JPH10506182A

JPH10506182A - レール搭載車両の速度測定装置

Info

Publication number: JPH10506182A
Application number: JP8503827A
Authority: JP
Inventors: フィンネスタッド，アスケル; リンド，ハカン
Original assignee: エイビービーダイムラー − ベンツトランスポーテーションシグナルアクチーボラグ
Priority date: 1994-07-04
Filing date: 1995-06-26
Publication date: 1998-06-16
Anticipated expiration: 2023-07-02
Also published as: WO1996001431A1; ATE204386T1; US5825177A; AU2941095A; SE515008C2; EP0797779A1; DE69522237D1; DE69522237T2; SE9402350D0; JP4112610B2; EP0797779B1; SE9402350L

Abstract

(57)【要約】レール搭載車両の速度測定装置は、車両上に配置され、相互距離（Ｌ）が周知である車両の縦方向における２つの異なる測定位置において、レール（２）を含む磁界を発生するようにされた２個のセンサー（Ｇ１，Ｇ２）を有している。さらに、センサーは、前記各測定位置において、車両のレールに沿った移動により生じる磁界の時間変動に対応する信号パターン（Ｓ１，Ｓ２）を感知するようにされている。さらに、装置は、２つの信号パターンの相関によりその間の時間変位（τ_m）を求め、前記時間変位および測定位置間の周知の距離に基づいて、車速（ｖ）を求めるようにされた手段（ＳＢ１，ＳＢ２，ＣＥ）を有している。

Description

【発明の詳細な説明】レール搭載車両の速度測定装置技術分野本発明はレール搭載車両の速度測定装置に関する。背景技術レール搭載車両の速度をあらゆる運転状態の元で車両の全速度範囲にわたって高い信頼度で正確に測定できるようにすることが、長い間所望されている。積分により車両の踏破距離したがって路線に沿った車両の位置を求めることができる正確な速度値が望ましく、この情報は、高度な交通管制システムで必要とされる。さらに、加速もしくは減速中の車両のスリップを制御するシステムに対する情報として、正確な速度値が得られることが望ましく、そのため極めて低速においても良好な速度測定を行うことが重要となる。さらに、とりわけ信頼性およびコスト上の理由から、速度測定および位置決定手段は、その全体を車両上に配置し、それらは路線やその他の場所に配置された固定信号もしくは測定システム等の外部手段から完全に、あるいは出来るだけ、独立させることが望ましい。車両の車輪に接続されたタコメータジェネレータを使用することが知られている。しかしながら、このような装置では駆動もしくは制動時の車輪のスリップにより生じる測定誤差を避けることができない。さらに、タコメータジェネレータから得られる速度および距離の測定値は、現在の車輪径に依存する。それは摩耗および、規則正しい間隔で行われる、車輪の引っ繰り返しにより変化する。直径の変化の影響は、測定システムを繰り返し校正かつ調整することにより、ある程度補償することができるが、その必要性が本質的な欠点となり、また、いかなる状況においてもタコメータジェネレータシステムでは、例えば、距離測定において恐らく１０−３０％よりも高い精度が得られることはない。Ｔｉｄｓｋｒｉｆｔ１９７６年、第３号、第１８−２２頁の論文ｋｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｍｅｔｏｄ”には、（第３図の説明において）相関法によりレール搭載車両の速度を光学的に非接触で測定することが提案されている。ボギー台車に搭載されたセンサーが相互距離が周知である２つの異なる位置でレールを照明する２個の発光ダイオードを有している。反射された放射が、両方の位置においてホトダイオードにより感知される。２つの時変信号間で最大相関が得られるまで感知された信号の一方は、時間的に変位される。次に時間変位と測定位置間の周知の距離から車両の速度が求められ、それを積分することにより、踏破距離が求められる。しかしながら、実際上、車両の運転中に避けられない検出器等の著しい汚れに光学系が敏感であることが判っている。さらに、レールとセンサーとの間に存在する雨滴、雪およびブレーキダスト等の粒子により、とりわけ光学信号が著しく減衰することにより、測定が擾乱される。したがって、前記したタイプの装置を使用する車両環境において運転中に高信頼度および高測定精度を得ることは、困難もしくは不可能であることが判ってきた。Ｗｅｇ−ｕｎｄＧｅｓｃｈｗｉｎｄｉｇ−ｋｅｉｔｓｍｅｓｓｕｎｇａｕｆＳｃｈｉｅｎｅｎｆａｈｒｚｅｕｇｅｎ，Ｓｉｇｎａｌ＋Ｄｒａｈｔ，８５（１９９３年），第３６０−３６４頁には、ドップラーレーダにより車両の運転中の速度および道路測定システムが記載されている。このようなシステムは、光学系よりも汚れに鈍感であることが判っている。