Invitation To Railway Technology ミリ波による速度情報活用に向けた開発１．はじめに鉄道車両の速度認識は、車軸に直結した駆動ピンの回転より求めるため、空転・滑走が発生した場合に正確な速度を取得できないという欠点があります。そこで、空転・滑走等の影響を受けない高精度な速度検知手法として、車輪の回転数に依らない、非接触方式にて検出する技術を確立し、更なる安全性の向上を目指しています。２．装置開発の概要ミリ波速度センサは、30∼300GHz帯のミリ波 ※1を対象物（２）ミリ波速度計の試作に照射し、ドップラ効果により反射波の周波数が相対速度差ミリ波を対象物（レール踏面）に照射する、ミリ波速度センに応じて変化することを利用して速度を検出します。この方サを床下に設置します。また、ミリ波速度と速度発電機速度式をドップラ方式と言います。これまで、ミリ波速度センサをを表示・記録する速度補助計（速度計測装置）を室内に設置試作し、走行試験による課題の洗出しと対策を重ね、速度検しました。出精度の向上に取組んできました。実用化に向けて、これまで走行試験による性能試験と課題の把握、長期試験による鉄道車両の使用環境下（振動・温度・汚損・路面状況等）での使用に伴う測定精度の低下等を確認し、装置の耐久性及び動作安定性を評価しました。 ※ 1 ミリ波：周波数30∼300GHz、波長1∼10mm、の電波３．ミリ波速度計写真 1：ミリ波速度センサ写真 2：速度補助計（１）ミリ波速度計の原理鉄道車両におけるミリ波速度センサの照射イメージを図1 に示します。レール踏面にミリ波を照射し、レール踏面からの反射波との周波数の差（ドップラシフト量）から速度を算出します。走行速度Vは数式（1）から求められます。 4．走行試験の実施（１）試験概要これまでの走行試験時で明らかになった残件課題の対策の効果を確認するとともに、装置の耐久性及び動作安定性の評価を行うため、2編成を使用して長期間の走行試験（モニタラン）を実施しました。モニタラン① ・実施時期：平成25年10月∼平成26年3月・試験車両：207系・走行線区：神戸線、京都線、片町線、宝塚線など・試験目的：アーバン線区を走行する営業列車にて、加減速や停車、またお客様の乗降による車両の揺れ等の影響の検証を行うモニタラン② ・実施時期：平成25年12月∼平成26年3月・試験車両：キヤ141 ・走行線区：山陽本線、山陰本線など・試験目的：管内の多種多様な線区を走行し、様々な図１：ミリ波照射イメージ 09 技術の泉 No.31 条件下でのデータを取得し、比較・検証を行う鉄道本部車両部車両設計室阿部雅俊（現株式会社ジェイアール西日本テクノス）（２）これまでの走行試験時における残件課題６．対策の効果の検証踏切通過時にレールと通路の段差によるフェージング※2現象対策を施したミリ波速度センサにて走行試験を行った結果、により、ミリ波の反射波強度が弱まり速度欠測※3が発生している踏切通過時の速度欠測を解消できたことを確認しました。また、ことが明らかになりました（図２）。速度誤差※4もおおむね±２ km/hに収まっていることを確認し ※２フェージング：送信源が同じ電波でも位相がずれてました（図４）。干渉しあうことで、電波レベルの強弱 ※４速度誤差：速度発電機の速度と、ミリ波速度計の計測差に影響を与える現象 ※３欠測：走行時瞬時速度０km/h を計測する現象図２：山陽本線新井口 → 五日市駅間走行チャート図（平成２４年２２３系）図４：山陽本線新井口→五日市駅間走行チャート図（平成２５年キヤ１４１）５．課題解決方法の検討踏切の段差によるフェージング現象（位相干渉）による利得低下を補うために、速度算出アルゴリズムの修正による速度演算の安定化を行うとともに、ミリ波速度センサのレンズ改良を行い、エネルギーを集約して利得改善を図ります。（１）ソフト対策速度算出アルゴリズムの修正による速度演算安定化（FFTによるドップラ波形取得区間を増やし、速度算出精度を向上）写真３：センサ設置状態（長期試験時）７．結果と評価（２）ハード対策ミリ波センサのレンズ改良による利得向上（ミリ波の照射範囲を絞ったレンズを適用し、電波密度を高めた改良センサを投入し、S/N比を向上）対策の結果、踏切通過時の速度欠測を解消することが出来ました。また、約６ヶ月間の走行によりセンサに汚損が見られたものの、計測性能には影響はなく安定した出力が得られ、長期使用における耐久性および動作安定性を確認することができました。また、センサで計測した瞬時値に、400msの移動平均処理を行うことで、速度発電機の速度に対して±2 km/hの性能を有することを確認しました。８．今後の展開長期走行試験の結果より、ミリ波速度計の実用化の見通しを得ました。今後は、現行の速度計補償器※5に代わり、速度発電機とミリ波の速度信号の両方を活用することで、高信頼性の速度計システムの実用化を目指し、開発を進めます。図３：新旧レンズ比較 ※５速度計補償器：車輪径の変化によって生じる速度計の誤差を補正する機器技術の泉 No.31 02 10