WO2020179151A1 - 車上通信装置および鉄道車両 - Google Patents

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WO2020179151A1
WO2020179151A1 PCT/JP2019/046135 JP2019046135W WO2020179151A1 WO 2020179151 A1 WO2020179151 A1 WO 2020179151A1 JP 2019046135 W JP2019046135 W JP 2019046135W WO 2020179151 A1 WO2020179151 A1 WO 2020179151A1
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wave
deterioration
communication device
unit
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新之介 佐藤
長谷川　修
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L15/00—Indicators provided on the vehicle or train for signalling purposes
    • B61L15/0081—On-board diagnosis or maintenance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L3/00—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal
    • B61L3/02—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control
    • B61L3/08—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
    • B61L3/12—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
    • B61L3/121—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves using magnetic induction
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    • B61L3/08—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically
    • B61L3/12—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves
    • B61L3/125—Devices along the route for controlling devices on the vehicle or train, e.g. to release brake or to operate a warning signal at selected places along the route, e.g. intermittent control simultaneous mechanical and electrical control controlling electrically using magnetic or electrostatic induction; using radio waves using short-range radio transmission

Definitions

  • the present invention relates to an on-vehicle communication device and a railway vehicle.
  • the on-board child of the on-board communication device mounted on the vehicle transmits and receives information waves to and from the ground child of the ground communication device installed on the road.
  • the data such as the speed limit and the position information of the vehicle obtained from the ground is used for controlling the operation of the vehicle.
  • terrestrial communication devices There are two types of terrestrial communication devices: powered terrestrial communication devices that receive power from the ground and non-powered terrestrial communication devices that are activated by power waves transmitted from the on-board communication device. Both terrestrial communication devices transmit and receive information waves at frequencies different from power waves.
  • the unpowered ground communication device in order to activate the unpowered ground communication device and communicate reliably, it is necessary to transmit stable power from the car top to the ground.
  • the power wave transmitted from the car top may fall outside the specified range. Therefore, it may be provided with a function of monitoring that the electric power wave of the on-board element is within the specified range.
  • Patent Document 1 a feedback control that includes a power wave transmission level monitor unit that monitors a power wave level transmitted to a car top and adjusts a power wave transmission set value according to the power wave level acquired by the monitor unit. And “determine whether or not the output value of the power wave monitor is out of the specified range” is described.
  • Patent Document 1 a failure is detected when the power wave level is out of the specified range.
  • Patent Document 1 since the power wave level is fed back to adjust the power wave output level, the power wave level is kept within the specified range. Therefore, the power wave level will be out of the specified range only when a failure that cannot be covered by the feedback control occurs. Therefore, when an abnormality is detected at the power wave level, the failed device must be replaced, which may cause a failure in operation.
  • the present invention provides a technique for detecting a sign of failure of an on-board communication device.
  • One of the typical on-board communication devices of the present invention is an on-board communication device that transmits an electric wave and receives an information wave to a ground element installed on a railroad track, and generates an electric wave.
  • the power wave transmitter, the train top that transmits the power wave generated by the power wave transmitter to the ground element and receives the information wave transmitted by the ground element, and the output of the power wave are detected and stabilized at the specified output.
  • a deterioration diagnosis unit that outputs information based on the feedback command value of the feedback unit as information indicating a failure sign (hereinafter, “deterioration information”).
  • FIG. 1 is a block diagram showing an on-vehicle communication device according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of each part of the on-board communication device.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for comparing and explaining the secular change of the power wave level and the secular change of the feedback command value.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating the on-vehicle communication device according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating the on-vehicle communication device according to the third embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a startup sequence of the on-board communication device according to the fourth embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing an on-vehicle communication device according to the fifth embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an on-board communication device mounted on a railroad vehicle R.
  • the railway vehicle R includes an on-board communication device 1 and a host device 2.
  • the on-board communication device 1 includes an electric power wave transmitting unit 10, an information wave receiving unit 11, a feedback unit 12, an on-board child 13, a deterioration diagnosing unit 14, and a failure diagnosing unit 124.
  • the power wave transmission unit 10 generates a power wave according to a power wave transmission command from the higher-level device 2.
  • the generated power wave is transmitted to the ground element 3 of the ground communication device via the on-board element 13.
  • the feedback unit 12 monitors the output level of the power wave transmission unit 10 and suppresses the gain of the power wave when the output level is higher than the target value, and increases the gain of the power wave when the output level is lower than the target value. I do.
  • the failure diagnosis unit 124 determines that the electric power wave transmission unit 10 or the vehicle top 13 which is the load has failed. , And sends a signal notifying the upper device 2 of the failure.
  • the information wave receiving unit 11 receives the information wave transmitted by the ground element 3 of the terrestrial communication device by the on-board element 13.
  • the information wave receiving unit 11 demodulates this information wave and transmits it as an information wave telegram to the host device 2.
  • the deterioration diagnosis unit 14 acquires a command value (hereinafter referred to as “feedback command value 126”) such as a power wave gain command output by the feedback unit 12.
  • the deterioration diagnosing unit 14 uses the feedback command value 126 itself, feedback information calculated from the feedback command value 126, information as to whether or not the feedback command value 126 exceeds a deterioration determination threshold, and a change with time of the feedback command value 126.
  • the deterioration diagnosis information and the like estimated from the above are transmitted to the information wave receiving unit 11 as deterioration information (information indicating a failure sign) of the power wave transmission system.
  • the information wave receiving unit 11 attaches an "identifier such as a flag indicating deterioration information" to the deterioration information received from the deterioration diagnosis unit 14, and sets the same transmission path as the information wave telegram of the information wave received from the on-board child 13. It is used to transmit to the host device 2.
  • an "identifier such as a flag indicating deterioration information”
  • FIG. 2 is a block diagram showing a detailed configuration of each part of the on-board communication device.
  • the power wave transmission unit 10 controls the power wave frequency setting and output ON/OFF according to the power wave transmission command of the higher-level device 2, and the power wave control unit 101 controls the power wave control unit 101.
  • the DDS 102 Direct Digital Synthesizer
  • the preamplifier 103 that amplifies the sine wave signal of the DDS 102
  • the output of the preamplifier 103 are attenuated to adjust the level according to the feedback command value 126.
  • the information wave receiving unit 11 converts the output of the bandpass filter 114 that removes unnecessary frequencies of the information wave received from the vehicle carrier 13, the preamplifier 113 that amplifies the output of the bandpass filter 114, and the output of the preamplifier 113 into a digital signal.
  • A/D converter 112 and an information wave control unit 111 that decodes the converted digital signal and sends it to the higher-level device 2 as an information wave message.
  • an insulating transformer 15 and a balanced/unbalanced transformer 15 are provided between the power wave transmitting unit 10 and the upper rotor 13 and between the information wave receiving unit 11 and the upper rotor 13, respectively. ..
  • the feedback unit 12 measures the output current of the power wave transmission unit 10 and outputs a power wave monitor signal corresponding to the power wave level, and an A/W that converts the output of the power wave monitor 123 into a digital signal.
  • a level control unit that outputs a feedback command value 126 for increasing the attenuation of the variable attenuator 104 when the D converter 112 and the digitally converted power wave monitor signal are higher than the target value and decreasing the attenuation when the signal is lower than the target value.
  • 121 and a D/A converter 125 that converts the feedback command value 126 into an analog signal.
