JP2016132422A

JP2016132422A - 脱線検知装置及び脱線検知方法

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Publication number: JP2016132422A
Application number: JP2015010035A
Authority: JP
Inventors: 昌樹長本; Masaki Nagamoto; 圭介石上; Keisuke Ishigami; 松岡　茂樹; Shigeki Matsuoka; 茂樹松岡; 高木　健; Takeshi Takagi; 健高木; 直樹河田; Naoki Kawada; 佐藤　国仁; Kunihito Sato; 国仁佐藤
Original assignee: Japan Transport Engineering Co
Current assignee: Japan Transport Engineering Co
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2016-07-25
Anticipated expiration: 2035-01-22
Also published as: JP6435203B2

Abstract

【課題】一輪脱線を検知する精度を向上させることができる脱線検知装置及び脱線検知方法を提供する。
【解決手段】脱線検知装置１１０の脱線判定部１１２は、鉄道車両の上下方向の変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈ以上であり、且つ前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒが傾斜角閾値θ_ｔｈ以上であるときに、鉄道車両の一輪が脱線していると判定する。走行時の振動や乗客の昇降等による上下方向の変位量ｄや前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒの変動が大きい鉄道車両では、上下方向の変位量ｄ等のみに基づく判定では、精度良く一輪脱線を検知することは難しい。しかし、上下方向の変位量ｄと前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒとのＡＮＤ条件により鉄道車両の一輪脱線を判定することにより、一輪脱線を検知する精度を向上させることができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、脱線検知装置及び脱線検知方法に関する。

鉄道車両の脱線を検知するための装置が提案されている。例えば、特許文献１には、鉄道車両の上下方向の加速度、上下方向の変位量、前後方向の軸周りの傾斜角及び前後方向の軸周りの角速度等のパラメータの内で一つでも設定値を超えた場合に、脱線等の事故が発生したと判断する装置が開示されている。

特開平１０‐２７１６０４号公報

ところで、鉄道車両の脱線の検知は、鉄道車両の一輪のみが脱線した一輪脱線の段階で早期に検知可能であることが望ましい。しかしながら、鉄道車両では、走行時の振動や乗客の昇降等により、上下方向の変位量や前後方向の軸周りの傾斜角の変動が大きい。一方、鉄道車両は一両ごとに例えば８輪程度の車輪を備えているため、鉄道車両の一輪のみが脱線した一輪脱線の段階では、上下方向の変位量や前後方向の軸周りの傾斜角の変動は僅かである。そのため、一輪脱線による上下方向の変位量等と走行時の振動等による変位量等とを区別することが困難である。したがって、一輪脱線を精度良く検知することは困難である。

そこで本発明は、一輪脱線を検知する精度を向上させることができる脱線検知装置及び脱線検知方法を提供することを目的とする。

本発明は、鉄道車両の上下方向の変位量及び鉄道車両の前後方向の軸周りの傾斜角を検出するセンサ部と、変位量が変位量閾値以上であり、且つ傾斜角が傾斜角閾値以上であるときに、鉄道車両の一輪が脱線していると判定する脱線判定部とを備えた脱線検知装置である。

この構成によれば、脱線判定部は、鉄道車両の上下方向の変位量が変位量閾値以上であり、且つ鉄道車両の前後方向の軸周りの傾斜角が傾斜角閾値以上であるときに、鉄道車両の一輪が脱線していると判定する。上述したように、走行時の振動や乗客の昇降等による上下方向の変位量や前後方向の軸周りの傾斜角の変動が大きい鉄道車両では、上下方向の変位量等のみに基づく判定では、精度良く一輪脱線を検知することは難しい。しかし、上下方向の変位量と前後方向の軸周りの傾斜角とのＡＮＤ条件により鉄道車両の一輪脱線を判定することにより、一輪脱線を検知する精度を向上させることができる。

この場合、センサ部は、鉄道車両に加わった上下方向の衝撃を検出し、脱線判定部は、変位量が変位量閾値以上であり、傾斜角が傾斜角閾値以上であり、且つ衝撃が衝撃閾値以上であるときに、鉄道車両の一輪が脱線していると判定することが好適である。

この構成によれば、脱線判定部は、変位量が変位量閾値以上であり、傾斜角が傾斜角閾値以上であり、且つ衝撃が衝撃閾値以上であるときに、鉄道車両の一輪が脱線していると判定する。このように、上下方向の変位量と前後方向の軸周りの傾斜角と上下方向の衝撃とのＡＮＤ条件により鉄道車両の一輪脱線を判定することにより、一輪脱線を検知する精度をさらに向上させることができる。

