JP2000121658A

JP2000121658A - 列車位置検知装置およびその方法

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Publication number: JP2000121658A
Application number: JP10291720A
Authority: JP
Inventors: Masaru Kobayashi; 賢小林; Toshiro Sasaki; 敏郎佐々木; Yoshihide Nagatsugi; 由英永次
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-10-14
Filing date: 1998-10-14
Publication date: 2000-04-28

Abstract

(57)【要約】【課題】車輪の回転から求まる車輪軸速度を用いた列車
位置検知において、車輪が空転滑走したときには加速度
検出装置の加速度出力を用いて列車位置を高精度で検知
するための列車位置検知装置および方法を提供する。【解決手段】位置速度演算部３３０では、速度変換処理
装置１１の速度出力と、加速度補正部３１０の加速度出
力と、空転滑走検出部３２０の空転滑走判断出力とをも
とに、空転滑走時には加速度出力から列車の位置を求
め、空転滑走なし時には速度出力から列車位置や速度を
求める。絶対位置補正手段４０から絶対位置の入力があ
った場合には、列車位置を絶対位置で補正する処理を行
う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車輪により移動す
る列車の位置を列車自身が検知する方法に関わり、特に
鉄道車両において車輪回転計と加速度計の出力を統合処
理することにより列車位置を正確に求める方法に関わ
る。

【０００２】

【従来の技術】列車の走行を制御するためには、列車自
身の走行位置を正確に検知することが必要不可欠であ
る。従来の列車位置検知方法には、大掛かりな地上設備
を必要とする方法から、車上のセンサを中心とする方法
まで様々なものが存在するが、このうち、車上のセンサ
を用いる方法としては、速度発電機を用いるもの、ドッ
プラセンサを用いるものがある。なお、これらの車上セ
ンサを用いる方法は、センサの値だけでは相対位置しか
求めることができない。そのため、一般的な位置検知方
法としては、線路の任意の地点に列車の絶対位置を特定
するための装置を用意し、それらの地点を通過したとき
に絶対位置を確定し、その間を走行するときにセンサに
よる列車位置更新を行う方法が採られている。

【０００３】これらの車上センサのうち、速度発電機を
用いる方法は、列車の車輪に速度発電機を取り付け、車
輪の回転から列車位置を検出するものである。この方法
は、比較的簡単な装置構成である程度の検知精度が得ら
れる方法として、古くから行われているものである。こ
の方法で注意すべき点は、車輪が空転や滑走した場合
は、検知した列車位置が本来の位置からずれる、という
ことである。車輪の空転や滑走は、雨天の加速時や減速
時に１〜数［秒］程度発生するが、悪条件時には１０〜
３０[秒]程度車輪が滑りつづけた例も報告されており、
この場合の位置誤差は数１０[ｍ]にもなる。また、車輪
を用いた位置検知のため、車輪計が正確でないと誤差が
増大するという特徴がある。

【０００４】一方、ドップラセンサを用いる方法は、レ
ーダー送受信機を車両下部にとりつけ、レーダーを地面
に向け送信しその反射波を測定してその周波数の差から
対地絶対速度を求め、その速度から列車位置を求めるで
ある。この方法は、速度発電機と異なり、車輪の空転・
滑走や車輪計による誤差は発生しないが、周波数を正確
に測定するためには高価な装置が必要である。測定誤差
は、比較的低価格のドップラセンサで１〜数[％]、高価
な高精度のセンサでも誤差は０.２〜０.３[％]程度発生
する。

【０００５】位置検知の要素技術としては、車輪の空転
滑走を検出する技術が存在する。『電氣車の科学』１９
９１年１月号ｐｐ.１１〜１６によれば、空転滑走検知
方法として、複数の車輪に取り付けた速度発電機から車
輪の軸速度を求め軸間の差を比較してその差が設定値を
超えたときに空転滑走と判断する方法、軸速度の速度出
力の微分を観測しその値が一定時間設定値を超えたとき
に空転滑走と判断する方法、などが挙げられている。こ
の空転滑走検知の目的は、列車位置の演算や補正処理を
するためではなく、インバータ制御車の空転滑走時の際
粘着制御のためである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
技術による位置検知精度は、速度発電機の場合、空転滑
走が生じると数〜数１０[ｍ]、ドップラセンサの場合で
も安価なものであれば１[Ｋｍ]走行して１〜数[ｍ]の誤
差が生じることになる。列車制御の精度を高めるために
は、誤差１[ｍ]程度以下まで列車位置検知精度を上げる
必要がある。

