JP2016014538A - 列車走行状況検出装置及び検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】速度発電機から列車の走行状況を精度よく検出でき、精度の高い列車制御が可能となる列車走行状況検出装置及び列車走行状況検出方法を提供する。
【解決手段】列車走行状況検出装置１は、列車速度に比例した周波数を出力する速度発電機２と、速度発電機２から送られる異なる位相を有する複数の周波数の波形をパルスに変換する波形変換部３と、パルスの立ち上がりや立下りエッジ数をカウントするパルスカウント部５と、サンプル時間毎にカウントされたパルスのデータから列車の走行状況を検出する列車走行状況検出部４とを備える。また、列車走行状況検出方法は、速度発電機２から異なる位相を有する複数のパルスを発生させるステップと、異なる位相のパルスからサンプリング時間毎の周波数の立ち上がりや立下りエッジ数をカウントするステップと、パルスのデータから列車の走行状況を検出するステップとを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、列車走行状況検出装置及び検出方法に係り、特に、速度発電機から送られる周波数の波形をパルスに変換し、パルスの立ち上がりエッジ及び立下りエッジの数をカウントすることで列車走行速度などを検出する列車走行状況検出装置及び検出方法に関する。

列車の走行速度は、単位時間あたりの列車の車輪の回転数（Ｎ）に、車輪１回転あたりの走行距離（Ｌ）を乗じて算出される。この車輪の回転数（Ｎ）は、速度発電機を用いて算出されるのが一般的である。列車に用いられる速度発電機は、主に列車の車軸端部に取り付けられ、車軸の回転により列車速度に比例した周波数を出力する装置である。速度発電機で検出された列車速度に比例した周波数の波形は、車輪の回転数に比例した周波数の正弦波となる。この正弦波は矩形波に変換され、変換された矩形波のサンプリング時間当たりの立ち上がりエッジ及び立下りエッジの数をカウントすることで列車走行速度などが検出できる。

特許文献１には、速度発電機を用いて列車速度の誤差の低減を図ることのできる列車速度検出装置および速度検出方法が開示されている。ここで、従来の列車速度検出装置及び列車速度検出方法について特許文献１を用いて説明する。図５に、特許文献１に示された従来の列車速度検出装置の概略構成を示す。また、図６に、特許文献１に示された従来の列車速度検出装置によるパルスのカウント方法を示す。

図５（ａ）に示すように、列車速度検出装置２０は、レール２８上を走行する列車２７に搭載され車輪２９の回転に応じたパルスを発生する速度発電機２２と、速度発電機２２から出力される正弦波を矩形波に変換する波形変換部２３と、変換された矩形波パルス３４をカウントするサンプリング回路２４とから構成される。また、サンプリング回路２４は、パルスカウント部２５及び速度検出部２６から構成される。図５（ｂ）に、波形変換部２３において、正弦波パルス３３から矩形波パルス３４への変換を示す。横軸は時間（Ｔ）であり、縦軸は電圧（Ｖ）である。そして、サンプリング回路２４のパルスカウント部２５は、変換された矩形波パルス３４の立ち上がり及び立下りのエッジ数をサンプリング時間（ｔ）毎にカウントする。さらに、サンプリング回路２４の速度検出部２６は、このカウントされたサンプリング時間毎のパルス数に基づいて列車２７の速度（Ｖ）を検出する。

図６に示すように、矩形波パルス３４は、立ち上がりパルス３５及び立ち下げパルス３６が一定の周波数に基づき連続的に繰り返される。この矩形波パルス３４の立ち上がりパルス３５及び立ち下げパルス３６のエッジ数をサンプリング時間（ｔ）毎にカウントする。このカウント数（ｎ）は、第１のサンプリング時間（ｔ１）及び第３のサンプリング時間（ｔ３）ではＮ=５となるが、第２のサンプリング時間（ｔ２）及び第４のサンプリング時間（ｔ４）ではN=６となる。すなわち、図６の例の場合、カウントしたパルス数は速度発電機２２の周波数が一定であっても、サンプリングのタイミングにより１／６パルス分の誤差が生じる。

速度発電機２２から発生したパルス数をカウントする方法において誤差を低減するには、速度発電機２２において発生するパルスの周波数を高めることが考えられる。しかし、この方法では速度発電機２２の仕様を向上させなければならずコストアップとなる。また、サンプリング周波数と速度発電機２２との出力周波数を同じにすれば、上述した誤差は生じない。しかし、これらの出力周波数を全く同じとするのは、速度発電機２２の出力周波数が速度に比例して変化するため現実的ではない。

