JP3165314B2 - 車両速度演算装置およびそれを用いた車両走行距離演算装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、車両速度と走行距離
を演算する車両速度演算装置およびそれを用いた車両走
行距離演算装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、鉄道車両において、あるゆる
制御の基礎となる速度、走行距離の計測、演算装置とし
て各種のものが用いられてきている。代表的な従来の車
両速度距離演算装置として、図１１に示すようなものが
知られている。この従来の車両速度距離演算装置は、速
度発電機１、波形整形回路２、車輪径補正回路３、速度
演算回路４および距離演算回路５から構成されている。

【０００３】速度発電機１は車両の車輪軸端に取り付け
られ、車輪の回転に比例した速度周波数信号を出力し、
波形整形回路２がこの速度周波数信号をピーク５ＶのＴ
ＴＬレベルのパルス信号に変換する。通常、この変換で
は、速度信号１サイクル当たり、１ケのパルス信号に変
換される。

【０００４】波形整形回路２のパルス信号が車輪径補正
回路３に与えられ、ここにおいて、あらかじめデジタル
スイッチなどで設定されている車輪径Ｄに関する補正処
理が行なわれる。そして速度演算回路４において、あら
かじめ設定されているサンプル時間ごとのパルスをカウ
ントし、この値と補正された車輪径Ｄに基づいて車両速
度を演算し出力する。また距離演算回路５ではパルス信
号を積算し、この値と補正された車輪径Ｄに基づいて走
行距離が演算される。つまり、パルス積算値と、１パル
ス当たりの距離値Ｋとを掛けることによって距離積算値
を求めるのである。

【０００５】従来の他の車両速度距離演算装置として、
図１２に示す構成のものも知られている。この従来の車
両速度距離演算装置は、異なった車輪軸それぞれに取り
付けられた２台の速度発電機１Ａ，１Ｂ、これらの出力
信号の波形整形を行ない、また高位優先選択を行なう波
形整形および高位優先回路６、車輪径補正回路３、速度
演算回路４および距離演算回路５から構成されている。

【０００６】速度発電機１Ａ，１Ｂそれぞれは異なった
車輪軸に取り付けられ、それぞれの速度周波数信号を同
時に波形整形および高位優先回路６に入力する。波形整
形および高位優先回路６では、各速度周波数信号をパル
ス信号に変換し、両パルス信号の速度周波数を比較して
周波数の高い方を車輪径補正回路３に出力する。

【０００７】車輪径補正回路３では上述の図１１の演算
装置と同じく、あらかじめデジタルスイッチなどで設定
されている車輪径Ｄに関する補正処理が行なわれ、速度
演算回路４において車両速度を演算し、同時に距離演算
回路５において走行距離を演算する。

【０００８】この従来例の演算装置では、速度発電機１
Ａ，１Ｂを比較し、高位にあるものを選択して通すとい
う思想で設計されており、必ずしも正確に計測するとい
う思想ではない。これは、このような回路が保安機器に
用いられる場合に、高位の速度周波数信号がたとえ誤っ
た信号であったとしても、その高位の速度信号を入力
し、それに基づいて速度、走行距離を演算することがフ
ェイルセーフになるためである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
従来の車両速度距離演算装置では、鉄道車両が図１３に
示したような走行を行なうとき、すなわち、加速区間で
空転が発生し、あるいは減速区間で滑走が発生した場合
に速度や距離を正確に計測できない問題点があった。

【００１０】特に図１１に示した従来の車両速度距離演
算装置では、空転、滑走の影響を直接受けることにな
り、図１３に破線で示したような正しい速度、距離を演
算することができない。

【００１１】また図１２に示した従来の車両速度距離演
算装置では、１軸のみが空転、滑走した場合、他軸側の
速度発電機が正確な速度周波数信号を出力したとして
も、波形整形および高位優先回路が高位優先機能を有す
るために、加速区間では空転が発生した方の車輪軸の速
度発電機の速度周波数信号をパルス信号に変換して出力
することになり、やはり誤差が発生する。

【００１２】加えて、このような従来の車両速度距離演
算装置では、車輪径補正回路にも誤差を発生させる要因
が内在している。すなわち、近郊電車などにおける車輪
径は通常、Ｄ＝８６０φであり、摩耗限度が７８０φに
設定されている。ところが従来では、車輪径補正を１０
ｍｍピッチの車輪径補正スイッチで設定するようにして
おり、中間の値が設定できないようになっている。その
ために、例えば、車輪径を正確に計測して８５５ｍｍφ
であった場合、設定値を８６０ｍｍφとすれば８６０／
８５５で０．５８％、また設定値を８５０ｍｍφとすれ
ば８５５／８５０で０．５８％の演算誤差が速度、距離
演算結果に生じることになるが、この誤差は将来の厳密
な速度、距離演算装置には大きすぎるものである。

【００１３】なぜならば、近い将来、例えば自動運転装
置（ＡＴＯ）で定位置停止精度を向上させたり、移動閉
塞システムにおいて車両間隔制御を実現する場合、また
高密度運転のためにソフト連結制御技術（車両を連結器
で機械的に連結するのではなく、数ｍの間隔を保って同
期速度制御を行なうこと）を構築していく場合、０．１
％以下の厳密な精度の速度、走行距離演算が必要であ
り、従来の演算装置では速度、距離の演算誤差が大きす
ぎる問題点があった。

