JP2009042179A - 列車の自車位置検出装置、車体傾斜制御システム、操舵システム、アクティブ制振システム及びセミアクティブ制振システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】速度発電機3と、GPS受信機2と、速度発電機3及びGPS受信機2の出力に基づいて基準位置からの走行距離と速度発電機3の出力を補正する誤差パラメータδkとを推定するカルマンフィルタ21と、速度発電機3及びカルマンフィルタ21の出力に基づいて基準位置からの走行距離を算出して列車位置を決定する自車位置決定部22とを備え、自車位置決定部22は、GPS受信機2の出力の更新時には、カルマンフィルタ21で推定された走行距離により列車位置を決定する一方、GPS受信機2の出力の更新時以外には、速度発電機3の出力の更新時に、カルマンフィルタ21で推定された走行距離のうち最新のものと、カルマンフィルタ21で推定された誤差パラメータδ{^}kのうち最新のものを用いて補正された速度発電機3の出力とに基づいて走行距離を積算して列車位置を決定する。
【選択図】図1
Description
図1は本発明の第1実施形態に係る自車位置検出装置1のブロック図である。図1に示すように、自車位置検出装置1は、線路11上を走行する列車10に搭載されている。自車位置検出装置1は、GPS受信機2(衛星測位受信機)、速度発電機3(速度センサ)、車上子4、演算制御部5及び出力部6を備えている。
但し、tはディファレンシャル補正信号更新時間[sec]、Nは捕捉したGPS衛星数、HDOPは測位精度(衛星の配置)である。ディファレンシャル補正信号更新時間tは、DGPSにおいて、基準局(図示せず)からの補正信号更新時間を意味している。HDOPは、地球上の観測点における水平方向での位置精度の低下率(Horizontal Dilution of Precision:水平方向位置精度低下率)を意味している。なお、数式1において、GPS受信信頼度係数Rの値が大きいほど受信の信頼性が高いことを示している。
ノイズパラメータvkの値が大きくなると、図4(a)に示すように、拡張カルマンフィルタ21の推定速度が遅くなる代わりに耐ノイズ性が高まる。一方、ノイズパラメータvkの値が小さくなると、図4(b)に示すように、耐ノイズ性が低下する代わりに推定速度が速くなる。本実施形態では、信頼度算出部20で求めたGPS受信信頼度係数Rが高くなるにつれてノイズパラメータvkが小さくなる一方、信頼度算出部20で求めたGPS受信信頼度係数Rが低くなるにつれてノイズパラメータvkが大きくなるように設定されている。なお、w1はvkと同じ効果があり、vkの代わりにw1を変更してもよい。
ここで、前記(1-1)の処理により、GPS受信機2のサンプリング毎に、走行距離rjが拡張カルマンフィルタ21により推定された推定走行距離skでリセットされるので、数式10の第1項のhdπ(1+δ{^}k)ωjによる誤差の累積が防止されている。
次に、自車位置検出装置1の処理手順について図5の流れに沿って説明する。図5は図1に示す自車位置検出装置1の自車位置検出手順を説明するフローチャートである。図5に示すように、まず、δ{^}k、s{^}k、rjに所定の初期値が設定される(ステップS1)。次いで、n及びω{−}k-1にゼロが代入される(ステップS2)。次いで、ωjに車軸回転数が入力される(ステップS3)。次いで、車上子4に地上子13からの位置補正情報の入力があったか否かが判定される(ステップS4)。ステップS4でNoの場合には、GPS受信機2がGPS情報を正常に受信して測位可能か否かが判定される(ステップS5)。ステップS5でYesの場合には、GPS位置座標が更新された否か、即ち、GPS受信機2のサンプリング時点であるか否かが判定される(ステップS6)。
図6は本発明の第2実施形態に係る自車位置検出装置の演算制御部35を機能的に説明するブロック図である。図6に示すように、演算制御部35の信頼度算出部31には、自車位置決定部22の出力が入力されていると共に、信頼度データベース30が接続されている。
以上に説明した構成によれば、信頼度算出部31は、GPS受信機2からの情報以外に信頼度データベース30からの情報も利用してGPS受信信頼度係数Rを算出しているので、GPSの受信信頼度をより高精度に求めることが可能となる。なお、他の構成は第1実施形態と同様であるため同一符号を付して説明を省略する。
