(57)【要約】  検査装置（８００）は、前後方向力の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減し、前後方向力の高周波成分の時系列データを生成する。検査装置（８００）は、前後方向力の高周波成分の時系列データに基づいて、通り狂い量を算出する。
2019043859.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と台車と輪軸とを有する鉄道車両を軌道上で走行させることにより測定される測定値の時系列データである計測データを取得するデータ取得手段と、
前記鉄道車両の状態に応じて値が変動する物理量の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する周波数調整手段と、
前記軌道の状態を反映する情報を導出する軌道状態導出手段と、を有し、
前記計測データは、前後方向力の測定値を含み、
前記前後方向力は、前記輪軸と、当該輪軸が設けられる前記台車との間に配置される部材に生じる前後方向の力であり、
前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、
前記前後方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向であり、
前記周波数調整手段は、前記物理量である前記前後方向力の測定値の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する第１の周波数調整手段を有し、
前記軌道状態導出手段は、前記輪軸の位置での前記軌道の状態を反映する情報と前記前後方向力との関係を示す関係式と、前記第１の周波数調整手段により低周波成分の信号強度が低減された前記前後方向力の値と、を用いて、前記軌道の状態を反映する情報を導出し、
前記関係式は、レールの曲率半径を含まない式であることを特徴とする検査システム。
【請求項２】
前記計測データと、状態方程式と、観測方程式と、を用いて、データ同化を行うフィルタを用いた演算を行うことにより、前記状態方程式で推定値を決定すべき変数である状態変数の推定値を決定するフィルタ演算手段を更に有し、
前記計測データは、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度の測定値を更に含み、
前記左右方向は、前記前後方向と、前記軌道に対し垂直な方向である上下方向との双方に垂直な方向であり、
前記前後方向力は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と、当該輪軸が設けられる前記台車のヨーイング方向の角変位との差に応じて定まる力であり、
前記ヨーイング方向は、前記上下方向を回動軸とする回動方向であり、
前記状態方程式は、前記状態変数と、前記前後方向力と、変換変数と、を用いて記述される方程式であり、
前記状態変数は、前記台車の左右方向の変位および速度と、前記台車のヨーイング方向の角変位および角速度と、前記台車のローリング方向の角変位および角速度と、前記輪軸の左右方向の変位および速度と、前記鉄道車両に取り付けられている空気バネのローリング方向の角変位と、を含み、前記輪軸のヨーイング方向の角変位および角速度を含まず、
前記ローリング方向は、前記前後方向を回動軸とする回動方向であり、
前記変換変数は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位と前記台車のヨーイング方向の角変位とを相互に変換する変数であり、
前記観測方程式は、観測変数と、前記変換変数と、を用いて記述される方程式であり、
前記観測変数は、前記台車および前記輪軸の左右方向の加速度を含み、
前記フィルタ演算手段は、前記観測変数の測定値と、前記第１の周波数調整手段により低周波成分の信号強度が低減された前記前後方向力の値および前記変換変数の実績値を代入した前記状態方程式と、前記変換変数の実績値を代入した前記観測方程式と、を用いて、前記観測変数の測定値と推定値との誤差または当該誤差の期待値が最小になるときの前記状態変数の推定値を決定し、
前記軌道状態導出手段は、前記フィルタ演算手段により決定された前記状態変数の一つである前記台車のヨーイング方向の角変位の推定値と、前記変換変数の実績値と、を用いて、前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値を導出し、前記輪軸のヨーイング方向の角変位の推定値と、前記第１の周波数調整手段により低周波成分の信号強度が低減された前記前後方向力の値と、前記関係式と、を用いて前記軌道の状態を反映する情報を導出し、
前記関係式は、前記輪軸のヨーイング方向の運動を記述する運動方程式を、前記前後方向力を用いて表現した式であり、
前記変換変数の実績値は、前記第１の周波数調整手段により低周波成分の信号強度が低減された前記前後方向力の値を用いて導出されることを特徴とする請求項１に記載の検査システム。
【請求項３】
前記状態方程式は、前記輪軸の左右方向の運動を記述した運動方程式と、前記台車の左右方向の運動を記述した運動方程式と、前記台車のヨーイング方向の運動を記述した運動方程式と、前記台車のローリング方向の運動を記述した運動方程式と、前記空気バネのローリング方向の運動を記述した運動方程式と、を用いて構成され、
前記輪軸の左右方向の運動を記述した運動方程式は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位に代えて、前記変換変数を用いて記述された運動方程式であり、
前記台車のヨーイング方向の運動を記述した運動方程式は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位および角速度に代えて、前記前後方向力を用いて記述された運動方程式であり、
前記変換変数は、前記台車のヨーイング方向の角変位と前記輪軸のヨーイング方向の角変位との差で表されることを特徴とする請求項２に記載の検査システム。
【請求項４】
前記データ取得手段は、前記車体の左右方向の加速度の測定値を更に取得し、
前記観測変数は、前記車体の左右方向の加速度を更に含み、
前記状態変数は、前記車体の左右方向の変位および速度と、前記車体のヨーイング方向の角変位および角速度と、前記車体のローリング方向の角変位および角速度と、前記鉄道車両に取り付けられるヨーダンパのヨーイング方向の角変位と、を更に有し、
前記フィルタ演算手段は、前記車体、前記台車、および前記輪軸の左右方向の加速度の測定値と推定値との差が最小になるときの前記状態変数の推定値を決定することを特徴とする請求項２または３に記載の検査システム。
【請求項５】
前記状態方程式は、前記車体の左右方向の運動を記述した運動方程式と、前記車体のヨーイング方向の運動を記述した運動方程式と、前記車体のローリング方向の運動を記述した運動方程式と、前記ヨーダンパのヨーイング方向の運動を記述した運動方程式と、を更に用いて構成されることを特徴とする請求項４に記載の検査システム。
【請求項６】
前記観測方程式は、前記輪軸の左右方向の運動を記述した運動方程式と、前記台車の左右方向の運動を記述した運動方程式と、を更に用いて構成され、
前記輪軸の左右方向の運動を記述した運動方程式は、前記輪軸のヨーイング方向の角変位に代えて、前記変換変数を用いて記述された運動方程式であることを特徴とする請求項２〜５の何れか１項に記載の検査システム。
【請求項７】
前記観測方程式は、前記車体の左右方向の運動を記述した運動方程式を更に用いて構成されることを特徴とする請求項６に記載の検査システム。
【請求項８】
前記周波数調整手段は、前記物理量である前記状態変数の推定値の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する第２の周波数調整手段を更に有することを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載の検査システム。
【請求項９】
前記フィルタは、カルマンフィルタであることを特徴とする請求項２〜８の何れか１項に記載の検査システム。
【請求項１０】
前記周波数調整手段は、前記物理量の時系列データを用いて、修正自己回帰モデルにおける係数を決定し、当該係数を決定した修正自己回帰モデルと、前記物理量の時系列データとを用いて、前記物理量の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減し、
前記修正自己回帰モデルは、前記物理量の値と、前記値に対する前記係数と、を用いて、前記物理量の予測値を表す式であり、
前記周波数調整手段は、第１の行列を係数行列とし、自己相関ベクトルを定数ベクトルとする方程式を用いて、前記係数を決定し、
前記自己相関ベクトルは、時差が１から前記修正自己回帰モデルで用いられる前記測定値の数であるｍまでの前記物理量の時系列データの自己相関を成分とするベクトルであり、
前記第１の行列は、１以上且つｍ未満の設定された数であるｓに対して、自己相関行列のｓ個の固有値と対角行列Σとから導出される第２の行列Σｓと、前記ｓ個の固有値と直交行列Ｕとから導出される第３の行列Ｕｓと、から導出される行列ＵｓΣｓＵｓＴであり、
前記自己相関行列は、時差が０からｍ−１までの前記物理量の時系列データの自己相関を成分とする行列であり、
前記対角行列は、前記自己相関行列を特異値分解することで導出される前記自己相関行列の固有値を対角成分とする行列であり、
前記直交行列は、前記自己相関行列の固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列であり、
前記第２の行列は、前記対角行列の部分行列であって、前記ｓ個の固有値を対角成分とする行列であり、
前記第３の行列は、前記直交行列の部分行列であって、前記ｓ個の固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列であることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の検査システム。
【請求項１１】
前記ｓ個の固有値は、前記自己相関行列の固有値のうち、値が最大の固有値を含むことを特徴とする請求項１０に記載の検査システム。
【請求項１２】
前記軌道の曲線部にあるレールの継目を含む区間における前記前後方向力の値を補正する補正手段を更に有し、
前記補正手段により補正される前記前後方向力の値は、前記計測データに含まれる前記前後方向力の測定値、または、前記第１の周波数調整手段により低周波成分の信号強度が低減された前記前後方向力の値であることを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の検査システム。
【請求項１３】
前記軌道の状態を反映する情報は、前記軌道の通り狂い量、または、前記輪軸に設けられた車輪と前記軌道との間における左右方向の応力である横圧であり、
前記左右方向は、前記前後方向と、前記軌道に対し垂直な方向である上下方向との双方に垂直な方向であることを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の検査システム。
【請求項１４】
前記前後方向力は、１つの前記輪軸の左右方向の両側に取り付けられた２つの前記部材のそれぞれに生じる力の前記前後方向の成分のうち、相互に逆位相となる成分であり、
前記左右方向は、前記前後方向と、前記軌道に対し垂直な方向である上下方向との双方に垂直な方向であることを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の検査システム。
【請求項１５】
前記部材は、前記軸箱を支持するリンク、または、前記軸箱を支持するリンクに取り付けられたゴムブッシュであることを特徴とする請求項１４に記載の検査システム。
【請求項１６】
前記部材は、前記軸箱を支持する軸はり、または、前記軸箱を支持する軸はりに取り付けられたゴムブッシュであることを特徴とする請求項１４に記載の検査システム。
【請求項１７】
前記部材は、前記軸箱を支持する板バネ、または、前記軸箱を支持する板バネに取り付けられたゴムブッシュであることを特徴とする請求項１４に記載の検査システム。
【請求項１８】
前記データ取得手段により取得された前記計測データを送信する送信手段と、
前記送信手段により送信された前記計測データを受信する受信手段と、を更に有することを特徴とする請求項１〜１７の何れか１項に記載の検査システム。
【請求項１９】
車体と台車と輪軸とを有する鉄道車両を軌道上で走行させることにより測定される測定値の時系列データである計測データを取得するデータ取得工程と、
前記鉄道車両の状態に応じて値が変動する物理量の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する周波数調整工程と、
前記軌道の状態を反映する情報を導出する軌道状態導出工程と、を有し、
前記計測データは、前後方向力の測定値を含み、
前記前後方向力は、前記輪軸と、当該輪軸が設けられる前記台車との間に配置される部材に生じる前後方向の力であり、
前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、
前記前後方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向であり、
前記周波数調整工程は、前記物理量である前記前後方向力の測定値の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する第１の周波数調整工程を有し、
前記軌道状態導出工程は、前記輪軸の位置での前記軌道の状態を反映する情報と前記前後方向力との関係を示す関係式と、前記第１の周波数調整工程により低周波成分の信号強度が低減された前記前後方向力の値と、を用いて、前記軌道の状態を反映する情報を導出し、
前記関係式は、レールの曲率半径を含まない式に基づく式であることを特徴とする検査方法。
【請求項２０】
車体と台車と輪軸とを有する鉄道車両を軌道上で走行させることにより測定される測定値の時系列データである計測データを取得するデータ取得工程と、
前記鉄道車両の状態に応じて値が変動する物理量の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する周波数調整工程と、
前記軌道の状態を反映する情報を導出する軌道状態導出工程と、をコンピュータに実行させ、
前記計測データは、前後方向力の測定値を含み、
前記前後方向力は、前記輪軸と、当該輪軸が設けられる前記台車との間に配置される部材に生じる前後方向の力であり、
前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、
前記前後方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向であり、
前記周波数調整工程は、前記物理量である前記前後方向力の測定値の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する第１の周波数調整工程を有し、
前記軌道状態導出工程は、前記輪軸の位置での前記軌道の状態を反映する情報と前記前後方向力との関係を示す関係式と、前記第１の周波数調整工程により低周波成分の信号強度が低減された前記前後方向力の値と、を用いて、前記軌道の状態を反映する情報を導出し、
前記関係式は、レールの曲率半径を含まない式に基づく式であることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、検査システム、検査方法、およびプログラムに関し、特に、鉄道車両の軌道を検査するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
軌道上を鉄道車両が走行すると鉄道車両からの荷重により軌道の位置が変化する。このような軌道の変化が生じると、鉄道車両が異常な挙動を示す虞がある。そこで、従来から、鉄道車両を軌道上で走行させることにより、軌道の異常を検出することが行われている。【０００３】
特許文献１には、レーザ光の照射部と、走行部と、受光部とを備える測定装置が記載されている。照射部は、１本のレールに固定される。走行部は、照射部が固定されたレール上を走行する。受光部は、走行部に取り付けられる。受光部は、レーザ光の受光位置を検出する検出部を有する。この検出部の形状は、レールの延伸方向に略直交する断面において面状となっている。走行部を距離Ｌだけ前進させることと、走行部を距離Ｌ／２だけ後退させることと、走行部を距離Ｌだけ前進させることとを繰り返し行う。このように受光部による測定範囲の一部が重複するように走行部を走行させることにより、軌道の曲線部での軌道狂いの量を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−５３７７３号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】日本機械学会編、「鉄道車両のダイナミクス  最新の台車テクノロジー」、株式会社電気車研究会、2003年1月、p.15-p.33
【非特許文献２】Ping Li et al.、「Estimation of railway vehicle suspension parameters for condition monitoring」、Control Engineering Practice 15 (2007) p.43-p.55