特開２０１２−５８０５９号公報

上述したように、速度発電機の周波数が一定であっても、サンプリングのタイミングにより、カウント数に誤差が発生する。この誤差は速度発電機の周波数に基づき算出された列車速度の誤差になり、不必要なブレーキ出力を発生させる要因となる。また、この誤差は速度発電機の周波数に基づき算出された走行距離の誤差になり、定点停止のばらつき発生の原因となる。このように、速度発電機から出力される周波数に基づき算出される列車走行状況のデータが低い精度により検出されることで、列車の走行に関する数々の問題が発生する。

本願の目的は、かかる課題を解決し、速度発電機から列車の走行状況を精度よく検出でき、精度の高い列車制御が可能となる列車走行状況検出装置及び列車走行状況検出方法を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明に係る列車走行状況検出装置は、列車に搭載され、列車速度に比例した周波数を出力する速度発電機と、速度発電機から送られる異なる位相を有する複数の周波数をパルスに変換して出力する波形変換部と、パルスの立ち上がり及び立下りエッジの数をカウントするカウント部と、サンプル時間毎にカウント部がカウントした、前記波形変換部により変換されたパルスのデータから列車の走行状況を検出する列車走行状況検出部と、を備えることを特徴とする。

上記構成により、列車走行状況検出装置は、速度発電機から送られる異なる位相を有する複数の周波数を用いて列車の走行状況を検出する。これにより、単一の位相の周波数を用いる場合に比べて１カウント分の重みを軽減することができる。すなわち、サンプリング周波数を変えずに、精度の高い速度制御、及び走行距離の制御が可能となる。

また、列車走行状況検出装置は、列車走行状況検出部が速度発電機から出力される位相差が９０°である複数の出力周波数から波形変換部により変換されたパルスを組み合わせてカウントすることが好ましい。このように、位相差が９０°である複数の出力周波数を用いることで、他の位相差と比べて誤差の発生率を低く抑えることができる。そして、従来のパルスのカウント方法に対して誤差をより低減し、より精度の高いデータを獲得することができる。

また、列車走行状況検出装置は、列車走行状況検出部が前記速度発電機から発生する位相０°及び位相９０°の出力周波数から前記波形変換部により変換されたパルスを組み合わせてカウントすることが好ましい。これにより、単一の周波数を用いる従来のパルスのカウント方法に対して誤差を略半分に低減し、より精度の高いデータを獲得することができる。

また、列車走行状況検出装置は、列車走行状況検出部が検出する列車走行状況には、列車の走行速度、列車の走行距離、又は列車の加減速度が含まれることが好ましい。これにより、列車の運転に関する各種のデータを精度よく検出でき、運転操作の履歴を車輪に設けられた速度発電機の動作から監視できる。また、走行速度の精度が上がり不必要なブレーキを減少させるため乗り心地の良い列車運行が可能となる。さらに、走行距離の精度が上がり、定点停止のばらつきを減少させることができる。

上記目的を達成するため、本発明に係る列車走行状況検出方法は、速度発電機から異なる位相を有する複数のパルスを発生させるステップと、異なる位相のパルスからサンプリング時間毎の周波数の立ち上がりエッジ及び立下りエッジの数をカウントするステップと、カウントされたパルスのデータから列車の走行状況を検出するステップと、を備えることを特徴とする。

上記構成により、サンプリング周波数を変えずに、パルスを細かくサンプリングすることで一つのカウント分の誤差の重みを低減することができ、列車走行に関するデータを高い精度で獲得できる。

また、列車走行状況検出方法は，カウントされたパルスのデータから、列車の走行速度、列車の走行距離、又は列車の加減速度を算出するステップを備えることが好ましい。これにより、列車の運転に関する各種のデータを精度よく検出でき、運転操作の履歴を車輪に設けられた速度発電機の動作から監視できる。

以上のように、本発明に係る列車走行状況検出方法によれば、速度発電機から列車の走行状況を精度よく検出でき、精度の高い列車制御が可能となる列列車走行状況検出方法を提供することができる。

本発明に係る列車走行状況検出装置の１つの実施形態の概略構成を示すブロック図である。 本発明に係る列車走行状況検出装置によるパルスカウント方法を示す説明図である。 本発明に係る列車走行状況検出装置の算出項目を示す説明図である。 本発明に係る列車走行状況検出方法の１つの実施形態の概略構成を示すフローチャートである。 従来の列車速度検出装置の概略構成を示す説明図である。 従来の列車速度検出装置によるパルスカウント方法を示す説明図である。

