(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の減速時、車輪とレール間において発生する騒音を検知し、
この検知した騒音が、輪軸の固有騒音により決まる特定周波数帯域のものであれば、ブレーキ圧力を低下させることを特徴とする車輪滑走防止方法。
【請求項２】
車輪とレール間において発生する騒音を検知する検知器と、
この検知器により検知した騒音のうち輪軸の固有騒音により決まる特定周波数帯域のものを抽出するフィルターと、
このフィルターにより特定周波数帯域の騒音が抽出された時、フィルターからの信号に基づいてＯＮ信号を出力する判定回路と、
この判定回路からのＯＮ信号に基づいてブレーキ圧力を低下させる制御装置を備えたことを特徴とする車輪滑走防止装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両において、車輪が固着したり滑走する直前に、レール上を転動する車輪により発生する車輪や車軸の固有の騒音を測定することにより、車輪が滑走する兆候を検知し、滑走を防止する車輪滑走防止方法及びこの防止方法を実施する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車両減速時に作用するブレーキ力により、車輪とレール間には摩擦力すなわち粘着力が発生するが、車輪とレールとの境界条件又はブレーキ力の変化により、この粘着力が飽和する場合がある。また、車輪の固着や滑走により車輪踏面上にフラット傷が発生した場合、新たな振動や騒音の原因になる。
【０００３】
これに対して、従来の滑走防止方法は、例えば特開昭６１−１９９４０１号に記載されているように、輪軸に回転数検知センサーを取り付け、車輪の回転数の変化を検知するものである。そして、車輪滑走時には、その回転数が基準値を下回った時点でブレーキ力を緩めることによって、車輪とレール間に作用する粘着力を回復させ、車輪が滑走に至るのを防止するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の滑走防止方法は、車輪とレール間に作用する進行方向に対する抵抗力（接線力）と垂直方向荷重（輪重）との比である粘着係数が、ある一定値で飽和することにより引き起こされる車輪滑走を、粘着力飽和後に発生する車輪回転数又はその変化率によって検知するものであるために、滑走が発生した直後にのみ制御することが可能であり、滑走が発生する直前に制御することは不可能であった。
【０００５】
また、従来の滑走防止方法は、車輪の回転数を制御の基準としているので、レールと車輪間の状態によって大きく影響を受けるという問題もある。
さらに、車輪の滑走は車輪とレール間の滑り率（（車両速度−車輪速度）／車両速度）が０．２％程度から発生するので、車輪の滑走を回転数の変化量から検知し、制御するためには高精度な回転数検知センサーを必要とする。
【０００６】
本発明は、上記した従来の滑走防止方法にあった問題点に鑑みてなされたものであり、車輪の回転数を使用することのない車輪滑走防止方法及びこの方法を実施する装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明では、鉄道車両の減速時、車輪とレール間において発生する騒音を検知器によって検知し、この検知器により検知した騒音のうち輪軸の固有騒音により決まる特定周波数帯域のものをフィルターで抽出し、このフィルターにより特定周波数帯域の騒音が抽出された時、フィルターからの信号に基づいて判定回路は制御装置にＯＮ信号を出力し、ブレーキ圧力を低下させることとしている。
【０００８】
そして、このようにすることで、滑走直前の状態を捉えることができ、より早期に滑走及びそれに伴って発生する粘着力低下、さらには車輪踏面上に発生するフラット傷を未然に防止することが可能になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、種々の研究、実験を重ねることにより、車輪とレール間に作用する接線力、すなわち粘着力が飽和して車輪とレール間の粘着力が低下する滑走直前には、通常の走行状態ではグリップしている車輪とレールの境界面に、スティックスリップ現象（固着状態と滑り状態を短時間に繰り返す状態）が起こり、この際に励起される特定周波数帯域の輪軸の騒音を検知することにより、滑走直前状態を捉えることができることを見出した。
【００１０】
図２は車輪滑走時における車軸速度（車軸回転数）と、車軸捩り応力、車輪近傍の騒音の関係を、実際の車両によって得たデータを示したものであるが、図２の下段に示したように、ブレーキ作用によって車軸回転数が減少し固着に至った場合、図２の上段に示したように、車軸回転数が減少する直前から車軸の捩り応力が大きく発散していることが判る。そしてこの時の発散振動数は、車軸の固有振動数である約９０Ｈｚに一致していた。
【００１１】
また、図２の中段に示したように、車輪近傍の騒音も、車軸回転数の減少に先立って増大しており、車輪が固着する直前に車輪の固有振動騒音、約５０００Ｈｚの騒音が観測されている。
【００１２】
本発明は上記した知見により成されたものであり、本発明の車輪滑走防止方法は、鉄道車両の減速時、車輪とレール間において発生する騒音を検知し、この検知した騒音が輪軸の固有騒音により決まる特定周波数帯域のものであれば、ブレーキ圧力を低下させるものである。
【００１３】
