JPWO2009069328A1 - 列車編成認識システムおよび列車編成認識装置 - Google Patents

Abstract

車両同士が連結されていないときには接点が閉じることで列車端を検知する列車端検知スイッチ４１が設けられ、各車両または各車両群の両端部では、列車内に引き通された伝送線１７ａ，１７ｂにそれぞれ列車端検知スイッチ４１の一端および他端が接続され、また、各車両には、伝送線１７ａ，１７ｂのそれぞれに挿入された切替スイッチ３３ａ，３３ｂによって、伝送線１７ａ，１７ｂ間への電源（直流電圧源３１および電流源３２）の挿入／非挿入が切り替えられ、伝送線１７ａ，１７ｂに挿入される電源が列車端のうちの１箇所になるように制御した上で、伝送線１７ａ，１７ｂの少なくとも一方に挿入される抵抗器３４の一端側および他端側の電圧Ｖ１，Ｖ２をそれぞれ計測し、このときの計測電圧に基づいて列車の編成を認識する。

Description

本発明は、複数の鉄道車両が連結された列車編成を自動認識する機能を有する列車編成認識システムおよび列車編成認識装置に関するものである。

従来、搬送波感知多重アクセス方式インタフェースを有する構成制御部と、伝送路を分岐するスイッチングハブと、スイッチングハブの入出力信号の切り離しを行うスイッチとにより構成され、スイッチの接続および切り離しにより伝送路の上り下り方向の通信を制御して、列車の編成を認識するようにした鉄道車両用通信装置があった（例えば下記特許文献１）。

この特許文献１に示される鉄道車両用通信装置では、通信装置間を１：１通信で構成するスイッチングハブを使用して障害の回避を行うとともに、マスタ通信装置を無くして車両内の通信停止を防ぎ、システムの信頼性を向上するようにしている。

特開２００５−１１７３７３号公報

しかしながら、上記特許文献１に示された鉄道車両用通信装置は、通信装置間の伝送機能を活用して車両相互の接続関係を検知し、列車の編成を認識する方式であるため、通信装置が故障した場合には、当該故障した通信装置が搭載された車両は伝送経路からバイパスされてしまうことになり、その存在が不明になるという問題点があった。

また、上記問題点を補うために、車両構成や車両番号の規則性を活用することも考えられるが、例えば、欧州や北米の鉄道車両では、車両構成や車両番号が必ずしも規則性を有して構成されるとは限らず、上記問題点の解決策とはなり得なかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両構成や車両番号の規則性通信ができない車両を含めて列車編成の自動認識を可能とする列車編成認識システムおよび列車編成認識装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる列車編成認識システムは、単一車両または複数の車両である車両群を単位として複数の車両が連結されて構成される列車の編成を認識する列車編成認識システムにおいて、前記車両群の両端部に具備され、その端部に他の前記車両群が連結されているときには接点が開き、その端部に他の前記車両群が連結されていないときには接点が閉じる列車端検知スイッチと、前記列車内に引き通される一対の伝送線であって、前記車両群の両端部において、一方の伝送線に前記列車端検知スイッチの一端が接続され、もう一方の伝送線に前記列車端検知スイッチのもう一端が接続される一対の伝送線と、車両ごとに具備され、列車の編成を認識する列車編成認識装置と、を備え、列車内において１つの前記列車編成認識装置が他の列車編成認識装置を制御し、前記列車編成認識装置は、直流を出力する電源と、前記一対の伝送線のそれぞれに挿入されて前記一対の伝送線の間に前記電源を挿入し、かつ、前記一対の伝送線を分断するか、前記電源を挿入しないかを切り替える第１および第２の切替スイッチと、前記一対の伝送線の少なくとも一方に挿入された抵抗器と、前記抵抗器の両端において前記一対の伝送線間の電圧をそれぞれ計測する電圧検出器と、前記電圧検出器が計測した電圧が入力されて列車の編成を認識し、前記一対の伝送線の間に挿入される前記電源を列車の中の１箇所にするように前記第１および第２の切替スイッチ制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる列車編成認識システムによれば、車両同士が連結されていないときには接点が閉じることで列車端を検知する列車端検知スイッチが設けられ、各車両群の両端部では、列車内に引き通された一対の伝送線の一方と、もう一方に列車端検知スイッチの一端および他端がそれぞれ接続され、一対の伝送線のそれぞれに挿入された第１および第２の切替スイッチによって、一対の伝送線の間に電源を挿入し、かつ、一対の伝送線を分断するか、電源を挿入しないかが切り替えられるとともに、一対の伝送線に挿入される電源が列車の中の１箇所になるように制御した上で、一対の伝送線の少なくとも一方に挿入される抵抗器の一端側および他端側と基準端との間の電圧をそれぞれ計測し、このときの計測電圧に基づいて列車の編成を認識するようにしているので、車両構成や車両番号の規則性通信ができない車両を含めて列車編成を自動認識することができるという効果が得られる。

図１は、本実施の形態にかかる列車編成認識システムの概略構成を示す図である。 図２は、本実施の形態にかかる列車編成認識装置の構成および接続形態を示す図である。 図３は、編成認識の原理を説明するための列車編成の一例を示す図である。 図４は、図３の列車編成における計測電圧および認識結果の一例を示す図表である。 図５は、編成認識の動作を説明するための図である。 図６は、自動連結器が導通不良の場合の回路状態を示す図である。 図７−１は、自動連結器が導通不良の場合の計測動作を説明するための図である（ＳＴＥＰ２１〜２３）。 図７−２は、自動連結器が導通不良の場合の計測動作を説明するための図である（ＳＴＥＰ２４，２５）。 図７−３は、自動連結器が導通不良の場合の計測動作を説明するための図である（ＳＴＥＰ２６，２７）。 図８は、列車端検知スイッチが導通不良の場合の回路状態を示す図である。 図９は、定電流電源が故障した場合の回路状態を示す図である。 図１０は、図９に示す状態から列車の反対側のエンドにある定電流電源を用いて代替した場合の回路状態を示す図である。 図１１は、電圧計測器が故障した場合の回路状態を示す図である。 図１２は、ＴＣＲ回路に断線が生じている場合の回路状態を示す図である。 図１３は、ＴＣＲ回路に断線が生じている場合の計測動作を説明するための図である。

符号の説明

１０ 列車
１１ 車両群
１２ 自動連結器
１７，１７ａ，１７ｂ 伝送線
２０ 列車編成認識装置
２１ ＴＣＲ回路
２２ 制御部
３１ 直流電圧源
３２ 電流源
３３，３３ａ，３３ｂ スイッチ
３４，３４ａ，３４ｂ 抵抗
３５ 電圧検出器
４１ 列車端検知スイッチ

以下に、本発明にかかる列車編成認識システムおよび列車編成認識装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（列車編成認識システムの概要）
まず、列車編成認識装置が搭載された列車編成認識システムの概要について説明する。図１は、本実施の形態にかかる列車編成認識システムの概略構成を示す図である。同図に示す例では、２両単位で連結された車両群１１−１（Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃１）および車両群１１−２（Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃２）が、着脱自在の自動連結器（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｕｐｌｅｒ）１２を介して接続された列車１０を構成してなり、列車１０を構成する各車両には、列車編成認識装置（Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｕｎｉｔ：ＴＣＲ＿ｕｎｉｔ）２０が搭載されている。各車両に搭載された列車編成認識装置２０は、伝送線１７（１７−１，１７−２）を介して接続されている。なお、伝送線１７は、電気的な回路を構成する導電体として各車両群内に配設されるとともに、各車両群間を連結する自動連結器１２を介して接続される。すなわち、列車内には、導体である自動連結器１２の電気的接点を利用して、車両群１１−１に配設された伝送線１７−１と車両群１１−２に配設された伝送線１７−２とが電気的に接続される。なお、図１を含みこれ以降の説明で用いる図面では、２両単位で構成される車両群が複数個連結されて構成される列車編成を一例として用いるが、単一構成の車両が複数個連結されて構成される列車編成であってもよく、本実施の形態にかかる列車編成認識装置を適用できることは無論である。

