JPH0464012A - 車軸回転による位置誤差の補正方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は車軸の回転から得られる移動体の位置検知にお
いて、車輪の滑りによって生じる位置検知誤差を補正す
る方法に関するものである。

［従来の技術］ 車軸の回転を利用した位置検知には、鉄道車両の一部に
おいて、曲線の乗り心地改善のため車両の傾きを制御す
る位置を知るのものや、自動車のナビゲーションシステ
ムなど開発途上のものがあるが、これらはそれほど厳し
い精度を要求されるものではなく特に自動車ではこれは
微少なものとして無視されていた。従って車輪の滑りに
よる位置検知誤差に対して特別な補正は行われていなか
った。鉄道においては別の観点から滑走、空転を減少さ
せる研究は行われてはいるが未だに十分な効果を上げて
いない。

［発明が解決しようとする課題］ 近来の新しい列車運転制御方式の中には保証された走行
区間を従来の固定された閉塞区間によらず、車両位置を
車両自身に検出させ無線により地上で受けて後続車両に
可変の距離情報として与えるものや、同様の方法で列車
群の制御を行うものなどが考えられている。この場合の
各車両の位置検知には人工衛星によるものやマイクロ波
レーダーを応用するもの、交差誘導線を使用するものな
ど各種の方法が考えられているが、トンネルや積雪など
の環境条件や設備費などを考慮すると車軸の回転を計数
する方式が最も宵力である。しかしながらこの方式にも
車輪の滑走、空転により位置誤差を生じるという弱点が
ある。列車運転の安全確保には信頼性の高い列車位置検
知が不可欠であるが、現実に車輪の滑走、空転は相当数
発生している。このため他のあらゆる条件において最も
有利である車軸回転による位置検知の実現に際し滑走、
空転時の位置誤差をできるだけ低減させることが強く望
まれている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前記の新しい列車運転制御方式に用いる列車の
位置検知に、最も簡明かつ安価でいかなる環境の基でも
動作する車軸の回転を利用する方法において、その滑走
、空転時の位置検知精度を上げ信顧性を高めるために成
されたものである。

滑走、空転を検知し補正をする場合にまず考えられるの
が多重系とすることである。これでかなりの効果を上げ
られることは分かっているが経済的負担が増す。また多
糸で同時に滑走、空転を発生する場合も観測されており
この場合の補正も必要となる。先ず本発明のうち単一系
、または多重系で同時に発生した場合のように他に列車
の速度や加速度を知る術がない場合について述べる。滑
走、空転は列車の加速中または減速中に発生する。列車
は巨大な質量を持ち加速度もある範囲を超えることはな
いが車輪はこれに比べて非常に軽い。従って滑走や空転
が発生した直後またはこれが復旧した直前は車軸の回転
加速度が通常時に比べて極端に上昇または下降する。滑
走、空転の発生中は、車輪は列車とある速度差をもって
滑りながら平衡状態になる場合がある。このような加速
度の特徴をうまく利用すれば滑りによる位置誤差を太き
（低減できる。すなわち通常起こり得ない加速度を検出
したときこれを通常の範囲内の値に修正することを行う
。最も簡明な修正値としては異常値を検出する直前の値
を、直前の値が零に近いときに限り加速時は取り得る最
大値、減速時はその最小値を用いる。ここでの加速度の
修正は、修正値より大きい加速度または減速度（負の加
速度をこのように表現することもある以下同じ）を切り
捨てることを意味する。以上だけでかなりの補正効果を
上げることができるが、本発明では１回の滑走または空
転では加速度の凹凸が対として現われるため対として処
理する。このとき発生時に切り捨てた加速度または減速
度の時間積分値と、復旧時に切り捨てた加速度または減
速度の時間積分値が等しくなるように配慮する。これを
怠ると加速度を積分したものが速度であることから修正
操作により速度のオフセットが生じることになる。加速
度が求められればこれを積分して速度が得られ、さらに
もう１度積分して移動距離が求められ、滑走、空転の位
置補正が可能となる。次に本発明のうち車軸の回転以外
の外部情報から列車の加速度を推定する場合について述
べる。列車の加速度は推力から走行抵抗を減じたものを
列車質量で除して得られる。走行抵抗は列車質量と速度
で決まることから加速度は推力、速度、列車質量の関数
で表わされる。推力はこれを操作するノツチ位置と速度
で決まるため結果として加速度は予めノツチ位置、速度
、列車質量の３次元のテーブルでセツティングすること
ができ、原理的にはこの３者から求めることができる。

