JP2016092908A - 衝突検知装置及び衝突検知方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両の衝突を判定する精度を向上させることができる衝突検知装置及び衝突検知方法を提供する。【解決手段】先頭車両１０１又は中間車両１０２等の鉄道車両のドアの開閉の場合は、一瞬の衝撃による加速度しか生じないが、鉄道車両の衝突の場合は一瞬の衝撃の加速度に加えて、当該衝撃により鉄道車両の構造物が凹んだり破損したりする際の加速度が生じる。そのため、衝突検知装置１１０ａによれば、衝突検知装置１１０ａの衝突判定部１１８が、鉄道車両の加速度の経時的な複数のサンプリングデータに基づいて、鉄道車両の衝突を判定する。これにより、鉄道車両の衝突を判定する精度を向上させることができる。【選択図】図２

Description

本発明は、衝突検知装置及び衝突検知方法に関する。

鉄道車両の衝突を検知するための装置が提案されている。例えば、特許文献１には、鉄道車両の加速度を検出する加速度センサを備え、鉄道車両の前後方向の加速度、左右方向の加速度及び上下方向の加速度等のパラメータの内で一つでも閾値を超えた場合に、衝突等の事故が発生したと判断する装置が開示されている。

特開平１０‐２７１６０４号公報

ところで、鉄道車両においては、客室を設けるために、加速度センサを配置できる場所は限定される。そのため、乗務員室の扉等のドアの開閉時の衝撃を加速度センサが衝突と同等の加速度として検出し、衝突が生じたと誤検出する可能性がある。一方、当該誤検出の対策として、閾値を大きくすると、実際に衝突が生じたときに当該衝突を検知できない可能性がある。

そこで本発明は、鉄道車両の衝突を判定する精度を向上させることができる衝突検知装置及び衝突検知方法を提供することを目的とする。

本発明は、鉄道車両の加速度を検出する加速度センサ部と、加速度の経時的な複数のサンプリングデータに基づいて、鉄道車両の衝突を判定する衝突判定部とを備えた衝突検知装置である。

鉄道車両のドアの開閉の場合は、一瞬の衝撃による加速度しか生じないが、鉄道車両の衝突の場合は一瞬の衝撃の加速度に加えて、当該衝撃により鉄道車両の構造物が凹んだり破損したりする際の加速度が生じる。そのため、この構成によれば、鉄道車両の加速度の経時的な複数のサンプリングデータに基づいて、衝突判定部が衝突を判定することにより、鉄道車両の衝突を判定する精度を向上させることができる。

この場合、サンプリングデータの時間による積分値を算出する積分部をさらに備え、衝突判定部は、積分値が予め設定された閾値を超えているときに、鉄道車両が衝突したと判定することが好適である。

この構成によれば、サンプリングデータの時間による積分値を算出する積分部をさらに備え、衝突判定部は、積分値が予め設定された閾値を超えているときに、鉄道車両が衝突したと判定する。このため、単純なアルゴリズムにより、鉄道車両の衝突を判定することができる。

また、サンプリングデータの２乗和を算出する２乗和算出部をさらに備え、衝突判定部は、２乗和が予め設定された閾値を超えているときに、鉄道車両が衝突したと判定することが好適である。

この構成によれば、サンプリングデータの２乗和を算出する２乗和算出部をさらに備え、衝突判定部は、２乗和が予め設定された閾値を超えているときに、鉄道車両が衝突したと判定する。このため、比較的に短時間で鉄道車両の衝突を判定することができる。

この場合、遮断周波数より高い周波数のサンプリングデータを逓減させるフィルタリングを行うローパスフィルタ部をさらに備え、２乗和算出部は、フィルタリングが行われたサンプリングデータの２乗和を算出することが好適である。

この構成によれば、遮断周波数より高い周波数のサンプリングデータを逓減させるフィルタリングを行うローパスフィルタ部をさらに備え、２乗和算出部は、フィルタリングが行われたサンプリングデータの２乗和を算出する。このため、瞬時的にノイズが発生したとしても、当該ノイズを削除し、サンプリングデータの２乗和により、比較的に短時間で鉄道車両の衝突を判定することができる。

