発生に至った原因を究明できる。

以上のように、追跡用メモリ４４０のワークエリアに記録されている内容は、異常の原因の究明に資する。但し、その原因の究明の精度は、特に時系列データ群ＴＤＳのサンプリング周波数に依存する。

この点、図３に示すように、架線ＷＲには、変電所の給電区間を切り替えるセクションＳＣがある。パンタグラフＰＧがセクションＳＣを通過する際は、架線ＷＲからの電力供給が瞬時的に途切れる。そして、その電力供給の瞬時的な途切れに起因して、電源回路１００において物理量の急峻な変動が生じることがあり、その急峻な変動が異常の発生につながることがある。従って、その急峻な変動をも捉えることができるように、時系列データ群ＴＤＳのサンプリング周波数は、できるだけ高いことが望ましい。

そこで、図１に示す検出部４１０は、電源回路１００の動作に関わる物理量としての、図３に示す変成器４１１〜４１６の少なくとも１つの出力を、１０００［Ｈｚ］以上のサンプリング周波数で検出する。なお、時系列データ群ＴＤＳを構成する時系列データのサンプリング周波数は、互いに異なっていてもよい。

また、図１に示す追跡用メモリ４４０は、揮発性メモリで構成されている。一般に、揮発性メモリに対しては、不揮発性メモリに対する書き込み速度よりも速い速度での書き込みが可能である。このため、検出部４１０におけるサンプリング周波数を１０００［Ｈｚ］以上に高めたことにより追跡期間分の時系列データ群ＴＤＳのデータ量が増大しているにも関わらず、書き込み部４３３が、時系列データ群ＴＤＳを漏れなく追跡用メモリ４４０に書き込める。

また、図１に示すように、制御装置４００は、追跡用メモリ４４０に給電する記録保持用蓄電器４５０を備える。記録保持用蓄電器４５０は、架線ＷＲから供給される電力を蓄えると共に、蓄えた電力を、揮発性の追跡用メモリ４４０が追跡期間分の追跡用データ群ＲＳをワークエリアに保持するのに必要な記録保持用電力として、追跡用メモリ４４０に供給する。なお、記録保持用蓄電器４５０は、キャパシタによって構成されている。

また、制御装置４００は、記録保持用蓄電器４５０とは別に、ＣＰＵ４３０に給電する制御用蓄電器４６０も備える。制御用蓄電器４６０も記録保持用蓄電器４５０と同様、架線ＷＲから供給される電力を蓄えると共に、蓄えた電力を、ＣＰＵ４３０が制御部４３１、異常検知部４３２、及び書き込み部４３３として動作するのに必要な制御用電力として、ＣＰＵ４３０に供給する。

以下、図４を参照し、書き込み部４３３によって行われる逐次更新処理について具体的に説明する。

図４に示すように、書き込み部４３３は、車両空調機器３００の運転中に、最新の追跡用データ群ＲＳ、即ち最新の時系列データ群ＴＤＳと制御指令データ群の各々を、追跡期間未満の更新期間分だけ追跡用メモリ４４０のワークエリアに書き込む（ステップＳ１）。

次に、書き込み部４３３は、異常検知部４３２によって異常が検知されたか否かを判定し（ステップＳ２）、異常が検知されていない場合は（ステップＳ２；ＮＯ）、ステップＳ１に戻る。つまり、異常が検知されるまでステップＳ１が繰り返される。

これにより、追跡用メモリ４４０のワークエリアに、追跡期間分の追跡用データ群ＲＳが蓄積する。蓄積後は、ステップＳ１を繰り返すたびに、追跡用メモリ４４０のワークエリアに、最新の更新期間分の追跡用データ群ＲＳが上書きされる。

そして、上書きされるたびに、最も古い更新期間分の追跡用データ群ＲＳが追跡用メモリ４４０のワークエリアから消去され、追跡用メモリ４４０のワークエリアに記録されている内容が、最新の追跡期間分の追跡用データ群ＲＳへと逐次に更新される。

一方、書き込み部４３３は、異常検知部４３２によって異常が検知された場合は（ステップＳ２；ＹＥＳ）、最新の後期間Ｔｙ分の時系列データ群ＴＤＳと制御指令データ群の各々を、追跡用メモリ４４０のワークエリアに上書きしたのち（ステップＳ３）、上書きを停止し（ステップＳ４）、本処理を終える。

