JP5871833B2 - Pantograph status detection system - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両において、パンタグラフが正常な状態か否かを検知するパンタグラフ状態検知システムに関する。 The present invention relates to a pantograph state detection system for detecting whether or not a pantograph is in a normal state in a railway vehicle.
パンタグラフが正常状態か否かを検知する従来の装置として、特許文献1に記載のパンタグラフ誤動作防止装置が存在する。このパンタグラフ誤動作防止装置は、沿線の電柱に取り付けられた応答器から取得した位置情報に基づいて進行先の区間種別を判別し、判別結果に応じた制御を行う。例えば、パンタグラフを上昇させた状態のまま無架線区間に進入すると判断した場合には、パンタグラフを下降させる。また、パンタグラフ上昇検知装置を地上または車上に備え、パンタグラフの状態が正常かどうか(例えば、無架線区間でパンタグラフが上昇した状態となっていないかどうか)を監視する。車上に設置されたパンタグラフ上昇検知装置は、タグと質問器の通信が成立するか否かでパンタグラフの状態(上昇させた状態と下降させた状態のどちらか)を判別している。
As a conventional device for detecting whether or not the pantograph is in a normal state, there is a pantograph malfunction prevention device described in
特許文献1には、車上(車両外)にパンタグラフ上昇検知装置を設置する構成が開示されているが、このような、車両外に装置を設置する場合、一般的には電池を電源として使用するため、省電力化が課題となる。消費電力が大きい場合、電池を頻繁に交換するか大容量の電池を搭載する必要があり、いずれの場合にもコストアップとなる。鉄道車両は、定められた周期で点検・整備を行う必要がある。そのため、できる限り小容量の電池を使用しつつ、車両の点検・整備を行う際に電池の交換もできるようにするのが望ましい。しかしながら、特許文献1のパンタグラフ上昇検知装置においては省電力化について考慮されていないという問題があった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、システムを構成している機器のうち、電池で駆動する機器の省電力化を実現可能なパンタグラフ状態検知システムを得ることを目的とする。 This invention is made in view of the above, Comprising: It aims at obtaining the pantograph state detection system which can implement | achieve the power saving of the apparatus driven with a battery among the apparatuses which comprise a system.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかるパンタグラフ状態検知システムは、列車の複数のパンタグラフそれぞれの可動部に設置され、自身が設置されているパンタグラフの状態を所定のタイミングで検知するセンサ端末と、前記センサ端末におけるパンタグラフの状態検知結果を取得して運転士へ通知する、運転台に設置された運転台端末と、前記センサ端末と前記運転台端末との間で無線信号を中継する中継端末と、を備え、前記センサ端末および中継端末は、直接通信することが可能な周囲のセンサ端末、中継端末または運転台端末である隣接端末と通信する必要がない場合、信号の送受信動作を停止することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a pantograph state detection system according to the present invention is installed in a movable part of each of a plurality of pantographs of a train, and the state of the pantograph in which the pantograph is installed is set at a predetermined timing. Wirelessly between the sensor terminal and the cab terminal, which is installed in the cab, which acquires the pantograph state detection result in the sensor terminal and notifies the driver A relay terminal that relays a signal, and the sensor terminal and the relay terminal do not need to communicate with neighboring terminals that are direct sensor terminals, relay terminals, or driver's cab terminals that can communicate directly. The transmission / reception operation is stopped.
この発明によれば、センサ端末および中継端末の省電力化を実現し、コストを低く抑えたパンタグラフ状態検知システムを実現できる、という効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to achieve power saving of the sensor terminal and the relay terminal, and to realize a pantograph state detection system with reduced cost.
以下に、本発明にかかるパンタグラフ状態検知システムの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。 Embodiments of a pantograph state detection system according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the embodiments.
実施の形態1.
