特許 6754285 鉄道車両の異常検知装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6754285

(24)【登録日】2020年8月25日

(45)【発行日】2020年9月9日

(54)【発明の名称】鉄道車両の異常検知装置

(51)【国際特許分類】

   B61F 5/24 20060101AFI20200831BHJP

   B61K 13/00 20060101ALI20200831BHJP

   G01M 17/00 20060101ALI20200831BHJP

【ＦＩ】

   B61F5/24 Z

   B61K13/00 Z

   G01M17/00

【請求項の数】6

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-235370(P2016-235370)

(22)【出願日】2016年12月2日

(65)【公開番号】特開2017-105445(P2017-105445A)

(43)【公開日】2017年6月15日

【審査請求日】2019年10月9日

(31)【優先権主張番号】特願2015-235699(P2015-235699)

(32)【優先日】2015年12月2日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004617

【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000291

【氏名又は名称】特許業務法人コスモス国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】岡田 信之

(72)【発明者】

【氏名】笹内 崇宏

(72)【発明者】

【氏名】松浦 亘

(72)【発明者】

【氏名】平野 正敏

(72)【発明者】

【氏名】森本 栄一

(72)【発明者】

【氏名】大庭 拓也

【審査官】 長谷井 雅昭

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−８５８９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−８９６８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１０／０１１６０４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２０１４−１１７９６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６１Ｆ ５／２４

Ｂ６１Ｋ １３／００

Ｇ０１Ｍ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

推進軸などの回転機構を有する鉄道車両に、加速度センサと演算処理部を備え、
前記演算処理部で、
前記加速度センサから得られる加速度データより高周波成分と低周波成分を得て相互相関値を算出し、
前記相互相関値が異常検出条件を満たした場合に、前記鉄道車両に備えられた前記回転機構の異常判定を行うこと、
を特徴とする鉄道車両の異常検知装置。

【請求項2】

請求項１に記載の鉄道車両の異常検知装置において、
前記加速度センサは、第１加速度センサを含み、
前記演算処理部で、
前記第１加速度センサから得られる加速度データより前記低周波成分と前記高周波成分を得て、第１相互相関値を算出し、
前記低周波成分を正規化処理して第１正規化処理データを得て、
前記高周波成分を正規化処理して第２正規化処理データを得て、
前記第１正規化処理データと前記第２正規化処理データの振幅比を算出して振幅比データを得て、前記第１相互相関値と前記振幅比データを用い、前記鉄道車両に備えられた回転機構の異常判定を行うこと、
を特徴とする鉄道車両の異常検知装置。

【請求項3】

請求項２に記載の鉄道車両の異常検知装置において、
前記加速度センサは、第４加速度センサを含み、前記第４加速度センサは前記第１加速度センサに近接した位置に設けられ、
前記演算処理部で、
前記第１加速度センサより得られた加速度に関するデータと、前記第４加速度センサより得られた加速度に関するデータを用いてコヒーレンス処理し、コヒーレンス値を得て、
前記第１相互相関値に前記振幅比データを掛け合わせた値と、前記コヒーレンス値とを用いて、前記鉄道車両に備えられた回転機構の異常判定を行うこと、
を特徴とする鉄道車両の異常検知装置。

【請求項4】

請求項１に記載の鉄道車両の異常検知装置において、
前記加速度センサは、第１加速度センサと第２加速度センサを含み、
前記演算処理部で、
前記第１加速度センサから得られる加速度データより高周波成分と低周波成分を得て、第１相互相関値を算出し、
前記第２加速度センサから得られる加速度データより高周波成分と低周波成分を得て、第２相互相関値を算出し、
前記第１相互相関値と前記第２相互相関値を比較して、小さい方の値が異常検出条件を満たした場合に、前記鉄道車両に備えられた回転機構の異常判定を行うこと、
を特徴とする鉄道車両の異常検知装置。

【請求項5】

請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の鉄道車両の異常検知装置において、
前記加速度データは１方向の加速度とすること、
を特徴とする鉄道車両の異常検知装置。

【請求項6】

請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載の鉄道車両の異常検知装置において、
前記加速度データは異なる２方向の加速度とすること、
を特徴とする鉄道車両の異常検知装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両の推進軸等の回転機構に異常があった場合に、それを検出する技術に関し、具体的には車両に備えた振動監視手段を用いて異常検知する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両は、車体の床台に駆動源としてのエンジンが吊り下げられ、エンジンからの駆動力を、推進軸を介して台車に伝達する構成となっている種類のものが国内に多く存在する。この鉄道車両の推進軸は、一端部をエンジン側の部材に自在継手を介して接続され、他端部を台車側の部材に自在継手を介して接続されている。ここで、推進軸はボルト締結や溶接などの手段でエンジン側の部材や台車側の部材に接続されており、接続部分の破損などによる推進軸の脱落を想定する必要がある。そこで、特許文献１に示すような落下防止装置などを備えることが検討されている。

