JP4900591B2 - Rate sensor correction method for measuring the yaw angular velocity of railway vehicles - Google Patents

Rate sensor correction method for measuring the yaw angular velocity of railway vehicles Download PDF

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Description

本発明は、鉄道車両のヨー角速度を測定するレートセンサの補正方法に関し、特に、前記レートセンサのゼロ点ドリフトを補正する技術に関する。 The present invention relates to the correction how the rate sensor for measuring the yaw rate of the rail vehicle, and particularly to a technique for correcting the zero drift of the rate sensor.

従来、鉄道車両において、レートセンサを用いてヨー角速度を測定することが行われている。測定されたヨー角速度は、例えば、曲線検知の検証などに用いられる(特許文献1を参照)。   Conventionally, in a railway vehicle, a yaw angular velocity is measured using a rate sensor. The measured yaw angular velocity is used, for example, for verification of curve detection (see Patent Document 1).

特許文献1は、鉄道車両の現在位置と予め記憶されている路線地図とから前記鉄道車両が曲線区間に到達したことを判定し、その曲線区間における路線の曲がり方向に応じて車体を強制的に傾斜させる傾斜制御方法を開示している。   Patent Document 1 determines that the railway vehicle has reached a curved section from the current position of the railway vehicle and a route map stored in advance, and forcibly pushes the vehicle body according to the curve direction of the route in the curved section. A tilt control method for tilting is disclosed.

この傾斜制御方法では、レートセンサで測定されたヨー角速度を用いて、前記判定の結果を検証する。すなわち、ヨー角速度から示される路線の曲がり方向と、路線地図によって示される路線の曲がり方向とが一致しない場合には、車体の傾斜制御を保留する。これにより、車体に逆方向の傾斜が与えられるという極めて危険な状況を回避している。   In this tilt control method, the determination result is verified using the yaw angular velocity measured by the rate sensor. That is, when the turning direction of the route indicated by the yaw angular velocity does not coincide with the turning direction of the route indicated by the route map, the vehicle body tilt control is suspended. This avoids a very dangerous situation where the vehicle body is given a reverse tilt.

この例に見られるように、鉄道車両において、レートセンサを用いてヨー角速度を測定することは、有用かつ重要である。
特許第3440283号公報
As seen in this example, it is useful and important to measure the yaw angular velocity using a rate sensor in a railway vehicle.
Japanese Patent No. 3340283

しかしながら、レートセンサの出力信号には、一般に、供給電圧の変動や温度変化によりゼロ点ドリフトが生じる。そのため、レートセンサが鉄道車両において用いられる場合、例えば他の列車からの電力回生による給電電圧の変動や、走行地点に応じた気温変動の影響を受けて、予知し難い長周期のゼロ点ドリフトが出力信号に生じることがある。   However, in general, a zero point drift occurs in the output signal of the rate sensor due to fluctuations in supply voltage or temperature changes. Therefore, when a rate sensor is used in a railway vehicle, for example, there is a long-period zero point drift that is difficult to predict due to fluctuations in power supply voltage due to power regeneration from other trains and temperature fluctuations depending on the travel point. May occur in the output signal.

図7(A)は、長周期の上昇するゼロ点ドリフトが乗ったレートセンサの出力信号の一例を示す図である。図7(A)に示されるようなゼロ点ドリフトを除去するため、従来、レートセンサの出力信号をハイパスフィルタ処理することがしばしば行われる。   FIG. 7A is a diagram illustrating an example of an output signal of a rate sensor on which a long-period rising zero point drift rides. In order to eliminate the zero point drift as shown in FIG. 7A, conventionally, the output signal of the rate sensor is often subjected to high-pass filtering.

図7(B)は、ハイパスフィルタ処理後の信号の一例と、真の信号とを示す図である。図7(B)に示されるように、ハイパスフィルタ処理後の信号においては、ゼロ点ドリフトが消える反面、長時間の一定値信号も減衰してしまう。   FIG. 7B is a diagram illustrating an example of a signal after high-pass filter processing and a true signal. As shown in FIG. 7B, in the signal after the high-pass filter processing, the zero point drift disappears, but the constant value signal for a long time also attenuates.

長時間の一定値信号は、例えば、鉄道車両が長い一定の曲線区間を走行していることを示す。一定値信号が減衰することは、レートセンサの出力を参照する種々の処理、例えば前述したような曲線検知の検証、の誤動作につながる極めて深刻な問題となる。   The long-time constant value signal indicates, for example, that the railway vehicle is traveling in a long constant curve section. The attenuation of the constant value signal becomes a very serious problem that leads to malfunction of various processes referring to the output of the rate sensor, for example, verification of curve detection as described above.

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、鉄道車両のヨー角速度を測定するレートセンサの出力信号を、一定値信号を減衰させることなく補正する補正方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, it aims to provide a correction how to correct without the output signal of the rate sensor for measuring the yaw rate of the railway car, to attenuate the constant value signal And

上記問題を解決するため、本発明の補正方法は、鉄道車両のヨー角速度を測定するレートセンサの補正方法であって、前記補正方法は、線路の曲線区間の位置を示す路線データを用いて行われ、前記鉄道車両の現在位置を取得する位置取得ステップと、前記鉄道車両の走行速度を取得する速度取得ステップと、前記取得された現在位置を前記路線データと比較することによって前記鉄道車両が曲線区間にいるかいないかを特定し、曲線区間にいると特定された場合に前記鉄道車両がヨー角速度を持ち得る状態にあると判断し、曲線区間にいないと特定された場合に前記鉄道車両がヨー角速度を持ち得る状態にない判断する判断ステップと、前記鉄道車両がヨー角速度を持ち得る状態にないと判断された場合の前記レートセンサの平均的な出力値をオフセット値として保持する保持ステップと、前記レートセンサの出力値と前記保持されたオフセット値との差を補正値として出力する演算ステップとを含み、前記判断ステップにおいて、前記鉄道車両が曲線区間にいないと特定された場合であっても、前記取得された走行速度が所定のしきい値速度よりも小さい場合には、ヨー角速度を持ち得る状態にあると判断するIn order to solve the above problems, a correction method of the present invention is a correction method of a rate sensor that measures a yaw angular velocity of a railway vehicle, and the correction method is performed using route data indicating the position of a curved section of a track. The railway vehicle is curved by comparing the obtained current position with the route data, a position obtaining step for obtaining the current position of the railway vehicle, a speed obtaining step for obtaining a traveling speed of the railway vehicle, and the route data. If it is determined that the railway vehicle is in a curved section, it is determined that the railway vehicle is in a state where it can have a yaw angular velocity . If it is determined that the railway vehicle is not in a curved section, the railway vehicle is average output of the rate sensor when the determining step of determining that there is no state that may have an angular velocity, the rail vehicle is determined not to state that may have a yaw rate A holding step of holding a value as an offset value, look including a calculation step of outputting the difference between the output value and the retained offset value of the rate sensor as a correction value, in the determination step, the railcar curve Even if it is specified that the vehicle is not in the section, if the acquired traveling speed is smaller than a predetermined threshold speed, it is determined that the yaw angular speed can be obtained .

