JPH06284518A - 移動体加速度検出装置及び移動体位置検出装置 - Google Patents

移動体加速度検出装置及び移動体位置検出装置

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JPH06284518A
JPH06284518A JP5092181A JP9218193A JPH06284518A JP H06284518 A JPH06284518 A JP H06284518A JP 5092181 A JP5092181 A JP 5092181A JP 9218193 A JP9218193 A JP 9218193A JP H06284518 A JPH06284518 A JP H06284518A
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JP
Japan
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acceleration
moving body
detecting
traveling direction
detection device
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Pending
Application number
JP5092181A
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English (en)
Inventor
Masatoshi Ikeda
昌俊 池田
Shigeto Hirakuri
滋人 平栗
Hideo Nakamura
英夫 中村
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Railway Technical Research Institute
Original Assignee
Railway Technical Research Institute
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2552/00—Input parameters relating to infrastructure
    • B60W2552/15—Road slope, i.e. the inclination of a road segment in the longitudinal direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/72—Electric energy management in electromobility

Landscapes

  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動体の進行方向の加速度を求めるには、従
来は3次元方向の3組の加速度計と姿勢を検出する3組
のジャイロが必要であった。本発明は、1組の加速度計
とジャイロにより、勾配を持つ進路上でも重力の影響を
排除し移動体加速度の検出を可能とする。また車軸回転
による加速度によりジャイロ、加速度計のドリフトを補
正することで、精度の低い安価なものが使用可能にな
る。 【構成】 進行方向に向けてジャイロと加速度計を設置
する。ジャイロで線路勾配を検出し加速度計の重力の影
響を排除して移動体加速度と移動体位置を求める。線路
勾配は移動体上にデータとして記憶する方法を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は陸上移動体の進行方向に
向かう、重力の影響を含む加速度計の指示値により移動
体の進行方向の加速度を検出するものであり、さらにそ
の検出値により、移動体の滑走空転時に車軸により出力
する異常加速度を補正し正確な加速度や位置を検出する
装置に関する。
【0002】
【従来の技術】本発明は航空機等の慣性航法装置を陸上
移動体用に改良するものである。従来の慣性航法装置は
プラットホームと称する回転ジャイロ上で3次元方向の
加速度を計測しこれを2重積分して位置を求めるものが
あった。最近では加速度計は機体に固定し、光ファイバ
ージャイロ等によりその姿勢(変位)を計測して3次元
固定座標上の移動距離を求めるものが実用されている。
これらの装置を2次元平面上の移動体に適用する場合で
も走行路の前後左右の勾配、曲線等のため、3次元移動
体のものと同様のものが使用されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】陸上移動体は一般に回
転車輪を備えている。通常の場合車輪回転により加速
度、速度、移動距離は簡単に算出できる。しかし、鉄道
においては滑走や空転がかなり頻繁に発生しており、そ
の都度速度や移動距離に誤差を生じる。最近個々の列車
の存在位置を検出して列車相互の距離をコントロール
し、異常に接近したときは自動的にブレーキのかかるシ
ステムが開発され、信頼できる高精度の列車位置検出が
求められており、滑走、空転を発生したときは車輪によ
らない位置検出が必要とされる。従来技術では、3次元
の変化に対応するため回転変位を計測するジャイロおよ
び加速度をそれぞれ3組必要とし、単に高価であるばか
りでなく複雑な演算処理が必要であった。
【0004】
【課題を解決するための手段】請求項1については、進
行方向のみに対応する1組のジャイロおよび加速度計を
用いて、移動体の進行方向のみの、勾配等における重力
の影響を排した真の加速度を検出するものである。すな
わち、移動体の進行方向に向かう重力の影響を含む加速
度検出手段と、水平面となす移動体の仰角検出手段とに
より、移動体の進行方向加速度を検出する。
【0005】請求項2については、前記仰角検出手段に
替えて、移動体進路上の任意位置における進行方向の勾
配のデータを予め記憶することにより、移動体の進行方
向加速度を検出するものである。
【0006】請求項3と請求項4については、移動体の
進行方向に向かう重力の影響を含む加速度検出手段と、
水平面となす移動体の仰角検出手段または予め記憶した
移動体進路上の任意位置における進行方向の線路勾配デ
ータにより、移動体の進行方向加速度を検出し、この検
出した加速度より移動体速度または移動体位置を検出す
るものである。
【0007】請求項5については、前記諸手段に加え、
通常は車輪回転に基づき移動体の進行方向の加速度を精
度良く検出し、位置を検出する移動体、特に列車におい
て、滑走、空転の発生時に前記の進行方向加速度を用い
てその位置を補正するものである。すなわち、車軸回転
により得られる加速度または速度により、前記加速度検
出手段及び仰角検出手段、または前記加速度検出手段の
検出値を補正し、車輪の滑走空転時に前記補正を中断す
ると共に、前記移動体加速度検出装置の出力する進行方
向加速度を移動体の加速度であるとして移動体位置を補
正するものである。
【0008】