図1は、本発明にかかるパンタグラフ状態検知システムの実施の形態1の構成例を示す図である。本実施の形態のパンタグラフ状態検知システムは、列車上に構築されたシステムであり、センサ端末11〜13、中継端末21〜24および運転台端末31〜32を含んで構成されている。なお、以下の説明では、センサ端末11〜13で共通の事項(構成、動作など)を説明する場合はセンサ端末1と記載し、中継端末21〜24で共通の事項を説明する場合は中継端末2と記載し、運転台端末31〜32で共通の事項を説明する場合は運転台端末3と記載する。
FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a first embodiment of a pantograph state detection system according to the present invention. Pantograph status detection system of the present embodiment is a system built on the train, the
図1に示したように、センサ端末1は各パンタグラフに設置されており、所定のタイミングでパンタグラフの状態(パンタグラフが上昇した状態かそれとも下降した状態か)を検知する。中継端末2は車両の所定位置(例えば屋根上)に設置されており、センサ端末1と運転台端末3の無線通信を中継する。運転台端末3は編成内の運転室に設けられており、各センサ端末1におけるパンタグラフの状態検知結果を収集して運転士に通知する。これらのセンサ端末1、中継端末2および運転台端末3はセンサネットワークを形成している。また、センサ端末1および中継端末2は電池を搭載しており、これを電源として使用する。運転台端末3は電池を搭載しておらず、たとえば運転台を介して電力供給を受けて動作する。
As shown in FIG. 1, the
なお、図1では、奇数号車(パンタグラフが存在しない車両)に中継端末2を1台ずつ設置するようにしているが、必ずしもこのような構成にする必要はない。例えば、1車両に2台以上の中継端末2を設置しても構わないしパンタグラフが存在している車両に中継端末2を設置しても構わない。隣り合ったセンサ端末1同士が直接通信できるのであれば、センサ端末1の間の中継端末2は削除してもよい。センサ端末1と運転台端末3が直接通信できるのであれば、センサ端末1と運転台端末3の間の中継端末2は削除してもよい。
In FIG. 1, the
パンタグラフ状態検知システムは、例えば、図2に示したような、鉄道システム内の車両所(検車区所)や終端駅、留置駅など、パンタグラフの上げ下げを行う場所において、各パンタグラフの状態を検知し、検知結果を運転士などに通知する。通知を受けた運転士等は、各パンタグラフの状態が正しいかどうか、すなわち、パンタグラフを下降状態とさせておくべき場所で上昇状態となっていないかどうか、パンタグラフを上昇状態とさせておくべき場所で下降状態となっていないかどうかを運転室内に居ながら知ることができる。また、パンタグラフの上げ下げを行う場所以外においてもパンタグラフの状態を検知することができ、運転士等は、故障等によりパンタグラフの状態がおかしくなったことを運転室内に居ながら早急に知ることができる。例えば、一部のパンタグラフが下降した状態で架線区間を走行した場合、上昇させた状態のパンタグラフに大電流が流れて焼き付きが発生してしまうおそれがあるが、パンタグラフ状態検知システムは、このような状態を検知して運転士に通知することができ、事故防止に寄与できる。 The pantograph state detection system detects the state of each pantograph at a place where the pantograph is raised or lowered, such as a vehicle station (inspection zone), a terminal station, or a detention station in the railway system as shown in FIG. , Notify the driver of the detection result. The driver who received the notification is whether the state of each pantograph is correct, that is, whether the pantograph should be in the lowered state, whether it is in the elevated state, or where the pantograph should be in the elevated state It is possible to know whether or not the vehicle is in the descending state while in the cab. Moreover, the state of the pantograph can be detected in places other than the place where the pantograph is raised or lowered, and the driver or the like can quickly know that the state of the pantograph has become strange due to a failure or the like while in the cab. For example, when traveling in an overhead wire section with some pantographs lowered, a large current may flow through the raised pantograph and burn-in may occur. The condition can be detected and notified to the driver, contributing to accident prevention.