この構成によれば、前記鉄道車両がヨー角速度を持ち得る状態にないと判断された場合に、ゼロ点付近で振動していると考えられる前記レートセンサの平均的な出力値をオフセット値として保持し、保持されたオフセット値がゼロ値となるように前記レートセンサの出力値を補正するので、従来のハイパスフィルタを用いて補正する場合と比べて、前記レートセンサの出力信号に含まれる長時間の一定値信号を減衰させることがない。そして、新たなオフセット値の保持を周期的に行うことにより、予知し難い長周期のゼロ点ドリフトに追従して、前記レートセンサの出力信号を良好に補正することが可能になる。   According to this configuration, when it is determined that the railway vehicle is not in a state where it can have a yaw angular velocity, the average output value of the rate sensor considered to vibrate near the zero point is held as an offset value. In addition, since the output value of the rate sensor is corrected so that the held offset value becomes zero, compared to the case where correction is performed using a conventional high-pass filter, the output time of the rate sensor is long. The constant value signal is not attenuated. Then, by periodically holding a new offset value, it becomes possible to satisfactorily correct the output signal of the rate sensor following the long-period zero point drift which is difficult to predict.

この構成によれば、前記鉄道車両が曲線区間にいないと特定された場合の前記レートセンサの平均的な出力値を、オフセット値として保持することができる。前記鉄道車両が曲線区間にいるかいないかは、前記鉄道車両の現在位置と前記路線データとの比較による他にも、同じ路線を事前に走行したときに記録しておいた前記レートセンサの出力信号と現在の走行における前記レートセンサ出力信号とのパターンマッチングによって特定することもできるし、また、前記鉄道車両の車体と台車とのなす角であるボギー角がゼロ値を示すか否かによって特定することもできる。   According to this configuration, an average output value of the rate sensor when it is specified that the railway vehicle is not in a curved section can be held as an offset value. Whether the railway vehicle is in a curved section or not is based on a comparison between the current position of the railway vehicle and the route data, and the output signal of the rate sensor recorded when traveling in advance on the same route Can be specified by pattern matching with the rate sensor output signal in the current travel, or by determining whether or not the bogie angle formed by the body of the railway vehicle and the bogie shows a zero value. You can also.

この構成によれば、前記鉄道車両が減速した場合は、例えば駅や車両基地等へ進入するために事前に知ることができない渡り線を通過する可能性があるので、曲線区間でなくてもオフセット値を保持しないことで、誤ったオフセット値が保持される事態を回避し、その結果補正の精度向上に役立つ。 According to this configuration, when the railway vehicle decelerates, for example, there is a possibility of passing through a crossover that cannot be known in advance in order to enter a station, a vehicle base, etc. By not holding the value, a situation in which an erroneous offset value is held is avoided, and as a result, the correction accuracy is improved.

また、本発明の補正方法は、鉄道車両のヨー角速度を測定するレートセンサの補正方法であって、前記レートセンサの出力信号に含まれる高周波ノイズを除去するフィルタステップと、前記鉄道車両がヨー角速度を持ち得る状態にあるかないかを判断する判断ステップと、所定のしきい値時間継続して前記鉄道車両がヨー角速度を持ち得る状態にないと判断された場合に限り、前記フィルタステップの結果値を前記オフセット値として保持する保持ステップと、前記レートセンサの出力値と前記保持されたオフセット値との差を補正値として出力する演算ステップと、前記鉄道車両が直線区間を通過するための時間を特定し、前記特定される時間が短いほど、前記フィルタステップで前記高周波ノイズを除去するためのカットオフ周波数を高くし、かつ前記保持ステップで前記オフセット値を保持するためのしきい値時間を短くする時定数変更ステップとを含むFurther, the correction method of the present invention is a rate sensor correction method for measuring a yaw angular velocity of a railway vehicle, wherein a filter step for removing high-frequency noise contained in an output signal of the rate sensor, and the railway vehicle has a yaw angular velocity. And a result value of the filter step only when it is determined that the railway vehicle does not have a yaw angular velocity continuously for a predetermined threshold time. Holding as the offset value, a calculating step for outputting the difference between the output value of the rate sensor and the held offset value as a correction value, and a time for the railway vehicle to pass through the straight section The lower the specified time, the higher the cutoff frequency for removing the high frequency noise in the filter step. And, and and a constant changing step when shortening the threshold time for holding the offset value in the holding step.

この構成によれば、前記レートセンサの出力信号から高周波ノイズが除去された後の信号値がオフセット値として保持される。このとき、前記しきい値時間を、前記フィルタステップにおける出力信号の収束時間に設定することで、前記レートセンサのゼロ値に十分に収束したオフセット値を保持することができ、その結果補正の精度向上に役立つ。   According to this configuration, the signal value after high frequency noise is removed from the output signal of the rate sensor is held as an offset value. At this time, by setting the threshold time to the convergence time of the output signal in the filter step, the offset value sufficiently converged to the zero value of the rate sensor can be held, and as a result, the accuracy of the correction Helps improve.

この構成によれば、前記鉄道車両が曲線連続区間を走行する場合など、固定されたしきい値時間を用いたのではオフセット値を保持する機会がなくなってしまうような状況においても、前記カットオフ周波数を上げることで前記フィルタステップの出力信号を素早く収束させかつ前記しきい値時間を短くすることで新しいオフセット値をある程度の頻度で保持することが可能となる。   According to this configuration, even when the railway vehicle travels in a continuous curve section, the cut-off function can be used even in a situation where there is no opportunity to hold an offset value using a fixed threshold time. By increasing the frequency, the output signal of the filter step can be quickly converged and the threshold time can be shortened to hold a new offset value at a certain frequency.