以上のようにして、異常の検知によって本処理を終えた場合は、追跡用メモリ４４０のワークエリアから時系列データ群ＴＤＳ及び制御指令データ群を取得し、それらをグラフ表示することで、各々のデータについて、異常が発生するまでの過程を確認できる。以下、この点について、図５を参照し具体的に説明する。

図５には、３つの波形ＷＦ１、ＷＦ２、及びＷＦ３が代表して示されている。波形ＷＦ１は、上述した制御指令ＳＣのうちの、図３に示す接触器１７３をＯＮ／ＯＦＦするための電圧信号をグラフ表示したものである。波形ＷＦ２は、図３に示すチョッパ回路１３０の出力電圧の時系列データをグラフ表示したものである。波形ＷＦ３は、図３に示す第１インバータ回路１５１の出力電流の時系列データをグラフ表示したものである。

図５に示すように、異常が発生した時刻ｔ０を含む追跡期間Ｔ分の波形ＷＦ１、ＷＦ２、及びＷＦ３を確認できる。つまり、波形ＷＦ１、ＷＦ２、及びＷＦ３が表す物理量について、異常が発生するまでの前期間Ｔｘのみならず、図４のステップＳ３で後期間Ｔｙ分の書き込みを行うので、異常が発生した後の後期間Ｔｙの挙動も確認できる。

なお、波形ＷＦ１のサンプリング周波数はｆ１であり、波形ＷＦ２のサンプリング周波数はｆ２であり、波形ＷＦ３のサンプリング周波数はｆ３である。つまり、波形ＷＦ１では、データ点がサンプリング周期１／ｆ１で並んでおり、波形ＷＦ２では、データ点がサンプリング周期１／ｆ２で並んでおり、波形ＷＦ３では、データ点がサンプリング周期１／ｆ３で並んでいる。

既述のように、追跡用データ群ＲＳの各々のサンプリング周波数は、互いに異なっていてもよく、図５では、ｆ２＞ｆ３＞ｆ１である場合を示す。但し、既述のように、本実施形態では、サンプリング周波数ｆ１、ｆ２、及びｆ３のいずれも従来よりも高く設定することが可能であるので、波形ＷＦ１、ＷＦ２、及びＷＦ３によって、物理量の急峻な変動を捉えることができる。

また、追跡用データ群ＲＳの中に互いにサンプリング周波数の異なるものが存在していても、追跡用データ群ＲＳの各々において、物理量の検出値が、その物理量を検出した時刻と対応付けられている。このため、図５に示すように、サンプリング周波数の異なる波形ＷＦ１、ＷＦ２、及びＷＦ３を、同じ時間スケールで確認できる。

このため、波形ＷＦ２が波形ＷＦ３に比べて激しく脈動しているといったことを確認でき、異常の原因がチョッパ回路１３０の出力電圧の脈動にあるため、脈動を抑える改善を施すといった措置を講ずることができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、追跡用メモリ４４０が揮発性のメモリであるため、これが不揮発性のメモリである場合に比べて、書き込み部４３３が、速い書き込み速度で時系列データ群ＴＤＳ及び制御指令データ群を追跡用メモリ４４０に書き込むことができる。このため、検出部４１０において物理量を検出するサンプリング周波数を高く設定しても、時系列データ群ＴＤＳ及び制御指令データ群を漏れなく追跡用メモリ４４０に書き込むことができる。

つまり、車両空調機器３００の動作に関わる物理量を高いサンプリング周波数で記録することができる。具体的には、検出部４１０において物理量を検出するサンプリング周波数を１０００［Ｈｚ］以上に高めることができる。このため、物理量の急峻な挙動を把握することができ、異常の原因究明の精度を高めることができる。

また、記録保持用蓄電器４５０が追跡用メモリ４４０に記録保持用電力を供給するので、パンタグラフＰＧがセクションＳＣを通過する際に、架線ＷＲからの給電が中断したり、停止したりしても、追跡用メモリ４４０のワークエリアに記録された時系列データ群ＴＤＳ及び制御指令データ群が失われにくい。

特に、記録保持用蓄電器４５０が給電する対象は、追跡用メモリ４４０だけである。書き込み部４３３が追跡用メモリ４４０に書き込みを行うのに必要な書き込み用電力は、別途、制御用蓄電器４６０によってＣＰＵ４３０に供給される。このため、記録保持用蓄電器４５０の蓄電量が減りにくい。

このため、架線ＷＲからの給電が途絶えた後も、追跡用メモリ４４０のワークエリアに記録されている内容を数日間保持することができ、数日後の都合のよい時に異常に至る過程を確認することもできる。鉄道車両においては、鉄道車両の運行中に追跡用メモリ４４０の記録内容を確認することが困難な場合があるので、追跡用メモリ４４０の記録内容の確認のタイミングを柔軟に調整できる意義は大である。

