JP5752633B2 - 速度検出装置、走行位置算出装置及び速度算出方法 - Google Patents

Description

本発明は、回転検知装置から出力される列車の車軸又は車輪の回線速度に応じた回転検知信号に基づいて前記列車の速度を検出する速度検出装置等に関する。

車上側で列車の走行位置を算出（検出）する方法として、通過した地上子に基づいて絶対位置を取得し、列車の輪軸や車軸付近に取り付けられた速度発電機による計測値をもとに、この絶対位置からの走行距離を算出して、現在の列車の走行位置を算出する方法が一般的に知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−２２５１８８号公報

しかしながら、従来の速度発電機を用いる方法にはいくつかの問題点があった。１つ目は、車輪径の誤差である。車軸や車輪の回転を検知する回転検知装置としては、例えば、輪軸の軸端や車軸付近に設けられて輪軸の回転を検出する速度発電機や、歯車の山谷を検出するパルスジェネレータ等が知られているが、何れにしても、回転検知装置から出力される信号は、回転速度に応じた回転検知信号である。従来の方法では、この回転検知信号と、予め取得した車輪径とに基づいて速度を算出し、この速度をもとに走行位置を算出していた。ところが、車輪径は一定ではなく、車輪径誤差という誤差量を持つため、算出される速度が正確ではない可能性があった。

２つ目は、低速域における誤差である。例えば、速度発電機は、５ｋｍ／ｈ以下の低速域では検出不能となる。また、低速域では、加速度や減速度が大きく或いは急に変化する可能性がある。このため、走行中、常時速度を正確に検出しているとは言えない可能性があった。

３つ目は、滑走や空転の問題である。回転検知装置は輪軸の回転を検知するものであるから、車輪の滑走や空転が発生すると、その間の速度や走行距離を正確に算出することが困難であった。

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、第１の目的は、回転検知装置からの回転検知信号に基づいて列車の速度を高精度に検出し得る手法を提案することである。第２の目的は、列車の位置を高精度に求め得る手法を提案することである。

上記課題を解決するための第１の形態は、
回転検知装置（例えば、図３の速度発電機２０）から出力される列車の車軸又は車輪の回転速度に応じた回転検知信号に基づいて前記列車の速度を検出する速度検出装置（例えば、図３の速度検出部２００）であって、
前記回転検知信号に基づく検出速度と前記列車に設けた加速度センサ（例えば、図３の加速度センサ１１１）により計測された計測加速度とを用いて、前記列車のピッチ角を推定するピッチ角推定手段（例えば、図３の速発系ピッチ角算出部２０５）と、
前記ピッチ角推定手段により推定された推定ピッチ角が、車輪の滑走又は空転（以下包括して「滑走空転」という）が発生した時の条件である所与の角度条件を満たすか否かを判定することで滑走空転の発生を検知する第１の滑走空転検知手段（例えば、図３の滑走空転判定部２０８）と、
前記第１の滑走空転検知手段による検知がなされた場合に、前記回転検知信号に基づく検出速度を補正する速度補正手段（例えば、図３の滑走空転補正部２１０）と、
を備えた速度検出装置である。

また、他の形態として、
回転検知装置（例えば、図３の速度発電機２０）から出力される列車の車軸又は車輪の回転速度に応じた回転検知信号に基づいて前記列車の速度を算出する速度算出方法であって、
前記回転検知信号に基づく検出速度と前記列車に設けた加速度センサ（例えば、図３の加速度センサ１１１）により計測された計測加速度とを用いて、前記列車のピッチ角を推定するピッチ角推定ステップと、
前記ピッチ角推定ステップで推定された推定ピッチ角が、滑走空転が発生した時の条件である所与の角度条件を満たすか否かを判定することで滑走空転の発生を検知する第１の滑走空転検知ステップ（例えば、図７のステップＡ１）と、
前記第１の滑走空転検知ステップで検知がなされた場合に、前記回転検知信号に基づく検出速度を補正する速度補正ステップ（例えば、図８のステップＢ７）と、
を含む速度算出方法を構成しても良い。

この第１の形態等によれば、回転検知装置からの回転検知信号に基づく検出速度と、列車に設けた加速度センサにより計測された計測加速度とを用いて、列車のピッチ角が推定され、推定されたピッチ角が所与の角度条件を満たすか否かを判定することで、滑走空転の発生が検知される。そして、滑走空転の発生が検知された場合には、回転検知信号に基づく検出速度が補正される。これにより、滑走空転の発生を検知することができるとともに、滑走空転の発生を検知した場合には、回転検知信号に基づく検出速度を補正することが可能となり、より高精度な速度検出が可能となる。