また逆に、前記鉄道車両が非常に長い直線区間を走行する場合など、前記カットオフ周波数を下げることで前記フィルタステップでより確実に高周波ノイズが除去された後の信号をオフセット値として保持することが可能となる。   Conversely, when the railway vehicle travels in a very long straight section, the signal after high frequency noise is more reliably removed by the filter step is held as an offset value by lowering the cutoff frequency. Is possible.

また、本発明は、このような補正方法として実現できるだけでなく、このような補正方法を実行する補正装置として実現することもでき、また、このような補正方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現することもできる。そして、そのようなプログラムは、CD−ROM等の記録媒体やインターネット等の伝送媒体を介して配信できることはいうまでもない。   Moreover, the present invention can be realized not only as such a correction method but also as a correction device that executes such a correction method, and causes a computer to execute the steps included in such a correction method. It can also be realized as a program. Needless to say, such a program can be distributed via a recording medium such as a CD-ROM or a transmission medium such as the Internet.

前記説明したように、本発明の補正方法によれば、鉄道車両がヨー角速度を持ち得る状態にないと判断された場合のレートセンサの平均的な出力値をオフセット値として保持し、保持されたオフセット値がゼロ値となるように前記レートセンサの出力値を補正するので、従来のハイパスフィルタを用いて補正する場合と比べて、前記レートセンサの出力信号に含まれる長時間の一定値信号を減衰させることがない。そして、新たなオフセット値の保持を周期的に行うことにより、予知し難い長周期のゼロ点ドリフトにも良好に追従して、前記レートセンサの出力信号を補正することが可能になる。   As described above, according to the correction method of the present invention, the average output value of the rate sensor when it is determined that the railway vehicle is not in a state where it can have the yaw angular velocity is held as an offset value. Since the output value of the rate sensor is corrected so that the offset value becomes zero, the constant value signal for a long time included in the output signal of the rate sensor is compared with the case of correcting using the conventional high-pass filter. There is no attenuation. By periodically holding a new offset value, it becomes possible to satisfactorily follow a long-period zero point drift that is difficult to predict and correct the output signal of the rate sensor.

本発明の実施の形態における補正方法、及び補正装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。   A correction method and a correction apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1は、本実施の形態における補正装置を搭載した鉄道車両の構成の一例を模式的に示す図である。   FIG. 1 is a diagram schematically illustrating an example of a configuration of a railway vehicle on which the correction device according to the present embodiment is mounted.

鉄道車両100は、レートセンサ10で測定されたヨー角速度を補正部20で補正し、補正後のヨー角速度を参照して種々の制御、例えば前述した車体傾斜制御における曲線検知の検証、を行う鉄道車両の一例であり、レートセンサ10、補正部20、位置信号受信部30、車軸センサ40、車輪50、台車60、及び車体70を含んで構成される。   The railway vehicle 100 corrects the yaw angular velocity measured by the rate sensor 10 using the correction unit 20 and refers to the corrected yaw angular velocity to perform various controls, for example, verification of curve detection in the above-described vehicle body tilt control. This is an example of a vehicle, and includes a rate sensor 10, a correction unit 20, a position signal receiving unit 30, an axle sensor 40, wheels 50, a carriage 60, and a vehicle body 70.

なお、補正されたヨー角速度を参照して行われる制御の内容は、本発明の特徴部分ではないため、図示及び詳細な説明を省略する。   Note that the content of the control performed with reference to the corrected yaw angular velocity is not a feature of the present invention, and therefore illustration and detailed description thereof are omitted.

レートセンサ10は、例えばレートジャイロセンサであり、鉄道車両100に対しヨー角速度を測定する方向に取り付けられ、測定されたヨー角速度を表す信号を出力する。   The rate sensor 10 is, for example, a rate gyro sensor, is attached to the railway vehicle 100 in a direction in which the yaw angular velocity is measured, and outputs a signal representing the measured yaw angular velocity.

補正部20は、本発明の補正装置の一例であり、レートセンサ10からの出力信号を、ゼロ点ドリフトを除去するように補正する。補正部20は、例えばハードウェア回路として実現されてもよく、また、図示しないDSP(Digital Signal Processor)が予め定められたプログラムを実行することによって発揮されるソフトウェア機能として実現することもできる。   The correction unit 20 is an example of a correction device according to the present invention, and corrects the output signal from the rate sensor 10 so as to remove the zero point drift. The correction unit 20 may be realized as, for example, a hardware circuit, or may be realized as a software function that is exhibited when a DSP (Digital Signal Processor) (not shown) executes a predetermined program.

位置信号受信部30は、例えば無線受信機であり、鉄道車両100に対して位置を知らせる位置信号を受信する。この位置信号は、例えば、路線の要所(直線区間から曲線区間へ移る手前等)に設置された送信機からその設置位置を示して送信される信号であってもよく、また、GPS(Global Positioning System)の電波信号であってもよい。   The position signal receiving unit 30 is, for example, a wireless receiver, and receives a position signal that informs the railway vehicle 100 of the position. This position signal may be, for example, a signal transmitted indicating the installation position from a transmitter installed at a key point (before moving from a straight section to a curved section). Positioning System) radio signal may be used.

車軸センサ40は、例えばロータリエンコーダであり、車輪の回転量を検出する。単位時間あたりに検出される回転量は、鉄道車両100の走行速度を表す。また、検出された回転量の積算値は予め定められた基点(例えば始発駅)からの距離として鉄道車両100の現在位置を表す。   The axle sensor 40 is a rotary encoder, for example, and detects the amount of rotation of the wheel. The amount of rotation detected per unit time represents the traveling speed of the railway vehicle 100. The detected integrated value of the rotation amount represents the current position of the railway vehicle 100 as a distance from a predetermined base point (for example, the starting station).

図2は、補正部20の機能的な構成の一例を示すブロック図である。   FIG. 2 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the correction unit 20.

補正部20は、路線データ記憶部21、位置及び速度特定部22、状態判断部23、フィルタ部24、保持部25、及び演算部26から構成される。   The correction unit 20 includes a route data storage unit 21, a position and speed specification unit 22, a state determination unit 23, a filter unit 24, a holding unit 25, and a calculation unit 26.

