(57)【要約】【課題】異常検出精度を向上した速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法及び異常検出装置を提供する。【解決手段】鉄道車両の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法を、走行速度検出手段が検出した走行速度が第１の閾値以上でありかつ振動検出手段が検出した振動が第２の閾値未満である状態と、走行速度検出手段が検出した走行速度が第３の閾値未満でありかつ振動検出手段が検出した振動が第４の閾値以上である状態との少なくとも一方が所定時間以上継続した場合に異常と判定する構成とする。【選択図】図３
2013127403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法であって、
前記走行速度検出手段が検出した走行速度が第１の閾値以上でありかつ前記振動検出手段が検出した振動が第２の閾値未満である状態と、前記走行速度検出手段が検出した走行速度が第３の閾値未満でありかつ前記振動検出手段が検出した振動が第４の閾値以上である状態との少なくとも一方が所定時間以上継続した場合に異常と判定すること
を特徴とする走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法。
【請求項２】
鉄道車両の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法であって、
前記走行速度検出手段が検出した走行速度、及び、前記振動検出手段が検出した振動を、前記走行速度及び前記振動をそれぞれ座標軸とする座標系における一部の領域に設定された異常領域に含まれるか逐次判別し、所定時間以上にわたって異常領域に留まった場合に異常と判定すること
を特徴とする走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法。
【請求項３】
前記座標系において、正常時に取得された走行速度及び振動の軌跡が通過しない領域の一部に前記異常領域が設けられるとともに、前記異常領域以外の領域に正常領域が設けられること
を特徴とする請求項１に記載の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法。
【請求項４】
前記座標系において、前記異常領域は矩形状に設定されること
を特徴とする請求項２又は請求項３に記載の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法。
【請求項５】
前記座標系において、前記正常領域と前記異常領域との境界を関数によって定義したこと
を特徴とする請求項２又は請求項３に記載の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法。
【請求項６】
前記座標系において、前記異常領域は格子状に配列された複数の領域を組み合わせて設定されること
を特徴とする請求項２又は請求項３に記載の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法。
【請求項７】
鉄道車両の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出装置であって、
前記走行速度検出手段が検出した走行速度が第１の閾値以上でありかつ前記振動検出手段が検出した振動が第２の閾値未満である状態と、前記走行速度検出手段が検出した走行速度が第３の閾値未満でありかつ前記振動検出手段が検出した振動が第４の閾値以上である状態との少なくとも一方が所定時間以上継続した場合に異常と判定する異常判定手段を有すること
を特徴とする走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出装置。
【請求項８】
鉄道車両の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出装置であって、
前記走行速度検出手段が検出した走行速度、及び、前記振動検出手段が検出した振動を、前記走行速度及び前記振動をそれぞれ座標軸とする座標系における一部の領域に設定された異常領域に含まれるか逐次判別し、所定時間以上にわたって異常領域に留まった場合に異常と判定する異常判定手段を有すること
を特徴とする走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出装置。
【請求項９】
前記座標系において、正常時に取得された走行速度及び振動の軌跡が通過しない領域の一部に前記異常領域が設けられるとともに、前記異常領域以外の領域に正常領域が設けられること
を特徴とする請求項８に記載の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出装置。
【請求項１０】
前記座標系において、前記異常領域は矩形状に設定されること
を特徴とする請求項８又は請求項９に記載の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出装置。
【請求項１１】
前記座標系において、前記正常領域と前記異常領域との境界を関数によって定義したこと
を特徴とする請求項８又は請求項９に記載の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出装置。
【請求項１２】
前記座標系において、前記異常領域は格子状に配列された複数の領域を組み合わせて設定されること
を特徴とする請求項８又は請求項９に記載の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常を検出する異常検出方法及び異常検出装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年鉄道車両において、走行速度に基づいてダンパやアクチュエータ等を制御し、乗り心地等の改善を図った制振制御システムが提案されている。