また、第２の形態として、第１の形態の速度検出装置であって、
前記列車に設けた角速度センサにより計測された計測角速度を用いて前記列車の姿勢を検出する姿勢検出手段（例えば、図３の慣性航法姿勢角算出部２０１）と、
前記推定ピッチ角と前記姿勢検出手段により検出された検出姿勢との差を用いて、滑走空転の発生を検知する第２の滑走空転検知手段（例えば、図３の滑走空転判定部２０８）と、
を更に備え、
前記速度補正手段は、前記第２の滑走空転検知手段による検知がなされた場合にも、前記補正を行う、
速度検出装置を構成しても良い。

この第２の形態によれば、列車に設けた角速度センサによる計測角速度を用いて列車の姿勢が検出され、推定されたピッチ角とこの検出姿勢との差を用いて、滑走空転の発生が検知される。そして、滑走空転の発生が検知された場合は、第１の形態と同様に、回転検知信号に基づく検出速度が補正される。これにより、滑走空転の発生に対する検出速度の精度を一層向上させることが可能となる。

また、第３の形態として、第２の形態の速度検出装置であって、
前記推定ピッチ角と前記姿勢検出手段により検出された検出姿勢との差を用いて、前記角速度センサのバイアスを推定するバイアス推定手段（例えば、図３のバイアス推定部２０９）と、
前記バイアス推定手段により推定された推定バイアスに基づいて、前記角速度センサにより計測された計測角速度又は前記姿勢検出手段により検出された検出姿勢を補正する姿勢補正手段（例えば、図３の滑走空転補正部２１０）と、
を更に備えた速度検出装置を構成しても良い。

この第３の形態によれば、推定されたピッチ角と検出姿勢との差を用いて、角速度センサのバイアスが推定され、この推定バイアスに基づいて、角速度センサによる計測角速度又は検出姿勢が補正される。なお、計測角速度を補正することは、計測角速度に基づいて検出姿勢が求められるため、結果的には検出姿勢を補正することと等価であるといえる。このように、角速度センサのバイアスを推定し補正することで、検出姿勢の高精度化が図られ、その結果、滑走空転の発生をより精度良く検出することが可能となる。

また、第４の形態として、第３の形態の速度検出装置であって、
前記推定ピッチ角と前記姿勢検出手段により検出された検出姿勢との差の時間変化が、バイアスの変動量として認められる条件である所与の変動許容条件を満たすか否かを判定するバイアス変動判定手段（例えば、図３の滑走空転判定部２０８）を更に備え、
前記バイアス変動判定手段により肯定判定された場合には前記第２の滑走空転検知手段の作動が抑止され、否定判定された場合に前記バイアス推定手段の作動が抑止されることを特徴とする度検出装置を構成しても良い。

この第４の形態によれば、推定ピッチ角と検出姿勢との差の時間変化が所定の変動許容条件を満たすか否かが判定され、満たす場合には、推定ピッチ角と検出姿勢との差を用いた滑走空転の発生の検知が抑止され、満たさない場合には、推定ピッチ角と検出姿勢との差を用いた角速度センサのバイアスの推定が抑止される。変動許容条件を満たす場合とは、角速度センサのバイアス変動が想定される範囲内の場合であるから、この場合には、滑走空転の発生の検知を行わないようにして、誤検知を防止する。一方、変動許容条件を満たさない場合とは、角速度センサのバイアス変動が想定される範囲を超えている場合であるから、この間はバイアスを正しく判定できないため、バイアスの推定を抑止する。

また、第５の形態として、第２〜第４の何れかの形態の速度検出装置であって、
前記加速度センサにより計測された計測加速度と前記姿勢検出手段により検出された検出姿勢とを用いて前記列車の速度を算出する速度算出手段（例えば、図３の慣性航法速度算出部２０２）を更に備え、
前記速度補正手段は、前記速度算出手段により算出された速度を用いて前記補正を行う、
速度検出装置を構成しても良い。

この第５の形態によれば、加速度センサによる計測加速度と検出姿勢とを用いて列車の速度が算出され、算出された速度を用いて検出速度の補正が行われる。

また、第６の形態として、第１〜第５の何れかの形態の速度検出装置であって、
前記ピッチ角推定手段は、前記回転検知信号に基づく検出速度から加速度を算出する加速度算出手段（例えば、図３の速発系加速度算出部２０４）を有し、当該加速度算出手段により算出された加速度と前記加速度センサにより計測された計測加速度との差が重力加速度のピッチ角成分に相当する関係に基づいて前記ピッチ角を推定する、
速度検出装置を構成しても良い。

