JP2730829B2 - 車輪径補正方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

【０００１】この発明は、例えば、鉄道車両等の走行距
離を計測する技術に係り、特に、車輪の摩耗により生じ
る計測誤差を補正するための車輪径補正方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、鉄道車両など軌道を走行
する移動体においては、走行距離を計測して自身の走行
位置を検知することが知られている。走行距離を計測す
るには、予め車輪径から定まる車輪１回転当りの走行長
を乗算係数として求めておき、この乗算係数に車軸の回
転量を乗算する。車輪径は走行に応じて摩耗するため、
計測した走行距離には常に誤差が含まれる。そこで、従
来では、以下のようにして車輪の摩耗率を求めて車輪径
を補正し、補正した車輪径に基づき走行距離を計測する
ようにしている。

【０００３】すなわち、従来では、距離Ｌが既知である
２点間を走行した時の車軸回転量を求め、これに上記乗
算係数を乗算して仮の走行距離を算出する。そして、こ
の仮の走行距離を既知の距離Ｌで除算して摩耗率を求
め、これを車輪径に乗じて実際の車輪径に補正する。次
いで、補正された車輪径に従って真の走行距離を求め
る。例えば、車輪が摩耗して車輪径が減少すると、見掛
け上の走行距離（車輪１回転当りの走行長に車輪回転量
を乗算して得た距離）が増加するので、この誤差分を除
去するように車輪径を補正する訳である。なお、こうし
た補正手法の他には、車輪摩耗に基づく見掛け上の走行
距離増加率から実際の車輪径を求める手法もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の鉄道
車両等においては、インテリジェンス化が図られてお
り、車上側で車輪径補正に基づく位置検知の他、障害物
に衝突するのを回避するブレーキ制御あるいは速度監視
などの各種走行制御をリアルタイムに処理することが要
求されている。実際、車上側に搭載されるＣＰＵは、安
全性および信頼性を確保することが最優先される一方
で、コスト的な制約から高速処理性を若干犠牲にする場
合が多い。このため、車上側でなされる各種制御は、Ｃ
ＰＵに与える負荷を軽減するという観点からもできるだ
け処理時間が短いものであることが望まれている。

【０００５】しかしながら、上述した従来の車輪径補正
処理は、その原理から明らかなように、乗除演算で補正
値を算出するアルゴリズムであるから、ＣＰＵのタイム
スケールから見ると、その命令実行時間は加減演算に比
して数十倍以上の時間を要する。しかも、この補正処理
は、距離が既知な区間を走行する度毎に実行されるた
め、実質的に多くの処理時間を費やすことになる。

【０００６】そこで、特定の２地点間を通過する毎に補
正処理を実行し、補正回数自体を少なくすれば処理時間
を低減することが可能になる。ところが、このように補
正回数を少なくすると、これに起因して補正精度が悪化
するという弊害が生じる。結局、上述した従来の車輪径
補正処理では、補正精度を向上させるには多くの処理時
間が必要になり、処理時間を低減させると精度が悪化す
るという互いに相反する関係にある。このため、補正精
度を悪化させず、しかも処理時間を低減できる車輪径補
正方法が要求されている。この発明は上述した事情に鑑
みてなされたもので、補正精度を悪化させることなく、
極めて短時間で補正値を得ることができる車輪径補正方
法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
あっては、走行路に沿って所定間隔毎に配置され、配置
位置に対応した信号を発振する地上子を車両の走行に伴
って順次検出すると共に、この地上子間を走行する際の
車軸回転量と車輪径とに基づいて該地上子間の走行距離
を算出する第１のステップと、前記地上子の各配置位置
を表わす位置情報に従って前記地上子間の区間距離を算
出する第２のステップと、この区間距離から前記走行距
離を減算して第１の誤差を生成する第３のステップと、
前記地上子間を通過する毎に前記第１の誤差を積算して
第２の誤差を生成する第４のステップと、前記第２の誤
差が正の所定値を超えた場合に前記車輪径値を一定量減
少させ、前記第２の誤差が負の所定値を下回った場合に
前記車輪径値を一定量増加させる第５のステップとを具
備することを特徴としている。

