JPH01101257A

JPH01101257A - 車輪回転管理装置

Info

Publication number: JPH01101257A
Application number: JP25585787A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Sasajima; 笹島　喜雄; Kenji Nakada; 健二中田; Osamu Shimizu; 修清水
Original assignee: Nippon Signal Co Ltd
Current assignee: Nippon Signal Co Ltd
Priority date: 1987-10-09
Filing date: 1987-10-09
Publication date: 1989-04-19
Anticipated expiration: 2013-07-30
Also published as: JP2781556B2

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、鉄道車両における車輪回転管理装置に関し、
車輪回転検出信号及び車両の対地相対速度検出信号を比
較して得られた比較出力と、速度検出器を監視している
監視部から与えられる監視出力との論理積をとり、その
論理積出力信号を車輪回転管理信号とすることにより、
車輪滑走または車輪空転を高信顆度で予知しまたは検知
できるようにしたものである。

〈従来の技術〉鉄道車両における車輪の回転異常現象として、車輪ロッ
クによる車輪滑走と、レールに対する駆動車輪の摩擦力
低下による車輪空転の２つの現象がある。

このうち、車輪滑走は鉄道車両の車輪にブレーキをかけ
た場合に発生するものであって、車輪とレールとの間に
発生している摩擦力よりもブレーキによる制動力が大き
くなった場合に、車輪がロックされ、レール上をロック
゛された状態で滑走する現象である。滑走を生じると、
車輪の外径がレールと接触する部分で削り取られ、車輪
の外周面が歪んだ形状となり、騒音が発生し、乗り心地
が悪化する。滑走によって車輪外周面に歪みを生じた場
合は、車両工場で車輪の外周面を削り、修正する必要が
あり、その作業が非常に面倒になる。しかも、全車両の
車輪径を合せる必要があるので、歪みの生じた車輪ばか
りではなく、全車輪の外周面を削る必要があり、作業に
長時間を必要とし、非常に面倒である。また、滑走状態
によっては、車輪の温度が滑走部分で異常に上昇して、
車輪の円周方向で見た温度分布が著しく不均一になり、
車輪にクラックが入ったり、最悪の場合には割損事故を
招く危険性も生じる。

車輪滑走を防止する手段としては、速度検出器として用
いられている速度発電機を２個以上利用し、一方の速度
発電機の検出信号が、ある回転数に対応する値を示して
いるときに、他方の速度発電機の検出信号が回転数零に
近い値になったことを条件に、車輪ロックを生じたと判
定する手段が考えられる。

次に、車輪空転は、カ行加速中に何等かの原因で、駆動
輪とレールとの間に発生している摩擦力（粘着力）より
も、モータによる駆動輪の回転力が大きくなった場合に
、駆動輪が空転する現象である。車輪空転を生じると、
車両推進力が低下し、最悪の場合には車両が停止してし
まう。

車輪空転の予知あるいは検出の手段として、従来は、車
両の走行速度に対応した回転数で転勤する従輪の回転数
と、モータによって駆動されている駆動輪の回転数とを
、それぞれ速度発電機等で検出し、従輪の回転数検出信
号を基準信号として、これと駆動輪の回転数検出信号と
を比較し、両信号の差がある所定レベルに達したときに
、車輪空転を生じたと判定していた。

〈発明が解決しようとする問題点〉しかしながら、上述の車輪滑走及び車輪空転の管理手段
では、次のような問題を生じる。

（イ）車輪滑走の場合速度発電機を２個以上利用し、一方の速度発電機の検出
信号がある回転数に対応する値を示し、他方の速度発電
機の検出信号が回転数平になったときに、車輪ロックを
生じたと判定する構成では、両方の速度発電機の出力が
；になった場合、それが車輪ロックによるものなのか、
通常の車両停止によるものなのか、判別が困難である。