この第６の形態によれば、回転検知信号に基づく検出速度から加速度が算出され、この加速度と加速度センサによる計測加速度との差が重力加速度のピッチ角成分に相当する関係に基づいて、ピッチ角が推定される。回転検知信号に基づき算出される加速度は、列車の進行方向に沿った加速度であるため、勾配は含まれていない。そこで、この第６の形態のように、回転検知信号に基づく加速度と、加速度センサにより計測された計測加速度の差が重力加速度のピッチ角成分に相当するという関係に基づいて、ピッチ角を推定することができる。

第７の形態として、第１〜第６の何れかの形態の速度検出装置と、
前記速度検出装置により検出された速度と所定の軌道情報とを用いて前記列車の走行位置を算出する走行位置算出手段（例えば、図１の位置算出部１２２）と、
を備えた走行位置算出装置を構成しても良い。

この第７の形態によれば、高精度な検出速度を用いることで、走行位置を高精度に算出することが可能な走行位置算出装置を実現できる。

車上装置の内部構成図。 センサ座標系の設定の説明図。 速度検出部の詳細な機能構成図。 速発系ピッチ角の推定の説明図。 速発系ロール角の推定の説明図。 線路ＤＢのデータ構造の一例を示す図。 滑走空転判定処理を説明するフローチャート。 速度補正処理を説明するフローチャート。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。但し、本発明の適用可能な実施形態がこれに限定されるものではない。

［構成］
図１は、本実施形態の車上装置１０の内部構成を示すブロック図である。この車上装置１０は、列車に搭載される装置であり、加速度センサ１１１と、角速度センサ（ジャイロセンサ）１１２と、処理部１２０と、記憶部１３０とを有している。

加速度センサ１１１は、当該センサに対応付けられた三次元直交座標系であるローカル座標系（センサ座標系）における加速度ａ（ａ_ｘ，ａ_ｙ，ａ_ｚ）を計測する。この加速度センサ１１１による計測値は、計測された時刻と対応づけて加速度蓄積データ１３２ａとして蓄積記憶される。

角速度センサ１１２は、当該センサに対応付けられた三次元直交座標系であるローカル座標系（センサ座標系）の各軸回りの速度である角速度（θ_ｌ，φ_ｌ，γ_ｌ）を計測する。この角速度センサ１１２による計測値は、計測された時刻と対応づけて角速度蓄積データ１３２ｂとして蓄積記憶される。

角速度センサ１１２におけるセンサ座標系と、加速度センサ１１１におけるセンサ座標系との座標軸は同一に設定されている。図２は、センサ座標系の設定を説明する図である。センサ座標系は、Ｘｓ軸が列車の左右方向に一致し、Ｙｓ軸が列車の前後方向に一致し、Ｚｓ軸が列車の上下方向に一致するように定められている。

処理部１２０は、例えばＣＰＵ等の演算装置で実現され、記憶部１３０に記憶されたプログラムやデータ、等に基づいて、車上装置１０を構成する各部への指示やデータ転送を行い、車上装置１０の全体制御を行う。本実施形態では、処理部１２０は、速度検出部２００と、位置算出部１２２とを有している。

速度検出部２００は、速度検出装置として機能する機能部である。速度検出装置を構成する場合には、加速度センサ１１１及び角速度センサ１１２を含むこととしてもよい。また、位置算出部１２２は、走行位置算出装置として機能する機能部である。速度検出部２００が位置算出部１２２に含まれる形態でもよい。

図３は、速度検出部２００の詳細な機能構成を示すブロック図である。速度検出部２００は、慣性航法姿勢角算出部２０１と、慣性航法速度算出部２０２と、速発系速度算出部２０３と、速発系加速度算出部２０４と、速発系ピッチ角算出部２０５と、遠心力算出部２０６と、速発系ロール角算出部２０７と、滑走空転判定部２０８と、バイアス推定部２０９と、滑走空転補正部２１０とを有し、自列車の速度Ｖを検出する。

