(57)【要約】  鉄道車両(rail vehicle)用の不安定モニタリングデバイス（１０）は、基準軸に沿った振動に応答して第１の加速度信号を発信する少なくとも第１の加速度計（２２）と、２つの主端子を持ち、閉じたステートと開いたステートの間でスイッチング可能である少なくとも第１の固定素子安定リレー（２４）と、前記第１の加速度計と前記第１の固定素子安全リレーとに接続されたプログラマブルロジックデバイス（２０）とを備えており、前記プログラマブルロジックデバイスはＦＰＧＡ(field programmable gate array)またはＣＰＬＤ(complex programmable logic device)であって、同時に並列に実行され、第１の加速度信号の不安定条件に基づいて第１の固定素子安全リレーのステートを変化させる不安定モニタリングアルゴリズムを実現する不揮発性ロジックブロックを備えている。
2012502837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両用の不安定モニタリングデバイスであって、
基準軸に沿った振動に応答して第１の加速度信号を発信する少なくとも１つの第１の加速度計と、
２つの主端子を持ち、閉じたステートと開いたステートの間でスイッチング可能である少なくとも第１の固定素子安定リレーと、
前記第１の加速度計と、前記第１の固定素子安定リレーとに接続されたプログラマブルロジックデバイスであって、前記プログラマブルロジックデバイスは、同時に並列に実行され、前記第１の加速度信号の不安定条件に基づいて前記第１の固定素子リレーのステートを変化させる不安定モニタリングアルゴリズムを実現する不揮発性ロジックブロックを備えたＦＰＧＡ(field programmable gate array)またはＣＤＬＤ(complex programmable logic device)であるものと、
を備えたことを特徴とする不安定モニタリングデバイス。
【請求項２】
プログラマブルロジックデバイスは不揮発性消去可能および再プログラム可能メモリを含むことを特徴とする請求項１に記載の不安定モニタリングデバイス。
【請求項３】
不安定モニタリングアルゴリズムは、
第１の加速度信号を前処理し、
前処理した加速度信号のうちあらかじめ決めた加速度しきい値よりも高いピークを検出し、
２つの連続ピーク間の時間があらかじめ決めたタイムウィンドウ内にある場合はカウンタをインクリメントし、
カウンタがあらかじめ決めたカウンタしきい値に達したか、または超えた場合は固体素子安全リレーをアクチベートし、
あらかじめ決めた時間期間内にピークが検出されなかった場合はカウンタをリセットする、
ことを含むことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の不安定モニタリングデバイス。
【請求項４】
第１の加速度信号の前処理はローパスフィルタおよびハイパスフィルタを通して第１の加速度信号を処理することを含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の不安定モニタリングデバイス。
【請求項５】
基準軸に沿った振動に応答して第２の加速度信号を発信する第２の加速度計をさらに備えていて、前記第２の加速度計はプログラマブルロジックデバイスに接続され、不安定モニタリングアルゴリズムは第１および第２の加速度信号の不安定条件に基づいて第１の固体素子リレーのステートを変化させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の不安定モニタリングデバイス。
【請求項６】
第１と第２の加速度信号の各々は、
静止位置と基準軸に平行の２相反終端間で移動可能の慣性質量と、
静止位置から２対向端の一方の端に向かって一方のテスト可能の方向に慣性質量を移動するための内部テスト回路と、を含んでいて、第１と第２の加速度信号のテスト可能の方向は相互に対して反対であり、前記静止位置と前記２対向端の他方の端の間でテスト可能の方向に反対の方向における各慣性質量の動きに応答して第１と第２の加速度計に生成される加速度信号はプログラマブルロジックデバイスによって無視されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の不安定モニタリングデバイス。
【請求項７】
第１の固定素子リレーは制御信号がないときは開いており、プログラマブルロジックデバイスは制御信号を中断し、第１の加速度信号の不安定条件に基づいて第１の固定素子リレーのステートを変化させることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の不安定モニタリングデバイス。
【請求項８】
プログラマブルロジックデバイスに接続された第２の固定素子リレーをさらに含み、アルゴリズムは第１の加速度信号の不安定条件に基づいて第２の固定素子のリレーのステートを変化させるようになっていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の不安定モニタリングデバイス。
【請求項９】
第１の固定素子リレーのステートの変化はプログラマブルロジックデバイスによって制御されるＡＣ制御信号の中断によってトリガされ、他方、第２の固定素子リレーのステートの変化はプログラマブルロジックデバイスによって制御されるＤＣ制御信号の中断によってトリガされることを特徴とする請求項８に記載の不安定モニタリングデバイス。
