以下に、本発明にかかる列車編成認識シ� ��テムおよび列車編成認識装置の実施の形態� ��図面に基づいて詳細に説明する。なお、以� ��の実施の形態により本発明が限定されるも� ��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� ��成認識システムの概要について説明する。� ��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(Mar ried_pair_#1)および車両群11-2(Married_pair_#2)が、� �脱自在の自動連結器(Automatic Coupler)12を介し� ��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� �ている。各車両に搭載された列車編成認識� �置20は、伝送線17(17-1,17-2)を介して接続され� �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� ��、導体である自動連結器12の電気的接点を� �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� ��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� �両群が複数個連結されて構成される列車編� �を一例として用いるが、単一構成の車両が� �数個連結されて構成される列車編成であっ� �もよく、本実施の形態にかかる列車編成認� �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� ��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� �両群に対応する構成を示すものである。同� �において、列車編成認識装置20(20-1,20-2)のそ� ��ぞれは、本装置の主回路である列車編成認� ��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(22 a,22b)と、を備えて構成される。TCR回路21内に� ��、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� �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� �側に位置する自動連結器12-1と、右方側に位� ��する自動連結器12-2との間を繋ぐ2本の伝送� �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)� �の間には、伝送線17aと伝送線17bとの間に接� �される列車端検知スイッチ41(41-1,41-2)がそれ� ��れ設けられている。列車端検知スイッチ41� �、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� �2つの車両(A-Car,B-Car)のうち、A-Car側にある列� ��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� ��成のエンドに位置していることを示してい� ��。

 上記列車端検知スイッチ41は、自動連結� �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-C ar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� �分のみを捩って構成したツイストペア接続� �してもよいし、伝送線17a,17b自身にツイスト� ��アケーブルを用いてもよい。また、A-Carの� �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� �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。� ��2に示すTCR回路21において、切替スイッチ33a� ��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� �列に挿入される。切替スイッチ33a,33bは、切� ��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� ��スイッチである。切替スイッチ33aの切替接� ��u1は、電流源32の正極側(電流が流出する側)� ��端子に接続され、切替接点u2は、自動連結� �12-1側の伝送線17aに接続され、切替スイッチ3 3b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� �自動連結器12-1とは反対側にある伝送線17aに� ��続され、抵抗器34bの一端は切替スイッチ33b� ��基点bに接続され、他端は自動連結器12-1と� �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、� ��車端検知スイッチ、各車両のTCR回路におけ� ��切替スイッチおよび抵抗器ならびに、これ� ��の回路要素間を接続する伝送線によって、� ��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� �される。

 なお、図2の構成では、直流電圧源31およ� ��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� �成例を示しているが、この順を逆にしても� �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� ��電圧源31の正極側を切替スイッチ33aの切替� �点u1に接続し、電流源32の負極側を切替スイ� ��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� ��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� �、その回路構成がツイストペアケーブルの� �分に直交する軸を中心軸として線対称形で� �成されている。このため、TCR回路21-1の電圧� ��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� ��示すことになる。なお、これらの計測電圧V 1,V2は、列車の編成を認識するため情報とし� �用いられるが、その原理の詳細については� �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� ��いて図2および図3を参照して説明する。こ� �で、図3は、編成認識の原理を説明するため� ��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� �挿入される抵抗を一方のみとしているが、� �理的には同一である。例えば、図2の構成で� ��、抵抗器34-1および抵抗器34-2の抵抗値をそ� �ぞれ25ωとしているが、これと同等の構成に� ��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(Marr ied_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_p air_#2とMarried_pair_#3との間では、A-Car,B-Carの順� ��逆転しており、それぞれのB-Car同士が突き� �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� ��チの状態および電流源の接続状態について� ��明する。図3に示すように、Married_pair_#1のA-C arおよびMarried_pair_#7のB-Carの列車端検知スイ� �チは閉じられているのに対し、これら以外� �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� ��、例えば運転車として設定されているから� ��あり、また、回路構成的に言えば、切替ス� ��ッチ33a,33bによって直流電圧源31および電流� ��32が伝送路に接続されているからである。� �えば、図2において、直流電圧源31および電� �源32を伝送線17a,17bに接続するためには、切� �スイッチ33a,33bをそれぞれ切替接点u1側に制� �する必要がある。このとき、列車端検知ス� �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� ��り離される。したがって、直流電圧源およ� ��電流源が伝送線間に接続されている車両で� ��、列車端検知スイッチの状態は、回路動作� ��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� ��においては、両端車両の列車端検知スイッ� ��が閉じられる一方で、両端車両以外の列車� ��検知スイッチは開かれ、かつ、両端車両の� ��ちの何れか一方の直流電圧源および電流源� ��、伝送線間に接続されている状態に制御さ� ��る。