図3は、センサ端末1の構成例を示す図である。図示したように、センサ端末1は、アンテナ11、無線通信部12、信号処理部13およびセンサ部14を備える。電源(電池)については記載省略している。アンテナ11は、無線通信部12から出力された無線信号を他の端末(センサ端末1、中継端末2または運転台端末3)へ送信するとともに他の端末から送信された無線信号を受信する。無線通信部12は、信号処理部13から出力されたベースバンド信号を無線信号に変換するとともにアンテナ11が受信した無線信号をベースバンド信号に変換する。信号処理部13は、センサ部14から入力された情報に基づいて、運転台端末3に向けて送信する信号(パンタグラフの状態を示す信号)を生成する。また、信号処理部13は、自身宛ではない信号を受信した場合、受信信号を転送するための処理を行う。センサ部14は、2軸加速度センサを含んでおり、2方向の加速度検出結果に基づいて、自端末(センサ端末1)が設置されているパンタグラフの状態(上昇した状態かそれとも下降した状態か)を検知する。
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the
図4は、中継端末2の構成例を示す図である。図示したように、中継端末2は、アンテナ21、無線通信部22および信号処理部23を備える。電源(電池)については記載省略している。アンテナ21および無線通信部22は、上述したセンサ端末1のアンテナ11および無線通信部12と同様の動作を行う。信号処理部23は、自身宛ではない信号を受信した場合、受信信号を転送するための処理を行う。この中継端末2は、センサ端末1からセンサ部14を削除したものである。
FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of the
図5は、運転台端末3の構成例を示す図である。図示したように、運転台端末3は、アンテナ31、無線通信部32、信号処理部33および情報出力部34を備える。アンテナ31および無線通信部32は、上述したセンサ端末1のアンテナ11および無線通信部12と同様の動作を行う。信号処理部33は、センサ端末1におけるパンタグラフの状態検知結果を含んだ信号を受信すると、パンタグラフの状態検知結果を情報出力部34へ出力する。情報出力部34は、センサ端末1におけるパンタグラフの状態検知結果を信号処理部33から受け取ると、これを運転室内の所定の機器へ出力する。状態検知結果の出力先とする所定の機器は、例えばLCD等の表示装置であり、表示装置は各パンタグラフの状態を個別に表示して運転士等に通知する。表示装置に代えて、2色LEDや3色LEDなどを利用して各パンタグラフの個々の状態を運転士等に通知するようにしてもよい。パンタグラフの状態が正常ではない場合、例えば、パンタグラフを上昇させておくべき区間で下降状態となっている場合、表示装置やLEDでの通知に加えて、異常検知をアラームや音声で通知するようにしても構わない。この運転台端末3は、センサ端末1のセンサ部14を検知結果通知部34に置き換えたものである。
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the cab terminal 3. As illustrated, the cab terminal 3 includes an
つづいて、本実施の形態のパンタグラフ状態検知システムの全体動作について、図1および図6を用いて説明する。図6は、図1に示した構成のパンタグラフ状態検知システムの全体動作の一例を示すシーケンス図であり、具体的には、運転台端末3がパンタグラフの状態検知結果をセンサ端末1から収集する動作の一例を示している。なお、図6では、パンタグラフを集電装置と表現している。
Next, the overall operation of the pantograph state detection system of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 6. FIG. 6 is a sequence diagram showing an example of the overall operation of the pantograph state detection system configured as shown in FIG. 1. Specifically, the operation of the cab terminal 3 collecting the pantograph state detection results from the
本実施の形態のパンタグラフ状態検知システムの全体動作の概要を説明すると、電池から電力供給を受けて動作するセンサ端末1および中継端末2は、通常は、通信動作を停止させて消費電力を抑えた状態(この状態をスリープ状態と呼ぶ)となっている。スリープ状態では、送信動作を常時停止し、受信動作は、殆ど停止させた状態とするが、スリープ状態を解除するか否かを判定するために一定周期で実行する。すなわち、スリープ状態は、送信動作および受信動作を停止させた第1の状態と、送信動作を停止させた状態で所定時間にわたって受信動作のみを行う第2の状態とを含む。各端末(センサ端末1,中継端末2)は、スリープ状態の場合、他の端末(センサ端末1、中継端末2または運転台端末3)から送信された信号のモニタ(前記第2の状態に相当)を定期的に行い、他の端末から送信された信号を検知しない場合はスリープ状態を継続する。一方、信号を検知した場合には、スリープ状態を解除して非スリープ状態(以下、アクティブ状態と呼ぶ)に遷移し、パンタグラフの状態確認や無線信号の中継処理など、必要な処理を実行する。処理が終了した後は、スリープ状態に戻り、同様の動作を継続する。以下、全体動作について詳しく説明する。
The outline of the overall operation of the pantograph state detection system according to the present embodiment will be described. The
図6に示したように、パンタグラフ状態検知システムにおいて、センサ端末1は、スリープ状態においては、スリープ状態の終了を要求する信号である起動要求などが送信されてきているかどうかを一定周期で確認するとともに、パンタグラフの状態を確認する(ステップS1)。起動要求が送信されてきていない場合、パンタグラフの状態確認が終了するとスリープ状態に戻る。パンタグラフの状態確認結果は、次に状態確認を行うまで保持しておく。
