JP6316514B2 - 速度制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、列車車両の位置及び速度を検知して、検知した位置及び速度に基づいて列車車両の速度を制御する速度制御装置に関するものである。

従来技術の一例である特許文献１には、「車輪の滑走検知方法において、車輪が再粘着した直後に再び滑走が生じたとしてもこれを早期に検知する」ことを目的とし、「現在計測時の速度データＶ１に対し、前回までの速度データ（Ｖ２……Ｖｎ，但しｎ≧３）を記憶し、この計測毎にこれら速度データに基づいて平均加減速度を演算し、この平均加減速度に基づいて車輪の滑走を検知する方法である。車輪が滑走から回復して再粘着したことを検知したときに、そのときの速度データの全てをその速度データ中の最高速度に置き換える」ことにより滑走による速度検知誤差を補正する技術が開示されている。

特開平６−８６４０４号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、滑走検知時には速度データの全てを速度データのうちの最高速度に置き換えるので、滑走又は空転が発生すると、実際には最高速度ではないにも関わらず速度データは最高速度に置き換えられる。そのため、滑走又は空転が発生する度に速度の検知精度が低下していく、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、従来よりも高精度な速度及び位置の検知が可能な速度制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の速度制御装置は、車輪の回転数に応じたパルスを発生させて出力する速度発電機及び車輪の回転を用いることなく電磁波の反射によって速度を検出して検出量を出力する速度センサを備える車両に搭載される速度制御装置であって、速度発電機の出力から第１の位置情報及び第１の速度情報を演算する第１の演算部と、速度センサの出力から第２の位置情報及び第２の速度情報を演算する第２の演算部と、車両の位置に応じて、第１の演算部の演算結果と第２の演算部の演算結果のどちらを選択すべきかの情報が記憶された路線データベース記憶部と、路線データベース記憶部の情報に基づいてどちらかの演算結果を選択して位置情報及び速度情報として出力する選択部とを備え、車両の速度は、選択された位置情報及び速度情報に基づいて決定される。選択部は、第１の位置情報及び第１の速度情報を選択する場合、第１の速度情報に基づいて速度変化量を算出し、速度変化量が車両の性能範囲外である場合に、車両に許容される加速度の最大値または最小値に基づいて第１の位置情報及び第１の速度情報を補正し、補正した値を選択された位置情報及び速度情報として出力する。

本発明によれば、従来よりも高精度な速度及び位置の検知を行うことができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる速度制御装置の一構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかる速度制御装置の一動作例を示すフローチャート 実施の形態１において路線データベース記憶部のデータ構造の一例を示す図 実施の形態２にかかる速度制御装置の一構成例を示すブロック図 実施の形態２にかかる速度制御装置の一動作例を示すフローチャート 実施の形態１，２における装置を実現するハードウエアの一般的な構成を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる速度制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる速度制御装置の一構成例を示すブロック図である。図１に示す速度制御装置１０は、車輪の回転数に応じたパルスを発生させて出力する速度発電機１及び車輪の回転を用いることなく電磁波の反射によって速度を検出して検出量を出力する速度センサ２を備える車両２０に搭載され、前記パルスをパルス信号Ｓ１ｎに変換して出力する第１の信号検知部３と、前記検出量を検出信号Ｓ２ｎに変換して出力する第２の信号検知部４と、パルス信号Ｓ１ｎが入力されて、車両２０の第１の位置情報Ｐ１ｎ及び第１の速度情報Ｖ１ｎを演算して出力する第１の演算部５と、検出信号Ｓ２ｎが入力されて、車両２０の第２の位置情報Ｐ２ｎ及び第２の速度情報Ｖ２ｎを演算して出力する第２の演算部６と、車両２０の位置に応じて、第１の位置情報Ｐ１ｎ、第２の位置情報Ｐ２ｎ、第１の速度情報Ｖ１ｎ及び第２の速度情報Ｖ２ｎのうちいずれを選択すべきかの情報が記憶された路線データベース記憶部８と、第１の位置情報Ｐ１ｎ、第２の位置情報Ｐ２ｎ、第１の速度情報Ｖ１ｎ及び第２の速度情報Ｖ２ｎが入力されて、路線データベース記憶部８の情報に基づいていずれかの位置情報及び速度情報を選択し、位置情報Ｐ３ｎ及び速度情報Ｖ３ｎを出力する選択部７とを備える。