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の方法は、軌道不整を直接測定する手法である。このため、高価な測定装置が必要になる。また、特許文献１に記載の方法は、走行部が前進と後退とを繰り返す。このため、営業車両の走行中に軌道不整を検知することができない。【０００７】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、鉄道車両の軌道の曲線部における不整を特別な測定装置を用いることなく検出することができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の検査システムは、車体と台車と輪軸とを有する鉄道車両を軌道上で走行させることにより測定される測定値の時系列データである計測データを取得するデータ取得手段と、前記鉄道車両の状態に応じて値が変動する物理量の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する周波数調整手段と、前記軌道の状態を反映する情報を導出する軌道状態導出手段と、を有し、前記計測データは、前後方向力の測定値を含み、前記前後方向力は、前記輪軸と、当該輪軸が設けられる前記台車との間に配置される部材に生じる前後方向の力であり、前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、前記前後方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向であり、前記周波数調整手段は、前記物理量である前記前後方向力の測定値の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する第１の周波数調整手段を有し、前記軌道状態導出手段は、前記輪軸の位置での前記軌道の状態を反映する情報と前記前後方向力との関係を示す関係式と、前記第１の周波数調整手段により低周波成分の信号強度が低減された前記前後方向力の値と、を用いて、前記軌道の状態を反映する情報を導出し、前記関係式は、レールの曲率半径を含まない式であることを特徴とする。【０００９】
本発明の検査方法は、車体と台車と輪軸とを有する鉄道車両を軌道上で走行させることにより測定される測定値の時系列データである計測データを取得するデータ取得工程と、前記鉄道車両の状態に応じて値が変動する物理量の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する周波数調整工程と、前記軌道の状態を反映する情報を導出する軌道状態導出工程と、を有し、前記計測データは、前後方向力の測定値を含み、前記前後方向力は、前記輪軸と、当該輪軸が設けられる前記台車との間に配置される部材に生じる前後方向の力であり、前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、前記前後方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向であり、前記周波数調整工程は、前記物理量である前記前後方向力の測定値の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する第１の周波数調整工程を有し、前記軌道状態導出工程は、前記輪軸の位置での前記軌道の状態を反映する情報と前記前後方向力との関係を示す関係式と、前記第１の周波数調整工程により低周波成分の信号強度が低減された前記前後方向力の値と、を用いて、前記軌道の状態を反映する情報を導出し、前記関係式は、レールの曲率半径を含まない式に基づく式であることを特徴とする。【００１０】
本発明のプログラムは、車体と台車と輪軸とを有する鉄道車両を軌道上で走行させることにより測定される測定値の時系列データである計測データを取得するデータ取得工程と、前記鉄道車両の状態に応じて値が変動する物理量の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する周波数調整工程と、前記軌道の状態を反映する情報を導出する軌道状態導出工程と、をコンピュータに実行させ、前記計測データは、前後方向力の測定値を含み、前記前後方向力は、前記輪軸と、当該輪軸が設けられる前記台車との間に配置される部材に生じる前後方向の力であり、前記部材は、軸箱を支持するための部材であり、前記前後方向は、前記鉄道車両の走行方向に沿う方向であり、前記周波数調整工程は、前記物理量である前記前後方向力の測定値の時系列データから、前記鉄道車両が前記軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減する第１の周波数調整工程を有し、前記軌道状態導出工程は、前記輪軸の位置での前記軌道の状態を反映する情報と前記前後方向力との関係を示す関係式と、前記第１の周波数調整工程により低周波成分の信号強度が低減された前記前後方向力の値と、を用いて、前記軌道の状態を反映する情報を導出し、前記関係式は、レールの曲率半径を含まない式に基づく式であることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、鉄道車両の概略の一例を示す図である。
【図２】図２は、鉄道車両の構成要素の主な運動の方向を概念的に示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、直線軌道における通り狂い量の一例を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、曲線軌道における通り狂い量の一例を示す図である。
【図４】図４は、通り狂い量と鉄道車両の構成要素の運動との相互の作用関係の一例を示す図である。
【図５】図５は、前後方向力を用いて、通り狂い量と鉄道車両の構成要素の運動との相互の作用関係の一例を示す図である。
【図６】図６は、輪軸のヨーイングに直接作用する構成要素の運動を決定するのに必要な作用関係の一例を示す図である。
【図７】図７は、通り狂い量を決定するのに必要な作用関係の一例を示す図である。
【図８】図８は、検査装置の機能的な構成の第１の例を示す図である。
【図９】図９は、検査装置のハードウェアの構成の一例を示す図である。
【図１０】図１０は、検査装置における事前処理の第１の例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、検査装置における本処理の第１の例を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、自己相関行列の固有値の分布の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、前後方向力の測定値の時系列データ（測定値）と、前後方向力の予測値の時系列データ（計算値）の一例を示す図である。
【図１４】図１４は、前後方向力の高周波成分の時系列データの一例を示す図である。
【図１５】図１５は、各輪軸における通り狂い量の時系列データの一例を示す図である。
【図１６】図１６は、最終的な通り狂い量の時系列データと、軌道１６（レール）の曲率との一例を示す図である。
【図１７】図１７は、検査装置の機能的な構成の第２の例を示す図である。
【図１８】図１８は、検査装置における事前処理の第２の例を示すフローチャートである。
【図１９】図１９は、検査装置における本処理の第２の例を示すフローチャートである。
【図２０】図２０は、検査システムの構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
（概要）
まず、本発明の実施形態の概要を説明する。
図１は、鉄道車両の概略の一例を示す図である。尚、図１において、鉄道車両は、ｘ軸の正の方向に進むものとする（ｘ軸は、鉄道車両の走行方向に沿う軸である）。また、ｚ軸は、軌道１６（地面）に対し垂直方向（鉄道車両の高さ方向）であるものとする。ｙ軸は、鉄道車両の走行方向に対して垂直な水平方向（鉄道車両の走行方向と高さ方向との双方に垂直な方向）であるものとする。また、鉄道車両は、営業車両であるものとする。尚、図１および図３において、○の中に●が付されているものは、紙面の奥側から手前側に向かう方向を示す。図１では、この方向は、ｙ軸の正の方向である。図３では、この方向は、ｚ軸の正の方向である。
【００１３】
図１に示すように本実施形態では、鉄道車両は、車体１１と、台車１２ａ、１２ｂと、輪軸１３ａ〜１３ｄとを有する。このように本実施形態では、１つの車体１１に、２つの台車１２ａ、１２ｂと４組の輪軸１３ａ〜１３ｄとが備わる鉄道車両を例に挙げて説明する。輪軸１３ａ〜１３ｄは、車軸１５ａ〜１５ｄとその両端に設けられた車輪１４ａ〜１４ｄとを有する。本実施形態では、台車１２ａ、１２ｂが、ボルスタレス台車である場合を例に挙げて説明する。尚、図１では、表記の都合上、輪軸１３ａ〜１３ｄの一方の車輪１４ａ〜１４ｄのみを示すが、輪軸１３ａ〜１３ｄの他方にも車輪が設けられている（図１に示す例では、車輪は合計８個ある）。また、鉄道車両は、図１に示す構成要素以外の構成要素（後述する運動方程式で説明する構成要素等）を有するが、表記の都合上、図１では、当該構成要素の図示を省略する。例えば、台車１２ａ、１２ｂは、台車枠および枕バネなどを有する。また、各輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向の両側には、軸箱が配置される。また、台車枠と軸箱は、軸箱支持装置により相互に結合される。軸箱支持装置は、軸箱および台車枠との間に配置される装置（サスペンション）である。軸箱支持装置は、軌道１６から鉄道車両に伝わる振動を吸収する。また、軸箱支持装置は、軸箱が台車枠に対してｘ軸に沿う方向およびｙ軸に沿う方向に移動することを抑制するように（好ましくは、当該移動が生じないように）軸箱の台車枠に対する位置を規制した状態で軸箱を支持する。軸箱支持装置は、各輪軸１３ａ〜１３ｄのｙ軸に沿う方向の両側に配置される。尚、鉄道車両自体は公知の技術で実現できるので、ここでは、その詳細な説明を省略する。
【００１４】
鉄道車両が軌道１６上を走行すると、車輪１４ａ〜１４ｄと軌道１６との間の作用力（クリープ力）が振動源となり、輪軸１３ａ〜１３ｄ、台車１２ａ、１２ｂ、車体１１に振動が順次伝搬する。図２は、鉄道車両の構成要素（輪軸１３ａ〜１３ｄ、台車１２ａ、１２ｂ、車体１１）の主な運動の方向を概念的に示す図である。図２に示すｘ軸、ｙ軸、ｚ軸は、それぞれ、図１に示したｘ軸、ｙ軸、ｚ軸に対応する。
【００１５】
図２に示すように本実施形態では、輪軸１３ａ〜１３ｄ、台車１２ａ、１２ｂ、および車体１１が、ｘ軸を回動軸として回動する運動と、ｚ軸を回動軸として回動する運動と、ｙ軸に沿う方向の運動とを行う場合を例に挙げて説明する。以下の説明では、ｘ軸を回動軸として回動する運動を必要に応じてローリングと称し、ｘ軸を回動軸とする回動方向を必要に応じてローリング方向と称し、ｘ軸に沿う方向を必要に応じて前後方向と称する。尚、前後方向は、鉄道車両の走行方向である。本実施形態では、ｘ軸に沿う方向が鉄道車両の走行方向であるものとする。また、ｚ軸を回動軸として回動する運動を必要に応じてヨーイングと称し、ｚ軸を回動軸とする回動方向を必要に応じてヨーイング方向と称し、ｚ軸に沿う方向を必要に応じて上下方向と称する。尚、上下方向は、軌道１６に対し垂直な方向である。また、ｙ軸に沿う方向の運動を必要に応じて横振動と称し、ｙ軸に沿う方向を必要に応じて左右方向と称する。尚、左右方向は、前後方向（鉄道車両の走行方向）と上下方向（軌道１６に対し垂直な方向）との双方に垂直な方向である。尚、鉄道車両は、この他の運動も行うが、各実施形態では説明を簡単にするため、これらの運動については考慮しないものとする。しかしながら、これらの運動を考慮してもよい。
【００１６】
本発明者らは、輪軸１３ａ〜１３ｂ（１３ｃ〜１３ｄ）と、当該輪軸１３ａ〜１３ｂ（１３ｃ〜１３ｄ）が設けられる台車１２ａ（１２ｂ）との間に配置される部材に生じる前後方向の力の測定値を用いて、軌道不整（軌道１６の外観上の不良）を反映する情報の一例として通り狂い量を算出する方法に想到した。以下の説明では、この部材に生じる前後方向の力を、必要に応じて前後方向力と称する。
【００１７】
通り狂い量は、鉄道車両の直線軌道の走行時における運動を記述する運動方程式に基づく式であって、通り狂い量と前後方向力との関係を示す式を用いて算出される。軌道１６には、直線部と曲線部とが含まれる。以下の説明では、軌道１６の直線部を必要に応じて直線軌道と称し、軌道１６の曲線部を必要に応じて曲線軌道と称する。曲線軌道を走行する鉄道車両の運動を記述する運動方程式では、走行時に鉄道車両が受ける遠心力等を考慮する必要がある。従って、曲線軌道を走行する鉄道車両の運動を記述する運動方程式には、レールの曲率半径を含む項が含まれる。よって、前後方向力の測定誤差が通り狂い量の精度に反映され易くなり、通り狂い量を高精度に算出することができなくなる虞がある。
【００１８】
本発明者らは、鉄道車両が曲線軌道を走行する場合には、直線軌道を走行しているときに対し、前後方向力の測定値が或るバイアスを持つことに着目した。通り狂いによる前後方向力の成分自体は、曲線軌道であっても直線軌道であっても同じように生じる。そこで、本発明者らは、通り狂い量自体は、前記バイアスの量とは無関係であると考え、前後方向力の測定値の時系列データから低周波成分（前記バイアスの挙動）を低減させればよいと考えた。このことから、本発明者らは、低周波成分が低減された前後方向力の値の時系列データを、鉄道車両の直線軌道の走行時における運動を記述する運動方程式に基づく式であって、通り狂い量と前後方向力との関係を示す式に与えることによって、通り狂い量を算出することに想到した。このようにして通り狂い量を算出することによって、鉄道車両の直線軌道の走行時における運動を記述する運動方程式に基づく式を用いているのにも関わらず、曲線軌道における通り狂い量を算出することができる。また、通り狂い量の算出式は、曲線軌道であっても直線軌道であっても同じ算出式になる。
【００１９】
（運動方程式）
以上のことを前提として、鉄道車両の直線軌道の走行時における運動を記述する運動方程式の一例を説明する。本実施形態では、鉄道車両が２１自由度を有する場合を例に挙げて説明する。即ち、輪軸１３ａ〜１３ｄが、左右方向における運動（横振動）とヨーイング方向における運動（ヨーイング）とを行うものとする（２×４セット＝８自由度）。また、台車１２ａ、１２ｂが、左右方向における運動（横振動）とヨーイング方向における運動（ヨーイング）とローリング方向における運動（ローリング）とを行うものとする（３×２セット＝６自由度）。また、車体１１が、左右方向における運動（横振動）とヨーイング方向における運動（ヨーイング）とローリング方向における運動（ローリング）とを行うものとする（３×１セット＝３自由度）。また、台車１２ａ、１２ｂに対してそれぞれ設けられている空気バネ（枕バネ）が、ローリング方向における運動（ローリング）を行うものとする（１×２セット＝２自由度）。また、台車１２ａ、１２ｂに対してそれぞれ設けられているヨーダンパが、ヨーイング方向における運動（ヨーイング）を行うものとする（１×２セット＝２自由度）。
【００２０】
尚、自由度は、２１自由度に限定されない。自由度を大きくすれば計算精度は向上するが、計算負荷が高くなる。また、後述するカルマンフィルタの動作が安定しなくなる虞がある。これらの点を考慮して自由度を適宜決定することができる。また、以下の運動方程式は、それぞれの構成要素（車体１１、台車１２ａ、１２ｂ、輪軸１３ａ〜１３ｄ）のそれぞれの方向（左右方向、ヨーイング方向、ローリング方向）の動作を、例えば、非特許文献１、２の記載に基づいて表すことにより実現することができる。従って、ここでは、それぞれの運動方程式の概要を説明し、詳細な説明を省略する。尚、以下の各式には、軌道１６（レール）の曲率半径（曲率）を含む項が存在しない。即ち、以下の各式は、鉄道車両が直線軌道を走行することを表現する式となる。鉄道車両が曲線軌道を走行することを表現する式において、軌道１６（レール）の曲率半径を無限大（曲率を０（ゼロ））とすることにより、鉄道車両が直線軌道を走行することを表現する式が得られる。
【００２１】
以下の各式において、添え字ｗは、輪軸１３ａ〜１３ｄを表す。添え字ｗ（のみ）が付されている変数は、輪軸１３ａ〜１３ｄで共通であることを表す。添え字ｗ１、ｗ２、ｗ３、ｗ４はそれぞれ、輪軸１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄを表す。
添え字ｔ、Ｔは、台車１２ａ、１２ｂを表す。添え字ｔ、Ｔ（のみ）が付されている変数は、台車１２ａ、１２ｂで共通であることを表す。添え字ｔ１、ｔ２はそれぞれ、台車１２ａ、１２ｂを表す。
添え字ｂ、Ｂは、車体１１であることを表す。
【００２２】
添え字ｘは、前後方向またはローリング方向を表し、添え字ｙは、左右方向を表し、添え字ｚは、上下方向またはヨーイング方向を表す。
また、変数の上に付している「・・」、「・」はそれぞれ、２階時間微分、１階時間微分を表す。
尚、以下の運動方程式の説明に際し、必要に応じて、既出の変数の説明を省略する。
【００２３】
［輪軸の横振動］
輪軸１３ａ〜１３ｄの横振動（左右方向における運動）を記述する運動方程式は、以下の（１）式〜（４）式で表される。
【００２４】
【数１】
2019043859.tif 000003
【００２５】
ｍｗは、輪軸１３ａ〜１３ｄの質量である。ｙｗ１・・（式において・・はｙｗ１の上に付される（以下、その他の変数についても同様））は、輪軸１３ａの左右方向における加速度である。ｆ２は、横クリープ係数である。ｖは、鉄道車両の走行速度である。ｙｗ１・（式において・はｙｗ１の上に付される（以下、その他の変数についても同様））は、輪軸１３ａの左右方向における速度である。Ｃｗｙは、軸箱と輪軸とをつなぐ軸箱支持装置の左右方向におけるダンピング定数である。ｙｔ１・は、台車１２ａの左右方向における速度である。ａは、台車１２ａ、１２ｂに設けられている輪軸１３ａ・１３ｂ、１３ｃ・１３ｄ間の前後方向における距離の１／２を表す（台車１２ａ、１２ｂに設けられている輪軸１３ａ・１３ｂ、１３ｃ・１３ｄ間の距離は２ａになる）。ψｔ１・は、台車１２ａのヨーイング方向における角速度である。ｈ１は、車軸の中心と台車１２ａの重心との上下方向における距離である。φｔ１・は、台車１２ａのローリング方向における角速度である。ψｗ１は、輪軸１３ａのヨーイング方向における回動量（角変位）である。Ｋｗｙは、軸箱支持装置の左右方向のバネ定数である。ｙｗ１は、輪軸１３ａの左右方向における変位である。ｙｔ１は、台車１２ａの左右方向における変位である。ψｔ１は、台車１２ａのヨーイング方向における回動量（角変位）である。φｔ１は、台車１２ａのローリング方向における回動量（角変位）である。尚、（２）式〜（４）式の各変数は、前述した添え字の意味に従って（１）式の変数を読み替えることにより表される。
【００２６】
［輪軸のヨーイング］
輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングを記述する運動方程式は、以下の（５）式〜（８）式で表される。
【００２７】
【数２】
2019043859.tif 000004
【００２８】
Ｉｗｚは、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイング方向における慣性モーメントである。ψｗ１・・は、輪軸１３ａのヨーイング方向における角加速度である。ｆ１は、縦クリープ係数である。ｂは、輪軸１３ａ〜１３ｄに取り付けられている２つの車輪と軌道１６（レール）との接点の間の左右方向における距離である。ψｗ１・は、輪軸１３ａのヨーイング方向における角速度である。Ｃｗｘは、軸箱支持装置の前後方向のダンピング定数である。ｂ１は、軸箱支持装置の左右方向における間隔の１／２を表す（１つの輪軸に対して左右に設けられている２つの軸箱支持装置の左右方向における間隔は２ｂ１になる）。γは、踏面勾配である。ｒは、車輪１４ａ〜１４ｄの半径である。ｙＲ１は、輪軸１３ａの位置での通り狂い量である。ｓａは、車軸１５ａ〜１５ｄの中心から軸箱支持バネまでの前後方向におけるオフセット量である。ｙｔ１は、台車１２ａの左右方向における変位である。Ｋｗｘは、軸箱支持装置の前後方向のバネ定数である。尚、（６）式〜（８）式の各変数は、前述した添え字の意味に従って（５）式の変数を読み替えることにより表される。ただし、ｙＲ２、ｙＲ３、ｙＲ４はそれぞれ、輪軸１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの位置での通り狂い量である。
【００２９】
ここで、通り狂いとは、日本工業規格（ＪＩＳ  Ｅ  １００１：２００１）に記載されているように、レールの長手方向の左右の変位である。通り狂い量は、その変位の量である。図３Ａおよび図３Ｂに、輪軸１３ａの位置での通り狂い量ｙＲ１の一例を示す。図３Ａでは、軌道１６が、直線軌道である場合を例に挙げて説明する。図３Ｂでは、軌道１６が、曲線軌道である場合を例に挙げて説明する。図３Ａおよび図３Ｂにおいて、１６ａは、レールを示し、１６ｂは、枕木を示す。図３Ａでは、輪軸１３ａの車輪１４ａが位置３０１でレール１６ａと接触しているとする。図３Ｂでは、輪軸１３ａの車輪１４ａが位置３０２でレール１６ａと接触しているとする。輪軸１３ａの位置での通り狂い量ｙＲ１は、輪軸１３ａの車輪１４ａとレール１６ａとの接触位置と、正規の状態であると仮定した場合のレール１６ａの位置と、の左右方向の距離である。輪軸１３ａの位置とは、輪軸１３ａの車輪１４ａとレール１６ａとの接触位置である。輪軸１３ｂ、１３ｃ、１３ｄの位置での通り狂い量ｙＲ２、ｙＲ３、ｙＲ４も、輪軸１３ａの位置での通り狂い量ｙＲ１と同様に定義される。
【００３０】
［台車の横振動］
台車１２ａ、１２ｂの横振動（左右方向における運動）を記述する運動方程式は、以下の（９）式、（１０）式で表される。
【００３１】
【数３】
2019043859.tif 000005
【００３２】
ｍＴは、台車１２ａ、１２ｂの質量である。ｙｔ１・・は、台車１２ａの左右方向における加速度である。ｃ´２は、左右動ダンパのダンピング定数である。ｈ４は、台車１２ａの重心と左右動ダンパとの上下方向における距離である。ｙｂ・は、車体１１の左右方向における速度である。Ｌは、台車１２ａ、１２ｂの中心間の前後方向における間隔の１／２を表す（台車１２ａ、１２ｂの中心間の前後方向における間隔は２Ｌになる）。ψｂ・は、車体１１のヨーイング方向における角速度である。ｈ５は、左右動ダンパと車体１１の重心との間の上下方向における距離である。φｂ・は、車体１１のローリング方向における角速度である。ｙｗ２・は、輪軸１３ｂの左右方向における速度である。ｋ´２は、空気バネ（枕バネ）の左右方向のバネ定数である。ｈ２は、台車１２ａ、１２ｂの重心と空気バネ（枕バネ）の中心との間の上下方向における距離である。ｙｂは、車体１１の左右方向における変位である。ψｂは、車体１１のヨーイング方向における回動量（角変位）である。ｈ３は、空気バネ（枕バネ）の中心と車体１１の重心との間の上下方向における距離である。φｂは、車体１１のローリング方向における回動量（角変位）である。尚、（１０）式の各変数は、前述した添え字の意味に従って（９）式の変数を読み替えることにより表される。
【００３３】
［台車のヨーイング］
台車１２ａ、１２ｂのヨーイングを記述する運動方程式は、以下の（１１）式、（１２）式で表される。
【００３４】
【数４】
2019043859.tif 000006
【００３５】
ＩＴｚは、台車１２ａ、１２ｂのヨーイング方向における慣性モーメントである。ψｔ１・・は、台車１２ａのヨーイング方向における角加速度である。ψｗ２・は、輪軸１３ｂのヨーイング方向における角速度である。ψｗ２は、輪軸１３ｂのヨーイング方向における回動量（角変位）である。ｙｗ２は、輪軸１３ｂの左右方向における変位である。ｋ´０は、ヨーダンパのゴムブッシュ剛性である。ｂ´０は、台車１２ａ、１２ｂに対し左右に配置された２つのヨーダンパの左右方向における間隔の１／２を表す（台車１２ａ、１２ｂに対し左右に配置された２つのヨーダンパの左右方向における間隔は２ｂ´０になる）。ψｙ１は、台車１２ａに配置されたヨーダンパのヨーイング方向における回動量（角変位）である。ｋ´´２は、空気バネ（枕バネ）の左右方向のバネ定数である。ｂ２は、台車１２ａ、１２ｂに対し左右に配置された２つの空気バネ（枕バネ）の左右方向における間隔の１／２を表す（台車１２ａ、１２ｂに対し左右に配置された２つの空気バネ（枕バネ）の左右方向における間隔は２ｂ２になる）。尚、（１２）式の各変数は、前述した添え字の意味に従って（１１）式の変数を読み替えることにより表される。
【００３６】
［台車のローリング］
台車１２ａ、１２ｂのローリングを記述する運動方程式は、以下の（１３）式、（１４）式で表される。
【００３７】
【数５】
2019043859.tif 000007
【００３８】
ＩＴｘは、台車１２ａ、１２ｂのローリング方向における慣性モーメントである。φｔ１・・は、台車１２ａのローリング方向における角加速度である。ｃ１は、軸ダンパの上下方向のダンピング定数である。ｂ´１は、台車１２ａ、１２ｂに対し左右に配置された２つの軸ダンパの左右方向における間隔の１／２を表す（台車１２ａ、１２ｂに対し左右に配置された２つの軸ダンパの左右方向における間隔は２ｂ´１になる）。ｃ２は、空気バネ（枕バネ）の上下方向のダンピング定数である。φａ１・は、台車１２ａに配置された空気バネ（枕バネ）のローリング方向における角速度である。ｋ１は、軸バネの上下方向のバネ定数である。λは、空気バネ（枕バネ）の本体の容積を補助空気室の容積で割った値である。ｋ２は、空気バネ（枕バネ）の上下方向のバネ定数である。φａ１は、台車１２ａに配置された空気バネ（枕バネ）のローリング方向における回動量（角変位）である。ｋ３は、空気バネ（枕バネ）の有効受圧面積の変化による等価剛性である。尚、（１４）式の各変数は、前述した添え字の意味に従って（１３）式の変数を読み替えることにより表される。ただし、φａ２は、台車１２ｂに配置された空気バネ（枕バネ）のローリング方向における回動量（角変位）である。
【００３９】
［車体の横振動］
車体１１の横振動（左右方向における運動）を記述する運動方程式は、以下の（１５）式で表される。
【００４０】
【数６】
2019043859.tif 000008
【００４１】
ｍＢは、台車１２ａ、１２ｂの質量である。ｙｂ・・は、車体１１の左右方向における加速度である。ｙｔ２・は、台車１２ｂの左右方向における速度である。φｔ２・は、台車１２ｂのローリング方向における角速度である。ｙｔ２は、台車１２ｂの左右方向における変位である。φｔ２は、台車１２ｂのローリング方向における回動量（角変位）である。
【００４２】
［車体のヨーイング］
車体１１のヨーイングを記述する運動方程式は、以下の（１６）式で表される。
【００４３】
【数７】
2019043859.tif 000009
【００４４】
ＩＢｚは、車体１１のヨーイング方向における慣性モーメントである。ψｂ・・は、車体１１のヨーイング方向における角加速度である。ｃ０は、ヨーダンパの前後方向のダンピング定数である。ψｙ１・は、台車１２ａに配置されたヨーダンパのヨーイング方向における角速度である。ψｙ２・は、台車１２ｂに配置されたヨーダンパのヨーイング方向における角速度である。ψｔ２は、台車１２ｂのヨーイング方向における回動量（角変位）である。
【００４５】
［車体のローリング］
車体１１のローリングを記述する運動方程式は、以下の（１７）式で表される。
【００４６】
【数８】
2019043859.tif 000010
【００４７】
ＩＢｘは、車体１１のローリング方向における慣性モーメントである。φｂ・・は、車体１１のローリング方向における角加速度である。
【００４８】
［ヨーダンパのヨーイング］
台車１２ａに配置されたヨーダンパ、台車１２ｂに配置されたヨーダンパのヨーイングを記述する運動方程式は、それぞれ以下の（１８）式、（１９）式で表される。
【００４９】
【数９】
2019043859.tif 000011
【００５０】
ψｙ２は、台車１２ｂに配置されたヨーダンパのヨーイング方向における回動量（角変位）である。
【００５１】
［空気バネ（枕バネ）のローリング］
台車１２ａに配置された空気バネ（枕バネ）、台車１２ｂに配置された空気バネ（枕バネ）のローリングを記述する運動方程式は、それぞれ以下の（２０）式、（２１）式で表される。
【００５２】
【数１０】
2019043859.tif 000012
【００５３】
φａ２・は、台車１２ｂに配置された空気バネ（枕バネ）のローリング方向における角速度である。
【００５４】
＜軌道の通り狂い量と鉄道車両の運動との関係＞
次に、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４の精度を向上させるための本発明者らが得た知見について説明する。
図４は、通り狂い量と鉄道車両の構成要素の運動との相互の作用関係の一例を示す図である。実線で描かれている矢線は、同一構成要素内の異なる運動間の作用関係を示す。実線以外の線種で描かれている矢線は異なる構成要素の運動間の作用関係を示す。各運動には、本実施形態で説明するその運動を記述する運動方程式の番号を添えている。例えば、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングは、（５）式〜（８）式で記述される。輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングは、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４、輪軸１３ａ〜１３ｄの横振動、台車１２ａ、１２ｂの横振動、台車１２ａ、１２ｂのヨーイングから直接作用を受ける。台車１２ａ、１２ｂの横振動は、（９）式〜（１０）式で記述される。台車１２ａ、１２ｂの横振動は、輪軸１３ａ〜１３ｄの横振動、台車１２ａ、１２ｂのローリング、車体１１の横振動、車体１１のヨーイング、台車１２ａ、１２ｂのヨーイング、車体１１のローリングから直接作用を受け、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングからは直接作用を受けない。
【００５５】
図４から分かるように、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４は輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングに直接的に作用する。この作用が、その他の構成要素の運動に作用が伝播する。通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４から直接的・間接的に作用を受ける構成要素の運動に関する運動方程式から状態方程式を作成する。また、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４に関連する運動の中から計測可能な状態変数を計測して観測方程式を設定する。そして、カルマンフィルタ等のデータ同化を行うフィルタを用いた演算を行うことにより、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４を算出することが可能である。しかしながら、この方法では運動の自由度が大きいため、フィルタの動作が安定しなくなる虞がある。
【００５６】
そこで、本発明者らは、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４の精度を向上させるためには、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４が直接作用する輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングと、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングに直接作用する因子（構成要素の運動を含む）とを精度良く算出することと、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングを記述する運動方程式を用いて通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４を算出することとを行えば良いと考えた。また、クリープ力は、前後方向の成分である縦クリープ力と左右方向の成分である横クリープ力とに分解される。本発明者らは、縦クリープ力は、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４と高い相関を有するという知見を得た。縦クリープ力は、輪軸１３ａ〜１３ｂ（１３ｃ〜１３ｄ）と、当該輪軸１３ａ〜１３ｂ（１３ｃ〜１３ｄ）が設けられる台車１２ａ（１２ｂ）との間に配置される部材に生じる前後方向の力（前後方向力）により測定される。以上のことから、発明者らは、前後方向力の測定値を用いて通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４を算出する方法を想到するに至った。
【００５７】
また、１つの輪軸における左右の車輪のうち一方の車輪における縦クリープ力と他方の車輪における縦クリープ力との同相の成分は、ブレーキ力や駆動力に対応する成分である。従って、鉄道車両が加減速を行っているときにも通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４を算出するために、縦クリープ力の逆相成分に対応するように前後方向力を定めるのが好ましい。縦クリープ力の逆相成分とは、１つの輪軸における左右の車輪のうち一方の車輪における縦クリープ力と他方の車輪における縦クリープ力との相互に逆位相となる成分である。即ち、縦クリープ力の逆相成分とは、縦クリープ力の、車軸をねじる方向の成分である。この場合、前後方向力は、１つの輪軸の左右方向の両側に取り付けられた２つの前記部材に生じる力の前後方向の成分のうち、相互に逆位相となる成分となる。
【００５８】
以下に、縦クリープ力の逆相成分に対応するように前後方向力を定める場合の前後方向力の具体例について説明する。
軸箱支持装置が、モノリンク式の軸箱支持装置である場合、軸箱支持装置は、リンクを備えており、軸箱と台車枠とがリンクにより連結されている。このリンクの両端にはゴムブッシュが取り付けられる。この場合、前後方向力は、１つの輪軸の左右方向の端にそれぞれ１つずつ取り付けられる２つのリンクのそれぞれが受ける荷重の前後方向の成分のうち、相互に逆位相となる成分になる。また、リンクの配置および構成により、リンクは、前後方向、左右方向、前後方向の荷重のうち主に前後方向の荷重を受ける。従って、例えば、各リンクに歪ゲージを１つ取り付ければよい。この歪みゲージの測定値を用いて、当該リンクが受ける荷重の前後方向の成分を導出することにより、前後方向力の測定値を得る。また、このようにすることに替えて、リンクに取り付けられたゴムブッシュの前後方向の変位を変位計で測定してもよい。この場合、測定した変位と当該ゴムブッシュのバネ定数との積を、前後方向力の測定値とする。軸箱支持装置が、モノリンク式の軸箱支持装置である場合、前述した、軸箱を支持するための部材は、リンクまたはゴムブッシュになる。
【００５９】
尚、リンクに取り付けられる歪ゲージにより測定される荷重には、前後方向の成分だでけなく、左右方向の成分および上下方向の成分のうち少なくとも何れか一方の成分が含まれる場合がある。しかしながら、このような場合であっても、軸箱支持装置の構造上、リンクが受ける左右方向の成分の荷重および上下方向の成分の荷重は、前後方向の成分の荷重に比べて十分に小さい。従って、各リンクに歪ゲージを１つ取り付けるだけで、実用上要求される精度を有する前後方向力の測定値を得ることができる。このように、前後方向力の測定値には、前後方向の成分以外の成分が含まれることがある。従って、上下方向および左右方向の歪みがキャンセルされるように３つ以上の歪みゲージを各リンクに取り付けてもよい。このようにすれば、前後方向力の測定値の精度を向上させることができる。
【００６０】
軸箱支持装置が、軸はり式の軸箱支持装置である場合、軸箱支持装置は、軸はりを備えており、軸箱と台車枠とが、軸はりにより連結されている。軸はりは、軸箱と一体に構成されていてもよい。この軸はりの台車枠側の端にはゴムブッシュが取り付けられる。この場合、前後方向力は、１つの輪軸の左右方向の端にそれぞれ１つずつ取り付けられる２つの軸はりのそれぞれが受ける荷重の前後方向の成分のうち、相互に逆位相となる成分になる。また、軸はりの配置構成により、軸はりは、前後方向、左右方向、上下方向の荷重のうち前後方向の荷重に加えて、左右方向の荷重も受けやすい。従って、例えば、左右方向の歪みがキャンセルされるように２つ以上の歪ゲージを各軸はりに取り付ける。これらの歪ゲージの測定値を用いて、軸はりが受ける荷重の前後方向の成分を導出することにより、前後方向力の測定値を得る。また、このようにすることに替えて、軸はりに取り付けられたゴムブッシュの前後方向の変位を変位計で測定してもよい。この場合、測定した変位と当該ゴムブッシュのバネ定数との積を、前後方向力の測定値とする。軸箱支持装置が、軸はり式の軸箱支持装置である場合、前述した、軸箱を支持するための部材は、軸はりまたはゴムブッシュになる。
