JP7062093B2

JP7062093B2 - 地上無線装置および列車制御システム

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Publication number: JP7062093B2
Application number: JP2020567319A
Authority: JP
Inventors: 建郎板谷
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-01-24
Filing date: 2019-01-24
Publication date: 2022-05-02
Anticipated expiration: 2039-01-24
Also published as: WO2020152829A1; JPWO2020152829A1

Description

本発明は、地上無線装置および列車制御システムに関する。

無線式列車制御システムは、地上装置と車上装置との間で無線による交信を行う。日本工業規格ＪＩＳＥ３８０１－１およびＪＩＳＥ３８０１－２には、無線式列車制御システムの規格が定められている。

特許文献１に記載の無線式列車制御システムの無線システムは、地上無線装置と車上無線装置との間で、無線によるデータ通信を行うことにより、列車を制御している。

無線式列車制御システムは、列車に搭載された車上装置が列車の位置情報を算出し、地上無線装置を経由して地上装置に伝達する。地上装置は、その位置情報を後続列車に伝達する。後続列車は、その位置情報に基づき走行可能速度を計算して走行する。

特開２０１８－５６７３６号公報

無線式列車制御システムにおいて、停電が発生した場合、地上無線装置は車上装置および地上装置と通信できない。発電機、無停電電源装置等が非常用設備として電源設備の供給元に設置されていたとしても、その設備から地上無線装置まで配線された電源線が切断された場合には、各装置間の通信が不可能となる。このように、地上無線装置への電力供給が停止した場合、地上無線装置は車上装置および地上装置と通信ができない。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、外部から電力が供給されない事態が生じた場合あっても、車上無線装置および地上装置と通信可能な地上無線装置の提供を目的とする。

本発明に係る地上無線装置は、列車の車両上に設置されている車上無線装置と、地上に設置されている地上装置とともに列車制御システムを構成する。地上無線装置は、鉄道の線路に沿って設置されており、車上無線装置および地上装置と通信する。地上無線装置は、通信部とバッテリーと電源制御部とを含む。通信部は、外部電源から供給される電力によって、車上無線装置および地上装置と通信する。バッテリーは、外部電源から供給される電力が停止した場合に、通信部に電力を供給する。電源制御部は、通信部の動作を制御する。通信部は、車上無線装置と無線通信する複数の無線部と、地上装置と通信するための複数のＬ２スイッチとを含むことにより、冗長に構成されている。電源制御部は、外部電源から供給される電力が停止した場合に、複数の無線部および複数のＬ２スイッチのうち、車上無線装置および地上装置との通信状態が待機状態である無線部またはＬ２スイッチを停止させる制御を行う。

本発明によれば、外部から電力が供給されない事態が生じた場合であっても、車上無線装置および地上装置と通信する地上無線装置の提供が可能である。

本発明の目的、特徴、局面、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白になる。

実施の形態１における列車制御システムの構成を示す図である。実施の形態１における地上無線装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２における地上無線装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３における地上無線装置の構成を示すブロック図である。実施の形態４における地上無線装置の構成を示すブロック図である。

＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態１における列車制御システムの構成を示す図である。列車制御システムは、列車の車両２１０上に設置されている車上無線装置２００、鉄道の線路に沿って設置されている地上無線装置１００、および地上に設置されている地上装置３００で構成される。列車制御システムは、列車に搭載された車上無線装置２００と鉄道の沿線に設置された地上無線装置１００との間で無線により交信し、また地上無線装置１００と地上装置３００との間で通信ケーブル１２０を介して交信する。列車制御システムは、例えば、車両２１０上において列車の速度制御パターンを生成して、列車の速度制御を行う。

地上無線装置１００は、電源線１１０に接続されている。地上無線装置１００には、その地上無線装置１００とは独立して設けられた外部電源から電源線１１０を介して電力が供給される。実施の形態１における外部電源は、商用電源３４０、発電機３２０および無停電電源装置（Uninterruptible Power Supply, ＵＰＳ）３３０を含む。発電機３２０およびＵＰＳ３３０は、機器室３５０に商用電源３４０の停電対策として設置されており、各々が電源線１１０に接続されている。また、機器室３５０に設置された地上装置３００は、ネットワークと接続するためのＬ２スイッチ３１０を介して通信ケーブル１２０に接続されている。地上無線装置１００も、通信ケーブル１２０に接続されており、その通信ケーブル１２０を介して地上装置３００と通信可能である。

