JP2781556B2 - 車輪回転管理装置 - Google Patents
車輪回転管理装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
＜産業上の利用分野＞
本発明は、鉄道車両における車輪回転管理装置に関
し、車輪回転検出信号及び車両の対地相対速度検出信号
を比較して得られた比較出力と、速度検出器を監視して
いる監視部から与えられる監視出力との論理積をとり、
その論理積出力信号を車輪回転管理信号とすることによ
り、車輪滑走または車輪空転を高信頼度で予知しまたは
検知できるようにしたものである。 ＜従来の技術＞ 鉄道車両における車輪の回転異常現象として、車輪ロ
ックによる車輪滑走と、レールに対する駆動車輪の摩擦
力低下による車輪空転の２つの現象がある。 このうち、車輪滑走は鉄道車両の車輪にブレーキをか
けた場合に発生するものであって、車輪とレールとの間
に発生している摩擦力よりもブレーキによる制動力が大
きくなった場合に、車輪がロックされ、レール上をロッ
クされた状態で滑走する現象である。滑走を生じると、
車輪の外径がレールと接触する部分で削り取られ、車輪
の外周面は歪んだ形状となり、騒音が発生し、乗り心地
が悪化する。滑走によって車輪外周面に歪みを生じた場
合は、車両工場で車輪の外周面を削り、修正する必要が
あり、その作業が非常に面倒になる。しかも、全車両の
車輪径を合せる必要があるので、歪みの生じた車輪ばか
りではなく、全車輪の外周面を削る必要があり、作業に
長時間を必要とし、非常に面倒である。また、滑走状態
によっては、車輪の温度が滑走部分で異常に上昇して、
車輪の円周方向で見た温度分布が著しく不均一になり、
車輪にクラックが入ったり、最悪の場合には割損事故を
招く危険性も生じる。 車輪滑走を防止する手段としては、速度検出器として
用いられている速度発電機を２個以上利用し、一方の速
度発電機の検出信号が、ある回転数に対応する値を示し
ているときに、他方の速度発電機の検出信号が回転数零
に近い値になったことを条件に、車輪ロックを生じたと
判定する手段が考えられる。 次に、車輪空転は、力行加速中に何等かの原因で、駆
動輪とレールとの間に発生している摩擦力（粘着力）よ
りも、モータによる駆動輪の回転力が大きくなった場合
に、駆動輪が空転する現象である。車輪空転を生じる
と、車両推進力が低下し、最悪の場合には車両が停止し
てしまう。 車輪空転の予知あるいは検出の手段として、従来は、
車両の走行速度に対応した回転数で転動する従輪の回転
数と、モータによって駆動されている駆動輪の回転数と
を、それぞれ速度発電機等で検出し、従輪の回転数検出
信号を基準信号として、これと駆動輪の回転数検出信号
とを比較し、両信号の差がある所定レベルに達したとき
に、車輪空転を生じたと判定していた。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、上述の車輪滑走及び車輪空転の管理手
段では、次のような問題を生じる。 （イ）車輪滑走の場合 速度発電機を２個以上利用し、一方の速度発電機の検
出信号がある回転数に対応する値を示し、他方の速度発
電機の検出信号が回転数零になったときに、車輪ロック
を生じたと判定する構成では、両方の速度発電機の出力
が零になった場合、それが車輪ロックによるものなの
か、通常の車両停止によるものなのか、判別が困難であ
る。 （ロ）車輪空転の場合 従輪はレールとの回転摩擦または滑走による摩耗等に
よって車輪径が変化する。このため、同一の車両速度に
対する従輪の回転検出信号が車輪径の変動によって変化
してしまい、シャープな空転検出が困難である。従輪の
車輪径変化による空転検出転の変化を防止するために、
車輪径補正を加えて空転検出を行なうことは知られてい
るが、この場合には、従輪の車輪径の測定、車輪径を合
せるための従輪加工等の面倒な作業が必要になる。ま
た、レールの表面が雨で濡れていたり、雪が積もってい
たりすると、レールと従輪との間に滑りを発生すること
があり、基準信号となるべき従輪の回転検出信号が変化
し、空転検出に誤差を生じてしまう。 ＜問題点を解決するための手段＞ 上述する従来の問題点を解決するため、本発明は、鉄
道車両における車輪の滑走を検知しまたは予知する車輪
回転管理装置を提供する。この場合、本発明に係る車輪
回転管理装置は、前記車両においてブレーキ制御の加わ
る車輪の回転を検出する車輪回転検出器と、前記車両の
対地相対速度を検出する相対速度検出器と、前記車輪回
転検出器によって得られる車輪回転検出信号及び前記相
対速度検出器によって得られる速度検出信号を比較する
比較回路と、前記相対速度検出器の出力信号の一部を入
力信号とし、前記相対速度検出器の動作状態を監視する
監視部と、前記比較回路から与えられる比較出力と前記
監視部から与えられる監視出力との論理積をとり車輪滑
走検知信号を出力する論理回路とを有する。 本発明は、また、鉄道車両における車輪の空転を検知
しまたは予知する車輪回転管理装置を提供する。この場
合、本発明に係る車輪回転管理装置は、前記車両の駆動
輪の回転を検出する車輪回転検出器と、前記車両の対地
相対速度を検出する相対速度検出器と、前記車輪回転検
出器によって得られる車輪回転検出信号及び前記相対速
度検出器によって得られる速度検出信号を比較する比較
回路と、前記相対速度検出器の出力信号の一部を入力信
号とし、前記相対速度検出器の動作状態を監視する監視
部と、前記比較回路から与えられる比較出力と前記監視
部から与えられる監視出力との論理積をとり車輪空転検
知信号を出力する論理回路とを有する。 ＜作用＞ まず、本発明に係る車輪回転管理装置を車輪滑走管理
手段として利用した場合について説明する。車輪回転検
出器によって検出された車輪回転検出信号と、速度検出
