WO2019186803A1 - 速度演算装置、車上制御装置、速度演算方法および速度照査方法 - Google Patents

速度演算装置、車上制御装置、速度演算方法および速度照査方法 Download PDF

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WO2019186803A1
WO2019186803A1 PCT/JP2018/012896 JP2018012896W WO2019186803A1 WO 2019186803 A1 WO2019186803 A1 WO 2019186803A1 JP 2018012896 W JP2018012896 W JP 2018012896W WO 2019186803 A1 WO2019186803 A1 WO 2019186803A1
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WO
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speed
moving
gear
pulse width
moving speed
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Application number
PCT/JP2018/012896
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English (en)
French (fr)
Inventor
徳丸　真
高木　雅通
良徳 中尾
拓也 堀川
Original Assignee
三菱電機株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
    • G01P3/489—Digital circuits therefor

Definitions

  • the present invention relates to a speed calculation device, an on-board control device, a speed calculation method, and a speed check method that calculate the moving speed of a moving body.
  • Patent Document 1 discloses that a moving speed of a train that is a moving body is calculated using a pulse signal output from a speed generator.
  • a train calculates the number of rotations of a wheel by measuring the number of pulses generated according to the unevenness of a gear rotating in conjunction with the wheel, and determines the number of rotations of the wheel, the diameter of the wheel, and the measurement.
  • the moving speed can be calculated from the period information.
  • the resolution of the moving speed calculated by the moving body is determined by the number of gear irregularities, that is, the number of teeth.
  • the gear is attached to the shaft of a rotating body such as a moving vehicle axle or a motor shaft, the diameter of the gear is limited.
  • the number of teeth that can be processed for a gear with a limited diameter because of the processing accuracy of the machine that manufactures the gear and the resolution of the sensor that measures the number of pulses. Therefore, in the conventional method of measuring the number of pulses generated according to the unevenness of the gear with a sensor, there is a problem that it is difficult to improve the resolution in calculating the moving speed.
  • the present invention has been made in view of the above, and an object thereof is to obtain a speed calculation device capable of improving the resolution in calculating the moving speed of a moving body.
  • the speed calculation device of the present invention provides a first pulse signal corresponding to the unevenness of the gear rotating in conjunction with the wheels of the moving body while the moving body is traveling. And a waveform shaping unit for converting into a second pulse signal that can be expressed by a binary value of a first value corresponding to the convex of the gear and a second value corresponding to the concave of the gear.
  • the speed calculation device has a first period length based on the number of clock signals detected in the first period, which is a period in which the first value continues, in the second pulse signal.
  • a pulse width detector that calculates the moving speed of the moving body based on the first pulse width.
  • the frequency of the clock signal is a frequency at which a plurality of clock signals can be included in the first period.
  • the speed calculation device has an effect that the resolution in the calculation of the moving speed of the moving body can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a speed calculation device according to a first embodiment.
  • the figure which shows the image of the state in which the detection part detects a 1st pulse width in the speed calculating apparatus concerning Embodiment 1.
  • FIG. The flowchart which shows the process which calculates a moving speed in the train concerning Embodiment 1.
  • FIG. The figure which shows the example in the case of comprising the processing circuit with which the speed calculating apparatus concerning Embodiment 1 is provided with a processor and memory.
  • the figure which shows the example in the case of comprising the processing circuit with which the speed calculating apparatus concerning Embodiment 1 is equipped with exclusive hardware.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration example of an on-vehicle control device according to a third embodiment.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a speed calculation device 5 according to the first embodiment of the present invention.
  • the speed calculation device 5 is a device that calculates the moving speed of the moving body by calculation.
  • the speed calculation device 5 is assumed to be mounted on the train 10 as a moving body.
  • Gear 1 is attached to the axle of train 10 along with the wheels.
  • the axle rotates as the train 10 travels.
  • the gear 1 rotates in conjunction with the wheels of the train 10.
  • the place where the gear 1 is attached is not limited to the axle, and may be any place that rotates in conjunction with the wheels of the train 10.
  • the gear 1 may be attached to a rotating shaft of a motor that rotates an axle, for example.
  • the signal detector 2 is installed close to the tooth portion of the gear 1.
  • the signal detection unit 2 detects the movement of the unevenness of the gear 1 and generates a first pulse signal 20 based on the movement of the unevenness of the gear 1, that is, according to the unevenness of the gear 1.
  • the signal detection unit 2 detects the movement of the unevenness of the gear 1 as a method of detecting the unevenness of the gear 1 by a change in magnetic resistance, and a method of generating an AC signal by electromagnetic induction every time the unevenness of the gear 1 is detected.
  • a method of detecting the transmission and blocking of light by the unevenness of the gear 1 there is no limitation thereto.
  • the signal detection unit 2 outputs the generated first pulse signal 20 to the speed calculation device 5.
  • the speed calculation device 5 includes a waveform shaping unit 3 and a pulse width detection unit 4.
  • the waveform shaping unit 3 shapes the first pulse signal 20 acquired from the signal detection unit 2, and generates a second pulse signal 30 that is a rectangular wave as shown in FIG.
  • the waveform shaping unit 3 compares the prescribed threshold value with the first pulse signal 20, converts the portion of the first pulse signal 20 that is larger than the threshold value to the first value, and the first value that is smaller than the threshold value.
  • the part of the pulse signal 20 is converted into a second value.
  • the first value is a high value and the second value is a low value.
  • the first value corresponds to the convex portion of the gear 1
  • the second value corresponds to the concave portion of the gear 1.
  • the waveform shaping unit 3 converts the first pulse signal 20 into a second pulse signal 30 that can be expressed by binary values of high and low.
  • the speed calculation device 5 may convert the voltage level of the first pulse signal 20 together with the waveform shaping.
  • the waveform shaping unit 3 outputs the generated second pulse signal 30 to the pulse width detection unit 4.
  • the pulse width detection unit 4 is a first pulse that is the length of the first period in which the first value indicating the convex state of the gear 1 continues.
  • the width is detected using a clock signal.
  • the clock signal is a pulse signal having a constant frequency, and the interval between the clock signals is constant.
  • the frequency of the clock signal is a frequency at which a plurality of clock signals can be included in the first period.
  • the pulse width detector 4 detects the first pulse width from the number of clock signals measured in the first period in which the first value continues.
  • the first pulse width is a period during which the convex portion of the gear 1 is detected in the signal detection unit 2.
  • the pulse width detection unit 4 measures the first pulse width by, for example, counting the number of clock signals measured in the first period in the second pulse signal 30 using the input port of the microprocessor. can do.
  • the pulse width detector 4 calculates the moving speed of the train 10 based on the first pulse width.
  • the pulse width detection unit 4 includes a detection unit 41, a calculation unit 42, and an output unit 43.
  • the detecting unit 41 detects the first pulse width from the number of clock signals measured in the first period.
  • the detection unit 41 may generate a clock signal inside the detection unit 41 or may acquire a clock signal from an external clock signal generation circuit (not shown).
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an image of a state in which the detection unit 41 detects the first pulse width in the speed calculation device 5 according to the first embodiment.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents the magnitude of the value of the second pulse signal 30.
  • the magnitude of the value of the second pulse signal 30 is the first value or the second value.
  • the first pulse width that is, the period during which the convex portion of the gear 1 is detected can be represented by the number of clock signals 40 measured in the first period.
  • the detection unit 41 counts the clock signal 40 between the rising edge and the falling edge of the second pulse signal 30 by using the input port of the microprocessor described above and using the counter function of the microprocessor. Process according to programming. Accordingly, the detection unit 41 can measure the first pulse width with a resolution corresponding to the frequency of the clock signal 40.
  • the second period is a period in which the concave portion of the gear 1 is detected in the signal detection unit 2.