また、脱線判定部が鉄道車両の一輪が脱線していると判定した後に、変位量が変位量閾値の２倍以上であり、且つ傾斜角の変化量が変化量閾値を超えているときに、脱線判定部は、鉄道車両の一輪に係る車軸の両輪が脱線していると判定することが好適である。

鉄道車両の一輪が脱線した後には、いずれ当該一輪に係る車軸の両輪が脱線する一軸脱線が生じることが予測される。この場合、車軸の両輪が脱線するため、上下方向の変位量は変位量閾値の２倍以上となり、且つ前後方向の軸周りの傾斜角は所定の変化量閾値を超えて変化すると考えられる。そのため、脱線判定部が鉄道車両の一輪が脱線していると判定した後に、変位量が変位量閾値の２倍以上であり、且つ傾斜角の変化量が変化量閾値を超えているときに、脱線判定部は、鉄道車両の当該一輪に係る車軸の両輪が脱線していると判定することができる。

また、脱線判定部が鉄道車両の一輪が脱線していると判定した後に、変位量が変位量閾値の２倍以上であり、傾斜角の変化量が変化量閾値を超えており、且つ衝撃が衝撃閾値以上であるときに、脱線判定部は、鉄道車両の一輪に係る車軸の両輪が脱線していると判定することが好適である。

鉄道車両の一輪が脱線した後に、当該一輪に係る車軸の両輪が脱線する場合には、上下方向の変位量は変位量閾値の２倍以上となり、前後方向の軸周りの傾斜角は所定の変化量閾値を超えて変化し、且つ衝撃は衝撃閾値以上となると考えられる。そのため、この構成によれば、上下方向の変位量と前後方向の軸周りの傾斜角の変化量と上下方向の衝撃とのＡＮＤ条件により鉄道車両の一軸脱線を判定することにより、一軸脱線を検知する精度をさらに向上させることができる。

また、本発明は、鉄道車両の上下方向の変位量及び鉄道車両の前後方向の軸周りの傾斜角を検出するセンシング工程と、変位量が変位量閾値以上であり、且つ傾斜角が傾斜角閾値以上であるときに、鉄道車両の一輪が脱線していると判定する脱線判定工程とを含む脱線検知方法である。

この場合、センシング工程では、鉄道車両に加わった上下方向の衝撃を検出し、脱線判定工程では、変位量が変位量閾値以上であり、傾斜角が傾斜角閾値以上であり、且つ衝撃が衝撃閾値以上であるときに、鉄道車両の一輪が脱線していると判定することが好適である。

また、脱線判定工程では、鉄道車両の一輪が脱線していると判定した後に、変位量が変位量閾値の２倍以上であり、且つ傾斜角の変化量が変化量閾値を超えているときに、鉄道車両の一輪に係る車軸の両輪が脱線していると判定することが好適である。

また、脱線判定工程では、鉄道車両の一輪が脱線していると判定した後に、変位量が変位量閾値の２倍以上であり、傾斜角の変化量が変化量閾値を超えており、且つ衝撃が衝撃閾値以上であるときに、鉄道車両の一輪に係る車軸の両輪が脱線していると判定することが好適である。

本発明の脱線検知装置及び脱線検知方法によれば、一輪脱線を検知する精度を向上させることができる。

第１実施形態の脱線検知装置を搭載した鉄道車両の配置を示す図である。図１の脱線検知装置の車両ごとの構成を示すブロック図である。図２の先頭車両に配置された脱線検知装置の構成を示すブロック図である。図３の台車の構成を示す斜視図である。第１実施形態の脱線検知装置の動作を示すフローチャートである。（ａ）は通常走行時の左後輪及び右後輪を示す正面図であり、（ｂ）は通常走行時の左前輪及び右前輪を示す正面図である。図４の台車の左前輪が一輪脱線した状態を示す斜視図である。（ａ）は図７の左前輪が一輪脱線した状態の左後輪及び右後輪を示す正面図であり、（ｂ）は図７の左前輪が一輪脱線した状態の左前輪及び右前輪の高さ方向変位量を示す正面図である。（ａ）は図７の左前輪が一輪脱線した状態の左後輪及び右後輪を示す正面図であり、（ｂ）は図７の左前輪が一輪脱線した状態の左前輪及び右前輪に係る車軸の傾斜角を示す正面図である。図７の台車の左前輪及び右前輪が一軸脱線した状態を示す斜視図である。（ａ）は図１０の左前輪及び右前輪が一軸脱線した状態の左後輪及び右後輪を示す正面図であり、（ｂ）は図１０の左前輪及び右前輪が一軸脱線した状態の左前輪及び右前輪の高さ方向変位量を示す正面図である。第２実施形態の脱線検知装置の動作を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る脱線検知装置及び脱線検知方法について説明する。本発明の第１実施形態に係る脱線検知装置１１０は、図１及び図２に示すように、２両の先頭車両１００ａと、２両の先頭車両１００ａの間に連結された複数の中間車両１００ｂとにそれぞれ搭載されている。本実施形態の先頭車両１００ａ及び中間車両１００ｂは、それぞれ２つの台車１０２を備える。