【作用】移動体の進行方向に向けて加速度計を設置した
場合、水平に移動する限りにおいては加速度計は移動体
の加速度を指示する。しかしながら坂道を上下する場合
は重力の影響を強く受ける。例えば列車の加速度は通常
0.5m/s2程度であるが、30/1000の上り坂
では重力により0.3m/s2相当の影響を受け60%
の誤差を生じる。位置は加速度の2重積分で表わされる
ためほんの数秒で全く使用できない誤差となる。そこで
勾配を、ジャイロで測定するか或はデータとして予め記
憶しておき、計算により重力の影響を取り除く。
【0009】安価な加速度計やジャイロは無視できない
ドリフトを持つものが多い。滑走や空転は散発的に生じ
るもので、通常、つまり滑走空転のないときは車軸の回
転によりきわめて精度の高い加速度が得られる。そこで
このときの加速度によりこれらのドリフトを補正する。
逆に言えば、常に高精度でドリフトを補正できることか
ら安価で精度の幾分低いものが使用できることになる。
【0010】
【実施例】図1により移動体加速度検出装置の実施例を
説明する。列車5が角度θの上り勾配を加速度αで加速
している。ジャイロ3は角速度を検出する。移動体加速
度検出装置1は、既知である駅停車時の線路勾配を初期
値としてジャイロ3の出力を順次積算し、図1の状態で
の勾配θを算出する。加速度計2の指示値α’は、列車
の加速度αと重力の加速度gの勾配を下る分力αgとの
和を示すため、列車5の加速度αは式(1)で表わされ
る。同式のgは重力の加速度gの値で、符号gと値gを
共用している。以下α、αg、θ、についても同様の用
い方をしている。移動体加速度検出装置1で同式の演算
を行い進行方向加速度を検出する。
【0011】
【数1】
【0012】前記仰角検出手段に替えて、移動体進路上
の任意位置における線路勾配θを予め記憶しておき、こ
の線路勾配θのデータを式(1)に代入して演算をを行
い進行方向加速度を検出することも可能である。
【0013】移動体位置検出装置について説明する。移
動体加速度検出装置と同様に検出した加速度αを時間積
分し、移動距離を求め、移動体位置を検出するものであ
る。
【0014】図2及び図3により、請求項5について説
明する。図2における移動体位置検出装置6は、滑走空
転のないとき車軸回転パルス発生器4からのパルスによ
り加速度、速度、移動距離を算出している。また同時に
ジャイロ3が検出する角加速度のドリフトを計算する。
加速度計2のドリフトの計算は、列車5が駅に停車した
ときのみ行う。ドリフトを考慮した場合の列車の加速度
αは式(2)、同じく角速度ωは式(3)、勾配θは式
(4)で表わされる。これらの式においてΔα、Δωは
ドリフトの値、ωは正しいとみなされる角速度、ω’は
ジャイロ3の指示値、θは現在の線路勾配の仰角、θ1
は駅停車時の既知の線路勾配、ΣωΔtは駅停車時から
のωの積分値を表わす。
【0015】
【数2】
【0016】
【数3】
【0017】
【数4】
【0018】駅停車時において、式(2)の進行方向加
速度αは当然ゼロであり、勾配θ(停車時のθをθ1と
する)と重力の加速度gが既知であるので、同式から加
速度計のドリフトΔαが求められる。また式(3)にお
いて同じくωがゼロであることから、ジャイロ3の指示
値ω’はそのドリフトΔωを示すことになる。この停車
時の状態は3図のステップ1に示される。
【0019】列車が走行を開始したときから、式(4)
により刻々の線路勾配θが計算され、このθから式
(2)により列車の進行方向加速度αが計算される。こ
れは図3のステップ2に示される。
【0020】次にステップ3で車軸からの加速度を取り
込み、これを式(2)のαに代入し、加速度計の指示値
α’と当初求めたドリフトΔαとから勾配θを逆算す
る。また前回のθの演算値との差から車軸回転に基づく
角速度を求め、さらにジャイロの指示値ω’と、この角
速度の差、すなわちそのときのドリフト(ここではΔ
ω’とする)を求める。理論的にはこのドリフトを式
(3)のΔωとして良いわけであるが、加速度は不連続
値であるため、車軸による加速度と加速度計による加速
度との検出タイミングのずれにより正確なドリフトを求
めていない可能性もあり、またドリフトは急激に変化し
ない特性からも、角速度のドリフトΔωの補正はその変
化量の一部を修正することとし、式(5)により行う。
但し同式のμは修正率で1以下の値を設定する。
【0021】
【数5】
【0022】ステップ4では補正後のΔωを使ってステ
ップ2と同様の演算を行い、勾配θと列車の加速度αを
求める。ステップ5ではαを時間積分し、加速度計とジ
ャイロによる移動距離を求める。
【0023】ステップ6で車軸からの加速度の異常値、
例えば毎秒4.5km/h以上、または毎秒−6km/h以下の
変化を検出したときに滑走空転があったと判断し、ステ
ップ8において、ステップ5で求めた移動距離を車軸に
よる移動距離に変えて出力する。すなわち位置を補正す
る。この場合Δωの補正を中断しステップ4に戻る。
【0024】ステップ6で異常のないときステップ7へ
進み、停車したかどうかの判定を行い、停車時はステッ
プ1へ、走行時はステップ3に戻る。これら一連のサイ
クルを0.5秒毎に繰り返す。
【0025】ステップ3における車軸からの加速度は、
車軸の回転に伴うパルス数に比例する速度変化から求め
るもので、一周期の平均である。従って加速度計からの
加速度αも一周期の平均値をとる。厳密さを要求する場
合はさらに、車軸による、一周期の平均速度から求めた
加速度は、半周期だけ過去のものであることを考慮する
必要がある。
【0026】勾配の記憶データによる手段と仰角検出に
よる手段を併せ持つことも本発明に含まれる。
【0027】加速度検出手段または仰角検出手段の検出
値とは、必ずしも加速度および仰角に限らず、当該検出
手段が加速度および仰角を検出する過程において検出す
るものを含む。例えば仰角検出手段の検出値には角速度
が含まれる。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、従来のように3次元方
向に対する3組のジャイロ、加速度計を用いることな
く、進行方向に対しただ1組のジャイロと加速度計を用
いることで従来と同等の機能が確保でき、経済的である
ほか、加速度演算が簡明で処理速度が向上する。またジ
ャイロは車軸の回転による加速度により常時補正できる
ので精度の低い安価なものが利用できる。
【0029】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る移動体加速度検出装置の構成の一
例を示した図である。
【図2】本発明に係る移動体位置検出装置の構成の一例
を示した図である。
【図3】本発明に係る移動体位置検出装置の補正動作を
示した図である。
【符号の説明】
1 移動体加速度検出装置 2 加速度計 3 ジャイロ 4 車軸回転パルス発生器 5 列車 6 移動体位置検出装置 θ 勾配 g 重力の加速度 αg 重力の加速度の勾配を下る分力 α 列車の加速度 α’ 加速度計の指示値

