JP6438702B2 - 脱線検知装置 - Google Patents

Description

本発明は脱線検知装置に関し、特に車輪のフランジがレールの上にせり上がったり軌道スラブの上を走行したりする脱線を検知できる脱線検知装置に関するものである。

従来より、鉄道車両の脱線を自動的に検知する脱線検知装置が知られている（例えば特許文献１）。特許文献１に開示される脱線検知装置は、鉄道車両の走行速度を枕木間隔で除算して求められる商にほぼ等しい周波数における加速度を検出し、その加速度が所定値以上であると判断される場合に脱線したと判定する。特許文献１に開示される技術によれば、砕石による道床、枕木およびレールが路盤に敷設されたバラスト軌道を走行する鉄道車両において、車輪のフランジがレールを乗り越えて枕木の上を走行する脱線を検知できる。

特許第３４５８８７２号公報（特に請求項７）

しかしながら上記従来の技術では、軌道スラブ（コンクリート製の板）及びレールがコンクリート路盤に敷設されたスラブ軌道を走行する鉄道車両において、車輪のフランジがレールを乗り越えて軌道スラブの上を走行する脱線を検知できないという問題がある。また、スラブ軌道やバラスト軌道を走行する鉄道車両において、車輪のフランジがレールの上にせり上がる脱線を検知できないという問題がある。

本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、車輪のフランジがレールの上にせり上がったり軌道スラブの上を走行したりする脱線を検知できる脱線検知装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために請求項１記載の脱線検知装置は、車体や台車の振動加速度を検出する加速度計が配置される鉄道車両に搭載され、フランジを有する車輪を転動させてレール上を走行する前記鉄道車両に搭載されるものにおいて、前記加速度計により検出される加速度を取得する加速度取得手段と、前記フランジの回転数に関する情報を取得する回転数情報取得手段と、その回転数情報取得手段により取得される情報からフランジ外周の回転１次の１次周波数を取得する周波数取得手段と、その周波数取得手段により取得された１次周波数における前記加速度または前記加速度に基づき処理した処理値に基づいて前記鉄道車両が脱線したかを判定する脱線判定手段とを備えている。

請求項２記載の脱線検知装置は、請求項１記載の脱線検知装置において、前記周波数取得手段により取得された１次周波数における前記加速度または前記処理値が所定の閾値以上であるかを判断する周波数判断手段を備え、前記脱線判定手段は、前記周波数判断手段により前記加速度または前記処理値が所定の閾値以上であると判断される場合に前記鉄道車両が脱線したと判定する。

請求項３記載の脱線検知装置は、請求項２記載の脱線検知装置において、前記加速度取得手段により取得された前記加速度が、前記閾値より大きい所定値以上の加速度であるかを判断する加速度判断手段と、その加速度判断手段により前記加速度が前記所定値以上の加速度であると判断される場合に前記閾値を下降させる閾値第１下降手段とを備えている。

請求項４記載の脱線検知装置は、請求項２又は３に記載の脱線検知装置において、前記鉄道車両のレール上の走行位置を取得する位置取得手段と、前記鉄道車両の走行速度を取得する走行速度取得手段と、その走行速度取得手段により取得される走行速度が、前記位置取得手段により取得される走行位置における許容速度範囲内かを判断する走行速度判断手段と、その走行速度判断手段により走行速度が許容速度範囲内でないと判断される場合に前記閾値を下降させる閾値第２下降手段とを備えている。

請求項５記載の脱線検知装置は、請求項４記載の脱線検知装置において、前記閾値第１下降手段または前記閾値第２下降手段により閾値が下降された期間を取得する期間取得手段と、その期間取得手段により閾値が下降された期間が所定の期間を超えたかを判断する期間判断手段と、その期間判断手段により閾値が下降された期間が所定の期間を超えたと判断される場合に前記閾値を元の値に戻す閾値復元手段とを備えている。

請求項１記載の脱線検知装置によれば、フランジを有する車輪を転動させてレール上を走行する鉄道車両に配置された加速度計により加速度が検出され、検出された加速度が加速度取得手段により取得される。フランジの回転数に関する情報が回転数情報取得手段により取得され、その回転数情報取得手段により取得された情報から、周波数取得手段によりフランジ外周の回転１次の１次周波数が取得される。