【０００７】しかしながら、速度発電機を用いる方法
は、車輪が空転や滑走を起こさない場合には、位置検知
精度が高いことが確認されている。そこで、本発明で
は、車輪が空転や滑走していないときには速度発電機に
よる位置更新を行い、車輪が空転や滑走したときには、
素早くそれを検出して、加速度センサにより位置を求め
る方法とした。

【０００８】このときの課題としては、まず、加速度セ
ンサの出力に含まれる誤差の補正が挙げられる。加速度
センサは地球の重力の影響を受けるため、加速度センサ
が重力の方向に垂直な向きに設置されているときは、設
置方向の加速度の値だけが出力されるが、重力の方向に
垂直でない場合は、加速度センサの出力は、設置方向の
加速度に重力方向との角度に応じた誤差が加わった値と
なる。すなわち、列車への加速度センサ取付け時に、重
力に対して垂直方向に設置しないとこの誤差が生じる
上、列車が勾配区間に差し掛かったときにも重力の影響
を受けて誤差が発生する。そのため、加速度センサの出
力から列車の進行方向成分の加速度を求める処理が必要
になる。

【０００９】次の課題としては、車輪の空転や滑走の検
出方法である。車輪の空転や滑走が発生すると位置誤差
が生じるため、発生を迅速に検知して補正処理を施す必
要がある。

【００１０】また次の課題としては、車輪の空転や滑走
を検出したときの列車位置演算の補正方法である。速度
発電機が空転や滑走をした場合は、速度発電機の出力だ
けでは列車位置の演算が不正確となる。そこで、他のセ
ンサ類を用いた補正を行う必要が生じる。

【００１１】以上の課題の中における各方法をどのよう
に組み合わせるかも課題である。それぞれの処理におい
て、入力と出力を決め、それらを適切に組み合わせるこ
とにより適当な位置検知装置および方法とする必要があ
る。

【００１２】本発明の目的は、速度発電機の出力をベー
スとして、車輪の空転滑走時には加速度センサを用いて
補正処理を行うことにより、高精度な位置検知を可能と
するような列車位置検知装置および方法を提供すること
にある。

【００１３】本発明の他の目的は、加速度センサの出力
に重畳される取付け角度や勾配による重力誤差成分を取
り除いて、列車の線路方向の加速度だけを求めるための
加速度補正処理方法を提供することにある。

【００１４】本発明のさらに他の目的は、加速度センサ
の補正処理と速度発電機の入力とから、車輪の空転や滑
走を検出する、空転滑走検出処理方法を提供することに
ある。

【００１５】本発明のさらに他の目的は、加速度センサ
の補正処理と空転滑走検出処理と速度発電機の入力をも
とに列車の位置や速度を求める、位置速度演算処理方法
を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明では、速度発電機などの車輪回転数検出装
置と加速度センサなどの加速度検出装置とを入力とし
て、これらを情報処理装置にて位置演算処理を行う構成
とした。情報処理装置には、加速度補正部、空転滑走検
出部、位置速度演算部の各処理部とを設ける。基本的な
処理方法は、車輪が空転滑走していないときは、車輪回
転数検出装置の出力をもとに列車位置を演算することと
し、一方車輪が空転滑走しているときは、加速度センサ
の出力を用いて列車位置を演算することとした。

【００１７】この処理の中において、加速度センサの出
力は、上記の課題で述べたように重力の影響による誤差
成分を含んでいるため、出力値をそのまま位置の演算に
用いることはできない。そのため、これを取り除く方法
として、加速度補正部において、該列車位置計測装置が
演算で求めた列車速度から求まる加速度と加速度センサ
の出力との差を用いて、誤差成分を推定することとし
た。ここで推定した値を用いて加速度センサの誤差成分
を取り除いて、線路の進行方向成分を求める。

【００１８】また空転滑走検出部の処理では、速度発電
機の回転数を速度に変換して求めた速度出力と、上記の
加速度補正部の加速度出力とを用いた空転滑走の判断を
行うこととした。ここでは、一定時刻前における速度発
電機の速度を保持しておき、その時の速度とその時刻か
ら現在までの該加速度補正部の加速度出力値とから推定
速度を求め、これと現在の速度発電機の速度出力とを比
較して、その差が一定値を超えたり下回ったときに空転
や滑走と判断することとした。