本発明の車輪滑走防止方法において検知する、鉄道車両におけるブレーキ時に車輪とレール間において発生する騒音の変化は、図２の下段に示した車軸速度の変化地点Ａよりも早く、図２の中段に示した車輪騒音の固有騒音発生開始地点Ｂにおいて発生するので、より早く滑走の兆候を検知することができる。従って、滑走直前の状態を検知した瞬間にブレーキ圧力を低下させれば、従来の回転数検知センサーを用いた方法と比較して、より早期に滑走及びそれに伴って発生する粘着力低下、さらには車輪踏面上のフラット傷の発生を未然に防止することが可能になる。
【００１４】
本発明方法において検知しようとしている騒音は、車輪とレールのすべての境界条件すなわち乾燥、湿潤（降雨）、塗油の何れの条件においても発生し、また、この騒音は輪軸の固有騒音であるため、予め設定した特定周波数帯域のみを抽出することにより、その現象を捉えることが可能である。
【００１５】
上記した本発明の車輪滑走防止方法を実施する装置としては、車輪とレール間において発生する騒音を検知する検知器と、この検知器により検知した騒音のうち輪軸の固有騒音により決まる特定周波数帯域のものを抽出するフィルターと、このフィルターにより特定周波数帯域の騒音が抽出された時、フィルターからの信号に基づいてＯＮ信号を出力する判定回路と、この判定回路からのＯＮ信号に基づいてブレーキ圧力を低下させる制御装置を備えていることが必要である。これが本発明の車輪滑走防止装置である。
【００１６】
本発明の車輪滑走防止装置において、車輪とレール間において発生する騒音を検知する検知器としては例えば騒音マイクを採用する。
【００１７】
また、本発明の車輪滑走防止装置において、検知器により検知した騒音のうち特定周波数帯域のものを抽出するフィルターとしては、輪軸の固有騒音の周波数帯域が既知であることから、これらの周波数帯域に適合したバンドパスフィルターを採用することにより、ノイズの影響を排除することができる。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明の車輪滑走防止装置を図１に示す実施例に基づいて説明し、この本発明の車輪滑走防止装置を用いた本発明の車輪滑走防止方法に及ぶ。
図１は本発明の車輪滑走防止装置の第１実施例を示す概略構成図である。
【００１９】
図１において、１は輪軸、２は輪軸１にブレーキ力を作用させるブレーキ装置、３はこのブレーキ装置２のブレーキ力を制御する制御装置であり、この制御装置３は例えば前後の台車ごとに設置されている。
【００２２】
図１に示す５は輪軸１の近傍に取付けた騒音マイクであり、車輪とレール間において発生する騒音を検知する。車輪とレール間において発生する騒音は、車輪の形状や走行条件によって異なるが、本発明者らの実験では、通常の走行条件では、８００〜１５００Ｈｚの周波数帯域の騒音が車輪とレール間において発生している。
【００２３】
これに対して、滑走直前では車輪の形状によっても異なるものの、４５００〜５０００Ｈｚの周波数帯域の騒音が車輪とレール間において発生している。この周波数は車輪形状に特有の固有振動数である。
【００２４】
６は前記した騒音マイク５によって検知した車輪とレール間で発生する騒音のうち、前記した固有の周波数帯域の騒音を抽出するバンドパスフィルターであり、夫々の騒音マイク５毎に設けられている。
【００２５】
７は判定回路であり、前記したバンドパスフィルター６により抽出された信号に基づいて制御装置３にＯＮ信号を出力する。そして制御装置３はこの判定回路７からのＯＮ信号に基づいてブレーキ装置２にブレーキ圧力を低下させるべく信号を出力する。
【００２６】
本発明の車輪滑走防止装置は上記したような構成であり、このような車輪滑走防止装置を用いて車輪の滑走を防止するには、以下のように行う。
すなわち、鉄道車両の減速時、車輪とレール間において発生する騒音を騒音マイク５によって検知する。
【００２７】
そして、騒音マイク５により検知した騒音をバンドパスフィルター６に入力する。
【００２８】
バンドパスフィルター６は、これらの騒音のうち特定周波数帯域のもの、例えば４５００〜５０００Ｈｚの周波数帯域の騒音を抽出する。判定回路７ではこの特定周波数帯域の騒音がバンドパスフィルター６で抽出された時、制御装置３にＯＮ信号を出力し、ブレーキ圧力を低下させて車輪とレール間に作用する粘着力を回復させ、車輪が滑走に至るのを防止するのである。
【００２９】
本実施例では、各台車毎にブレーキ力を制御するものを示したが、各車軸毎にブレーキ力を制御しても良い。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車輪が滑走する直前に車輪が滑走する兆候を検知できるので、より効果的に車輪の滑走を未然に防止することができる。従って、車両のブレーキ力を有効に利用することが可能になり、また、車輪の踏面上に発生するフラット傷及びこのフラット傷によって発生する車輪とレール系から発生する騒音が防止でき、さらに、車輪の寿命延長、レールの寿命延伸も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の車輪滑走防止装置の第１実施例を示す概略構成図である。
【図２】  車輪滑走時における車軸速度（車軸回転数）と、車軸捩り応力、車輪近傍の騒音の関係を、実際の車両によって得たデータを示した図である。
【符号の説明】
１    輪軸
２    ブレーキ装置
３    制御装置
５    騒音マイク
６    バンドパスフィルター
７    判定回路
【図１】
0004278795.tif 000002
【図２】
0004278795.tif 000003