As shown in FIG. 6, in the pantograph state detection system, in the pantograph state detection system, in the sleep state, the
なお、センサ端末1は、パンタグラフの状態確認は起動要求が送信されてきた場合にのみ行うようにしてもよい。この場合、パンタグラフ状態確認動作の実行回数が少なくなり、電力の消費を抑えることができる。
Note that the
中継端末2もセンサ端末1と同様に、スリープ状態においては、スリープ状態の終了を要求する信号である起動要求などが送信されてきているかどうかを一定周期で確認する(ステップS2)。起動要求が送信されてきていない場合はスリープ状態を継続する。
Similarly to the
運転台端末3は、所定の条件を満たすと、パンタグラフの状態情報収集を開始する(ステップS11)。例えば、パンタグラフの上げ下げ操作を実行する場所(終端駅や留置駅など)に到着したことを検出した場合、運転士がパンタグラフの上げ下げ操作を実行したことを検出した場合、運転士がパンタグラフの状態確認を指示する操作を実行したことを検出した場合などに、情報収集を開始する。定期的に情報収集を行うようにしてもよい。 When the predetermined condition is satisfied, the cab terminal 3 starts collecting pantograph state information (step S11). For example, when it is detected that a pantograph is raised or lowered (such as a terminal station or detention station), when the driver detects that a pantograph is raised or lowered, the driver checks the pantograph status. When it is detected that an operation for instructing is executed, information collection is started. Information may be collected periodically.
運転台端末3は、パンタグラフの状態情報収集を開始すると、パンタグラフの状態情報を要求する信号としての起動要求を連続送信する(ステップS12)。ここでいう連続送信は、起動要求信号を短い間隔で繰り返し送信することである。なお、この起動要求は、周囲の端末がスリープ状態からアクティブ状態に遷移したと判断するまで(例えば、周囲の端末から何らかの信号を受信するまで)、送信し続ける(繰り返し送信する)。 When the cab terminal 3 starts collecting the pantograph state information, the cab terminal 3 continuously transmits an activation request as a signal for requesting the pantograph state information (step S12). The continuous transmission here is to repeatedly transmit the activation request signal at short intervals. This activation request continues to be transmitted (repeatedly transmitted) until it is determined that the surrounding terminals have transitioned from the sleep state to the active state (for example, until some signal is received from the surrounding terminals).
スリープ状態の中継端末2は、起動要求などの各種信号が送信されているかどうかを一定周期でモニタしており、上記のステップS12で運転台端末3が繰り返し送信している起動要求を検出(受信)すると、アクティブ状態に遷移する。そして、起動要求の連続送信を開始する(ステップS13)。なお、この起動要求は、周囲の端末(センサ端末1または中継端末2)がスリープ状態からアクティブ状態に遷移したと判断するまで(例えば、周囲の端末から何らかの信号を受信するまで)、または、一定時間が経過するまで、送信し続ける。ただし、一定時間は、周囲の端末におけるモニタ周期、すなわち、周囲の端末が信号をモニタしてアクティブ状態に遷移する必要があるかどうか判定する周期よりも長い時間に設定する。
The
スリープ状態のセンサ端末1は、起動要求などの各種信号が送信されているかどうかを一定周期でモニタしており、上記のステップS13で中継端末2が繰り返し送信している起動要求を検出すると、アクティブ状態に遷移するとともに、パンタグラフの状態確認を行う。また、起動要求の連続送信を開始するとともに(ステップS14)、パンタグラフ状態の情報(パンタグラフが上昇した状態かそれとも下降した状態かを示す情報)および自身の識別情報を、集電装置状態通知にて運転台端末3宛に送信する(ステップS16)。なお、起動要求の送信は、パンタグラフの状態確認が終了する前に開始してもよい。パンタグラフの状態確認が終了する前に起動要求の送信を開始すると、運転台端末3が全てのセンサ端末1からパンタグラフ状態の情報を収集するまでの所要時間を短縮化することができる。その結果、スリープ状態に戻るまでの時間も短縮化され、更なる省電力化が期待できる。また、起動要求は、周囲の端末(センサ端末1または中継端末2)がスリープ状態からアクティブ状態に遷移したと判断するまで(例えば、周囲の端末から何らかの信号を受信するまで)、または、一定時間が経過するまで、送信し続ける。
The
集電装置状態通知を受信した中継端末2は、これを運転台端末3へ転送する(ステップS17)。
The