（列車走行状況検出装置）
以下に、図面を用いて本発明に係る列車走行状況検出装置１の実施形態につき、詳細に説明する。図１に、本発明に係る列車走行状況検出装置１の１つの実施形態の概略構成をブロック図で示す。また、図２に、本発明に係る列車走行状況検出装置１によるパルスカウント方法を示す。さらに、図３に、本発明に係る列車走行状況検出装置１の算出項目を示す。

図１に示すように、列車走行状況検出装置１は、レール８上を走行する列車７に搭載され車輪９の回転に応じたパルスを発生する速度発電機２、速度発電機２から出力されるパルスを変換する波形変換部３、変換された矩形波パルスをカウントするパルスカウント部５、及び列車走行状況検出部４から構成される。また、列車走行状況検出部４は、速度検出部６、走行距離算出部１０、加減速度算出部１１、及び列車走行方向判定部１２から構成される。

列車７の車輪９は駆動モータ（図示せず）により回転駆動される。列車７の走行速度は、単位時間あたりの列車７の車輪９の回転数（Ｎ）に、車輪９の１回転あたりの走行距離（Ｌ）を乗じて算出される。その車輪９の回転数（Ｎ）は、車輪９に設けられた速度発電機２から発生される出力周波数から算出される。

速度発電機２は、列車７に搭載され車輪９の回転に応じた出力周波数によるパルスを発生する。この速度発電機２は、例えば、車輪９が１回転するごとに所定数の正弦波パルスを発生する。本実施形態では、速度発電機２から異なる位相を有する複数のパルスを発生させる。この複数のパルスとは２つ以上のパルスであれば良く、また、位相の値にも限定されない。本実施形態では、位相０°と位相９０°の２つ出力周波数のパルスを発生させるが、これらのパルスに限らず、例えば、位相０°，位相３０°，位相６０°の３つの電圧パルスを発生させても良い。また、例えば、位相差が９０°になる、位相４５°及び位相１３５°、位相９０°及び位相１２０°などの２つのパルスを発生させても良い。

波形変換部３は、図５（ｂ）に示すように、速度発電機２から出力された正弦波パルスを矩形波パルス１４へ変換する。本実施形態では、波形変換部３は、位相０°と位相９０°の２つの出力周波数の正弦波パルスを矩形波パルス１７，１８に変換する。図２には、横軸がサンプリング時間（ｔ）であり、縦軸が電圧（Ｖ）である矩形波パルスを示す。図２（ａ）は、従来用いられていた単一の矩形波パルス１４の一つの実施例を示す。また、図２（ｂ）には、位相０°のパルス１７と位相９０°のパルス１８との２つの位相の異なるパルスを示す。

パルスカウント部５は、速度発電機２から出力される異なる位相を有する複数のパルスからサンプリング時間（ｔ）毎の周波数の立ち上がりエッジ及び立下りエッジの数をカウントする。図２（ａ）の場合には、サンプリング時間（ｔ）において、位相０°の第１パルス１７について立ち上がりエッジが３回発生し、立下りエッジが２回発生するため、合計のカウント数は５回となる。一方、図２（ｂ）の場合は、位相０°のパルス１７の合計のカウント数が５回であり、位相９０°のパルス１８は立ち上がりエッジが２回発生し、立下りエッジが３回発生するため、合計のカウント数は５回となる。つまり、位相０°と位相９０°の２つの合計のパルスは１０回となる。

このように、位相の異なる２種類のパルスを用いると、立ち上がりエッジと立下りエッジとの数の合計は、１種類の位相のパルスの場合に比べて略２倍となる。すなわち、１カウント分の誤差の重みが半分に軽減される。図２（ａ）の場合は、速度発電機２の周波数が一定であっても、サンプリングのタイミングにより１カウント（パルス）の差が発生する可能性がある。一方、図２（ｂ）の場合は、速度発電機２の周波数が一定であっても、サンプリングのタイミングにより０．５カウント（パルス）の差が発生する可能性がある。言い換えると、図２（ａ）の場合は、略０．５パルス分の誤差が生じる可能性があるのに対し、図２（ｂ）の場合は、略０．２５パルス分の誤差が生じる可能性があることなる。すなわち、位相の異なる２種類のパルスを用いると、速度発電機２から列車７の走行状況を精度よく検出でき、精度の高い列車制御が可能となる．

図３に、本発明に係る列車走行状況検出装置１の算出項目を示す。列車走行状況検出部４は、車輪９の１回転あたりの走行距離（Ｌ）のデータを有し、パルスカウント部５がカウントしたサンプリング時間（ｔ）ごとのパルスのカウント数（ｎ）から列車７の走行状況を検出する。本実施形態では、この列車走行状況検出部４には、列車７の走行速度（ｖ）を検出する速度検出部６、列車７の走行速度（ｖ）から列車７の走行距離（ｌ）を算出する走行距離算出部１０、列車７の走行速度（ｖ）から列車７の加減速度（α）を算出する加減速度算出部１１が含まれる。