  • the failure diagnosis unit 124 determines that the power wave transmission unit 10 has failed, and sends a signal to the upper level device 2 to notify the detection of the failure. ..
  • the deterioration diagnosis unit 14 acquires the same signal as the feedback command value 126 that controls the variable attenuator 104 from the level control unit 121.
  • the deterioration diagnosis unit 14 attaches an identifier indicating that to the deterioration information based on the feedback command value 126, and outputs the deterioration information to the information wave control unit 111.
  • the information wave control unit 111 preferentially transmits the information wave telegram of the information wave received from the on-board child 13 to the higher-level device 2, and when the information wave is not received from the on-board child 13, the deterioration diagnosis unit 14 sends the information wave.
  • the deterioration information is transmitted to the host device 2.
  • the upper level device 2 can grasp the deterioration status of the power wave transmission system of the on-board communication device 1 based on the deterioration information received via the information wave control unit 111.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram for comparatively explaining the secular change of the power wave level and the secular change of the feedback command value.
  • the power wave level is stably maintained in the specified range by feedback control. Therefore, the power wave level goes out of the specified range only when an abnormality that cannot be covered by the feedback control occurs. Therefore, it is difficult for the failure diagnosis unit 124 to detect a sign of failure such as natural deterioration only by monitoring the power wave level.
  • the failure diagnosis unit 124 detects an abnormality in the electric power wave level, it is necessary to deal with the failure (such as replacement of the on-board communication device 1), which hinders the operation of the railway train.
  • the feedback command value 126 gradually changes to compensate for a gradual deterioration phenomenon such as a decrease in the transmission efficiency of the power wave. Therefore, the deterioration diagnosis unit 14 of the first embodiment monitors the information based on the feedback command value 126, so that even in a situation where the power wave level is stabilized by the feedback control, deterioration that may occur in the power wave transmission system, etc. The sign of failure can be grasped.
  • the deterioration diagnosis unit 14 outputs the feedback command value 126 itself or feedback information calculated from the feedback command value 126 as deterioration information.
  • the deterioration diagnosis unit 14 makes a deterioration judgment when the feedback command value 126 exceeds a predetermined deterioration judgment threshold value, and outputs the deterioration judgment result as deterioration information.
  • the deterioration diagnosis unit 14 accumulates information based on the feedback command value 126 as a history and outputs the deterioration information when a change in the feedback command value 126 is detected.
  • the deterioration diagnosis unit 14 estimates the progress of deterioration based on the change over time of the feedback command value 126, and outputs the estimation result as deterioration information.
  • the sign of a failure in the power wave transmission system can be detected based on the feedback command value 126.
  • the deterioration diagnosis unit 14 detects a sign of a failure before the failure diagnosis unit 124 detects a failure. Therefore, maintenance such as replacement of the device can be performed before the failure, and thus the railway vehicle Improves the operating rate.
  • the deterioration diagnosis unit 14 transmits the feedback command value 126 itself or feedback information calculated from the feedback command value to the higher-level device 2 as deterioration information. Therefore, in the host device 2 or the vehicle management center beyond that, it is possible to detect a sign of a failure in the power wave transmission system based on the feedback command value 126 itself or the feedback information.
  • the deterioration diagnosis unit 14 determines whether the feedback command value exceeds the deterioration determination threshold value, and outputs that the feedback command value exceeds the deterioration determination threshold value as deterioration information. Therefore, the host device 2 and the control center of the vehicle beyond it do not receive the deterioration information in an unnecessary and urgent situation where the deterioration has not progressed, and receive the deterioration information in a situation where the deterioration has progressed to some extent. As a result, there is an advantage that the burden of maintenance management is reduced in the host device 2 and the vehicle management center beyond it.
  • the deterioration diagnosis unit 14 accumulates information based on the feedback command value 126 as a history and outputs the deterioration information at the time when the change in the feedback command value 126 is detected. Therefore, the host device 2 and the control center of the vehicle beyond it do not receive the deterioration information in an unnecessary and urgent situation where the deterioration has not progressed, and receive the deterioration information in a situation where the deterioration has progressed to some extent. As a result, there is an advantage that the burden of maintenance and management is reduced in the host device 2 and the vehicle management center beyond that.
  • the deterioration diagnosis unit 14 estimates the progress of deterioration based on the change over time of the feedback command value 126 and outputs it as deterioration information. Therefore, the host device 2 and the vehicle management center beyond it do not need to estimate the progress of deterioration. As a result, there is an advantage that the burden of maintenance and management is reduced in the host device 2 and the vehicle management center beyond that.
  • the information wave receiving unit 11 transmits the deterioration information to the host device 2 using the same transmission path as the information wave telegram. Therefore, wiring for a new transmission path becomes unnecessary, and it becomes possible to reduce the circuit scale and eliminate the need for circuit change.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating the on-vehicle communication device according to the second embodiment.
  • the on-vehicle communication device 1 includes a simulated information wave transmission unit 16 in addition to the configuration described in the first embodiment (FIG. 1).
  • the on-board element 13 is a power wave transmitter 131 for transmitting the power wave to the ground element, a power wave monitoring antenna 132 for monitoring the transmission status of the power wave, and an information wave for receiving the information wave from the ground element.
  • An information wave receiver 133 and a simulated information wave transmitter 134 for transmitting a simulated information wave from the vehicle are provided.
  • the same reference number as Example 1 (FIG. 1) is attached
  • the higher-level device 2 gives the simulated information wave transmitting unit 16 an instruction for an information wave reception status test.
  • the simulated information wave transmitter 16 gives the simulated information wave transmitter 134 a simulated information wave that simulates the information wave from the ground element, in consideration of the timing when the information wave receiver 11 does not receive the information wave.
  • the simulated information wave transmitter 134 sends the simulated information wave to the information wave receiver 133.
  • the information wave receiving unit 11 has a reception status, reception level, frequency information, phase information, waveform distortion information, attenuation amount, noise amount, and signal-to-noise ratio (S / N) for the simulated information wave received by the information wave receiver 133.
  • S / N signal-to-noise ratio
  • Carrier-to-noise ratio (C / N) decoding information amount, code error rate, sideband wave amount, modulation amount, harmonic component amount, etc. are detected as information that is the basis of deterioration diagnosis, and deterioration of the information wave receiving system Information.
  • the information wave receiving unit 11 assigns an identifier to that effect to the deterioration information of the reception system of the information wave, and transmits it to the higher-level device 2 using the same transmission path as the information wave message.
  • the power wave monitoring antenna 132 receives a part of the power wave transmitted from the power wave transmitter 131 and outputs it to the deterioration diagnosis unit 14.
  • the deterioration diagnosis unit 14 detects the reception level of the power wave by the power wave monitoring antenna 132 and its change as information on the deterioration of the power wave transmission system. For example, the deterioration diagnosis unit 14 detects the deterioration of the power wave transmission system based on the difference change between the signal level of the power wave input to the on-board element and the reception level of the power wave by the power wave monitoring antenna 132. And outputs it as a kind of deterioration information.
  • the simulated information wave transmitter 16 sends the simulated information wave from the simulated information wave transmitter 134, and the information wave receiver 11 receives the simulated information wave by way of the information wave receiver 133.
  • the deterioration status (or failure status) of the reception system can be detected.
