JPH0254881B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高速鉄道の軌道管理上最も必要とされ
る乗客の良好な乗心地を確保するのに有効な軌道
検測方法に関するものである。

従来は、後述する如く、軌道検測車（以下、検
測車と称す）で検測された高低狂い、通り狂い、
車体動揺などを軌道整備基準に照らして、軌道整
備の必要性の有無を判定していた。しかしなが
ら、高速領域における軌道状態と車体動揺の関係
について研究、解析が行われた結果、軌道狂いに
より発生する車体動揺は軌道狂いの波長によつて
異なり、合理的かつ経済的な軌道管理のために
は、車体の動揺と乗客の乗心地に影響が大きい軌
道狂いを重点的に整備することが適切であるとさ
れるに到つた。

以下、従来の状況を述べる。

まず、通り狂いとは軌道平面上におけるレール
の長手方向の左右の曲がりを表わし、高低狂いは
上下の曲がりを表わすものである。これらは長さ
10ｍの弦の中央とレールとの距離を測定して狂い
量を表わしており、一般に正矢法による軌道狂い
の検測と呼ばれている。車体動揺は、通常、車体
の振動加速度で表わす。前記の測定法は、従来、
第１図に示すような検測車１で使用されており、
この正矢法による通り狂いの検測は、検測車１の
５ｍ間隔に配置された台車２に通り狂い測定用検
出器３を弦長10ｍの両端と中央の３ケ所に取り付
け、この検出器３により車体を基準としたレール
の左右方向相対変位を検出し、電気回路等により
構成する演算装置で狂い量を求めている。このよ
うな正矢法による狂いの測定は次のような特性を
持つことが理論的に求められている。第２図は10
ｍ弦正矢法の特性図を示すもので弦長10ｍの正矢
法では波長10ｍの狂いの検測倍率が最大の2.0に
なり、波長20ｍでは1.0、波長40ｍでは0.29とな
る。一方、高速鉄道の車体の左右動揺には後述の
ように30ｍから40ｍの波長の通り狂いが大きく影
響することが明らかになつた。このため30ｍから
40ｍの波長範囲で検測値が小さくなる従来の検測
車による10ｍ弦正矢法測定に基づく軌道狂いの測
定には限界があり、高速鉄道に要求される乗心地
を確保するための新しい軌道狂いの検測方法が必
要である。

本発明の要旨は、通り狂い測定用測定枠に加速
度計およびレールの左右変位検出器を設置し、こ
れによるレールの左右方向相対変位の信号と加速
度計の信号を処理することにより慣性空間に対す
るレールの左右方向変位を求め、通り狂いの波長
による車体左右加速度への影響度を考慮し、かつ
車体左右加速度の乗心地への影響度（乗心地基準
と呼ばれている）も考慮して良好な乗心地を確保
するために必要な軌道整備箇所の検出を行う軌道
通り狂いのフイルタの特性を実現することを特徴
とする軌道通り狂いの検出方法に関するものであ
る。軌道の通り狂いの波長による車体左右加速度
への影響度については、高速試験の結果から第３
図に示すような通り狂い波長に対する車体左右加
速度の回帰直線図が得られた。このことにより、
軌道の通り狂いを知ることによつて、そこを通過
する際の車体左右加速度を推定することが可能と
なつた。また鉄道車両の車体左右加速度と乗心地
との関連は乗心地基準として設定されている。以
上の結果から、通り狂いの波長による車体左右加
速度への影響度と、乗心地基準から左右加速度に
対する乗心地の良さを一定に定めた場合に許容さ
れる通り狂いとの関係が各波長に対し第４図に示
すように求められた。なお、第４図は走行速度
210Km／ｈの場合を示す。軌道整備箇所の摘出の
ためには、通り狂いの波長に関係なく、通り狂い
の乗心地に対する影響度が一定のレベルで出力さ
れることが望ましい。このような出力を得るため
には、許容通り狂いの小さい波長域では大きな検
測倍率で、逆に許容通り狂いの大きい波長域では
小さな検測倍率で検測すればよい。すなわち、慣
性空間に対するレールの左右方向変位を測定し、
第４図で求められた許容通り狂いの逆数の形状を
持つフイルタを通す処理を行えばよい。第５図は
前記逆数が最大となる波長10ｍの検測倍率を１に
合わせた特性図である。これを通り狂いに対する
乗心地処理フイルタと称する。乗心地処理フイル
タの形は列車の走行速度により異なるため、第５
図では走行速度別に示した。このようにして得ら
れた出力を乗心地処理通り狂いと称する。

次にこれを実現するための通常の方法を示す。
第６図は本発明に用いる検測車の測定台車の平面
図、第７図は第６図のＡ−Ａ断面図である。

輪軸４に取付けられた軸箱５に固定した釣合梁
６の所定位置で支持された通り狂い測定用測定枠
７に加速度計８とレールの左右変位検出器９，１
０を取付け、該レールの左右変位検出器９，１０
により得られる測定枠７と左右レール１１，１２
との相対変位と、加速度計８により得られる左右
方向の加速度を二回積分して求めた慣性空間を基
準とした測定枠７の左右方向変位との和により、
原理的には慣性空間に対するレールの左右変位が
求まる。このようにして求められたレールの左右
方向変位に対して、第５図に示すような乗心地処
理フイルタの特性を持つフイルタ回路を通すこと
により、原理的には乗心地処理通り狂いを得るこ
とができる。

しかし一般に、二回積分を実施する電気的な二
回積分回路では、加速度信号に含まれる誤差成分
が積分動作により蓄積されるため、非常に短時間
の積分しか実現できず、軌道狂い検測のように長
時間（通常数時間）の積分には適さない。