フランジ外周は車輪の踏面（レールと接する面）より直径が大きいので、フランジ外周の回転１次（１回転あたり１周期として現れる成分）の１次周波数は、踏面の回転１次の１次周波数より小さい。また、フランジ外周は、その製造上、完全な真円にはできないので、車輪のフランジがレールの上にせり上がったり軌道スラブの上を走行したりしてフランジがレールや軌道スラブを転動すると、非真円なフランジに特有な１次周波数が現れる。フランジ外周の１次周波数は踏面の１次周波数より小さく、踏面の１次周波数と異なるものとして判別可能なので、フランジ外周の回転１次の１次周波数における加速度またはその加速度に基づき処理した処理値に基づいて、脱線判定手段により鉄道車両が脱線したか判定される。よって、車輪のフランジがレールの上にせり上がったり軌道スラブの上を走行したりする脱線を検知できる効果がある。

請求項２記載の脱線検知装置によれば、周波数取得手段により取得された１次周波数における加速度またはその加速度に基づき処理した処理値が所定の閾値以上であるか周波数判断手段により判断される。判断の結果、加速度または処理値が所定の閾値以上である場合に、脱線判定手段により鉄道車両が脱線したと判定される。よって、請求項１の効果に加え、脱線の判定を容易にできる効果がある。

請求項３記載の脱線検知装置によれば、加速度取得手段により取得された加速度が、閾値より大きい所定値以上の加速度であるか加速度判断手段により判断される。加速度が、閾値より大きい所定値以上の加速度である場合は、車輪とレールとの間に作用する力の変化が大きいことを示しているので、脱線が生じる可能性が大きい。そのような場合に、閾値第１下降手段により閾値が下降されるので、請求項２の効果に加え、脱線を検知する感度を向上できる効果がある。

請求項４記載の脱線検知装置によれば、位置取得手段により鉄道車両のレール上の走行位置が取得され、走行速度取得手段により鉄道車両の走行速度が取得される。走行速度取得手段により取得された走行速度が、位置取得手段により取得された走行位置における許容速度範囲内か走行速度判断手段により判断される。判断の結果、走行速度が許容速度範囲内でない場合に閾値第２下降手段により閾値が下降されるので、請求項２又は３の効果に加え、脱線が生じ易くなるときの検知感度を向上できる効果がある。

請求項５記載の脱線検知装置によれば、閾値第１下降手段または閾値第２下降手段により閾値が下降された期間が期間取得手段により取得され、その期間取得手段により閾値が下降された期間が所定の期間を超えたか期間判断手段により判断される。判断の結果、閾値が下降された期間が所定の期間を超えた場合に、閾値復元手段により閾値が元の値に戻される。閾値第１下降手段または閾値第２下降手段により閾値が下降されることで脱線の検出感度は向上するが、その反面、脱線を誤検知する可能性は高まる。閾値復元手段により閾値を元の値に戻すことで、請求項４の効果に加え、誤検知を低減できる効果がある。

本発明の一実施の形態における鉄道車両の電気的構成を示すブロック図である。 レールを転動する車輪の模式図である。 閾値設定処理のフローチャートである。 脱線検知処理のフローチャートである。

以下、本発明の好ましい実施の形態について添付図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態における鉄道車両１の電気的構成を示すブロック図である。脱線検知装置２は、鉄道車両１に脱線が生じたことを検知するための装置である。図１に示すように、脱線検知装置２は、ＣＰＵ３、ＲＯＭ４及びＲＡＭ５を備え、それらがバスライン６を介して入出力ポート７に接続されている。また、入出力ポート７には、防護無線起動装置１９等の装置が接続されている。

ＣＰＵ３は、バスライン６により接続された各部を制御する演算装置であり、ＲＯＭ４は、ＣＰＵ３により実行される制御プログラム（例えば、図３及び図４に図示されるフローチャートのプログラム）や固定値データ等を記憶する書き換え不能な不揮発性のメモリであり、第１所定値４ａ及び第２所定値４ｂが記憶されている。

第１所定値４ａ及び第２所定値４ｂは、後述する脱線検知処理（図４参照）で用いられる閾値となる加速度（絶対値）であり、第１所定値４ａは第２所定値４ｂより大きい値に設定されている。なお、第１所定値４ａ及び第２所定値４ｂは、直交する３軸の加速度（上下方向加速度、左右方向加速度および前後方向加速度）毎に設定されている。