器によって得られる車両の対地相対速度検出信号とを、
比較回路に入力して両者を比較する。ブレーキが投入さ
れていない正常走行状態では、車輪回転検出信号と速度
検出信号は一定の関係にあり、比較出力もある一定の値
に保たれている。 ところが、ブレーキ投入による車輪に制動が加わる
と、制動力に応じて、車輪回転検出信号が回転数減少方
向に低下すると共に、車輪に滑りを発生するようにな
る。ブレーキ投入により車両速度も低下するが、車輪の
滑りによって、車両速度の低下は車輪回転数の低下より
も緩やかに保たれる。このため、ブレーキ投入によって
制動をかけた場合、車輪回転検出信号と速度検出信号と
の間に差が発生する。この差は車輪がロック状態に近づ
き、車輪の滑りが大きくなる程、増大する。従って、比
較回路によって、両者の差を見ることにより、車輪ロッ
クの予知または検知が可能である。 一方、速度検出器の動作状態を監視部によって常時監
視し、この監視出力と、比較回路で得られた比較出力と
を論理回路に入力し、その論理積をとり、得られた信号
を車輪滑走検知信号として出力する。これにより、信頼
性の高い車輪滑走情報が得られる。 次に、車輪空転管理手段として利用する場合についで
述べる。この場合には、車輪回転検出器は駆動輪の回転
数を検出する。駆動輪が空転し始めると、回転検出器か
ら出力される回転検出信号は、回転周波数が上がる方向
に変化するが、速度検出器から出力される速度検出信号
は、空転とは無関係に、車両の対地相対速度に対応した
値になっている。従って、速度検出器から出力される速
度検出信号と、回転検出器から出力される回転検出信号
とを、比較回路で比較してその差をとることにより、駆
動輪の空転を予知し或いは検知することができる。速度
検出器の動作状態は、監視部によって常時監視し、この
監視出力と、比較回路で得られた比較出力とを論理回路
に入力し、その論理積をとり、得られた信号を車輪空転
検知信号として出力する。これにより、信頼性の高い車
輪空転情報が得られる。 ＜実施例＞ 第１図は本発明に係る車輪回転管理装置のブロック図
である。図において、１は車両、２は車輪、３はレー
ル、４は枕木、５は車輪回転検出器、６は速度検出器、
７は監視部、８は比較回路、９は論理回路である。 車輪回転検出器５は速度発電機等でなり、車輪１の回
転数をそれに比例した周波数のパルス信号として検出す
る。車輪回転検出器５の結合される車輪２は、滑走管理
手段として構成する場合はブレーキ制御の加わる車輪で
あり、また空転管理手段として構成する場合にはモータ
によって駆動される駆動輪である。 速度検出器６は車両１の路面10に対する相対速度を検
出するものである。このような速度検出器６としては、
電磁マイクロ波のドップラー効果を利用したものが適し
ている。電磁マイクロ波ドップラー効果を利用した相対
速度検出器は、降雨、降雪、温度、風等の悪環境の下で
も安定した動作が得られ、耐環境性に優れている。ドッ
プラー型の速度検出器６を用いた場合、車両１の対地相
対速度の増減に略比例して、路面10または枕木４等から
の反射波の周波数が増減するので、周波数から車両１の
対地相対速度を検出できる。この実施例では、速度検出
器６は、路面10に向けられたドップラーホーン61と、ド
ップラーホーン61で得られたドップラー信号を処理して
車両１の対地相対速度信号を出力する受信回路62と、駆
動回路63とを備えて構成されている。ドップラーホーン
61は、路面10に対して鋭角の角度θを持つように、車両
１の下部に取付けられている。611は発振用ガンダイオ
ード、612は検波用ダイオードであり、これらは空洞共
振器613の内部に配置されている。空洞共振器613の前面
にはホーンアンテナ614が備えられている。受信回路62
は増幅回路621と速度検定回路622とを備え、検波用ダイ
オード612で得られた反射波の受信信号を増幅し、速度
検出信号v2を出力する。駆動回路63は、発振器631から
与えられる発振周波数に従って、電源断続回路632で電
源を断続し断続電源を発振用ガンダイオード611に供給
して駆動するようになっている。これにより、ドップラ
ーホーン61からは電源断続によるAM断続変調波のマイク
ロ波が放射される。 マイクロ波としては、一般計測用として認められてい
るＸ−band（10GHz帯）またはＫ−band（20GHz帯）を使
用する。ドップラーホーン61の取付けに当っては、取付
角度θ＝45度、枕木４及び路面10からドップラーホーン
61までの高さを50cm以下に選定する。こうすることによ
り、微弱電波に適合する電界強度レベルで、車両速度を
確実に検知できる。上記の条件で、例えば、マイクロ波
周波数fo＝10GHz、車両１の走行速度200km/h、電波速度
Ｃ（m/sec）とすると、ドップラ偏移周波数fdは、 fd＝2fo・V cosθ/c ＝4KHz となる。ドップラーホーン61に供給され電源断続波を、
オン幅t1＝50msec、オフ幅t2＝50msecのパルスとする
と、50msecの間に約200波のドップラ波が得られるか
ら、車両速度を充分に検出することができる。走行速度
200km/hの車両１が50msecの間に走行する距離ｌ＝3mで
あり、この間に約200波のドップラ波が得られる。 また、10GHzのマイクロ波の波長は3cmであり、枕木４
及び路面10からドップラーホーン61迄の高さを50cm以下
に設定して微弱電波に適合する配置として場合でも、充
分な反射レベルが得られる。 監視部７は速度検出器６の動作状態を監視するために
設けられたもので、ドップラーホーン61の放射波または
反射波を受信するように配置された受信ホーン71と、こ
の受信ホーン71の受信信号を処理して論理回路９に入力
する監視回路72とを備えて構成されている。受信ホーン
