JP4917384B2 - 鉄道車両の振動データ通信方法 - Google Patents

Description

本発明は、編成列車における各子車両毎に設置された振動計測装置からの振動データを取得する各子局と親車両における親局との間で振動データを通信する鉄道車両の振動データ通信方法に関する。

多数の車両を連結して運行する鉄道車両のような編成列車移動体において、近年では種々の複雑な自動制御がなされるようになっている。多数連結した編成列車にあって、特に現車を使用した車両の振動計測試験の場合には、走行中の各車両自体の振動特性を取得して、これらの振動データから各車両の乗り心地演算処理を行い、乗り心地レベルおよび車両振動の評価を行っている。このような各車両の振動データを取得して、乗り心地演算処理から乗り心地レベルおよび車両振動の評価を行うものの典型例として下記特許文献１および特許文献２に開示されたものが提案された。
特許第３０１８９０７号公報（公報請求項１参照） 特開２００５−３０６１１９号公報（公報要約書参照）

前記特許文献１に開示された第１従来例の鉄道車両の乗り心地と車両振動の測定方法について図８を用いて説明すると、車体に設けた振動加速度計により検知した左右および上下振動加速度信号を処理装置に入力し、演算処理して乗り心地レベルおよび車両振動として評価する車両振動測定処理子局（２３Ａ、２３Ｂ、・・・２３Ｊ）を編成車両の各車両（２１Ａ、２１Ｂ、・・・２１Ｊ））または数車両毎に設け、前記子局の全てを統括し、編成列車の乗り心地および車両振動に変換されたデータ処理済みの指標を受信する親局２２を編成中の第１車両に設け、編成列車の全車両の乗り心地と車両振動をリアルタイムに評価し表示および記録し得るように構成したものである。

また、前記特許文献２に開示された第２従来例の鉄道車両の乗り心地監視システムついて図９を用いて説明すると、従来の乗り心地監視システムに、各車両に有する台車毎、例えば前後２台の台車にそれぞれ設置され、車両の走行時に各車両毎に発生する加速度を検出するための加速度センサ３１、３２および３３、３４と、台車毎に１個ずつ設置され、各加速度センサ３１、３２および３３、３４で検出された加速度を入力し、各車両毎に発生する振動を測定する振動測定装置４１、４２と、各車両毎の各伝送端末装置５１、５２内に設けられ、各振動測定装置４１、４２からの各車両毎の振動データから乗り心地レベルを演算する乗り心地演算手段を追加したものである。

以上のような従来のものにあって、前記図８の第１従来例のものでは、各子局にて取得した振動データを演算処理して乗り心地レベルおよび車両振動として評価するところの車両振動測定処理子局を各車両に設けているので、各子局毎に乗り心地の演算処理装置が必要となり、複雑なシステム構成と高価な演算処理装置の重複設置がなされてコスト高を招いていた。また、前記図９の第２従来例のものも、各車両毎の各伝送端末装置５１、５２内に、各振動測定装置４１、４２からの各車両毎の振動データから乗り心地レベルを演算する乗り心地演算手段が追加設置されているため、前記第１従来例のものと同様に、複雑なシステム構成と高価な演算処理装置の重複設置がなされて同様にコスト高を招いていた。

一方、前記図８および図９等の従来例のものにおいては、親局２２と各子局２３との間で通信を行う場合に、先頭の親列車２１Ａ（子列車を兼ねる）の親局２２内には、乗り心地演算処理結果を収集・記憶する親局メモリが設置され、各子局２３内には、乗り心地演算処理装置が設置されている。図中丸数字は振動計測の制御順序を示している。通信線で接続された親局と各子局間にて行われる制御は次のようにして行われる。
１．親局から特定の子局を呼び出す。
２．該特定の子局が振動データ（センサ信号データ）を乗り心地演算処理して、演算結果を親局に返信する。
３．親局において上記２にての乗り心地演算処理を収集・記憶する。

このような振動データの授受における従来の通信方法にあっては、図１０（Ａ）に示すように、各子局（図では親機、子機と表示）を呼び出すための親局の送信信号（特定子局毎に送信波形が異なる）が断続的に送信され、これらの各送信信号に対応して図１０（Ｂ）に示すような各子局からの送信信号すなわち親局の受信信号が現れる。図１０（Ｂ）にて理解されるように、通常は子局１におけるデータの送信が停止してから所定時間が経過した後に、子局２におけるデータの送信が開始されるように構成されている。このため、これらの親局および子局間における送受信停止の間は、親局における信号のＨＩあるいはＬＯＷの判定閾値は、信号値が０Ｖを呈する。このようなデータの送受信により、図１０（Ｃ）に示すようなデジタルデータが認識される。