慣性航法姿勢角算出部２０１は、角速度センサ１１２によって計測された角速度（θ_ｌ，φ_ｌ，γ_ｌ）をもとに、列車の現在の姿勢角（θ_ｉ，φ_ｉ，γ_ｉ）を算出する。具体的には、角速度センサ１１２によって計測された角速度（θ_ｌ，φ_ｌ，γ_ｌ）を、バイアス推定部２０９によって算出されたバイアス補正値（Δθ，Δφ，Δγ）で補正する。そして、補正後の角速度に対する時間積分処理を行って、所定時間における姿勢角の変化分を算出し、これを直前の姿勢角に加算して、現在の姿勢角である慣性航法系姿勢角（θ_ｉ，φ_ｉ，γ_ｉ）を算出する。なお、姿勢角の初期値（初期姿勢）は、例えば列車が水平状態の場合に、ピッチ角θ_ｉ＝ロール角φ_ｉ＝０として設定する。ヨー角γ_ｉの初期値は任意に設定することができる。初期値は、例えば、線路ＤＢ１３４を参照して、予め設定された水平状態で停車する停車駅での停車時に設定する。

慣性航法速度算出部２０２は、列車の前後方向（Ｙｓ軸方向）における列車の現在の速度を算出する。具体的には、慣性航法姿勢角算出部２０１によって算出されたピッチ角θ_ｉを用いて、加速度センサ１１１によって計測された前後方向加速度ａ_ｙを補正することで、走行に係るＹｓ軸方向の加速度を先ず求める。加速度センサ１１１によって計測された前後方向加速度ａ_ｙは、重力加速度のＹｓ軸方向成分の分だけ増減している。従って、ピッチ角θ_ｉを用いて重力加速度のＹｓ軸方向成分を求め、前後方向加速度ａ_ｙを補正することで、走行に係るＹｓ軸方向の加速度を求める。そして、求めた加速度に対する時間積分処理を行って、所定時間における速度の変化分を算出し、これを直前の速度に加算して、列車の前後方向（Ｙｓ軸方向）の速度である慣性系速度Ｖ_ｉを算出する。

速発系速度算出部２０３は、速度発電機２０の計測値をもとに列車の前後方向に沿った速度である速発系速度Ｖ_ｐを算出する。

速発系加速度算出部２０４は、速発系速度算出部２０３によって算出された速発系速度Ｖ_ｐに対する時間微分処理を行って、所定時間における速度の変化分を算出し、列車の前後方向の加速度である速発系加速度ａ_ｐを算出する。

速発系ピッチ角算出部２０５は、加速度センサ１１１によって計測された前後方向加速度ａ_ｙと、速発系加速度算出部２０４によって算出された速発系加速度ａ_ｐとを比較することで、前後方向加速度ａ_ｙに含まれる重力加速度成分を抽出し、ピッチ角（速発系ピッチ角）θ_ｐを算出する。

図４は、速発系ピッチ角θ_ｐの算出方法を説明する図である。図４では、センサ座標系におけるＹｓ−Ｚｓ平面を示している。加速度センサ１１１によって計測される前後方向加速度ａ_ｙは、重力加速度を含んでいるが、速発系加速度算出部２０４によって算出される速発系加速度ａ_ｐは、重力加速度を含んでいない。つまり、その差Δａ（＝ａ_ｙ−ａ_ｐ）は、重力加速度のうちの列車の前後方向（センサ座標系におけるＹｓ軸方向）の成分である（図４ではＹｓ軸の負方向成分となっている）。従って、重力加速度の大きさを「ｇ」とすると、水平面（絶対座標系におけるＸｗ−Ｙｗ平面）に対する、センサ座標系のＹｓ軸の変位角であるピッチ角θ_ｐは、次式（１）となる。

遠心力算出部２０６は、滑走空転補正部２１０によって算出された検出速度Ｖと、角速度センサ１１２によって計測されたヨー角速度γ_ｌとに基づいて、水平面（絶対座標系におけるＸｗ−Ｙｗ平面）に沿った方向に作用する遠心力加速度Ａ_ｃを算出する。

速発系ロール角算出部２０７は、加速度センサ１１１によって計測された左右方向加速度ａ_ｘと、遠心力算出部２０６によって算出された遠心力加速度Ａ_ｃとから、左右方向加速度ａ_ｘに含まれる重力加速度成分を抽出し、ロール角（速発系ロール角）φ_ｐを算出する。

図５は、速度系ロール角φ_ｐの推定を説明する図である。図５は、センサ座標系におけるＸｓ−Ｚｓ平面を示している。加速度センサ１１１によって計測される左右方向加速度ａ_ｘは、重力加速度と、遠心力加速度Ａ_ｃとを含んでいる。つまり、加速度センサ１１１によって計測される左右方向加速度ａ_ｘと、遠心力加速度Ａ_ｃのうち列車の左右方向（センサ座標系におけるＸｓ軸に沿った方向）の成分との差Δａ（＝ａ_ｘ−Ａ_ｃ×ｃｏｓφ_ｐ）は、重力加速度のうちの列車の左右方向（センサ座標系におけるＸｓ軸に沿った方向）の成分である。従って、水平面に対する、センサ座標系のＸｓ軸の変位角であるロール角φ_ｐは、次式（２）となる。

