JP3082002B2

JP3082002B2 - 鉄道車輪踏面の異常検出装置

Info

Publication number: JP3082002B2
Application number: JP03208833A
Authority: JP
Inventors: 稔笹子; 房夫中村; 善一郎田中; 忠輝丸岡; 明男塩谷; 彰斉藤; 弘一佐藤
Original assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Current assignee: Kyowa Electronic Instruments Co Ltd
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 2000-08-28
Anticipated expiration: 2015-08-28
Also published as: JPH05231858A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車輪踏面の異常検
出装置に関し、より詳細には、鉄道車両の台車単位の車
輪のタイヤフラットなどの踏面の異常を的確に検出し
て、踏面異常による騒音解消の防止に役立てることがで
きるようにした鉄道車輪踏面の異常検出装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】走行中の鉄道車両にブレーキをかけて停
止させる場合において、車両の車輪に作用するブレーキ
力が車輪とレールの間の粘着限界力（粘着係数と輪重の
積）に比し、過大となると、車輪の回転が停止されたま
ま車両が進行するいわゆる滑走現象を生じ、車輪とレー
ルとの接触部が摩耗し、平面状に削られることがある。

【０００３】このようにして発生した車輪の平面状部を
タイヤフラットと称している。このようなタイヤフラッ
トが車輪に存在すると、騒音、振動などを惹起し、鉄道
沿線の住民などから苦情が持ち込まれる事態を生ずる。

【０００４】殊に、近来、車両の高速運転にともなっ
て、増圧ブレーキの使用やＡＴＣ（自動列車制御装置）
が採用されるようになったため、タイヤフラットの発生
はますます増大する傾向にあり、これが原因となって振
動公害、あるいは騒音公害といわれるような社会問題に
もなってきている。

【０００５】したがって、このような問題に対処すべ
く、タイヤフラットの早期発見と修復のための適切な方
法あるいはタイヤフラット検出装置の開発が切望されて
いる。

【０００６】ところで、車輪フラットや剥離、割れ等の
踏面異常の発見方法を大別すれば、人間の体感による方
法と、測定装置を用いた方法とがある。

【０００７】前者の体感による方法は、乗務員の聴覚に
基づく把握や、仕業検査者のハンマー打撃時の音色また
は踏面の目視観察等に基づく発見方法である。

【０００８】一方、後者の測定装置を用いたものとして
は、従来からいくつかの方式が提案されており、たとえ
ば、特公昭６１−３３３６３号公報（以下、「第１公
報」という）には、鉄道車両用車輪のタイヤフラット検
出装置が開示されている。

【０００９】この第１公報のタイヤフラット検出装置
は、所定の測定区間を車輪が通過するときに輪重検出手
段で輪重を検出し、その検出出力に重畳された高周波振
動成分のうちの負値電圧と正値電圧とを検出し、この両
検出出力が負値検知に始まり正値検知が後続することを
検出し、正値検知出力により、高周波振動成分を所定時
間だけアナログゲートで通過させ、このアナログゲート
の出力をフラット衝撃として検出するよう構成されてい
る。

【００１０】また、特公昭５２−４８３６１号公報（以
下、「第２公報」という）には、相隣る枕木間に、枕木
から等距離隔して２個のひずみゲージを付設し、このひ
ずみゲージにより車輪がレールを通過する際の剪断力を
検出し、この２個のひずみゲージの検出出力の差を加算
器で求め、この加算器の出力から車輪のタイヤフラット
がレールをたたく衝撃力による周波成分の信号を濾波器
で抽出し、これと基準値とを比較器で比較し、比較器の
出力から車輪のタイヤフラットを検出するようにしたタ
イヤフラット検出方法が開示されている。

【００１１】さらに、特公昭５８−２３７３号公報（以
下、「第３公報」という）には、レールを支持する枕木
間に、車輪によりレールに加わる曲げモーメントを検出
する検出手段をレールもしくは枕木のいずれか一方に複
数設け、近接する複数個の検出手段の両端間を単位の測
定区間とし、この測定区間内の検出手段の和を求めて、
車輪のタイヤフラットを検出するタイヤフラット検出方
法が開示されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、タイヤ
フラット等の踏面の異常検出方式のうち、人間の体感に
よる検出方法には、次のような問題がある。

【００１３】即ち、乗務員の聴覚では、速度等の条件が
適切な区間で注意を払ったとしても、大きなフラットし
か把握できず、また乗務中の全車両について把握するこ
とは困難である。

【００１４】また、仕業検査においては、レールとの接
触部や制動子等の死角は把握できず、さらに夜間作業が
殆どであるため現行以上の把握は困難な状況にある。

【００１５】このような問題点を抜本的に解消するため
には、体感管理から定量管理への質的変革を図る必要が
ある。

【００１６】一方、その定量管理を行うための、上記第
１公報および第２公報のいずれのタイヤフラット検出装
置も、レールに検出用センサを取り付けることを前提に
しており、レールへの精密な孔あけ加工、センサ取付面
の平面加工などの大がかりな取付工事を施さねばなら
ず、装置の取付けに長時間が費やされ、計測場所を簡単
に移動できないという難点があった。

【００１７】また、第３公報の場合には、レール軌道や
枕木等を何ら変更することなくタイヤフラットの検出が
行える利点を有するが、この第３公報の場合には車輪に
よりレールに加わる曲げモーメントを検出する方式であ
るために、車輪の全周に相当する長い測定区間に多数の
ひずみゲージを配設する必要があり、費用が高額化する
難点があり、上記第１、第２公報の場合と同様にタイヤ
フラットの検出精度も必らずしもよくない。

【００１８】一方、列車は走行する時間、区間などによ
り、列車の編成替えが頻繁に行われ、タイヤフラットの
生じた車輪を有する車両の列車編成および当該車両（車
号）を特定する必要があるが、従来のものの場合には、
列車編成を自動的に特定できなかったり、予め定められ
た車両編成しか特定できず、編成替えが行われたとき
は、対応できないものであった。しかも、タイヤフラッ
ト等の測定データを即座に関連部門へ伝達することもで
きなかった。