（列車編成認識装置の構成）
つぎに、列車編成認識装置の構成および接続形態について説明する。図２は、本実施の形態にかかる列車編成認識装置の構成および接続形態を示す図であり、図１に示した一つの車両群に対応する構成を示すものである。同図において、列車編成認識装置２０（２０−１，２０−２）のそれぞれは、本装置の主回路である列車編成認識回路（ＴＣＲ＿ｃｉｒｃｕｉｔ：以下「ＴＣＲ回路」という）２１（２１−１，２１−２）と、ＴＣＲ回路２１の動作を制御する制御部２２（２２ａ，２２ｂ）と、を備えて構成される。ＴＣＲ回路２１内には、直流電圧源３１、電流源３２、切替スイッチ３３（３３ａ，３３ｂ）、および抵抗器３４（３４ａ，３４ｂ）などの回路要素や、電圧検出器３５などの機能部が具備され、これらの回路要素および機能部は、図２の左方側に位置する自動連結器１２−１と、右方側に位置する自動連結器１２−２との間を繋ぐ２本の伝送線１７ａ，１７ｂの要所内に配置されている。

自動連結器１２（１２−１，１２−２）とＴＣＲ回路２１（２１−１，２１−２）との間には、伝送線１７ａと伝送線１７ｂとの間に接続される列車端検知スイッチ４１（４１−１，４１−２）がそれぞれ設けられている。列車端検知スイッチ４１は、列車編成の端（エンド）を検出するスイッチであり、エンドに位置する場合には接点が閉じた状態となり、それ以外では接点が開いた状態となる。図２の例では、車両群を構成する２つの車両（Ａ−Ｃａｒ，Ｂ−Ｃａｒ）のうち、Ａ−Ｃａｒ側にある列車端検知スイッチ４１−１はオンとなっているのに対し、Ｂ−Ｃａｒ側にある列車端検知スイッチ４１−２はオフとなっている。つまり、Ａ−Ｃａｒ側が、列車編成のエンドに位置していることを示している。

上記列車端検知スイッチ４１は、自動連結器１２と連動して動作するメカニカルなスイッチとして構成することが好ましい。機能的には、自動連結器同士が接続されている状態では、スイッチの接点が開いた状態となり、逆に、他の自動連結器に接続されていない状態では、スイッチの接点が閉じた状態になっていればよい。このようなメカニカルなスイッチとすることにより、列車編成のエンドを確実に検出することが可能となる。

なお、図２の例では、Ａ−ＣａｒのＴＣＲ回路２１−１とＢ−ＣａｒのＴＣＲ回路２１−２との間は、ノイズに強い、ツイストペアケーブルを用いた接続としている。この接続では、自動連結器１２−１と自動連結器１２−２との間に配設された伝送線１７ａ，１７ｂにおいて、これらの伝送線におけるＡ−ＣａｒとＢ−Ｃａｒとの間の部分のみを捩って構成したツイストペア接続としてもよいし、伝送線１７ａ，１７ｂ自身にツイストペアケーブルを用いてもよい。また、Ａ−Ｃａｒの部分と、Ｂ−Ｃａｒの部分との間を、物理的に異なる媒体のツイストペアケーブルを用いて接続してもよい。

制御部２２（２２ａ，２２ｂ）は、ＴＣＲ回路２１の動作を制御するとともに、図示を省略した表示装置等にＴＣＲ回路２１が処理した情報を伝送して表示する。なお、この情報伝送には、伝送線１７ａ，１７ｂとは異なる列車通信ネットワーク（Ｔｒａｉｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ：図示省略）を用いて伝送することができる。

（ＴＣＲ回路の構成）
つぎに、ＴＣＲ回路の構成について説明する。図２に示すＴＣＲ回路２１において、切替スイッチ３３ａおよび抵抗器３４ａは、自動連結器１２−１側から見て、この順で伝送線１７ａに直列に挿入される。同様に、切替スイッチ３３ｂおよび抵抗器３４ｂは、自動連結器１２−１から見て、この順で伝送線１７ｂに直列に挿入される。切替スイッチ３３ａ，３３ｂは、切替接点ｕ１，ｕ２を有し、制御部２２、あるいは上位の制御装置などによって制御される１回路２接点のスイッチである。切替スイッチ３３ａの切替接点ｕ１は、電流源３２の正極側（電流が流出する側）の端子に接続され、切替接点ｕ２は、自動連結器１２−１側の伝送線１７ａに接続され、切替スイッチ３３ｂの切替接点ｕ１は、直流電圧源３１の負極側の端子に接続され、切替接点ｕ２は、自動連結器１２−１側の伝送線１７ｂに接続される。抵抗器３４ａの一端は切替スイッチ３３ａの基点ｂに接続され、他端は自動連結器１２−１とは反対側にある伝送線１７ａに接続され、抵抗器３４ｂの一端は切替スイッチ３３ｂの基点ｂに接続され、他端は自動連結器１２−１とは反対側にある伝送線１７ｂに接続される。

上記のような接続により、列車内には、列車端検知スイッチ、各車両のＴＣＲ回路における切替スイッチおよび抵抗器ならびに、これらの回路要素間を接続する伝送線によって、複数のループ回路を構成できる。通常は、図３に示すように全車両を含む１個のループが構成される。

なお、図２の構成では、直流電圧源３１および電流源３２は、直流電圧源３１の正極側と電流源３２の負極側（電流が流入する側）とを接続する構成例を示しているが、この順を逆にしても構わない。すなわち、電流源３２の正極側と直流電圧源３１の負極側とを接続するとともに、直流電圧源３１の正極側を切替スイッチ３３ａの切替接点ｕ１に接続し、電流源３２の負極側を切替スイッチ３３ｂの切替接点ｕ１に接続してもよい。

また、電圧検出器３５（３５−１，３５−２）は、抵抗器３４ａの一端と抵抗器３４ｂの一端との間の電圧（第１の計測電圧：Ｖ１）、および抵抗器３４ａの他端と抵抗器３４ｂの他端との間の電圧（第２の計測電圧：Ｖ２）をそれぞれ計測するため、これらの端子間に接続される。なお、図２に示すように、Ａ−ＣａｒにおけるＴＣＲ回路２１−１と、Ｂ−ＣａｒにおけるＴＣＲ回路２１−２とでは、その回路構成がツイストペアケーブルの部分に直交する軸を中心軸として線対称形で構成されている。このため、ＴＣＲ回路２１−１の電圧検出器３５−１が測定した第２の計測電圧Ｖ２と、ＴＣＲ回路２１−２の電圧検出器３５−２が測定した第２の計測電圧Ｖ２とでは、計測誤差を除き、常に等しい値を示すことになる。なお、これらの計測電圧Ｖ１，Ｖ２は、列車の編成を認識するため情報として用いられるが、その原理の詳細については後述する。

（編成認識の原理）
つぎに、ＴＣＲ回路を用いた編成認識の原理について図２および図３を参照して説明する。ここで、図３は、編成認識の原理を説明するための列車編成の一例を示す図である。なお、図３に示すＴＣＲ回路では、図２とは異なり、伝送路に挿入される抵抗を一方のみとしているが、原理的には同一である。例えば、図２の構成では、抵抗器３４−１および抵抗器３４−２の抵抗値をそれぞれ２５Ωとしているが、これと同等の構成にするためには、例えば、図３の構成において、Ｒ＝５０Ωとすればよい。

また、図３に示す例では、７つの車両群（Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃１〜Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃７）が連結された１４両編成の列車が編成されているが、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃１，＃２，＃４，＃７と、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃３，＃５，＃６とでは、車両群の向きが逆になって連結されている。例えば、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃２とＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃３との間では、Ａ−Ｃａｒ，Ｂ−Ｃａｒの順が逆転しており、それぞれのＢ−Ｃａｒ同士が突き合わされた形で連結されている。逆に、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃６とＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃７との間では、それぞれのＡ−Ｃａｒ同士が突き合わされた形で連結されている。しかしながら、本実施の形態にかかるＴＣＲ回路は、このような形態で連結されていた場合でも、列車編成の状態を問題なく認識することができる。

