鉄道車両の状態監視装置及び状態監視方法、並びに鉄道車両
【課題】鉄道車両の異常検知と異常要因推定を精度良く簡単に実施することが可能な鉄道車両の状態監視装置を提供する。
【解決手段】鉄道車両の車体振動加速度と軸箱振動加速度との振幅比率を計算する振幅比率計算手段１３と、振幅比率と所定の閾値を基に判定する閾値判定処理手段１４と、軸箱振動加速度と所定の閾値を基に判定する閾値判定処理手段１８を設ける。これにより、鉄道車両の異常要因が軌道側或いは車両側或いは軌道側と車両側の両方にあるのかを判定する。
【解決手段】鉄道車両の車体振動加速度と軸箱振動加速度との振幅比率を計算する振幅比率計算手段１３と、振幅比率と所定の閾値を基に判定する閾値判定処理手段１４と、軸箱振動加速度と所定の閾値を基に判定する閾値判定処理手段１８を設ける。これにより、鉄道車両の異常要因が軌道側或いは車両側或いは軌道側と車両側の両方にあるのかを判定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道上を走行する鉄道車両の異常状態、特に軌道異常や車両異常を監視する鉄道車両の状態監視装置及び状態監視方法、並びに鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道車両の状態監視装置（異常検出装置）として、車両の台車及び輪軸の両方の振動を検出し、検出した台車及び輪軸の振動値に基づいて振動の原因が台車にあるのか又は軌道にあるかを特定することにより、軌道の異常を検出するだけでなく、軌道の状態に拘わらず、台車の異常も検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、車両の台車及び輪軸の両方の振動を加速度計により検出し、検出した加速度信号を高速フ−リエ変換処理（ＦＦＴ）又はフィルタ処理することでノイズ除去し、ノイズ除去した輪軸の加速度信号とその閾値との閾値判定処理から軌道の異常有無を判定している。また、ノイズ除去した輪軸の加速度信号を入力とした台車の同定用の物理モデルを用いて台車加速度を推定し、推定した台車加速度とノイズ除去した台車加速度信号との近似判定処理から台車の異常有無を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７００８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、かかる従来技術における車両の状態、つまり異常を検出する異常検出装置によれば、軌道異常によって輪軸加速度が所定の閾値を超えた時、台車異常によって台車加速度が所定の閾値を超えたとしても軌道異常と判定し、軌道異常と台車異常の両異常を同時に検知できない課題がある。また、輪軸加速度から台車加速度を推定する同定用の物理モデルを用いる場合、仮に軌道異常と台車異常の両異常を同時に検知できたとしても、軌道異常は輪軸加速度のみで判定されるため、軌道異常と台車異常の異常要因の分離（判定）ができない。ここで、所定の閾値とは、鉄道車両の状態、つまり異常を判定するための異常判定用を意味する。
【０００６】
本発明の目的は、前記の問題に鑑み、軸箱加速度と車体加速度の振幅比率の閾値判定を考慮することで、軌道異常と台車異常の両異常検知、及び両異常の要因分離を精度良く簡単に実施することが可能な鉄道車両の状態監視装置及び状態監視方法、並びに鉄道車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、例えば、鉄道車両は、鉄道車両の振動を検出する振動検出装置と、前記振動検出装置から検出した信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する異常検出装置を備え、前記振動検出装置は、前記輪軸に設置された軸箱の振動加速度及び前記車体の振動加速度から前記鉄道車両の振動を検出する振動検出手段を備え、前記異常検出装置は、前記振動検出手段の前記軸箱振動加速度と前記車体振動加速度との第１振幅比率を計算する第１振幅比率計算手段と、前記第１振幅比率と閾値とを比較判定する第１閾値判定処理手段と、前記第１閾値判定処理手段の判定結果から異常要因を判定する異常判定処理手段を備えたものである。
【０００８】
また、前記鉄道車両は前記異常検出装置が、更に前記車両加速度から一定量の信号を抽出する窓フィルタと、前記窓フィルタで抽出した時刻歴波形のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）値、または最大値を算出する計算処理手段と、前記ＲＭＳ値、または前記最大値の頻度を算出する頻度計算処理手段と、を備えたものである。
【０００９】
また、前記鉄道車両は前記異常装置が、更に前記鉄道車両の走行位置検知装置の走行位置と走行速度検知装置の走行速度を基に前記所定の閾値を保存するデ−タベ−スとを備えたものである。
【００１０】
また、前記鉄道車両は前記異常検出装置が、前記鉄道車両の軸箱振動加速度と前記鉄道車両の台車枠振動加速度との第２振幅比率を計算する第２振幅比率計算手段と、前記第２振幅比率と所定の閾値とを判定する第４閾値判定処理手段と、前記鉄道車両の車体振動加速度と前記鉄道車両の台車枠振動加速度との第３振幅比率を計算する第３振幅比率計算手段と、前記第３振幅比率と所定の閾値とを判定する第５閾値判定処理手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軸箱加速度の閾値判定に車体加速度と軸箱加速度の振幅比率の閾値判定を考慮することで、異常検知の精度が向上し、軌道側異常と車両側異常の異常要因を分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の一実施例を示す鉄道車両の状態監視装置のシステム構成図である。（実施例１）
【図２】図２は図１の異常検出装置の信号処理の流れを示す異常検出・判定処理フロ−図である。
【図３】図３は本発明の鉄道車両の状態監視装置の信号に対する窓フィルタ適用例とＲＭＳ値の振幅比率算出例を示す図である。
【図４】図４は本発明の鉄道車両の状態監視装置の一実施例における閾値判定処理と異常判定処理を示す図である。
【図５】図５は本発明の鉄道車両の状態監視装置の頻度分布の算出例を示す図である。
【図６】図６は本発明の他の実施例を示す鉄道車両の状態監視装置のシステム構成図である。（実施例２）
【図７】図７は図６の異常検出装置の信号処理の流れを示す異常検出・判定処理フロ−図である。
【図８】図８は本発明の鉄道車両の状態監視装置の他の実施例における閾値判定処理と異常判定処理とを示す図である。
【図９】図９は本発明の更に他の実施例を示す鉄道車両の状態監視装置のシステム構成図である。（実施例３）
【図１０】図１０は図９の異常検出装置の信号処理の流れを示す異常検出・判定処理フロ−図である。
【図１１】図１１は本発明の更に他の実施例を示す鉄道車両の状態監視装置のシステム構成図である。（実施例４）
【図１２】図１２は図１１の異常監視装置の信号処理の流れを示す異常検出・判定処理フロ−図である。
【図１３】図１３は本発明の鉄道車両の状態監視装置の更に他の実施例における閾値判定処理と異常判定処理とを示す図である。
【図１４】図１４は図１１のデ−タベ−スを利用した各閾値切換設定方法の説明図である。
【図１５】図１５は本発明の更に他の実施例を示す鉄道車両の状態監視装置のシステム構成図である。（実施例５）
【図１６】図１６は図１５の異常検出装置の信号処理の流れを示す異常検出・判定処理フロ−図である。
【図１７】図１７は本発明の鉄道車両の状態監視装置の信号に対する窓フィルタ適用例とＲＭＳ値の振幅比率算出例を示す図である。
【図１８】図１８は本発明の鉄道車両の状態監視装置の他の実施例における閾値判定処理と異常判定処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通な機能を有する構成要素には同一の参照番号を付し、説明を省略する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例（実施例１）の鉄道車両の状態監視装置の構成例を示すシステム構成図である。
図１において、軌道（線路）１上を走行する車両７は車体６と台車５から構成されている。車体６は、空気ばね４を介して台車５（１台車のみ図示）に搭載される。台車５は台車枠３と輪軸２から構成されている。台車枠３には、軸ばね８を介して輪軸２の軸受けハウジングとなる軸箱９が取付けられる。輪軸２は回転運動するもので軌道１上を前後方向に移動する。
【００１５】
車両７の軸箱９には、輪軸２の振動加速度を計測する軸箱加速度計１０１が設置されており、車体６の床面上には、車体６の振動加速度を計測する車体加速度計１０２が設置されている。軸箱加速度計１０１は、該軸箱加速度計の電圧を検出する軸箱加速度検出装置１０（軸箱加速度検出手段）を備えている。軸箱加速度計１０１の電圧２０ａは軸箱加速度検出装置１０によって軸箱加速度信号２２ａとして検出される。車体加速度計１０２は、該車体加速度計の電圧を検出する車体加速度検出装置１１（車体加速度検出手段）を備えている。車体加速度計１０２の電圧２１ａは車体加速度検出装置１１によって車体加速度信号２３ａとして検出される。すなわち、軸箱加速度計１０１を含む軸箱加速度検出装置１０及び車体加速度計１０２を含む車体加速度検出装置１１は、車両７の振動を検出する振動検出手段を構成している。
【００１６】
車両７の異常を検出する異常検出装置（異常検出手段）１７は、軸箱加速度検出装置１０と車体加速度検出装置１１とに電気的に接続され、軸箱加速度検出装置１０の軸箱加速度信号２２ａと車体加速度検出装置１１の車体加速度信号２３ａを受け、これらの信号をもって車両の異常を検出するものである。具体的には、軸箱加速度検出装置１０及び車体加速度検出装置１１に接続され、軸箱加速度信号２２ａ及び車体加速度信号２３ａを受けるフィルタ処理部１２と、該フィルタでノイズ除去された軸箱加速度信号２２ａと車体加速度信号２３ａとの振幅比率（第１振幅比率）を算出し、振幅比率信号２４ａを出力する振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３と、該振幅比率信号２４ａを受け、閾値判定処理を実行し、閾値判定処理信号２５ａを出力する閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４と、該閾値判定処理信号２５ａを受け、閾値判定処を実行し、異常判定処理信号２６ａを出力する異常判定処理部１５と、異常判定処理信号２６ａを受け、判定結果を出力する判定結果出力処理部１６から構成されている。異常検出装置１７は車体６側に設置されるが、その設置箇所は判定結果が確認可能な位置であるならばどこでも良い。
【００１７】
振幅比率算出処理部１３はフィルタ処理部１２から出力される軸箱加速度信号２２ａと車体加速度信号２３ａを入力とし、閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４は振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３から出力される振幅比率信号２４ａを入力とし、異常判定処理部１５は閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４から出力される閾値判定処理信号２５ａを入力とし、判定結果出力処理部１６は異常判定処理部１５から出力される異常判定処理信号２６ａを入力とする。
【００１８】