  • the deterioration diagnosis unit 14 determines the power wave transmission system based on the change in the difference between the signal level of the power wave input to the vehicle top and the reception level of the power wave by the power wave monitoring antenna. Outputs the deterioration status (or failure status). Therefore, it is possible to detect a deterioration phenomenon such as a decrease in the reception level of the power wave monitoring antenna 132, even though the signal level of the power wave input to the train car is sufficient.
  • the deterioration diagnosis unit 14 monitors a part of the power wave via the power wave monitoring antenna 132 to detect the deterioration status (or failure status) of the power wave transmission system. You can
  • PLD program logic device
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating the on-vehicle communication device according to the third embodiment.
  • the on-vehicle communication device 1 includes a PLD 17.
  • the PLD 17 includes a deterioration diagnosis unit 14, a level control unit 121 which is at least a part of the feedback unit 12, an information wave control unit 111 which is at least a part of the information wave reception unit 11, and a failure diagnosis unit 124.
  • a circuit configured by describing the program logic of and is implemented. Since the other configurations are the same as those of the first embodiment (FIG. 2), duplicate description here will be omitted.
  • Example 3 has the following effects in addition to the effects of Example 1 described above.
  • the present invention can be easily and inexpensively introduced into the conventional on-board communication device by simply replacing the PLD of the on-board communication device including the components other than the deterioration diagnosis unit 14 with the PLD 17 of the third embodiment. Become.
  • the program logic that realizes the deterioration diagnosis unit 14 to the PLD of the on-vehicle communication device including the components other than the deterioration diagnosis unit 14, the conventional vehicle can be used.
  • the present invention can be easily and inexpensively introduced into the upper communication device.
  • the fourth embodiment for acquiring the deterioration information at the timing of turning on (starting) the power of the onboard communication device.
  • the device configuration of the fourth embodiment any of the device configurations of the first to third embodiments can be adopted, and thus the duplicate description of the configuration of the fourth embodiment will be omitted.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a startup sequence of the on-board communication device according to the fourth embodiment. Hereinafter, description will be given along the step numbers shown in FIG.
  • Step S101 The on-board communication device 1 performs an initialization process in response to power-on. After the completion of the initialization process, the feedback unit 12 starts the feedback control for transmitting the power wave.
  • Step S102 The failure diagnosis unit 124 acquires information on the power wave level from the feedback unit 12.
  • Step S103 The failure diagnosis unit 124 determines whether or not the power wave level is within the specified range defined by the feedback control. If the power wave level falls within the specified range, the failure diagnosis unit 124 shifts the operation to step S105. On the other hand, when the power wave level deviates from the specified range, the failure diagnosis unit 124 shifts the operation to step S104.
  • Step S104 The failure diagnosis unit 124 stops the operation of the on-board communication device 1 for the purpose of fail-safe because the power wave level is out of the specified range despite the feedback control. Further, the failure diagnosis unit 124 stops the operation signal (clock) transmitted from the on-board communication device 1 to the host device 2. By stopping this operation signal (clock), the host device 2 detects the operation stop (failure occurrence) of the on-board communication device 1, and further notifies the host monitoring center or the like of the maintenance request for the on-board communication device 1. As a result, the series of startup sequences is interrupted here.
  • Step S105 Since the power wave level falls within the specified range, the failure diagnosis unit 124 continues the startup sequence. Subsequently, the deterioration diagnosis unit 14 determines whether or not the power wave level is in a stable state, based on the instantaneous fluctuation width of the feedback command value and the like. This is because, when the ground element 3 is close to the on-board element 13, the power wave level and the feedback command value 126 change instantaneously, which is not suitable for detecting deterioration information during that period. If the power wave level is fluctuating, the deterioration diagnosis unit 14 waits for the operation until the ground element 3 separates from the car top 13 and the power wave level becomes stable. On the other hand, when the power wave level is in a stable state, the deterioration diagnosis unit 14 shifts the operation to step S106.
  • Step S106 The deterioration diagnosis unit 14 acquires information on the feedback command value 126 from the feedback unit 12.
  • the deterioration diagnosis unit 14 generates deterioration information based on the feedback command value 126 and outputs the deterioration information to the information wave receiving unit 11.
  • Step S107 The information wave receiving unit 11 transmits the deterioration information based on the feedback command value 126 to the higher-level device 2 using the transmission path of the information wave message.
  • Step S108 The on-board communication device 1 transmits the completion of the activation sequence to the host device 2. When the series of startup sequences described above is completed, the operation is shifted to the normal operation of the railway vehicle R.
  • Example 4 In Example 4, in addition to the effects of Examples 1 to 3 described above, the following effects are exhibited.
  • deterioration information is detected when the on-board communication device 1 is activated and transmitted to the host device 2. Therefore, the transmission timing of the deterioration information does not overlap with the reception timing of the information wave or the transmission timing of the information wave telegram. Therefore, it is possible to eliminate the risk that the timing of transmitting the information wave message of the information wave to the higher-level device 2 is delayed or the reception of the information wave fails. Therefore, even if the operation of deterioration diagnosis is newly added, the operation of the train is not easily disturbed.
  • the deterioration information can be obtained each time the onboard communication device 1 is activated. Normally, the railway vehicle R repeats power-off and power-on once every operating day. Therefore, the deterioration information can be obtained once every operating day. Since the signs of failure such as deterioration change little by little over a long period of time, it can be said that the acquisition cycle of deterioration information is sufficient once a day.
  • deterioration information is acquired at a timing instructed from the outside and the deterioration information is further notified into the rack of the railway vehicle R.
  • FIG. 7 is a diagram showing the on-vehicle communication device 1 in the fifth embodiment.
  • the deterioration information request signal 18 is transmitted from the host device 2 or the like to the deterioration diagnosis unit 14. Further, from the deterioration diagnosis unit 14, a switching signal for lighting display is transmitted to the in-rack display 19. Note that other configurations are the same as those in the first embodiment (FIG. 1), and thus redundant description will be omitted here.
  • the deterioration diagnosis unit 14 detects the deterioration information and transmits it to the higher-level device 2 in response to a request from the deterioration information request signal 18 at any time. Further, when the deterioration diagnosis unit 14 determines deterioration (a sign of failure) based on the deterioration information, the display (LED or the like) indicating the deterioration of the in-rack display 19 is switched to an alarm state such as lighting or blinking.
  • Example 5 has the following effects in addition to the effects of Example 1 described above.
  • deterioration information can be acquired at any time at the timing of the deterioration information request signal 18 given from the outside. Therefore, since deterioration information can be acquired at any time according to the maintenance work of the railway vehicle R, deterioration (a sign of failure) is detected at the same timing as the maintenance work, and the on-board communication device 1 and the like are replaced and maintained. It becomes possible to do.
  • the deterioration detection can be notified to the outside of the onboard communication device 1. Therefore, it is possible to urge the operator and maintenance worker of the railway vehicle R to replace the on-board communication device 1 in a timely manner, so that the operation efficiency of the railway vehicle R is improved.
  • the present invention is not limited to the above-mentioned examples, and includes various modifications.
  • the above-described first to fifth embodiments have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of a certain embodiment can be combined with the configuration of another embodiment.
  • the deterioration diagnosis unit 14 outputs deterioration information based on the feedback command value 126.
  • the deterioration diagnosis unit 14 may output the deterioration information based on the feedback command value 126 in cooperation with the deterioration estimation function of the information wave control unit 111, an external device, or the like.
  • the configuration of the DDS 102, the variable attenuator 104, the power wave monitor 123, the A / D converter 112, the D / A converter 125 and the like shown in the above-described embodiment (see FIG. 2) is one of the means.