【0003】

特許文献１には、鉄道車両に関する技術が開示されている。鉄道車両には車体の床台に推進軸とその落下防止装置を備え、落下防止装置は推進軸の周囲に隙間を形成して囲む様に形成された環状部を有する。この落下防止装置を車体の床台下面に備えることで、万が一、推進軸の一端が継ぎ手から脱落した場合に、回転する推進軸が周囲にある車体の床台や台車などに接触することを防ぐことが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１４−１１７９６７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、特許文献１に記載の技術は、推進軸の落下を防止することを目的としており、推進軸の落下を判断することはしていない。したがって、推進軸の落下を実際に把握する為には、乗務員が振動や音などを頼りに把握し、目視で確認するなどの方法に頼っているのが現状である。この為、推進軸の脱落・破損などの異常をいち早く検出する方法が望まれていた。また、補機軸など動力源からの出力を伝達する回転機構も、異常が発生した場合に早急に把握することが望ましい。

【0006】

そこで、本発明はこの様な課題を解決するために、鉄道車両が備える推進軸などの回転機構の異常を検知する鉄道車両の異常検知装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記目的を達成するために、本発明の一態様による鉄道車両の異常検知装置は、以下のような特徴を有する。

【0008】

（１）推進軸などの回転機構を有する鉄道車両に、加速度センサと演算処理部を備え、前記演算処理部で、前記加速度センサから得られる加速度データより高周波成分と低周波成分を得て相互相関値を算出し、前記相互相関値が異常検出条件を満たした場合に、前記鉄道車両に備えられた前記回転機構の異常判定を行うこと、を特徴とする。

【0009】

上記（１）に記載の態様によれば、鉄道車両の回転機構、例えば推進軸などが折損した場合に、推進軸が保護枠内を回転しながら移動する事で低周波振動と高周波振動が組み合わさった振動が生じる。これを検知・抽出することで、外的要因からの揺れと区別が可能となる。

【0010】

（２）（１）に記載の鉄道車両の異常検知装置において、前記加速度センサは、第１加速度センサを含み、前記演算処理部で、前記第１加速度センサから得られる加速度データより前記低周波成分と前記高周波成分を得て、第１相互相関値を算出し、前記低周波成分を正規化処理して第１正規化処理データを得て、前記高周波成分を正規化処理して第２正規化処理データを得て、前記第１正規化処理データと前記第２正規化処理データの振幅比を算出して振幅比データを得て、前記第１相互相関値と前記振幅比データを用い、前記鉄道車両に備えられた回転機構の異常判定を行うこと、が好ましい。

【0011】

（３）（２）に記載の鉄道車両の異常検知装置において、前記加速度センサは、第４加速度センサを含み、前記第４加速度センサは前記第１加速度センサに近接した位置に設けられ、前記演算処理部で、前記第１加速度センサより得られた加速度に関するデータと、前記第４加速度センサより得られた加速度に関するデータを用いてコヒーレンス処理し、コヒーレンス値を得て、前記第１相互相関値に前記振幅比データを掛け合わせた値と、前記コヒーレンス値とを用いて、前記鉄道車両に備えられた回転機構の異常判定を行うこと、が好ましい。

【0012】

上記（２）又は（３）に記載の態様によれば、誤検知の発生を抑えることが可能となる。これは、低周波成分及び高周波成分を正規化処理し、振幅比データを用いる事で、或いはコヒーレンス処理した値を用いる事で、片方の成分が極端に大きくなった場合や、加速度センサに故障が発生した場合等にも、誤検知が生じにくくなる。詳しくは、加速度の高周波成分を用いるのは、正常時は加速度の低周波成分と加速度の高周波成分は相関性が低く、異常時に相関が高くなることが出願人の調査で判明しているためである。また、加速度の低周波成分と加速度の高周波成分の相関だけでは、片方の成分が極端に大きくなった場合や、加速度センサに故障が発生した場合等に誤検知を生じる可能性があるため、これを振幅比と加速度のコヒーレンス値を掛け合わせることで誤検知を抑制することが可能となる。

【0013】

（４）（１）に記載の鉄道車両の異常検知装置において、前記加速度センサは、第１加速度センサと第２加速度センサを含み、前記演算処理部で、前記第１加速度センサから得られる加速度データより高周波成分と低周波成分を得て、第１相互相関値を算出し、前記第２加速度センサから得られる加速度データより高周波成分と低周波成分を得て、第２相互相関値を算出し、前記第１相互相関値と前記第２相互相関値を比較して、小さい方の値が異常検出条件を満たした場合に、前記鉄道車両に備えられた回転機構の異常判定を行うこと、が好ましい。

【0014】

上記（４）に記載の態様によれば、第１加速度センサと第２加速度センサの振動データを比較することで、鉄道車両の運行時における異常発生検出の確実性を増すことができる。これは、鉄道車両の推進軸などが折損した場合に、推進軸が保護枠内を回転しながら移動するため、低周波振動と高周波振動が組み合わさった振動が生じる。これを検知・抽出したうえで、異常が発生している状況では第１加速度センサと第２加速度センサの両方から振動が検出できるため、異常検知の確実性を増すことができる。

【0015】

（５）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の鉄道車両の異常検知装置において、前記加速度データは１方向の加速度とすること、を特徴とすることが好ましい。