【請求項１０】
プログラマブルロジックデバイス、第１の固定素子安全リレーおよび第１の加速度計を受け入れ、さらに、もし提供されていれば、第２の固体素子安全リレーと第２の加速度計も受け入れるための印刷回路基盤をさらに備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の不安定モニタリングデバイス。
【請求項１１】
テスト回路をさらに備えており、そのテスト回路は、
テスト電源と、
テスト電流検出器と、
テストモードと動作モードの間で不安定モニタリングデバイスをスイッチングして、テストモードにあるときは、安全スイッチの主端子がローカルテスト電源とローカル測定デバイスの間に接続され、他方、操作ステートにあるときは、安全スイッチの主端子がローカルテスト電源から切り離されるようにするテストスイッチ手段と、
を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の不安定モニタリングデバイス。
【請求項１２】
鉄道車両用の不安定モニタリングシステムであって、
請求項１乃至１１のいずれかに記載の複数の分散不安定モニタリングデバイスと、
複数の不安定モニタリングデバイスの第１の固定素子安全リレーを直列に相互接続する安全ツールと、
を含むことを特徴とする不安定モニタリングシステム。
【請求項１３】
前記安全ループは、
安全ループに電力供給する電源と、
複数の不安定モニタリングデバイスの第１のステート安全リレーの少なくとも１つのステートの変化を検出する障害検出器と、
を備えたことを特徴とする請求項１２に記載の不安定モニタリングシステム。
【請求項１４】
複数のボギー台車および請求項１２または請求項１３に記載の不安定モニタリングシステムを備えた鉄道車両であって、各ボギー台車は不安定モニタリングシステムの不安定モニタリングデバイスの少なくとも１つを備えていることを特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉄道車両(rail vehicle)の安定性をモニタリングするためのシステムに関する。より一般的には、本発明は分散コンポーネントの安定性をモニタリングするための安全システムおよびそのようなシステムにおける分散デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のボギー台車は、片揺れダンパ(yaw damper)または摩擦板(friction plate)のように、ボギー台車が正弦波状の軌跡に追従する傾向を打ち消す作用をする受動的安定化手段を備えている。これらの安定化手段は「不安定限界(instability limit)」と呼ばれて、その限界になると比較的円滑な正弦波走行がボギー台車のハンチング(hunting)にまで悪化し、それが原因で走行快楽性が損なわれ、ホイールとレールの間に高い力が発生する速度を増加するためにも使用されている。
【０００３】
例えば、片揺れダンパの欠陥が原因で起こる危険な走行のリスクを最小限にするために、ヨーロッパ委員会によって公表された非特許文献１は、高速列車に搭載されて列車のボギー台車の動きの不安定の検出を可能にする手段の導入に関する規定を記載している。
【０００４】
鉄道旅客車両のボギー台車の走行不安定を検出するアルゴリズムは、非特許文献２に定義されている。このアルゴリズムによれば、４Ｈｚから８Ｈｚの範囲のあらかじめ決めたしきい値を超えるボギー台車の横方向加速度が、あらかじめ決めた時間期間（例：５００ｍｓ）であらかじめ決めたしきい値（例：８ｍ／ｓ２）を越える連続ピークのあらかじめ決めた数値以上になると不安定が検出されている。
【０００５】
ボギー台車の不安定モニタリングシステム(instability monitoring system)は特許文献１から知られている。ボギー台車は、ボギー台車の縦方向の中央平面の各々の側に置かれた２つの縦方向加速度計を備えている。２つの加速度計からの信号は比較され、処理されて、これらの信号の差があらかじめ決めた量より大であるかどうかが判断され、大であれば、アラーム信号がトリガされている。
【０００６】
鉄道車両用の振動モニタリングシステムは特許文献２、特許文献３および特許文献４から知られている。１つまたは２つ以上の加速度計、好ましくは、三軸(tri-axial)加速度計は、列車配列構成(train consist)上の遠隔ロケーションに置かれた中央信号処理ユニットに接続されている。このタイプの構成は、ブレーキ、ボギー台車または車体（car body）のような特定の車両サブシステムを診断目的にモニタリングするのに適していることが実証されているが、他方では、安全コンポーネントに要求されるレベルの安全性と信頼性が得られていない。具体的には、加速度計から遠隔処理ユニットへの加速度信号の伝送は不十分な信号対雑音比の影響を受けるおそれがある。
【０００７】
特許文献５は、ワイヤードアナログロジック回路を通してリレーに接続された機関車のボギー台車(bogie)の安定をモニタリングして、加速度信号の不安定条件に基づいてリレーのステートを変化し、警告ライトをオン、オフするための加速度計を含む不安定モニタリングデバイスを開示している。
【０００８】
