JP2004090848A - 鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】鉄道車両の異常を初期段階で早期に発見することができ、誤検出の少ない鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法を提供すること。
【解決手段】列車を編成する複数の鉄道車両１の異常を検知する鉄道車両１の異常検知装置において、鉄道車両１のある特定部位の振動加速度又は角速度を等距離間隔で測定するサンプリング手段１１Ａ，１１Ｂと、振動加速度又は角速度の測定信号を空間バンドパスフィルタ処理後に２乗平均して空間周波数に対する加速度パワー又は角速度パワーを求める演算手段１２Ａ，１２Ｂと、加速度パワー又は角速度パワーを正規化し、その正規化したものをしきい値と比較することにより、鉄道車両に発生した異常を検知する異常検知手段１３とを設ける。
【選択図】 図１
【解決手段】列車を編成する複数の鉄道車両１の異常を検知する鉄道車両１の異常検知装置において、鉄道車両１のある特定部位の振動加速度又は角速度を等距離間隔で測定するサンプリング手段１１Ａ，１１Ｂと、振動加速度又は角速度の測定信号を空間バンドパスフィルタ処理後に２乗平均して空間周波数に対する加速度パワー又は角速度パワーを求める演算手段１２Ａ，１２Ｂと、加速度パワー又は角速度パワーを正規化し、その正規化したものをしきい値と比較することにより、鉄道車両に発生した異常を検知する異常検知手段１３とを設ける。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の走行時の異常振動を検知する鉄道車両の異常検知装置と異常検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速走行する鉄道車両では、車体や台車などに異常が生じると、走行が不安定になって高速走行を継続することが困難になるため、急ブレーキ等の手段により鉄道車両を減速若しくは停止させる必要がある。鉄道車両に異常が生じた場合には、車体や台車に固有の異常振動が現れるため、車体や台車の振動に基づいて車輪や台車などの異常を検知することが行われている。
【０００３】
かかる鉄道車両の異常検知装置の第１従来例として、列車を編成する複数の鉄道車両にそれぞれ配備された台車に、当該台車の上下方向又は左右方向の振動加速度を検出する振動加速度計を取り付け、いずれかの台車で検出された振動加速度の瞬間値又は平均値から他の台車で検出された振動加速度の瞬間値又は平均値を差し引いて、差し引いた値が所定値以上である場合に、異常が発生したと判断するものである（例えば、特許文献１参照）。かかる第１従来例によれば、各台車がレールなどから同程度に受ける振動と、特定の台車に何らかの異常が発生したことによる振動とを分離することができ、レールから受ける振動を異常振動として誤検出することを防止できる利点がある。
【０００４】
また、鉄道車両の異常検知装置の第２従来例として、列車を編成する複数の鉄道車両にそれぞれ配備された台車に、当該台車の左右方向の振動加速度とヨー方向の振動加速度とを経時的に検出する振動加速度計を取り付け、振動加速度計が検出した左右方向の振動加速度とヨー方向の振動加速度を固有周波数帯域のバンドパスフィルタにかけることにより特定の周波数を抽出し、その抽出した周波数が正常状態の周波数を基準として設定されたしきい値以上である場合に異常と判断するものである（例えば、特許文献２参照）。かかる第２従来例によれば、低周波成分などの振幅の大きい異常振動のみならず、高周波成分などの振幅の小さい異常振動も検出することができる利点がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−６８０７号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献２】
特許第２６５７５９８号明細書（第２頁、図１、図２、図６〜図９、図１２〜図１５参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１，第２従来例には、以下の問題があった。
第１従来例では、振動加速度の瞬間値又は平均値で比較を行うため、振幅の大きい振動加速度の検出は可能であるが、例えば、高周波成分（鉄道車両では、１０Ｈｚ以上）等の振幅が小さい異常振動を検出できない場合があった。具体的には、車輪の一部が平らになると、通常運行速度において台車に２０Ｈｚ程度の異常振動が発生するが、第１従来例のように振動加速度の瞬間値又は平均値を比較した場合に、振動加速度の差が僅かになり、異常振動を検出できない恐れがあった。
一方、第２従来例では、誤検出を回避するために、正常状態の鉄道車両が悪い軌道を走行したときのデータを基準としてしきい値を高く設定し、経時的に検出した振動加速度をバンドパスフィルタにかけたものが、そのしきい値を超えるか否かによって異常振動を検知しているため、台車が正常時に発生しうる振動加速度の範囲内で異常初期段階の振動を発生しても、それを早期に発見することが困難であった。また、第２従来例は、時間に依存した異常振動を検知しており、車輪に起因する距離（空間周波数）に起因する異常振動を検出できない問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、鉄道車両の異常を初期段階で早期に発見することができ、誤検出の少ない鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願発明は以下の構成を有する。
（１）列車を編成する複数の鉄道車両の異常を検知する鉄道車両の異常検知装置において、鉄道車両のある特定部位の振動加速度又は角速度を等距離間隔で測定するサンプリング手段と、振動加速度又は角速度の測定信号を空間バンドパスフィルタ処理後に２乗平均して空間周波数に対する加速度パワー又は角速度パワーを求める演算手段と、加速度パワー又は角速度パワーを正規化し、その正規化したものをしきい値と比較することにより、鉄道車両に発生した異常を検知する異常検知手段とを有することを特徴としている。
【０００９】
（２）（１）に記載する鉄道車両の異常検知装置において、サンプリング手段は、鉄道車両の前位置、鉄道車両の後位置、鉄道車両の前位置に配備された台車、又は、鉄道車両の後位置に配備された台車の何れかの部位に設置されていることを特徴としている。
【００１０】
（３）（１）又は（２）に記載する鉄道車両の異常検知装置において、異常検知手段は、空間周波数に対応する加速度方向と加速度波長との組合せ毎に加速度パワー又は角速度パワーを比較する部位が異なることを特徴としている。
【００１１】
（４）（１）乃至（３）の何れか１つに記載する鉄道車両の異常検知装置において、異常検知手段は、比較回数に対して加速度パワー又は角速度パワーを正規化したものがしきい値を超える回数が所定の割合以上であるときに、異常が発生したと判断することを特徴としている。
【００１２】
（５）（１）乃至（４）の何れか１つに記載する鉄道車両の異常検知装置において、しきい値は、検知する異常振動の種類に応じて変更可能であることを特徴としている。
【００１３】
（６）（１）乃至（６）の何れか１つに記載する鉄道車両の異常検知装置を使用したことを特徴とする鉄道車両の異常検知方法である。
【００１４】
上記構成を有する本発明の鉄道車両の異常検知相違及び異常検知方法は、以下の作用を有する。
例えば、鉄道車両の前位置に配備された台車にサンプリング手段を取り付け、当該台車の左右方向や上下方向の振動加速度や、ヨー方向やピッチ方向の角速度を等距離間隔で測定する。等距離間隔で測定するのは、速度変化などに伴う異常振動の誤検出を排除するためである。そして、測定信号を空間バンドバスフィルタにかけて測定信号に含まれる特定の周波数成分を抽出することにより、低周波成分が高周波成分に埋もれることを防止した後に、空間バンドバスフィルタにかけた測定信号を２乗平均して空間周波数に対応する加速度パワー又は角速度パワーを演算する。そして、加速度パワー又は角速度パワーを正規化し、その正規化したものをしきい値と比較して異常検知を行うので、異常の初期段階で発生する微小な振動変化を検知することが可能である。よって、鉄道車両の異常を初期段階で早期に発見することができ、誤検出を少なくすることができる。
【００１５】
サンプリング手段は、鉄道車両の前後に配備された台車や車体の前後位置に設置されると、設置された台車や車体の振動加速度や角速度を検出するので、同車両異位置で測定信号を比較して異常検知したり、異車両同位置で測定信号を比較して異常検知したりすることができる。
【００１６】
このとき、空間周波数に対応する加速度方向と波長との組合せ毎に加速度パワー又は角速度パワーを比較する部位を予め決定しておけば、サンプリング手段によって測定された測定信号の加速度パワーを比較する部位を、測定信号の空間周波数に対する加速度方向や加速度波長に応じて適宜変更させることができる。
【００１７】
そして、異常振動を検知するときに、比較回数に対して演算結果を正規化したものがしきい値を超える回数が所定の割合以上であると判断したときに、異常が発生したと判断するようにすれば、鉄道車両の異常以外の要因で発生した振動が、鉄道車両の異常時に発生する振動の範囲内のものであっても、誤検出されない。
【００１８】
ここで、異常検知手段で基準とされるしきい値を、例えば、小石を車輪で跳ね飛ばしたときなどに発生する瞬間的異常振動、又は、車輪の一部が平らになったときなどに発生する継続的異常振動を検出する場合など、検知する異常振動の種類によって変更するようにすれば、複数種類の異常振動を簡単に識別して検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施の形態）
次に、本発明の鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法の第１実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、鉄道車両１の異常検知装置のブロック図である。
第１実施の形態の鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法では、同一鉄道車両の前後に配備された前台車３Ａと後台車３Ｂの振動加速度を等距離間隔で測定し、それらの加速度パワーを正規化してしきい値と比較することにより鉄道車両の異常を検知している。
【００２０】
鉄道車両１は、車体２の前後に前台車３Ａと後台車３Ｂが連結されている。前台車３Ａと後台車３Ｂには、外周２．５ｍの車輪が複数備えられている。前台車３Ａと後台車３Ｂには、前台車３Ａと後台車３Ｂの上下方向の振動加速度を検出する振動加速度計４Ａ，４Ｂがそれぞれ取り付けられるとともに、前台車３Ａの車輪回転量と後台車３Ｂの車輪回転量を検出する車輪回転計５Ａ，５Ｂがそれぞれ取り付けられている。振動加速度計４Ａ，４Ｂと車輪回転計５Ａ，５Ｂは、異常検知装置に接続され、各々の振動加速度計４Ａ，４Ｂが検出した振動に基づいて前台車３Ａ又は後台車３Ｂの異常振動が検出されるようになっている。
【００２１】
異常検知装置は、サンプリング手段１１Ａ，１１Ｂと、演算手段１２Ａ，１２Ｂと、異常検知手段１３、警報手段１４などで構成されている。
サンプリング手段１１Ａは、前台車３Ａの振動加速度計４Ａと車輪回転計５Ａとに接続し、振動加速計４Ａが検出した振動加速度と、車輪回転計５Ａが検出した車輪の回転量とを入力するものである。一方、サンプリング手段１１Ｂは、後台車３Ｂの振動加速度計４Ｂと車輪回転計５Ｂとに接続し、振動加速計４Ｂが検出した振動加速度と、車輪回転計５Ｂが検出した車輪の回転量とを入力するものである。
【００２２】
また、演算手段１２Ａは、サンプリング手段１１Ａと接続し、サンプリング手段１１Ａが測定した測定信号に基づいて演算を行うものである。一方、演算手段１２Ｂは、サンプリング手段１１Ｂと接続し、サンプリング手段１１Ｂが測定した測定信号に基づいて演算を行うものである。
また、異常検知手段１３は、演算手段１２Ａ，１２Ｂに接続し、演算手段１２Ａ，１２Ｂの演算結果に基づいて異常を検知するものである。
さらに、警報手段１４は、異常検知手段１３と接続し、異常検知手段１３から異常信号を入力したときに、鉄道車両１の減速又は停止にかかる警報を運転手に発するものである。
【００２３】
こうした鉄道車両１の異常検知装置は、異常検知プログラムを実行されて次のように動作する。図２は、異常検知プログラムのフローチャートを示す図である。図３は、前台車３Ａの振動加速度にかかる加速度パワーＰｆを示す図であり、縦軸に、加速度パワー（Ｇ２・ｍ）を示し、横軸に空間周波数（１／ｍ）を示す。図４は、後台車３Ｂの振動加速度にかかる加速度パワーＰｒを示す図であり、縦軸に、加速度パワー（Ｇ２・ｍ）を示し、横軸に空間周波数（１／ｍ）を示す。図５は、前台車３Ａの加速度パワーＰｆと後台車３Ｂの加速度パワーＰｒとの比較結果を示す図であり、縦軸に前後差（％）を示し、横軸に空間周波数（１／ｍ）を示す。
