JP2015174540A - 鉄道車両の車上アタック角測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】走行中に軌道と車輪とのアタック角を、安価で、安全で、走行環境の影響を受けることなく、車上で計測する。
【解決手段】ヨーレイトジャイロ７を例えば軸箱６に取り付ける一方、車体２には、記憶部１と演算部８を装備させる。記憶部１は、例えば線路図から予め算出しておいた、車両３の走行位置Ｌと当該走行位置Ｌにおける軌道４の接線の方位角との関連データを記憶させておく。演算部８では、ヨーレイトジャイロ７により計測した輪軸ヨー角速度を積分して得られる車輪の方位角、前記記憶させておいた軌道４の接線の方位角との差により、走行位置Ｌ毎の車輪５ａと軌道４とのアタック角を求める。
【効果】低コストで、走行環境の影響を受けず、安全にアタック角の測定を行うことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の車輪と軌道のなす角度（以下、この角度をアタック角という。）を走行中に測定する方法、及びこの方法を実施する装置に関するものである。

鉄道車両の車輪と軌道とのアタック角を走行中に測定する技術は、従来から種々提案されている。

例えば特許文献１では、車両進行方向の車輪を挟んだ前後両側から、それぞれ通過車輪の車両進行方向前後の軌道に向かって車上からレーザ光を照射することで、アタック角を走行中にリアルタイムで計測する装置が提案されている。

しかしながら、特許文献１で提案された装置は、高価なレーザ光発生装置が必要であり、走行中にレーザ光受光面にゴミが付着すると、測定精度が悪化するという問題がある。また、車両の保守作業時にレーザ光が作業員の目に入ると健康影響を受ける可能性がある等の安全性にも問題がある。

また、特許文献２では、軌道より一定距離離れた位置からセンサーで走行車輪の位置を計測することで、その地点を通過する車輪の軌道に対するアタック角を検知する方法が提案されている。

しかしながら、特許文献２で提案された方法は、全ての曲線の各地点のアタック角を測定するためには、多数のセンサーを軌道側に設置する必要があるので、その設置費用が相当高額になり、全ての走行地点のアタック角を測定することは経済的に不可能である。

更に、特許文献３では、通過車輪の車両進行方向前後の軌道を車上の撮像装置から撮影し、その軌道画像の位置のずれよりアタック角を走行中にリアルタイムで計測する装置が提案されている。

特許文献３で提案された装置は、通常の光による画像を撮影するものであるため安全上の問題はないが、撮像装置のレンズ面にゴミが付着すると測定精度が悪化するので、鉄道車両のように常に外気雰囲気にさらされる環境ではその精度維持が困難である。

特開平６−２３５６０９号公報 特開平１０−１８５５５０号公報 特開２００３−２４６２６６号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来のアタック角測定技術は、走行中にレーザや光の受光面にゴミが付着すると測定精度が悪化したり、多数のセンサーを軌道側に設置する必要があるので、全ての走行地点を測定することは経済的に不可能であるという点である。また、レーザ光を照射するものは、保守作業時にレーザ光が作業員の目に入ると健康影響を受ける可能性がある等の安全性にも問題があるという点である。

本発明は、レーザや光の受光面へのゴミ付着等の使用環境影響を受けることがなく、またレーザ光が作業者の目に入る等の安全問題がなく、安価な装置を用いて車上からアタック角を測定することができる技術の実現を目的としている。

すなわち、本発明の鉄道車両の車上アタック角測定方法は、
線路図から算出するか或いは実際の軌道を事前計測することで、鉄道車両が走行する軌道における地点と当該地点における軌道の接線の方位角との関連データを予め得ておき、
走行車両の車体又は台車枠と輪軸を結合する軸箱上又は駆動機構上から、走行中の輪軸ヨー角速度と地点のデータを計測し、この計測した輪軸ヨー角速度を積分して得られる車輪の方位角、前記予め求めておいた軌道の接線の方位角との差により地点毎の車輪と軌道とのアタック角を得ることを最も主要な特徴としている。