［実施形態２］
上記実施形態１では、検出部４１０で生成された時系列データ群ＴＤＳを、直接的に書き込み部４３３へ伝送したが、書き込み部４３３が、バッファとしての中継用メモリを介して、時系列データ群ＴＤＳを取得してもよい。以下、その具体例について説明する。なお、以下では、実施形態１と同じ構成要素については図示及び説明を一部省略する。

図６に示すように、本実施形態では、検出部４１０が、車両空調機器３００の動作に関わる互いに異なる物理量を車両空調機器３００から検出する第１計器４１７ａ、第２計器４１７ｂ、第３計器４１７ｃ、及び第４計器４１７ｄを有する。

第１計器４１７ａは、図３に示す変成器４１２であり、具体的には、第２計器４１７ｂは、図３に示す変成器４１４であり、具体的には、第３計器４１７ｃは、図３に示す変成器４１５であり、具体的には、第４計器４１７ｄは、図３に示す変成器４１６である。

また、検出部４１０は、互いに異なる物理量についての時系列データを生成する複数の時系列データ生成手段としての第１時系列データ生成部４１８ａ、第２時系列データ生成部４１８ｂ、第３時系列データ生成部４１８ｃ、及び第４時系列データ生成部４１８ｄを有する。第１時系列データ生成部４１８ａ〜第４時系列データ生成部４１８ｄの各々は、個別のＣＰＵによって構成されている。

第１時系列データ生成部４１８ａは、第１計器４１７ａの検出値をサンプリングすることで第１時系列データＴＤ１を生成する。第２時系列データ生成部４１８ｂは、第２計器４１７ｂの検出値をサンプリングすることで第２時系列データＴＤ２を生成する。第３時系列データ生成部４１８ｃは、第３計器４１７ｃの検出値をサンプリングすることで第３時系列データＴＤ３を生成する。第４時系列データ生成部４１８ｄは、第４計器４１７ｄの検出値をサンプリングすることで第４時系列データＴＤ４を生成する。

なお、第１時系列データＴＤ１〜第４時系列データＴＤ４のサンプリング周波数は、互いに異なっていてもよい。

また、検出部４１０は、第１時系列データ生成部４１８ａに対して付設された第１中継用メモリ４１９ａと、第２時系列データ生成部４１８ｂに対して付設された第２中継用メモリ４１９ｂと、第３時系列データ生成部４１８ｃに対して付設された第３中継用メモリ４１９ｃと、第４時系列データ生成部４１８ｄに対して付設された第４中継用メモリ４１９ｄとを有する。

第１中継用メモリ４１９ａ〜第４中継用メモリ４１９ｄの各々は、書き込みと読み出しとを同時に行うことができる揮発性の双方向メモリとしてのＤＰＲＡＭ（Dual-Ported Random Access Memory）によって構成されている。

第１時系列データ生成部４１８ａは、自己が生成した第１時系列データＴＤ１を、第１中継用メモリ４１９ａに書き込む。第２時系列データ生成部４１８ｂは、自己が生成した第２時系列データＴＤ２を、第２中継用メモリ４１９ｂに書き込む。第３時系列データ生成部４１８ｃは、自己が生成した第３時系列データＴＤ３を、第３中継用メモリ４１９ｃに書き込む。第４時系列データ生成部４１８ｄは、自己が生成した第４時系列データＴＤ４を、第４中継用メモリ４１９ｄに書き込む。

書き込み部４３３は、第１中継用メモリ４１９ａ〜第４中継用メモリ４１９ｄから、第１時系列データＴＤ１〜第４時系列データＴＤ４を読み出して、共通の追跡用メモリ４４０に書き込む。また、図６には示さないが、書き込み部４３３は、実施形態１の場合と同様に、図１に示す複数の制御指令ＣＳを表す制御指令データ群の追跡用メモリ４４０への書き込みも行う。

以上のように、本実施形態では、追跡用メモリ４４０の記録内容を更新する逐次更新処理が、第１時系列データ生成部４１８ａ〜第４時系列データ生成部４１８ｄが書き込みを行う１次書き込みステップと、書き込み部４３３が読み出し及び書き込みを行う２次書き込みステップとを含む。

以下、図７を参照し、１次書き込みステップと２次書き込みステップについて具体的に説明する。１次書き込みステップについては、第１時系列データ生成部４１８ａの動作を代表して説明する。