図２は、実施の形態１における地上無線装置１００の構成を示すブロック図である。

地上無線装置１００は、通信部１０、バッテリー２０および電源制御部３０を含む。通信部１０は、無線部１１およびＬ２スイッチ１２を含む。電源制御部３０は、ＡＣＤＣ変換回路３１、充電回路３２および電圧変換回路３３を含む。

電源制御部３０は、電源線１１０に接続されている。電源制御部３０には、外部電源から電源線１１０を介して電力が供給される。ＡＣＤＣ変換回路３１は、外部電源から供給される交流電源を直流電源に変換する。充電回路３２は、バッテリー２０を制御する。充電回路３２は、通常時にはバッテリー２０を浮動充電し、停電時には自動でバッテリー２０から電源制御部３０に電力が供給されるよう、充電および電源供給を切り替える機能を有する。電圧変換回路３３は、外部電源もしくはバッテリー２０から供給される電圧を、無線部１１およびＬ２スイッチ１２で使用される電源電圧に変換する。なお、電圧変換回路３３は、バッテリー２０の出力電圧が、無線部１１およびＬ２スイッチ１２で使用される電源電圧と一致している場合、省略してもよい。

通信部１０は、外部電源から電源線１１０および電源制御部３０を介して供給される電力によって、車上無線装置２００および地上装置３００と通信する。無線部１１は、車上無線装置２００と無線信号で通信する。Ｌ２スイッチ１２は、通信ケーブル１２０を介して地上装置３００と通信するためのスイッチである。

バッテリー２０は、外部電源から供給される電力を蓄電する。また、バッテリー２０は、外部電源からの電力の供給が停止した場合に、通信部１０に電力を供給する。

次に実施の形態１における地上無線装置１００の動作を説明する。

通常時、地上無線装置１００の電源制御部３０には、外部電源から電源線１１０を介して電力が供給される。通信部１０の無線部１１は、電源制御部３０によって制御された電源電圧によって動作し、地上無線装置１００は車上無線装置２００と無線通信する。同様に、Ｌ２スイッチ１２も電源制御部３０によって制御された電源電圧によって動作し、地上無線装置１００はＬ２スイッチ１２を介して地上装置３００と通信する。また、通常時、充電回路３２は、外部電源から供給される電力をバッテリー２０に浮動充電している。

地上無線装置１００に外部電源から電力が供給されなくなった場合、充電回路３２は、停電を検出し、バッテリー２０からの電源供給に切り替える。無線部１１およびＬ２スイッチ１２は、バッテリー２０から供給される電力で動作を継続する。地上無線装置１００に外部電源から電力が供給されなくなった場合とは、例えば、大規模災害もしくは電源線１１０の切断による停電などである。

以上をまとめると、実施の形態１における地上無線装置１００は、列車の車両２１０上に設置されている車上無線装置２００と、地上に設置されている地上装置３００とともに列車制御システムを構成する。地上無線装置１００は、鉄道の線路に沿って設置されており、車上無線装置２００および地上装置３００と通信する。地上無線装置１００は、通信部１０とバッテリー２０とを含む。通信部１０は、外部電源から供給される電力によって、車上無線装置２００および地上装置３００と通信する。バッテリー２０は、外部電源から供給される電力が停止した場合に、通信部１０に電力を供給する。

このような地上無線装置１００は、大規模災害等による停電など、外部から電力が供給されない事態が生じた場合あっても、車上無線装置２００および地上装置３００との通信を可能にする。さらには、列車制御システムは、列車の運行の継続を可能にする。

＜実施の形態２＞
実施の形態２における地上無線装置および列車制御システムを説明する。実施の形態２は実施の形態１の下位概念であり、実施の形態２における地上無線装置は、実施の形態１における地上無線装置１００の各構成を含む。なお、実施の形態１と同様の構成および動作については説明を省略する。

