(57)【要約】【課題】簡易に走行台車の寿命を計測することができる荷重推定装置を提供する。【解決手段】荷重推定装置は、車輪を支持する走行台車本体又は前記走行台車本体に取り付けられた車体の少なくとも一方に取り付けられた、第１の加速度を測定する加速度センサと、加速度と、荷重とが対応付けられている予め取得された荷重情報と、前記第１の加速度とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重を推定する制御部と、を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を支持する走行台車本体又は前記走行台車本体に取り付けられた車体の少なくとも一方に取り付けられた、第１の加速度を測定する加速度センサと、
加速度と、荷重とが対応付けられている予め取得された荷重情報と、前記第１の加速度とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重を推定する制御部と、
を備える、荷重推定装置。
【請求項２】
前記荷重情報において、加速度の経時変化によって決定される加速度の周波数がさらに対応付けられており、
前記制御部は、
前記荷重情報と、前記第１の加速度とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重をさらに推定する、
請求項１に記載の荷重推定装置。
【請求項３】
前記荷重情報において、前記加速度センサの位置に対応する情報がさらに対応付けられており、
前記制御部は、
前記荷重情報と、前記第１の加速度とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重をさらに推定する、
請求項１又は２に記載の荷重推定装置。
【請求項４】
前記荷重情報において、加速度の経時変化によって決定される加速度の周波数がさらに対応付けられており、
前記荷重情報において、前記加速度センサの位置に対応する情報がさらに対応付けられており、
前記加速度センサの前記位置が、前記走行台車本体上であることを示す場合、前記周波数は、固有振動数ｆｃｈ×√２未満であって、ｆｃｈは、前記車体と前記走行台車本体とをつなぐ空気ばねのばね定数と、車体質量とに基づいて決定される値であり、
前記加速度センサの前記位置が、前記車体上であることを示す場合、前記周波数は、ｆｃｈ×√２以上である、
請求項１に記載の荷重推定装置。
【請求項５】
前記荷重情報において、複数の車体質量がさらに対応付けられており、
前記制御部は、
前記車体質量をさらに取得し、
前記荷重情報と、前記第１の加速度と、前記車体質量とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重をさらに推定する、
請求項１から４のいずれか一項に記載の荷重推定装置。
【請求項６】
前記荷重情報において、前記走行台車本体又は前記車体の少なくとも一方に取り付けられた複数の加速度センサが取り付けられている複数の位置がさらに対応付けられており、
前記制御部は、前記複数の加速度センサによって測定された複数の加速度と、前記荷重情報とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重を推定する、請求項１から５のいずれか一項に記載の荷重推定装置。
【請求項７】
警報装置をさらに備え、
前記制御部は、予め設定された限界荷重と、前記走行台車本体に対する荷重の合計とに基づいて前記走行台車本体が寿命に達したか否かを判定し、
前記制御部が、前記走行台車本体が寿命に達したと判定した場合、前記警報装置に警報を発生させるための信号を送信する、
請求項１から６のいずれか一項に記載の荷重推定装置。
【請求項８】
前記制御部は、
案内軌条から前記走行台車本体に加わる荷重を推定する場合、前記車体の長手方向に対して左右方向の加速度を測定可能な加速度センサに少なくとも基づいて、前記荷重を推定し、
路面から前記走行台車本体に加わる荷重を推定する場合、前記車体の長手方向に対して上下方向の加速度を測定可能な加速度センサに少なくとも基づいて、前記荷重を推定する、
請求項１から７のいずれか一項に記載の荷重推定装置。
【請求項９】
荷重検知装置が、前記走行台車本体又は前記車体の少なくとも一方にさらに取り付けられており、
前記荷重検知装置は、前記走行台車本体に対する第２の荷重を測定する荷重センサと、第２の加速度を測定する加速度センサとを備え、
前記制御部は、前記第２の荷重と、前記第２の加速度とを、前記荷重情報に追加する、
請求項１から８のいずれか一項に記載の荷重推定装置。
【請求項１０】
前記加速度センサが、前記車体のみに取り付けられており、
前記制御部は、
前記第１の加速度により取得される加速度の経時変化によって取得される周波数が、前記走行台車本体と前記車体との間に取り付けられている空気ばねのばね定数と、前記車体の質量とから決定される振動数ｆｃｈに対して、ｆｃｈ×√２以上である場合、前記第１の加速度を補正し、
前記補正された第１の加速度に基づいて、前記走行台車本体に対する荷重を推定する、
請求項１に記載の荷重推定装置。
【請求項１１】
車輪を支持する走行台車本体又は前記走行台車本体に取り付けられた車体の少なくとも一方に取り付けられた、第１の加速度を測定するステップと、
加速度と、荷重とが対応付けられている予め取得された荷重情報と、前記第１の加速度とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重を推定するステップと、
を備える、荷重推定方法。
【請求項１２】
荷重推定装置のコンピュータに、
車輪を支持する走行台車本体又は前記走行台車本体に取り付けられた車体の少なくとも一方に取り付けられた、第１の加速度を測定するステップと、
加速度と、荷重とが対応付けられている予め取得された荷重情報と、前記第１の加速度とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重を推定するステップと、
を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷重推定装置、荷重推定方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
新交通システム車両において、タイヤが取り付けられている走行台車が破損した場合には、大きな事故につながる恐れがある。そのため、走行台車が破損するとき、すなわち、台車の寿命を知るために、走行台車をモニタリングし、寿命を判断する必要がある。特許文献１では、案内軌条式鉄道の車両の台車の懸架枠に設けた加速度センサを用いて、台車の或る状態量の時刻歴応答波形として、懸架枠の加速度信号の時刻歴応答波形を求める技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５６９１３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来では、走行台車の寿命は、ひずみゲージを用いて、走行台車にかかる荷重を測定することによって計測していた。しかしながら、長期間に亘って荷重のモニタリングを実施する場合、ひずみゲージの養生等に手間がかかり、運用上困難であった。