【0016】

（６）（１）乃至（４）のいずれか１つに記載の鉄道車両の異常検知装置において、前記加速度データは異なる２方向の加速度とすること、を特徴とすることが好ましい。

【0017】

上記（５）または（６）に記載の態様によれは、加速度データを用いた振動検出の異常検知の確実性を増すことができる。

【0018】

前記目的を達成するために、本発明の別の態様による鉄道車両の異常検知方法は、以下のような特徴を有する。

【0019】

（７）台車に備えられた回転機構の異常を検出する鉄道車両の異常検知方法において、前記台車は、第１台車と第２台車とを含み、前記第１台車に備えられた第１加速度センサから得られる、第１Ｘ軸方向データと第１Ｙ軸方向データからそれぞれ成分抽出をし、前記第１Ｘ軸方向データより高周波成分を、前記第１Ｙ軸方向データより低周波成分を得て第１相互相関値を算出し、前記第２台車に備えられた第２加速度センサから得られる、第２Ｘ軸方向データと第２Ｙ軸方向データからそれぞれ成分抽出をし、前記第２Ｘ軸方向データより高周波成分を、前記第２Ｙ軸方向データより低周波成分を得て第２相互相関値を算出し、前記第１相互相関値と前記第２相互相関値とを比較して、小さい方の値が異常検出条件を満たした場合に、異常判定を行うこと、を特徴とする。

【0020】

上記（７）に記載の態様によれば、第１台車と第２台車の振動より得られるデータを比較することで、鉄道車両の運行時における異常発生の確認の確実性を増すことができる。これは、鉄道車両の推進軸などが折損した場合に、推進軸が保護枠内を回転しながら移動するため、低周波数振動と高周波数振動が組み合わさった振動が生じる。これを検知・抽出した上で、異常が発生している状況では第１台車と第２台車の両方から振動が検出できる為、外的要因からの揺れと区別が可能となる。

【0021】

これは例えば、線路のズレや段差などによる外乱によって鉄道車両が振動するケースでは、第１台車か第２台車のどちらか一方で振動が発生し、時間をおいて他方で振動が発生する。第１台車と第２台車は進行方向に対して所定の距離離れて鉄道車両に配置されているためである。この為、第１台車と第２台車の両方の振動を監視していれば、片方の台車だけから得られる振動に関しては排除可能である。一方、上述した推進軸の折損などのケースで振動が発生する場合には、鉄道車両からの振動発生であるために第１台車からも第２台車からも振動が検出される結果になる。つまり、相関値の小さい方のデータを用いて異常判定をすることで、確実な異常検出に繋がることとなる。

【0022】

（８）台車に備えられた回転機構の異常を検出する鉄道車両の異常検知方法において、前記台車は、第１台車を含み、前記第１台車に備えられた第１加速度センサから得られる、第１Ｘ軸方向データと第１Ｙ軸方向データからそれぞれ成分抽出をし、前記第１Ｘ軸方向データより高周波成分を、前記第１Ｙ軸方向データより低周波成分を得て第１相互相関値を算出し、前記高周波成分と前記低周波成分のそれぞれを正規化処理して振幅比データを算出し、前記第１台車に前記第１加速度センサに近接して備えられた第４加速度センサから得られる第４Ｙ軸方向データと、前記第１加速度センサから得られる第１Ｙ軸方向データを用いて、コヒーレンス値を算出し、前記第１相互相関値と前記振幅比データと前記コヒーレンス値を掛け合わせた第１処理値を得て、前記第１処理値を元に異常検知条件を満たしているどうかを判断し、異常判定を行うこと、を特徴とする。

【0023】

（９）（８）に記載の鉄道車両の異常検知方法において、前記台車は、第２台車を含み、前記第２台車に備えられた第２加速度センサから得られる、第２Ｘ軸方向データと第２Ｙ軸方向データからそれぞれ成分抽出をし、前記第２Ｘ軸方向データより高周波成分を、前記第２Ｙ軸方向データより低周波成分を得て第２相互相関値を算出し、前記高周波成分と前記低周波成分のそれぞれを正規化処理して振幅比データを算出し、前記第２台車に前記第２加速度センサに近接して備えられた第５加速度センサから得られる第５Ｙ軸方向データと、前記第２加速度センサから得られる第２Ｙ軸方向データを用いて、コヒーレンス値を算出し、前記第２相互相関値と前記振幅比データと前記コヒーレンス値を掛け合わせた第２処理値を得て、前記第１処理値と前記第２処理値を比較して値の小さい方を用いて異常検知条件を満たしているかどうかを判断し、異常判定を行うことを特徴とする。

【0024】

上記（８）又は（９）に記載の態様により、低周波成分及び高周波成分を正規化処理し、振幅比データ及びコヒーレンス処理した値を用いる事で、片方の成分が極端に大きくなった場合や、加速度センサに故障が発生した場合等にも、誤検知が生じにくくなる。よって、より確実な異常検出に繋がる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】第１実施形態の、鉄道車両の概略側面図である。