同様に、ステップS14でセンサ端末1が繰り返し送信している起動要求を受信した中継端末2は、アクティブ状態に遷移し、起動要求の連続送信を開始する(ステップS15)。この起動要求を受信したセンサ端末1は、アクティブ状態に遷移するとともに、パンタグラフの状態確認を行う。また、起動要求の送信を開始するとともに、パンタグラフ状態の情報および自身の識別情報を、集電装置状態通知にて運転台端末3宛に送信する(ステップS18)。この集電装置状態通知を受信した中継端末2は、運転台端末3に向けた転送を行い(ステップS19)、以後、運転台端末3との間に位置しているセンサ端末1および中継端末2が順次転送し、運転台端末3に到達する(ステップS20,S21)。
Similarly, the
運転台端末3は、システム内の全てのセンサ端末1から集電装置状態通知を受信したと判断すると、全てのセンサ端末1および中継端末2をスリープ状態に遷移させるために、スリープ指示を送信する(ステップS22)。そして、各パンタグラフの状態を運転室内の所定の機器へ出力することにより運転士等に通知する(ステップS30)。上述したように、集電装置状態情報応答には、パンタグラフ状態判定結果および送信元のセンサ端末1の識別情報が含まれている。運転台端末3はシステム内の各センサ端末1がどのパンタグラフに設置されているか予め把握しており(例えばセンサ端末1とパンタグラフの対応テーブルを保持しており)、集電装置状態情報応答を受信すると対応するパンタグラフの状態を把握できる。
When the cab terminal 3 determines that the current collector status notification has been received from all the
一方、中継端末2およびセンサ端末1は、スリープ指示を受信すると、これを転送するとともにACKを返送する(ステップS23〜S29)。そして、転送したスリープ指示に対するACKを受信するとスリープ状態に遷移する。なお、中継端末2およびセンサ端末1は、スリープ指示を受信しなかった場合や転送したスリープ指示に対するACKが送信されてこない場合にも、所定時間が経過した時点でスリープ状態に遷移する。また、中継端末2およびセンサ端末1は、アクティブ状態に遷移して所定の処理を行った後、他の端末から信号(集電装置状態通知、スリープ指示、など)を受信することなく所定時間が経過した場合にも、スリープ状態に遷移する。これにより、通信障害が発生するなどしてシーケンスが異常終了した場合にアクティブ状態を継続してしまうのを防止し、消費電力の増加を抑えることができる。
On the other hand, when the
なお、図6のシーケンスでは、起動要求などが送信されてきているかどうかの確認(信号のモニタ)とパンタグラフの状態確認を同期させているが、非同期としてもよい。非同期とした場合、センサ端末1は、所定のタイミングで実行したパンタグラフの状態確認の結果を保持しておき、起動要求を受信すると、パンタグラフの状態確認を行うことなく、その時点で保持しているパンタグラフの状態確認結果(最新の確認結果)を集電装置状態通知にて運転台端末3宛に送信する。このような構成とした場合、センサ端末1が起動要求を受信してから集電装置状態通知を返送するまでの時間を短縮化できるとともに、スリープ状態を解除してからスリープ状態に戻るまでの時間を短縮化して消費電力の増加を抑えることができる。
In the sequence of FIG. 6, the confirmation (signal monitoring) of whether or not an activation request has been transmitted is synchronized with the state confirmation of the pantograph, but it may be asynchronous. In the case of non-synchronization, the
つづいて、センサ端末1がパンタグラフの状態を判定する動作について説明する。図7−1および図7−2は、パンタグラフの状態判定動作の一例を示す図である。
Subsequently, an operation in which the
図示したように、2軸加速度センサ(センサ端末1)は、パンタグラフの下アームなど、パンタグラフを上昇または下降させることによりセンサの角度が変動する位置に取り付けられている。そのため、パンタグラフが上昇した状態における2軸加速度センサの計測結果(X方向加速度およびZ方向加速度)とパンタグラフが下降した状態における2軸加速度センサの計測結果は異なる値となる。よって、センサ端末1は、内蔵している2軸加速度センサによるX方向加速度およびZ方向加速度の測定結果のうち、少なくとも一方の測定結果を用いてパンタグラフの状態を検知する。例えば、X方向加速度があるしきい値よりも大きい場合はパンタグラフが上昇した状態(図7−2)、小さい場合はパンタグラフが下降した状態と判断する(図7−1)。なお、パンタグラフの操作(上昇または下降)に伴い回転する主軸にセンサ端末1を取り付けてもよい。
As shown in the figure, the biaxial acceleration sensor (sensor terminal 1) is attached to a position where the angle of the sensor fluctuates by raising or lowering the pantograph, such as a lower arm of the pantograph. Therefore, the measurement result (X-direction acceleration and Z-direction acceleration) of the biaxial acceleration sensor when the pantograph is raised is different from the measurement result of the biaxial acceleration sensor when the pantograph is lowered. Therefore, the