また、荷重を推定しないで、加速度のみから寿命を計測する場合、どの程度の加速度で異常が発生するかの閾値を設定することは困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、簡易な方法で走行台車の寿命を計測し、車両の健全性を評価するために、加速度を用いて走行台車にかかる荷重を推定することが可能な荷重推定装置、荷重推定方法及びプログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の態様によれば、荷重推定装置は、車輪を支持する走行台車本体又は前記走行台車本体に取り付けられた車体の少なくとも一方に取り付けられた、第１の加速度を測定する加速度センサと、加速度と、荷重とが対応付けられている予め取得された荷重情報と、前記第１の加速度とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重を推定する制御部と、を備える。
【０００７】
本発明の第２の態様によれば、前記荷重情報において、加速度の経時変化によって決定される加速度の周波数がさらに対応付けられており、前記制御部は、前記荷重情報と、前記第１の加速度とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重をさらに推定する。
【０００８】
本発明の第３の態様によれば、前記荷重情報において、前記加速度センサの位置に対応する情報がさらに対応付けられており、前記制御部は、前記荷重情報と、前記第１の加速度とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重をさらに推定する。
【０００９】
本発明の第４の態様によれば、前記荷重情報において、加速度の経時変化によって決定される加速度の周波数がさらに対応付けられており、前記荷重情報において、前記加速度センサの位置に対応する情報がさらに対応付けられており、前記加速度センサの前記位置が、前記走行台車本体上であることを示す場合、前記周波数は、固有振動数ｆｃｈ×√２未満であって、ｆｃｈは、前記車体と前記走行台車本体とをつなぐ空気ばねのばね定数と、車体質量とに基づいて決定される値であり、前記加速度センサの前記位置が、前記車体上であることを示す場合、前記周波数は、ｆｃｈ×√２以上である。
【００１０】
本発明の第５の態様によれば、前記荷重情報において、複数の車体質量がさらに対応付けられており、前記制御部は、前記車体質量をさらに取得し、前記荷重情報と、前記第１の加速度と、前記車体質量とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重をさらに推定する。
【００１１】
本発明の第６の態様によれば、前記荷重情報において、前記走行台車本体又は前記車体の少なくとも一方に取り付けられた複数の加速度センサが取り付けられている複数の位置がさらに対応付けられており、前記制御部は、前記複数の加速度センサによって測定された複数の加速度と、前記荷重情報とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重を推定する。
【００１２】
本発明の第７の態様によれば、前記荷重推定装置が、警報装置をさらに備え、前記制御部は、予め設定された限界荷重と、前記走行台車本体に対する荷重の合計とに基づいて前記走行台車本体が寿命に達したか否かを判定し、前記制御部が、前記走行台車本体が寿命に達したと判定した場合、前記警報装置に警報を発生させるための信号を送信する。
【００１３】
本発明の第８の態様によれば、前記荷重推定装置では、前記制御部は、案内軌条から前記走行台車本体に加わる荷重を推定する場合、前記車体の長手方向に対して左右方向の加速度を測定可能な加速度センサに少なくとも基づいて、前記荷重を推定し、路面から前記走行台車本体に加わる荷重を推定する場合、前記車体の長手方向に対して上下方向の加速度を測定可能な加速度センサに少なくとも基づいて、前記荷重を推定する。
【００１４】
本発明の第９の態様によれば、前記荷重推定装置では、荷重検知装置が、前記走行台車本体又は前記車体の少なくとも一方にさらに取り付けられており、前記荷重検知装置は、前記走行台車本体に対する第２の荷重を測定する荷重センサと、第２の加速度を測定する加速度センサとを備え、前記制御部は、前記第２の荷重と、前記第２の加速度とを、前記荷重情報に追加する。
【００１５】
本発明の第１０の態様によれば、前記荷重推定装置では、前記加速度センサが、前記車体に少なくとも取り付けられており、前記制御部は、前記第１の加速度により取得される加速度の経時変化によって取得される周波数が、前記走行台車本体と前記車体との間に取り付けられている空気ばねのばね定数と、前記車体の質量とから決定される振動数ｆｃｈに対して、ｆｃｈ×√２以上である場合、前記第１の加速度を補正し、前記補正された第１の加速度に基づいて、前記走行台車本体に対する荷重を推定する。
【００１６】
本発明の第１１の態様によれば、荷重推定方法は、車輪を支持する走行台車本体又は前記走行台車本体に取り付けられた車体の少なくとも一方に取り付けられた、第１の加速度を測定するステップと、加速度と、荷重とが対応付けられている予め取得された荷重情報と、前記第１の加速度とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重を推定するステップと、を備える。
【００１７】
本発明の第１２の態様によれば、プログラムは、荷重推定装置のコンピュータに、車輪を支持する走行台車本体又は前記走行台車本体に取り付けられた車体の少なくとも一方に取り付けられた、第１の加速度を測定するステップと、加速度と、荷重とが対応付けられている予め取得された荷重情報と、前記第１の加速度とに基づいて、前記走行台車本体に対する荷重を推定するステップと、を実行させる。
【発明の効果】
【００１８】
上記態様のうち少なくともいずれかの態様によれば、加速度センサによって走行台車にかかる荷重を推定することができ、簡易に走行台車の寿命を計測し、容易に車両の健全性を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１の実施形態に係る荷重推定装置の加速度センサが取り付けられた車両の概要を説明する図である。
【図２】第１の実施形態に係る荷重推定装置の加速度センサが取り付けられた車両の側面図である。
【図３】第１の実施形態に係る荷重推定装置の機能構成を説明する図である。
【図４】第１の実施形態に係る荷重の推定値と実測値との関係を説明する図である。
【図５】第１の実施形態に係る周波数と観測頻度との関係を説明する図である。
【図６】第１の実施形態に係る荷重情報のデータの構造を説明する図である。
【図７】第１の実施形態に係る荷重推定装置の処理フローを説明する図である。
【図８】第２の実施形態に係る荷重推定装置の加速度センサが取り付けられた車両の側面図である。
【図９】第２の実施形態に係る荷重推定装置の機能構成を説明する図である。
【図１０】第２の実施形態に係る荷重推定装置の処理フローを説明する図である。
【図１１】第３の実施形態に係る荷重推定装置の加速度センサが取り付けられた車両の側面図である。
【図１２】第３の実施形態に係る荷重推定装置１０の機能構成を説明する図である。
【図１３】第３の実施形態に係る荷重情報及び補正情報のデータの構造を説明する図である。
【図１４】第３の実施形態に係る荷重推定装置の処理フローを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
＜第１の実施形態＞
以下、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０について、図１から図７を参照しながら説明する。
【００２１】
（全体構成）
図１は、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０の加速度センサ４Ａから４Ｇが取り付けられた車両１の概要を説明する図である。