ここで、異常検出装置１７の振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３は、フィルタ処理部１２からの軸箱振動加速度信号２２ａ、車体振動加速度２３ａに基づき車両７の車体振動加速度と軸箱振動加速度との振幅比率（第１振幅比率）を計算する振幅比率計算手段（第１振幅比率計算手段）を構成し、閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４は、振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３の振幅比率信号２４ａに基づき前記振幅比率（第１振幅比率）と所定の閾値とを判定する閾値判定処理手段（第１閾値判定処理手段）を構成し、また、異常判定処理部１５及び判定結果出力処理部１６は、前記閾値判定処理手段（第１閾値判定処理手段）の閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４の閾値判定処理信号２５ａ及び異常判定処理部１５の異常判定処理信号２６ａに基づき得られる結果から異常要因を判定する異常判定処理手段を構成している。
【００１９】
次に、図２〜図５によって、本発明の一実施例の鉄道車両の状態監視装置における異常検出装置１７の処理動作、つまりフィルタ処理、振幅比率算出処理、閾値判定処理及び異常判定処理などの処理フロ−について詳細に説明する。
【００２０】
図２は、異常検出・判定処理を示すフロ−である。同図において、軸箱加速度・車体加速度信号入力から異常判定結果が出力されるまでの流れを説明する。図２において、ｓはステップ（ｓｔｅｐ）を意味する。
まず、異常検出装置１７は、フィルタ処理部１２、１２において、軸箱加速度検出装置１０と車体加速度検出装置１１とから振動加速度の軸箱加速度信号２２ａと車体加速度信号２３ａの入力（ｓ１）を受け、該信号からノイズ除去するためのフィルタ処理を実行し（ｓ２）、かつ一定量の信号数を抽出するために窓フィルタ（図３参照）を掛ける処理を実行する（ｓ３）。
【００２１】
次に、異常検出装置１７は、振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３において、フィルタ処理部１２にて抽出した軸箱加速度信号２２ａと車体加速度信号２３ａに対してＲＭＳ値計算処理を実行する（ｓ４）。該ＲＭＳ値計算処理の実行により、例えば、車両７で発生する車両振動の平均的な振動値を抽出することができる。あるいは、異常検出装置１７は、抽出した軸箱加速度信号２２ａと車体加速度信号２３ａに対して最大値検出処理を実行する（ｓ４）。最大値計算処理を実施することで、例えば、車両が分岐等通過する際に、瞬間的に車両に発生する著大なインパルス振動を抽出することができる。
また、異常検出装置１７は、計算した軸箱加速度信号と車体加速度信号のＲＭＳ値と、計算した軸箱加速度信号と車体加速度信号の最大値を基に、軸箱加速度信号に対する車体加速度信号のＲＭＳ値と最大値の振幅比率（第１振幅比率）の計算を実行し（ｓ５）、振幅比率算出信号２４ａを出力する。
【００２２】
次に、異常検出装置１７は、閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４において、振幅比率算出処理部１３にて算出した振幅比率（第１振幅比率）に基づく振幅比率信号２４ａと予め設定してある所定の閾値（図４のα、β参照）を閾値判定処理（ｓ６）し、閾値判定処理信号２５ａを出力する。ここで、予め設定してある所定の閾値とは、振幅比率（第１振幅比率）が正常範囲にあるのか、異常範囲にあるのかを判定するために設定した異常判定用閾値を示す。具体的には、後述する。
【００２３】
最後に、異常検出装置１７は、異常判定処理部１５において、振幅比率信号２４ａの閾値判定結果（閾値判定処理信号２５ａ）から異常要因を判定（ｓ７）し、異常判定処理信号２６ａを出力する。そして、判定結果出力処理部１６において、異常判定処理信号２６ａに基づき異常判定結果を出力する（ｓ８）。
【００２４】
図３は、上述した窓フィルタの適用例とＲＭＳ値の振幅比率算出例を示す図であり、図２の処理ｓ３〜ｓ５に対応する。窓フィルタ５０、５０は、ある所定の長さ（時間）をもっており、その長さのなかでノイズ除去された軸箱加速度信号（波形）５１（図１の２２ａ）と車体加速度信号（波形）５２（図１の２３ａ）を抽出し、軸箱加速度ＲＭＳ値５３と車体加速度ＲＭＳ値５４が算出される。ＲＭＳ値振幅比率５５は軸箱加速度ＲＭＳ値５３に対する車体加速度ＲＭＳ値５４の比率として算出される。なお、窓フィルタ５０内の加速度信号は時々刻々と変化するため、軸箱加速度ＲＭＳ値５３と車体加速度ＲＭＳ値５４とＲＭＳ値振幅比率５５は一定値をとらず時々刻々と変化する。
なお、ここではＲＭＳ値を例としたが、最大値についても同様に適用可能であり、最大値振幅比率を算出する場合は、軸箱加速度信号５１と車体加速度信号５２の絶対値から最大値を算出し、振幅比率（第１振幅比率）を計算する。
上述した算出を実行するためには、前記窓フィルタで抽出した加速度信号から時刻歴波形のＲＭＳ値、又は最大値を算出する計算処理部を備える。
【００２５】
図４は、ＲＭＳ値振幅比率５５を対象にした閾値判定処理と異常判定処理の例であり、図２の処理ｓ６〜ｓ７に対応する。同図において、判定処理部６０は、ＲＭＳ値振幅比率５５（ＲＭＳ値振幅比率：Ａ）と所定の閾値α、βとの大小関係を比較判定する。例えば、閾値α、βは事前に健全な車両の振動値を算出しておき、その算出結果を基に設定する。判定処理部６０はＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αと閾値βの間にある場合には、異常無し６２と判定し、ＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αより小さい場合、或いは、ＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値βより大きい場合には、車両異常６１と判定する。
【００２６】
図４はＲＭＳ値振幅比率５５を例としたが、最大値振幅比率においても同様の判定処理で適用できる。その際、閾値は所定の値を設定する必要がある。
また、図４ではＲＭＳ値振幅比率５５に対して所定の閾値との閾値判定処理を実施しているが、図５に示すＲＭＳ値振幅比率５５を頻度分布処理計算することで、振幅比率ＲＭＳ頻度分布７０と所定の閾値α’、β’との比較判定処理が実施可能となる。この場合、判定処理部６０は、ＲＭＳ値振幅比率頻度分布７０が所定の閾値α’と閾値β’の間にある場合には、「異常無し」６２と判定し、ＲＭＳ値振幅比率頻度分布７０がＲＭＳ値振幅比率頻度分布７０ａのように所定の閾値α’より小さい場合、或いは、ＲＭＳ値振幅比率頻度分布７０がＲＭＳ値振幅比率頻度分布７０ｂのように所定の閾値β’より大きい場合には、「車両異常」６１と判定する。
【００２７】
図５はＲＭＳ値振幅比率頻度分布７０を例としたが、最大値振幅比率頻度分布においても同様の判定処理で適用できる。その際、閾値は所定の値を設定する必要がある。
また、上述した頻度分布処理計算や最大値振幅比率頻度分布処理計算には、前記ＲＭＳ値、又は前記最大値の頻度を算出する頻度計算処理部が必要である。
なお、以後の実施例においても、頻度分布の算出例は同様に適用可能である。
本実施例によれば、軸箱加速度に対する車体加速度の振幅比率（第１振幅比率）を用いて、所定の閾値に対する閾値判定処理（第１閾値判定処理）を実施することで、車両の異常検出の精度が良く、且つ、簡素なシステム構成で実施できる。
【実施例２】
【００２８】
次に、本発明の他の実施例（実施例２）について説明する。図６は本発明の実施例２の鉄道車両の状態監視装置のシステム構成図、図７は本発明の実施例２の鉄道車両の状態監視装置の異常検出・判定処理フロ−、図８は本発明の実施例２の鉄道車両の異常状態監視装置の閾値判定処理と異常判定処理について示したものである。
【００２９】
本実施例と図１の実施例１とのシステム構成上の相違点は、図６に示す如く、閾値判定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８の有無にある。すなわち、本実施例においては、異常検出装置１７は、閾値判定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８を備え、フィルタ処理部１２からの軸箱加速度信号２２ａを入力し、異常判定処理部１５に閾値判定処理信号２７ａを出力する構成となっている。
【００３０】
また、図２の異常検出・判定処理フロ−との相違点は、図７の異常検出・判定処理フロ−に示す如く、軸箱加速度の閾値判定処理と振幅比率（第１振幅比率）の閾値判定処理を実行する処理ｓ６−１の有無にある。すなわち、本実施例においては、軸箱加速度に対する車体加速度の振幅比率計算処理（ｓ５）の後に軸箱加速度の閾値判定処理（第２閾値判定処理）と、振幅比率（第１振幅比率）の閾値判定処理（第１閾値判定処理）を実行（ｓ６−１）してなる構成となっている。
また、本実施例においては、図４の閾値判定処理と異常判定処理
を示す実施例１に対して、図８に示す如く、閾値判定処理と異常判定処理では軸箱加速度ＲＭＳ値５３と所定の閾値に対する大小関係を比較判定する判定処理部６３が追加される。
【００３１】
ここで、判定処理部６０は、ＲＭＳ値振幅比率５５と所定の閾値α、βとの大小関係を比較判定する。判定処理部６０は、例えば、ＲＭＳ値振幅比率計算結果（ｓ６−１）を基に、ＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αと閾値βの間にある場合には、「正常」と判定し、ＲＭＳ値振幅比率５５ａが所定の閾値αより小さい場合には、「異常１」と判定し、ＲＭＳ値振幅比率５５ｂが所定の閾値βより大きい場合には、「異常２」と判定する。判定処理部６３から出力される２つの信号と判定処理部６０から出力される３つの信号は論理積６５と論理和６４により５つの異常に分類される。
【００３２】
具体的な異常判定内容について説明すると、判定処理部６３で軸箱加速度ＲＭＳ値５３が所定の閾値より大きく、判定処理部６０でＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αより小さい場合には、「車両異常或いは車両異常且つ軌道異常」６６として判定される。
また、判定処理部６３で軸箱加速度ＲＭＳ値５３が所定の閾値より小さく、判定処理部６０でＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αより小さい（或いは、ＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値βより大きい）場合には、車両異常６１として判定される。
また、判定処理部６３で軸箱加速度ＲＭＳ値５３が所定の閾値より大きく、判定処理６０でＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αより大きい場合には、「車両異常且つ軌道異常」６７として判定される。
また、判定処理６３で軸箱加速度ＲＭＳ値５３が所定の閾値より大きく、判定処理部６０でＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αより小さく且つ閾値βより大きい場合には、軌道異常６８として判定される。また、判定処理部６３で軸箱加速度ＲＭＳ値５３が所定の閾値より小さく、判定処理６０部でＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αより大きく且つ閾値βより小さい場合には、異常無６２として判定される。
これらの異常判定結果は車両・軌道異常判定結果部９０に記録される。なお、図８ではＲＭＳ値を例としたが、最大値も同様の手段で適用可能である。
【００３３】
本実施例によれば、軸箱加速度に対する車体加速度の振幅比率（第１振幅比率）に、軸箱加速度を追加考慮し、所定の閾値に対する閾値判定処理（第１、第２閾値判定処理）と異常判定処理を実施することで、軌道側且つ（或いは）車両側の異常検出が精度良く、簡素なシステム構成で実施できる。
【実施例３】
【００３４】