先ず、ステップ１（以下、「Ｓ１」と略記する。）において、鉄道車両１の前台車３Ａの上下加速度及び後台車３Ｂの上下加速度を、前台車３Ａの車輪回転量及び後台車３Ｂの車輪回転量に基づいて等距離間隔で測定する。
【００２４】
すなわち、サンプリング手段１１Ａは、車輪回転計５Ａが、例えば、車輪が７２度回転したことを検出する毎に振動加速度計４Ａから上下方向の振動加速度を入力する。これにより、サンプリング手段１１Ａは、前台車３Ａが０．５ｍ走行する毎に上下方向の振動加速度を入力することとなる。そして、サンプリング手段１１Ａは、振動車輪回転計５Ａから車輪の回転にかかる信号を５回入力したとき、つまり、前台車３Ａが車輪を約一回転させて２．５ｍ走行したときに、車輪１回転分の振動加速度を演算手段１２Ａに送信する。
一方、サンプリング手段１１Ｂは、車輪回転計５Ｂが、例えば、車輪が７２度回転したことを検出する毎に振動加速度計４Ｂから上下方向の振動加速度を入力する。これにより、サンプリング手段１１Ｂは、後台車３Ｂが０．５ｍ走行する毎に上下方向の振動加速度を入力することとなる。そして、サンプリング手段１１Ｂは、振動車輪回転計５Ｂから車輪の回転にかかる信号を５回入力したとき、つまり、後台車３Ｂが車輪を約一回転させて２．５ｍ走行したときに、車輪１回転分の振動加速度を演算手段１２Ｂに送信する。
尚、等距離間隔で鉄道車両１の前台車３Ａと後台車３Ｂの上下加速度を測定するのは、走行速度変化などに伴う異常振動の誤検出を排除するためである。
【００２５】
次に、Ｓ２において、前台車３Ａにかかる測定信号と、後台車３Ｂにかかる測定信号とをそれぞれ空間バンドバスフィルタ処理し、Ｓ３において、空間バンドバスフィルタ処理後の測定信号をそれぞれ２乗平均する。
【００２６】
すなわち、演算手段１２Ａは、特定の異常要因を生じたときに発生する周波数帯域を固有周波数帯域とする空間バンドパスフィルタを備え、サンプリング手段１１Ａから入力した測定信号を空間バンドパスフィルタにかけることにより、空間周波数の対応する周波数成分を走行時にレールから受ける振動などから分離させて抽出し、高周波成分が低周波成分に埋もれることを防止する。その後、演算手段１２Ａは、抽出した周波数成分を２乗平均することにより、図３に示す加速度パワーＰｆを求める。このようにして加速度パワーＰｆを求めることによりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を実行する必要がないので、リアルタイムで加速度パワーＰｆを測定することが可能である。
一方、演算手段１２Ｂは、特定の異常要因を生じたときに発生する周波数帯域を固有周波数帯域とする空間バンドパスフィルタを備え、サンプリング手段１１Ｂから入力した振動加速度を空間バンドパスフィルタにかけることにより、空間周波数に対応する周波数成分を走行時にレールから受ける振動などから分離させて抽出し、高周波成分が低周波成分に埋もれることを防止する。その後、演算手段１２Ｂは、抽出した周波数成分を２乗平均することにより、図４に示す加速度パワーＰｒを求める。このようにして加速度パワーＰｒを求めることによりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を実行する必要がないので、リアルタイムで加速度パワーＰｒを測定することが可能である。
【００２７】
このとき、加速度パワーＰｆ，Ｐｒは、２乗平均を演算する平均距離を調整することによって、例えば、レール上の小石をはじき飛ばした場合など、振幅が大きく作用時間の短い瞬間的異常振動、又は、例えば、車輪の一部が平らになった場合など、振幅が小さく作用時間の長い継続的異常振動を早期に検出可能になる。
すなわち、平均距離は、例えば、等距離間隔ｘ（ｍ）で上下方向の振動加速度ａ（ｘ）を測定し、Ｎ点の２乗平均値｛Σａ（ｘ）｝２／Ｎを算出するときに、Ｎ＊ｘで表される。そして、瞬間的異常振動を検出したい場合には、平均距離を長くすることにより所謂フィルタがかかった状態になる不具合が生じるので、平均距離を短くするとよく、継続的異常振動を検出した場合には、瞬間的な振動の影響を除外するために、平均時間を長くするとよい。本実施の形態では、平均距離を１ｋｍに設定し、継続的異常振動を検出するようにしている。尚、瞬間的異常振動を検出する場合には、例えば、Ｎ＝１として平均距離を求めればよい。
【００２８】
次に、Ｓ４において、前台車３Ａの加速度パワーＰｆから後台車３Ｂの加速度パワーＰｒを引いた値の絶対値を、前台車３Ａの加速度パワーＰｆと後台車３Ｂの加速度パワーＰｒとを足した値を平均化した値で割ったものが、しきい値以上であるか否か（｜Ｐｆ−Ｐｒ｜／｛（Ｐｆ＋Ｐｒ）／２｝≧しきい値）を判断する。前台車３Ａの加速度パワーＰｆから後台車３Ｂの加速度パワーＰｒを引いた値の絶対値を、前台車３Ａの加速度パワーＰｆと後台車３Ｂの加速度パワーＰｒとを足した値を平均化した値で割ったもの（｜Ｐｆ−Ｐｒ｜／｛（Ｐｆ＋Ｐｒ）／２｝）が、しきい値以上でないと判断した場合には（Ｓ４：ＮＯ）、Ｓ１以降の処理を繰り返す。一方、前台車３Ａの加速度パワーＰｆから後台車３Ｂの加速度パワーＰｒを引いた値の絶対値を、前台車３Ａの加速度パワーＰｆと後台車３Ｂの加速度パワーＰｒとを足した値を平均化した値で割ったもの（｜Ｐｆ−Ｐｒ｜／｛（Ｐｆ＋Ｐｒ）／２｝）が、しきい値以上であると判断した場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、Ｓ５において、異常検知手段１３は、警報手段１４に異常信号を出力し、警報手段１４が鉄道車両１を減速又は停止させる警報を運転手に発する。
【００２９】
具体的には、次の通りである。前台車３Ａと後台車３Ｂは、鉄道車両１の前後に配備されているため、おおよそ同じ走行位置をおおよそ同じ走行速度で通過し、加速度パワーＰｆ，Ｐｒがほぼ同様になる。このことを前提に、異常検知手段１３は、演算手段１２Ａ，１２Ｂから走行距離に依存した加速度パワーＰｆ，Ｐｒを入力し、前台車３Ａの加速度パワーＰｆから後台車３Ｂの加速度パワーＰｒを引き算することにより、前台車３Ａと後台車３Ｂとの加速度パワーＰｆ，Ｐｒとの差を求める。
そして、異常検知手段１３は、前台車３Ａの加速度パワーＰｆと後台車３Ｂの加速度パワーＰｒを足し算して２で割ることにより前台車３Ａと後台車３Ｂの加速度パワーＰｆ，Ｐｒの平均値を求める。
それから、異常検知手段１３は、前台車３Ａと後台車３Ｂの加速度パワーＰｆ，Ｐｒの差を前台車３Ａと後台車３Ｂの加速度パワーＰｆ，Ｐｒの平均値でわり算する。
【００３０】
このようにして、図５に示すように、加速度パワーＰｆ，Ｐｒを正規化し、正規化した値がしきい値以上であると判断したときに（図５に示すＤ１部参照）、異常信号を警報手段１４に出力する。
ここで、しきい値は、鉄道車両１が正常状態で走行したときに検出される振動を元に設定されており、前台車３Ａと後台車３Ｂがレールなどからおおよそ均一に受ける振動を除去して低く設定されている。
【００３１】
従って、第１実施の形態の鉄道車両１の異常検知装置によれば、各鉄道車両１に配備される前台車３Ａと後台車３Ｂの振動加速度を、例えば、前台車３Ａと後台車３Ｂの車輪が所定角度回転する毎に測定して、その測定信号を空間バンドバスフィルタにかけて特定の周波数成分を抽出した後に２乗平均することにより、空間周波数に対する加速度パワーＰｆ，Ｐｒを求め、加速度パワーＰｆ，Ｐｒを正規化してしきい値と比較することにより異常検知を行っており（図２のＳ１〜Ｓ４、図３〜図５参照）、高周波成分から低周波成分の異常振動を幅広く検出するとともに、走行速度変化の影響を排除するので、正常な振動の範囲内で発生する異常初期段階の異常振動を早期に発見して、誤検出を少なくすることができる。
【００３２】
また、同一の鉄道車両１の前後に配備された前台車３Ａと後台車３Ｂとに基づいて鉄道車両１の異常を検知しており（図２のＳ４参照）、前台車３Ａと後台車３Ｂとは、レールなどからほぼ同程度の振動を受けるため、前台車３Ａと後台車３Ｂとが同程度に受ける振動を排除することができる。
【００３３】
そして、例えば、しきい値を高く設定すれば、瞬間的異常振動を検出することができ、しきい値を低く設定すれば、継続的異常振動を検出することができるので、複数種類の異常振動を簡単に識別して検出することができる。
【００３４】
（第２実施の形態）
続いて、本発明の第２実施の形態について図面を参照して説明する。図６は、異常検知装置のブロック図である。
第２実施の形態の鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法では、異なる鉄道車両の同じ位置に配備された台車の振動加速度を等間隔距離で測定し、それらを比較して正規化することにより鉄道車両の異常を検知している点で、同一鉄道車両の異なる台車の振動加速度を測定して比較する第１実施の形態と相違している。よって、ここでは、第１実施の形態との相違点について詳細に説明する。尚、第１実施の形態と同様の構成には、図面及び説明に同一符号を使用する。
【００３５】
鉄道車両１Ａは、鉄道車両１Ｂと連結器６を介して連結されて、列車を編成している。鉄道車両１Ａは、前台車３Ａの上下方向の振動加速度を検出する振動加速度計４Ａと、車輪の回転角度を検出する車輪回転計５Ａが、サンプリング手段１１Ａに接続されている。サンプリング手段１１Ａには、演算手段１２Ａが接続されている。演算手段１２Ａは、異常検知手段２３に接続されている。
一方、鉄道車両１Ｂは、前台車３Ａの上下方向の振動加速度を検出する振動加速度計４Ａと、車輪の回転角度を検出する車輪回転計５Ａが、サンプリング手段１１Ａに接続されている。サンプリング手段１１Ａには、演算手段１２Ａが接続されている。演算手段１２Ａは、異常検知手段２３に接続されている。
従って、鉄道車両１Ａ，１Ｂ…では、前台車３Ａ同士で異常検知を行うように構成されている。なお、異常検知手段２３には、それぞれ警報手段２４が接続されている。
【００３６】
こうした第２実施の形態の異常検知装置は、異常検知プログラムを実行されて次のように動作する。この異常検知プログラムは、基本的に第１実施の形態と同様の処理（図２参照）が行われる。
先ず、鉄道車両１Ａのサンプリング手段１１Ａは、車輪回転計５Ａが検出する車輪回転量に基づいて前台車３Ａが０．５ｍ走行する毎に前台車３Ａの上下方向の振動加速度を測定する。そして、鉄道車両１Ａのサンプリング手段１１Ａは、前台車３Ａの車輪が１回転して２．５ｍ走行したときに、車輪１回転分の振動加速度を演算手段１２Ａに送信する。ここで、鉄道車両１Ａの前台車３Ａについて等距離間隔で上下方向の振動加速度を測定するのは、鉄道車両１Ａの走行速度変化などに伴う異常振動の誤検出を排除するためである。
一方、鉄道車両１Ｂのサンプリング手段１１Ａは、車輪回転計５Ａが検出する車輪回転量に基づいて前台車３Ａが０．５ｍ走行する毎に前台車３Ａの上下方向の振動加速度を測定する。そして、鉄道車両１Ｂのサンプリング手段１１Ａは、前台車３Ａの車輪が１回転して２．５ｍ走行したときに、車輪１回転分の振動加速度を演算手段１２Ａに送信する。ここで、鉄道車両１Ｂの前台車３Ａについて等距離間隔で上下方向の振動加速度を測定するのは、鉄道車両１Ｂの走行速度変化などに伴う異常振動の誤検出を排除するためである。
【００３７】
鉄道車両１Ａの演算手段１２Ａは、特定の異常要因を生じたときに発生する周波数帯域を固有周波数帯域とする空間バンドパスフィルタを備え、サンプリング手段１１Ａから入力した測定信号を空間バンドパスフィルタを通過させることにより、空間周波数に対応する周波数成分を走行時にレールから受ける振動などから分離させて抽出し、高周波成分が低周波成分に埋もれることを防止する。その後、鉄道車両１Ａの演算手段１２Ａは、抽出した周波数成分を２乗平均することにより、加速度パワーＰｆ１を求める。このようにして加速度パワーＰｆ１を求めることによりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を実行する必要がないので、リアルタイムで加速度パワーＰｆ１を測定することが可能である。
一方、鉄道車両１Ｂの演算手段１２Ａは、特定の異常要因を生じたときに発生する周波数帯域を固有周波数帯域とする空間バンドパスフィルタを備え、サンプリング手段１１Ａから入力した振動加速度を空間バンドパスフィルタにかけることにより、空間周波数に対応する周波数成分を走行時にレールから受ける振動などから分離させて抽出し、高周波成分が低周波成分に埋もれることを防止する。その後、鉄道車両１Ｂの演算手段１２Ａは、抽出した周波数成分を２乗平均することにより、加速度パワーＰｆ２を求める。このようにして加速度パワーＰｆ２を求めることによりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を実行する必要がないので、リアルタイムで加速度パワーＰｆ２を測定することが可能である。