ＲＡＭ５は、制御プログラムの実行時に各種のデータを書き換え可能に記憶するためのメモリであり、計時フラグ５ａ及びリングバッファメモリ５ｂが設けられている。計時フラグ５ａは、計時装置１７（後述する）により時間を測定中であるか否かを示すフラグであり、後述する閾値設定処理（図３参照）においてオン又はオフに切り換えられる。ＣＰＵ３は、この計時フラグ５ａがオンである場合に、計時装置１７により時間が測定されていると判断する。

リングバッファメモリ５ｂは、加速度の履歴を記憶するリングバッファであり、後述する加速度センサ装置１１，１４による出力結果（３軸方向の加速度）が所定のレートでサンプリングされ、加速度がサンプリング時間に対応付けられて順次書き込まれる。このリングバッファメモリ５ｂへの書き込みは、リングバッファの先頭アドレスから順に行われ、その書き込みがリングバッファの最終アドレスへ至ると、再度リングバッファの先頭アドレスに戻って、その先頭アドレスから書き込みが継続される。ＣＰＵ３は、リングバッファメモリ５ｂから所定の周波数の加速度を読み出し、その加速度の絶対値をＲＯＭ４に記憶された閾値（第１所定値４ａ又は第２所定値４ｂ）と比較する。

加速度センサ装置１１，１４は、鉄道車両１の車体（図示せず）に入力された振動加速度を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ３に出力するための装置であり、直交する３軸の加速度（振動加速度）のうち前後方向の加速度を検出する前後方向加速度センサ１１ａ，１４ａと、左右方向の加速度を検出する左右方向加速度センサ１１ｂ，１４ｂと、上下方向の加速度を検出する上下方向加速度センサ１１ｃ，１４ｃと、それら加速度センサの検出結果を処理してＣＰＵ３に出力する出力回路（図示せず）とをそれぞれ備えている。

本実施の形態では、加速度センサ装置１１，１４は各車両の車体（前後２箇所に設置される台車の上方）に配置される。加速度センサ装置１１，１４は鉄道車両１に複数（例えば各車体に２個ずつ）配置されるが、便宜上、図１ではそのうちの２個を図示し、その他の加速度センサ装置の図示を省略する。

ＡＤ変換器１２，１５は、加速度センサ装置１１，１４から出力された加速度信号をＡＤ変換（サンプリング処理）するための装置である。デジタルフィルタ１３，１６は、特定周波数帯の信号抽出を行うための装置であり、ＡＤ変換器１２，１５により得られた加速度信号の離散値においてデジタルフィルタ１３，１６により特定周波数帯の信号抽出が行われる。

計時装置１７は、時間を測定すると共にその測定結果をＣＰＵ３に出力するための装置であり、それぞれ、時間を計時する計時器（図示せず）と、その計時器の検出結果を処理してＣＰＵ３に出力する出力回路（図示せず）とを主に備えている。

速度センサ装置１８は、鉄道車両１の走行速度を検出するための装置であり、走行速度を検出するための速度センサ（図示せず）と、その速度センサの検出結果を処理してＣＰＵ３に出力する出力回路（図示せず）とを備えている。本実施の形態では、速度センサは、鉄道車両１の車軸端に取り付けられた速度発電機により構成される。

防護無線起動装置１９は、防護無線２０を起動するための装置であり、防護無線２０は、アンテナ２１から電波を発信し、付近を走行する列車に停止信号を現示して列車を停止させ、二次事故を防止するための装置である。列車無線起動装置２２は、列車無線２３を起動するための装置であり、列車無線２３は、アンテナ２４から列車情報（位置データ、時刻および列車番号等）を含む信号を事故情報として中央指令所（図示せず）に発報するための装置である。防護無線２０及び列車無線２３は、いずれも脱線検知装置２が事故を検知したことを自動発報するための装置である。