  • the number of clock signals 40 measured in the second period can also represent the second pulse width that is the length of the second period, that is, the period in which the concave portion of the gear 1 is detected. .
  • the calculation unit 42 calculates the moving speed of the train 10 using the first pulse width detected by the detection unit 41, the diameter of the wheel (not shown) of the train 10, the number of teeth of the gear 1, and the frequency of the clock signal 40.
  • the wheel diameter of the train 10 that is, the wheel diameter is 0.9 m
  • the number of teeth of the gear 1 is 90
  • the frequency of the clock signal 40 is 10 MHz.
  • the lengths of the individual protrusions and recesses on the circumference of the gear 1 are constant. That is, the circumference of the gear 1 has a length of 90 convex portions and 90 concave portions.
  • moving speed distance / time
  • one tooth of the gear 1, that is, the convex width “ ⁇ / 200 m” is substituted as a distance into the equation for obtaining the moving speed, and the first pulse width “ By substituting “10 ⁇ 7 sec ⁇ the number of clock signals 40 detected by the detection unit 41” as time, the calculation unit 42 can obtain the moving speed of the train 10.
  • the output unit 43 outputs the moving speed of the train 10 obtained by the calculation unit 42.
  • the output unit 43 outputs each time the moving speed is obtained from the calculation unit 42, and when the output destination is configured to control the brake of the train 10, the output unit 43 calculates at a specified cycle.
  • the moving speed acquired from the unit 42 is output.
  • the output unit 43 outputs the movement speed at a specified cycle
  • the calculation unit 42 calculates the movement speed a plurality of times within the cycle
  • the output speed of the plurality of movement speeds is fast. Then, one of the slow movement speed and the average value of the plurality of movement speeds is selected and output.
  • the fastest moving speed may be the fastest moving speed among the plurality of moving speeds, or may be one of the moving speeds faster than the median value or the average value among the plurality of moving speeds.
  • the fast moving speed is used, for example, as a brake output determination speed in a security device (not shown) mounted on the train.
  • the security device can operate the brake of the train with high responsiveness when the train exceeds the speed limit by using a high moving speed.
  • the slow movement speed may be the slowest movement speed among the plurality of movement speeds, or may be one of the movement speeds slower than the median value or the average value among the plurality of movement speeds.
  • the average value of a plurality of moving speeds is used for display of a speedometer of a driver's cab, for example.
  • the speedometer can provide a smoothed speed that is easy to follow when the driver manually makes a brake control decision.
  • the output unit 43 calculates the average value of the moving speed for the number of times determined according to the application. For example, when emphasizing responsiveness to an actual speed change, the output unit 43 calculates an average value using a small moving speed, and places importance on estimating a variation tendency by a statistical method rather than the responsiveness to the actual speed change. When doing so, the average value is calculated using many moving speeds.
  • the output unit 43 selects the latest movement speed from the plurality of movement speeds when the calculation section 42 has calculated the movement speed a plurality of times within the period when the movement speed is output at a specified period. May be output.
  • the latest movement speed is the fastest movement speed.
  • the latest movement speed is the slowest movement speed.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of calculating a moving speed in the train 10 according to the first embodiment.
  • the signal detection part 2 detects the movement of the unevenness
  • the waveform shaping unit 3 shapes the waveform of the first pulse signal 20 and converts it into a second pulse signal 30 that can be expressed by binary values of high and low (step S2).
  • the detection unit 41 detects the first pulse width in the second pulse signal 30 using the clock signal 40 (step S3).
  • the calculation unit 42 calculates the moving speed of the train 10 using the first pulse width, the wheel diameter of the train 10, the number of teeth of the gear 1, and the frequency of the clock signal 40 (step S4).
  • the output part 43 outputs the moving speed of the train 10 (step S5).
  • the wheel diameter of the train 10 is 0.9 m
  • the number of teeth of the gear 1 is 90
  • the frequency of the clock signal 40 is 10 MHz.
  • the moving speed of the train 10 is 80 km / h.
  • a speed calculation device that can count the number of protrusions of the gear 1 with only an integer in the above-described measurement cycle of 100 msec is assumed.
  • the number of convexes to be counted is 70.
  • the frequency of the clock signal 40 is 10 MHz
  • the interval of the clock signal 40 is “10 ⁇ 7 sec” as described above.
  • the speed calculation device 5 of the present embodiment disassembles the convex interval “0.0014132 sec” of the gear 1 using the clock signal 40 having a frequency of 10 MHz, so that the train 10 is 79.13 km / h to 80.26 km / h.
  • the slower the train speed the smaller the number of protrusions of the gear 1 detected in 1 second.
  • the lower the speed of the train 10 the greater the degree of improvement in resolution in calculating the moving speed of the speed calculation device 5 of the present embodiment.
  • the waveform shaping unit 3 and the pulse width detection unit 4 are realized by a processing circuit. That is, the speed calculation device 5 includes a processing circuit that calculates the moving speed of the train 10.
  • the processing circuit may be a processor and a memory that execute a program stored in the memory, or may be dedicated hardware.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example in which the processing circuit included in the speed calculation device 5 according to the first embodiment is configured by a processor and a memory.
  • the processing circuit includes the processor 91 and the memory 92
  • each function of the processing circuit of the speed calculation device 5 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software or firmware is described as a program and stored in the memory 92.
  • each function is realized by the processor 91 reading and executing the program stored in the memory 92. That is, the processing circuit includes a memory 92 for storing a program that results in the calculation of the traveling speed of the train 10. These programs can also be said to cause a computer to execute the procedure and method of the speed calculation device 5.
  • the processor 91 may be a CPU (Central Processing Unit), a processing device, an arithmetic device, a microprocessor, a microcomputer, or a DSP (Digital Signal Processor).
  • the memory 92 is nonvolatile or volatile, such as RAM (Random Access Memory), ROM (Read Only Memory), flash memory, EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM), and the like.
  • RAM Random Access Memory
  • ROM Read Only Memory
  • flash memory such as EPROM (Erasable Programmable ROM), EEPROM (registered trademark) (Electrically EPROM), and the like.
  • Such semiconductor memory, magnetic disk, flexible disk, optical disk, compact disk, mini disk, DVD (Digital Versatile Disc), and the like are applicable.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example in which the processing circuit included in the speed calculation device 5 according to the first embodiment is configured with dedicated hardware.
  • the processing circuit 93 shown in FIG. 5 includes, for example, a single circuit, a composite circuit, a programmed processor, a parallel programmed processor, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), An FPGA (Field Programmable Gate Array) or a combination of these is applicable.
  • Each function of the speed calculation device 5 may be realized by the processing circuit 93 for each function, or each function may be realized by the processing circuit 93 collectively.
  • each function of the speed calculation device 5 may be realized by dedicated hardware and a part may be realized by software or firmware.
  • the processing circuit can realize the above-described functions by dedicated hardware, software, firmware, or a combination thereof.
  • the waveform shaping unit 3 shapes the first pulse signal 20 acquired from the signal detection unit 2 and shapes the second pulse signal 30.
  • the pulse width detection unit 4 uses the measurement result obtained by measuring the first pulse width of the second pulse signal 30 in which the convex portion of the gear 1 continues with the clock signal 40 to move the train 10. The speed was calculated.
  • the speed calculation device 5 can calculate the moving speed with a resolution equal to or greater than the number of teeth of the gear 1. Thereby, the speed calculation device 5 can improve the resolution in the calculation of the moving speed as compared with the case where the convex portion of the gear 1 can be counted only as an integer.
  • the speed calculating device 5 is the resolution at the time of calculating the moving distance of the train 10. Can also be improved. Since the speed calculation device 5 can easily obtain the movement distance by integrating the movement speed, the resolution of the movement distance can be improved by improving the resolution of the movement speed.
  • Embodiment 2 FIG. In the second embodiment, the speed calculation device 5 detects an abnormality of the gear 1. A different part from Embodiment 1 is demonstrated.