【００３８】
ここで、鉄道車両１Ａの前台車３Ａと鉄道車両１Ｂの前台車３Ａは、同一の走行位置を通過するときに車体２やレールから同程度の力を受けるため、加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２がほぼ同様になる。そこで、異常検知手段２３は、鉄道車両１Ａにかかる前台車３Ａの加速度パワーＰｆ１と、鉄道車両１Ｂにかかる前台車３Ａの加速度パワーＰｆ２とを比較して、異常振動が発生しているか否かを判断する。そのために、異常検知手段２３は、先ず、鉄道車両１Ａの演算手段１２Ａと鉄道車両１Ｂの演算手段１２Ａから走行距離に依存した加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２を入力し、鉄道車両１Ａにかかる前台車３Ａの加速度パワーＰｆ１から鉄道車両１Ｂにかかる前台車３Ａの加速度パワーＰｆ２を引き算することにより、鉄道車両１Ａの前台車３Ａと鉄道車両１Ｂの前台車３Ａとの加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２との差を求める。
それから、鉄道車両１Ａにかかる前台車３Ａの加速度パワーＰｆ１と鉄道車両１Ｂにかかる前台車３Ａの加速度パワーＰｆ２を足し算して２で割ることにより、鉄道車両１２Ａの前台車３Ａと鉄道車両１Ｂの前台車３Ａの加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２の平均値を求める。
【００３９】
そして、鉄道車両１Ａの前台車３Ａと鉄道車両１Ｂの前台車３Ａの加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２の差を、鉄道車両１Ａの前台車３Ａと鉄道車両１Ｂの前台車３Ａの加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２の平均値でわり算することにより、加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２を正規化し、正規化した値がしきい値以上であると判断したときに、異常信号を警報手段２４に出力する。
ここで、しきい値は、列車の鉄道車両１Ａ，１Ｂ…が正常状態で走行したときに検出される振動を元に設定されており、各鉄道車両１Ａ，１Ｂ…がレールなどからおおよそ均一に受ける振動を除去して低く設定されている。
【００４０】
従って、第２実施の形態の鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の異常検知装置及び異常検知方法によれば、一の鉄道車両１Ａの前台車３Ａにかかる振動加速度と、その一の鉄道車両１Ａに連結器６を介して連結される他の鉄道車両１Ｂにかかる振動加速度とを比較して異常を検知しており、鉄道車両１Ａ，１Ｂの前台車３Ａが鉄道車両１Ａ，１Ｂの車体２に対してそれぞれ同じような動作をするため、第１実施の形態の鉄道車両１の異常検知装置及び異常検知方法より車体２による影響を排除することができ、誤検出を少なくすることができる。
【００４１】
（第３実施の形態）
次に、本発明の鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法の第３実施の形態について図面を参照しながら説明する。図７は、鉄道車両１の異常検知装置のブロック図である。
第３実施の形態の鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法は、上記第１，第２実施の形態を更に改良したものであり、空間周波数に対応する加速度波長や加速度方向の組合せによって加速度パワーを比較する部位を適宜選択して異常を検知している。すなわち、第３実施の形態は、同車両異位置と異車両異位置に基づく異常検知を選択的に行うことができる点で、同車両異位置のみで異常検知を行う第１実施の形態や、異車両同位置のみで異常検知を行う第２実施の形態と相違している。よって、第３実施の形態の鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法にかかる説明は、第１，第２実施の形態との相違点について詳細に行う。尚、第１，第２実施の形態と同様の構成には、図面及び説明に同一符号を使用する。
【００４２】
鉄道車両１Ａは、他の鉄道車両１Ｂ…と連結器６を介して連結され、列車を編成する。鉄道車両１Ａには、車体２の上下方向や左右方向の振動加速度を測定するための振動加速度計４０Ａ，４０Ｂが車体２の前位置と後位置とにそれぞれ取り付けられている。車体２の前後には、複数の車輪を回転可能に軸支する前台車３Ａと後台車３Ｂが配備され、車輪の回転量を検出するために車輪回転計５Ａ，５Ｂが前台車３Ａと後台車３Ｂにそれぞれ設けられている。
【００４３】
異常検知装置は、鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の振動加速度計４０Ａ，４０Ｂ及び車輪回転計５Ａ，５Ｂに接続され、サンプリング手段４１Ａ，４１Ｂ、演算手段４２Ａ，４２Ｂ、異常検知手段４３、警報手段４４などで構成されている。
サンプリング手段４１Ａは、鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の振動加速度計４０Ａと車輪回転計５Ａとに接続され、車体２の前位置における上下方向及び左右方向の振動加速度と、各鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の前台車３Ａに設けられた車輪の回転量とを入力するものである。一方、サンプリング手段４１Ｂは、鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の振動加速度計４Ｂと車輪回転計５Ｂとに接続され、車体２の後位置における上下方向及び左右方向の振動加速度と、各鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の前台車３Ａに設けられた車輪の回転量とを入力するものである。
【００４４】
また、演算手段４２Ａは、サンプリング手段４１Ａと接続し、サンプリング手段４１Ａが測定した測定信号に基づいて演算を行うものである。演算手段４２Ｂは、サンプリング手段４１Ｂと接続し、サンプリング手段４１Ａが測定した測定信号に基づいて演算を行うものである。
また、異常検知手段４３は、各鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の演算手段４２Ａ，４２Ｂに接続され、演算手段４２Ａ，４２Ｂの演算結果に基づいて異常発生の有無を検知するものである。
更に、警報手段４４は、異常検知手段４３に接続され、異常検知手段４３から異常信号を入力したときに、鉄道車両１の減速又は停止にかかる警報を運転手に発するものである。
【００４５】
こうした異常検知装置は、異常検知プログラムを実行されて次のように動作する。図８は、異常検知プログラムのフローチャートである。図９は、信号比較部位を示す図である。
第３実施の形態の異常検知装置及び異常検知方法では、鉄道車両１Ａ，１Ｂ…が出発してから目的地に到着するまでの間、各鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の異常を車体２の振動加速度に基づいて検知する。ここでは、鉄道車両１Ａの異常を車体２の前位置における振動加速度に基づいて検知する場合について説明する。
【００４６】
鉄道車両１Ａ，１Ｂ…が出発すると、先ず、Ｓ３１において、異常振動検知回数ｎを０に設定し、前回走行時の異常検知結果をリセットする。それから、Ｓ３２において、鉄道車両１Ａが所定の距離（ここでは、出発地から目的地までの距離）を走行したか否かを判断する。
【００４７】
鉄道車両１Ａが出発地から目的地までの距離を走行していない場合には（Ｓ３２：ＮＯ）、Ｓ３３において、鉄道車両１Ａの車体２の前位置における左右加速度及び上下加速度を等距離間隔で測定する。すなわち、例えば、鉄道車両１Ａのサンプリング手段４１Ａは、車輪回転量５Ａが検出する車輪回転量から鉄道車両１Ａの走行距離を求め、鉄道車両１Ａが５００ｍ走行する毎に振動加速度計４０Ａから左右方向の振動加速度と上下方向の振動加速度を入力する。ここで、鉄道車両１Ａの上下方向及び左右方向の振動加速度を測定するのは、走行速度変化などに伴う異常振動の誤検出を排除するためである。
【００４８】
そして、Ｓ３４において、鉄道車両１Ａの演算手段４２Ａが、サンプリング手段４１Ａから入力した鉄道車両１Ａの左右方向及び上下方向の振動加速度を空間バンドパスフィルタを通過させることにより測定信号の空間バンドパスフィルタ処理を行い、空間周波数に対応する所定の加速度波長を有する周波数成分を抽出する。本実施の形態の空間バンドパスフィルタ処理では、加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍ、５ｍ〜２５ｍ、１ｍ〜５ｍの範囲である周波数成分をそれぞれ抽出できるようにしている。それから、鉄道車両１Ａの演算手段４２Ａは、Ｓ３５において、空間バンドパスフィルタ処理を実行された上下方向又は左右方向の振動加速度を２乗平均することにより加速度パワーＰ１を求める。このようにして加速度パワーＰ１を求めることによりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を実行する必要がないので、リアルタイムで加速度パワーＰ１を測定することが可能である。
【００４９】
そして、Ｓ３６において、空間バンドパスフィルタ処理をされた測定信号の加速度波長が、２５ｍ〜１２５ｍ、５ｍ〜２５ｍ、１ｍ〜５ｍの範囲の何れであるかを判断し、加速度波長と加速度方向の組合せから図９に示す信号比較部位に基づいて加速度パワーＰ１を比較する部位を特定し、特定した部位の加速度パワーＰ２を読み出す。
【００５０】
ここで、図９の信号比較部位は、走行区間による度数分布のばらつきを小さくして傾向を一致させるために、次のようにして、加速度方向と加速度波長の組合せ毎に決定されている。図１０〜図２１は、車体の左右方向又は上下方向の振動加速度から空間バンドバスフィルタにより抽出した特定の周波数成分を同車両異位置又は異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものである。
【００５１】
加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍであって、加速度方向が左右方向である場合には、図１３に示す異車両同位置の走行区間１〜７における度数分布が図１０に示す同車両異位置の走行区間１〜７における度数分布よりばらつきが小さいので、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ１を鉄道車両１Ｂの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ２と比較して正規化する。
また、加速度波長が５ｍ〜２５ｍであって、加速度方向が左右方向である場合には、図１１に示す同車両異位置の走行区間１〜７における度数分布が図１４に示す異車両同位置の走行区間１〜７における度数分布よりばらつきが小さいので、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ１を鉄道車両１Ａの車体２の後位置にかかる加速度パワーＰ２と比較して正規化する。
さらに、加速度波長が１ｍ〜５ｍであって、加速度方向が左右方向である場合には、図１２に示す同車両異位置の走行区間１〜７における度数分布が図１５に示す異車両同位置の走行区間１〜７における度数分布よりばらつきが小さいので、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ１を鉄道車両１Ａの車体２の後位置にかかる加速度パワーＰ２と比較して正規化する。
【００５２】
一方、加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍであって、加速度方向が上下方向である場合には、図１９に示す異車両同位置の走行区間１〜７における度数分布が図１６に示す同車両異位置の走行区間１〜７における度数分布よりばらつきが小さいので、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ１を鉄道車両１Ｂの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ２と比較して正規化する。
また、加速度波長が５ｍ〜２５ｍであって、加速度方向が上下方向である場合には、図２０に示す異車両同位置の走行区間１〜７における度数分布が図１７に示す同車両異位置の走行区間１〜７における度数分布よりばらつきが小さいので、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ１を鉄道車両１Ｂの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ２と比較して正規化する。