本発明によれば次のような処理回路を通すこと
により、上記の欠点を解消し、かつ乗心地処理通
り狂い波形を得ることができる。

第８図は本発明を実施するための処理回路のブ
ロツク図である。レールの左右変位検出器により
得られる信号をXa、加速度計により得られる加
速度信号をαとし、二回積分を表わすラプラス変
換式をG1（ｓ）、乗心地処理フイルタ特性のラプ
ラス変換式をG2（ｓ）とすると乗心地処理の通り
狂い量Ｙは次のように表わすことができる。

Ｙ＝G2（ｓ）・（Xa＋G1（ｓ）・α） …(1) ここで、乗心地処理フイルタ特性G2（ｓ）をハ
イパスフイルタの特性を持つ部分G21（ｓ）と、
それ以外の部分G22（ｓ）に分ける。

すなわち、G2（ｓ）＝G21（ｓ）・G22（ｓ）とす
るとき (1)式は Ｙ＝G21（ｓ）・G22（ｓ）・（Xa＋G1（ｓ）・α） ＝（G21（ｓ）・Xa＋G21（ｓ）・G1（ｓ）・α）・
G22（ｓ） …(2) となる。

ここで、G21（ｓ）・G1（ｓ）＝G3（ｓ）とする
と、 (2)式は(3)式のように表わされる。

Ｙ＝G2（ｓ）・Xa＋G3（ｓ）・α）・G22（ｓ） …(3) G3（ｓ）なる伝達関数は、ハイパスフイルタと二
回積分の特性を合わせ持つもので、この特性を持
つ電気的な回路は誤差の蓄積を起こすことがな
い。

したがつて、(3)式の演算を電気回路により実施
すれば乗心地処理通り狂いを求めることができ
る。

第８図の１３，１８は(3)式のG21（ｓ）なる伝
達関数を持つハイパスフイルタ回路であり、１４
はG3（ｓ）なる特性を持つ二回積分回路、１５，
１９は加算器、１６，２０は(3)式のG22（ｓ）の
特性を持つ乗心地処理回路である。１５，１９の
加算器は通常のアナログ回路により実現でき、ま
た乗心地処理フイルタの特性は、空間周波数（ま
たは波長）に対して得られているため、１３，１
４，１６，１８，２０の回路は検測車の車速に応
じて周波数を可変とするアナログフイルタ回路で
構成する。１７は各フイルタ回路の周波数を可変
とするため、検測車の走行車輪に取付けられた回
転検出器の信号を受け、速度信号を各フイルタ回
路へ出力するための速度信号発生器である。

次に、第８図のブロツク図によつて処理回路を
説明する。

左レールの場合、レールの左右変位検出器９か
ら出力した測定枠を基準とする左レールの左右方
向変位信号と速度信号発生器１７から出力した速
度信号とを、ハイパスフイルタ回路１３に入力
し、G21（ｓ）なる特性で低周波成分がカツトさ
れた前記左レールの左右方向変位信号を出力し、
一方、加速度計８から出力した前記測定枠の左右
方向加速度信号と速度信号発生器１７から出力し
た速度信号とを二回積分回路１４に入力し、Ｇ(3)
なる特性で二回積分された信号を出力し、該２つ
の信号を加算器１５で加算することによりG21
（ｓ）なる特性で低周波成分がカツトされた慣性
空間に対する左レールの左右方向変位信号として
出力し、さらに前記速度信号とともに乗心地処理
回路１６に入力されることによつて左レールの乗
心地処理通り狂い波形を得ることができる。

なお、右レールの場合については、レールの左
右変位検出器１０、ハイパスフイルタ回路１８、
加算器１９、乗心地処理回路２０から構成され、
二回積分回路１４および速度信号発生器１７は共
用される。

以上、本発明によれば慣性空間に対するレール
の左右変位に対して、乗心地処理フイルタを通し
た波形を出力し、この波形が大きい場所の通り狂
いを重点的に整備することにより、合理的かつ経
済的な軌道の乗心地管理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の軌道検測車を示す図、第２図は
10ｍ弦正矢法の特性図、第３図は高速試験より求
められた通り狂い波長に対する車体左右の加速度
の回帰直線図、第４図は通り狂い波長と許容残存
通り狂いの関係図、第５図は乗心地処理フイルタ
の特性図、第６図は本発明に使用する測定台車の
平面図、第７図は第６図のＡ−Ａ断面図、第８図
は本発明を実施するための処理回路のブロツク図
である。 １……従来の軌道検測車、２……台車、３……
従来の通り狂い測定用検出器、４……輪軸、５…
…軸箱、６……釣合梁、７……測定枠、８……加
速度計、９，１０……レールの左右変位検出器、
１１……左レール、１２……右レール、１３，１
８……ハイパスフイルタ回路、１４……二回積分
回路、１５，１９……加算器、１６，２０……乗
心地処理回路、１７……速度信号発生器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 軌道検測車の通り狂い測定用の測定枠に加速
   度計およびレールの左右変位検出器を設置し、前
   記測定枠を基準とするレール左右方向変位と速度
   信号とをハイパスフイルタ回路に入力することに
   より低周波成分をカツトした信号を出力し、該信
   号と前記加速度計により検出した加速度信号を該
   信号に含まれる誤差成分が、積分動作により蓄積
   しないように二回積分したのち加算して、前記測
   定枠を基準とする慣性空間に対するレールの左右
   変位を求め、これを乗心地への影響度を評価する
   回路を通すことにより良好な乗心地を確保するた
   めに必要な軌道整備箇所の摘出を行うことを特徴
   とする軌道通り狂いの検測方法。