鉄道(railway)または市街電車軌道(tramway)の車両(rolling stock)の動的不安定を表示する方法は特許文献６に記載されている。この方法は、基本的に、運行方向を横切る方向において車両のホイール構成の加速度を少なくとも１つの加速度計モニタによって検出し、その加速度を適当に処理したあとで、適当なコンパレータで、処理した加速度値を基準値と比較することからなっている。不安定の表示は、前記基準値を超えた処理ずみ加速度値の数があらかじめ決めた時間期間におけるあらかじめ決めた数よりの大であるかどうかをチェックすることによって得られる。
【０００９】
構造体の加速度に関連する変化を記録するための装置は特許文献７に開示されている。この装置は、少なくとも１つのシリコン桁(silicon beam)タイプの加速度計をもつ加速度計アレイ、不揮発性メモリ、クロックタイマ、加速度計アレイに動作可能に結合されたプログラマブル制御ユニット、不揮発性メモリ、およびクロックタイマを含んでいる。加速度計アレイ、不揮発性メモリ、クロックタイマおよびプログラマブル制御ユニットは、加速度計アレイが中央領域に置かれている共通半導体基板上に形成〈例えば、集積〉することができる。
【００１０】
不安定検出デバイスを実現する既存の試みは、センサ〈例：加速度計〉および遠隔ソフトウェアベースの処理ユニットをベースとしているが、非特許文献３の安全性と信頼性の要件を満たす能力に欠けているので、安全であると証明することができない。不安定のリスクはこのようなデバイスの導入によって軽減されるが、その一方では、不安定走行期間のモニタリングデバイスの未検出誤動作は依然として起こり得るためにそのリスクを０にすることができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】第ＥＰ１１９７７３９号明細書
【特許文献２】第ＤＥ１００２０５１９号明細書
【特許文献３】第ＤＥ１００２０５２０号明細書
【特許文献４】第ＤＥ１００２０５２１号明細書
【特許文献５】第ＦＲ２０６７８０１号明細書
【特許文献６】第ＥＰ０１９５９２１号明細書
【特許文献７】米国特許第２００４／０１２０２９１８号明細書
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】ＴＳＩ  ＨＳ(Technical Specifications of Interoperability−High-Speed)
【非特許文献２】ＵＣＩリーフレット５１５．５
【非特許文献３】ＣＥＮＥＬＥＣ標準ＥＮ５０１２６−ＥＮ５０１２９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
従来技術の上述した欠点は本発明によって解決されている。本発明の一側面によれば、鉄道車両(rail vehicle)用の不安定モニタリングデバイスが提供されており、その不安定モニタリングデバイスは、
基準軸に沿った振動に応答して第１の加速度信号を発信する少なくても第１の加速度計と、
２つの主端子を持ち、閉じたステートと開いたステートの間でスイッチング可能である第１の固体素子安全リレーと、
第１の加速度計と第１の固体素子リレーとに接続されたプログラマブルロジックデバイスであって、そのプログラマブルロジックデバイスが、同時に並行に実行されて、第１の加速度信号の不安定条件に基づいて第１の固体素子リレーのステートを変化させる不安定モニタリングアルゴリズムを実現する不揮発性ロジックブロックを備えたＦＰＧＡ(field-programmable gate array)またはＣＰＬＤ(complex programmable logic device)であるものと、
を備えている。
【００１４】
安全ループは固体素子リレーのスイッチングに基づいているので、電気機械的リレーの実現が不可能である場合には、ボギー台車の苛酷な環境で回路をカウントすることが可能になっている。
【００１５】
ハードウェアベースの使用の使用により、特に不安定検出アルゴリズムを実行するためのＰＬＤ(programmable logic device)の実現により、不安定モニタリングデバイスは非特許文献３の要求条件に合致し、ＳＩＬ(Safety Integrity Level)に割り当てることが可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
当然のことであるが、応用分野は鉄道産業に限定されず、過酷な外部条件と高い安全要求条件を結合した他のシステムまたは応用分野でも同じような利点が得られる。
【００１７】
プログラマブルロジックデバイスは、フラッシュメモリのような不揮発性消去可能および再プログラム可能メモリを備えることができる。従って、コードをＰＬＤセルに入れるための構成デバイスの必要がない。ＰＬＤはスタートアップのあと即時に動作可能になる。
【００１８】
好ましい実施形態によれば、不安定モニタリングデバイスは、
第１の加速度信号を前処理し、
前処理した加速度信号のうちあらかじめ決めた加速度しきい値よりも高いピックを検出し、
２つの連続ピーク間の時間があらかじめ決めたタイムウィンドウ(time window)内にあればカウンタをインクリメントし、
カウンタがあらかじめ決めたカウンタしきい値に達したか、または越えた場合は、固体素子安全リレーをアクチベートし、
あらかじめ決めた時間期間内にピークが検出されなかった場合は、カウンタをリセットする、
ことを含んでいる。
【００１９】