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 移動体の進行方向に向かう重力の影響を
    含む加速度検出手段と、水平面となす移動体の仰角検出
    手段とにより、移動体の進行方向加速度を検出する機能
    を備えたことを特徴とする移動体加速度検出装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の仰角検出手段に替えて、
    予め記憶した移動体進路上の任意位置における勾配デー
    タとにより、移動体の進行方向加速度を検出する機能を
    備えたことを特徴とする請求項1記載の移動体加速度検
    出装置。
  3. 【請求項3】 移動体の進行方向に向かう重力の影響を
    含む加速度検出手段と、水平面となす移動体の仰角検出
    手段とにより移動体の進行方向加速度を検出し、この検
    出した加速度より移動体速度または移動体位置を検出す
    る手段を備えたことを特徴とする移動体位置検出装置。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の仰角検出手段に替えて、
    予め記憶した移動体進路上の任意位置における勾配デー
    タとにより、移動体の進行方向加速度を検出し、この検
    出した加速度より移動体速度または移動体位置を検出す
    る手段を備えたことを特徴とする請求項3記載の移動体
    位置検出装置。
  5. 【請求項5】 請求項3または請求項4記載の手段に加
    え、車軸の回転により移動体の加速度、速度、位置を検
    出する機能を備え、車軸の回転により得られる加速度ま
    たは速度により前記加速度検出手段または仰角検出手段
    の検出値の補正を行い、車輪の滑走空転時に前記補正を
    中断すると共に前記移動体加速度検出装置の出力する進
    行方向加速度を移動体の加速度であるとして移動体位置
    を補完することを特徴とする請求項3または請求項4記
    載の移動体位置検出装置。
JP5092181A 1993-03-26 1993-03-26 移動体加速度検出装置及び移動体位置検出装置 Pending JPH06284518A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0810439A3 (de) * 1996-04-30 1998-10-07 Alcatel Verfahren und Einrichtung zur Erfassung der Beschleunigung eines mehrgliedrigen Schienenfahrzeuges
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US7768417B2 (en) 2006-06-16 2010-08-03 Samsung Electronics Co., Ltd. Moving apparatus, method, and medium for compensating position of the moving apparatus
JP2013205248A (ja) * 2012-03-28 2013-10-07 Railway Technical Research Institute 速度検出装置、走行位置算出装置及び速度算出方法
JP2021002924A (ja) * 2019-06-20 2021-01-07 株式会社日立製作所 列車保安システム、列車保安制御方法及び列車車上装置
JP2024135111A (ja) * 2023-03-22 2024-10-04 東芝インフラシステムズ株式会社 速度・位置算出装置、運転支援装置および自動運転装置

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