次に、本発明の更に他の実施例（実施例３）について説明する。図９は本発明の実施例３の鉄道車両の異常状態監視装置のシステム構成図、図１０は本発明の実施例３の鉄道車両の異常状態監視装置の異常検出・判定処理フロ−について示したものである。
【００３５】
本実施例は、図６の実施例２に対して、図９に示す如く、システム構成上、車両側６に、走行位置検出装置１００及び車両速度検出装置１０４を追加し、異常検出装置１７に、前記走行位置検出装置１００及び車両速度検出装置１０４からの走行位置信号２９ａと走行速度信号３３ａを基に閾値判定処理部１８（第２閾値判定処理部Ｂ）の閾値を設定する閾値設定部８０及びその閾値を保存するデータベース８１を追加したものである。
【００３６】
同図において、閾値設定部８０は、車両７に設置されている走行位置検出装置１００と車両速度検出装置１０４から出力される走行位置信号２９ａと走行速度信号３３ａの入力を受け、データベース８１に閾値取得信号３０ａを出力する。また、閾値信号３２ａを閾値判定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８に出力する。データベース８１は、閾値設定部８０からの閾値取得信号３０ａに基づき、データベース閾値信号３１ａを出力し、該データベース閾値信号は閾値設定部８０に入力される。
また、異常検出・判定処理フロ−は、図７の実施例２に対して、図１０に示す如く、軸箱加速度に対する車体加速度の振幅比率計算処理（ｓ５）の後に、データベース８１に保存された車両走行位置と車両走行速度に基づく軸箱加速度の閾値を利用して、閾値設定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８の閾値設定を特徴的な走行箇所に応じて切換え設定処理を実行する（ｓ５−１）ものである。
【００３７】
本実施例によれば、車両の走行位置と走行速度に基づきデータベース８１に記録された軸箱加速度の閾値を用いて、データベース８１の閾値を所定の閾値と切換え設定（ｓ５−１）しながら閾値判定処理（第２閾値判定処理）を実施することで、橋脚等の軌道状態が異なる区間に対する異常検知を精度良く実施することができる。
【実施例４】
【００３８】
次に、本発明の他の実施例（実施例４）について説明する。図１１は本発明の実施例４の鉄道車両の異常状態監視装置のシステム構成図、図１２は本発明の実施例４の鉄道車両の異常状態監視装置の異常検出・判定処理フロ−、図１３は本発明の実施例４の鉄道車両の異常状態監視装置の閾値判定処理と異常判定処理を示す図、図１４は本発明の実施例４の鉄道車両の異常状態監視装置のデータベース８１の閾値を利用した各閾値切換設定方法について示したものである。
【００３９】
本実施例は、図９の実施例３に対して、図１１に示す如く、システム構成上、異常検出装置１７は、更に閾値判定処理部（第３閾値判定処理部Ｃ）１９を備えたものである。
同図において、閾値設定部８０は、閾値信号３２ａを閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４と閾値判定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８と閾値判定処理部１９に出力する。閾値判定処理部１９は、閾値信号３２ａと車体加速度信号２３ａを入力とし、これらの信号に基づいて異常判定処理部１５に閾値判定処理信号２８ａを出力する。
【００４０】
また、図１０の実施例３に対して、異常検出・判定処理フロ−は、図１２に示す如く、軸箱加速度に対する車体加速度の振幅比率計算処理（ｓ５）の後に、デ−タベ−ス８１に保存された閾値、つまり車両走行位置と車両走行速度に基づく軸箱加速度の閾値と振幅比率（第１振幅比率）の閾値と車体加速度の閾値を利用して、閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４と閾値設定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８と閾値設定処理部（第３閾値判定処理部Ｃ）１９の閾値設定を特徴的な走行箇所に応じて切換え設定処理し（ｓ５−２）、車体加速度の閾値判定処理（第３閾値判定処理）と軸箱加速度の閾値判定処理（第２閾値判定処理部）と振幅比率（第１振幅比率）の閾値判定処理（第１閾値判定処理部）を実行する（ｓ６−２）ようにしたことにある。
【００４１】
また、図８の実施例３に対して、閾値判定処理と異常判定処理は、図１３に示す如く、図１２のｓ６−２とｓ７に対応する。すなわち、判定処理部６３の閾値γは閾値設定部８０から出力される軸箱加速度の閾値信号３２ａ−１として入力され、判定処理部６０の閾値αと閾値βは閾値設定部８０から出力される振幅比率の閾値信号３２ａ−２として入力される。また、判定処理部９３は車体加速度ＲＭＳ値５４と閾値設定部８０から出力される車体加速度の閾値信号３２ａ−３とを比較判定する。具体的な異常判定内容について説明すれば、判定処理部９３で車体加速度ＲＭＳ値５４が車体加速度の閾値ηより大きい場合には、車両・軌道異常判定結果９０に加えて、例えば、空力加振影響による車体異常振動９２と判定する。また、判定処理部９３で車体加速度ＲＭＳ値５４が車体加速度の閾値ηより小さい場合には、車両・軌道異常判定結果９０に加えて、例えば、空力加振影響による車体異常振動無９１と判定する。
【００４２】
また、図１２の異常判定フロ−のデ−タベ−スに基づいた各閾値設定切換え処理（ｓ５−２）の例を、図１４を用いて説明する。
図１４は、トンネル区間３３１走行時と明かり区間３３０走行時、及びトンネル区間３３１と明かり区間３３０にそれぞれ橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間３３２がある場合の軸箱加速度の閾値信号３２ａ−１と振幅比率の閾値信号３２ａ−２と車体加速度の閾値信号３２ａ−３の設定手段の一例を示している。
【００４３】
同図において、軸箱加速度閾値信号３２ａ−１は、橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間３３２がある場合において、また軸箱加速度の閾値信号３２ａ−１は、所定の閾値信号３００ｂが橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間３３２を通過する場合において、閾値信号３０１ｂに示す通り上乗せされるように切り換えられる。
【００４４】
振幅比率（第１振幅比率）の閾値信号３２ａ−２は、所定の閾値信号３１０ｂがトンネル区間３３１を通過する場合において、トンネル内での車体加速度の振幅増加分を考慮して閾値信号３１１ｂに示す通り上乗せされるように切り換えられる。
車体加速度の閾値信号３２ａ−３は、軸箱加速度と振幅比率（第１振幅比率）を考慮して、所定の閾値信号３２０ｂがトンネル区間３３１（軌道特徴区間３３２は通過しない）を通過する場合において、トンネル内での車体加速度の振幅増加分を考慮した閾値信号３１１ｂを基に閾値信号３２１ｂに切り替えられる。
また、車体加速度の閾値信号３２ａ−３は、所定の閾値信号３２０ｂがトンネル区間３３１且つ橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間３３２を通過する場合において、閾値信号３０１ｂと閾値信号３１１bを考慮して閾値信号３２２ｂに切り換えられる。
また、車体加速度の閾値信号３２ａ−３は、所定の閾値信号３２０ｂが明かり区間３３０且つ軌道特徴区間３３２を通過する場合において、橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間３３２に起因した閾値信号３０１ｂを考慮して閾値信号３２３ｂに切り換えられる。
【００４５】
本実施例によれば、車両の走行位置と走行速度に基づきデ−タベ−ス８１に記録された軸箱加速度と車体加速度と振幅比率（第１振幅比率）の閾値を用いて、デ−タベ−スの閾値を所定の閾値と切換え設定しながら閾値判定処理（第１、第２、第３閾値判定処理）を実施することで、これまでの軌道側、あるいは（且つ）車両側の異常検出に加えて、橋脚等の軌道状態の異なる区間やトンネル走行時の空力加振等で車体振動が発生する区間に対する異常検知を精度良く実施することができる。
【実施例５】
【００４６】
次に、本発明の他の実施例（実施例５）について説明する。図１５は本発明の実施例５の鉄道車両の異常状態監視装置のシステム構成図、図１６は本発明の実施例５の鉄道車両の異常状態監視装置の異常検出・判定処理フロ−、図１７は本発明の実施例５の鉄道車両の異常状態監視装置の信号に対する窓フィルタの適用例とＲＭＳ値の振幅比率算出例、図１８は本発明の実施例５の鉄道車両の異常状態監視装置の閾値判定処理と異常判定処理について示したものである。
【００４７】
本実施例は、図１の実施例１に対して、システム構成上、図１５に示す如く、台車枠振動加速度計１０３が台車枠３に設置されている。
台車枠加速度計１０３の電圧２００ａは、台車枠加速度検出装置（台車枠加速度検出手段）１１０によって台車枠加速度信号２０１ａとして検出される。
異常検出装置１７は、例えば、実施例１における台車枠加速度信号２０１ａを入力としてフィルタ処理部１２と振幅比率算出処理部（第２振幅比率算出処理部Ｄ）１１１と閾値判定処理部（第４閾値判定処理部Ｄ）１１２と振幅比率算出処理部（第３振幅比率算出処理部Ｅ）１１３と閾値判定処理部（第５閾値判定処理部Ｅ）１１４を備える。
振幅比率算出処理部（第２振幅比率算出処理Ｄ）１１１は、軸箱加速度信号２２ａと台車枠加速度信号２０１ａを入力とし、輪軸−台車枠加速度振幅比率信号２０２ａを出力する。
振幅比率算出処理部（第３振幅比率算出処理部Ｅ）１１３は、車体加速度信号２３ａと台車枠加速度信号２０１ａを入力とし、台車枠−車体加速度振幅比率信号２０４ａを出力する。
閾値判定処理部（第４閾値判定処理部Ｄ）１１２は、輪軸−台車枠加速度振幅比率信号２０２ａを入力し、異常判定処理部１５に閾値判定処理信号２０３ａを出力する。
閾値判定処理部（第５閾値判定処理部Ｅ）１１４は、台車枠−車体加速度振幅比率信号２０４ａを入力し、異常判定処理部１５に閾値判定処理信号２０５ａを出力する。
ここで、閾値判定処理部１１２，１１４の閾値は、実施例１、２と同様に予め設定した閾値を利用するものであるが、実施例３、４と同様に閾値設定手段などに基づき設定変更できるように構成しても良い。
【００４８】
また、本実施例は、図２の実施例１に対して、異常判定フロ−は、図１６に示す如く、まず、軸箱加速度信号と車体加速度信号と台車枠信号を入力する（ｓ１−１）。
次に、抽出した加速度信号に対するＲＭＳ値、最大値計算処理（ｓ４）の後に、軸箱加速度に対する台車枠加速度の振幅比率計算処理と台車枠加速度に対する車体加速度の振幅比率計算処理する（ｓ５−２）。
【００４９】
また、本実施例は、図３の実施例１に対して、窓フィルタの適用例とＲＭＳ値の振幅比率算出例では、図１７に示す如く、窓フィルタ５０によって台車枠加速度１２０が抽出され、台車枠加速度ＲＭＳ値１２１が算出され、軸箱加速度ＲＭＳ値５３と車体加速度ＲＭＳ値５４を用いて、軸箱加速度ＲＭＳ値５３に対する台車枠加速度ＲＭＳ値１２１の比率として振幅比率（第２振幅比率）１２２、台車枠加速度ＲＭＳ値１２１に対する車体加速度ＲＭＳ値５４の比率として振幅比率（第３振幅比率）１２３が算出される。
なお、図１７はＲＭＳ値を例としたが、最大値も適用できる。また、図１７は図１２の処理ｓ３〜ｓ５−２に対応する。
【００５０】
また、本実施例は、図４の実施例１に対して、閾値判定処理と異常判定処理では、図１８に示す如く、判定処理部１２４は、輪軸−台車枠間ＲＭＳ値振幅比率１２２と所定の閾値α１、β１との大小関係を比較判定し、判定処理部１２７は台車枠−車体間ＲＭＳ値振幅比率１２３と所定の閾値α２、β２との大小関係を比較判定する。例えば、判定処理部１２４は、輪軸−台車枠間ＲＭＳ値振幅比率１２２が所定の閾値α１と閾値β１の間にある場合には、異常無し１２６と判定し、輪軸−台車枠間ＲＭＳ値振幅比率１２２が所定の閾値α１より小さい場合、或いは、輪軸−台車枠間ＲＭＳ値振幅比率１２２が所定の閾値β１より大きい場合には、軸バネ８等の車両異常１２５と判定する。