このアルゴリズムは、非特許文献２に定義されている要求条件に基づいている。タイムウィンドウは下限が例えば１５０ｍｓに、上限が例えば２５０ｍｓになっており、これは標準で考慮された周波数スペクトルにおける限定バンド幅の時間と同等になっている。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の利点によれば、第１の加速度信号の前処理は、ローパスフィルタおよびハイパスフィルタを通して第１の加速度信号を処理することを含んでいる。ローパスフィルタは高周波数のノイズを除去するために使用されるのに対し、ハイパスフィルタはカーブで起ったり、またはデバイスの位置付けが不適切であるために起ったりするＤＣオフセットを除去するために使用されている。
【００２１】
好ましい実施形態によれば、不安定モニタリングデバイスは、基準軸に沿った振動に応答して第２の加速度信号を発信するための第２の加速度計をさらに含んでおり、この第２の加速度計はプログラマブルロジックデバイスに接続され、不安定モニタリングアルゴリズムは第１と第２の加速度信号の不安定条件に基づいて第１の固体素子リレーのステートを変化させる。２つの加速度計を使用すると、システムに冗長性が加わる。本発明の利点として、第１と第２の加速度計は、静止位置と２対向端の間で基準軸に並行に移動可能な慣性質量(inertia mass)および静止位置から２対向端の一方の端に向かって一方のテスト可能の方向に慣性質量を移動するための内部テスト回路を含んでいる。第１と第２の加速度計のテスト可能の方向は相互に対して反対になっており、静止位置と２対向端の他方端の間でテスト可能の方向とは反対の方向における各慣性質量の動きに応答して第１と第２の加速度計によって生成される信号はプログラマブルロジックデバイスによって無視される。このタイプの加速度計はこの分野では周知である。内部回路は、慣性質量と協働作用し、テスト端子に接続された容量性プレート(capacitance plate)を含んでいて、ＤＣ電圧がテスト端子に印加されると慣性質量がテスト可能の方向に動くようになっており、この動きはその方向の一定加速度をシミュレートしている。アクセラレータ(accelerator)によって生成される信号は不安定モニタリングアルゴリズムをテスト可能の方向にテストするために使用することができる。このような２つの加速度計、好ましくは同一の加速度計が相互に向き合って同一の印刷回路基盤上に置かれているときは、加速度信号のうち実際にテスト可能である部分だけを考慮する不安定モニタリングアルゴリズムを実現することが可能になる。
【００２２】
本発明の利点によれば、第１の固体素子リレーは制御信号が存在しないときは開いており、プログラマブルロジックデバイスは制御信号を中断して第１の加速度信号の不安定条件に基づいて第１の固体素子リレーのステートを変化させる。従って、不安定モニタリングデバイスの電力が失われると安全リレーのステートが変化するので、システムの障害が明確に表示されることになる。
【００２３】
好ましい実施形態によれば、このデバイスは、プログラマブルロジックデバイスに接続された第２の固定素子リレーをさらに含み、そのアルゴリズムは、第１の加速度信号の不安定条件に基づいて第２の固体素子リレーのステートを変化させるようになっている。２つの安全リレーの使用を使用すると、システムに冗長性が増加する。本発明の利点として、第１の固体素子リレーのステートの変化は、プログラマブルロジックデバイスによって制御されるＤＣ制御信号の中断によってトリガされる。従って、プログラマブルロジックデバイスが爆発(blow up)して、一定の高ＤＣ制御電圧を出力するというシナリオは、ＡＣ制御信号の中断のために第１の固体素子リレーで検出される。
【００２４】
好ましい実施形態によれば、プログラマブルロジックデバイス、第１の固体素子安全リレーおよび第１の加速度計を受け入れ、さらに、もし提供されていれば、第２の固体素子安全リレーと第２の加速度計も受け入れるための印刷回路基盤も提供されている。
【００２５】
本発明の利点によれば、このデバイスはテスト回路を備えていることもあり、そのテスト回路は、
テスト電源と、
テスト電流検出器と、
テストモードと動作モードの間で不安定モニタリングデバイスをスイッチングして、テストモードにあるときは、安全スイッチの主端子がローカルテスト電源とローカルモニタリングデバイスの間に接続され、他方、動作モードにあるときは、安全スイッチの主端子がローカル電源から切り離されるようにするテストスイッチ手段と、
を備えている。
【００２６】
テスト回路は、固体素子安全リレーの完全性(integrity)テストを実行するために使用さる。デバイスが２つの固体素子安全リレーを含んでいる場合は、２つのテスト回路を用意することができ、これらは１つのテスト電源と、ある変形実施形態によれば、１つの電流検出器とを共有することができる。
【００２７】
本発明の別の側面によれば、鉄道車両用の不安定モニタリングシステムが提供されており、このシステムは、
前述したような複数の分散不安定モニタリングデバイスと、
複数の不安定モニタリングデバイスの第１の固体素子安全リレーを直列に相互接続する安全ループと、
を備えている。
【００２８】
好ましくは、安全ループは、
安全ループに電力供給する電源と、
複数の不安定モニタリングデバイスの第１の固体素子安全リレーの少なくとも１つのステートの変化を検出するための障害検出器と、
を備えている。