図２は、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０の加速度センサ４Ａから４Ｇが取り付けられた車両１の側面図である。車両１は、車体２と、走行台車３Ａ及び３Ｂと、加速度センサ４Ａから４Ｇと、車輪５と、制御装置６と、空気ばね７とを備える。車体２は、新交通システムの車両であっても、車又は鉄道車両であってもよい。車体２と、走行台車３は、空気ばね７を介して連結されている。空気ばね７は、走行台車３Ａ及び３Ｂの振動を車体２に伝えにくくするものであり、走行台車３Ａ及び３Ｂの振動を車体２に伝えにくくするものであれば空気ばねでなくてもよい。走行台車３Ａ及び３Ｂと、車輪５とは輪軸を介して連結されていてもよい。車輪５は、ゴム製のタイヤであってもよく、鉄道用の金属製車輪であってもよい。加速度センサ４Ａから４Ｆは、走行台車３Ａ及び３Ｂに取り付け部材によって取り付けられている。さらに、加速度センサ４Ｇが、車体２に取り付け部材によって取り付けられていてもよい。取り付け部材は、例えば、接着剤、両面テープ、磁石、ねじ、その他の加速度センサを車体に取り付け可能な部材である。
【００２２】
加速度センサ４Ａから４Ｇは、走行台車３Ａ及び３Ｂ上、又は、車体２上の加速度センサ４Ａから４Ｇが取り付けられている位置の加速度を測定する。例えば、加速度センサ４Ａから４Ｇは、取り付け面に対して垂直方向の加速度を測定できない加速度センサであるとする。このとき、車両１の進行方向に対して前後方向及び上下方向の加速度を測定したい場合は、走行台車３Ａ及び３Ｂ、又は、車体２の側面に加速度センサが取り付けられていればよい。また、車両１の進行方向に対して左右方向及び上下方向の加速度を測定したい場合は、走行台車３Ａ及び３Ｂ、又は、車体２の前面又は後面に加速度センサが取り付けられていればよい。加速度センサ４Ａから４Ｇが、取り付け面に関わらず全方向の加速度を測定できるセンサである場合は、走行台車３Ａ及び３Ｂ、又は、車体２の側面、前面、後面、上面、底面のいずれに加速度センサが取り付けられていればよい。
【００２３】
加速度センサ４Ａから４Ｆは、走行台車３Ａ及び３Ｂの側面に２つ、前面に１つ取り付けられている。加速度センサ４Ｇは、車体２の側面に１つ取り付けられている。ここで、加速度センサの数は、これらの数に限定されず、例えば、走行台車３Ａ及び３Ｂの側面に１つのみであってもよく、走行台車３Ａ及び３Ｂの後面に１つのみであってもよい。あるいは、走行台車３Ａ及び３Ｂの両側面に４つずつ、走行台車３Ａ及び３Ｂの前面と後面に４つずつ取り付けられてもよく、加速度センサが、走行台車３Ａ及び３Ｂの任意の場所、例えば、走行台車３Ａ及び３Ｂの側面、前面、後面、上面、底面、内部に任意の数だけ取り付けられていればよい。あるいは、加速度センサは、車体２の任意の場所、例えば、車体２の側面、前面、後面、上面、底面、内部に任意の数だけ取り付けられていればよい。あるいは、走行台車３Ａ、３Ｂ、又は車体２の少なくとも１つの任意の場所、例えば、走行台車３Ａ、３Ｂ、又は車体２の側面、前面、後面、上面、底面、内部に任意の数だけ取り付けられていればよい。
【００２４】
制御装置６は、車体２内に取り付けられてもよく、車体２とは別車両の車体に取り付けられてもよく、又は車体２及び車両外のシステムセンター等に設けられてもよい。
【００２５】
なお、以下の説明では、車両１の進行方向（車体２の長手方向）を±Ｘ方向とし、進行方向の左右方向を±Ｙ方向とする。また、進行方向の上下方向を±Ｚ方向とする。
【００２６】
（荷重推定装置の機能構成）
図３は、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０の機能構成を説明する図である。
図３に示すように、荷重推定装置１０は、制御装置６と、加速度センサ４Ａ、４Ｂ、…とを備える。加速度センサ４Ａ、４Ｂ、…は、１つ以上の加速度センサを示している。以下の説明では、便宜上、加速度センサ４Ａのみを用いて説明するが、加速度センサ４Ｂ以下も同様の構成を有するものとする。
制御装置６は、ＣＰＵ６１と、警報装置６２と、記憶部６３とを備える。
ＣＰＵ６１は、予め用意されたプログラムに従って動作することで種々の機能を発揮し、荷重推定装置１０の動作全体を司るプロセッサである。ＣＰＵ６１は、制御部６１１として機能する。
【００２７】
加速度センサ４Ａは、走行台車３Ａにおける加速度センサ４Ａが取り付けられている位置である加速度計測点Ｐ４Ａの加速度を測定する。また、加速度センサ４Ａは、制御部６１１に測定された加速度ａ１を送信する。
【００２８】
制御部６１１は、加速度センサ４Ａによって測定された加速度ａ１を取得する。制御部６１１は、記憶部６３に記憶されている荷重情報６３１を参照して、加速度計測点Ｐ４Ａに対応する周波数帯域ｆＡを取得する。制御部６１１は、取得された加速度の経時変化によって決定される周波数を測定する。制御部６１１は、測定された周波数が、周波数帯域ｆＡ内の周波数であるか否か判定する。測定された周波数が、周波数帯域ｆＡ内の周波数である場合、制御部６１１は、荷重情報６３１を参照して、加速度ａ１に対応する荷重ＦＡ１を取得する。このとき、制御部６１１は、走行台車３Ａに対する荷重Ｆは、ＦＡ１であると推定する。
【００２９】
ここで、制御部６１１が加速度ａ１についての周波数を測定することは、制御部６１１が、加速度ａ１の測定時前後一定期間に測定された加速度の変化に基づいて周波数を測定することであってもよい。また、制御部６１１は、加速度ａ１の測定時前一定期間に測定された加速度の変化に基づいて周波数を測定してもよい。また、加速度ａ１の測定時後一定期間に測定された加速度の変化に基づいて周波数を測定してもよい。また、荷重情報６３１に記憶された周波数帯域ｆＡ、ｆＢ、…、ｆＧにおける最小周波数をｆＭＩＮとする。このとき、上述した測定時前後一定期間、測定時前一定期間、又は測定時後一定期間とは、１÷ｆＭＩＮ以上の期間であってもよく、又は、周波数を決定することができる任意の期間に設定されてもよい。
【００３０】
制御部６１１は、記憶部６３の応力情報６３２を参照し、
（評価したい位置の応力σi＝推定された荷重Ｆ×応力を評価したい位置に対する応力を推定するための係数ｋ）                                      ・・・（式１）
に基づいて、推定した荷重Ｆと、応力を評価したい位置に対する応力を推定するための係数ｋとから、評価したい位置の応力σiを推定する。
ここで、応力情報６３２は、走行台車３上の応力を評価したい位置の情報と、応力を評価したい位置に対する応力を推定するための係数とが対応付けられた情報である。応力情報６３２は、事前のＦＥＭ解析等により、事前に準備される。
【００３１】
制御部６１１は、記憶部６３の損傷情報６３３を参照し、推定された応力σiに基づいて疲労損傷が発生するか否かを判定する。ここで、損傷情報６３３は、応力を評価したい位置についての応力と、疲労損傷までの繰り返し回数とから算出されたＳ−Ｎ曲線についての情報である。損傷情報６３３は、事前の疲労評価の実施により、事前に準備される。
具体的には、制御部６１１は、累積疲労損傷則を用いて、疲労損傷が発生するか否かを判定する。累積疲労損傷則では、様々な応力がランダムに発生している状態を、σ１、σ２、…、σiなどの異なる応力が単独に繰り返されたものの和として、疲労損傷が発生するか否かが判定される。例えば、事前の応力波形分析により、疲労損傷評価対象物にσ１、σ２、…、σiの応力を発生させるとする。そのとき、破断までの繰り返し回数をＳ−Ｎ曲線から読取り、Ｎ１、Ｎ２、…、Ｎiとする。ここで、これらの応力がそれぞれｎ１、ｎ２、…、ｎi回繰り返されるとすると、その損傷度を、ｎ１／Ｎ１、ｎ２／Ｎ２、…、ｎi／Ｎiと表すことができる。これらの損傷度の和を全体の損傷度Ｄとすると、Ｄは以下の式で表される。
Ｄ＝ｎ１／Ｎ１＋ｎ２／Ｎ２＋…＋ｎi／Ｎi＝Σｎi／Ｎi  ・・・（式２）