前記図１０のデータ送受信形態では、万一、通信データ内に微弱な電気ノイズが混入していた場合には、図１１（Ａ）に示すように、これらの電気ノイズが親局における信号のＨＩあるいはＬＯＷの判定閾値近辺に悪影響を及ぼし、図１１（Ｂ）において点線の丸で囲んだ部分に示すように、デジタルデータ認識に誤信号を与えてしまう虞れがあった。

そこで本発明は、前記従来の乗り心地評価システムの諸課題を解決して、子局における振動計測装置の構成を簡素化してシステムのコスト低減を図るとともに、データ通信時の電気ノイズの影響を受けにくくして通信精度を向上できる鉄道車両の振動データ通信方法を提供することを目的とする。

このため本発明は、編成列車における各子車両毎に設置された振動計測装置からの振動データを取得する各子局と親車両における親局との間で振動データを通信する鉄道車両の振動データ通信方法において、親局から特定子局を呼び出し、該特定子局が振動データを取得してデジタル変換値として親局に返信し、該親局にて収集・記憶した振動データから乗り心地演算処理を行い、これらを順次繰り返して乗り心地レベル評価を行う際に、親局の受信ラインは信号の判定閾値（０Ｖ）より常時所定電圧だけ高い位置に設定しておき、前記親局から呼出し信号を受けた第１子局は取得した振動データの送信を開始するとともに、親局による第２子局の呼出し時に、第２子局は振動データの送信の開始と同時に第１子局の振動データの送信を停止することにより、親局の受信ラインは常時指令状態を維持するような信号波形とし、以下、順次繰り返すことを特徴とする鉄道車両の振動データ通信方法であり、これを課題解決手段とするものである。

本発明によれば、編成列車における各子車両毎に設置された振動計測装置からの振動データを取得する各子局と親車両における親局との間で振動データを通信する鉄道車両の振動データ通信方法において、親局から特定子局を呼び出し、該特定子局が振動データを取得してデジタル変換値として親局に返信し、該親局にて収集・記憶した振動データから乗り心地演算処理を行い、これらを順次繰り返して乗り心地レベル評価を行うことにより、各子局では振動データを取得してデジタル値として親局に返信するだけでよく、乗り心地演算処理は各子局から収集・記憶した振動データを用いて親局のみにて行うので、高価な演算処理装置を親局のみに設置して子局毎に設置する必要がなく、システムが簡素化されて低コストとなる。

また、前記親局から呼出し信号を受けた子局１は取得した振動データの送信を開始するとともに、親局による子局２の呼出し時に、子局２は振動データの送信の開始と同時に子局１の振動データの送信を停止することにより、親局の受信ラインは常時指令状態を維持するような信号波形とし、以下、順次繰り返す場合は、親局の受信ラインは信号の判定閾値より常時所定電圧だけ高い位置にあるので、子局の呼出し信号間での電気ノイズにより閾値近辺に悪影響を及ぼす虞れがなく、デジタルデータ認識に誤信号を与える虞れもない。

以下本発明に係る鉄道車両の振動データ通信方法を実施するための好適な形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法の基本的な原理説明図、図２は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法にて使用される親局および子局のシステムの構成図と制御の流れの説明図、図３は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法における乗り心地解析処理例のフローチャート図、図４は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法の計測制御のフローチャート図、図５は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法における親局および子局の内部の他のシステム構成例図、図６は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法における電気ノイズがない場合の信号図、図７は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法における電気ノイズがある場合の信号図である。

本発明の鉄道車両の振動データ通信方法の基本的な構成は、図１に示すように、編成列車における各子車両１Ａ（親車両を兼ねる）、１Ｂ・・・毎に設置された振動計測装置からの振動データを取得する各子局３Ａ、３Ｂ・・・と親車両１Ａにおける親局２との間で振動データを通信する鉄道車両の振動データ通信方法において、親局２から特定子局を呼び出し、該特定子局が振動データを取得してデジタル変換値として親局２に返信し、該親局２にて収集・記憶した振動データから乗り心地演算処理を行い、これらを順次繰り返して乗り心地レベル評価を行うことを特徴とする。

例えば、編成数１０両の編成列車は、先頭の第１車両である親車両１Ａ、２両目である子車両１Ｂ、・・・最後尾の１０両目である子車両１Ｊが連結されて構成される。先頭の親列車１Ａ（１両目の子列車を兼ねる）の親局２内には、該親局２から特定子局を呼び出して該子局における振動データを収集・記憶して乗り心地を演算する演算装置が設置されている。図１の丸数字は振動計測の制御順序を示している。通信線で接続された親局と各子局間にて行われる制御について、
１．親局から特定の子局を呼び出す。
２．該特定の子局が振動データ（センサ信号データ）のデジタル変換値を親局に返信する。
３．親局において上記２にて収集した振動データを記憶し、該振動データから乗り心地演算処理を行い、該演算処理結果も記憶する。