また、車両２０は、速度照査パターンを作成し、選択した位置情報Ｐ３ｎ及び速度情報Ｖ３ｎが入力されて、位置情報Ｐ３ｎ及び速度情報Ｖ３ｎがこの速度照査パターンを超過している場合にはブレーキ指令を出力する速度照査部９と、このブレーキ指令が入力されて車両２０を制動するブレーキ装置１１と、車上子１２とを備える。路線データベース記憶部８の情報は、一例として位置及び速度信号選択フラグとして記憶されている。

なお、車両２０は、車上子１２を用いて現在の位置を把握することが可能である。車上子１２が路線上の地上子１３上を通過する際には、電磁結合又は短距離無線伝送によって、地上子１３から車上子１２に対して、地上子ＩＤが送信される。車上子１２は、受信した地上子ＩＤを電文情報として選択部７に送信する。路線データベース記憶部８は地上子ＩＤと絶対位置の関係を記憶しており、選択部７は路線データベースと受信した地上子ＩＤを用いて車両２０の絶対位置を決定する。又は、車上子１２と地上子１３との間のデータ伝送容量が大きい場合には、地上子１３から車上子１２に対して、地上子ＩＤではなくキロ程を送信する構成であってもよい。このように地上子１３から車上子１２に対してキロ程を送信可能な構成である場合には、路線データベース記憶部８には地上子ＩＤとキロ程との関係を記憶していなくてもよい。

なお、速度センサ２は車輪の回転を用いず、電磁波の反射を用いて速度を検出可能なセンサであれば特定のものに限定されない。速度センサ２は、電磁波を路面に照射する出力部と、路面から反射した電磁波を検出する検出部とを備える。また、電磁波には、電波及び光を含む。速度センサ２にはドップラーセンサーを例示することができる。

なお、第１の演算部５及び第２の演算部６が、速度発電機１の出力を入力可能な構成である場合には、第１の信号検知部３及び第２の信号検知部４は不要である。すなわち、第１の信号検知部３及び第２の信号検知部４は必須の構成要素ではない。

なお、車両の位置情報は車両の位置に関する情報であり、位置情報には、車両の絶対的な位置及び車両の位置に関する情報である車両の位置変化量を例示することができる。車両の速度情報は車両の速度に関する情報であり、速度情報には、車両の速度及び車両の加速度を例示することができる。

図２は、本発明の実施の形態１にかかる速度制御装置の一動作例を示すフローチャートである。なお、この処理は、設定した一定の周期で繰り返し行われるものとする。

まず、処理を開始し、第１の信号検知部３は、速度発電機１が出力する車輪の回転数に応じたパルスをパルス信号Ｓ１ｎに変換して出力し（Ｓ１）、第１の演算部５は、パルス信号Ｓ１ｎに基づいて車両２０の位置情報Ｐ１ｎ及び速度情報Ｖ１ｎを演算して出力し（Ｓ２）、第２の信号検知部４は、速度センサ２が出力する検出量を検出信号Ｓ２ｎに変換して出力し（Ｓ３）、第２の演算部６は、検出信号Ｓ２ｎに基づいて車両２０の位置情報Ｐ２ｎ及び速度情報Ｖ２ｎを演算して出力する（Ｓ４）。ここで、ステップＳ１及びＳ２と、ステップＳ３及びＳ４とは、いずれかを先に行ってもよいし、並行して処理を行ってもよい。