【００３２】
Ｄ＜１であるとき、制御部６１１は、疲労損傷が発生しないと判定し、制御部６１１は、加速度の測定に戻る。Ｄ≧１であるとき、制御部６１１は、疲労損傷が発生すると判定し、走行台車３が寿命であると判定し、警報装置６２に警報を鳴らす信号を送信する。
【００３３】
警報装置６２は、制御部６１１が信号を受信すると、警報を鳴らし、疲労損傷が発生することを知らせる。
記憶部６３は、荷重情報６３１と、応力情報６３２と、損傷情報６３３とを記憶している。
荷重情報６３１は、制御部６１１が加速度センサ４から取得した加速度から荷重を推定するときに参照される。
応力情報６３２は、制御部６１１が推定された荷重から評価したい位置の応力を推定するときに参照される。
損傷情報６３３は、制御部６１１が推定された応力から寿命を予測するときに参照される。
記憶部６３は、荷重推定装置１０に内蔵される大容量記憶装置（不揮発性メモリ）であって、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等である。記憶部６３は、補助記憶装置とも呼ばれ、取得された情報が記録されている。
【００３４】
以上の説明では、走行台車３Ａに対する荷重の推定については、加速度センサ４Ａを用いて述べたが、加速度センサ４Ｂ、４Ｃ、又は４Ｇが使用されてもよい。また、走行台車３Ｂに対する荷重の推定については、加速度センサ４Ｄから４Ｇが使用されてもよい。
【００３５】
（加速度からの荷重推定）
次に、加速度と荷重の関係について説明する。
図４は、第１の実施形態に係る荷重の推定値と実測値との関係を説明する図である。
図４の横軸は、時間〔ｓ〕を示し、縦軸は荷重〔ｋＮ〕を示している。実線は、走行台車上の任意の位置において、荷重センサによって測定された荷重の実測値を示している。破線は、走行台車又は車体上の任意の位置において、加速度センサによって測定された加速度の値に対して走行台車の質量の値を乗じて算出された荷重の推定値を示している。図４に示されるように、荷重センサによって測定された荷重の実測値と、加速度センサによって測定された加速度の値から算出された荷重の推定値とは、相関がある。従って、加速度の値から走行台車にかかる荷重の値を推定することができる。
【００３６】
（加速度評価点と周波数の関係）
次に、加速度評価点と周波数の関係について説明する。
図５は、第１の実施形態に係る周波数と観測頻度との関係を説明する図である。
図５の横軸は、荷重の周波数〔Ｈｚ〕を示し、縦軸は、観測頻度を示している。観測頻度は、観測回数の全体に占める特定の周波数の観測頻度を示している。荷重の周波数と、加速度センサ４Ａにおいて測定された加速度によって推定された荷重の推定値の周波数と、加速度センサ４Ｂにおいて測定された加速度によって推定された荷重の推定値の周波数は、走行台車３Ａの揺れに起因している。例えば、滑らかなコンクリート面を走行する場合は、走行台車３Ａの揺れが小刻みとなるため、周波数の値は大きい。一方、砂利等の障害物がある路面や、亀裂や段差がある路面を通過する場合は、走行台車３Ａの揺れが小刻みでなくなるため、周波数の値は小さい。また、車体２が、空車である場合、定員の乗客が乗っている場合、満車である場合等の車体２の重さによっても、周波数の値は、変化しうる。
【００３７】
図５の実線は、走行台車３Ａの任意の加速度評価点において、荷重センサによって測定された荷重の実測値の周波数分布を示している。破線は、加速度センサ４Ａが取り付けられている加速度評価点において、加速度センサ４Ａによって測定された加速度の値に対して走行台車３Ａの質量の値を乗じて算出された荷重の推定値の周波数分布を示している。一点鎖線は、加速度センサ４Ｂが取り付けられている加速度評価点において、加速度センサ４Ｂによって測定された加速度の値に対して走行台車３Ａの質量の値を乗じて算出された荷重の推定値の周波数分布を示している。
【００３８】
図５に示されるように、荷重の実測値の周波数と、加速度センサ４Ａによって測定された加速度によって推定された荷重の推定値の周波数が周波数帯域ｆＡにおいて相関がある。このため、加速度センサ４Ａにおいて測定された加速度の周波数がｆＡ内の周波数である場合は、加速度センサ４Ａで測定された加速度を使用して荷重を推定してもよい。同様に、荷重の実測値の周波数と、加速度センサ４Ｂによって測定された加速度によって推定された荷重の推定値の周波数が周波数帯域ｆＢにおいて相関がある。このため、加速度センサ４Ｂにおいて測定された加速度の周波数がｆＢ内の周波数である場合は、加速度センサ４Ｂで測定された加速度を使用して荷重を推定してもよい。
【００３９】
しかしながら、荷重の実測値の周波数と、加速度センサ４Ａによって測定された加速度によって推定された荷重の推定値の周波数が周波数帯域ｆＡ以外では相関がない。このため、加速度センサ４Ａにおいて測定された加速度の周波数がｆＡ以外の周波数である場合は、荷重の推定において、加速度センサ４Ａで測定された加速度を使用しない。同様に、荷重の実測値の周波数と、加速度センサ４Ｂによって測定された加速度によって推定された荷重の推定値の周波数が周波数帯域ｆＢ以外では相関がない。このため、加速度センサ４Ｂにおいて測定された加速度の周波数がｆＢ以外の周波数である場合は、荷重の推定において、加速度センサ４Ｂで測定された加速度を使用しない。
【００４０】
（荷重情報）
次に、記憶部６３に記憶される荷重情報６３１について説明する。
図６は、データベースとして記憶部６３に記憶される第１の実施形態に係る荷重情報６３１のデータの構造を説明する図である。
荷重情報６３１は、事前に機構解析等により取得された、加速度評価点と、周波数帯域と、加速度と、荷重との関係が記憶された情報である。当該関係を構築するときには、走行台車又は車体の少なくとも一方上の現実的に計測可能な加速度評価点における加速度センサによって、加速度が測定され、走行台車３上の任意点における荷重センサによって、荷重が測定される。本実施形態では、実施例として、事前に、図２の加速度センサ４Ａが取り付けられている加速度評価点Ｐ４Ａにおいて、加速度と、荷重の測定が行われたものとする。ここで、加速度センサ４Ａにより測定された加速度の周波数と、荷重センサにより測定された荷重の周波数に相関があるとする。このとき、相関が観測された加速度計測点Ｐ４Ａと、周波数帯域ｆＡと、加速度センサ４Ａにより測定された加速度ａ１からａ３と、これらにそれぞれ対応する荷重ＦＡ１からＦＡ３とを荷重情報６３１に記憶する。同様に、事前に、図２の加速度センサ４Ｂが取り付けられている加速度評価点Ｐ４Ｂにおいて、加速度と、荷重の測定が行われたものとする。ここで、加速度センサ４Ｂにより測定された加速度の周波数と、荷重センサにより測定された荷重の周波数に相関があるとする。このとき、相関が観測された加速度計測点Ｐ４Ｂと、周波数帯域ｆＢと、加速度センサ４Ｂにより測定された加速度ｂ１、ｂ２と、これらにそれぞれ対応する荷重Ｆ４、Ｆ５とを荷重情報６３１に記憶する。
【００４１】
上記の例では、荷重情報６３１には、加速度センサ４Ａの加速度評価点Ｐ４Ａについて、周波数がｆＡ内の周波数に対応するデータは存在するが、ｆＢ内の周波数に対応するデータは存在しない。同様に、荷重情報６３１には、加速度センサ４Ｂの加速度評価点Ｐ４Ｂについて、周波数がｆＢ内の周波数に対応するデータは存在するが、ｆＡ内の周波数に対応するデータは存在しない。
【００４２】
荷重情報６３１は、荷重を評価したい走行台車ごとに構築されていてもよい。
走行台車３Ａ上の荷重センサによって走行台車３Ａに対する荷重を測定するとき、走行台車３Ａ上の任意の位置において同一の荷重が測定されると考えられる。従って、荷重情報６３１を構築するときの荷重センサの位置は、走行台車３Ａ上であれば任意の位置であってよい。