【００１９】本発明は、上述の事情に鑑みてなされたも
ので、その第１の目的とするところは、編成車両の車号
の特定およびその台車単位での踏面異常を完全無人状態
で正確に検出することができる鉄道車輪踏面の異常検出
装置を提供することにある。

【００２０】また、本発明の第２の目的とするところ
は、列車の車号の識別を正確に且つ迅速に行うことがで
きるとともに、識別した車両の台車単位で車輪の踏面の
異常を検出し、その踏面の異常の解析を正確に行うこと
ができ、しかもその解析結果に対応する処置の判断資料
を管理個所へ迅速に伝送することができる鉄道車輪踏面
の異常検出装置を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、上記
第１の目的を達成するために、鉄道車両に取り付けられ
高周波電波を受信して上記鉄道車両の車号識別を可能に
変調処理をして電波を送信する車号識別タグと、レール
の近傍の測定区間に配置され車輪単位で上記鉄道車輪の
進入と退出をそれぞれ検出する２個の車輪検知器と、上
記測定区間より所定距離手前まで車両が接近したことを
検出する接近検知センサと、上記２個の車輪検知器間に
おける枕木に設けられ上記車両の台車単位で車輪の踏面
異常を検出する半導体ひずみゲージ式の加速度センサ
と、上記レール近傍に配置され上記車号識別タグに向け
て上記高周波電波を送信するとともに上記車号識別タグ
から送信される上記変調処理された電波を受信する車号
読取アンテナとを備え、上記接近検知センサが車両の接
近を検出したとき、上記車号読取アンテナから上記高周
波電波を送信し、上記車号識別タグから発せられる信号
をもとに車両を特定すると共に、上記２個の車輪検知器
から発せられる信号を基に台車を特定しつつ、上記加速
度センサの出力を基に車輪の踏面の異常を台車単位で自
動的に検出し、上記車輪検知器の信号が所定時間生じな
くなったとき、車両の最後尾の通過と判定し、上記車号
読取アンテナからの高周波電波の送信を休止し、車輪の
踏面の異常検出処理を自動的に終了するように構成した
ことを特徴としたものである。

【００２２】請求項２の発明は、上記第２の目的を達成
するために、鉄道車両に取り付けられ高周波電波を受信
して上記鉄道車両の車号を識別可能に変調処理をして電
波を送信する車号識別タグと、レールの近傍の測定区間
に配置され車輪単位で上記鉄道車輪の進入と退出を検出
する複数の車輪検知器と、上記測定区間より所定距離手
前まで車両が接近したことを検出する接近検知センサ
と、上記車両の台車単位で車輪の踏面異常を検出する半
導体ひずみゲージ式の加速度センサと、上記レール近傍
に配置され上記車号識別タグに向けて上記電波を送信す
るとともに上記車号識別タグから送信される上記変調処
理された電波を受信する車号読取アンテナと、この車号
読取アンテナに上記高周波電波を送信させるとともにこ
の車号読取アンテナで受信された電波の復調処理および
アナログ／ディジタル変換処理を行って上記車両の識別
信号を出力する高周波ソースと、上記加速度センサの出
力信号の雑音成分を除去して増幅する直流増幅器と、車
両単位の車号データを格納するリーダと、車輪検知器で
検知された信号を入力すると、優先割込み用のトリガ信
号を出力するトリガ回路と、このトリガ回路から出力さ
れる上記トリガ信号により割込みがかけられ上記リーダ
に格納されている車号データを読み出してこの各車号デ
ータに対応する上記直流増幅器の出力信号から車輪の踏
面異常の解析処理を行う演算処理部と、この演算処理部
により解析された各車号データ、各台車データおよびこ
れらに対応する車輪踏面データ等を電話回線を介して伝
送する送信手段とを備え、上記接近検知センサによる車
両の接近の検知に応答して、上記車号読取アンテナから
の上記高周波電波の送信ほか上記車輪の踏面異常検出処
理を開始し、上記車輪検知器の信号が所定時間生じなく
なったとき、上記車両の最後尾の通過と判定し、上記車
号読取アンテナからの上記高周波電波の送信ほか上記車
輪の踏面異常検出処理を終了し、引続く車両が上記接近
検知センサにより検知されるまで一連の処理を休止する
ように構成したことを特徴としたものである。

【００２３】

【作用】上記のように構成された鉄道車輪踏面の異常検
出装置は、レール上を走行する鉄道車両が測定区間に接
近すると、車号読取アンテナから高周波の電波の送信が
開始される。この高周波の電波を、車両に取り付けられ
ている車号識別タグが受信すると、この車号識別タグ
は、その電波を車両ごとの車号識別可能なデータに変調
して車号読取アンテナに電波を送信し、車号読取アンテ
ナでこの電波を受信する。

【００２４】また、車両が測定区間に進入してくると、
２個の車輪検知器のうちの一方で車輪の進入を検知し、
他方の車輪検知器で車輪の退出を検出する。この進入側
および退出側の車輪検知器の出力から、当該車両の台車
を特定する。この台車単位の検出途中に半導体ひずみゲ
ージによる加速度センサで、前台車の前輪と後輪または
後台車の前輪と後輪のいずれかに踏面異常が存在すれ
ば、その台車単位での車輪踏面の異常を検出する。

【００２５】そして、より具体的には、前台車の前輪と
後輪または後台車の前輪と後輪の台車単位における踏面
異常を加速度センサで検出し、この加速度センサの検出
信号を直流増幅器に入力してノイズ成分を除去して増幅
した後、演算処理部に出力する。

【００２６】一方、リーダには、車号識別タグから読取
った車両番号（車号）や車両の種別などの車両単位の車
号データを格納しておき、車輪検知器で検知された進入
信号と退出信号をトリガ回路に入力すると、トリガ回路
は、優先割込み用のトリガ信号を演算処理部に出力す
る。

【００２７】演算処理部は、このトリガ信号により割込
みがかけられ、リーダに格納されている車号データを読
み出して、この車号データと２つの車輪検出器によって
特定された台車の加速度に対応する直流増幅器の出力信
号から車輪の踏面の異常解析処理を行って、踏面異常に
対する修復処置のデータを出力する。