また、判定処理部１２７は、台車枠−車体間ＲＭＳ値振幅比率１２３が所定の閾値α２と閾値β２の間にある場合には、異常無し１２６と判定し、台車枠−車体間ＲＭＳ値振幅比率１２３が所定の閾値α２より小さい場合、或いは、台車枠−車体間ＲＭＳ値振幅比率１２３が所定の閾値β２より大きい場合には、空気バネ４等の車両異常１２８と判定する。
なお、図１８はＲＭＳ値を例としたが、最大値も適用できる。また、図１８は図１２の処理ｓ６〜ｓ７に対応する。
【００５１】
以上述べたように、本実施例によれば、台車枠加速度を検出する台車枠加速度検出装置を追加し、軸箱加速度に対する台車枠加速度の振幅比率（第２振幅比率）と台車枠加速度に対する車体加速度の振幅比率（第３振幅比率）を考慮することで、車両異常の要因推定が部品レベルで実施可能であり、且つ、異常検知を精度良く、簡素なシステムで実施できる。すなわち、車体６の床下の異常（軸バネや空気バネなど）の判定が可能となるとともに異常個所（軸バネ：軸箱−台車枠間の振幅比率、空気バネ：台車枠−車体間の振幅比率）の特定も可能となる効果を奏する。
【００５２】
上述した各実施例の他、それらの応用も可能である。例えば、実施例３及び実施例４においては、データベース８１や閾値設定部８０などを設け、該データベースに閾値を保存し、該データベースの保存閾値を閾値設定部８０より取り出して第２の閾値判定処理部１４及び第１、第２、第３の閾値判定処理部１４、１８、１９における装置異常判定基準となる異常判定用閾値として利用しているが、これらの技術は、他の実施例に応用することも可能である。この場合、実施例３及び実施例４の如く、車両速度検出装置１０４や走行位置検出装置１００などの出力を利用して閾値としてデータベース８に登録保存する。
【００５３】
また、実施例５において、台車枠加速度検出装置１１０を設け、その出力を、フィルタ処理部１２を介して第２、第３の振幅比率算出処理部１１１、１１３に供給し、該処理部における振幅比率算出処理用信号として利用しているが、この技術も他の実施例に応用することも可能である。例えば、図６の実施例に適用する場合には、台車枠加速度検出装置１１０、フィルタ１２を追加するとともに、その出力信号の台車枠加速度信号２０１ａと軸箱加速度検出装置１０−フィルタ１２の出力信号の軸箱加速度信号２２ａとの振幅比率を算出する振幅比率算出処理部（第２振幅比率算出処理部Ｄ）１１１及び閾値判定処理部（第４閾値判定処理部Ｄ）１１２を設け、かつ振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３にて台車枠加速度信号２０１ａ（軸箱加速度信号２２ａに代えて）と車体加速度信号２３ａとの振幅比率を算出する如く構成する。また、異常判定処理部１５にて、閾値判定処理部（第４閾値判定処理部Ｄ）１１２の閾値判定処理信号２０３ａと閾値判定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８の閾値判定処理信号２７ａと閾値判定処理部（第１閾値判定処理部）１４の閾値判定処理信号２５ａとを異常判定処理部１５にて判定する構成とする。但し、この場合、振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３及び閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４には、図１５の振幅比率算出処理部（第３振幅比率算出処理部Ｅ）１１３と同様な振幅比率算出処理及び閾値判定処理機能を持たせる。
係る適用例によれば、（１）軌道異常と（２）台車異常（軸バネ）と（３）台車異常（空気バネ）の分離判定が可能である。
図９の実施例に適用する場合も同様に構成すれば良い。
図１１の実施例に適用する場合には、図６の実施例と同様に台車枠振動加速度を検出する台車枠加速度検出装置１１０、フィルタ１２、振幅比率算出処理部（第２振幅比率算出処理部Ｄ）１１１、閾値判定処理部（第２閾値判定処理部Ｄ）１１２を追加するとともに、振幅比率算出処理部１３にて車体加速度信号２３ａと台車枠加速度信号２０１ａ（軸箱加速度信号２２ａに代えて）との振幅比率を算出する如く構成する。また、振幅比率算出処理部１３及び閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４には、図１５の振幅比率算出処理部（第３振幅比率算出処理部Ｅ）１１３及び閾値判定処理部（第５閾値判定処理部Ｅ）１１４と同様な振幅比率算出処理及び閾値判定処理機能を持たせる。異常判定処理部１５は、閾値判定処理信号２０３ａと閾値判定処理信号２７ａと閾値判定処理信号２５ａと閾値判定処理信号２８ａの４つの信号をもって異常を判定する。
係る適用例によれば、（１）軌道異常、（２）台車異常（軸バネ）、（３）台車異常（空気バネ）、（４）車体異常振動の分離判定が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１：軌道
２：輪軸
３：台車枠
５：台車
６：車体
７：車両
９：軸箱
１０：軸箱加速度検出装置
１１：車体加速度検出装置
１２：フィルタ処理部
１３：振幅比率算出処理部
１４：閾値判定処理部（Ａ）
１５：異常判定処理部
１６：判定結果出力処理部
１７：異常検出装置
１８：閾値判定処理部（Ｂ）
１９：閾値判定処理部（Ｃ）
２２ａ：軸箱加速度信号
２３ａ：車体加速度信号
２４ａ：振幅比率信号
２５ａ：閾値判定処理信号（Ａ）
２６ａ：異常判定処理信号
２７ａ：閾値判定処理信号（Ｂ）
２８ａ：閾値判定処理信号（Ｃ）
２９ａ：走行位置信号
３０ａ：閾値取得信号
３１ａ：デ−タベ−ス閾値信号
３２ａ：閾値信号
５０：窓フィルタ
５１：軸箱加速度信号
５２：車体加速度信号
５３：軸箱加速度ＲＭＳ値
５４：車体加速度ＲＭＳ値
５５：ＲＭＳ値振幅比率
８０：閾値設定部
８１：デ−タベ−ス
１００：走行位置検出装置
１０１：軸箱加速度計
１０２：車体加速度計
１０３：台車枠振動加速度計
１１０：台車枠加速度検出装置
１１１：振幅比率算出処理部（Ｄ）
１１２：閾値判定処理部（Ｄ）
１１３：振幅比率算出処理部（Ｅ）
１１４：閾値判定処理部（Ｅ）
１２２：輪軸−台車枠加速度ＲＭＳ値振幅比率
１２３：台車枠−車体加速度ＲＭＳ値振幅比率
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌道上を走行する鉄道車両の異常状態、特に軌道異常や車両異常を監視する鉄道車両の状態監視装置及び状態監視方法、並びに鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉄道車両の状態監視装置（異常検出装置）として、車両の台車及び輪軸の両方の振動を検出し、検出した台車及び輪軸の振動値に基づいて振動の原因が台車にあるのか又は軌道にあるかを特定することにより、軌道の異常を検出するだけでなく、軌道の状態に拘わらず、台車の異常も検出する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、車両の台車及び輪軸の両方の振動を加速度計により検出し、検出した加速度信号を高速フ−リエ変換処理（ＦＦＴ）又はフィルタ処理することでノイズ除去し、ノイズ除去した輪軸の加速度信号とその閾値との閾値判定処理から軌道の異常有無を判定している。また、ノイズ除去した輪軸の加速度信号を入力とした台車の同定用の物理モデルを用いて台車加速度を推定し、推定した台車加速度とノイズ除去した台車加速度信号との近似判定処理から台車の異常有無を判定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−１７００８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、かかる従来技術における車両の状態、つまり異常を検出する異常検出装置によれば、軌道異常によって輪軸加速度が所定の閾値を超えた時、台車異常によって台車加速度が所定の閾値を超えたとしても軌道異常と判定し、軌道異常と台車異常の両異常を同時に検知できない課題がある。また、輪軸加速度から台車加速度を推定する同定用の物理モデルを用いる場合、仮に軌道異常と台車異常の両異常を同時に検知できたとしても、軌道異常は輪軸加速度のみで判定されるため、軌道異常と台車異常の異常要因の分離（判定）ができない。ここで、所定の閾値とは、鉄道車両の状態、つまり異常を判定するための異常判定用を意味する。
【０００６】
本発明の目的は、前記の問題に鑑み、軸箱加速度と車体加速度の振幅比率の閾値判定を考慮することで、軌道異常と台車異常の両異常検知、及び両異常の要因分離を精度良く簡単に実施することが可能な鉄道車両の状態監視装置及び状態監視方法、並びに鉄道車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記の目的を達成するために、例えば、鉄道車両は、鉄道車両の振動を検出する振動検出装置と、前記振動検出装置から検出した信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する異常検出装置を備え、前記振動検出装置は、前記輪軸に設置された軸箱の振動加速度及び前記車体の振動加速度から前記鉄道車両の振動を検出する振動検出手段を備え、前記異常検出装置は、前記振動検出手段の前記軸箱振動加速度と前記車体振動加速度との第１振幅比率を計算する第１振幅比率計算手段と、前記第１振幅比率と閾値とを比較判定する第１閾値判定処理手段と、前記第１閾値判定処理手段の判定結果から異常要因を判定する異常判定処理手段を備えたものである。
【０００８】
また、前記鉄道車両は前記異常検出装置が、更に前記車両加速度から一定量の信号を抽出する窓フィルタと、前記窓フィルタで抽出した時刻歴波形のＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）値、または最大値を算出する計算処理手段と、前記ＲＭＳ値、または前記最大値の頻度を算出する頻度計算処理手段と、を備えたものである。
【０００９】
また、前記鉄道車両は前記異常装置が、更に前記鉄道車両の走行位置検知装置の走行位置と走行速度検知装置の走行速度を基に前記所定の閾値を保存するデ−タベ−スとを備えたものである。
【００１０】
また、前記鉄道車両は前記異常検出装置が、前記鉄道車両の軸箱振動加速度と前記鉄道車両の台車枠振動加速度との第２振幅比率を計算する第２振幅比率計算手段と、前記第２振幅比率と所定の閾値とを判定する第４閾値判定処理手段と、前記鉄道車両の車体振動加速度と前記鉄道車両の台車枠振動加速度との第３振幅比率を計算する第３振幅比率計算手段と、前記第３振幅比率と所定の閾値とを判定する第５閾値判定処理手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、軸箱加速度の閾値判定に車体加速度と軸箱加速度の振幅比率の閾値判定を考慮することで、異常検知の精度が向上し、軌道側異常と車両側異常の異常要因を分離することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は本発明の一実施例を示す鉄道車両の状態監視装置のシステム構成図である。（実施例１）
【図２】図２は図１の異常検出装置の信号処理の流れを示す異常検出・判定処理フロ−図である。
【図３】図３は本発明の鉄道車両の状態監視装置の信号に対する窓フィルタ適用例とＲＭＳ値の振幅比率算出例を示す図である。
【図４】図４は本発明の鉄道車両の状態監視装置の一実施例における閾値判定処理と異常判定処理を示す図である。
【図５】図５は本発明の鉄道車両の状態監視装置の頻度分布の算出例を示す図である。