  • the invention is not limited to these configurations.
  • a crystal oscillator and a low-pass filter may be used to generate a sine wave, or the power wave voltage may be divided without using the power wave monitor 123 and input to the A/D converter.
  • the preamplifier 103, preamplifier 113, main amplifier 105, lowpass filter 106, bandpass filter 114, and transformer 15 shown in the above-described embodiment (see FIG. 2) may be deleted if unnecessary.
  • a signal conversion circuit, a filter, etc. may be added if necessary.
  • deterioration diagnosis unit 14 detects the level information of the information wave output by the information wave transmission circuit to perform deterioration diagnosis. May be performed and output as deterioration information of the transmission system or the transmission system of the information wave.
  • part of the power wave control unit 101 or the information wave control unit 111 may be mounted outside the PLD 17, or the A/D converter 112 may be provided inside the PLD 17.
  • the activation sequence of the on-board communication device 1 shown in FIG. 6 has been described, but the present invention is not limited to this.
  • deterioration diagnosis is performed at a timing when an information wave is not received, and deterioration information is transmitted to the higher-level device 2, so that the information wave receiving unit 11 transmits information to the higher-level device 2. It is possible to avoid the competition of (information wave telegram of information wave and deterioration information).
  • the deterioration information request signal 18 is transmitted from the higher-level device 2 to the deterioration diagnosis unit 14, but the present invention is not limited to this.
  • the deterioration information request signal 18 may be transmitted from the host device 2 to the deterioration diagnosis unit 14 via the power wave transmission unit 10.
  • the deterioration information request signal (18) may be transmitted from the higher-level device 2 to the information wave receiving unit 11.
  • the deterioration diagnosis unit 14 may notify the deterioration information to an external maintenance management device or the like by using a wireless signal or a wired signal. Further, for example, the host device 2 may be provided with these display functions. Further, the deterioration diagnosis unit 14 may transmit deterioration information to a specific ground element 3 via the on-board element 13.
  • the deterioration diagnosis unit 14 may quickly detect an acute deterioration phenomenon as a sign of failure by destabilizing, changing, or oscillating the feedback command value 126. As a result, it is possible to diagnose a sign of failure before the power wave level cannot be feedback-controlled in a short period of time and the failure occurs.
  • the deterioration information is output based on the absolute level of the feedback command value 126, but the present invention is not limited to this.
  • the deterioration diagnosis unit 14 obtains a difference (a margin for feedback control) between the limit value of the feedback command value 126 capable of feedback control and the feedback command value 126, and outputs deterioration information based on the margin for the feedback control. May be.
  • the logic part of the onboard communication device is implemented by the program logic device, but the present invention is not limited to this.
  • the logical part of the on-board communication device may be realized by a computer system including a CPU (Central Processing Unit), a memory, and the like.
  • CPU Central Processing Unit
  • this hardware executes a program for deterioration diagnosis, various deterioration diagnosis functions in the present invention are realized.
  • Part or all of this hardware may be replaced with a DSP (Digital Signal Processor), FPGA (Field-Programmable Gate Array), GPU (Graphics Processing Unit), or the like.
  • DSP Digital Signal Processor
  • FPGA Field-Programmable Gate Array
  • GPU Graphics Processing Unit