  • the configuration of the speed calculation device 5 in the second embodiment is the same as the configuration of the speed calculation device 5 in the first embodiment shown in FIG.
  • the first periods are equally spaced
  • the second periods are equally spaced.
  • the gear 1 shown in FIG. 1 if there is an abnormality such as an eccentricity with respect to the axle or the like generated when the gear 1 is attached, or a tooth breakage of the gear 1, the distance between the signal detection unit 2 and the tooth increases, and the abnormality In the generated specific tooth portion, the signal level of the first pulse signal 20 generated by the signal detection unit 2 decreases.
  • the waveform shaping unit 3 generates the second pulse signal 30 by comparing the prescribed threshold value with the first pulse signal 20, but the portion where the signal level of the first pulse signal 20 has decreased, When it is smaller than the prescribed threshold value, the second pulse signal 30 is generated with this portion as the second value. That is, the waveform shaping unit 3 eliminates one portion of the first value, and generates the second pulse signal 30 having a long period of continuing the second value.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of the first pulse signal 20 generated by the signal detection unit 2 according to the second embodiment and the second pulse signal 30 generated by the waveform shaping unit 3.
  • the left side is the first pulse signal 20
  • the right side is the second pulse signal 30.
  • the waveform shaping unit 3 performs comparison with a prescribed threshold value.
  • the second pulse signal 30 having the equally spaced waveforms A 1 to E 1 can be generated.
  • the first periods a 1 to e 1 are equally spaced
  • the second periods a 2 to d 2 are also equally spaced.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the first pulse signal 20 generated by the signal detection unit 2 and the second pulse signal 30 generated by the waveform shaping unit 3 according to the second embodiment.
  • the left side is the first pulse signal 20
  • the right side is the second pulse signal 30.
  • the waveform shaping unit 3 sets this portion as the second value, that is, the concave portion of the gear 1.
  • the waveform shaping section 3 the teeth or a convex portion of the waveform C 1 shown in FIG. 6 to generate a second pulse signal 30 which lost one.
  • the second period b 2 , the first period c 1 , and the second period c 2 shown in FIG. 6 become one second period c 3 as shown in FIG.
  • a second pulse signal 30 is generated.
  • the detection unit 41 uses the clock signal 40 described above, and a second pulse width that is the length of the second period in which the second value indicating the concave state of the gear 1 continues. Is detected. The detection unit 41 compares the plurality of second pulse widths to determine whether the gear 1 is abnormal.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating a process of determining whether the gear 1 is abnormal in the detection unit 41 of the speed calculation device 5 according to the second embodiment.
  • ⁇ is a threshold for determining whether or not the train 10 is traveling at a constant speed
  • K is a threshold for detecting an abnormality in the gear 1.
  • the detection unit 41 determines whether or not the train 10 is traveling at a constant speed (step S11).
  • the detection unit 41 determines that the train 10 is traveling at a constant speed when “
  • the detection unit 41 determines whether there is a second pulse width longer than normal (step S12).
  • the detection unit 41 determines that the second pulse width indicated by c 3 is longer than usual.
  • the detection unit 41 determines that an abnormality has occurred in the gear 1 (step S13).
  • the detection unit 41 may output a determination result to a display device or the like (not shown). The user can recognize that an abnormality has occurred in the gear 1 by checking the content displayed on the display device.
  • step S11 If “
  • the detection unit 41 may store the second pulse width, and may detect that an abnormality has occurred in the gear 1 when detecting that the second pulse width periodically increases.
  • the detection unit 41 in the speed calculation device 5, when the train 10 is traveling at a constant speed, the detection unit 41 has the second value indicating the concave state of the gear 1.
  • the second pulse width which is the length of the second period that continues, is detected, and the sizes of the plurality of second pulse widths are compared.
  • the detection part 41 can determine with the abnormality having generate
  • Embodiment 3 FIG.
  • the speed calculation device 5 is mounted on the on-board control device of the train 10, and the on-board control device runs the train 10 based on the moving speed of the train 10 calculated by the speed calculation device 5. Control. A different part from Embodiment 1 and Embodiment 2 is demonstrated.
  • FIG. 9 is a block diagram illustrating a configuration example of the on-vehicle control device 8 according to the third embodiment.
  • the on-vehicle control device 8 shown in FIG. 9 is a device mounted on the train 10.
  • the on-vehicle control device 8 shown in FIG. 9 actually indicates a speed check unit mounted on the on-vehicle control device 8.
  • the speed checking unit compares the moving speed of the train 10 with the speed limit of the train 10 and controls the brake of the train 10 when the moving speed exceeds the speed limit.
  • the on-vehicle control device 8 includes a speed calculation device 5, a determination unit 6, and a brake control unit 7.
  • the speed calculation device 5 is the speed calculation device 5 described in the first embodiment or the second embodiment. In the third embodiment, the speed calculation device 5 outputs the moving speed to the determination unit 6 at a specified cycle.
  • the determination unit 6 compares the moving speed acquired from the speed calculation device 5 with the speed limit of the train 10 and determines whether the moving speed exceeds the speed limit.
  • the determination unit 6 acquires the speed limit of the train 10 from a ground control device (not shown).
  • the determination unit 6 outputs the determination result to the brake control unit 7. Note that the determination unit 6 may include information on the difference between the moving speed and the speed limit in the determination result.
  • the brake control unit 7 When the determination result acquired from the determination unit 6 is determined that the moving speed exceeds the speed limit, the brake control unit 7 performs control to brake the train 10. When the determination result acquired from the determination unit 6 is determined that the moving speed does not exceed the limit speed, the brake control unit 7 does not perform control for braking the train 10. When the determination result acquired from the determination unit 6 includes information on the difference between the moving speed and the speed limit, the brake control unit 7 performs brake control according to the difference information included in the determination result. Also good.
  • the speed calculation device 5 calculates the movement speed
  • the determination unit 6 compares the movement speed and the speed limit
  • the brake control unit 7 applies the brake according to the determination result of the determination unit 6. Are performed at a prescribed cycle, and these processes are repeated.
  • the output unit 43 selects and outputs a fast movement speed among the plurality of movement speeds when the calculation unit 42 obtains the movement speed a plurality of times within a specified period.
  • the fast moving speed may be the fastest moving speed among the plurality of moving speeds, or may be one of the moving speeds faster than the median value among the plurality of moving speeds.
  • the on-board controller 8 can improve the responsiveness and control the brake of the train 10.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating a calculation example of the moving speed in the on-board control device using the speed calculation device of the comparative example.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates the signal level of the second pulse signal 30.
  • FIG. 10 shows a state where the train is running at an accelerated acceleration.
  • the train speed at the processing cycle # 1 calculated by the speed calculation device of the comparative example is The moving speed is “(V 0 + V 1 ) / 2”. Also, assuming that the actual speed of the train at the beginning of the processing cycle # 2 is V 1 and the actual speed of the train at the end of the processing cycle # 2 is V 2 , the processing cycle # 2 calculated by the speed calculation device of the comparative example The moving speed of the train is “(V 1 + V 2 ) / 2”.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a calculation example of the movement speed in the on-board control device 8 using the speed calculation device 5 of the third embodiment.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates the signal level of the second pulse signal 30.
  • FIG. 11 shows a state in which the train 10 is traveling at a constant acceleration.
  • the actual speed of the train 10 at each point in the processing cycles # 1 and # 2 is the same as that in FIG.
  • the speed calculation device 5 uses the first pulse width in which the pulse is completed within the processing cycle # 1 in the processing cycle # 1.
  • a moving speed V 1 ′ equivalent to the actual speed V 1 ′ of 10 is obtained.