さらに、加速度波長が１ｍ〜５ｍであって、加速度方向が上下方向である場合には、図１８に示す同車両異位置の走行区間１〜７における度数分布が図２１に示す異車両同位置の走行区間１〜７における度数分布よりばらつきが小さいので、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ１を鉄道車両１Ａの車体２の後位置にかかる加速度パワーＰ２と比較して正規化する。
【００５３】
従って、鉄道車両１Ａのサンプリング手段４１Ａにより測定された上下方向又は左右方向の振動加速度にかかる加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍの範囲である場合には（図８のＳ３６：２５ｍ〜１２５ｍ）、図９に示す比較部位が異車両同位置であるので、図８のＳ３９に進んで、鉄道車両１Ｂの演算手段４２Ａが演算した車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ２を鉄道車両１Ｂの演算手段４２Ａから入力した後に、Ｓ４０に進む。
【００５４】
また、鉄道車両１Ａのサンプリング手段４１Ａにより測定された振動加速度にかかる加速度波長が５ｍ〜２５ｍの範囲である場合には（図８のＳ３６：５ｍ〜２５ｍ）、Ｓ３７において、加速度方向が左右方向と上下方向の何れかを検出する。加速度方向が左右方向である場合には（Ｓ３７：左右方向）、図９に示す比較部位が同車両異位置であるので、図８のＳ３８に進んで、鉄道車両１Ａの演算手段４２Ｂが演算した車体２の後位置にかかる加速度パワーＰ２を鉄道車両１Ａの演算手段４２Ｂから入力した後に、Ｓ４０に進む。
一方、加速度方向が上下方向である場合には（図８のＳ３７：上下方向）、図９に示す比較部位が異車両同位置であるので、図８のＳ３９に進んで、鉄道車両１Ｂの演算手段４２Ａが演算した車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ２を鉄道車両１Ｂの演算手段４２Ａから入力した後に、Ｓ４０に進む。
【００５５】
さらに、鉄道車両１Ａのサンプリング手段４１Ａにより測定された上下方向又は左右方向の振動加速度にかかる加速度波長が１ｍ〜５ｍの範囲である場合には（図８のＳ３６：１ｍ〜５ｍ）、図９に示す比較部位が同車両異位置であるので、図８のＳ３８に進んで、鉄道車両１Ａの演算手段４２Ｂが演算した車体２の後位置にかかる加速度パワーＰ２を鉄道車両１Ａの演算手段４２Ｂから入力した後に、Ｓ４０に進む。
【００５６】
そして、Ｓ４０において、鉄道車両１Ａの加速度パワーＰ１と入力した他の部位の加速度パワーＰ２とを比較演算式｜Ｐ１−Ｐ２｜／（Ｐ１＋Ｐ２）に当てはめることにより、鉄道車両１の前位置にかかる加速度パワーＰ１の正規化を実施する。それから、Ｓ４１において、加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値Ｔｈを超えるか否かによって、当該振動が異常振動であるか否かを判断する。
【００５７】
ここで、図２２は、本実施の形態の比較演算結果とパワー比及び振幅比との関係を示す図である。
異常振動であるか否かを判断する方法としては、本実施の形態のように加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比を求める比較演算結果（｜Ｐ１−Ｐ２｜／Ｐ１＋Ｐ２）に基づく方法の他に、比較する加速度パワーの比を求めるパワー比（Ｐ１＞Ｐ２のとき、Ｐ１／Ｐ２）、測定した振動加速度の振幅の比を求める振幅比（Ｐ１＞Ｐ２のとき、√Ｐ１／Ｐ２）に基づく方法などが考えられる。この点、本実施の形態の比較演算結果は、０．１ずつ規則的に数値変化するのに対して、当該比較演算結果に対応するパワー比や振幅比は、数値変化にばらつきが生じており、本実施の形態の比較演算結果の数値変化率はパワー比や振幅比の数値変化率と一致していない。しかし、本実施の形態の比較演算結果に基づいて異常を検知する方法では、図９の信号比較部位に従って測定信号を比較する部位を選択して異常検知を行ったときに、図１２〜図１４及び図１８〜図２０に示すように各走行区間の度数分布傾向が概ね一致するので、異常振動であるか否かを判断するときに走行区間の影響を排除できる。
【００５８】
そして、加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値Ｔｈを超えない場合には（図８のＳ４１：ＮＯ）、Ｓ３２に戻る。加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値Ｔｈを超える場合には（Ｓ４１：ＹＥＳ）、異常振動が鉄道車両１Ａで発生している可能性が高いので、Ｓ４２に進んで、異常振動検知回数ｎに１を加え、Ｓ４３において、異常判定距離Ｌにおいて加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値Ｔｈを超える割合（図２３に示す斜線部の割合）がｋ％以上か否かを判断する。ここで、異常判定距離Ｌは、２乗平均を演算する距離に比較回数をかけ合わせることにより決定される。従って、本実施の形態では、５００ｍ間隔で振動加速度をサンプリングしているので、演算手段４２Ａが２乗平均を演算する距離は５００ｍであり、例えば、鉄道車両１Ａの前位置にかかる加速度パワーＰ１と他の部位にかかる加速度パワーＰ２とを比較する比較回数が４００回であれば、異常判定距離Ｌは２００ｋｍになる。この場合には、鉄道車両１Ａが２００ｋｍ走行した中で加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値を超える割合がどの程度か、つまり、異常振動が何回発生して、その異常振動検知回数ｎが比較回数４００回に対してどの程度の割合で発生しているかを求め、その割合がｋ％を超えているか否かで鉄道車両１Ａに異常が発生しているか否かを判断する。
【００５９】
異常判定距離Ｌにおいて加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値Ｔｈを超える割合がｋ％以上でない場合には（Ｓ４３：ＮＯ）、鉄道車両１Ａが異常を発生している可能性が低いと考えられるので、Ｓ３２に戻る。一方、異常判定距離Ｌにおいて加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値Ｔｈを超える割合がｋ％以上である場合には（Ｓ４３：ＹＥＳ）、鉄道車両１Ａが異常を発生している可能性が高いと考えられるので、Ｓ４４に進んで、警報手段４４に信号出力して警報を発生させてから、Ｓ３２に戻る。
【００６０】
このとき、異常判定距離Ｌ、しきい値Ｔｈ、度数割合（ｋ％）を適宜変動させることにより、検出する異常の種類を変えることができる。例えば、瞬間的異常振動と継続的異常振動のように種類の異なる異常振動を検出する場合には、比較回数が同じであれば、瞬間的異常振動は、２乗平均を演算する距離を短することにより異常判定距離Ｌを短くしたり、しきい値Ｔｈを大きくして、しきい値を超える度数割合（ｋ％）を小さくしたりすることにより検出される一方、継続的異常振動は、２乗平均を演算する距離を長くすることにより異常判定距離Ｌを長くしたり、しきい値Ｔｈを小さくして、しきい値を超える度数割合（ｋ％）を大きくしたりすることにより検出される。
【００６１】
こうした上記一連の処理は、Ｓ３２において、鉄道車両１Ａが目的地に到着するまで継続され、鉄道車両１Ａが出発地から目的地までの距離を走行したときに（Ｓ３２：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００６２】
従って、第３実施の形態の鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の異常検知装置及び異常検知方法によれば、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる異常振動をサンプリング手段４１Ａにより等距離間隔で測定し、演算手段４２Ａにおいて測定信号から空間周波数に対応する特定の加速度波長を有する周波数成分を抽出して２乗平均することにより加速度パワーＰ１を求めた後に（図８のＳ３３〜Ｓ３５）、度数分布のばらつきが小さくなるように加速度方向と空間周波数に対応する加速度波長との組合せ毎に決定された図９の信号比較部位に基づいて鉄道車両１Ａの前位置にかかる加速度パワーＰ１を比較する部位を選択し、その選択した部位の加速度パワーＰ２を入力して加速度パワーの差の比を演算して鉄道車両１Ａの異常を検知するので（図８のＳ３６〜Ｓ４１）、走行速度や走行環境などの影響に加えて、走行区間の影響も排除することができ、誤検出をより一層少なくすることができる。
【００６３】
そして、鉄道車両１Ａの前位置にかかる加速度パワーＰ１と図９の信号比較部位に基づいて選択した部位にかかる加速度パワーＰ２との差の比がしきい値Ｔｈを超える割合が所定の割合（ｋ％）以上であるときに、鉄道車両１Ａに異常が発生したと判断するので（図８のＳ４２〜Ｓ４４）、鉄道車両１Ａの異常以外の要因で発生した振動が、鉄道車両１Ａの異常時に発生する振動の範囲内のものであっても、誤検出されない。
【００６４】
なお、本発明は、上記実施形態のものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００６５】
（１）例えば、上記実施の形態では、前台車３Ａと後台車３Ｂの上下方向の振動加速度や車体２の上下方向及び左右方向の振動加速度を検出した。それに対して、前台車３Ａと後台車３Ｂのヨー角速度及びピッチ角速度を等距離間隔で検出するようにしてもよい。
【００６６】
（２）例えば、上記実施の形態では、前台車３Ａや後台車３Ｂの車輪回転数に基づいて等距離間隔で前台車３Ａや後台車３Ｂの上下方向の振動加速度や車体２の上下左右方向の振動加速度を測定した。それに対して、例えば、走行速度に基づいて走行距離を算出し、所定距離走行する毎に空間周波数をサンプリングするようにしてもよい。また、振動加速度を所定周期で測定する一方、車輪回転数を所定角度毎に検出し、それらを照合させることにより振動加速度を等距離間隔で測定するようにしてもよい。
【００６７】
（３）例えば、上記第３実施の形態では、同時期に走行する鉄道車両１Ａ，１Ｂ…同士で測定信号を比較して異常検知を行っている。それに対して、図９の信号比較部位では、図１２〜図１４や図１８〜図２０に示すように走行区間毎の度数分布傾向がよく一致しているので、例えば、鉄道車両１Ａの走行結果を異日の鉄道車両１Ａの走行結果と比較して、度数分布傾向が異なってきたら異常と判断するようにしてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
従って、本発明の鉄道車両の異常検知装置は、列車を編成する複数の鉄道車両の異常を検知する鉄道車両の異常検知装置において、鉄道車両のある特定部位の振動加速度又は角速度を等距離間隔で測定するサンプリング手段と、振動加速度又は角速度の測定信号を空間バンドバスフィルタ処理後に２乗平均して空間周波数に対する加速度パワー又は角速度パワーを求める演算手段と、加速度パワー又は角速度パワーを正規化し、その正規化したものをしきい値と比較することにより、鉄道車両に発生した異常を検知する異常検知手段とを有しているので、鉄道車両の異常を初期段階で早期に発見することができ、誤検出を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態にかかり、鉄道車両の異常検知装置のブロック図である。
【図２】同じく、異常検知プログラムのフローチャートを示す図である。
【図３】同じく、前台車の振動加速度にかかる加速度パワーを示す図であり、縦軸に、加速度パワー（Ｇ２・ｍ）を示し、横軸に空間周波数（１／ｍ）を示す。
【図４】同じく、後台車の振動加速度にかかる加速度パワーを示す図であり、縦軸に、加速度パワー（Ｇ２・ｍ）を示し、横軸に空間周波数（１／ｍ）を示す。
【図５】同じく、前台車３Ａの加速度パワーＰｆと後台車３Ｂの加速度パワーＰｒとの比較結果を示す図であり、縦軸に前後差（％）を示し、横軸に空間周波数（１／ｍ）を示す。
【図６】本発明の第２実施の形態にかかり、鉄道車両の異常検知装置のブロック図である。
【図７】本発明の第３実施の形態にかかり、鉄道車両の異常検知装置のブロック図である。
【図８】同じく、異常検知プログラムのフローチャートである。
【図９】同じく、信号比較部位を示す図である。
【図１０】同じく、車体の左右方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍの周波数成分を同車両異位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの車体前後差比（ＮＤ）を示す。