路線データ記憶部21は、鉄道車両100が走行する路線における曲線区間の位置を示す路線データを予め記憶している。   The route data storage unit 21 stores in advance route data indicating the position of a curved section on a route on which the railway vehicle 100 travels.

位置及び速度特定部22は、車軸センサ40から車輪の回転量を示す信号を取得し、取得された信号によって表される単位時間あたりの回転量から鉄道車両100の走行速度を特定する。また、その回転量を積算することによって得た積算値を予め定められた基点からの距離として用いることにより鉄道車両100の現在位置を特定する。そして、位置信号受信部30から位置信号を取得し、取得された位置信号によって表される位置を示すように前記積算値を校正する。   The position and speed specifying unit 22 acquires a signal indicating the amount of rotation of the wheel from the axle sensor 40, and specifies the traveling speed of the railway vehicle 100 from the amount of rotation per unit time represented by the acquired signal. Further, the current position of the railway vehicle 100 is specified by using the integrated value obtained by integrating the rotation amount as a distance from a predetermined base point. And a position signal is acquired from the position signal receiving part 30, and the said integrated value is calibrated so that the position represented by the acquired position signal may be shown.

位置及び速度特定部22は、特定された鉄道車両100の現在位置と走行速度とを状態判断部23へ出力する。   The position and speed specifying unit 22 outputs the specified current position and traveling speed of the railway vehicle 100 to the state determining unit 23.

状態判断部23は、位置及び速度特定部22から現在位置と走行速度とを取得すると共に、路線データ記憶部21から路線データを参照することにより、鉄道車両100がヨー角速度を持ち得る状態にあるかないかを判断し、判断結果を保持部25へ出力する。   The state determination unit 23 obtains the current position and the traveling speed from the position and speed specifying unit 22 and refers to the route data from the route data storage unit 21 so that the railway vehicle 100 can have a yaw angular velocity. And the determination result is output to the holding unit 25.

この判断は、例えば、位置及び速度特定部22から取得された現在位置を、路線データ記憶部21に記憶されている路線データと比較することによって、鉄道車両100が曲線区間にいるかいないかを特定することによって行うことができる。すなわち、鉄道車両100が曲線区間にいると特定された場合にヨー角速度を持ち得る状態にあると判断し、曲線区間にいないと特定された場合にヨー角速度を持ち得る状態にないと判断する。   This determination is made by, for example, identifying whether or not the railway vehicle 100 is in a curved section by comparing the current position acquired from the position and speed specifying unit 22 with the route data stored in the route data storage unit 21. Can be done. That is, it is determined that the railway vehicle 100 is in a state where it can have a yaw angular velocity when it is specified that it is in a curved section, and it is determined that it is not in a state where it can have a yaw angular speed when it is specified that it is not in a curved section.

ここで、状態判断部23は、現在位置から鉄道車両100が曲線区間にいると特定された場合であっても、位置及び速度特定部22から取得された走行速度がゼロ値である場合には、ヨー角速度を持ち得る状態にないと判断してもよい。なぜなら、鉄道車両100が停車中には、当然にヨー角速度を持ち得ないからである。   Here, even if it is a case where it is specified that the railway vehicle 100 is in a curve section from the current position, the state determination unit 23 is a case where the traveling speed acquired from the position and speed specifying unit 22 is a zero value. It may be determined that the yaw angular velocity is not in a ready state. This is because the railway vehicle 100 cannot naturally have a yaw angular velocity while it is stopped.

また、現在位置から鉄道車両100が曲線区間にいないと特定された場合であっても、取得された走行速度が所定のしきい値速度よりも小さい場合には、ヨー角速度を持ち得る状態にあると判断してもよい。なぜなら、鉄道車両100が減速した場合は、例えば駅や車両基地等へ進入するために事前に知ることができない曲線である渡り線を通過することにより、予期しないヨー角速度を持つ可能性があるからである。   Even if it is determined that the railway vehicle 100 is not in a curved section from the current position, if the acquired traveling speed is smaller than the predetermined threshold speed, the yaw angular speed can be obtained. You may judge. This is because when the railway vehicle 100 decelerates, for example, it may have an unexpected yaw angular velocity by passing through a crossover that is a curve that cannot be known in advance in order to enter a station, a vehicle base, or the like. It is.

このしきい値速度は、時速300Km程度の最高速度で運用される高速鉄道システム(例えば、日本の新幹線システム)においては、例えば時速200Kmとしてもよい。   This threshold speed may be, for example, 200 km / h in a high-speed railway system (for example, a Japanese Shinkansen system) operated at a maximum speed of about 300 km / h.

ローパスフィルタ部24は、レートセンサ10からの出力信号を取得し、取得された信号に含まれる高周波ノイズを除去することによって得られる平均的な値を示す信号を、保持部25へ出力する。ここで、フィルタ部24に取得されるレートセンサ10からの出力信号は、図示しないアナログデジタル変換器でデジタル化された数値データであるとしてもよい。また、フィルタ部24は、例えば0.1Hzにカットオフ周波数を持つ2次のバターワースフィルタで実現してもよい。   The low-pass filter unit 24 acquires an output signal from the rate sensor 10 and outputs a signal indicating an average value obtained by removing high-frequency noise included in the acquired signal to the holding unit 25. Here, the output signal from the rate sensor 10 acquired by the filter unit 24 may be numerical data digitized by an analog-digital converter (not shown). The filter unit 24 may be realized by a secondary Butterworth filter having a cutoff frequency of 0.1 Hz, for example.

ローパスフィルタ部24のカットオフ周波数は、ローパスフィルタ部24の出力信号がレートセンサ10のゼロ点ドリフトに追従可能な限り低く、かつ鉄道車両100が曲線区間から直線区間へ進入した際にローパスフィルタ部24の出力信号が実用時間のうちにレートセンサ10のゼロ点に復帰(または収束とも言う)する程度に高く決定されるべきである。このカットオフ周波数は、前述の高速鉄道システムにおいては、0.01Hz〜0.1Hzとすることが望ましい。   The cutoff frequency of the low-pass filter unit 24 is as low as possible so that the output signal of the low-pass filter unit 24 can follow the zero point drift of the rate sensor 10, and the low-pass filter unit when the railway vehicle 100 enters the straight section from the curved section. The 24 output signals should be determined so high that they return (or are referred to as convergence) to the zero point of the rate sensor 10 within a practical time. This cut-off frequency is desirably 0.01 Hz to 0.1 Hz in the high-speed railway system described above.