図３は、実施の形態２における地上無線装置１０１の構成を示すブロック図である。実施の形態２における地上無線装置１０１は、実施の形態１に示された地上無線装置１００と同様である。ただし、充電回路３２に太陽光パネル３６０が接続されている。バッテリー２０は、充電回路３２を介して、太陽光パネル３６０に接続され、その太陽光パネル３６０によって発電された電力を蓄電する。

次に、実施の形態２における地上無線装置１０１の動作を説明する。

通常時における車上無線装置２００および地上装置３００との通信動作は、実施の形態１の地上無線装置１０１におけるその動作と同様である。一方で、バッテリー２０への充電動作に関して、充電回路３２は、外部電源から供給される電力、および太陽光パネル３６０によって発電された電力をバッテリー２０に浮動充電する。

災害等で、地上無線装置１０１に外部電源から交流電源が供給されなくなった場合、充電回路３２は、停電を検出し、バッテリー２０からの電源供給に切り替える。無線部１１およびＬ２スイッチ１２は、バッテリー２０から供給される電力で動作を継続する。

なお、バッテリー２０は、太陽光パネル３６０に代えて、風力発電等の他の発電機器に接続され、他の発電機器によって発電された電力を蓄電してもよい。

以上をまとめると、実施の形態２における地上無線装置１０１のバッテリー２０は、太陽光パネル３６０に接続され、太陽光パネル３６０によって発電された電力を蓄電する。

このような地上無線装置１０１は、大規模災害等による停電など、外部から電力が供給されない事態が生じた場合あっても、車上無線装置２００および地上装置３００との通信を可能にする。さらには、列車制御システムは、列車の運行の継続を可能にする。

＜実施の形態３＞
実施の形態３における地上無線装置および列車制御システムを説明する。実施の形態３は実施の形態１の下位概念であり、実施の形態３における地上無線装置は、実施の形態１における地上無線装置１００の各構成を含む。なお、実施の形態１または２と同様の構成および動作については説明を省略する。

図４は、実施の形態３における地上無線装置１０２の構成を示すブロック図である。実施の形態３における地上無線装置１０２は、実施の形態１に示された地上無線装置１０１に対し、通信部１０が２つの無線部１１Ａ，１１Ｂと、２つのＬ２スイッチ１２Ａ，１２Ｂとを含む点で異なる。このように通信部１０は、複数の無線部１１と複数のＬ２スイッチ１２を有することにより、冗長に構成されている。

次に、実施の形態３における地上無線装置１０２の動作を説明する。

通常時におけるバッテリー２０への充電動作は、実施の形態１の地上無線装置１０２におけるその動作と同様である。通信動作に関して、一の無線部１１Ａおよび一のＬ２スイッチ１２Ａは、車上無線装置２００または地上装置３００との通信状態が運用状態であり、他の無線部１１Ｂおよび他のＬ２スイッチ１２Ｂは、車上無線装置２００および地上装置３００との通信状態が待機状態である。２つの無線部１１Ａ，１１Ｂは、互いに通信し、いずれか一方が運用状態であり、他方が待機状態であることを認識している。

地上無線装置１０２に外部電源から交流電源が供給されなくなった場合、電源制御部３０の充電回路３２が停電を検出する。充電回路３２は、停電状態であることを停電情報として、２つの無線部１１Ａ，１１Ｂに通知する。停電情報を受け取った他の無線部１１Ｂは、自身が待機状態であるため、無線信号の送信を停止し、省電力状態に移行する。一方で、停電情報を受け取った一の無線部１１Ａは、自身が運用状態であるため、実施の形態１と同様に、バッテリー２０から供給される電力により、車上無線装置２００との無線通信を継続する。このように、実施の形態３における電源制御部３０の充電回路３２は、外部電源から供給される電力が停止した場合に、複数の無線部１１のうち、待機状態である他の無線部１１Ｂを停止させる制御を行う。その後、他の無線部１１Ｂが再起動する条件は、停電が解消した場合、もしくは運用状態に移行する場合等である。

