(57)【要約】【課題】０点を設定する際に測定した位置によって横圧の計測値が異なることがないようにして、ばらつきのない横圧測定を可能とする。【解決手段】走行中の鉄道車両の車輪に発生する横圧を測定する際に、測定する横圧の０点を設定する方法である。走行中に車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量から求めた値を横圧の０点とする。【効果】変位計の０点設定を、車輪の１点だけの測定値で行うのではなく、走行中に車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量から求めた値で行うので、０点を設定する際に測定した位置によって横圧の計測値が異なることがなくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行中の鉄道車両の車輪に発生する横圧を測定する際に、測定する横圧の０点を設定する方法であって、
走行中に車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量から求めた値を横圧の０点とすることを特徴とする横圧測定時の０点設定方法。
【請求項２】
前記車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量から求めた値は、車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量の平均値であることを特徴とする請求項１に記載の横圧測定時の０点設定方法。
【請求項３】
前記０点を求める際の走行は、レールが傾いておらず、水準がとれた直線で行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の横圧測定時の０点設定方法。
【請求項４】
前記０点設定は、鉄道車両の台車における進行方向後方に位置する車輪を使用して行うことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の横圧測定時の０点設定方法。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかに記載の方法で横圧の０点を設定した後、
この０点設定を基に、走行中に計測した鉄道車両の車輪の変位量を一定時間分記憶し、
この記憶した前記変位量のうち、車輪１回転当たりの最新データの平均値から横圧を求めることを特徴とする横圧の測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車輪とレール間に作用する横圧を測定する際の０点設定方法、及びこの方法で設定した０点を用いて横圧を測定する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
新たな車両の製造時や鉄道新線の建設時には、その安全性を確認する必要がある。また、車輪とレール間に作用する力の状態は、その摩擦係数や軌道の状態の変化等により、新車製造時や新線開業時から経時的に変化する。このため、営業線でもその安全性を確認する必要がある。
【０００３】
車輪とレール間に作用する水平方向（車軸に沿う方向）の力（横圧）をＱ、車輪とレール間に作用する垂直方向の力（輪重）をＰとした場合、鉄道車両の走行安全性は、Ｑ／Ｐ（脱線係数）で表される（非特許文献１）。
【０００４】
従って、前述の走行安全性を評価するために、車両から輪重や横圧の計測を行っているが、これらの輪重や横圧の計測には、特殊な輪軸（ＰＱ輪軸）が必要で、簡単には計測することができない。
【０００５】
このＰＱ輪軸を用いた計測のうち、車輪に作用する垂直方向の力は、板部が真っ直ぐなＣ種一体圧延車輪の板部に開けた孔の中に歪みゲージを貼り付け、車輪がレールに接触した際に前記孔が楕円変形したときの変形量を捕らえて計測する。また、車輪に作用する横圧は、横圧によって曲げ変形する車輪の板部の変形量を、車輪の板部に貼り付けた歪みゲージによって捕らえることで計測する（非特許文献２）。
【０００６】
しかしながら、ＰＱ輪軸を用いた計測では、回転する輪軸から非回転系に信号を取り出す必要があり、車軸に孔を開けて測定配線を貫通させているので、営業線では、特別な処理を施して強度計算もなされている中ぐり車軸以外では疲労強度を確保できない。
【０００７】
また、回転する輪軸から非回転系に信号を取り出すためにスリップリングを用いているが、このスリップリングが摩耗した場合には計測が不可能となる。
【０００８】
以上の理由から、ＰＱ輪軸を用いた計測では、営業線で、長期間に亘って車両から軌道の状況変化に関わる安全性を診断することが難しかった。このため、営業線でのこれらの力を簡易に測定し、特に軌道の状態を観察し、車両からその安全性を診断することが望まれている。
【０００９】
ＰＱ輪軸を用いた方法とは別にＦＭテレメータを用いた方法があるが、この方法では、車軸にセンサーからの信号を無線送信するテレメータ送信部を取り付ける必要があり、送信のための電力供給源が必要となる。