【０００８】また、請求項２に記載の発明によれば、走
行路に沿って所定間隔毎に配置され、配置位置に対応し
た信号を発振する地上子を車両の走行に伴って順次検出
すると共に、この地上子間を走行する際の車軸回転量と
車輪径とに基づいて該地上子間の走行距離を算出する第
１のステップと、前記地上子の各配置位置を表わす位置
情報に従って前記地上子間の区間距離を算出する第２の
ステップと、この区間距離から前記走行距離を減算して
第１の誤差を生成する第３のステップと、前記第１の誤
差が正の値である場合に前記車輪径値を一定量減少さ
せ、前記第１の誤差が負の値である場合に前記車輪径値
を一定量増加させる第４のステップとを具備することを
特徴としている。

【０００９】

【００１０】さらに、請求項３に記載の発明によれば、
走行路に沿って所定間隔毎に配置され、配置位置に対応
した信号を発振する地上子を車両の走行に伴って順次検
出すると共に、この地上子間を走行する際の車軸回転量
と車輪径とに基づいて該地上子間の走行距離を算出する
第１のステップと、前記地上子の各配置位置を表わす位
置情報に従って前記地上子間の区間距離を算出する第２
のステップと、この区間距離から前記走行距離を減算し
て第１の誤差を生成する第３のステップと、予め定めた
回数だけ前記地上子間を通過する度に前記第１の誤差を
積算し、この積算結果を誤差積算量として出力する第４
のステップと、予め前記誤差積算量に対応する車輪径の
補正値を記憶しておき、前記第４のステップで生成され
た誤差積算量に応じた第１の補正値を読み出す第５のス
テップと、前記第１の補正値を順次加算し、この加算結
果に応じて前記車輪径を補正する第６のステップとを具
備することを特徴としている。

【００１１】

【作用】この発明によれば、第１のステップでは車軸回
転量と車両の車輪径とに基づいて地上子間の走行距離を
算出し、第２のステップでは地上子の各配置位置を表わ
す位置情報に応じて地上子間の区間距離を算出する。そ
して、第３のステップでは、この区間距離から走行距離
を減算して第１の誤差を生成し、第４のステップが前記
地上子間を通過する毎に第１の誤差を積算して第２の誤
差を生成する。さらに、第５のステップが前記第２の誤
差が正の所定値を超えた場合に前記車輪径値を一定量減
少させ、前記第２の誤差が負の所定値を下回った場合に
前記車輪径値を一定量増加させる。したがって、加算お
よび減算だけで車輪径を補正するアルゴリズムとなるの
で、従来に比して極めて短時間で補正値を得ることが可
能になる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例につ
いて説明する。 Ａ．実施例の構成 図１はこの発明による車輪径補正方法を適用した一実施
例の全体構成を示す図である。この図において、１は軌
道、２はこの軌道１に沿って所定間隔毎に適宜に配設さ
れる地上子である。地上子２，…，２は、周知の自動列
車停止（ＡＴＳ）用のものであり、それぞれ設置位置に
対応した地点信号を発振出力する。この地上子２は、在
来線で概ね５００ｍ間隔、新幹線では同様の地上子２が
概ね１Ｋｍ間隔で設置されている。３は軌道１上を走行
する鉄道車両である。４は車上子であり、地上子２に対
向するよう該車両３下部に装着されている。この車上子
４は、地上子２が発振する地点信号を受信して出力す
る。５は位置検知装置であり、車上子４から出力される
地点信号を検出する毎に後述する補正処理を実行し、こ
れに基づいて鉄道車両３の走行位置（走行距離）を算出
する。

【００１３】次に、図２は位置検知装置５の構成を示す
ブロック図である。この図において、５ａはこの装置各
部を制御するＣＰＵであり、その動作については後述す
る。５ｂはＲＯＭであり、ＣＰＵ５ａにロードされる各
種制御プログラムや、該プログラムの実行に伴って読み
出される走行位置データがそれぞれ所定の記憶エリアに
格納されている。この走行位置データとは、上述したよ
うに、各地上子２の設置位置を表わすものである。５ｃ
は、ＣＰＵ５ａのワークエリアとして用いられるＲＡＭ
であり、各種演算結果やレジスタ値が一時記憶される。

【００１４】５ｄはＬＣＤ（液晶表示素子）等から構成
される表示回路であり、ＣＰＵ５ａからバスを介して供
給される各種の表示データを表示する。この表示回路５
ｄには、例えば、後述する動作に基づいて算出された車
輪径の補正値、あるいはこの補正値に従って算出された
走行距離が表示されるようになっている。５ｅは各種操
作スイッチが配設される操作パネルである。５ｆはＡ／
Ｄ変換器を備えるインタフェース回路である。このイン
タフェース回路５ｆは、車上子４から出力される地点信
号、あるいは速度発電機６から出力される回転信号をそ
れぞれディジタルデータに変換し、これをＣＰＵ５ａに
供給する。なお、この速度発電機６は、鉄道車両３の車
軸に装着されており、該車軸の回転速度に応じた回転信
号を発生する。