しかしながら、ノルディックもしくは北極圏の気候で冬季に車両を運転すると、回避できない雪や氷の被覆により、このような条件下ではシステムを使用できなくなるほどレーダーの放射が妨害されることが判った。さらに、この種の測定装置では、車速が低い場合に所要の測定精度を得るのは困難であることが判っている。米国特許明細書第４１７９７４４号には電気レール搭載車両の機能チェック装置が記載されている。この装置は、レールに沿って配置された１個以上の固定センサーを有し、それらは固定測定装置および信号処理装置に接続されている。車両がセンサーを通過すると、車両のトラクション装置からの電磁界が検出される。それによりトラクション装置の機能の制御および分析が可能となる。相互距離が周知である、このような２個のセンサーをレールに沿って配置し、信号処理装置が２個のセンサーからの信号間の時間変位を決定できるようにすれば、車両速度を求めることができる。この装置は、固定設置する必要があり、車両がセンサーを通過する瞬間の車両速度に関する情報しか得られず、例えば、位置決定やスリップ制御に必要な連続速度情報を得ることはできない。米国特許明細書第４２８３０３１号には、鉄道の交差点に関して使用する装置が記載されている。それはレールに沿って配置され、例えば、列車の長さ、車両台数、列車速度および方向を求める固定センサーを有している。各センサーは、レール付近に配置され、センサーから発生され、車輪の通過により生じる電磁界の変化を感知するようになされている。周知の相互距離に配置された２個のセンサー間の車輪の通過時間を求めることにより、列車速度を求めることができる。この装置は前節で述べたのと同じ欠点を有している。米国特許明細書第５１４１１８３号には、レールに沿って移動可能なキャリッジを具備する（例えば、天井クレーンやトロリー上に配置された産業ロボット等の）ハンドリングシステムにおける装置が記載されている。キャリッジは、固定コンタクトレールに沿って走行する集電器を有している。レール上には、磁気ストリップが配置され、それは磁化方向が交番する領域を有している。集電器にはストリップからの磁界を感知し通過領域をカウントするセンサーが設けられている。領域のディメンジョンが周知であれば、車速を求めることができる。この装置も固定部材（磁界ストリップ）を必要とし、したがって、固定部材を通過する時の速度情報しか得られない。発明の要約本発明は、車両の全速度範囲内で高い信頼度を示し非常に厳しい運転条件下でも高い測定精度を示し、しかも車両の外部に配置された手段やシステムとは完全に独立して作動することができる、明細書の序文に記載した種類の装置を提供しようとするものである。さらに、本発明は、車両の非動作を確実に検出できる装置を提供しようとするものである。本発明は、さらに、クラックやレールの故障等の、レールの欠陥を検出できるようにする装置を提供しようとするものである。本発明による測定システムの特徴は、請求の範囲から明らかとなる。図面の簡単な説明以下に添付の第１図−第９図を参照して本発明を詳細に説明する。第１図は、本発明によるセンサー手段を示し、第１ａ図は、センサー手段の側面図、第１ｂ図は、センサー手段の平面図、第１ｃ図は、センサー手段の車両の移動方向から見た図、第１ｄ図は、別の実施例のセンサー手段の平面図、第１ｅ図は、車両上に搭載したセンサー手段の例である。第２ａ図は、本発明による測定装置のブロック図を示す。第２ｂ図は、第２ａ図の手段のセンサー自体内に配置された電子システムの構成を示す。第２ｃ図および第２ａ図の手段の２個のセンサーの各々の信号処理回路の構成を示す。第２ｄ図は、２つの異なる周波数で交互に作動させるために、第２ａ図の装置をどのように補足できるかを示す。第３図は、センサーコイルの出力信号成分をベクトル図形式で示す。第４図は、センサーコイルが互いに直交する２方向とされている、本発明によるセンサー手段の別の実施例を示す。第５図は、３個のセンサーユニットを有し、２つの異なる測定距離間の選択を行う可能性があるセンサー手段を示す。第６図は、第５図の装置において行われる測定距離の切り替えを示す。第７図は、車両の非動作を検出するために本発明による装置をどのように補足できるかを例示している。第８図は、本発明による装置をレールの欠陥検出装置により、どのように補足できるかを例示している。第９図は、センサー手段の磁化およびセンサーコイルの別の実施例を示す。実施例の説明以下の説明に現れる電気的および機械的寸法情報の例は、近似値にすぎない。第１図に本発明によるセンサー手段を示す。それはレール２上のボギー台車上に配置され、その縦方向は車両の移動方向に一致しており紙面内にある。センサー手段は、例えば、アルミニュウム等の導電材料で出来た筺体１を具備している。導電性筺体の壁によりセンサー間および外部磁界からの擾乱に対する遮蔽が行われる。筺体は、３つの空間１１，１２，１３を有している。各空間１１，１２内に、それぞれセンサーＧ１，Ｇ２が配置されている。各センサーは、コイルフレーム１１０，１２０を有し、その上に、それぞれ磁化コイル１１１，１２１が配置されている。磁化コイルは、実質的に垂直な縦軸を有している。