【図2】第１実施形態の、推進軸の側面図である。

【図3】第１実施形態の、鉄道車両の台車部分に関する平面図である。

【図4】第１実施形態の、異常検知を行う際のデータ処理の流れを示すブロック図である。

【図5】第１実施形態の、異常状態を示す波形データを示す。

【図6】第２実施形態の、鉄道車両の概略側面図である。

【図7】第２実施形態の、異常検知を行う際のデータ処理の流れを示すブロック図である。

【図8】第３実施形態の、異常検知を行う際のデータ処理の流れを示すブロック図である。

【図9】第４実施形態の、鉄道車両の概略側面図である。

【図10】第４実施形態の、異常検知を行う際のデータ処理の流れを示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

まず、本発明の第１実施形態について図面を用いて説明を行う。図１に、第１実施形態の鉄道車両の概略側面図を示す。図２に、推進軸の側面図を示す。図２は図１に示すＡの拡大図である。図３に、鉄道車両の台車部分に関する平面図を示す。図３では説明の都合上、鉄道車両１００のうち車体２０を省いている。鉄道車両１００は、ディーゼルエンジン１０と、車体２０、及び台車３０を備えている。車体２０は第１台車３０Ａと第２台車３０Ｂにて空気バネ２１を介して支持され、第１台車３０Ａは、ディーゼルエンジン１０から伸びる推進軸４０に接続されている。なお、車体２０の下面に吊り下げられた駆動力を発生するディーゼルエンジン１０は、例えば電気モータのような駆動方式としても良い。

【0027】

ディーゼルエンジン１０には変速機１１が接続され、ディーゼルエンジン１０が発生する回転出力を変速している。変速機１１には図２に示すように自在継手４１を介して推進軸４０の一端部４０ａが連結されている。車体２０は、図１に示すように図示しないレール方向に長く伸びている。車体２０と台車３０は空気バネ２１を介して接続され、空気バネ２１を伸縮させることで、車体２０は上下方向に変位する。そして、鉄道車両１００がカーブを通過する際には、車体２０が台車３０に対して枕木方向に大きく変位する。

【0028】

台車３０（特に断りがない限り、台車３０は第１台車３０Ａ及び第２台車３０Ｂの何れか、或いはその両方を指すものとする）は、図１に示すように前後左右に合計４つの車輪３１と、車輪３１を組み付けている台車枠３２とを有している。そして、図２に示すように第１台車３０Ａには減速した出力を車輪３１に伝達する減速機３３が設けられている。減速機３３には、自在継手４２を介して推進軸４０の他端部４０ｂが連結されている。又、図３に示すように、第１台車３０Ａには第１加速度センサ３４Ａが、第２台車３０Ｂには第２加速度センサ３４Ｂが設けられている。

【0029】

推進軸４０は、回転することでディーゼルエンジン１０が発生した駆動力を伝達する機能を有している。推進軸４０は、図２に示すように、レール方向に延びていて、車体２０の床台２２より下側に配置されている。また、推進軸４０は軽量化を図るために中空状の鋼管が用いられている。推進軸４０の一端部４０ａ及び他端部４０ｂには、ボルト締結や溶接によって自在継手４１及び自在継手４２が連結されている。推進軸４０の周囲には落下防止装置５０が設けられている。こうして、ディーゼルエンジン１０が発生した駆動力は変速機１１と推進軸４０と減速機３３を介して、第１台車３０Ａの車輪３１に伝達され、鉄道車両１００が走行することができる。なお、落下防止装置５０に関する詳細については、特許文献１に説明を譲ることとする。

【0030】

鉄道車両１００には、演算処理部９０が備えられている。図１では表現の都合上、鉄道車両１００の外に描かれているが、実際には車体２０に搭載されている。この演算処理部９０には、第１加速度センサ３４Ａと第２加速度センサ３４Ｂからの信号が伝えられるように、接続されている。第１加速度センサ３４Ａと第２加速度センサ３４Ｂからは、それぞれが検出する加速度データが得られる。これによって車両に伝わる振動を検出する。そして、必要なデータ処理が行えるような計算装置が採用されている。

【0031】

図４に、異常検知を行う際のデータ処理の流れをブロック図に示す。第１台車３０Ａの第１加速度センサ３４Ａから第１Ｙ軸方向データＳＹ１を第１バンドパスフィルタ処理Ｂ１１し、第１Ｘ軸方向データＳＸ１を第１ハイパスフィルタ処理Ｂ１２する。又、第２台車３０Ｂの第２加速度センサ３４Ｂから第２Ｙ軸方向データＳＹ２を第２バンドパスフィルタ処理Ｂ１３し、第２Ｘ軸方向データＳＸ２を第２ハイパスフィルタ処理Ｂ１４する。

【0032】

そして、第１バンドパスフィルタ処理Ｂ１１を介した低周波成分ＰＹ１は、絶対値処理Ｂ１５が行われ処理値ｙ１となる。また、第１ハイパスフィルタ処理Ｂ１２を介した高周波成分ＰＸ１は、絶対値処理Ｂ１６が行われ処理値ｘｅ１となる。また、第２バンドパスフィルタ処理Ｂ１３を介した低周波成分ＰＹ２は、絶対値処理Ｂ１７が行われ処理値ｙ２が得られる。また、第２ハイパスフィルタ処理Ｂ１４を介した高周波成分ＰＸ２は、絶対値処理Ｂ１８が行われ処理値ｘｅ２が得られる。