選択部７は、路線データベース記憶部８に記憶された路線データベースに基づいて、位置情報Ｐ１ｎ及び速度情報Ｖ１ｎと、位置情報Ｐ２ｎ及び速度情報Ｖ２ｎとのいずれかを選択して、選択した位置情報及び速度情報を位置情報Ｐ３ｎ及び速度情報Ｖ３ｎとして出力する。ここで、選択部７がどちらの位置情報及び速度情報を選択するかは、車両２０の現在の位置が第２の信号検知部４のデータ使用禁止区間内であるか否かにより判定する（Ｓ５）。このような判定には、例えば位置及び速度信号選択フラグを用いる。位置及び速度信号選択フラグには、位置情報Ｐ１ｎ及び速度情報Ｖ１ｎと、位置情報Ｐ２ｎ及び速度情報Ｖ２ｎとのどちらを選択すべきかの情報が示されている。一例として、現在の車両２０の位置が、第２の信号検知部４のデータ使用禁止区間内であれば位置及び速度信号選択フラグを「１」とし、第２の信号検知部４のデータ使用禁止区間外であれば位置及び速度信号選択フラグを「０」とする。このとき、位置及び速度信号選択フラグが「１」であれば、車両２０の現在の位置が第２の信号検知部４の使用禁止区間内であるため（Ｓ５：Ｙｅｓ）、選択部７は、第１の信号検知部３のデータから演算された位置情報Ｐ１ｎ及び速度情報Ｖ１ｎを選択する（Ｓ６）。一方で、位置及び速度信号選択フラグが「０」であれば、車両２０の現在の位置が第２の信号検知部４の使用禁止区間外であるため（Ｓ５：Ｎｏ）、選択部７は、第２の信号検知部４のデータから演算された位置情報Ｐ２ｎ及び速度情報Ｖ２ｎを選択する（Ｓ７）。選択部７は、このように選択された位置情報及び速度情報を位置情報Ｐ３ｎ及び速度情報Ｖ３ｎとして出力し、処理を終了する。

位置情報Ｐ３ｎ及び速度情報Ｖ３ｎが入力された速度照査部９は、作成した速度照査パターンと、位置情報Ｐ３ｎ及び速度情報Ｖ３ｎとを比較する。速度照査部９は、位置情報Ｐ３ｎ及び速度情報Ｖ３ｎがこの速度照査パターンを超過している場合にはブレーキ指令を出力し、この速度照査パターンを超過していない場合にはブレーキ指令を出力することなく処理を終了する。なお、速度照査パターンは、車両２０の制限速度に応じて作成される。

図３は、路線データベース記憶部８のデータ構造の一例を示す図である。図３には、第１の演算部５と、第２の演算部６と、選択部７と、路線データベース記憶部８とが示されている。図３に示す路線データベース記憶部８には、第２の信号検知部のデータ使用禁止区間を特定する情報が順に記憶されており、禁止区間番号１の禁止区間は、キロ程１２，１３５．５ｍ地点からキロ程１２，１４５．５ｍ地点までであり、禁止区間番号２の禁止区間は、キロ程１３，２２４．７ｍ地点からキロ程１３，２３４．７ｍ地点までであり、禁止区間番号３から７の禁止区間は省略されているが、禁止区間番号８の禁止区間は、キロ程２４，３２４．８ｍ地点からキロ程２４，３２６．８ｍ地点までであり、禁止区間番号９の禁止区間は、キロ程２７，６２４．７ｍ地点からキロ程２７，６２９．７ｍ地点までである。選択部７は、これら以外の区間においては、位置情報Ｐ３ｎ及び速度情報Ｖ３ｎとして滑走又は空転の影響を受けない位置情報Ｐ２ｎ及び速度情報Ｖ２ｎを選択し、これらの区間においては、位置情報Ｐ３ｎ及び速度情報Ｖ３ｎとして位置情報Ｐ１ｎ及び速度情報Ｖ１ｎを選択する。

なお、図３に点線で示すように、試験走行時において、電磁波の反射を利用するセンサの反射信号強度が設定したしきい値以下であり、反射強度が不足することが新たに判明した禁止区間については、選択部７が路線データベース記憶部８に登録し、路線データベースを更新可能な構成とすることも可能である。

第１の信号検知部３により検知された速度情報は、空転又は滑走が生じることなく走行している通常の走行時には校正を行うことにより速度制御装置１０に必要とされる精度が確保され、第１の信号検知部３はレール周辺の構造の影響を受けることなく速度を検知することができる。なお、速度制御装置１０に必要とされる精度は一般には±時速５ｋｍ程度である。しかしながら、ブレーキ装置１１が動作して且つモータにより駆動される車軸に取付けられた車輪では、制動時には滑走が生じ、力行時には空転が生じることがある。このように空転又は滑走が生じると、速度情報の検知精度が低下し、目標値に対して大きな誤差を生じるおそれがある。