つぎに、各車両における列車端検知スイッチの状態および電流源の接続状態について説明する。図３に示すように、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃１のＡ−ＣａｒおよびＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃７のＢ−Ｃａｒの列車端検知スイッチは閉じられているのに対し、これら以外の列車端検知スイッチは開かれている。なお、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃１のＡ−Ｃａｒの列車端検知スイッチは図示されていないが、これはＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃１のＡ−Ｃａｒが、例えば運転車として設定されているからであり、また、回路構成的に言えば、切替スイッチ３３ａ，３３ｂによって直流電圧源３１および電流源３２が伝送路に接続されているからである。例えば、図２において、直流電圧源３１および電流源３２を伝送線１７ａ，１７ｂに接続するためには、切替スイッチ３３ａ，３３ｂをそれぞれ切替接点ｕ１側に制御する必要がある。このとき、列車端検知スイッチ４１−１は、切替スイッチ３３ａ，３３ｂによって、切替スイッチ３３ａ，３３ｂより右方部の伝送線１７ａ，１７ｂと切り離される。したがって、直流電圧源および電流源が伝送線間に接続されている車両では、列車端検知スイッチの状態は、回路動作には全く影響を及ぼさない。このようにして、列車編成を認識する処理を行う場合の各車両においては、両端車両の列車端検知スイッチが閉じられる一方で、両端車両以外の列車端検知スイッチは開かれ、かつ、両端車両のうちの何れか一方の直流電圧源および電流源が、伝送線間に接続されている状態に制御される。

図４は、図３に示す列車編成における計測電圧および認識結果の一例を示す図表である。図４において、第１の計測電圧Ｖ１、第２の計測電圧Ｖ２は、電圧検出器によって計測された電圧の各絶対値を示すとともに、囲み文字で示した数値は、それらの計測電圧のうちの絶対値が大きい方の電圧値を示している。なお、このときの直流電圧値Ｖ、電流値Ｉ０、各抵抗値Ｒは、それぞれＶ＝４８ＶＤＣ，Ｉ０＝５０ｍＡ、Ｒ＝２５Ωである。

図３において、回路上には、Ｉ０＝５０ｍＡの電流が流れるので、抵抗器一つ分の電圧降下は、Ｉ０×Ｒ＝０．０５Ａ×２５Ω＝１．２５Ｖとなる。したがって、例えばＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃７のＢ−Ｃａｒでは、Ｖ１＝０Ｖ、Ｖ２＝１．２５Ｖとなる。以下、抵抗器が一つ増えるごとに電圧降下分だけ電圧が上昇するので、例えばＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃７のＡ−Ｃａｒでは、Ｖ１＝２．５Ｖとなり、以下、図４に示す計測結果が得られる。

一方、図４の最も右側の表内に記載されている数値は、囲み文字の値を電圧降下分で除算したものである。例えばＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃５のＡ−Ｃａｒでは、６．２５／１．２５＝５という数値が得られ、また、例えばＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃２のＢ−Ｃａｒでは、１３．７５／１．２５＝１１という数値が得られる。なお、この数値を観察すると、列車の最後尾であるＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃７のＢ−Ｃａｒから数えた番号となっている。したがって、電圧検出器が計測した第１の計測電圧Ｖ１、第２の計測電圧Ｖ２の各絶対値のうちの大きい方の値を所定値（直流電圧源、電流源および回路の抵抗値で決まる値）で除算することにより、列車編成の認識が可能となる。

（編成認識の動作）
つぎに、編成認識の動作について図５を参照して説明する。なお、図５は、編成認識の動作を説明するための図であり、６両で編成された列車編成を一例として示している。なお、以下の説明では、直流電圧源３１および電流源３２を併せて「定電流電源」と呼称する。

まず、定電流電源を起動（伝送線に接続）する基準車両を決定する。この処理では、例えば車両が連結していない状態では閉じ、車両が連結している状態では開くように動作する列車端検知スイッチの状態の情報を用いることで、車両Ｎｏ.ｕｕｕｕおよび車両Ｎｏ.ｚｚｚｚが、列車のエンドであることが認識される。なお、これらの車両のうちの何れか一つを基準車両として決定するが、その決め方はどのような方法でもよく、例えば車両番号の若い車両を基準車両として決定することでよい（以上、ＳＴＥＰ１１）。

つぎに、車両Ｎｏ.ｕｕｕｕを基準として、定電流電源を起動するとともに、各車両において第１の計測電圧Ｖ１および第２の計測電圧Ｖ２を計測する（ＳＴＥＰ１２）。そして、ＳＴＥＰ１２で計測された第１の計測電圧Ｖ１および第２の計測電圧Ｖ２のうち、大きい方の値を所定値（１車両あたりの電圧降下）で除算することにより、各車両が列車のエンドから何両目に位置するのかを認識する（以上、ＳＴＥＰ１３）。

（故障時の動作）
ところで、上述した内容は、何れも正常時の動作であった。一方、回路や各スイッチ等が故障した場合、あるいは回路が断線した場合に、これらの故障または異常が１箇所で起こった場合（以下「単一故障」という）でも、編成認識の機能がバックアップされることが好ましい。本実施の形態にかかる列車編成認識システムおよび列車編成認識装置では、このような単一故障に耐え得る耐故障性を有している。なお、以下の説明では、故障または異常として想定される事象として、例えば、つぎの５項目をピックアップし、これらの項目についての説明を行う。
（１）自動連結器での導通不良
（２）列車端検知スイッチでの導通不良
（３）定電流電源の故障
（４）電圧計測器の故障
（５）ＴＣＲ回路の断線

（故障時の動作−自動連結器での導通不良）
図６は、自動連結器が導通不良の場合の回路状態を示す図である。図６では、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃２とＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃３との間の自動連結器の導通不良を一例として示している。この場合、車両Ｎｏ.ｘｘｘｘと車両Ｎｏ.ｙｙｙｙとの間の電気的接続がとられておらず、かつ、定電流電源と導通不良箇所の間のスイッチが全てオープンとなっているので、伝送線には電流が流れない。その結果、第１の計測電圧Ｖ１および第２の計測電圧Ｖ２が４８Ｖのグループ（グループＡ）と、０Ｖのグループ（グループＢ）とが存在することが認識される。したがって、この段階において、グループＡとグループＢとの境界部で、何某かの故障が生じていると判断することができる。

そこで、これらのグループＡ，Ｂごとに、定電流電源を起動する車両を順次切り替えることにより、各グループでの車両の位置を検知するための処理手順を行う。なお、この処理については、図７−１〜図７−３を参照して説明する。

＜グループＡ内の位置認識＞
図７−１において、まず、車両Ｎｏ.ｕｕｕｕに隣接する車両Ｎｏ.ｖｖｖｖの定電流電源が起動され、そのときの計測電圧が記録される（ＳＴＥＰ２１）。なお、このとき車両Ｎｏ. ｕｕｕｕの定電流電源を起動しないことは勿論である。また、以下の処理でも同様であり、グループ内において起動される定電流電源は一つである。

以下、順次、車両Ｎｏ.ｗｗｗｗの定電流電源および車両Ｎｏ.ｘｘｘｘの定電流電源が順次起動される（ＳＴＥＰ２２，２３）。なお、この例では、車両Ｎｏ.ｘｘｘｘの定電流電源が起動されたとき、アンダーラインを付した計測電圧によって、グループＡ内の４両の車両位置が認識されている。

＜グループＢ内の位置認識＞
グループＢについても同様であり、グループＢを構成する全ての車両の位置が認識されるまで、各車両に順次定電流電源の起動指令が出される。この例では、図７−２に示すように、車両Ｎｏ.ｙｙｙｙ、車両Ｎｏ.ｚｚｚｚの順に定電流電源が起動されるとともに、そのときの計測電圧が記録され（ＳＴＥＰ２４，２５）、アンダーラインを付した計測電圧によって、グループＢ内の２両の車両位置が認識されている。なお、この例では、導通不良箇所に最も近い車両Ｎｏ.ｙｙｙｙから順次定電流電源の起動指令を出力しているが、導通不良箇所に最も遠い車両Ｎｏ.ｚｚｚｚから順次定電流電源の起動指令を出力してもよい。

＜全体の編成認識＞
図７−３は、図７−１と図７−２の結果を示したものである。ＳＴＥＰ２６にて全体の編成が認識され、ＳＴＥＰ２７において、列車編成が認識される。なお、ＳＴＥＰ２６では、各グループにおいて、定電流電源の起動位置の反対側に位置する車両から１，２，・・・の順で番号が付与されるので、計測時に起動されている定電流電源の位置に基づいて、番号を整理することで全体の編成が認識される。