図１及び図４に示すように、台車１０２は、レール４００上を走行するための左前輪１０４ＦＬ、右前輪１０４ＦＲ、左後輪１０４ＬＲ及び右後輪ＲＲをそれぞれ有している。左前輪１０４ＦＬと右前輪１０４ＦＲとは車軸１０４ｓにより連結され、左後輪１０４ＬＲと右後輪ＲＲとは車軸１０４ｓにより連結されている。先頭車両１００ａは、先頭車両１００ａ及び中間車両１００ｂのいずれかに脱線が生じたことを無線通信により付近の駅及び付近を走行中の他の鉄道車両に報知する防護無線を送信するためのアンテナ１０６をそれぞれ備える。

図２に示すように、先頭車両１００ａは、脱線検知装置１１０、リレー１２０、防護無線機１３０、モニタ表示器１４０及びリセットスイッチ１５０を備えている。中間車両１００ｂは、先頭車両１００ａと同様の脱線検知装置１１０を備えている。脱線検知装置１１０は、後述する構成により、先頭車両１００ａ及び中間車両１００ｂの一輪脱線及び一軸脱線を検知する。

一輪脱線とは、先頭車両１００ａ及び中間車両１００ｂの台車１０２の左前輪１０４ＦＬ、右前輪１０４ＦＲ、左後輪１０４ＬＲ及び右後輪ＲＲのいずれかの一輪のみがレール４００から脱線することを意味する。また、一軸脱線とは、例えば、一輪脱線が生じた後に、一輪脱線を生じた一輪に係る車軸１０４ｓの両輪が脱線することを意味する。

脱線検知装置１１０は、一輪脱線又は一軸脱線を検知したときに、一輪脱線又は一軸脱線に関する情報に係る出力信号を送信する。先頭車両１００ａ及び中間車両１００ｂの脱線検知装置１１０それぞれは互いに接続されており、中間車両１００ｂの脱線検知装置１１０が一輪脱線又は一軸脱線を検知したときは、中間車両１００ｂの脱線検知装置１１０は、先頭車両１００ａの脱線検知装置１１０に、一輪脱線又は一軸脱線に関する情報に係る出力信号を送信する。一輪脱線又は一軸脱線に関する情報には、一輪脱線又は一軸脱線が生じた先頭車両１００ａ又は中間車両１００ｂ、当該先頭車両１００ａ又は中間車両１００ｂの台車１０２及び当該台車１０２の車輪を特定する情報が含まれる。

リレー１２０は、脱線を検知した脱線検知装置１１０より送信される出力信号を防護無線機１３０に送るラッチングリレーである。脱線を検知した脱線検知装置１１０から出力信号が送信されると、リレー１２０のセットコイルが励磁されて接点が閉じ、防護無線機１３０により防護無線が送信される。なお、本実施形態では、脱線検知装置１１０からの出力信号が送出されなくなり、リレー１２０のセットコイルの励磁が解かれても、リレー１２０の接点が閉じた状態は保持される。そのため、脱線検知装置１１０からの出力信号が送出されなくなっても、防護無線機１３０からの防護無線の送信は継続される。

防護無線機１３０は、アンテナ１０６により先頭車両１００ａ及び中間車両１００ｂのいずれかに脱線が生じたことを付近の駅及び付近を走行中の他の鉄道車両に報知する防護無線を送信する。なお、防護無線機１３０は、先頭車両１００ａの運転台のスイッチが乗務員により手動操作されることによっても、防護無線を送信することができる。