【００２９】
障害検出器(fault detector)は電流検出器にすることができる。分散不安定モニタリングデバイスの１つによって検出された不安定に起因した固体素子安全リレーのいずかの開は、即時に障害検出器によって検出される。分散不安定モニタリングデバイスのいずれかの誤動作も障害検出器によって検出される。
【００３０】
本発明のさらに別の側面によれば、複数のボギー台車および前述したような不安定モニタリングシステムを備えた鉄道車両(rail vehicle)が提供されており、そこでは各ボギー台車は不安定モニタリングシステムの不安定モニタリングデバイスの少なくとも１つを備えている。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
本発明のその他の利点および特徴は、非限定的な例としてのみ示され、添付図面に表された本発明の特定の実施形態の以下の詳細説明に明示されている。添付図面において、
【図１】本発明による不安定モニタリングデバイスを示すブロック図である。
【図２】図１の不安定モニタリングデバイスのカップルの自己テスト可能のマイクロ電気機械的加速度計を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａ乃至図３Ｋは図１の不安定モニタリングデバイスによる加速度信号の処理を示す図である。
【図４Ａ】図１の不安定モニタリングデバイスの固体素子安全リレーのテストのために使用されるテスト回路を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ａの変形実施形態を示す図である。
【図５Ａ】図１に図示したタイプの複数の不安定モニタリングデバイスを含む不安定モニタリングシステムを示す図である。
【図５Ｂ】図５Ａの変形実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
図１を参照して説明すると、ボギー台車１２の不安定のモニタリングに専用される不安定モニタリングデバイス１０は、ボギー台車フレーム１８に固定されたボックス１６内にマウントされた印刷回路基盤(printed circuit board)１４を含んでいる。この回路基盤１４は、２つの同一の横方向加速度計(lateral accelerometer)２２Ａ、２２Ｂを主入力として、２つの固体素子安全リレーを主出力としてもつＰＬＤ(programmable logic device)２０の周りに構築されている。システムは、必要な電源回路２６の他に、温度センサ２８、クロック回路３０、監視回路(watchdog circuit)３２、テスト要求のための入力端３４および不安定通知のための出力端３６も備えている。
【００３３】
図２に図示の２つの横方向加速度センサ２２Ａ、２２Ｂは、好ましくは、ＭＥＭＳ(Micro- Electro-Mechanical System)タイプになっている。このタイプの加速度計はこの分野では周知である（例えば、VTI  TechnologiesのSCA 1000参照）。加速度計２２Ａ、２２Ｂは、支持つなぎ鎖(supporting tether)２２２によって基板上に吊り下げられたポリシリコン桁の形体をした慣性質量(inertia mass)を含んでいる。基板にほぼ平行である桁２２１は、基準軸Ｘ‐Ｘに沿って延長され、桁の軸に直交する方向に桁から離れるように延びている複数のプレート２２３を備えている。桁２２１とプレート２２３は軸Ｘ−Ｘに沿って基板に対して横方向に移動可能になっている。これらの可動プレート２２３の各々は、桁２２１に直交し、基板に対して固定されている２つのポリシリコンプレート２２４間に位置している。各可動プレート２２３および可動プレートの両側の固定プレート２２４は差動キャパシタセル(differential capacitor cell)２２５を形成している。これらのセルは付加的に差動キャパシタを形成している。ポリシリコンの代わりに、加速度計は、単結晶シリコンのようにこの分野で知られた他の材料で作られることもある。
【００３４】
このような差動キャパシタで加速度を検知するには種々の手法が使用可能である。可動プレート（例えば、質量と共に移動可能）は各々が静止位置にある２固定プレート間の中央に位置している。可動プレートの一方の側のすべての固定プレートは電気的に一緒に結合され、充電されており、可動プレートの他方の側のすべての固定プレートも電気的に一緒に結合され、充電されている。基準軸に沿った外部の力／加速度に応答して、質量は可動プレートと共に一方または他方の固定プレートセットの方向に移動するので、異なるプレート間のキャパシタンスが変化し、電気信号が発生する。固定プレート上のこの信号は増幅され、処理されて出力端子２２６に送られる。
【００３５】
センサ２２Ａ、２２Ｂの正しい動作を検証するために、自己テスト入力端子２２８が設けられている。自己テストをアクチベートすると、基準軸Ｘ−Ｘに平行なテスト可能の方向に階段関数力(step function force)が加速度計２２に加えられる。さらに具体的には、自己テスト入力端子２２８を介して自己テストをアクチベートすると、テストセル(test cell)２３１における可動桁２２１の一方の側の少なくともペアの固定プレート２２９上の電圧が変化する。これにより、可動桁２２１と一体のテストプレート２３０に吸引静電力が発生するので、桁２２１は静止位置からテスト可能の方向に向かって移動する。このセンサがテスト可能の方向に変位すると、センサの出力端子２２６に現れた信号が変化する。