【図１１】同じく、車体の左右方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が５ｍ〜２５ｍの周波数成分を同車両異位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの車体前後差比（ＮＤ）を示す。
【図１２】同じく、車体の左右方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が１ｍ〜５ｍの周波数成分を同車両異位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの車体前後差比（ＮＤ）を示す。
【図１３】同じく、車体の左右方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍの周波数成分を異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの号車間差の比（ＮＤ）を示す。
【図１４】同じく、車体の左右方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が５ｍ〜２５ｍの周波数成分を異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの号車間差の比（ＮＤ）を示す。
【図１５】同じく、車体の左右方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が１ｍ〜５ｍの周波数成分を異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの号車間差の比（ＮＤ）を示す。
【図１６】同じく、車体の上下方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍの周波数成分を同車両異位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの車体前後差比（ＮＤ）を示す。
【図１７】同じく、車体の上下方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が５ｍ〜２５ｍの周波数成分を同車両異位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの車体前後差比（ＮＤ）を示す。
【図１８】同じく、車体の上下方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が１ｍ〜５ｍの周波数成分を同車両異位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの車体前後差比（ＮＤ）を示す。
【図１９】同じく、車体の上下方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍの周波数成分を異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの号車間差の比（ＮＤ）を示す。
【図２０】同じく、車体の上下方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が５ｍ〜２５ｍの周波数成分を異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの号車間差の比（ＮＤ）を示す。
【図２１】同じく、車体の上下方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が１ｍ〜５ｍの周波数成分を異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの号車間差の比（ＮＤ）を示す。
【図２２】同じく、比較演算結果とパワー比及び振幅比との関係を示す図である。
【図２３】同じく、異常判定の概念図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ 鉄道車両
２ 車体
３Ａ 前台車
３Ｂ 後台車
４Ａ，４０Ａ 振動加速度計
４Ｂ，４０Ｂ 振動加速度計
５Ａ 車輪回転計
５Ｂ 車輪回転計
１１Ａ，４１Ａ サンプリング手段
１１Ｂ，４１Ｂ サンプリング手段
１２Ａ，４２Ａ 演算手段
１２Ｂ，４２Ｂ 演算手段
１３，２３，４３ 異常検知手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の走行時の異常振動を検知する鉄道車両の異常検知装置と異常検知方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高速走行する鉄道車両では、車体や台車などに異常が生じると、走行が不安定になって高速走行を継続することが困難になるため、急ブレーキ等の手段により鉄道車両を減速若しくは停止させる必要がある。鉄道車両に異常が生じた場合には、車体や台車に固有の異常振動が現れるため、車体や台車の振動に基づいて車輪や台車などの異常を検知することが行われている。
【０００３】
かかる鉄道車両の異常検知装置の第１従来例として、列車を編成する複数の鉄道車両にそれぞれ配備された台車に、当該台車の上下方向又は左右方向の振動加速度を検出する振動加速度計を取り付け、いずれかの台車で検出された振動加速度の瞬間値又は平均値から他の台車で検出された振動加速度の瞬間値又は平均値を差し引いて、差し引いた値が所定値以上である場合に、異常が発生したと判断するものである（例えば、特許文献１参照）。かかる第１従来例によれば、各台車がレールなどから同程度に受ける振動と、特定の台車に何らかの異常が発生したことによる振動とを分離することができ、レールから受ける振動を異常振動として誤検出することを防止できる利点がある。
【０００４】
また、鉄道車両の異常検知装置の第２従来例として、列車を編成する複数の鉄道車両にそれぞれ配備された台車に、当該台車の左右方向の振動加速度とヨー方向の振動加速度とを経時的に検出する振動加速度計を取り付け、振動加速度計が検出した左右方向の振動加速度とヨー方向の振動加速度を固有周波数帯域のバンドパスフィルタにかけることにより特定の周波数を抽出し、その抽出した周波数が正常状態の周波数を基準として設定されたしきい値以上である場合に異常と判断するものである（例えば、特許文献２参照）。かかる第２従来例によれば、低周波成分などの振幅の大きい異常振動のみならず、高周波成分などの振幅の小さい異常振動も検出することができる利点がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−６８０７号公報（第３−４頁、第１図）
【特許文献２】
特許第２６５７５９８号明細書（第２頁、図１、図２、図６〜図９、図１２〜図１５参照）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１，第２従来例には、以下の問題があった。
第１従来例では、振動加速度の瞬間値又は平均値で比較を行うため、振幅の大きい振動加速度の検出は可能であるが、例えば、高周波成分（鉄道車両では、１０Ｈｚ以上）等の振幅が小さい異常振動を検出できない場合があった。具体的には、車輪の一部が平らになると、通常運行速度において台車に２０Ｈｚ程度の異常振動が発生するが、第１従来例のように振動加速度の瞬間値又は平均値を比較した場合に、振動加速度の差が僅かになり、異常振動を検出できない恐れがあった。
一方、第２従来例では、誤検出を回避するために、正常状態の鉄道車両が悪い軌道を走行したときのデータを基準としてしきい値を高く設定し、経時的に検出した振動加速度をバンドパスフィルタにかけたものが、そのしきい値を超えるか否かによって異常振動を検知しているため、台車が正常時に発生しうる振動加速度の範囲内で異常初期段階の振動を発生しても、それを早期に発見することが困難であった。また、第２従来例は、時間に依存した異常振動を検知しており、車輪に起因する距離（空間周波数）に起因する異常振動を検出できない問題があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、鉄道車両の異常を初期段階で早期に発見することができ、誤検出の少ない鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願発明は以下の構成を有する。
（１）列車を編成する複数の鉄道車両の異常を検知する鉄道車両の異常検知装置において、鉄道車両のある特定部位の振動加速度又は角速度を等距離間隔で測定するサンプリング手段と、振動加速度又は角速度の測定信号を空間バンドパスフィルタ処理後に２乗平均して空間周波数に対する加速度パワー又は角速度パワーを求める演算手段と、加速度パワー又は角速度パワーを正規化し、その正規化したものをしきい値と比較することにより、鉄道車両に発生した異常を検知する異常検知手段とを有することを特徴としている。
【０００９】
（２）（１）に記載する鉄道車両の異常検知装置において、サンプリング手段は、鉄道車両の前位置、鉄道車両の後位置、鉄道車両の前位置に配備された台車、又は、鉄道車両の後位置に配備された台車の何れかの部位に設置されていることを特徴としている。
【００１０】
（３）（１）又は（２）に記載する鉄道車両の異常検知装置において、異常検知手段は、空間周波数に対応する加速度方向と加速度波長との組合せ毎に加速度パワー又は角速度パワーを比較する部位が異なることを特徴としている。
【００１１】
（４）（１）乃至（３）の何れか１つに記載する鉄道車両の異常検知装置において、異常検知手段は、比較回数に対して加速度パワー又は角速度パワーを正規化したものがしきい値を超える回数が所定の割合以上であるときに、異常が発生したと判断することを特徴としている。
【００１２】
（５）（１）乃至（４）の何れか１つに記載する鉄道車両の異常検知装置において、しきい値は、検知する異常振動の種類に応じて変更可能であることを特徴としている。
【００１３】
（６）（１）乃至（６）の何れか１つに記載する鉄道車両の異常検知装置を使用したことを特徴とする鉄道車両の異常検知方法である。
【００１４】
上記構成を有する本発明の鉄道車両の異常検知相違及び異常検知方法は、以下の作用を有する。
例えば、鉄道車両の前位置に配備された台車にサンプリング手段を取り付け、当該台車の左右方向や上下方向の振動加速度や、ヨー方向やピッチ方向の角速度を等距離間隔で測定する。等距離間隔で測定するのは、速度変化などに伴う異常振動の誤検出を排除するためである。そして、測定信号を空間バンドバスフィルタにかけて測定信号に含まれる特定の周波数成分を抽出することにより、低周波成分が高周波成分に埋もれることを防止した後に、空間バンドバスフィルタにかけた測定信号を２乗平均して空間周波数に対応する加速度パワー又は角速度パワーを演算する。そして、加速度パワー又は角速度パワーを正規化し、その正規化したものをしきい値と比較して異常検知を行うので、異常の初期段階で発生する微小な振動変化を検知することが可能である。よって、鉄道車両の異常を初期段階で早期に発見することができ、誤検出を少なくすることができる。
【００１５】
サンプリング手段は、鉄道車両の前後に配備された台車や車体の前後位置に設置されると、設置された台車や車体の振動加速度や角速度を検出するので、同車両異位置で測定信号を比較して異常検知したり、異車両同位置で測定信号を比較して異常検知したりすることができる。
【００１６】
このとき、空間周波数に対応する加速度方向と波長との組合せ毎に加速度パワー又は角速度パワーを比較する部位を予め決定しておけば、サンプリング手段によって測定された測定信号の加速度パワーを比較する部位を、測定信号の空間周波数に対する加速度方向や加速度波長に応じて適宜変更させることができる。
【００１７】
そして、異常振動を検知するときに、比較回数に対して演算結果を正規化したものがしきい値を超える回数が所定の割合以上であると判断したときに、異常が発生したと判断するようにすれば、鉄道車両の異常以外の要因で発生した振動が、鉄道車両の異常時に発生する振動の範囲内のものであっても、誤検出されない。
【００１８】
ここで、異常検知手段で基準とされるしきい値を、例えば、小石を車輪で跳ね飛ばしたときなどに発生する瞬間的異常振動、又は、車輪の一部が平らになったときなどに発生する継続的異常振動を検出する場合など、検知する異常振動の種類によって変更するようにすれば、複数種類の異常振動を簡単に識別して検出することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（第１実施の形態）
次に、本発明の鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法の第１実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は、鉄道車両１の異常検知装置のブロック図である。