（ロ）車輪空転の場合従軸はレールとの回転摩擦または滑走による摩耗等によ
って車輪径が変化する。このため、同一の車両速度に対
する従軸の回転検出信号が車輪径の変動によって変化し
てしまい、シャープな空転検出が困難である。従軸の車
輪径変化による空転検出転の変化を防止するために、車
輪径補正を加えて空転検出を行なうことは知られている
が、この場合には、従軸の車輪径の測定、車輪径を合せ
るための従軸加工等の面倒な作業が必要になる。

また、レールの表面が雨で濡れていたり、雪が積もフて
いたりすると、レールと従軸との間に滑りを発生するこ
とがあり、基準信号となるべき従軸の回転検出信号が変
化し、空転検出に誤差を生じてしまう。

く問題点を解決するための手段〉上述する従来の問題点を解決するため、本発明に係る車
輪回転管理装置は、車両の車輪回転を検出する車輪回転
検出器と、車両の対地相対速度を検出する速度検出器と
、前記車輪回転検出器によって得られる車輪回転検出信
号及び前記速度検出器によって得られる速度検出信号を
比較する比較回路と、前記速度検出器の動作状態を監視
する監視部と、前記比較回路から与えられる比較出力と
前記監視部から与えられる監視出力との論理積をとり車
輪回転管理信号を出力する論理回路とを有することを特
徴とする。

く作用〉まず、本発明に係る車輪回転管理装置を車輪滑走管理手
段として利用した場合について説明する。車輪回転検出
器によフて検出された車輪回転検出信号と、速度検出器
によって得られる車両の対地相対速度検出信号とを、比
較回路に入力して両者を比較する。ブレーキが投入され
ていない正常走行状態では、車輪回転検出信号と速度検
出信号は一定の関係にあり、比較出力もある一定の値に
保たれている。

ところが、ブレーキ投入により車輪に制動が加わると、
制動力に応じて、車輪回転検出信号が回転数減少方向に
低下すると共に、車輪に滑りを発生するようになる。ブ
レーキ投入により車両速度も低下するが、車輪の滑りに
よって、車両速度の低下は車輪回転数の低下よりも緩や
かに保たれる。このため、ブレーキ投入によって制動を
かけた場合、車輪回転検出信号と速度検出信号との間に
差が発生する。この差は車輪がロック状態に近づき、車
輪の滑りが大きくなる程、増大する。

従って、比較回路によって、両者の差を見ることにより
、車輪ロックの予知または検知が可能である。

一方、速度検出器の動作状態を監視部によって常時監視
し、この監視出力と、比較回路で得られた比較出力とを
論理回路に入力し、その論理積をとり、得られた信号を
車輪滑走検知信号として出力する。これにより、信頼性
の高い車輪滑走情報が得られる。

次に、車輪空転管理手段として利用する場合について述
べる。この場合には、車輪回転検出器は駆動輪の回転数
を検出する。駆動輪が空転し始めると、回転検出器から
出力される回転検出信号は、回転周波数が上がる方向に
変化するが、速度検出器から出力される速度検出信号は
、空転とは無関係に、車両の対地相対速度に対応した値
になっている。従って、速度検出器から出力される速度
検出信号と、回転検出器から出力される回転検出信号と
を、比較回路で比較してその差をとることにより、駆動
輪の空転を予知し或いは検知することができる。速度検
出器の動作状態は、監視部によって常時監視し、この監
視出力と、比較回路で得られた比較出力とを論理回路に
入力し、その論理積をとり、得られた信号を車輪空転検
知信号として出力する。これにより、信頼性の高い車輪
空転情報が得られる。

〈実施例〉第１図は本発明に係る車輪回転管理装置のブロック図で
ある。図において、１は車両、２は車輪、３はレール、
４は枕木、５は車輪回転検出器、６は速度検出器、７は
監視部、８は比較回路、９は論理回路である。

車輪回転検出器５は速度発電機等でなり、車輪１の回転
数をそれに比例した周波数のパルス信号として検出する
。車輪回転検出器５の結合される車輪２は、滑走管理手
段として構成する場合はブレーキ制御の加わる車輪であ
り、また空転管理手段として構成する場合にはモータに
よって駆動される駆動輪である。