また、荷重と、複数の計測点での加速度との関係は、重回帰分析によって構築されてもよい。
【００４３】
（荷重推定装置１０の処理フロー）
図７は、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０の処理フローを説明する図である。以下の説明では、便宜上、加速度センサ４Ａのみを用いて説明するが、加速度センサ４Ｂ以下も同様の構成を有するものとする。
図７に示す処理フローは、車両１の運行において繰り返し実行される。
【００４４】
まず、加速度センサ４Ａによって、走行台車３Ａにおける加速度センサ４Ａが取り付けられている位置の加速度ａ１を測定する（ステップＳ１０１）。加速度センサ４Ａは、制御部６１１に測定された加速度ａ１を送信する。制御部６１１は、加速度センサ４Ａによって測定された加速度ａ１を取得する。制御部６１１は、記憶部６３に記憶されている荷重情報６３１を参照して、加速度計測点Ｐ４Ａに対応する周波数帯域ｆＡを取得する。制御部６１１は、取得された加速度ａ１の経時変化によって決定される周波数を測定する。制御部６１１は、測定された周波数が、周波数帯域ｆＡ内の周波数であるか否か判定する。測定された周波数が、周波数帯域ｆＡ内の周波数である場合、制御部６１１は、荷重情報６３１を参照して、加速度ａ１に対応する荷重ＦＡ１を取得する。このときに、制御部６１１は、走行台車３Ａに対する荷重Ｆは、ＦＡ１であると推定する（ステップＳ１０２）。
【００４５】
ここで、制御部６１１が加速度ａ１についての周波数を測定することは、制御部６１１が、加速度ａ１の測定時前後一定期間に測定された加速度の変化に基づいて周波数を測定することであってもよい。また、制御部６１１は、加速度ａ１の測定時前一定期間に測定された加速度の変化に基づいて周波数を測定してもよい。また、加速度ａ１の測定時後一定期間に測定された加速度の変化に基づいて周波数を測定してもよい。また、荷重情報６３１に記憶された周波数帯域ｆＡ、ｆＢ、…、ｆＧにおける最小周波数をｆＭＩＮとする。このとき、上述した測定時前後一定期間、測定時前一定期間、又は測定時後一定期間とは、１÷ｆＭＩＮ以上の期間であってもよく、又は、周波数を決定することができる任意の期間に設定されてもよい。
【００４６】
また、複数の加速度センサの加速度の測定を介して、同時に複数の荷重が測定されたとき、複数の荷重の平均値が、荷重Ｆとされてもよい。あるいは、複数の加速度センサの加速度の測定を介して、同時に複数の荷重が測定されたとき、重回帰分析によって、荷重Ｆが推定されてもよい。
【００４７】
次に、制御部６１１は、走行台車３が寿命であるか否かを判定する（ステップＳ１０３）。即ち、制御部６１１は、記憶部６３の応力情報６３２を参照し、上述した式１に基づいて、推定した荷重ＦＡ１と、応力を評価したい位置に対する応力を推定するための係数とから、評価したい位置の応力σiを推定する。制御部６１１は、記憶部６３の損傷情報６３３を参照し、推定された応力σiに基づいて疲労損傷が発生するか否かを判定する。
【００４８】
具体的には、制御部６１１は、累積疲労損傷則を用いて、疲労損傷が発生するか否かを判定する。累積疲労損傷則では、様々な応力がランダムに発生している状態を、σ１、σ２、…、σiなどの異なる応力が単独に繰り返されたものの和として、疲労損傷が発生するか否かが判定される。例えば、事前の応力波形分析により、疲労損傷評価対象物にσ１、σ２、…、σiの応力を発生させるとする。そのとき、破断までの繰り返し回数をＳ−Ｎ曲線から読取り、Ｎ１、Ｎ２、…、Ｎiとする。ここで、これらの応力がそれぞれｎ１、ｎ２、…、ｎi回繰り返されるとすると、その損傷度を、ｎ１／Ｎ１、ｎ２／Ｎ２、…、ｎi／Ｎiと表すことができる。これらの損傷度の和を全体の損傷度Ｄとすると、Ｄは上述した式２で表される。
【００４９】
Ｄ＜１であるとき（ステップＳ１０３：Ｎｏ）、制御部６１１は、疲労損傷が発生しないと判定し、制御部６１１は、加速度の測定（ステップＳ１０１）に戻る。Ｄ≧１であるとき（ステップＳ１０３：Ｙｅｓ）、制御部６１１は、疲労損傷が発生すると判定し、走行台車３Ａが寿命であると判定し、警報装置６２に警報を鳴らす信号を送信する。警報装置６２は、制御部６１１が信号を受信し、警報を鳴らし（ステップＳ１０４）、走行台車３Ａが寿命であることを知らせる。
【００５０】
以上のとおり、加速度センサが加速度を取得してから、荷重推定装置１０が走行台車３の寿命を知らせるまでの処理内容を説明した。
制御部６１１は、案内軌条から走行台車本体に加わる荷重を推定する場合には、車体の長手方向に対して左右方向の加速度を測定可能な加速度センサに少なくとも基づいて、荷重を推定してもよい。また、制御部６１１は、路面から走行台車本体に加わる荷重を推定する場合には、車体の長手方向に対して上下方向の加速度を測定可能な加速度センサに少なくとも基づいて、荷重を推定してもよい。
【００５１】
また、算出された荷重Ｆが、予め設定された設計荷重と比較し、設計荷重以上である場合にのみ、制御部６１１は、走行台車３が寿命であるか否かの判定を行ってもよい。設計荷重未満であれば、寿命に対して影響がないことが事前に確認しておく必要がある。
また、以上の説明では、走行台車３Ａについての荷重の推定について説明したが、同様にして走行台車３Ｂについての荷重が推定されてもよい。
【００５２】
（作用、効果）
第１の実施形態に係る荷重推定装置１０では、車輪５を支持する走行台車３Ａ本体又は走行台車３Ａ本体に取り付けられた車体２の少なくとも一方に取り付けられた、第１の加速度を測定する加速度センサ４Ａと、加速度と、荷重とが対応付けられている予め取得された荷重情報６３１と、第１の加速度とに基づいて、走行台車３Ａ本体に対する荷重を推定する制御部６１１と、を備える。
これにより、第１の実施形態において、荷重推定装置１０は、加速度センサ４Ａによって走行台車３Ａにかかる荷重を推定することができ、簡易に走行台車３Ａの寿命を計測し、容易に車両１の健全性を評価することができる。
【００５３】
（第１の実施形態の変形例）
以上、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０について詳細に説明したが、荷重推定装置１０の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
【００５４】
（第１の実施形態の第１の変形例）
例えば、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０において、図６では、荷重情報６３１は、事前に機構解析等により取得された、加速度評価点と、周波数帯域と、加速度と、荷重との関係が記憶された情報であると説明した。
ここで、第１の実施形態の第１の変形例として、乗客の多さにより変化する車体質量の変化をさらに考慮して、加速度から荷重を推定してもよい。
具体的には、第１の実施形態の第１の変形例では、データ取得試験時に、車体２の重さを変化させて、車体２の重さごとの荷重情報６３１が事前に構築されている。また、制御装置６は、車体２の重さを測定する乗客質量測定装置をさらに備えている。
【００５５】
制御部６１１は、乗客質量測定装置によって測定された乗客質量を取得する。制御部６１１は、取得された乗客質量に対応する荷重情報６３１’を、記憶部６３から取得する。制御部６１１は、加速度センサ４Ａによって測定された加速度ａ１を取得する。制御部６１１は、記憶部６３に記憶されている荷重情報６３１’を参照して、加速度計測点Ｐ４Ａに対応する周波数帯域ｆＡを取得する。制御部６１１は、取得された加速度の経時変化によって決定される周波数を測定する。制御部６１１は、測定された周波数が、周波数帯域ｆＡ内の周波数であるか否か判定する。測定された周波数が、周波数帯域ｆＡ内の周波数である場合、制御部６１１は、荷重情報６３１’を参照して、加速度ａ１に対応する荷重ＦＡ１を取得する。このときに、制御部６１１は、走行台車３Ａに対する荷重Ｆは、ＦＡ１であると推定する。