  • the moving speed V 1 ′ is the fastest moving speed in the processing cycle # 1 and also the latest moving speed in the processing cycle # 1. Further, in the processing cycle # 2, the speed calculation device 5 uses the first pulse width in which the pulse is completed within the processing cycle # 2, and the moving speed V 2 equivalent to the actual speed V 2 ′ of the train 10 is used. Ask for '.
  • the moving speed V 2 ′ is the fastest moving speed in the processing cycle # 2, and is also the latest moving speed in the processing cycle # 2.
  • the speed limit used in the determination unit 6 is V 3 , and the actual speeds V 1 , V 2 , V 1 ′ and the speed limit V 3 are “(V 1 + V 2 ) / 2 ⁇ V 3 ⁇ V 1 ′”.
  • the determination unit 6 that has acquired the moving speed “(V 1 + V 2 ) / 2” from the speed calculation device of the comparative example determines that the moving speed of the train is equal to or lower than the speed limit V 3 , and next processing cycle # 2 Do not control to apply the brake.
  • the decision unit 6 acquires the moving speed V 1 of the train 10' moving speed V 1 from the speed calculating unit 5 of the third embodiment is determined to exceed the limit speed V 3, the following processes It is possible to perform control to apply a brake in cycle # 2.
  • the speed calculation device 5 that calculates the moving speed of the train 10 using the clock signal 40 can improve the responsiveness of the on-board control device 8.
  • FIG. 12 is a flowchart showing the speed check operation of the on-board controller 8 according to the third embodiment.
  • the speed calculation device 5 uses the first pulse signal 20 acquired from the signal detection unit 2 to calculate the moving speed of the train 10 by calculation (step S21).
  • the determination unit 6 compares the moving speed acquired from the speed calculation device 5 with the speed limit of the train 10 and determines whether the moving speed exceeds the speed limit (step S22). If the determination result indicates that the moving speed exceeds the speed limit (step S22: Yes), the brake control unit 7 performs control to brake the train 10 (step S23). If the determination result indicates that the moving speed does not exceed the speed limit (step S22: No), the brake control unit 7 ends the process.
  • the on-vehicle controller 8 periodically repeats the process shown in FIG.
  • the on-board control device 8 performs the brake control of the train 10 using the moving speed calculated by the speed calculation device 5. Thereby, the on-board controller 8 can control the brake of the train 10 with good responsiveness.
  • the configuration described in the above embodiment shows an example of the contents of the present invention, and can be combined with another known technique, and can be combined with other configurations without departing from the gist of the present invention. It is also possible to omit or change the part.

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Abstract

列車（１０）の走行中において列車（１０）の車輪と連動して回転する歯車（１）の凹凸に応じた第１のパルス信号（２０）を、歯車（１）の凸に対応する第１の値と歯車（１）の凹に対応する第２の値との２値で表現可能な第２のパルス信号（３０）に変換する波形整形部（３）と、第２のパルス信号（３０）において、第１の値が継続する期間である第１の期間で検出されたクロック信号の数に基づいて第１の期間の長さである第１のパルス幅を算出し、第１のパルス幅に基づいて列車（１０）の移動速度を演算するパルス幅検出部（４）と、を備え、クロック信号の周波数は、第１の期間においてクロック信号が複数含まれることが可能な周波数とする。

Description

速度演算装置、車上制御装置、速度演算方法および速度照査方法
　本発明は、移動体の移動速度を演算する速度演算装置、車上制御装置、速度演算方法および速度照査方法に関する。
　従来、列車などの移動体では、車輪の回転を検出して移動速度を演算することが行われている。特許文献１には、速度発電機から出力されるパルス信号を用いて、移動体である列車の移動速度を演算することが開示されている。一般的に、列車は、車輪と連動して回転する歯車の凹凸に応じて発生するパルスの数をセンサーで計測することにより車輪の回転数を求め、車輪の回転数、車輪の直径、および計測期間の情報から移動速度を演算することができる。移動体で演算される移動速度の分解能は、歯車の凹凸の数すなわち歯数によって決まる。
特開２０１７－１５８３６４号公報
　しかしながら、歯車は移動体の車軸またはモータ軸などの回転体の軸に取り付けられるため、歯車の直径には制約がある。また、直径が制約された歯車に対して、歯車を製造する機械の加工精度、およびパルスの数を計測するセンサーの分解能から、加工可能な歯数には限界がある。そのため、従来の歯車の凹凸に応じて発生するパルスの数をセンサーで計測する方式では、移動速度の演算における分解能を向上させることは難しい、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、移動体の移動速度の演算における分解能を向上可能な速度演算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、本発明の速度演算装置は、移動体の走行中において移動体の車輪と連動して回転する歯車の凹凸に応じた第１のパルス信号を、歯車の凸に対応する第１の値と歯車の凹に対応する第２の値との２値で表現可能な第２のパルス信号に変換する波形整形部を備える。また、速度演算装置は、第２のパルス信号において、第１の値が継続する期間である第１の期間で検出されたクロック信号の数に基づいて第１の期間の長さである第１のパルス幅を算出し、第１のパルス幅に基づいて移動体の移動速度を演算するパルス幅検出部を備える。クロック信号の周波数は、第１の期間においてクロック信号が複数含まれることが可能な周波数とすることを特徴とする。