 図4は、図3に示す列車編成における計測� �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� ��各絶対値を示すとともに、囲み文字で示し� ��数値は、それらの計測電圧のうちの絶対値� ��大きい方の電圧値を示している。なお、こ� ��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� �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� �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� ��は、6.25/1.25=5という数値が得られ、また、� �えばMarried_pair_#2のB-Carでは、13.75/1.25=11とい� �数値が得られる。なお、この数値を観察す� �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� �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� �値で決まる値)で除算することにより、列車� ��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� �を説明するための図であり、6両で編成され� ��列車編成を一例として示している。なお、� ��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)� �る基準車両を決定する。この処理では、例� �ば車両が連結していない状態では閉じ、車� �が連結している状態では開くように動作す� �列車端検知スイッチの状態の情報を用いる� �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� ��方の値を所定値(1車両あたりの電圧降下)で� ��算することにより、各車両が列車のエンド� ��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� ��動作であった。一方、回路や各スイッチ等� ��故障した場合、あるいは回路が断線した場� ��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� ��認識の機能がバックアップされることが好� ��しい。本実施の形態にかかる列車編成認識� ��ステムおよび列車編成認識装置では、この� ��うな単一故障に耐え得る耐故障性を有して� ��る。なお、以下の説明では、故障または異� ��として想定される事象として、例えば、つ� ��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� �Married_pair_#3との間の自動連結器の導通不良� �一例として示している。この場合、車両No.xx xx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� ��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� �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� ��流電源を起動する車両を順次切り替えるこ� ��により、各グループでの車両の位置を検知� ��るための処理手順を行う。なお、この処理� ��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� �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(S TEP22,23)。なお、この例では、車両No.xxxxの定� �流電源が起動されたとき、アンダーライン� �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� �で、各車両に順次定電流電源の起動指令が� �される。この例では、図7-2に示すように、� �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� ��圧によって、グループB内の2両の車両位置� �認識されている。なお、この例では、導通� �良箇所に最も近い車両No.yyyyから順次定電流� ��源の起動指令を出力しているが、導通不良� ��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� ��る。STEP26にて全体の編成が認識され、STEP27� ��おいて、列車編成が認識される。なお、STEP 26では、各グループにおいて、定電流電源の� ��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� ��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、Marri ed_pair_#3の列車端検知スイッチが導通不良の� �合を一例として示している。この場合、定� �流電源と導通不良である列車端検知スイッ� �の間の全てのスイッチがオープンとなるの� �、伝送線には電流が流れない。その結果、� �ての計測電圧が48Vとなり、自動連結器にお� �る導通不良の場合において、グループAのみ� ��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� �となる車両No.uuuuの定電流電源が故障した場� ��を一例として示している。この場合、TCR回� ��は無電源となり伝送線には電流が流れず、� ��た、電圧も印加されないので、全ての計測� ��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� �にある車両No.zzzzの定電流電源を起動する。� ��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� �て計測不能となった場合の回路状態を示す� �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� �一例として示している。この場合、電圧計� �器が故障した車両No.wwwwについては、計測情� ��を有さないため、自身の情報から自己位置� ��決定することができないが、他の車両の位� ��が明らかになれば、消去法によって決定す� ��ことができる。すなわち、電圧計測器が故� ��した車両については、他の車両の位置以外� ��残りの位置ということで、決定することが� ��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� �路状態を示す図である。図12では、例えばMar ried_pair_#2の車両No.wwwwと車両No.xxxxとの間の断� ��による導通不良を一例として示している。� ��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� �プA)と、0Vのグループ(グループB)とに区分す� ��ことができる。

 図13は、TCR回路に断線が生じている場合� �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� ��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。� �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� �No.zzzzの編成を認識することが可能となる。� ��の場合、断線箇所の両側に位置する車両No.w wwwおよび車両No.xxxxについては、自身の情報� �ら自己位置を決定することができないが、� �圧計測器の故障時のときと同様に、他の車� �の位置の情報から決定することが可能とな� �。

 このように、本実施の形態にかかる列車� ��成認識システムおよび列車編成認識装置に� ��れば、列車の車両構成や車両番号に規則性� ��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� �となるとともに、装置の故障の有無に影響� �れずに、正常に応答する車両の位置の識別� �可能となる。なお、装置の故障が単一故障� �場合には、正常に応答する車両位置の情報� �用いて、正常に応答しない車両の位置を推� �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� ��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� ��車編成情報を、列車の乗務員に、正確かつ� ��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� ��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� ��電流を流す電源として、定電流電源を利用� ��ているので、自動連結器の接触面に対して� ��車の車両数に依ることなく一定の電流を供� ��することができる。このため、自動連結器� ��接触面を安定かつ良好な接触状態に保持す� ��ことが可能になるとともに、列車の車両数� ��依らず略一定の電流を安定かつ継続的に供� ��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� ��電流を流す電源を定電流電源として構成し� ��いるが、定電流電源ではなくても定電圧源� ��どの他の種類の電源でもよい。