【００１９】さらに、位置速度演算部では、空転滑走検
出部において検出された空転や滑走をもとに位置や速度
の演算を行うこととした。この一つの方法としては、空
転滑走がないときは、速度発電機の出力をもとに位置や
速度を求め、空転や滑走が発生している時は、加速度補
正部の加速度出力値を用いて位置や速度を求めることと
した。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の装置および方法に
ついて、その実施の形態を図面をもとに詳細に説明す
る。なお、実施の形態を説明するための全図において、
同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返し
の説明は省略する。

【００２１】（構成の説明）図１は、本発明の装置を可
能にする基本的な全体装置構成図である。１は列車、１
０は車輪回転数検出装置、１１は速度変換処理装置、２
０は加速度検出装置、３０は情報処理装置、４０は絶対
位置補正手段である。また、情報処理装置３０には、加
速度補正部３１０、空転滑走検出部３２０、位置速度演
算部３３０の各処理部が設けられている。車輪回転数検
出装置１０は、列車１の車輪に取り付けられる。加速度
検出装置２０は、列車１の進行方向の向きに設置され
る。また、車輪回転数検出装置１０は速度変換処理装置
１１と接続される。速度変換処理装置１１、加速度検出
装置２０、および絶対位置検知装置４０は、それぞれ情
報処理装置３０と接続される。各装置の具体的な装置例
としては、車輪回転数検出装置１０は速度発電機、速度
変換処理装置１１にはディジタル信号処理装置、加速度
検出装置２０には加速度センサ、情報処理装置３０には
ディジタル信号処理装置もしくは数(ｍｓ)周期で加速度
補正部、空転滑走検出部、および位置速度演算部の一連
の処理が可能な計算機、絶対位置補正手段４０には、地
上の線路上に設置されるトランスポンダの情報を受信す
るトランスポンダ受信器、などである。

【００２２】図２は、本発明の装置および方法を可能に
する、基本的な情報処理装置３０の中における処理部の
構成を示す説明図である。加速度補正部３１０は、加速
度検出装置２０の加速度出力と、位置速度演算部３３０
の速度出力の微分値とを入力とし、加速度の補正値を出
力する。空転滑走検出部３２０は、速度変換処理装置１
１の速度出力と、加速度補正部３１０の加速度出力とを
入力とし、空転滑走判断を出力する。位置速度演算部３
３０は、速度変換処理装置１１の速度出力と、加速度補
正部３１０の加速度出力と、空転滑走検出部３２０の空
転滑走判断出力と、絶対位置補正手段４０の絶対位置を
入力とし、列車位置と列車速度とを出力する。

【００２３】（動作の説明）本発明の装置および方法に
よる列車位置検知の考え方は、車輪に取り付けた車輪回
転数検出装置１０の回転数出力を速度変換処理装置１１
にて変換した速度出力をもとに列車位置を求めることを
基本とし、車輪が空転や滑走を起こして速度変換処理装
置１１の速度出力が本来の列車速度と異なると推測され
る場合には、加速度検出装置２０の加速度出力をもとに
列車位置を求めるものである。この際に、加速度出力は
一般に車体への取付け誤差、車体の傾き、勾配などによ
り、加速度検出装置２０が水平方向に対して、傾斜した
とき重力の影響を受けるため、加速度出力を補正する必
要がある。従って、基本的な動作は、加速度補正部３１
０において、加速度誤差を補正することとし、一方空転
滑走検出部３２０において、車輪が空転や滑走を起こし
ているかどうかを判断した上で、位置速度演算部３３０
において列車の位置、速度を求めるものである。

【００２４】図３は、情報処理装置３０の中の加速度補
正部３１０の処理の際に必要となる変数を示す説明図で
ある。５０１は加速度計出力Ａａと速度の微分値Ａとの
差を保持する変数Ａｄ(０)〜Ａｄ(ｎ−１)、５０２はサ
ンプリング時刻値を保持する変数Ｔ(０)〜Ｔ(ｎ−１)、
５０３は時刻ｔ−１における位置速度演算部の速度出力
の微分値を保持する変数Ａ、５０４は時刻ｔにおける加
速度計の出力を保持する変数Ａａ、５０５は時刻ｔ−１
における加速度計の出力を保持する変数Ａａｔ−１、５
０６は時刻ｔにおける加速度計の取付け角度や重力によ
る誤差成分の推定値を保持するための変数Ａｄ、５０７
は時刻ｔにおける加速度の誤差補正値（加速度演算部の
出力値）を保持する変数Ａｔ、５０８は加速度推定値計
算用変数ｃ１〜ｃ４、５０９は加速度推定値計算用変数
ａ，ｂ、５１０は加速度演算に用いる過去の時刻のデー
タ数ｎ、５１１はインデックス変数ｉである。