一方、車輪の回転を用いないセンサ、一例としてドップラーセンサーにより検知された速度情報Ｖ２ｎは、空転及び滑走の影響を受けないため、制動時及び力行時のいずれにおいても一定以上の精度が保証される。ただし、このようなセンサは、電磁波の反射を利用するため、レール間やレール周囲の構造によっては、反射波の強度が不足し、速度情報の精度が保証できなくなる場合がある。路線データベース記憶部８には、車輪の回転を用いることなく電磁波の反射を利用するセンサの精度が得られにくい場所に関する情報が予め記憶されている。このような、電磁波の反射を利用するセンサの精度が得られにくい場所としては、レールの下に構造物が存在しないため反射波が得られない鉄橋及び照射位置がレールから大きく外れてしまう急カーブを挙げることができる。

そこで、本実施の形態によれば、速度発電機と電磁波の反射を利用するセンサとを併用し、電磁波の反射を利用するセンサの精度が得られる場所では空転及び滑走の影響を受けない電磁波の反射を利用するセンサの検出結果を用い、電磁波の反射を利用するセンサの精度が得られにくい場所では速度発電機の検出結果を用いることで、２つのセンサを相補的に使用することができ、位置情報及び速度情報に対する、空転及び滑走の影響と電磁波の反射に対するレールの設置環境による影響とを極力排除することができる。そのため、従来よりも高精度な速度及び位置の検知を行うことができる、という効果を奏する。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２にかかる速度制御装置の一構成例を示すブロック図である。図４に示す速度制御装置１０ａは、選択部７に代えて選択部７ａを備える点が図１に示す速度制御装置１０と異なる。選択部７ａは、空転及び滑走検知部１４を含む。

図５は、本発明の実施の形態２にかかる速度制御装置の一動作例を示すフローチャートである。図５に示すフローチャートは、図２に示すフローチャートとステップＳ５までは同じである。そして、位置及び速度信号選択フラグが「１」であれば、車両２０ａの現在の位置が第２の信号検知部４の使用禁止区間内であるため（Ｓ５：Ｙｅｓ）、単位時間あたりの速度変化量ΔＶ１ｎ／ｔが車両性能の範囲内か否かを判定する（Ｓ５ａ）。すなわち、負の値である車両の最大減速度βｍａｘと、正の値である車両の最大加速度αｍａｘとを用いて、βｍａｘ＜ΔＶ１ｎ／ｔ＜αｍａｘであるか否かを判定する。ここで、車両性能は、車両２０ａに許容される加減速度の絶対値の最大値により決定される。βｍａｘ＜ΔＶ１ｎ／ｔ＜αｍａｘであり、単位時間あたりの速度変化量が車両性能の範囲内である場合には（Ｓ５ａ：Ｙｅｓ）、加減速度は正常であるため、選択部７ａは、第１の信号検知部３からのデータに基づく位置情報Ｐ１ｎ及び速度情報Ｖ１ｎを選択する（Ｓ６）。ΔＶ１ｎ／ｔ＜βｍａｘ又はαｍａｘ＜ΔＶ１ｎ／ｔであり、単位時間あたりの速度変化量が車両性能の範囲外である場合には（Ｓ５ａ：Ｎｏ）、この加減速度は異常であるため、選択部７ａは、第１の信号検知部３からのデータに基づく位置情報Ｐ１ｎ及び速度情報Ｖ１ｎを補正し、補正後のデータを選択する（Ｓ６ａ）。ここで、加減速度の異常は、空転及び滑走に起因するため、空転及び滑走検知部１４はこれを検知する。また、補正には正常値の最小値又は最大値を用いる。すなわち、ΔＶ１ｎ／ｔ＜βｍａｘであればβｍａｘを用いて補正し、αｍａｘ＜ΔＶ１ｎ／ｔであればαｍａｘを用いて補正する。選択部７ａは、このように選択した位置情報及び速度情報を位置情報Ｐ３ｎ及び速度情報Ｖ３ｎとして出力して処理を終了する。

