JP2003536351A - 鉄道車両の脱線状態の検出と信号化のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 車輪の振動を示す振動インパルス信号（Ｖ）を、電子処理装置（Ｅ）に対して与えるため、鉄道車両の車輪（１）に対し振動センサ（３）が結合されている。これは、振動信号（Ｖ）に基づいて、監視インパルス信号（Ｓ）を発生する。その瞬間値は各振動インパルス（Ｉ）に相関する様式で増加し、各振動インパルスの後、所定の規則にしたがって減少する。処理装置（Ｅ）は、監視信号（Ｓ）の瞬間値を基準閾値（Ｔ）と比較し、この監視信号（Ｓ）の瞬間値が基準閾値（Ｔ）に達するか又は超えたとき、自動的に警報信号（Ａ）を発生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 本発明は、鉄道車両の脱線状態を検出し、信号化するための方法および装置に
関する。

【０００２】 脱線を原因とする多くの鉄道事故では、最初に車軸またはボギーの一部、時に
は車両の車輪の１個が脱線する。この様な例では車輪の１つが枕木や、レールを
枕木または道床に固定するボルトを繰り返し打ちつけるように車軸が変位してい
る。別のより頻度の少ない例では、同一車軸の両輪が持ち上げられるか変位し、
車輪がしっかり固定されなくなる。いずれの例でも、より大きな損傷または事故
が起こる前に、長いキロメートルにわたって鉄道車両が部分的または前兆的な脱
線状態で走行していることが観察されている。この間車両に乗車している運転士
もその他搭乗員もこの状態に気付かないか又は警告を見落とすために、切迫した
危険に気付かないのである。

【０００３】 本発明の目的の１つは、鉄道車両の車輪の少なくとも１つが脱線状態になった
ことを遅滞なく検出し、そして検出した場合には鉄道車両をすぐに停止してそれ
以上の重大な損傷を回避し、期を逃さずに発生した損傷に対処できるよう即時的
に警報信号を発することである。

【０００４】 本発明の第１の局面によれば、上記およびその他目的、ならびに利点は請求項
１に記載の方法により達成される。

【０００５】 本発明の別の局面によれば、請求項７に記載の装置が提供される。

【０００６】 本発明の特徴および利点は、次の非限定実施例として記載されているその幾つ
かの実施態様の詳細な説明より、添付の図面を参照することで明らかになるだろ
う。

【０００７】 まず図１を参照すると、数字１は軌道２の上を走行中の鉄道車両の車輪を図示
している。振動センサ３は、車軸を支持する要素に固定されるかまたはそれと一
体化している、固定支持要素４の上に取り付けられている。

【０００８】 図１に示す要素は一般には当業者に既知であるため、以下の説明ではより詳細
に記載することはしない。例えば固定支持要素４は車軸ボックスケースまたは車
軸ボックスの外カバー、もしくは車軸ベアリングの外固定レース、または外レー
ス上に取り付けられたシーリングシールドである。

【０００９】 好ましくは、振動センサ３は同一の本体内に増幅装置と共に収納された通常の
圧電式加速度計を含んでおり、この場合増幅装置も加速度計を内蔵している。

【００１０】 本発明の好都合な応用では、列車の全ての車軸、好ましくは列車の全ての車輪
に振動センサ３が備えられることが重要である。

【００１１】 各振動センサは列車の床の上に取り付けられた、Ｅと図示されている電子処理
装置に接続されている。装置Ｅは振動センサ３で発生する振動信号Ｖを受け取り
、脱線状態を認識して信号化するために、以下ここに記すようにこの信号を処理
する。

【００１２】 処理装置Ｅには、Ｃと図示される回路手段が備えられているか又は接続されて
いる。回路手段Ｃは振動信号を処理し、監視信号を発生し、その瞬間値は以下説
明するように脱線状態を表す基準閾値と比較される。

【００１３】 正常運転状態、即ち、縦座標軸が一定期間内に車輪が受けた縦方向の加速度を
表す図２に示される脱線していない状態では、処理装置は例えば列車がポイント
を通過することで生じる一連の小さな振幅の衝撃Ｉ_１と、例えばレールの上の堅
い起伏の上を車輪が通過することに生ずる大きな振幅を持つ単独インパルスＩ_２ が見られるインパルス振動信号Ｖを受け取る。

【００１４】 処理装置で受け取られた振動信号Ｖは処理装置Ｅに結合する回路手段Ｃにより
処理され、図３に示す監視信号Ｓを発する。

【００１５】 監視信号Ｓの瞬間値は回路手段Ｃによって各振動インパルスの振幅に比例する
形、または何らか相関する形で増加し、そして各振動インパルス後は所定の時間
則に従い低下する。図３および５は所定の規則に従って振動信号のインパルスの
後縁を所定時間内に延長または減速するアナログ回路手段Ｃによって発生する監
視信号を示す。図３に示すように、監視信号ＳではインパルスＩ_１’、Ｉ_２’の
後縁Ｉ_１’ｄ、Ｉ_２’ｄは図２の振動信号ＶのインパルスＩ_１とＩ_２に対応して
いる。