【００２５】図４は、情報処理装置３０の中の加速度補
正部３１０の処理を示すフローチャートである。ここ
で、時刻ｔにおける加速度検出装置２０の加速度出力を
Ａａ(ｔ)(Ｋｍ／ｈ／ｓ)、時刻ｔにおける位置速度演算
部３３０の速度出力を微分したものをＡ(ｔ)(ｋｍ／ｈ
／ｓ)、加速度補正値をＡｔ(ｔ)(ｋｍ／ｈ／ｓ)とす
る。また、時刻ｔにおけるＡ(ｔ)とＡａ(ｔ)との差をＡ
ｄ(ｔ)(Ｋｍ／ｈ／ｓ)とする。さらに、加速度補正部３
１０では、過去の時刻ｔ−ｎ＋１…ｔ−１における加速
度の差Ａｄ(ｔ−ｎ＋１)…Ａｄ(ｔ−１)の値を保持して
いるものとする。

【００２６】加速度補正部３１０では、列車の速度から
求めた加速度Ａ(ｔ)と加速度検出装置２０の加速度出力
Ａａ(ｔ)との差を比較して、加速度の誤差成分の除去を
行う。誤差成分除去の方法としては、加速度検出装置２
０の出力Ａｄ(ｔ)には一般にノイズが重畳しており出力
が振動しているため、ある特定の時刻の値だけから誤差
成分を除去しようとすると、ノイズの影響により加速度
の出力誤差をうまく除去できない。そこで、時刻ｔ−１
から時刻ｔ−ｎまで溯り、時刻と加速度の差の関係(ｔ
−ｎ，Ａｄ(ｔ−ｎ))，…，(ｔ−１，Ａｄ(ｔ−１))を
最小２乗法により近似して、その近似式から加速度の誤
差成分量を求め、加速度検出装置２０の加速度出力を補
正するものである。

【００２７】続いて、加速度補正部３１０の処理フロー
について説明する。まず、時刻ｔ−１における位置速度
演算部３３０からの速度出力の微分値Ａ(ｔ−１)と、時
刻ｔにおける加速度検出装置２０からの加速度出力Ａａ
(ｔ)とを、それぞれ変数Ａｔ−１，Ａａにセットし（ス
テップ３１０１）、続いてサンプリング時刻ｔの値を変
数Ｔ(ｎ−１)にセット（ステップ３１０２）、さらにＡ
ａ(ｔ−１)とＡ(ｔ−１)の差Ａｄ(ｔ−１)を変数Ａｄ
(ｎ−１)にセットする（ステップ３１０３）。これによ
り、時刻と加速度の差(ｔ−ｎ，Ａｄ(ｔ−ｎ))，…，
(ｔ−１，Ａｄ(ｔ−１))が用意できたので、最小２乗法
によるＡｄ(ｔ)の近似を行う。ここでは１次式での近似
し、近似式をＡｄ(ｔ)＝ａ・ｔ＋ｂとすると、ａ，ｂは
それぞれ、

【００２８】

【数１】

【００２９】となる。従って、まずｃ1〜ｃ4を求め（ス
テップ３１０４）、次にａ，ｂを求める（ステップ３１
０５）。

【００３０】これにより、誤差成分の推定式が導出され
るので、本式を用いて時刻ｔにおける誤差成分を求め
（ステップ３１０６）、これと加速度検出装置の加速度
出力Ａａ(ｔ)とから、加速度補正値Ａｔ(ｔ)を求める
（ステップ３１０７）。求まった加速度補正値Ａｔ(ｔ)
は、加速度補正部３１０から出力される（ステップ３１
０８）。この後、次のサンプリング時刻での計算に備
え、変数Ａｄ[ｉ]，Ｔ[ｉ]に関して配列の要素を一つず
つ繰り上げ（ステップ３１０９）、さらに変数ＡａをＡ
ａｔ−１に代入する（ステップ３１１０）。以上が加速
度補正部３１０での処理内容である。