速度検出器６は車両１の路面１０に対する相対速度を検
出するものである。このような速度検出器６としては、
電磁マイクロ波のドツプラー効果を利用したものが適し
ている。電磁マイクロ波ドツプラー効果を利用した相対
速度検出器は、降雨、降雪、温度、風等の悪環境の下で
も安定した動作が得られ、耐環境性に優れている。ドツ
プラー型の速度検出器６を用いた場合、車両１の対地相
対速度の増減に略比例して、路面１０または枕木４等か
らの反射波の周波数が増減するので、周波数から車両１
の対地相対速度を検出できる。

この実施例では、速度検出器６は、路面１０に向けられ
たドツプラーホーン６１と、ドツプラーホーン６１で得
られたドツプラー信号を処理して車両１０対地相対速度
信号を出力する受信回路６２と、駆動回路６３とを備え
て構成されている。ドツプラーホーン６１は、路面１０
に対して鋭角の角度θを持つように、車両１の下部に取
付けられている。６１１は発振用ガンダイオード、１３
１２は検波用ダイオードであり、これらは空洞共振器６
１３の内部に配置されている。空洞共振器６１３の前面
にはホーンアンテナ６１４が備えられている。受信回路
６２は増幅回路６２１と速度検定回路６２２とを備え、
検波用ダイオード６１２で得られた反射波の受信信号を
増幅し、速度検出信号ｖ２を出力する。駆動回路６３は
、発振器６３１から与えられる発振周波数に従って、電
源断続回路６３２で電源を断続し、断続電源を発振用ガ
ンダイオード６１１に供給して駆動するようになってい
る。これにより、ドツプラーホーン６１からは電源断続
によるＡＭ断続変調波のマイクロ波が放射される。

マイクロ波としては、−設計測用として認められている
Ｘ−ｂａｎｄ　（１０ｔｉｏｚ帯）またはに−ｂａｎｄ
（２０ＧＨ２帯）を使用する。ドツプラーホーン６１の
取付けに当っては、取付角度θ＝４５度、枕木４及び路
面１０からドツプラーホーン６１までの高さを５０ｃｍ
以下に選定する。こうすることにより、微弱電波に適合
する電界強度レベルで、車両速度を確実に検知できる。

上記の条件・で、例えば、マイクロ波周波数ｆｏ　＝　
１０ＧＨｚ　、車両１の走行速度２００Ｋｍ／ｈ、電波
速度Ｃ（ｍ’／５ｅｅ）とすると、ドツプラ偏移周波数
ｆｄは、ｆｄ＝２ｆｏ　−Ｖ　ｃｏｓθ／Ｃ＝４にＨ２となる。ドツプラーホーン６１に供給され電源断続波を
、オン幅ｔ　、　＝５０ｍ５ｅｃ、オフ幅ｔ２＋＝５０
ｍｓｅｃのパルスとすると、５０　ｍ５ｅｃの間に約２
００波のドツプラ波が得られるから、車両゛速度を充分
に検出することができる。走行速度２００にｍ／ｈの車
両１が５０　ｍ５ｅｃの間に走行する距！ｉＩＬ＝３ｍ
であり、この間に約２００波のドツプラ波が得られる。

また、１０ＧＨｚのマイクロ波の波長は３ｃｍであり、
枕木４及び路面１０からドツプラーホーン６１迄の高さ
を５０ｃｍ以下に設定して微弱電波に適合する配置とし
て場合でも、充分な反射レベルが得られる。

監視部７は速度検出器６の動作状態を監視するために設
けられたもので、ドツプラーホーン６１の放射波または
反射波を受信するように配置された受信ホーン７１と、
この受信ホーン７１の受信信号を処理して論理回路９に
入力する監視回路７２とを備えて構成されている。受信
ホーン７１は、路面１０に対してドツプラーホーン６１
と略同じ鋭角の角度θを持つように、車両１の下部に取
付けられている。監視回路７２は交流増幅回路７２１と
整流回路７２２とを備え、整流回路７２２の整流出力を
、監視出力Ｉ２として論理回路９に入力するようになっ
ている。