図7は図1に示す自車位置検出装置1を備えた車体傾斜制御システム50を説明する図面である。図8は図7に示す車体傾斜制御システム50のブロック図である。図7に示すように、列車の車体60は、車輪62を備えた台車61の上に左右一対の空気バネ67,68を介して設けられている。車体60は、コンプレッサー61を備えており、コンプレッサー61は空気溜62を介して左右の空気バネ67,68に接続されている。また、空気バネ67,68と空気溜62との間にはそれぞれ吸気弁63、64が介設されており、空気バネ67,68には外気と連通/遮断させるための排気弁65,66がそれぞれ接続
そして、左右の吸気弁63,64及び排気弁65,66を制御して、コンプレッサー61からの圧縮空気を左右の空気バネ67,68に選択的に供給することで、車体60の台車61に対する傾斜角が変更可能となっている。即ち、コンプレッサー61、空気溜62、吸気弁63,64、排気弁65,66及び空気バネ67,68により、車体60を進行方向に対して左右に傾斜させるアクチュエータ54が構成されている。また、車体60と台車61の間には左右一対の車高検知センサ69,70が介設されており、車体60の傾斜角が検出可能となっている。よって、後述する車体傾斜制御部53は、車高検知センサ69,70からの情報に基づいて吸気弁63,64及び排気弁65,66を駆動することで、車体60が目的の傾斜角となるように制御することができる。
図9は図1に示す自車位置検出装置1を備えた操舵システム80を説明する図面である。図10は図9に示す操舵システム80のブロック図である。図9に示すように、列車の台車90には、前輪91が設けられた車軸93と、後輪92が設けられた車軸94とが取り付けられている。車軸93,94は、前輪91及び後輪92が進行方向に対して左右に転向可能なように回転軸95,96を介して台車90に支持されている。さらに、車軸93,94と台車90との間には油圧シリンダ97,98からなるアクチュエータ84が介設されている。そして、後述する台車操舵制御部83が、油圧シリンダ97,98をそれぞれ伸縮駆動させることで、前輪91及び後輪92が左右に操舵可能となっている。
図11は図1に示す自車位置検出装置1を備えたアクティブ制振システム100を説明する図面である。図12は図11に示すアクティブ制振システム100のブロック図である。図11に示すように、列車の車体101は、車輪103を備えた台車102の上に左右一対の空気バネ104,105を介して設けられている。車体101の下面には車体側ブラケット101aが固定されていると共に、台車102の上面には台車側ブラケット102aが固定されている。
図13は図1に示す自車位置検出装置1を備えたセミアクティブ制振システム120を説明する図面である。図14は図13に示すセミアクティブ制振システム120のブロック図である。図13に示すように、車体側ブラケット101aと台車側ブラケット102aとの間には、車体側ブラケット101aと台車側ブラケット102aとの間の相対運動に減衰作用を付与する可変ダンパー127が介設されている。この可変ダンパー127は、電磁粘性流体などを使用したもので、減衰係数を変更可能なものである。
2 GPS受信機(衛星測位受信機)
3 速度発電機
4 車上子
10 列車
11 線路
12 車輪
13 地上子
20,31 信頼度算出部(信頼度算出手段)
21 拡張カルマンフィルタ(状態推定器)
22 自車位置決定部(自車位置決定手段)
50 車体傾斜制御システム
51 線路データベース
52 曲率計算部(曲率計算手段)
53 車体傾斜制御部(車体傾斜制御手段)
54,84 アクチュエータ
60 車体
61,90 台車
62 車輪
80 操舵システム
83 操舵制御部(操舵制御手段)
100 アクティブ制振システム
106 アクチュエータ
109 加速度センサ
110 アクティブ制御部(アクティブ制御手段)
111 線路区間データベース
112 区間計算部(区間計算手段)
120 セミアクティブ制振システム
127 可変ダンパー
130 セミアクティブ制御部(セミアクティブ制御手段)
Claims (7)
- 列車の速度を検出する速度センサと、
測位衛星から受信した情報に基づいて自己の位置を定期的に算出する衛星測位受信機と、
前記速度センサ及び前記衛星測位受信機の出力に基づいて、基準位置からの走行距離と、前記速度センサの出力を補正するための誤差パラメータとを推定する状態推定器と、
前記速度センサ及び前記状態推定器の出力に基づいて基準位置からの走行距離を算出して前記列車の位置を決定する自車位置決定手段とを備え、