図７に示すように、第１中継用メモリ４１９ａは、第１時系列データＴＤ１が書き込まれる第１中継用ワークエリア４１９ａｗを有する。第１中継用ワークエリア４１９ａｗは、複数個のブロックエリアに区分されている。１つのブロックエリアには、１ブロック分、即ち複数点分の第１時系列データＴＤ１を格納できる。

なお、図６に示した第２中継用メモリ４１９ｂ〜第４中継用メモリ４１９ｄも、第１中継用メモリ４１９ａと同様の構成を有する。

第１時系列データ生成部４１８ａは、１次書き込みステップにおいて、第１時系列データＴＤ１を、ブロック単位で第１中継用ワークエリア４１９ａｗに順次に書き込む。書き込み先のブロックエリアは、第１中継用ワークエリア４１９ａｗを構成する複数のブロックエリア間で巡回的に選択される。１巡した後は、ブロックエリアに第１時系列データＴＤ１が上書きされる。

一方、追跡用メモリ４４０は、第１時系列データＴＤ１〜第４時系列データＴＤ４が書き込まれる時系列データ群用ワークエリア４４０ｗを有する。なお、図７には示さないが、追跡用メモリ４４０は、図１に示す複数の制御指令ＣＳを表す制御指令データ群が書き込まれる図示せぬ制御指令用データ群用ワークエリアも有する。

時系列データ群用ワークエリア４４０ｗは、第１時系列データＴＤ１が書き込まれる第１時系列データ用エリア４４０ａと、第２時系列データＴＤ２が書き込まれる第２時系列データ用エリア４４０ｂと、第３時系列データＴＤ３が書き込まれる第３時系列データ用エリア４４０ｃと、第４時系列データＴＤ４が書き込まれる第４時系列データ用エリア４４０ｄとに区分されている。

書き込み部４３３は、２次書き込みステップにおいて、第１中継用メモリ４１９ａの第１中継用ワークエリア４１９ａｗから、１回に複数ブロック分の第１時系列データＴＤ１を読み出して、追跡用メモリ４４０の第１時系列データ用エリア４４０ａに上書きする。

なお、書き込み部４３３は、同様にして、図６に示す第２中継用メモリ４１９ｂ〜第４中継用メモリ４１９ｄから図７に示す第２時系列データ用エリア４４０ｂ〜第４時系列データ用エリア４４０ｄへの書き込みも並行して行う。以下、この点について、図８を参照して具体的に説明する。

図８に示すように、第１時系列データ生成部４１８ａ〜第４時系列データ生成部４１８ｄは、１次書き込みステップにおいて、第１中継用メモリ４１９ａ〜第４中継用メモリ４１９ｄへの書き込みを継続する。この１次書き込みステップでの書き込みは、図１に示す異常検出部４３２が異常を検知するまで途切れなく継続する。

２次書き込みステップは、１次書き込みステップと並行して行われる。２次書き込みステップでは、書き込み部４３３は、まず期間Ｔａに、第１中継用メモリ４１９ａから、更新期間分としての複数ブロック分の第１時系列データＴＤ１を読み出して、その複数ブロック分の第１時系列データＴＤ１を、追跡用メモリ４４０の第１時系列データ用エリア４４０ａに上書きする。

次に、期間Ｔｂにおいて書き込み部４３３は、第２中継用メモリ４１９ｂから、或る更新期間分としての複数ブロック分の第２時系列データＴＤ２を読み出して、その複数ブロック分の第２時系列データＴＤ２を、追跡用メモリ４４０の第２時系列データ用エリア４４０ｂに上書きする。

次に、期間Ｔｃにおいて書き込み部４３３は、第３中継用メモリ４１９ｃから、或る更新期間分としての複数ブロック分の第３時系列データＴＤ３を読み出して、その複数ブロック分の第３時系列データＴＤ３を、追跡用メモリ４４０の第３時系列データ用エリア４４０ｃに上書きする。

次に、期間Ｔｄにおいて書き込み部４３３は、第４中継用メモリ４１９ｄから、或る更新期間分としての複数ブロック分の第４時系列データＴＤ４を読み出して、その複数ブロック分の第４時系列データＴＤ４を、追跡用メモリ４４０の第４時系列データ用エリア４４０ｄに上書きする。

以上説明した期間Ｔａ〜期間Ｔｄまでの読み出し及び書き込みの動作を１周期として、これが周期的に繰り返される。この繰り返しは、図１に示す異常検出部４３２が異常を検知するまで途切れなく継続する。