　本発明によれば、速度演算装置は、移動体の移動速度の演算における分解能を向上できる、という効果を奏する。
実施の形態１にかかる速度演算装置の構成例を示すブロック図 実施の形態１にかかる速度演算装置において検出部が第１のパルス幅を検出する状態のイメージを示す図 実施の形態１にかかる列車において移動速度を演算する処理を示すフローチャート 実施の形態１にかかる速度演算装置が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図 実施の形態１にかかる速度演算装置が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図 実施の形態２にかかる信号検知部が生成する第１のパルス信号および波形整形部が生成する第２のパルス信号の例を示す図 実施の形態２にかかる信号検知部が生成する第１のパルス信号および波形整形部が生成する第２のパルス信号の他の例を示す図 実施の形態２にかかる速度演算装置の検出部において歯車の異常の有無を判定する処理を示すフローチャート 実施の形態３にかかる車上制御装置の構成例を示すブロック図 比較例の速度演算装置を用いた車上制御装置での移動速度の演算例を示す図 実施の形態３の速度演算装置を用いた車上制御装置での移動速度の演算例を示す図 実施の形態３にかかる車上制御装置の速度照査の動作を示すフローチャート
　以下に、本発明の実施の形態にかかる速度演算装置、車上制御装置、速度演算方法および速度照査方法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にかかる速度演算装置５の構成例を示すブロック図である。速度演算装置５は、移動体の移動速度を演算によって求める装置である。図１の例では、速度演算装置５は、移動体として列車１０に搭載されているものとする。
　歯車１は、車輪とともに列車１０の車軸に取り付けられている。列車１０が走行することによって車軸が回転する。歯車１は、列車１０の車輪と連動して回転する。なお、歯車１を取り付ける場所は車軸に限定されず、列車１０の車輪と連動して回転するものであればよい。歯車１は、例えば、車軸を回転させるモータの回転軸に取り付けられてもよい。
　信号検知部２は、歯車１の歯の部分に近接して設置される。信号検知部２は、歯車１が回転すると歯車１の凹凸の移動を検知し、歯車１の凹凸の移動に基づく、すなわち歯車１の凹凸に応じた第１のパルス信号２０を生成する。信号検知部２において歯車１の凹凸の移動を検知する方式には、歯車１の凹凸を磁気抵抗の変化で検知する方式、歯車１の凹凸を検出する毎に電磁誘導により交流信号を発電する方式、歯車１の凹凸によって光の透過および遮断を検知する方式などがあるが、これらに限定されない。第１のパルス信号２０において、値の大きい山の部分は歯車１の凸の部分に相当し、値の小さい谷の部分は歯車１の凹の部分に相当するものとする。信号検知部２は、生成した第１のパルス信号２０を速度演算装置５へ出力する。
　速度演算装置５は、波形整形部３と、パルス幅検出部４と、を備える。波形整形部３は、信号検知部２から取得した第１のパルス信号２０を波形整形し、図１に示すように、矩形波である第２のパルス信号３０を生成する。波形整形部３は、例えば、規定された閾値と第１のパルス信号２０とを比較し、閾値より大きい第１のパルス信号２０の部分を第１の値に変換し、閾値より小さい第１のパルス信号２０の部分を第２の値に変換する。ここでは、第１の値をハイの値とし、第２の値をローの値とする。第１の値は歯車１の凸の部分に相当し、第２の値は歯車１の凹の部分に相当する。すなわち、波形整形部３は、第１のパルス信号２０を、ハイおよびローの２値で表現可能な第２のパルス信号３０に変換する。なお、速度演算装置５は、波形整形とともに、第１のパルス信号２０の電圧レベルを変換してもよい。波形整形部３は、生成した第２のパルス信号３０をパルス幅検出部４へ出力する。
　パルス幅検出部４は、波形整形部３から取得した第２のパルス信号３０において、歯車１の凸の状態を示す第１の値が継続する第１の期間の長さである第１のパルス幅を、クロック信号を用いて検出する。クロック信号は、周波数が一定のパルス信号であり、クロック信号の間隔は一定となる。クロック信号の周波数は、第１の期間においてクロック信号が複数含まれることが可能な周波数とする。パルス幅検出部４は、第１の値が継続している第１の期間において計測されたクロック信号の数から、第１のパルス幅を検出する。第１のパルス幅は、信号検知部２において歯車１の凸の部分が検出されている期間である。パルス幅検出部４は、例えば、マイクロプロセッサの入力ポートを用いて、第２のパルス信号３０において第１の期間で計測されるクロック信号の数をカウントすることによって、第１のパルス幅を計測することができる。パルス幅検出部４は、第１のパルス幅に基づいて列車１０の移動速度を演算する。
　パルス幅検出部４の詳細な動作について説明する。パルス幅検出部４は、検出部４１と、演算部４２と、出力部４３と、を備える。
　検出部４１は、第１の期間において計測されたクロック信号の数から、第１のパルス幅を検出する。検出部４１は、検出部４１の内部でクロック信号を生成してもよいし、図示しない外部のクロック信号生成回路からクロック信号を取得してもよい。図２は、実施の形態１にかかる速度演算装置５において検出部４１が第１のパルス幅を検出する状態のイメージを示す図である。図２において、横軸は時間を示し、縦軸は第２のパルス信号３０の値の大きさを示す。第２のパルス信号３０の値の大きさは、第１の値または第２の値である。クロック信号４０が一定の周波数の場合、クロック信号４０の間隔も一定となる。そのため、第１の期間において計測されたクロック信号４０の数によって、第１のパルス幅すなわち歯車１の凸の部分が検出されている期間を表すことが可能である。検出部４１は、具体的には、前述のマイクロプロセッサの入力ポートを使用し、マイクロプロセッサのカウンター機能を用いて、第２のパルス信号３０の立ち上がりおよび立ち下りの間のクロック信号４０をカウントするプログラミングに従って処理を行う。これにより、検出部４１は、第１のパルス幅をクロック信号４０の周波数に応じた分解能で計測することができる。なお、図２において、第２の期間は、信号検知部２において歯車１の凹の部分が検出されている期間である。第２の期間において計測されたクロック信号４０の数によって、第２の期間の長さである第２のパルス幅、すなわち歯車１の凹の部分が検出されている期間を表すことも可能である。
　演算部４２は、検出部４１で検出された第１のパルス幅、列車１０の図示しない車輪の直径、歯車１の歯数、およびクロック信号４０の周波数を用いて、列車１０の移動速度を演算する。例えば、列車１０の車輪の直径すなわち車輪径を０．９ｍ、歯車１の歯数を９０個、クロック信号４０の周波数を１０ＭＨｚとする。ここでは、計算を簡単にするため、歯車１の円周上において個々の凸および凹の長さは一定とする。すなわち、歯車１の円周は凸部分９０個および凹部分９０個の長さとなる。歯車１の１つの歯すなわち凸の幅は、「（０．９×π）／（９０＋９０）＝π／２００ｍ」となる。また、クロック信号４０の各クロック信号４０の間隔は「１／１０ＭＨｚ」から「１０-7ｓｅｃ」となる。ここで、「移動速度＝距離／時間」であるから、この移動速度を求める式に、歯車１の１つの歯すなわち凸の幅「π／２００ｍ」を距離として代入し、第１のパルス幅「１０-7ｓｅｃ×検出部４１で検出されたクロック信号４０の数」を時間として代入することで、演算部４２は、列車１０の移動速度を求めることができる。