（故障時の動作−列車端検知スイッチでの導通不良）
図８は、列車端検知スイッチが導通不良の場合の回路状態を示す図である。図８では、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃３の列車端検知スイッチが導通不良の場合を一例として示している。この場合、定電流電源と導通不良である列車端検知スイッチの間の全てのスイッチがオープンとなるので、伝送線には電流が流れない。その結果、全ての計測電圧が４８Ｖとなり、自動連結器における導通不良の場合において、グループＡのみが存在し、グループＢが存在しない場合と同じ状態となる。したがって、自動連結器での導通不良の場合と同様な手法により、列車編成の認識が可能となる。

（故障時の動作−定電流電源の故障）
図９は、定電流電源が故障した場合の回路状態を示す図である。図９では、編成認識の基準となる車両Ｎｏ.ｕｕｕｕの定電流電源が故障した場合を一例として示している。この場合、ＴＣＲ回路は無電源となり伝送線には電流が流れず、また、電圧も印加されないので、全ての計測電圧が０Ｖとなる。そこで、図１０に示すように、車両Ｎｏ.ｕｕｕｕの代わりに、列車の反対側のエンドにある車両Ｎｏ.ｚｚｚｚの定電流電源を起動する。この状態は、図５に示した正常時の状態と同一であり、上述した正常時の手順に基づいて列車編成の認識が可能となる。なお、列車のエンド以外の車両の定電流電源が故障した場合であっても、列車のエンドに位置する車両の定電流電源が正常である限り、正常時の計測動作が可能となる。

（故障時の動作−電圧計測器の故障）
図１１は、電圧計測器が故障して一部の車両にて計測不能となった場合の回路状態を示す図である。図１１では、例えば中間車両の一つである車両Ｎｏ.ｗｗｗｗの電圧計測器が故障した場合を一例として示している。この場合、電圧計測器が故障した車両Ｎｏ.ｗｗｗｗについては、計測情報を有さないため、自身の情報から自己位置を決定することができないが、他の車両の位置が明らかになれば、消去法によって決定することができる。すなわち、電圧計測器が故障した車両については、他の車両の位置以外の残りの位置ということで、決定することが可能となる。

（故障時の動作−ＴＣＲ回路の断線）
図１２は、ＴＣＲ回路に断線が生じている場合の回路状態を示す図である。図１２では、例えばＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃２の車両Ｎｏ.ｗｗｗｗと車両Ｎｏ.ｘｘｘｘとの間の断線による導通不良を一例として示している。この場合、図６に示した自動連結器が導通不良の場合と同様な状況となり、第１の計測電圧Ｖ１および第２の計測電圧Ｖ２が４８Ｖのグループ（グループＡ）と、０Ｖのグループ（グループＢ）とに区分することができる。

図１３は、ＴＣＲ回路に断線が生じている場合の計測動作を説明するための図である。図１３において、グループＡでは、車両Ｎｏ.ｗｗｗｗの定電流電源を起動することにより、車両Ｎｏ.ｕｕｕｕおよび車両Ｎｏ.ｖｖｖｖの編成を認識することができる。一方、グループＢでは、車両Ｎｏ.ｙｙｙｙの定電流電源を起動することにより、車両Ｎｏ.ｙｙｙｙおよび車両Ｎｏ.ｚｚｚｚの編成を認識することが可能となる。この場合、断線箇所の両側に位置する車両Ｎｏ.ｗｗｗｗおよび車両Ｎｏ.ｘｘｘｘについては、自身の情報から自己位置を決定することができないが、電圧計測器の故障時のときと同様に、他の車両の位置の情報から決定することが可能となる。

このように、本実施の形態にかかる列車編成認識システムおよび列車編成認識装置によれば、列車の車両構成や車両番号に規則性がない場合であっても、各車両の位置（先頭から何番目にあるかの物理的位置）の識別が可能となるとともに、装置の故障の有無に影響されずに、正常に応答する車両の位置の識別が可能となる。なお、装置の故障が単一故障の場合には、正常に応答する車両位置の情報を用いて、正常に応答しない車両の位置を推定することが可能となる。

また、本実施の形態にかかる列車編成認識システムおよび列車編成認識装置によれば、故障や異常の発生が何両目にあるかなどの列車編成情報を、列車の乗務員に、正確かつ高い信頼性で提供することが可能となる。

また、本実施の形態にかかる列車編成認識システムおよび列車編成認識装置によれば、ＴＣＲ回路全体を２重系構成とする必要がないので、大きなコストをかけることなく、自動連結器間の導通不良、列車端検知スイッチの導通不良、定電流電源の故障、電圧計測器の故障、ＴＣＲ回路の断線などの主要な障害に対応しうる能力を具備させることができる。

また、本実施の形態では、ＴＣＲ回路に一定の電流を流す電源として、定電流電源を利用しているので、自動連結器の接触面に対して列車の車両数に依ることなく一定の電流を供給することができる。このため、自動連結器の接触面を安定かつ良好な接触状態に保持することが可能になるとともに、列車の車両数に依らず略一定の電流を安定かつ継続的に供給することが可能となる。

なお、本実施の形態では、ＴＣＲ回路に一定の電流を流す電源を定電流電源として構成しているが、定電流電源ではなくても定電圧源などの他の種類の電源でもよい。

以上のように、本発明にかかる鉄道車両用通信装置は、車両構成や車両番号の規則性を活用することなく列車編成の自動認識を可能とする発明として有用である。

本発明は、複数の鉄道車両が連結された列車編成を自動認識する機能を有する列車編成認識システムおよび列車編成認識装置に関するものである。

従来、搬送波感知多重アクセス方式インタフェースを有する構成制御部と、伝送路を分岐するスイッチングハブと、スイッチングハブの入出力信号の切り離しを行うスイッチとにより構成され、スイッチの接続および切り離しにより伝送路の上り下り方向の通信を制御して、列車の編成を認識するようにした鉄道車両用通信装置があった（例えば下記特許文献１）。

この特許文献１に示される鉄道車両用通信装置では、通信装置間を１：１通信で構成するスイッチングハブを使用して障害の回避を行うとともに、マスタ通信装置を無くして車両内の通信停止を防ぎ、システムの信頼性を向上するようにしている。

特開２００５−１１７３７３号公報

しかしながら、上記特許文献１に示された鉄道車両用通信装置は、通信装置間の伝送機能を活用して車両相互の接続関係を検知し、列車の編成を認識する方式であるため、通信装置が故障した場合には、当該故障した通信装置が搭載された車両は伝送経路からバイパスされてしまうことになり、その存在が不明になるという問題点があった。

また、上記問題点を補うために、車両構成や車両番号の規則性を活用することも考えられるが、例えば、欧州や北米の鉄道車両では、車両構成や車両番号が必ずしも規則性を有して構成されるとは限らず、上記問題点の解決策とはなり得なかった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、車両構成や車両番号の規則性通信ができない車両を含めて列車編成の自動認識を可能とする列車編成認識システムおよび列車編成認識装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる列車編成認識システムは、単一車両または複数の車両である車両群を単位として複数の車両が連結されて構成される列車の編成を認識する列車編成認識システムにおいて、前記車両群の両端部に具備され、その端部に他の前記車両群が連結されているときには接点が開き、その端部に他の前記車両群が連結されていないときには接点が閉じる列車端検知スイッチと、前記列車内に引き通される一対の伝送線であって、前記車両群の両端部において、一方の伝送線に前記列車端検知スイッチの一端が接続され、もう一方の伝送線に前記列車端検知スイッチのもう一端が接続される一対の伝送線と、車両ごとに具備され、列車の編成を認識する列車編成認識装置と、を備え、列車内において１つの前記列車編成認識装置が他の列車編成認識装置を制御し、前記列車編成認識装置は、直流を出力する電源と、前記一対の伝送線のそれぞれに挿入されて前記一対の伝送線の間に前記電源を挿入し、かつ、前記一対の伝送線を分断するか、前記電源を挿入しないかを切り替える第１および第２の切替スイッチと、前記一対の伝送線の少なくとも一方に挿入された抵抗器と、前記抵抗器の両端において前記一対の伝送線間の電圧をそれぞれ計測する電圧検出器と、前記電圧検出器が計測した電圧が入力されて列車の編成を認識し、前記一対の伝送線の間に挿入される前記電源を列車の中の１箇所にするように前記第１および第２の切替スイッチを制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる列車編成認識システムによれば、車両同士が連結されていないときには接点が閉じることで列車端を検知する列車端検知スイッチが設けられ、各車両群の両端部では、列車内に引き通された一対の伝送線の一方と、もう一方に列車端検知スイッチの一端および他端がそれぞれ接続され、一対の伝送線のそれぞれに挿入された第１および第２の切替スイッチによって、一対の伝送線の間に電源を挿入し、かつ、一対の伝送線を分断するか、電源を挿入しないかが切り替えられるとともに、一対の伝送線に挿入される電源が列車の中の１箇所になるように制御した上で、一対の伝送線の少なくとも一方に挿入される抵抗器の一端側および他端側と基準端との間の電圧をそれぞれ計測し、このときの計測電圧に基づいて列車の編成を認識するようにしているので、車両構成や車両番号の規則性通信ができない車両を含めて列車編成を自動認識することができるという効果が得られる。