第１実施の形態の鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法では、同一鉄道車両の前後に配備された前台車３Ａと後台車３Ｂの振動加速度を等距離間隔で測定し、それらの加速度パワーを正規化してしきい値と比較することにより鉄道車両の異常を検知している。
【００２０】
鉄道車両１は、車体２の前後に前台車３Ａと後台車３Ｂが連結されている。前台車３Ａと後台車３Ｂには、外周２．５ｍの車輪が複数備えられている。前台車３Ａと後台車３Ｂには、前台車３Ａと後台車３Ｂの上下方向の振動加速度を検出する振動加速度計４Ａ，４Ｂがそれぞれ取り付けられるとともに、前台車３Ａの車輪回転量と後台車３Ｂの車輪回転量を検出する車輪回転計５Ａ，５Ｂがそれぞれ取り付けられている。振動加速度計４Ａ，４Ｂと車輪回転計５Ａ，５Ｂは、異常検知装置に接続され、各々の振動加速度計４Ａ，４Ｂが検出した振動に基づいて前台車３Ａ又は後台車３Ｂの異常振動が検出されるようになっている。
【００２１】
異常検知装置は、サンプリング手段１１Ａ，１１Ｂと、演算手段１２Ａ，１２Ｂと、異常検知手段１３、警報手段１４などで構成されている。
サンプリング手段１１Ａは、前台車３Ａの振動加速度計４Ａと車輪回転計５Ａとに接続し、振動加速計４Ａが検出した振動加速度と、車輪回転計５Ａが検出した車輪の回転量とを入力するものである。一方、サンプリング手段１１Ｂは、後台車３Ｂの振動加速度計４Ｂと車輪回転計５Ｂとに接続し、振動加速計４Ｂが検出した振動加速度と、車輪回転計５Ｂが検出した車輪の回転量とを入力するものである。
【００２２】
また、演算手段１２Ａは、サンプリング手段１１Ａと接続し、サンプリング手段１１Ａが測定した測定信号に基づいて演算を行うものである。一方、演算手段１２Ｂは、サンプリング手段１１Ｂと接続し、サンプリング手段１１Ｂが測定した測定信号に基づいて演算を行うものである。
また、異常検知手段１３は、演算手段１２Ａ，１２Ｂに接続し、演算手段１２Ａ，１２Ｂの演算結果に基づいて異常を検知するものである。
さらに、警報手段１４は、異常検知手段１３と接続し、異常検知手段１３から異常信号を入力したときに、鉄道車両１の減速又は停止にかかる警報を運転手に発するものである。
【００２３】
こうした鉄道車両１の異常検知装置は、異常検知プログラムを実行されて次のように動作する。図２は、異常検知プログラムのフローチャートを示す図である。図３は、前台車３Ａの振動加速度にかかる加速度パワーＰｆを示す図であり、縦軸に、加速度パワー（Ｇ２・ｍ）を示し、横軸に空間周波数（１／ｍ）を示す。図４は、後台車３Ｂの振動加速度にかかる加速度パワーＰｒを示す図であり、縦軸に、加速度パワー（Ｇ２・ｍ）を示し、横軸に空間周波数（１／ｍ）を示す。図５は、前台車３Ａの加速度パワーＰｆと後台車３Ｂの加速度パワーＰｒとの比較結果を示す図であり、縦軸に前後差（％）を示し、横軸に空間周波数（１／ｍ）を示す。
先ず、ステップ１（以下、「Ｓ１」と略記する。）において、鉄道車両１の前台車３Ａの上下加速度及び後台車３Ｂの上下加速度を、前台車３Ａの車輪回転量及び後台車３Ｂの車輪回転量に基づいて等距離間隔で測定する。
【００２４】
すなわち、サンプリング手段１１Ａは、車輪回転計５Ａが、例えば、車輪が７２度回転したことを検出する毎に振動加速度計４Ａから上下方向の振動加速度を入力する。これにより、サンプリング手段１１Ａは、前台車３Ａが０．５ｍ走行する毎に上下方向の振動加速度を入力することとなる。そして、サンプリング手段１１Ａは、振動車輪回転計５Ａから車輪の回転にかかる信号を５回入力したとき、つまり、前台車３Ａが車輪を約一回転させて２．５ｍ走行したときに、車輪１回転分の振動加速度を演算手段１２Ａに送信する。
一方、サンプリング手段１１Ｂは、車輪回転計５Ｂが、例えば、車輪が７２度回転したことを検出する毎に振動加速度計４Ｂから上下方向の振動加速度を入力する。これにより、サンプリング手段１１Ｂは、後台車３Ｂが０．５ｍ走行する毎に上下方向の振動加速度を入力することとなる。そして、サンプリング手段１１Ｂは、振動車輪回転計５Ｂから車輪の回転にかかる信号を５回入力したとき、つまり、後台車３Ｂが車輪を約一回転させて２．５ｍ走行したときに、車輪１回転分の振動加速度を演算手段１２Ｂに送信する。
尚、等距離間隔で鉄道車両１の前台車３Ａと後台車３Ｂの上下加速度を測定するのは、走行速度変化などに伴う異常振動の誤検出を排除するためである。
【００２５】
次に、Ｓ２において、前台車３Ａにかかる測定信号と、後台車３Ｂにかかる測定信号とをそれぞれ空間バンドバスフィルタ処理し、Ｓ３において、空間バンドバスフィルタ処理後の測定信号をそれぞれ２乗平均する。
【００２６】
すなわち、演算手段１２Ａは、特定の異常要因を生じたときに発生する周波数帯域を固有周波数帯域とする空間バンドパスフィルタを備え、サンプリング手段１１Ａから入力した測定信号を空間バンドパスフィルタにかけることにより、空間周波数の対応する周波数成分を走行時にレールから受ける振動などから分離させて抽出し、高周波成分が低周波成分に埋もれることを防止する。その後、演算手段１２Ａは、抽出した周波数成分を２乗平均することにより、図３に示す加速度パワーＰｆを求める。このようにして加速度パワーＰｆを求めることによりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を実行する必要がないので、リアルタイムで加速度パワーＰｆを測定することが可能である。
一方、演算手段１２Ｂは、特定の異常要因を生じたときに発生する周波数帯域を固有周波数帯域とする空間バンドパスフィルタを備え、サンプリング手段１１Ｂから入力した振動加速度を空間バンドパスフィルタにかけることにより、空間周波数に対応する周波数成分を走行時にレールから受ける振動などから分離させて抽出し、高周波成分が低周波成分に埋もれることを防止する。その後、演算手段１２Ｂは、抽出した周波数成分を２乗平均することにより、図４に示す加速度パワーＰｒを求める。このようにして加速度パワーＰｒを求めることによりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を実行する必要がないので、リアルタイムで加速度パワーＰｒを測定することが可能である。
【００２７】
このとき、加速度パワーＰｆ，Ｐｒは、２乗平均を演算する平均距離を調整することによって、例えば、レール上の小石をはじき飛ばした場合など、振幅が大きく作用時間の短い瞬間的異常振動、又は、例えば、車輪の一部が平らになった場合など、振幅が小さく作用時間の長い継続的異常振動を早期に検出可能になる。
すなわち、平均距離は、例えば、等距離間隔ｘ（ｍ）で上下方向の振動加速度ａ（ｘ）を測定し、Ｎ点の２乗平均値｛Σａ（ｘ）｝２／Ｎを算出するときに、Ｎ＊ｘで表される。そして、瞬間的異常振動を検出したい場合には、平均距離を長くすることにより所謂フィルタがかかった状態になる不具合が生じるので、平均距離を短くするとよく、継続的異常振動を検出した場合には、瞬間的な振動の影響を除外するために、平均時間を長くするとよい。本実施の形態では、平均距離を１ｋｍに設定し、継続的異常振動を検出するようにしている。尚、瞬間的異常振動を検出する場合には、例えば、Ｎ＝１として平均距離を求めればよい。
【００２８】
次に、Ｓ４において、前台車３Ａの加速度パワーＰｆから後台車３Ｂの加速度パワーＰｒを引いた値の絶対値を、前台車３Ａの加速度パワーＰｆと後台車３Ｂの加速度パワーＰｒとを足した値を平均化した値で割ったものが、しきい値以上であるか否か（｜Ｐｆ−Ｐｒ｜／｛（Ｐｆ＋Ｐｒ）／２｝≧しきい値）を判断する。前台車３Ａの加速度パワーＰｆから後台車３Ｂの加速度パワーＰｒを引いた値の絶対値を、前台車３Ａの加速度パワーＰｆと後台車３Ｂの加速度パワーＰｒとを足した値を平均化した値で割ったもの（｜Ｐｆ−Ｐｒ｜／｛（Ｐｆ＋Ｐｒ）／２｝）が、しきい値以上でないと判断した場合には（Ｓ４：ＮＯ）、Ｓ１以降の処理を繰り返す。一方、前台車３Ａの加速度パワーＰｆから後台車３Ｂの加速度パワーＰｒを引いた値の絶対値を、前台車３Ａの加速度パワーＰｆと後台車３Ｂの加速度パワーＰｒとを足した値を平均化した値で割ったもの（｜Ｐｆ−Ｐｒ｜／｛（Ｐｆ＋Ｐｒ）／２｝）が、しきい値以上であると判断した場合には（Ｓ４：ＹＥＳ）、Ｓ５において、異常検知手段１３は、警報手段１４に異常信号を出力し、警報手段１４が鉄道車両１を減速又は停止させる警報を運転手に発する。
【００２９】
具体的には、次の通りである。前台車３Ａと後台車３Ｂは、鉄道車両１の前後に配備されているため、おおよそ同じ走行位置をおおよそ同じ走行速度で通過し、加速度パワーＰｆ，Ｐｒがほぼ同様になる。このことを前提に、異常検知手段１３は、演算手段１２Ａ，１２Ｂから走行距離に依存した加速度パワーＰｆ，Ｐｒを入力し、前台車３Ａの加速度パワーＰｆから後台車３Ｂの加速度パワーＰｒを引き算することにより、前台車３Ａと後台車３Ｂとの加速度パワーＰｆ，Ｐｒとの差を求める。
そして、異常検知手段１３は、前台車３Ａの加速度パワーＰｆと後台車３Ｂの加速度パワーＰｒを足し算して２で割ることにより前台車３Ａと後台車３Ｂの加速度パワーＰｆ，Ｐｒの平均値を求める。
それから、異常検知手段１３は、前台車３Ａと後台車３Ｂの加速度パワーＰｆ，Ｐｒの差を前台車３Ａと後台車３Ｂの加速度パワーＰｆ，Ｐｒの平均値でわり算する。
【００３０】
このようにして、図５に示すように、加速度パワーＰｆ，Ｐｒを正規化し、正規化した値がしきい値以上であると判断したときに（図５に示すＤ１部参照）、異常信号を警報手段１４に出力する。
ここで、しきい値は、鉄道車両１が正常状態で走行したときに検出される振動を元に設定されており、前台車３Ａと後台車３Ｂがレールなどからおおよそ均一に受ける振動を除去して低く設定されている。
【００３１】
従って、第１実施の形態の鉄道車両１の異常検知装置によれば、各鉄道車両１に配備される前台車３Ａと後台車３Ｂの振動加速度を、例えば、前台車３Ａと後台車３Ｂの車輪が所定角度回転する毎に測定して、その測定信号を空間バンドバスフィルタにかけて特定の周波数成分を抽出した後に２乗平均することにより、空間周波数に対する加速度パワーＰｆ，Ｐｒを求め、加速度パワーＰｆ，Ｐｒを正規化してしきい値と比較することにより異常検知を行っており（図２のＳ１〜Ｓ４、図３〜図５参照）、高周波成分から低周波成分の異常振動を幅広く検出するとともに、走行速度変化の影響を排除するので、正常な振動の範囲内で発生する異常初期段階の異常振動を早期に発見して、誤検出を少なくすることができる。
【００３２】
また、同一の鉄道車両１の前後に配備された前台車３Ａと後台車３Ｂとに基づいて鉄道車両１の異常を検知しており（図２のＳ４参照）、前台車３Ａと後台車３Ｂとは、レールなどからほぼ同程度の振動を受けるため、前台車３Ａと後台車３Ｂとが同程度に受ける振動を排除することができる。
【００３３】
そして、例えば、しきい値を高く設定すれば、瞬間的異常振動を検出することができ、しきい値を低く設定すれば、継続的異常振動を検出することができるので、複数種類の異常振動を簡単に識別して検出することができる。
【００３４】
（第２実施の形態）
続いて、本発明の第２実施の形態について図面を参照して説明する。図６は、異常検知装置のブロック図である。
第２実施の形態の鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法では、異なる鉄道車両の同じ位置に配備された台車の振動加速度を等間隔距離で測定し、それらを比較して正規化することにより鉄道車両の異常を検知している点で、同一鉄道車両の異なる台車の振動加速度を測定して比較する第１実施の形態と相違している。よって、ここでは、第１実施の形態との相違点について詳細に説明する。尚、第１実施の形態と同様の構成には、図面及び説明に同一符号を使用する。
【００３５】
鉄道車両１Ａは、鉄道車両１Ｂと連結器６を介して連結されて、列車を編成している。鉄道車両１Ａは、前台車３Ａの上下方向の振動加速度を検出する振動加速度計４Ａと、車輪の回転角度を検出する車輪回転計５Ａが、サンプリング手段１１Ａに接続されている。サンプリング手段１１Ａには、演算手段１２Ａが接続されている。演算手段１２Ａは、異常検知手段２３に接続されている。
一方、鉄道車両１Ｂは、前台車３Ａの上下方向の振動加速度を検出する振動加速度計４Ａと、車輪の回転角度を検出する車輪回転計５Ａが、サンプリング手段１１Ａに接続されている。サンプリング手段１１Ａには、演算手段１２Ａが接続されている。演算手段１２Ａは、異常検知手段２３に接続されている。
従って、鉄道車両１Ａ，１Ｂ…では、前台車３Ａ同士で異常検知を行うように構成されている。なお、異常検知手段２３には、それぞれ警報手段２４が接続されている。
【００３６】
こうした第２実施の形態の異常検知装置は、異常検知プログラムを実行されて次のように動作する。この異常検知プログラムは、基本的に第１実施の形態と同様の処理（図２参照）が行われる。