71は、路面10に対してドップラーホーン61と略同じ鋭角
の角度θを持つように、車両１の下部に取付けられてい
る。監視回路72は交流増幅回路721と整流回路722とを備
え、整流回路722の整流出力を、監視出力I2として論理
回路９に入力するようになっている。 交流増幅回路721及び整流回路722は、故障時に安全側
の出力を生じるフェールセーフな回路構成とする。その
具体例を第２図及び第３図に示す。まず、第２図はフェ
ールセーフ交流増幅回路721の具体例を示し、トランジ
スタTrを増幅素子として用い、トランジスタTrのベース
に交流結合用のコンデンサC1を通して受信ホーン71から
の信号を入力し、トランジスタTrのコレクタ側から信号
を出力するようになっている。R1〜R4は抵抗である。第
２図の回路において、トランジスタTr、コンデンサC1、
C2及び抵抗R1〜R4の何れが故障した場合でも、実質的に
出力無しの状態になる。第３図はフェールセーフ整流回
路722の具体例を示し、C3、C4はコンデンサ、D1、D2は
ダイオードであり、コンデンサC3、C4、ダイオードD1、
D2の何れに故障を生じた場合でも、整流出力はなくな
る。 比較回路８は、車輪回転検出器５によって得られる車
輪回転検出信号V1及び速度検出器６によって得られる速
度検出信号V2を比較し、その比較出力I1を生じる。車輪
回転検出信号V1と速度検出信号V2との比較に当っては、
周波数によって比較する方法、周波数信号を電圧信号に
変換した後、その電圧瞬時値を比較する方法、時間当り
の電圧変化分を比較する方法、電圧積分値を比較する方
法等が考えられる。実施例では、周波数比較による場合
について説明する。 第４図は周波数比較に適した比較回路８の具体的なブ
ロック図で、81は車輪回転検出信号V1の周波数f1を計数
するカウンタ、82は速度検出信号V2の周波数f2を計数す
るカウンタ、83はカウンタ81、82のゲート．タイミング
をとるゲート発生回路である。車両１の走行速度Ｖに対
して、ドップラーホーン61を備えて構成された速度検出
器６で得られるマイクロ波ドップラ出力V2の周波数をf2
とし、速度発電器で構成された車輪回転検出器５で得ら
れる車輪回転検出信号V1の周波数をf1とした場合、ゲー
ト発生回路83によるゲート時間T1、T2を、 T1・f2＝T2・f1 となるようにして、マイクロ波ドップラー出力V2と車輪
回転検出信号V1とを正規化し、正規化されたデータ出力
F1、F2を発生させる。 84はデジタルコンパレータで、カウンタ81、82から出
力されるデータF1、F2を比較してその値が予定められた
レベルに達したときに、滑走または空転の比較出力I1を
生じる。 論理回路９は、比較回路８から与えられる比較出力I1
と監視部７から与えられる監視出力I2との論理積をと
り、車輪回転管理信号Ａを出力する回路である。この論
理回路９は、フェールセーフ．アンド回路として構成す
る。第５図にその具体例を示す。第５図の実施例では、
増幅器、μ1、μ2及び帰還可児路βで構成される正相帰
還発振回路の電源入力端子に、比較回路８の比較出力I1
及び監視部７の監視出力I2を入力するようになってい
る。電源入力端子に第６図（ａ）に示すような比較出力
I1、及び、第６図（ｂ）に示すような監視出力I2が入力
されると、第６図（ｃ）に示すような発振出力を生じ
る。この発振出力が車輪回転管理信号Ａとなる。論理回
路９に回路故障を生じた場合には、発振が停止し、車輪
回転管理信号Ａがなくなるので、フェールセーフであ
る。 次に、上記実施例に示した車輪回転管理装置を滑走管
理手段として使用する場合の動作について、第７図のタ
イミングチャートを参照して説明する。速度検出器６を
構成するドップラーホーン61に、第７図（ａ）に示すよ
うな電源断続波を供給して、AM断続変調波のマイクロ波
を反射させ、路面10及び枕木４等からの反射波をドップ
ラーホーン61で受信する。第７図（ｂ）はドップラーホ
ーン61で受信される反射波の波形である。ドップラーホ
ーン61で受信された反射波信号は増幅器621で増幅さ
れ、速度検定回路622から速度検出信号V2として出力さ
れる。この速度検出信号V2は比較回路８に入力され、車
輪回転検出器からの回転検出信号V1と比較される。 ブレーキが投入されていない正常走行状態では、車輪
回転検出信号V1と速度検出信号V2は一定の関係にあり、
比較出力I1もある一定の低レベル値に保たれている。 ところが、ブレーキ投入により車輪２に制動が加わる
と、制動力に応じて、車輪回転検出信号Ｖが回転数減少
方向に低下する。ブレーキ投入により車両１の速度も低
下するが、車輪２の滑りによって、車両速度の低下は車
輪回転数の低下よりも緩やかに保たれる。このため、ブ
レーキ投入によって制動をかけた場合、車輪回転検出信
号V1の周波数f1と速度検出信号V2の周波数f2との間に差
が発生する。この差は車輪２がロック状態に近づき、車
輪２の滑りが大きくなる程、増大する。車輪回転検出信
号V1の周波数f1及び速度検出信号のV2の周波数f2は、比
較回路８を構成するカウンタ81、82及びゲート発生回路
83で正規化され、正規化されたデータ出力F1、F2をデジ
タルコンパレータ84で比較して、第７図（ｃ）に示す如
く、滑走出力に対応する高レベルの比較出力I1を生じさ
せる。この比較出力I1は論理回路９に与えられる。 一方、速度検出器６のドップラーホーン61から放射さ
れたマイクロ波の反射波は、これと併設した受信ホーン
71によって受信されており、その受信回路72から第７図
（ｄ）に示すような直流レベルの監視出力I2が出力され
ている。この監視出力I2は論理回路９に入力される。 論理回路９は比較出力I1と監視出力I2とのアンド条件
で、第７図（ｅ）に示すような滑走検知信号Ａを出力す