【図６】図６は本発明の他の実施例を示す鉄道車両の状態監視装置のシステム構成図である。（実施例２）
【図７】図７は図６の異常検出装置の信号処理の流れを示す異常検出・判定処理フロ−図である。
【図８】図８は本発明の鉄道車両の状態監視装置の他の実施例における閾値判定処理と異常判定処理とを示す図である。
【図９】図９は本発明の更に他の実施例を示す鉄道車両の状態監視装置のシステム構成図である。（実施例３）
【図１０】図１０は図９の異常検出装置の信号処理の流れを示す異常検出・判定処理フロ−図である。
【図１１】図１１は本発明の更に他の実施例を示す鉄道車両の状態監視装置のシステム構成図である。（実施例４）
【図１２】図１２は図１１の異常監視装置の信号処理の流れを示す異常検出・判定処理フロ−図である。
【図１３】図１３は本発明の鉄道車両の状態監視装置の更に他の実施例における閾値判定処理と異常判定処理とを示す図である。
【図１４】図１４は図１１のデ−タベ−スを利用した各閾値切換設定方法の説明図である。
【図１５】図１５は本発明の更に他の実施例を示す鉄道車両の状態監視装置のシステム構成図である。（実施例５）
【図１６】図１６は図１５の異常検出装置の信号処理の流れを示す異常検出・判定処理フロ−図である。
【図１７】図１７は本発明の鉄道車両の状態監視装置の信号に対する窓フィルタ適用例とＲＭＳ値の振幅比率算出例を示す図である。
【図１８】図１８は本発明の鉄道車両の状態監視装置の他の実施例における閾値判定処理と異常判定処理を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通な機能を有する構成要素には同一の参照番号を付し、説明を省略する。
【実施例１】
【００１４】
図１は、本発明の一実施例（実施例１）の鉄道車両の状態監視装置の構成例を示すシステム構成図である。
図１において、軌道（線路）１上を走行する車両７は車体６と台車５から構成されている。車体６は、空気ばね４を介して台車５（１台車のみ図示）に搭載される。台車５は台車枠３と輪軸２から構成されている。台車枠３には、軸ばね８を介して輪軸２の軸受けハウジングとなる軸箱９が取付けられる。輪軸２は回転運動するもので軌道１上を前後方向に移動する。
【００１５】
車両７の軸箱９には、輪軸２の振動加速度を計測する軸箱加速度計１０１が設置されており、車体６の床面上には、車体６の振動加速度を計測する車体加速度計１０２が設置されている。軸箱加速度計１０１は、該軸箱加速度計の電圧を検出する軸箱加速度検出装置１０（軸箱加速度検出手段）を備えている。軸箱加速度計１０１の電圧２０ａは軸箱加速度検出装置１０によって軸箱加速度信号２２ａとして検出される。車体加速度計１０２は、該車体加速度計の電圧を検出する車体加速度検出装置１１（車体加速度検出手段）を備えている。車体加速度計１０２の電圧２１ａは車体加速度検出装置１１によって車体加速度信号２３ａとして検出される。すなわち、軸箱加速度計１０１を含む軸箱加速度検出装置１０及び車体加速度計１０２を含む車体加速度検出装置１１は、車両７の振動を検出する振動検出手段を構成している。
【００１６】
車両７の異常を検出する異常検出装置（異常検出手段）１７は、軸箱加速度検出装置１０と車体加速度検出装置１１とに電気的に接続され、軸箱加速度検出装置１０の軸箱加速度信号２２ａと車体加速度検出装置１１の車体加速度信号２３ａを受け、これらの信号をもって車両の異常を検出するものである。具体的には、軸箱加速度検出装置１０及び車体加速度検出装置１１に接続され、軸箱加速度信号２２ａ及び車体加速度信号２３ａを受けるフィルタ処理部１２と、該フィルタでノイズ除去された軸箱加速度信号２２ａと車体加速度信号２３ａとの振幅比率（第１振幅比率）を算出し、振幅比率信号２４ａを出力する振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３と、該振幅比率信号２４ａを受け、閾値判定処理を実行し、閾値判定処理信号２５ａを出力する閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４と、該閾値判定処理信号２５ａを受け、閾値判定処を実行し、異常判定処理信号２６ａを出力する異常判定処理部１５と、異常判定処理信号２６ａを受け、判定結果を出力する判定結果出力処理部１６から構成されている。異常検出装置１７は車体６側に設置されるが、その設置箇所は判定結果が確認可能な位置であるならばどこでも良い。
【００１７】
振幅比率算出処理部１３はフィルタ処理部１２から出力される軸箱加速度信号２２ａと車体加速度信号２３ａを入力とし、閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４は振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３から出力される振幅比率信号２４ａを入力とし、異常判定処理部１５は閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４から出力される閾値判定処理信号２５ａを入力とし、判定結果出力処理部１６は異常判定処理部１５から出力される異常判定処理信号２６ａを入力とする。
【００１８】
ここで、異常検出装置１７の振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３は、フィルタ処理部１２からの軸箱振動加速度信号２２ａ、車体振動加速度２３ａに基づき車両７の車体振動加速度と軸箱振動加速度との振幅比率（第１振幅比率）を計算する振幅比率計算手段（第１振幅比率計算手段）を構成し、閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４は、振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３の振幅比率信号２４ａに基づき前記振幅比率（第１振幅比率）と所定の閾値とを判定する閾値判定処理手段（第１閾値判定処理手段）を構成し、また、異常判定処理部１５及び判定結果出力処理部１６は、前記閾値判定処理手段（第１閾値判定処理手段）の閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４の閾値判定処理信号２５ａ及び異常判定処理部１５の異常判定処理信号２６ａに基づき得られる結果から異常要因を判定する異常判定処理手段を構成している。
【００１９】
次に、図２〜図５によって、本発明の一実施例の鉄道車両の状態監視装置における異常検出装置１７の処理動作、つまりフィルタ処理、振幅比率算出処理、閾値判定処理及び異常判定処理などの処理フロ−について詳細に説明する。
【００２０】
図２は、異常検出・判定処理を示すフロ−である。同図において、軸箱加速度・車体加速度信号入力から異常判定結果が出力されるまでの流れを説明する。図２において、ｓはステップ（ｓｔｅｐ）を意味する。
まず、異常検出装置１７は、フィルタ処理部１２、１２において、軸箱加速度検出装置１０と車体加速度検出装置１１とから振動加速度の軸箱加速度信号２２ａと車体加速度信号２３ａの入力（ｓ１）を受け、該信号からノイズ除去するためのフィルタ処理を実行し（ｓ２）、かつ一定量の信号数を抽出するために窓フィルタ（図３参照）を掛ける処理を実行する（ｓ３）。
【００２１】
次に、異常検出装置１７は、振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３において、フィルタ処理部１２にて抽出した軸箱加速度信号２２ａと車体加速度信号２３ａに対してＲＭＳ値計算処理を実行する（ｓ４）。該ＲＭＳ値計算処理の実行により、例えば、車両７で発生する車両振動の平均的な振動値を抽出することができる。あるいは、異常検出装置１７は、抽出した軸箱加速度信号２２ａと車体加速度信号２３ａに対して最大値検出処理を実行する（ｓ４）。最大値計算処理を実施することで、例えば、車両が分岐等通過する際に、瞬間的に車両に発生する著大なインパルス振動を抽出することができる。
また、異常検出装置１７は、計算した軸箱加速度信号と車体加速度信号のＲＭＳ値と、計算した軸箱加速度信号と車体加速度信号の最大値を基に、軸箱加速度信号に対する車体加速度信号のＲＭＳ値と最大値の振幅比率（第１振幅比率）の計算を実行し（ｓ５）、振幅比率算出信号２４ａを出力する。
【００２２】
次に、異常検出装置１７は、閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４において、振幅比率算出処理部１３にて算出した振幅比率（第１振幅比率）に基づく振幅比率信号２４ａと予め設定してある所定の閾値（図４のα、β参照）を閾値判定処理（ｓ６）し、閾値判定処理信号２５ａを出力する。ここで、予め設定してある所定の閾値とは、振幅比率（第１振幅比率）が正常範囲にあるのか、異常範囲にあるのかを判定するために設定した異常判定用閾値を示す。具体的には、後述する。
【００２３】
最後に、異常検出装置１７は、異常判定処理部１５において、振幅比率信号２４ａの閾値判定結果（閾値判定処理信号２５ａ）から異常要因を判定（ｓ７）し、異常判定処理信号２６ａを出力する。そして、判定結果出力処理部１６において、異常判定処理信号２６ａに基づき異常判定結果を出力する（ｓ８）。
【００２４】
図３は、上述した窓フィルタの適用例とＲＭＳ値の振幅比率算出例を示す図であり、図２の処理ｓ３〜ｓ５に対応する。窓フィルタ５０、５０は、ある所定の長さ（時間）をもっており、その長さのなかでノイズ除去された軸箱加速度信号（波形）５１（図１の２２ａ）と車体加速度信号（波形）５２（図１の２３ａ）を抽出し、軸箱加速度ＲＭＳ値５３と車体加速度ＲＭＳ値５４が算出される。ＲＭＳ値振幅比率５５は軸箱加速度ＲＭＳ値５３に対する車体加速度ＲＭＳ値５４の比率として算出される。なお、窓フィルタ５０内の加速度信号は時々刻々と変化するため、軸箱加速度ＲＭＳ値５３と車体加速度ＲＭＳ値５４とＲＭＳ値振幅比率５５は一定値をとらず時々刻々と変化する。
なお、ここではＲＭＳ値を例としたが、最大値についても同様に適用可能であり、最大値振幅比率を算出する場合は、軸箱加速度信号５１と車体加速度信号５２の絶対値から最大値を算出し、振幅比率（第１振幅比率）を計算する。
上述した算出を実行するためには、前記窓フィルタで抽出した加速度信号から時刻歴波形のＲＭＳ値、又は最大値を算出する計算処理部を備える。
【００２５】
図４は、ＲＭＳ値振幅比率５５を対象にした閾値判定処理と異常判定処理の例であり、図２の処理ｓ６〜ｓ７に対応する。同図において、判定処理部６０は、ＲＭＳ値振幅比率５５（ＲＭＳ値振幅比率：Ａ）と所定の閾値α、βとの大小関係を比較判定する。例えば、閾値α、βは事前に健全な車両の振動値を算出しておき、その算出結果を基に設定する。判定処理部６０はＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αと閾値βの間にある場合には、異常無し６２と判定し、ＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αより小さい場合、或いは、ＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値βより大きい場合には、車両異常６１と判定する。
【００２６】
図４はＲＭＳ値振幅比率５５を例としたが、最大値振幅比率においても同様の判定処理で適用できる。その際、閾値は所定の値を設定する必要がある。
また、図４ではＲＭＳ値振幅比率５５に対して所定の閾値との閾値判定処理を実施しているが、図５に示すＲＭＳ値振幅比率５５を頻度分布処理計算することで、振幅比率ＲＭＳ頻度分布７０と所定の閾値α’、β’との比較判定処理が実施可能となる。この場合、判定処理部６０は、ＲＭＳ値振幅比率頻度分布７０が所定の閾値α’と閾値β’の間にある場合には、「異常無し」６２と判定し、ＲＭＳ値振幅比率頻度分布７０がＲＭＳ値振幅比率頻度分布７０ａのように所定の閾値α’より小さい場合、或いは、ＲＭＳ値振幅比率頻度分布７０がＲＭＳ値振幅比率頻度分布７０ｂのように所定の閾値β’より大きい場合には、「車両異常」６１と判定する。