また、本発明は、衝突検知装置の加速度センサ部により、鉄道車両の加速度の経時的な複数のサンプリングデータを検出するサンプリング工程と、衝突検知装置の衝突判定部により、加速度の経時的な複数のサンプリングデータに基づいて、鉄道車両の衝突を判定する衝突判定工程とを含む衝突検知方法である。

この場合、衝突検知装置の積分部により、サンプリングデータの時間による積分値を算出する積分工程をさらに含み、衝突判定工程では、積分値が予め設定された閾値を超えているときに、鉄道車両が衝突したと判定することが好適である。

また、衝突検知装置の２乗和算出部により、サンプリングデータの２乗和を算出する２乗和算出工程をさらに含み、衝突判定工程では、２乗和が予め設定された閾値を超えているときに、鉄道車両が衝突したと判定することが好適である。

この場合、衝突検知装置のローパスフィルタ部により、遮断周波数より高い周波数のサンプリングデータを逓減させるフィルタリングを行うフィルタリング工程をさらに含み、２乗和算出工程では、フィルタリングが行われたサンプリングデータの２乗和を算出することが好適である。

本発明の衝突検知装置及び衝突検知方法によれば、鉄道車両の衝突を判定する精度を向上させることができる。

第１実施形態の衝突検知装置を搭載した車両ごとの構成を示すブロック図である。 図１の衝突検知装置の構成を示すブロック図である。 第１実施形態の衝突検知装置の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態の衝突検知装置の構成を示すブロック図である。 第２実施形態の衝突検知装置の動作を示すフローチャートである。 実験例の左右加速度の積分値を示すグラフである。 実験例の左右加速度の２乗和を示すグラフである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る衝突検知装置及び衝突検知方法について説明する。本発明の第１実施形態に係る衝突検知装置１１０ａは、図１に示すように、２両の先頭車両１０１と、２両の先頭車両１０１の間に連結された複数の中間車両１０２とにそれぞれ搭載されている。先頭車両１０１は、衝突検知装置１１０ａ、リレー１２０、防護無線機１３０、モニタ表示器１４０及びリセットスイッチ１５０を備えている。中間車両１０２は、先頭車両１０１と同様の衝突検知装置１１０ａを備えている。衝突検知装置１１０ａは、後述する構成により、先頭車両１０１及び中間車両１０２の衝突を検知する。衝突には、先頭車両１０１の前面が他の鉄道車両等の物体と衝突する前面衝突と、先頭車両１０１又は中間車両１０２の側面が他の鉄道車両等の物体と衝突する側面衝突とが含まれる。

衝突検知装置１１０ａは、衝突を検知したときに、衝突に関する情報に係る出力信号を送信する。先頭車両１０１及び中間車両１０２の衝突検知装置１１０ａそれぞれは互いに接続されており、中間車両１０２の衝突検知装置１１０ａが衝突を検知したときは、中間車両１０２の衝突検知装置１１０ａは、先頭車両１０１の衝突検知装置１１０ａに、衝突に関する情報に係る出力信号を送信する。衝突に関する情報には、衝突が生じた先頭車両１０１又は中間車両１０２を特定する情報が含まれる。

リレー１２０は、衝突を検知した衝突検知装置１１０ａより送信される出力信号を防護無線機１３０に送るラッチングリレーである。衝突を検知した衝突検知装置１１０ａから出力信号が送信されると、リレー１２０のセットコイルが励磁されて接点が閉じ、防護無線機１３０により防護無線が送信される。防護無線とは、先頭車両１０１及び中間車両１０２のいずれかに衝突が生じたことを無線通信により付近の駅及び付近を走行中の他の鉄道車両に報知するものである。なお、本実施形態では、衝突検知装置１１０ａからの出力信号が送出されなくなり、リレー１２０のセットコイルの励磁が解かれても、リレー１２０の接点が閉じた状態は保持される。そのため、衝突検知装置１１０ａからの出力信号が送出されなくなっても、防護無線機１３０からの防護無線の送信は継続される。

防護無線機１３０は、アンテナ１０６により先頭車両１０１及び中間車両１０２のいずれかに衝突が生じたことを付近の駅及び付近を走行中の他の鉄道車両に報知する防護無線を送信する。なお、防護無線機１３０は、先頭車両１０１の運転台のスイッチが乗務員により手動操作されることによっても、防護無線を送信することができる。