る。これにより、信頼性の高い滑走検知信号Ａが得られ
る。上述のようにして得られた滑走検知信号Ａは、ブレ
ーキ制御系に与えて、ブレーキのポンピング制御等を行
なう信号として利用し、ブレーキ制動を車輪粘着力以内
に制御し、降雨、降雪等の種々の車輪粘着状態に対し
て、車輪ロック及び滑走による空走を、未然に防止でき
る。また、滑走検知信号Ａは、運転台に備えられた警報
発生部のランプやブザーに与えてこれを動作させ、運転
手に警告する警報信号として利用してもよい。 次に、車輪空転管理手段として利用する場合について
述べる。 駆動輪２が空転し始めると、車輪回転検出器５から出
力される回転検出信号V1は、周波数f1が上がる方向に変
化するが、速度検出器６から出力される速度検出信号V2
の周波数f2は、空転とは無関係に、車輪１の対地相対速
度に対応した値になっている。従って、滑走検知の場合
と同様に、速度検出器６から出力される速度検出信号V2
と、回転検出器５から出力される回転検出信号V1とを、
比較回路８で比較して比較出力I1を得ることにより、駆
動輪２の空転を予知し或いは検知することができる。比
較出力I1は、論理回路９に入力し、監視出力I2とのアン
ド条件をとり、論理回路９から車輪空転検知信号Ａを生
じさせる。上述のようにして得られ車輪空転検知信号Ａ
はモータ制御信号として利用し、モータ電流を絞ってト
ルクを低下させる方向に制御する。これにより、駆動輪
２をレールに再粘着させ、空転を防止できる。他の動作
は車輪滑走の場合とほぼ同じであるので説明は省略す
る。 ＜発明の効果＞ 以上述べたように、本発明に係る車輪回転管理装置
は、車両の車輪回転を検出する車輪回転検出器と、車両
の対地相対速度を検出する速度検出器と、前記車輪回転
検出器によって得られる車輪回転検出信号及び前記速度
検出器によって得られる速度検出信号を比較する比較回
路と、前記速度検出器の動作状態を監視する監視部と、
前記比較回路から与えられる比較出力と前記監視部から
与えられる監視出力との論理積をとり車輪回転管理信号
を出力する論理回路とを有することを特徴とするから、
車輪滑走または車輪空転を、高信頼度で確実に予知しま
たは検出できるようにした車輪回転管理装置を提供する
ことができる。
し、車輪回転検出信号及び車両の対地相対速度検出信号
を比較して得られた比較出力と、速度検出器を監視して
いる監視部から与えられる監視出力との論理積をとり、
その論理積出力信号を車輪回転管理信号とすることによ
り、車輪滑走または車輪空転を高信頼度で予知しまたは
検知できるようにしたものである。 ＜従来の技術＞ 鉄道車両における車輪の回転異常現象として、車輪ロ
ックによる車輪滑走と、レールに対する駆動車輪の摩擦
力低下による車輪空転の２つの現象がある。 このうち、車輪滑走は鉄道車両の車輪にブレーキをか
けた場合に発生するものであって、車輪とレールとの間
に発生している摩擦力よりもブレーキによる制動力が大
きくなった場合に、車輪がロックされ、レール上をロッ
クされた状態で滑走する現象である。滑走を生じると、
車輪の外径がレールと接触する部分で削り取られ、車輪
の外周面は歪んだ形状となり、騒音が発生し、乗り心地
が悪化する。滑走によって車輪外周面に歪みを生じた場
合は、車両工場で車輪の外周面を削り、修正する必要が
あり、その作業が非常に面倒になる。しかも、全車両の
車輪径を合せる必要があるので、歪みの生じた車輪ばか
りではなく、全車輪の外周面を削る必要があり、作業に
長時間を必要とし、非常に面倒である。また、滑走状態
によっては、車輪の温度が滑走部分で異常に上昇して、
車輪の円周方向で見た温度分布が著しく不均一になり、
車輪にクラックが入ったり、最悪の場合には割損事故を
招く危険性も生じる。 車輪滑走を防止する手段としては、速度検出器として
用いられている速度発電機を２個以上利用し、一方の速
度発電機の検出信号が、ある回転数に対応する値を示し
ているときに、他方の速度発電機の検出信号が回転数零
に近い値になったことを条件に、車輪ロックを生じたと
判定する手段が考えられる。 次に、車輪空転は、力行加速中に何等かの原因で、駆
動輪とレールとの間に発生している摩擦力（粘着力）よ
りも、モータによる駆動輪の回転力が大きくなった場合
に、駆動輪が空転する現象である。車輪空転を生じる
と、車両推進力が低下し、最悪の場合には車両が停止し
てしまう。 車輪空転の予知あるいは検出の手段として、従来は、
車両の走行速度に対応した回転数で転動する従輪の回転
数と、モータによって駆動されている駆動輪の回転数と
を、それぞれ速度発電機等で検出し、従輪の回転数検出
信号を基準信号として、これと駆動輪の回転数検出信号
とを比較し、両信号の差がある所定レベルに達したとき
に、車輪空転を生じたと判定していた。 ＜発明が解決しようとする問題点＞ しかしながら、上述の車輪滑走及び車輪空転の管理手
段では、次のような問題を生じる。 （イ）車輪滑走の場合 速度発電機を２個以上利用し、一方の速度発電機の検
出信号がある回転数に対応する値を示し、他方の速度発
電機の検出信号が回転数零になったときに、車輪ロック
を生じたと判定する構成では、両方の速度発電機の出力
が零になった場合、それが車輪ロックによるものなの
か、通常の車両停止によるものなのか、判別が困難であ
る。 （ロ）車輪空転の場合 従輪はレールとの回転摩擦または滑走による摩耗等に
よって車輪径が変化する。このため、同一の車両速度に
対する従輪の回転検出信号が車輪径の変動によって変化
してしまい、シャープな空転検出が困難である。従輪の
車輪径変化による空転検出転の変化を防止するために、
車輪径補正を加えて空転検出を行なうことは知られてい
るが、この場合には、従輪の車輪径の測定、車輪径を合
せるための従輪加工等の面倒な作業が必要になる。ま