　出力部４３は、演算部４２で求められた列車１０の移動速度を出力する。出力部４３は、例えば、出力先が速度計の場合は演算部４２から移動速度を取得するごとに出力し、出力先が列車１０のブレーキを制御する構成の場合は規定された周期で、演算部４２から取得した移動速度を出力する。具体的には、出力部４３は、移動速度を規定された周期で出力する場合、周期内において演算部４２が移動速度を複数回演算していたときは、複数の移動速度のうち速い移動速度、複数の移動速度のうち遅い移動速度、および複数の移動速度の平均値、のうち１つを選択して出力する。速い移動速度は、複数の移動速度のうち最も速い移動速度であってもよいし、複数の移動速度のうち中央値または平均値より速い移動速度の１つであってもよい。速い移動速度は、例えば、列車に搭載された図示しない保安装置においてブレーキ出力判定速度として使用される。保安装置は、速い移動速度を使用することで、列車が速度制限を超えた際、高い応答性で列車のブレーキを動作させることができる。遅い移動速度は、複数の移動速度のうち最も遅い移動速度であってもよいし、複数の移動速度のうち中央値または平均値より遅い移動速度の１つであってもよい。複数の移動速度の平均値は、例えば、運転台のスピードメータの表示に使用される。スピードメータは、運転手が手動でブレーキ制御の判断を行う際に、追随しやすい平滑化された速度を提供することができる。出力部４３は、移動速度の平均値を算出する場合、用途に応じて定められた回数分の移動速度の平均値を算出する。出力部４３は、例えば、実速度変化に対する応答性を重視する場合は少ない移動速度を用いて平均値を算出し、実速度変化に対する応答性よりも統計的手法により変動傾向を推定することを重視する場合は多くの移動速度を用いて平均値を算出する。なお、出力部４３は、移動速度を規定された周期で出力する場合、周期内において演算部４２が移動速度を複数回演算していたときは、複数の移動速度のうち最新の移動速度を選択して出力してもよい。出力部４３が移動速度を出力する規定された周期内で列車が継続して加速していた場合、最新の移動速度は、最も速い移動速度になる。また、出力部４３が移動速度を出力する規定された周期内で列車が継続して減速していた場合、最新の移動速度は、最も遅い移動速度になる。
　列車１０が移動速度を演算する処理を、フローチャートを用いて説明する。図３は、実施の形態１にかかる列車１０において移動速度を演算する処理を示すフローチャートである。まず、列車１０において、信号検知部２は、検知位置における歯車１の凹凸の移動を検知し、第１のパルス信号２０を生成する（ステップＳ１）。波形整形部３は、第１のパルス信号２０を波形整形し、ハイおよびローの２値で表現可能な第２のパルス信号３０に変換する（ステップＳ２）。パルス幅検出部４において、検出部４１は、第２のパルス信号３０において、第１のパルス幅を、クロック信号４０を用いて検出する（ステップＳ３）。演算部４２は、第１のパルス幅、列車１０の車輪の直径、歯車１の歯数、およびクロック信号４０の周波数を用いて、列車１０の移動速度を演算する（ステップＳ４）。出力部４３は、列車１０の移動速度を出力する（ステップＳ５）。
　つづいて、速度演算装置５がクロック信号４０を用いて算出する移動速度の分解能の向上の程度について説明する。前述のように、列車１０の車輪径を０．９ｍ、歯車１の歯数を９０個、クロック信号４０の周波数を１０ＭＨｚとする。また、列車１０の移動速度を８０ｋｍ／ｈとする。移動速度を時速から秒速に変換すると、「（８０×１０００）／（６０×６０）＝２２．２２ｍ／ｓ」となる。
　また、信号検知部２の計測周期を１００ｍｓｅｃとすると、列車１０の移動速度が２２．２２ｍ／ｓの場合、計測周期１００ｍｓｅｃの間に検出される歯車１の凸の数は「（（２２．２２×（１００／１０００））／（０．９×π））×９０＝７０．７６」となる。
　ここで、比較例として、前述の計測周期１００ｍｓｅｃにおいて、歯車１の凸の数を整数のみでカウント可能な速度演算装置を想定する。比較例の速度演算装置では、カウントされる凸の数は７０となる。パルス数が７０の場合、正確に凸が７０個分だけ列車１０の車輪が回転していれば、列車１０の実際の移動速度は「（７０／９０）×π×０．９×（１０００／１００）＝２１．９８ｍ／ｓ＝７９．１３ｋｍ／ｈ」となる。
　また、比較例の速度演算装置では、１００ｍｓｅｃあたりの凸の数が７１個直前でも７０個とカウントされるため、最速の場合、列車１０の移動速度はほぼ「（７１／９０）×π×０．９×（１０００／１００）＝２２．２９ｍ／ｓ＝８０．２６ｋｍ／ｈ」となる。
　比較例の速度演算装置のように歯車１の凸の数を整数でのみカウント可能な場合、移動速度の分解能は、「８０．２６－７９．１３＝１．１３ｋｍ／ｈ」となる。
　比較例の速度演算装置において、１秒間に検出される歯車１の凸の数は、１００ｍｓｅｃあたりに検出される凸の数が「７０．７６」であることから、「７０．７６×（１０００／１００）＝７０７．６」となる。この場合、比較例の速度演算装置において、歯車１の凸の間隔は、「１／７０７．６＝０．００１４１３２ｓｅｃ」となる。
　一方、本実施の形態の速度演算装置５では、クロック信号４０の周波数を１０ＭＨｚとすると、前述のようにクロック信号４０の間隔は「１０-7ｓｅｃ」となる。
　本実施の形態の速度演算装置５は、歯車１の凸の間隔「０．００１４１３２ｓｅｃ」を周波数１０ＭＨｚのクロック信号４０を用いて分解するため、列車１０が７９．１３ｋｍ／ｈから８０．２６ｋｍ／ｈの範囲で走行中の場合、比較例の速度演算装置に対して「０．００１４１３２／１０-7＝１４１３２」倍、すなわち１００００倍以上の分解能が得られる。比較例の速度演算装置において、列車の速度が遅いほど、１秒間で検出される歯車１の凸の数は少なくなる。この結果、列車１０の速度が遅いほど、本実施の形態の速度演算装置５の移動速度の演算における分解能の向上の程度が大きくなる。
　つづいて、速度演算装置５のハードウェア構成について説明する。速度演算装置５において、波形整形部３およびパルス幅検出部４は、処理回路により実現される。すなわち、速度演算装置５は、列車１０の移動速度を演算する処理回路を備える。処理回路は、メモリに格納されるプログラムを実行するプロセッサおよびメモリであってもよいし、専用のハードウェアであってもよい。
　図４は、実施の形態１にかかる速度演算装置５が備える処理回路をプロセッサおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がプロセッサ９１およびメモリ９２で構成される場合、速度演算装置５の処理回路の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９２に格納される。処理回路では、メモリ９２に記憶されたプログラムをプロセッサ９１が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、処理回路は、列車１０の移動速度を演算することが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９２を備える。また、これらのプログラムは、速度演算装置５の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。
　ここで、プロセッサ９１は、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、またはＤＳＰ（Digital　Signal　Processor）などであってもよい。また、メモリ９２には、例えば、ＲＡＭ（Random　Access　Memory）、ＲＯＭ（Read　Only　Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable　Programmable　ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically　ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital　Versatile　Disc）などが該当する。
　図５は、実施の形態１にかかる速度演算装置５が備える処理回路を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアで構成される場合、図５に示す処理回路９３は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application　Specific　Integrated　Circuit）、ＦＰＧＡ（Field　Programmable　Gate　Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。速度演算装置５の各機能を機能別に処理回路９３で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９３で実現してもよい。
　なお、速度演算装置５の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、速度演算装置５では、波形整形部３が、信号検知部２から取得した第１のパルス信号２０を波形整形して第２のパルス信号３０に変換し、パルス幅検出部４が、第２のパルス信号３０において、歯車１の凸の部分が継続する第１のパルス幅をクロック信号４０で計測した計測結果を用いて、列車１０の移動速度を演算することとした。速度演算装置５は、歯車１の歯数以上の分解能で、移動速度を演算することができる。これにより、速度演算装置５は、歯車１の凸の部分を整数でしかカウントできない場合と比較して、移動速度の演算における分解能を向上することができる。
　なお、本実施の形態では、速度演算装置５において列車１０の移動速度を演算する際の分解能を向上させることについて説明したが、速度演算装置５は、列車１０の移動距離を演算する際の分解能も向上させることができる。速度演算装置５は、移動速度を積分することで容易に移動距離を求めることができることから、移動速度の分解能を向上させることによって、移動距離の分解能も向上させることができる。
実施の形態２．