【0033】

そして、絶対値処理Ｂ１５と絶対値処理Ｂ１６より得られる処理値ｙ１と処理値ｘｅ１から、相互相関Ｂ１９の第１相互相関値ｅ１を算出する。また、絶対値処理Ｂ１７と絶対値処理Ｂ１８より得られる処理値ｙ２と処理値ｘｅ２から、相互相関Ｂ２０の第２相互相関値ｅ２を算出する。また、相互相関Ｂ１９の処理の後、第１相互相関値ｅ１は絶対値処理Ｂ２１を経て処理値ｘｃｏｒ１を得る。また、相互相関Ｂ２０の処理の後、第２相互相関値ｅ２は絶対値処理Ｂ２２を経て処理値ｘｃｏｒ２を得る。処理値ｘｃｏｒ１と処理値ｘｃｏｒ２を用いて台車比較Ｂ２３を行い、処理値ｘｃｏｒを得る。こうして得られる処理値ｘｃｏｒが規定値以上であれば、異常判定を行う。

【0034】

第１実施形態の鉄道車両１００の異常検知装置は上記構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。

【0035】

第１実施形態の鉄道車両１００の異常検知装置によって、回転機構の異常を早期に検出可能となる。これは、第１実施形態の異常検知装置が、鉄道車両１００の第１台車３０Ａに備えられる第１加速度センサ３４Ａと、第２台車３０Ｂに備えられる第２加速度センサ３４Ｂと、鉄道車両１００の車体に備えられた演算処理部９０を有し、演算処理部９０で、第１加速度センサ３４Ａから得られる、第１Ｘ軸方向データＳＸ１と第１Ｙ軸方向データＳＹ１からそれぞれ成分抽出をし、第１Ｘ軸方向データより高周波成分ＰＸ１を、第１Ｙ軸方向データより低周波成分ＰＹ１を得て第１相互相関値を算出し、第２加速度センサ３４Ｂから得られる、第２Ｘ軸方向データＳＸ２と第２Ｙ軸方向データＳＹ２からそれぞれ成分抽出をし、第２Ｘ軸方向データより高周波成分ＰＸ２を、第２Ｙ軸方向データより低周波成分ＰＹ２を得て第２相互相関値ｅ２を算出し、第１相互相関値ｅ１と第２相互相関値ｅ２とを比較して、小さい方の値が異常検出条件を満たした場合に、鉄道車両１００の推進軸４０に関する異常判定を行う為である。

【0036】

図５に、波形データを示す。実際に台車３０に備えられた加速度センサ３４（第１加速度センサ３４Ａ、第２加速度センサ３４Ｂ）から得られた加速度のデータであり、上段が「Ｘ軸方向データ」にハイパスフィルタ処理をした結果を、中段が「Ｙ軸方向データ」にバンドパスフィルタ処理をした結果を、下段が上段と中段とのデータから得られる「相互相関」を示している。縦軸は振幅を反映したデータを示し、横軸は時間経過を示す。そして、上段と中段と下段のグラフはそれぞれ真ん中のラインで推進軸４０が落下したことを示している。

【0037】

この結果、推進軸４０落下前には、下段の「相互相関」のグラフで殆ど数値が検出されないのに対して、推進軸４０落下後には、数値が大きく振れている事が分かる。つまり、図４に示す処理によって、推進軸４０の異常検出を確実に行うことが可能となる。この結果、鉄道車両１００の推進軸４０等を含む回転機構の異常を早期に、確実に検出することが可能となり、鉄道車両１００の安全性向上に寄与することができる。

【0038】

次に本発明の第２の実施形態について説明する。第２実施形態は第１実施形態と同様の構成であるが、以下に説明する点で構成が異なる。

【0039】

図６に、第２実施形態の鉄道車両１００の側面図を示す。第２実施形態の鉄道車両１００は、第３加速度センサ３４Ｃを備える点で、第１実施形態の構成と異なる。その他の構成は同様である。第３加速度センサ３４Ｃは車体２０に備えられ、車体２０の振動を検出する。図７に、異常検知を行う際のデータ処理の流れを示すブロック図を示す。車体２０に備えられた第３加速度センサ３４Ｃからは第３Ｙ軸方向データＳＹ３を第１バンドパスフィルタ処理Ｂ２５し、第３Ｘ軸方向データＳＸ３を第３ハイパスフィルタ処理Ｂ２６する。

【0040】

そして、第１バンドパスフィルタ処理Ｂ２５を介した低周波成分ＰＹ３は、絶対値処理Ｂ２７が行われ処理値ｙ３となる。また、第３ハイパスフィルタ処理Ｂ２６を介した高周波成分ＰＸ３は、絶対値処理Ｂ２８が行われ処理値ｘｅ３となる。そして、絶対値処理Ｂ２７と絶対値処理Ｂ２８より得られる処理値ｙ３と処理値ｘｅ３から、相互相関Ｂ２９の第３相互相関値ｅ３を算出する。また、相互相関Ｂ２９の処理の後、第３相互相関値ｅ３は絶対値処理Ｂ３０を経て処理値ｘｃｏｒ３を得る。こうして得られる処理値ｘｃｏｒ３が規定値以上であれば、異常判定を行う。