【００６１】
尚、軸はりに取り付けられる歪ゲージにより測定される荷重には、前後方向および左右方向の成分だでけなく、上下方向の成分が含まれる場合がある。しかしながら、このような場合であっても、軸箱支持装置の構造上、軸はりが受ける上下方向の成分の荷重は、前後方向の成分の荷重および左右方向の成分の荷重に比べて十分に小さい。従って、軸はりが受ける上下方向の成分の荷重をキャンセルするように歪みゲージを取り付けなくても、実用上要求される精度を有する前後方向力の測定値を得ることができる。このように、計測された前後方向力には、前後方向の成分以外の成分が含まれることがあり、左右方向の歪みに加えて上下方向の歪みもキャンセルされるように３つ以上の歪みゲージを各軸はりに取り付けてもよい。このようにすれば、前後方向力の測定値の精度を向上させることができる。
【００６２】
軸箱支持装置が、板バネ式の軸箱支持装置である場合、軸箱支持装置は、板バネを備えており、軸箱と台車枠とが、板バネにより連結されている。この板バネの端にはゴムブッシュが取り付けられる。この場合、前後方向力は、１つの輪軸の左右方向の端にそれぞれ１つずつ取り付けられる２つの板バネのそれぞれが受ける荷重の前後方向の成分のうち、相互に逆位相となる成分になる。また、板バネの配置構成により、板バネは、前後方向、左右方向、上下方向の荷重のうち前後方向の荷重に加えて、左右方向の荷重および上下方向の荷重も受けやすい。従って、例えば、左右方向および上下方向の歪みがキャンセルされるように３つ以上の歪ゲージを各板バネに取り付ける。これらの歪ゲージの測定値を用いて、板バネが受ける荷重の前後方向の成分を導出することにより、前後方向力の測定値を得る。また、このようにすることに替えて、板バネに取り付けられたゴムブッシュの前後方向の変位を変位計で測定してもよい。この場合、測定した変位と当該ゴムブッシュのバネ定数との積を、前後方向力の測定値とする。軸箱支持装置が、板バネ式の軸箱支持装置である場合、前述した、軸箱を支持するための部材は、板バネまたはゴムブッシュになる。
【００６３】
尚、前述した変位計としては、公知のレーザ変位計や渦電流式の変位計を用いることができる。
また、ここでは、軸箱支持装置の方式が、モノリンク式、軸はり式、および板バネ式である場合を例に挙げて、前後方向力を説明した。しかしながら、軸箱支持装置の方式は、モノリンク式、軸はり式、および板バネ式に限定されない。軸箱支持装置の方式に合わせて、モノリンク式、軸はり式、および板バネ式と同様に、前後方向力を定めることができる。
また、以下では、説明を簡単にするために、１つの輪軸について１つの前後方向力の測定値が得られる場合を例に挙げて説明する。即ち、図１に示す鉄道車両は、４つの輪軸１３ａ〜１３ｄを有する。従って、４つの前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の測定値が得られる。
【００６４】
図５は、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４を用いて、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４と鉄道車両の構成要素の運動との相互の作用関係の一例を示す図である。前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の算出式、変換変数ｅ１〜ｅ４の算出式、変換変数ｅ１〜ｅ４を用いたときの輪軸１３ａ〜１３ｄの横振動を記述する運動方程式、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４を用いたときの輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングを記述する運動方程式の具体例については後述する（それぞれ（４０）式〜（４３）式、（２６）式〜（２９）式、（３４）式〜（３７）式、（６４）式〜（６７）式を参照）。
【００６５】
図６は、図５の作用関係から、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングに直接作用する構成要素の運動を決定するのに必要な作用関係を取り出して示す図である。輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングが排除された分だけ運動の自由度が減る。また、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の分だけ、カルマンフィルタ等のデータ同化を行うフィルタで用いる測定値が増える。従って、カルマンフィルタ等のデータ同化を行うフィルタを用いた演算を行うことにより算出される運動の情報の精度は向上する。
【００６６】
一方、図７は、図５の作用関係から、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４を決定するのに必要な作用関係を取り出して示す図である。変換変数ｅ１〜ｅ４と台車１２ａ、１２ｂのヨーイングの情報とが既知である。従って、変換変数ｅ１〜ｅ４の算出式（後述する例では（２６）式〜（２９）式）を用いることにより、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングの情報が算出される。このときの変換変数ｅ１〜ｅ４は前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の値から直接導出される。また、台車１２ａ、１２ｂのヨーイングの情報は図６の作用関係を用いて算出される。従って、変換変数ｅ１〜ｅ４と台車１２ａ、１２ｂのヨーイングの情報とから算出される輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングの情報の精度は、図４の作用関係を用いて算出した場合と比べて向上する。さらに、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングの情報と、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４と、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングに直接作用する構成要素の運動（輪軸１３ａ〜１３ｄの横振動と台車１２ａ、１２ｂの横振動）の情報とが既知である。従って、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングを記述する運動方程式（後述する例では（６４）式〜（６７）式）を用いることにより、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４が算出される。このときの輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングの情報の精度は、先にも述べたように図４の作用関係を用いて算出した場合と比べて向上する。また、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４は測定値である。また、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングに直接作用する構成要素の運動の情報は、図６の作用関係を用いて算出されるため、その精度は向上する。従って、以上のようにして算出された通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４の精度は向上する。以下の各実施形態では、以上の式を用いて、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４を算出する場合を例に挙げて説明する。
【００６７】
（第１の実施形態）
次に、本発明の第１の実施形態を説明する。
【００６８】
＜検査装置８００＞
図８は、検査装置８００の機能的な構成の一例を示す図である。図９は、検査装置８００のハードウェアの構成の一例を示す図である。図１０は、検査装置８００における事前処理の一例を示すフローチャートである。図１１は、検査装置８００における本処理の一例を示すフローチャートである。本実施形態では、図１に示すように、検査装置８００が、鉄道車両に搭載される場合を例に挙げて示す。
【００６９】
図８において、検査装置８００は、その機能として、状態方程式記憶部８０１、観測方程式記憶部８０２、データ取得部８０３、第１の周波数調整部８０４、フィルタ演算部８０５、第２の周波数調整部８０６、軌道状態算出部８０７、および出力部８０８を有する。
【００７０】
図９において、検査装置８００は、ＣＰＵ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、通信回路９０４、信号処理回路９０５、画像処理回路９０６、Ｉ／Ｆ回路９０７、ユーザインターフェース９０８、ディスプレイ９０９、およびバス９１０を有する。
【００７１】
ＣＰＵ９０１は、検査装置８００の全体を統括制御する。ＣＰＵ９０１は、主記憶装置９０２をワークエリアとして用いて、補助記憶装置９０３に記憶されているプログラムを実行する。主記憶装置９０２は、データを一時的に格納する。補助記憶装置９０３は、ＣＰＵ９０１によって実行されるプログラムの他、各種のデータを記憶する。補助記憶装置９０３は、後述する状態方程式および観測方程式を記憶する。状態方程式記憶部８０１および観測方程式記憶部８０２は、例えば、ＣＰＵ９０１および補助記憶装置９０３を用いることにより実現される。
【００７２】
通信回路９０４は、検査装置８００の外部との通信を行うための回路である。通信回路９０４は、例えば、前後方向力の測定値や、車体１１、台車１２ａ、１２ｂ、および輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向における加速度の測定値の情報を受信する。通信回路９０４は、検査装置８００の外部と無線通信を行っても有線通信を行ってもよい。通信回路９０４は、無線通信を行う場合、鉄道車両に設けられるアンテナに接続される。
【００７３】
信号処理回路９０５は、通信回路９０４で受信された信号や、ＣＰＵ９０１による制御に従って入力した信号に対し、各種の信号処理を行う。データ取得部８０３は、例えば、ＣＰＵ９０１、通信回路９０４、および信号処理回路９０５を用いることにより実現される。また、第１の周波数調整部８０４、フィルタ演算部８０５、第２の周波数調整部８０６および軌道状態算出部８０７は、例えば、ＣＰＵ９０１および信号処理回路９０５を用いることにより実現される。
【００７４】
画像処理回路９０６は、ＣＰＵ９０１による制御に従って入力した信号に対し、各種の画像処理を行う。この画像処理が行われた信号は、ディスプレイ９０９に出力される。
ユーザインターフェース９０８は、オペレータが検査装置８００に対して指示を行う部分である。ユーザインターフェース９０８は、例えば、ボタン、スイッチ、およびダイヤル等を有する。また、ユーザインターフェース９０８は、ディスプレイ９０９を用いたグラフィカルユーザインターフェースを有していてもよい。
【００７５】
ディスプレイ９０９は、画像処理回路９０６から出力された信号に基づく画像を表示する。Ｉ／Ｆ回路９０７は、Ｉ／Ｆ回路９０７に接続される装置との間でデータのやり取りを行う。図９では、Ｉ／Ｆ回路９０７に接続される装置として、ユーザインターフェース９０８およびディスプレイ９０９を示す。しかしながら、Ｉ／Ｆ回路９０７に接続される装置は、これらに限定されない。例えば、可搬型の記憶媒体がＩ／Ｆ回路９０７に接続されてもよい。また、ユーザインターフェース９０８の少なくとも一部およびディスプレイ９０９は、検査装置８００の外部にあってもよい。
出力部８０８は、例えば、通信回路９０４および信号処理回路９０５と、画像処理回路９０６、Ｉ／Ｆ回路９０７、およびディスプレイ９０９との少なくとも何れか一方を用いることにより実現される。
【００７６】
尚、ＣＰＵ９０１、主記憶装置９０２、補助記憶装置９０３、信号処理回路９０５、画像処理回路９０６、およびＩ／Ｆ回路９０７は、バス９１０に接続される。これらの構成要素間の通信は、バス９１０を介して行われる。また、検査装置８００のハードウェアは、後述する検査装置８００の機能を実現することができれば、図９に示すものに限定されない。
【００７７】
［状態方程式記憶部８０１、Ｓ１００１］
状態方程式記憶部８０１は、状態方程式を記憶する。本実施形態では、前述した運動方程式のうち、（５）式〜（８）式の輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングを記述する運動方程式を状態方程式に含めない。（５）式〜（８）式には、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４が含まれる。（５）式〜（８）式を状態方程式に含めて、後述するカルマンフィルタによるフィルタリングを行う場合には、軌道１６のモデルが必要になる。通り狂いは物理法則に則って記述できるものではない。従って、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４の時間微分が例えばホワイトノイズとなるように、軌道１６のモデルを作成する必要がある。そうすると、軌道１６のモデルの不確かさが、後述するカルマンフィルタによるフィルタリングの結果に影響を与える虞がある。また、状態方程式を少なくし、状態変数を減らすことにより、後述するカルマンフィルタの動作を安定させることができる。
【００７８】
以上の知見の下、本実施形態では、（５）式〜（８）式の輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングを記述する運動方程式を状態方程式に含めずに、以下のようにして状態方程式を構成する。
まず、（９）式、（１０）式の台車１２ａ、１２ｂの横振動（左右方向における運動）を記述する運動方程式と、（１３）式、（１４）式の台車１２ａ、１２ｂのローリングを記述する運動方程式と、（１５）式の車体１１の横振動（左右方向における運動）を記述する運動方程式と、（１６）式の車体１１のヨーイングを記述する運動方程式と、（１７）式の車体１１のローリングを記述する運動方程式と、（１８）式、（１９）式の台車１２ａに配置されたヨーダンパ、台車１２ｂに配置されたヨーダンパのヨーイングを記述する運動方程式と、（２０）式、（２１）式の台車１２ａに配置された空気バネ（枕バネ）、台車１２ｂに配置された空気バネ（枕バネ）のローリングを記述する運動方程式については、これらをそのまま用いて状態方程式を構成する。
【００７９】
一方、（１）式〜（４）式の輪軸１３ａ〜１３ｄの横振動（左右方向における運動）を記述する運動方程式と、（１１）式、（１２）式の台車１２ａ、１２ｂのヨーイングを記述する運動方程式には、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイング方向における回動量（角変位）ψｗ１〜ψｗ４や角速度ψｗ１・〜ψｗ４・が含まれる。前述したように本実施形態では、（５）式〜（８）式の輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングを記述する運動方程式を状態方程式に含めない。そこで本実施形態では、以下のようにして（１）式〜（４）式および（１１）式、（１２）式からこれらの変数を消去したものを用いて状態方程式を構成する。
【００８０】
まず、輪軸１３ａ〜１３ｄにおける前後方向力Ｔ１〜Ｔ４は、以下の（２２）式〜（２５）式で表される。このように、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４は、輪軸のヨーイング方向の角変位ψｗ１〜ψｗ４と、当該輪軸が設けられる台車のヨーイング方向の角変位ψｔ１〜ψｔ２との差に応じて定まる。
【００８１】
【数１１】
2019043859.tif 000013
【００８２】
以下の（２６）式〜（２９）式のように、変換変数ｅ１〜ｅ４を定義する。このように、変換変数ｅ１〜ｅ４は、台車のヨーイング方向の角変位ψｔ１〜ψｔ２と輪軸のヨーイング方向の角変位ψｗ１〜ψｗ４との差で定義される。変換変数ｅ１〜ｅ４は、台車のヨーイング方向の角変位ψｔ１〜ψｔ２と輪軸のヨーイング方向の角変位ψｗ１〜ψｗ４とを相互に変換するための変数である。
【００８３】
【数１２】
2019043859.tif 000014
【００８４】
（２６）式〜（２９）式を式変形すると、以下の（３０）式〜（３３）式が得られる。
【００８５】
【数１３】
2019043859.tif 000015
【００８６】
（３０）式〜（３３）式を、（１）式〜（４）式の輪軸１３ａ〜１３ｄの横振動（左右方向における運動）を記述する運動方程式に代入すると、以下の（３４）式〜（３７）式が得られる。
【００８７】
【数１４】
2019043859.tif 000016
【００８８】
このように、（１）式〜（４）式の輪軸１３ａ〜１３ｄの横振動（左右方向における運動）を記述する運動方程式を、変換変数ｅ１〜ｅ４を用いて表現することで、当該運動方程式に含まれていた輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイング方向における回動量（角変位）ψｗ１〜ψｗ４を消去することができる。
【００８９】
（２２）式〜（２５）式を、（１１）式、（１２）式の台車１２ａ、１２ｂのヨーイングを記述する運動方程式に代入すると、以下の（３８）式、（３９）式が得られる。
【００９０】
【数１５】
2019043859.tif 000017
【００９１】
このように、（１１）式、（１２）式の台車１２ａ、１２ｂのヨーイングを記述する運動方程式を、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４を用いて表現することで、当該運動方程式に含まれていた輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイング方向における角変位ψｗ１〜ψｗ４および角速度ψｗ１・〜ψｗ４・を消去できる。