交流増幅回路７２１及び整流回路７２２は、故障時に安
全側の出力を生じるフェールセーフｔｔＪＨＪ路構成と
する。その具体例を第２図及び第３図に示す。まず、第
２図はフェールセーフ交流増幅回路７２１の具体例を示
し、トランジスタＴｒを増幅素子として用い、トランジ
スタＴｒのベースに交流結合用のコンデンサＣ８を通し
て受信ホーン７１からの信号を入力し、トランジスタＴ
「のコレクタ側から信号を出力するようになっている。

Ｒ１〜Ｒ４は抵抗である。第２図の回路において、トラ
ンジスタＴｒ、コンデンサＣ，、Ｃ２及び抵抗Ｒ１〜Ｒ
４の何れが故障した場合でも、実質的に出力無しの状態
になる。第３図はフェールセーフ整流回路７２２の具体
例を示し、Ｃ３、Ｃ４はコンデンサ、Ｄ　Ｉ　、Ｄ　２
はダイオードであり、コンデンサＣ３、Ｃ４、ダイオー
ドＤ１、Ｄ２の何れに故障を生じた場合でも、整流出力
はなくなる。

比較回路８は、車輪回転検出器５によって得られる車輪
回転検出信号Ｖ、及び速度検出器６によって得られる速
度検出信号ｖ２を比較し、その比較出力１１を生じる。

車輪回転検出信号Ｖ１と速度検出信号■２との比較に当
っては、周波数によって比較する方法、周波数信号を電
圧信号に変換した後、その電圧瞬時値を比較する方法、
時間当りの電圧変化分を比較する方法、電圧積分値を比
較する方法等が考えられる。実施例では、周波数比較に
よる場合について説明する。

第４図は周波数比較に適した比較回路８の具体的なブロ
ック図で、８１は車輪回転検出信号Ｖ。

の周波数ｆ、を計数するカウンタ、８２は速度検出信号
ｖ２の周波数ｆ２を計数するカウンタ、８３はカウンタ
８１．８２のゲート、タイミングをとるゲート発生回路
である。車両１の走行速度Ｖに対して、ドツプラーホー
ン６１を備えて構成された速度検出器６で得られるマイ
クロ波ドツプラ出力ｖ２の周波数をｆ２とし、速度発電
器で構成された車輪回転検出器５で得られる車輪回転検
出信号ｖ１の周波数をｆ、とした場合、ゲート発生回路
８３によるゲート時間Ｔｌ　、Ｔ２を、Ｔ＋”ｆ２千Ｔ
２　・ｆｌとなるようにして、マイクロ波ドツプラ出力ｖ２と車輪
回転検出信号Ｖ、とを正規化し、正規化されたデータ出
力Ｆ、、Ｆ２を発生させる。

８４はデジタルコンパレータで、カウンタ８１．８２か
ら出力されるデータＦ、、Ｆ、を比較してその値が予定
められたレベルに達したときに、滑走または空転の比較
出力ＩＩを生じる。

論理回路９は、比較回路８から与えられる比較出力■１
と監視部７から与えられる監視出力■。

との論理積をとり、車輪回転管理信号Ａを出力する回路
である。この論理回路９は、フェールセーフ、アンド回
路として構成する。第５図にその具体例を示す。第５図
の実施例では、増幅器μｍ、μ２及び帰還回路βで構成
される正相帰還発振回路の電源入力端子に、比較回路８
の比較出力■１及び監視部７の監視出力■２を入力する
ようになっている。電源入力端子に第６図＜ａ＞に示す
ような比較出力１１％及び、第６図（ｂ）に示すような
監視出力■２が入力されると、第６図（ｅ）に示すよう
な発振出力を生じる。この発振出力が車輪回転管理信号
Ａとなる。論理回路９に回路故障を生じた場合には、発
振が停止し、車輪回転管理信号Ａがなくなるので、フェ
ールセーフである。