位置検出装置２５は、鉄道車両１の走行位置を検出する装置であり、本実施の形態では、軌道側から発せられる信号を受信するアンテナ（トランスポンダ式）が用いられる。位置検出装置２５はトランスポンダ式アンテナに限定されるものではなく、他の位置検出装置を採用することは当然可能である。他の位置検出装置としては、自動列車制御装置（ＡＴＣ）の信号を用いて位置検出する信号受信機、ＧＰＳを利用して鉄道車両１の現在位置を取得するＧＰＳ受信機、鉄道車両１の車輪回転数を積算して基点からの走行距離を取得する距離計などが例示される。

図１に示す他の入出力装置３０としては、脱線が生じたことを視覚や聴覚を通じて運転士や乗務員に報知する出力装置、運転士や乗務員に操作されることによって列車無線起動装置２２を作動させる始動スイッチ（入力装置）等が挙げられる。

次に図２を参照して、脱線検知装置２による脱線検知の原理を説明する。図２はレールＲを転動する車輪２６の模式図である。図２に示すように、車輪２６はフランジ２７に案内されてレールＲ上を転動する。車輪２６の踏面２６ａ（レールＲと接する面）及びフランジ外周２７ａはその製造上、外形を真円にすることは極めて困難なので、それらの外形は非真円である。そのため、車輪２６がレールＲを転動すると、非真円な踏面２６ａに特有な振動加速度（前後方向加速度または上下方向加速度）が生じる。また、車輪２６のフランジ２７がレールＲの上にせり上がったり軌道スラブ（図示せず）の上を走行したりしてフランジ２７がレールＲや軌道スラブを転動しても、非真円なフランジ外周２７ａに特有な振動加速度（前後方向加速度または上下方向加速度）が生じる。

ここで、フランジ外周２７ａの直径ｄ２は、車輪２６の踏面２６ａ（レールＲと接する面）の直径ｄ１より大きいので、フランジ外周２７ａの回転１次（回転数１回転あたり１周期として現れる成分）の１次周波数は、踏面２６ａの回転１次の１次周波数より小さい。そのため、フランジ外周２７ａの１次周波数は、踏面２６ａの１次周波数と帯域が異なるので、踏面２６ａの１次周波数とは異なるものとして抽出できる。その結果、抽出したフランジ外周２７ａの回転１次の１次周波数における加速度が所定の閾値以上であるか判断し、加速度が所定の閾値以上である場合に、鉄道車両１が脱線したと判定することができる。よって、車輪２６のフランジ２７がレールＲの上にせり上がったり軌道スラブの上を走行したりする脱線を検知できる。

次に図３を参照して、脱線を検知するための閾値を設定する閾値設定処理について説明する。図３は閾値設定処理のフローチャートである。閾値設定処理は、脱線検知装置２の電源が投入されている間、ＣＰＵ３によって繰り返し実行される処理であり、ＲＯＭ４に記憶されている第１所定値４ａ又は第２所定値４ｂ（但し、第１所定値＞第２所定値＞０）のいずれかを閾値に設定する処理である。

図３に示すようにＣＰＵ３は、閾値設定処理に関し、まず、全ての加速度センサ装置１１，１４により検出される鉄道車両１の３軸方向（前後方向、左右方向および上下方向）の加速度（振動加速度）を全て取得する（Ｓ１）。次いで、ＣＰＵ３は、速度センサ装置１８により鉄道車両１の走行速度を取得し（Ｓ２）、位置検出装置２５により鉄道車両１の走行位置を取得する（Ｓ３）。次にＣＰＵ３は、加速度（加速度の絶対値）が、ＲＯＭ４に記憶された「所定の加速度」以上であるか否かを判断する（Ｓ４）。

なお、Ｓ４の処理において加速度と比較される「所定の加速度」は、第１所定値４ａ及び第２所定値４ｂより大きい値（絶対値）であり、３軸方向の加速度（前後方向加速度、左右方向加速度および上下方向加速度）についてそれぞれ設定されている。また、Ｓ４の処理においては、取得した３軸方向の加速度の絶対値と、予め設定された所定の加速度（絶対値）とを比較する。

Ｓ４の処理の結果、鉄道車両１の加速度が所定の加速度以上であると判断される場合には（Ｓ４：Ｙｅｓ）、車輪２６とレールＲとの間に作用する垂直方向の力（輪重）の減少や、車輪２６とレールＲとの間に作用する水平方向（車軸に沿う方向）の力（横圧）の増加が衝撃的に生じており、それらが原因で脱線が生じる可能性は高いと考えられる。