【0041】

第２実施形態の鉄道車両１００は上記構成であるので、第１実施形態の鉄道車両１００と同様の作用及び効果を奏する。つまり、鉄道車両１００の有する回転機構の異常を早期に、確実に検出することが可能となり、鉄道車両１００の安全性向上に寄与することができる。尤も、第２実施形態では第１実施形態とは異なり、推進軸４０ではなく図示しない補機軸の異常を検出する目的で第３加速度センサ３４Ｃが備えられている。補機軸は、ディーゼルエンジン１０から動力を伝達する軸であり、例えば図示しないエアコンや冷却ファン、エアコンプレッサなどに動力を伝達している。

【0042】

この補機軸に異常が発生した場合に、鉄道車両１００の第３加速度センサ３４Ｃが補機軸の振動を拾うのに適切な場所に配置されていることで、図５に示されたような振動を得ることができる。したがって、図７に示される処理値ｘｃｏｒ３は、図５に示される「相互相関」の値と似たような形で、異常があったことを明確に把握することが可能となる。ただし、第２実施形態の場合、第１実施形態と異なり、別の加速度センサとの比較を行っていないが、回転機構の出す振動の特性などの都合によって第１実施形態の態様を採用するか第２実施形態の態様を採用するかは適宜選択されるのが望ましい。

【0043】

次に本発明の第３の実施形態について説明する。第３実施形態は第１実施形態と同様の構成であるが、扱う加速度データに関する点が異なる。以下に異なる点について説明を行う。

【0044】

図８に、第３実施形態の異常検知を行う際のデータ処理の流れを示すブロック図を示す。第３実施形態の構成の内、加速度センサ３４は１方向の加速度を計測する仕様となっている。第３実施形態では、鉄道車両１００の進行方向に対して前後に発生する加速度を加速度センサ３４によって検知している。図８に示される様に、第１台車３０Ａの第１加速度センサ３４Ａから第１Ｘ軸方向データＳＸ１を得て、第１バンドパスフィルタ処理Ｂ１１及び第１ハイパスフィルタ処理Ｂ１２で処理を行う。第１バンドパスフィルタ処理Ｂ１１を介した低周波成分ＰＸ１１は、絶対値処理Ｂ１５が行われ処理値ｘ１となる。また第１ハイパスフィルタ処理Ｂ１２を介して高周波成分ＰＸ１２は、絶対値処理Ｂ１６が行われ処理値ｘｅ１となる。

【0045】

また、第２台車３０Ｂの第２加速度センサ３４Ｂから第２Ｘ軸方向データＳＸ２を得て、第２バンドパスフィルタ処理Ｂ１３及び第２ハイパスフィルタ処理Ｂ１４で処理を行う。また、第２バンドパスフィルタ処理Ｂ１３を介した低周波成分ＰＸ２１は、絶対値処理Ｂ１７が行われ処理値ｘ２が得られる。また、第２ハイパスフィルタ処理Ｂ１４を介した高周波成分ＰＸ２２は、絶対値処理Ｂ１８が行われ処理値ｘｅ２が得られる。

【0046】

処理値ｘ１と処理値ｘｅ１は相互相関Ｂ１９にて第１相互相関値ｅ１が算出される。処理値ｘ２と処理値ｘｅ２から、相互相関Ｂ２０の第２相互相関値ｅ２が算出される。また、相互相関Ｂ１９の処理の後、第１相互相関値ｅ１は絶対値処理Ｂ２１を経て処理値ｘｃｏｒ１を得る。また、相互相関Ｂ２０の処理の後、第２相互相関値ｅ２は絶対値処理Ｂ２２を経て処理値ｘｃｏｒ２を得る。処理値ｘｃｏｒ１と処理値ｘｃｏｒ２を用いて台車比較Ｂ２３を行い、処理値ｘｃｏｒを得る。こうして得られる処理値ｘｃｏｒが規定値以上であれば、異常判定を行う。

【0047】

第３実施形態の鉄道車両１００の異常検知装置は上記構成であるので、第１実施形態と同様の作用及び効果を奏する。したがって、図５に示される「相互相関」の値と似たような形で、異常があったことを明確に把握することが可能となる。ただし、第３実施形態の場合、第１実施形態と異なり、別の加速度センサとの比較を行っていないが、回転機構の出す振動の特性などの都合によって第１実施形態の態様を採用するか第３実施形態の態様を採用するかは適宜選択されるのが望ましい。

【0048】

次に本発明の第４の実施形態について説明する。第４実施形態は第１実施形態と同様の構成であるが、扱う加速度データの処理に関する点が異なる。また、第１台車３０Ａに２つのセンサが設けられている。以下に異なる点について説明を行う。

【0049】

図９に、第４実施形態の鉄道車両の概略側面図を示す。図１０に、異常検知を行う際のデータ処理の流れをブロック図に示す。第４実施形態では、鉄道車両１００に備える第１台車３０Ａに第１加速度センサ３４Ａ及び第４加速度センサ３４Ｄを備えている。また、第２台車３０Ｂに第２加速度センサ３４Ｂ及び第５加速度センサ３４Ｅを備えている。この第１台車３０Ａに備えられる第１加速度センサ３４Ａと第４加速度センサ３４Ｄは、近接した位置に配置されており、同様に第２台車３０Ｂに備えられる第２加速度センサ３４Ｂ及び第５加速度センサ３４Ｅも近接した位置に配置されている。