【００９２】
また、（２６）式〜（２９）式を、（２２）式〜（２５）式に代入すると、以下の（４０）式〜（４３）式が得られる。
【００９３】
【数１６】
2019043859.tif 000018
【００９４】
以上のように本実施形態では、（３４）式〜（３７）式のようにして輪軸１３ａ〜１３ｄの横振動（左右方向における運動）を記述する運動方程式を表すと共に、（３８）式、（３９）式のようにして台車１２ａ、１２ｂのヨーイングを記述する運動方程式を表し、これらを用いて状態方程式を構成する。また、（４０）式〜（４３）式は、常微分方程式であり、その解である変換変数ｅ１〜ｅ４の実績値は、輪軸１３ａ〜１３ｄにおける前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の値を用いることにより求めることができる。ここで、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の値は、後述する第１の周波数調整部８０４により、前後方向力の測定値の時系列データから鉄道車両が軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減されたものである。
【００９５】
このようにして求めた変換変数ｅ１〜ｅ４の実績値を、（３４）式〜（３７）式に与える。また、輪軸１３ａ〜１３ｄにおける前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の値を（３８）式、（３９）式に与える。ここで、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の値は、後述する第１の周波数調整部８０４により、前後方向力の測定値の時系列データから鉄道車両が軌道の曲線部を走行することに起因して生じる低周波成分の信号強度を低減されたものである。
【００９６】
本実施形態では、以下の（４４）式に示す変数を状態変数とし、（９）式、（１０）式、（１３）式〜（２１）式、（３４）式〜（３９）式の運動方程式を用いて状態方程式を構成する。
【００９７】
【数１７】
2019043859.tif 000019
【００９８】
状態方程式記憶部８０１は、例えば、以上のようにして構成される状態方程式を、オペレータによるユーザインターフェース９０８の操作に基づいて入力し、記憶する。
【００９９】
［観測方程式記憶部８０２、Ｓ１００２］
観測方程式記憶部８０２は、観測方程式を記憶する。本実施形態では、車体１１の左右方向における加速度、台車１２ａ、１２ｂの左右方向における加速度、および輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向における加速度を観測変数とする。この観測変数は、後述するカルマンフィルタによるフィルタリングの観測変数である。本実施形態では、（３４）式〜（３７）式、（９）式、（１０）式、および（１５）式の横振動を記述する運動方程式を用いて観測方程式を構成する。観測方程式記憶部８０２は、例えば、このようにして構成される観測方程式を、オペレータによるユーザインターフェース９０８の操作に基づいて入力し、記憶する。
【０１００】
以上のようにして、状態方程式および観測方程式が検査装置８００に記憶された後に、データ取得部８０３、第１の周波数調整部８０４、フィルタ演算部８０５、第２の周波数調整部８０６、軌道状態算出部８０７、および出力部８０８が起動する。即ち、図１０のフローチャートによる事前処理が終了した後に、図１１のフローチャートによる本処理が開始する。
【０１０１】
［データ取得部８０３、Ｓ１１０１］
データ取得部８０３は、計測データを所定のサンプリング周期で取得する。
本実施形態では、データ取得部８０３は、計測データとして、車体１１の左右方向における加速度の測定値の時系列データ、台車１２ａ、１２ｂの左右方向における加速度の測定値の時系列データ、および輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向における加速度の測定値の時系列データを取得する。各加速度は、例えば、車体１１、台車１２ａ、１２ｂ、および輪軸１３ａ〜１３ｄにそれぞれ取り付けられた歪ゲージと、当該歪ゲージの測定値を用いて加速度を演算する演算装置とを用いることにより測定される。尚、加速度の測定は、公知の技術で実現することができるので、その詳細な説明を省略する。
【０１０２】
また、データ取得部８０３は、計測データとして、前後方向力の測定値の時系列データを取得する。前後方向力の測定の方法は、前述した通りである。
データ取得部８０３は、例えば、前述した演算装置との通信を行うことにより、計測データを取得することができる。
【０１０３】
［第１の周波数調整部８０４、Ｓ１１０２］
第１の周波数調整部８０４は、データ取得部８０３により取得された計測データのうち、前後方向力の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減（好ましくは除去）する。この低周波成分の信号は、鉄道車両が直線軌道を走行している場合には計測されないが、鉄道車両が曲線軌道を走行している場合に計測される信号である。即ち、鉄道車両が曲線軌道を走行している場合に計測される信号は、鉄道車両が直線軌道を走行している場合に計測される信号に、この低周波成分の信号が重畳された信号と見なすことができる。
【０１０４】
本発明者らは、自己回帰モデル（ＡＲ（Auto-regressive）モデル）を修正したモデルを考案した。そして、本発明者らは、このモデルを用いて、前後方向力の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減することに想到した。以下の説明では、本発明者らが考案したモデルを、修正自己回帰モデルと称する。これに対し、公知の自己回帰モデルを、単に自己回帰モデルと称する。以下、修正自己回帰モデルの一例について説明する。
【０１０５】
時刻ｋ（１≦ｋ≦Ｍ）における物理量の時系列データｙの値をｙｋとする。Ｍは、物理量の時系列データｙがどの時刻までのデータを含むかを示す数であり、予め設定されている。以下の説明では、物理量の時系列データを必要に応じてデータｙと略称する。データｙの値ｙｋを近似する自己回帰モデルは、例えば、以下の（４５）式のようになる。（４５）式に示すように、自己回帰モデルとは、データｙにおける時刻ｋ（ｍ＋１≦ｋ≦Ｍ）の物理量の予測値ｙ＾ｋを、データｙにおけるその時刻ｋよりも前の時刻ｋ−ｌ（１≦ｌ≦ｍ）の物理量の実績値ｙｋ−ｌを用いて表す式である。尚、ｙ＾ｋは、（４５）式において、ｙｋの上に＾を付けて表記したものである。
【０１０６】
【数１８】
2019043859.tif 000020
【０１０７】
（４５）式におけるαは、自己回帰モデルの係数である。ｍは、自己回帰モデルにおいて時刻ｋにおけるデータｙの値ｙｋを近似するために用いられるデータｙの値の数であって、その時刻ｋよりも前の連続する時刻ｋ−１〜ｋ−ｍにおけるデータｙの値ｙｋ−１〜ｙｋ−ｍの数である。ｍは、Ｍ未満の整数である。ｍとして、例えば、１５００を用いることができる。
【０１０８】
続いて、最小二乗法を用いて、自己回帰モデルによる時刻ｋにおける物理量の予測値ｙ＾ｋが、値ｙｋに近似するための条件式を求める。自己回帰モデルによる時刻ｋにおける物理量の予測値ｙ＾ｋが値ｙｋに近似するための条件として、例えば、自己回帰モデルによる時刻ｋにおける物理量の予測値ｙ＾ｋと値ｙｋとの二乗誤差を最小化するとする条件を採用することができる。即ち、自己回帰モデルによる時刻ｋにおける物理量の予測値ｙ＾ｋを値ｙｋに近似するために最小二乗法を用いる。以下の（４６）式は、自己回帰モデルによる時刻ｋにおける物理量の予測値ｙ＾ｋを値ｙｋとの二乗誤差を最小にするための条件式である。
【０１０９】
【数１９】
2019043859.tif 000021
【０１１０】
（４６）式より、以下の（４７）式の関係が成り立つ。
【０１１１】
【数２０】
2019043859.tif 000022
【０１１２】
また、（４７）式を変形（行列表記）することで、以下の（４８）式が得られる。
【０１１３】
【数２１】
2019043859.tif 000023
【０１１４】
（４８）式におけるＲｊｌはデータｙの自己相関と呼ばれるもので、以下の（４９）式で定義される値である。このときの｜ｊ−ｌ｜を時差という。
【０１１５】
【数２２】
2019043859.tif 000024
【０１１６】
（４８）式を基に、以下の（５０）式を考える。（５０）式は、自己回帰モデルによる時刻ｋにおける物理量の予測値ｙ＾ｋと、その予測値ｙ＾ｋに対応する時刻ｋにおける物理量の値ｙｋと、の誤差を最小化する条件から導出される方程式である。（５０）式は、ユール・ウォーカー（Ｙｕｌｅ−Ｗａｌｋｅｒ）方程式と呼ばれる。また、（５０）式は、自己回帰モデルの係数から成るベクトルを変数ベクトルとする線形方程式である。（５０）式における左辺の定数ベクトルは、時差が１からｍまでのデータｙの自己相関を成分とするベクトルである。以下の説明では、（５０）式における左辺の定数ベクトルを必要に応じて自己相関ベクトルと称する。また、（５０）式における右辺の係数行列は、時差が０からｍ−１までのデータｙの自己相関を成分とする行列である。以下の説明では、（５０）式における右辺の係数行列を必要に応じて自己相関行列と称する。
【０１１７】
【数２３】
2019043859.tif 000025
【０１１８】
また、（５０）式における右辺の自己相関行列（Ｒｊｌで構成されるｍ×ｍの行列）を、以下の（５１）式のように、自己相関行列Ｒと表記する。
【０１１９】
【数２４】
2019043859.tif 000026
【０１２０】
一般に、自己回帰モデルの係数を求める際には、（５０）式を係数αについて解くという方法が用いられる。（５０）式では、自己回帰モデルで導出される時刻ｋにおける物理量の予測値ｙ＾ｋが、その時刻ｋにおける物理量の値ｙｋにできるだけ近づくように係数αを導出する。よって、自己回帰モデルの周波数特性には、各時刻におけるデータｙの値ｙｋに含まれる多数の周波数成分が含まれる。
【０１２１】
そこで、本発明者らは、自己回帰モデルの係数αに乗算される自己相関行列Ｒに着目し、鋭意検討した。その結果、本発明者らは、自己相関行列Ｒの固有値の一部を用いて、データｙに含まれる高周波成分の影響を低減することができることを見出した。即ち、本発明者らは、低周波成分が強調されるように自己相関行列Ｒを書き換えることができることを見出した。
【０１２２】
以下に、このことの具体例を説明する。
自己相関行列Ｒを特異値分解する。自己相関行列Ｒの要素は、対称である。従って、自己相関行列Ｒを特異値分解すると以下の（５２）式のように、直交行列Ｕと、対角行列Σと、直交行列Ｕの転置行列との積となる。
【０１２３】
【数２５】
2019043859.tif 000027
【０１２４】
（５２）式の対角行列Σは、以下の（５３）式に示すように、対角成分が自己相関行列Ｒの固有値となる行列である。対角行列Σの対角成分を、σ１１、σ２２、・・・、σｍｍとする。また、直交行列Ｕは、各列成分ベクトルが自己相関行列Ｒの固有ベクトルとなる行列である。直交行列Ｕの列成分ベクトルを、ｕ１、ｕ２、・・・、ｕｍとする。自己相関行列Ｒの固有ベクトルｕｊに対する固有値がσｊｊという対応関係がある。自己相関行列Ｒの固有値は、自己回帰モデルによる時刻ｋにおける物理量の予測値ｙ＾ｋの時間波形に含まれる各周波数の成分の強度を反映する変数である。
【０１２５】
【数２６】
2019043859.tif 000028
【０１２６】
自己相関行列Ｒの特異値分解の結果から得られる対角行列Σの対角成分であるσ１１、σ２２、・・・、σｍｍの値は、数式の表記を簡略にするために降順とする。（５３）式に示す自己相関行列Ｒの固有値のうち、最大のものからｓ個の固有値を用いて、以下の（５４）式のように、行列Ｒ’を定義する。ｓは、１以上且つｍ未満の数である。本実施形態では、ｓは、予め定められる。行列Ｒ’は、自己相関行列Ｒの固有値のうちｓ個の固有値を用いて自己相関行列Ｒを近似した行列である。
【０１２７】
【数２７】
2019043859.tif 000029
【０１２８】
（５４）式における行列Ｕｓは、（５２）式の直交行列Ｕの左からｓ個の列成分ベクトル（使用される固有値に対応する固有ベクトル）により構成されるｍ×ｓ行列である。つまり、行列Ｕｓは、直交行列Ｕから左のｍ×ｓの要素を切り出して構成される部分行列である。また、（５４）式におけるＵｓＴは、Ｕｓの転置行列である。ＵｓＴは、（５２）式の行列ＵＴの上からｓ個の行成分ベクトルにより構成されるｓ×ｍ行列である。（５４）式における行列Σｓは、（５２）式の対角行列Σの左からｓ個の列と、上からｓ個の行により構成されるｓ×ｓ行列である。つまり、行列Σｓは、対角行列Σから左上のｓ×ｓの要素を切り出して構成される部分行列である。
行列Σｓおよび行列Ｕｓを行列要素で表現すれば、以下の（５５）式のようになる。
【０１２９】
【数２８】
2019043859.tif 000030
【０１３０】
自己相関行列Ｒの代わりに行列Ｒ’を用いることで、（５０）式の関係式を、以下の（５６）式のように書き換える。
【０１３１】
【数２９】
2019043859.tif 000031
【０１３２】
（５６）式を変形することで、係数αを求める式として、以下の（５７）式が得られる。（５７）式によって求められる係数αを用いて、（４５）式により、時刻ｋにおける物理量の予測値ｙ＾ｋを算出するモデルが「修正自己回帰モデル」である。
【０１３３】
【数３０】
2019043859.tif 000032
【０１３４】
ここでは、対角行列Σの対角成分であるσ１１、σ２２、・・・、σｍｍの値を降順とする場合を例に挙げて説明した。しかしながら、係数αの算出過程において対角行列Σの対角成分は降順である必要はない。その場合には、行列Ｕｓは、直交行列Ｕから左のｍ×ｓの要素を切り出して構成される部分行列ではなく、使用される固有値に対応する列成分ベクトル（固有ベクトル）を切り出して構成される部分行列になる。また、行列Σｓは、対角行列Σから左上のｓ×ｓの要素を切り出して構成される部分行列ではなく、修正自己回帰モデルの係数の決定に利用される固有値を対角成分とするように切り出される部分行列になる。
【０１３５】
（５７）式は、修正自己回帰モデルの係数の決定に利用される方程式である。（５７）式の行列Ｕｓは、自己相関行列Ｒの特異値分解により得られる直交行列Ｕの部分行列であって、修正自己回帰モデルの係数の決定に利用される固有値に対応する固有ベクトルを列成分ベクトルとする行列（第３の行列）である。また、（５７）式の行列Σｓは、自己相関行列Ｒの特異値分解により得られる対角行列の部分行列であって、修正自己回帰モデルの係数の決定に利用される固有値を対角成分とする行列（第２の行列）である。（５７）式の行列ＵｓΣｓＵｓＴは、行列Σｓと行列Ｕｓとから導出される行列（第１の行列）である。
【０１３６】
（５７）式の右辺を計算することにより、修正自己回帰モデルの係数αが求まる。以上、修正自己回帰モデルの係数αの導出方法の一例について説明した。ここでは、修正自己回帰モデルの基となる自己回帰モデルの係数の導出方法を、直感的に分かり易いように、時刻ｋにおける物理量の予測値ｙ＾ｋに対して最小二乗法を用いる方法とした。しかしながら、一般的には確率過程という概念を用いて自己回帰モデルを定義し、その係数を導出する方法が知られている。その場合に、自己相関は、確率過程（母集団）の自己相関で表現される。この確率過程の自己相関は、時差の関数として表される。従って、本実施形態におけるデータｙの自己相関は、確率過程の自己相関を近似するものであれば他の計算式で算出した値に代えてもよい。例えば、Ｒ２２〜Ｒｍｍは、時差が０（ゼロ）の自己相関であるが、これらをＲ１１に置き換えてもよい。
【０１３７】
（５３）式に示す自己相関行列Ｒから抽出する固有値の数ｓは、例えば、自己相関行列Ｒの固有値の分布から決定することができる。
ここでは、前述した修正自己回帰モデルの説明における物理量は、前後方向力になる。前後方向力の値は、鉄道車両の状態に応じて変動する。
そこで、まず、鉄道車両を軌道１６上で走行させて、前後方向力の測定値についてのデータｙを得る。得られたデータｙ毎に、（４９）式と（５１）式とを用いて自己相関行列Ｒを求める。この自己相関行列Ｒについて（５２）式で表される特異値分解を行うことによって自己相関行列Ｒの固有値を求める。図１２は、自己相関行列Ｒの固有値の分布の一例を示す図である。図１２では、輪軸１３ａにおける前後方向力Ｔ１の測定値のデータｙのそれぞれについての自己相関行列Ｒを特異値分解して得られた固有値σ１１〜σｍｍを昇順に並べ替えて、プロットしている。図１２の横軸は、固有値のインデックスであり、縦軸は、固有値の値である。
【０１３８】
図１２に示す例では、他よりも顕著に高い値をもつ固有値が１つある。また、前記顕著に高い値もつ固有値ほどではないが、他と比べると比較的大きな値を持ち０（ゼロ）とみなせない固有値が２つある。このことから、（５３）式に示す自己相関行列Ｒから抽出する固有値の数ｓとして、例えば、２または３を採用することができる。どちらを採用しても結果に顕著な差異は生じない。
【０１３９】
第１の周波数調整部８０４は、データ取得部８０３で前後方向力の測定値のデータｙの時刻ｋにおける値ｙｋが所定のサンプリング周期で取得されるたびに以下の処理を行う。
まず、第１の周波数調整部８０４は、前後方向力の測定値のデータｙと、予め設定されている数Ｍ、ｍと、に基づいて、（４９）式と（５１）式とを用いて自己相関行列Ｒを生成する。
【０１４０】
次に、第１の周波数調整部８０４は、自己相関行列Ｒを特異値分解することで、（５２）式の直交行列Ｕおよび対角行列Σを導出し、対角行列Σから自己相関行列Ｒの固有値σ１１〜σｍｍを導出する。
次に、第１の周波数調整部８０４は、自己相関行列Ｒの複数の固有値σ１１〜σｍｍのうち、最大のものからｓ個の固有値σ１１〜σｓｓを、修正自己回帰モデルの係数αを求めるのに利用する自己相関行列Ｒの固有値として選択する。