先ず、鉄道車両１Ａのサンプリング手段１１Ａは、車輪回転計５Ａが検出する車輪回転量に基づいて前台車３Ａが０．５ｍ走行する毎に前台車３Ａの上下方向の振動加速度を測定する。そして、鉄道車両１Ａのサンプリング手段１１Ａは、前台車３Ａの車輪が１回転して２．５ｍ走行したときに、車輪１回転分の振動加速度を演算手段１２Ａに送信する。ここで、鉄道車両１Ａの前台車３Ａについて等距離間隔で上下方向の振動加速度を測定するのは、鉄道車両１Ａの走行速度変化などに伴う異常振動の誤検出を排除するためである。
一方、鉄道車両１Ｂのサンプリング手段１１Ａは、車輪回転計５Ａが検出する車輪回転量に基づいて前台車３Ａが０．５ｍ走行する毎に前台車３Ａの上下方向の振動加速度を測定する。そして、鉄道車両１Ｂのサンプリング手段１１Ａは、前台車３Ａの車輪が１回転して２．５ｍ走行したときに、車輪１回転分の振動加速度を演算手段１２Ａに送信する。ここで、鉄道車両１Ｂの前台車３Ａについて等距離間隔で上下方向の振動加速度を測定するのは、鉄道車両１Ｂの走行速度変化などに伴う異常振動の誤検出を排除するためである。
【００３７】
鉄道車両１Ａの演算手段１２Ａは、特定の異常要因を生じたときに発生する周波数帯域を固有周波数帯域とする空間バンドパスフィルタを備え、サンプリング手段１１Ａから入力した測定信号を空間バンドパスフィルタを通過させることにより、空間周波数に対応する周波数成分を走行時にレールから受ける振動などから分離させて抽出し、高周波成分が低周波成分に埋もれることを防止する。その後、鉄道車両１Ａの演算手段１２Ａは、抽出した周波数成分を２乗平均することにより、加速度パワーＰｆ１を求める。このようにして加速度パワーＰｆ１を求めることによりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を実行する必要がないので、リアルタイムで加速度パワーＰｆ１を測定することが可能である。
一方、鉄道車両１Ｂの演算手段１２Ａは、特定の異常要因を生じたときに発生する周波数帯域を固有周波数帯域とする空間バンドパスフィルタを備え、サンプリング手段１１Ａから入力した振動加速度を空間バンドパスフィルタにかけることにより、空間周波数に対応する周波数成分を走行時にレールから受ける振動などから分離させて抽出し、高周波成分が低周波成分に埋もれることを防止する。その後、鉄道車両１Ｂの演算手段１２Ａは、抽出した周波数成分を２乗平均することにより、加速度パワーＰｆ２を求める。このようにして加速度パワーＰｆ２を求めることによりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を実行する必要がないので、リアルタイムで加速度パワーＰｆ２を測定することが可能である。
【００３８】
ここで、鉄道車両１Ａの前台車３Ａと鉄道車両１Ｂの前台車３Ａは、同一の走行位置を通過するときに車体２やレールから同程度の力を受けるため、加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２がほぼ同様になる。そこで、異常検知手段２３は、鉄道車両１Ａにかかる前台車３Ａの加速度パワーＰｆ１と、鉄道車両１Ｂにかかる前台車３Ａの加速度パワーＰｆ２とを比較して、異常振動が発生しているか否かを判断する。そのために、異常検知手段２３は、先ず、鉄道車両１Ａの演算手段１２Ａと鉄道車両１Ｂの演算手段１２Ａから走行距離に依存した加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２を入力し、鉄道車両１Ａにかかる前台車３Ａの加速度パワーＰｆ１から鉄道車両１Ｂにかかる前台車３Ａの加速度パワーＰｆ２を引き算することにより、鉄道車両１Ａの前台車３Ａと鉄道車両１Ｂの前台車３Ａとの加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２との差を求める。
それから、鉄道車両１Ａにかかる前台車３Ａの加速度パワーＰｆ１と鉄道車両１Ｂにかかる前台車３Ａの加速度パワーＰｆ２を足し算して２で割ることにより、鉄道車両１２Ａの前台車３Ａと鉄道車両１Ｂの前台車３Ａの加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２の平均値を求める。
【００３９】
そして、鉄道車両１Ａの前台車３Ａと鉄道車両１Ｂの前台車３Ａの加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２の差を、鉄道車両１Ａの前台車３Ａと鉄道車両１Ｂの前台車３Ａの加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２の平均値でわり算することにより、加速度パワーＰｆ１，Ｐｆ２を正規化し、正規化した値がしきい値以上であると判断したときに、異常信号を警報手段２４に出力する。
ここで、しきい値は、列車の鉄道車両１Ａ，１Ｂ…が正常状態で走行したときに検出される振動を元に設定されており、各鉄道車両１Ａ，１Ｂ…がレールなどからおおよそ均一に受ける振動を除去して低く設定されている。
【００４０】
従って、第２実施の形態の鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の異常検知装置及び異常検知方法によれば、一の鉄道車両１Ａの前台車３Ａにかかる振動加速度と、その一の鉄道車両１Ａに連結器６を介して連結される他の鉄道車両１Ｂにかかる振動加速度とを比較して異常を検知しており、鉄道車両１Ａ，１Ｂの前台車３Ａが鉄道車両１Ａ，１Ｂの車体２に対してそれぞれ同じような動作をするため、第１実施の形態の鉄道車両１の異常検知装置及び異常検知方法より車体２による影響を排除することができ、誤検出を少なくすることができる。
【００４１】
（第３実施の形態）
次に、本発明の鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法の第３実施の形態について図面を参照しながら説明する。図７は、鉄道車両１の異常検知装置のブロック図である。
第３実施の形態の鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法は、上記第１，第２実施の形態を更に改良したものであり、空間周波数に対応する加速度波長や加速度方向の組合せによって加速度パワーを比較する部位を適宜選択して異常を検知している。すなわち、第３実施の形態は、同車両異位置と異車両異位置に基づく異常検知を選択的に行うことができる点で、同車両異位置のみで異常検知を行う第１実施の形態や、異車両同位置のみで異常検知を行う第２実施の形態と相違している。よって、第３実施の形態の鉄道車両の異常検知装置及び異常検知方法にかかる説明は、第１，第２実施の形態との相違点について詳細に行う。尚、第１，第２実施の形態と同様の構成には、図面及び説明に同一符号を使用する。
【００４２】
鉄道車両１Ａは、他の鉄道車両１Ｂ…と連結器６を介して連結され、列車を編成する。鉄道車両１Ａには、車体２の上下方向や左右方向の振動加速度を測定するための振動加速度計４０Ａ，４０Ｂが車体２の前位置と後位置とにそれぞれ取り付けられている。車体２の前後には、複数の車輪を回転可能に軸支する前台車３Ａと後台車３Ｂが配備され、車輪の回転量を検出するために車輪回転計５Ａ，５Ｂが前台車３Ａと後台車３Ｂにそれぞれ設けられている。
【００４３】
異常検知装置は、鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の振動加速度計４０Ａ，４０Ｂ及び車輪回転計５Ａ，５Ｂに接続され、サンプリング手段４１Ａ，４１Ｂ、演算手段４２Ａ，４２Ｂ、異常検知手段４３、警報手段４４などで構成されている。
サンプリング手段４１Ａは、鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の振動加速度計４０Ａと車輪回転計５Ａとに接続され、車体２の前位置における上下方向及び左右方向の振動加速度と、各鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の前台車３Ａに設けられた車輪の回転量とを入力するものである。一方、サンプリング手段４１Ｂは、鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の振動加速度計４Ｂと車輪回転計５Ｂとに接続され、車体２の後位置における上下方向及び左右方向の振動加速度と、各鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の前台車３Ａに設けられた車輪の回転量とを入力するものである。
【００４４】
また、演算手段４２Ａは、サンプリング手段４１Ａと接続し、サンプリング手段４１Ａが測定した測定信号に基づいて演算を行うものである。演算手段４２Ｂは、サンプリング手段４１Ｂと接続し、サンプリング手段４１Ａが測定した測定信号に基づいて演算を行うものである。
また、異常検知手段４３は、各鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の演算手段４２Ａ，４２Ｂに接続され、演算手段４２Ａ，４２Ｂの演算結果に基づいて異常発生の有無を検知するものである。
更に、警報手段４４は、異常検知手段４３に接続され、異常検知手段４３から異常信号を入力したときに、鉄道車両１の減速又は停止にかかる警報を運転手に発するものである。
【００４５】
こうした異常検知装置は、異常検知プログラムを実行されて次のように動作する。図８は、異常検知プログラムのフローチャートである。図９は、信号比較部位を示す図である。
第３実施の形態の異常検知装置及び異常検知方法では、鉄道車両１Ａ，１Ｂ…が出発してから目的地に到着するまでの間、各鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の異常を車体２の振動加速度に基づいて検知する。ここでは、鉄道車両１Ａの異常を車体２の前位置における振動加速度に基づいて検知する場合について説明する。
【００４６】
鉄道車両１Ａ，１Ｂ…が出発すると、先ず、Ｓ３１において、異常振動検知回数ｎを０に設定し、前回走行時の異常検知結果をリセットする。それから、Ｓ３２において、鉄道車両１Ａが所定の距離（ここでは、出発地から目的地までの距離）を走行したか否かを判断する。
【００４７】
鉄道車両１Ａが出発地から目的地までの距離を走行していない場合には（Ｓ３２：ＮＯ）、Ｓ３３において、鉄道車両１Ａの車体２の前位置における左右加速度及び上下加速度を等距離間隔で測定する。すなわち、例えば、鉄道車両１Ａのサンプリング手段４１Ａは、車輪回転量５Ａが検出する車輪回転量から鉄道車両１Ａの走行距離を求め、鉄道車両１Ａが５００ｍ走行する毎に振動加速度計４０Ａから左右方向の振動加速度と上下方向の振動加速度を入力する。ここで、鉄道車両１Ａの上下方向及び左右方向の振動加速度を測定するのは、走行速度変化などに伴う異常振動の誤検出を排除するためである。
【００４８】
そして、Ｓ３４において、鉄道車両１Ａの演算手段４２Ａが、サンプリング手段４１Ａから入力した鉄道車両１Ａの左右方向及び上下方向の振動加速度を空間バンドパスフィルタを通過させることにより測定信号の空間バンドパスフィルタ処理を行い、空間周波数に対応する所定の加速度波長を有する周波数成分を抽出する。本実施の形態の空間バンドパスフィルタ処理では、加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍ、５ｍ〜２５ｍ、１ｍ〜５ｍの範囲である周波数成分をそれぞれ抽出できるようにしている。それから、鉄道車両１Ａの演算手段４２Ａは、Ｓ３５において、空間バンドパスフィルタ処理を実行された上下方向又は左右方向の振動加速度を２乗平均することにより加速度パワーＰ１を求める。このようにして加速度パワーＰ１を求めることによりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を実行する必要がないので、リアルタイムで加速度パワーＰ１を測定することが可能である。
【００４９】
そして、Ｓ３６において、空間バンドパスフィルタ処理をされた測定信号の加速度波長が、２５ｍ〜１２５ｍ、５ｍ〜２５ｍ、１ｍ〜５ｍの範囲の何れであるかを判断し、加速度波長と加速度方向の組合せから図９に示す信号比較部位に基づいて加速度パワーＰ１を比較する部位を特定し、特定した部位の加速度パワーＰ２を読み出す。
【００５０】
ここで、図９の信号比較部位は、走行区間による度数分布のばらつきを小さくして傾向を一致させるために、次のようにして、加速度方向と加速度波長の組合せ毎に決定されている。図１０〜図２１は、車体の左右方向又は上下方向の振動加速度から空間バンドバスフィルタにより抽出した特定の周波数成分を同車両異位置又は異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものである。