【００２８】そして、これらのデータは、送信手段によ
り電話回線を介して管理個所へ伝送される。

【００２９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて具体
的に説明する。

【００３０】図１は、本発明に係る鉄道車輪踏面の異常
検出装置の一実施例の全体構成を示すブロック図であ
る。

【００３１】この図１において、１は複数車両編成によ
る列車の最前部の鉄道車両（以下、単に「車両」とい
う）である。この車両１には、前台車の前輪と後輪、後
台車の前輪と後輪（いずれも、図示せず）が取り付けら
れている。すなわち、車両の車輪は、通常前台車と後台
車に、それぞれ前輪と後輪が取り付けられている。

【００３２】この車両１の前台車の前輪と後輪および後
台車の前輪と後輪が、１対のレール２ａ，２ｂ上を転動
して車両１が矢印Ａ１方向に走行するものとして以下説
明する。この車両１の所定個所、たとえば側面の上部に
車号識別タグ３（以下、「ＩＤタグ」という）が取り付
けられている。

【００３３】このＩＤタグ３は、各車両ごとに取り付け
られており、各車両の車号識別を行うために設けられて
いるものであり、各車両ごとの識別情報を、たとえば、
アルファベット２０文字または１０進法３６桁の数字を
ＲＯＭ（図示せず）に記憶させ得るようになっている。

【００３４】そして、上記レール２ａ，２ｂの近傍の所
定個所に設置された車号読取アンテナ４から送信される
高周波数の電波、たとえば２．４ＧＨｚマイクロ波の電
波を受信し、この電波をエネルギー源として、電池を内
蔵することなく、内部の変調回路を作動させて、ＲＯＭ
に記憶された例えば、車両番号、所属車庫、型式等の識
別情報を変調することにより、ＩＤタグ３内の上記識別
情報を反射波として上記車号読取アンテナ４に送信する
ようになっている。

【００３５】このように、ＩＤタグ３は、電池を内蔵し
ないから、消耗する部分がなく、従ってメンテナンスが
不要であり、半永久的に使用できるものである。尚、リ
チウム電池を使用するものもあるが、その場合の電池寿
命は、７〜８年程度である。

【００３６】また、上記変調は、振幅変調を採用してお
り、周波数変調や位相変調に対して、パルス性ノイズに
強いシステムとすることができる利点を有する。

【００３７】このＩＤタグ３による車両１の車号の識別
は、マイクロ波によるものであるから、耐環境の範囲が
極めて広いという特微を有しており、たとえば、ＩＤタ
グ３に泥やグリス等が付着する環境下でも、正確に識別
でき、雨、雪、霧などの悪天候下でも、正確に作動する
ものである。

【００３８】一方、上記車号読取アンテナ４は、上記Ｉ
Ｄタグ３に対して電波を送信するとともに、ＩＤタグ３
からの変調された反射電波を受信するようになってお
り、この車号読取アンテナ４は、図２の詳細な構成を示
すブロック図からも明らかなように、ＲＦ（高周波）ソ
ース５に接続されている。

【００３９】このＲＦソース５は、送受信機、復調器、
増幅器を内蔵しており、上記ＩＤタグ３に向けて送信す
る２．４ＧＨｚのマイクロ波の送信およびＩＤタグ３か
ら送信される変調された電波の復調と、その復調信号の
増幅およびディジタル変換を行って収納ラック１６に設
けられたリーダ６ａに出力するようになっている。

【００４０】ここで、説明を再び図１に戻す。この図１
において、レール２ａ，２ｂのうちの少なくとも一方の
レールまたはその近傍の部位に、たとえばレール２ｂ
に、車両１が測定区間より所定距離（例えば、約６０
ｍ）手前まで接近したことを検出する接近検知センサ７
が配設されている。

【００４１】この接近検知センサ７の前方、すなわち、
車両１の矢印Ａ１で示す進行方向の前方において、所定
距離隔てた位置（測定区間の始点位置）に進入車輪検知
器としての進入検知センサ８が配設され、さらにこの進
入検知センサ８と所定間隔（この例の場合、３．１
ｍ）、すなわち、車両１の台車の長さにほぼ相当する寸
法を隔てて、退出車輪検知器としての退出検知センサ９
が配設されている。この退出検知センサ９は、車両１の
車輪が測定区間から退出するのを検出するものである。

【００４２】つまり、車両１の１つの台車の前輪を進入
検知センサ８で検出したときと、その台車の後輪を退出
検知センサ９で検知したときのタイミングをとり、車両
１の１台車分の通過時間を検知することができるように
なっている。

【００４３】これらの接近検知センサ７、進入検知セン
サ８、退出検知センサ９は、ともに非接触近接センサが
使用され、たとえば、高周波励振型近接スイッチが好適
である。

【００４４】接近検知センサ７と進入検知センサ８との
間隔は、具体的には、接近検知センサ７で車両１の接近
を検知してから、本装置の電源供給を開始し、車号読取
アンテナ４が起動するのに必要な間隔に設定する。

【００４５】これらの接近検知センサ７、進入検知セン
サ８、退出検知センサ９の出力は、それぞれ送信手段と
しての鉄道車輪踏面データ送信部（以下、「データ送信
部」という）６内のコンピュータの演算制御部としての
ＣＰＵ６ｂに入力されるようになっている。

【００４６】また、進入検知センサ８と退出検知センサ
９との間において、隣接する枕木１０と１１には、それ
ぞれ加速度センサとしての衝撃検知センサ１２，１３が
設けられている。衝撃検知センサ１２，１３は、車両１
の車輪のタイヤフラットや剥離などの踏面異常を検知す
るものであり、タイヤフラット等が生じているとき、タ
イヤフラット等により、レール２ａ，２ｂに与える衝撃
を枕木１０とを介して検知するものである。

【００４７】この衝撃検知センサ１２，１３として、本
実施例においては、検出精度のよくない剪断ひずみゲー
ジに代えて、高感度で且つ安定性のよい半導体ひずみゲ
ージによる加速度センサが使用されている。