た、レールの表面が雨で濡れていたり、雪が積もってい
たりすると、レールと従輪との間に滑りを発生すること
があり、基準信号となるべき従輪の回転検出信号が変化
し、空転検出に誤差を生じてしまう。 ＜問題点を解決するための手段＞ 上述する従来の問題点を解決するため、本発明は、鉄
道車両における車輪の滑走を検知しまたは予知する車輪
回転管理装置を提供する。この場合、本発明に係る車輪
回転管理装置は、前記車両においてブレーキ制御の加わ
る車輪の回転を検出する車輪回転検出器と、前記車両の
対地相対速度を検出する相対速度検出器と、前記車輪回
転検出器によって得られる車輪回転検出信号及び前記相
対速度検出器によって得られる速度検出信号を比較する
比較回路と、前記相対速度検出器の出力信号の一部を入
力信号とし、前記相対速度検出器の動作状態を監視する
監視部と、前記比較回路から与えられる比較出力と前記
監視部から与えられる監視出力との論理積をとり車輪滑
走検知信号を出力する論理回路とを有する。 本発明は、また、鉄道車両における車輪の空転を検知
しまたは予知する車輪回転管理装置を提供する。この場
合、本発明に係る車輪回転管理装置は、前記車両の駆動
輪の回転を検出する車輪回転検出器と、前記車両の対地
相対速度を検出する相対速度検出器と、前記車輪回転検
出器によって得られる車輪回転検出信号及び前記相対速
度検出器によって得られる速度検出信号を比較する比較
回路と、前記相対速度検出器の出力信号の一部を入力信
号とし、前記相対速度検出器の動作状態を監視する監視
部と、前記比較回路から与えられる比較出力と前記監視
部から与えられる監視出力との論理積をとり車輪空転検
知信号を出力する論理回路とを有する。 ＜作用＞ まず、本発明に係る車輪回転管理装置を車輪滑走管理
手段として利用した場合について説明する。車輪回転検
出器によって検出された車輪回転検出信号と、速度検出
器によって得られる車両の対地相対速度検出信号とを、
比較回路に入力して両者を比較する。ブレーキが投入さ
れていない正常走行状態では、車輪回転検出信号と速度
検出信号は一定の関係にあり、比較出力もある一定の値
に保たれている。 ところが、ブレーキ投入による車輪に制動が加わる
と、制動力に応じて、車輪回転検出信号が回転数減少方
向に低下すると共に、車輪に滑りを発生するようにな
る。ブレーキ投入により車両速度も低下するが、車輪の
滑りによって、車両速度の低下は車輪回転数の低下より
も緩やかに保たれる。このため、ブレーキ投入によって
制動をかけた場合、車輪回転検出信号と速度検出信号と
の間に差が発生する。この差は車輪がロック状態に近づ
き、車輪の滑りが大きくなる程、増大する。従って、比
較回路によって、両者の差を見ることにより、車輪ロッ
クの予知または検知が可能である。 一方、速度検出器の動作状態を監視部によって常時監
視し、この監視出力と、比較回路で得られた比較出力と
を論理回路に入力し、その論理積をとり、得られた信号
を車輪滑走検知信号として出力する。これにより、信頼
性の高い車輪滑走情報が得られる。 次に、車輪空転管理手段として利用する場合についで
述べる。この場合には、車輪回転検出器は駆動輪の回転
数を検出する。駆動輪が空転し始めると、回転検出器か
ら出力される回転検出信号は、回転周波数が上がる方向
に変化するが、速度検出器から出力される速度検出信号
は、空転とは無関係に、車両の対地相対速度に対応した
値になっている。従って、速度検出器から出力される速
度検出信号と、回転検出器から出力される回転検出信号
とを、比較回路で比較してその差をとることにより、駆
動輪の空転を予知し或いは検知することができる。速度
検出器の動作状態は、監視部によって常時監視し、この
監視出力と、比較回路で得られた比較出力とを論理回路
に入力し、その論理積をとり、得られた信号を車輪空転
検知信号として出力する。これにより、信頼性の高い車
輪空転情報が得られる。 ＜実施例＞ 第１図は本発明に係る車輪回転管理装置のブロック図
である。図において、１は車両、２は車輪、３はレー
ル、４は枕木、５は車輪回転検出器、６は速度検出器、
７は監視部、８は比較回路、９は論理回路である。 車輪回転検出器５は速度発電機等でなり、車輪１の回
転数をそれに比例した周波数のパルス信号として検出す
る。車輪回転検出器５の結合される車輪２は、滑走管理
手段として構成する場合はブレーキ制御の加わる車輪で
あり、また空転管理手段として構成する場合にはモータ
によって駆動される駆動輪である。 速度検出器６は車両１の路面10に対する相対速度を検
出するものである。このような速度検出器６としては、
電磁マイクロ波のドップラー効果を利用したものが適し
ている。電磁マイクロ波ドップラー効果を利用した相対
速度検出器は、降雨、降雪、温度、風等の悪環境の下で
も安定した動作が得られ、耐環境性に優れている。ドッ
プラー型の速度検出器６を用いた場合、車両１の対地相
対速度の増減に略比例して、路面10または枕木４等から
の反射波の周波数が増減するので、周波数から車両１の
対地相対速度を検出できる。この実施例では、速度検出
器６は、路面10に向けられたドップラーホーン61と、ド
ップラーホーン61で得られたドップラー信号を処理して
車両１の対地相対速度信号を出力する受信回路62と、駆
動回路63とを備えて構成されている。ドップラーホーン
61は、路面10に対して鋭角の角度θを持つように、車両
１の下部に取付けられている。611は発振用ガンダイオ
ード、612は検波用ダイオードであり、これらは空洞共
振器613の内部に配置されている。空洞共振器613の前面
にはホーンアンテナ614が備えられている。受信回路62
は増幅回路621と速度検定回路622とを備え、検波用ダイ
オード612で得られた反射波の受信信号を増幅し、速度