　実施の形態２では、速度演算装置５は、歯車１の異常を検知する。実施の形態１と異なる部分について説明する。
　実施の形態２における速度演算装置５の構成は、図１に示す実施の形態１の速度演算装置５の構成と同様である。列車１０が等速で走行している場合、図２に示すように、各第１の期間は等間隔になり、各第２の期間も等間隔になる。ここで、図１に示す歯車１において、歯車１の取付時に生じた車軸などに対する偏心、歯車１の歯の破損などの異常があると、信号検知部２と歯との間隔が広がり、異常が発生した特定の歯の部分において、信号検知部２が生成する第１のパルス信号２０の信号レベルが低下する。波形整形部３は、規定された閾値と第１のパルス信号２０とを比較して第２のパルス信号３０を生成しているが、第１のパルス信号２０の信号レベルが低下した部分が、規定された閾値より小さい場合、この部分を第２の値として第２のパルス信号３０を生成する。すなわち、波形整形部３は、第１の値の部分が１つ無くなり、第２の値を継続する期間が長い第２のパルス信号３０を生成することになる。
　図６は、実施の形態２にかかる信号検知部２が生成する第１のパルス信号２０および波形整形部３が生成する第２のパルス信号３０の例を示す図である。図６において、左側が第１のパルス信号２０であり、右側が第２のパルス信号３０である。波形整形部３は、信号検知部２で生成された第１のパルス信号２０の波形Ａ0～Ｅ0の形状が図６に示すように少し異なっていても、規定された閾値との比較によって、等間隔の波形Ａ1～Ｅ1を持つ第２のパルス信号３０を生成することができる。この場合、図６に示すように、第１の期間ａ1～ｅ1は等間隔になり、第２の期間ａ2～ｄ2も等間隔になる。
　図７は、実施の形態２にかかる信号検知部２が生成する第１のパルス信号２０および波形整形部３が生成する第２のパルス信号３０の他の例を示す図である。図７において、左側が第１のパルス信号２０であり、右側が第２のパルス信号３０である。波形整形部３は、信号検知部２で生成された第１のパルス信号２０の波形Ｃ2の信号レベルが規定された閾値より小さい場合、この部分を第２の値すなわち歯車１の凹の部分と判断する。この場合、波形整形部３は、図６に示す波形Ｃ1の歯すなわち凸の部分が１つ無くなった第２のパルス信号３０を生成する。波形整形部３は、図６に示す第２の期間ｂ2、第１の期間ｃ1、および第２の期間ｃ2が、図７に示すように１つの第２の期間ｃ3になった第２のパルス信号３０を生成する。
　パルス幅検出部４において、検出部４１は、前述のクロック信号４０を用いて、歯車１の凹の状態を示す第２の値が継続する第２の期間の長さである第２のパルス幅を検出する。検出部４１は、複数の第２のパルス幅の大きさを比較して、歯車１の異常の有無を判定する。
　図８は、実施の形態２にかかる速度演算装置５の検出部４１において歯車１の異常の有無を判定する処理を示すフローチャートである。ここで、列車１０が等速で走行しているか否かを判定するための閾値をεとし、歯車１の異常を検知するための閾値をＫとする。検出部４１は、列車１０が等速で走行しているか否かを判定する（ステップＳ１１）。検出部４１は、「｜ｂ1－ａ1｜＜ε」が成り立つ場合、列車１０が等速で走行していると判定する。検出部４１は、列車１０が等速で走行している場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、第２のパルス幅が通常より長いものがあるか否かを判定する（ステップＳ１２）。検出部４１は、「｜ｃ3－ａ2｜－｜ｄ2－ａ2｜＞Ｋ」が成り立つ場合、ｃ3で示される第２のパルス幅が通常よりも長くなっていると判定する。検出部４１は、第２のパルス幅が通常よりも長いものがあると判定した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、歯車１に異常が発生していると判定する（ステップＳ１３）。検出部４１は、歯車１に異常が発生していると判定した場合、図示しない表示装置などに判定結果を出力してもよい。ユーザは、表示装置に表示される内容を確認することで、歯車１に異常が発生したことを認識することができる。
　検出部４１は、「｜ｂ1－ａ1｜≧ε」が成り立つ場合、列車１０が等速で走行していないと判定し（ステップＳ１１：Ｎｏ）、処理を終了する。検出部４１は、仮に「｜ｃ3－ａ2｜－｜ｄ2－ａ2｜≦Ｋ」が成り立つ場合、第２のパルス幅は通常通りと判定する。検出部４１は、第２のパルス幅が通常通りと判定した場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、歯車１に異常はないと判定する（ステップＳ１４）。
　なお、検出部４１は、第２のパルス幅を記憶しておき、第２のパルス幅が周期的に大きくなることを検出した場合、歯車１に異常が発生したことを検知してもよい。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、速度演算装置５では、検出部４１は、列車１０が等速で走行している場合、歯車１の凹の状態を示す第２の値が継続する第２の期間の長さである第２のパルス幅を検出し、複数の第２のパルス幅の大きさを比較することとした。これにより、検出部４１は、第２のパルス幅が通常よりも長いものがあると判定した場合、歯車１に異常が発生していると判定することができる。
実施の形態３．
　実施の形態３では、速度演算装置５が列車１０の車上制御装置に搭載され、車上制御装置が、速度演算装置５で演算される列車１０の移動速度に基づいて、列車１０の走行を制御する。実施の形態１および実施の形態２と異なる部分について説明する。
　図９は、実施の形態３にかかる車上制御装置８の構成例を示すブロック図である。図９に示す車上制御装置８は、列車１０に搭載された装置である。図９に示す車上制御装置８は、実際には、車上制御装置８に搭載される速度照査部を示している。速度照査部は、列車１０の移動速度と列車１０の制限速度とを比較し、移動速度が制限速度を超える場合に列車１０のブレーキを制御する構成である。車上制御装置８は、速度演算装置５と、判定部６と、ブレーキ制御部７と、を備える。速度演算装置５は、実施の形態１または実施の形態２で説明した速度演算装置５である。実施の形態３において、速度演算装置５は、規定された周期で移動速度を判定部６へ出力する。
　判定部６は、速度演算装置５から取得した移動速度と、列車１０の制限速度とを比較し、移動速度が制限速度を超えているか否かを判定する。判定部６は、列車１０の制限速度について、図示しない地上制御装置から取得する。判定部６は、判定結果を、ブレーキ制御部７へ出力する。なお、判定部６は、判定結果に、移動速度と制限速度との差分の情報を含めてもよい。
　ブレーキ制御部７は、判定部６から取得した判定結果が、移動速度が制限速度を超えていると判定されたものである場合、列車１０にブレーキをかける制御を行う。ブレーキ制御部７は、判定部６から取得した判定結果が、移動速度が制限速度を超えていないと判定されたものである場合、列車１０に対してブレーキをかける制御を行わない。なお、判定部６から取得した判定結果に移動速度と制限速度との差分の情報が含まれている場合、ブレーキ制御部７は、判定結果に含まれる差分の情報に応じてブレーキ制御を行ってもよい。
　車上制御装置８では、速度演算装置５が移動速度を演算し、判定部６が移動速度と制限速度とを比較し、ブレーキ制御部７が判定部６の判定結果に応じてブレーキをかける制御を行う処理を規定された周期で行い、これらの処理を繰り返し実施する。速度演算装置５において出力部４３は、規定された周期内で演算部４２が移動速度を複数回求めていた場合、複数の移動速度のうち速い移動速度を選択して出力する。前述のように、速い移動速度は、複数の移動速度のうち最も速い移動速度であってもよいし、複数の移動速度のうち中央値より速い移動速度の１つであってもよい。これにより、車上制御装置８は、応答性を向上して列車１０のブレーキを制御することができる。
　ここで、実施の形態１で説明した比較例の速度演算装置を用いた車上制御装置の応答性と、本実施の形態の速度演算装置５を用いた車上制御装置８の応答性との違いについて説明する。図１０は、比較例の速度演算装置を用いた車上制御装置での移動速度の演算例を示す図である。図１０において、横軸は時間を示し、縦軸は第２のパルス信号３０の信号レベルを示す。図１０では、列車が等加速度で加速して走行している状態を示している。処理周期＃１の初期における列車の実速度をＶ0、処理周期＃１の末期における列車の実速度をＶ1とすると、比較例の速度演算装置で演算される処理周期＃１での列車の移動速度は「（Ｖ0＋Ｖ1）／２」となる。また、処理周期＃２の初期における列車の実速度をＶ1、処理周期＃２の末期における列車の実速度をＶ2とすると、比較例の速度演算装置で演算される処理周期＃２での列車の移動速度は「（Ｖ1＋Ｖ2）／２」となる。