上記の本発明方法によれば、鉄道車両の走行中に、軌道と車輪とのアタック角を、安価で、安全で、走行環境の影響を受けることなく、車上で計測することができる。

上記の本発明方法は、
線路図から算出するか或いは実際の軌道を事前計測することで予め得ておいた、鉄道車両が走行する軌道における地点と当該地点における軌道の接線の方位角との関連データの記憶部と、
走行車両の車体又は台車枠と輪軸を結合する軸箱上又は駆動機構上に装備され、走行中の輪軸ヨー角速度と地点のデータを計測するヨーレイトジャイロと、
このヨーレイトジャイロにより計測した輪軸ヨー角速度を積分して得られる車輪の方位角、前記記憶部に記憶させておいた軌道の接線の方位角との差により地点毎の車輪と軌道とのアタック角を求める演算部と、
を備えた本発明の鉄道車両の車上アタック角測定装置を用いて実施することができる。

本発明によれば、車上に装備したヨーレイトジャイロで検知した輪軸ヨー角速度信号の大きさと走行地点より演算した当該走行地点の車輪の方位角と、予め求めておいた当該走行地点の軌道の接線の方位角とから当該走行地点におけるアタック角を演算するので、低コストで、走行環境の影響を受けず、安全にアタック角の測定を行うことができる。

本発明の鉄道車両の車上アタック角測定装置の概略構成を示した図である。 本発明の鉄道車両の車上アタック角測定方法に使用する実測データの処理例の一例を示した図で、紙面上から一番目は予め軌道図より計算した走行位置と軌道の接線の方位角の関係を示した図、二番目は走行車両で測定した輪軸のヨー角速度を積分して求めた車輪の方位角と走行位置の関係を示した図、三番目は一番目と二番目のグラフから計算されたアタック角と走行位置の関係を示した図、四番目は台車と車体間のヨー方向回転角（ボギー角）と走行位置の関係を示した図、五番目は車両の走行速度と走行位置の関係を示した図である。

本発明では、鉄道車両の走行中に軌道と車輪とのアタック角を、安価で、安全で、走行環境の影響を受けることなく、車上で計測するという目的を、車上に装備したヨーレイトジャイロで検知した輪軸ヨー角速度信号の大きさと走行地点より演算した当該走行地点の車輪の方位角と、予め求めておいた当該走行地点の軌道の接線の方位角とから演算することで実現した。

以下、本発明を実施するための形態例を、図１を用いて説明する。
図１は本発明の鉄道車両の車上アタック角測定装置の概略構成を示した図である。

１は車体２に装備されたデータ処理装置９内の記憶部であり、例えば線路図から算出することで予め得ておいた、車両３が走行する軌道４における地点と当該地点における軌道４の接線の方位角との関連データが入力されている。

路線図の軌道線路形状から走行位置Ｌの軌道４の接線の方位角を求めるには、軌道４の走行位置Ｌの曲率をθ（Ｌ）とした場合には、基準点からの走行位置Ｌの軌道４の接線の方位角Θは、下記数式１によって求めることができる。

上記数式１によって求めた走行位置Ｌの軌道４の接線の方位角Θの一例を、図２の紙面上から一番目の線図に示す。

６は例えば前記車体２とで車両３を構成する台車枠と輪軸５を結合する軸箱であり、この軸箱６上に走行中の車輪５ａのヨー角速度と走行位置Ｌのデータを計測するヨーレイトジャイロ７が取り付けられている。

このヨーレイトジャイロ７で走行中の輪軸５のヨー角速度を計測し、同時に、その輪軸５の軌道４上の位置を検知する。これら検知した位置信号と輪軸５のヨー角速度信号は、前記データ処理装置９の演算部８に送られる。参考として、図２の紙面上から四番目に、台車と車体間のヨー方向回転角（ボギー角）と走行位置の関係を示した図を示す。