検出信号v2を出力する。駆動回路63は、発振器631から
与えられる発振周波数に従って、電源断続回路632で電
源を断続し断続電源を発振用ガンダイオード611に供給
して駆動するようになっている。これにより、ドップラ
ーホーン61からは電源断続によるAM断続変調波のマイク
ロ波が放射される。 マイクロ波としては、一般計測用として認められてい
るＸ−band（10GHz帯）またはＫ−band（20GHz帯）を使
用する。ドップラーホーン61の取付けに当っては、取付
角度θ＝45度、枕木４及び路面10からドップラーホーン
61までの高さを50cm以下に選定する。こうすることによ
り、微弱電波に適合する電界強度レベルで、車両速度を
確実に検知できる。上記の条件で、例えば、マイクロ波
周波数fo＝10GHz、車両１の走行速度200km/h、電波速度
Ｃ（m/sec）とすると、ドップラ偏移周波数fdは、 fd＝2fo・V cosθ/c ＝4KHz となる。ドップラーホーン61に供給され電源断続波を、
オン幅t1＝50msec、オフ幅t2＝50msecのパルスとする
と、50msecの間に約200波のドップラ波が得られるか
ら、車両速度を充分に検出することができる。走行速度
200km/hの車両１が50msecの間に走行する距離ｌ＝3mで
あり、この間に約200波のドップラ波が得られる。 また、10GHzのマイクロ波の波長は3cmであり、枕木４
及び路面10からドップラーホーン61迄の高さを50cm以下
に設定して微弱電波に適合する配置として場合でも、充
分な反射レベルが得られる。 監視部７は速度検出器６の動作状態を監視するために
設けられたもので、ドップラーホーン61の放射波または
反射波を受信するように配置された受信ホーン71と、こ
の受信ホーン71の受信信号を処理して論理回路９に入力
する監視回路72とを備えて構成されている。受信ホーン
71は、路面10に対してドップラーホーン61と略同じ鋭角
の角度θを持つように、車両１の下部に取付けられてい
る。監視回路72は交流増幅回路721と整流回路722とを備
え、整流回路722の整流出力を、監視出力I2として論理
回路９に入力するようになっている。 交流増幅回路721及び整流回路722は、故障時に安全側
の出力を生じるフェールセーフな回路構成とする。その
具体例を第２図及び第３図に示す。まず、第２図はフェ
ールセーフ交流増幅回路721の具体例を示し、トランジ
スタTrを増幅素子として用い、トランジスタTrのベース
に交流結合用のコンデンサC1を通して受信ホーン71から
の信号を入力し、トランジスタTrのコレクタ側から信号
を出力するようになっている。R1〜R4は抵抗である。第
２図の回路において、トランジスタTr、コンデンサC1、
C2及び抵抗R1〜R4の何れが故障した場合でも、実質的に
出力無しの状態になる。第３図はフェールセーフ整流回
路722の具体例を示し、C3、C4はコンデンサ、D1、D2は
ダイオードであり、コンデンサC3、C4、ダイオードD1、
D2の何れに故障を生じた場合でも、整流出力はなくな
る。 比較回路８は、車輪回転検出器５によって得られる車
輪回転検出信号V1及び速度検出器６によって得られる速
度検出信号V2を比較し、その比較出力I1を生じる。車輪
回転検出信号V1と速度検出信号V2との比較に当っては、
周波数によって比較する方法、周波数信号を電圧信号に
変換した後、その電圧瞬時値を比較する方法、時間当り
の電圧変化分を比較する方法、電圧積分値を比較する方
法等が考えられる。実施例では、周波数比較による場合
について説明する。 第４図は周波数比較に適した比較回路８の具体的なブ
ロック図で、81は車輪回転検出信号V1の周波数f1を計数
するカウンタ、82は速度検出信号V2の周波数f2を計数す
るカウンタ、83はカウンタ81、82のゲート．タイミング
をとるゲート発生回路である。車両１の走行速度Ｖに対
して、ドップラーホーン61を備えて構成された速度検出
器６で得られるマイクロ波ドップラ出力V2の周波数をf2
とし、速度発電器で構成された車輪回転検出器５で得ら
れる車輪回転検出信号V1の周波数をf1とした場合、ゲー
ト発生回路83によるゲート時間T1、T2を、 T1・f2＝T2・f1 となるようにして、マイクロ波ドップラー出力V2と車輪
回転検出信号V1とを正規化し、正規化されたデータ出力
F1、F2を発生させる。 84はデジタルコンパレータで、カウンタ81、82から出
力されるデータF1、F2を比較してその値が予定められた
レベルに達したときに、滑走または空転の比較出力I1を
生じる。 論理回路９は、比較回路８から与えられる比較出力I1
と監視部７から与えられる監視出力I2との論理積をと
り、車輪回転管理信号Ａを出力する回路である。この論
理回路９は、フェールセーフ．アンド回路として構成す
る。第５図にその具体例を示す。第５図の実施例では、
増幅器、μ1、μ2及び帰還可児路βで構成される正相帰
還発振回路の電源入力端子に、比較回路８の比較出力I1
及び監視部７の監視出力I2を入力するようになってい
る。電源入力端子に第６図（ａ）に示すような比較出力
I1、及び、第６図（ｂ）に示すような監視出力I2が入力
されると、第６図（ｃ）に示すような発振出力を生じ
る。この発振出力が車輪回転管理信号Ａとなる。論理回
路９に回路故障を生じた場合には、発振が停止し、車輪
回転管理信号Ａがなくなるので、フェールセーフであ
る。 次に、上記実施例に示した車輪回転管理装置を滑走管
理手段として使用する場合の動作について、第７図のタ
イミングチャートを参照して説明する。速度検出器６を
構成するドップラーホーン61に、第７図（ａ）に示すよ
うな電源断続波を供給して、AM断続変調波のマイクロ波
を反射させ、路面10及び枕木４等からの反射波をドップ