【００１５】Ｂ．実施例の動作 次に、図３を参照し、実施例の動作について説明する。
まず、上記構成による位置検知装置５に電源が投入され
ると、ＣＰＵ５ａはＲＯＭ５ｂより制御プログラムをロ
ードし、図３に示す車輪径補正ルーチンを起動する。こ
れにより、ＣＰＵ５ａの処理がステップＳ１に進む。ス
テップＳ１では、前述した車上子４が地点信号を受信し
たか否かを判断する。ここで、地点信号が受信されない
場合には、判断結果が「ＮＯ」となり、地点信号を受信
するまで待機する。

【００１６】そして、いま、例えば、鉄道車両３の走行
に伴って車上子４が地上子２の上を通過すると、地点信
号が検出され、ステップＳ１の判断結果が「ＹＥＳ」と
なり、次のステップＳ２に処理が進む。ステップＳ２で
は、今回通過した地上子２と前回通過した地上子２との
区間を走行した時の計測誤差Ｄを算出する。すなわち、
今回検出した地点信号に応じてＲＯＭ５ｂから読み出さ
れる走行位置データと、前回検出した地点信号に応じて
読み出された走行位置データとから地点間距離を求め、
この地点間距離から計測データを減算して計測誤差Ｄを
算出する。ここで、計測データとは、前回地点信号を検
出した時点から今回地点信号を検出した時点まで速度発
電機６の出力を累算することによって、この走行区間に
おける総車軸回転量を求め、これに車輪１回転当りの走
行長を乗算して得た距離に相当するものである。なお、
車輪１回転当りの走行長は、後述する補正値が更新され
る毎にその値も逐次補正されるようになっている。

【００１７】以上のようにして計測誤差Ｄを算出する
と、ＣＰＵ５ａの処理は、次のステップＳ３に進む。ス
テップＳ３では、計測誤差Ｄの絶対値が２ｍ以上である
か否かを判断する。ここで、誤差Ｄが２ｍ以上である場
合には、判断結果が「ＹＥＳ」となり、ステップＳ４に
進む。ステップＳ４では、誤差Ｄの絶対値を２ｍに制限
し、次のステップＳ５に進む。一方、ステップＳ３にお
いて、誤差Ｄの絶対値が２ｍ以下である場合には、判断
結果が「ＮＯ」となり、ステップＳ５に進む。

【００１８】ステップＳ５では、レジスタＥＲから前区
間で求めた計測誤差を読み出し、これに今回得た計測誤
差Ｄを積算し、これを新たな累積誤差Ｓとして当該レジ
スタＥＲの内容を更新する。次いで、ステップＳ６に進
むと、この累積誤差Ｓが３００ｍ以上であるか否かを判
断する。ここで、例えば、累積誤差Ｓが３００ｍ以上に
なったとすると、車輪が摩耗して車輪径値の補正が必要
となる場合であるから、ここでの判断結果は「ＹＥＳ」
となり、次のステップＳ７に進む。

【００１９】ステップＳ７では、レジスタＣＲから前回
の補正値を読み出し、この読み出した値から「０．００
０２」を減算し、これを新たな補正値として当該レジス
タＣＲの内容を更新する。なお、この補正値「０．００
０２」とは、車輪直径を「１」とした時の相対的な補正
量（摩耗率）を表わすものであって、車輪直径が９１０
ｍｍである時、０．１８２ｍｍに相当する。そして、こ
のように補正値が更新されると共に、これに対応して車
輪１回転当りの走行長も更新されると、ＣＰＵ５ａの処
理はステップＳ８に進み、前述した累積誤差Ｓを「０」
をとしてレジスタＥＲをリセットし、このルーチンを一
旦完了する。

【００２０】ところで、上述したステップＳ６の判断結
果が「ＮＯ」の場合、つまり、累積誤差Ｓが３００ｍ以
下である時には、ＣＰＵ５ａの処理がステップＳ９に進
む。ステップＳ９では、累積誤差Ｓが−３００ｍを下回
っているか否かを判断する。ここで、累積誤差Ｓが−３
００ｍ以下になったとすると、この場合にも車輪径値の
補正が必要になり、次のステップＳ１０に進む。