【００１６】 上記種類の回路手段Ｃは当業界既知であり、ここに詳細を記載する必要はない
。ここでは回路手段Ｃは通常ハードウエア又はソフトウエアの類であり、若しく
はその組み合わせであると言えば十分であろう。例えばそれらは上記の減速効果
を生ずることができる容量性回路を含んでもよい。あるいは回路手段Ｃはデジタ
ルでもよく、そして以下記載のものと等価である機能に基づいてカウントアップ
またはカウントダウンするのに適したカウンターを含んでもよい。

【００１７】 所定時間内に接近して高インパルス型のＩ_２が反復しない場合は、処理装置は
それ以上処理を行わない。処理装置が単独ではあるが高いインパルスが脱線状態
を示すものではないが、単純な車輪の運転不良による単独の現象ではなく、その
他の理由、例えばレールの不連続性または起伏によるものである場合には、監視
信号ＳのインパルスＩ_１’およびＩ_２’は減衰し、警告信号は発せられない。

【００１８】 本発明の特定実施例においては、監視信号Ｓが、基準閾値Ｒより低い振幅を有
し脱線状態の表示ではない小振動インパルスＩ_１の影響を受けるのを防ぐため、
処理装置Ｅにフィルタ手段Ｆ１が設けられていても良い。このフィルタ手段Ｆ１
は、振動センサから来る信号からの解析に無関係なデータを分離するため、ハー
ドウエアでもソフトウエアでも、即ち、処理装置Ｅと結合する又は組み込まれた
装置の形であってもプログラムであっても、構わない。このような実施例による
と、監視信号Ｓは図３Ａに示した形、即ち小振幅インパルスのない形を取る。

【００１９】 脱線状態においては、少なくも１つの車輪がレールを外れ、道床又は枕木若し
くはレールを枕木に固定するボルトを繰り返し叩く。このような場合、加速度計
３の発生する振動信号Ｖは図４に示す種類のもので、長時間にわたり近接して繰
り返しの続く高振幅インパルスＩ_１を有する。脱線状態で検出される一般的加速
度値は、数十分の一から数百分の一ｇ（重力加速度）である。

【００２０】 図４に示す種類の振動信号Ｖを受け取ると、回路手段Ｃが高強度インパルスを
相関させて、瞬間値が段階的に増える図５に示す種類の監視信号Ｓを作る。

【００２１】 信号Ｓの値が基準閾値Ｔに達するか又は超えたとき、処理装置Ｅは自動的に、
列車搭乗員に脱線の発生を警告する警報信号Ａを発する。 上述の小振幅インパルスフィルタ用フィルタ手段Ｆ１に対する代替若しくは追加
として、処理装置Ｅにフィルタ手段Ｆ２と結合させて、監視信号Ｓが、解析に重
要な範囲を外れた振動周波数の影響を受けるのを防ぐ様式で、振動信号Ｖをフィ
ルタしてもよい。脱線車輪の衝撃により生じる重要な周波数は、ゼロから数百ヘ
ルツの間である。他の原因による振動成分、例えば懸架バネが起こす共振振動数
などを切り捨てるため、フィルタ手段Ｆ２は、数百ヘルツ、例えば５００Ｈｚを
超える周波数を有するこれら信号を監視信号Ｓから切り捨てる。

【００２２】 フィルタ手段Ｆ２がソフトウエア型である場合、切り捨てるべき周波数の範囲
を列車走行速度の関数として即座に且つ自動的に変更するため、プログラム自己
作成可能とすることが出来る。このため、処理装置Ｅは、車輪に取り付けられた
１つ以上の速度センサなどが与える列車の瞬間速度を示す信号Ｖを受ける設定と
なっている。速度信号の瞬間値Ｖに基づき、速度に比例する方法又は速度ととも
に増加する任意の方法で少なくとも上限を変化させて、装置Ｅは切り捨てるべき
周波数の限界を計算する。

【００２３】 本発明の特定実施例においては、警報信号を追加制御装置（図１で図式的にＢ
で示した）に与えて、ブレーキの自動起動を惹起し即座に列車を停止させること
が出来る。

【００２４】 本発明の特に好適な実施例においては、ブレーキ作動を自動的に惹起する制御
装置Ｂは、警報信号の発せられた車輪の数の関数として、ブレーキを各種モード
、即ち、多かれ少なかれ鋭く、起動する設定となっている。制動は、警報信号が
単一の車輪又は車軸に関わるときは、鋭くおこなわれる。これに反し、警報信号
がボギー又は台車の全車輪に関係するときは、列車の速度降下をもっと遅くして
、鋭い制動により、特に列車が後方機関車を有する場合、列車が二つに割けるの
を防ぐ。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の装置が取り付けられている鉄道車両用車輪の概略図である。