【００１４】この発明はこのような従来の問題点に鑑み
てなされたもので、空転、滑走時の誤差、また車輪径設
定時の誤差を極力低減し、構成度の速度、走行距離の演
算を行なうことができる車両速度演算装置およびそれを
用いた車両走行距離演算装置を提供することを目的とす
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明の車両速
度演算装置は、複数の車輪各々の回転速度信号に基づい
て車輪各々に対応する車両速度を求める速度演算回路
と、速度演算回路が求める車両速度から車輪各々に対応
する車両加速度を求める加速度演算回路と、加速度演算
回路が求める車両各々に対応する車両加速度の平均値を
求める加速度平均値演算回路と、車輪各々に対応する車
両加速度の前記平均値からの偏差を求める加速度偏差演
算回路と、速度演算回路、加速度演算回路、加速度平均
値演算回路および加速度偏差演算回路それぞれの演算結
果に対してファジールールを適用し、車輪各々の空転度
指標と滑走度指標を決定するファジー推論部と、車輪各
々の空転度指標と滑走度指標に基づいて車輪各々の速度
と加速度を補正する速度加速度補正回路と、速度加速度
補正回路の出力を合成して車両全体の速度と加速度を求
める合成部とを備えたものである。

【００１６】請求項２の発明は、請求項１の車両速度演
算装置において、ファジー推論部の出力する車輪各々の
空転度指標と滑走度指標をしきい値と比較し、車輪各々
の空転、滑走それぞれの発生の有無の２値出力を行なう
空転／滑走判定部を備えたものである。

【００１７】請求項３の発明は、請求項１または２の車
両速度演算装置において、ファジー推論部が外部からの
車輪各々を駆動する電動機の電流検出値または電圧検出
値をルール要素の１つとして追加したものである。

【００１８】請求項４の発明は、請求項１〜３いずれか
の車両速度演算装置において、地上側の一定距離をおい
た２点間における車輪各々の回転数を検出し、車輪各々
の車輪径を算出する車輪径補正回路を備え、速度演算回
路が当該車輪径補正回路からの車輪各々の車輪径と回転
速度とから車両速度を演算するようにしたものである。

【００１９】請求項５の発明の車両速度演算装置は、請
求項１〜４いずれかの車両速度演算装置に対して、その
速度演算結果を積分して走行距離を求める距離演算回路
を備えたものである。

【００２０】

【作用】請求項１の発明の車両速度演算装置では、複数
の車輪各々の回転速度から車輪各々に対応する車両速度
を速度演算回路によって求め、車輪各々に対応する車両
加速度を加速度演算回路によって求め、また加速度演算
回路が求める車輪各々に対応する車両加速度の平均値を
加速度平均値演算回路によって求め、さらに車輪各々に
対応する車両加速度の平均値からの偏差を加速度偏差演
算回路によって求める。

【００２１】そしてファジー推論部によって速度演算回
路の速度演算結果、加速度演算回路の加速度演算結果、
加速度平均値演算回路の加速度平均値演算結果および加
速度偏差演算回路の加速度偏差演算結果に対してそれら
を命題の前件部とするファジールールを適用し、当該フ
ァジールールの後件部に基づいて車輪各々の空転度指標
と滑走度指標を決定し、速度加速度補正回路によって車
輪各々の空転度指標と滑走度指標に基づいて速度と加速
度を補正し、さらに合成部によって車輪各々の補正され
た速度と加速度とを合成して車両全体の速度と加速度を
求めて出力する。

【００２２】こうしてファジー推論を用いて複数の車輪
各々の空転度、滑走度の指標を求め、これに基づいて速
度補正と加速度補正を行い、車両全体の速度、加速度を
厳密に演算して出力する。

【００２３】請求項２の発明では、請求項１の車両速度
演算装置において、ファジー推論部の出力する車輪各々
の空転度指標と滑走度指標をしきい値と比較し、車輪各
々の空転、滑走それぞれの発生の有無の２値出力を行な
う空転／滑走判定部を備えることにより、空転あるいは
滑走の発生した車輪を特定できるようにする。

【００２４】請求項３の発明では、請求項１または２の
車両速度演算装置において、ファジー推論部が外部から
の車輪各々を駆動する電動機の電流検出値または電圧検
出値をルール要素の１つとして追加することにより、車
輪各々の空転度の指標と滑走度の指標をより正確に判定
する。

【００２５】請求項４の発明では、請求項１〜３いずれ
かの車両速度演算装置において、地上側の一定距離をお
いた２点間における車輪各々の回転数を検出し、車輪各
々の車輪径を算出する車輪径補正回路を備え、速度演算
回路が当該車輪径補正回路からの車輪各々の車輪径と回
転速度とから車両速度を演算することによって、走行中
の磨耗、またブレーキによって磨耗して車輪径が車輪ご
とに変化するそれぞれの車輪の外径を正確に求めて車両
速度の演算に用い、これによって車両速度の演算を正確
に行ない、また各車輪の空転／滑走の判定も正確に行な
う。

【００２６】請求項５の発明の車両走行距離演算装置で
は、請求項１〜４いずれかの車両速度演算装置に対し
て、さらに、その速度演算結果を積分して走行距離を求
める距離演算回路を備えることによって、車両走行距離
を厳密に演算して出力する。

【００２７】

【実施例】以下、この発明の実施例を図に基づいて詳説
する。図１は請求項１，２および請求項４，５の発明の
車両速度演算装置およびそれを用いた車両走行距離演算
装置の共通する実施例を示している。この実施例の車両
速度および車両走行距離演算装置は車両の複数の車輪各
々に取付けられ、回転速度に比例した速度周波数信号を
出力する速度発電機（ＳＧ）１Ａ〜１Ｄと、速度、走行
距離演算の本体をなす速度距離演算装置１０から構成さ
れている。速度距離演算装置１０は、速度発電機１Ａ〜
１Ｄ各々の速度周波数信号をパルス信号に変換する波形
整形回路１１Ａ〜１１Ｄとファジー推論部１２から構成
されている。