また、しきい値として、パンタグラフが上昇した状態か否かを判定するための第1のしきい値と、下降した状態か否かを判定するための第2のしきい値とを使用するようにしてもよい。例えば、2軸加速度センサによる計測結果が、パンタグラフが上昇した状態においてより大きくなる構成では、計測結果が第1のしきい値よりも大きい場合にパンタグラフが上昇した状態と判定し、計測結果が第2のしきい値よりも小さい場合にパンタグラフが下降した状態と判定する。ただし、第1のしきい値>第2のしきい値とする。計測結果が第2のしきい値以上かつ第1のしきい値以下の場合は状態不明とする。状態不明の場合、一定時間が経過してから再度判定するなどしてもよい。 Further, as the threshold value, the first threshold value for determining whether or not the pantograph is in the raised state and the second threshold value for determining whether or not the pantograph is in the lowered state are used. It may be. For example, in a configuration in which the measurement result by the biaxial acceleration sensor is larger in a state where the pantograph is raised, it is determined that the pantograph is raised when the measurement result is larger than the first threshold value, and the measurement result is When it is smaller than the threshold value of 2, it is determined that the pantograph is in a lowered state. However, it is assumed that first threshold value> second threshold value. If the measurement result is not less than the second threshold and not more than the first threshold, the state is unknown. If the state is unknown, the determination may be made again after a certain time has elapsed.
このように、本実施の形態のパンタグラフ状態検知システムにおいて、センサ端末1および中継端末2は、パンタグラフの状態確認や他の端末との通信が必要ない場合、スリープ状態に遷移することとした。これにより、電池で駆動するセンサ端末1および中継端末2の省電力化を実現できる。その結果、容量の小さい電池を採用可能となり、コストを低く抑えたパンタグラフ状態検知システムを実現できる。
As described above, in the pantograph state detection system of the present embodiment, the
なお、本実施の形態では、運転台端末3からの要求に応じて、センサ端末1がパンタグラフの状態確認結果(最新の確認結果)を集電装置状態通知にて送信することとしたが(図6参照)、図8に示したシーケンスとしてもよい。図8に示したシーケンスでは、センサ端末1がパンタグラフの状態を確認するごとに、確認結果を集電装置状態通知にて送信する。このとき、スリープ中の他の端末がアクティブ状態となるまで、集電装置状態通知を連続送信する。スリープ状態の中継端末2およびセンサ端末1は、定期的に行っている信号モニタ(信号受信確認)において集電装置状態通知を受信すると、ACKを返送するとともに集電装置状態通知を転送する。集電装置状態通知を送信(転送を含む)した各端末は、送信先からACKを受信するとスリープ状態に遷移する。運転台端末3は、集電装置状態通知を受信するごとに、パンタグラフの状態を運転室内の所定の機器へ出力することにより運転士等に通知する。このように、センサ端末1主導で集電装置状態通知を送信する場合にも、センサ端末1および中継端末2は適宜スリープ状態に遷移して省電力化を実現できる。
In the present embodiment, in response to a request from the cab terminal 3, the
実施の形態2.
実施の形態1では、1個の2軸加速度センサでパンタグラフの状態を判別することとしたが、走行中には列車の加速時や減速時に進行方向(水平方向)の加速度成分が変動する。加えて、走行中には車体が上下方向に振動し、垂直方向の加速度成分も変動するため、状態の判別精度が低下してしまう。本実施の形態では、実施の形態1よりも高精度に状態を判別する方法について説明する。なお、システム構成および各端末の構成は実施の形態1と同様とする(図1,図3など参照)。
In the first embodiment, the state of the pantograph is determined by one biaxial acceleration sensor. However, during traveling, the acceleration component in the traveling direction (horizontal direction) varies during acceleration or deceleration of the train. In addition, the vehicle body vibrates in the vertical direction and the acceleration component in the vertical direction also fluctuates during traveling, so that the state determination accuracy decreases. In the present embodiment, a method for determining a state with higher accuracy than in the first embodiment will be described. The system configuration and the configuration of each terminal are the same as those in the first embodiment (see FIGS. 1 and 3).