次に、第１の周波数調整部８０４は、前後方向力の測定値のデータｙと、固有値σ１１〜σｓｓと、自己相関行列Ｒの特異値分解により得られた直交行列Ｕと、に基づいて、（５７）式を用いて、修正自己回帰モデルの係数αを決定する。
【０１４１】
そして、第１の周波数調整部８０４は、修正自己回帰モデルの係数αと、前後方向力の測定値のデータｙと、に基づいて、（４５）式により、前後方向力の測定値のデータｙの時刻ｋにおける予測値ｙ＾ｋを導出する。前後方向力の予測値ｙ＾ｋの時系列データは、前後方向力の測定値のデータｙに含まれる低周波成分を抽出した時系列データになる。
【０１４２】
図１３は、前後方向力の測定値の時系列データ（測定値）と、前後方向力の予測値の時系列データ（計算値）の一例を示す図である。尚、本実施形態では、４つの前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の測定値が得られる。即ち、前後方向力について４つのデータｙが得られる。図１３では、これら４つのデータｙのそれぞれにおける測定値および計算値を示す。図１３の横軸は、基準の時刻を０（ゼロ）とした場合の当該基準の時刻からの経過時間（秒）で前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の測定時刻・計算時刻を表す。縦軸は、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４（Ｎｍ）である。
【０１４３】
図１３において、輪軸１３ａにおける前後方向力Ｔ１の計算値は、概ね１５秒〜３５秒において、バイアスがかかっている（即ち、他の時間よりも大きな値を示す）。この期間は、輪軸１３ａが曲線軌道を通過する期間に対応する。輪軸１３ｂにおける前後方向力Ｔ２の計算値、輪軸１３ｃにおける前後方向力Ｔ３の計算値、および輪軸１３ｄにおける前後方向力Ｔ４の計算値についても、輪軸１３ａにおける前後方向力Ｔ１の計算値と同様に、輪軸１３ｂ、１３ｃ、１３ｄが曲線軌道を通過する期間にバイアスがかかっている。
【０１４４】
従って、図１３において、輪軸１３ａ〜１３ｄにおける前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の測定値から計算値を除けば、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の信号のうち、輪軸１３ａ〜１３ｄが曲線軌道を通過することに起因する低周波成分を除くことができる。即ち、図１３において、輪軸１３ａ〜１３ｄにおける前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の測定値から計算値を除けば、輪軸１３ａ〜１３ｄが曲線軌道を通過した場合の前後方向力Ｔ１〜Ｔ４として、輪軸１３ａ〜１３ｄが直線軌道を通過した場合と同等の前後方向力を得ることができる。
【０１４５】
そこで、第１の周波数調整部８０４は、前後方向力の測定値ｙｋの時系列データ（データｙ）から、前後方向力の予測値ｙ＾ｋの時系列データを減算する。以下の説明では、前後方向力の測定値ｙｋの時系列データ（データｙ）から、前後方向力の予測値ｙ＾ｋの時系列データを減算した時系列データを、必要に応じて前後方向力の高周波成分の時系列データと称する。また、前後方向力の高周波成分の時系列データの各サンプリング時刻における値を、必要に応じて前後方向力の高周波成分の値と称する。
【０１４６】
図１４は、前後方向力の高周波成分の時系列データの一例を示す図である。図１４の縦軸は、前後方向力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の高周波成分の時系列データを示す。即ち、図１４の縦軸に示す前後方向力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の高周波成分は、それぞれ、図１３に示した、輪軸１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄにおける前後方向力Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４の測定値から計算値を減算することにより得られるものである。また、図１４の横軸は、図１３の横軸と同様に、基準の時刻を０（ゼロ）とした場合の当該基準の時刻からの経過時間（秒）で前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の測定時刻・計算時刻を表す。
第１の周波数調整部８０４は、以上のようにして、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の高周波成分の時系列データを導出する。
【０１４７】
［フィルタ演算部８０５、Ｓ１１０３］
フィルタ演算部８０５は、観測方程式を観測方程式記憶部８０２により記憶された観測方程式とし、状態方程式を状態方程式記憶部８０１により記憶された状態方程式として、カルマンフィルタにより、（４４）式に示す状態変数の推定値を決定する。このとき、フィルタ演算部８０５は、データ取得部８０３で取得された計測データのうち、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４を除く計測データと、第１の周波数調整部８０４で生成された前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の高周波成分の時系列データとを用いる。前述したように本実施形態では、計測データには、車体１１の左右方向における加速度の測定値、台車１２ａ、１２ｂの左右方向における加速度の測定値、および輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向における加速度の測定値が含まれる。輪軸１３ａ〜１３ｄにおける前後方向力Ｔ１〜Ｔ４については、データ取得部８０３で取得された計測データ（測定値）を用いずに、第１の周波数調整部８０４で生成された前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の高周波成分の時系列データを用いる。
【０１４８】
カルマンフィルタは、データ同化を行う手法の一つである。即ち、カルマンフィルタは、観測できる変数（観測変数）の測定値と推定値との差異が小さく（最小に）なるように、未観測の変数（状態変数）の推定値を決定する手法の一例である。フィルタ演算部８０５は、観測変数の測定値と推定値との差異が小さく（最小に）なるカルマンゲインを求め、そのときの未観測の変数（状態変数）の推定値を求める。カルマンフィルタにおいては、以下の（５８）式の観測方程式と、以下の（５９）式の状態方程式を用いる。
Ｙ＝ＨＸ＋Ｖ  ・・・（５８）
Ｘ・＝ΦＸ＋Ｗ  ・・・（５９）
【０１４９】
（５８）式において、Ｙは、観測変数の測定値を格納するベクトルである。Ｈは、観測モデルである。Ｘは、状態変数を格納するベクトルである。Ｖは、観測ノイズである。（５９）式において、Ｘ・は、Ｘの時間微分を示す。Φは、線形モデルである。Ｗは、システムノイズである。尚、カルマンフィルタ自体は、公知の技術で実現できるので、その詳細な説明を省略する。
フィルタ演算部８０５は、（４４）式に示す状態変数の推定値を所定のサンプリング周期で決定することにより、（４４）式に示す状態変数の推定値の時系列データを生成する。
【０１５０】
［第２の周波数調整部８０６］
第１の周波数調整部８０４により、前後方向力の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度が十分に除去されていないと、フィルタ演算部８０５により生成される状態変数の推定値の時系列データに、鉄道車両が曲線軌道を走行することに起因する低周波成分の信号が残る虞がある。そこで、第２の周波数調整部８０６は、フィルタ演算部８０５により生成された状態変数の推定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減（好ましくは除去）する。尚、第１の周波数調整部８０４により、前後方向力の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度が十分に除去されるように、（５３）式に示す自己相関行列Ｒから抽出する固有値の数ｓを定めることができる場合には、第２の周波数調整部８０６の処理は不要になる。
【０１５１】
本実施形態では、第２の周波数調整部８０６は、第１の周波数調整部８０４と同様に、修正自己回帰モデルを用いて、状態変数の推定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減する。
【０１５２】
第２の周波数調整部８０６は、所定のサンプリング周期で状態変数毎に以下の処理を行う。
ここでは、前述した修正自己回帰モデルの説明における物理量は、状態変数になる。即ち、状態変数のデータｙは、フィルタ演算部８０５により生成された状態変数の推定値の時系列データになる。状態変数の推定値は、何れも鉄道車両の状態に応じて変動する。
まず、第２の周波数調整部８０６は、状態変数の推定値のデータｙと、予め設定されている数Ｍ、ｍと、に基づいて、（４９）式と（５１）式とを用いて自己相関行列Ｒを生成する。
【０１５３】
次に、第２の周波数調整部８０６は、自己相関行列Ｒを特異値分解することで、（５２）式の直交行列Ｕおよび対角行列Σを導出し、対角行列Σから自己相関行列Ｒの固有値σ１１〜σｍｍを導出する。
次に、第２の周波数調整部８０６は、自己相関行列Ｒの複数の固有値σ１１〜σｍｍのうち、最大のものからｓ個の固有値σ１１〜σｓｓを、修正自己回帰モデルの係数αを求めるのに利用する自己相関行列Ｒの固有値として選択する。ｓは、状態変数毎に予め定められる。例えば、鉄道車両を軌道１６上で走行させて、これまで説明してきたようにして各状態変数の推定値のデータｙを得る。そして、自己相関行列Ｒの固有値の分布を状態変数毎に個別に作成する。この自己相関行列Ｒの固有値の分布から、（５３）式に示す自己相関行列Ｒから抽出する固有値の数ｓを状態変数のそれぞれについて決定する。
【０１５４】
次に、第２の周波数調整部８０６は、状態変数の推定値のデータｙと、固有値σ１１〜σｓｓと、自己相関行列Ｒの特異値分解により得られた直交行列Ｕと、に基づいて、（５７）式を用いて、修正自己回帰モデルの係数αを決定する。
【０１５５】
そして、第２の周波数調整部８０６は、修正自己回帰モデルの係数αと、状態変数の推定値のデータｙと、に基づいて、（４５）式により、状態変数の推定値のデータｙの時刻ｋにおける予測値ｙ＾ｋを導出する。状態変数の予測値ｙ＾ｋの時系列データは、状態変数の推定値のデータｙに含まれる低周波成分を抽出した時系列データになる。
【０１５６】
そして、第２の周波数調整部８０６は、状態変数の推定値のデータｙから、状態変数の予測値ｙ＾ｋの時系列データを減算する。以下の説明では、状態変数の推定値のデータｙから、状態変数の予測値ｙ＾ｋの時系列データを減算した時系列データの各サンプリング時刻における値を、必要に応じて状態変数の高周波成分の値と称する。
【０１５７】
［軌道状態算出部８０７、Ｓ１１０５］
（５）式〜（８）式の輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングを記述する運動方程式に、（２２）式〜（２５）式を代入すると、以下の（６０）式〜（６３）式が得られる。
【０１５８】
【数３１】
2019043859.tif 000033
【０１５９】
本実施形態では、（６０）式〜（６３）式に示すようにして、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４と輪軸１３ａ〜１３ｄの位置での通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４との関係を示す関係式が定められる。
軌道状態算出部８０７は、（３０）式〜（３３）式より、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイング方向における回動量（角変位）ψｗ１〜ψｗ４の推定値を算出する。そして、軌道状態算出部８０７は、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイング方向における回動量（角変位）ψｗ１〜ψｗ４の推定値と、第２の周波数調整部８０６で生成された状態変数の高周波成分の値と、第１の周波数調整部８０４により生成された前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の高周波成分の値とを、（６０）式〜（６３）式に与えることにより、輪軸１３ａ〜１３ｄの位置での通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４を算出する。ここで使用される状態変数は、台車１２ａ〜１２ｂの左右方向の変位ｙｔ１〜ｙｔ２、台車１２ａ〜１２ｂの左右方向の速度ｙｔ１・〜ｙｔ２・、輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向の変位ｙｗ１〜ｙｗ4、および輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向の速度ｙｗ１・〜ｙｗ４・である。軌道状態算出部８０７は、以上のような通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４の算出を所定のサンプリング周期で行うことにより、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４の時系列データを得る。
【０１６０】
そして、軌道状態算出部８０７は、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４から、最終的な通り狂い量ｙＲを算出する。例えば、軌道状態算出部８０７は、通り狂い量ｙＲ２〜ｙＲ４の時系列データの位相を、通り狂い量ｙＲ１の時系列データの位相に合わせる。即ち、軌道状態算出部８０７は、輪軸１３ａと輪軸１３ｂ〜１３ｄとの前後方向の距離と、鉄道車両の速度とから、或る位置を輪軸１３ａが通過する時刻に対する、当該位置を輪軸１３ｂ〜１３ｄが通過する時刻の遅れ時間を算出する。軌道状態算出部８０７は、通り狂い量ｙＲ２〜ｙＲ４の時系列データに対して、この遅れ時間だけ位相をずらす。
【０１６１】
図１５は、輪軸１３ａ〜１３ｄにおける通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４の時系列データの一例を示す図である。図１５において、輪軸１３ｂ〜１３ｄにおける通り狂い量ｙＲ２〜ｙＲ４の時系列データの位相は、輪軸１３ａにおける通り狂い量ｙＲ１の時系列データの位相に合わせている。図１５の横軸は、基準の時刻を０（ゼロ）とした場合の当該基準の時刻からの経過時間（秒）で通り狂い量ｙＲ１の検出時刻を表す。図２５の縦軸は、輪軸１３ａ〜１３ｄにおける通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４（ｍ）である。
【０１６２】
軌道状態算出部８０７は、位相を合わせた通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４の同じサンプリング時刻における値の和の算術平均値を当該サンプリング時刻における最終的な通り狂い量ｙＲとして算出する。軌道状態算出部８０７は、このような計算を各サンプリング時刻において行うことにより、最終的な通り狂い量ｙＲの時系列データを得る。通り狂い量ｙＲ２〜ｙＲ４の位相を、通り狂い量ｙＲ１の位相に合わせるので、通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４の時系列データに共通して存在する外乱因子を相殺することができる。
【０１６３】
図１６は、最終的な通り狂い量ｙＲの時系列データと、軌道１６（レール）の曲率１／Ｒとの一例を示す図である。図１６の横軸は、図１５の縦軸と同様に、基準の時刻を０（ゼロ）とした場合の当該基準の時刻からの経過時間（秒）で最終的な通り狂い量ｙＲの検出時刻を表す。図１６の上図における縦軸は、各検出時刻における最終的な通り狂い量ｙＲ（ｍ）を表す。図１６の下図における縦軸は、最終的な通り狂い量ｙＲの各検出時刻に鉄道車両の輪軸１３ａが位置する地点での軌道１６（レール）の曲率１／Ｒ（１／ｍ）である。図１６の下図において、曲率１／Ｒが０（ゼロ）であることは直線軌道を示し、曲率１／Ｒが０（ゼロ）以外の値であることは曲線軌道を示す。
【０１６４】
図１６の上図において、測定値は、実際に測定した通り狂い量ｙＲである。推定値は、軌道状態算出部８０７で算出された最終的な通り狂い量ｙＲである。図１６の上図に示すように、直線軌道においても曲線軌道においても通り狂い量ｙＲの推定値は測定値に良く一致することが分かる。
【０１６５】
尚、軌道状態算出部８０７は、位相を合わせた通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４のそれぞれについて移動平均をとり（即ち、ローパスフィルタを通し）、当該移動平均をとった通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４から、最終的な通り狂い量ｙＲを算出してもよい。
また、軌道状態算出部８０７は、位相を合わせた通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４の同じサンプリング時刻における値のうち、最大値と最小値を除く２つの値の算術平均値を最終的な通り狂い量ｙＲとして算出してもよい。
【０１６６】
［出力部８０８、Ｓ１１０６］
出力部８０８は、軌道状態算出部８０７により算出された最終的な通り狂い量ｙＲの情報を出力する。このとき出力部８０８は、最終的な通り狂い量ｙＲが、予め設定された値よりも大きい場合には、軌道１６が異常であることを示す情報を出力してもよい。出力の形態としては、例えば、コンピュータディスプレイへの表示、外部装置への送信、およびの内部または外部の記憶媒体への記憶の少なくとも何れか１つを採用することができる。
【０１６７】
（まとめ）