【００２７】
図５はＲＭＳ値振幅比率頻度分布７０を例としたが、最大値振幅比率頻度分布においても同様の判定処理で適用できる。その際、閾値は所定の値を設定する必要がある。
また、上述した頻度分布処理計算や最大値振幅比率頻度分布処理計算には、前記ＲＭＳ値、又は前記最大値の頻度を算出する頻度計算処理部が必要である。
なお、以後の実施例においても、頻度分布の算出例は同様に適用可能である。
本実施例によれば、軸箱加速度に対する車体加速度の振幅比率（第１振幅比率）を用いて、所定の閾値に対する閾値判定処理（第１閾値判定処理）を実施することで、車両の異常検出の精度が良く、且つ、簡素なシステム構成で実施できる。
【実施例２】
【００２８】
次に、本発明の他の実施例（実施例２）について説明する。図６は本発明の実施例２の鉄道車両の状態監視装置のシステム構成図、図７は本発明の実施例２の鉄道車両の状態監視装置の異常検出・判定処理フロ−、図８は本発明の実施例２の鉄道車両の異常状態監視装置の閾値判定処理と異常判定処理について示したものである。
【００２９】
本実施例と図１の実施例１とのシステム構成上の相違点は、図６に示す如く、閾値判定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８の有無にある。すなわち、本実施例においては、異常検出装置１７は、閾値判定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８を備え、フィルタ処理部１２からの軸箱加速度信号２２ａを入力し、異常判定処理部１５に閾値判定処理信号２７ａを出力する構成となっている。
【００３０】
また、図２の異常検出・判定処理フロ−との相違点は、図７の異常検出・判定処理フロ−に示す如く、軸箱加速度の閾値判定処理と振幅比率（第１振幅比率）の閾値判定処理を実行する処理ｓ６−１の有無にある。すなわち、本実施例においては、軸箱加速度に対する車体加速度の振幅比率計算処理（ｓ５）の後に軸箱加速度の閾値判定処理（第２閾値判定処理）と、振幅比率（第１振幅比率）の閾値判定処理（第１閾値判定処理）を実行（ｓ６−１）してなる構成となっている。
また、本実施例においては、図４の閾値判定処理と異常判定処理
を示す実施例１に対して、図８に示す如く、閾値判定処理と異常判定処理では軸箱加速度ＲＭＳ値５３と所定の閾値に対する大小関係を比較判定する判定処理部６３が追加される。
【００３１】
ここで、判定処理部６０は、ＲＭＳ値振幅比率５５と所定の閾値α、βとの大小関係を比較判定する。判定処理部６０は、例えば、ＲＭＳ値振幅比率計算結果（ｓ６−１）を基に、ＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αと閾値βの間にある場合には、「正常」と判定し、ＲＭＳ値振幅比率５５ａが所定の閾値αより小さい場合には、「異常１」と判定し、ＲＭＳ値振幅比率５５ｂが所定の閾値βより大きい場合には、「異常２」と判定する。判定処理部６３から出力される２つの信号と判定処理部６０から出力される３つの信号は論理積６５と論理和６４により５つの異常に分類される。
【００３２】
具体的な異常判定内容について説明すると、判定処理部６３で軸箱加速度ＲＭＳ値５３が所定の閾値より大きく、判定処理部６０でＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αより小さい場合には、「車両異常或いは車両異常且つ軌道異常」６６として判定される。
また、判定処理部６３で軸箱加速度ＲＭＳ値５３が所定の閾値より小さく、判定処理部６０でＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αより小さい（或いは、ＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値βより大きい）場合には、車両異常６１として判定される。
また、判定処理部６３で軸箱加速度ＲＭＳ値５３が所定の閾値より大きく、判定処理６０でＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αより大きい場合には、「車両異常且つ軌道異常」６７として判定される。
また、判定処理６３で軸箱加速度ＲＭＳ値５３が所定の閾値より大きく、判定処理部６０でＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αより小さく且つ閾値βより大きい場合には、軌道異常６８として判定される。また、判定処理部６３で軸箱加速度ＲＭＳ値５３が所定の閾値より小さく、判定処理６０部でＲＭＳ値振幅比率５５が所定の閾値αより大きく且つ閾値βより小さい場合には、異常無６２として判定される。
これらの異常判定結果は車両・軌道異常判定結果部９０に記録される。なお、図８ではＲＭＳ値を例としたが、最大値も同様の手段で適用可能である。
【００３３】
本実施例によれば、軸箱加速度に対する車体加速度の振幅比率（第１振幅比率）に、軸箱加速度を追加考慮し、所定の閾値に対する閾値判定処理（第１、第２閾値判定処理）と異常判定処理を実施することで、軌道側且つ（或いは）車両側の異常検出が精度良く、簡素なシステム構成で実施できる。
【実施例３】
【００３４】
次に、本発明の更に他の実施例（実施例３）について説明する。図９は本発明の実施例３の鉄道車両の異常状態監視装置のシステム構成図、図１０は本発明の実施例３の鉄道車両の異常状態監視装置の異常検出・判定処理フロ−について示したものである。
【００３５】
本実施例は、図６の実施例２に対して、図９に示す如く、システム構成上、車両側６に、走行位置検出装置１００及び車両速度検出装置１０４を追加し、異常検出装置１７に、前記走行位置検出装置１００及び車両速度検出装置１０４からの走行位置信号２９ａと走行速度信号３３ａを基に閾値判定処理部１８（第２閾値判定処理部Ｂ）の閾値を設定する閾値設定部８０及びその閾値を保存するデータベース８１を追加したものである。
【００３６】
同図において、閾値設定部８０は、車両７に設置されている走行位置検出装置１００と車両速度検出装置１０４から出力される走行位置信号２９ａと走行速度信号３３ａの入力を受け、データベース８１に閾値取得信号３０ａを出力する。また、閾値信号３２ａを閾値判定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８に出力する。データベース８１は、閾値設定部８０からの閾値取得信号３０ａに基づき、データベース閾値信号３１ａを出力し、該データベース閾値信号は閾値設定部８０に入力される。
また、異常検出・判定処理フロ−は、図７の実施例２に対して、図１０に示す如く、軸箱加速度に対する車体加速度の振幅比率計算処理（ｓ５）の後に、データベース８１に保存された車両走行位置と車両走行速度に基づく軸箱加速度の閾値を利用して、閾値設定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８の閾値設定を特徴的な走行箇所に応じて切換え設定処理を実行する（ｓ５−１）ものである。
【００３７】
本実施例によれば、車両の走行位置と走行速度に基づきデータベース８１に記録された軸箱加速度の閾値を用いて、データベース８１の閾値を所定の閾値と切換え設定（ｓ５−１）しながら閾値判定処理（第２閾値判定処理）を実施することで、橋脚等の軌道状態が異なる区間に対する異常検知を精度良く実施することができる。
【実施例４】
【００３８】
次に、本発明の他の実施例（実施例４）について説明する。図１１は本発明の実施例４の鉄道車両の異常状態監視装置のシステム構成図、図１２は本発明の実施例４の鉄道車両の異常状態監視装置の異常検出・判定処理フロ−、図１３は本発明の実施例４の鉄道車両の異常状態監視装置の閾値判定処理と異常判定処理を示す図、図１４は本発明の実施例４の鉄道車両の異常状態監視装置のデータベース８１の閾値を利用した各閾値切換設定方法について示したものである。
【００３９】
本実施例は、図９の実施例３に対して、図１１に示す如く、システム構成上、異常検出装置１７は、更に閾値判定処理部（第３閾値判定処理部Ｃ）１９を備えたものである。
同図において、閾値設定部８０は、閾値信号３２ａを閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４と閾値判定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８と閾値判定処理部１９に出力する。閾値判定処理部１９は、閾値信号３２ａと車体加速度信号２３ａを入力とし、これらの信号に基づいて異常判定処理部１５に閾値判定処理信号２８ａを出力する。
【００４０】
また、図１０の実施例３に対して、異常検出・判定処理フロ−は、図１２に示す如く、軸箱加速度に対する車体加速度の振幅比率計算処理（ｓ５）の後に、デ−タベ−ス８１に保存された閾値、つまり車両走行位置と車両走行速度に基づく軸箱加速度の閾値と振幅比率（第１振幅比率）の閾値と車体加速度の閾値を利用して、閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４と閾値設定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８と閾値設定処理部（第３閾値判定処理部Ｃ）１９の閾値設定を特徴的な走行箇所に応じて切換え設定処理し（ｓ５−２）、車体加速度の閾値判定処理（第３閾値判定処理）と軸箱加速度の閾値判定処理（第２閾値判定処理部）と振幅比率（第１振幅比率）の閾値判定処理（第１閾値判定処理部）を実行する（ｓ６−２）ようにしたことにある。
【００４１】
また、図８の実施例３に対して、閾値判定処理と異常判定処理は、図１３に示す如く、図１２のｓ６−２とｓ７に対応する。すなわち、判定処理部６３の閾値γは閾値設定部８０から出力される軸箱加速度の閾値信号３２ａ−１として入力され、判定処理部６０の閾値αと閾値βは閾値設定部８０から出力される振幅比率の閾値信号３２ａ−２として入力される。また、判定処理部９３は車体加速度ＲＭＳ値５４と閾値設定部８０から出力される車体加速度の閾値信号３２ａ−３とを比較判定する。具体的な異常判定内容について説明すれば、判定処理部９３で車体加速度ＲＭＳ値５４が車体加速度の閾値ηより大きい場合には、車両・軌道異常判定結果９０に加えて、例えば、空力加振影響による車体異常振動９２と判定する。また、判定処理部９３で車体加速度ＲＭＳ値５４が車体加速度の閾値ηより小さい場合には、車両・軌道異常判定結果９０に加えて、例えば、空力加振影響による車体異常振動無９１と判定する。
【００４２】
また、図１２の異常判定フロ−のデ−タベ−スに基づいた各閾値設定切換え処理（ｓ５−２）の例を、図１４を用いて説明する。
図１４は、トンネル区間３３１走行時と明かり区間３３０走行時、及びトンネル区間３３１と明かり区間３３０にそれぞれ橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間３３２がある場合の軸箱加速度の閾値信号３２ａ−１と振幅比率の閾値信号３２ａ−２と車体加速度の閾値信号３２ａ−３の設定手段の一例を示している。
【００４３】
同図において、軸箱加速度閾値信号３２ａ−１は、橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間３３２がある場合において、また軸箱加速度の閾値信号３２ａ−１は、所定の閾値信号３００ｂが橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間３３２を通過する場合において、閾値信号３０１ｂに示す通り上乗せされるように切り換えられる。