  • a part or all of the hardware is centralized or distributed in a server on a network and arranged in a cloud, and a plurality of on-board communication devices (or host devices) are subjected to various types of deterioration in the present invention via a wired or wireless network.
  • the diagnostic functions may be shared.
  • R... Railway vehicle 1... On-board communication device, 2... Host device, 10... Power wave transmitting unit, 11... Information wave receiving unit, 12... Feedback unit, 13... Car train, 14... Deterioration diagnosis unit, 15... Transformer, 16 ... Simulated information wave transmitter, 17 ... Program logic device (PLD), 18 ... Deterioration information request signal, 19 ... Rack display, 101 ... Power wave control unit, 102 ... DDS, 103 ... Preamplifier, 104 ... Variable Attenuator, 105 ... main amplifier, 106 ... low pass filter, 111 ... information wave control unit, 112 ... A / D converter, 113 ... preamplifier, 114 ... band pass filter, 121 ... level control unit, 123 ... power wave monitor, 124 ... Fault diagnosis unit, 125... D/A converter, 126... Feedback command value, 131... Power wave transmitter, 132... Power wave monitoring antenna, 133... Information wave receiver, 134... Simulated information wave transmitter

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Abstract

本発明は、車上通信装置の故障の予兆を検出する技術を提供する。そのため、本発明の代表的な車上通信装置の一つは、車両に搭載して鉄道軌道上に設置した地上子に対して電力波の送信および情報波の受信を行う車上通信装置であって、電力波を生成する電力波送信部と、電力波送信部が生成する電力波を地上子に送信して地上子が送信する情報波を受信する車上子と、電力波の出力を検出して規定の出力に安定させるフィードバック部と、フィードバック部のフィードバック指令値に基づく情報を、故障の予兆を示す情報（以下「劣化情報」）として出力する劣化診断部とを備える。

Description

車上通信装置および鉄道車両
　本発明は、車上通信装置および鉄道車両に関する。
　車両に搭載された車上通信装置の車上子は、路上に設置された地上通信装置の地上子との間で情報波の送受信を行う。地上子から得た車両の速度制限や位置情報などのデータは、車両運行上の制御などに用いられる。
　地上通信装置は、地上から電力が給電される有電源地上通信装置と、車上通信装置から送信される電力波によって給電され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、電力波とは異なる周波数で情報波の送受信を行う。
　ここで、無電源地上通信装置を起動して確実に通信するためには、車上子から地上子に向け安定した電力を送信することが必要になる。しかしながら、装置に予期せぬ故障が生じた場合、車上子から送信される電力波が規定範囲外になりうる。そこで、車上子の電力波が規定範囲にあることを監視する機能を備えることがある。
　例えば、特許文献１には「車上子に伝送される電力波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電力波レベル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を行う」ことと、「電力波モニタの出力値が規定範囲外か否かを判定する」ことが記載されている。
特開２０１７－１９５４８６号公報
　特許文献１では、電力波レベルが規定範囲を外れる際に、故障を検出する。
　しかし、特許文献１では、電力波レベルをフィードバックして電力波の出力レベルを調整するため、電力波レベルは規定範囲に保たれる。そのため、フィードバック制御でカバーできない故障が発生して初めて、電力波レベルが規定範囲を外れることになる。したがって、電力波レベルの異常検知時には、故障した装置を交換しなければならず、運行に故障をきたす可能性がある。
　そこで、本発明は、車上通信装置の故障の予兆を検出する技術を提供する。
　本発明の代表的な車上通信装置の一つは、鉄道軌道上に設置した地上子に対して電力波の送信および情報波の受信を行う車上通信装置であって、電力波を生成する電力波送信部と、電力波送信部が生成する電力波を地上子に送信して地上子が送信する情報波を受信する車上子と、電力波の出力を検出して規定の出力に安定させるフィードバック部と、フィードバック部のフィードバック指令値に基づく情報を、故障の予兆を示す情報（以下「劣化情報」）として出力する劣化診断部とを備える。
　本発明によれば、車上通信装置の故障の予兆を検出することが可能になる。
　上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
図１は、実施例１における車上通信装置を示すブロック図である。 図２は、車上通信装置の各部の詳細構成を示すブロック図である。 図３は、電力波レベルの経年変化と、フィードバック指令値の経年変化とを比較説明する説明図である。 図４は、実施例２における車上通信装置を示すブロック図である。 図５は、実施例３における車上通信装置を示すブロック図である。 図６は、実施例４における車上通信装置の起動シーケンスを示す流れ図である。 図７は、実施例５における車上通信装置を示すブロック図である。
　以下、本発明の実施形態として、図を参照しつつ詳細に説明を行う。
　図１は、鉄道車両Ｒに搭載される車上通信装置を示すブロック図である。
　鉄道車両Ｒは、車上通信装置１と、上位装置２とを備える。
　車上通信装置１は、電力波送信部１０、情報波受信部１１、フィードバック部１２、車上子１３、劣化診断部１４、および故障診断部１２４を備える。
　電力波送信部１０は、上位装置２の電力波送信命令に応じて電力波を生成する。生成された電力波は、車上子１３を介して、地上通信装置の地上子３に送出される。このとき、フィードバック部１２は、電力波送信部１０の出力レベルを監視し、出力レベルが目標値より高い場合に電力波のゲインを抑制し、低い場合に電力波のゲインを増加させるようフィードバック制御を行う。
　故障診断部１２４は、フィードバック部１２の制御にもかかわらず、電力波の出力レベルが規定範囲を外れた場合は、電力波送信部１０または負荷である車上子１３が故障したと判断して、上位装置２に故障を報せる信号を送信する。
　情報波受信部１１は、地上通信装置の地上子３が送信する情報波を車上子１３で受信する。情報波受信部１１は、この情報波を復調し、情報波電文として上位装置２に伝達する。
　劣化診断部１４は、フィードバック部１２が出力する電力波のゲイン指令などの指令値（以下「フィードバック指令値１２６」という）を取得する。劣化診断部１４は、このフィードバック指令値１２６そのもの、またはフィードバック指令値１２６から算出されるフィードバック情報や、フィードバック指令値１２６が劣化判定閾値を超えるか否かの情報や、フィードバック指令値１２６の経時変化から推定される劣化診断情報などを、電力波の送信系統の劣化情報（故障の予兆を示す情報）として情報波受信部１１に伝達する。
　情報波受信部１１は、劣化診断部１４から受信する劣化情報に「劣化情報を示すフラグなどの識別子」を付けて、車上子１３から受信する情報波の情報波電文と同一の送信経路を用いて上位装置２に送信する。
　図２は、車上通信装置の各部の詳細構成を示すブロック図である。
　電力波送信部１０は、上位装置２の電力波送信命令に応じて電力波の周波数設定および出力ＯＮ／ＯＦＦを制御する電力波制御部１０１と、電力波制御部１０１の制御を受けて電力波の元となる正弦波信号を生成するＤＤＳ１０２（Ｄｉｒｅｃｔ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ）と、ＤＤＳ１０２の正弦波信号を増幅するプリアンプ１０３と、プリアンプ１０３の出力を減衰して、フィードバック指令値１２６に応じたレベル調整を行う可変アッテネータ１０４と、可変アッテネータ１０４でレベル調整した電力波を電力増幅するメインアンプ１０５と、メインアンプの出力波形の歪みを除去するローパスフィルタ１０６とで構成される。