以上のように本実施形態では、検査装置８００は、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減し、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の高周波成分の時系列データを生成する。検査装置８００は、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の高周波成分の時系列データを、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４と輪軸１３ａ〜１３ｄの位置での通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４との関係式に与えることにより、輪軸１３ａ〜１３ｄの位置での通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４を算出する。この関係式は、鉄道車両の直線軌道の走行時における運動を記述する運動方程式（即ち、軌道１６（レール）の曲率半径Ｒを含まない式）に基づく式である。従って、曲線軌道における不整を特別な測定装置を用いることなく高精度に検出することができる。
【０１６８】
また、本実施形態では、検査装置８００は、前後方向力の測定値のデータｙから、自己相関行列Ｒを生成し、自己相関行列Ｒを特異値分解して得られた固有値のうち、最大のものからｓ個の固有値を用いて、前後方向力の測定値のデータｙを近似する修正自己回帰モデルの係数αを決定する。従って、前後方向力の測定値のデータｙに含まれる低周波成分の信号が残り、高周波成分が残らないように、係数αを決定することができる。検査装置８００は、時刻ｋにおける前後方向力の予測値ｙ＾ｋを、このようにして係数αが定められた修正自己回帰モデルに、その時刻よりも前の時刻ｋ−ｌ（１≦ｌ≦ｍ）の前後方向力の測定値のデータｙを与えることにより算出する。従って、カットオフ周波数を予め想定することなく、前後方向力の測定値のデータｙから、鉄道車両の曲線軌道の走行に起因する低周波成分の信号を低減することができる。
【０１６９】
また、本実施形態では、検査装置８００は、データ取得部８０３で取得された計測データのうち、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４を除く計測データと、第１の周波数調整部８０４で生成された前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の高周波成分の時系列データと、をカルマンフィルタに与えて、状態変数（ｙｗ１・〜ｙｗ４・、ｙｗ１〜ｙｗ４、ｙｔ１・〜ｙｔ２・、ｙｔ１〜ｙｔ２、ψｔ１・〜ψｔ２・、ψｔ１〜ψｔ２、φｔ１・〜φｔ２・、φｔ１〜φｔ２、ｙｂ・、ｙｂ、ψｂ・、ψｂ、φｂ・、φｂ、ψｙ１、ψｙ２、φａ１、φａ２）を導出する。次に、検査装置８００は、状態変数の推定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減（好ましくは除去）することにより、状態変数の高周波成分の値を算出する。次に、検査装置８００は、台車１２ａ、１２ｂのヨーイング方向における回動量（角変位）ψｔ１〜ψｔ２の高周波成分の値と、変換変数ｅ１〜ｅ４の実績値と、を用いて、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイング方向における回動量（角変位）ψｗ１〜ψｗ４を導出する。次に、検査装置８００は、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングを記述する運動方程式に、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイング方向における回動量（角変位）ψｗ１〜ψｗ４と、状態変数の高周波成分の値と、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の高周波成分の値と、を代入して、輪軸１３ａ〜１３ｄの位置での通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４を算出する。そして、検査装置８００は、輪軸１３ａ〜１３ｄの位置での通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４から、最終的な通り狂い量ｙＲを算出する。従って、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングを記述する運動方程式として、輪軸１３ａ〜１３ｄの位置での通り狂い量ｙＲ１〜ｙＲ４を変数として含む運動方程式を用いて状態方程式を構成する必要がなくなる。これにより、軌道１６のモデルを作成する必要がなくなると共に状態変数の数を減らすことができる。本実施形態では、モデルの自由度を２１自由度から１７自由度に減らすことができると共に、状態変数の数を３８から３０に減らすことができる。また、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の分だけ、カルマンフィルタで用いる測定値が増える。
【０１７０】
一方、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４を使用しないで、（５）式〜（８）式の輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングを記述する運動方程式を状態方程式に含めると、計算が不安定となり、推定結果が得られない場合がある。即ち、状態変数を選定しないと、計算が不安定となり、推定結果が得られない場合がある。また、仮に推定結果が得られたとしても、本実施形態の方法の方が、状態変数を選定しない方法に比べ、軌道１６の不整の検知精度が高くなる。本実施形態では、輪軸１３ａ〜１３ｄのヨーイングを記述する運動方程式を状態方程式に含めないことと、前後方向力の測定値を用いることとを実現しているからである。
【０１７１】
また、本実施形態では、センサとして歪ゲージを用いることができるので、特別なセンサを必要としない。従って、軌道１６の異常（軌道不整）を大きなコストをかけることなく精度よく検知することができる。また、特別なセンサを用いる必要がないので、営業車両に歪ゲージを取り付け、営業車に検査装置８００を搭載することにより、営業車両の走行中に、軌道１６の不整をリアルタイムで検知することができる。従って、検測車を走行させなくても、軌道１６の不整を検知することができる。ただし、検測車に歪ゲージを取り付け、検測車に検査装置８００を搭載してもよい。
【０１７２】
＜変形例＞
本実施形態では、修正自己回帰モデルを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしも、修正自己回帰モデルを用いて、前後方向力測定値のデータｙから、鉄道車両の曲線軌道の走行に起因する低周波成分の信号を低減する必要はない。例えば、鉄道車両の曲線軌道の走行に起因する周波数帯を特定することができる場合には、ハイパスフィルタを用いて、前後方向力の測定値のデータｙから、鉄道車両の曲線軌道の走行に起因する低周波成分の信号を低減してもよい。
【０１７３】
また、本実施形態では、位相を合わせる際の基準となる輪軸が輪軸１３ａである場合を例に挙げて説明した。しかしながら、基準となる輪軸は、輪軸１３ａ以外の輪軸１３ｂ、１３ｃ、または１３ｄでもよい。
【０１７４】
本実施形態では、カルマンフィルタを用いる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、観測変数の測定値と推定値との誤差が最小または当該誤差の期待値が最小になるように状態変数の推定値を導出するフィルタ（即ち、データ同化を行うフィルタ）を用いていれば、必ずしもカルマンフィルタを用いる必要はない。例えば、粒子フィルタを用いてもよい。尚、観測変数の測定値と推定値との誤差としては、例えば、観測変数の測定値と推定値との二乗誤差が挙げられる。
【０１７５】
また、本実施形態では、通り狂い量を導出する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、軌道１６の状態を反映する情報として、軌道不整（軌道１６の外観上の不良）を反映する情報を導出していれば、必ずしも通り狂い量を導出する必要はない。例えば、通り狂い量に加えてまたは代えて以下の（６４）式〜（６７）式の計算を行うことにより、鉄道車両が直線軌道を走行しているときに生じる横圧（車輪とレールとの間における左右方向の応力）を導出してもよい。ただし、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４はそれぞれ、車輪１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄにおける横圧である。ｆ３はスピンクリープ係数を表す。
【０１７６】
【数３２】
2019043859.tif 000034
【０１７７】
また、本実施形態では、車体１１の状態を表す状態変数を含める場合を例に挙げて説明した。しかしながら、車体１１は、車輪１４ａ〜１４ｄと軌道１６との間の作用力（クリープ力）による振動の伝搬が最後に伝わる部分である。従って、例えば、車体１１においてその伝搬による影響が小さいと判断される場合には、車体１１の状態を表す状態変数を含めなくてもよい。このようにする場合、（１）式〜（２１）式の運動方程式のうち、（１５）式〜（１７）式の車体１１の横振動、ヨーイング、ローリングを記述する運動方程式と、（１８）式、（１９）式の台車１２ａに配置されたヨーダンパ、台車１２ｂに配置されたヨーダンパのヨーイングを記述する運動方程式は不要になる。また、（１）式〜（２１）式の運動方程式において、車体に関する状態量（添え字ｂを含む状態量）と、車体に関する状態量（添え字ｂを含む状態量）を含む｛｝内の値（例えば（２１）式の左辺第３項の｛φａ２−φｂ｝）を０（ゼロ）にする。
【０１７８】
また、本実施形態では、台車１２ａ、１２ｂがボルスタレス台車である場合を例に挙げて説明した。しかしながら、台車１２ａ、１２ｂは、ボルスタレス台車に限定されない。この他、鉄道車両の構成要素、鉄道車両が受ける力、および鉄道車両の運動の方向等に応じて、運動方程式は、適宜書き換えられる。即ち、運動方程式は、本実施形態で例示したものに限定されない。
【０１７９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を説明する。以下の説明では、第１の実施形態の手法で算出される最終的な通り狂い量ｙＲを、必要に応じて通り狂い量ｙＲの推定値と称し、実際に測定した通り狂い量ｙＲを、必要に応じて通り狂い量ｙＲの測定値と称する。
【０１８０】
図１５に示す通り狂い量ｙＲの推定値の時系列データを算出する際に用いた計測データは、実際に測定したデータではなく、鉄道車両の振動を模擬した模擬データである。そこで、本発明者らは、実際に測定した計測データを用いて、通り狂い量ｙＲの推定値と測定値との乖離がないかどうかを確認した。
【０１８１】
その結果、本発明者らは、曲線軌道におけるレールの継目の個所において、通り狂い量ｙＲの推定値と測定値とに大きな乖離が生じるという知見を得た。ここで、大きな乖離とは、通り狂い量ｙＲの推定値の時間波形と測定値の時間波形とが反転した形になることを指す。例えば、通り狂い量ｙＲの推定値の時間波形が上に凸となる時間領域で、通り狂い量ｙＲの測定値の時間波形が下に凸となる場合に大きな乖離があることとする。鉄道車両が直線軌道におけるレールの継目を通過する際の前後方向力Ｔ１〜Ｔ４に含まれる左右方向の成分は小さいと考えられる。これに対し、鉄道車両が曲線軌道におけるレールの継目を通過する際には、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４に含まれる左右方向の成分が大きくなると考えられる。本発明者らは、このことから、曲線軌道におけるレールの継目の個所において、通り狂い量ｙＲの推定値と測定値とに大きな乖離が生じると考えた。そこで、本実施形態では、曲線軌道におけるレールの継目の個所を含む領域に対応する前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の測定値の時系列データを補正することにより、通り狂い量ｙＲの推定値と測定値とに大きな乖離が生じることを抑制する。このように本実施形態は、第１の実施形態に対し、通り狂い量ｙＲの推定値を補正する処理が加わるものである。従って、本実施形態の説明において、第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図１６に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
【０１８２】
＜検査装置１７００＞
図１７は、検査装置１７００の機能的な構成の一例を示す図である。図１８は、検査装置１７００における事前処理の一例を示すフローチャートである。図１９は、検査装置１７００における本処理の一例を示すフローチャートである。本実施形態でも、第１の実施形態と同様に、検査装置１７００が、鉄道車両に搭載される場合を例に挙げて示す。
【０１８３】
図１７において、検査装置１７００は、その機能として、状態方程式記憶部８０１、観測方程式記憶部８０２、軌道データ記憶部１７０１、データ取得部８０３、第１の周波数調整部８０４、継目判定部１７０２、補正部１７０３、フィルタ演算部８０５、第２の周波数調整部８０６、軌道状態算出部８０７、および出力部８０８を有する。検査装置１７００のハードウェアの構成は、例えば、図９に示すもので実現することができる。
【０１８４】
［軌道データ記憶部１７０１、Ｓ１８０１］
軌道データ記憶部１７０１は、軌道データを記憶する。軌道データは、鉄道車両が走行する軌道の位置と当該位置におけるレールの曲率１／Ｒとの関係を示すデータを含む。曲率１／Ｒが０（ゼロ）である位置は直線軌道である。曲率１／Ｒが０（ゼロ）でない位置は曲線軌道である。このようなデータとして、例えば、鉄道会社が路線ごとに管理しているデータを用いることができる。
【０１８５】
鉄道車両の位置が、始発駅からの距離で表される場合、鉄道車両の現在の走行位置は、鉄道車両の速度と走行時間とから走行距離を求めることにより得られる。鉄道車両の現在の走行位置を求める方法は、このような方法に限定されない。例えば、データ取得部８０３が、ＧＰＳ受信機を有していてもよい。この場合、ＧＰＳ受信機が、鉄道車両の現在の走行位置を取得する。
【０１８６】
［継目判定部１７０２、Ｓ１９０１］
継目判定部１７０２は、鉄道車両が曲線軌道におけるレールの継目を含む区間を通過したか否かを判定する。以下の説明では、この領域を必要に応じて継目区間と称する。本実施形態では、継目判定部１７０２は、以下のようにして継目区間を算出する。まず、継目判定部１７０２は、輪軸１３ｂ〜１３ｄの左右方向における加速度ｙｗ２・・〜ｙｗ４・・の位相を、輪軸１３ａの左右方向における加速度ｙｗ１・・に合わせる。即ち、継目判定部１７０２は、輪軸１３ａと輪軸１３ｂ〜１３ｄとの前後方向の距離と、鉄道車両の速度とから、或る位置を輪軸１３ａが通過する時刻に対する、当該位置を輪軸１３ｂ〜１３ｄが通過する時刻の遅れ時間を算出する。継目判定部１７０２は、輪軸１３ｂ〜１３ｄの左右方向における加速度ｙｗ２・・〜ｙｗ４・・の時系列データに対して、この遅れ時間だけ位相をずらす。継目判定部１７０２は、位相を合わせた輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向における加速度ｙｗ１・・〜ｙｗ４・・の算出平均値ｙｗ・・を算出する。継目判定部１７０２は、この輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向における加速度ｙｗ１・・〜ｙｗ４・・の算術平均値ｙｗ・・の絶対値が閾値を上回る時刻を、鉄道車両の輪軸１３ａが曲線軌道におけるレールの継目を通過した時刻とする。閾値は、予め定められる。鉄道車両が曲線軌道におけるレールの継目を通過するときの、輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向における加速度ｙｗ１・・〜ｙｗ４・・を調査し、その調査の結果から、鉄道車両が曲線軌道におけるレールの継目を通過したと判定することができる値を閾値として採用する。例えば、３（ｍ／ｓ２）〜６（ｍ／ｓ２）の値が閾値として定められる。継目判定部１７０２は、鉄道車両の輪軸１３ａが曲線軌道におけるレールの継目を通過した時刻の前後ｔ（秒）の間に鉄道車両の輪軸１３ａが通過する区間を継目区間とする。ｔは、予め定められる時刻であり、例えば０．２（秒）未満の値がｔの値として定められる。
【０１８７】
［補正部１７０３、Ｓ１９０２］
補正部１７０３は、継目判定部１７０２により、鉄道車両の輪軸１３ａが継目区間を通過したと判定されると起動する。本実施形態では、補正部１７０３は、鉄道車両の輪軸１３ａが当該継目区間を通過した時間に対応する時刻における前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の高周波成分の値を補正する。
【０１８８】
例えば、補正部１７０３は、鉄道車両の輪軸１３ａが継目区間を通過した時間の始期に対応する時刻における前後方向力Ｔ１の高周波成分の値と、鉄道車両の輪軸１３ａが当該継目区間を通過した時間の終期に対応する時刻における前後方向力Ｔ１の高周波成分の値とを線形補間する。即ち、補正部１７０３は、これらの値を直線で結ぶ。
【０１８９】
補正部１７０３は、前後方向力Ｔ２〜Ｔ４の高周波成分の時系列データの位相を、前後方向力Ｔ１の時系列データの位相に合わせる。即ち、補正部１７０３は、輪軸１３ａと輪軸１３ｂ〜１３ｄとの前後方向の距離と、鉄道車両の速度とから、或る位置を輪軸１３ａが通過する時刻に対する、当該位置を輪軸１３ｂ〜１３ｄが通過する時刻の遅れ時間を算出する。補正部１７０３は、前後方向力Ｔ２〜Ｔ４の高周波成分の時系列データに対して、この遅れ時間だけ位相をずらす。
【０１９０】