以下に、本発明にかかる列車編成認識システムおよび列車編成認識装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（列車編成認識システムの概要）
まず、列車編成認識装置が搭載された列車編成認識システムの概要について説明する。図１は、本実施の形態にかかる列車編成認識システムの概略構成を示す図である。同図に示す例では、２両単位で連結された車両群１１−１（Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃１）および車両群１１−２（Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃２）が、着脱自在の自動連結器（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｕｐｌｅｒ）１２を介して接続された列車１０を構成してなり、列車１０を構成する各車両には、列車編成認識装置（Ｔｒａｉｎ Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ Ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｕｎｉｔ：ＴＣＲ＿ｕｎｉｔ）２０が搭載されている。各車両に搭載された列車編成認識装置２０は、伝送線１７（１７−１，１７−２）を介して接続されている。なお、伝送線１７は、電気的な回路を構成する導電体として各車両群内に配設されるとともに、各車両群間を連結する自動連結器１２を介して接続される。すなわち、列車内には、導体である自動連結器１２の電気的接点を利用して、車両群１１−１に配設された伝送線１７−１と車両群１１−２に配設された伝送線１７−２とが電気的に接続される。なお、図１を含みこれ以降の説明で用いる図面では、２両単位で構成される車両群が複数個連結されて構成される列車編成を一例として用いるが、単一構成の車両が複数個連結されて構成される列車編成であってもよく、本実施の形態にかかる列車編成認識装置を適用できることは無論である。

（列車編成認識装置の構成）
つぎに、列車編成認識装置の構成および接続形態について説明する。図２は、本実施の形態にかかる列車編成認識装置の構成および接続形態を示す図であり、図１に示した一つの車両群に対応する構成を示すものである。同図において、列車編成認識装置２０（２０−１，２０−２）のそれぞれは、本装置の主回路である列車編成認識回路（ＴＣＲ＿ｃｉｒｃｕｉｔ：以下「ＴＣＲ回路」という）２１（２１−１，２１−２）と、ＴＣＲ回路２１の動作を制御する制御部２２（２２ａ，２２ｂ）と、を備えて構成される。ＴＣＲ回路２１内には、直流電圧源３１、電流源３２、切替スイッチ３３（３３ａ，３３ｂ）、および抵抗器３４（３４ａ，３４ｂ）などの回路要素や、電圧検出器３５などの機能部が具備され、これらの回路要素および機能部は、図２の左方側に位置する自動連結器１２−１と、右方側に位置する自動連結器１２−２との間を繋ぐ２本の伝送線１７ａ，１７ｂの要所内に配置されている。

自動連結器１２（１２−１，１２−２）とＴＣＲ回路２１（２１−１，２１−２）との間には、伝送線１７ａと伝送線１７ｂとの間に接続される列車端検知スイッチ４１（４１−１，４１−２）がそれぞれ設けられている。列車端検知スイッチ４１は、列車編成の端（エンド）を検出するスイッチであり、エンドに位置する場合には接点が閉じた状態となり、それ以外では接点が開いた状態となる。図２の例では、車両群を構成する２つの車両（Ａ−Ｃａｒ，Ｂ−Ｃａｒ）のうち、Ａ−Ｃａｒ側にある列車端検知スイッチ４１−１はオンとなっているのに対し、Ｂ−Ｃａｒ側にある列車端検知スイッチ４１−２はオフとなっている。つまり、Ａ−Ｃａｒ側が、列車編成のエンドに位置していることを示している。

上記列車端検知スイッチ４１は、自動連結器１２と連動して動作するメカニカルなスイッチとして構成することが好ましい。機能的には、自動連結器同士が接続されている状態では、スイッチの接点が開いた状態となり、逆に、他の自動連結器に接続されていない状態では、スイッチの接点が閉じた状態になっていればよい。このようなメカニカルなスイッチとすることにより、列車編成のエンドを確実に検出することが可能となる。

なお、図２の例では、Ａ−ＣａｒのＴＣＲ回路２１−１とＢ−ＣａｒのＴＣＲ回路２１−２との間は、ノイズに強い、ツイストペアケーブルを用いた接続としている。この接続では、自動連結器１２−１と自動連結器１２−２との間に配設された伝送線１７ａ，１７ｂにおいて、これらの伝送線におけるＡ−ＣａｒとＢ−Ｃａｒとの間の部分のみを捩って構成したツイストペア接続としてもよいし、伝送線１７ａ，１７ｂ自身にツイストペアケーブルを用いてもよい。また、Ａ−Ｃａｒの部分と、Ｂ−Ｃａｒの部分との間を、物理的に異なる媒体のツイストペアケーブルを用いて接続してもよい。

制御部２２（２２ａ，２２ｂ）は、ＴＣＲ回路２１の動作を制御するとともに、図示を省略した表示装置等にＴＣＲ回路２１が処理した情報を伝送して表示する。なお、この情報伝送には、伝送線１７ａ，１７ｂとは異なる列車通信ネットワーク（Ｔｒａｉｎ Ｎｅｔｗｏｒｋ：図示省略）を用いて伝送することができる。

（ＴＣＲ回路の構成）
つぎに、ＴＣＲ回路の構成について説明する。図２に示すＴＣＲ回路２１において、切替スイッチ３３ａおよび抵抗器３４ａは、自動連結器１２−１側から見て、この順で伝送線１７ａに直列に挿入される。同様に、切替スイッチ３３ｂおよび抵抗器３４ｂは、自動連結器１２−１から見て、この順で伝送線１７ｂに直列に挿入される。切替スイッチ３３ａ，３３ｂは、切替接点ｕ１，ｕ２を有し、制御部２２、あるいは上位の制御装置などによって制御される１回路２接点のスイッチである。切替スイッチ３３ａの切替接点ｕ１は、電流源３２の正極側（電流が流出する側）の端子に接続され、切替接点ｕ２は、自動連結器１２−１側の伝送線１７ａに接続され、切替スイッチ３３ｂの切替接点ｕ１は、直流電圧源３１の負極側の端子に接続され、切替接点ｕ２は、自動連結器１２−１側の伝送線１７ｂに接続される。抵抗器３４ａの一端は切替スイッチ３３ａの基点ｂに接続され、他端は自動連結器１２−１とは反対側にある伝送線１７ａに接続され、抵抗器３４ｂの一端は切替スイッチ３３ｂの基点ｂに接続され、他端は自動連結器１２−１とは反対側にある伝送線１７ｂに接続される。

上記のような接続により、列車内には、列車端検知スイッチ、各車両のＴＣＲ回路における切替スイッチおよび抵抗器ならびに、これらの回路要素間を接続する伝送線によって、複数のループ回路を構成できる。通常は、図３に示すように全車両を含む１個のループが構成される。