【００２８】そしてファジー推論部１２には、必要に応
じて各車輪径を計測して設定するための計測開始地点検
出信号、計測終了地点検出信号などの車輪径補正信号１
３を外部から入力するようになっている。またファジー
推論部１２から演算結果として距離、速度、空転信号、
滑走信号、加速度データ、減速度データなどが出力され
るようになっている。

【００２９】なお、この実施例では４個の車輪について
速度発電機１Ａ〜１Ｄを設けた場合について示している
が、この数が限定されることはない。また、速度発電機
の種類も特に限定されることはない。また、請求項３の
発明の実施例として、一点鎖線で示すように、各車輪の
空転、滑走の状態をより早いタイミングで検知するため
に各主電動機の電流または電圧検出信号を車両状況信号
１４として外部から入力するようにすることができる。

【００３０】次に速度距離演算装置１０のハードウェア
構成について説明すれば、図２に示すように、中央演算
処理装置（ＣＰＵ）２０、速度発電機１Ａ〜１Ｄ各々か
らの信号の入力処理を行なうパルス入力処理（ＰＩ）部
２１Ａ〜２１Ｄ、メモリ（ＭＥＭ）部２２、外部接続機
器とのインタフェース（Ｉ／Ｆ）部２３、デジタル信号
の入力処理を行なうデジタル入力処理（Ｄ／Ｉ）部２
４、デジタル信号の出力処理を行なうデジタル出力処理
（Ｄ／Ｏ）部２５、アナログ信号の入力処理を行なうア
ナログ入力処理（ＡＩ）部２６、アナログ信号の出力処
理を行なうアナログ出力処理（ＡＯ）部２７から構成さ
れ、これらの各機器間はバスライン２８によって接続さ
れている。

【００３１】ＰＩ部２１Ａ〜２１Ｄは図１に示した波形
整形回路１１Ａ〜１１Ｄを内蔵し、各速度発電機１Ａ〜
１Ｄからの速度周波数信号を受け入れて速度に比例した
周波数のパルス信号に変換する。またファジー推論部１
２の機能は主にＣＰＵ２０とＭＥＭ部２２が受け持つこ
とになる。ＩＦ部２３は図１に示す各種出力データを表
示装置に表示し、プリンタにプリントアウトするなどの
目的で、出力周辺機器を接続するのに用いられる。Ｄ／
Ｉ部２４は車輪径補正のための計測開始地点検出信号、
計測終了地点検出信号を受け付け、Ｄ／Ｏ部２５は空
転、滑走が発生していることを他の制御機器へ伝達する
出力を行なう用途に使用する。

【００３２】なお、空転、滑走時に特に鉄道車両の主電
動機に流れる電流や電圧に大幅な変動が見られるので、
請求項３の発明の実施例として用いるために、一点鎖線
で示すＡＩ部２６がこれらのいずれかあるいは両方の信
号を車両状況信号１４として取込むために備えられてい
る。ＡＯ部２７は車両走行時の記録を計測チャート上に
記録する必要がある時に使用するものである。

【００３３】次にファジー推論部１２の機能的な構成を
図３に基づいて説明する。ファジー推論部１２は速度発
電機１Ａ〜１Ｄ各々からの速度周波数信号を波形整形回
路１１Ａ〜１１Ｄ各々によってパルス信号に変換し、こ
のパルス信号を入力して各車輪径と掛けることによって
速度を求める車輪径補正部３１Ａ〜３１Ｄと、この車輪
径補正部３１Ａ〜３１Ｄ各々からの速度信号ｖ１〜ｖ４
を入力し、加速度α１〜α４を求める加速度演算器３２
Ａ〜３２Ｄと、各加速度演算器３２Ａ〜３２Ｄからの出
力α１〜α４の平均値αavを求め、さらに各加速度α１
〜α４の平均値αavからの偏差ｄ１〜ｄ４を求める加速
度偏差演算器３３を備えている。

【００３４】またファジー推論部１２は、空転／滑走を
判定するファジールール部３４Ａ〜３４Ｄと、このファ
ジールール部３４Ａ〜３４Ｄ各々が出力する空転度指標
μ１〜μ４、滑走度指標μ１´１〜μ４´と車輪径補正
部３１Ａ〜３１Ｄ各々の速度出力ｖ１〜ｖ４と加速度演
算器３２Ａ〜３２Ｄ各々の加速度出力α１〜α４を入力
し、空転度指標、滑走度指標を加味した速度、加速度の
補正演算を行なう速度加速度補正器３５Ａ〜３５Ｄと、
この速度加速度補正器３５Ａ〜３５Ｄ各々の速度出力ｖ
1*〜ｖ４* 、加速度出力α１* 〜α４* を合成し、車両
全体の最終的な速度ｖ* 、加速度α* 、減速度β* を出
力する合成部３６を備えている。

【００３５】さらにこの実施例では、空転／滑走ファジ
ールール部３４Ａ〜３４Ｄ各々が求める空転度指標μ１
〜μ４、滑走度指標μ１´〜μ４´を所定のしきい値と
比較し、空転または滑走の有無の２値信号を出力するし
きい値処理部３７と、合成部３６が出力する速度ｖ* を
時間積分することによって走行距離を求める距離演算器
３８を備えている。

【００３６】次に、上記構成の車両速度演算装置および
車両走行距離演算装置の動作について説明する。まず車
輪径補正部３１Ａ〜３１Ｄ各々の演算動作について、図
４に基づいて説明する。鉄道車両４０の車輪４１Ａ〜４
１Ｂそれぞれにその速度周波数を検出する速度発電機１
Ａ〜１Ｄが取り付けられており、また車両４０に車上子
４２が設けられ、地上側に地上子４３Ａ，４３Ｂが一定
の既知の距離Ｌの間隔をおいて設置されている。