例えば、特許文献１には、このような制振制御システムの一例が記載されている。
特許文献１に記載された技術においては、車体の上下、左右方向の振動加速度、走行速度等に応じて、車体と台車間に設置された流体圧作動機構を駆動し、ピッチング、ヨーイング、ローリング振動の抑制を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８―２５３１４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような制振制御システムにおいては、センサの故障などにより、走行速度や加速度の検出値が実際とは異なった場合には、誤った制御指令の出力を防止するため、異常検知機能が必要となる。
従来、走行速度信号や加速度信号の個々の電圧が、通常とり得る範囲にない場合（例えば過大な場合）、異常と判断する方法が知られている。
【０００５】
しかし、このような方法では、異常な信号であっても、それが通常の電圧範囲内である場合、その異常を検出できない問題があった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、異常検出精度を向上した速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法及び異常検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するため、本発明の鉄道車両の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法は、前記走行速度検出手段が検出した走行速度が第１の閾値以上でありかつ前記振動検出手段が検出した振動が第２の閾値未満である状態と、前記走行速度検出手段が検出した走行速度が第３の閾値未満でありかつ前記振動検出手段が検出した振動が第４の閾値以上である状態との少なくとも一方が所定時間以上継続した場合に異常と判定することを特徴とする。
これによれば、走行速度と振動との組み合わせによって正常と異常を判別することによって、走行速度信号、振動信号がそれぞれ単独では正常な範囲内にある場合であっても、他の信号との関係で異常と認められる場合には異常と判定することができ、異常検出精度を向上することができる。
【０００７】
また、本発明の鉄道車両の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法は、前記走行速度検出手段が検出した走行速度、及び、前記振動検出手段が検出した振動を、前記走行速度及び前記振動をそれぞれ座標軸とする座標系における一部の領域に設定された異常領域に含まれるか逐次判別し、所定時間以上にわたって異常領域に留まった場合に異常と判定することを特徴とする。
これによっても、上述した効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
【０００８】
上述した発明において、前記座標系において、正常時に取得された走行速度及び振動の軌跡が通過しない領域の一部に前記異常領域が設けられるとともに、前記異常領域以外の領域に正常領域が設けられる構成とすることができる。
これによれば、異常領域の設定を適切に行ない、異常検出精度を確保できる。
この場合、前記座標系において、前記異常領域は矩形状に設定される構成とすることができる。
また、この場合、前記座標系において、前記正常領域と前記異常領域との境界を関数によって定義した構成とすることができる。
また、この場合、前記異常領域は格子状に配列された複数の領域を組み合わせて設定される構成とすることができる。
【０００９】
本発明の鉄道車両の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出装置は、前記走行速度検出手段が検出した走行速度が第１の閾値以上でありかつ前記振動検出手段が検出した振動が第２の閾値未満である状態と、前記走行速度検出手段が検出した走行速度が第３の閾値未満でありかつ前記振動検出手段が検出した振動が第４の閾値以上である状態との少なくとも一方が所定時間以上継続した場合に異常と判定する異常判定手段を有することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の鉄道車両の走行速度検出手段及び振動検出手段の異常検出装置は、前記走行速度検出手段が検出した走行速度、及び、前記振動検出手段が検出した振動を、前記走行速度及び前記振動をそれぞれ座標軸とする座標系における一部の領域に設定された異常領域に含まれるか逐次判別し、所定時間以上にわたって異常領域に留まった場合に異常と判定する異常判定手段を有することを特徴とする。
【００１１】
上述した発明において、前記座標系において、正常時に取得された走行速度及び振動の軌跡が通過しない領域の一部に前記異常領域が設けられるとともに、前記異常領域以外の領域に正常領域が設けられる構成とすることができる。
この場合、前記座標系において、前記異常領域は矩形状に設定される構成とすることができる。
また、この場合、前記座標系において、前記正常領域と前記異常領域との境界を関数によって定義した構成とすることができる。
また、この場合、前記座標系において、前記異常領域は格子状に配列された複数の領域を組み合わせて設定される構成とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上のように、本発明によれば、異常検出精度を向上した速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法及び異常検出装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用した速度検出手段及び振動検出手段の異常検出装置の第１実施形態を備える鉄道車両の構成を示す模式図である。
【図２】図１の鉄道車両における正常時の走行速度−ピッチング加速度パワー平面の軌跡の一例を示す図である。