これによって、乗客質量によって用いる荷重推定ロジックを切り替えることで、荷重推定精度を向上させることができる。
【００５６】
（第１の実施形態の第２の変形例）
例えば、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０において、図６では、荷重情報６３１は、事前に機構解析等により取得された、加速度評価点と、周波数帯域と、加速度と、荷重との関係が記憶された情報であると説明した。
ここで、第１の実施形態の第２の変形例では、荷重情報６３１における走行台車３上の加速度評価点Ｐ４ＡからＰ４Ｆに対応する周波数帯域ｆＡからｆＦは、空気ばねのばね定数と車体質量から決まる固有振動数ｆｃｈに対して、ｆＡ、…、ｆＦ≧ｆｃｈ×√２であってもよい。また、荷重情報６３１における車体２上の加速度評価点Ｐ４Ｇに対応する周波数帯域ｆＧは、ｆＧ＜ｆｃｈ×√２であってもよい。
【００５７】
ｆｃｈ×√２以上の周波数とは、例えば、路面やガイドの小さい凹凸等によって発生する揺れに起因する周波数である。ｆｃｈ×√２以上の周波数を有する振幅については、空気ばねによって振幅が減衰するため、この周波数の加速度を車体２上の加速度センサで測定するのは困難な場合がある。
また、ｆｃｈ×√２未満の周波数とは、例えば、路面の大きな凹凸や、車両１が曲がる場合の遠心力によって発生する揺れに起因する周波数である。ｆｃｈ×√２未満の周波数を有する振幅については、空気ばねによる振幅の減衰は小さいため、この周波数の加速度を車体２上の加速度センサでも測定することができる。
これによって、荷重情報６３１において、車体２上で測定できる周波数と、走行台車３上で測定できる周波数とに分けられるため、荷重情報６３１の信頼性が向上するとともに、荷重推定精度を向上させることができる。
【００５８】
以上のとおり、固有振動数ｆｃｈの値の大きさによって、荷重情報６３１に記憶される情報が分けられていると説明した。ここで、ｆｃｈの値の大きさは、荷重情報６３１の構築時に調整されてもよい。
【００５９】
＜第２の実施形態＞
以下、第２の実施形態に係る荷重推定装置１０ついて、図８から図１０を参照しながら説明する。
【００６０】
（全体構成）
図８は、第２の実施形態に係る荷重推定装置１０の加速度センサ４Ａから４Ｇが取り付けられた車両の側面図である。
図８に示すように、第２の実施形態に係る荷重推定装置１０では、第１の実施形態に加え、更に、荷重検知装置８が走行台車３Ａの側面に取り付けられている。荷重検知装置８が取り付けられる位置は、図８に示すように走行台車３Ａの側面に限定されず、走行台車３Ａ、３Ｂ、又は車体２の任意の位置であってよい。
【００６１】
（荷重推定装置の機能構成）
図９は、第２の実施形態に係る荷重推定装置１０の機能構成を説明する図である。
図９に示すように、第２の実施形態に係る荷重推定装置１０は、第１の実施形態に加え、更に、荷重検知装置８を備えている。従って、第２の実施形態に係る荷重推定装置１０が備える荷重検知装置８以外の各構成要素は、特に言及する場合を除き、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０の各構成要素と同様に構成され、機能する。
【００６２】
荷重検知装置８は、加速度センサ８１と、荷重センサ８２とを備えている。加速度センサ８１は、実施形態１における加速度センサ４Ａから４Ｇと同様の機能を有する。さらに、加速度センサ８１は、走行中の走行台車３Ａの加速度ｃ１を測定し、制御部６１１に加速度ｃ１を示す信号を送信する。荷重センサ８２は、加速度センサ８１が加速度を測定するのと同時に、走行台車３Ａにかかる荷重Ｆ８を測定し、制御部６１１に荷重Ｆ８を示す信号を送信する。
【００６３】
荷重情報６３１には、荷重検知装置８の加速度計測点Ｐ８に対して、加速度と荷重との間に相関がある周波数帯域ｆ８が事前の機構解析等により記憶されている。
制御部６１１は、荷重情報６３１を参照し、加速度計測点Ｐ８に対応する周波数帯域ｆ８を取得する。制御部６１１は、測定された加速度ｃ１の周波数を測定する。制御部６１１は、測定された周波数が、周波数帯域ｆ８内の周波数であるか否か判定する。測定された周波数が、周波数帯域ｆ８内の周波数である場合、制御部６１１は、測定された加速度ｃ１と、荷重Ｆ８を荷重情報６３１に追加する。
【００６４】
（荷重推定装置１０の処理フロー）
図１０は、第２の実施形態に係る荷重推定装置１０の処理フローを説明する図である。
図１０に示す第２の実施形態に係る荷重推定装置１０の処理フローは、ステップＳ２０１からステップＳ２０３が更に追加されている点で、図７に示す第１の実施形態に係る荷重推定装置１０の処理フローと相違する。第２の実施形態に係る荷重推定装置１０は、ステップＳ２０１からステップＳ２０３以外の処理は、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０の処理と同様であるので、以下では、相違する処理について説明する。
【００６５】
まず、荷重検知装置８の加速度センサ８１は、走行中の走行台車３Ａの加速度ｃ１を測定し（ステップＳ２０１）、制御部６１１に加速度ｃ１を示す信号を送信する。同時に、荷重検知装置８の荷重センサ８２は、走行台車３Ａにかかる荷重Ｆ８を測定し（ステップＳ２０２）、制御部６１１に荷重Ｆ８を示す信号を送信する。制御部６１１は、荷重情報６３１を参照し、加速度計測点Ｐ８に対応する周波数帯域ｆ８を取得する。制御部６１１は、測定された加速度ｃ１の周波数を測定する。制御部６１１は、測定された周波数が、周波数帯域ｆ８内の周波数であるか否か判定する。測定された周波数が、周波数帯域ｆ８内の周波数である場合、制御部６１１は、測定された加速度ｃ１と、荷重Ｆ８を荷重情報６３１に追加する（ステップＳ２０３）。
【００６６】
ステップＳ２０３の次に、加速度センサ４Ａについて、第１の実施形態と同様にステップＳ１０１からＳ１０４の処理が行われ、図１０に示す処理フローが完了する。
【００６７】
以上のとおり、荷重検知装置８によって取得された情報が荷重情報６３１に追加された後で、加速度センサ４Ａによって、荷重推定の処理が行われることを説明した。ここで、車両１の運行中であれば、荷重検知装置８による荷重情報６３１への情報の追加はいつ行われてもよい。
また、算出された荷重Ｆが、予め設定された設計荷重と比較し、設計荷重以上である場合にのみ、制御部６１１は、走行台車３が寿命であるか否かの判定を行ってもよい。設計荷重未満であれば、寿命に対して影響がないことが事前に確認しておく必要がある。
また、以上の説明では、走行台車３Ａについての荷重の推定について説明したが、同様にして走行台車３Ｂについての荷重が推定されてもよい。
【００６８】
（作用、効果）
第２の実施形態に係る荷重推定装置１０では、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０に加えて、荷重検知装置８が、走行台車３Ａ本体又は車体２の少なくとも一方にさらに取り付けられており、荷重検知装置８は、走行台車３Ａ本体に対する第２の荷重を測定する荷重センサ８２と、第２の加速度を測定する加速度センサ８１とを備え、制御部６１１は、第２の荷重と、第２の加速度とを、荷重情報６３１に追加する。
これにより、実際の運行中の車両についての情報を荷重情報６３１に反映させることができるため、荷重推定精度を向上させることができる。
【００６９】
（第２の実施形態の変形例）