各コイルは、長さが８０ｍｍ，直径が２２ｍｍで１５０ターンからなり周波数が１００ｋＨＺの交流電圧が供給される。コイルフレーム１１０，１２０の低部には移動方向に直角に溝が形成されており、これらの溝内にセンサーコイル１１２，１２２が配置される。各センサーコイルは、高さが７ｍｍ，（車両の移動方向に直角な方向の）幅が２５ｍｍで２５０ターンからなっている。センサーコイルは、紙面に直角な軸の周りをある程度回転してコイルの感知方向が磁化方向に直角となるようにコイルを調整できるように配置されている。センサー手段の低部とレール２の上面間の距離ｄは、例えば５０−１００ｍｍである。それはボギー台車の撓みおよび通常ある間隔で行われる車輪の引っ繰り返し時に生じる車両の車輪径の減少に関して適合されている。２個のセンサー間の移動方向の距離Ｌは、実施例では、およそ１００ｍｍである。（少なくとも２個のセンサーを有する）各センサーシステムは、個別に測定されて等価“電気的距離”Ｌ’_ELが求められ、（例えば、Ｅ²メモリ等の）非揮発性メモリに格納される。次にこの距離Ｌ’_ELは、信号処理装置により校正値として利用される。２個のセンサー間の共通空間１３内で、ある電子装置が印刷回路板１３１上に配置されている。実施例では、この電子装置はセンサーコイルからの信号の前置増幅器およびセンサー信号のバンドパスフィルターからなっている。筐体１には、磁化コイル供給電圧および印刷回路板１３１出力信号の（図示せぬ）接続装置およびセンサーコイルと印刷回路板間の必要な接続が設けられている。さらに、第１ａ図には後記する座標系が示されている。座標系のＸ軸は、垂直で磁化コイルの縦軸に平行である。Ｙ軸は、レールの縦方向に平行であり、したがって車両の移動方向である。Ｚ軸は、水平でありレールの縦方向に直角である。第１ｂ図に、センサーの上から見た断面を示す。第１ｃ図に、センサーの前から見た断面を示す。センサーの磁化コイルは、実質的に垂直な主方向を有する交番磁界−磁化磁界 −を発生する。コイルは、レールの比較的近くにあるため、レールは、磁界に影響を及ぼす。磁界に影響を及ぼす要因は、センサーとレール間の空隙の大きさ、レールのジオメトリ（例えば、寸法変化、破損、中断）およびレールの透磁率と導電率である。車両の移動中に、これらの要因の変動により磁界構成の相関可能な変動が生じる。しかしながら、磁界の変動は、磁化磁界の大きさに較べて小さい。しかしながら、各センサーのセンサーコイルが独立しているため、レールの性質のこのような変動により生じる磁界の変化を最もよく表す磁気成分を選定して感知するような空間方位とすることができる。センサーコイルの方位を第１図に示すように、すなわち、磁化磁界に直交するようにすることにより、強い磁化磁界に対するコイルの感度を著しく低減することができる。このようにしてセンサーコイルからの出力信号の磁化磁界に直交する磁界が占める割合が著しく増大し、磁界変動検出における感度および精度を著しく高めることができる。第１ｄ図に、上から見た、センサー手段の筐体１の別の実施例を示す。筺体は、２個のセンサー用空間１１，１２を形成しかつ共通電子ユニット（印刷回路板１３１）用空間１３を形成する平面平行壁を有する部分により分離された、２つの円形部を有する押出しアルミニウム異形材からなっている。第１ａ図−第１ｃ図に示すセンサー手段を車両上へ搭載する例を第１ｅ図に示す。センサー手段は、車両のボギー台車の一方、すなわち、２組の車輪３１，３２のあるボギー台車の下側に搭載されている。磁界コイル給電装置およびセンサーコイルの出力信号処理装置を付随する第１図に従ったセンサー手段を第２ａ図に示す。給電ユニットＳＵは、正弦波発信器ＯＳＣおよび電力増幅器ＰＡを介して周波数１００ｋＨｚの交流電圧を磁化コイル１１１，１２１へ供給する。センサーコイル１１２，１２２からの出力電圧ｕ i₁，ｕi₂は、印刷回路板１３１上に配置された電子回路１３１₁，１３１₂へ供給される。これらの回路からの出力信号ｕ_d1，ｕ_d2は、デジタル信号Ｓ１，Ｓ２を発生する、信号処理回路ＳＢ１，ＳＢ２へ送られる。これらの各信号は、各センサーコイルにより感知される磁界の相位置の瞬時値の尺度を構成する。信号Ｓ１，Ｓ２は、計算ユニットＣＥへ送られそれは、とりわけ、２つの信号の相関により車速Ｖの測定値および踏破距離Ｓを計算する。第２ｂ図に電子回路１３１₁の構成を示す。センサーコイル１１２は、５０ｋΩの負荷抵抗Ｒ１に接続されている。５−１０倍の増幅率および５０Ωの出力インピーダンスを有する増幅器およびインピーダンス変換器Ｆ１１へ電圧ｕ_i1 が供給される。増幅器の出力信号は、周波数が１００ｋＨｚである、磁化磁界から誘起された信号を除いてバンドパスフィルターＢＰ１により濾波される。本実施例では、フィルターは、上限および下限周波数が、それぞれ１５０ｋＨｚおよび５０ｋＨｚである通過域を有している。バンドパスフィルターからの出力信号はｕ_d1で示されている。電子回路１３１₂は、回路１３１₁と同様に構成されている。第２ａ図の信号処理回路ＳＢＩの構成を第２ｃ図に示す。信号ｕ_d1は、１秒もしくは数秒の大きい時定数を有する位相同期ループＰＬＬ１へ送られる。この回路は、入力信号ｕ_d1の相位置の平均値に対応する相位置を有している。