【図３】図１の異常検出装置における異常領域の設定の一例を示す図である。
【図４】図１の異常検出装置の異常検出ロジックを示すフローチャートである。
【図５】図１の鉄道車両における異常発生時の走行速度とピッチング加速度パワーの軌跡の一例を示す図である。
【図６】図５の場合における走行速度、ピッチング加速度パワー、異常判定の時間履歴の一例を示す図である。
【図７】本発明を適用した速度検出手段及び加速度検出手段の異常検出装置の第２実施形態における異常領域の設定の一例を示す図である。
【図８】本発明を適用した速度検出手段及び加速度検出手段の異常検出装置の第３実施形態における異常領域の設定の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１乃至第３実施形態に係る速度検出手段及び振動検出手段の異常検出方法及び異常検出装置（以下、単に「異常検出方法」及び「異常検出装置」と称する）について説明する。
＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態の異常検出方法及び異常検出装置について説明する。
第１実施形態の異常検出装置は、例えば、走行速度及び車体の振動加速度を用いて、例えば枕ばね系、軸ばね系などに設けられる可変減衰ダンパやアクチュエータ等の制振力発生手段を制御する制振制御システムを備えた鉄道車両に設けられ、第１実施形態の異常検出方法を実行するものである。
【００１５】
図１は、第１実施形態の異常検出装置を有する鉄道車両の模式図である。
鉄道車両１は、車体１０の前後に１位台車２０、２位台車３０を有するボギー車両である。
車体１０は、床部を構成する台枠の上部に、側構、妻構、屋根構などを設けることによって、ほぼ六面体状に形成されている。
１位台車２０、２位台車３０は、それぞれ図示しない台車枠に各２軸の輪軸を備えたものである。
【００１６】
また、鉄道車両１は、図示しない制振制御システムの制御に用いられる走行速度及び車体の上下加速度を検出する速度発電機４０、加速度センサ５１，５２を備えている。
速度発電機４０は、１位台車２０の一方の輪軸の端部に設けられ、この輪軸の回転速度に応じた車速信号を出力する走行速度検出手段である。
加速度センサ５１、５２は、車体１０の下部における１位台車２０と２位台車３０との間に、前後方向に離間して配置されている。
加速度センサ５１，５２は、車体１０の上下方向における振動加速度を検出するものである。
【００１７】
鉄道車両１は、上述した速度発電機４０及び加速度センサ５１，５２の異常を検出する異常検出装置１００を備えている。
異常検出装置１００は、例えば、ＣＰＵ等の情報処理手段、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段、入出力インターフェイス等を有して構成され、速度発電機４０及び加速度センサ５１，５２の出力が入力される。
なお、このような異常検出装置１００は、制振制御システムの制御装置と一体に構成されてもよい。
【００１８】
次に、異常検出装置１００における異常検出の原理について説明する。
図２は、正常な状態の実車両で測定した走行速度Ｖと車体ピッチング加速度パワーαを、Ｖ−α平面にプロットした軌跡を示す図である。
この車体ピッチング加速度パワーは、車体１０に取り付けられた加速度センサ５１，５２の上下加速度から車体ピッチング加速度を算出し、それを２乗した後、例えば０．５Ｈｚのローパスフィルタに通して求めたものである。位相遅れを合わせるために、走行速度Ｖも０．５Ｈｚのローパスフィルタに通した。
さらに、平均的な傾向を把握するために、走行速度、車体ピッチング加速度パワーのそれぞれに例えば５秒間の移動平均をとっている。
【００１９】
第１実施形態においては、Ｖ―α平面において図２に示すような正常時における走行速度Ｖと車体ピッチング加速度パワーαの軌跡が通過しない領域に、異常領域を設定し、その他の領域を正常領域としている。
図３は、第１実施形態における異常領域の設定を示す図である。
図３において、異常領域は網掛けを付して図示している（図５、図７、図８において同様）。
図３に示すように、第１実施形態においては、走行速度ＶがＶ１未満かつ加速度パワーαがα２以上となる領域、及び、走行速度ＶがＶ２以上かつ加速度パワーαがα１未満となる領域をそれぞれ異常領域として設定している。
なお、ここでは一例として、Ｖ１＝Ｖ２＝１０ｋｍ／ｈ、α１＝０．００１（ｍ／ｓ２）２、α２＝０．０１（ｍ／ｓ２）２とした。
【００２０】
以下、上述した異常領域を用いた異常検出方法について説明する。
図４は、第１実施形態における異常検出ロジックを示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
【００２１】
＜ステップＳ０１：加速度センサ信号、走行速度信号取得＞
異常検出装置１００は、加速度センサ５１，５２から加速度センサ信号を取得するとともに、速度発電機４０から走行速度信号を取得する。
その後、ステップＳ０２に進む。
【００２２】
＜ステップＳ０２：加速度センサ信号演算＞
異常検出装置１００は、加速度センサ信号から、車体ピッチング加速度パワーαを振動の大きさに相関するパラメータとして演算する。
その後、ステップＳ０３に進む。
【００２３】
＜ステップＳ０３：走行速度Ｖ、加速度パワーαのローパスフィルタ処理＞
異常検出装置１００は、走行速度信号に基づいて求めた走行速度Ｖ、及び、ステップＳ０２で求めた車体ピッチング加速度パワーαを、ローパスフィルタにそれぞれ通過させる。
その後、ステップＳ０４に進む。
【００２４】
＜ステップＳ０４：Ｖ−α平面の異常領域内判断＞
異常検出装置１００は、ステップＳ０３で求めたローパスフィルタ処理後の走行速度Ｖ及び車体ピッチング加速度パワーαが、図３に示した異常領域内に含まれる場合はステップＳ０５に進み、正常領域（異常領域以外）に含まれる場合は、ステップＳ０７に進む。
【００２５】
＜ステップＳ０５：異常領域継続時間判断＞