保持部25は、状態判断部23から、所定のしきい値時間継続して、鉄道車両100がヨー角速度を持ち得る状態にないという判断結果を取得した場合に、フィルタ部24からの出力信号の値を、オフセット値として保持するレジスタである。   When the determination unit 23 obtains a determination result from the state determination unit 23 that the railway vehicle 100 is not in a state where the yaw angular velocity can be maintained for a predetermined threshold time, the output signal from the filter unit 24 is obtained. A register that holds a value as an offset value.

このしきい値時間は、鉄道車両100が曲線区間から直線区間へ進入した際に、フィルタ部24からの出力信号が、レートセンサ10のゼロ点に復帰するのを待つために設けられる。このしきい値時間は、フィルタ部24のカットオフ周波数と高周波遮断性能とから決定される。   This threshold time is provided to wait for the output signal from the filter unit 24 to return to the zero point of the rate sensor 10 when the railway vehicle 100 enters the straight section from the curved section. This threshold time is determined from the cut-off frequency of the filter unit 24 and the high-frequency cutoff performance.

フィルタ部24が、例えば前述した0.1Hzにカットオフ周波数を持つバターワースフィルタで実現される場合、ステップ応答が10秒後には偏差2%以下に収束することから、このしきい値時間は10〜15秒とすることが望ましい。   When the filter unit 24 is realized by a Butterworth filter having a cutoff frequency of 0.1 Hz as described above, for example, the step response converges to a deviation of 2% or less after 10 seconds. 15 seconds is desirable.

フィルタ部24のカットオフ周波数を下げ、かつ保持部25のしきい値時間を大きく取ることは、レートセンサ10の出力信号に乗った高周波ノイズを確実に除去するために有効であるが、しきい値時間を大きく取り過ぎると、鉄道車両100が曲線連続区間を走行する場合などに、オフセット値を保持する機会を失う可能性がある。   Lowering the cut-off frequency of the filter unit 24 and increasing the threshold time of the holding unit 25 is effective for reliably removing high-frequency noise riding on the output signal of the rate sensor 10, but the threshold is reduced. If the value time is excessively large, there is a possibility that the opportunity to hold the offset value may be lost when the railway vehicle 100 travels in a curve continuous section.

演算部26は、レートセンサ10の出力信号の値と保持部25に保持されたオフセット値との差を補正値として出力する。演算部26から出力される補正値において、保持部25に保持されたオフセット値がゼロ値となるように、レートセンサ10の出力信号の値が補正されている。   The calculation unit 26 outputs the difference between the value of the output signal of the rate sensor 10 and the offset value held in the holding unit 25 as a correction value. In the correction value output from the calculation unit 26, the value of the output signal of the rate sensor 10 is corrected so that the offset value held in the holding unit 25 becomes zero.

図3(A)は、路線の一例を示す図であり、図3(B)は、その路線に対応して、路線データ記憶部21に記憶されている路線データの一例を示す図である。   FIG. 3A is a diagram illustrating an example of a route, and FIG. 3B is a diagram illustrating an example of route data stored in the route data storage unit 21 corresponding to the route.

図3(A)には、左から右へ、直線区間、曲線区間、直線区間、駅が設けられた路線の一例が示される。   FIG. 3A shows an example of a route provided with a straight section, a curved section, a straight section, and a station from left to right.

図3(B)に示される路線データは、複数の地点のそれぞれについて、基点(例えば始発駅)からの距離Pnと、地点の説明とを対応付けて表している。路線データは、この例に示されるように、曲線の始点及び終点の位置を表す。   The route data shown in FIG. 3 (B) represents the distance Pn from the base point (for example, the starting station) and the description of the points in association with each other for a plurality of points. As shown in this example, the route data represents the positions of the start point and end point of the curve.

図4は、補正部20が行う動作の一例を表すフローチャートである。この処理は、図示しないタイマに従って周期的に(例えば1mSごとに)起動され実行される。図4において、Vは位置及び速度特定部22で特定される走行速度であり、V0は予め定められるしきい値速度であり、Tはカウンタ値であり、T0は予め定められるしきい値時間である。   FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of the operation performed by the correction unit 20. This process is started and executed periodically (for example, every 1 mS) according to a timer (not shown). In FIG. 4, V is a running speed specified by the position and speed specifying unit 22, V0 is a predetermined threshold speed, T is a counter value, and T0 is a predetermined threshold time. is there.

ローパスフィルタ部24は、レートセンサ10の出力信号から高周波ノイズを除去した後の信号の値を出力する(S01)。   The low-pass filter unit 24 outputs the value of the signal after removing high-frequency noise from the output signal of the rate sensor 10 (S01).

状態判断部23は、走行速度Vがしきい値速度V0以上であれば(S02でYES)、位置及び速度特定部22から取得される現在位置を路線データ記憶部21の路線データと比較することによって、現在位置が曲線区間に含まれるか否か、つまり鉄道車両100が曲線区間にいるかいないかを特定する。   If the traveling speed V is equal to or higher than the threshold speed V0 (YES in S02), the state determining unit 23 compares the current position acquired from the position and speed specifying unit 22 with the route data in the route data storage unit 21. Thus, it is specified whether or not the current position is included in the curved section, that is, whether or not the railway vehicle 100 is in the curved section.

そして、走行速度Vがしきい値速度V0以上であり、かつ現在位置が曲線区間に含まれない場合(S03で直線区間)、及び現在位置に係わらず走行速度Vが0である場合(S04でYES)には、鉄道車両100がヨー角速度を持ち得る状態にないと判断して、カウンタ値Tを1増加させる(S05)。   When the traveling speed V is equal to or higher than the threshold speed V0 and the current position is not included in the curved section (a straight section in S03), and when the traveling speed V is 0 regardless of the current position (in S04). YES), it is determined that the railway vehicle 100 is not in a state where it can have the yaw angular velocity, and the counter value T is incremented by 1 (S05).

そして、カウンタ値Tが時間しきい値T0よりも大きくなれば(S06でYES)、フィルタ部24の出力値をオフセット値として保持部25に保持し(S07)、カウンタ値Tを0にリセットする(S08)。   If the counter value T is larger than the time threshold value T0 (YES in S06), the output value of the filter unit 24 is held in the holding unit 25 as an offset value (S07), and the counter value T is reset to 0. (S08).