この回路は、入力信号と同じ周波数、すなわち１００ｋＨｚの２つの出力信号を発生する。出力信号ｕ_r21は、入力信号と同じ相位置を有しセンサー手段の作動点を制御する回路ＡＧＣ１へ送られる。第２の出力信号は、前の出力信号から９０°移相した方形パルス列ｕ_r11からなり排他的ＯＲ回路ＸＯＲ１の入力へ送られる。信号ｕ_r11は、センサーコイル内に発生する電圧の相位置を決定する際の相位置基準として働く。ＡＧＣ１回路は、可制御利得を有する回路である。この回路の出力信号ｕ_dm1 は、入力信号ｕ_r21と同じ相位置および曲線形状を有するが振幅は変動する。増幅制御回路の入力には信号ｕ_d1が供給される。この信号のピーク値が、例えば包絡線検出器により検出されて回路の出力信号の振幅を−完全ではないが−ほぼ測定信号ｕ_d1の振幅に対応するように制御する。ＡＧＣ１回路は、例えば１秒もしくは数秒の、大きい時定数を有し、したがって出力信号ｕ_dm1は、測定信号ｕ_d1 と同じ周波数および測定信号ｕ_d1の振幅および相位置の平均値にほぼ対応する振幅および相位置を有する。差動増幅器Ｆ２１において信号ｕ_dm1は、測定信号ｕ_d1から減じられ、その差は増幅器の出力信号ｕ’_d1を構成する。前記した回路ＰＬＬ１−ＡＧＣ１−Ｆ２１により手段の作動点が制御されて、磁化磁界により生じるセンサーコイルの出力信号の成分が所望する程度まで除去されるようにされる。このようにして、磁化磁界に較べて小さい、車両の移動により生じる磁界の変動を検出する際の感度および精度が高められる。磁化磁界により生じる電圧成分は、完全には除去せずに、センサーコイルの出力信号に、例えば、１００ｍＶのこの成分を相基準として含ませるのが適切であることが判っている。ＸＯＲゲートは、入力信号ｕ’_dd1（第２ｃ図）を必要とし、それはＰＬＬ１回路から得られるｕ_r11に対して平均的に９０°移相していなければならない。ＰＬＬ１回路は、その相位置を実質的に磁化磁界の成分から見つけている。したがって、磁化磁界からの十分大きい成分がｕ’_dd1信号、したがってｕ’_d1にも存在しなければならない。増幅器Ｆ２１の出力信号ｕ’_d1は、比較器ＣＭＰ１へ送られ、それは入力信号がゼロよりも大きければ論理１を送出し、逆の場合には論理０を送出する。入力信号ｕ’_d1と同じ相位置および周波数の方形パルス列である比較器の出力信号ｕ ’_dd1は、ＸＯＲ回路ＸＯＲ１の第２の入力へ送られる。ＸＯＲ回路への２つの入力信号が同相であれば、回路の出力信号はゼロとなる。入力信号が逆位相であれば、出力信号は１となる。平均的に、入力信号ｕ’_dd ₁ は、測定信号ｕ_d1と同じ相位置を有する、すなわち、ＸＯＲ回路への２つの入力信号間の位相差は、平均的に、９０°である。したがって、平均的に、回路の出力信号は１／２の値を有する、すなわち平均的に、作動点は回路のダイナミックレンジの中心にあり、ダイナミックレンジは最適に利用される。ＸＯＲ回路の出力信号ψ_pは、１００ｋＨｚの周波数および前記した０と１の限度間で変動する１／２の平均値を有するパルス列により構成されている。ローパスフィルターＬＰ１において、１００ｋＨｚ成分とその高調波が抑制され、フィルターの出力信号ψ_aは、センサーコイルの出力信号の相位置と同時に変動するアナログ信号である。フィルターの出力信号は、増幅されＡ／Ｄ変換器ＡＤ１において出力信号Ｓ１によりデジタル形式へ変換される。第２ａ図の信号処理回路SＢ２は、前記した回路ＳＢ１と同様に構成される。第２ａ図の信号処理回路ＳＢ１，ＳＢ２からの信号Ｓ１，Ｓ２は、相関ユニットＣＥへ送られる。それは、とりわけ、２つの信号Ｓ１，Ｓ２の相関により速度決定を実施し、速度値の積分／加算により、車両の踏破距離を計算するようにプログラムされたマイクロプロセッサにより構成するのが適切である。各信号Ｓ１，Ｓ２は、所定数の一連のデジタル値として連続的に格納され、したがって問題とする瞬間の前のある時間中の信号の変動が常に再生される。信号Ｓ１，Ｓ２間の相関の連続計算は、それらの信号が互いに変動する時間間隔τだけ変位される時に行われる。相関積分の最高値を与える時間変位τ_mは、速度決定のための１つのサブセットとして使用される。さらに、前の測定結果（前の履歴）、車両（列車）の動特性のモデリング、あるいは例えば、タコメータジェネレータ等の他の（より不正確な）速度センサーが入力データとして使用される。次に、さまざまな入力データの適合重み付け統計確率計算である評価プログラムにより瞬時車速のＭＬＥ（最尤推定）が行われる。車速は次式に従って得られ、ここに、Ｌ’_ELは、センサー間の等価“電気的距離”（第１図の関連説明参照） τ_MLEは、ＭＬＥに従って最大可能相関を与える値である。さらに、相関中にＳ１，Ｓ２間でシフトさせ２つの信号パターン間のどの順序で相関が得られるかを調べることにより、車両の移動方向を求めるように簡単に装置を適合させることができる。マイクロプロセッサが、例えば、毎秒１０回の所定の頻度で相関解析を実施するように適合されている。例えば、７０ｋＨｚと１００ｋＨｚの２つの異なる周波数で交互にセンサー手段を作動できるようにして速度決定の信頼度を高める方法を第２ｄ図に示す。