　情報波受信部１１は、車上子１３から受信する情報波の不要周波数を除去するバンドパスフィルタ１１４と、バンドパスフィルタ１１４の出力を増幅するプリアンプ１１３と、プリアンプ１１３の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１１２と、変換したデジタル信号を復号して情報波電文として上位装置２に送信する情報波制御部１１１とで構成される。
　また、電力波送信部１０と車上子１３との間、および情報波受信部１１と車上子１３との間には、絶縁用および平衡／不平衡の変換用のトランス１５がそれぞれ設けられる。
　フィードバック部１２は、電力波送信部１０の出力電流を測定し、電力波レベルに応じた電力波モニタ信号を出力する電力波モニタ１２３と、電力波モニタ１２３の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ１１２と、デジタル変換された電力波モニタ信号が目標値より高い場合に可変アッテネータ１０４の減衰量を増加し、低い場合に減衰量を減少させるためのフィードバック指令値１２６を出力するレベル制御部１２１と、フィードバック指令値１２６をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ１２５とで構成される。
　また、故障診断部１２４は、デジタル変換した電力波モニタ信号が規定範囲を超えた場合に、電力波送信部１０が故障したと判断し、上位装置２に故障の検出を報せる信号を送信する。
　一方、劣化診断部１４は、可変アッテネータ１０４をコントロールするフィードバック指令値１２６と同じ信号をレベル制御部１２１から取得する。劣化診断部１４は、フィードバック指令値１２６に基づく劣化情報にその旨を示す識別子を付けて、情報波制御部１１１に出力する。
　情報波制御部１１１は、車上子１３から受信する情報波の情報波電文を優先して上位装置２に送信し、車上子１３から情報波を受信していない時に劣化診断部１４からの劣化情報を上位装置２に送信する。
　上位装置２は、情報波制御部１１１を介して受信する劣化情報に基づき、車上通信装置１の電力波の送信系統の劣化状況の把握が可能になる。
　ここで、劣化診断部１４と故障診断部１２４との動作の違いについて説明する。
　図３は、電力波レベルの経年変化と、フィードバック指令値の経年変化とを比較説明する説明図である。
　図３の上段［Ａ］に示すように、電力波レベルは、フィードバック制御により規定範囲を安定して維持する。そのため、フィードバック制御でカバーできない異常が発生して初めて、電力波レベルは規定範囲を外れる。そのため、故障診断部１２４が、電力波レベルを監視するだけでは、自然劣化などの故障の予兆を検知することは難しい。故障診断部１２４が、電力波レベルの異常を検知した時点では、故障対応（車上通信装置１の交換など）が必要になるため、鉄道列車の運行に支障が生じる。
　それに対し、図３の下段［Ｂ］に示すように、フィードバック指令値１２６は、電力波の送信効率の低下などの緩やかな劣化現象を補うために値が徐々に変化する。そのため、実施例１の劣化診断部１４が、フィードバック指令値１２６に基づく情報を監視することで、電力波レベルがフィードバック制御により安定化された状況においても、電力波の送信系統に生じる劣化などの故障の予兆を把握することができる。
　例えば、劣化診断部１４は、フィードバック指令値１２６そのものや、フィードバック指令値１２６から算出されるフィードバック情報を劣化情報として出力する。
　また例えば、劣化診断部１４は、フィードバック指令値１２６が予め定めた劣化判定閾値を超えた時に劣化判定を行い、劣化判定の結果を劣化情報として出力する。
　また例えば、劣化診断部１４は、フィードバック指令値１２６に基づく情報を履歴として蓄積して、フィードバック指令値１２６の変化を検出した時点で劣化情報を出力する。
　また例えば、劣化診断部１４は、フィードバック指令値１２６の経時変化に基づいて、劣化の進行状況を推定し、推定結果を劣化情報として出力する。
［実施例１の効果］
（１）実施例１では、フィードバック指令値１２６に基づいて、電力波の送信系統の故障の予兆を検出することができる。
（２）実施例１では、故障診断部１２４が故障を検出する前に、劣化診断部１４が故障の予兆を検出するため、故障する前に装置を交換するなどの保守が可能となり、鉄道車両の稼働率が向上する。
（３）実施例１では、劣化診断部１４が、フィードバック指令値１２６そのもの、またはフィードバック指令値から算出されるフィードバック情報を、劣化情報として上位装置２に送信する。そのため、上位装置２やその先の車両の管理センタでは、フィードバック指令値１２６そのもの、またはフィードバック情報に基づいて電力波の送信系統における故障の予兆を検出することが可能になる。
（４）実施例１では、劣化診断部１４は、フィードバック指令値が劣化判定閾値を超えるか否かを判定し、フィードバック指令値が劣化判定閾値を超えたことを劣化情報として出力する。そのため、上位装置２やその先の車両の管理センタは、劣化が進んでいない不要不急の状況では劣化情報を受け取らなくなり、劣化がある程度進んだ状況で劣化情報を受け取るようになる。その結果、上位装置２やその先の車両の管理センタでは、保守管理の負担が少なくなるという利点がある。
（５）実施例１では、劣化診断部１４は、フィードバック指令値１２６に基づく情報を履歴として蓄積して、フィードバック指令値１２６の変化を検出した時点で劣化情報を出力する。そのため、上位装置２やその先の車両の管理センタは、劣化が進んでいない不要不急の状況では劣化情報を受け取らなくなり、劣化がある程度進んだ状況で劣化情報を受け取るようになる。その結果、上位装置２やその先の車両の管理センタでは、保守管理の負担が少なくなるという利点がある。
（６）実施例１では、劣化診断部１４は、フィードバック指令値１２６の経時変化に基づいて、劣化の進行状況を推定して劣化情報として出力する。そのため、上位装置２やその先の車両の管理センタは、劣化の進行状況を推定する必要がなくなる。その結果、上位装置２やその先の車両の管理センタでは、保守管理の負担が少なくなるという利点がある。
（７）実施例１では、情報波受信部１１は、劣化情報を、情報波電文と同一の送信経路を用いて上位装置２に送信する。そのため、新たな送信経路のための配線が不要となり、回路規模の縮小および回路変更の不要化を図ることが可能になる。
　次に、電力波の送出系統の劣化診断と、情報波の受信系統の劣化診断とを行う実施例２について説明する。
　図４は、実施例２における車上通信装置を示すブロック図である。
　同図において、車上通信装置１は、実施例１(図１）で述べた構成に加えて、模擬情報波送信部１６を備える。さらに、車上子１３は、電力波を地上子に送出するための電力波送信子１３１、電力波の送出状況を監視するための電力波モニタリングアンテナ１３２、地上子から情報波を受信するための情報波受信子１３３、および車上から模擬情報波を送出するための模擬情報波送信子１３４を備える。
　なお、その他構成については、実施例１（図１）と同じ参照番号を付与して、ここでの重複説明を省略する。
　上位装置２は、模擬情報波送信部１６に、情報波の受信状況テストの指示を与える。模擬情報波送信部１６は、情報波受信部１１が情報波を受信しないタイミングを見計らって、地上子からの情報波を模擬する模擬情報波を模擬情報波送信子１３４に与える。模擬情報波送信子１３４は、模擬情報波を情報波受信子１３３へ送出する。
　情報波受信部１１は、情報波受信子１３３が受信した模擬情報波について、受信状況、受信レベル、周波数情報、位相情報、波形歪情報、減衰量、ノイズ量、信号ノイズ比（Ｓ／Ｎ）、搬送波対雑音比（Ｃ／Ｎ）、復号情報量、符号誤り率、側帯波量、変調量、高調波成分量などの劣化診断の基となる情報として検出し、情報波の受信系統の劣化情報とする。
　情報波受信部１１は、情報波の受信系統の劣化情報に対してその旨の識別子を付与し、情報波電文と同一の送信経路を用いて、上位装置２に送信する。
　さらに、電力波モニタリングアンテナ１３２は、電力波送信子１３１から送信される電力波の一部を受信し、劣化診断部１４に出力する。
　劣化診断部１４は、電力波モニタリングアンテナ１３２による電力波の受信レベルやその変化を、電力波の送出系統の劣化に関する情報として検出する。例えば、劣化診断部１４は、車上子に入力する電力波の信号レベルと、電力波モニタリングアンテナ１３２による電力波の受信レベルとの差分変化に基づいて、電力波の送出系統の劣化を検出して劣化情報の一種として出力する。
　劣化診断部１４で検出された、電力波の送出系統の劣化情報に対してその旨の識別子を付与し、情報波電文と同一の送信経路を用いて、上位装置２に送信する。
　なお、その他動作については、実施例１と同じため、ここでの重複説明を省略する。
［実施例２の効果］
　実施例２は、上述した実施例１の効果に加えて、次の効果を奏する。
（１）実施例２では、模擬情報波送信部１６が模擬情報波を模擬情報波送信子１３４から送出し、情報波受信子１３３を介して情報波受信部１１が受信することにより、情報波の受信系統の劣化状況（または障害状況）を検出することができる。