なお、図２の構成では、直流電圧源３１および電流源３２は、直流電圧源３１の正極側と電流源３２の負極側（電流が流入する側）とを接続する構成例を示しているが、この順を逆にしても構わない。すなわち、電流源３２の正極側と直流電圧源３１の負極側とを接続するとともに、直流電圧源３１の正極側を切替スイッチ３３ａの切替接点ｕ１に接続し、電流源３２の負極側を切替スイッチ３３ｂの切替接点ｕ１に接続してもよい。

また、電圧検出器３５（３５−１，３５−２）は、抵抗器３４ａの一端と抵抗器３４ｂの一端との間の電圧（第１の計測電圧：Ｖ１）、および抵抗器３４ａの他端と抵抗器３４ｂの他端との間の電圧（第２の計測電圧：Ｖ２）をそれぞれ計測するため、これらの端子間に接続される。なお、図２に示すように、Ａ−ＣａｒにおけるＴＣＲ回路２１−１と、Ｂ−ＣａｒにおけるＴＣＲ回路２１−２とでは、その回路構成がツイストペアケーブルの部分に直交する軸を中心軸として線対称形で構成されている。このため、ＴＣＲ回路２１−１の電圧検出器３５−１が測定した第２の計測電圧Ｖ２と、ＴＣＲ回路２１−２の電圧検出器３５−２が測定した第２の計測電圧Ｖ２とでは、計測誤差を除き、常に等しい値を示すことになる。なお、これらの計測電圧Ｖ１，Ｖ２は、列車の編成を認識するため情報として用いられるが、その原理の詳細については後述する。

（編成認識の原理）
つぎに、ＴＣＲ回路を用いた編成認識の原理について図２および図３を参照して説明する。ここで、図３は、編成認識の原理を説明するための列車編成の一例を示す図である。なお、図３に示すＴＣＲ回路では、図２とは異なり、伝送路に挿入される抵抗を一方のみとしているが、原理的には同一である。例えば、図２の構成では、抵抗器３４−１および抵抗器３４−２の抵抗値をそれぞれ２５Ωとしているが、これと同等の構成にするためには、例えば、図３の構成において、Ｒ＝５０Ωとすればよい。

また、図３に示す例では、７つの車両群（Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃１〜Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃７）が連結された１４両編成の列車が編成されているが、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃１，＃２，＃４，＃７と、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃３，＃５，＃６とでは、車両群の向きが逆になって連結されている。例えば、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃２とＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃３との間では、Ａ−Ｃａｒ，Ｂ−Ｃａｒの順が逆転しており、それぞれのＢ−Ｃａｒ同士が突き合わされた形で連結されている。逆に、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃６とＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃７との間では、それぞれのＡ−Ｃａｒ同士が突き合わされた形で連結されている。しかしながら、本実施の形態にかかるＴＣＲ回路は、このような形態で連結されていた場合でも、列車編成の状態を問題なく認識することができる。

つぎに、各車両における列車端検知スイッチの状態および電流源の接続状態について説明する。図３に示すように、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃１のＡ−ＣａｒおよびＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃７のＢ−Ｃａｒの列車端検知スイッチは閉じられているのに対し、これら以外の列車端検知スイッチは開かれている。なお、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃１のＡ−Ｃａｒの列車端検知スイッチは図示されていないが、これはＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃１のＡ−Ｃａｒが、例えば運転車として設定されているからであり、また、回路構成的に言えば、切替スイッチ３３ａ，３３ｂによって直流電圧源３１および電流源３２が伝送路に接続されているからである。例えば、図２において、直流電圧源３１および電流源３２を伝送線１７ａ，１７ｂに接続するためには、切替スイッチ３３ａ，３３ｂをそれぞれ切替接点ｕ１側に制御する必要がある。このとき、列車端検知スイッチ４１−１は、切替スイッチ３３ａ，３３ｂによって、切替スイッチ３３ａ，３３ｂより右方部の伝送線１７ａ，１７ｂと切り離される。したがって、直流電圧源および電流源が伝送線間に接続されている車両では、列車端検知スイッチの状態は、回路動作には全く影響を及ぼさない。このようにして、列車編成を認識する処理を行う場合の各車両においては、両端車両の列車端検知スイッチが閉じられる一方で、両端車両以外の列車端検知スイッチは開かれ、かつ、両端車両のうちの何れか一方の直流電圧源および電流源が、伝送線間に接続されている状態に制御される。

図４は、図３に示す列車編成における計測電圧および認識結果の一例を示す図表である。図４において、第１の計測電圧Ｖ１、第２の計測電圧Ｖ２は、電圧検出器によって計測された電圧の各絶対値を示すとともに、囲み文字で示した数値は、それらの計測電圧のうちの絶対値が大きい方の電圧値を示している。なお、このときの直流電圧値Ｖ、電流値Ｉ０、各抵抗値Ｒは、それぞれＶ＝４８ＶＤＣ，Ｉ０＝５０ｍＡ、Ｒ＝２５Ωである。

図３において、回路上には、Ｉ０＝５０ｍＡの電流が流れるので、抵抗器一つ分の電圧降下は、Ｉ０×Ｒ＝０．０５Ａ×２５Ω＝１．２５Ｖとなる。したがって、例えばＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃７のＢ−Ｃａｒでは、Ｖ１＝０Ｖ、Ｖ２＝１．２５Ｖとなる。以下、抵抗器が一つ増えるごとに電圧降下分だけ電圧が上昇するので、例えばＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃７のＡ−Ｃａｒでは、Ｖ１＝２．５Ｖとなり、以下、図４に示す計測結果が得られる。

一方、図４の最も右側の表内に記載されている数値は、囲み文字の値を電圧降下分で除算したものである。例えばＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃５のＡ−Ｃａｒでは、６．２５／１．２５＝５という数値が得られ、また、例えばＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃２のＢ−Ｃａｒでは、１３．７５／１．２５＝１１という数値が得られる。なお、この数値を観察すると、列車の最後尾であるＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃７のＢ−Ｃａｒから数えた番号となっている。したがって、電圧検出器が計測した第１の計測電圧Ｖ１、第２の計測電圧Ｖ２の各絶対値のうちの大きい方の値を所定値（直流電圧源、電流源および回路の抵抗値で決まる値）で除算することにより、列車編成の認識が可能となる。

（編成認識の動作）
つぎに、編成認識の動作について図５を参照して説明する。なお、図５は、編成認識の動作を説明するための図であり、６両で編成された列車編成を一例として示している。なお、以下の説明では、直流電圧源３１および電流源３２を併せて「定電流電源」と呼称する。

まず、定電流電源を起動（伝送線に接続）する基準車両を決定する。この処理では、例えば車両が連結していない状態では閉じ、車両が連結している状態では開くように動作する列車端検知スイッチの状態の情報を用いることで、車両Ｎｏ.ｕｕｕｕおよび車両Ｎｏ.ｚｚｚｚが、列車のエンドであることが認識される。なお、これらの車両のうちの何れか一つを基準車両として決定するが、その決め方はどのような方法でもよく、例えば車両番号の若い車両を基準車両として決定することでよい（以上、ＳＴＥＰ１１）。

つぎに、車両Ｎｏ.ｕｕｕｕを基準として、定電流電源を起動するとともに、各車両において第１の計測電圧Ｖ１および第２の計測電圧Ｖ２を計測する（ＳＴＥＰ１２）。そして、ＳＴＥＰ１２で計測された第１の計測電圧Ｖ１および第２の計測電圧Ｖ２のうち、大きい方の値を所定値（１車両あたりの電圧降下）で除算することにより、各車両が列車のエンドから何両目に位置するのかを認識する（以上、ＳＴＥＰ１３）。

（故障時の動作）
ところで、上述した内容は、何れも正常時の動作であった。一方、回路や各スイッチ等が故障した場合、あるいは回路が断線した場合に、これらの故障または異常が１箇所で起こった場合（以下「単一故障」という）でも、編成認識の機能がバックアップされることが好ましい。本実施の形態にかかる列車編成認識システムおよび列車編成認識装置では、このような単一故障に耐え得る耐故障性を有している。なお、以下の説明では、故障または異常として想定される事象として、例えば、つぎの５項目をピックアップし、これらの項目についての説明を行う。
（１）自動連結器での導通不良
（２）列車端検知スイッチでの導通不良
（３）定電流電源の故障
（４）電圧計測器の故障
（５）ＴＣＲ回路の断線