この場合ノツチ位置と速度は情報として得ることができ
るが列車質量は直接情報として得られない。しかも停車
する度に乗車率が変わり列車質量は常に変動する。そこ
で列車が発車する都度、滑走、空転のないときに７．ソ
チ位置、速度、加速度からテーブルを逆サーチして列車
質量を求めておき、次いでこれが発生したとき前もって
求めた列車質量とノツチ位置および速度から加速度を求
める。減速時も同様の方法によるがノツチ位置の代わり
にブレーキ７１ンドル位置を取り入れる。加速度から位
置誤差を補正する方法は前記による。

［作用］ 本発明を実施する対象列車は車上で位置を検出するだけ
でなく、無線で送れられてきた前方の列車や支障物の位
置までに安全に停車できるかどうかを常にチエツクし、
散在する速度制限を超えない速度で走行するためマイク
ロコンビ二一夕等を搭載しかなり高度な機能を有すると
考えられる。

したがって滑走または空転における１対の加速度処理に
速度オフセットを生じないように加速度を修正し、或は
テーブルサーチにより加速度を推定しその加速度から速
度、移動距離を求めることは容易なことである。滑走、
空転の検出は列車の加速度の限界３．５　ｋｍ／（ｈ−
ｓ）、減速度の限界４．０　ｋｍ／（ｈ−ｓ）を目安と
すればほとんどの場合可能であることが分かっている。

［実施例コ 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。第１
図は空転時における補正しないときの加速度と速度を表
わしたもので、第２図は第１図で表わされた空転による
位置誤差を本発明のうちの加速度を修正して行う位置補
正法により補正したものである。第１図および第２図に
おいて縦軸ｌは速度と加速度を表わし速度は１目盛りｌ
　Ｏｋｍ／ｈで横軸上は速度零点２を、また加速度は１
目盛り１ｋｍ／（ｈ−ｓ）で縦軸中央点が加速度零点３
を表わす。

それぞれの図の横軸４は時間を表わし１目盛りが１０秒
である。加速度５は１秒毎の平均を矩形グラフで示し、
列車速度６と車輪の回転速度（周速度をいう以下同じ）
７は１秒間の平均速度を折線グラフで示している。列車
速［ｆ６と車輪の回転速度７は滑走空転のないときは一
致している。第１図は空転時の未補正のときのもので加
速度５が凹凸の大きいピーク値をもっている。このとき
の位置誤差８は列車速度６と車輪の回転速度７で囲まれ
た面積で表わされる。ここで加速度修正による位置補正
の方法を説明する。第１図において、これは加速時であ
るから先ず加速度が最大値（速度に応じて定める）を超
えているかどうかを判断する。ここでは速度が５０　ｋ
ａ／ｈまでは加速度の最大値を３．　５　ｋｍ／（ｈ−
ｓ）としているので、この値を超えている同図の第１の
補正対象９を識別し、推定加速度１３を上限としてこれ
を超えるハノチング部分の加速度を切り捨てる。但しこ
こで推定加速度１３は過去３秒間の加速度の平均値とし
ている。

次にこの推定加速度１３から１．　５　ｋｍ／（ｈ−ｓ
）を減じた値を下回る加速度を第２の補正対象１０とし
て識別し、第１の補正で切り捨てた値を加える。

つまり第１の補正で切り捨てた面積と同じたけ第２の一
補正対象で下に凸となっているハツチング部分を切り捨
てる。この操作は１秒毎に行っている。

同様にして２番目の第１の補正対象１１を識別し２番目
の推定加速度１４を上限としてこれを超える加速度を切
り捨てる。さらに同様に２番目の第２の補正対象１２に
２番目の第１の補正対象１１で切り捨てた加速度の面積
を加算する。このとき加算した値が３番目の推定加速度
１５より大きくなる場合はその推定加速度を限度とする
。従ってこの場合１秒経過する毎に、面積が等しくなる
まで加速度は推定加速度１５で置き換えられることにな
る。以上のようにして加速度を修正したものが第２図に
おける加速度５であり、この加速度を積分して求めた車
輪の回転速度が同図における修正された車輪回転速度１
６である。車輪回転速度を積分して列車位置を計算する
が任意時間の移動距離はこれを挟む任意の２点の時刻を
示す直線と速度を表わす曲線と速度零を表わす直線とで
囲まれた面積になり、位置誤差は空転したときの速度と
実際の速度（列車速度）とで囲まれた面積になる。従っ
てこの例では第１図の位置誤差８がこれに相当し２２ｍ
となっているが、第２図の補正された位置誤差１７では
これが１ｍ程度に補正されている。なお第１図の第１の
補正対象９の異常加速度の検出には空転時は速度に応じ
た検出レベルを設けており、５０　ｋｍ／ｈ以下では３
．　５　ｋｍ／（ｈ−ｓ）、７０　ｋｍ／ｈまで２．　
５　ｋｍ／（ｈ−ｓ）、９０　ｋｍ／ｈまで２゜０　ｋ
ｍ／（ｈ−ｓ）、これを超えると１．　５　ｋｍ／（ｈ
−ｓ）とし、滑走時は速度に関係なく　−３，５１ｖ／
（ｈ−ｓ）としている。滑走時には第１の補正対象と第
２の補正対象の加速度の凸となる方向が空転時とは逆向
きになるだけで適用の方法は同じである。第３図は本発
明を実施可能とする装置の構成図でもありまた本発明の
うち、外部入力により車輪の回転力およびブレー牛刀を
求めて加速度または減速度を推定し、車輪滑りによる位
置誤差を補正する方法を説明する図でもある。第３図の
例では外部入力としてノツチ１８の位置とブレーキハン
ドル１９の位置を位置検知装置２０で検出している。同
装置は車軸からの回転パルスを計数して列車位置を検知
し、滑走、空転が発生したときはこの位置を、補正して
列車制御装置２１に伝える。列車制御装置２１はこの位
置と地上から無線で知らされた前方列車位置または停車
位置を基に、走行可能な列車速度を表示器２２に表示し
、この速度を超えたときには自動的にブレーキをかける
。また位置検知装置２０は地上マーカ２３とマーカ受信
器２４とにより絶対位置を補正する。ところで列車の加
速度は式（１）で表わされる。