ラーホーン61で受信する。第７図（ｂ）はドップラーホ
ーン61で受信される反射波の波形である。ドップラーホ
ーン61で受信された反射波信号は増幅器621で増幅さ
れ、速度検定回路622から速度検出信号V2として出力さ
れる。この速度検出信号V2は比較回路８に入力され、車
輪回転検出器からの回転検出信号V1と比較される。 ブレーキが投入されていない正常走行状態では、車輪
回転検出信号V1と速度検出信号V2は一定の関係にあり、
比較出力I1もある一定の低レベル値に保たれている。 ところが、ブレーキ投入により車輪２に制動が加わる
と、制動力に応じて、車輪回転検出信号Ｖが回転数減少
方向に低下する。ブレーキ投入により車両１の速度も低
下するが、車輪２の滑りによって、車両速度の低下は車
輪回転数の低下よりも緩やかに保たれる。このため、ブ
レーキ投入によって制動をかけた場合、車輪回転検出信
号V1の周波数f1と速度検出信号V2の周波数f2との間に差
が発生する。この差は車輪２がロック状態に近づき、車
輪２の滑りが大きくなる程、増大する。車輪回転検出信
号V1の周波数f1及び速度検出信号のV2の周波数f2は、比
較回路８を構成するカウンタ81、82及びゲート発生回路
83で正規化され、正規化されたデータ出力F1、F2をデジ
タルコンパレータ84で比較して、第７図（ｃ）に示す如
く、滑走出力に対応する高レベルの比較出力I1を生じさ
せる。この比較出力I1は論理回路９に与えられる。 一方、速度検出器６のドップラーホーン61から放射さ
れたマイクロ波の反射波は、これと併設した受信ホーン
71によって受信されており、その受信回路72から第７図
（ｄ）に示すような直流レベルの監視出力I2が出力され
ている。この監視出力I2は論理回路９に入力される。 論理回路９は比較出力I1と監視出力I2とのアンド条件
で、第７図（ｅ）に示すような滑走検知信号Ａを出力す
る。これにより、信頼性の高い滑走検知信号Ａが得られ
る。上述のようにして得られた滑走検知信号Ａは、ブレ
ーキ制御系に与えて、ブレーキのポンピング制御等を行
なう信号として利用し、ブレーキ制動を車輪粘着力以内
に制御し、降雨、降雪等の種々の車輪粘着状態に対し
て、車輪ロック及び滑走による空走を、未然に防止でき
る。また、滑走検知信号Ａは、運転台に備えられた警報
発生部のランプやブザーに与えてこれを動作させ、運転
手に警告する警報信号として利用してもよい。 次に、車輪空転管理手段として利用する場合について
述べる。 駆動輪２が空転し始めると、車輪回転検出器５から出
力される回転検出信号V1は、周波数f1が上がる方向に変
化するが、速度検出器６から出力される速度検出信号V2
の周波数f2は、空転とは無関係に、車輪１の対地相対速
度に対応した値になっている。従って、滑走検知の場合
と同様に、速度検出器６から出力される速度検出信号V2
と、回転検出器５から出力される回転検出信号V1とを、
比較回路８で比較して比較出力I1を得ることにより、駆
動輪２の空転を予知し或いは検知することができる。比
較出力I1は、論理回路９に入力し、監視出力I2とのアン
ド条件をとり、論理回路９から車輪空転検知信号Ａを生
じさせる。上述のようにして得られ車輪空転検知信号Ａ
はモータ制御信号として利用し、モータ電流を絞ってト
ルクを低下させる方向に制御する。これにより、駆動輪
２をレールに再粘着させ、空転を防止できる。他の動作
は車輪滑走の場合とほぼ同じであるので説明は省略す
る。 ＜発明の効果＞ 以上述べたように、本発明に係る車輪回転管理装置
は、車両の車輪回転を検出する車輪回転検出器と、車両
の対地相対速度を検出する速度検出器と、前記車輪回転
検出器によって得られる車輪回転検出信号及び前記速度
検出器によって得られる速度検出信号を比較する比較回
路と、前記速度検出器の動作状態を監視する監視部と、
前記比較回路から与えられる比較出力と前記監視部から
与えられる監視出力との論理積をとり車輪回転管理信号
を出力する論理回路とを有することを特徴とするから、
車輪滑走または車輪空転を、高信頼度で確実に予知しま
たは検出できるようにした車輪回転管理装置を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係る車輪回転管理装置のブロック図、
第２図は監視回路を構成するフェールセーフ交流増幅器
の回路図、第３図は同じくフェールセーフ整流回路の回
路図、第４図は比較回路の回路図、第５図は論理回路の
回路図、第６図は論理回路の動作を示す波形図、第７図
は本発明に係る車輪回転管理装置の動作を説明するため
のタイミングチャート図である。 １……車両、２……車輪 ３……レール、４……枕木 ５……車輪回転検出器、６……速度検出器 61……ドップラーホーン ７……監視部 71……受信ホーン
第２図は監視回路を構成するフェールセーフ交流増幅器
の回路図、第３図は同じくフェールセーフ整流回路の回
路図、第４図は比較回路の回路図、第５図は論理回路の
回路図、第６図は論理回路の動作を示す波形図、第７図
は本発明に係る車輪回転管理装置の動作を説明するため
のタイミングチャート図である。 １……車両、２……車輪 ３……レール、４……枕木 ５……車輪回転検出器、６……速度検出器 61……ドップラーホーン ７……監視部 71……受信ホーン
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭49−108491（ＪＰ，Ａ)
特開 昭50−6992（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−142734（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
B60T 8/34 - 8/86
B61H 11/04
