JP2002053040A - 鉄道車両の走行異常判別システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄道車両の走行中に車両またはレールの異常
を検出する。 【解決手段】 並行する二本のレール１０、二対の車輪
１２、および対を成す車輪１２間を電気的に接続する車
軸１４から成るループ導通路１６を二次ループ導通路１
６として電磁結合する一次ループ導通路１８を、例えば
車両の台車上に配線する。車輪１２とレール１０との接
触面積の変化、あるいはレール１０自体の異常等によ
り、一次ループ導通路１８の電流センサ２２による検出
電流が変化するので、この検出電流に基づいて車両ある
いはレール１０の異常を判別することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉄道車両の走行異常
を判別する走行異常判別システムに関し、特に、車両の
走行中に取得したデータに基づいて走行異常を判別する
システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両は、その走行中に異常な走行状
態に陥る場合がある。例えば、図３（ｃ）に示すよう
に、車両がカーブしたレール１０上を通過する際に、作
用する慣性力により車輪１２がレール１０上をカーブの
外側方向（紙面左側；矢印方向）に移動して、フランジ
面３４でレール１０に当接した車輪１２がレール１０上
にせり上がる場合や、あるいは、急制動した際に車輪の
踏面にフラットと呼ばれる平坦な部分が生じ、このフラ
ットの生じた車輪の転動により異常振動が生じる場合等
がある。

【０００３】このような異常な走行状態の発生を抑制す
るため、鉄道車両に対しては定期的に点検、修理あるい
は部品交換等の保守作業が実施され、またレールに対し
ても定期的に保線作業が実施されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような保守作業あるいは保線作業による抑制策の他、異
常な走行状態の発生をより迅速に検知することのできる
システムが提案されれば、さらに安全性を向上すること
ができる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題に鑑み、本発明
にかかる鉄道車両の走行異常判別システムは、鉄道車両
に設けられ、並行する二本のレールと、該並行する二本
のレールを転動する二対の電気的に導通された車輪と、
によって形成されるループ導通路を二次ループ導通路と
し、該二次ループ導通路と電磁結合する一次ループ導通
路と、前記一次ループ導通路に接続される電源と、前記
一次ループ導通路の電流または電圧を検出する検出部
と、検出された前記電流または電圧に基づいて鉄道車両
の走行異常を判別する異常判別部と、を備える。このよ
うな構成によれば、例えば車輪とレールとの接触状態の
変化に応じて変化する一次ループ導通路の電流値または
電圧値に基づいて異常を判別することができるので、よ
り迅速かつより精度良く異常を判別し、より適切な対策
を講じることができる。

【０００６】また、本発明にかかる鉄道車両の走行異常
判別システムでは、車両の移動速度を検出する速度検出
部をさらに含み、前記異常判別部は、さらに前記移動速
度に基づいて鉄道車両の走行異常を判別するのが好適で
ある。このような構成によれば、さらに車両の移動速度
に応じて異常を判別することができるので、より精度良
く異常を判別することができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。まず、本発明にかかる
走行異常判別システムによる異常判別の原理について説
明する。図１は、一次および二次のループ導通路の概略
構成図、図２は、一次および二次のループ導通路に等価
な回路図、また図３は、走行中の車輪とレールとの接触
状態を示す説明図である。

【０００８】図１に示すように、車両側は、並行する二
本のレール１０、該並行する二本のレール１０上を転動
する二対の車輪１２、および対を成す車輪１２間を電気
的に接続する二つの導通路１４によりループ導通路１６
が形成されるように構成する。二対の車輪１２としては
車両の台車（図示せず）に備えられる四つの車輪１２
を、また、対を成す車輪１２間を電気的に接続する導通
路１４としては例えば車軸１４を用いれば、このループ
導通路を形成することができる。このループ導通路１６
を二次ループ導通路１６とする。

【０００９】そして、この二次ループ導通路１６と正対
して電磁結合する一次ループ導通路１８を設ける。より
具体的には、該二次ループ導通路１６と平行に、特に二
次ループ導通路１６における対を成す車輪１２間の導通
路１４（すなわち車軸１４）において近接するように一
次ループ導通路１８を例えば台車上に配線する。この一
次ループ導通路１８には交流電源２０（信号源）、およ
び電流または電圧を検出する検出部２２例えば電流セン
サを備える。