【００３７】そこで、車両４０が走行してきて車上子４
２がまず地上子４３Ａを検知し、さらにＬの距離だけ進
んで地上子４３Ｂを検知すると、車上子４２は図２に示
した速度距離演算装置１０のＤ／Ｉ部２４へ車輪径補正
計測開始地点信号、計測終了地点信号それぞれとして入
力される。そこで車輪径補正部３１Ａ〜３１Ｄ各々は、
次の処理手順によって自車輪径Ｄを検出し、これに基づ
いて速度信号を補正する。

【００３８】すなわち、いま、車輪径をＤとし、速度発
電機１Ａ〜１Ｄの内部歯数をＺとすると、歯数１ケ当た
りの距離Ｋは、次式で求められる。

【００３９】

【数１】 したがって、既知の距離Ｌは、

【数２】Ｌ＝Ｋ・ｐ …（２） となる。ただし、ｐはＬの区間での速度パルスのカウン
ト数である。

【００４０】この結果、定数としてＺ、Ｌが既知の値と
して与えられているので、車輪径Ｄは、

【数３】 として与えられる。したがって、車輪径補正部３１Ａ〜
３１Ｄに上記（３）式を与え、またあらかじめ定数とし
てＺ、Ｌを与えておくと、パルスカウント数ｐ１〜ｐ４
を波形整形回路１１Ａ〜１１Ｄ各々から得ることにより
（３）式に基づいて正確な車輪径Ｄ１〜Ｄ４各々を得る
ことができることになる。

【００４１】車輪径補正部３１Ａ〜３１Ｄ各々はさら
に、こうして得られる正確な車輪径Ｄ１〜Ｄ４各々を使
用し、速度ｖ１〜ｖ４を次のようにして補正する。

【００４２】まず、速度ｖ（ｋｍ／ｈ）は車輪径Ｄを持
つ車輪の回転数Ｎ（ｒｐｍ）より、

【数４】 として求められる。また速度周波数ｆとすると、

【数５】 となり、この式（４），（５）より、速度ｖは、

【数６】 として求められる。すなわち、（３）式で得た車輪径Ｄ
を用いて（６）式に代入することによって、逐次入力さ
れてくる速度周波数ｆを計測し、速度測定値ｖ１〜ｖ４
を得ることができるのである。

【００４３】次に、加速度演算器３２Ａ〜３２Ｄは、式
（６）で得られた速度ｖｉ（ｉ＝１〜４）を微分して加
速度αｉを得る。

【００４４】

【数７】 ここで得られた加速度αｉは空転／滑走判定ファジール
ール部３４Ａ〜３４Ｄと加速度偏差演算器３３に与えら
れる。なお、ここで加速度が負の値になれば減速度であ
り、以下すべて符号を含めた加速度として説明する。

【００４５】まず加速度偏差演算器３３において、加速
度演算器３２Ａ〜３２Ｄから得られた加速度測定値α１
〜α４の平均値αavを求め、さらに各加速度の平均値か
らの偏差ｄ１〜ｄ４を求める。

【００４６】

【数８】 そしてこの加速度偏差演算器３３によって求められた偏
差ｄ１〜ｄ４各々が、加速度演算器３２Ａ〜３２Ｄ各々
によって求められた加速度α１〜α４と共に空転／滑走
判定ファジールール部３４Ａ〜３４Ｄ各々に入力される
ことになる。

【００４７】空転／滑走ファジールール部３４Ａ〜３４
Ｄ各々が実行するファジー推論について、図５に基づい
て説明する。空転／滑走判定ファジールール部３４Ａ〜
３４Ｄ各々は推論をニューラルネットの一種である連想
メモリで構成されるファジー連想メモリで行なうように
したものであり、大別してメンバシップ関数演算部５０
と連想メモリ部５１から構成されている。

【００４８】メンバシップ関数演算部５０は速度メンバ
シップ関数演算部５２、加速度メンバシップ関数演算部
５３および加速度偏差メンバシップ関数演算部５４の３
種類の関数演算部から構成されている。また、連想メモ
リ部５１は前件部層５５、ルール層５６および空転／滑
走判定層５７から構成されている。

【００４９】そこでメンバシップ関数演算部５０におい
て、速度ｖｉ、加速度αｉ、加速度偏差ｄｉがそれぞれ
のメンバシップ関数演算部５２，５３，５４に入力され
ると、これらのメンバシップ関数演算部５２，５３，５
４各々はＢ，Ｍ，ＳあるいはＰＢ，ＰＭ，ＰＳ，ＮＢ，
ＮＭ，ＮＳというｖｉ，αｉ，ｄｉの大きさを評価する
指標を出力する。なお、それらの評価指標Ｂ，Ｍ，Ｓ，
ＰＢ，ＰＭ，ＰＳ，ＮＢ，ＮＭ，ＮＳそれぞれはＢｉ
ｇ，Ｍｅｄｉｕｍ，Ｓｍａｌｌ，Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｂ
ｉｇ，Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｕｍ，Ｐｏｓｉｔｉ
ｖｅ Ｓｍａｌｌ，Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｂｉｇ，Ｎｅｇ
ａｔｉｖｅ Ｍｅｄｉｕｍ，Ｎｅｇａｔｉｖｅ Ｓｍａ
ｌｌの略記号であり、さらにＢｉｇ（高位）、Ｍｅｄｉ
ｕｍ（中位）、Ｓｍａｌｌ（低位）、Ｐｏｓｉｔｉｖｅ
（加速、＋側）、Ｎｅｇａｔｉｖｅ（減速、−側）を表
わすものである。