【００１０】
そこで、出願人は、輪軸を回転自在に支持する部材に非接触変位計を配置し、走行中に計測した車輪のリム部または板部の変位量と、予め求めてある車輪のリム部または板部の変位量と横圧との換算値から、横圧を求める方法を提案した（特許文献１）。
【００１１】
出願人が提案した方法によれば、走行時に、車輪に作用する横圧を、営業線で長期間に亘って計測することが可能となる。
【００１２】
出願人が提案した方法を実施するに際しては、先ず、前記非接触変位計の０点を設定する必要があるが、従来は、鉄道車両を例えば傾きがなく水準がとれているピット線に留置（停止）した状態の変位量を１点だけ測定し、これを０点としていた。
【００１３】
しかしながら、前記１点だけ測定した値で０点を設定した場合、０点を設定する際に測定した位置によって、同一区間の横圧を計測した場合であっても、計測値が異なる場合があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−８８９６７号公報
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】運輸省鉄道局監修、鉄道総合技術研究所編「在来鉄道運転速度向上試験マニュアル・解説」財団法人鉄道総合技術研究所、平成５年５月１０日、ｐ６７〜７６
【非特許文献２】「つうしん」住友金属テクノロジー株式会社、２００２年４月１日、２００２年春号ＮＯ．３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明が解決しようとする問題点は、特許文献１の方法を実施するに際して行う変位計の０点設定を、車輪の１点だけ測定した値で行う場合は、０点を設定する際に測定した位置によって横圧の計測値が異なる場合があるという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明に係る横圧測定時の０点設定方法は、
０点を設定する際に測定した位置によって横圧の計測値が異なることがないようにして、ばらつきのない横圧測定を可能とするために、
走行中に車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量から求めた値を横圧の０点とすることを最も主要な特徴としている。
【００１８】
本発明に係る横圧測定時の０点設定方法において、車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量から求める値は、横圧の測定値のずれをより少なくする観点から、車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量の平均値とすることが望ましい。
【００１９】
また、本発明に係る横圧測定時の０点設定方法において、横圧の０点設定に使用する計測値に横圧が加味されるのを防止する観点から、０点を求める際の走行は、レールが傾いておらず、水準がとれた直線で行うことが望ましい。
【００２０】
さらに、鉄道車両の台車のミスアライメント等は、走行時の進行方向前方が後方よりも大きく発生するので、本発明に係る横圧測定時の０点設定方法における０点設定は、台車における進行方向後方に位置する車輪を使用して行うことが望ましい。
【００２１】
前記本発明の方法で横圧の０点を設定した後、
この０点設定を基に、走行中に計測した鉄道車両の車輪の変位量を一定時間分記憶し、
この記憶した前記変位量のうち、車輪１回転当たりの最新データの平均値から横圧を求めれば、誤差の少ない正確な横圧測定が可能になる。これが本発明の横圧の測定方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明は、変位計の０点設定を、車輪の１点だけの測定値で行うのではなく、走行中に車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量から求めた値で行うので、０点を設定する際に測定した位置によって横圧の計測値が異なることがなくなる。
【００２３】
また、本発明の０点設定を行った本発明の横圧測定方法では、走行中に計測した車輪の変位量をそのまま使用して横圧を求めるのではなく、車輪１回転当たりの最新データの平均値から横圧を求めるので、横圧の計測値の変動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明方法で０点を設定した後、直線区間走行時に本発明方法により横圧を測定した場合の結果の一例を示す図で、（ａ）は進行方向前位の車輪により計測した横圧、（ｂ）は進行方向後位の車輪により計測した横圧を示す。
【図２】本発明方法で０点を設定した後、本発明方法により実際の走行中における横圧を測定した場合の結果の一例を示す図１と同様の図である。
【図３】車輪測定面の加工精度による変位量の一例を示した図である。
【図４】特許文献１の方法で求めた曲線走行時の横圧を示した図で、（ａ）は低速走行区間における横圧、（ｂ）は高速走行区間における横圧である。