また、列車走行状況検出部４には、列車７が前進しているか、後退しているか、又は停止しているかという列車７の列車走行方向判定部１２が含まれても良い。この列車７の走行方向判定部１２は、図２（ｂ）に示す位相０°のパルス１７に対し、位相９０°のパルス１８の時間軸におけるずれ方向により列車７が前進しているか、又は後退しているかを、判断できる。

（列車走行状況検出方法）
図４に、本発明に係る列車走行状況検出方法１の１つの実施形態の概略構成をフローチャートで示す。各ステップは、符号Ｓ１〜Ｓ３で示す。まず、速度発電機２に異なる位相を有する複数のパルスを発生させる（Ｓ１）。次に、異なる位相のパルスからサンプリング時間（ｔ）毎の周波数の立ち上がりエッジ及び立下りエッジの数をカウントする（Ｓ２）。そして、カウントされたパルスのデータから列車７の走行状況を検出する（Ｓ３）。

この「カウントされたパルスのデータから列車７の走行状況を検出するステップ」とは、列車７の走行速度（ｖ）、列車７の走行距離（ｌ）、又は列車７の加減速度（α）を算出するステップであり、列車７の走行に必要なデータが選択される。

さらに、「カウントされたパルスのデータから、列車７が前進しているか、後退しているか、又は停止しているかという列車７の走行方向を検出するステップが含まれても良い。列車７が前進、後退、又は停止のうちどの状態であるかが精度よく検出でき、不注意な運転操作を車輪９に設けられた速度発電機２の動作から監視できる。

以上の実施形態で説明された構成、形状、大きさ、及び配置関係については、本発明が理解、実施できる程度に概略的に示したものにすぎない。従って、本発明は、説明された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示される技術的思想の範囲を逸脱しない限り様々な形態に変更することができる。

１ 列車走行状況検出装置、２，２２ 速度発電機、３，２３ 波形変換部，４ 列車走行状況検出部、５，２５ パルスカウント部、６，２６ 速度検出部、７，２７ 列車、８，２８ レール、９，２９ 車輪、１０ 走行距離算出部、１１ 加減速度算出部、１２ 列車走行方向判定部、１７ 位相０°のパルス１８ 位相９０°のパルス、２０ 列車速度検出装置、２４ サンプリング回路、３３ 正弦波パルス、３４ 矩形波パルス、３５ 立ち上がりパルス、３６ 立ち下げパルス。

Claims (6)

1. 列車に搭載され、列車速度に比例した周波数を出力する速度発電機と、
   速度発電機から送られる異なる位相を有する複数の周波数の波形をパルスに変換して出力する波形変換部と、
   パルスの立ち上がりエッジ及び立下りエッジの数をカウントするカウント部と、
   サンプル時間毎にカウント部がカウントした、前記波形変換部により変換されたパルスのデータから列車の走行状況を検出する列車走行状況検出部と、
   を備えることを特徴とする列車走行状況検出装置。
2. 請求項１に記載の列車走行状況検出装置であって、前記列車走行状況検出部は、前記速度発電機から出力される位相差が９０°である複数の出力周波数から前記波形変換部により変換されたパルスを組み合わせてカウントすることを特徴とする列車走行状況検出装置。
3. 請求項２に記載の列車走行状況検出装置であって、前記列車走行状況検出部は、前記速度発電機から発生する位相０°及び位相９０°の出力周波数から前記波形変換部により変換されたパルスを組み合わせてカウントすることを特徴とする列車走行状況検出装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の列車走行状況検出装置であって、前記列車走行状況検出部が検出する列車走行状況には、列車の走行速度、列車の走行距離、又は列車の加減速度が含まれることを特徴とする列車走行状況検出装置。
5. 速度発電機から異なる位相を有する複数のパルスを発生させるステップと、
   異なる位相のパルスからサンプリング時間毎の周波数の立ち上がりエッジ及び立下りエッジの数をカウントするステップと、
   前記カウントされたパルスのデータから列車の走行状況を検出するステップと、
   を備えることを特徴とする列車走行状況検出方法。
6. 請求項５に記載の列車走行状況検出方法であって、前記カウントされたパルスのデータから、列車の走行速度、列車の走行距離、又は列車の加減速度を算出するステップを備えることを特徴とする列車走行状況検出方法。
   

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