（２）実施例２では、劣化診断部１４は車上子に入力する電力波の信号レベルと、電力波モニタリングアンテナによる電力波の受信レベルとの差分変化に基づいて、電力波の送出系統の劣化状況（または障害状況）を出力する。したがって、車上子に入力する電力波の信号レベルが十分であるにもかかわらず、電力波モニタリングアンテナ１３２の受信レベルが小さくなるなどの劣化現象を検出することが可能になる。
（３）実施例２では、電力波モニタリングアンテナ１３２を介して、劣化診断部１４が電力波の一部をモニタリングすることにより、電力波の送出系統の劣化状況（または障害状況）を検出することができる。
　次に、プログラムロジックデバイス（以下「ＰＬＤ」という）に車上通信装置の論理部分を実装する実施例３を説明する。
　図５は、実施例３における車上通信装置を示すブロック図である。
　同図において、車上通信装置１は、ＰＬＤ１７を備える。
　このＰＬＤ１７には、劣化診断部１４と、フィードバック部１２の少なくとも一部であるレベル制御部１２１と、および前記情報波受信部１１の少なくとも一部である情報波制御部１１１と、故障診断部１２４とのブログラムロジックを記述して構成された回路が実装される。
　なお、その他の構成は、実施例１(図２）と同じため、ここでの重複説明を省略する。
［実施例３の効果］
　実施例３は、上述した実施例１の効果に加えて、次の効果を奏する。
（１）実施例３では、ＰＬＤ１７の内部に、劣化診断部１４と、劣化診断部１４に対する入出力のデータ経路を全て包含する。そのため、劣化診断部１４を除く構成要素を備えた車上通信装置のＰＬＤを実施例３のＰＬＤ１７に置き換えるだけで、従来の車上通信装置に本発明を容易かつ安価に導入することが可能になる。
（２）また、実施例３では、劣化診断部１４を除く構成要素を備えた車上通信装置のＰＬＤに対して、劣化診断部１４を実現するブログラムロジックを追加するだけで、従来の車上通信装置に本発明を容易かつ安価に導入することも可能になる。
（３）このように実施例３では、従来の車上通信装置のプリント基板の改造や部品追加を必要とせずに、実施例３の車上通信装置１を容易かつ安価に実現することが可能になる。
　次に、車上通信装置の電源投入（起動）のタイミングで劣化情報を取得する実施例４の動作について説明する。
　なお、実施例４の装置構成については、実施例１～３の装置構成のいずれも採用可能でるため、実施例４の構成について重複説明を省略する。
　図６は、実施例４における車上通信装置の起動シーケンスを示す流れ図である。
　以下、同図に示すステップ番号に沿って説明する。
ステップＳ１０１：　電源投入に応じて、車上通信装置１は初期化処理を行う。初期化処理の完了後に、フィードバック部１２は、電力波を送信するためのフィードバック制御を開始する。
ステップＳ１０２：　故障診断部１２４は、フィードバック部１２から電力波レベルを情報取得する。
ステップＳ１０３：　故障診断部１２４は、フィードバック制御により規定される規定範囲に電力波レベルがあるか否かを判定する。電力波レベルが規定範囲に収まる場合、故障診断部１２４はステップＳ１０５に動作を移行する。一方、電力波レベルが規定範囲から外れた場合、故障診断部１２４はステップＳ１０４に動作を移行する。
ステップＳ１０４：　故障診断部１２４は、フィードバック制御にもかかわらず電力波レベルが規定範囲から外れたため、車上通信装置１の動作をフェイルセーフの目的で停止させる。さらに、故障診断部１２４は車上通信装置１から上位装置２に伝達される動作信号（クロック）を停止する。この動作信号（クロック）の停止により、上位装置２は車上通信装置１の動作停止（故障発生）を検知し、さらに上位の監視センターなどに車上通信装置１のメンテナンス要求を通知する。その結果、一連の起動シーケンスはここで中断する。
ステップＳ１０５：　故障診断部１２４は、電力波レベルが規定範囲に収まるため、起動シーケンスを継続する。
　続いて、劣化診断部１４は、電力波レベルが安定状態にあるか否かを、フィードバック指令値の瞬間変動幅などに基づいて判定する。地上子３が車上子１３に近いと、電力波レベルやフィードバック指令値１２６が瞬時変化するため、その期間は劣化情報の検出に適さないためである。もしも、電力波レベルが変動している場合、劣化診断部１４は、地上子３が車上子１３から離れて、電力波レベルが安定するまで動作を待機する。一方、電力波レベルが安定状態にある場合、劣化診断部１４はステップＳ１０６に動作を移行する。
ステップＳ１０６：　劣化診断部１４は、フィードバック部１２からフィードバック指令値１２６を情報取得する。劣化診断部１４は、フィードバック指令値１２６に基づく劣化情報を生成するなどして情報波受信部１１へ出力する。
ステップＳ１０７：　情報波受信部１１は、情報波電文の送信経路を用いて、フィードバック指令値１２６に基づく劣化情報を上位装置２に送信する。
ステップＳ１０８：　車上通信装置１は、起動シーケンスの完了を上位装置２に送信する。
　以上の一連の起動シーケンスを完了すると、鉄道車両Ｒの通常運行に動作を移行する。
［実施例４の効果］
　実施例４は、上述した実施例１～３の効果に加えて、次の効果を奏する。
（１）実施例４では、車上通信装置１の起動時に劣化情報を検出し、上位装置２に送信する。そのため、劣化情報の送信タイミングが、情報波の受信タイミングや、情報波電文の送信タイミングと重なることはない。そのため、情報波の情報波電文を上位装置２に送信するタイミングが遅延したり、情報波の受信に失敗するリスクを排除することができる。そのため、劣化診断の動作を新たに追加しても、電車の運行には支障が生じにくい。
（２）実施例４では、車上通信装置１の起動のたびに劣化情報を得ることができる。通常、鉄道車両Ｒは、運行日ごとに１回の頻度で電源遮断と電源投入を繰り返す。そのため、運行日ごとに１回の頻度で劣化情報を得ることができる。劣化などの故障の予兆は長期にわたり少しずつ変化するため、劣化情報の取得周期は、およそ１日１回で十分といえる。
　次に、外部から指示されるタイミングで劣化情報を取得し、さらに劣化情報を鉄道車両Ｒのラック内に報知する実施例５を説明する。
　図７は、実施例５における車上通信装置１を示す図である。
　上位装置２などから劣化診断部１４へは、劣化情報要求信号１８が伝達される。また、劣化診断部１４からは、ラック内表示１９に対して点灯表示の切替信号が伝達される。
　なお、その他の構成については、実施例１（図１）と同じため、ここでの重複説明を省略する。
　劣化診断部１４は、劣化情報要求信号１８の随時の要求に応じて、劣化情報を検出して上位装置２に送信する。
　また、劣化診断部１４は、劣化情報により劣化（故障の予兆）を判定すると、ラック内表示１９の劣化を示す表示（ＬＥＤなど）を点灯や点滅などの警報状態に切り替える。
［実施例５の効果］
　実施例５は、上述した実施例１の効果に加えて、次の効果を奏する。
（１）実施例５では、外部から与えられる劣化情報要求信号１８のタイミングで、劣化情報を随時に取得することが可能になる。したがって、鉄道車両Ｒの保守作業に合わせたタイミングで、劣化情報を随時に取得できるため、保守作業にタイミングを合わせて劣化（故障の予兆）を検出して、車上通信装置１などを交換保守することが可能になる。
（２）実施例５では、車上通信装置１の外部に対して、劣化検出を通知することが可能になる。そのため、鉄道車両Ｒの運行者や保守作業者に対して、車上通信装置１の交換などを適時に促すことが可能になるため、鉄道車両Ｒの運用効率が高くなる。
［実施形態の補足事項］
　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１～５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組み合わせることも可能である。
　さらに、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。
　なお、上述した実施形態では、劣化診断部１４がフィードバック指令値１２６に基づく劣化情報を出力する。しかしながら、本発明はこれに限定されない。劣化診断部１４は、情報波制御部１１１や外部装置などの劣化推定機能と連携して、フィードバック指令値１２６に基づく劣化情報を出力してもよい。
　また、上述した実施形態（図２参照）に示した、ＤＤＳ１０２、可変アッテネータ１０４、電力波モニタ１２３、Ａ／Ｄコンバータ１１２、Ｄ／Ａコンバータ１２５などの構成は手段の一つであって、本発明はこれらの構成に限定されない。例えば、ＤＤＳ１０２の代わりに水晶発振器とローパスフィルタを用いて正弦波を生成しても良いし、電力波モニタ１２３を介さずに電力波電圧を分圧してＡ／Ｄコンバータに入力しても良い。
　また、上述した実施形態（図２参照）に示したプリアンプ１０３、プリアンプ１１３、メインアンプ１０５、ローパスフィルタ１０６、バンドパスフィルタ１１４、トランス１５は、不要であれば削除しても良い。また、図２に記載した以外に、必要に応じて信号変換回路やフィルタなどを追加しても良い。
　また、上述した実施形態に対して、別の劣化診断の機能をさらに付加してもよい。例えば、車上子１３を介して地上子３に情報波を送信する情報波送信回路を備える場合は、情報波送信回路が出力する情報波のレベル情報を劣化診断部１４で検出して劣化診断を行い、情報波の送信系または送出系の劣化情報として出力してもよい。
　なお、上述した実施形態では、ＰＬＤ１７の内部構成について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電力波制御部１０１や情報波制御部１１１の一部をＰＬＤ１７の外部に実装してもよいし、Ａ／Ｄコンバータ１１２をＰＬＤ１７の内部に備えても良い。