モニタ表示器１４０は、先頭車両１００ａの運転台に設置される液晶ディスプレイ等の表示器である。モニタ表示器１４０は、脱線検知装置１１０が先頭車両１００ａ及び中間車両１００ｂのいずれかの一輪脱線又は一軸脱線を検知したときは、一輪脱線又は一軸脱線が生じた先頭車両１００ａ又は中間車両１００ｂ、当該先頭車両１００ａ又は中間車両１００ｂの台車１０２及び当該台車１０２の車輪を特定する情報を表示する。

リセットスイッチ１５０は、リレー１２０及び脱線検知装置１１０を初期状態に戻すためのリセット入力を行うスイッチである。リセットスイッチ１５０が押下されると、リレー１２０のリセットコイルが励磁されて接点が開となり、防護無線機１３０の防護無線の送信が停止する。また、リセットスイッチ１５０が押下されると、脱線検知装置１１０が脱線を検知していない初期状態となり、モニタ表示器１４０での情報の表示が消去される。

次に、各車両の脱線検知装置１１０の構成について、先頭車両１００ａを例に挙げて説明する。図３に示すように、脱線検知装置１１０は、先頭車両１００ａの台車１０２ごとに配置されたセンサ部１１１を備える。センサ部１１１は、先頭車両１００ａの上下方向の変位量ｄ及び先頭車両１００ａの前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒを検出する。上下方向の変位量ｄとは、例えば、図４に示すｚ軸方向（垂直方向）に沿い、且つ台車１０２の重心の位置における変位量を意味する。また、前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒとは、例えば、図４に示す台車１０２の前後方向に平行であり、且つ台車１０２の重心を通るｘ軸周りの傾斜角（ロール角）を意味する。なお、上下方向の変位量ｄは，必ずしも厳密に垂直方向に沿うものでなくてもよい。また、センサ部１１１は台車１０２の重心位置に設けることが望ましいが、重心位置に設置できない場合は他の位置に設けることとしてもよい。この場合、車体ローリング等による影響を考慮し、センサ部１１１が検出した変位量を台車１０２の重心位置で検知した値として補正演算を行う。

センサ部１１１は、加速度センサ１１３及びジャイロセンサ１１４を有する。先頭車両１００ａの台車１０２の上下方向の変位量は、センサ部１１１の加速度センサ１１３により検出される。加速度センサ１１３により検出された先頭車両１００ａの台車１０２の上下方向の加速度を二重積分することにより、先頭車両１００ａの台車１０２の上下方向の変位量ｄを検出することができる。

先頭車両１００ａの台車１０２の前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒは、センサ部１１１のジャイロセンサ１１４により検出される。ジャイロセンサ１１４により検出されたｘ軸周りの角速度を積分することにより、先頭車両１００ａの台車１０２の前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒを検出することができる。また、ジャイロセンサ１１４は、脱線した車輪の特定のために、図４に示すｙ軸周りの角速度を検出する。ジャイロセンサ１１４により検出されたｙ軸周りの角速度を積分することにより、先頭車両１００ａの台車１０２の左右方向の軸周りの傾斜角（ピッチ角）θ_ｐを検出することができる。

脱線検知装置１１０は、２つのセンサ部１１１に接続された脱線判定部１１２を備える。脱線判定部１１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ及び入出力インターフェイス等を備えた電子計算機として構成される。

脱線判定部１１２は、後述するように、先頭車両１００ａの台車１０２の上下方向の変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈ以上であり、且つ先頭車両１００ａの台車１０２の前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒが傾斜角閾値θ_ｔｈ以上であるときに、先頭車両１００ａの一輪が脱線していると判定する。また、脱線判定部１１２は、先頭車両１００ａの一輪が脱線していると判定した後に、先頭車両１００ａの台車１０２の上下方向の変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈの２倍以上であり、且つ先頭車両１００ａの台車１０２の前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒが傾斜角閾値θ_ｔｈ未満であるときに、先頭車両１００ａの一輪脱線した一輪に係る車軸の両輪が脱線していると判定する。

なお、中間車両１００ｂの脱線検知装置１１０の構成も、以上、説明した先頭車両１００ａの脱線検知装置１１０と同様の構成を有する。

以下、本実施形態の脱線検知装置１１０の動作について説明する。図５に示すように、先頭車両１００ａ及び中間車両１００ｂそれぞれの脱線検知装置１１０のセンサ部１１１は、センシング工程として、先頭車両１００ａ及び中間車両１００ｂの台車１０２それぞれにおいて、上下方向の変位量ｄ及び前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒを検出する（Ｓ１１）。脱線検知装置１１０の脱線判定部１１２は、脱線判定工程として、上下方向の変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈ以上であり、且つ前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒが傾斜角閾値θ_ｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ１２）。