以上、第２の実施形態に係る荷重推定装置１０について詳細に説明したが、荷重推定装置１０の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
【００７０】
（第２の実施形態の第１の変形例）
例えば、第２の実施形態に係る荷重推定装置１０において、荷重情報６３１は、事前に機構解析等により取得された、加速度評価点と、周波数帯域と、加速度と、荷重との関係が記憶された情報であると説明した。
ここで、第２の実施形態の第１の変形例として、強度上問題ないと考えられる小さい荷重については、予め荷重情報６３１から除外してもよい。
具体的には、第２の実施形態の第１の変形例では、荷重情報６３１が事前の機構解析等により構築されるとき、荷重センサ８２によって測定された荷重が、走行台車３Ａの損傷に影響のないような小さい値であるとする。このとき、加速度評価点と、周波数帯域と、加速度と、荷重との関係を荷重情報６３１に記憶しない。
このようにすることで、荷重情報６３１には、走行台車３Ａの損傷に影響のある荷重に対応するデータしか使用しないため、有用な荷重情報６３１の構築にかかる時間を短縮することができる。
【００７１】
＜第３の実施形態＞
以下、第３の実施形態に係る荷重推定装置１０ついて、図１１から図１４を参照しながら説明する。
【００７２】
（全体構成）
図１１は、第３の実施形態に係る荷重推定装置１０の加速度センサ４Ｇが取り付けられた車両の側面図である。
図１１に示すように、第３の実施形態に係る荷重推定装置１０は、走行台車３Ａ及びＢには、加速度センサが取り付けられておらず、車体２のみに加速度センサ４Ｇを備えている。車体２上の加速度センサ４Ｇは、車体２の内部に取り付けられてもよく、又は、外部に取り付けられてもよい。
【００７３】
（荷重推定装置の機能構成）
図１２は、第３の実施形態に係る荷重推定装置１０の機能構成を説明する図である。
図１２に示すように、第３の実施形態に係る荷重推定装置１０は、第１の実施形態に加え、補正情報６３４を備えている。また、第３の実施形態では、記憶部６３は、荷重情報６３１’’を備えている。また、第３の実施形態に係る荷重推定装置１０の加速度センサは、加速度センサ４Ｇのみである。第３の実施形態に係る加速度センサ４Ｇは、第１又は第２の実施形態における加速度センサ４Ａから４Ｆと同様に構成され、機能する。また、第３の実施形態に係る荷重推定装置１０が備える各構成要素は、特に言及する場合を除き、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０の各構成要素と同様に構成され、機能する。
【００７４】
加速度センサ４Ｇは、走行台車３Ａにおける加速度センサ４Ｇが取り付けられている位置の加速度ｇ１’を測定する。さらに、加速度センサ４Ｇは、測定された加速度ｇ１’を制御部６１１に送信する。
【００７５】
制御部６１１は、加速度センサ４Ｇによって測定された加速度ｇ１’を取得する。制御部６１１は、取得された加速度ｇ１’の経時変化によって決定される周波数を測定する。制御部６１１は、測定された周波数の値が、空気ばねのばね定数と車体質量から決まる固有振動数ｆｃｈ×√２以上であるか否かを判定する。測定された周波数の値がｆｃｈ×√２以上（ｆＧ１又はｆＧ２）であると判定されたとき、制御部６１１は、補正情報６３４を参照して、測定された周波数が、どの周波数帯域内であるかを判定する。ここで、測定された周波数が、周波数帯域ｆＧ１内であるとき、制御部６１１は、補正情報６３４を参照して、ｆＧ１に対応する補正係数α１を取得する。制御部６１１は、加速度ｇ１’に、取得したα１を乗じて、補正後の加速度ｇ１を取得する。制御部６１１は、荷重情報６３１’’を参照して、加速度ｇ１に対応する荷重ＦＧ１を取得する。このときに、制御部６１１は、走行台車３Ａに対する荷重Ｆは、ＦＧ１であると推定する。
【００７６】
測定された周波数の値がｆｃｈ×√２未満（ｆＧ３）であるとき、制御部６１１は、取得された加速度ｇ１’を補正しないで、加速度ｇ５＝ｇ１’とする。このとき、制御部６１１は、補正情報６３４を参照しない。次に、制御部６１１は、荷重情報６３１’’を参照して、加速度ｇ５に対応する荷重ＦＧ５を取得する。このときに、制御部６１１は、走行台車３Ａに対する荷重Ｆは、ＦＧ５であると推定する。
【００７７】
以上のとおり、固有振動数ｆｃｈの値の大きさによって、制御部６１１の動作が異なると説明した。ここで、ｆｃｈの値の大きさは、荷重情報６３１’’及び補正情報６３４の構築時に調整されてもよい。
【００７８】
（荷重情報及び補正情報）
次に、記憶部６３に記憶される荷重情報６３１’’及び補正情報６３４について説明する。
図１３は、データベースとして記憶部６３に記憶される第３の実施形態に係る荷重情報６３１’’及び補正情報６３４のデータの構造を説明する図である。
荷重情報６３１’’は、事前に機構解析等により取得された、周波数帯域と、加速度と、荷重との関係が記憶された情報である。当該関係を構築するときには、車体２及び走行台車３上の現実的に計測可能な加速度評価点における加速度センサによって、加速度が測定される。また、走行台車３上の加速度評価点と同一位置における荷重センサによって、荷重が測定される。本実施形態では、実施例として、事前に、図１１の加速度センサ４Ｇが取り付けられている車体２上の加速度評価点Ｐ４Ｇにおいて加速度の測定が行われ、走行台車３上の点Ｐにおいて、加速度及び荷重の測定が行われたものとする。
ここで、点Ｐにおける加速度センサ４Ｐによって測定される加速度の周波数の値が、周波数が空気ばねのばね定数と車体質量から決まる固有振動数ｆｃｈ×√２以上であるとする。このとき、加速度センサ４Ｐにおいて測定される振動は、空気ばねにより減衰されるため車体２に伝わりにくい。しかしながら、走行台車３において観測される振動は、少なくとも車体２上に伝わっており、走行台車３において観測される加速度と、車体２において観測される加速度の間には相関がある。従って、加速度センサ４Ｇによって取得される加速度ｇ１’に、どの値を乗ずれば加速度センサ４Ｐによって測定される加速度ｐ１になるのかを事前に学習すれば、車体２上の加速度センサ４Ｇのみによって、荷重推定をすることができる。
【００７９】
事前の学習において、実施例として、加速度センサ４Ｐによって測定される加速度の周波数の値が、ｆｃｈ×√２以上であるときの、加速度センサ４Ｇによって取得される加速度ｇ１’と、加速度センサ４Ｐによって測定される加速度ｐ１との関係が取得される。具体的には、補正係数α（＝ｐ１÷ｇ１’）を取得する。図１３に示されるように、ｆｃｈ×√２以上の周波数（ｆＧ１、ｆＧ２等）について、事前に補正係数α１、α２が取得され、補正情報６３４として記憶される。
【００８０】
４Ｐによって測定される加速度の周波数の値がｆｃｈ×√２未満である場合については、走行台車３において観測される振動は、空気ばねによりほとんど減衰されずに伝わるため、事前に補正係数を取得する必要はない。
【００８１】
荷重情報６３１’’の構築については、第１の実施形態における荷重情報６３１の構築と同様に、事前に、相関が観測された周波数帯域ｆＧ１からｆＧ３と、加速度センサ４Ｇにより測定された加速度ｇ１からｇ５と、これらにそれぞれ対応する荷重ＦＧ１からＦＧ５とを荷重情報６３１に記憶する。
【００８２】
荷重情報６３１’’は、荷重を評価したい走行台車ごとに構築されていてもよい。
走行台車３Ａ上の荷重センサによって走行台車３Ａに対する荷重を測定するとき、走行台車３Ａ上の任意の位置において同一の荷重が測定されると考えられる。従って、荷重情報６３１を構築するときの荷重センサの位置は、走行台車３Ａ上であれば任意の位置であってよい。
また、荷重情報６３１’’は、走行台車ごとに事前に構築されてもよい。
また、荷重と、計測点での加速度との関係及び周波数と補正係数との関係は、重回帰分析によって構築されてもよい。