　また、上述した実施形態では、図６に示す車上通信装置１の起動シーケンスについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、車上通信装置１の起動時に限らず、情報波を受信しないタイミングで劣化診断を行い、劣化情報を上位装置２に送信することにより、情報波受信部１１において上位装置２に送信する情報（情報波の情報波電文や、劣化情報）が競合することを回避できる。
　なお、上述した実施形態（図７参照）では、上位装置２から劣化診断部１４に対して劣化情報要求信号１８を送信しているが、本発明はこれに限定されない。例えば、上位装置２から電力波送信部１０を介して劣化診断部１４に劣化情報要求信号１８を送信するようにしてもよい。また、上位装置２から情報波受信部１１に劣化情報要求信号（１８）を送信してもよい。
　さらに、上述した実施形態（図７参照）では、ＬＥＤなどの点灯や点滅により劣化情報を通知する例を説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、劣化診断部１４は、無線信号もしくは有線信号を用いて外部の保守管理装置などに劣化情報を通知してもよい。また例えば、上位装置２にこれらの表示機能を備えてもよい。また、劣化診断部１４は、車上子１３を介して特定の地上子３に劣化情報を送信してもよい。
　なお、上述した実施形態では、故障の予兆として長期の劣化現象を検出するケースについて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、劣化診断部１４は、故障の予兆として急性の劣化現象をフィードバック指令値１２６の不安定化や変化や発振により逸早く検出してもよい。これにより、短期間に電力波レベルをフィードバック制御できなくなって故障する前に、故障の予兆を診断することができる。
　また、上述した実施形態では、フィードバック指令値１２６の絶対レベルに基づいて劣化情報を出力しているが、本発明はこれに限定されない。劣化診断部１４は、フィードバック制御が可能なフィードバック指令値１２６の限界値と、フィードバック指令値１２６との差分（フィードバック制御の余裕分）を求め、このフィードバック制御の余裕分に基づく劣化情報を出力してもよい。
　なお、上述した実施形態（図５参照）では、車上通信装置の論理部分をプログラムロジックデバイスにより実装したが、本発明はこれに限定されない。例えば、車上通信装置の論理部分を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やメモリなどを備えたコンピュータシステムにより実現してもよい。このハードウェアが劣化診断用のプログラムを実行することにより、本発明における各種の劣化診断機能が実現する。このハードウェアの一部または全部については、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などで代替してもよい。また、ハードウェアの一部または全部をネットワーク上のサーバに集中または分散してクラウド配置し、複数の車上通信装置（または上位装置）が有線または無線のネットワークを介して本発明における各種の劣化診断機能を共同使用してもよい。
Ｒ…鉄道車両、１…車上通信装置、２…上位装置、１０…電力波送信部、１１…情報波受信部、１２…フィードバック部、１３…車上子、１４…劣化診断部、１５…トランス、１６…模擬情報波送信部、１７…プログラムロジックデバイス（ＰＬＤ）、１８…劣化情報要求信号、１９…ラック内表示、１０１…電力波制御部、１０２…ＤＤＳ、１０３…プリアンプ、１０４…可変アッテネータ、１０５…メインアンプ、１０６…ローパスフィルタ、１１１…情報波制御部、１１２…Ａ／Ｄコンバータ、１１３…プリアンプ、１１４…バンドパスフィルタ、１２１…レベル制御部、１２３…電力波モニタ、１２４…故障診断部、１２５…Ｄ／Ａコンバータ、１２６…フィードバック指令値、１３１…電力波送信子、１３２…電力波モニタリングアンテナ、１３３…情報波受信子、１３４…模擬情報波送信子

Claims (12)

  1. 　鉄道軌道上に設置した地上子に対して電力波の送信および情報波の受信を行う車上通信装置であって、
    　電力波を生成する電力波送信部と、
    　前記電力波送信部が生成する電力波を前記地上子に送信し、また、前記地上子が送信する情報波を受信する車上子と、
    　前記電力波の出力を検出して規定の出力に安定させるためのフィードバック指令値を前記電力波送信部にフィードバックするフィードバック部と、
    　前記フィードバック部の前記フィードバック指令値に基づく情報を、故障の予兆を示す情報（以下「劣化情報」）として出力する劣化診断部と、
    　を備える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、
    　前記劣化診断部は、
    　　前記フィードバック指令値もしくは前記フィードバック指令値から算出するフィードバック情報を、前記劣化情報として出力する
    　ことを特徴とする車上通信装置。
  3. 　請求項１～２のいずれか１項に記載の車上通信装置において、
    　前記劣化診断部は、
    　　前記フィードバック指令値が劣化判定閾値を超えるか否かを判定し、前記フィードバック指令値が前記劣化判定閾値を超えたことを前記劣化情報として出力する
    　ことを特徴とする車上通信装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の車上通信装置において、
    　前記車上子が受信する情報波を復調して情報波電文を生成し、前記情報波電文を上位装置に送信する情報波受信部を備え、
    　前記情報波受信部は、
    　　前記劣化診断部から出力される前記劣化情報を、前記情報波電文と同一の送信経路を用いて前記上位装置に送信する
    　ことを特徴とする車上通信装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の車上通信装置において、
    　前記車上子は、
    　　模擬情報波を送信する模擬情報波送信部を備え、
    　前記劣化診断部は、
    　　前記車上子による前記模擬情報波の受信に基づく情報を、前記情報波の受信系統の劣化に関する情報として出力する
    　ことを特徴とする車上通信装置。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の車上通信装置において、
    　前記車上子は、
    　　送信された前記電力波の少なくとも一部を受信する電力波モニタリングアンテナを備え、
    　前記劣化診断部は、
    　　前記車上子に入力する前記電力波の信号レベルと、前記電力波モニタリングアンテナによる前記電力波の受信レベルとの差分変化に基づいて、前記電力波の送出系統の劣化に関する情報を出力する
    　ことを特徴とする車上通信装置。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の車上通信装置において、
    　前記劣化診断部と、前記フィードバック部の少なくとも一部と、および前記情報波を受信する情報波受信部の少なくとも一部とを１つのプログラマブルロジックデバイスに実装する
    　ことを特徴とする車上通信装置。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載した車上通信装置において、
    　前記劣化診断部は、
    　　前記車上通信装置が起動してから、前記車上通信装置を搭載する車両が走行開始する前までの間に前記劣化情報を出力する
    　ことを特徴とする車上通信装置。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載した車上通信装置において、
    　前記劣化診断部は、
    　　劣化情報要求信号を受信したときに前記劣化情報を出力する
    　ことを特徴とする車上通信装置。
  10. 　請求項１～９のいずれか１項に記載した車上通信装置において、
    　前記劣化診断部は、
    　　前記劣化情報に基づいて劣化を外部に通知する
    　ことを特徴とする車上通信装置。
  11. 　鉄道軌道上に設置した地上子に対して電力波の送信および情報波の受信を行う車上通信装置であって、
    　電力波を送信する電力波送信部と、
    　前記電力波送信部が出力する電力波を前記地上子に送信し、また、前記地上子が送信する情報波を受信する車上子と、
    　前記車上子が受信する情報波を復調して情報波電文を生成し、前記情報波電文を上位装置に送信する情報波受信部と、
    　前記電力波送信部、前記情報波受信部、前記車上子の少なくとも１つについて劣化情報を検出する劣化診断部とを備え、
    　前記情報波受信部は、前記劣化情報を、前記情報波電文と同一の送信経路を用いて前記上位装置に送信する
    　ことを特徴とする車上通信装置。
  12. 　請求項１～１１のいずれか１項に記載の車上通信装置を備えた
    　ことを特徴とする鉄道車両。
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