【００１０】図２は、上記一次ループ導通路１８および
二次ループ導通路１６の等価回路を示す。すなわち、上
記構成を有する二つのループ導通路１６、１８は、トラ
ンス２４により電磁結合された二つの閉回路（第一の閉
回路２８および第二の閉回路２６）に等価と考えること
ができる。この回路構成において、一次ループ導通路１
８に相当する第一の閉回路２８に交流電流Ｉ１を流す
と、二次ループ導通路に相当する第二の閉回路２６には
トランス２４により誘導された電流Ｉ２が流れる。ここ
で、第二の閉回路２６は抵抗３０を含み、第二の閉回路
２６に流れる電流Ｉ２は、この抵抗３０の抵抗値Ｒに応
じた値となる。電流Ｉ２が変化した場合には、第一の閉
回路２８の電流Ｉ１も変化する。

【００１１】この抵抗値Ｒの変化は、実際の二次ループ
導通路１６では、例えば走行中における車輪１２とレー
ル１０との接触面積の変化として現れる。図３（ａ）
は、正常な走行状態を示し、この状態では、各車輪１２
はそれぞれ踏面３２でレール１０に当接している。図３
（ｂ）は、例えばカーブ走行中に作用する慣性力により
車輪１２が図中の矢印方向に移動した状態を示し、この
状態では、紙面左側の車輪１２はレール１０に対して踏
面３２およびフランジ面３４で当接し、また紙面右側の
車輪１２は踏面３２でレール１０に当接している。図３
（ｂ）の状態で、紙面左側の車輪１２のフランジ面３４
とレール１０との摩擦係数が大きいと、図３（ｃ）のよ
うに、この車輪１２がレール１０上にせり上がって浮上
し（間隙δ）、異常な走行状態となることがある。この
状態では、紙面左側の車輪１２はフランジ面３４のみで
レール１０に当接し、また紙面右側の車輪１２は踏面３
２のみでレール１０に当接する。上記各場合ではそれぞ
れ車輪１２とレール１０との接触面積が異なるため、抵
抗値Ｒはそれぞれ異なる値となり、二次ループ導通路１
６および一次ループ導通路１８を流れる電流値Ｉ１，Ｉ
２（または電圧値）についてもこれら各場合で異なる値
となる。

【００１２】本発明にかかる走行異常判別システム１
は、この原理を利用する。すなわち、該走行異常判別シ
ステム１は、一次ループ導通路１８の電流Ｉ１（または
電圧）を検出し、この電流Ｉ１（または電圧）の変化に
基づいて車輪１２とレール１０との接触状態の正常／異
常を判別することができる。また、上記のカーブ走行時
における接触状態の変化以外にも、例えば走行中に車両
に異常振動が生じた場合には抵抗値Ｒの変動幅が変化
し、またレール１０自体に異変（例えば亀裂、欠損、腐
食等）がある場合には当該異変発生箇所において抵抗値
Ｒが変化する等、抵抗値Ｒの変化、すなわち電流Ｉ１
（または電圧）の変化として検出可能な走行異常状態が
ある。本発明にかかる走行異常判別システム１は、車両
またはレール１０に関するこのような種々の走行異常
を、検出した電流Ｉ１（または電圧）に基づいて判別す
る。

【００１３】次に、本実施形態にかかる走行異常判別シ
ステム１の構成について説明する。図４は車両に搭載さ
れた走行異常判別システム１の概略構成図を示す。

【００１４】この走行異常判別システム１は、車両にお
いて、複数の二次ループ導通路すなわち台車毎に一つの
一次ループ導通路１８を複数備え、該一次ループ導通路
１８毎に設けられる複数の検出部２２例えば電流センサ
（または電圧センサ）と、この検出部２２において検出
された電流データ（または電圧データ）に基づいた走行
異常の判別およびその対策処理を指令する制御部３６例
えばＣＰＵとを備える。

【００１５】各検出部２２により検出された検出電流デ
ータはそれぞれＡ／Ｄ変換器３８を経てディジタルデー
タに変換され、このデータからフィルタ処理部４０にお
いて不要な周波数帯のデータが除去される。このフィル
タ処理により、高周波成分による異常の誤診を抑制する
ことができる。なお、本実施形態ではフィルタ処理部４
０は制御部３６に設けられ、ディジタルデータに対して
フィルタ処理を行うが、これはアナログデータに対して
行っても良い。