【００８３】
荷重情報６３１’’は、第１の実施形態に係る荷重情報６３１とは加速度評価点の列についての情報がない。これは、第３の実施形態の荷重推定装置１０における加速度センサは、加速度センサ４Ｇが取り付けられる加速度評価点Ｐ４Ｇのみによって荷重推定を実施するためである。
【００８４】
車体２上の複数の加速度評価点に加速度センサを取り付けて荷重推定を実施する場合は、加速度評価点ごとに対応する荷重情報６３１’’及び補正情報６３４が事前に構築されてもよい。
【００８５】
（荷重推定装置１０の処理フロー）
図１４は、第３の実施形態に係る荷重推定装置１０の処理フローを説明する図である。
図１４に示す第３の実施形態に係る荷重推定装置１０の処理フローは、ステップＳ３０１及びステップＳ３０２が更に追加されている点で、図７に示す第１の実施形態に係る荷重推定装置１０の処理フローと相違する。第３の実施形態に係る荷重推定装置１０は、ステップＳ３０１及びステップＳ３０２以外の処理は、第１の実施形態に係る荷重推定装置１０の処理と同様であるので、以下では、相違する処理について説明する。
【００８６】
図１４に示すように、まず、第１の実施形態と同様にステップＳ１０１の処理が行われる。ただし、第３の実施形態では、車体２上の加速度センサ４Ｇは、走行台車３Ａにおける加速度センサ４Ｇが取り付けられている位置の加速度ｇ１’を測定する（ステップＳ１０１）。
続いて、加速度センサ４Ｇは、測定された加速度ｇ１’を制御部６１１に送信する。制御部６１１は、加速度センサ４Ｇによって測定された加速度ｇ１’を取得する。制御部６１１は、取得された加速度ｇ１’の経時変化によって決定される周波数を測定する。
続いて、ステップＳ３０１の処理が行われる。即ち、制御部６１１は、測定された周波数の値が、空気ばねのばね定数と車体質量から決まる固有振動数ｆｃｈ×√２以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０１）。
【００８７】
測定された周波数の値がｆｃｈ×√２以上（ｆＧ１又はｆＧ２）であるとき（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、制御部６１１は、補正情報６３４を参照して、測定された周波数が、どの周波数帯域内であるかを判定する。ここで、測定された周波数が、周波数帯域ｆＧ１内であるとき、制御部６１１は、補正情報６３４を参照して、ｆＧ１に対応する補正係数α１を取得する。
次に、制御部６１１は、加速度ｇ１’に、取得したα１を乗じて、補正後の加速度ｇ１を取得する（ステップＳ３０２）。制御部６１１は、荷重情報６３１’’を参照して、加速度ｇ１に対応する荷重ＦＧ１を取得する。このときに、制御部６１１は、走行台車３Ａに対する荷重Ｆは、ＦＧ１であると推定する（ステップＳ１０２）。
【００８８】
測定された周波数の値がｆｃｈ×√２未満（ｆＧ３）であるとき（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、制御部６１１は、取得された加速度ｇ１’を補正しないで、加速度ｇ５＝ｇ１’とする。このとき、制御部６１１は、補正情報６３４を参照しない。次に、制御部６１１は、荷重情報６３１’’を参照して、加速度ｇ５に対応する荷重ＦＧ５を取得する。このときに、制御部６１１は、走行台車３Ａに対する荷重Ｆは、ＦＧ５であると推定する（ステップＳ１０２）。
【００８９】
ステップＳ１０２の次に、第１の実施形態と同様にステップＳ１０３からＳ１０４の処理が行われ、図１４に示す処理フローが完了する。
【００９０】
以上のとおり、固有振動数ｆｃｈの値の大きさによって、処理フローが異なると説明した。ここで、ｆｃｈの値の大きさは、荷重情報６３１’’及び補正情報６３４の構築時に調整されてもよい。
また、算出された荷重Ｆが、予め設定された設計荷重と比較し、設計荷重以上である場合にのみ、制御部６１１は、走行台車３が寿命であるか否かの判定を行ってもよい。設計荷重未満であれば、寿命に対して影響がないことが事前に確認しておく必要がある。
また、以上の説明では、走行台車３Ａについての荷重の推定について説明したが、同様にして走行台車３Ｂについての荷重が推定されてもよい。
【００９１】
（作用、効果）
第３の実施形態に係る荷重推定装置１０では、第１の実施形態に係る加速度センサＧが、車体のみに取り付けられており、制御部６１１は、第１の加速度により取得される加速度の経時変化によって取得される周波数が、走行台車３Ａ本体と車体２との間に取り付けられている空気ばね７のばね定数と、車体２の質量とから決定される振動数ｆに対して、ｆ×√２以上である場合、第１の加速度を補正し、補正された第１の加速度に基づいて、走行台車３Ａ本体に対する荷重を推定する。
これにより、走行台車に加速度センサを取り付けることは困難である場合であっても、車体に加速度センサを取り付けることが可能であるため、荷重推定を容易に実施することができる。
【００９２】
（第３の実施形態の変形例）
以上、第３の実施形態に係る荷重推定装置１０について詳細に説明したが、荷重推定装置１０の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
【００９３】
以上のとおり、本発明に係るいくつかの実施形態を説明したが、これら全ての実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態及びその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００９４】
なお、上述したＣＰＵ６１における各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをＣＰＵ６１が読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータ（ＣＰＵ６１）が当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００９５】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
また、コンピュータ（ＣＰＵ６１）は、１台のコンピュータで構成されていても良いし、通信可能に接続された複数のコンピュータで構成されていてもよい。
【００９６】
その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。また、この発明の技術範囲は上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【符号の説明】
【００９７】
１            車両
２            車体
３Ａ、Ｂ       走行台車
４Ａ…Ｇ       加速度センサ
５            車輪
６            制御装置
７            空気ばね
８            荷重検知装置
８１          加速度センサ
８２          荷重センサ
１０          荷重推定装置
６１          ＣＰＵ
６１１        制御部
６２          警報装置
６３          記憶部
６３１        荷重情報
６３１’       荷重情報
６３１’’     荷重情報
６３２        応力情報
６３３        損傷情報
６３４        補正情報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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