次に、上記実施例に示した車輪回転管理装置を滑走管理
手段として使用する場合の動作について、第７図のタイ
ミングチャートを参照して説明する。速度検出器６を構
成するドツプラーホーン６１に、第７図（ａ）に示すよ
うな電源断続波を供給して、ＡＭｌｆｒ続変調波のマイ
クロ波を放射させ、路面１０及び枕木４等からの反射波
をドツプラーホーン６１で受信する。第７図（ｂ）はド
ツプラホーン６１で受信される反射波の波形である。ド
ツプラーホーン６１で受信された反射波信号は増幅器６
２１で増幅され、速度検定回路６２２から速度検出信号
ｖ２として出力される。

この速度検出信号ｖ２は比較回路８に入力され、車輪回
転検出器からの回転検出信号Ｖｌと比較される。

ブレーキが投入されていない正常走行状態では、車輪回
転検出信号ｖ１と速度検出信号Ｖ２は一定の関係にあり
、比較出力■１もある一定の低レベル値に保たれている
。

ところが、ブレーキ投入により車輪２に制動が加わると
、制動力に応じて、車輪回転検出信号Ｖが回転数減少方
向に低下する。ブレーキ投入により車両１の速度も低下
するが、車輪２の滑りによって、車両速度の低下は車輪
回転数の低下よりも緩やかに保たれる。このため、ブレ
ーキ投入によって制動をかけた場合、車輪回転検出信号
Ｖ。

の周波数ｆ１と速度検出信号■２の周波数ｆ２との間に
差が発生する。この差は車輪２がロック状態に近づき、
車輪２の滑りが大きくなる程、増大する。車輪回転検出
信号Ｖ、の周波数ｆ１及び速度検出信号の■２の周波数
ｆ２は、比較回路８を構成するカクンタ８１．８２及び
ゲート発生回路８３で正規化され、正規化されたデータ
出力Ｆ、　、Ｆ２をデジタルコンパレータ８４で比較し
て、第７図（Ｃ）に示す如く、滑走出力に対応する高レ
ベルの比較出力Ｉ、を生じさせる。この比較出力１１は
論理回路９に与えられる。

一方、速度検出器６のドツプラーホーン６１から放射さ
れたマイクロ波の反射波は、これと併設した受信ホーン
７１によって受信されており、その受信回路７２から第
７図（ｄ）に示すような直流レベルの監視出力Ｉ２が出
力されている。この監視出力■２は論理回路９に人力さ
れる。

論理回路９は比較出力！、と監視出力■２とのアンド条
件で、第７図（ｅ）に示すような滑走検知信号Ａを出力
する。これにより、信頼性の高い滑走検知信号Ａが得ら
れる。上述のようにして得られた滑走検知信号Ａは、ブ
レーキ制御系に与えて、ブレーキのボンピング制御等を
行なう信号として利用し、ブレーキ制動を車輪粘着力以
内に制御し、降雨、降雪等の種々の車輪粘着状態に対し
て、車輪ロック及び滑走による空走を、未然に防止でき
る。また、滑走検知信号Ａは、運転台に備えられた警報
発生部のランプやブザーに与えてこれを動作させ、運転
手に警告する警報信号として利用してもよい。

次に、車輪空転管理手段として利用する場合について述
べる。

駆動輪２が空転し始めると、車輪回転検出器５から出力
される回転検出信号ｖ１は、周波数ｆ＋が上がる方向に
変化するが、速度検出器６から出力される速度検出信号
ｖ２の周波数ｆ２は、空転とは無関係に、車両１の対地
相対速度に対応した値になっている。従って、滑走検知
の場合と同様に、速度検出器６から出力される速度検出
信号■２と、回転検出器５から出力される回転検出信号
■１とを、比較回路８で比較して比較出力１１を得るこ
とにより、駆動輪２の空転を予知し或いは検知すること
ができる。比較出力１１は、論理回路９に人力し、監視
出力Ｉ２とのアンド条件をとり、論理回路９から車輪空
転検知信号Ａを生じさせる。上述のようにして得られ車
輪空転検知信号Ａはモータ制御信号として利用し、モー
タ電流を絞ってトルクを低下させる方向に制御する。こ
れにより、駆動輪２をレールに再粘着させ、空転を防止
できる。他の動作は車輪滑走の場合とばぼ同じであるの
で説明は省略する。