【００１６】制御部３６は、前記フィルタ処理部４０の
他、異常判別の前処理を行うデータ前処理部４２、異常
判別を行う異常判別部４４、異常判別結果に基づいてそ
の対策処理を行う対策処理部（例えば車両に設けられる
車両運転制御部４６）を備える。

【００１７】データ前処理部４２は、異常判別に用いる
判別指標の算出を行う。この判別指標としては、例え
ば、検出電流データ（または検出電圧データ）の基準時
間あたりの平均値若しくは積分値、あるいは変動幅等を
用いることができる。この基準時間は適宜変更すること
ができる。また、基準時間を、例えば車両の移動速度
（以下、単に車速と記す）あるいは判別実施区間毎に定
めてもよいし、平均値と変動幅とで異なる値としてもよ
い。また、データ前処理部４２は、検出電流データ（ま
たは検出電圧データ）に対して周波数分析を行うことも
できる。なお、ここで算出された判別指標あるいは周波
数分析データは記憶部５８に格納される。

【００１８】異常判別部４４は、検出電流データ（また
は検出電圧データ）に基づいて車両またはレール１０の
走行異常を判別する。より具体的には、データ前処理部
４２で算出された判別指標と、判別指標毎に設定され記
憶部５８に格納された判別基準値とを比較し、異常判別
信号を生成する。この判別基準値は、各判別指標毎にそ
の大きさに応じて複数設定することができる。異常判別
信号には、判別基準値に応じた異常レベル指標を含める
ことができる。この異常レベル指標は、異常の程度を示
す指標である。例えば、判別指標ｘ（例えば基準時間あ
たりの平均値）に対して判別基準値を二つ（ｔｈ１，ｔ
ｈ２；ｔｈ１＜ｔｈ２）設定し、判別指標ｘがｔｈ１よ
り小さい場合には異常判別信号を生成せず、判別指標ｘ
がｔｈ１以上かつｔｈ２より小さい場合には異常レベル
指標をＩとし、判別指標ｘがｔｈ２以上である場合に
は、異常レベル指標をIIとすることができる。また、異
常判別信号には、走行異常が検出された一次ループ導通
路１８の属性を示す情報（例えば、列車、車両、台車あ
るいは車輪１２を特定可能な識別子等）、および異常発
生場所を示す情報（例えば走行異常発生区間を特定可能
な識別子等）を含めることができる。

【００１９】また、異常判別部４４は、複数の一次ルー
プ導通路１８の検出電流データ（または検出電圧デー
タ）に基づいて走行異常を判別する。より具体的には、
該複数の検出電流データ（または検出電圧データ）に基
づいて走行異常の種別を判別する。まず異常判別部４４
は、データ前処理部４２において算出された判別指標よ
り、前述した方法で異常レベル指標を取得する。次い
で、複数の一次ループ導通路１８に対する判別指標に基
づいて、異常種別指標を取得する。この異常種別指標
は、例えば、一つの特定の一次ループ導通路１８のみで
走行異常が検出された場合と、複数の一次ループ導通路
１８について走行異常が検出された場合とで区別した異
なる値に設定する。例えば、前者の場合には異常種別指
標：Ａ、後者の場合には異常種別指標：Ｂとする。前者
の場合（一つのループ導通路のみ異常を検出した場合）
は、車両側に何らかの異常が発生した可能性が高く、一
方後者の場合（複数のループ導通路で異常を検出した場
合）は、レール１０側に何らかの異常が生じた可能性が
高い。すなわちこのように複数の一次ループ導通路１８
の検出電流データ（または検出電圧データ）に基づいて
異常判別することにより、その走行異常が車両側に起因
するものかあるいはレール１０側に起因するものかを区
別して、より適切な対策を施すことが可能となる。