（故障時の動作−自動連結器での導通不良）
図６は、自動連結器が導通不良の場合の回路状態を示す図である。図６では、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃２とＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃３との間の自動連結器の導通不良を一例として示している。この場合、車両Ｎｏ.ｘｘｘｘと車両Ｎｏ.ｙｙｙｙとの間の電気的接続がとられておらず、かつ、定電流電源と導通不良箇所の間のスイッチが全てオープンとなっているので、伝送線には電流が流れない。その結果、第１の計測電圧Ｖ１および第２の計測電圧Ｖ２が４８Ｖのグループ（グループＡ）と、０Ｖのグループ（グループＢ）とが存在することが認識される。したがって、この段階において、グループＡとグループＢとの境界部で、何某かの故障が生じていると判断することができる。

そこで、これらのグループＡ，Ｂごとに、定電流電源を起動する車両を順次切り替えることにより、各グループでの車両の位置を検知するための処理手順を行う。なお、この処理については、図７−１〜図７−３を参照して説明する。

＜グループＡ内の位置認識＞
図７−１において、まず、車両Ｎｏ.ｕｕｕｕに隣接する車両Ｎｏ.ｖｖｖｖの定電流電源が起動され、そのときの計測電圧が記録される（ＳＴＥＰ２１）。なお、このとき車両Ｎｏ. ｕｕｕｕの定電流電源を起動しないことは勿論である。また、以下の処理でも同様であり、グループ内において起動される定電流電源は一つである。

以下、順次、車両Ｎｏ.ｗｗｗｗの定電流電源および車両Ｎｏ.ｘｘｘｘの定電流電源が順次起動される（ＳＴＥＰ２２，２３）。なお、この例では、車両Ｎｏ.ｘｘｘｘの定電流電源が起動されたとき、アンダーラインを付した計測電圧によって、グループＡ内の４両の車両位置が認識されている。

＜グループＢ内の位置認識＞
グループＢについても同様であり、グループＢを構成する全ての車両の位置が認識されるまで、各車両に順次定電流電源の起動指令が出される。この例では、図７−２に示すように、車両Ｎｏ.ｙｙｙｙ、車両Ｎｏ.ｚｚｚｚの順に定電流電源が起動されるとともに、そのときの計測電圧が記録され（ＳＴＥＰ２４，２５）、アンダーラインを付した計測電圧によって、グループＢ内の２両の車両位置が認識されている。なお、この例では、導通不良箇所に最も近い車両Ｎｏ.ｙｙｙｙから順次定電流電源の起動指令を出力しているが、導通不良箇所に最も遠い車両Ｎｏ.ｚｚｚｚから順次定電流電源の起動指令を出力してもよい。

＜全体の編成認識＞
図７−３は、図７−１と図７−２の結果を示したものである。ＳＴＥＰ２６にて全体の編成が認識され、ＳＴＥＰ２７において、列車編成が認識される。なお、ＳＴＥＰ２６では、各グループにおいて、定電流電源の起動位置の反対側に位置する車両から１，２，・・・の順で番号が付与されるので、計測時に起動されている定電流電源の位置に基づいて、番号を整理することで全体の編成が認識される。

（故障時の動作−列車端検知スイッチでの導通不良）
図８は、列車端検知スイッチが導通不良の場合の回路状態を示す図である。図８では、Ｍａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃３の列車端検知スイッチが導通不良の場合を一例として示している。この場合、定電流電源と導通不良である列車端検知スイッチの間の全てのスイッチがオープンとなるので、伝送線には電流が流れない。その結果、全ての計測電圧が４８Ｖとなり、自動連結器における導通不良の場合において、グループＡのみが存在し、グループＢが存在しない場合と同じ状態となる。したがって、自動連結器での導通不良の場合と同様な手法により、列車編成の認識が可能となる。

（故障時の動作−定電流電源の故障）
図９は、定電流電源が故障した場合の回路状態を示す図である。図９では、編成認識の基準となる車両Ｎｏ.ｕｕｕｕの定電流電源が故障した場合を一例として示している。この場合、ＴＣＲ回路は無電源となり伝送線には電流が流れず、また、電圧も印加されないので、全ての計測電圧が０Ｖとなる。そこで、図１０に示すように、車両Ｎｏ.ｕｕｕｕの代わりに、列車の反対側のエンドにある車両Ｎｏ.ｚｚｚｚの定電流電源を起動する。この状態は、図５に示した正常時の状態と同一であり、上述した正常時の手順に基づいて列車編成の認識が可能となる。なお、列車のエンド以外の車両の定電流電源が故障した場合であっても、列車のエンドに位置する車両の定電流電源が正常である限り、正常時の計測動作が可能となる。

（故障時の動作−電圧計測器の故障）
図１１は、電圧計測器が故障して一部の車両にて計測不能となった場合の回路状態を示す図である。図１１では、例えば中間車両の一つである車両Ｎｏ.ｗｗｗｗの電圧計測器が故障した場合を一例として示している。この場合、電圧計測器が故障した車両Ｎｏ.ｗｗｗｗについては、計測情報を有さないため、自身の情報から自己位置を決定することができないが、他の車両の位置が明らかになれば、消去法によって決定することができる。すなわち、電圧計測器が故障した車両については、他の車両の位置以外の残りの位置ということで、決定することが可能となる。

（故障時の動作−ＴＣＲ回路の断線）
図１２は、ＴＣＲ回路に断線が生じている場合の回路状態を示す図である。図１２では、例えばＭａｒｒｉｅｄ＿ｐａｉｒ＿＃２の車両Ｎｏ.ｗｗｗｗと車両Ｎｏ.ｘｘｘｘとの間の断線による導通不良を一例として示している。この場合、図６に示した自動連結器が導通不良の場合と同様な状況となり、第１の計測電圧Ｖ１および第２の計測電圧Ｖ２が４８Ｖのグループ（グループＡ）と、０Ｖのグループ（グループＢ）とに区分することができる。

図１３は、ＴＣＲ回路に断線が生じている場合の計測動作を説明するための図である。図１３において、グループＡでは、車両Ｎｏ.ｗｗｗｗの定電流電源を起動することにより、車両Ｎｏ.ｕｕｕｕおよび車両Ｎｏ.ｖｖｖｖの編成を認識することができる。一方、グループＢでは、車両Ｎｏ.ｙｙｙｙの定電流電源を起動することにより、車両Ｎｏ.ｙｙｙｙおよび車両Ｎｏ.ｚｚｚｚの編成を認識することが可能となる。この場合、断線箇所の両側に位置する車両Ｎｏ.ｗｗｗｗおよび車両Ｎｏ.ｘｘｘｘについては、自身の情報から自己位置を決定することができないが、電圧計測器の故障時のときと同様に、他の車両の位置の情報から決定することが可能となる。

このように、本実施の形態にかかる列車編成認識システムおよび列車編成認識装置によれば、列車の車両構成や車両番号に規則性がない場合であっても、各車両の位置（先頭から何番目にあるかの物理的位置）の識別が可能となるとともに、装置の故障の有無に影響されずに、正常に応答する車両の位置の識別が可能となる。なお、装置の故障が単一故障の場合には、正常に応答する車両位置の情報を用いて、正常に応答しない車両の位置を推定することが可能となる。

また、本実施の形態にかかる列車編成認識システムおよび列車編成認識装置によれば、故障や異常の発生が何両目にあるかなどの列車編成情報を、列車の乗務員に、正確かつ高い信頼性で提供することが可能となる。

また、本実施の形態にかかる列車編成認識システムおよび列車編成認識装置によれば、ＴＣＲ回路全体を２重系構成とする必要がないので、大きなコストをかけることなく、自動連結器間の導通不良、列車端検知スイッチの導通不良、定電流電源の故障、電圧計測器の故障、ＴＣＲ回路の断線などの主要な障害に対応しうる能力を具備させることができる。

また、本実施の形態では、ＴＣＲ回路に一定の電流を流す電源として、定電流電源を利用しているので、自動連結器の接触面に対して列車の車両数に依ることなく一定の電流を供給することができる。このため、自動連結器の接触面を安定かつ良好な接触状態に保持することが可能になるとともに、列車の車両数に依らず略一定の電流を安定かつ継続的に供給することが可能となる。