つまり、書き込み部４３３は、第１中継用メモリ４１９ａ〜第４中継用メモリ４１９ｄの間で、読み出し元を巡回的に切り替えながら、読み出した第１時系列データＴＤ１〜第４時系列データＴＤ４の各々を追跡用メモリ４４０に逐次に上書きする。これにより、追跡用メモリ４４０に記録されている内容が、最新の或る追跡期間分の第１時系列データＴＤ１〜第４時系列データＴＤ４へと逐次に更新される。

なお、書き込み部４３３による、第１中継用メモリ４１９ａ〜第４中継用メモリ４１９ｄの各々からの読み出しと追跡用メモリ４４０への書き込みとは、第１中継用メモリ４１９ａ〜第４中継用メモリ４１９ｄの各々に対する書き込みの速度より速く単位時間当たりのデータ量が多い。ここでいう“速度”とは、単位時間当たりのデータ量を指す。

具体的には、図７において、第１時系列データ生成部４１８ａが書き込みを行うブロックエリアが第１中継用ワークエリア４１９ａｗ内で一巡する周期は、図８に示す２次書き込みステップの１周期（＝Ｔａ＋Ｔｂ＋Ｔｃ＋Ｔｄ）の３倍以上である。第２中継用メモリ４１９ｂ〜第４中継用メモリ４１９ｄの各々におけるブロックエリアが一巡する周期についても同様である。

これにより、書き込み部４３３は、第１時系列データ生成部４１８ａ〜第４時系列データ生成部４１８ｄによって生成される第１時系列データＴＤ１〜第４時系列データＴＤ４を、漏れなく追跡用メモリ４４０に書き込める。

以上説明したように、本実施形態によれば、書き込み部４３３が、バッファとしての第１中継用メモリ４１９ａ〜第４中継用メモリ４１９ｄを介して、第１時系列データＴＤ１〜第４時系列データＴＤ４を取得するので、並行して出力される第１時系列データＴＤ１〜第４時系列データＴＤ４を漏れなく１つの追跡用メモリ４４０に集約できる。

なお、第１時系列データ生成部４１８ａ〜第４時系列データ生成部４１８ｄが、同時に１つの追跡用メモリ４４０に書き込みを行うことはできない。このため、第１中継用メモリ４１９ａ〜第４中継用メモリ４１９ｄ及び書き込み部４３３を備えない場合は、サンプリング周波数が高められた第１時系列データＴＤ１〜第４時系列データＴＤ４を漏れなく１つの追跡用メモリ４４０に集約することが難しい。

また、本実施形態によれば、第１中継用メモリ４１９ａ〜第４中継用メモリ４１９ｄの各々が、書き込みと読み出しを同時に行うことができるデュアルポートメモリで構成されている。このため、書き込み部４３３が第１中継用メモリ４１９ａから読み出しを行う期間Ｔａに、第１時系列データ生成部４１８ａが第１中継用メモリ４１９ａへの書き込みを中断する必要がない。期間Ｔｂ〜Ｔｄにおいても同様である。

従って、第１時系列データ生成部４１８ａ〜第４時系列データ生成部４１８ｄが、高いサンプリング周波数で、第１時系列データＴＤ１〜第４時系列データＴＤ４を出力することができ、書き込み部４３３はそれらを漏れなく追跡用メモリ４４０に集約できる。

［実施形態３］
上記実施形態１及び２では、追跡用メモリ４４０に追跡用データ群ＲＳを保存したが、追跡用メモリ４４０に記録された追跡用データ群ＲＳを外部に送信する構成をさらに備えてもよい。以下、その具体例について説明する。なお、以下では、実施形態１及び２と同じ構成要素については図示及び説明を一部省略する。

図９に示すように、本実施形態では、制御装置４００が、追跡用メモリ４４０に記録された追跡用データ群ＲＳを外部に送信する送信手段としての送信部４７０を備える。送信部４７０の機能は、図１に示すＣＰＵ４３０が制御プログラム４２１を実行することにより実現される。

送信部４７０は、異常検知部４３２によって異常が検知された場合に、追跡用メモリ４４０のワークエリアに記録されている追跡期間Ｔ分の追跡用データ群ＲＳを、外部の情報収集機器６００に送信する。

情報収集機器６００は、鉄道車両における車内分電盤ＤＢに配置されている。このため、ユーザは、車内分電盤ＤＢに容易にアクセスできる。また、ユーザは、情報収集機器６００から追跡用データ群ＲＳをパーソナルコンピュータＰＣに取得し、パーソナルコンピュータＰＣにおいて追跡用データ群ＲＳの波形を確認することができる。