さらに、地上無線装置１０２は、外部電源から供給される電力が停止した場合に、複数のＬ２スイッチ１２のうち、待機状態の他のＬ２スイッチ１２Ｂを停止させる制御を行ってもよい。例えば、充電回路３２は、停電状態であることを停電情報として、２つのＬ２スイッチ１２Ａ，１２Ｂに通知する。停電情報を受け取った他のＬ２スイッチ１２Ｂは、自身が待機状態であるため、動作を停止し、省電力状態に移行する。

以上をまとめると、実施の形態３における地上無線装置１０２は、通信部１０の動作を制御する電源制御部３０をさらに含み。通信部１０は、車上無線装置２００と無線通信する複数の無線部１１と、地上装置３００と通信するための複数のＬ２スイッチ１２とを含むことにより、冗長に構成されている。電源制御部３０は、外部電源から供給される電力が停止した場合に、複数の無線部１１および複数のＬ２スイッチ１２のうち、車上無線装置２００および地上装置３００との通信状態が待機状態である無線部またはＬ２スイッチを停止させる制御を行う。

このような地上無線装置１０２は、大規模災害等による停電など、外部から電力が供給されない事態が生じた場合あっても、車上無線装置２００および地上装置３００との通信を可能にする。さらには、列車制御システムは、列車の運行の継続を可能にする。また、地上無線装置１０２は、停電時に、待機状態の無線部１１またはＬ２スイッチ１２を自動的に運用停止するため、バッテリー２０の消費を抑制し、その運用時間を延長することを可能にする。よって環境負荷が軽減する。

＜実施の形態４＞
実施の形態４における地上無線装置および列車制御システムを説明する。実施の形態３は実施の形態１の下位概念であり、実施の形態４における地上無線装置は、実施の形態１における地上無線装置１００の各構成を含む。なお、実施の形態１から３のいずれかと同様の構成および動作については説明を省略する。

図５は、実施の形態４における地上無線装置１０３の構成を示すブロック図である。実施の形態４における地上無線装置１０３は、実施の形態１に示された地上無線装置１００に対し、２つのユニット５０Ａ，５０Ｂを含む点で異なる。２つのユニット５０Ａ，５０Ｂの各々は、通信部１０と電源制御部３０とバッテリー２０とを含む。このように、地上無線装置１０３が複数のユニット５０を含むことにより、通信部１０、バッテリー２０および電源制御部３０は冗長に構成されている。

次に、実施の形態４における地上無線装置１０３の動作を説明する。

通常時におけるバッテリー２０への充電動作は、実施の形態１の地上無線装置１０３におけるその動作と同様である。通信動作に関して、一のユニット５０Ａの通信部１０は、車上無線装置２００または地上装置３００との通信状態が運用状態であり、他のユニット５０Ｂの通信部１０は、車上無線装置２００および地上装置３００との通信状態が待機状態である。２つのユニット５０Ａ，５０Ｂは、互いに通信し、いずれか一方が運用状態であり、他方が待機状態であることを認識している。

地上無線装置１０３に外部電源から交流電源が供給されなくなった場合、２つのユニット５０Ａ，５０Ｂにおける充電回路３２は停電を検出する。各充電回路３２は、停電状態であることを停電情報として、同じユニット内の通信部１０（無線部１１およびＬ２スイッチ１２）に通知する。停電情報を受け取った他のユニット５０Ｂに含まれる通信部１０は、自身が待機状態であるため、動作を停止する。一方で、停電情報を受け取った一のユニット５０Ａに含まれる通信部１０は、自身が運用状態であるため、実施の形態１と同様に、バッテリー２０から供給される電力により、車上無線装置２００または地上装置３００との通信を継続する。このように、実施の形態４においては、外部電源から供給される電力が停止した場合、複数のユニット５０のうち、待機状態である他のユニット５０Ｂに含まれる電源制御部３０の充電回路３２は、通信部１０を停止させる制御を行う。