【００２１】ステップＳ１０では、レジスタＣＲから前
回の補正値を読み出し、この読み出した値に「０．００
０２」を加算し、この加算結果を新たな補正値として当
該レジスタＣＲにセットする。これにより、補正値が更
新される。次いで、補正値が更新されると、次のステッ
プＳ１１に進み、前述した累積誤差Ｓを「０」をとして
レジスタＥＲをリセットし、このルーチンを一旦完了す
る。なお、前述したステップＳ６，Ｓ９においていずれ
も判断結果が「ＮＯ」、すなわち、累積誤差Ｓが±３０
０ｍ以内である場合には、車輪径を補正する必要がな
く、このルーチンを完了するようになっている。

【００２２】このように、車輪の摩耗により累積誤差Ｓ
が３００ｍを超えると、基準径が「０．０００２」減じ
られる。この補正量は、鉄道車両３がほぼ１万Ｋｍ走行
した時の車輪径摩耗率に相当するものである。また、正
しく補正された車輪が走行に伴って摩耗し、累積誤差Ｓ
が３００ｍを超えるのは、５５００Ｋｍ走行した時で、
この時、真に補正すべき摩耗率を計算すると、「０．０
０１１」となる。したがって、この場合、上記動作に基
づいて「０．０００２」が減算されると、真に補正すべ
き摩耗率より「０．００００９」小さい値となる。つま
り、上記動作によれば、ほぼ１万Ｋｍ走行する毎に、真
に補正すべき摩耗率に対して±０．０００１の範囲内に
収る精度となる。

【００２３】以上のように、この実施例においては、地
上子２を通過する毎に区間当りの計測誤差Ｄを算出す
る。そして、これを区間通過毎に積算して累積誤差Ｓを
求め、該累積誤差に応じて補正値を加減算する。すなわ
ち、この実施例では、加算および減算だけで補正値を算
出するアルゴリズムを採用しているから、地上子２を通
過する毎に補正処理を実行することにより、補正精度を
悪化させず、しかも、従来に比して極めて短時間で補正
値を得ることが可能になる。

【００２４】さらに、上記実施例において、車軸の回転
量から求める計測データには、計測自体の誤差を含む
が、この車輪径補正処理ではこの誤差を除去することが
可能である。つまり、在来線では５００ｍ間隔で地上子
２が設置され、新幹線においても同様な地上子２が１Ｋ
ｍ間隔で配置されているため、鉄道車両３がほぼ１万Ｋ
ｍ走行すると、１万個〜２万個の地上子２を通過して各
区間通過毎に上記の補正処理が起動される。したがっ
て、計測データに含まれる誤差は、大数の法則によって
相殺され、正しい車輪径値に収斂するから、摩耗量だけ
が抽出されることになる。

【００２５】なお、上述した実施例には、滑走、空転等
の計測データに大きな誤差を与える虞の無いときに限
り、車輪の取替えや研削などが行われ、急激な車輪径値
の変化を補正する機能を付加することが可能である。こ
の機能は、車軸の回転量から求まる計測データを、ＲＯ
Ｍ５ｂから読み出した走行位置データと比較し、ある範
囲内において異常にその差が大きい時、得られた計測デ
ータに対する走行位置データの比率を前回補正値に乗算
して新たな補正値を求める処理である。

【００２６】このような補正を行うには、データの誤差
が極めて小さいことが要求される。そのためには、先ず
試行期間において、地上子２間の距離を繰り返し計測
し、これを統計処理することによって仮のデータを作成
する。しかる後に、既知の距離に合せて仮のデータを伸
縮して本データを作成する。上記の補正は、この本デー
タに対して行われるものである。なお、この場合、地上
子検出ミス（脱落）、あるいは不要受信（ノイズ）対策
をも考慮することは言うまでもない。