そこでＣＰＵ３は、脱線を検知するための閾値に、第１所定値４ａより小さい第２所定値４ｂを設定する（Ｓ１２）。脱線を検知するための閾値を下降させることにより、脱線を検知する感度を向上させることができる。次いでＣＰＵ３は、計時装置１７による計時を開始し（Ｓ１３）、計時フラグ５ａをオンして（Ｓ１４）、この閾値設定処理を終了する。

一方、Ｓ４の処理の結果、鉄道車両１の加速度が所定の加速度より小さいと判断される場合には（Ｓ４：Ｎｏ）、衝撃的な輪重の減少や横圧の増加は生じておらず、それらが原因の脱線が生じる可能性は低いと考えられる。そこでＣＰＵ３は、次に、鉄道車両１の走行速度が、鉄道車両１の現在の走行位置における上限速度以上であるか否かを判断する（Ｓ５）。

なお、本実施の形態では、上限速度は、鉄道車両１が走行する線路の曲線半径や分岐の曲率ごとに定められ、曲線半径や分岐の曲率と関連付けられてＲＯＭ４に記憶されている。線路の曲線半径や分岐の曲率は、位置検出装置２５により検出される走行位置から特定できるので、ＣＰＵ３は、走行位置から線路の曲線半径や分岐の曲率を特定し、現在の鉄道車両１の走行速度と、線路の曲線半径や分岐の曲率から定められる上限速度とを比較する。

Ｓ５の処理の結果、鉄道車両１の走行速度が、その走行位置の上限速度以上であると判断される場合には（Ｓ５：Ｙｅｓ）、速度超過が原因となる脱線が生じる可能性が高いと考えられる。その場合にも、ＣＰＵ３は脱線を検知するための閾値を下降させ（Ｓ１２）、計時装置１７による計時を開始し（Ｓ１３）、計時フラグ５ａをオンして（Ｓ１４）、この閾値設定処理を終了する。

一方、Ｓ５の処理の結果、鉄道車両１の走行速度が、その走行位置の上限速度より小さいと判断される場合には（Ｓ５：Ｎｏ）、速度超過が原因となる脱線が生じる可能性は低いと考えられる。そこでＣＰＵ３は、次に、鉄道車両１の走行速度が、鉄道車両１の現在の走行位置における下限速度以下であるか否かを判断する（Ｓ６）。

なお、本実施の形態では、下限速度は、鉄道車両１が走行する線路の曲線半径ごとに定められ、曲線半径と関連付けられてＲＯＭ４に記憶されている。線路の曲線半径は、位置検出装置２５により検出される走行位置から特定できるので、ＣＰＵ３は、走行位置から線路の曲線半径を特定し、現在の鉄道車両１の走行速度と、線路の曲線半径から定められる下限速度とを比較する。

Ｓ６の処理の結果、鉄道車両１の走行速度が、その走行位置の下限速度以下であると判断される場合には（Ｓ６：Ｙｅｓ）、輪重抜けによる脱線（乗り上がり脱線）が生じる可能性が高いと考えられる。その場合に、ＣＰＵ３は脱線を検知するための閾値を下降させ（Ｓ１２）、計時装置１７による計時を開始し（Ｓ１３）、計時フラグ５ａをオンして（Ｓ１４）、この閾値設定処理を終了する。

一方、Ｓ６の処理の結果、鉄道車両１の走行速度が、その走行位置の下限速度より大きいと判断される場合には（Ｓ６：Ｎｏ）、輪重抜けによる脱線が生じる可能性は低いと考えられるので、次にＣＰＵ３は、計時フラグ５ａがオンであるか否かを判断し（Ｓ７）、計時フラグ５ａがオンであると判断される場合には（Ｓ７：Ｙｅｓ）、計時装置１７により計時が開始されてから（第２所定値４ｂが閾値に設定されてから）の経過時間が所定時間（本実施の形態では１０秒間）内であるか否かを判断する（Ｓ８）。その結果、経過時間が所定時間内であると判断される場合には（Ｓ８：Ｙｅｓ）、計時装置１７による計時を継続するために、この閾値設定処理を終了する。