【００４８】半導体ひずみゲージは、シリコンおよびゲ
ルマニウムの単結晶のピエゾ抵抗効果を利用したもので
あり、加えられた応力に対して単結晶が異常に大きな抵
抗変化を示す。この半導体ひずみゲージの最大の利点
は、抵抗線ひずみゲージに比べて、非常に高感度な点で
あり、増幅器を簡略化することができるため、加速度セ
ンサ内に小型の増幅器を内蔵することができる。

【００４９】市販の半導体ひずみゲージの抵抗温度係数
は、１００〜２００（×１０−５℃−１）程度であり、
代表的な抵抗線ひずみゲージの約５０倍であるが、ゲー
ジ係数も抵抗線ひずみゲージの５０倍以上であり、温度
変化によるゼロ点の変動は、ひずみに換算すれば、抵抗
線ひずみゲージと同程度である。

【００５０】このような半導体ひずみゲージを組み込ん
でモジュール化した加速度センサを衝撃検知センサ１
２，１３として使用しており、この加速度センサは、マ
イクロマシン加工を施し、増幅回路、シグナルコンディ
ショナ、−２０℃〜８５℃に亘る温度補償回路等が内蔵
されている。

【００５１】これらの衝撃検知センサ１２，１３の検知
出力も、上記ＣＰＵ６ｂに送出されるようになってい
る。このＣＰＵ６ｂの出力は、モデム６ｐに入力され、
ＣＰＵ６ｂの演算結果を電話回線１４を通して、送信部
６からデータ受信部１５に伝送されるようになってい
る。

【００５２】このデータ送信部６とデータ受信部１５の
部分の詳細な構成は、図２のブロック図に示されてい
る。この図２において、上記ＲＦソース５とリーダ６ａ
が接続されており、ＲＦソース５から出力されるディジ
タル化されたＩＤタグ３の車号データを格納するように
なっている。

【００５３】上記衝撃検知センサ１２，１３の出力は、
増幅器６ｃ，６ｄに入力されるようになっている。これ
らの直流増幅器６ｃ，６ｄには、それぞれローパスフィ
ルタ（図示せず）が含まれており、衝撃検知センサ１
２，１３から出力される出力信号に重畳されるノイズ成
分を除去して、直流成分を増幅した後、ＣＰＵ６ｂに入
力するようになっている。

【００５４】これらの直流増幅器６ｃ，６ｄの出力端に
は、モニタ端子６ｅ，６ｆが接続されている。このモニ
タ端子６ｅ，６ｆに図示しないモニタを接続することに
より、直流増幅器６ｃ，６ｄの出力信号、すなわち、衝
撃検知センサ１２，１３の出力を監視することもできる
ようになっている。

【００５５】さらに、上記接近検知センサ７、進入検知
センサ８、退出検知センサ９の出力は、信号処理手段６
ｇの受信回路６ｉに入力されるようになっている。この
信号処理手段６ｇには、電源６ｈ、受信回路６ｉ、トリ
ガ回路６ｊが含まれており、電源６ｎから受信回路６
ｉ、トリガ回路６ｊにそれぞれ動作電源を提供するよう
になっている。

【００５６】受信回路６ｉは、これらの接近検知センサ
７、進入検知センサ８、退出検知センサ９の出力信号を
入力として、所定の信号処理を行って、波形整形を行っ
た後、トリガ回路６ｊを起動させるようになっている。
トリガ回路６ｊは、この受信回路６ｉにより起動される
と、トリガ信号をＣＰＵ６ｂに出力するようになってい
る。

【００５７】この信号処理手段６ｇの出力端には、モニ
タ端子６ｋ，６ｌ，６ｍが接続されている。これらのモ
ニタ端子６ｋ〜６ｍにモニタ（図示せず）を接続するこ
とにより、上記接近検知センサ７、進入検知センサ８、
退出検知センサ９の出力信号を監視することができるよ
うになっている。

【００５８】ＣＰＵ６ｂに上記トリガ信号が入力される
と、ＣＰＵ６ｂの各種実行処理中に優先割込みがかけら
れ、ＣＰＵ６ｂは、ＲＳ２３２Ｃポート６ｒを介して、
送受切換器（ＲＳ切換器）６ｏを受信側Ｒ（実線側）に
切り換えるようになっている。

【００５９】送受切換器６ｏが受信側Ｒに切り換えられ
ると、リーダ６ａに格納されている車号データを読み出
して、送受切換器６ｏおよびＲＳ２３２Ｃポート６ｒを
介してＣＰＵ６ｂ内に取り込むようになっている。

【００６０】ＣＰＵ６ｂは、この車号データに対応する
衝撃検知センサ１２，１３の出力に基づく車輪踏面の異
常の有無の判別およびその車輪が含まれる台車とその台
車を含む接近検知センサ７、進入検知センサ８、退出検
知センサ９の出力に基づいて、その踏面の異常のある車
輪を含む台車の特定およびその台車を含む車両の特定
等、異常の解析を行うようになっている。

【００６１】この解析結果をデータ送信部６から電話回
線１４を介してデータ受信部１５に伝送する場合には、
ＲＳ２３２Ｃポート６ｒにより、送受切換器６ｏを送信
側Ｓに切り換えて、解析結果をＲＳ２３２Ｃポート６ｒ
により、送受切換器６ｏを介してモデム６ｐに出力する
ようになっている。

【００６２】このモデム６ｐは、電話回線１４を介し
て、データ受信部１５内のモデム１５ａに接続されてい
る。モデム６ｐは、上記解析結果を変調し、モデム１５
ａは電話回線１４を通して入力されるモデム６ｐの出力
信号を復調して、ＣＰＵ１５ｂに送出するようになって
いる。

【００６３】ＣＰＵ１５ｂは、プリンタ１５ｃやＦＡＸ
アダプタ１５ｄに出力するのに適する信号処理を行うよ
うになっている。

【００６４】なお、図２中の６ｎは、絶縁トランスであ
り、その１次側にＡＣ１００Ｖの商用電源が接続され、
２次側に図示しない整流回路を接続し、鉄道車輪踏面の
異常検出装置の各部に動作電力を提供するようになって
いる。