【００３１】次に、図５は、情報処理装置の中の空転滑
走検出部３２０の処理の際に必要となる変数を示す説明
図である。６０１は車輪回転計から求めた車輪軸速度を
保持する変数Ｖｒ[０]〜Ｖｒ[ｍ]、６０２は加速度誤差
補正値を保持する変数Ａｔ（０）〜Ａｔ(ｍ)、６０３は
時刻ｔにおける加速度から求めた列車速度を保持する変
数Ｖａ、６０４は時刻ｔ−１における加速度から求めた
列車速度を保持する変数Ｖaｔ−１、６０５は時刻ｔに
おける空転滑走判断出力値を保持する変数Ｓ_L、６０６
は時刻ｔ−１における空転滑走判断出力値を保持する変
数Ｓ_Lt−１、６０７は空転滑走判定しきい値を保持する
変数θ、６０８はサンプリング周期を保持する変数τ、
６０９は空転滑走に用いる過去のデータ数ｍ、６１０は
インデックス変数ｉである。

【００３２】次に、図６は、情報処理装置３０の中の空
転滑走検出部３２０の処理を示すフローチャートであ
る。ここで、時刻ｔにおける速度変換処理装置１１の速
度出力をＶｒ(ｔ)(Ｋｍ／ｈ)、加速度補正値から求めた
速度をＶａ(ｔ)(Ｋｍ／ｈ)、空転滑走判断をＳ_L(ｔ)と
する。また空転滑走検出部３２０では、過去の時刻ｔ−
ｍ＋１…ｔ−１における加速度補正値Ａｔ(ｔ−ｍ＋
１)，…，Ａｔ(ｔ)の値を保持しているものとする。

【００３３】空転滑走検出部３２０では、速度変換処理
装置１１の速度出力Ｖｒ(ｔ)と加速度補正部の加速度出
力Ａｔ(ｔ)とを用いて、Ａｔ(ｔ)を用いて求まる速度と
Ｖａ(ｔ)とを比較することにより、車輪の空転や滑走を
検出することとする。ただし、時刻ｔにおけるＶｒ(ｔ)
とＡｔ(ｔ)だけを用いると、Ｖｒ(ｔ)やＡｔ(ｔ)がノイ
ズの影響を受けた場合に不正な検出を行う恐れがある。
そこで、時刻ｔから時刻ｔ−ｍ＋１まで溯り、時刻ｔ−
ｍにおける速度Ｖｒ(ｔ−ｍ)と時刻ｔ−ｍ＋１から時刻
ｔまでの加速度補正値Ａｔ(ｔ−ｍ＋１)，…Ａｔ(ｔ)と
から求まる速度Ｖａ(ｔ)と、速度変換処理装置１１の速
度出力Ｖｒ(ｔ)とを比較して判定することとする。そし
て、Ｖｒ(ｔ)とＶａ(ｔ)との差から空転や滑走の発生、
収束を判断することとする。

【００３４】続いて、空転滑走検出部３２０の処理フロ
ーについて説明する。まず、時刻ｔにおける速度変換処
理装置１１からの速度出力Ｖｒ(ｔ)と加速度補正部３１
０からの加速度出力Ａｔ(ｔ)をそれぞれ変数Ｖｒ[ｍ]，
Ａｔ[ｍ]にセットする（ステップ３２０１）。次に、時
刻ｔ−ｍにおける速度出力Ｖｒ(ｔ−ｍ)と時刻ｔ−ｍ＋
１から時刻ｔまでの加速度値Ａｔ(ｔ−ｍ＋１)，…Ａｔ
(ｔ−１)とから、速度Ｖａ(ｔ)を計算し変数Ｖａにセッ
トする（ステップ３２０２）。Ｖｒ(ｔ−ｍ)の値は変数
Ｖｒ[０]に、またＡｔ(ｔ−ｍ＋１)からＡｔ(ｔ)までの
値は変数Ａｔ[１]〜Ａｔ[ｍ]にそれぞれセットされてい
る。従って、Ｖａは

【００３５】

【数２】

【００３６】で求まる。ここでτ[ｓ]は計算のサンプリ
ング周期である。次に、車輪が空転していることを検出
する判断処理を行う（ステップ３２０３）。ここでは、
次の条件

【００３７】

【数３】

【００３８】を満たすとき車輪が空転していると判断
し、Ｓ_L(ｔ)を１にセットする（ステップ３２０４）。
車輪が空転していないと判断したときには、車輪が滑走
していることを検出する判断処理を行う（ステップ３２
０５）。ここでは、次の条件