図２は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法にて使用される親局および子局のシステムの構成図と制御の流れの説明図である。太線枠は親局構成図で細線枠は子局構成図である。本図にても、丸数字は振動計測の制御順序を示している。
＜振動データ計測の流れ＞
１．ＣＰＵ１から子局１のデータ呼出し信号を親局データ通信Ｉ／Ｆ回路（中間周波数増幅回路）に送信する。
２．上記１の信号を子局データ通信Ｉ／Ｆ回路に送信する。
３．上記２の信号をＣＰＵ３に送信する。
４．上記３の信号を受けて加速度センサ信号をＡ／Ｄ変換する。
５．Ａ／Ｄ変換されたデータを子局メモリに記憶する。
６．子局メモリに記憶した上記５のデータをＣＰＵ３が呼び出す。
７．上記６のデータを子局データ通信Ｉ／Ｆ回路に送信する。
８．子局データ通信Ｉ／Ｆ回路から親局データ通信Ｉ／Ｆ回路にデータを送信する。
９．親局データ通信Ｉ／Ｆ回路からＣＰＵ１にデータを送信する。
１０．上記９のデータを親局メモリに記憶する。

＜計測区間の判定＞
１１．ＣＰＵ１にて車輪速入力回路からの車輪速信号を積分して距離を演算する。
ここで、距離の演算結果が測定区間内であれば上記１へ戻り、子局１、２、３と順次計測を継続する。距離の演算結果が測定区間を超えた場合には、計測を終了する。

＜乗り心地解析の流れ＞
ａ．ＣＰＵ２から上記１で計測したデータを親局メモリから呼び出す。
ｂ．ＣＰＵ２にて上記ａで呼び出したデータの乗り心地解析演算処理を行う。
ｃ．上記ｂで処理した乗り心地解析演算処理結果をディスプレイに表示する。

図３は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法における乗り心地解析処理例のフローチャート図である。ステップＳ１において特定子局における上下左右の加速度データ（±１．９６ｍ／ｓ² 程度、周波数範囲：０〜１００Ｈｚ）を取得して読み込む。次いで、ステップＳ２にてＡ／Ｄ変換回路により設定値に応じたフィルタ処理を実施してデジタルフィルタ処理が行われる。ステップＳ３において信号中の周波数成分を高速フーリエ変換により抽出するＦＦＴ演算を行い、ステップＳ４にてパワースペクトル密度演算を行って、周波数毎に平均して全体のＰＳＤ値とする。次いで、ステップＳ５において、各周波数毎に重み付け係数（乗り心地フィルタ）をかける。ステップＳ６において、基準加速度に対する重み付けされた車体の振動加速度の実効値のｌｏｇの比例値を算出して乗り心地レベル（ｄＢ）が評価される。

図４は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法の計測制御のフローチャート図である。計測が開始されると、ステップＳ１にて親局から子局Ｎ（初期値１）の振動データを呼び出す。ステップＳ２では、子局Ｎ（初期値１）にて、加速度センサ信号（上下、左右の加速度）をＡ／Ｄ変換して子局メモリに記憶する。次いで、ステップＳ３では、子局Ｎ（初期値１）にて、子局メモリに記憶されているデータを親局に返信する。ステップＳ４では、親局にて子局Ｎ（初期値１）から受信したデータを親局メモリに記憶する。ステップＳ５において、各子局毎に順次これを繰り返す。ステップＳ６にて、編成車両が１０両であれば１０両に達するまでこれを繰り返す。１０両に達した時点でステップＳ７に移行して、計測区間を外れた時点で計測が終了する。計測区間の判定は、親局に入力される速度信号から、該速度信号を積分して距離を演算し、演算した距離データから計測区間か否かの判断によりなされる。

図５は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法における親局および子局の内部の他のシステム構成例図である。前記図２の親局および子局のシステム構成図における通信データ回路としてＲＳ４２２に準拠したＩ／Ｆ通信回路を用いたものである。前記図２の構成図の例と殆ど同じであるが、電気ノイズに関しての通信状態を説明するので、乗り心地解析のためのＣＰＵ２、ディスプレイおよび車輪速入力回路等は省かれている。

前記図５のようなシステム構成による親局および子局の間での通信を行う際に、図６のような通信方法がなされる。図６は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法における電気ノイズがない場合の信号図である。図６（Ａ）に示すように、各子局（図では親機、子機と表示）を呼び出すための親局の送信信号（特定子局毎に送信波形が異なる）が断続的に送信され、これらの各送信信号に対応して図６（Ｂ）に示すような各子局からの送信信号すなわち親局の受信信号が現れる。前記親局から呼出し信号を受けた子局１は取得した振動データの送信を開始するとともに、親局による子局２の呼出し時に、子局２は振動データの送信の開始と同時に子局１の振動データの送信を停止する。つまり、親局の受信ラインは常時指令状態を維持するような信号波形とされる。これを次の呼出し子局との間で順次繰り返す。かくして、親局の受信ラインは信号の判定閾値（０Ｖ）より常時所定電圧だけ高い位置にあるので、閾値近辺に悪影響を及ぼす虞れがなく、子局の呼出し信号間での電気ノイズがなければ図６（Ｃ）のようにデジタルデータ認識に何らの誤信号を与える虞れがない。