他方、現在位置が曲線区間に含まれる場合(S03で曲線区間)、及び現在位置に係わらず走行速度Vがしきい値速度V0未満でありかつ0でない場合(S04でNO)には、鉄道車両100がヨー角速度を持ち得る状態にあると判断して、カウンタ値Tを0にリセットする(S08)。   On the other hand, when the current position is included in the curve section (curve section in S03), and when the traveling speed V is less than the threshold speed V0 and not 0 regardless of the current position (NO in S04), the railway vehicle It is determined that 100 is in a state where it can have a yaw angular velocity, and the counter value T is reset to 0 (S08).

このようにして、鉄道車両100がヨー角速度を持ち得る状態にないとの判断が、しきい値時間T0継続してなされる度に、保持部25にオフセット値が保持されることになる。   In this way, the offset value is held in the holding unit 25 every time it is determined that the railway vehicle 100 is not in a state where it can have the yaw angular velocity for the threshold time T0.

演算部26は、レートセンサ10の出力信号の値である実測値から保持部25に保持されているオフセット値を減じた値を補正値として出力する(S09)。   The calculation unit 26 outputs a value obtained by subtracting the offset value held in the holding unit 25 from the actual measurement value that is the value of the output signal of the rate sensor 10 as a correction value (S09).

ここで、図4に示されるフローチャートにおいて、ステップS01が特許請求の範囲に記載のフィルタステップの一例であり、ステップS02からステップS04までが特許請求の範囲に記載の判断ステップの一例であり、ステップS05からステップS08までが特許請求の範囲に記載の保持ステップの一例であり、ステップS09が特許請求の範囲に記載の演算ステップの一例である。   Here, in the flowchart shown in FIG. 4, step S01 is an example of the filter step described in the claims, and steps S02 to S04 are examples of the determination step described in the claims. Steps S05 to S08 are examples of the holding step described in the claims, and step S09 is an example of the calculation steps described in the claims.

図5(A)は、レートセンサ10の出力信号の一例、及びフィルタ部24の出力信号の一例を示す図である。レートセンサ10の出力信号には、短周期のノイズ、及び長周期の上昇するゼロ点ドリフトが乗っている。図5(A)では、説明のため、実際にヨー角速度を受けて信号が変化する大きさに比べて、ゼロ点ドリフトの大きさを拡大している。   FIG. 5A is a diagram illustrating an example of an output signal of the rate sensor 10 and an example of an output signal of the filter unit 24. The output signal of the rate sensor 10 is loaded with short-period noise and zero-point drift that rises with a long period. In FIG. 5A, for the sake of explanation, the magnitude of the zero point drift is enlarged compared to the magnitude at which the signal actually changes upon receiving the yaw angular velocity.

図5(B)は、演算部26の出力信号、つまり補正部20による補正結果の一例を示す図である。   FIG. 5B is a diagram illustrating an example of an output signal from the calculation unit 26, that is, a correction result by the correction unit 20.

状態判断部23において、位置及び速度特定部22から取得された現在位置が、路線データ記憶部21の路線データで示される曲線区間に含まれないと判断される期間を、図5(A)では直線区間として示している。この期間には、しきい値時間T0ごとにフィルタ部24の出力値がオフセット値として保持部25に保持される。オフセット値が保持される時点が三角のマークで示される。   In FIG. 5 (A), the state determination unit 23 determines that the current position acquired from the position and speed specifying unit 22 is not included in the curve section indicated by the route data in the route data storage unit 21. It is shown as a straight section. During this period, the output value of the filter unit 24 is held in the holding unit 25 as an offset value every threshold time T0. The point in time when the offset value is held is indicated by a triangular mark.

また、状態判断部23において現在位置が曲線区間に含まれると判断される期間を、図5(A)では曲線区間として示している。この期間には、オフセット値の保持は行われず、レートセンサ10の出力信号が、実際のヨー角速度に応じて上昇している。   Further, a period in which the current position is determined to be included in the curve section by the state determination unit 23 is shown as a curve section in FIG. During this period, the offset value is not held, and the output signal of the rate sensor 10 rises according to the actual yaw angular velocity.

さらにまた、曲線区間から直線区間へ進入した際に、しきい値時間T0が経過する間、フィルタ部24の出力値がレートセンサ10のゼロ点に復帰するのを待つ期間を、図5(A)では復帰待ちとして示している。この復帰待ち期間の経過後から、オフセット値の周期的な保持が再開される。   Furthermore, when entering the straight section from the curved section, a period of waiting for the output value of the filter unit 24 to return to the zero point of the rate sensor 10 while the threshold time T0 elapses is shown in FIG. ) Indicates waiting for return. After the return waiting period elapses, the offset value is periodically held again.

以上説明したように、補正部20によれば、レートセンサ10の出力信号に含まれる高周波ノイズをフィルタ部24で除去し、鉄道車両100がヨー角速度を持ち得る状態にないと判断された場合のフィルタ部24の出力値をオフセット値として保持部25に保持し、レートセンサ10の出力信号の値と保持部25のオフセット値との差を補正値として出力するので、従来のハイパスフィルタを用いて補正する場合と比べて、レートセンサ10の出力信号に含まれる長時間の一定値信号を減衰させることがない。   As described above, according to the correction unit 20, the high-frequency noise included in the output signal of the rate sensor 10 is removed by the filter unit 24, and it is determined that the railway vehicle 100 is not in a state where it can have a yaw angular velocity. Since the output value of the filter unit 24 is held in the holding unit 25 as an offset value, and the difference between the value of the output signal of the rate sensor 10 and the offset value of the holding unit 25 is output as a correction value, a conventional high-pass filter is used. Compared to the correction, the long-time constant value signal included in the output signal of the rate sensor 10 is not attenuated.

そして、新たなオフセット値の保持を周期的に行うことにより、予知し難い長周期のゼロ点ドリフトにも良好に追従して、レートセンサ10の出力信号を補正することが可能になる。   By periodically holding a new offset value, it is possible to satisfactorily follow a long-period zero point drift that is difficult to predict and correct the output signal of the rate sensor 10.