【００５０】そして速度、加速度、加速度偏差それぞれ
のメンバシップ関数演算部５２，５３，５４は［０，
１］の間の連続値としてこれらの評価指標を演算し、こ
れを連想メモリ部５１の前件部層５５の各々の対応する
前件部ユニット５８に与える。

【００５１】前件部層５５はこれらの前件部ユニット５
８の集合体であり、ルール層５６は後述するルール式Ｒ
１〜Ｒｎに対応するルールユニット５９から構成され、
空転／滑走判定層５７は空転判定ユニット６０、滑走判
定ユニット６１を備え、「空転している」、「滑走して
いる」といういずれかの結論を提示する部分である。そ
して各層の各ユニットはすべて結合されている。ただ
し、結合には強弱の度合いがあり、これを結合荷重値と
称し、その値が空転ルール、滑走ルールとして３つの層
５５，５６，５７から構成される連想メモリ部５１内に
記録されている。

【００５２】すなわち、結合荷重値に空転／滑走判定フ
ァジールールの前件部（ＩＦ部）の各命題（例えば、
「ｖｉはＢである」）と各ルールＲ１〜Ｒｎとの結びつ
き、また各ルールＲ１〜Ｒｎと空転／滑走判定ファジー
ルールの後件部（ＴＨＥＮ部）の命題（例えば、「空転
している」、「滑走している」）との結びつきの強さが
記憶されていて、連想メモリ部５１の連想動作によって
ファジー推論が行なわれ、最終的に空転判定ユニット６
０、滑走判定ユニット６１より空転度、滑走度が出力さ
れるのである。

【００５３】ここで、結合荷重値を表わす検出ルールを
例示すれば、次のようなＩＦ−ＴＨＥＮルールとして連
想メモリ部５１内に記憶されている。まず、各車軸ｉの
検出ルールＲ１，Ｒ２，Ｒ３としては、次のようなルー
ルが記録されている。

【００５４】

【数９】Ｒ１： ＩＦ ｖｉはＢである、かつ、αｉは
ＰＢである ＴＨＥＮ 車軸ｉは空転している Ｒ２： ＩＦ ｖｉはＭである、かつ、αｉはＰＢであ
る ＴＨＥＮ 車軸ｉは空転している Ｒ３： ＩＦ ｖｉはＳである、かつ、αｉはＰＭであ
る ＴＨＥＮ 車軸ｉは空転している また他の車軸との比較による検出ルールとしては、次の
ようなルールが記録されている。

【００５５】

【数１０】Ｒ４： ＩＦ ｖｉはＢである、かつ、ｄｉ
はＰＢである ＴＨＥＮ 車軸ｉは空転している Ｒ５： ＩＦ ｖｉはＭである、かつ、ｄｉはＰＭであ
る ＴＨＥＮ 車軸ｉは空転している Ｒ６： ＩＦ ｖｉはＳである、かつ、ｄｉはＰＭであ
る ＴＨＥＮ 車軸ｉは空転している また滑走の場合、各車軸ｉの検出ルールの例をあげると
次のようになる。

【００５６】

【数１１】Ｒ７： ＩＦ ｖｉはＢである、かつ、αｉ
はＮＢである ＴＨＥＮ 車軸ｉは滑走している Ｒ８： ＩＦ ｖｉはＭである、かつ、αｉはＮＢであ
る ＴＨＥＮ 車軸ｉは滑走している Ｒ９： ＩＦ ｖｉはＳである、かつ、αｉはＮＭであ
る ＴＨＥＮ 車軸ｉは滑走している また他の車軸との比較による判定において、次のような
検出ルールが記憶されている。

【００５７】

【数１２】Ｒ１０： ＩＦ ｖｉはＢである、かつ、ｄ
ｉはＮＢである ＴＨＥＮ 車軸ｉは滑走している Ｒ１１： ＩＦ ｖｉはＭである、かつ、ｄｉはＮＢで
ある ＴＨＥＮ 車軸ｉは滑走している Ｒ１２： ＩＦ ｖｉはＳである、かつ、ｄｉはＮＭで
ある ＴＨＥＮ 車軸ｉは滑走している そこで空転判定ユニット６０、滑走判定ユニット６１は
これらのルールに基づいて各軸ｉの「空転度μ」、「滑
走度μ´」を［０，１］内の連続値で出力することにな
る。この空転度μ、滑走度μ´は共に、０に近い値であ
るほど「空転していない」、「滑走していない」という
ことを示し、１に近い値であるほど「空転している」、
「滑走している」ということを示す。また逆に、（１−
μ）は非空転度、（１−μ´）は非滑走度を示すことに
なる。

【００５８】図６（ａ）は各車軸ｉが自ら空転／滑走を
求める場合の自車軸ｉの速度ｖｉと加速度αｉとの評価
指標の組合せに基づく検出ルール例を表にまとめたもの
であり、同図（ｂ）は各車軸ｉが他の車軸との比較によ
って空転／滑走を求める場合の自車軸ｉの速度ｖｉと加
速度偏差ｄｉとの評価指標の組合せに基づく検出ルール
例を表にまとめたものである。例えば、同図（ａ）で
は、速度ｖｉがＢ、かつ加速度がＰＢであれば空転、速
度がＭ、かつ加速度がＰＢであれば空転、速度がＳ、か
つ加速度がＮＢであれば滑走と判定する。また同図
（ｂ）では、速度がＢ、かつ加速度偏差がＰＢであれば
空転、速度がＳ、かつ加速度偏差がＮＢであれば滑走と
判定するのである。