【００３９】

【数４】

【００４０】を満たすとき車輪が滑走していると判断
し、Ｓ_L(ｔ)を−１にセットする（ステップ３２０
６）。

【００４１】車輪が滑走していないと判断したときに
は、車輪空転時に空転が収束したことを検出する判断処
理を行う（ステップ３２０７）。ここでは、次の条件

【００４２】

【数５】

【００４３】を満たすとき車輪の空転が収束したと判断
し、Ｓ_L(ｔ)を０にセットする（ステップ３２０８）。
車輪の空転が収束していないと判断したときには、車輪
滑走時に滑走が収束したことを検出する判断処理を行う
（ステップ３２０９）。ここでは、次の条件

【００４４】

【数６】

【００４５】を満たすとき車輪の滑走が収束したと判断
し、Ｓ_L(ｔ)を０にセットする（ステップ３２０８）。
上記のステップ３２０３，３２０５，３２０７，３２０
９のいずれの判断処理も満たさなかったときは、車輪の
状態は時刻ｔ−１のときと変わっていないとして、

【００４６】

【数７】

【００４７】にセットする（ステップ３２１０）。

【００４８】以上のようにして空転滑走の判断がセット
された後、Ｓ_L(ｔ)が外部に出力される（ステップ３２
１１）。本処理における空転滑走の収束判断ではしきい
値を超えた時もしくは下回った時だけの判定としている
が、この条件に車軸の速度を微分して得られる加速度が
加速度補正部３１０の加速度出力と一定値以下の差にな
った時、という条件を加えることも考えられる。最後
に、次のサンプリング時刻での処理に備え、変数Ｖr
[ｉ]，Ａt[ｉ]、に関して配列の要素を一つずつ繰り上
げる（ステップ３２１２）。以上が空転滑走検出部３２
０での処理内容である。

【００４９】次に、図７は、情報処理装置の中の位置速
度演算部３３０の処理の際に必要となる変数を示す説明
図である。７０１は時刻ｔにおける位置速度演算部で求
めた列車位置を保持する変数、７０２は時刻ｔ−１にお
ける位置速度演算部で求めた列車位置を保持する変数Ｘ
ｔ−１、７０３は時刻ｔにおける位置速度演算部で求め
た列車速度を保持する変数Ｖｔ、７０４は時刻ｔ−１に
おける位置速度演算部で求めた列車速度を保持する変数
Ｖｔ−１、７０５は時刻ｔにおける車軸回転計からの車
輪軸速度を保持する変数Ｖｒｔ、７０６は時刻ｔ−１に
おける車輪回転計からの車輪軸速度を保持する変数Ｖｒ
ｔ−１、７０７は時刻ｔにおける空転滑走検出部の出力
を保持する変数Ｓ_L 、７０８は時刻ｔにおける加速度補
正部からの加速度出力を保持する変数Ａｔ、７０９は絶
対位置検知手段からの絶対位置を保持する変数Ｘｔｒで
ある。

【００５０】次に、図８は、情報処理装置３０の中の位
置速度演算部３３０の処理を示すフローチャートであ
る。ここで、時刻ｔにおける列車位置の演算結果をＸ
(ｔ)[ｍ]、列車速度の演算結果をＶ(ｔ)[Ｋｍ／ｈ]とす
る。位置速度演算部３３０では、時刻ｔ−１の列車位置
Ｘ(ｔ−１)および列車速度Ｖ(ｔ−１)を保持しているも
のとする。

【００５１】位置速度演算部３３０では、空転滑走検出
部３２０の出力Ｓ_L(t)の値に応じてＸ(ｔ)およびＶ(ｔ)
の計算方法を変えることとする。位置速度演算部３３０
の処理フローについて説明すると、まず前処理として、
１時刻前（時刻ｔ−１）に計算した位置、速度の結果お
よび速度変換処理装置の速度出力を、それぞれ変数Ｘｔ
−１，Ｖｔ−１、およびＶｒｔ−１にセットし（ステッ
プ３３０１）、次に時刻ｔにおける空転滑走検出部の出
力Ｓ_L(t)、速度変換処理装置からの速度出力Ｖｒ(ｔ)、
加速度補正部の加速度出力Ａｔ(t)を、それぞれ変数
Ｓ_L，Ｖｒ，Ａｔにセットする（ステップ３３０２）。