【００６５】次に、以上のように構成されたこの発明の
動作について、図３、図４のフローチャートに沿って説
明する。図３はメインルーチンを示し、図４はデータ解
析処理のサブルーチンを示す。

【００６６】まず、図３のフローチャートにおいて、車
両１の各車輪の踏面の異常を検出するために、鉄道車輪
踏面の異常検出装置のセンサー部、メモリ等のには、常
時電源を供給しておく。その理由は、列車編成に当た
り、各車両がいつも同一時刻の同一行先列車に編成され
るとは限らず、頻繁に列車編成替えが行われるために、
常時、車両１の通過を接近検知センサ７で監視する必要
があるからである。

【００６７】この図３において、処理ルーチンの処理が
開始され、ステップＳ１の列車待受け状態からステップ
Ｓ２で手動によりキーを操作して、割込みをかけたか否
かの判断を行い、キー割込みがなければ、ステップＳ３
に進み、図示しないタイマーにより予め設定された１日
１回データ伝送部６からデータ受信部１５へのデータ転
送を行う送信指定時刻になったか否かの判定をＣＰＵ６
ｂで行い、その判定の結果、送信指定時刻でないと判定
すると、ステップＳ４に処理が移る。

【００６８】このステップＳ４において、車両１を編成
した列車が接近したか否かの判定を行う。この場合、接
近検知センサ７で車両１の接近を検出しない状態であれ
ば、ステップＳ４のＮＯ側からステップＳ２の処理に戻
り、上記の処理を繰り返す。

【００６９】また、ステップＳ４において、接近検知セ
ンサ７が車両１に接近、すなわち、列車の接近を検知す
ると、ステップＳ４のＹＥＳ側からステップＳ５に処理
が移る。このステップＳ５において、本装置が各種デー
タの取込み処理を実行する。

【００７０】すなわち、まず、接近検知センサ７の検出
出力が信号処理手段６ｇに伝送される。ＲＦソース５、
接近検知センサ７、進入検知センサ８、退出検知センサ
９、衝撃検知センサ１２，１３の出力データは、３ＫＨ
ｚのサンプリング周期で１５秒間４チャンネルで伝送さ
れる。

【００７１】このようにして、接近検知センサ７の検出
出力が信号処理手段６ｇの受信回路６ｉに入力されると
これに応答して、ＲＦソース５から２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を車号読取アンテナ４から車両１のＩＤタグ３
に向けて電波の送信を開始し、ＩＤタグ３がこの電波を
受信することにより、受信した電波をエネルギーとして
使用し、あらかじめＲＯＭに格納している車両１の識別
情報を読み出して、この識別情報をマイクロ波に振幅変
調して、車号読取アンテナ４に反射電波として送信す
る。

【００７２】これにより、車号読取アンテナ４がこの反
射電波を受信して、ＲＦソース５に送り、ＲＦソース５
は、これを復調して識別情報を取り出すとともに、増幅
した後、アナログ／ディジタル変換して、リーダ６ａに
転送し、このリーダ６ａに車号データを格納しておく。
車号データの内容は、車両の種別と車両の番号等であ
る。

【００７３】また、車両が矢印Ａ１方向に走行するにつ
れて、上記接近検知センサ７を通過して、進入検知セン
サ８に至り、例えば、車両１の前台車の前輪が測定区間
としての踏面検知ゾーン（測定区間）に入ると、この進
入検知センサ８の検出出力も信号処理手段６ｇの受信回
路６ｉに入力される。

【００７４】すなわち、図４のフローチャートにおい
て、ステップＳ１０１で、車両１の前台車の前輪を検出
して、図５において符号（ｃ）に示すパルスＰ１を出力
し、次いで、前台車後輪を検出して、図５（ｃ）のパル
スＰ２を出力する。これらのパルスＰ１，Ｐ２は、進入
検知センサ８から信号処理手段６ｇ内の受信回路６ｉに
入力される。

【００７５】次いで、列車がさらに進行して、車両１の
前台車の前輪が先に、次いで後輪が退出検知センサ９の
位置に至ると、この退出検知センサ９は、図５において
符号（ｄ）をもって示すパルス波形のうち、Ｑ１，Ｑ２
のようなパルスを出力する。

【００７６】これらのパルスＱ１，Ｑ２も信号処理手段
６ｇ内の受信回路６ｉに入力される。

【００７７】さらに、列車が進行して車両１の後台車の
前輪および後輪が進入検知センサ８の位置に順次至る
と、進入検知センサ８は、図５における符号（ｃ）の波
形図中のＰ３，Ｐ４を出力する。

【００７８】その後、車両１の後台車の前輪および後輪
が退出検知センサ９の位置に順次に至ると、退出検知セ
ンサ９は、図５における符号（ｄ）をもって示すパルス
波形のうち、Ｑ３，Ｑ４のようなパルスを出力する。こ
れらパルスＰ３，Ｐ４およびＱ３，Ｑ４も進入検知セン
サ８および退出検知センサ９から信号処理手段６ｇの受
信回路６ｉに入力される。

【００７９】このようにして、進入検知センサ８によ
り、車両１の前台車の前輪を検知してから後台車の前輪
を検知するまでの時間Ｔ０を測定する（Ｓ１０１）。こ
の時間Ｔ０は、前台車と後台車とが通過する時間であ
り、車両１の最後尾の通過の判定に用いられるものであ
る。

【００８０】次いで、ステップＳ１０２で、進入検知セ
ンサ８がパルスＰｎを出力してから、退出検知センサ９
が図５（ｄ）に示すパルスＱｎ＋１を出力するまでの区
間を切り出して、この間に衝撃検知センサ１２，１３か
ら出力されたデータを台車ｍのデータとする。すなわ
ち、ｍ＝２ｎ−１とする。