　図１１は、実施の形態３の速度演算装置５を用いた車上制御装置８での移動速度の演算例を示す図である。図１１において、横軸は時間を示し、縦軸は第２のパルス信号３０の信号レベルを示す。図１１では、列車１０が等加速度で加速して走行している状態を示している。また、処理周期＃１，＃２の各時点での列車１０の実速度は図１０の場合と同様とする。速度演算装置５は、列車１０が図１１で示される状態で走行している場合、処理周期＃１では、処理周期＃１内でパルスが完結している第１のパルス幅を用いて、列車１０の実速度Ｖ1´と同等の移動速度Ｖ1´を求める。列車１０が等加速度で加速して走行している場合、移動速度Ｖ1´は、処理周期＃１内で最速の移動速度であり、また、処理周期＃１内で最新の移動速度でもある。また、速度演算装置５は、処理周期＃２では、処理周期＃２内でパルスが完結している第１のパルス幅を用いて、列車１０の実速度Ｖ2´と同等の移動速度Ｖ2´を求める。列車１０が等加速度で加速して走行している場合、移動速度Ｖ2´は、処理周期＃２内で最速の移動速度であり、また、処理周期＃２内で最新の移動速度でもある。
　判定部６で使用される制限速度をＶ3とし、実速度Ｖ1，Ｖ2，Ｖ1´および制限速度Ｖ3が「（Ｖ1＋Ｖ2）／２＜Ｖ3＜Ｖ1´」の関係にある場合を仮定する。比較例の速度演算装置から移動速度「（Ｖ1＋Ｖ2）／２」を取得した判定部６は、列車の移動速度は制限速度Ｖ3以下であると判断して、つぎの処理周期＃２でブレーキをかける制御を行わない。一方、実施の形態３の速度演算装置５から移動速度Ｖ1´を取得した判定部６は、列車１０の移動速度Ｖ1´は制限速度Ｖ3を超えていると判断して、つぎの処理周期＃２でブレーキをかける制御を行うことができる。このように、クロック信号４０を用いて列車１０の移動速度を演算する速度演算装置５は、車上制御装置８の応答性を向上させることができる。
　図１２は、実施の形態３にかかる車上制御装置８の速度照査の動作を示すフローチャートである。車上制御装置８において、速度演算装置５は、信号検知部２から取得した第１のパルス信号２０を用いて、列車１０の移動速度を演算によって求める（ステップＳ２１）。判定部６は、速度演算装置５から取得した移動速度と、列車１０の制限速度とを比較し、移動速度が制限速度を超えているか否かを判定する（ステップＳ２２）。ブレーキ制御部７は、移動速度が制限速度を超えているという判定結果の場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、列車１０にブレーキをかける制御を行う（ステップＳ２３）。ブレーキ制御部７は、移動速度が制限速度を超えていないという判定結果の場合（ステップＳ２２：Ｎｏ）、処理を終了する。車上制御装置８は、図１２に示す処理を定期的に繰り返し実施する。
　以上説明したように、本実施の形態によれば、車上制御装置８では、速度演算装置５で演算された移動速度を用いて、列車１０のブレーキ制御を行うこととした。これにより、車上制御装置８は、応答性良く、列車１０のブレーキを制御することができる。
　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　歯車、２　信号検知部、３　波形整形部、４　パルス幅検出部、５　速度演算装置、６　判定部、７　ブレーキ制御部、８　車上制御装置、１０　列車、４１　検出部、４２　演算部、４３　出力部。

Claims (12)

  1. 　移動体の走行中において前記移動体の車輪と連動して回転する歯車の凹凸に応じた第１のパルス信号を、前記歯車の凸に対応する第１の値と前記歯車の凹に対応する第２の値との２値で表現可能な第２のパルス信号に変換する波形整形部と、
    　前記第２のパルス信号において、前記第１の値が継続する期間である第１の期間で検出されたクロック信号の数に基づいて前記第１の期間の長さである第１のパルス幅を算出し、前記第１のパルス幅に基づいて前記移動体の移動速度を演算するパルス幅検出部と、
    　を備え、前記クロック信号の周波数は、前記第１の期間において前記クロック信号が複数含まれることが可能な周波数とすることを特徴とする速度演算装置。
  2. 　前記パルス幅検出部は、
    　前記第１の期間で計測されたクロック信号の数から、前記第１のパルス幅を検出する検出部と、
    　前記第１のパルス幅、前記車輪の直径、前記歯車の歯数、および前記クロック信号の周波数を用いて、前記移動速度を演算する演算部と、
    　前記移動速度を出力する出力部と、
    　を備えることを特徴とする請求項１に記載の速度演算装置。
  3. 　前記出力部は、前記移動速度を規定された周期で出力し、前記周期内において前記演算部が前記移動速度を複数回演算していたときは、複数の移動速度のうち最も速い移動速度、複数の移動速度のうち最も遅い移動速度、および複数の移動速度の平均値、のうち１つを選択して出力する、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の速度演算装置。
  4. 　前記出力部は、前記移動速度を規定された周期で出力し、前記周期内において前記演算部が前記移動速度を複数回演算していたときは、複数の移動速度のうち最新の移動速度を選択して出力する、
    　ことを特徴とする請求項２に記載の速度演算装置。
  5. 　前記検出部は、前記クロック信号を用いて、前記歯車の凹の状態を示す第２の値が継続する期間である第２の期間で検出されたクロック信号の数に基づいて前記第２の期間の長さである第２のパルス幅を算出し、複数の第２のパルス幅の大きさを比較して、前記歯車の異常の有無を判定する、
    　ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１つに記載の速度演算装置。
  6. 　請求項１から５のいずれか１つに記載の速度演算装置と、
    　前記速度演算装置で演算された移動速度と、移動体の制限速度とを比較し、前記移動速度が前記制限速度を超えているか否かを判定する判定部と、
    　前記判定部において前記移動速度が前記制限速度を超えていると判定された場合、前記移動体にブレーキをかける制御を行うブレーキ制御部と、
    　を備えることを特徴とする車上制御装置。
  7. 　速度演算装置における速度演算方法であって、
    　波形整形部が、移動体の走行中において前記移動体の車輪と連動して回転する歯車の凹凸に応じた第１のパルス信号を、前記歯車の凸に対応する第１の値と前記歯車の凹に対応する第２の値との２値で表現可能な第２のパルス信号に変換する波形整形ステップと、
    　パルス幅検出部が、前記第２のパルス信号において、前記第１の値が継続する期間である第１の期間で検出されたクロック信号の数に基づいて前記第１の期間の長さである第１のパルス幅を算出し、前記第１のパルス幅に基づいて前記移動体の移動速度を演算するパルス幅検出ステップと、
    　を含み、前記クロック信号の周波数は、前記第１の期間において前記クロック信号が複数含まれることが可能な周波数とすることを特徴とする速度演算方法。
  8. 　前記パルス幅検出ステップは、
    　検出部が、前記第１の期間で計測されたクロック信号の数から、前記第１のパルス幅を検出する検出ステップと、
    　演算部が、前記第１のパルス幅、前記車輪の直径、前記歯車の歯数、および前記クロック信号の周波数を用いて、前記移動速度を演算する演算ステップと、
    　出力部が、前記移動速度を出力する出力ステップと、
    　を含むことを特徴とする請求項７に記載の速度演算方法。
  9. 　前記出力ステップにおいて、前記出力部は、前記移動速度を規定された周期で出力し、前記周期内において前記演算部が前記移動速度を複数回演算していたときは、複数の移動速度のうち最も速い移動速度、複数の移動速度のうち最も遅い移動速度、および複数の移動速度の平均値、のうち１つを選択して出力する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の速度演算方法。
  10. 　前記出力ステップにおいて、前記出力部は、前記移動速度を規定された周期で出力し、前記周期内において前記演算部が前記移動速度を複数回演算していたときは、複数の移動速度のうち最新の移動速度を選択して出力する、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の速度演算方法。
  11. 　前記検出ステップにおいて、前記検出部は、前記クロック信号を用いて、前記歯車の凹の状態を示す第２の値が継続する期間である第２の期間で検出されたクロック信号の数に基づいて前記第２の期間の長さである第２のパルス幅を算出し、複数の第２のパルス幅の大きさを比較して、前記歯車の異常の有無を判定する、
    　ことを特徴とする請求項８から１０のいずれか１つに記載の速度演算方法。
  12. 　車上制御装置における速度照査方法であって、
    　請求項７から１１のいずれか１つに記載の速度演算方法により、速度演算装置が、移動体の移動速度を演算する速度演算ステップと、
    　判定部が、前記速度演算ステップで演算された移動速度と、前記移動体の制限速度とを比較し、前記移動速度が前記制限速度を超えているか否かを判定する判定ステップと、
    　ブレーキ制御部が、前記判定ステップで前記移動速度が前記制限速度を超えていると判定された場合、前記移動体にブレーキをかける制御を行うブレーキ制御ステップと、
    　を含むことを特徴とする速度照査方法。
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