【００３６】
注目すべきは、２つの同一加速度計２２Ａ、２２８が印刷回路基盤上で相反方向に向いていることであり、このことは、印刷回路基盤が振動を受けたときに、それぞれの出力が同一絶対瞬時値と反対符号を有していることである。また、このことはその基準軸Ｘ−Ｘが同一線上にあること、およびそれぞれのテスト可能の方向ＤＡ、ＤＢが相互に対して相反していることも意味している。
【００３７】
加速度計２２Ａ、２２Ｂは、ＡＤ(analog to digital)コンバータＡ／ＤＣを介してプログラマブルロジックデバイスＰＬＤ(programmable logic device)に接続されている。このプログラマブルロジックデバイスはＦＰＧＡ(field-programmable gate array）にすることも、ＣＰＬＤ(complex programmable logic device)にすることもできる。これは、同時に並行に実行され、不安定状態が検出されると、第１および第２の固定素子リレーのステートをアクティブステートから障害ステートに変化させる不安定モニタリングアルゴリズムを実現する不揮発性ロジックブロック(non-volatile logic blocks)を備えている。
【００３８】
図３Ａと図３Ｂに例示の第１と第２の加速度計からのデジタル化加速度信号は、それぞれ図３Ｃ乃至図３Ｋに図示のように並行チャネルで処理される。プログラマブルロジックデバイスに入力されるとき、各加速度計のデジタル化加速度信号は、数値バンドパスフィルタ(numerical band-pass filter)を使用して最初にフィルタリングされる。このバンドパスフィルタは、ローパスとハイパス２次Butterworthフィルタから構成されている。ハイパスフィルタは信号オフセット(single offset)を除去するために使用される。そのカットオフ周波数（−３ｄＢ周波数）は３Ｈｚである。ローパスフィルタはカットオフ周波数がノイズ除去のために３０Ｈｚおよび４０Ｈｚになっている。フィルタリングされた結果信号は図３Ｃと図３Ｄに示されている。あらかじめ決めたしきい値を超えるフィルタリングされた信号のピークは図３Ｅに図示のように検出される。しきい値は、各加速度計２２Ａ、２２Ｂについて、対応するテスト可能の方向ＤＡ、ＤＢ（すなわち、この例では正のしきい値）に対応する方向にセットされる。テスト可能の方向に反対の方向における加速度信号のピークは考慮されない。ゼロからスタートして、カウンタは、連続ピークがあらかじめ決めたタイムウィンドウ内に検出されたとき、つまり、図３Ｆに示すように、２つの連続ピークが１２５ｍｓ以上および２５０ｍ以下だけ相互から離れているとき、各加速度計についてインクリメントされる。さらに具体的には、タイマはカウンタの各インクリメントのあと始動される。最後にカウントされたピークと新しいピーク（タイマによって測定された）の間の時間が１２０ｍｓ以下または２５０ｍｓ以上であるが、５００ｍｓ以下である場合は、カウンタは更新されない。カウンタとタイマは、最後のピークのあとのＴ＝５００ｍｓの期間にどのピークも検出されない場合または１２５ｍｓ以下または２５０ｍｓ以上は離れているピークが５００ｍｓの期間後に検出された場合０にリセットされる。不安定信号は、図３Ｈと図３１に示すようにカウンタが一方の加速度計でＮに達すると発信され、その場合にはタイマとカウンタもリセットされる。不安定検出信号は、図３Ｊに示すように、不安定信号が両方の加速度計で検出されたとき発信される。警告信号は初期のステージに、例えば、図３Ｋに示すように、第１または第２のピークが両方のチャネルで検出されると直ちに発信されることもある。注目すべきことは、不安定を検出するために使用されるアルゴリズムは、各加速度計のある部分だけ、すなわち、各加速度計のテスト方向に対応する部分を使用することである。
【００３９】
各固定素子安全リレー２４ａ、２４ｂは、２つの出力端子４１ａ、４２ａ、４１ｂ、４２ｂを備えており、制御入力端子に現れた対応する制御信号が変化したときアクティブステートから障害ステートにそのステートを変化させるように設計されている。第１と第２の固定素子リレー２４ａ、２４ｂは、「常時開いた」接点の働きをし、このことは、励磁されたとき閉じられ、制御信号がないとき開くことを意味している。さらに具体的には、不安定がないときは、あらかじめ決めた周波数(例えば、１０００Ｈｚ)のＡＣ制御信号がプログラマブルロジックデバイス２０によって第１の固体素子リレー２４ａに接続された周波数検出器４０に供給されて第１固定素子リレーをアクティブで閉じたステートに維持する。同じ場合には、ＤＣ制御信号がプログラマブルロジックデバイス２０によって第２の固体素子リレー２３ｂに供給されてそのリレーを閉じたステートに維持する。不安定が検出されると、２制御信号の中断と２固体素子安全リレー２３ａ、２４の開がトリガされる。
【００４０】