ここまで、本発明を実施の形態に基づいて説明してきたが、本発明は、上述した実施の形態に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本発明に含まれる。   So far, the present invention has been described based on the embodiments, but the present invention is not limited to the above-described embodiments. The following cases are also included in the present invention.

実施の形態では、状態判断部23において、鉄道車両100が曲線区間にいるかいないかを、位置及び速度特定部22から取得される現在位置と、路線データ記憶部21の路線データとの比較によって特定すると説明したが、この他にも、同じ路線を事前に走行したときに記録しておいたレートセンサ10の出力信号と現在の走行におけるレートセンサ10の出力信号とのパターンマッチングによって特定することもできるし、また、鉄道車両100の車体70と台車60とのなす角であるボギー角がゼロ値を示すか否かによって特定することも可能である。ボギー角は、車体70と台車60との間に一般的に設けられているヨーダンパーの伸縮によって知ることができる。   In the embodiment, the state determination unit 23 specifies whether or not the railway vehicle 100 is in a curve section by comparing the current position acquired from the position and speed specifying unit 22 and the route data in the route data storage unit 21. However, in addition to this, it may be specified by pattern matching between the output signal of the rate sensor 10 recorded when traveling on the same route in advance and the output signal of the rate sensor 10 in the current traveling. It can also be specified by whether or not the bogie angle, which is the angle formed between the vehicle body 70 and the carriage 60 of the railway vehicle 100, shows a zero value. The bogie angle can be known by expansion and contraction of a yaw damper generally provided between the vehicle body 70 and the carriage 60.

また、実施の形態では、路線データは、曲線の始点及び終点の位置を表すとしたが、さらに、駅の始点及び終点の位置を表しても構わない。つまり、図3(B)に、起点から駅の始点までの距離P2、及び起点から駅の終点までの距離P3を追加してもよい。そうすれば、駅の場内においても、曲線区間と同様に鉄道車両100がヨー角速度を持ち得ると判断することが可能となり、駅の場内で事前に知ることができない渡り線を通過する際に誤ったオフセット値が保持される事態を確実に回避できる。   In the embodiment, the route data represents the positions of the start point and the end point of the curve, but may further represent the positions of the start point and the end point of the station. That is, the distance P2 from the starting point to the starting point of the station and the distance P3 from the starting point to the ending point of the station may be added to FIG. In this way, it is possible to determine that the railway vehicle 100 can have a yaw angular velocity in the station area as well as the curved section, and an error occurs when passing through a crossover that cannot be known in advance in the station area. It is possible to reliably avoid the situation where the offset value is held.

また、実施の形態では、フィルタ部24においてレートセンサ10からの出力信号に含まれる高周波ノイズを除去するためのカットオフ周波数、及び保持部25においてフィルタ部24の出力値をオフセット値として保持するためのしきい値時間を、それぞれ固定された値として説明したが、これらの値を変更可能とする変形例を考えることもできる。   In the embodiment, the filter unit 24 holds the cutoff frequency for removing high-frequency noise contained in the output signal from the rate sensor 10 and the holding unit 25 holds the output value of the filter unit 24 as an offset value. The threshold times are described as fixed values, but it is also possible to consider a modification in which these values can be changed.

図6は、そのような変形例に係る補正部20aの機能的な構成の一例を示すブロック図である。   FIG. 6 is a block diagram illustrating an example of a functional configuration of the correction unit 20a according to such a modification.

補正部20aは、図2に示される補正部20と比べて、時定数変更部27を追加し、フィルタ部24a及び保持部25aを変更して構成される。   The correction unit 20a is configured by adding a time constant changing unit 27 and changing the filter unit 24a and the holding unit 25a as compared with the correction unit 20 shown in FIG.

時定数変更部27は、位置及び速度特定部22から取得される現在位置及び走行速度、並びに路線データ記憶部21の路線データを参照して、鉄道車両100がこの先の直線区間を通過するための時間を推定する。この時間は、例えば、現在位置以降で最初の曲線区間の終点から、その次の曲線区間の始点までの距離を、走行速度で除して求めてもよい。   The time constant changing unit 27 refers to the current position and traveling speed acquired from the position and speed specifying unit 22 and the route data in the route data storage unit 21 so that the railway vehicle 100 passes through the straight section ahead. Estimate time. This time may be obtained, for example, by dividing the distance from the end point of the first curve section after the current position to the start point of the next curve section by the traveling speed.

そして、推定される時間が短いほど、フィルタ部24aに対して高いカットオフ周波数を指示し、かつ保持部25aに対して短いしきい値時間を指示する。   As the estimated time is shorter, a higher cutoff frequency is instructed to the filter unit 24a, and a shorter threshold time is instructed to the holding unit 25a.

フィルタ部24aは、時定数変更部27から指示されたカットオフ周波数に従って、フィルタ処理を行い、保持部25aは、時定数変更部27から指示されたしきい値時間に従って、オフセット値を保持する。   The filter unit 24a performs the filtering process according to the cutoff frequency instructed from the time constant changing unit 27, and the holding unit 25a holds the offset value according to the threshold time instructed from the time constant changing unit 27.

この構成によれば、前記鉄道車両が曲線連続区間を走行する場合など、固定されたカットオフ周波数としきい値時間とを用いたのではオフセット値を保持する機会がなくなってしまうような状況においても、カットオフ周波数を上げることでフィルタ部24aの出力信号を素早く収束させ、かつしきい値時間を短くすることで新しいオフセット値をある程度の頻度で保持部25aに保持することが可能となる。   According to this configuration, even when the railway vehicle travels in a continuous curve section, even when the fixed cutoff frequency and threshold time are used, there is no chance of holding the offset value. By raising the cut-off frequency, the output signal of the filter unit 24a can be quickly converged, and by shortening the threshold time, a new offset value can be held in the holding unit 25a with a certain frequency.

また逆に、前記鉄道車両が非常に長い直線区間を走行する場合など、カットオフ周波数を下げることでフィルタ部24aにおいて高周波ノイズをより確実に除去し、かつしきい値時間を長くすることでフィルタ部24aからの十分に収束した出力値を保持部25aに保持することが可能となる。   Conversely, when the railway vehicle travels in a very long straight section, the high frequency noise is more reliably removed in the filter unit 24a by lowering the cutoff frequency, and the threshold time is increased. The sufficiently converged output value from the unit 24a can be held in the holding unit 25a.