〈発明の効果〉以上述べたように、本発明に係る車輪回転管理装置は、
車両の車輪回転を検出する車輪回転検出器と、車両の対
地相対速度を検出する速度検出器と、前記車輪回転検出
器によりて得られる車輪回転検出信号及び前記速度検出
器によって得られる速度検出信号を比較する比較回路と
、前記速度検出器の動作状態を監視する監視部と、前記
比較回路から与えられる比較出力と前記監視部から与え
られる監視出力との論理積をとり車輪回転管理信号を出
力する論理回路とを有することを特徴とするから、車輪
滑走または車輪空転を、高信顆度で確実に予知しまたは
検出できるようにした車輪回転管理装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る車輪回転管理装置のブロック図、
第２図は監視回路を構成するフェールセーフ交流増幅器
の回路図、第３図は同じくフェールセーフ整流回路の回
路図、第４図は比較回路の回路図、第５図は論理回路の
回路図、第６図は論理回路の動作を示す波形図、第７図
は本発明に係る車輪回転管理装置の動作を説明するため
のタイミングチャート図である。１・・・車両　　　　　　２・・・車輪３・・・レール
　　　　　４・・・枕木５・・・車輪回転検出器　６・
・・速度検出器６１・・・ドツプラーホーン７・・・監視部７１・・・受信ホーン

Claims

【特許請求の範囲】

（１）車両の車輪回転を検出する車輪回転検出器と、車
両の対地相対速度を検出する速度検出器と、前記車輪回
転検出器によって得られる車輪回転検出信号及び前記速
度検出器によって得られる速度検出信号を比較する比較
回路と、前記速度検出器の動作状態を監視する監視部と
、前記比較回路から与えられる比較出力と前記監視器か
ら与えられる監視出力との論理積をとり車輪回転管理信
号を出力する論理回路とを有することを特徴とする車輪
回転管理装置。
（２）前記車輪回転検出器は、速度発電機であることを
特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の車輪回転管理
装置。
（３）前記速度検出器は、ドップラー効果を利用したも
のでなることを特徴とする特許請求の範囲第１項または
第２項に記載の車輪回転管理装置。
（４）前記速度検出器は、マイクロ波のドップラー効果
を利用したものでなることを特徴とする特許請求の範囲
第３項に記載の車輪回転管理装置。
（５）前記速度検出器は、路面に向けられたドップラー
ホーンと、前記ドップラーホーンで得られたドップラー
信号を処理して車両の対地相対速度信号を出力する回路
とを備えることを特徴とする特許請求の範囲第３項また
は第４項に記載の車輪回転管理装置。
（６）前記監視部は、前記ドップラーホーンの放射波ま
たは反射波を受信するように配置された受信ホーンと、
この受信ホーンの受信信号を処理して前記論理回路に入
力する監視回路とを備えることを特徴とする特許請求の
範囲第５項に記載の車輪回転管理装置。
（７）前記監視回路は、フェールセーフ交流増幅器と、
その後段に接続されたフェールセーフ整流回路とを備え
て構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第６
項に記載の車輪回転管理装置。
（８）前記ドップラーホーン及び前記受信ホーンは、路
面に対して鋭角の角度を持つように車両の下部に取付け
たことを特徴とする特許請求の範囲第５項、第６項また
は第７項に記載の車輪回転管理装置。
（９）前記論理回路は、フェールセーフ、アンド回路で
構成されていることを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の車輪回転管理装置。
（１０）前記車輪回転管理信号は車輪滑走検知信号であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の車輪
回転管理装置。
（１１）前記車輪回転管理信号は、車輪空転検知信号で
あることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の車
輪回転管理装置。