一方、制御装置４００においては、書き込み部４３３が、送信部４７０によって追跡期間Ｔ分の追跡用データ群ＲＳが情報収集機器６００に送信された後に、追跡用メモリ４４０のワークエリアへの追跡用データ群ＲＳの上書きを再開する。

本実施形態によれば、異常検知部４３２によって異常が検知された後も、追跡用メモリ４４０に記録されている追跡用データ群ＲＳを情報収集機器６００に保存して、新たな追跡用データ群ＲＳの追跡用メモリ４４０への上書きを再開できる。このため、異常の発生の頻度が高い場合でも、各々の異常を追跡するための追跡用データ群ＲＳを取得できる。

なお、図１に示す記録保持用蓄電器４５０は、情報収集機器６００への追跡用データ群ＲＳの送信が完了するまでの間に、追跡用データ群ＲＳを追跡用メモリ４４０において安定して保持することに役に立つ。

［実施形態４］
上記実施形態３では、追跡用メモリ４４０に記録された追跡用データ群ＲＳを外部に送信することにより、複数の追跡期間Ｔ分の追跡用データ群ＲＳの保存を可能としたが、追跡用メモリ４４０の記憶容量が大きい場合には、追跡用メモリ４４０において複数の追跡期間Ｔ分の追跡用データ群ＲＳを保存してもよい。以下、その具体例について説明する。

図１０に示すように、本実施形態では、図４に示した逐次更新処理のステップＳ４の後に、書き込み部４３３が、追跡用メモリ４４０の記憶領域に、別の追跡期間Ｔ分の追跡用データ群ＲＳを記録するための余裕があるか否かを判定する（ステップＳ５）。書き込み部４３３は、追跡用メモリ４４０の記憶領域に余裕が無い場合は（ステップＳ５；ＮＯ）、本処理を終了する。

一方、書き込み部４３３は、追跡用メモリ４４０の記憶領域に余裕がある場合は（ステップＳ５；ＹＥＳ）、追跡用メモリ４４０の記憶領域に、別の追跡期間Ｔ分の追跡用データ群ＲＳを記憶する新たなワークエリアを確保し（ステップＳ６）、ステップＳ１に戻る。そして、ステップＳ１では、書き込み部４３３は、ステップＳ６で確保した新たなワークエリアに、追跡用データ群ＲＳを書き込む。

本実施形態によれば、異常検知部４３２によって異常が検知された後も、追跡用メモリ４４０内に新たなワークエリアを確保して、新たな追跡用データ群ＲＳの追跡用メモリ４４０への上書きを再開できる。このため、異常の発生の頻度が高い場合でも、各々の異常を追跡するための追跡用データ群ＲＳを追跡用メモリ４４０に保存できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限られない。以下に述べる変形も可能である。

上記実施形態１では、車両空調機器３００の動作に関わる物理量として、電圧及び電流を検出したが、温度を検出してもよい。また、上記実施形態１では、車両空調機器３００の動作に関わる物理量を電源回路１００から検出したが、冷凍サイクル装置２００からも検出することができる。

また、追跡用データ群ＲＳは上記で例示したものに限られない。追跡用データ群ＲＳとして、例えば、冷凍サイクル装置２００の運転モードを表す制御指令データ、冷凍サイクル装置２００の室外熱交換器２２０と室内熱交換器２４０の温度を表す時系列データ、鉄道車両の車内の温度を表す時系列データ、外気の温度を表す時系列データ、電源回路１００を構成する各種スイッチング素子の温度を表す時系列データを用いてもよい。

また、上記実施形態１では、異常検知部４３２が時系列データ群ＴＤＳに基づいて異常の検知を行ったが、車両空調機器３００の異常を検出するための部位と、車両空調機器３００の動作を追跡するために物理量を検出する部位とが異なっていてもよい。

実施形態３では、車両空調機器３００に異常が検知された場合に、送信部４７０が、追跡用メモリ４４０に記録されている追跡用データ群ＲＳを情報収集機器６００に送信したが、送信部４７０が、任意の時刻に情報収集機器６００から、追跡用データ群ＲＳを送信すべき旨の送信要求を受けた場合に、その時点の追跡用メモリ４４０に記録されている追跡用データ群ＲＳを情報収集機器６００に送信してもよい。また、送信部４７０が、追跡用メモリ４４０に記録されている追跡用データ群ＲＳを定期的に情報収集機器６００に送信してもよい。