計算部材ＣＥからの制御信号ｆ_cにより、例えば各測定間に、適切な周期性を有して発信器周波数が、これら２つの値間で切り替えられる。必要に応じて、信号処理装置ＳＢ１，ＳＢ２内のフィルター回路もそれと同期して切り替えられる。レールへの浸透深さは、２つの周波数について異なるため、感知される信号パターンは、車両の移動中さまざまに変動する。しかしながら、一方の周波数で計算される速度値は、本質的に他方の周波数で求められる値に対応している。値が対応しない場合、（差が小さければ）その平均値を形成し、（差が大きければ）それをセンサー手段の故障表示として取り出すことができる。センサー手段を異なる周波数で交互に作動させる替わりに、異なる周波数で作動する２つ以上のセンサーシステムおよび測定チャネルを配置することができる。もちろん、所望により、車両に２つ以上の同じセンサー手段を使用して利用度および信頼度を高めることができる。第３図に、センサーコイルの出力電圧ｕ_iを交流電圧ベクトルの形式で示し、この電圧は、２つの成分ｕ_ix，ｕ_iyにより構成されている。センサーコイルの出力信号の磁化磁界により直接生じる成分は、実際上、コイルの方位を調整して解消することはできない。しかしながら、前記したように、第２ｃ図を参照して前記した手段の作動点制御回路により、この成分を所望する程度までさらに低減することができる。しかしながら、この成分は完全には除去しないのが適切であることが判っており、したがって、センサーコイルの出力信号内には磁化磁界により生じる成分ｕ_ixがある。車両の移動により生じる（磁化磁界に直交する）センサーコイルの感知方向の磁界変動により実質的にセンサーの出力信号のｕ_iy成分が得られ、この成分は、ｕ_ix成分に対して９０°移相している。ｕ_iy成分の変動によりコイルの出力信号の相位置ψが、磁化磁界により発生されるｕ_ix成分の相位置に対して変動する。前記したように、センサーコイルの方位が、磁化磁界に直交するためコイルの出力信号に及ぼす磁化磁界の影響が著しく低減される。したがって、電圧成分ｕ_iyの変動により生じるセンサー信号の相位置の変動が著しく増大して、良好な検出感度および精度が得られる。第４図に、上から見た、第１図に示すセンサー手段と同種のセンサー手段を示す。センサーＧ１，Ｇ２が、それぞれ各空間１１，１２内に配置されており、各センサーは、第１図の場合と同様に、垂直主方向を有する交番磁界を発生する（図示せぬ）磁化コイルを有している。また、第１図の場合と同様に各センサーは、それぞれセンサーコイル１１２ｙ，１２２ｙを有し、それらの感知方向はＹ軸に平行である。第４図に示す手段において各センサーは、それぞれ付加センサーコイル１１２ｚ，１２２ｚを有し、その感知方向はＺ軸に平行である。センサーコイル１１２ｙ，１２２ｙから、ｕ_d1y，ｕ_d2yとして示す、２つのセンサー信号が、第１図および第２図を参照して前記したようにセンサー内に配置された電子回路１３１を介して得られ、センサー信号は、第２図を参照して前記したように信号処理されかつ互いに相関されて車速Ｖの尺度を形成する。ｕ_d1z，ｕ_d2z信号は、別々の信号処理回路および計算手段もしくは同じ回路を交互に使用して同様に処理され、一方のコイル対からの信号および交互に他方のコイル対からの信号から車速が求められる。恐らくは、信号処理回路および計算手段を有する一方のコイル対が、通常使用され、信号処理回路および計算手段を有する他方のコイル対は、常時使用システムの故障時に活性化される一対の予備コイルとして働く。感知方向がｙ方向であるセンサーコイルは、トラクションおよびレールを流れる電流信号により生じる磁界には感応せず、したがって、このコイル方位が好ましいことが判っている。これは感知方向がｚ方向であるコイルには当てはまらないが、前記した電流の擾乱の影響は、例えば、スェーデン国特許第４４１７２０号に従った周知の擾乱解消方法により相当程度低減することができる。第５図に、本発明の別の実施例によるセンサーユニットを略示する。それは各各が、例えば、第１図のセンサーとして設計された３個のセンサーを有している。それは第１図のセンサー手段と同様にセンサーＧ１，Ｇ２を有している。センサーの中心線間の距離が測定距離Lを構成する。センサーＧ１，Ｇ２からのセンサー信号は、第２図を参照して説明したように互いに相関され、測定距離Ｌから車速が算出される。センサーＧ１と共通電子空間１３との間に、同種の第３のセンサーＧ２’がセンサーＧ１に隣接して配置され、それと一緒に、例えば、４０ｍｍの長さの短い測定距離Ｌ’を形成する。車速が低い時は、この短い測定距離により速度の決定は、長い測定距離Ｌに較べて著しく速く行われる。第６図に示すように、好ましくは測定距離の選択は、車速に応じて自動的に行われる。センサーＧ２，Ｇ２’ からの信号ｕ_d2，ｕ’_d2は、それぞれ、電子スイッチング手段ＳＷ１，ＳＷ２を介して信号処理ユニットＳＢ２へ送られる。レベル感知回路ＮＶ１に算出された速度値ｖが与えられる。速度が所定値ｖ０よりも大きければ、長い測定距離が使用され、ｕ_d2信号が、スイッチング部材ＳＷ１を介して信号処理ユニットＳＢ２へ切り替えられる。