Ａ−（Ｆ−Ｒ）７Ｍ　　　−一−〜−−−−−−−−（
１）但しＡは加速度、Ｆは推力、Ｒは走行抵抗、Ｍは列
車の質量である。推力はノツチ位置と速度、走行抵抗は
速度と列車質量で表わされるので、加速度はノツチ位置
、速度、列車質量の関数となり、式（２）で表わされる
。

Ａ＝ｔ　（Ｎ、　　Ｖ、　　Ｍ）　　−−−−−−−−
−−−−（２）但しＮはノツチ位置、■は速度を、また
ｆは関数であることを表わす。つまり加速度はノツチ位
置、速度、列車質量の３個の量から予め作成した３次元
テーブルを検索することにより求められる。第４図はこ
れらのテーブルの概念を示す図である。

各ノツチ位置毎に速度および列車質量をパラメータとし
た２次元テーブルを設は対応する升目の中にそのときの
加速度を記録しておく。第４図において列車が走行を開
始したとき速度Ｖ１と加速度Ａ１を検出しノツチ位置に
対応するテーブル２５をその速度■１と加速度Ａ１から
逆サーチして列車質量Ｍ１を求めておく。次にテーブル
２６に対応したノツチで走行しているとき速度ｖ２で空
転が発生したとすると、このとき列車はテーブル２６に
おいて速度■２と列車質量Ｍ１によって定まる加速［ｉ
Ａ２で走行していることが分かる。加速度が分かれば速
度とその間の走行距離が求められる。これらの２次元テ
ーブルにおける列車質量は識別できる記号を用いること
でも十分である。また全体の３次元テーブルは試験期間
を設は実際に列車を走行させて加速度データを学習させ
ることで作成できる。すなわち、先ず使用７ノチに対応
した２次元テーブルを選定し、極めて低速度でのある速
度段を定め、この速度段を１次パラメータとして列車質
量を表わす方向に定間隔毎の加速度データを配置する。

列車が走行を開始して速度が定めた速度段に等しくなっ
たときの列車の加速度に最も近い値が記入されていると
ころの２次パラメータがそのときの列車質量を表わすこ
とになる。

その後はその列車質ｊｌ（を表わす記号でもよい）を２
次パラメータとして固定し、速度増加に従って速度に対
応した加速度を速度方向にテーブルに記入してゆけばよ
い。減速時も同様の考え方が適用できが、このときは（
１）式においてＦが負となり、式（２）のＡも負となっ
て減速度を表わす。この場合式（２）のＮはブレーキハ
ンドル１９の位置を表わす。

なお外部入力としては本実施例の他、車軸の回転力また
はブレーキ力を直接測定したもの、モーター電流、モー
ター電圧、アクセル位置、ノ＼ンドル位置あるいは回生
電流、発１！電流、プレーキンコー押し付は力、ブレー
キ管油圧、ブレーキ管空気圧、ブレーキ弁位置などがあ
る。位置誤差の補正方法には本発明による他、検出され
た位置を単に一定比率で増減するもの、予め定めた加減
速度で走行したとするもの、列車位置をその前部と後部
に分けて考え、空転時の後部を惰行または最小加速度で
、滑走時の前部を惰行または最小減速度で走行したとす
るもの、走行速度において空転時は極小値、滑走時は極
大値検出したときその点から遡って定められた加速度で
走行していたとするもの、滑走、空転が復旧してから、
発生点と復旧点間を等加速度走行したとするものまたは
その間を定時間毎に区切って区切った区間での加速度の
平均値でそれぞれの区間を走行したとするもの、或は発
生点と復旧点間を一定勾配を持つ加速度で走行したとす
るもの、また複数の車軸の回転速度を比較し、加速時は
最も速度の低いもの、減速時は最も速度の高いものを列
車速度として列車位置を補正する方法、およびこれらを
組み合わせるものなどが考えられる。

