JP2000006807A - 鉄道車両及びその走行時の異常検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】鉄道車両の走行時の車軸・台車の異常を検知
し、車両を減速または緊急停止させる。 【解決手段】複数の台車２１、２２、２３、２４上にそ
れぞれ加速度検出手段１１、１２、１３、１４を設け、
これらの加速度検出手段が検出する加速度信号をそれぞ
れ比較し、いずれかの信号が他の加速度信号に対して所
定値以上に大きな値となった場合に異常が発生したと判
断する。これにより、各台車が軌道から同程度に受ける
振動と、特定の台車に何らかの異常が発生している事に
よる発生する振動とを分離する事ができ、車両を非常停
止させる必要があるという事を判定する事が出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走行時の異常を検
知する手段及び方法を備えた鉄道車両に関する。

【０００２】

【従来の技術】高速走行する鉄道車両においては、車輪
・台車等の走行時の異常をいち早く検知し、非常ブレー
キ等の手段により、車両を減速させる事が重要である。
そのための異常検知手段としては、例えば特開平９−３
９７９０号公報に記載の方法がある。この発明では、台
車のばねより上の部位における加速度を２重積分する事
により変位を求め、この変位値が規定値以上となった場
合、脱線等により車体が下方向に変位した事による異常
と判断する工夫がなされている。また、この発明では、
上記台車のばねより上の部位における加速度が所定値を
超えた場合に異常と判断するという工夫がなされてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来例
は、車体がレール高さ以上に下方に変位し、脱線した際
に異常と判断するものであり、走行中の異常をいち早く
検知するという点で、十分では無い。また、高速走行す
る車両の場合、軌道から常に振動加速度を受けており、
上記従来例に記されている様に、こうした加速度情報か
ら車両を非常停止させなければならない程の異常が発生
しているか否かを判断するのは容易では無い。例えば軌
道には、波状摩耗と呼ばれる表面変形現象が発生してい
る場合が多い。こうした部所を通過した場合、車両は著
大な振動を受ける。このような状態を検知する事が重要
である事は言うまでもないが、車両を非常停止させる必
要があるが否かを判断するためには更なる工夫が必要と
なるという点に関して、上記従来例では十分な配慮がな
されていなかった。

【０００４】本発明はこの点に鑑みてなされたものであ
り、台車あるいは車軸等の走行装置に異常が発生し、車
両を減速あるいは非常停止させる必要があるという事を
確実に検知し、車両を安全に停止させる事ができる検知
方法及び手段を備えた鉄道車両を提供することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する為
に、本発明では、車両に配備されている複数の台車上に
それぞれ加速度検出手段を設け、これらの加速度検出手
段が検出する加速度信号をそれぞれ比較し、いずれかの
信号が他の加速度信号に対して所定値以上に大きな値と
なった場合に異常が発生したと判断する検知手段を備え
ている。これにより、各台車或いは輪軸が軌道から同程
度に受ける振動と、特定の台車或いは輪軸に何らかの異
常が発生している事による発生する振動とを分離する事
ができ、車両を減速もしくは非常停止させる必要がある
という事を判定する事が出来る。

【０００６】好ましくは、上記加速度検出手段が検出す
る加速度信号レベルの平均値を計算し、この平均値とそ
れぞれの検出加速度レベルを比較し、平均値に対して、
何れかの信号レベルが所定値以上に大きな値となった場
合に異常と判断する検出手段を備える事により、更に確
実に異常の判断が可能となる。

【０００７】更に好ましくは、上記加速度信号レベルの
比較、もしくは平均値の計算を行う際に、先頭側に位置
する台車上の加速度信号を、後方に位置する台車上の加
速度信号に対して、これら台車間の距離を車両走行速度
除した値により定まる時間だけ、遅らせる操作を行う手
段を備えると良い。これにより、各台車或いは輪軸が軌
道から同程度に受ける振動と、特定の台車或いは輪軸に
何らかの異常が発生している事による発生する振動とを
確実に分離する事が出来る。

【０００８】更に好ましくは、上記加速度レベルの検出
を行う際に、加速度検出手段が検出した加速度振動を一
定時間だけ時間平均し、この値を加速度レベルとする手
段を設けると良い。これにより、異常には至らないイン
パルス状の加速度信号の効果を排除する事ができる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施形態に
よる異常検出方法及び手段を設けた鉄道車両の例を図１
を参照して説明する。

【００１０】図１は、本発明の第１の実施形態による鉄
道車両の異常検知方法及び手段を示す図である。３１及
び３２は車体であり、図示しない連結器により連結さ
れ、矢印Ａで示す進行方向に速度Ｖ（ｍ／ｓ）で走行し
ている。本明細書では、連結されている車体全てを１つ
の車両と呼び、１つの車両は１つ又は複数の車体によっ
て構成される。