補正部１７０３は、このようにして位相をずらした前後方向力Ｔ２〜Ｔ４の高周波成分の時系列データにおいて、鉄道車両の輪軸１３ａが継目区間を通過した時間に対応する時刻における前後方向力Ｔ２〜Ｔ４の高周波成分の値と、鉄道車両の輪軸１３ａが当該継目区間を通過した時間の終期に対応する時刻における前後方向力Ｔ２〜Ｔ４の高周波成分の値とをそれぞれ線形補間する。
尚、補正部１７０３による補正の方法は、線形補間に限定されない。例えば、補正部１７０３は、スプライン補間を行ってもよい。
【０１９１】
（まとめ）
以上のように本実施形態では、検出装置１８００は、鉄道車両の輪軸１３ａが継目区間を通過した時間に対応する時刻における前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の高周波成分の値を補正する。従って、最終的な通り狂い量ｙＲの推定値の精度を更に向上させることができる。
【０１９２】
＜変形例＞
本実施形態では、継目区間を曲線軌道に対してのみ設定する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、曲線軌道に加えて直線軌道に対しても継目区間を設定してもよい。
【０１９３】
また、本実施形態では、前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の高周波成分の値を補正する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、データ取得部８０３により取得された前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の測定値を、本実施形態で説明したようにして補正してもよい。このようにする場合、第１の周波数調整部８０４は、補正後の前後方向力Ｔ１〜Ｔ４の測定値の時系列データに含まれる低周波成分の信号強度を低減する。
【０１９４】
また、本実施形態では、輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向における加速度ｙｗ１・・〜ｙｗ４・・を用いて、鉄道車両の輪軸１３ａが継目区間を通過したか否かを判定する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、鉄道車両の振動を表すデータであれば、必ずしも輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向における加速度ｙｗ１・・〜ｙｗ４・・を用いる必要はない。例えば、台車１２ａ、１２ｂの左右方向における加速度ｙｔ１・・、ｙｔ２・・を用いてもよい。また、輪軸１３ａ〜１３ｄまたは台車１２ａ、１２ｂの上下方向における加速度を用いてもよい。このようにする場合、データ取得部８０３は、輪軸１３ａ〜１３ｄまたは台車１２ａ、１２ｂの上下方向における加速度の測定値を計測データとして取得する。
その他、本実施形態においても、第１の実施形態で説明した種々の変形例を採用することができる。
【０１９５】
（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態を説明する。
第１の実施形態では、鉄道車両に搭載した検査装置８００が最終的な通り狂い量ｙＲを算出する場合を例に挙げて説明した。これに対し、本実施形態では、検査装置８００の一部の機能が実装されたデータ処理装置が、指令所に配置される。このデータ処理装置は、鉄道車両から送信される計測データを受信し、受信した計測データを用いて最終的な通り狂い量ｙＲを算出する。このように、本実施形態では、第１の実施形態の検査装置８００が有する機能を、鉄道車両と指令所とで分担して実行する。本実施形態と第１の実施形態とは、このことによる構成および処理が主として異なる。従って、本実施形態の説明において、第１の実施形態と同一の部分については、図１〜図１６に付した符号と同一の符号を付す等して詳細な説明を省略する。
【０１９６】
図２０は、検査システムの構成の一例を示す図である。図２０において、検査システムは、データ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂと、データ処理装置２０２０とを有する。図２０には、データ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂおよびデータ処理装置２０２０の機能的な構成の一例も示す。尚、データ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂおよびデータ処理装置２０２０のハードウェアは、例えば、図９に示すもので実現することができる。従って、データ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂおよびデータ処理装置２０２０のハードウェアの構成の詳細な説明を省略する。
【０１９７】
鉄道車両のそれぞれには、データ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂが１つずつ搭載される。データ処理装置２０２０は、指令所に配置される。指令所は、例えば、複数の鉄道車両の運行を集中管理する。
【０１９８】
＜データ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂ＞
データ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂは、同じもので実現することができる。データ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂは、データ取得部２０１１ａ、２０１１ｂと、データ送信部２０１２ａ、２０１２ｂとを有する。
【０１９９】
［データ取得部２０１１ａ、２０１１ｂ］
データ取得部２０１１ａ、２０１１ｂは、データ取得部８０３と同じ機能を有する。即ち、データ取得部２０１１ａ、２０１１ｂは、データ取得部８０３で取得する計測データと同じ計測データを取得する。具体的にデータ取得部２０１１ａ、２０１１ｂは、計測データとして、車体１１の左右方向における加速度の測定値、台車１２ａ、１２ｂの左右方向における加速度の測定値、輪軸１３ａ〜１３ｄの左右方向における加速度の測定値、および前後方向力の測定値を取得する。これらの測定値を得るための歪ゲージおよび演算装置は、第１の実施形態で説明したものと同じである。
【０２００】
［データ送信部２０１２ａ、２０１２ｂ］
データ送信部２０１２ａ、２０１２ｂは、データ取得部２０１１ａ、２０１１ｂで取得された計測データを、データ処理装置２０２０に送信する。本実施形態では、データ送信部２０１２ａ、２０１２ｂは、データ取得部２０１１ａ、２０１１ｂで取得された計測データを、無線通信により、データ処理装置２０２０に送信する。このとき、データ送信部２０１２ａ、２０１２ｂは、データ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂが搭載されている鉄道車両の識別番号を、データ取得部２０１１ａ、２０１１ｂで取得された計測データに付加する。このようにデータ送信部２０１２ａ、２０１２ｂは、鉄道車両の識別番号が付加された計測データを送信する。
【０２０１】
＜データ処理装置２０２０＞
［データ受信部２０２１］
データ受信部２０２１は、データ送信部２０１２ａ、２０１２ｂにより送信された計測データを受信する。この計測データには、当該計測データの送信元である鉄道車両の識別番号が付加されている。
【０２０２】
［データ記憶部２０２２］
データ記憶部２０２２は、データ受信部２０２１で受信された計測データを記憶する。データ記憶部２０２２は、鉄道車両の識別番号ごとに計測データを記憶する。データ記憶部２０２２は、鉄道車両の現在の運行状況と、計測データの受信時刻とに基づいて、当該計測データの受信時刻における鉄道車両の位置を特定し、特定した位置の情報と当該計測データとを相互に関連付けて記憶する。尚、データ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂが、鉄道車両の現在の位置の情報を収集し、取集した情報を計測データに含めてもよい。
【０２０３】
［データ読み出し部２０２３］
データ読み出し部２０２３は、データ記憶部２０２２により記憶された計測データを読み出す。データ読み出し部２０２３は、データ記憶部２０２２により記憶された計測データのうち、オペレータにより指定された計測データを読み出すことができる。また、データ読み出し部２０２３は、予め定められたタイミングで、予め定められた条件に合致する計測データを読み出すこともできる。本実施形態では、データ読み出し部２０２３により読み出される計測データは、例えば、鉄道車両の識別番号および位置の少なくとも何れか１つに基づいて決定される。
【０２０４】
状態方程式記憶部８０１、観測方程式記憶部８０２、第１の周波数調整部８０４、フィルタ演算部８０５、第２の周波数調整部８０６、軌道状態算出部８０７、および出力部８０８は、第１の実施形態と説明したものと同じである。従って、ここでは、これらの詳細な説明を省略する。尚、フィルタ演算部８０５は、データ取得部８０３で取得された計測データに代えてデータ読み出し部２０２３で読み出された計測データを用いて、（４４）式に示す状態変数の推定値を決定する。
【０２０５】
＜まとめ＞
以上のように本実施形態では、鉄道車両に搭載されたデータ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂは、計測データを収集してデータ処理装置２０２０に送信する。指令所に配置されたデータ処理装置２０２０は、データ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂから受信した計測データを記憶し、記憶した計測データを用いて、最終的な通り狂い量ｙＲを算出する。従って、第１の実施形態で説明した効果に加え、例えば、以下の効果を奏する。即ち、データ処理装置２０２０は、計測データを任意のタイミングで読み出すことにより、任意のタイミングで最終的な通り狂い量ｙＲを算出することができる。また、データ処理装置２０２０は、同じ位置における最終的な通り狂い量ｙＲの時系列的な変化を出力することができる。また、データ処理装置２０２０は、複数の路線における最終的な通り狂い量ｙＲを路線ごとに出力することができる。
【０２０６】
＜変形例＞
本実施形態では、データ収集装置２０１０ａ、２０１０ｂからデータ処理装置２０２０に計測データを直接送信する場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。例えば、クラウドコンピューティングを利用して検査システムを構築してもよい。
また、指令所に配置されたデータ処理装置２０２０は、第２の実施形態で説明したようにして最終的な通り狂い量ｙＲを算出してもよい。このようにする場合、データ処理装置２０２０は、継目判定部１７０２および補正部１７０３を更に有する。
その他、本実施形態においても、第１の実施形態および第２の実施形態で説明した種々の変形例を採用することができる。
【０２０７】
また、第１の実施形態では、状態方程式記憶部８０１、観測方程式記憶部８０２、データ取得部８０３、第１の周波数調整部８０４、フィルタ演算部８０５、第２の周波数調整部８０６、軌道状態算出部８０７、および出力部８０８が１つの装置に含まれる場合を例に挙げて説明した。しかしながら、必ずしもこのようにする必要はない。状態方程式記憶部８０１、観測方程式記憶部８０２、第１の周波数調整部８０４、フィルタ演算部８０５、第２の周波数調整部８０６、軌道状態算出部８０７、および出力部８０８の機能を複数の装置で実現してもよい。この場合、これら複数の装置を用いて検査システムが構成される。以上のことは、第２の実施形態で説明した、状態方程式記憶部８０１、観測方程式記憶部８０２、データ取得部８０３、第１の周波数調整部８０４、フィルタ演算部８０５、第２の周波数調整部８０６、軌道状態算出部８０７、出力部８０８、継目判定部１７０２、および補正部１７０３についても同じである。
【０２０８】
（その他の実施形態）
以上説明した本発明の実施形態は、コンピュータがプログラムを実行することによって実現することができる。また、前記プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体及び前記プログラム等のコンピュータプログラムプロダクトも本発明の実施形態として適用することができる。記録媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ＲＯＭ等を用いることができる。
【０２０９】
また、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２１０】
本発明は、例えば、鉄道車両の軌道を検査することに利用することができる。
【図１】
2019043859.tif 000035
【図２】
2019043859.tif 000036
【図３Ａ】
2019043859.tif 000037
【図３Ｂ】
2019043859.tif 000038
【図４】
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【図５】
2019043859.tif 000040
【図６】
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【図７】
2019043859.tif 000042
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
2019043859.tif 000046
【図１２】
2019043859.tif 000047
【図１３】
2019043859.tif 000048
【図１４】
2019043859.tif 000049
【図１５】
2019043859.tif 000050
【図１６】
2019043859.tif 000051
【図１７】
2019043859.tif 000052
【図１８】
2019043859.tif 000053
【図１９】
2019043859.tif 000054
【図２０】
2019043859.tif 000055
【手続補正書】
【提出日】令和2年1月9日(2020.1.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
以下に、縦クリープ力の逆相成分に対応するように前後方向力を定める場合の前後方向力の具体例について説明する。
軸箱支持装置が、モノリンク式の軸箱支持装置である場合、軸箱支持装置は、リンクを備えており、軸箱と台車枠とがリンクにより連結されている。このリンクの両端にはゴムブッシュが取り付けられる。この場合、前後方向力は、１つの輪軸の左右方向の端にそれぞれ１つずつ取り付けられる２つのリンクのそれぞれが受ける荷重の前後方向の成分のうち、相互に逆位相となる成分になる。また、リンクの配置および構成により、リンクは、前後方向、左右方向、上下方向の荷重のうち主に前後方向の荷重を受ける。従って、例えば、各リンクに歪ゲージを１つ取り付ければよい。この歪みゲージの測定値を用いて、当該リンクが受ける荷重の前後方向の成分を導出することにより、前後方向力の測定値を得る。また、このようにすることに替えて、リンクに取り付けられたゴムブッシュの前後方向の変位を変位計で測定してもよい。この場合、測定した変位と当該ゴムブッシュのバネ定数との積を、前後方向力の測定値とする。軸箱支持装置が、モノリンク式の軸箱支持装置である場合、前述した、軸箱を支持するための部材は、リンクまたはゴムブッシュになる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６１】
図１５は、輪軸１３ａ〜１３ｄにおける通り狂い量ｙR1〜ｙR4の時系列データの一例を示す図である。図１５において、輪軸１３ｂ〜１３ｄにおける通り狂い量ｙR2〜ｙR4の時系列データの位相は、輪軸１３ａにおける通り狂い量ｙR1の時系列データの位相に合わせている。図１５の横軸は、基準の時刻を０（ゼロ）とした場合の当該基準の時刻からの経過時間（秒）で通り狂い量ｙR1の検出時刻を表す。図１５の縦軸は、輪軸１３ａ〜１３ｄにおける通り狂い量ｙR1〜ｙR4（ｍ）である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６３】
図１６は、最終的な通り狂い量ｙRの時系列データと、軌道１６（レール）の曲率１／Ｒとの一例を示す図である。図１６の横軸は、図１５の横軸と同様に、基準の時刻を０（ゼロ）とした場合の当該基準の時刻からの経過時間（秒）で最終的な通り狂い量ｙRの検出時刻を表す。図１６の上図における縦軸は、各検出時刻における最終的な通り狂い量ｙR（ｍ）を表す。図１６の下図における縦軸は、最終的な通り狂い量ｙRの各検出時刻に鉄道車両の輪軸１３ａが位置する地点での軌道１６（レール）の曲率１／Ｒ（１／ｍ）である。図１６の下図において、曲率１／Ｒが０（ゼロ）であることは直線軌道を示し、曲率１／Ｒが０（ゼロ）以外の値であることは曲線軌道を示す。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９０】
補正部１７０３は、このようにして位相をずらした前後方向力Ｔ2〜Ｔ4の高周波成分の時系列データにおいて、鉄道車両の輪軸１３ａが継目区間を通過した時間の始期に対応する時刻における前後方向力Ｔ2〜Ｔ4の高周波成分の値と、鉄道車両の輪軸１３ａが当該継目区間を通過した時間の終期に対応する時刻における前後方向力Ｔ2〜Ｔ4の高周波成分の値とをそれぞれ線形補間する。
尚、補正部１７０３による補正の方法は、線形補間に限定されない。例えば、補正部１７０３は、スプライン補間を行ってもよい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９１】
（まとめ）
以上のように本実施形態では、検出装置１７００は、鉄道車両の輪軸１３ａが継目区間を通過した時間に対応する時刻における前後方向力Ｔ1〜Ｔ4の高周波成分の値を補正する。従って、最終的な通り狂い量ｙRの推定値の精度を更に向上させることができる。
【国際調査報告】
2019043859.tif 000056
2019043859.tif 000057
2019043859.tif 000058
2019043859.tif 000059