【図５】（ａ）（ｂ）は、図４（ａ）（ｂ）の図に移動平均処理を施した結果を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
本発明では、０点を設定する際に測定した位置によって横圧の計測値が異なることがないようにするという目的を、走行中に車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量から求めた値を０点とすることで実現した。
【実施例】
【００２６】
以下、本発明の着想から課題解決に至るまでの過程と共に、本発明を実施するための最良の形態を、添付図面を用いて説明する。
【００２７】
出願人が特許文献１で提案した方法を実施するに際しては、非接触変位計の０点を設定する必要があるが、この０点設定を１点だけの測定値で行う場合、０点設定を行った位置によって横圧の計測値が異なる。
【００２８】
０点設定を行った位置によって横圧の計測値が異なることについて、発明者らは、車輪測定面の加工精度による変位量が関係しているのではないかと考えて調査をした。その結果、横圧により発生する車輪の左右変位量は、５０μm程度と微小である一方、車輪測定面の加工精度による変位量は、図３に示したように、１回転内で２０μm程度発生することが分かった。
【００２９】
従って、ピット線に留置（停止）した状態において１点だけ測定した値で０点を設定した場合、実際には横圧の発生がなくても加工精度分の変位が横圧として計測される。例えば加工精度＋２０μmの点で測定した値で０点の設定を行った場合、この＋２０μm分の横圧だけ実際に発生している横圧からずれることになって、正確な横圧を測定できなくなる。
【００３０】
しかしながら、車輪測定面の加工精度を向上させることには限度があり、ゼロにすることは不可能である。また、加工精度を向上させるには、加工に要する費用が高額になる。
【００３１】
そこで、発明者らは、変位計の０点を設定するに際し、計測する横圧値の変動ができるだけ少なくなるように０点を設定することについて検討を重ねた結果、走行中に車輪が１回転する間の変位量を測定したものを使用すればよいことを知見した。
【００３２】
本発明はこの知見に基づいてなされたものであり、走行中に車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量から求めた値を横圧の０点とすることを最も主要な特徴としている。
【００３３】
本発明によれば、車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量から０点を設定するので、０点設定時のずれを抑えることができる。
【００３４】
本発明において、０点を設定するために記憶させる変位量は１回転以上であれば、何回転でもよいが、あまり多く回転させる必要はない。０点の設定に長い距離が必要となるからである。
【００３５】
本発明において、車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量から求める値は、車輪が１回転以上する時間分記憶させた車輪の変位量の平均値とすることが望ましい。平均値を採用した場合には、車輪測定面の加工精度による変動を平均化できるので（図３参照）、横圧の計測値のずれが平均化され、横圧の計測値の誤差が少なくなるからである。
【００３６】
また、本発明において０点を求める際の走行は、レールが傾いておらず、水準がとれた直線、例えばピット線で行うことが望ましい。水準がとれていない傾いたレール上で測定した場合は、傾きによる横圧が発生するからである。なお、水準がとれた直線として、ＰＱ輪軸を用いた方法で横圧がゼロであることを確認できた場所・区間で０点を求めても良い。
【００３７】
さらに、鉄道車両の台車のミスアライメント等は、走行時の進行方向前方が後方よりも大きく発生するので、走行時の進行方向前方の車輪を測定して０点を設定した場合は、０点位置での変位量が実際の変位量と相違することになる。
【００３８】
従って、本発明に係る横圧測定時の０点設定方法における０点設定は、台車における進行方向後方に位置する車輪を使用して行うことが望ましい。
【００３９】
ところで、特許文献１の方法で求めた場合の、低速走行区間における曲線走行時の横圧を図４（ａ）に、高速走行区間における曲線走行時の横圧を図４（ｂ）に示すが、車輪の１回転毎に波打った、変動幅の大きい値となっていることが分かる。
【００４０】
そこで、発明者らは、前述の本発明方法によって０点を設定した後の横圧測定方法について、変位計で計測した車輪の１回転毎に波打っている振動幅の大きい値を平滑化することについて検討した。
【００４１】
振動波形を平滑化する方法として、測定値を記憶しておき、最新データから一定個数のデータを抽出して平均し、それを結果とする移動平均処理がある。
【００４２】
この移動平均処理は、一定のサンプリング周期による一定サンプリング数のデータにて計算を行っているので、例えばサンプリング周期を５ミリ秒、サンプリング数を５００個、車輪径を８６０mmとすると、時速５０kmの高速走行時には車輪５．１回転の平均、時速５kmの低速走行時には車輪約半回転の平均となる。