【００１１】２１、２２、２３、２４は台車であり、図
示しないばね装置により、それぞれ車体３１及び３２を
支持している。この例では、台車２１が先頭台車となっ
ている。２１０、２１１は車軸であり、図示しないばね
装置を介して、台車２１を支持している。２２０、２２
１、２３０、２３１、２４０、２４１は同様に車軸であ
り、それぞれ、台車２２、２３、２４を図示しないばね
装置を介して支持している。

【００１２】本実施形態においては、車軸と車輪が一体
になった形態の車輪を用いており、車軸と車輪を含めて
車軸と呼んでいるが、車輪と車軸が別体で組み合わされ
た形態のものでもよい。

【００１３】１１、１２、１３、１４は、加速度検出手
段であり、それぞれ、台車２１、２２、２３、２４上に
設置されており、それぞれの台車の上下もしくは左右方
向の加速度信号を検出する。４１、４２、４３、４４は
加速度レベル計算手段であり、それぞれ、加速度検出手
段１１、１２、１３、１４が検出した加速度振動の時間
平均値を計算し、それを加速度レベルとして出力する。
この例では、加速度信号の時間平均値をそれぞれ計算し
ているが、必ずしも時間平均値を計算する必要は無く、
検出した加速度をそのまま加速度レベルとしても良い。

【００１４】加速度レベル計算手段は、それぞれ、加速
度検出手段の加速度検出信号を増幅する増幅器と、増幅
されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換
器と、マイクロコンピュータにより構成されている。

【００１５】５０は、加速度レベル位相補償手段であ
り、（数１）、（数２）、（数３）、（数４）により、
先頭台車とそれぞれの台車との距離と走行速度によって
定まる振動の位相を補償する。加速度レベル位相補償手
段は、必ずしも必要では無いが、以下に説明するよう
に、この手段により、各台車が軌道から同程度に受ける
振動をより容易に分離する事ができる。

【００１６】 Ｂ４１（ｔ）＝Ａ４１（ｔ） （数１） Ｂ４２（ｔ）＝Ａ４２（ｔ＋Ｌ４２／Ｖ） （数２） Ｂ４３（ｔ）＝Ａ４３（ｔ＋Ｌ４３／Ｖ） （数３） Ｂ４４（ｔ）＝Ａ４４（ｔ＋Ｌ４４／ｖ） （数４） （数１）において、Ａ４１（ｔ）は、加速度レベル計算
手段４１が計算した、時刻ｔにおける台車２１の加速度
レベルであり、Ｂ４１（ｔ）は、位相補償された台車２
１の加速度レベルである。この例では、先頭台車を基準
としているため、加速度レベル計算手段４１が計算し
た、時刻ｔにおける台車２１の加速度レベルがそのまま
位相補償後の加速度レベルとなる。

【００１７】（数２）において、Ｂ４２（ｔ）は、位相
補償された台車２２の加速度レベルである。先頭台車２
１と、その後方に位置する台車２２との距離をＬ４２
（ｍ）とすると、台車２２は、先頭台車２１が軌道上の
ある点を通過した時刻のＬ４２／Ｖ（秒）後に同一地点
を通過する。従って（数２）に示すように、この時間だ
け加速度レベルの信号を進め、相対的に、先頭台車の加
速度レベル信号を遅らせる位相補償を行う事により、台
車２１と台車２２が軌道上の同一地点を通過した際の加
速度レベルを比較する事ができる。同様に、先頭台車２
１と、台車２３との距離をＬ４３（ｍ）とし、先頭台車
２１と、台車２４との距離をＬ４４（ｍ）とすると、そ
れぞれ（数３）、（数４）により、同様の位相補償を行
う事ができる。

【００１８】上記の計算において、台車間の距離Ｌ４２
（ｍ），Ｌ４３（ｍ）等はメモリ手段に記憶しておく。
このとき、種類の異なる車体等に応じて、Ｌ４２
（ｍ），Ｌ４３（ｍ）等は書換え可能なメモリ手段を用
いることが好ましい。また、速度情報は図示されていな
い速度検出手段で検出しており、アナログデ−タとして
検出された速度情報の場合は、ＡＤ変換器でディジタル
デ−タに変換した後、マイクロコンピュ−タに入力され
る。

【００１９】５１は加速度レベル平均値計算手段であ
り、（数５）に示すように、位相補償された各台車の加
速度レベルの平均値Ｂａ（ｔ）を時々刻々計算する。

【００２０】 Ｂａ(ｔ)＝ (Ｂ４１(ｔ)＋Ｂ４２(ｔ)＋Ｂ４３(ｔ)＋Ｂ４４(ｔ))／４ （数５） ５２は、加速度レベル比較手段であり、（数６）、（数
７）、（数８）、（数９）の演算により各台車の加速度
レベルと、加速度レベル平均値に所定の係数Ａを乗じた
値とを比較する。係数Ａは、１以上の値であり、好まし
くは２以上の値とする。