【００５２】次に、空転滑走判断処理Ｓ_L(t)の値が０か
どうかを判断する（ステップ３３０３)。Ｓ_L≠０の場合
は、空転滑走が発生しているときであり、この時は加速
度補正値Ａｔ(ｔ)と時刻ｔ−１における列車速度Ｖ(ｔ
−１)とから、列車位置と速度を求める（ステップ３３
０４)。一方、Ｓ_L＝０のときは、空転滑走が発生してい
ないため、Ｖｒ(ｔ)から列車位置と速度を求める（ステ
ップ３３０５）。

【００５３】ここで、絶対位置検知装置４０からの絶対
位置入力Ｘｔｒがあるかどうかを確認する（ステップ３
３０６）。この時、もし絶対位置入力Ｘｔｒが存在する
場合は、列車位置ＸｔをＸｔｒで置き換えることとする
（ステップ３３０７）。以上のようにして求まったＸ
ｔ，Ｖｔを外部へ出力する（ステップ３３０８）。以上
が位置速度演算部３３０における処理内容である。

【００５４】上記の方法では、空転・滑走時には加速度
の値をそのまま用いて補正しているが、その他の方法と
しては、カルマンフィルタや指数平滑フィルタなどを用
いて加速度を補正したのち、列車速度や位置を求める方
法も考えられる。

【００５５】

【発明の効果】本発明の装置および方法によれば、加速
度補正部において加速度センサのもつ重力成分誤差を取
り除き加速度の線路方向成分を出すことが可能となる。
また、車輪回転数検出装置から求まる車輪軸速度と加速
度補正部で補正した加速度を用いることにより、車輪の
空転や滑走を検出することが可能となる。さらに、車輪
が空転や滑走している時は加速度による位置や速度の演
算を行うこととで、高精度な位置検知が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態である列車位置検知装置の
基本的な構成図である。