以下、脱線判定工程の詳細について説明する。図６（ａ）（ｂ）に示すように、左前輪１０４ＦＬ、右前輪１０４ＦＲ、左後輪１０４ＬＲ及び右後輪ＲＲのいずれもがレール４００の上に正常に位置しているときは、走行時の振動等を除き、当該車輪に係る車軸１０４ｓの上下方向の変位量及び前後方向の軸周りの傾斜角はいずれも０である。図６（ａ）（ｂ）において、道床からレール４００の踏面までの高さをレール高さＨで示し、左前輪１０４ＦＬ等の踏面からフランジ１０４ｆの外周面まで高さをフランジ高さｈで示す。また、左前輪１０４ＦＬと右前輪１０４ＦＲとの踏面同士の距離及び左後輪１０４ＲＬと右後輪１０４ＲＲとの踏面同士の距離を踏面相互間距離ｗで示す。

以下、図７に示すように、台車１０２の左前輪１０４ＦＬのみがレール４００から脱線した状態を想定する。このとき、図８（ａ）に示すように、左後輪１０４ＲＬ及び右後輪ＲＲに係る車軸１０４ｓの上下方向の変位量及び前後方向の軸周りの傾斜角はいずれも０のままである。一方、図８（ｂ）に示すように、左前輪ＦＬの上下方向の変位量（落下量）は、レール高さＨからフランジ高さｈを除いた（Ｈ−ｈ）である。右前輪ＦＲの上下方向の変位量は０と近似できる。したがって、左前輪ＦＬ及び右前輪ＦＲに係る車軸１０４ｓの上下方向の変位量は、左前輪ＦＬ及び右前輪ＦＲの上下方向の変位量の平均値として、｛（Ｈ−ｈ）／２｝と近似することができる。

また、上述したように、左後輪１０４ＲＬ及び右後輪ＲＲに係る車軸１０４ｓの上下方向の変位量は０である。したがって、台車１０２の全体の上下方向の変位量ｄは、左前輪ＦＬ及び右前輪ＦＲに係る車軸１０４ｓの上下方向の変位量と、左後輪１０４ＲＬ及び右後輪ＲＲに係る車軸１０４ｓの上下方向の変位量との平均値として、ｄ＝｛（Ｈ−ｈ）／４｝と近似することができる。そこで、本実施形態では、例えば、変位量閾値ｄ_ｔｈを０．８ｄ＜ｄ_ｔｈ＜１．２又は０．９ｄ＜ｄ_ｔｈ＜１．１ｄの範囲に設定することができる。

また、図９（ａ）に示すように、左後輪１０４ＲＬ及び右後輪ＲＲに係る車軸１０４ｓの前後方向の軸周りの傾斜角は０のままである。一方、図９（ｂ）に示すように、左前輪ＦＬ及び右前輪ＦＲに係る車軸１０４ｓの前後方向の軸周りの傾斜角αは、図９（ｂ）中において、α＝（弧の長さｌ／半径ｒ）である。半径ｒは踏面相互間距離ｗにより近似できる。また、弧の長さｌは、レール高さＨとフランジ高さｈとの和である（Ｈ＋ｈ）で近似できる。したがって、左前輪ＦＬ及び右前輪ＦＲに係る車軸１０４ｓの前後方向の軸周りの傾斜角αは、α＝｛（Ｈ＋ｈ）／ｗ｝で近似することができる。

また、左後輪１０４ＲＬ及び右後輪ＲＲに係る車軸１０４ｓの前後方向の軸周りの傾斜角αは０である。したがって、台車１０２の全体の前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒは、左前輪ＦＬ及び右前輪ＦＲに係る車軸１０４ｓの傾斜角αと、左後輪１０４ＲＬ及び右後輪ＲＲに係る車軸１０４ｓの傾斜角αとの平均値として、θ_ｒ＝｛（Ｈ＋ｈ）／ｗ｝／２で近似することができる。そこで、本実施形態では、傾斜角閾値θ_ｔｈを例えば、０．８θ_ｒ＜θ_ｔｈ＜１．２θ_ｒ又は０．９θ_ｒ＜θ_ｔｈ＜１．１θ_ｒの範囲に設定することができる。