【００２０】制御部３６に備えられる車両運転制御部４
６は、前記異常判別信号に基づいて車両側の制御（例え
ばモータ４８の制御による車速の減速、非常ブレーキリ
レー５０（ＥＢＲ）の作動による車両の非常停止等）を
行う。より具体的には、車両運転制御部４６は、走行異
常の度合い、あるいは種別に応じて処理を行う。すなわ
ち、走行異常の度合いに応じた対策処理としては、例え
ば、異常の度合いが低い場合（例えば前記異常レベル指
標がＩである場合）には車速の減速のみに留め、一方異
常の度合いが高い場合（例えば前記異常レベル指標がII
である場合）にはＥＢＲ５０を動作させて車両を停止さ
せるよう制御する。また、異常の種別に応じた対策処理
としては、例えば、前述したように、一つの特定の一次
ループ導通路１８のみに対する異常が検出された場合
（例えば前記異常種別指標がＡであった場合）には、車
両側に何らかの異常が発生した可能性が高いため、当該
車両に対して異常レベルに応じた対策処理（例えばモー
タ４８の制御による車速の減速、ＥＢＲ５０の作動等）
を行い、一方複数の一次ループ導通路１８に対して異常
が検出された場合（例えば前記異常種別指標がＢであっ
た場合）には、レール１０側に何らかの異常が生じた可
能性が高いため、特に車両側としての対策処理を行わな
い。なお、この車両運転制御部４６において、処理結果
を示す処理結果信号を生成するよう構成してもよい。

【００２１】本実施形態にかかる走行異常判別システム
１は、各種情報の授受を行う送受信部５２を備える。そ
して上記異常判別によりレール１０側に何らかの異常が
生じていると判別された場合には、異常判別部４４は、
生成した異常判別信号をこの送受信部５２を介して図示
しない外部装置（例えば車両の運行を統括管理する総合
制御室に設けた異常表示装置等）に向けて送信する。こ
のような異常表示装置により異常判別信号の内容を表示
することにより、より迅速かつ適切な対策の実施を促す
ことができる。また、この外部装置は、該送受信部５２
から受け取った異常判別信号に基づいて自動的に動作す
る装置として構成することもできる。その一例として
は、この外部装置を、レール１０とフランジ面３４との
摩擦を低減する摩擦低減剤例えばオイルをレール１０の
フランジ面３４との当接面側の表面へ吐出し、この吐出
量を異常判別信号に基づいて調整する摩擦低減剤吐出装
置として構成することができる。

【００２２】また本実施形態にかかる走行異常判別シス
テム１は、車速を検出する車速検出部５４を備える。そ
して異常判別部４４は、検出された車速に応じて車両ま
たはレール１０の異常を判別する。より具体的には、例
えば異常判別の際に用いる判別基準値を、検出された車
速に応じて設定し、これを記憶部５８例えばＲＡＭまた
はＲＯＭに格納しておく。この判別基準値は、例えば、
車速が早いほど高くなるよう設定する。前記基準時間あ
たりの平均値に対応する判別基準値ｔｈ１，ｔｈ２につ
いての一例を示すと、検出された車速ｖが車速基準値ｖ
１より低い場合には、判別基準値をｔｈ１，ｔｈ２と
し、また車速ｖが車速基準値以上である場合には、判別
基準値を、前記ｔｈ１，ｔｈ２よりそれぞれ異なる例え
ば大きい値のｔｈ１１，ｔｈ２１とする。一般的には車
速に応じて前記平均値または振幅値が変化するため、こ
のような構成によれば、車速に応じてより適切な異常判
別を行うことができる。

【００２３】また、本実施形態にかかる走行異常判別シ
ステム１は、検出電流データ（または検出電圧デー
タ）、異常判別にかかる各パラメータ（例えば判別基準
値、基準時間等）、あるいは異常判別により生成したデ
ータ（例えば判別指標、異常判別信号等）を記憶する記
憶部５８例えばＲＡＭまたはＲＯＭを備える。これによ
り、要求に応じた検出電流データ（または検出電圧デー
タ）あるいは生成したデータの拠出を可能とし、また、
各パラメータの設定の容易な変更を可能とする。

