JP5755535B2 - 主幹制御器 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、鉄道車両に使用する主幹制御器に関する。

従来の鉄道車両用の無接点式等の主幹制御器の操作ハンドルの角度検出器は、その出力がアナログ電圧によるものまたはパラレル出力式デジタル信号によるものであった。この角度検出器からの信号を受信しノッチ信号へ変換する制御部は、角度検出器からの出力信号の減衰やノイズの影響を防ぐため、主幹制御器の操作部に近い運転室内に設置された。あるいは、操作部とともに主幹制御器内に収容されて一体に構成されていた。

特開２０１１−９７７２６号公報

しかしながら、従来技術においては、角度検出器の出力がパラレル出力式デジタル信号の場合、電線数が多く配線作業時間を費やしていた。また、上記のように制御部が主幹制御器の操作部に近い運転室内に設けられるため、運転室に収納する他の機器スペースを圧迫していた。

本発明が解決しようとする課題は、主幹制御器の操作部及び制御部間の接続距離を延長できるようにして、制御部を運転室以外の場所へ収納し運転室収納機器のスペースを確保するとともに、角度検出器の出力信号数を削減することで、車両艤装線数を削減することができる主幹制御器を提供することである。

実施形態の主幹制御器は、ハンドルに接続され、このハンドルの角度を検出するとともに、検出した角度に基づく角度データを生成する角度検出器を有する操作ユニットと、操作ユニットで生成された角度データに基づき、力行ノッチ指令とブレーキノッチ指令を出力する制御ユニットと、操作ユニットと制御ユニットとを通信可能に接続する信号線と、を備える。制御ユニットは、スタートコード、データクロック部、エンドコードを少なくとも含むシリアルクロック信号を生成し、この生成したシリアルクロック信号を、信号線を介して操作ユニットに送信する。操作ユニットは、信号線を介して受信したシリアルクロック信号のデータクロック部に、角度検出器が生成した角度データを重畳してシリアル角度データを生成し、この生成したシリアル角度データを、信号線を介して制御ユニットに送信する。

図１は、一実施形態にかかる主幹制御器の構成を示すブロック図である。 図２は、シリアルクロックとシリアル角度データの構成例を示した図である。 図３は、従来の主幹制御器の構成例を示した図である。

はじめに、一実施形態にかかる主幹制御器の構成について、図１を用いて説明する。図１は、一実施形態にかかる主幹制御器の構成を示すブロック図である。

主幹制御器１は、電気鉄道車両の力行（加速）ノッチ指令及びブレーキ（制動）ノッチ指令を出力するもので、これらのノッチ指令を操作するための操作ハンドル機構、及びノッチ指令ハンドル１１の操作角度を検出するロータリエンコーダ等の角度検出器１５からなる操作部１０、操作部１０からの角度データを力行ノッチ指令及びブレーキノッチ指令に変換して出力する制御部２０及び操作部１０及び制御部２０間の信号および電源を伝達する信号ケーブル３０から構成される。

操作部１０のノッチ指令ハンドル１１は、図１に示すように回転軸１２に固定され、回転軸１２はその両端を軸受け１３ａ、１３ｂにより、回動可能に支持されている。この構成によって、ノッチ指令ハンドル１１は回転軸１２により前後方向の往復操作を可能とする。回転軸１２の回転は、回転軸１２とともに回転する歯車１４ａと角度検出器１５側の回転軸１６とともに回転する歯車１４ｂを介して角度検出器１５に伝達される。

角度検出器１５は、ノッチ指令ハンドル１１の回転角度を検出し、検出結果を電気信号として制御部２０へ出力する。具体的には、角度検出器１５は、制御部２０から電源の供給を受けるとともに、制御部２０からのシリアルクロック（下記）を受け、ノッチ指令ハンドル１１の回転角度の検出結果である角度データを、シリアルクロックのデータクロック部に重畳した差動出力のシリアル信号（シリアル角度データ）を生成して、制御部２０に返信する。なお、この角度検出器１５は、従来のパラレル出力のロータリエンコーダに、その出力を上記差動出力のシリアル信号に変換する変換器を付加することで実施することもできる。

ここで、図２に、シリアルクロックとシリアル角度データの構成例を示す。同図に示すように、シリアルクロックは、スタートコードとデータエンドコードの間にデータクロックを格納したデータクロック部を有し、末尾にチェックコードを付加したデータ構造となっている。このデータ構造をもつパケットが差動出力のシリアルクロックとして順次送信される。一方、シリアル角度データは、シリアルクロックのデータクロック部の各１クロックに１ビット分の角度データを重畳したもので、スタートコードとデータエンドコードの間に角度データが格納され、末尾にチェックコードが付加されたデータ構造となる。このデータ構造をもつパケットが差動出力のシリアル角度データとして角度検出器１５から制御部２０へ順次返信される。なお、角度データ部分には、データの誤りをチェックするためのコード等をさらに付加するようにしてもよい。

図１に戻り、制御部２０は、シリアルデータクロック生成部２１と、シリアル／パラレル変換部２２と、チェックコード生成部２３と、チェックコード比較部２４と、ノッチ変換部２５を備えて構成される。