【００２１】 Ｃ４１(ｔ)＝Ｂ４１(ｔ)−Ａ×Ｂａ(ｔ) （数６） Ｃ４２(ｔ)＝Ｂ４２(ｔ)−Ａ×Ｂａ(ｔ) （数７） Ｃ４３(ｔ)＝Ｂ４３(ｔ)−Ａ×Ｂａ(ｔ) （数８） Ｃ４４(ｔ)＝Ｂ４４(ｔ)−Ａ×Ｂａ(ｔ) （数９） ５３は、異常判定手段であり、加速度レベル比較手段５
２の演算結果に基づき、異常の判定を行い、運転台にア
ラーム信号を点灯させると同時に、各台車に非常ブレー
キ指令を発する。具体的には、（数６）から（数９）の
演算結果であるＣ４１（ｔ）、Ｃ４２（ｔ）、Ｃ４３
（ｔ）、Ｃ４４（ｔ）のいずれかの値が負の値となった
場合に異常が発生したと判定する。この演算結果が負に
なるという事は、台車２１、２２、２３、２４に、軌道
から同程度に受ける加速度を差し引いても、更に大きな
加速度が存在しているという事であり、その台車に何ら
かの異常が発生した事による振動が卓越している事を意
味している。こうした異常が発生すると、異常発生手段
５３は、運転台にアラーム信号を発すると同時に、全て
の台車に非常ブレーキ指令を発し、車両を緊急停止させ
る。

【００２２】この例では、以上説明した加速度位相補償
手段５０、加速度レベル平均値計算手段５１、加速度レ
ベル比較手段５２、及び、異常判定手段５３は、１つの
マイクロコンピュータにより構成されている。

【００２３】車両の走行中は、異常判定手段が常に上記
した手段及び方法により、異常の有無を判定している。
仮に、走行中にいずれかの台車に異常が発生し、異常判
定手段５３が異常を検知すると、異常判定手段は、運転
台に異常発生信号を送り、同時に、全ての台車に非常ブ
レーキ指令を発し、車両を緊急停止させる。運転台に送
られるアラーム信号は、パイロットランプ等の形式でも
良いが、（数１）〜（数４）の、Ｂ４１（ｔ）、Ｂ４２
（ｔ）、Ｂ４３（ｔ）、Ｂ４４（ｔ）の信号もしくは、
（数６）〜（数９）の、Ｃ４１（ｔ）、Ｃ４２（ｔ）、
Ｃ４３（ｔ）、Ｃ４４（ｔ）の信号の値をインジケータ
等により直接表示しても良い。これにより、比較的小さ
な異常も運転手により事前に検知する事ができる。

【００２４】本例では、加速度レベル平均値と、各台車
の加速度レベルとの比較を行う例について説明したが、
特定の台車の加速度レベルとの比較を行い、所定のレベ
ル以上の差が有った場合に異常と判定してもよい。

【００２５】次に、本発明の第２の実施形態による異常
検出方法及び手段を設けた鉄道車両の例を図２を参照し
て説明する。

【００２６】図２は、本発明の第２の実施形態による鉄
道車両の異常検知方法及び手段を示す図である。図中、
図１と同一の番号を付した部材は、同一機能を有する部
材を示す。

【００２７】図２では、図１において図示しなかったば
ね３３を図示している。ばね３３は、車体・台車間を上
下方向に結合する空気ばねである。先に説明した例で
は、加速度検出手段１１、１２、１３、１４を台車上に
配置していたが、本例では、それぞれ、車体上に配置し
ている。例えば、加速度検出手段１１は、台車２１と車
体３１を結合するばね３３の真上付近の車体床下に配置
されている。

【００２８】同様に、加速度検出手段１２は、台車２２
のばねの上付近の車体３１上、加速度検出手段１３は、
台車２３のばねの上付近の車体３２上、加速度検出手段
１４は、台車２４のばねの上付近の車体３１上にそれぞ
れ配置されている。この様に、台車のばねより上の車体
上に加速度検出手段を設ける事により、加速度検出手段
にかかる加速度を低減する事ができ、軌道から各台車が
同等に受ける軌道からの振動加速度の分離が容易とな
る。

【００２９】次に、本発明の第３の実施形態による異常
検出方法及び手段を設けた鉄道車両の例を図３を参照し
て説明する。

【００３０】図３は、本発明の第３の実施形態による鉄
道車両の異常検知方法及び手段を示す図である。図中、
図１と同一の番号を付した部材は、同一機能を有する部
材を示す。