図４Ａを参照して説明すると、固体素子リレー２４ａは、２つのテストスイッチ２４１ａ、２４２ａとテスト電流検出器２４３ａを含むローカルテスト回路２４ａを備えている。ローカルテスト回路２４０ａの上流側ブランチは、テストスイッチの一方２４１ａを、固定素子リレーの一方の端子４１ａとローカルテストＤＣ電源の正端子の間に直列に接続する。上流側ブランチにダイオード２４５ａを設けると、電流がローカルテスト電源に逆流するのを防止することができる。ローカルテスト回路の下流側ブランチは、固体素子リレーの他方の出力端子４２ａを第２のテストスイッチ２４２ａに、第２のテストスイッチ２４２ａをテスト電流検出器２４３ａに接続しており、テスト電流検出器２４３ａはローカルテスト電源２４４の負端子で定まるアースに接続されて回路を閉じている。電流検出器２４３ａは、第１および第２のテストスイッチ２４１ａ、２４２ａが固定素子リレーと同様に閉じているとき固体素子リレーの端子４１ａ、４２ａを通る電流の存在を検出する。第２の固体素子リレー２４ｂは、同一電源を使用する類似のテスト回路を備えており、対応する部品は、サフィックスに‘ａ’の代わりに‘ｂ’を使用した同じ参照符号で図４Ａに示している。図４Ｂの変形実施形態に示すように、２つの別々の電流検出器２４３ａおよび２４３ｂの代わりに共通電流検出器２４３を使用することができる。
【００４１】
固体素子リレー２４ａ、２４ｂ、ペアのテストスイッチ２４１、２４２および電流検出器２４３はプログラマブルロジックデバイス２０に接続され、光結合器として実現されてそれぞれのプログラマブルロジックデバイス２０との接続がテスト回路との接続から完全に絶縁されるようになっている。
【００４２】
プログラマブルロジックデバイス２０は、不安定モニタリングデバイスの動作可能性を検査するための一連のテストを実行するための有限ステートマシン(finite state machine)５０Ｉ（図１を参照）も備えている。
【００４３】
第１のテストシーケンスにおいて、固体素子リレーのスイッチングが検査される。プログラマブルロジックデバイス２０は第１の固定素子リレー２４ａのテストスイッチ２４１、２４２を閉じ、あらかじめ決めた持続時間の間ＡＣ制御信号を中断し、他方では第１の固定素子リレー２４ａの応答がテスト電流検出器２４３によって検査される。ＡＣ制御信号の中断期間に電流がテスト検出器２４３によって検出される場合は、テストが失敗しており、ステートマシンはスタートアップ障害ステートに移行する。そのあと、テストが第２の固体素子リレー２４ｂに対して繰り返され、該当ＤＣ信号が中断され、プログラマブルロジックデバイス２０によってＯＮにスイッチバックされる。
【００４４】
第２のテストシーケンスにおいて、加速度計の内部テスト回路が不安定状態に対応するテストパターンをシミュレートするために使用される。一連のＮ個の電圧パルスが２加速度計のテスト端子に印加される。これを受けて、２加速度計はそれぞれのフルスケールの８０％で反応し、検出しきい値を超えたＮ個のピークを生成するはずである。Ｎ個のピークのあと、不安定モニタリングアルゴリズムは不安定信号を生成し、２固定素子スイッチをトリガするはずである。不安定信号が生成されない場合は、テストは失敗しており、ステートマシン５０はスタートアップ障害ステートに移行する。
【００４５】
注目すべきことは、相反方向に向いた２加速度計を各不安定モニタリングデバイスで使用すると、静止位置からテスト可能のステートへの慣性質量の移動に対応する各加速度信号のピークを実際のモニタリングアルゴリズムで選択的に検出することが可能になり、これは実際にテストされている。言い換えれば、このアルゴリズムのピークしきい値は、テスト可能の方向とは反対の方向、すなわち、加速度計の内部テスト回路がテストを許容しない方向の加速度信号のピークが無視されるようにセットされている。
【００４６】
不安定モニタリングデバイスはその他のテスト、例えば、温度測定を含んでいることがある。温度センサによって測定される温度は下限値および上限値（例えば、−４０および９５℃の間）と比較される。温度があらかじめ定義したウィンドウ内になければ、アラームがトリガされる。
【００４７】
図５Ａに示すように、不安定モニタリングデバイスは鉄道車両のボギー台車フレームの少なくとも一部に、好ましくは、すべてのボギー台車上に重複されて不安定モニタリングシステム３００を構築し、このシステムは２つの安全ループ３０２ａ、３０２ｂを含んでおり、その一方の安全ループは、不安定モニタリングデバイス１０の第１の安全リレー２４ａを、ＤＣ電源、例えば、バッテリユニット３０４およびドライバのキャブ内のアラーム３０６に、さらには速度制御システおよび／または車両のブレーキ制御システムに接続された共通電流検出器３０６ａを含む閉回路内に直列に接続しており、他方の安全ループ（３０２ｂ）は、同じ条件の下で不安定モニタリングデバイス１０の第２の安全リレー２４ｂを電源３０４と電流検出器３０６ｂの間に直列に接続している。安全ループには、電流がＤＣ電源３０４に逆流するのを防止するダイオード３１０ａ、３１０ｂも設けられている。
【００４８】
安全ループ内の電流検出器３０６ａ、３０６ｂによって検出された電流の中断は不安定事態と考えられ、該当のアクション、例えば、アラーム３０８の作動、駆動電力の減少および／または鉄道車両のブレーキの作動がとられる。
【００４９】
各ローカルテストＤＣ電源２４４のアースは絶縁されているので、上記に挙げた第１のテストシーケンスは、安全ループ３０２ａのＤＣ電力の重ね合わせと共に、すべての第１の安全リレー２４ａで同時に実行することができる。しかし、各ユニットの第１と第２の安全リレーは直列に接続されることを意図しているので、信頼性のない結果を避けるためにこれらの安全リレーは順次にテストされることが好ましい。
【００５０】