モニタ表示器１４０は、先頭車両１０１の運転台に設置される液晶ディスプレイ等の表示器である。モニタ表示器１４０は、衝突検知装置１１０ａが先頭車両１０１及び中間車両１０２のいずれかの衝突を検知したときは、衝突が生じた先頭車両１０１又は中間車両１０２を特定する情報を表示する。

リセットスイッチ１５０は、リレー１２０及び衝突検知装置１１０ａを初期状態に戻すためのリセット入力を行うスイッチである。リセットスイッチ１５０が押下されると、リレー１２０のリセットコイルが励磁されて接点が開となり、防護無線機１３０の防護無線の送信が停止する。また、リセットスイッチ１５０が押下されると、衝突検知装置１１０ａが衝突を検知していない初期状態となり、モニタ表示器１４０での情報の表示が消去される。

次に、衝突検知装置１１０ａの構成について説明する。図２に示すように、衝突検知装置１１０ａは、加速度センサ部１１１、積分部１１２及び衝突判定部１１８を備える。加速度センサ部１１１は、先頭車両１０１又は中間車両１０２の前後方向及び左右方向の加速度を予め設定されたサンプリング周期ごとに検出する。加速度センサ部１１１は、先頭車両１０１又は中間車両１０２の少なくとも前後方向又は左右方向の加速度を検出し、当該加速度に応じた出力信号を出力することが可能な加速度センサから構成されている。加速度センサ部１１１は、先頭車両１０１又は中間車両１０２の加速度の経時的な複数のサンプリングデータを取得する。

積分部１１２及び衝突判定部１１８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ及び入出力インターフェイス等を備えた電子計算機として構成される。積分部１１２は、サンプリングデータの予め設定された時間による積分値を算出する。

衝突判定部１１８は、加速度センサ部１１１により得られた加速度の経時的な複数のサンプリングデータに基づいて、先頭車両１０１又は中間車両１０２の衝突を判定する。衝突判定部１１８は、積分部１１２により算出された積分値が予め設定された閾値を超えているときに、先頭車両１０１又は中間車両１０２が衝突したと判定する。

以下、本実施形態の衝突検知装置１１０ａの動作について説明する。図３に示すように、サンプリング工程として、衝突検知装置１１０ａの加速度センサ部１１１により、先頭車両１０１又は中間車両１０２の加速度の経時的な複数のサンプリングデータが検出される（Ｓ１１）。加速度センサ部１１１は、先頭車両１０１又は中間車両１０２の前後方向及び左右方向の加速度を例えば５ｍｓ（２００Ｈｚ）のサンプリング周期ごとに検出する。

積分工程として、衝突検知装置１１０ａの積分部１１２により、加速度のサンプリングデータの時間による積分値が算出される（Ｓ１２）。積分部１１２は、加速度センサ部１１１が２００Ｈｚでサンプリングした場合は、例えば、１秒間のデータに相当する２００データで積分する。

衝突判定工程として、衝突検知装置１１０ａの衝突判定部１１８により、加速度の経時的な複数のサンプリングデータに基づいて、先頭車両１０１又は中間車両１０２の衝突が判定される（Ｓ１３）。衝突判定工程では、加速度のサンプリングデータの時間による積分値が予め設定された閾値を超えているときに、鉄道車両が衝突したと判定される。衝突判定部１１８は、加速度センサ部１１１が２００Ｈｚでデータをサンプリングし、積分部１１２が１秒間のデータに相当する２００データで積分する場合には、例えば、積分値が１０Ｇ×ｍｓを超えた場合に、先頭車両１０１又は中間車両１０２が衝突したと判定する。ここで、Ｇは重力加速度である。

上述したように、先頭車両１０１又は中間車両１０２等の鉄道車両のドアの開閉の場合は、一瞬の衝撃による加速度しか生じないが、鉄道車両の衝突の場合は一瞬の衝撃の加速度に加えて、当該衝撃により鉄道車両の構造物が凹んだり破損したりする際の加速度が生じる。そのため、本実施形態の衝突検知装置１１０ａによれば、衝突検知装置１１０ａの衝突判定部１１８が、鉄道車両の加速度の経時的な複数のサンプリングデータに基づいて、鉄道車両の衝突を判定することにより、鉄道車両の衝突を判定する精度を向上させることができる。