【図２】鉄道車両の正常運転状態に検出された振動信号を時間ドメイン中に示
すダイヤグラムである。

【図３】図２の信号を処理することで得られる監視信号をタイムドメイン中に
示すダイヤグラムである。

【図３Ａ】発明の別の実施態様に従って図２の信号を処理することで得られた
監視信号を時間ドメイン中に示すダイヤグラムである。

【図４】鉄道車両の車輪の１つまたは車軸の脱線状態に検出された振動信号を
時間ドメイン中に示すダイヤグラムである。

【図５】図４の信号を処理することで得られる監視信号を時間ドメイン中に示
すダイヤグラムである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 セマ，シルバノ イタリア国 アイ−10060 セルセナスコ ビア ダンテ アリギエリ ２ Ｆターム(参考） 5H115 PA08 PC02 PG01 PI01 PI22 TO00 TR20 TU20 TW10 UB05 UB17 【要約の続き】

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄道車両の車輪の脱線状態の検出と信号化とに関する方法であって
   、 車輪の振動を示す振動インパルス信号（Ｖ）を発生するため、鉄道車両の少な
   くも１つの車輪（１）に結合された振動センサ手段（３）を設けるステップと、 電子処理装置（Ｅ）を用いて、振動信号（Ｖ）を受信するステップと、 振動信号（Ｖ）に基づいて、その瞬間値が、各振動インパルス（Ｉ）の振幅に
   対し相関する様式で増加し、各振動インパルスの後、所定の規則にしたがって減
   少する、監視インパルス信号（Ｓ）を発生するステップと、 監視信号（Ｓ）の瞬間値を、基準閾値（Ｔ）と比較するステップと、 監視信号（Ｓ）の瞬間値が前記基準閾値（Ｔ）に達するか又は超えたとき、警
   報信号（Ａ）を自動的に発生するステップと、 の各ステップを含む方法。
2. 【請求項２】監視信号（Ｓ）を、追加基準閾値（Ｒ）より低い振幅を有する振動
   インパルス（Ｉ_１）と独立にするため、振動信号（Ｖ）をフィルタするステップ
   、 を更に含む、請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】監視信号（Ｓ）を、所定の範囲内に含まれない周波数を有する振動
   と独立にするため、振動信号（Ｖ）をフィルタするステップ、 を更に含む、請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】列車の瞬間速度を示す信号（Ｖ）を受信するステップと、 速度信号（Ｖ）に基づいて、切り捨てるべき周波数の範囲を定義する少なくも
   １つの瞬間値を計算するステップと、 の各ステップを更に含む、請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】列車ブレーキを自動的に作動させるための制御装置（Ｂ）に対し警
   報信号（Ａ）を与えるステップ、 を更に含む、請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】脱線車輪の数の関数として列車ブレーキの起動を自動的に制御する
   ステップ、 を更に含む、請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】鉄道車両の車輪の脱線状態の検出と信号化とに関する装置であって
   、 車輪の振動を示す振動インパルス信号（Ｖ）を発生するための、鉄道車両の少
   なくも１つの車輪（１）に結合する振動センサ手段（３）と、 ―振動信号（Ｖ）の受信と、 ―振動信号（Ｖ）に基づく監視インパルス信号（Ｓ）の発生と、 ―各振動インパルス（Ｉ）の振幅に相関する方法での監視信号（Ｓ）の瞬間値
   の増加と、各振動インパルス後の所定の規則にしたがう前記瞬間値の減少と、 ―監視信号（Ｓ）の瞬間値と基準閾値（Ｔ）との比較と、 ―監視信号（Ｓ）の瞬間値が前記基準閾値（Ｔ）に達し又は超えたときの、警
   報信号（Ａ）の自動発生と、 のための処理手段と、 を含む装置。
8. 【請求項８】監視信号（Ｓ）を、追加基準閾値（Ｒ）より低い振幅を有する振動
   インパルス（Ｉ_１）と独立にするよう、振動信号（Ｖ）をフィルタするための、
   フィルタ手段（Ｆ１）、 を更に含む、請求項７に記載の装置。
9. 【請求項９】監視信号（８）を、所定の範囲内に含まれない周波数を有する振動
   と独立にするよう、振動信号（Ｖ）をフィルタするためのフィルタ手段（Ｆ２）
   、 を更に含む、請求項７に記載の装置。
10. 【請求項１０】前記処理手段が、 列車の瞬間速度を示す信号（Ｖ）の受信と、 速度信号（Ｖ）に基づく、切り捨てるべき周波数の範囲を定義する少なくも１
    つの瞬間値の計算と、 に適合されている請求項９に記載の装置。