滑走空転判定部２０８は、慣性航法姿勢角算出部２０１によって算出された慣性系ピッチ角θ_ｉと、速発系ピッチ角算出部２０５によって算出された速発系ピッチ角θ_ｐとをもとに、滑走空転の発生を判定（検知）する。具体的には、次の二つの判定条件をともに満たしている場合には、滑走空転は「発生していない」と判定し、判定条件の何れかを満たさない場合には、滑走空転が「発生している」と判定する。

１つ目の条件（判定条件１）は、速発系ピッチ角θ_ｐが、線路に定められる最大勾配（３５‰）以下である」ことである。

２つ目の条件（判定条件２）は、「速発系ピッチ角θ_ｐと慣性系ピッチ角θ_ｉとの差Δθが、所定の許容バイアス変動量以下であること」である。判定条件２の成立条件は、詳細には、判定タイミングから過去短時間（例えば、１秒程度）の間のピッチ角の差Δθの変動量（振幅）が所定の許容バイアス変動量以下であり（短時間比較）、且つ、判定タイミングから過去長時間（例えば、数十秒程）の間のピッチ角の差Δθの変動量（振幅）が所定の許容バイアス変動量以下であること（長時間比較）である。ここで、短時間比較及び長時間比較それぞれに定められる許容バイアス変動量の閾値条件は、許容バイアス変動量データ１３３として記憶されている。

バイアス推定部２０９は、角速度センサ１１２によって計測される角速度（θ，φ，γ）に対するバイアス補正値（Δθ，Δφ，Δγ）を推定する。具体的には、慣性航法姿勢角算出部２０１によって算出される慣性系ピッチ角θ_ｉと、速発系ピッチ角算出部２０５によって算出される速発系ピッチ角θ_ｐとの差に基づいてピッチ角θのバイアス補正値Δθを推定する。推定タイミングにおける慣性系ピッチ角θ_ｉと速発系ピッチ角θ_ｐとの差をバイアス補正値Δθとしてもよいし、推定タイミングから過去所定期間の間に変動した差の平均値或いは中央値をバイアス補正値Δθとしてもよい。この場合、所定期間は例えば長時間比較の時間と同じとしてもよい。

ロール角φについても同様に、慣性航法姿勢角算出部２０１によって算出される慣性系ロール角φと、速発系ピッチ角算出部２０５によって算出される速発系ロール角φとの差に基づいてロール角φのバイアス補正値Δφを推定する。

また、ヨー角γについては、直線区間を走行中に角速度センサ１１２によって計測されたヨー角速度γ_ｌを、バイアス補正値Δγとする。直線区間は、線路ＤＢ１３４を参照して判断する。

滑走空転補正部２１０は、滑走空転判定部２０８によって滑走空転の発生が判定（検知）された場合に、速発系速度算出部２０３によって算出された速発系速度Ｖ_ｐを慣性系速度を用いて補正し、検出速度Ｖとして出力する。具体的には、滑走空転の発生直前（判定直前）の速発系速度Ｖ_ｐ１、及び、慣性系速度Ｖ_ｉ１と、滑走空転の終了直後の速発系速度Ｖ_ｐ２、及び、慣性系速度Ｖ_ｉ２とを用いて、滑走空転が発生している期間の慣性系速度Ｖ_ｉを、次の式（３）に従って補正することで補正速度Ｖ_ｃを算出する。そして、算出した補正速度Ｖ_ｃを、検出速度Ｖとして出力する。

また、滑走空転補正部２１０は、滑走空転が発生していないときには、速発系速度算出部２０３によって算出された速発系速度Ｖ_ｐを、検出速度Ｖとして出力する。ここで、滑走空転補正部２１０によって出力される検出速度Ｖは、検出速度蓄積データ１３７として蓄積記憶される。

図１に戻り、位置算出部１２２は、速度検出部２００によって検出された速度Ｖをもとに、列車の走行位置（走行距離）を算出する。例えば、速度検出部２００によって検出された速度Ｖをもとに算出した相対走行距離を、所与の基準位置に加算することで、現在の列車の走行位置を算出する。基準位置は、通過した地上子の絶対位置等を用いることができる。位置算出部１２２によって算出された走行位置は、位置蓄積データ１３８として蓄積記憶される。