【0050】

そして、第１Ｙ軸方向データＳＹ１と第１Ｘ軸方向データＳＸ１を第１台車３０Ａの第１加速度センサ３４Ａから得ている。この第１Ｙ軸方向データＳＹ１を第１バンドパスフィルタ処理Ｂ１１し、第１Ｘ軸方向データＳＸ１を第１ハイパスフィルタ処理Ｂ１２する。そして、第１バンドパスフィルタ処理Ｂ１１を介した低周波成分ＰＹ１は、絶対値処理Ｂ１５が行われ処理値ｙ１となる。また、第１ハイパスフィルタ処理Ｂ１２を介した高周波成分ＰＸ１は、絶対値処理Ｂ１６が行われ処理値ｘｅ１となる。

【0051】

処理値ｙ１は、正規化処理Ｂ３１をされて第１正規化値ｎｙ１を得て、処理値ｘｅ１は正規化処理Ｂ３２をされて第２正規化値ｎｘｅ１を得て、これらより振幅比算出処理Ｂ３３を行い、振幅比値Ｒｖ１を得る。これと平行して、絶対値処理Ｂ１５と絶対値処理Ｂ１６より得られる処理値ｙ１と処理値ｘｅ１から、相互相関Ｂ１９の第１相互相関値ｅ１を算出する。

【0052】

そして、相互相関Ｂ１９の処理の後、第１相互相関値ｅ１は絶対値処理Ｂ２１を経て処理値ｘｃｏｒ１を得る。一方で、第１台車３０Ａの第１加速度センサ３４Ａより得られる第１Ｙ軸方向データＳＹ１と、第１加速度センサ３４Ａの近接した位置に備えられた第４加速度センサ３４Ｄより得られる第４Ｙ軸方向データＳＹ４がコヒーレンス処理Ｂ３５されて、第１コヒーレンス値Ｃｏｈｒ１を得る。この第１コヒーレンス値Ｃｏｈｒ１と振幅比値Ｒｖ１とが掛け合わされた値と、処理値ｘｃｏｒ１とが掛け合わされて、第１の処理値ｘｃｏｒを得る。

【0053】

そして、第２台車３０Ｂに備える第２加速度センサ３４Ｂ及び第５加速度センサ３４Ｅからも同様の処理を経て、第２の処理値ｘｃｏｒを得る。具体的には、第２Ｙ軸方向データＳＹ２と第２Ｘ軸方向データＳＸ２を第２台車３０Ｂの第２加速度センサ３４Ｂから得る。この第２Ｙ軸方向データＳＹ２を第２バンドパスフィルタ処理Ｂ１１し、第２Ｘ軸方向データＳＸ２を第１ハイパスフィルタ処理Ｂ１２する。

【0054】

そして、第１バンドパスフィルタ処理Ｂ１１を介した低周波成分ＰＹ２は、絶対値処理Ｂ１５が行われ処理値ｙ２となる。また、第１ハイパスフィルタ処理Ｂ１２を介した高周波成分ＰＸ２は、絶対値処理Ｂ１６が行われ処理値ｘｅ２となる。処理値ｙ２は、正規化処理Ｂ３１をされて第１正規化値ｎｙ２を得て、処理値ｘｅ２は正規化処理Ｂ３２をされて第２正規化値ｎｘｅ２を得て、これらより振幅比算出処理Ｂ３３を行い、振幅比値Ｒｖ２を得る。

【0055】

これと平行して、絶対値処理Ｂ１５と絶対値処理Ｂ１６より得られる処理値ｙ２と処理値ｘｅ２から、相互相関Ｂ１９の第２相互相関値ｅ２を算出する。そして、相互相関Ｂ１９の処理の後、第２相互相関値ｅ２は絶対値処理Ｂ２１を経て処理値ｘｃｏｒ２を得る。一方で、第２台車３０Ｂの第２加速度センサ３４Ｂより得られる第２Ｙ軸方向データＳＹ２と、第２加速度センサ３４Ｂの近接した位置に備えられた第５加速度センサ３４Ｅより得られる第５Ｙ軸方向データＳＹ５がコヒーレンス処理Ｂ３５されて、第２コヒーレンス値Ｃｏｈｒ２を得る。この第２コヒーレンス値Ｃｏｈｒ２と振幅比値Ｒｖ２とが掛け合わされた値と、処理値ｘｃｏｒ２とが掛け合わされて、第２の処理値ｘｃｏｒを得る。

【0056】

そして、第１の処理値ｘｃｏｒと第２の処理値ｘｃｏｒとを比較した上で、値の小さい方が規定時間内に規定値を超える割合がしきい値以上で、かつ、規定時間内の平均振幅がしきい値以上の場合に、異常として判断する。例えば第２の処理値ｘｃｏｒの値が小さかった場合には、第２の処理値ｘｃｏｒが規定時間内に規定値を超える割合を調べ、それがしきい値異常であるかを判断し、また、規定時間内の平均振幅がしきい値以上であるかを判断する。この２つの条件を満たした場合、鉄道車両１００の推進軸４０の異常だと判断する。