上記実施形態１〜４では、車両空調機器３００を追跡の対象としたが、追跡の対象となる対象機器は、車両空調機器３００に限られない。鉄道車両に搭載される任意の機器を対象機器とすることができる。

図１に示す制御プログラム４２１をコンピュータにインストールすることで、そのコンピュータを制御装置４００として機能させることもできる。制御プログラム４２１は、通信回線を介して配布してもよいし、光ディスク、磁気ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリ等のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に格納して配布してもよい。

本発明は、本発明の広義の精神と範囲を逸脱することなく、様々な実施形態及び変形が可能とされる。また、上述した実施形態は、本発明を説明するためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。つまり、本発明の範囲は、実施形態ではなく、請求の範囲によって示される。そして、請求の範囲内及びそれと同等の発明の意義の範囲内で施される様々な変形が、本発明の範囲内とみなされる。

本出願は、２０１７年１０月２３日に出願された、日本国特許出願特願２０１７−２０４４５３号に基づく。本明細書中に日本国特許出願特願２０１７−２０４４５３号の明細書、特許請求の範囲、図面全体を参照として取り込むものとする。

本発明に係る鉄道車両用記録装置、鉄道車両用空気調和装置、及び鉄道車両用記録方法は、鉄道車両に搭載される対象機器の動作に関わる物理量の記録に用いることができる。

１００…電源回路、１１０…整流器、１２０…入力キャパシタ、１３０…チョッパ回路、１４０…出力キャパシタ、１５１…第１インバータ回路、１５２…第２インバータ回路、１５３…第３インバータ回路、１６０…接触器、１７１…接触器、１７２…限流抵抗、１７３…接触器、１７４…交流リアクトル、２００…冷凍サイクル装置、２００ａ…第１冷凍サイクル、２００ｂ…第２冷凍サイクル、２１１…第１圧縮機、２１２…第２圧縮機、２２０…室外熱交換器、２３１…第１膨張器、２３２…第２膨張器、２４０…室内熱交換器、２５１…第１気液分離器、２５２…第２気液分離器、２６０…室外送風機、２７０…室内送風機、３００…車両空調機器（対象機器）、４００…制御装置（鉄道車両用記録装置）、４１０…検出部（検出手段）、４１１，４１２，４１３，４１４，４１５，４１６…変成器、４１７ａ…第１計器、４１７ｂ…第２計器、４１７ｃ…第３計器、４１７ｄ…第４計器、４１８ａ…第１時系列データ生成部（時系列データ生成手段）、４１８ｂ…第２時系列データ生成部（時系列データ生成手段）、４１８ｃ…第３時系列データ生成部（時系列データ生成手段）、４１８ｄ…第４時系列データ生成部（時系列データ生成手段）、４１９ａ…第１中継用メモリ（中継用メモリ）、４１９ａｗ…第１中継用ワークエリア、４１９ｂ…第２中継用メモリ（中継用メモリ）、４１９ｃ…第３中継用メモリ（中継用メモリ）、４１９ｄ…第４中継用メモリ（中継用メモリ）、４２０…補助メモリ、４２１…制御プログラム、４３０…ＣＰＵ、４３１…制御部、４３２…異常検知部（異常検知手段）、４３３…書き込み部（書き込み手段）、４４０…追跡用メモリ、４４０ａ…第１時系列データ用エリア、４４０ｂ…第２時系列データ用エリア、４４０ｃ…第３時系列データ用エリア、４４０ｄ…第４時系列データ用エリア、４４０ｗ…時系列データ群用ワークエリア（ワークエリア）、４５０…記録保持用蓄電器、４６０…制御用蓄電器、４７０…送信部（送信手段）、５００…鉄道車両用空気調和装置、６００…情報収集機器、ＷＲ…架線、ＳＣ…セクション、ＰＧ…パンタグラフ、ＴＲ…トランス、ＴＤＳ…時系列データ群、ＴＤ１…第１時系列データ、ＴＤ２…第２時系列データ、ＴＤ３…第３時系列データ、ＴＤ４…第４時系列データ、ＣＳ…制御指令、ＲＳ…追跡用データ群、ＷＦ１，ＷＦ２，ＷＦ３…波形、ＤＢ…車内分電盤、ＰＣ…パーソナルコンピュータ。

Claims (6)