記憶部１３０は、例えばＲＯＭやＲＡＭ、ハードディスク等の記憶装置で実現され、処理部１２０が車上装置１０を統合的に制御するためのシステムプログラムや、各種機能を実現するためのプログラムやデータ等を格納しているとともに、処理部１２０の作業領域として用いられ、処理部１２０が実行した演算結果や、加速度センサ１１１や角速度センサ１１２の計測データ等が一時的に格納される。本実施形態では、記憶部１３０には、速度検出プログラム１３１と、センサ蓄積データ１３２と、許容バイアス変動量データ１３３と、線路ＤＢ１３４と、補正用データ１３５と、滑走空転フラグ１３６と、検出速度蓄積データ１３７と、位置蓄積データ１３８とが記憶される。センサ蓄積データ１３２は、加速度蓄積データ１３２ａと、角速度蓄積データ１３２ｂとを含んでいる。

線路ＤＢ１３４は、列車が走行する軌道の各所の条件が格納されたデータベースであり、データ構造の一例を図６に示す。図６において、線路ＤＢ１３４は、キロ程で示された地点毎に、当該地点の絶対座標系上の座標値、勾配角度、曲率半径、カント、当該地点が直線の場合の残り直線長等が格納されている。当該地点が停車場（駅）か否かの識別情報を含むこととしてもよい。

補正用データ１３５は、滑走空転補正部２１０が、補正速度Ｖ_ｃの算出のために用いる各種データである。

［処理の流れ］
図７は、滑走空転判定部２０８が行う滑走空転判定処理の流れを説明するフローチャートである。先ず、滑走空転判定部２０８は、速発系ピッチ角算出部２０５によって算出された速発系ピッチ角θ_ｐと、線路の最大勾配（具体的には、３５‰）とを比較する。速発系ピッチ角θ_ｐが最大勾配以上ならば（ステップＡ１：ＮＯ）、滑走空転が「発生している」と判定し、滑走空転フラグを「１」に設定する（ステップＡ１５）。なお、最大勾配を３５‰としたが、走行線区に応じた他の値としてもよいことは勿論である。

一方、速発系ピッチ角θ_ｐが最大勾配を下回るならば（ステップＡ１：ＹＥＳ）、続いて、所定の短時間における、速発系ピッチ角θ_ｐと慣性航法姿勢角算出部２０１によって算出された慣性系ピッチ角θ_ｉとの差の変動量と、所定のバイアス変動量とを比較する（ステップＡ３）。ピッチ角θの差の変動量は、比較するタイミングにおける差としてもよいし、所定の短時間の間の差の平均値としてもよいし、中央値としてもよい。ピッチ角θの差の変動量が許容バイアス変動量を超えるならば（ステップＡ５：ＮＯ）、滑走空転が「発生している」と判定し、滑走空転フラグを「１」に設定する（ステップＡ１５）。

一方、ピッチ角θの差の変動量が許容バイアス変動量以下ならば（ステップＡ５：ＹＥＳ）、続いて、所定の長時間における、速発系ピッチ角θ_ｐと慣性系ピッチ角θ_ｉとの差の変動量と、所定の許容バイアス変動量とを比較する（ステップＡ７）。ここでのピッチ角θの差の変動量も同様に、所定の長時間の間の差の平均値としてもよいし、中央値としてもよい。ピッチ角θの差の変動量が許容バイアス変動量を超えるならば（ステップＡ９：ＮＯ）、滑走空転が「発生している」と判定し、滑走空転フラグを「１」に設定する（ステップＡ１５）。

一方、ピッチ角θの差の変動量が許容バイアス変動量以下ならば（ステップＡ９：ＹＥＳ）、滑走空転が「発生していない」と判断し、滑走空転フラグを「０」に設定する（ステップＡ１３）。そして、バイアス推定部２０９が、バイアス補正値（Δθ，Δφ，Δγ）を決定する（ステップＡ１５）。滑走空転判定処理は、このように行われる。

図８は、滑走空転補正部２１０が行う速度補正処理の流れを説明するフローチャートである。先ず、滑走空転判定部２０８によって設定される滑走空転フラグについて、前回の値から今回の値への変化を判断する。