また、図７は本発明の鉄道車両の振動データ通信方法における電気ノイズがある場合の信号図であるが、本発明では、図７（Ａ）のように、親局の受信ラインは信号の判定閾値（０Ｖ）より常時所定電圧だけ高い位置にあるので、子局の呼出し信号間での電気ノイズが存在しても、閾値近辺に悪影響を及ぼす虞れがなく、図７（Ｂ）に示したようにデジタルデータ認識に何らの誤信号を与える虞れがなく、データ通信時の電気ノイズの影響を受けにくくして通信精度を向上できることとなる。

詳述はしないが、走行中に速度の積分により積算される走行距離演算中に、線路の異常を編成列車における特定車両の振動計測装置が検出したとすると、走行中の起点駅からの走行キロ呈を把握しておけば、振動計測装置が取得した振動データが異常を検出した場合に、該以上振動データ取得車両の正確な走行キロ呈も把握できるので、異常線路の起点駅からのキロ呈を把握して制御センター等に即座に知らせることで、後続列車への危険を速やかに回避することもできる。

以上、本発明の実施例について説明してきたが、本発明の趣旨の範囲内で、編成列車の形式、編成車両数、各車両に設置される子局毎の振動計測装置（適宜の加速度センサ等）の形式およびその設置部位、振動データのデジタル変換形態、データ収集装置の形式（車速を得るための車速度検出装置の形式および車速度に基づく積分等走行距離演算形態等）、データ収集形態およびその設置部位等、親局にて収集・記憶した振動データからの乗り心地演算処理形態、これらの順次繰返し形態（好適には先頭列車から順次後部の子列車における振動データからの乗り心地演算処理が行われるが、順不同で繰り返してもよい）、乗り心地レベル評価形態、親局の受信ラインの常時指令状態の維持形態等は適宜選定できる。また、実施例に記載の諸元はあらゆる点で単なる例示に過ぎず限定的に解釈してはならない。

本発明の鉄道車両の振動データ通信方法の基本的な原理説明図である。 本発明の鉄道車両の振動データ通信方法にて使用される親局および子局のシステムの構成図と制御の流れの説明図である。 本発明の鉄道車両の振動データ通信方法における乗り心地解析処理例のフローチャート図である。 本発明の鉄道車両の振動データ通信方法の計測制御のフローチャート図である。 本発明の鉄道車両の振動データ通信方法における親局および子局の内部の他のシステム構成例図である。 本発明の鉄道車両の振動データ通信方法における電気ノイズがない場合の信号図である。 本発明の鉄道車両の振動データ通信方法における電気ノイズがある場合の信号図である。 第１従来例の鉄道車両の乗り心地と車両振動の測定方法の説明図である。 第２従来例の鉄道車両の乗り心地監視システムの説明図である。 従来の鉄道車両の振動データ通信方法における電気ノイズがない場合の信号図である。 従来の鉄道車両の振動データ通信方法における電気ノイズがある場合の信号図である。

符号の説明

1 編成列車
１Ａ 親車両（先頭列車、子車両兼用）
１Ｂ 第第２両目子列車
・ ・ １Ｊ 第１０両面子列車
２ 親局
３ 子局
３Ａ 先頭列車子局
３Ｂ 第２両目子局
・ ・ ３Ｊ 第１０両目子局

Claims (1)

1. 編成列車における各子車両毎に設置された振動計測装置からの振動データを取得する各子局と親車両における親局との間で振動データを通信する鉄道車両の振動データ通信方法において、親局から特定子局を呼び出し、該特定子局が振動データを取得してデジタル変換値として親局に返信し、該親局にて収集・記憶した振動データから乗り心地演算処理を行い、これらを順次繰り返して乗り心地レベル評価を行う際に、親局の受信ラインは信号の判定閾値（０Ｖ）より常時所定電圧だけ高い位置に設定しておき、前記親局から呼出し信号を受けた第１子局は取得した振動データの送信を開始するとともに、親局による第２子局の呼出し時に、第２子局は振動データの送信の開始と同時に第１子局の振動データの送信を停止することにより、親局の受信ラインは常時指令状態を維持するような信号波形とし、以下、順次繰り返すことを特徴とする鉄道車両の振動データ通信方法。

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