速度がｖ０の値を越えない場合には、ｕ’_d2信号をスイッチング部材ＳＷ２を介してユニットＳＢ２へ切り替えられることにより、短い測定距離が活性化される。適切なディメンジョニングにより前記したシステムにより非常に低速まで良好な測定結果が得られるが、速度がゼロに近づくとシステムの機能停止は避けられない。したがって、多くの応用において車速がゼロであるかどうかの表示によりシステムを完結することが好ましい。車両が停止している場合には、Ｓ１，Ｓ２はシーケンス間の全ての時間変位τ に対して無相関時間シーケンスとなる。１つの方法は、速度の推定値が所定の限界よりも小さい場合の総インピーダンスを調べることである。所与の有意レベルにおいて、この仮定が検証されると、無相関シーケンスが表示される。さらに、速度がゼロの場合Ｓ１，Ｓ２は、ほぼ静止シーケンスである。したがって、低い分散（ＲＭＳ値）も速度ゼロの表示となる。第７図に、これらのテストの結合方法を示す。計算ユニットＣＥａに信号Ｓ１，Ｓ２が与えられ−前記無相関テストが満たされると−２つの信号が無相関であることを示す信号ＮＣが送出される。信号Ｓ１，Ｓ２の分散が、それぞれ所定値よりも低ければ、回路ＣＥｂ，ＣＥｃから信号ＬＶ１，ＬＶ２が送出される。信号ＮＣ，ＬＶＩ，ＬＶ２はＡＮＤ回路ＡＣへ送られ、それは３つのテスト全てが満たされると表示信号Ｖ＝０を送出する。前節に記載したテストの替わりに、静止状態に対する他の周知の統計標準テストを使用することができる。第７図に示す回路は、速度センサーの計算ユニットを構成するマイクロプロセッサのプログラムの一部により構成するのが適切である。第８図に、前記した装置を、クラックや破断等の、レールの欠陥検出手段により補足する方法を示す。例えば、最大振幅や変化率等の、信号の１つ以上の所定の特性Ｃ_s1算出する回路ＣＤへセンサー信号Ｓ１が送られる。被検出欠陥に生じる対応する特性の値Ｃ_Mが予めメモリＭ内に格納される。比較回路ＣＯＭＰ２，パターン認識回路が、特性量Ｃ_s1，Ｃ_Mを連続的に比較し、所定の対応度の検出、すなわちアラーム信号ＳＬを送出する。欠陥検出は、Ｓ１の値がある期間を構成する信号パターンを予めメモリに格納された対応する信号パターンと比較して行うこともできる。信号パターンの比較は、前記した速度測定と同様に、最大相関が得られるまで一方のパターンを他方のパターンに対して時間変移させ、少なくとも所定の相関度が得られたら故障が検出されているものと見なして行うことができる。第９図に、センサー（例えば、第１図のＧ１もしくはＧ２）の磁化およびセンサーコイルの別の有利な実施例を示す。磁化コイル１１１は、垂直軸を有するフラットシート巻コイルとして設計されている。コイルの（図面の垂直方向の）長さは、直径よりも著しく短い。コイルを短くすることにより、その巻回ターンを全てレールに出来るだけ接近させることができ、レール表面に高い磁化磁界強度が得られる。シートの巻回は、図示するように薄いシートの多数のターンにより適切に実施され、それにより対応するワイヤ巻線よりも大きな有効面積および高い電流処理能力が得られる（使用周波数における浸透深さは表皮効果により短くなる）。しかしながら、磁化コイルは、もちろん巻線コイルとして設計することができる。センサーコイル１１２は、磁化コイルに隣接配置され、レール上これと同じ高さとされる。前記したセンサーと同様に、センサーコイルは、水平縦軸および感知方向を有している。図示する位置−および前記したセンサー−においてコイルの感知方向は、センサーコイルにおける磁化磁界の方向に直角である。センサーコイルは、磁化コイルに隣接配置されるため、後者はレールにさらに近く配置することができ、レール表面に高い磁界強度が得られる。磁化コイル１１１とレール間の距離ｄのおよそ半分の距離（ｄ／２）だけ磁化コイルからレールの縦方向に変位させてセンサー１１２を配置すると、特に有利であることが判っている。この距離において、レールの磁化磁界強度は、最大となり、センサーコイルの誘導が最大となる。第９図に示すセンサーの実施例は、良好な検出特性を提供することが判った。前記したセンサー手段では、相関される信号はセンサー信号の相位置を感知して形成される。また、センサー信号の振幅成分を使用することもできる。さらに、前記したセンサー手段では、相関される各信号が１個のセンサーコイルから得られる。また、いくつかのセンサーコイルを一緒に接続して、このような信号を形成することもでき、その場合コイルの方位は所望の磁界変動に対する総出力信号の感度および／もしくは磁化磁界の直接的影響に対する無感応度を最適化するように、適切な方法で選択された、さまざまな感知方向とされる。装置の機能を監視するために、独立した監視巻線を磁化磁界の振幅および／もしくは位相を感知するように適合させることができる。その場合には、磁化磁界の消失時、もしくは磁界の特性が所望特性から逸脱する時に監視ユニットがアラームをトリガーするようにされている。