その結果、滑走空転フラグが「１」から「０」に変化したならば（ステップＢ１：ＹＥＳ〜Ｂ３：ＹＥＳ）、滑走空転が終了したと判断して、速発系ピッチ角算出部２０５によって算出された現在の速発系速度Ｖ_ｐを、滑走空転の終了時速度Ｖ_ｐ２として記憶するとともに、慣性航法速度算出部２０２によって算出された現在の慣性系速度Ｖ_ｉを、滑走空転の終了時速度Ｖ_ｉ２として記憶する（ステップＢ５）。次いで、現在の慣性系速度Ｖ_ｉをもとに、式（３）に従って補正速度Ｖ_ｃを算出し（ステップＢ７）、算出した補正速度Ｖ_ｃを、検出速度Ｖとして出力する（ステップＢ９）。更に、仮速度Ｖ_ｔを検出速度Ｖとして出力した期間（滑走空転が発生していた期間）期間における検出速度Ｖを、算出した補正速度Ｖ_ｃに更新する（ステップＢ１１）。

また、滑走空転フラグが「０」のままならば（ステップＢ１：ＹＥＳ〜Ｂ３：ＮＯ）、滑走空転が発生していないと判断して、次式（４）に従って、速発系速度Ｖ_ｐと慣性系速度Ｖ_ｉとの速度変化比Ｖ_ｓを算出・更新する（ステップＢ１３）。そして、速発系速度Ｖ_ｐを、検出速度Ｖとして出力する（ステップＢ１５）。

また、滑走空転フラグが「０」から「１」に変化したならば（ステップＢ１：ＮＯ〜Ｂ１７：ＹＥＳ）、滑走空転の発生直後と判断し、直前の速発系速度Ｖ_ｐ、及び、慣性系速度Ｖ_ｉを、それぞれ、滑走空転の開始前速度Ｖ_ｐ１，Ｖ_ｉ１として記憶する（ステップＢ１９）。

また、滑走空転フラグが「１」のままならば（ステップＢ１：ＮＯ〜Ｂ１７：ＮＯ）、滑走空転の発生中と判断して、現在の慣性系速度Ｖ_ｐ、及び、速度変化比Ｖ_ｃをもとに、次式（５）に従って仮速度Ｖ_ｔを算出し（ステップＢ２１）、算出した仮速度Ｖ_ｔを、検出速度Ｖとして出力する（ステップＢ２３）。速度補正処理は、このように行われる。

［作用効果］
このように、本実施形態によれば、車上装置１０では、速度発電機２０の計測値、及び、加速度センサ１１１によって検知された列車の前後方向加速度ａ_ｙを用いて速発系ピッチ角θ_ｐを推定する。そして、角速度センサ１１２の計測値に基づく慣性系ピッチ角θ_ｉと、推定した速発系ピッチ角θ_ｐとを比較することで、滑走空転の発生を検知（判定）する。そして、滑走空転の発生が検知されていない場合には、速度発電機２０の計測値をもとに算出した速発系速度Ｖ_ｐを、検出速度Ｖとして出力する。一方、滑走空転の発生が検知されている場合には、速度発電機２０の計測値をもとに算出した速発系速度Ｖ_ｐを、滑走空転の発生直前の速発系速度Ｖ_ｐ１及び慣性系速度Ｖ_ｉ１と、滑走空転の終了直後の速発系速度Ｖ_ｐ２及び慣性系速度Ｖ_ｉ２とを用いて補正した補正速度Ｖ_ｃを算出し、検出速度Ｖとして出力する。これにより、滑走空転の発生を検知することができるとともに、滑走空転の発生を検知した場合には、速発系速度Ｖ_ｐを補正して検出速度Ｖとして出力することができるので、より高精度な速度検出が可能となる。

また、角速度センサ１１２の計測値をもとに算出した姿勢角と、速度発電機２０の計測値をもとに推定した姿勢角とを比較することで、角速度センサ１１２のバイアス補正値を算出し、このバイアス補正値によって、角速度センサ１１２によって計測された角速度を補正する。これにより、速度検出の更なる高精度化が図れる。

更に、この検出速度Ｖを用いて、列車の位置を算出する。これにより、列車の走行位置（走行距離）の検出を、より高精度に行うことができる。

［変形例］
なお、本発明の適用可能な実施形態は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。

（Ａ）回転検知装置
上述の実施形態では、回転検知装置を速度発電機としたが、例えば、パルスジェネレータ等としてもよい。列車の車軸又は車輪の回転を検出して回転に応じた検知信号を出力する装置であれば、何れでも良い。