送られた輪軸５のヨー角速度信号の出力値ベクトルφ（ｔ）は、演算部８で下記数式２のように時間で積分して車輪５ａの方位角Φ（ｔ）が求められる。

一方、送られてきた位置信号から車輪５ａの走行位置Ｌを求める方法は、車両３の走行速度をｖ（ｔ）とした場合、下記数式３により求めることができる。参考として、図２の紙面上から五番目に、車両の走行速度と走行位置の関係を示した図を示す。

走行位置Ｌと車輪５ａの方位角Φ（ｔ）との関係Φ（Ｌ）は、上記数式２，３で計算された例えば同一時間の値について、横軸に走行位置Ｌを、縦軸に車輪５ａの方位角Φ（ｔ）をプロットすることで求めることができる。

このようにして求めた走行位置Ｌと車輪５ａの方位角Φ（ｔ）との関係Φ（Ｌ）の一例を、図２の紙面上から二番目の線図に示す。

従って、走行位置Ｌにおける車輪５ａと軌道４とのアタック角ψ（Ｌ）は、下記数式４によって求めることができる。

上記数式４により求めた車輪５ａと軌道４とのアタック角ψ（Ｌ）の一例を、図２の紙面上から三番目の線図に示す。

なお、図１中の１０はヨーレイトジャイロ７と演算部８を結ぶ接続配線である。

上記したように、本発明の鉄道車両の車上アタック角測定装置は、ヨーレイトジャイロ７を例えば軸箱６に取り付ける一方、車体２には、記憶部１と演算部８を装備させたものである。

そして、前記記憶部１は、例えば線路図から予め算出しておいた、車両３の走行位置Ｌと当該走行位置Ｌにおける軌道４の接線の方位角との関連データを記憶させておく。そして、演算部８では、ヨーレイトジャイロ７により計測した輪軸ヨー角速度を積分して得られる車輪の方位角、前記記憶させておいた軌道４の接線の方位角との差により、走行位置Ｌ毎の車輪５ａと軌道４とのアタック角を求めるのである。これが本発明の鉄道車両の車上アタック角測定方法である。

本発明は上記の例に限らず、請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば、上記の例では、記憶部１に予め記憶させておく車両３の走行位置Ｌと当該走行位置Ｌにおける軌道４の接線の方位角との関連データを線路図から算出しているが、実際の軌道をヨーレイトジャイロで計測して算出したものでも良い。

また、上記の例では、ヨーレイトジャイロ７を軸箱６に取り付けているが、輪軸５のヨー角速度が計測できる位置であればモータ等の駆動機構に取り付けても良い。

１ 記憶部
２ 車体
３ 車両
４ 軌道
５ 輪軸
５ａ 車輪
６ 軸箱
７ ヨーレイトジャイロ
８ 演算部

Claims (2)

1. 線路図から算出するか或いは実際の軌道を事前計測することで、鉄道車両が走行する軌道における地点と当該地点における軌道の接線の方位角との関連データを予め得ておき、
   走行車両の車体又は台車枠と輪軸を結合する軸箱上又は駆動機構上から、走行中の輪軸ヨー角速度と地点のデータを計測し、この計測した輪軸ヨー角速度を積分して得られる車輪の方位角、前記予め求めておいた軌道の接線の方位角との差により地点毎の車輪と軌道とのアタック角を得ることを特徴とする鉄道車両の車上アタック角測定方法。
2. 線路図から算出するか或いは実際の軌道を事前計測することで予め得ておいた、鉄道車両が走行する軌道における地点と当該地点における軌道の接線の方位角との関連データの記憶部と、
   走行車両の車体又は台車枠と輪軸を結合する軸箱上又は駆動機構上に装備され、走行中の輪軸ヨー角速度と地点のデータを計測するヨーレイトジャイロと、
   このヨーレイトジャイロにより計測した輪軸ヨー角速度を積分して得られる車輪の方位角、前記記憶部に記憶させておいた軌道の接線の方位角との差により地点毎の車輪と軌道とのアタック角を求める演算部と、
   を備えたことを特徴とする鉄道車両の車上アタック角測定装置。

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