1. 鉄道車両の車室を空調する車両空調機器から、前記車両空調機器の動作に関わる物理量を予め定められたサンプリング周波数で繰り返し検出することにより、前記物理量の検出値の時系列を表す時系列データを生成する検出手段と、
   前記時系列データに基づいて、前記車両空調機器に制御指令を出力することで前記車両空調機器を制御する制御手段と、
   前記車両空調機器に異常が発生したことを検知する異常検知手段と、
   予め定められた或る追跡期間分の、前記時系列データと前記制御指令を表す制御指令データとを書き込み可能なワークエリアを有する揮発性の追跡用メモリと、
   架線から供給される電力を蓄えると共に、蓄えた前記電力を、前記追跡用メモリが前記追跡期間分の前記時系列データと前記制御指令データとを前記ワークエリアに保持するのに必要な記録保持用電力として、前記追跡用メモリに供給する記録保持用蓄電器と、
   前記時系列データと前記制御指令データとを、前記追跡用メモリの前記ワークエリアに逐次に上書きすることにより、前記ワークエリアに記録されている内容を、最新の前記追跡期間分の前記時系列データと前記制御指令データとに逐次に更新すると共に、前記異常検知手段によって前記車両空調機器に異常が発生したことが検知された場合には、前記ワークエリアへの前記時系列データと前記制御指令データとの上書きを停止する書き込み手段と、
   を備える、鉄道車両用記録装置。
2. 前記検出手段が、互いに異なる前記物理量を検出することにより互いに異なる前記物理量についての前記時系列データを生成する複数の時系列データ生成手段と、各々の前記時系列データ生成手段に対して付設された揮発性の中継用メモリと、を有し、
   前記時系列データ生成手段の各々が、自己に対して付設された前記中継用メモリに、自己が生成した前記時系列データを書き込み、
   前記書き込み手段が、前記時系列データ生成手段による前記中継用メモリへの前記時系列データの書き込みと並行して、複数の前記中継用メモリの間で、読み出し元としての前記中継用メモリを切り替えながら、該読み出し元としての前記中継用メモリから前記時系列データを読み出し、読み出した前記時系列データを前記追跡用メモリに逐次に上書きし、かつ前記制御指令データも前記追跡用メモリに逐次に上書きすることにより、前記追跡用メモリに記録されている内容を、最新の前記追跡期間分の、全ての前記物理量についての前記時系列データと前記制御指令データとに逐次に更新する、
   請求項１に記載の鉄道車両用記録装置。
3. 前記異常検知手段によって前記車両空調機器に異常が発生したことが検知された場合に、前記追跡用メモリの前記ワークエリアに記録されている前記追跡期間分の前記時系列データと前記制御指令データとを、外部に送信する送信手段、
   をさらに備える、請求項１又は２に記載の鉄道車両用記録装置。
4. 前記書き込み手段が、前記送信手段によって前記追跡期間分の前記時系列データと前記制御指令データとが外部に送信された後に、前記ワークエリアへの前記時系列データと前記制御指令データとの上書きを再開する、
   請求項３に記載の鉄道車両用記録装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の鉄道車両用記録装置と、
   前記架線と電気的に接続される電源回路、及び前記電源回路を通じて電力を供給され、冷媒を用いて冷凍サイクルを構成することにより、前記鉄道車両の車室を空調する冷凍サイクル装置を有する前記車両空調機器と、
   を備える、鉄道車両用空気調和装置。
6. 鉄道車両の車室を空調する車両空調機器の動作に関わる複数の物理量の各々を予め定められたサンプリング周波数で繰り返し検出することにより前記物理量別に時系列データを生成し、かつ前記時系列データに基づいて、前記車両空調機器に制御指令を出力することで前記車両空調機器を制御しつつ、各々の前記時系列データを個別の中継用メモリに書き込む１次書き込みステップと、
   複数の前記中継用メモリへの前記時系列データの書き込みと並行して、複数の前記中継用メモリの間で、読み出し元としての前記中継用メモリを切り替えながら、該読み出し元としての前記中継用メモリから前記時系列データを読み出し、読み出した前記時系列データを共通の追跡用メモリに逐次に上書きし、かつ前記制御指令を表す制御指令データも前記追跡用メモリに逐次に上書きすることにより、前記追跡用メモリに記録されている内容を、最新の追跡期間分の、全ての前記物理量についての前記時系列データと前記制御指令データとに逐次に更新する２次書き込みステップと、
   前記車両空調機器に異常が発生したことが検知された場合に、前記追跡用メモリへの前記時系列データと前記制御指令データとの上書きを停止する２次書き込み停止ステップと、
   を有する、鉄道車両用記録方法。

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