一方、Ｓ８の処理の結果、計時装置１７による計時が開始されてからの経過時間が所定時間（１０秒間）を超えていると判断される場合には（Ｓ８：Ｎｏ）、ＣＰＵ３は、閾値を元の値に戻すために第１所定値４ａを閾値に設定し（Ｓ９）、計時装置１７による計時を終了し（Ｓ１０）、計時フラグ５ａをオフして（Ｓ１１）、この閾値設定処理を終了する。

これに対し、Ｓ７の処理の結果、計時フラグ５ａがオフであると判断される場合には（Ｓ７：Ｎｏ）、計時装置１７による計時が行われていない（元の閾値の第１所定値４ａが設定されている）ので、ＣＰＵ３はこの閾値設定処理を終了する。

次に図４を参照して、脱線を検知するための脱線検知処理について説明する。図４は脱線検知処理のフローチャートである。脱線検知処理は、脱線検知装置２の電源が投入されている間、ＣＰＵ３によって繰り返し実行される処理であり、鉄道車両１に脱線が生じているか否かを判定するための処理である。

図４に示すようにＣＰＵ３は、脱線検知処理に関し、まず、全ての加速度センサ装置１１，１４により検出される鉄道車両１の３軸方向（前後方向、左右方向および上下方向）の加速度（振動加速度）を全て取得する（Ｓ２１）。次いで、ＣＰＵ３は、速度センサ装置１８により鉄道車両１の走行速度を取得し（Ｓ２２）、鉄道車両１の走行速度を、フランジ２７の外周長（フランジ外周２７ａの直径に円周率を乗じた長さ）で除算した商（フランジ２７の回転数）を算出する（Ｓ２３）。

次いでＣＰＵ３は、この商（回転数）の１回転を１周期とする回転１次の１次周波数における加速度（振動加速度）を抽出（サンプリング）し、その絶対値を算出する（Ｓ２４）。なお、加速度の抽出は、ＡＤ変換器１２，１５及びデジタルフィルタ１３，１６によって行われる。具体的には、ＡＤ変換器１２，１５により得られた加速度信号の離散値においてデジタルフィルタ１３，１６により１次周波数の信号抽出が行われる。その後、抽出された加速度の絶対値が算出される。

次にＣＰＵ３は、１次周波数における加速度（絶対値）が閾値以上であるか否かを判断する（Ｓ２５）。その結果、加速度が閾値（第１所定値４ａ又は第２所定値４ｂ）以上であると判断される場合に（Ｓ２５：Ｙｅｓ）、脱線が生じていると判定し、防護無線起動装置１９及び列車無線起動装置２２を作動させて防護無線２０及び列車無線２３を起動する（Ｓ２６）。防護無線２０により付近を走行する列車に停止信号を現示できるので、列車を停止させ二次事故を防止できる。また、列車無線２３によって事故に係る列車情報を中央指令所（図示せず）に自動発報することにより、中央指令所は、事故を発生した列車、位置等を知ることができ、適切に処理できる。

一方、Ｓ２５の処理の結果、加速度が閾値（第１所定値４ａ又は第２所定値４ｂ）未満であると判断される場合には（Ｓ２５：Ｎｏ）、脱線が生じていないと判定し、この脱線検知処理を終了する。

以上説明したように閾値設定処理においては、脱線が生じる可能性が高い場合に（本実施の形態では、鉄道車両１の加速度が所定の加速度以上である場合や（Ｓ４：Ｙｅｓ）、鉄道車両１の走行速度が特定の走行位置における上限速度以上や下限速度以下である場合に（Ｓ５，Ｓ６：Ｙｅｓ））、脱線を検知するための閾値を下降させる（Ｓ１２）。よって、脱線検知処理において脱線を検知する感度を向上できる。

なお、Ｓ５及びＳ６の処理では、鉄道車両１の走行位置に応じた上限速度または下限速度と、鉄道車両１の走行速度とを比較するので、鉄道車両１の走行位置および走行速度によって脱線の可能性が変動することに対応できる。その結果、鉄道車両１の走行位置に応じて、脱線が生じ易いところでは検出感度を向上させることができる。