【００４３】
前記図４（ａ）（ｂ）に示した横圧を、低速走行区間では２００ミリ秒分のサンプリング数で、高速走行区間では２秒分のサンプリング数で移動平均処理した結果を、図５（ａ）（ｂ）に示す。
【００４４】
高速走行時に適したサンプリング数で移動平均処理を行った低速走行区間では、少ないデータを平均しているので、図５（ａ）の線図は紙面右に行くにつれて減速しているものの、図４（ａ）の線図と略同じものとなって、平均化の意味がなくなっている。
【００４５】
一方、低速走行時に適したサンプリング数で移動平均処理を行った高速走行区間では、多くのデータを平均しているので、図５（ｂ）の線図は、定常的な値は見えているものの、細かい変化（例えば横軸の１０〜１１秒の間）が消えてしまっている。また、曲線の出入口における変動のタイミングも遅くなっている。
【００４６】
このように、一定のサンプリング周期による一定サンプリング数のデータにて計算を行う移動平均処理の場合、低速走行時或いは高速走行時の何れか一方の平滑化が行えず、鉄道車両の速度変化に対応することができない。
【００４７】
各種フィルター処理を行うとして、フィルター処理のカットオフ周波数を速度に応じて適時変更する方法もあるが、周波数の変更時に値が急激に変化してしまう可能性がある。また、フィルター設定用定数の個数が膨大となり、メモリー容量を圧迫すると共に演算に要する負荷も大きくなる。
【００４８】
そこで、発明者らは、取り出すデータ数を走行速度により変化させることを考えた。すなわち、従来の移動平均処理では時間系のデータとして取り扱って平均化していたものを、距離系のデータとして取り扱って平均化することを考えた。
【００４９】
この際、データ数が多くなりすぎると、低速走行時に適した周期で高速走行区間を移動平均処理した場合のように、平滑化しすぎて変動が隠れてしまうのと共に、演算に要する負荷も大きくなる。
【００５０】
一方、車輪測定面の加工精度による変位は、車輪１回転ごとに同じ変位が繰り返され、鉄道車両の車輪１回転のデータ数は、サンプリング周期を５ミリ秒、車輪径を８６０mmとすると時速７０kmでは約２８個、時速２kmでは約９８０個となって、データ数として多すぎることもなく、また少なすぎることもない。
【００５１】
このようなことから、発明者らは、計測した変位値を、最新データから一定時間分メモリーに記憶させておき、このなかから車輪１回転当たりの最新データを取り出し、これらの平均値を結果とすることにした。
【００５２】
すなわち、本発明の横圧の測定方法は、
前述の本発明方法で横圧の０点を設定した後、
この０点設定を基に、走行中に計測した鉄道車両の車輪の変位量を一定時間分記憶し、
この記憶した前記変位量のうち、車輪１回転当たりの最新データの平均値から横圧を求めるものである。
【００５３】
本発明方法で０点を設定した後、前記段落００５０で説明した条件で、直線区間を走行した時に、本発明方法により横圧を測定した場合の一例を図１に、実際の走行時に横圧を測定した場合の一例を図２に示す。それぞれ（ａ）図は進行方向前位の車輪により０点を設定した後、計測した横圧、（ｂ）図は進行方向後位の車輪により０点を設定した後、計測した横圧を示す。
【００５４】
図１，２より、本発明方法によれば、想像線で示すＰＱ輪軸を用いて測定した横圧と良く近似していることが分かる。特に進行方向後位の車輪を用いて０点を設定した後、測定した結果は、ＰＱ輪軸を用いて測定した横圧と良く一致している。
【００５５】
ところで、前記本発明の横圧の測定方法では、極低速走行時には必要なデータ数が無限大に近づくことになる。従って、記憶データ数を制限しておいたり、走行速度が一定速度、例えば時速２km以下となった場合には、計算を行わないようにしても良い。
【００５６】
このようにすることで、車輪測定面の変位の計測を、高精度の加工精度を要求することなく、演算に要するメモリー容量や負荷を抑えつつ、演算することが可能となる。
【００５７】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示された技術的思想の範疇において適宜変更可能なことは言うまでもない。
【００５８】
例えば、本発明方法で採用する計測値は、特許文献１で開示された方法で計測したものに限らず、どのような方法で計測した値でも良い。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上の本発明は、鉄道車両の車輪に作用する横圧測定に限らず、他の車両の横圧測定にも適用できる。
【図１】
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【図２】
2010184601.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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