また、本実施形態では、サンプリングデータの時間による積分値を算出する積分部１１２をさらに備え、衝突判定部１１８は、積分値が予め設定された閾値を超えているときに、鉄道車両が衝突したと判定する。このため、単純なアルゴリズムにより、鉄道車両の衝突を判定することができる。

以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、図１における先頭車両１０１及び中間車両１０２の衝突検知装置１１０ａが図４に示す衝突検知装置１１０ｂに置き換えられる。図４に示すように、本実施形態の衝突検知装置１１０ｂは、加速度センサ部１１１、ローパスフィルタ部１１４、２乗和算出部１１５及び衝突判定部１１８を備える。加速度センサ部１１１は、上記第１実施形態と同様に構成することができる。

ローパスフィルタ部１１４は、加速度のサンプリングデータについて、遮断周波数より高い周波数のサンプリングデータを逓減させるフィルタリングを行う。ローパスフィルタ部１１４は、加速度センサ部１１１が出力した出力信号の高周波数成分を逓減する既存のローパスフィルタ回路を適用することができる。

２乗和算出部１１５及び衝突判定部１１８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリ及び入出力インターフェイス等を備えた電子計算機として構成される。２乗和算出部１１５は、ローパスフィルタ部１１４によるフィルタリングが行われたサンプリングデータの２乗和を算出する。衝突判定部１１８は、２乗和算出部１１５により算出された２乗和が予め設定された閾値を超えているときに、先頭車両１０１又は中間車両１０２が衝突したと判定する。

以下、本実施形態の衝突検知装置１１０ｂの動作について説明する。図５に示すように、サンプリング工程として、衝突検知装置１１０ｂの加速度センサ部１１１により、先頭車両１０１又は中間車両１０２の加速度の経時的な複数のサンプリングデータが検出される（Ｓ２１）。先頭車両１０１又は中間車両１０２の前後方向及び左右方向の加速度を例えば５ｍｓ（２００Ｈｚ）のサンプリング周期ごとに検出する。

フィルタリング工程として、衝突検知装置１１０ｂのローパスフィルタ部１１４により、遮断周波数より高い周波数のサンプリングデータを逓減させるフィルタリングが行われる（Ｓ２２）。ローパスフィルタ部１１４の遮断周波数は、例えば、４０Ｈｚとすることができる。

２乗和算出工程として、衝突検知装置１１０ｂの２乗和算出部１１５により、ローパスフィルタ部１１４によるフィルタリングが行われたサンプリングデータの２乗和が算出される（Ｓ２３）。２乗和算出部１１５は、加速度センサ部１１１が２００Ｈｚでサンプリングした場合は、例えば、０．１秒間のデータに相当する２０データの２乗和を算出する。

衝突判定工程として、衝突検知装置１１０ｂの衝突判定部１１８により、２乗和算出部１１５により算出された２乗和が予め設定された閾値を超えているときに、先頭車両１０１又は中間車両１０２が衝突したと判定される（Ｓ２４）。衝突判定部１１８は、加速度センサ部１１１が２００Ｈｚでデータをサンプリングし、２乗和算出部１１５が０．１秒間のデータに相当する２０データの２乗和を算出する場合には、例えば、２乗和が２０を超えた場合に、先頭車両１０１又は中間車両１０２が衝突したと判定する。

本実施形態によれば、衝突検知装置１１０ｂは、加速度のサンプリングデータの２乗和を算出する２乗和算出部１１５をさらに備え、衝突判定部１１８は、２乗和が予め設定された閾値を超えているときに、先頭車両１０１又は中間車両１０２等の鉄道車両が衝突したと判定する。このため、比較的に短時間で鉄道車両の衝突を判定することができる。

また、本実施形態によれば、遮断周波数より高い周波数のサンプリングデータを逓減させるフィルタリングを行うローパスフィルタ部１１４をさらに備え、２乗和算出部１１５は、フィルタリングが行われたサンプリングデータの２乗和を算出する。このため、瞬時的にノイズが発生したとしても、当該ノイズを削除し、サンプリングデータの２乗和により、比較的に短時間で鉄道車両の衝突を判定することができる。

尚、本発明の実施形態の合流支援システムは、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の実施形態の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