【００２７】さらに、車輪摩耗に基づく見掛け上の走行
距離増加率から実際の車輪径を求める手法をこの発明に
適用する場合、その補正量は前述した累積誤差Ｓに比例
した値とすることが可能である。こうした補正処理にお
いては、走行距離増加率に応じた複数の補正値をテーブ
ルとして予めＲＯＭ５ｂに登録しておき、このテーブル
から補正値を選択するようにしてもよい。このようにす
ることで、極めて高速な補正値処理が実現する。また、
上述した実施例では、計測誤差Ｄを累積して累積誤差Ｓ
が３００ｍ以上になった場合、前回の補正値から「０．
０００２」を減算し、累積誤差Ｓが−３００ｍを下回っ
た場合、前回の補正値に「０．０００２」を加算してい
たが、例えば、上述した計測誤差Ｄが、正の値である時
は車輪径値を一定量減少させ、負の値である時は一定量
増加させるようにしてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、第１のステップが車軸回転量と車両の車輪径とに基
づいて地上子間の走行距離を算出し、第２のステップが
地上子の各配置位置を表わす位置情報に応じて地上子間
の区間距離を算出する。そして、第３のステップでは、
この区間距離から走行距離を減算して第１の誤差を生成
し、第４のステップが前記地上子間を通過する毎に第１
の誤差を積算して第２の誤差を生成する。さらに、第５
のステップが前記第２の誤差が正の所定値を超えた場合
に前記車輪径値を一定量減少させ、前記第２の誤差が負
の所定値を下回った場合に前記車輪径値を一定量増加さ
せるので、加算および減算だけで車輪径を補正するアル
ゴリズムとなり、従来に比して極めて短時間で補正値を
得ることができる。しかも、こうしたことにより処理時
間が短くなることから、地上子を通過する毎に補正処理
が実現でき、結果的に補正精度も向上するという効果も
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による一実施例の全体構成を示すブロ
ック図。

【図２】同実施例における位置検知装置５の構成を示す
ブロック図。

【図３】同実施例の動作を説明するためのフローチャー
ト。

【符号の説明】

１…軌道（走行路）、 ２…地上子、 ３…車両、 ４…車上子、 ５…位置検知回路、 ６…速度発電機。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中村 英夫 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財 団法人 鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 出村 誠康 神奈川県横浜市鶴見区平安町二丁目29番 地の１ 株式会社 京三製作所内 (56)参考文献 特開 昭61−117413（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−118608（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−173520（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−470（ＪＰ，Ｂ１) 特公 平１−32444（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行路に沿って所定間隔毎に配置され、
   配置位置に対応した信号を発振する地上子を車両の走行
   に伴って順次検出すると共に、この地上子間を走行する
   際の車軸回転量と車輪径とに基づいて該地上子間の走行
   距離を算出する第１のステップと、 前記地上子の各配置位置を表わす位置情報に従って前記
   地上子間の区間距離を算出する第２のステップと、 この区間距離から前記走行距離を減算して第１の誤差を
   生成する第３のステップと、 前記地上子間を通過する毎に前記第１の誤差を積算して
   第２の誤差を生成する第４のステップと、前記第２の誤差が正の所定値を超えた場合に前記車輪径
   値を一定量減少させ、前記第２の誤差が負の所定値を下
   回った場合に前記車輪径値を一定量増加させる第５のス
   テップと を具備することを特徴とする車輪径補正方法。
2. 【請求項２】 走行路に沿って所定間隔毎に配置され、
   配置位置に対応した信号を発振する地上子を車両の走行
   に伴って順次検出すると共に、この地上子間を走行する
   際の車軸回転量と車輪径とに基づいて該地上子間の走行
   距離を算出する第１のステップと、 前記地上子の各配置位置を表わす位置情報に従って前記
   地上子間の区間距離を算出する第２のステップと、 この区間距離から前記走行距離を減算して第１の誤差を
   生成する第３のステップと、 前 記第１の誤差が正の値である場合に前記車輪径値を一
   定量減少させ、前記第１の誤差が負の値である場合に前
   記車輪径値を一定量増加させる第４のステップとを具備
   することを特徴とする車輪径補正方法。
3. 【請求項３】 走行路に沿って所定間隔毎に配置され、
   配置位置に対応した信号を発振する地上子を車両の走行
   に伴って順次検出すると共に、この地上子間 を走行する
   際の車軸回転量と車輪径とに基づいて該地上子間の走行
   距離を算出する第１のステップと、 前記地上子の各配置位置を表わす位置情報に従って前記
   地上子間の区間距離を算出する第２のステップと、 この区間距離から前記走行距離を減算して第１の誤差を
   生成する第３のステップと、 予め定めた回数だけ前記地上子間を通過する度に前記第
   １の誤差を積算し、この積算結果を誤差積算量として出
   力する第４のステップと、 予め前記誤差積算量に対応する車輪径の補正値を記憶し
   ておき、この内から前記第４のステップで生成された誤
   差積算量に応じた第１の補正値を読み出す第５のステッ
   プと、 前記第１の補正値を順次加算し、この加算結果に応じて
   前記車輪径を補正する第６のステップと を具備すること
   を特徴とする車輪径補正方法。