【００８１】次いで、このステップＳ１０２で処理内容
を次のステップＳ１０３で次の条件が成立するまで続け
る。（Ａ）データ取り込み時間が１５秒に達するまで。（Ｂ）ステップＳ１０１で求めた時間の３倍の時間が
経過したとき（車両の最後部を検出したものとみな
す）。

【００８２】この（Ａ），（Ｂ）の条件をＣＰＵ６ｂに
より、論理和で判別する。この切り出した区間、すなわ
ち、車両１の１台車分に相当する区間において、図５
（ａ），図５（ｂ）に示すように、加速度センサとして
の衝撃検知センサ１２，１３で検知した車輪の衝撃（加
速度）の検出出力、つまり、踏面の検出出力を増幅器６
ｃ，６ｄに出力する。

【００８３】この直流増幅器６ｃ，６ｄで衝撃検知セン
サ１２，１３の検出出力のノイズ成分を除去して、直流
増幅後、ＣＰＵ６ｂに出力する。このＣＰＵ６ｂによ
り、衝撃検知センサ１２，１３の検出出力の最大値、最
小値を求める。この際、最小サンプル時間の２倍以下の
独立ピークは除去する。

【００８４】このようにして求めた衝撃検知センサ１
２，１３の最大値、最小値は、図３のフローチャートの
ステップＳ１１でＣＰＵ６ｂ内のメモリ（送信用ファイ
ル）に列車データとして追加して記憶する。

【００８５】また、図４のフローチャートにおいて、上
記ステップＳ１０４で求めた衝撃検知センサ１２，１３
の検出出力（図５（ａ），図５（ｂ））の最大値または
最小値の絶対値をステップＳ１０５で比較して、大なる
方をその車両のタイヤフラット衝撃データとしてＣＰＵ
６ｂ内の上記メモリに記憶しておく。

【００８６】次いで、ステップＳ１０６で進入検知セン
サ８から出力されるパルスＰｎの立ち上がりから退出セ
ンサ９から出力されるパルスＱｎの立ち上がりまでの時
間から車両速度Ｖｍを求める。これは、車両速度に応じ
て異なる衝撃検知センサ１２，１３の出力レべルを補正
し、車輪の踏面異常検出の正確さを期すために求めるも
のである。

【００８７】次に、ステップＳ１０７で台車単位で前
輪、後輪の踏面異常の検出データと車速Ｖｍを、ＣＰＵ
６ｂ内のメモリに記憶しておく。

【００８８】この図５（ａ），図５（ｂ）の例では、３
両目の車両の前台車の前輪と後輪にタイヤフラット、す
なわち、踏面に異常があることを示しており、これをＣ
ＰＵ６ｂ内のメモリに記憶する。次いで、ステップＳ１
０２の処理に戻る。

【００８９】このようにして、上記各種データを取り込
んだ後、図３のフローチャートのステップＳ５からステ
ップＳ６に移り、信号処理手段６ｇ内において、受信回
路６ｉに入力した接近検知センサ７、進入検知センサ
８、退出検知センサ９の出力を処理して、受信回路６ｉ
からトリガ回路６ｊに出力すると、トリガ回路６ｊから
トリガ信号がＣＰＵ６ｂに出力され、ＣＰＵ６ｂの処理
に優先割込みがかけられる。

【００９０】これにより、ＣＰＵ６ｂは、ＲＳ２３２Ｃ
ポート６ｒを通して、送受切換器６ｏを受信側（実線
側）Ｒに切り換える。したがって、リーダ６ａに格納さ
れている車両１の車号データ、つまり、車両の種別、車
両の番号のデータ等が読み出される。この車号データ
は、送受切換器６ｏ，ＲＳ２３２Ｃポート６ｒを通し
て、ＣＰＵ６ｂに読み込まれ、ステップＳ７にて、この
リーダ６ａから読み込まれたデータに車号データがある
か否かの判定を行う。

【００９１】この判定の結果、車号データがなければ、
ステップＳ７のＮＯ側からステップＳ１０に処理ルーチ
ンがジャンプし、車号データがあれば、ステップＳ８で
車号データが対象線路のデータか否かの判定を行う。

【００９２】この場合、上り列車のＩＤタグ３のデータ
が必要であるものとし、この対象線路の列車のデータが
なければ、ステップＳ８のＮＯ側から上記ステップＳ１
０にジャンプし、また、対象線路の列車のデータであれ
ば、ステップＳ９で上記ＣＰＵ６ｂ内のメモリに記憶し
ていた進入検知センサ８、退出検知センサ９および衝撃
検知センサ１２，１３の上記車号番号に対応する検出出
力を取り込んで、ステップＳ１０でデータの解析処理を
行う。

【００９３】すなわち、対象列車の車両番号に対応する
車輪の踏面の異常解析を図４のフローチャートで述べた
手順にしたがい、解析を行い、１〜２日分のタイヤフラ
ットに関する解析結果をＣＰＵ６ｂ内のメモリにステッ
プＳ１１で追加して格納する。

【００９４】次いで、ステップＳ１２で１列車分の列車
波形ファイルの１次保存を行って、一連の処理を終え
て、次の列車の踏面の異常検出を行うための待受け状態
となる。

【００９５】また、図３のフローチャートのステップＳ
２において、キー割込み有りの場合には、ステップＳ１
３に分岐し、パラメータの設定処理が行われる。

【００９６】さらに、図３のフローチャートのステップ
Ｓ３において、タイマーによる送信指定時刻になると、
ステップＳ３のＹＥＳ側からステップＳ１４に処理が分
岐し、ＣＰＵ６ｂは、ＲＳ２３２Ｃポート６ｒを通して
送受切換器６ｏを送信側Ｓに切り換える。

【００９７】次いで、ステップＳ１５でＣＰＵ６ｂ内の
メモリに格納した車号データに対応する車輪の踏面の検
出データ、すなわち、衝撃検知センサ１２，１３の検出
出力、および進入検知センサ８、退出検知センサ９の出
力などが送信し得るか否か、すなわち送信可能の有無を
判別する。この判別の結果、送信不能であれば、ステッ
プＳ１５のＮＯ側から処理ルーチンが分岐して、次の列
車待受け状態となる。