図５に戻り、脱線判定部１１２は、上下方向の変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈ以上であり、且つ前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒが傾斜角閾値θ_ｔｈ以上であるときは、一輪脱線と判定する（Ｓ１３）。脱線判定部１１２は、当該一輪脱線に関する脱線した車両、台車１０２及び車輪に関する情報を出力する（Ｓ１４）。なお、台車１０２における一輪脱輪した車輪の特定は、例えば、一輪脱線した台車１０２において、ジャイロセンサ１１４により検出された前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒ及び左右方向の軸周りの傾斜角θ_ｐに基づいて、最も下方に傾斜していると推測される車輪が一輪脱線をしていると特定することができる。

脱線判定部１１２が先頭車両１００ａ又は中間車両１００ｂの一輪が脱線していると判定した後に、脱線判定部１１２は、変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈの２倍以上であり、且つ傾斜角θ_ｒが傾斜角閾値θ_ｔｈ未満であるか否かを判定する（Ｓ１５）。

以下、図１０に示すように、台車１０２の左前輪１０４ＦＬ及び右前輪ＦＲの両輪がレール４００から脱線した状態を想定する。このとき、図１１（ａ）に示すように、左後輪１０４ＲＬ及び右後輪ＲＲに係る車軸１０４ｓの上下方向の変位量及び前後方向の軸周りの傾斜角はいずれも０のままである。一方、図１１（ｂ）に示すように、左前輪ＦＬ及び右前輪ＦＲに係る車軸１０４ｓの上下方向の変位量は、レール高さＨからフランジ高さｈを除いた（Ｈ−ｈ）である。したがって、一軸脱線の際の台車１０２の全体の上下方向の変位量ｄは、左前輪ＦＬ及び右前輪ＦＲに係る車軸１０４ｓの上下方向の変位量と、左後輪１０４ＲＬ及び右後輪ＲＲに係る車軸１０４ｓの上下方向の変位量との平均値として、ｄ＝｛（Ｈ−ｈ）／２｝であり、一輪脱線時の変位量ｄの２倍の値に近似することができる。

また，台車１０２の全体の前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒの一軸脱線前後の傾斜角変化量θ_ｄの値は有限値となる。したがって、脱線判定部１１２は、変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈの２倍以上であり、かつ傾斜角θ_ｒの一軸脱線前後の傾斜角変化量θ_ｄが所定の変化量閾値θ_ｄｔｈを超えているときに、一軸脱線が生じたものと判定することができる。なお、変化量閾値θ_ｄｔｈはセンサ測定値の検出分解能の値であり、具体的には、例えば、一般的に回転センサとして用いられるロータリーエンコーダの分解能の値である０．３５ｄｅｇとすることができる。

脱線判定部１１２は、変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈの２倍以上であり、且つ傾斜角θ_ｒの一軸脱線前後の傾斜角変化量θ_ｄが変化量閾値θ_ｄｔｈを超えているときに、一軸脱線が生じたと判定する（Ｓ１６）。脱線判定部１１２は、当該一軸脱線に関する脱線した車両、台車１０２及び車軸１０４ｓに関する情報を出力する（Ｓ１７）。なお、台車１０２における一軸脱輪した車軸１０４ｓの特定は、例えば、一軸脱線した台車１０２において、ジャイロセンサ１１４により検出された左右方向の軸周りの傾斜角θ_ｐに基づいて、より下方に傾斜していると推測される車軸１０４ｓが一軸脱線をしていると特定することができる。

本実施形態によれば、脱線検知装置１１０の脱線判定部１１２は、鉄道車両の上下方向の変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈ以上であり、且つ前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒが傾斜角閾値θ_ｔｈ以上であるときに、鉄道車両の一輪が脱線していると判定する。走行時の振動や乗客の昇降等による上下方向の変位量ｄや前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒの変動が大きい鉄道車両では、上下方向の変位量ｄ等のみに基づく判定では、精度良く一輪脱線を検知することは難しい。しかし、上下方向の変位量ｄと前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒとのＡＮＤ条件により鉄道車両の一輪脱線を判定することにより、一輪脱線を検知する精度を向上させることができる。

本実施形態では、停車時に一輪脱線したときは、一輪脱線の検知後に鉄道車両の再度の走行を抑止することで、脱線の拡大を防止することができる。また、本実施形態では、走行中に一輪脱線したときは、従来の方式での脱線検知方法よりも早く一輪脱線を検知でき、いち早く停車させることにより脱線の拡大を防止することができる。