このように本実施の形態においては加減速度の最大値及び最小値を用いて補正を行うものの、速度発電機と電磁波の反射を利用するセンサとを併用し、電磁波の反射を利用するセンサのデータ使用禁止区間以外では電磁波の反射を利用するセンサのデータを使用するので、空転及び滑走によって補正を要する頻度が従来技術と比較して少なく、速度の検知精度の低下を最小限に抑えることができる。

本実施の形態によれば、実施の形態１の効果を享受するのみならず、空転及び滑走を検知し、空転又は滑走が発生した場合には最小限の補正を行うことで、高精度に速度及び位置の検知を行うことができる。

なお、実施の形態１，２において、第１の演算部５、第２の演算部６、選択部７又は選択部７ａ、路線データベース記憶部８を実現する構成は、少なくともプロセッサと、メモリと、入出力インターフェースとを備え、動作はソフトウエアにより実現することができる。図６は、このような装置を実現するハードウエアの一般的な構成を示す図である。図６に示す装置は、バス３３によって接続されたプロセッサ３０、メモリ３１及び入出力インターフェース３２を備える。プロセッサ３０は、入力されたデータを用いてソフトウエアによる演算及び制御を行う。メモリ３１は、入力されたデータ又はプロセッサ３０が演算及び制御を行うに際して必要なデータの記憶を行う。入出力インターフェース３２は、少なくとも第１の信号検知部３からのパルス信号Ｓ１ｎ及び第２の信号検知部４からの検出信号Ｓ２ｎを受信し、プロセッサ３０により選択された位置情報Ｐ３ｎ及び速度情報Ｖ３ｎを速度照査部９に送信する。なお、プロセッサ３０及びメモリ３１は各々複数設けられていてもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 速度発電機、２ 速度センサ、３ 第１の信号検知部、４ 第２の信号検知部、５ 第１の演算部、６ 第２の演算部、７，７ａ 選択部、８ 路線データベース記憶部、９ 速度照査部、１０，１０ａ 速度制御装置、１１ ブレーキ装置、１２ 車上子、１３ 地上子、１４ 空転及び滑走検知部、２０，２０ａ 車両、３０ プロセッサ、３１ メモリ、３２ 入出力インターフェース、３３ バス。

Claims (3)

1. 車輪の回転数に応じたパルスを発生させて出力する速度発電機及び車輪の回転を用いることなく電磁波の反射によって速度を検出して検出量を出力する速度センサを備える車両に搭載される速度制御装置であって、
   前記速度発電機の出力に基づくパルス信号が入力されて、前記車両の第１の位置情報及び第１の速度情報を演算して出力する第１の演算部と、
   前記速度センサの出力に基づく検出信号が入力されて、前記車両の第２の位置情報及び第２の速度情報を演算して出力する第２の演算部と、
   前記車両の位置に応じて、前記第１の位置情報、前記第２の位置情報、前記第１の速度情報及び前記第２の速度情報のうちいずれを選択すべきかの情報が記憶された路線データベース記憶部と、
   前記第１の位置情報、前記第２の位置情報、前記第１の速度情報及び前記第２の速度情報が入力されて、前記路線データベース記憶部の情報に基づいていずれかの位置情報及び速度情報を選択し、選択された位置情報及び速度情報を出力する選択部と、
   を備え、
   前記選択された位置情報及び速度情報に基づいて前記車両の速度を決定し、
   前記選択部は、前記第１の位置情報及び前記第１の速度情報を選択する場合、前記第１の速度情報に基づいて速度変化量を算出し、前記速度変化量が車両の性能範囲外である場合に、前記車両に許容される加速度の最大値または最小値に基づいて前記第１の位置情報及び前記第１の速度情報を補正し、補正した値を前記選択された位置情報及び速度情報として出力することを特徴とする速度制御装置。
2. 前記路線データベース記憶部の情報は、前記第２の位置情報及び前記第２の速度情報の使用禁止区間を特定する情報を含み、
   前記選択部は、
   前記使用禁止区間では前記第１の位置情報及び前記第１の速度情報を選択し、
   前記使用禁止区間以外の区間では前記第２の位置情報及び前記第２の速度情報を選択することを特徴とする請求項１に記載の速度制御装置。
3. 前記速度センサは、路面に向けて照射した電磁波の反射によって速度を検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の速度制御装置。

Images