【００４４】
振幅比率（第１振幅比率）の閾値信号３２ａ−２は、所定の閾値信号３１０ｂがトンネル区間３３１を通過する場合において、トンネル内での車体加速度の振幅増加分を考慮して閾値信号３１１ｂに示す通り上乗せされるように切り換えられる。
車体加速度の閾値信号３２ａ−３は、軸箱加速度と振幅比率（第１振幅比率）を考慮して、所定の閾値信号３２０ｂがトンネル区間３３１（軌道特徴区間３３２は通過しない）を通過する場合において、トンネル内での車体加速度の振幅増加分を考慮した閾値信号３１１ｂを基に閾値信号３２１ｂに切り替えられる。
また、車体加速度の閾値信号３２ａ−３は、所定の閾値信号３２０ｂがトンネル区間３３１且つ橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間３３２を通過する場合において、閾値信号３０１ｂと閾値信号３１１bを考慮して閾値信号３２２ｂに切り換えられる。
また、車体加速度の閾値信号３２ａ−３は、所定の閾値信号３２０ｂが明かり区間３３０且つ軌道特徴区間３３２を通過する場合において、橋梁やレ−ル継目といった軌道特徴区間３３２に起因した閾値信号３０１ｂを考慮して閾値信号３２３ｂに切り換えられる。
【００４５】
本実施例によれば、車両の走行位置と走行速度に基づきデ−タベ−ス８１に記録された軸箱加速度と車体加速度と振幅比率（第１振幅比率）の閾値を用いて、デ−タベ−スの閾値を所定の閾値と切換え設定しながら閾値判定処理（第１、第２、第３閾値判定処理）を実施することで、これまでの軌道側、あるいは（且つ）車両側の異常検出に加えて、橋脚等の軌道状態の異なる区間やトンネル走行時の空力加振等で車体振動が発生する区間に対する異常検知を精度良く実施することができる。
【実施例５】
【００４６】
次に、本発明の他の実施例（実施例５）について説明する。図１５は本発明の実施例５の鉄道車両の異常状態監視装置のシステム構成図、図１６は本発明の実施例５の鉄道車両の異常状態監視装置の異常検出・判定処理フロ−、図１７は本発明の実施例５の鉄道車両の異常状態監視装置の信号に対する窓フィルタの適用例とＲＭＳ値の振幅比率算出例、図１８は本発明の実施例５の鉄道車両の異常状態監視装置の閾値判定処理と異常判定処理について示したものである。
【００４７】
本実施例は、図１の実施例１に対して、システム構成上、図１５に示す如く、台車枠振動加速度計１０３が台車枠３に設置されている。
台車枠加速度計１０３の電圧２００ａは、台車枠加速度検出装置（台車枠加速度検出手段）１１０によって台車枠加速度信号２０１ａとして検出される。
異常検出装置１７は、例えば、実施例１における台車枠加速度信号２０１ａを入力としてフィルタ処理部１２と振幅比率算出処理部（第２振幅比率算出処理部Ｄ）１１１と閾値判定処理部（第４閾値判定処理部Ｄ）１１２と振幅比率算出処理部（第３振幅比率算出処理部Ｅ）１１３と閾値判定処理部（第５閾値判定処理部Ｅ）１１４を備える。
振幅比率算出処理部（第２振幅比率算出処理Ｄ）１１１は、軸箱加速度信号２２ａと台車枠加速度信号２０１ａを入力とし、輪軸−台車枠加速度振幅比率信号２０２ａを出力する。
振幅比率算出処理部（第３振幅比率算出処理部Ｅ）１１３は、車体加速度信号２３ａと台車枠加速度信号２０１ａを入力とし、台車枠−車体加速度振幅比率信号２０４ａを出力する。
閾値判定処理部（第４閾値判定処理部Ｄ）１１２は、輪軸−台車枠加速度振幅比率信号２０２ａを入力し、異常判定処理部１５に閾値判定処理信号２０３ａを出力する。
閾値判定処理部（第５閾値判定処理部Ｅ）１１４は、台車枠−車体加速度振幅比率信号２０４ａを入力し、異常判定処理部１５に閾値判定処理信号２０５ａを出力する。
ここで、閾値判定処理部１１２，１１４の閾値は、実施例１、２と同様に予め設定した閾値を利用するものであるが、実施例３、４と同様に閾値設定手段などに基づき設定変更できるように構成しても良い。
【００４８】
また、本実施例は、図２の実施例１に対して、異常判定フロ−は、図１６に示す如く、まず、軸箱加速度信号と車体加速度信号と台車枠信号を入力する（ｓ１−１）。
次に、抽出した加速度信号に対するＲＭＳ値、最大値計算処理（ｓ４）の後に、軸箱加速度に対する台車枠加速度の振幅比率計算処理と台車枠加速度に対する車体加速度の振幅比率計算処理する（ｓ５−２）。
【００４９】
また、本実施例は、図３の実施例１に対して、窓フィルタの適用例とＲＭＳ値の振幅比率算出例では、図１７に示す如く、窓フィルタ５０によって台車枠加速度１２０が抽出され、台車枠加速度ＲＭＳ値１２１が算出され、軸箱加速度ＲＭＳ値５３と車体加速度ＲＭＳ値５４を用いて、軸箱加速度ＲＭＳ値５３に対する台車枠加速度ＲＭＳ値１２１の比率として振幅比率（第２振幅比率）１２２、台車枠加速度ＲＭＳ値１２１に対する車体加速度ＲＭＳ値５４の比率として振幅比率（第３振幅比率）１２３が算出される。
なお、図１７はＲＭＳ値を例としたが、最大値も適用できる。また、図１７は図１２の処理ｓ３〜ｓ５−２に対応する。
【００５０】
また、本実施例は、図４の実施例１に対して、閾値判定処理と異常判定処理では、図１８に示す如く、判定処理部１２４は、輪軸−台車枠間ＲＭＳ値振幅比率１２２と所定の閾値α１、β１との大小関係を比較判定し、判定処理部１２７は台車枠−車体間ＲＭＳ値振幅比率１２３と所定の閾値α２、β２との大小関係を比較判定する。例えば、判定処理部１２４は、輪軸−台車枠間ＲＭＳ値振幅比率１２２が所定の閾値α１と閾値β１の間にある場合には、異常無し１２６と判定し、輪軸−台車枠間ＲＭＳ値振幅比率１２２が所定の閾値α１より小さい場合、或いは、輪軸−台車枠間ＲＭＳ値振幅比率１２２が所定の閾値β１より大きい場合には、軸バネ８等の車両異常１２５と判定する。
また、判定処理部１２７は、台車枠−車体間ＲＭＳ値振幅比率１２３が所定の閾値α２と閾値β２の間にある場合には、異常無し１２６と判定し、台車枠−車体間ＲＭＳ値振幅比率１２３が所定の閾値α２より小さい場合、或いは、台車枠−車体間ＲＭＳ値振幅比率１２３が所定の閾値β２より大きい場合には、空気バネ４等の車両異常１２８と判定する。
なお、図１８はＲＭＳ値を例としたが、最大値も適用できる。また、図１８は図１２の処理ｓ６〜ｓ７に対応する。
【００５１】
以上述べたように、本実施例によれば、台車枠加速度を検出する台車枠加速度検出装置を追加し、軸箱加速度に対する台車枠加速度の振幅比率（第２振幅比率）と台車枠加速度に対する車体加速度の振幅比率（第３振幅比率）を考慮することで、車両異常の要因推定が部品レベルで実施可能であり、且つ、異常検知を精度良く、簡素なシステムで実施できる。すなわち、車体６の床下の異常（軸バネや空気バネなど）の判定が可能となるとともに異常個所（軸バネ：軸箱−台車枠間の振幅比率、空気バネ：台車枠−車体間の振幅比率）の特定も可能となる効果を奏する。
【００５２】
上述した各実施例の他、それらの応用も可能である。例えば、実施例３及び実施例４においては、データベース８１や閾値設定部８０などを設け、該データベースに閾値を保存し、該データベースの保存閾値を閾値設定部８０より取り出して第２の閾値判定処理部１４及び第１、第２、第３の閾値判定処理部１４、１８、１９における装置異常判定基準となる異常判定用閾値として利用しているが、これらの技術は、他の実施例に応用することも可能である。この場合、実施例３及び実施例４の如く、車両速度検出装置１０４や走行位置検出装置１００などの出力を利用して閾値としてデータベース８に登録保存する。
【００５３】
また、実施例５において、台車枠加速度検出装置１１０を設け、その出力を、フィルタ処理部１２を介して第２、第３の振幅比率算出処理部１１１、１１３に供給し、該処理部における振幅比率算出処理用信号として利用しているが、この技術も他の実施例に応用することも可能である。例えば、図６の実施例に適用する場合には、台車枠加速度検出装置１１０、フィルタ１２を追加するとともに、その出力信号の台車枠加速度信号２０１ａと軸箱加速度検出装置１０−フィルタ１２の出力信号の軸箱加速度信号２２ａとの振幅比率を算出する振幅比率算出処理部（第２振幅比率算出処理部Ｄ）１１１及び閾値判定処理部（第４閾値判定処理部Ｄ）１１２を設け、かつ振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３にて台車枠加速度信号２０１ａ（軸箱加速度信号２２ａに代えて）と車体加速度信号２３ａとの振幅比率を算出する如く構成する。また、異常判定処理部１５にて、閾値判定処理部（第４閾値判定処理部Ｄ）１１２の閾値判定処理信号２０３ａと閾値判定処理部（第２閾値判定処理部Ｂ）１８の閾値判定処理信号２７ａと閾値判定処理部（第１閾値判定処理部）１４の閾値判定処理信号２５ａとを異常判定処理部１５にて判定する構成とする。但し、この場合、振幅比率算出処理部（第１振幅比率算出処理部）１３及び閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４には、図１５の振幅比率算出処理部（第３振幅比率算出処理部Ｅ）１１３と同様な振幅比率算出処理及び閾値判定処理機能を持たせる。
係る適用例によれば、（１）軌道異常と（２）台車異常（軸バネ）と（３）台車異常（空気バネ）の分離判定が可能である。
図９の実施例に適用する場合も同様に構成すれば良い。
図１１の実施例に適用する場合には、図６の実施例と同様に台車枠振動加速度を検出する台車枠加速度検出装置１１０、フィルタ１２、振幅比率算出処理部（第２振幅比率算出処理部Ｄ）１１１、閾値判定処理部（第２閾値判定処理部Ｄ）１１２を追加するとともに、振幅比率算出処理部１３にて車体加速度信号２３ａと台車枠加速度信号２０１ａ（軸箱加速度信号２２ａに代えて）との振幅比率を算出する如く構成する。また、振幅比率算出処理部１３及び閾値判定処理部（第１閾値判定処理部Ａ）１４には、図１５の振幅比率算出処理部（第３振幅比率算出処理部Ｅ）１１３及び閾値判定処理部（第５閾値判定処理部Ｅ）１１４と同様な振幅比率算出処理及び閾値判定処理機能を持たせる。異常判定処理部１５は、閾値判定処理信号２０３ａと閾値判定処理信号２７ａと閾値判定処理信号２５ａと閾値判定処理信号２８ａの４つの信号をもって異常を判定する。
係る適用例によれば、（１）軌道異常、（２）台車異常（軸バネ）、（３）台車異常（空気バネ）、（４）車体異常振動の分離判定が可能である。
【符号の説明】
【００５４】
１：軌道
２：輪軸
３：台車枠
５：台車
６：車体
７：車両
９：軸箱
１０：軸箱加速度検出装置
１１：車体加速度検出装置
１２：フィルタ処理部
１３：振幅比率算出処理部
１４：閾値判定処理部（Ａ）
１５：異常判定処理部
１６：判定結果出力処理部
１７：異常検出装置
１８：閾値判定処理部（Ｂ）
１９：閾値判定処理部（Ｃ）
２２ａ：軸箱加速度信号
２３ａ：車体加速度信号
２４ａ：振幅比率信号
２５ａ：閾値判定処理信号（Ａ）
２６ａ：異常判定処理信号
２７ａ：閾値判定処理信号（Ｂ）
２８ａ：閾値判定処理信号（Ｃ）
２９ａ：走行位置信号
３０ａ：閾値取得信号
３１ａ：デ−タベ−ス閾値信号
３２ａ：閾値信号
５０：窓フィルタ
５１：軸箱加速度信号
５２：車体加速度信号
５３：軸箱加速度ＲＭＳ値
５４：車体加速度ＲＭＳ値
５５：ＲＭＳ値振幅比率
８０：閾値設定部
８１：デ−タベ−ス
１００：走行位置検出装置
１０１：軸箱加速度計
１０２：車体加速度計
１０３：台車枠振動加速度計
１１０：台車枠加速度検出装置
１１１：振幅比率算出処理部（Ｄ）
１１２：閾値判定処理部（Ｄ）
１１３：振幅比率算出処理部（Ｅ）
１１４：閾値判定処理部（Ｅ）
１２２：輪軸−台車枠加速度ＲＭＳ値振幅比率
１２３：台車枠−車体加速度ＲＭＳ値振幅比率
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の振動を検出する振動検出装置と、前記振動検出装置から検出した信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する異常検出装置を備え、