【図２】本発明の実施の形態である列車位置検知装置の
中の基本的な処理構成図である。

【図３】本発明の実施の形態である列車位置検知方法に
おける加速度補正部の処理を実行する際に必要となる変
数内容を示す説明図である。

【図４】本発明の実施の形態である列車位置検知方法に
おける加速度補正部の基本的な処理内容を示す処理フロ
ーチャートである。

【図５】本発明の実施の形態である列車位置検知方法に
おける空転滑走検出部の処理を実行する際に必要となる
変数内容を示す説明図である。

【図６】本発明の実施の形態である列車位置検知方法に
おける空転滑走検出部の基本的な処理内容を示す処理フ
ローチャートである。

【図７】本発明の実施の形態である列車位置検知方法に
おける位置速度演算部の処理を実行する際に必要となる
変数内容を示す説明図である。

【図８】本発明の実施の形態である列車位置検知方法に
おける位置速度演算部の基本的な処理内容を示す処理フ
ローチャートである。

【符号の説明】

１…列車、１０…車輪回転数検出装置、１１…
速度変換処理装置、２０…加速度検出装置、３０…情報
処理装置、４０…絶対位置補正手段、３１０…加速
度検出部、３２０…空転滑走検出部、３３０…位置速度
演算部、５０１…Ａｄ：加速度計出力Ａａと速度の微分
値Ａとの差を保持する変数、５０２…Ｔ：サンプリング
時刻値を保持する変数、５０３…Ａ：時刻ｔ−１におけ
る位置速度演算部の速度出力の微分値を保持する変数、
５０４…Ａａ：時刻ｔにおける加速度計の出力を保持す
る変数、５０５…Ａat−１：時刻ｔ−１における加速度
計の出力を保持する変数、５０６…Ａｄ：時刻ｔにおけ
る加速度計の取付け角度や重力による誤差成分の推定値
を保持するための変数、５０７…Ａｔ：時刻ｔにおける
加速度の誤差補正値（加速度演算部の出力値）を保持す
る変数、５０８…ｃ1〜ｃ4：加速度推定値計算用変数、
５０９…ａ，ｂ：加速度推定値計算用変数、５１０…
ｎ：加速度演算に用いる過去の時刻のデータ数、５１１
…ｉ：インデックス変数、６０１…Ｖｒ：車輪回転計か
ら求めた車輪軸速度を保持する変数、６０２…Ａｔ：加
速度誤差補正値を保持する変数、６０３…Ｖａ：時刻ｔ
における加速度から求めた列車速度を保持する変数、６
０４…Ｖat−１：時刻ｔ−１における加速度から求めた
列車速度を保持する変数、６０５…Ｓ_L：時刻ｔにおけ
る空転滑走判断出力値を保持する変数、６０６…Ｓ_Lｔ
−１：時刻ｔ−１における空転滑走判断出力値を保持す
る変数、６０７…θ：空転滑走判定しきい値を保持する
変数、６０８…τ：サンプリング周期を保持する変数、
６０９…ｍ：空転滑走に用いる過去のデータ数、６１０
…ｉ：インデックス変数、７０１…Ｘｔ：時刻ｔにおけ
る位置速度演算部で求めた列車位置を保持する変数、７
０２…Ｘｔ−１：時刻ｔ−１における位置速度演算部で
求めた列車位置を保持する変数、７０３…Ｖt：時刻ｔ
における位置速度演算部で求めた列車速度を保持する変
数、７０４…Ｖｔ−１：時刻ｔ−１における位置速度演
算部で求めた列車速度を保持する変数、７０５…Ｖｒ
ｔ：時刻ｔにおける車軸回転計からの車輪軸速度を保持
する変数、７０６…Ｖｒｔ−１：時刻ｔ−１における車
軸回転計からの車輪軸速度を保持する変数、７０７…Ｓ
_L：時刻ｔにおける空転滑走検出部の出力を保持する変
数、７０８…Ａｔ：時刻ｔにおける加速度補正部からの
加速度出力を保持する変数、７０９…Ｘｔｒ：絶対位置
検知手段からの絶対位置を保持する変数。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０１Ｐ 3/56 Ｇ０１Ｐ 3/56 Ａ 7/00 7/00 (72)発明者永次由英茨城県ひたちなか市市毛1070番地株式会社日立製作所水戸工場内Ｆターム(参考） 2F024 AA03 AB07 AE05 AF01 2F029 AA03 AC02 AC12 AD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】列車に、車輪の回転量を検出する車輪回転
数検出装置と、該車輪回転数検出装置の出力を速度に変
換し軸速度を出力する速度変換処理装置と、加速度を検
出する加速度検出装置と、さらに絶対位置を計測して速
度変換処理装置と加速度検出装置の補正するための絶対
位置補正手段を設け、さらにデータの処理を行う情報処
理装置とを設け、情報処理装置に、加速度補正部と、空
転滑走検知部と、位置速度演算部とを設け、該加速度補
正部においては、該加速度検出装置の出力誤差と勾配に
よる重力の影響を取り除き列車の進行方向成分の加速度
を求めることとし、該空転滑走検知部においては、該速
度変換装置の軸速度と該加速度補正部との出力とから車
輪の空転滑走を判断することとし、該位置速度演算部に
おいては、別に設定した初期位置速度情報と該速度変換
装置の軸出力と該加速度補正部の出力と該空転滑走検知
部の出力および絶対位置補正手段を用いた速度変換処理
装置と加速度検出装置の補正情報から、列車の位置や速
度を求めることを特徴とした列車位置検知装置。
【請求項２】請求項１の列車位置検知装置において、情
報処理装置内の位置速度演算部における初期位置情報と
して、速度変換処理装置と加速度検出装置の補正を行う
ための絶対位置計測装置において計測した位置情報を使
うことを特徴とする列車位置検知装置。
【請求項３】請求項１または請求項２の列車位置検知装
置において、該加速度補正部では、該情報処理装置で求
めた列車速度の時間変化から求まる列車加速度の時間変
化と該加速度検出装置で得られた加速度の時間変化とを
比較して、該加速度検出装置の取り付け角度誤差や零点
シフトを起こすバイアス誤差やドリフト誤差を補正し、
さらに列車の走行位置の勾配に基づく重力の影響を補正
して、列車の進行方向成分の加速度を求めることを特徴
とした列車位置検知方法。
【請求項４】請求項１または請求項２の列車位置検知装
置において、該空転滑走検出部においては、請求項３の
列車位置検知方法における加速度補正部で求めた列車進
行方向成分加速度の短時間時間変化と、該速度変換処理
装置から求まる車輪軸速度の短時間時間変化を比較し
て、車輪が空転もしくは滑走したことを検出することを
特徴とした列車位置検知方法。
【請求項５】請求項１または請求項２の列車位置検知装
置において、該位置速度演算部においては、該空転滑走
検出部の空転滑走判断出力をもとにして、車輪が空転滑
走していると判断されたときには、該加速度補正部で求
めた加速度をもとにして空転滑走が発生した時刻からの
列車位置や速度を求めることとし、空転滑走していない
と判断されたときには、該速度処理変換装置もしくは該
速度処理変換部の速度出力をもとにして列車位置や速度
を求めることを特徴とした列車位置検知方法。