（実験例１）
以下、本発明の実験例１について説明する。図２に示した衝突検知装置１１０ａを搭載した衝突試験用鉄道車両において、側面衝突が生じた時の加速度の積分値と、ドアが開閉した時の加速度の積分値とを測定した。加速度センサ部１１１は、衝突試験用鉄道車両の左右方向の加速度を２００Ｈｚのサンプリング周期ごとに検出した。積分部１１２は、１秒間のデータに相当する２００データでの積分値を算出した。衝突判定部１１８は、積分値が１０Ｇ×ｍｓを超えた場合に、衝突が生じたと判定した。

図６の結果に示すように、図６の横軸の２００目盛に相当する１秒間の２００データでの積分値により、衝突時の加速度とドア開閉時の加速度とを明確に判別することができることが判る。

（実験例２）
以下、本発明の実験例２について説明する。図４に示した衝突検知装置１１０ｂを搭載した衝突試験用鉄道車両において、側面衝突が生じた時の加速度の積分値と、ドアが開閉した時の加速度の積分値とを測定した。加速度センサ部１１１は、衝突試験用鉄道車両の左右方向の加速度を２００Ｈｚのサンプリング周期ごとに検出した。ローパスフィルタ部１１４の遮断周波数は、４０Ｈｚとした。２乗和算出部１１５は、０．１秒間のデータに相当する２０データの２乗和を算出した。衝突判定部１１８は、２乗和が２０を超えた場合に、衝突が生じたと判定した。

図７の結果に示すように、図７の横軸の２０目盛に相当する０．１秒間の２０データでの２乗和により、衝突時の加速度とドア開閉時の加速度とを明確に判別することができることが判る。

１０１…先頭車両、１０２…中間車両、１０６…アンテナ、１１０ａ，１１０ｂ…衝突検知装置、１１１…加速度センサ部、１１２…積分部、１１４…ローパスフィルタ部、１１５…２乗和算出部、１１８…衝突判定部、１２０…リレー、１３０…防護無線機、１４０…モニタ表示器、１５０…リセットスイッチ。

Claims (8)

1. 鉄道車両の加速度を検出する加速度センサ部と、
   前記加速度の経時的な複数のサンプリングデータに基づいて、前記鉄道車両の衝突を判定する衝突判定部と、
   を備えた衝突検知装置。
2. 前記サンプリングデータの時間による積分値を算出する積分部をさらに備え、
   前記衝突判定部は、前記積分値が予め設定された閾値を超えているときに、前記鉄道車両が衝突したと判定する、請求項１に記載の衝突検知装置。
3. 前記サンプリングデータの２乗和を算出する２乗和算出部をさらに備え、
   前記衝突判定部は、前記２乗和が予め設定された閾値を超えているときに、前記鉄道車両が衝突したと判定する、請求項１に記載の衝突検知装置。
4. 遮断周波数より高い周波数の前記サンプリングデータを逓減させるフィルタリングを行うローパスフィルタ部をさらに備え、
   前記２乗和算出部は、前記フィルタリングが行われた前記サンプリングデータの２乗和を算出する、請求項３に記載の衝突検知装置。
5. 衝突検知装置の加速度センサ部により、鉄道車両の加速度の経時的な複数のサンプリングデータを検出するサンプリング工程と、
   前記衝突検知装置の衝突判定部により、前記加速度の経時的な複数のサンプリングデータに基づいて、前記鉄道車両の衝突を判定する衝突判定工程と、
   を含む衝突検知方法。
6. 前記衝突検知装置の積分部により、前記サンプリングデータの時間による積分値を算出する積分工程をさらに含み、
   前記衝突判定工程では、前記積分値が予め設定された閾値を超えているときに、前記鉄道車両が衝突したと判定する、請求項５に記載の衝突検知方法。
7. 前記衝突検知装置の２乗和算出部により、前記サンプリングデータの２乗和を算出する２乗和算出工程をさらに含み、
   前記衝突判定工程では、前記２乗和が予め設定された閾値を超えているときに、前記鉄道車両が衝突したと判定する、請求項５に記載の衝突検知方法。
8. 前記衝突検知装置のローパスフィルタ部により、遮断周波数より高い周波数の前記サンプリングデータを逓減させるフィルタリングを行うフィルタリング工程をさらに含み、
   前記２乗和算出工程では、前記フィルタリングが行われた前記サンプリングデータの２乗和を算出する、請求項７に記載の衝突検知方法。
   

Images