前記振動検出装置は、前記鉄道車両の輪軸に設置された軸箱の振動加速度及び前記鉄道車両の車体の振動加速度から前記鉄道車両の振動を検出する振動検出手段を含み、
前記異常検出装置は、前記振動検出手段の前記軸箱振動加速度と前記車体振動加速度との第１振幅比率を計算する第１振幅比率計算手段と、前記第１振幅比率と閾値とを比較判定する第１閾値判定処理手段と、前記第１閾値判定処理手段の判定結果から異常要因を判定する異常判定処理手段を含む、
ことを特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
請求項１記載の鉄道車両において、前記異常検出装置が、更に、前記鉄道車両の軸箱振動加速度と閾値とを判定する第２閾値判定処理手段を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項３】
請求項２記載の鉄道車両において、前記異常検出装置が、更に前記鉄道車両の車体振動加速度と閾値とを比較判定する第３閾値判定処理手段を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３記載の鉄道車両において、前記異常検出装置の第１振幅比率算出処理手段が、前記軸箱振動加速度と前記車体振動加速度から一定量の加速度信号を抽出する窓フィルタと、前記窓フィルタで抽出した加速度信号から時刻歴波形のＲＭＳ値、又は最大値を算出する計算処理部と、前記ＲＭＳ値、又は前記最大値の頻度を算出する頻度計算処理部と、を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４記載の鉄道車両において、前記異常検出装置が、更に前記鉄道車両の走行位置検知装置の走行位置と走行速度検知装置の走行速度を基に前記異常判定用閾値となる閾値を保存するデ−タベ−スと、を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項６】
車体と台車枠と輪軸と軸箱を含む鉄道車両において、
前記鉄道車両の振動加速度を検出する振動検出装置と、前記振動加速度検出装置から検出した信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する異常検出装置とを備え、
前記振動検出装置は、前記軸箱の振動加速度を検出する軸箱加速度検出手段と、前記車体の振動加速度を検出する車体加速度検出手段と、前記台車枠の台車枠加速度検出手段とからなり、
前記異常検出装置は、前記軸箱加速度検出装置の軸箱振動加速度と前記台車枠加速度検出装置の台車枠振動加速度との第２振幅比率を計算する第２振幅比率計算手段と、
前記車体加速度検出装置の車体振動加速度と前記台車枠加速度検出装置の台車枠振動加速度との第３振幅比率を計算する第３振幅比率計算手段と、
前記第２振幅比率と予め設定された閾値との大小を判定する第４閾値判定処理手段と、
前記第３振幅比率と予め設定された閾値との大小を判定する第５閾値判定処理手段と、
前記第４、第５閾値判定処理手段の判定結果から異常要因を判定する異常判定処理手段と、を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項７】
請求項６記載の鉄道車両において、前記異常検出装置が、更に前記鉄道車両の走行位置検知装置の走行位置と走行速度検知装置の走行速度を基に前記閾値となる閾値を保存するデ−タベ−スと、を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項８】
請求項１乃至５記載の鉄道車両の状態を監視する状態監視装置において、
前記状態監視装置は、前記鉄道車両の振動を検出する振動検出装置と、前記振動検出装置から検出した信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する異常検出装置を含み、
前記振動検出装置は、前記輪軸に設置された軸箱の振動加速度及び前記車体の振動加速度から前記鉄道車両の振動を検出する振動検出手段からなり、
前記異常検出装置は、前記振動検出手段の前記軸箱振動加速度と前記車体振動加速度との第１振幅比率を計算する第１振幅比率計算手段と、前記第１振幅比率と異常判定用閾値とを比較判定する第１閾値判定処理手段と、前記第１閾値判定処理手段の判定結果から異常要因を判定する異常判定処理手段からなる
ことを特徴とする鉄道車両の状態監視装置。
【請求項９】
車体と台車枠と輪軸より構成される鉄道車両と、前記鉄道車両の振動を検出し、該検出信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する鉄道車両の状態監視方法において、
前記鉄道車両の車体振動加速度と前記鉄道車両の軸箱振動加速度との第１振幅比率を計算する第１振幅比率計算ステップと、
前記第１振幅比率と所定の閾値との大小を判定する第１閾値判定処理ステップと、
前記第１閾値判定処理ステップの判定結果から異常要因を判定する異常判定処理ステップと、を備えたことを特徴とする鉄道車両の状態監視方法。
【請求項１０】
請求項９記載の鉄道車両の状態監視方法において、更に前記鉄道車両の軸箱振動加速度と所定の閾値とを比較判定する第２閾値判定処理ステップを備え、前記異常判定処理ステップは、前記第１及び前記第２閾値判定処理ステップの両判定結果から異常要因を判定することを特徴とする鉄道車両の状態監視方法。
【請求項１】
鉄道車両の振動を検出する振動検出装置と、前記振動検出装置から検出した信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する異常検出装置を備え、
前記振動検出装置は、前記鉄道車両の輪軸に設置された軸箱の振動加速度及び前記鉄道車両の車体の振動加速度から前記鉄道車両の振動を検出する振動検出手段を含み、
前記異常検出装置は、前記振動検出手段の前記軸箱振動加速度と前記車体振動加速度との第１振幅比率を計算する第１振幅比率計算手段と、前記第１振幅比率と閾値とを比較判定する第１閾値判定処理手段と、前記第１閾値判定処理手段の判定結果から異常要因を判定する異常判定処理手段を含む、
ことを特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
請求項１記載の鉄道車両において、前記異常検出装置が、更に、前記鉄道車両の軸箱振動加速度と閾値とを判定する第２閾値判定処理手段を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項３】
請求項２記載の鉄道車両において、前記異常検出装置が、更に前記鉄道車両の車体振動加速度と閾値とを比較判定する第３閾値判定処理手段を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３記載の鉄道車両において、前記異常検出装置の第１振幅比率算出処理手段が、前記軸箱振動加速度と前記車体振動加速度から一定量の加速度信号を抽出する窓フィルタと、前記窓フィルタで抽出した加速度信号から時刻歴波形のＲＭＳ値、又は最大値を算出する計算処理部と、前記ＲＭＳ値、又は前記最大値の頻度を算出する頻度計算処理部と、を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４記載の鉄道車両において、前記異常検出装置が、更に前記鉄道車両の走行位置検知装置の走行位置と走行速度検知装置の走行速度を基に前記異常判定用閾値となる閾値を保存するデ−タベ−スと、を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項６】
車体と台車枠と輪軸と軸箱を含む鉄道車両において、
前記鉄道車両の振動加速度を検出する振動検出装置と、前記振動加速度検出装置から検出した信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する異常検出装置とを備え、
前記振動検出装置は、前記軸箱の振動加速度を検出する軸箱加速度検出手段と、前記車体の振動加速度を検出する車体加速度検出手段と、前記台車枠の台車枠加速度検出手段とからなり、
前記異常検出装置は、前記軸箱加速度検出装置の軸箱振動加速度と前記台車枠加速度検出装置の台車枠振動加速度との第２振幅比率を計算する第２振幅比率計算手段と、
前記車体加速度検出装置の車体振動加速度と前記台車枠加速度検出装置の台車枠振動加速度との第３振幅比率を計算する第３振幅比率計算手段と、
前記第２振幅比率と予め設定された閾値との大小を判定する第４閾値判定処理手段と、
前記第３振幅比率と予め設定された閾値との大小を判定する第５閾値判定処理手段と、
前記第４、第５閾値判定処理手段の判定結果から異常要因を判定する異常判定処理手段と、を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項７】
請求項６記載の鉄道車両において、前記異常検出装置が、更に前記鉄道車両の走行位置検知装置の走行位置と走行速度検知装置の走行速度を基に前記閾値となる閾値を保存するデ−タベ−スと、を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項８】
請求項１乃至５記載の鉄道車両の状態を監視する状態監視装置において、
前記状態監視装置は、前記鉄道車両の振動を検出する振動検出装置と、前記振動検出装置から検出した信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する異常検出装置を含み、
前記振動検出装置は、前記輪軸に設置された軸箱の振動加速度及び前記車体の振動加速度から前記鉄道車両の振動を検出する振動検出手段からなり、
前記異常検出装置は、前記振動検出手段の前記軸箱振動加速度と前記車体振動加速度との第１振幅比率を計算する第１振幅比率計算手段と、前記第１振幅比率と異常判定用閾値とを比較判定する第１閾値判定処理手段と、前記第１閾値判定処理手段の判定結果から異常要因を判定する異常判定処理手段からなる
ことを特徴とする鉄道車両の状態監視装置。
【請求項９】
車体と台車枠と輪軸より構成される鉄道車両と、前記鉄道車両の振動を検出し、該検出信号を用いて前記鉄道車両の異常を検知する鉄道車両の状態監視方法において、
前記鉄道車両の車体振動加速度と前記鉄道車両の軸箱振動加速度との第１振幅比率を計算する第１振幅比率計算ステップと、
前記第１振幅比率と所定の閾値との大小を判定する第１閾値判定処理ステップと、
前記第１閾値判定処理ステップの判定結果から異常要因を判定する異常判定処理ステップと、を備えたことを特徴とする鉄道車両の状態監視方法。
【請求項１０】
請求項９記載の鉄道車両の状態監視方法において、更に前記鉄道車両の軸箱振動加速度と所定の閾値とを比較判定する第２閾値判定処理ステップを備え、前記異常判定処理ステップは、前記第１及び前記第２閾値判定処理ステップの両判定結果から異常要因を判定することを特徴とする鉄道車両の状態監視方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１１−２４５９１７（Ｐ２０１１−２４５９１７Ａ）
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１８７４１（Ｐ２０１０−１１８７４１）
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月８日（２０１１．１２．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２４日（２０１０．５．２４）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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