異常検出装置１００は、ローパスフィルタ処理後の走行速度Ｖ及び車体ピッチング加速度パワーαが異常領域に留まっている時間をカウントしたタイマ値が、予め設定した閾値であるＴ以上となった場合には、ステップＳ０６に進み、タイマ値がＴ未満である場合はステップＳ０７に進む。
【００２６】
＜ステップＳ０６：異常を出力＞
異常検出装置１００は、速度発電機４０、加速度センサ５１，５２の少なくとも１つに故障等の異常が生じているものとして、異常判定を行い、異常である旨を出力する。
その後、一連の処理を終了（リターン）する。
【００２７】
＜ステップＳ０７：正常を出力＞
異常検出装置１００は、速度発電機４０、加速度センサ５１，５２に異常は認められないとして、正常判定を行い、正常である旨を出力する。
その後、一連の処理を終了（リターン）する。
【００２８】
次に、第１実施形態における異常検出の実例について説明する。
図５は、実車両で測定した走行速度Ｖと、車体ピッチング加速度パワーαの軌跡を示す図である。なお、走行速度Ｖ、車体ピッチング加速度パワーαは、ともに０．５Ｈｚのローパスフィルタに通している。
また、図５において、太い実線は、走行中に擬似的な故障として走行速度信号を０とした結果である。また、細い破線は、実際の軌跡を示している。
図５に示すように、走行速度Ｖと、車体ピッチング加速度パワーαの軌跡は、異常発生後に正常領域から異常領域に移動していることがわかる。
【００２９】
図６は、図５に示すデータの時刻歴を示す図である。ここでは、異常領域に入ってから異常を検出するまでの時間である閾値Ｔを、一例として３０秒とした。
時刻２００秒で走行速度信号を擬似的に０とした後、走行速度ＶがＶ１未満かつ加速度パワーαがα２以上となり、その後この状態が３０秒以上継続しているので、３０秒後である時刻２３０秒において、異常と判定されていることがわかる。
【００３０】
以上説明した第１実施形態によれば、走行速度Ｖ及びピッチング加速度パワーαの軌跡が異常領域に入ったことに基づいて異常と判定することによって、走行速度信号、加速度信号がそれぞれ単独では正常な範囲内にある場合であっても、他の信号との関係で異常と認められる場合には異常判定をすることができ、異常検出精度を向上することができる。
また、この軌跡が異常領域に所定時間Ｔ以上留まった場合にのみ異常判定を行うことによって、例えば軌道不整箇所の通過により一時的に振動が増加した場合や、車輪の空転、滑走等により走行速度信号が一時的に実際の走行速度と乖離した場合に誤検出を行うことを防止でき、信頼性を向上できる。
【００３１】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態の異常検出方法及び異常検出装置について説明する。
なお、以下説明する各実施形態において、従前の実施形態と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図７は、第２実施形態において設定した異常領域を示す図である。
第２実施形態においては、正常領域と異常領域との境界を、複数の関数の組み合わせにより表現される曲線によって定義している。
以上説明した第２実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と実質的に同様の効果に加えて、異常領域の設定自由度を高めることによって、より高精度の異常検出を行なうことができる。
【００３２】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態の異常検出方法及び異常検出装置について説明する。
図８は、第３実施形態において設定した異常領域を示す図である。
第３実施形態においては、Ｖ−α平面を格子状の小領域に分割し、異常領域を複数の小領域の組み合わせによって、離散的に定義している。
異常説明した第３実施形態においても、上述した第１、第２実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
【００３３】
（他の実施形態）
なお、本発明は上述した各実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
例えば以下のようなものも本発明の技術的範囲に含まれる。
（１）異常領域の設定手法は、上述した各実施形態のものに限らず、適宜変更することが可能である。
（２）振動検出手段として、各実施形態のような上下並進方向の加速度を検出する加速度センサに限らず、例えば枕木方向等の他の方向の加速度を検出する加速度センサや、直接ピッチング挙動を測定するジャイロセンサ等を用いることができる。
（３）各実施形態では振動の大きさとして車体のピッチング加速度パワーを用いているが、上下並進やロールなどの他の振動モードであってもよく、また、加速度パワーに限らず絶対値としてもよい。また、加速度に限らず、角速度などを用いてもよい。
さらに、振動は車体の振動に限らず、台車の振動などであってもよい。
（４）各実施形態では走行速度検出手段は速度発電機であったが、これに限らず、走行速度を出力可能なものであればどのようなものであってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１    鉄道車両                  １０    車体
２０    １位台車                  ３０    ２位台車
４０    速度発電機                ５１    加速度センサ
５２    加速度センサ            １００    異常検出装置
【図１】
2013127403.tif 000003
【図２】
2013127403.tif 000004
【図３】
2013127403.tif 000005
【図４】
2013127403.tif 000006
【図５】
2013127403.tif 000007
【図６】
2013127403.tif 000008
【図７】
2013127403.tif 000009
【図８】
2013127403.tif 000010