本発明に係る補正方法及び補正装置は、鉄道車両のヨー角速度を測定するレートセンサの出力値の補正に広く利用できる。   The correction method and the correction apparatus according to the present invention can be widely used for correcting the output value of a rate sensor that measures the yaw angular velocity of a railway vehicle.

実施の形態における補正装置を搭載した鉄道車両の構成の一例を模式的に示す図The figure which shows typically an example of a structure of the railway vehicle carrying the correction apparatus in embodiment 補正部20の機能的な構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a functional structure of the correction | amendment part 20 (A)路線の一例を示す図、(B)その路線に対応して路線データ記憶部21に記憶されている路線データの一例を示す図(A) The figure which shows an example of a route, (B) The figure which shows an example of the route data memorize | stored in the route data storage part 21 corresponding to the route 補正部20が行う動作の一例を表すフローチャートThe flowchart showing an example of the operation | movement which the correction | amendment part 20 performs. (A)レートセンサ10の出力信号の一例と、フィルタ部24の出力値の一例とを示す図、(B)補正部20の出力信号の一例を示す図(A) The figure which shows an example of the output signal of the rate sensor 10, and the example of the output value of the filter part 24, (B) The figure which shows an example of the output signal of the correction | amendment part 20 変形例に係る補正部20aの機能的な構成の一例を示すブロック図The block diagram which shows an example of a functional structure of the correction | amendment part 20a which concerns on a modification. (A)長周期の上昇するゼロ点ドリフトが乗ったレートセンサの出力信号の一例を示す図、(B)ハイパスフィルタ処理後の信号の一例と、真の信号とを示す図(A) A figure showing an example of an output signal of a rate sensor on which a long-point rising zero point drift rides, (B) A figure showing an example of a signal after high-pass filter processing and a true signal

符号の説明Explanation of symbols

10 レートセンサ
20、20a 補正部
21 路線データ記憶部
22 位置及び速度特定部
23 状態判断部
24、24a フィルタ部
25、25a 保持部
26 演算部
27 時定数変更部
30 位置信号受信部
40 車軸センサ
50 車輪
60 台車
70 車体
100 鉄道車両
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rate sensor 20, 20a Correction | amendment part 21 Route data memory | storage part 22 Position and speed specific | specification part 23 State judgment part 24, 24a Filter part 25, 25a Holding part 26 Calculation part 27 Time constant change part 30 Position signal receiving part 40 Axle sensor 50 Wheel 60 bogie 70 car body 100 railway vehicle

Claims (2)

鉄道車両のヨー角速度を測定するレートセンサの補正方法であって、
前記補正方法は、線路の曲線区間の位置を示す路線データを用いて行われ、
前記鉄道車両の現在位置を取得する位置取得ステップと、
前記鉄道車両の走行速度を取得する速度取得ステップと、
前記取得された現在位置を前記路線データと比較することによって前記鉄道車両が曲線区間にいるかいないかを特定し、曲線区間にいると特定された場合に前記鉄道車両がヨー角速度を持ち得る状態にあると判断し、曲線区間にいないと特定された場合に前記鉄道車両がヨー角速度を持ち得る状態にないと判断する判断ステップと、
前記鉄道車両がヨー角速度を持ち得る状態にないと判断された場合の前記レートセンサの平均的な出力値をオフセット値として保持する保持ステップと、
前記レートセンサの出力値と前記保持されたオフセット値との差を補正値として出力する演算ステップとを含み、
前記判断ステップにおいて、前記鉄道車両が曲線区間にいないと特定された場合であっても、前記取得された走行速度が所定のしきい値速度よりも小さい場合には、ヨー角速度を持ち得る状態にあると判断する
ことを特徴とする補正方法。
A rate sensor correction method for measuring the yaw angular velocity of a railway vehicle,
The correction method is performed using route data indicating the position of the curve section of the track,
A position acquisition step of acquiring a current position of the railway vehicle;
A speed acquisition step of acquiring a traveling speed of the railway vehicle ;
By comparing the acquired current position with the route data, it is determined whether or not the railway vehicle is in a curved section, and when it is specified that the railway vehicle is in a curved section, the railway vehicle can have a yaw angular velocity. A determination step of determining that the railway vehicle is not in a state in which the rail vehicle can have a yaw angular velocity when it is determined that there is no curve section;
A holding step of holding an average output value of the rate sensor as an offset value when it is determined that the railway vehicle is not in a state where it can have a yaw angular velocity;
A calculation step of outputting a difference between the output value of the rate sensor and the held offset value as a correction value ,
Even if it is determined in the determination step that the railway vehicle is not in a curved section, if the acquired traveling speed is lower than a predetermined threshold speed, the yaw angular speed can be obtained. A correction method characterized by determining that there is.
鉄道車両のヨー角速度を測定するレートセンサの補正方法であって、
前記レートセンサの出力信号に含まれる高周波ノイズを除去するフィルタステップと、
前記鉄道車両がヨー角速度を持ち得る状態にあるかないかを判断する判断ステップと、
所定のしきい値時間継続して前記鉄道車両がヨー角速度を持ち得る状態にないと判断された場合に限り、前記フィルタステップの結果値をオフセット値として保持する保持ステップと、
前記レートセンサの出力値と前記保持されたオフセット値との差を補正値として出力する演算ステップと、
前記鉄道車両が直線区間を通過するための時間を特定し、前記特定される時間が短いほど、前記フィルタステップで前記高周波ノイズを除去するためのカットオフ周波数を高くし、かつ前記保持ステップで前記オフセット値を保持するためのしきい値時間を短くする時定数変更ステップ
を含むことを特徴とする補正方法。
A rate sensor correction method for measuring the yaw angular velocity of a railway vehicle,
A filter step for removing high-frequency noise contained in the output signal of the rate sensor;
A determination step of determining whether or not the railway vehicle is in a state where it can have a yaw angular velocity;
A holding step of holding the result value of the filter step as an offset value only when it is determined that the railway vehicle is not in a state capable of having a yaw angular velocity continuously for a predetermined threshold time;
A calculation step of outputting a difference between the output value of the rate sensor and the held offset value as a correction value;
The time for the railway vehicle to pass through a straight section is specified, and the shorter the specified time, the higher the cutoff frequency for removing the high-frequency noise in the filter step, and the holding step correcting method characterized by including the constant changing step when shortening the threshold time for holding an offset value.
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