【００２４】また、本実施形態にかかる走行異常判別シ
ステム１は、各種データあるいはパラメータの入力を行
うデータ入力部６０（例えばテンキー等）、走行異常の
判別あるいは対策処理にかかる入力指示を行う入力指示
部６２（例えば操作ボタン等）、各種情報（例えば異常
判別信号あるいは処理結果信号の内容を示す情報等）の
出力例えば表示を行う出力部６４例えばディスプレイ、
および異常を判別した際に出力を行う異常出力部６６
（例えば異常報知ランプ、ブザー等）を備える。これ
ら、データ入力部６０、入力指示部６２、出力部６４、
および異常出力部６６は、運転士室あるいは車掌室に備
えることができる。

【００２５】また、送受信部５２を介して、記憶部５８
に記憶される各種データの外部とのやりとりを行うこと
ができる。これにより、異常判別信号あるいは処理結果
信号を情報処理機関（例えば総合指令所等）に送信した
り、別に設置されたシステムにおいてより詳細なデータ
解析、あるいは異常判別等を行うことができる。また、
この送受信部５２を介して、走行異常判別にかかるパラ
メータの設定を変更することもできる。

【００２６】本発明は上記実施形態には限定されない。
例えば、図５に示すように、上記実施形態の異常判別部
４４の少なくとも一部の機能（例えば少なくとも異常の
種別の判別を行う機能）を備えた異常判別部４４ａを、
別編成の複数の車両３から例えば無線により通信接続さ
れる場所例えば総合指令室２に設け、この異常判別部４
４ａにおいて、各車両３に設けられた異常判別元信号生
成装置５で生成された異常判別元信号（すなわち異常判
別部４４ａで異常判別を行うための信号；例えば上記実
施形態の異常判別信号あるいは検出電流データ（または
検出電圧データ）に基づく信号等）を各車両３から収集
し、これら収集した異常判別元信号に基づいて異常判別
（例えば異常の種別判別等）を行うよう構成することが
できる。例えば、特定のレール区間において別編成の複
数の車両３で異常が検出された際には、該レール区間に
おけるレール１０の異常である可能性が高い。このよう
な構成によれば、より精度良くこのようなレール１０の
異常を検出することができる。なお、異常判別元信号生
成装置５は、上記実施形態における走行異常判別システ
ム１と同様の構成であり、異常判別部４４の代わりに、
異常判別元信号生成部４４ｂを備えるものである。この
異常判別元信号生成部４４ｂは、異常判別部４４と同様
の機能を備えることができる。

【００２７】また、上記実施形態では、検出部２２とし
て電流センサを備え、この電流センサにより検出した電
流データに基づいて異常判別を行ったが、検出部２２と
して電圧センサを備え、この電圧センサにより検出した
電圧データに基づいて異常判別を行うよう構成してもよ
い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
走行中に検出した一次ループ導通路の電流に基づいて異
常を判別することができるので、より迅速かつより精度
良く異常を判別し、より適切な対策を講じることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態にかかる走行異常判別シ
ステムの一次ループ導通路および二次ループ導通路の概
略構成図である。

【図２】 本発明の実施の形態にかかる走行異常判別シ
ステムの一次ループ導通路および二次ループ導通路の等
価回路を示す図である。

【図３】 車輪とレールとの接触状態を示す図である。

【図４】 本発明の実施の形態にかかる走行異常判別シ
ステムの概略構成図である。

【図５】 本発明の別の実施の形態にかかる走行異常判
別システムの概略構成図である。

【符号の説明】

１ 走行異常判別システム、１０ レール、１２ 車
輪、１４ 対を成す車輪間を接続する導通路、１６ 二
次ループ導通路、１８ 一次ループ導通路、２０電源、
２２ 検出部、４４ 異常判別部。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄道車両に設けられ、並行する二本のレ
   ールと、該並行する二本のレールを転動する二対の電気
   的に導通された車輪と、によって形成されるループ導通
   路を二次ループ導通路とし、該二次ループ導通路と電磁
   結合する一次ループ導通路と、 前記一次ループ導通路に接続される電源と、 前記一次ループ導通路の電流または電圧を検出する検出
   部と、 検出された前記電流または電圧に基づいて鉄道車両の走
   行異常を判別する異常判別部と、 を備える鉄道車両の走行異常判別システム。
2. 【請求項２】 車両の移動速度を検出する速度検出部を
   さらに含み、 前記異常判別部は、さらに前記移動速度に基づいて鉄道
   車両の走行異常を判別することを特徴とする鉄道車両の
   走行異常判別システム。