【手続補正書】特許法第１８４条の８【提出日】１９９５年１１月９日【補正内容】磁界コイル給電装置およびセンサーコイルの出力信号処理装置を付随する第１図に従ったセンサー手段を第２ａ図に示す。給電ユニットＳＵは、正弦波発信器ＯＳＣおよび電力増幅器ＰＡを介して周波数１００ｋＨｚの交流電圧を磁化コイル１１１，１２１へ供給する。センサーコイル１１２，１２２からの出力電圧ｕ_i1 ，ｕ_i2は、印刷回路板１３１上に配置された電子回路１３１₁，１３１₂へ供給される。これらの回路からの出力信号ｕ_d1，ｕ_d2は、デジタル信号Ｓ１，Ｓ２を発生する、信号処理回路ＳＢ１，ＳＢ２へ送られる。これらの各信号は、各センサーコイルにより感知される磁界の相位置の瞬時値の尺度を構成する。信号Ｓ１，Ｓ２は、計算ユニットＣＥへ送られ、それは、とりわけ、２つの信号の相関により車速ｖの測定値および踏破距離ｓを計算する。第２ｂ図に電子回路１３１₁の構成を示す。センサーコイル１１２は、５０ｋ Ωの負荷抵抗Ｒ１に接続されている。５−１０倍の増幅率および５０Ωの出力インピーダンスを有する増幅器およびインピーダンス変換器Ｆ１１へ電圧ｕ_i1が供給される。増幅器の出力信号は、周波数が１００ｋＨｚである、磁化磁界から誘起された信号を除いてバンドパスフィルターＢＰ１により濾波される。本実施例では、フィルターは、上限および下限周波数が、それぞれ１５０ｋＨｚおよび５０ｋＨｚである通過域を有している。バンドパスフィルターからの出力信号はｕ_d1 で示されている。電子回路１３１₂は、回路１３１₁と同様に構成されている。第２ａ図の信号処理回路ＳＢ１の構成を第２ｃ図に示す。信号ｕ_d1は、１秒もしくは数秒の大きい時定数を有する位相同期ループＰＬＬ１へ送られる。６．請求項１および２記載の装置であって、該装置は、車両上に互いに間隔をとってその縦方向（Ｙ）に配置された２個のセンサー（Ｇ１，Ｇ２）を具備し、各センサーは、交流を供給してレール（２）を含む磁化磁界を発生する磁化コイル（１１１，１２１）を有することを特徴とする速度測定装置。７．請求項６記載の装置であって、磁化コイル（１１１，１２１）は、その縦軸（Ｘ）がレールの縦方向（ｙ）に実質的に直角に配置されていることを特徴とする速度測定装置。８．請求項７記載の装置であって、磁化コイル（１１１，１２１）は、その縦軸（Ｘ）が実質的に垂直に配置されていることを特徴とする速度測定装置。９．請求項６記載の装置であって、各センサー（Ｇ１，Ｇ２）は、車両の移動により生じる磁界の変動を感知する少なくとも１個の独立したセンサーコイル（１１２，１２２）を具備することを特徴とする速度測定装置。１０．請求項９記載の装置であって、センサーコイル（例えば、１１２）は、磁化コイル（１１１）とレール（２）間に配置されていることを特徴とする速度測定装置。１１．請求項９記載の装置であって、センサーコイル（例えば、１１２）は、その感知方向（Ｙ）が磁化磁界の方向（Ｘ）に実質的に直角に配置されていることを特徴とする速度測定装置。１２．請求項１１記載の装置であって、センサーコイル（例えば、１１２）は、その感知方向（Ｙ）が実質的に水平に配置されていることを特徴とする速度測定装置。１３．請求項１２記載の装置であって、センサーコイル（例えば、１１２）は、その感知方向（Ｙ）がレールの縦方向に実質的に平行に配置されていることを特徴とする速度測定装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ (72)発明者リンド，ハカンスウェーデン国エス − 127 49 スカルホルメン，リンドホルムスバッケン 132

Claims

【特許請求の範囲】１．レール搭載車両の速度測定装置であって、該装置は車両に搭載された手段（Ｇ１，Ｇ２）であって、相互距離（Ｌ）が周知である車両の縦方向の２つの異なる測定位置において、レール（２）を含む磁界を発生し、前記各測定位置において、車両のレールに沿った移動により生じる磁界の時間変動に対応する信号パターン（Ｓ１，Ｓ２）を感知し、２つの信号パターンの相関により２つの信号パターン間の時間変位（τ_m）を求め、前記時間変位および測定位置間の周知の距離に基づいて、車速（ｖ）を求めるようにされた前記手段（Ｇ１，Ｇ２）を具備することを特徴とする速度測定装置。２．請求項１記載の装置であって、各測定位置において交番磁界を発生するようにされている磁界発生手段（１１１，１１２）を具備することを特徴とする速度測定装置。３．請求項２記載の装置であって、磁界発生手段は、１０ｋＨｚを越える周波数の交番磁界を発生するようにされていることを特徴とする速度測定装置。４．請求項２記載の装置であって、磁界発生手段は、少なくとも２つの異なる随意の周波数（ｆ₁，ｆ₂）の交番磁界を発生するようにされていることを特徴とする速度測定装置。５．請求項４記載の装置であって、磁界発生手段は、２つの異なる周波数（ｆ₁ ，ｆ₂）で交互に作動するようにされていることを特徴とする速度測定装置。６．請求項１および２記載の装置であって、該装置は、車両上に互いに間隔をとってその縦方向（Ｙ）に配置された２個のセンサー（Ｇ１，Ｇ２）を具備し、各センサーは、交流を供給してレール（２）を含む磁化磁界を発生する磁化コイル（１１１，１２１）を有することを特徴とする速度測定装置。７．請求項６記載の装置であって、磁化コイル（１１１，１２１）は、その縦軸（Ｘ）がレールの縦方向（ｙ）に実質的に直角に配置されていることを特徴とする速度測定装置。８．