【００５９】次に、図３に示した速度加速度補正器３５
Ａ〜３５Ｄの動作について説明する。空転／滑走判定フ
ァジールール部３４Ａ〜３４Ｄ各々の出力である空転度
μｉ、滑走度μｉ´（ｉ＝１〜４）と、車輪径補正部３
１Ａ〜３１Ｄ各々の出力である速度ｖｉと、加速度演算
器３２Ａ〜３２Ｄ各々の出力である加速度αｉの３値を
入力とし、空転度μｉ、滑走度μｉ´に基づいて速度ｖ
ｉ、加速度αｉを補正し、その補正値ｖｉ* ，αｉ* を
出力する。空転時における速度測定値ｖｉと補正値ｖｉ
* との関係は図７（ａ）に示し、また滑走時における速
度測定値ｖｉと補正値ｖｉ* との関係は同図（ｂ）に示
してある。

【００６０】そこで補正演算は次のようになる。まず空
転時、すなわち、μｉ＞０の場合、

【数１３】 αｉ* （ｔ）＝μｉαｉ* （ｔ−Δｔ）＋（１−μｉ）αｉ（ｔ） …（１０） ｖｉ* （ｔ）＝μｉ［αｉ* （ｔ−Δｔ）Δｔ＋ｖｉ* （ｔ−Δｔ）］ ＋（１−μｉ）ｖｉ（ｔ）…（１１） ｉ＝１〜４ ここでは、完全に空転であればμｉ＝１であり、μｉ−
１＝０であり、αｉ*（ｔ）＝αｉ* （ｔ−Δｔ）と補
正し、逆に空転していなければμｉ＝０であり、μｉ−
１＝１であり、αｉ* （ｔ）＝αｉ（ｔ）を用いること
になる。ただし、αｉ* （ｔ−Δｔ）Δｔ＋ｖｉ* （ｔ
−Δｔ）≧ｖｉ（ｔ）となった時には空転終了とみな
し、ｖｉ* （ｔ）＝ｖｉ（ｔ），αｉ* （ｔ）＝αｉ
（ｔ）とみなす。また上記（１０）式、（１１）式にお
いてαｉ* （ｔ−Δｔ），ｖｉ* （ｔ−Δｔ）はメモリ
に記憶されているΔｔ時間前の補正値である。

【００６１】同様に、滑走時、すなちわμｉ´＞０の時
には次の演算を行なう。

【００６２】

【数１４】 αｉ* （ｔ）＝μｉ´αｉ* （ｔ−Δｔ）＋（１−μｉ´）αｉ（ｔ） …（１２） ｖｉ* （ｔ）＝μｉ´［αｉ* （ｔ−Δｔ）Δｔ＋ｖｉ* （ｔ−Δｔ）］ ＋（１−μｉ´）ｖｉ（ｔ） …（１３） ｉ＝１〜４ ここでも完全に滑走であればμｉ′＝１であり、μｉ′
−１＝０であり、αｉ* （ｔ）＝αｉ* （ｔ−Δｔ）と
補正し、逆に滑走していなければμｉ′＝０であり、μ
ｉ′−１＝１であり、αｉ* （ｔ）＝αｉ（ｔ）を用い
ることになる。ただし、αｉ* （ｔ−Δｔ）Δｔ＋ｖｉ
* （ｔ−Δｔ）≦ｖｉ（ｔ）となった時は滑走終了とみ
なし、ｖｉ* （ｔ）＝ｖｉ（ｔ），αｉ* （ｔ）＝αｉ
（ｔ）とする。

【００６３】速度加速度演算器３５Ａ〜３５Ｄからの補
正速度ｖｉ* 、補正加速度αｉ* は合成部３６において
空転度μｉと滑走度μｉ´を重み付けし、各車軸の速
度、加速度補正値ｖｉ* ，αｉ* の重み平均をとり、最
終的に鉄道車両としての速度、加速度補正値ｖ* ，α*
を出力することになる。

【００６４】この合成部３６における演算は次のように
なる。

【００６５】

【数１５】

【数１６】 すなわち、各車軸ごとに得られた補正値のうち、空転も
滑走もしていないと思われる車軸の値を重視して平均す
ることになる。

【００６６】距離演算器３８は合成器３６の速度補正値
ｖ* を積分して距離Ｌ* を求めるものである。

【００６７】

【数１７】 さらにしきい値処理部３７は空転／滑走判定ファジール
ール部３４Ａ〜３４Ｄ各々からの出力である空転度μ
ｉ、滑走度μｉ´を入力とし、次の式（１７），（１
８）により｛０，１｝の２値信号として空転信号、滑走
信号を出力する。このしきい値処理部３７による空転信
号、滑走信号は、空転、滑走の確定的な判断を必要とす
る制御プログラムなどにおいて使用するように出力す
る。

【００６８】

【数１８】 上記式（１７），（１８）のグラフを図８（ａ），
（ｂ）に示している。この場合、しきい値θ，φとして
は特に限定されないが、例えば０．２，０．３といった
値を設定することができる。

【００６９】以上のようにして、この実施例の車両速度
演算装置および車両走行距離演算装置では、自動車輪径
補正機能を備え、車輪径の補正演算を厳密に行ない、ま
た空転、滑走による測定速度への影響を連想メモリ部や
他の補正器によって補正することにより、高精度の速
度、距離演算が可能である。