また、鉄道車両の一輪が脱線した後には、いずれ当該一輪に係る車軸の両輪が脱線することが予測される。この場合、車軸の両輪が脱線するため、上下方向の変位量ｄは変位量閾値ｄ_ｔｈの２倍以上となり、且つ前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒの一軸脱線前後の傾斜角変化量θ_ｄは変化量閾値θ_ｄｔｈを超えると考えられる。そのため、本実施形態では、脱線判定部１１２が鉄道車両の一輪が脱線していると判定した後に、変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈの２倍以上であり、且つ傾斜角変化量θ_ｄが変化量閾値θ_ｄｔｈを超えているときに、脱線判定部１１２は、鉄道車両の当該一輪に係る車軸１０４ｓの両輪が脱線していると判定することができる。

以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、脱線検知装置１１０の脱線判定部１１２は、上下方向の変位量ｄと前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒとに加えて、上下方向の衝撃とのＡＮＤ条件により鉄道車両の一輪脱線を判定する。本実施形態では、脱線検知装置１１０のセンサ部１１１の加速度センサ１１３により、先頭車両１００ａ及び中間車両１００ｂの台車１０２の上下方向の衝撃が検出される。上下方向の衝撃とは、例えば、図４に示すｚ軸方向（垂直方向）に沿い、且つ台車１０２の重心の位置における加速度を意味する。しかし、上下方向の衝撃は、必ずしも厳密に垂直方向に沿い、台車１０２の重心の位置における加速度でなくともよい。

以下、本実施形態の脱線検知装置１１０の動作について説明する。図１２に示すように、先頭車両１００ａ及び中間車両１００ｂそれぞれの脱線検知装置１００のセンサ部１１１は、センシング工程として、先頭車両１００ａ及び中間車両１００ｂの台車１０２の上下方向の変位量、衝撃及び前後方向の軸周りの傾斜角を検出する（Ｓ２１）。脱線検知装置１１０の脱線判定部１１２は、脱線判定工程として、上下方向の変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈ以上であり、衝撃Ｓが衝撃閾値Ｓ_ｔｈ以上であり、且つ前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒが傾斜角閾値θ_ｔｈ以上であるか否かを判定する（Ｓ２２）。

上下方向の変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈ以上であり、衝撃Ｓが衝撃閾値Ｓ_ｔｈ以上であり、且つ前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒが傾斜角閾値θ_ｔｈ以上であるときは、脱線判定部１１２は、一輪脱線であると判定する（Ｓ２３）。脱線判定部１１２は、当該一輪脱線に関する脱線した車両、台車１０２及び車輪に関する情報を出力する（Ｓ２４）。なお、台車１０２における一輪脱輪した車輪の特定は、上記第１実施形態と同様にして行うことができる。

脱線判定部１１２が先頭車両１００ａ又は中間車両１００ｂの一輪が脱線していると判定した後に、脱線判定部１１２は、変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈの２倍以上であり、衝撃Ｓが衝撃閾値Ｓ_ｔｈ以上であり、且つ傾斜角変化量θ_ｄが変化量閾値θ_ｄｔｈを超えているか否かを判定する（Ｓ２５）。変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈの２倍以上であり、衝撃Ｓが衝撃閾値Ｓ_ｔｈ以上であり、且つ傾斜角変化量θ_ｄが変化量閾値θ_ｄｔｈを超えているときは、脱線判定部１１２は、一軸脱線であると判定する（Ｓ２６）。脱線判定部１１２は、当該一軸脱線に関する脱線した車両、台車１０２及び車軸１０４ｓに関する情報を出力する（Ｓ２７）。なお、台車１０２における一軸脱輪した車軸１０４ｓの特定は、上記第１実施形態と同様にして行うことができる。

本実施形態では、脱線判定部１１２は、変位量ｄが変位量閾値ｄ_ｔｈ以上であり、傾斜角θ_ｒが傾斜角閾値θ_ｔｈ以上であり、且つ衝撃Ｓが衝撃閾値Ｓ_ｔｈ以上であるときに、鉄道車両の一輪が脱線していると判定する。このように、上下方向の変位量ｄと前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒと上下方向の衝撃ＳとのＡＮＤ条件により鉄道車両の一輪脱線を判定することにより、一輪脱線を検知する精度をさらに向上させることができる。