［発明の効果コ 列車運転の安全の要となる列車相互間、あるいは列車と
その前方危険区域間の距離はその最小値が保証されてい
なければならないので、先行する列車の後部位置は安全
を保証するため起こり得る最も後ろの位置をまた続行す
る列車の前部位置は起こり得る最も前の位置を認識する
必要がある。

このため車上で列車位置を検知する新しい運転制御／ス
テムでは滑走、空転の発生時のように正確な列車位置が
不明になると制御上列車長が伸びていく現象が発生する
。これは列車の運転効率を阻害するだけでなく、駅構内
で停車するとき線路の有効長を超え列車運転そのものが
成り立たなくなる場合が生じてくる。そこで列車位置を
できるだけ正確に検出することが要求される。滑走、空
転による数十ｍ程度の位置誤差は現実にかなり発生して
いる。車軸の回転検出を２重系とし本発明を適用すれば
位置検知誤差を５ｍ以下に抑えることが可能と考えてお
り、簡易で環境の影響を受けにくい、低置な車軸回転に
よる位置検知を応用した列車制御システムの実現が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は空転時における本発明を適用しない場合の図、
第２図は空転時における本発明のうち加速度修正による
位置補正を適用した場合の図、箪３図は本発明のうち外
部入力を用いて加速度を修正する場合の構成図、第４図
は本発明のうち外部入力を用いて加速度を修正する場合
のテーブルの概念を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　車輪を備えた移動体における車軸またはこれに連動
   する回転体の回転数または回転角度を積算してその移動
   体の移動距離または位置を求める方式の移動体の加速時
   において、車軸またはこれに連動する回転体の回転加速
   度に異常検出のための固定または可変の上限と下限を設
   け、その上限を超えるその回転加速度をその上限または
   別の基準で設ける上限に第１の修正を行い、車軸または
   これに連動する回転体の回転加速度が前記異常検出のた
   めの下限に達しないとき第２の修正を加えるものとしこ
   のとき第１の修正を行った修正部分の加速度の時間積分
   値が第２の修正における修正部分の加速度の時間積分値
   と等しくなるように第２の修正を行い、これらの修正に
   より得られる回転加速度の時間積分値で表わされる回転
   速度で車軸またはこれに連動する回転体が回転したもの
   として得られる移動体位置により、車輪の滑りにより生
   じる位置誤差を補正することを特徴とする車軸回転によ
   る位置誤差の補正方法 ２　車輪を備えた移動体における車軸またはこれに連動
   する回転体の回転数または回転角度を積算してその移動
   体の移動距離または位置を求める方式の移動体の減速時
   において、車軸またはこれに連動する回転体の回転加速
   度に異常検出のための固定または可変の下限と上限を設
   け、その下限に達しないその回転加速度をその下限また
   は別の基準で設ける下限に第１の修正を行い、車軸また
   はこれに連動する回転体の回転加速度が前記異常検出の
   ための上限に達しないとき第２の修正を加えるものとし
   このとき第１の修正を行った修正部分の加速度の時間積
   分値が第２の修正における修正部分の加速度の時間積分
   値と等しくなるように第２の修正を行い、これらの修正
   により得られる回転加速度の時間積分値で表わされる回
   転速度で車軸またはこれに連動する回転体が回転したも
   のとして得られる移動体位置により、車輪の滑りにより
   生じる位置誤差を補正することを特徴とする車軸回転に
   よる位置誤差の補正方法 ３　車輪を備えた移動体における車軸またはこれに連動
   する回転体の回転数または回転角度を積算してその移動
   体の移動距離または位置を求める方式において、車軸の
   回転力または回転力に関連して変化する情報あるいは車
   軸のブレーキ力またはブレーキ力に関連して変化する情
   報と移動体の速度と移動体の加速度との関係を基に他の
   加速度決定要素量を求めておき、車輪に滑りが生じたと
   きその直前の速度と、車輪の回転力または回転力に関連
   して変化する情報あるいは車輪のブレーキ力またはブレ
   ーキ力に関連して変化する情報と、前記他の加速度決定
   要素量とから移動体の加速度を推定しその加速度で移動
   するものとして得られる移動体位置により位置誤差を補
   正することを特徴とする車軸回転による位置検差の補正
   方法