１０ 車上装置
１１１ 加速度センサ、１１２ 角速度センサ
１２０ 処理部
２００ 速度検出部
２０１ 慣性航法姿勢角算出部、２０２ 慣性航法速度算出部
２０３ 速発系速度算出部、２０４ 速発系加速度算出部
２０５ 速発系ピッチ角算出部、２０６ 遠心力算出部
２０７ 速発系ロール角算出部、２０８ 滑走空転判定部
２０９ バイアス推定部、２１０ 滑走空転補正部
１２２ 位置算出部
１３０ 記憶部
１３１ 速度検出プログラム、１３２ センサ蓄積データ
１３３ 許容バイアス変動量データ、１３４ 線路ＤＢ
１３５ 補正用データ、１３６ 滑走空転フラグ
１３７ 検出速度蓄積データ、１３８ 位置蓄積データ
２０ 速度発電機

Claims (8)

1. 回転検知装置から出力される列車の車軸又は車輪の回転速度に応じた回転検知信号に基づいて前記列車の速度を検出する速度検出装置であって、
   前記回転検知信号に基づく検出速度と前記列車に設けた加速度センサにより計測された計測加速度とを用いて、前記列車のピッチ角を推定するピッチ角推定手段と、
   前記ピッチ角推定手段により推定された推定ピッチ角が、車輪の滑走又は空転（以下包括して「滑走空転」という）が発生した時の条件である所与の角度条件を満たすか否かを判定することで滑走空転の発生を検知する第１の滑走空転検知手段と、
   前記第１の滑走空転検知手段による検知がなされた場合に、前記回転検知信号に基づく検出速度を補正する速度補正手段と、
   を備えた速度検出装置。
2. 前記列車に設けた角速度センサにより計測された計測角速度を用いて前記列車の姿勢を検出する姿勢検出手段と、
   前記推定ピッチ角と前記姿勢検出手段により検出された検出姿勢との差を用いて、滑走空転の発生を検知する第２の滑走空転検知手段と、
   を更に備え、
   前記速度補正手段は、前記第２の滑走空転検知手段による検知がなされた場合にも、前記補正を行う、
   請求項１に記載の速度検出装置。
3. 前記推定ピッチ角と前記姿勢検出手段により検出された検出姿勢との差を用いて、前記角速度センサのバイアスを推定するバイアス推定手段と、
   前記バイアス推定手段により推定された推定バイアスに基づいて、前記角速度センサにより計測された計測角速度又は前記姿勢検出手段により検出された検出姿勢を補正する姿勢補正手段と、
   を更に備えた請求項２に記載の速度検出装置。
4. 前記推定ピッチ角と前記姿勢検出手段により検出された検出姿勢との差の時間変化が、バイアスの変動量として認められる条件である所与の変動許容条件を満たすか否かを判定するバイアス変動判定手段を更に備え、
   前記バイアス変動判定手段により肯定判定された場合には前記第２の滑走空転検知手段の作動が抑止され、否定判定された場合に前記バイアス推定手段の作動が抑止されることを特徴とする請求項３に記載の速度検出装置。
5. 前記加速度センサにより計測された計測加速度と前記姿勢検出手段により検出された検出姿勢とを用いて前記列車の速度を算出する速度算出手段を更に備え、
   前記速度補正手段は、前記速度算出手段により算出された速度を用いて前記補正を行う、
   請求項２〜４の何れか一項に記載の速度検出装置。
6. 前記ピッチ角推定手段は、前記回転検知信号に基づく検出速度から加速度を算出する加速度算出手段を有し、当該加速度算出手段により算出された加速度と前記加速度センサにより計測された計測加速度との差が重力加速度のピッチ角成分に相当する関係に基づいて前記ピッチ角を推定する、
   請求項１〜５の何れか一項に記載の速度検出装置。
7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の速度検出装置と、
   前記速度検出装置により検出された速度と所定の軌道情報とを用いて前記列車の走行位置を算出する走行位置算出手段と、
   を備えた走行位置算出装置。
8. 回転検知装置から出力される列車の車軸又は車輪の回転速度に応じた回転検知信号に基づいて前記列車の速度を算出する速度算出方法であって、
   前記回転検知信号に基づく検出速度と前記列車に設けた加速度センサにより計測された計測加速度とを用いて、前記列車のピッチ角を推定するピッチ角推定ステップと、
   前記ピッチ角推定ステップで推定された推定ピッチ角が、滑走空転が発生した時の条件である所与の角度条件を満たすか否かを判定することで滑走空転の発生を検知する第１の滑走空転検知ステップと、
   前記第１の滑走空転検知ステップで検知がなされた場合に、前記回転検知信号に基づく検出速度を補正する速度補正ステップと、
   を含む速度算出方法。

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