鉄道車両の一輪が脱線した後に、当該一輪に係る車軸１０４ｓの両輪が脱線する場合には、上下方向の変位量ｄは変位量閾値ｄ_ｔｈの２倍以上となり、前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒの一軸脱線前後の傾斜角変化量θ_ｄは変化量閾値θ_ｄｔｈを超えており、且つ衝撃Ｓは一輪脱線と同様に衝撃閾値Ｓ_ｔｈ以上となると考えられる。そのため、本実施形態によれば、上下方向の変位量ｄと前後方向の軸周りの傾斜角θ_ｒの一軸脱線前後の傾斜角変化量θ_ｄと上下方向の衝撃ＳとのＡＮＤ条件により鉄道車両の一軸脱線を判定することにより、一軸脱線を検知する精度をさらに向上させることができる。

尚、本発明の実施形態の脱線検知装置及び脱線検知方法は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば，一輪脱線から一軸脱線に至る時間内の傾斜角の変化量は、角速度を測定することにより直接求めることとしてもよい。

１００ａ…先頭車両、１００ｂ…中間車両、１０２…台車、１０４ＦＬ…左前輪、１０４ＦＲ…右前輪、１０４ＬＲ…左後輪、１０４ＲＲ…右後輪、１０４ｓ…車軸、１０４ｆ…フランジ、１０６…アンテナ、１１０…脱線検知装置、１１１…センサ部、１１２…脱線判定部、１１３…加速度センサ、１１４…ジャイロセンサ、１２０…リレー、１３０…防護無線機、１４０…モニタ表示器、１５０…リセットスイッチ、４００…レール、Ｈ…レール高さ、ｈ…フランジ高さ、ｗ…踏面相互間距離、α…傾斜角、ｄ…変位量、θ_ｒ…傾斜角、θ_ｐ…傾斜角。

Claims

鉄道車両の上下方向の変位量及び前記鉄道車両の前後方向の軸周りの傾斜角を検出するセンサ部と、
前記変位量が変位量閾値以上であり、且つ前記傾斜角が傾斜角閾値以上であるときに、前記鉄道車両の一輪が脱線していると判定する脱線判定部と、
を備えた脱線検知装置。
前記センサ部は、前記鉄道車両に加わった上下方向の衝撃を検出し、
前記脱線判定部は、前記変位量が前記変位量閾値以上であり、前記傾斜角が前記傾斜角閾値以上であり、且つ前記衝撃が衝撃閾値以上であるときに、前記鉄道車両の前記一輪が脱線していると判定する、請求項１に記載の脱線検知装置。
前記脱線判定部が前記鉄道車両の前記一輪が脱線していると判定した後に、前記変位量が前記変位量閾値の２倍以上であり、且つ前記傾斜角の変化量が変化量閾値を超えているときに、前記脱線判定部は、前記鉄道車両の前記一輪に係る車軸の両輪が脱線していると判定する、請求項１に記載の脱線検知装置。
前記脱線判定部が前記鉄道車両の前記一輪が脱線していると判定した後に、前記変位量が前記変位量閾値の２倍以上であり、前記傾斜角の変化量が変化量閾値を超えており、且つ前記衝撃が衝撃閾値以上であるときに、前記脱線判定部は、前記鉄道車両の前記一輪に係る車軸の両輪が脱線していると判定する、請求項２に記載の脱線検知装置。
鉄道車両の上下方向の変位量及び前記鉄道車両の前後方向の軸周りの傾斜角を検出するセンシング工程と、
前記変位量が変位量閾値以上であり、且つ前記傾斜角が傾斜角閾値以上であるときに、前記鉄道車両の一輪が脱線していると判定する脱線判定工程と、
を含む脱線検知方法。
前記センシング工程では、前記鉄道車両に加わった上下方向の衝撃を検出し、
前記脱線判定工程では、前記変位量が前記変位量閾値以上であり、前記傾斜角が前記傾斜角閾値以上であり、且つ前記衝撃が衝撃閾値以上であるときに、前記鉄道車両の前記一輪が脱線していると判定する、請求項５に記載の脱線検知方法。
前記脱線判定工程では、前記鉄道車両の前記一輪が脱線していると判定した後に、前記変位量が前記変位量閾値の２倍以上であり、且つ前記傾斜角の変化量が変化量閾値を超えているときに、前記鉄道車両の前記一輪に係る車軸の両輪が脱線していると判定する、請求項５に記載の脱線検知方法。
前記脱線判定工程では、前記鉄道車両の前記一輪が脱線していると判定した後に、前記変位量が前記変位量閾値の２倍以上であり、前記傾斜角の変化量が変化量閾値を超えており、且つ前記衝撃が衝撃閾値以上であるときに、前記鉄道車両の前記一輪に係る車軸の両輪が脱線していると判定する、請求項６に記載の脱線検知方法。