【００７０】次に、図９に基づいて請求項１〜請求項５
の共通する発明の実施例について説明する。この実施例
の車両速度演算装置およびそれを用いた車両走行距離演
算装置は、ファジー推論部３４Ａ〜３４Ｄ各々が速度、
加速度、加速度偏差に加えて、外部からの車輪各々を駆
動する主電動機の電流検出値または電圧検出値の変動を
ルール要素の１つとして追加したことを特徴とする。

【００７１】この実施例の演算装置は、ファジー推論部
３４Ａ〜３４Ｄ各々のメンバシップ関数演算部５０に速
度、加速度、加速度偏差それぞれメンバシップ関数演算
部５２，５３，５４に加えて、電流値メンバシップ関数
演算部６２を設け、図１のブロック図において一点鎖線
で示した車両状況信号１４として、また図２のブロック
図において一点鎖線で示したアナログ入力（ＡＩ）部２
６に各車輪ｉの主電動機の電流検出信号を入力してデジ
タル値に変換し、この電流検出値の時間変化ΔＩｍｉを
演算し、それを電流メンバシップ関数演算部６２に入力
し、評価指標を演算する構成によって実現される。

【００７２】また連想メモリ部５１の前件部層５５の前
件部ユニット５８にこの電流値メンバシップ関数演算部
６２に対応する前件部ユニットを追加し、またルール層
５６のルールユニット５９に電流値の時間変化ΔＩｍｉ
に基づくルールを追加、記憶させる。つまり、図１０に
示すようなルール表に基づくルールを新たに追加するの
であり、そのルールには次のようなものがある。

【００７３】

【数１９】Ｒ１３： ＩＦ ｖｉはＢである、かつ、Δ
ＩｍｉはＰＢである ＴＨＥＮ 車軸ｉは滑走している Ｒ１４： ＩＦ ｖｉはＭである、かつ、ΔＩｍｉはＰ
Ｂである ＴＨＥＮ 車軸ｉは滑走している Ｒ１５： ＩＦ ｖｉはＳである、かつ、ΔＩｍｉはＰ
Ｍである ＴＨＥＮ 車軸ｉは滑走している Ｒ１６： ＩＦ ｖｉはＢである、かつ、ΔＩｍｉはＮ
Ｂである ＴＨＥＮ 車軸ｉは空転している Ｒ１４： ＩＦ ｖｉはＭである、かつ、ΔＩｍｉはＮ
Ｂである ＴＨＥＮ 車軸ｉは空転している Ｒ１５： ＩＦ ｖｉはＳである、かつ、ΔＩｍｉはＮ
Ｍである ＴＨＥＮ 車軸ｉは空転している この実施例のように主電動機の電流値の変化を考慮して
空転、滑走を判定するのは、定常走行時に比して空転、
滑走時における電動機電流値の変化が著しいことにも注
目したからである。特に、空転が開始すると微少空転時
から大きく電流値が他の車軸搭載の電動機電流値と異な
るようになることが従来からの現車測定データなどから
判明しているからである。またブレーキ時にも、滑走が
始まるとブレーキ電流が他の主電動機と比べて大きく異
なるようになることが判明している。そこで、この主電
動機の電流値の変化を考慮し、ルール化することによっ
て、より優れた空転、滑走の検出が可能であり、最終的
に高精度の速度演算、走行距離演算が可能となる。な
お、主電動機の電流値の変化に変えて、あるいは電流値
とともに電圧値の変化を検出してルール化し、ファジー
推論に用いるようにすることもできる。

【００７４】

【発明の効果】以上のように請求項１の発明の車両速度
演算装置によれば、複数の車輪各々の回転速度から車輪
各々に対応する車両速度を速度演算回路によって求め、
車輪各々に対応する車両加速度を加速度演算回路によっ
て求め、また加速度演算回路が求める車輪各々に対応す
る車両加速度の平均値を加速度平均値演算回路によって
求め、さらに車輪各々に対応する車両加速度各々の前記
平均値からの偏差を加速度偏差演算回路によって求め、
ファジー推論部によってこれらの速度演算結果、加速度
演算結果、加速度平均値演算結果および加速度偏差演算
結果に対してファジールールを適用することによって車
輪各々の空転度指標と滑走度指標を決定し、さらに速度
加速度補正回路によって車輪各々の空転度指標と滑走度
指標に基づいて速度と加速度を補正し、合成部によって
速度加速度補正回路の出力を合成して車両全体の速度と
加速度を求めて出力するようにしているので、ファジー
推論を用いて複数の車輪各々の空転度の指標と滑走度の
指標を求め、これに基づいて速度と加速度の補正を行
い、車両全体の速度と加速度を厳密に演算して出力する
ことができる。

【００７５】請求項２の発明の車両速度演算装置によれ
ば、さらに、ファジー推論部の出力する車輪各々の空転
度指標と滑走度指標をしきい値と比較し、車輪各々の空
転、滑走それぞれの発生の有無の２値出力を行なう空転
／滑走判定部を備えているので、確定的な空転あるいは
滑走の判定結果を出力することができる。

【００７６】請求項３の発明の車両速度演算装置によれ
ば、さらに、ファジー推論部が外部からの車輪各々を駆
動する電動機の電流検出値または電圧検出値をルール要
素の１つとして追加しているので、車両各々の空転度の
指標と滑走度の指標をより正確に判定することができ、
最終的に速度と加速度の演算精度を向上させることがで
きる。

【００７７】請求項４の発明の車両速度演算装置では、
さらに、地上側の一定距離をおいた２点間における車輪
各々の回転数を検出し、車輪各々の車輪径を算出する車
輪径補正回路を備え、速度演算回路が当該車輪径補正回
路からの車輪各々の車輪径と回転速度とから車両速度を
演算するようにしているで、走行中の磨耗、またブレー
キによって磨耗して車輪径が車輪ごとに変化するそれぞ
れの車輪の外径を正確に求めて車両速度の演算に用い、
これによって車両速度の演算を正確に行ない、また各車
輪の空転／滑走の判定も正確に行なうことができる。