また、Ｓ４の処理では、鉄道車両１の走行位置とは無関係に、鉄道車両１の３軸方向の加速度が所定の加速度以上である場合に閾値を下降させるので、鉄道車両１の走行位置を検出する手段を省略できる。さらに、加速度が、閾値より大きい所定値以上の加速度である場合は、車輪２６とレールＲとの間に作用する力の変化が大きいことを示しているので、脱線が生じる可能性が大きい。そのような場合に閾値が下降されるので、脱線を検知する感度を向上できる。

また、閾値を下降させると脱線の検出感度は向上するが、その反面、脱線を誤検知する可能性は高まる。それを防ぐため、所定時間（本実施の形態では１０秒間）が経過すると閾値を元の値に復元するので、誤検知を低減できる。

なお、図４に示すフローチャート（脱線検知処理）において、請求項１記載の加速度取得手段としてはＳ２１の処理が、回転数情報取得手段としてはＳ２２の処理が、周波数取得手段としてはＳ２３の処理が、脱線判定手段としてはＳ２４からＳ２６の処理がそれぞれ該当する。請求項２記載の周波数判断手段としてはＳ２５の処理が該当する。

図３に示すフローチャート（閾値設定処理）において、請求項３記載の加速度判断手段としてはＳ４の処理が、閾値第１下降手段としてはＳ１２の処理がそれぞれ該当する。請求項４記載の位置取得手段としてはＳ３の処理が、走行速度取得手段としてはＳ２の処理が、走行速度判断手段としてはＳ５，Ｓ６の処理が、閾値第２下降手段としてはＳ１２の処理がそれぞれ該当する。請求項５記載の期間取得手段としてはＳ１３の処理が、期間判断手段としてはＳ８の処理が、閾値復元手段としてはＳ９の処理がそれぞれ該当する。

以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。

上記実施の形態では、加速度センサ装置１１，１４が各車両の車体（前後２箇所に設置される台車の上方）に配置される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、台車に配置したり台車および車体に配置したりすることは当然可能である。また、加速度センサ装置１１，１４を台車の上方ではなく、車体の任意の位置に配置することは当然可能である。

上記実施の形態では、鉄道車両１の走行速度をフランジ２７の外周長で除算して回転１次の１次周波数を算出する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。これに代えて、例えば、車輪２６を支持する車軸（図示せず）の回転数を取得して、その車軸の回転数から回転１次の１次周波数を算出することは当然可能である。

上記実施の形態では、加速度センサ装置１１，１４の加速度信号をＡＤ変換（サンプリング処理）した後、デジタルフィルタ１３，１６によって特定周波数帯の信号抽出を行うものについて説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、加速度センサ装置１１，１４の加速度信号からバンドパスフィルタによって特定周波数帯の信号を抽出した後、ＡＤ変換を行うことは当然可能である。

上記実施の形態では、閾値設定処理（図３参照）において、Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６の処理を全て実行する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６の処理のうち１以上を省略することは当然可能である。

また、上記実施の形態では、閾値設定処理（図３参照）のＳ４の処理において、３軸方向の加速度それぞれの絶対値と、所定の加速度（絶対値）とを比較する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではない。例えば、３軸方向の加速度のうち左右方向加速度（絶対値）と、左右方向の所定の加速度（絶対値）とを比較することは当然可能である。左右方向加速度の絶対値が大きくなると、輪重の減少や横圧の増加が生じて脱線が生じる可能性が高まるからである。

上記実施の形態では、フランジ外周の回転１次の１次周波数における加速度を取得し、その加速度が閾値以上であるかを判定する脱線検知装置において、閾値設定処理（図３参照）により、第１所定値４ａ又は第２所定値４ｂのいずれかを閾値に設定する場合について説明した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、鉄道車両１の走行速度をバラスト軌道の枕木間隔で除算して求められる商にほぼ等しい周波数における加速度を取得し、その加速度が閾値以上であるかを判定する脱線検知装置に、閾値設定処理（図３参照）を適用することは当然可能である。図３に示す閾値設定処理によって閾値を変更すれば、脱線を検知する感度を可変にできるので、誤検知を抑制しつつ脱線の検知感度を向上できるからである。

上記実施の形態では、フランジ外周の回転１次の１次周波数における加速度を取得し、その加速度が閾値以上であるかを判定する場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、１次周波数における加速度またはその加速度を処理した処理値に基づき、他の手段によって脱線を検知することは当然可能である。他の手段としては、例えば、１次周波数における加速度信号を所定時間ごとに繰り返して積分し、所定時間ごとに車両振動に応じた積分値を取得した後、その積分値と、所定時間前の積分値との差（加速度に基づき処理した処理値）を比較して、その差が所定値を超えた場合に脱線したと判定するものが挙げられる。