【００９８】ステップＳ１５において、送信可能と判定
されると、ステップＳ１６に処理を移し、ＣＰＵ６ｂ内
のメモリに格納されていた車号に対応する衝撃検知セン
サ１２，１３で検出された車輪の踏面の異常、すなわ
ち、検知されたタイヤフラットのデータ（加速度値）、
列車の速度、車号データ、台車データなどのデータをＣ
ＰＵ６ｂ内のメモリからＲＳ２３２Ｃポート６ｒと送受
切換器６ｏを通してモデム６ｐに送り、そこで変調をか
けて、電話回線１４を通してデータ受信部１５に送信す
る。

【００９９】データ受信部１５内では、モデム１５ａに
より送信されたデータを復調して、ＣＰＵ１５ｂに送
り、このＣＰＵ１５ｂの制御により、プリンタ１５ｃを
制御してプリントアウトしたり、ＦＡＸアダプタ１５ｄ
を制御して、ＦＡＸの送信を開始させたりする。

【０１００】次いで、ステップＳ１７でＣＰＵ６ｂから
送信される次回通信パラメータをデータ受信部１５で受
信する。この次回通信パラメータは、翌日のデータ受信
の指定を受けるものである。

【０１０１】次いで、ステップＳ１８においてステップ
Ｓ１６でのデータ送信部６からデータ受信部１５への送
信とデータ受信部１５での受信が正常に終了したか否か
の判定をＣＰＵ６ｂで行い、もし送受信が正常に行われ
ていないと判定されたときは、ステップＳ１８のＮＯ側
から処理が分岐し、ステップＳ２０の列車待受け状態と
なる。

【０１０２】また、このステップＳ１８において、上記
送受信が正常であると判定されたときは、ステップＳ１
９でＣＰＵ６ｂ内のメモリからデータ受信部１５に送信
されたデータの格納を削除して、次の列車待受け状態
（Ｓ１８）になる。

【０１０３】上述のように構成され且つ動作する上記実
施例によれば、車号読取アンテナ４から送信された電波
を各車両１に設けられたＩＤタグ３で受信して、その車
両１の識別情報に応じた信号波で変調した電波を反射さ
せて車号読取アンテナ４で受信するように構成したか
ら、車両１を即座に特定する（車号を読取る）ことがで
き、たとえ、列車編成が頻繁に変えられようとも、車号
は誤りなく特定することができる。

【０１０４】そして、進入検知センサ８と退出検知セン
サ９とから出力される検知信号を信号処理手段６ｇを介
して演算処理部としてのＣＰＵ６ｂに入力し、そのＣＰ
Ｕ６ｂで測定区間を通過中の１つの台車を特定し、その
台車の前輪と後輪のいずれかにタイヤフラットや剥離な
どの踏面異常が生じているときは、衝撃検知センサ１２
および１３がそれを検知するように構成したので、踏面
異常を定量的且つ完全無人状態で合理的に把握すること
ができる。

【０１０５】しかも、踏面異常の検出手段として、レー
ル２ａ，２ｂに直接ひずみゲージを取付け、レールのせ
ん断ひずみや曲げひずみを検出する従来の方式とは異な
り、枕木１０，１１に衝撃検知センサ１２，１３で加速
度を検出する方式を採用したから、装置の設置が極めて
簡易であり、低コスト化が可能となるばかりでなく、従
来より高速度走行時の検出精度を向上させることができ
る。

【０１０６】また、上記のようにして、車号とその個々
の台車に対応づけて検出されたタイヤ踏面に関するデー
タは、一旦メモリに格納され、予め設定した時刻になる
と、データ送信部６から受信部１５に向けて電話回線１
４を介して送信するように構成したから、車輪踏面の異
常の解析を正確に且つ迅速に管理個所へ送信することが
でき当該管理個所における異常踏面を持つ車輪の削成計
画を合理的に立てることができる。

【０１０７】尚、本発明は、上記実施例に限定されるも
のではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形
実施が可能である。

【０１０８】例えば、衝撃検知センサ１２，１３は、図
１に示した配置に限られるものではなく、適宜変更して
もよいし、その設置個数も実施例のように２個に限ら
ず、１個または３個以上でもよく、要は、タイヤフラッ
トなどの踏面異常を検出し得る感度に応じて適宜増減す
ればよい。

【０１０９】また、データの送信・受信手段も他の手段
でもよいし、有線でなく、無線で送信する方法でも実行
可能である。

【０１１０】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１に記載の
発明によれば、第１に、編成車両の車号の特定およびそ
の台車単位での車輪の踏面の異常を車両がレールの測定
区間を走行中に完全無人状態で正確に検出し得ること、
第２に、車輪の踏面の異常検出処理は、車両が接近検知
センサに接近したときに始まり車輪検知器からの信号が
生じなくなってから所定時間経過したときまで、即ち、
車両の最後尾の車両の通過後所定時間経過したとき終了
するように構成したので、車号読取アンテナ等の構成部
材の無駄な稼動や、電力の無用な消耗などを抑制し得る
こと、第３に、たとえ１つの台車に１つの車輪だけ踏面
の異常が存在していたとしても、その台車の４つの車輪
径をすべて同一に揃えることが必須となっているため、
台車単位で車輪の踏面の異常を検出することで充分であ
ること、第４に、車号を特定して踏面の異常を検出して
いるため、同一車両でも編成換え等によって、他の車両
編成となっても支障なく、タイヤフラットの削成作業を
行ない得ること、第５に、加速度センサを枕木に設置す
ると共に、高感度で且つ安定性のよい半導体ひずみゲー
ジを用いているので、踏面の異常に起因して枕木に加え
られる応力に対して大きな抵抗値変化を示し、非常に高
感度で増幅器を簡略化することができ、その分小型で且
つ安価な増幅器で足りること、等の種々の優れた効果を
奏する。