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．鉄道車両における車輪の滑走を検知しまたは予知す
る車輪回転管理装置であって、 前記車両においてブレーキ制御の加わる車輪の回転を検
出する車輪回転検出器と、 前記車両の対地相対速度を検出する相対速度検出器と、 前記車輪回転検出器によって得られる車輪回転検出信号
及び前記相対速度検出器によって得られる速度検出信号
を比較する比較回路と、 前記相対速度検出器の出力信号の一部を入力信号とし、
前記相対速度検出器の動作状態を監視する監視部と、 前記比較回路から与えられる比較出力と前記監視部から
与えられる監視出力との論理積をとり車輪滑走検知信号
を出力する論理回路と を有することを特徴とする車輪回転管理装置。 ２．鉄道車両における車輪の空転を検知しまたは予知す
る車輪回転管理装置であって、 前記車両の駆動輪の回転を検出する車輪回転検出器と、 前記車両の対地相対速度を検出する相対速度検出器と、 前記車輪回転検出器によって得られる車輪回転検出信号
及び前記相対速度検出器によって得られる速度検出信号
を比較する比較回路と、 前記相対速度検出器の出力信号の一部を入力信号とし、
前記相対速度検出器の動作状態を監視する監視部と、 前記比較回路から与えられる比較出力と前記監視部から
与えられる監視出力との論理積をとり車輪空転検知信号
を出力する論理回路と を有することを特徴とする車輪回転管理装置。 ３．前記車輪回転検出器は、速度発電機であることを特
徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載の車
輪回転管理装置。 ４．前記相対速度検出器は、ドップラー効果を利用した
ものでなることを特徴とする特許請求の範囲第１項、第
２項または第３項に記載の車輪回転管理装置。 ５．前記相対速度検出器は、マイクロ波のドップラー効
果を利用したものでなることを特徴とする特許請求の範
囲第４項に記載の車輪回転管理装置。 ６．前記相対速度検出器は、路面に向けられたドップラ
ーホーンと、前記ドップラーホーンで得られたドップラ
ー信号を処理して車両の対地相対速度信号を出力する回
路とを備えることを特徴とする特許請求の範囲第４項ま
たは第５項に記載の車輪回転管理装置。 ７．前記監視部は、前記ドップラーホーンの放射波また
は反射波を受信するように配置された受信ホーンと、こ
の受信ホーンの受信信号を処理して前記論理回路に入力
する監視回路とを備えることを特徴とする特許請求の範
囲第６項に記載の車輪回転管理装置。 ８．前記監視回路は、フェールセーフ交流増幅器と、そ
の後段に接続されたフェールセーフ整流回路とを備えて
構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第７項
に記載の車輪回転管理装置。 ９．前記ドップラーホーン及び前記受信ホーンは、路面
に対して鋭角の角度を持つように車両の下部に取付けた
ことを特徴とする特許請求の範囲第６項、第７項または
第８項に記載の車輪回転管理装置。 １０．前記論理回路は、フェールセーフ．アンド回路で
構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
または第２項に記載の車輪回転管理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255857A JP2781556B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 車輪回転管理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62255857A JP2781556B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 車輪回転管理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01101257A JPH01101257A (ja) | 1989-04-19 |
| JP2781556B2 true JP2781556B2 (ja) | 1998-07-30 |
Family
ID=17284550
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62255857A Expired - Lifetime JP2781556B2 (ja) | 1987-10-09 | 1987-10-09 | 車輪回転管理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2781556B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003083357A (ja) | 2001-09-10 | 2003-03-19 | Aida Eng Ltd | 等速継ぎ手のアウタレース及びその製造方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS49108491A (ja) * | 1973-02-19 | 1974-10-15 | ||
| JPS566897B2 (ja) * | 1973-05-25 | 1981-02-14 |
-
1987
- 1987-10-09 JP JP62255857A patent/JP2781556B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01101257A (ja) | 1989-04-19 |
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