パンタグラフの状態判別精度を向上させるため、本実施の形態のセンサ端末1は、図9に示したように、2個の2軸加速度センサ(センサAおよびB)を含み、センサ部14は、これらのセンサAおよびBによる測定結果に基づいて状態判別を行う。
In order to improve the pantograph state determination accuracy, the
図10−1および図10−2は、パンタグラフの状態判定動作の一例を示す図である。図示したように、2軸加速度センサAおよびBは、設置角度をずらした状態でパンタグラフの可動部に設置されている。図10−2に示した設置角Sは2軸加速度センサAとBの設置角度の差である。 FIGS. 10A and 10B are diagrams illustrating an example of the state determination operation of the pantograph. As shown in the drawing, the biaxial acceleration sensors A and B are installed on the movable part of the pantograph with the installation angle shifted. The installation angle S shown in FIG. 10-2 is the difference between the installation angles of the biaxial acceleration sensors A and B.
図10−1のように、2軸加速度センサAで得られるZ方向加速度をa1、X方向加速度をa2、パンタグラフの下アームの角度(パンタ角)をα、加速度成分ベクトル角をβとすると、次式(1)が成り立つ。
a1=√((1+z)^2+y^2)cos(α+β)
a2=√((1+z)^2+y^2)sin(α+β) …(1)
As shown in FIG. 10A, the Z direction acceleration obtained by the biaxial acceleration sensor A is a 1 , the X direction acceleration is a 2 , the lower arm angle (panter angle) of the pantograph is α, and the acceleration component vector angle is β. Then, the following formula (1) is established.
a 1 = √ ((1 + z) ^ 2 + y ^ 2) cos (α + β)
a 2 = √ ((1 + z) ^ 2 + y ^ 2) sin (α + β) (1)
また、図10−2のように、2軸加速度センサBで得られるZ方向加速度をa3、X方向加速度をa4とすると、次式(2)が成り立つ。
a3=√((1+z)^2+y^2)cos(α+β+S)
a4=√((1+z)^2+y^2)sin(α+β+S) …(2)
As shown in FIG. 10-2, when the Z-direction acceleration obtained by the biaxial acceleration sensor B is a 3 and the X-direction acceleration is a 4 , the following equation (2) is established.
a 3 = √ ((1 + z) ^ 2 + y ^ 2) cos (α + β + S)
a 4 = √ ((1 + z) ^ 2 + y ^ 2) sin (α + β + S) (2)
上記の式(1)および(2)からy,zを削除すると、次式(3)となる。
tan(α+β)=a2/a1
tan(α+β+S)=a4/a3 …(3)
When y and z are deleted from the above equations (1) and (2), the following equation (3) is obtained.
tan (α + β) = a 2 / a 1
tan (α + β + S) = a 4 / a 3 (3)
この式(3)からβを削除すると、以下の式(4)となる。
(tanS+a3/a4)tanα^2+
((a1/a2)tanS+a1a3/a2a4)tanα+
(a1a3/a2a4)tanS+a3/a4+tanS=0 …(4)
When β is deleted from this equation (3), the following equation (4) is obtained.