【００３１】図３では、車体３０を追記しており、更
に、加速度検出手段を有しない台車２５及び、台車２５
を支持する車軸２５０をそれぞれ追記している。この例
では、加速度検出手段は先頭台車２１、最後尾台車２
３、及び中間の台車２２にのみ配置されている。

【００３２】加速度検出手段は、全ての台車上、もしく
は、全ての台車のばねの上の車体上に配置するのが望ま
しいが、本例のように、最も異常の発生する確率が高い
両端の台車もしくは台車上の車体及び、中間の台車もし
くは台車上の車体に配置しても良い。また、両端の台車
もしくは台車上の車体にのみ配置してもよい。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、台
車あるいは車軸等の走行装置に異常が発生し、車両を減
速あるいは非常停止させる必要があるという事を確実に
検知し、車両を安全に停止させる事ができる

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態による鉄道車両の異常
検知手段及び方法を示す図である。

【図２】本発明の第２の実施形態による鉄道車両の異常
検知手段及び方法を示す図である。

【図３】本発明の第３の実施形態による鉄道車両の異常
検知手段及び方法を示す図である。

【符号の説明】

１１，１２，１３，１４…加速度検出手段、２１，２
２，２３，２４…台車、３０，３１，３２…車体、４
１，４２，４３，４４…加速度レベル計算手段、５０…
加速度レベル位相補償手段、５１…加速度レベル平均値
計算手段、５２…加速度レベル比較手段、５３…異常判
定手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平石 元実 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 中村 実 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者 川村 渡 山口県下松市大字東豊井794番地 株式会 社日立製作所笠戸工場内

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車両に配備されている複数の台車上にそれ
   ぞれ加速度検出手段を設け、これらの加速度検出手段が
   検出する加速度信号をそれぞれ比較し、いずれかの信号
   が他の加速度信号に対して所定値以上に大きな値となっ
   た場合に異常が発生したと判断する検知手段を備えた事
   を特徴とする鉄道車両。
2. 【請求項２】請求項１に記載の鉄道車両において、上記
   加速度検出手段が検出する加速度信号レベルの平均値を
   計算し、この平均値とそれぞれの検出加速度レベルを比
   較し、平均値に対して、何れかの信号レベルが所定値以
   上に大きな値となった場合に異常と判断する検出手段を
   備えた事を特徴とする鉄道車両。
3. 【請求項３】請求項１に記載の鉄道車両において、上記
   加速度信号レベルの比較、もしくは平均値の計算を行う
   際に、先頭側に位置する台車上の加速度信号を、後方に
   位置する台車上の加速度信号に対して、これら台車間の
   距離を車両走行速度で除した値により定まる時間だけ、
   遅らせる操作を行う手段を備えた事を特徴とする鉄道車
   両。
4. 【請求項４】請求項１に記載の鉄道車両において、上記
   加速度レベルの検出を行う際に、加速度検出手段が検出
   した加速度振動を一定時間だけ時間平均し、この値を加
   速度レベルとする手段を設けた事を特徴とする鉄道車
   両。
5. 【請求項５】請求項１に記載の鉄道車両において、上記
   加速度レベル検出手段を、車体と台車を上下方向に結合
   するばねの上部の車体上に設けた事を特徴とする鉄道車
   両。
6. 【請求項６】車両に配備されている複数の台車上にそれ
   ぞれ加速度検出手段を設け、これらの加速度検出手段が
   検出する加速度信号をそれぞれ比較し、いずれかの信号
   が他の加速度信号に対して所定値以上に大きな値となっ
   た場合に異常が発生したと判断する事を特徴とする鉄道
   車両の走行時の異常検知方法。
7. 【請求項７】請求項６に記載の異常検知方法において、
   上記加速度検出手段が検出する加速度信号レベルの平均
   値を計算し、この平均値とそれぞれの検出加速度レベル
   を比較し、平均値に対して、何れかの信号レベルが所定
   値以上に大きな値となった場合に異常と判断する事を特
   徴とする鉄道車両の走行時の異常検知方法。
8. 【請求項８】請求項６に記載の異常検知方法において、
   上記加速度信号レベルの比較、もしは平均値の計算を行
   う際に、先頭側に位置する台車上の加速度信号を、後方
   に位置する台車上の加速度信号に対して、これら台車間
   の距離を車両走行速度除した値により定まる時間だけ、
   遅らせる操作を事を特徴とする鉄道車両の走行時の異常
   検知方法。
9. 【請求項９】請求項６に記載の異常検知方法において、
   上記加速度レベルの検出を行う際に、加速度検出手段が
   検出した加速度振動を一定時間だけ時間平均し、この値
   を加速度レベルとする事を特徴とする鉄道車両の走行時
   の異常検知方法。