また、他の手段として、前後方向加速度センサ１１ａ，１４ａ、左右方向加速度センサ１１ｂ，１４ｂ、上下方向加速度センサ１１ｃ，１４ｃで検出された振動加速度を一定の走行距離（走行速度×時間）毎にサンプリングし、サンプリングした加速度データから、フランジ外周長の逆数を通過域とするバンドパスフィルタで空間周波数領域を抽出するものが挙げられる。この場合、抽出した空間周波数領域における加速度を取得し、その加速度が閾値以上であるかを判定することにより、異常振動（脱線）と判定することができる。

上記実施の形態では、脱線検知装置２により防護無線起動装置１９及び列車無線起動装置２２が作動され、防護無線２０及び列車無線２３が起動される場合について説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、列車無線起動装置２２を作動させる処理を省略することは当然可能である。防護無線２０を起動させて付近を走行する列車に停止信号を現示できれば、列車を停止させて二次事故を防止できるからである。なお、脱線が生じたことを出力装置（図示せず）によって運転士や乗務員に報知し、運転士や乗務員が手動で始動スイッチ（図示せず）を操作することによって列車無線起動装置２２を作動させたり、緊急停止措置を行ったりすることは当然可能である。

１ 鉄道車両
２ 脱線検知装置
１１ａ，１４ａ 前後方向加速度センサ（加速度計）
１１ｂ，１４ｂ 左右方向加速度センサ（加速度計）
１１ｃ，１４ｃ 上下方向加速度センサ（加速度計）
２６ 車輪
２７ フランジ
２７ａ フランジ外周
Ｒ レール

Claims (5)

1. 車体や台車の振動加速度を検出する加速度計が配置される鉄道車両に搭載され、フランジを有する車輪を転動させてレール上を走行する前記鉄道車両に搭載される脱線検知装置において、
   前記加速度計により検出される加速度を取得する加速度取得手段と、
   前記フランジの回転数に関する情報を取得する回転数情報取得手段と、
   その回転数情報取得手段により取得される情報からフランジ外周の回転１次の１次周波数を取得する周波数取得手段と、
   その周波数取得手段により取得された１次周波数における前記加速度または前記加速度に基づき処理した処理値に基づいて前記鉄道車両が脱線したかを判定する脱線判定手段とを備えていることを特徴とする脱線検知装置。
2. 前記周波数取得手段により取得された１次周波数における前記加速度または前記処理値が所定の閾値以上であるかを判断する周波数判断手段を備え、
   前記脱線判定手段は、前記周波数判断手段により前記加速度または前記処理値が所定の閾値以上であると判断される場合に前記鉄道車両が脱線したと判定することを特徴とする請求項１記載の脱線検知装置。
3. 前記加速度取得手段により取得された前記加速度が、前記閾値より大きい所定値以上の加速度であるかを判断する加速度判断手段と、
   その加速度判断手段により前記加速度が前記所定値以上の加速度であると判断される場合に前記閾値を下降させる閾値第１下降手段とを備えていることを特徴とする請求項２記載の脱線検知装置。
4. 前記鉄道車両のレール上の走行位置を取得する位置取得手段と、
   前記鉄道車両の走行速度を取得する走行速度取得手段と、
   その走行速度取得手段により取得される走行速度が、前記位置取得手段により取得される走行位置における許容速度範囲内かを判断する走行速度判断手段と、
   その走行速度判断手段により走行速度が許容速度範囲内でないと判断される場合に前記閾値を下降させる閾値第２下降手段とを備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の脱線検知装置。
5. 前記閾値第１下降手段または前記閾値第２下降手段により閾値が下降された期間を取得する期間取得手段と、
   その期間取得手段により閾値が下降された期間が所定の期間を超えたかを判断する期間判断手段と、
   その期間判断手段により閾値が下降された期間が所定の期間を超えたと判断される場合に前記閾値を元の値に戻す閾値復元手段とを備えていることを特徴とする請求項４記載の脱線検知装置。

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