(TanS + a 3 / a 4 ) tan α ^ 2 +
((A 1 / a 2 ) tanS + a 1 a 3 / a 2 a 4 ) tan α +
(A 1 a 3 / a 2 a 4 ) tanS + a 3 / a 4 + tanS = 0 (4)
角度Sは2軸加速度センサAとBの設置角の差であり固定値(既知の値)であるため、本実施の形態のセンサ端末1は、2軸加速度センサAおよびBのそれぞれで測定したセンサ値a1〜a4と式(4)を用いて、パンタグラフの状態を示す角度αを求めることができる。
Since the angle S is a difference between the installation angles of the biaxial acceleration sensors A and B and is a fixed value (known value), the
なお、2個の2軸加速度センサを備えているセンサ端末1を用いてパンタグラフの状態判別を行うこととしたが、1個の2軸加速度センサを備えたセンサ端末1をパンタグラフに2台設置してもよい。この場合、設置角度が異なる2台センサ端末1が同じタイミングで加速度を測定し、測定結果(上記のa1〜a4に相当)を一方のセンサ端末1に集約してこのセンサ端末1が上記の角度αを求めるようにすればよい。または、2台のセンサ端末1が測定結果を運転台端末3へ送信し、運転台端末3で上記の角度αを算出してパンタグラフの状態を判別するようにしてもよい。
Although the pantograph state is determined using the
センサ端末1によるパンタグラフの状態判定結果は実施の形態1と同様の手順で運転台端末3に通知される。
The pantograph state determination result by the
このように、本実施の形態のパンタグラフ状態検知システムにおいて、センサ端末1は、設置角度が互いに異なる2個の2軸加速度センサで測定した加速度に基づいてパンタグラフの状態を判定することとした。これにより、列車が走行している状態においてもパンタグラフの状態を高精度に判定することができる。
Thus, in the pantograph state detection system of the present embodiment, the
以上のように、本発明にかかるパンタグラフ状態検知システムは、集電装置としてパンタグラフを採用している鉄道システムに有用であり、特に、電池で駆動する端末を含んで構成されているパンタグラフ状態検知システムに適している。 As described above, the pantograph state detection system according to the present invention is useful for a railway system that employs a pantograph as a current collector, and in particular, includes a terminal driven by a battery. Suitable for
11〜13 センサ端末、21〜24 中継端末、31,32 運転台端末、11,21,31 アンテナ、12,22,32 無線通信部、13,23,33 信号処理部、14 センサ部、34 情報出力部。 1 1 to 1 3 sensor terminal, 2 1 to 2 4 relay terminal, 3 1 , 3 2 cab terminal, 11, 21, 31 antenna, 12, 22, 32 wireless communication unit, 13, 23, 33 signal processing unit, 14 sensor unit, 34 information output unit.
Claims (4)
前記センサ端末におけるパンタグラフの状態検知結果を取得して運転士へ通知する、運転台に設置された運転台端末と、
前記センサ端末と前記運転台端末との間で無線信号を中継する中継端末と、
を備え、
前記センサ端末は、パンタグラフの可動部に設置された加速度センサにおける測定値に基づいて、当該パンタグラフの状態を検知し、
前記センサ端末および中継端末は、直接通信することが可能な周囲のセンサ端末、中継端末または運転台端末である隣接端末と通信する必要がない場合、信号の送受信動作を停止することを特徴とするパンタグラフ状態検知システム。 A sensor terminal that is installed in a movable part of each of a plurality of pantographs of a train and detects the state of the pantograph in which it is installed at a predetermined timing;
A driver's cab terminal installed in the driver's cab that obtains the state detection result of the pantograph in the sensor terminal and notifies the driver;
A relay terminal that relays a radio signal between the sensor terminal and the cab terminal;
With
The sensor terminal detects a state of the pantograph based on a measurement value in an acceleration sensor installed in a movable part of the pantograph,
The sensor terminal and the relay terminal stop signal transmission / reception operation when it is not necessary to communicate with an adjacent terminal that is a surrounding sensor terminal, relay terminal, or driver's cab terminal capable of direct communication. Pantograph status detection system.
前記センサ端末におけるパンタグラフの状態検知結果を取得して運転士へ通知する、運転台に設置された運転台端末と、 A driver's cab terminal installed in the driver's cab that obtains the state detection result of the pantograph in the sensor terminal and notifies the driver;
前記センサ端末と前記運転台端末との間で無線信号を中継する中継端末と、 A relay terminal that relays a radio signal between the sensor terminal and the cab terminal;
を備え、 With
前記センサ端末は、互いに異なる角度でパンタグラフの同一可動部に設置された2つの加速度センサにおける測定値に基づいて、当該パンタグラフの状態を検知し、 The sensor terminal detects a state of the pantograph based on measurement values in two acceleration sensors installed in the same movable part of the pantograph at different angles,
前記センサ端末および中継端末は、直接通信することが可能な周囲のセンサ端末、中継端末または運転台端末である隣接端末と通信する必要がない場合、信号の送受信動作を停止することを特徴とするパンタグラフ状態検知システム。 The sensor terminal and the relay terminal stop signal transmission / reception operation when it is not necessary to communicate with an adjacent terminal that is a surrounding sensor terminal, relay terminal, or driver's cab terminal capable of direct communication. Pantograph status detection system.
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