【０１１１】また、請求項２に記載の発明によれば、上
記請求項１に記載の発明の特有の効果を奏し得ると共
に、列車編成の変更にも拘らず車号の識別を正確且つ迅
速に行うことができると共に、識別した車両の台車単位
で車輪の踏面異常を検出し、その踏面の異常の解析を正
確に行うことができ、また、従来は、車両の認識ができ
なかったために、車両の特定が容易な構内の設備に限定
されたが、構内設置の場合は、構内入場線に設置するこ
ととなるため、車両入場とフラットの検出と削成が同時
となり、予めタイヤフラットの削成計画を立てることが
できず不都合であったが、本発明によれば、一般の営業
路線上に設置でき、タイヤフラット情報と車両の車号と
を離隔した削成工場まで送信できるため、予めタイヤフ
ラットの削成計画を立てることができて極めて好都合な
鉄道車輪踏面の異常検出装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る鉄道車輪踏面の異常検出装置の一
実施例の全体構成を概略的に示すブロック図である。

【図２】本発明に係る鉄道車輪踏面の異常検出装置の具
体的な構成を示すブロック図である。

【図３】本発明の鉄道車輪踏面の異常検出装置の動作の
流れを示すメインルーチンのフローチャートである。

【図４】本発明の鉄道車輪踏面の異常検出装置のデータ
解析処理手順を示すフローチャートである。

【図５】本発明の鉄道車輪踏面の異常検出装置の動作を
説明するためのタイミングチャートである。

【符号の説明】

１車両２ａ，２ｂレール３ＩＤタグ（車両識別タグ）４車号読取アンテナ５ＲＦソース６データ送信部６ａリーダ６ｂ，１５ｂＣＰＵ６ｃ，６ｄ直流増幅器６ｒＲＳ２３２Ｃポート６ｏ送受切換器６ｐ，１５ａモデム７接近検知センサ８進入検知センサ９退出検知センサ１０，１１枕木１２，１３衝撃検知センサ１４電話回線１５データ受信部１６収納ラック

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中善一郎香川県高松市浜ノ町１番10号四国旅客鉄道株式会社内 (72)発明者丸岡忠輝香川県高松市浜ノ町１番10号四国旅客鉄道株式会社内 (72)発明者塩谷明男東京都調布市調布ヶ丘３丁目５番地１株式会社共和電業内 (72)発明者斉藤彰東京都調布市調布ヶ丘３丁目５番地１株式会社共和電業内 (72)発明者佐藤弘一東京都調布市調布ヶ丘３丁目５番地１株式会社共和電業内 (56)参考文献特開昭63−44292（ＪＰ，Ａ) 実開平１−122361（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01B 21/00 - 21/32

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄道車両に取り付けられ高周波電波を受
信して上記鉄道車両の車号識別を可能に変調処理をして
電波を送信する車号識別タグと、レールの近傍の測定区
間に配置され車輪単位で上記鉄道車輪の進入と退出をそ
れぞれ検出する２個の車輪検知器と、上記測定区間より
所定距離手前まで車両が接近したことを検出する接近検
知センサと、上記２個の車輪検知器間における枕木に設
けられ上記車両の台車単位で車輪の踏面異常を検出する
半導体ひずみゲージ式の加速度センサと、上記レール近
傍に配置され上記車号識別タグに向けて上記高周波電波
を送信するとともに上記車号識別タグから送信される上
記変調処理された電波を受信する車号読取アンテナとを
備え、上記接近検知センサが車両の接近を検出したと
き、上記車号読取アンテナから上記高周波電波を送信
し、上記車号識別タグから発せられる信号をもとに車両
を特定すると共に、上記２個の車輪検知器から発せられ
る信号を基に台車を特定しつつ、上記加速度センサの出
力を基に車輪の踏面の異常を台車単位で自動的に検出
し、上記車輪検知器の信号が所定時間生じなくなったと
き、車両の最後尾の通過と判定し、上記車号読取アンテ
ナからの高周波電波の送信を休止し、車輪の踏面の異常
検出処理を自動的に終了するように構成したことを特徴
とした鉄道車輪踏面の異常検出装置。
【請求項２】鉄道車両に取り付けられ高周波電波を受
信して上記鉄道車両の車号を識別可能に変調処理をして
電波を送信する車号識別タグと、レールの近傍の測定区
間に配置され車輪単位で上記鉄道車輪の進入と退出を検
出する複数の車輪検知器と、上記測定区間より所定距離
手前まで車両が接近したことを検出する接近検知センサ
と、上記車両の台車単位で車輪の踏面異常を検出する半
導体ひずみゲージ式の加速度センサと、上記レール近傍
に配置され上記車号識別タグに向けて上記電波を送信す
るとともに上記車号識別タグから送信される上記変調処
理された電波を受信する車号読取アンテナと、この車号
読取アンテナに上記高周波電波を送信させるとともにこ
の車号読取アンテナで受信された電波の復調処理および
アナログ／ディジタル変換処理を行って上記車両の識別
信号を出力する高周波ソースと、上記加速度センサの出
力信号の雑音成分を除去して増幅する直流増幅器と、車
両単位の車号データを格納するリーダと、車輪検知器で
検知された信号を入力すると、優先割込み用のトリガ信
号を出力するトリガ回路と、このトリガ回路から出力さ
れる上記トリガ信号により割込みがかけられ上記リーダ
に格納されている車号データを読み出してこの各車号デ
ータに対応する上記直流増幅器の出力信号から車輪の踏
面異常の解析処理を行う演算処理部と、この演算処理部
により解析された各車号データ、各台車データおよびこ
れらに対応する車輪踏面データ等を電話回線を介して伝
送する送信手段とを備え、上記接近検知センサによる車
両の接近の検知に応答して、上記車号読取アンテナから
の上記高周波電波の送信ほか上記車輪の踏面異常検出処
理を開始し、上記車輪検知器の信号が所定時間生じなく
なったとき、上記車両の最後尾の通過と判定し、上記車
号読取アンテナからの上記高周波電波の送信ほか上記車
輪の踏面異常検出処理を終了し、引続く車両が上記接近
検知センサにより検知されるまで一連の処理を休止する
ように構成したことを特徴とする鉄道車輪踏面の異常検
出装置。