不安定モニタリングシステムは、分散システム上でスタートアップテストを実行し、種々のテストを制御してその動作可能性をチェックするためのテストバスを備えている。このテストバスはテスト要求を不安定モニタリングデバイスに送信し、その結果を収集するために使用される。
【００５１】
構成された列車における安全ループのケーブリングの完全性をテストするために、特殊な車両テストを実行することができる。最終車両(last car)の不安定モニタリングデバイスがシャットダウンされ、鉄道車両(rail car)のサーキットブレーカ(circuit breaker)により再び電力が供給される。このアクションはそのロケーションで安全ループを開閉し、これはドライバのキャブで検証される。このテストが正であれば、安全ループ全体が働いているものと見なされる。正でなければ、このアクションは上流側に直接に置かれた不安定モニタリングデバイスで繰り返され、これはエラーが見つかるまで行なわれる。このようなケースでは、ケーブリングのエラーはループがそのために機能しているユニットと下流側の次のユニットの間に位置している。
【００５２】
変形実施形態として、２つの安全ループは共通電源と共通電流検出器の間に直列に接続することができる。
【００５３】
不安定モニタリングデバイスの１つに障害が起った場合に利用可能性問題を制限するために、図５Ｂに示すように、各々のボギー台車に第１の不安定モニタリングデバイス１０Ａと第２の不安定モニタリングデバイス１０Ｂを設けることも目的としている。各不安定モニタリングデバイス１０Ａの安全リレー２４ａと２４ｂは直列に接続されている。第１の不安定モニタリングデバイスの安全リレー２４ａ、２４ｂは第１の安全ループ３０２Ａに接続され、第２の不安定モニタリングデバイスの安全リレー２４ａと２４ｂは第２の安全ループ３０２Ｂに接続されている。一方の不安定モニタリングデバイスに障害があり、安全ループの一方を中断したときは、他方の安全ループで操作を続けることができる。
【００５４】
本発明は本明細書において上述した実施形態に限定されない。
【００５５】
加速度測定の冗長性が重要でなければ、シングルの加速度計が使用できる。好ましくは、シングルの加速度計は２つのテスト可能の方向を持っている。すなわち、その静止位置の両側の加速度計の慣性質量を移動するためのテスト手段を備えている。１つまたは２つの加速度計は二軸(biaxial)または三軸(triaxial)にすることができ、その場合には追加軸からの信号は単に無視することも、第１の軸からの信号と並列に処理することもできる。異なる軸からの信号を結合して加速度ベクトルを作ることもでき、これはプログラマブルロジックデバイスによって処理される。加速度計は便利であればどのタイプでもよく、例えば、圧電トランスジューサをベースにすることができる。
【００５６】
不安定モニタリングアルゴリズムは多数の変形がある。具体的には、ピークをカウントするための下限しきい値と上限しきい値をもつタイムウィンドウの使用は、より高度の数値フィルタ(numerical filter)で置き換えて、観察した周波数範囲に含まれない信号の部分を無視することができる。
【００５７】
安全固体素子リレーの冗長性が重要でない場合、１つのオプションは２固体素子リレーの一方を除去することであり、その場合には不安定モニタリングシステムは１つの安全ループだけを備えることになる。
【００５８】
鉄道車両に関連して使用されている不安定モニタリングシステムは、不安定状態、例えば、航空機またはパワープラントのタービンの不安定状態を判断するために分散加速度測定が必要になる種々の複雑なシステムで実現することもできる。
【符号の説明】
【００５９】
１０  不安定モニタリングデバイス
１０Ｂ  第２の不安定モニタリングデバイス
１２  ボギー台車
１４  印刷回路基盤
１６  ボックス
１８  フレーム
２０  プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）
２２Ａ、２２Ｂ  横方向加速度計
２４ａ、２４ｂ  安全リレー
２６  電源供給回路
２８  温度センサ
３０  クロック回路
３２  監視回路
３４  テスト要求入力
３６  不安定表示出力
４１ａ、４２ｂ、４１ｂ、４２ｂ  出力端子
２２１  可動桁
２２２  支持つなぎ鎖
２２３  可動プレート
２２４  固定プレート
２２５  差動キャパシタセル
２２６  出力端子
２２８  自己テスト入力端子
２２９  固定プレート
２３１  テストセル
２４１ａ、２４２ａ  テストスイッチ
２４３ａ  テスト電流検出器
２４４  ローカルテストＤＣ電源
２４５ａ  ダイオード
３００  不安定モニタリングシステム
３０２ａ、３０２ｂ  安全ループ
３０４  バッテリユニット
３０６ｂ  電流検出器
３０８  アラーム
【図１】
2012502837.tif 000003
【図２】
2012502837.tif 000004
【図３Ａ−３Ｋ】
2012502837.tif 000005
【図４Ａ】
2012502837.tif 000006
【図４Ｂ】
2012502837.tif 000007
【図５Ａ】
2012502837.tif 000008
【図５Ｂ】
2012502837.tif 000009
【国際調査報告】
2012502837.tif 000010
2012502837.tif 000011
2012502837.tif 000012