【0057】

第４実施形態の鉄道車両１００の異常検知装置は上記構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。

【0058】

まず、鉄道車両１００の回転機構の異常を検出するにあたり、誤検知を防ぐことが可能になる。これは、鉄道車両１００の異常検知装置において、加速度センサ３４は、第１加速度センサ３４Ａを含み、演算処理部９０で、第１加速度センサ３４Ａから得られる加速度データである第１Ｙ軸方向データＳＹ１や第１Ｘ軸方向データＳＸ１などより低周波成分ｙ１と高周波成分ｘｅ１を得て、第１相互相関値ｅ１を算出し、低周波成分ｙ１を正規化処理Ｂ３１して第２正規化処理データにあたる第１正規化値ｎｙ１を得て、高周波成分ｘｅ１を正規化処理Ｂ３２して第２正規化処理データにあたる第２正規化値ｎｘｅ１を得て第１正規化値ｎｙ１と第２正規化値ｎｘｅ１の振幅比を算出して振幅比値Ｒｖ１を得て、第１相互相関値ｅ１と振幅比値Ｒｖ１を用い、鉄道車両１００に備えられた回転機構である推進軸４０などの異常判定を行う。

【0059】

また、加速度センサ３４は、第２加速度センサに相当する第４加速度センサ３４Ｄを含み、演算処理部９０で、第１加速度センサ３４Ａより得られたデータである第１Ｙ軸方向データＳＹ１と第４加速度センサ３４Ｄより得られたデータである第４Ｙ軸方向データＳＹ４を用いてコヒーレンス処理Ｂ３５した値である第１コヒーレンス値Ｃｏｈｒ１と、第１処理値ｘｃｏｒ１と振幅比値Ｒｖ１を掛け合わせた値の処理値を用いて、第１の処理値ｘｃｏｒを得て、鉄道車両１００に備えられた推進軸４０などの異常判定を行う。この際には、第５加速度センサ３４Ｅより得られたデータである第１Ｘ軸方向データＳＸ１を用いてコヒーレンス処理Ｂ３５した値である第２コヒーレンス値Ｃｏｈｒ２と、第２処理値ｘｃｏｒ２と振幅比値Ｒｖ２を掛け合わせた値の処理値ｘｃｏｒ２を用いて、第２の処理値ｘｃｏｒを得る。そして、第１の処理値ｘｃｏｒと第２の処理値ｘｃｏｒのより値の小さい方が規定時間内に規定値を超える割合がしきい値以上、かつ規定時間の平均振幅がしきい値以上の場合に異常として検出する。

【0060】

こうした手法を用いることで、例えばエンジン始動時や空ぶかし時などの特定の周波数が発生して誤検知に繋がる可能性があるシーンにも対応が可能である。鉄道車両１００のエンジン始動時には、加速度の低周波数成分が大きくなる傾向があり、一方、空ぶかし時には加速度の高周波成分が大きくなる傾向があることが知られている。したがって、鉄道車両１００の固有振動数などによっては第１実施形態乃至第３実施形態で説明した態様の技術だけでは誤検知をする可能性もある。また、繰り返し雑音による誤検知のリスクも考えられ、こうしたケースにおいても第４実施形態で示したコヒーレンス処理Ｂ３５を行うことで、誤検知の発生を低減させることが可能となる。

【0061】

これは、複数の加速度方向・周波数の組み合わせに、加速度の低周波成分と加速度の高周波成分の振幅比、及び加速度のコヒーレンス値を掛け合わせた値を監視しているからである。出願人の調査により正常時は加速度の低周波成分と加速度の高周波成分は相関が低く、異常時にこの相関が高くなることが分かっている。また、加速度の低周波成分と加速度の高周波成分の片方の成分が極端に大きくなった場合や、加速度センサに故障が発生した場合、振幅比を用いるだけでは対応できず、コヒーレンス値を用いる事が有効であることも判明している。このため、第４実施形態によって、例えばエンジン始動時や空ぶかし時の誤検知を抑え、検知精度を上げることが可能となる。

【0062】

以上、本発明に係る鉄道車両１００の異常検出方法の実施形態を説明したが、本発明はこれに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、第１実施形態乃至第４実施形態の鉄道車両１００はディーゼルエンジン１０による駆動方法を示しているが、電気モータなど他の駆動機関を対象に本発明の異常検出方法を用いることを妨げない。また、特に言及はしなかったが、第２実施形態では第１実施形態の推進軸４０の異常検出を併用しても良いし、推進軸４０の異常検出についても加速度センサ３４を１つだけ用いて検出する手法を採ることを妨げない。もちろん、補機軸の異常検出に複数の加速度センサ３４のデータを用いることも同様である。

【符号の説明】

【0063】

１０ ディーゼルエンジン
２０ 車体
３０ 台車
３４ 加速度センサ
４０ 推進軸
５０ 落下防止装置
９０ 演算処理部
１００ 鉄道車両

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】