請求項７記載の装置であって、磁化コイル（１１１，１２１）は、その縦軸（Ｘ）が実質的に垂直に配置されていることを特徴とする速度測定装置。９．請求項６記載の装置であって、各センサー（Ｇ１，Ｇ２）は、車両の移動により生じる磁界の変動を感知する少なくとも１個の独立したセンサーコイル（１１２，１２２）を具備することを特徴とする速度測定装置。１０．請求項９記載の装置であって、センサーコイル（例えば、１１２）は、磁化コイル（１１１）とレール（２）間に配置されていることを特徴とする速度測定装置。１１．請求項９記載の装置であって、センサーコイル（例えば、１１２）は、その感知方向（Ｙ）が磁化磁界の方向（Ｘ）に実質的に直角に配置されていることを特徴とする速度測定装置。１２．請求項１１記載の装置であって、センサーコイル（例えば、１１２）は、その感知方向（Ｙ）が実質的に水平に配置されていることを特徴とする速度測定装置。１３．請求項１２記載の装置であって、センサーコイル（例えば、１１２）は、その感知方向（Ｙ）がレールの縦方向に実質的に平行に配置されていることを特徴とする速度測定装置。１４．請求項１２記載の装置であって、センサーコイル（例えば、１１２）は、その感知方向（Ｚ）がレールの縦方向に実質的に直角に配置されていることを特徴とする速度測定装置。１５．請求項６および９記載の装置であって、磁化コイル（１１１，１２１）およびセンサーコイル（１１２，１２２）は、無鉄エアコイルであることを特徴とする速度測定装置。１６．請求項９記載の装置であって、センサーコイル（例えば、１１２）の出力信号（ｕ_i1）は、信号の相位置（ψ）の変動を感知する手段（ＳＢ１）へ送られるようにされていることを特徴とする速度測定装置。１７．請求項１６記載の装置であって、信号の相位置の変動を感知する手段（ＳＢ１）は、位相基準信号（ｕ_r11）を発生する位相同期回路（ＰＬＬ１）を具備することを特徴とする速度測定装置。１８．請求項９記載の装置であって、センサーコイルの出力信号（ｕ_i1）は、信号の相位置の変動を感知する手段（ＳＢ１）の作動点を電子制御する手段（ＰＬＬ１，ＡＧＣ１，Ｆ２１）へ送られるようにされていることを特徴とする速度測定装置。１９．請求項１８記載の装置であって、作動点を電子制御する手段は、センサー信号の平均値に対応する信号（ｕ_dm1）を発生する手段（ＰＬＬ１，ＡＧＣ１）および前記信号をセンサー信号の瞬時値（ｕ_d1）から減算する手段（Ｆ２１）を具備することを特徴とする速度測定装置。２０．請求項９記載の装置であって、該装置は、第１のセンサー（Ｇ１）およびそこから異なる距離（Ｌ，Ｌ’）に配置された第２（Ｇ２）および第３（Ｇ２ ’）のセンサーを具備し、さらに、第１のセンサー（Ｇ１）からの出力信号（ｕ_d1 ）と相関させるために、第２（Ｇ２）もしくは第３（Ｇ２’）のセンサーからの出力信号（ｕ_d2，ｕ’_d2）を選定するようにされたセレクタ手段（ＳＷ１，ＳＷ２）を具備することを特徴とする速度測定装置。２１．請求項２０記載の装置であって、該装置は、車速（ｖ）に応じて第２もしくは第３のセンサーからの出力信号を自動的に選定するようにされた手段（ＮＶ，ＳＷ１，ＳＷ２）を具備することを特徴とする速度測定装置。２２．請求項１記載の装置であって、感知された信号パターン（Ｓ１，Ｓ２）は、車両の非動作を検出する手段（ＤＳ，ＮＶ２，ＣＥ，ＮＶ３，ＯＣ）へ送られるようにされていることを特徴とする速度測定装置。２３．請求項２２記載の装置であって、車両の非動作を検出する手段（ＤＳ，ＮＶ２，ＣＥ，ＮＶ３，ＯＣ）は、測定位置において感知される信号パターン（Ｓ１）に変動がないことを検出する手段（ＤＳ，ＮＶ２）を具備することを特徴とする速度測定装置。２４．請求項２３記載の装置であって、該装置は、２つの測定位置において感知される２つの信号パターン（Ｓ１，Ｓ２）に相関がないことを検出する手段（ＣＥ，ＮＶ３）を具備することを特徴とする速度測定装置。２５．請求項１記載の装置であって、該装置は、レールの欠陥において生じる信号パターンの特性（Ｃ_M）を格納する手段（Ｍ）および前記格納された特性と車両の移動中に感知される信号パターン（Ｓ１）の対応する特性（Ｃ_s1）とを連続的に比較することにより、レールの欠陥を検出する手段（ＣＤ，ＣＯＭＰ２）を具備することを特徴とする速度測定装置。２６．請求項６記載の装置であって、センサーは、ボギー台車上に搭載されるようにされていることを特徴とする速度測定装置。２７．請求項６−２１，２６のいずれかに記載の装置であって、磁化コイル（１１１）の縦方向の大きさは、コイルの直径よりも著しく小さいことを特徴とする速度測定装置。２８．請求項２７記載の装置であって、磁化コイル（１１１）は、シート巻コイルであることを特徴とする速度測定装置。２９．請求項９−２１のいずれかに記載の装置であって、センサーコイル（１１２）は、レールから磁化コイルと実質的に同じ垂直距離に配置されていることを特徴とする速度測定装置。３０．請求項２９記載の装置であって、センサーコイル（１１２）は、磁化コイルとレール間の距離（ｄ）のほぼ半分である距離（ｄ／２）だけ磁化コイル（１１１）に対してレール（２）の縦方向に変位されていることを特徴とする速度測定装置。