前記自車位置決定手段は、前記衛星測位受信機の出力の更新時には、前記状態推定器で推定された走行距離により前記列車の位置を決定する一方、前記衛星測位受信機の出力の更新時以外には、前記速度センサの出力の更新時に、前記状態推定器で推定された走行距離のうち最新のものと、前記状態推定器で推定された誤差パラメータのうち最新のものを用いて補正された前記速度センサの出力とに基づいて走行距離を積算し、前記列車の位置を決定することを特徴とする列車の自車位置検出装置。 - 前記衛星測位受信機の出力の信頼度の程度を表す受信信頼度を算出する信頼度算出手段をさらに備え、
前記状態推定器は、走行距離を算出する際の推定速度及び耐ノイズ性を調整可能なノイズパラメータを有し、
前記ノイズパラメータは、その値が大きくなると推定速度が遅くなる代わりに耐ノイズ性が高まる一方、その値が小さくなると耐ノイズ性が低下する代わりに推定速度が速くなるパラメータであり、
前記ノイズパラメータは、前記信頼度算出手段で求めた前記受信信頼度が高くなるにつれて小さくなるように設定される一方、前記信頼度算出手段で求めた前記受信信頼度が低くなるにつれて大きくなるように設定される請求項1に記載の列車の自車位置検出装置。 - 線路近傍に設置されて位置が既知である地上子と無線通信して列車の位置を取得可能な車上子と、
前記車上子により列車の位置情報が取得されると、その位置情報により、前記自車位置決定手段で決定する前記列車の位置を初期化する初期化手段とをさらに備えている請求項1又は2に記載の列車の自車位置検出装置。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の自車位置検出装置と、
線路上の位置に関連付けられた線路の曲線情報を保存する線路曲線データベースと、
前記自車位置検出装置で検出された前記列車の位置から前記線路曲線データベースを参照して自車位置における線路の曲率を計算する曲率計算手段と、
車体を進行方向に対して左右に傾斜させるように駆動するアクチュエータと、
前記曲率計算手段の出力に応じて前記アクチュエータを制御する車体傾斜制御手段とを備えていることを特徴とする列車の車体傾斜制御システム。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の自車位置検出装置と、
線路上の位置に関連付けられた線路の曲線情報を保存する線路曲線データベースと、
前記自車位置検出装置で検出された前記列車の位置から前記線路曲線データベースを参照して自車位置における線路の曲率を計算する曲率計算手段と、
進行方向に対して左右に転向可能に支持された車輪を操舵させるアクチュエータと、
前記曲率計算手段の出力に応じて前記アクチュエータを制御する操舵制御手段とを備えていることを特徴とする列車の操舵システム。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の自車位置検出装置と、
線路上の位置に関連付けられた線路の区間情報を保存する線路区間データベースと、
前記自車位置検出装置で検出された前記列車の位置から前記線路区間データベースを参照して自車位置における線路の区間を計算する区間計算手段と、
列車の車体と台車との間に介設され、前記車体を前記台車に対して相対変位させるように駆動可能なアクチュエータと、
前記車体の加速度を検出可能な加速度センサと、
前記加速度センサの出力に基づいて前記アクチュエータを制御するアクティブ制御手段とを備え、
前記アクティブ制御手段は、前記区間計算手段の出力に応じて前記アクチュエータの制御方法を変更する構成であることを特徴とする列車のアクティブ制振システム。 - 請求項1乃至3のいずれかに記載の自車位置検出装置と、
線路上の位置に関連付けられた線路の区間情報を保存する線路区間データベースと、
前記自車位置検出装置で検出された前記列車の位置から前記線路区間データベースを参照して自車位置における線路の区間を計算する区間計算手段と、
列車の車体と台車との間に介設され、減衰係数を変更可能な可変ダンパーと、
前記車体の前記台車に対する相対速度を取得可能な相対速度取得手段と、
前記相対速度取得手段で取得された相対速度に基づいて前記可変ダンパーの減衰係数を制御するセミアクティブ制御手段とを備え、
前記セミアクティブ制御手段は、前記区間計算手段の出力に応じて前記可変ダンパーの制御方法を変更する構成であることを特徴とする列車のセミアクティブ制振システム。
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