なお、本実施の形態では、ＴＣＲ回路に一定の電流を流す電源を定電流電源として構成しているが、定電流電源ではなくても定電圧源などの他の種類の電源でもよい。

以上のように、本発明にかかる鉄道車両用通信装置は、車両構成や車両番号の規則性を活用することなく列車編成の自動認識を可能とする発明として有用である。

本実施の形態にかかる列車編成認識システムの概略構成を示す図である。 本実施の形態にかかる列車編成認識装置の構成および接続形態を示す図である。 編成認識の原理を説明するための列車編成の一例を示す図である。 図３の列車編成における計測電圧および認識結果の一例を示す図表である。 編成認識の動作を説明するための図である。 自動連結器が導通不良の場合の回路状態を示す図である。 自動連結器が導通不良の場合の計測動作を説明するための図である（ＳＴＥＰ２１〜２３）。 自動連結器が導通不良の場合の計測動作を説明するための図である（ＳＴＥＰ２４，２５）。 自動連結器が導通不良の場合の計測動作を説明するための図である（ＳＴＥＰ２６，２７）。 列車端検知スイッチが導通不良の場合の回路状態を示す図である。 定電流電源が故障した場合の回路状態を示す図である。 図９に示す状態から列車の反対側のエンドにある定電流電源を用いて代替した場合の回路状態を示す図である。 電圧計測器が故障した場合の回路状態を示す図である。 ＴＣＲ回路に断線が生じている場合の回路状態を示す図である。 ＴＣＲ回路に断線が生じている場合の計測動作を説明するための図である。

１０ 列車
１１ 車両群
１２ 自動連結器
１７，１７ａ，１７ｂ 伝送線
２０ 列車編成認識装置
２１ ＴＣＲ回路
２２ 制御部
３１ 直流電圧源
３２ 電流源
３３，３３ａ，３３ｂ スイッチ
３４，３４ａ，３４ｂ 抵抗
３５ 電圧検出器
４１ 列車端検知スイッチ

Claims (16)

1. 単一車両または複数の車両である車両群を単位として複数の車両が連結されて構成される列車の編成を認識する列車編成認識システムにおいて、
   前記車両群の両端部に具備され、その端部に他の前記車両群が連結されているときには接点が開き、その端部に他の前記車両群が連結されていないときには接点が閉じる列車端検知スイッチと、
   前記列車内に引き通される一対の伝送線であって、前記車両群の両端部において、一方の伝送線に前記列車端検知スイッチの一端が接続され、もう一方の伝送線に前記列車端検知スイッチのもう一端が接続される一対の伝送線と、
   車両ごとに具備され、列車の編成を認識する列車編成認識装置と、
   を備え、
   列車内において１つの前記列車編成認識装置が他の列車編成認識装置を制御し、
   前記列車編成認識装置は、
   直流を出力する電源と、
   前記一対の伝送線のそれぞれに挿入されて前記一対の伝送線の間に前記電源を挿入し、かつ、前記一対の伝送線を分断するか、前記電源を挿入しないかを切り替える第１および第２の切替スイッチと、
   前記一対の伝送線の少なくとも一方に挿入された抵抗器と、
   前記抵抗器の両端において前記一対の伝送線間の電圧をそれぞれ計測する電圧検出器と、
   前記電圧検出器が計測した電圧が入力されて列車の編成を認識し、前記一対の伝送線の間に挿入される前記電源を列車の中の１箇所にするように前記第１および第２の切替スイッチ制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする列車編成認識システム。
2. 前記制御部は、前記列車端検知スイッチが閉じている何れかの車両において、前記電源を前記一対の伝送線の間に挿入することを特徴とする請求項１に記載の列車編成認識システム。
3. 前記制御部は、前記各車両の電圧検出器が計測した計測電圧値から何らかの異常を検出した場合に、前記電源を挿入する箇所を変更することを繰り返し、各場合で得られた前記電圧検出器が計測した電圧により列車の編成を認識することを特徴とする請求項１に記載の列車編成認識システム。
4. 前記電源は定電流電源であることを特徴とする請求項１に記載の列車編成認識システム。
5. 前記一対の伝送線は、前記各車両群間を連結する自動連結器を介して接続されることを特徴とする請求項１に記載の列車編成認識システム。
6. 前記列車端検知スイッチは、前記自動連結器と連動して動作するメカニカルなスイッチであることを特徴とする請求項１に記載の列車編成認識システム。
7. 前記列車を構成する全ての車両の計測電圧値が零の場合、電源が起動されていた車両群とは反対の端部に位置する車両群のうちの、端部に他の車両群の車両が連結されていない車両側の電源を起動することを特徴とする請求項１に記載の列車編成認識システム。
8. 前記制御部は、前記各車両の電圧検出器が計測した計測電圧値を比較して故障箇所を特定するとともに、前記計測電圧値による比較結果および該特定された故障箇所の情報に基づき、前記自動連結器の導通不良、前記列車端検知スイッチでの導通不良、前記電源の故障、前記電圧計測器の故障、および前記伝送線の断線のうちの何れか一つの故障原因を特定することを特徴とする請求項３に記載の列車編成認識システム。
9. 単一車両または複数の車両である車両群を単位として複数の車両が連結されて構成される列車の編成を認識し、前記車両群の両端部には、その端部に他の前記車両群が連結されているときには接点が開き、その端部に他の前記車両群が連結されていないときには接点が閉じる列車端検知スイッチを具備する列車編成認識システムであって、前記車両ごとに備えられる列車編成認識装置において、
   直流を出力する電源と、
   前記列車内に引き通される一対の伝送路であって、前記車両群の両端部において、一方の伝送線に前記列車端検知スイッチの一端が接続され、もう一方の伝送線に前記列車端検知スイッチのもう一端が接続される一対の伝送路のそれぞれに挿入されて前記一対の伝送線の間に前記電源を挿入し、かつ、前記一対の伝送線を分断するか、前記電源を挿入しないかを切り替える第１および第２の切替スイッチと、
   前記一対の伝送線の少なくとも一方に挿入された抵抗器と、
   前記抵抗器の両端において前記一対の伝送線間の電圧をそれぞれ計測する電圧検出器と、
   前記電圧検出器が計測した電圧が入力されて列車の編成を認識し、前記一対の伝送線の間に挿入される前記電源を列車の中の１箇所にするように前記第１および第２の切替スイッチ制御する制御部と、
   を備え、
   この列車編成認識装置は、列車内において１つが他のものを制御することを特徴とする列車編成認識装置。
10. 前記制御部は、前記列車端検知スイッチが閉じている何れかの車両において、前記電源を前記一対の伝送線の間に挿入することを特徴とする請求項９に記載の列車編成認識装置。
11. 前記制御部は、前記各車両の電圧検出器が計測した計測電圧値から何らかの異常を検出した場合に、前記電源を挿入する箇所を変更することを繰り返し、各場合で得られた前記電圧検出器が計測した電圧により列車の編成を認識することを特徴とする請求項９に記載の列車編成認識装置。
12. 前記電源は定電流電源であることを特徴とする請求項９に記載の列車編成認識装置。
13. 前記一対の伝送線は、前記各車両群間を連結する自動連結器を介して接続されることを特徴とする請求項９に記載の列車編成認識装置。
14. 前記列車端検知スイッチは、前記自動連結器と連動して動作するメカニカルなスイッチであることを特徴とする請求項９に記載の列車編成認識装置。
15. 前記列車を構成する全ての車両の計測電圧値が零の場合、電源が起動されていた車両群とは反対の端部に位置する車両群のうちの、端部に他の所領群の車両が連結されていない車両側の電源を起動することを特徴とする請求項９に記載の列車編成認識装置。
16. 前記制御部は、前記各車両の電圧検出器が計測した計測電圧値を比較して故障箇所を特定するとともに、前記計測電圧値による比較結果および該特定された故障箇所の情報に基づき、前記自動連結器の導通不良、前記列車端検知スイッチでの導通不良、前記電源の故障、前記電圧計測器の故障、および前記伝送線の断線のうちの何れか一つの故障原因を特定することを特徴とする請求項１１に記載の列車編成認識装置。

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