【００７８】請求項５の発明の車両走行距離演算装置に
よれば、請求項１〜４いずれかの車両速度演算装置に対
して、さらに、その速度演算結果を積分して走行距離を
求める距離演算回路を備えているので、車両走行距離を
厳密に演算して出力することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１，２および請求項４，５の発明の共通
する実施例の機能ブロック図。

【図２】上記実施例のハードウェア構成を示す回路ブロ
ック図。

【図３】請求項１，２および請求項４，５の発明の共通
する実施例におけるファジー推論部の内部構成を示す機
能ブロック図。

【図４】上記実施例の車輪径補正機能部を示す説明図。

【図５】上記実施例の空転／滑走ファジールール部の内
部構成を示すブロック図。

【図６】上記空転／滑走ファジールール部のルール層の
空転／滑走判定表を示す説明図。

【図７】上記実施例の速度加速度補正器の補正動作を示
すグラフ。

【図８】上記実施例のしきい値処理器の判定動作を示す
グラフ。

【図９】請求項１〜請求項５の発明の共通する実施例の
空転／滑走ファジールール部の内部構成を示す機能ブロ
ック図。

【図１０】上記空転／滑走ファジールール部のルール層
の空転／滑走判定表を示す説明図。

【図１１】従来例のブロック図。

【図１２】他の従来例のブロック図。

【図１３】従来例の動作説明図。

【符号の説明】

１Ａ〜１Ｄ 速度発電機 １０ 速度距離演算装置 １１Ａ〜１１Ｄ 波形整形回路 １２ ファジー推論部 １３ 車輪径補正信号 １４ 車両状況信号 ２０ 中央演算装置（ＣＰＵ） ２１Ａ〜２１Ｄ パルス入力処理部 ２２ メモリ部 ２３ インタフェース部 ２４ デジタル入力処理部 ２５ デジタル出力処理部 ２６ アナログ入力処理部 ２７ アナログ出力処理部 ２８ バスライン ３１Ａ〜３１Ｄ 車輪径補正部 ３２Ａ〜３２Ｄ 加速度演算器 ３３ 加速度偏差演算器 ３４Ａ〜３４Ｄ 空転／滑走ファジールール部 ３５Ａ〜３５Ｄ 速度加速度補正器 ３６ 合成器 ３７ しきい値処理部 ３８ 距離演算器 ４０ 車両 ４１Ａ〜４１Ｄ 車輪 ４２ 車上子 ４３Ａ，４３Ｂ 地上子 ５０ メンバシップ関数演算部 ５１ 連想メモリ部 ５２ 速度メンバシップ関数演算部 ５３ 加速度メンバシップ関数演算部 ５４ 加速度偏差メンバシップ関数演算部 ５５ 前件部層 ５６ ルール層 ５７ 空転／滑走判定層 ５８ 前件部ユニット ５９ ルールユニット ６０ 空転判定ユニット ６１ 滑走判定ユニット ６２ 電流値メンバシップ関数演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 博徳 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東 芝 府中工場内 (56)参考文献 特開 平６−194372（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−249127（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−182668（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−18538（ＪＰ，Ａ) 実開 昭48−29298（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−8766（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−132359（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 3/48 B60T 8/00 G01C 21/16 G01P 15/16 G06F 15/18

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の車輪各々の回転速度信号に基づい
   て前記車輪各々に対応する車両速度を求める速度演算回
   路と、 前記速度演算回路が求める車両速度から前記車輪各々に
   対応する車両加速度を求める加速度演算回路と、 前記加速度演算回路が求める前記車両各々に対応する車
   両加速度の平均値を求める加速度平均値演算回路と、 前記車輪各々に対応する車両加速度の前記平均値からの
   偏差を求める加速度偏差演算回路と、 前記速度演算回路、加速度演算回路、加速度平均値演算
   回路および加速度偏差演算回路それぞれの演算結果に対
   してファジールールを適用し、前記車輪各々の空転度指
   標と滑走度指標を決定するファジー推論部と、 前記車輪各々の空転度指標と滑走度指標に基づいて車輪
   各々の速度と加速度を補正する速度加速度補正回路と、 前記速度加速度補正回路の出力を合成して車両全体の速
   度と加速度を求める合成部とを備えて成る車両速度演算
   装置。
2. 【請求項２】 前記ファジー推論部の出力する前記車輪
   各々の空転度指標と滑走度指標をしきい値と比較し、前
   記車輪各々の空転、滑走それぞれの発生の有無の２値出
   力を行なう空転／滑走判定部を備えて成る請求項１記載
   の車両速度演算装置。
3. 【請求項３】 前記ファジー推論部が外部からの前記車
   輪各々を駆動する電動機の電流検出値または電圧検出値
   をルール要素の１つとして追加したことを特徴とする請
   求項１または２記載の車両速度演算装置。
4. 【請求項４】 地上側の一定距離をおいた２点間におけ
   る前記車輪各々の回転数を検出し、車輪各々の車輪径を
   算出する車輪径補正回路を備え、前記速度演算回路が当
   該車輪径補正回路からの車輪各々の車輪径と回転速度と
   から車両速度を演算することを特徴とする請求項１〜３
   いずれかに記載の車両速度演算装置。
5. 【請求項５】 請求項１〜４いずれかに記載の車両速度
   演算装置に対して、その速度演算結果を積分して走行距
   離を求める距離演算回路を備えて成る車両走行距離演算
   装置。