他のユニット５０Ｂの通信部１０の動作停止後、充電回路３２は、電圧変換回路３３を切り離す。それにより、他のユニット５０Ｂは無負荷状態となり、消費電力が抑制される。その後、他のユニット５０Ｂが再起動する条件は、停電が解消した場合、もしくは運用状態に移行する場合等である。他のユニット５０Ｂが運用状態に移行する場合、一のユニット５０Ａからの切替要求を受け付ける。例えば、他のユニット５０Ｂの充電回路３２は、一のユニット５０Ａの無線部１１から切替要求を受け付ける。そして、他のユニット５０Ｂにおける充電回路３２が電圧変換回路３３と再接続することにより、他のユニット５０Ｂは、運用状態に移行し、通常の動作を行う。

以上をまとめると、実施の形態４における地上無線装置１０３は、各々が、通信部１０と、バッテリー２０と、電源制御部３０と、を含む複数のユニット５０をさらに含む。通信部１０と、バッテリー２０と、電源制御部３０とは、複数のユニット５０により冗長に構成されている。複数のユニット５０のうち、車上無線装置２００および地上装置３００との通信状態が待機状態であるユニットに含まれる電源制御部３０は、外部電源から供給される電力が停電した場合に、待機状態のユニットに含まれる通信部１０を停止させる制御を行う。

このような地上無線装置１０３は、大規模災害等による停電など、外部から電力が供給されない場合あっても、車上無線装置２００および地上装置３００との通信を可能にする。さらには、列車制御システムは、列車の運行の継続を可能にする。また、地上無線装置１０３は、停電時に、待機状態のユニットを自動的に運用停止するため、バッテリー２０の消費を抑制し、その運用時間を延長することを可能にする。よって、環境負荷が軽減する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例示されていない無数の変形例が、この発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１０通信部、１１無線部、１２Ｌ２スイッチ、２０バッテリー、３０電源制御部、３１ＡＣＤＣ変換回路、３２充電回路、３３電圧変換回路、５０ユニット、１００地上無線装置、１１０電源線、１２０通信ケーブル、２００車上無線装置、２１０車両、３００地上装置、３１０Ｌ２スイッチ、３２０発電機、３３０ＵＰＳ、３４０商用電源、３５０機器室、３６０太陽光パネル。

Claims

列車の車両上に設置されている車上無線装置と、地上に設置されている地上装置とともに列車制御システムを構成し、かつ、鉄道の線路に沿って設置され、前記車上無線装置および前記地上装置と通信する地上無線装置であって、
外部電源から供給される電力によって、前記車上無線装置および前記地上装置と通信する通信部と、
前記外部電源から供給される前記電力が停止した場合に、前記通信部に電力を供給するバッテリーと、
前記通信部の動作を制御する電源制御部と、を備え、
前記通信部は、前記車上無線装置と無線通信する複数の無線部と、前記地上装置と通信するための複数のＬ２スイッチとを含むことにより、冗長に構成されており、
前記電源制御部は、前記外部電源から供給される前記電力が停止した場合に、前記複数の無線部および前記複数のＬ２スイッチのうち、前記車上無線装置および前記地上装置との通信状態が待機状態である無線部またはＬ２スイッチを停止させる制御を行う、地上無線装置。
列車の車両上に設置されている車上無線装置と、地上に設置されている地上装置とともに列車制御システムを構成し、かつ、鉄道の線路に沿って設置され、前記車上無線装置および前記地上装置と通信する地上無線装置であって、
外部電源から供給される電力によって、前記車上無線装置および前記地上装置と通信する通信部と、
前記外部電源から供給される前記電力が停止した場合に、前記通信部に電力を供給するバッテリーと、
各々が、前記通信部と、前記バッテリーと、前記通信部の動作を制御する電源制御部と、を含む複数のユニットを備え、
前記通信部と前記バッテリーと前記電源制御部とは、前記複数のユニットにより冗長に構成されており、
前記複数のユニットのうち、前記車上無線装置および前記地上装置との通信状態が待機状態であるユニットに含まれる前記電源制御部は、前記外部電源から供給される前記電力が停電した場合に、前記待機状態の前記ユニットに含まれる前記通信部を停止させる制御を行う、地上無線装置。
前記バッテリーは、太陽光パネルに接続され、前記太陽光パネルによって発電された電力を蓄電する、請求項１または請求項２に記載の地上無線装置。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の地上無線装置と、
前記車上無線装置と、
前記地上装置と、を備える列車制御システム。