シリアルデータクロック生成部２１は、操作部１０の角度検出器１５のシリアル信号出力用伝送クロックを生成しこのクロックに、チェックコード生成部２３が生成した可変チェックコード（このコードは、例えば“０１０１”の並びとしてもよいし、ランダムに生成するようにしてもよい）を付加して、角度検出器１５へ差動出力のシリアルクロック信号として送出する。

シリアル／パラレル変換部２２は、角度検出器１５から返されたシリアル角度データに含まれる角度データ及びチェックコードを、シリアルデータクロック生成部２１からのシリアルクロックによりパラレル信号に変換して、角度データをノッチ変換部２５へ出力し、チェックコードをチェックコード比較部２４へ出力する。また、チェックコード比較部２４からリセット信号（下記）を受けた場合には、シリアル／パラレル変換を停止する。

チェックコード比較部２４は、チェックコード生成部２３からのチェックコードと、シリアル／パラレル変換部２２からのチェックコードとを比較し、比較結果が一致した場合ノッチ変換部２５に対しノッチ出力許可信号を出力する。一方、比較した結果が連続して異なった場合には、ノッチ変換部２５およびシリアル／パラレル変換部２２に対しリセット信号を出力し、また、ノッチ変換部２５およびノッチ信号を受ける外部の車両情報制御装置（図示せず）に異常アラーム信号を出力する（この異常アラーム信号は、この信号を受けたノッチ変換部２５から外部へ出力するようにしてもよい）。この異常アラーム信号により、外部の車両情報制御装置は、現在制御部２０から出力されているノッチ信号が異常によるものであることを認識することができる。

ノッチ変換部２５は、シリアル／パラレル変換部２２からのノッチ指令ハンドル１１の角度データに対応したノッチ信号（力行ノッチ指令／ブレーキノッチ指令）に変換し、チェックコード比較部２４からの出力許可信号によりノッチ信号を外部の車両情報制御装置に出力する。一方、チェックコード比較部２４からリセット信号、異常アラームが入力された場合は、ノッチ信号の出力をリセット（力行指令及びブレーキ指令：“切”）する。

本実施形態の主幹制御器１の比較例として、図３に、パラレル信号出力の角度検出器１５’を用いた操作部１０’と制御部２０’が分離された従来の主幹制御器１’の構成例を示す。従来は、操作部１０’から制御部２０’への信号を（例えば、８ビットの）パラレル信号として信号ケーブル３０’を介して送信していたため、操作部１０’と制御部２０’間の設置距離を延長するにも限りがあった。

一方、本実施形態の主幹制御器１では、操作部１０と制御部２０間で送受信する信号を差動出力のシリアル信号としたので、操作部１０と制御部２０間の配線本数を削減することができ、また、外部ノイズの影響等を受けにくくなることから操作部１０と制御部２０間の設置距離を延長することが容易となった。

また、本実施形態では、シリアルクロックおよびシリアル角度データに特定のチェックコードを付加し、制御部２０が操作部１０から誤ったチェックコードを受信した場合には、ノッチ信号をリセット（”切”）するようにしたので、誤った指令を制御部２０から出力されるのを防ぐことができる。また、この場合に、異常アラーム信号も制御部２０から出力するので、ノッチ信号を受ける外部の車両情報制御装置は、現在制御部２０から出力されているノッチ信号が異常によるものであることを認識することができる。

以上、本発明の一実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１’ 主幹制御器
１０、１０’ 操作部
１１ ノッチ指令ハンドル
１２ 回転軸
１３ａ、１３ｂ 軸受け
１４ａ、１４ｂ 歯車
１５、１５’ 角度検出器
１６ 回転軸
２０、２０’ 制御部
２１ シリアルデータクロック生成部
２２ シリアル／パラレル変換部
２３ チェックコード生成部
２４ チェックコード比較部
２５ ノッチ変換部
３０、３０’ 信号ケーブル

Claims (3)

1. ハンドルに接続され、このハンドルの角度を検出するとともに、検出した角度に基づく角度データを生成する角度検出器を有する操作ユニットと、
   前記操作ユニットで生成された角度データに基づき、力行ノッチ指令とブレーキノッチ指令を出力する制御ユニットと、
   前記操作ユニットと前記制御ユニットとを通信可能に接続する信号線と、を備え、
   前記制御ユニットは、
   スタートコード、データクロック部、およびエンドコードを少なくとも含むシリアルクロック信号を生成し、
   この生成したシリアルクロック信号を、前記信号線を介して前記操作ユニットに送信し、
   前記操作ユニットは、
   前記信号線を介して受信した前記シリアルクロック信号のデータクロック部に、前記角度検出器が生成した角度データを重畳してシリアル角度データを生成し、
   この生成したシリアル角度データを、前記信号線を介して前記制御ユニットに送信する
   ことを特徴とする主幹制御器。
2. 前記操作ユニットおよび前記制御ユニットは、前記信号線を介して差動出力のシリアル信号を送受信することを特徴とする請求項１に記載の主幹制御器。
3. 前記シリアルクロック信号および前記シリアル角度データは、それぞれチェックコードをさらに含み、
   前記制御ユニットは、前記生成したシリアルクロック信号に含まれるチェックコードと前記操作ユニットから受信したシリアル角度データに含まれるチェックコードとを比較し、この比較の結果が不一致のとき、力行ノッチ指令とブレーキノッチ指令の出力を禁止する
   ことを特徴とする請求項１に記載の主幹制御器。
   

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