【００５１】
加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍであって、加速度方向が左右方向である場合には、図１３に示す異車両同位置の走行区間１〜７における度数分布が図１０に示す同車両異位置の走行区間１〜７における度数分布よりばらつきが小さいので、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ１を鉄道車両１Ｂの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ２と比較して正規化する。
また、加速度波長が５ｍ〜２５ｍであって、加速度方向が左右方向である場合には、図１１に示す同車両異位置の走行区間１〜７における度数分布が図１４に示す異車両同位置の走行区間１〜７における度数分布よりばらつきが小さいので、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ１を鉄道車両１Ａの車体２の後位置にかかる加速度パワーＰ２と比較して正規化する。
さらに、加速度波長が１ｍ〜５ｍであって、加速度方向が左右方向である場合には、図１２に示す同車両異位置の走行区間１〜７における度数分布が図１５に示す異車両同位置の走行区間１〜７における度数分布よりばらつきが小さいので、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ１を鉄道車両１Ａの車体２の後位置にかかる加速度パワーＰ２と比較して正規化する。
【００５２】
一方、加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍであって、加速度方向が上下方向である場合には、図１９に示す異車両同位置の走行区間１〜７における度数分布が図１６に示す同車両異位置の走行区間１〜７における度数分布よりばらつきが小さいので、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ１を鉄道車両１Ｂの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ２と比較して正規化する。
また、加速度波長が５ｍ〜２５ｍであって、加速度方向が上下方向である場合には、図２０に示す異車両同位置の走行区間１〜７における度数分布が図１７に示す同車両異位置の走行区間１〜７における度数分布よりばらつきが小さいので、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ１を鉄道車両１Ｂの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ２と比較して正規化する。
さらに、加速度波長が１ｍ〜５ｍであって、加速度方向が上下方向である場合には、図１８に示す同車両異位置の走行区間１〜７における度数分布が図２１に示す異車両同位置の走行区間１〜７における度数分布よりばらつきが小さいので、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ１を鉄道車両１Ａの車体２の後位置にかかる加速度パワーＰ２と比較して正規化する。
【００５３】
従って、鉄道車両１Ａのサンプリング手段４１Ａにより測定された上下方向又は左右方向の振動加速度にかかる加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍの範囲である場合には（図８のＳ３６：２５ｍ〜１２５ｍ）、図９に示す比較部位が異車両同位置であるので、図８のＳ３９に進んで、鉄道車両１Ｂの演算手段４２Ａが演算した車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ２を鉄道車両１Ｂの演算手段４２Ａから入力した後に、Ｓ４０に進む。
【００５４】
また、鉄道車両１Ａのサンプリング手段４１Ａにより測定された振動加速度にかかる加速度波長が５ｍ〜２５ｍの範囲である場合には（図８のＳ３６：５ｍ〜２５ｍ）、Ｓ３７において、加速度方向が左右方向と上下方向の何れかを検出する。加速度方向が左右方向である場合には（Ｓ３７：左右方向）、図９に示す比較部位が同車両異位置であるので、図８のＳ３８に進んで、鉄道車両１Ａの演算手段４２Ｂが演算した車体２の後位置にかかる加速度パワーＰ２を鉄道車両１Ａの演算手段４２Ｂから入力した後に、Ｓ４０に進む。
一方、加速度方向が上下方向である場合には（図８のＳ３７：上下方向）、図９に示す比較部位が異車両同位置であるので、図８のＳ３９に進んで、鉄道車両１Ｂの演算手段４２Ａが演算した車体２の前位置にかかる加速度パワーＰ２を鉄道車両１Ｂの演算手段４２Ａから入力した後に、Ｓ４０に進む。
【００５５】
さらに、鉄道車両１Ａのサンプリング手段４１Ａにより測定された上下方向又は左右方向の振動加速度にかかる加速度波長が１ｍ〜５ｍの範囲である場合には（図８のＳ３６：１ｍ〜５ｍ）、図９に示す比較部位が同車両異位置であるので、図８のＳ３８に進んで、鉄道車両１Ａの演算手段４２Ｂが演算した車体２の後位置にかかる加速度パワーＰ２を鉄道車両１Ａの演算手段４２Ｂから入力した後に、Ｓ４０に進む。
【００５６】
そして、Ｓ４０において、鉄道車両１Ａの加速度パワーＰ１と入力した他の部位の加速度パワーＰ２とを比較演算式｜Ｐ１−Ｐ２｜／（Ｐ１＋Ｐ２）に当てはめることにより、鉄道車両１の前位置にかかる加速度パワーＰ１の正規化を実施する。それから、Ｓ４１において、加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値Ｔｈを超えるか否かによって、当該振動が異常振動であるか否かを判断する。
【００５７】
ここで、図２２は、本実施の形態の比較演算結果とパワー比及び振幅比との関係を示す図である。
異常振動であるか否かを判断する方法としては、本実施の形態のように加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比を求める比較演算結果（｜Ｐ１−Ｐ２｜／Ｐ１＋Ｐ２）に基づく方法の他に、比較する加速度パワーの比を求めるパワー比（Ｐ１＞Ｐ２のとき、Ｐ１／Ｐ２）、測定した振動加速度の振幅の比を求める振幅比（Ｐ１＞Ｐ２のとき、√Ｐ１／Ｐ２）に基づく方法などが考えられる。この点、本実施の形態の比較演算結果は、０．１ずつ規則的に数値変化するのに対して、当該比較演算結果に対応するパワー比や振幅比は、数値変化にばらつきが生じており、本実施の形態の比較演算結果の数値変化率はパワー比や振幅比の数値変化率と一致していない。しかし、本実施の形態の比較演算結果に基づいて異常を検知する方法では、図９の信号比較部位に従って測定信号を比較する部位を選択して異常検知を行ったときに、図１２〜図１４及び図１８〜図２０に示すように各走行区間の度数分布傾向が概ね一致するので、異常振動であるか否かを判断するときに走行区間の影響を排除できる。
【００５８】
そして、加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値Ｔｈを超えない場合には（図８のＳ４１：ＮＯ）、Ｓ３２に戻る。加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値Ｔｈを超える場合には（Ｓ４１：ＹＥＳ）、異常振動が鉄道車両１Ａで発生している可能性が高いので、Ｓ４２に進んで、異常振動検知回数ｎに１を加え、Ｓ４３において、異常判定距離Ｌにおいて加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値Ｔｈを超える割合（図２３に示す斜線部の割合）がｋ％以上か否かを判断する。ここで、異常判定距離Ｌは、２乗平均を演算する距離に比較回数をかけ合わせることにより決定される。従って、本実施の形態では、５００ｍ間隔で振動加速度をサンプリングしているので、演算手段４２Ａが２乗平均を演算する距離は５００ｍであり、例えば、鉄道車両１Ａの前位置にかかる加速度パワーＰ１と他の部位にかかる加速度パワーＰ２とを比較する比較回数が４００回であれば、異常判定距離Ｌは２００ｋｍになる。この場合には、鉄道車両１Ａが２００ｋｍ走行した中で加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値を超える割合がどの程度か、つまり、異常振動が何回発生して、その異常振動検知回数ｎが比較回数４００回に対してどの程度の割合で発生しているかを求め、その割合がｋ％を超えているか否かで鉄道車両１Ａに異常が発生しているか否かを判断する。
【００５９】
異常判定距離Ｌにおいて加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値Ｔｈを超える割合がｋ％以上でない場合には（Ｓ４３：ＮＯ）、鉄道車両１Ａが異常を発生している可能性が低いと考えられるので、Ｓ３２に戻る。一方、異常判定距離Ｌにおいて加速度パワーＰ１，Ｐ２の差の比がしきい値Ｔｈを超える割合がｋ％以上である場合には（Ｓ４３：ＹＥＳ）、鉄道車両１Ａが異常を発生している可能性が高いと考えられるので、Ｓ４４に進んで、警報手段４４に信号出力して警報を発生させてから、Ｓ３２に戻る。
【００６０】
このとき、異常判定距離Ｌ、しきい値Ｔｈ、度数割合（ｋ％）を適宜変動させることにより、検出する異常の種類を変えることができる。例えば、瞬間的異常振動と継続的異常振動のように種類の異なる異常振動を検出する場合には、比較回数が同じであれば、瞬間的異常振動は、２乗平均を演算する距離を短することにより異常判定距離Ｌを短くしたり、しきい値Ｔｈを大きくして、しきい値を超える度数割合（ｋ％）を小さくしたりすることにより検出される一方、継続的異常振動は、２乗平均を演算する距離を長くすることにより異常判定距離Ｌを長くしたり、しきい値Ｔｈを小さくして、しきい値を超える度数割合（ｋ％）を大きくしたりすることにより検出される。
【００６１】
こうした上記一連の処理は、Ｓ３２において、鉄道車両１Ａが目的地に到着するまで継続され、鉄道車両１Ａが出発地から目的地までの距離を走行したときに（Ｓ３２：ＹＥＳ）、処理を終了する。
【００６２】
従って、第３実施の形態の鉄道車両１Ａ，１Ｂ…の異常検知装置及び異常検知方法によれば、鉄道車両１Ａの車体２の前位置にかかる異常振動をサンプリング手段４１Ａにより等距離間隔で測定し、演算手段４２Ａにおいて測定信号から空間周波数に対応する特定の加速度波長を有する周波数成分を抽出して２乗平均することにより加速度パワーＰ１を求めた後に（図８のＳ３３〜Ｓ３５）、度数分布のばらつきが小さくなるように加速度方向と空間周波数に対応する加速度波長との組合せ毎に決定された図９の信号比較部位に基づいて鉄道車両１Ａの前位置にかかる加速度パワーＰ１を比較する部位を選択し、その選択した部位の加速度パワーＰ２を入力して加速度パワーの差の比を演算して鉄道車両１Ａの異常を検知するので（図８のＳ３６〜Ｓ４１）、走行速度や走行環境などの影響に加えて、走行区間の影響も排除することができ、誤検出をより一層少なくすることができる。
【００６３】
そして、鉄道車両１Ａの前位置にかかる加速度パワーＰ１と図９の信号比較部位に基づいて選択した部位にかかる加速度パワーＰ２との差の比がしきい値Ｔｈを超える割合が所定の割合（ｋ％）以上であるときに、鉄道車両１Ａに異常が発生したと判断するので（図８のＳ４２〜Ｓ４４）、鉄道車両１Ａの異常以外の要因で発生した振動が、鉄道車両１Ａの異常時に発生する振動の範囲内のものであっても、誤検出されない。
【００６４】
なお、本発明は、上記実施形態のものに限定されるわけではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００６５】
（１）例えば、上記実施の形態では、前台車３Ａと後台車３Ｂの上下方向の振動加速度や車体２の上下方向及び左右方向の振動加速度を検出した。それに対して、前台車３Ａと後台車３Ｂのヨー角速度及びピッチ角速度を等距離間隔で検出するようにしてもよい。
【００６６】
（２）例えば、上記実施の形態では、前台車３Ａや後台車３Ｂの車輪回転数に基づいて等距離間隔で前台車３Ａや後台車３Ｂの上下方向の振動加速度や車体２の上下左右方向の振動加速度を測定した。それに対して、例えば、走行速度に基づいて走行距離を算出し、所定距離走行する毎に空間周波数をサンプリングするようにしてもよい。また、振動加速度を所定周期で測定する一方、車輪回転数を所定角度毎に検出し、それらを照合させることにより振動加速度を等距離間隔で測定するようにしてもよい。
【００６７】
（３）例えば、上記第３実施の形態では、同時期に走行する鉄道車両１Ａ，１Ｂ…同士で測定信号を比較して異常検知を行っている。それに対して、図９の信号比較部位では、図１２〜図１４や図１８〜図２０に示すように走行区間毎の度数分布傾向がよく一致しているので、例えば、鉄道車両１Ａの走行結果を異日の鉄道車両１Ａの走行結果と比較して、度数分布傾向が異なってきたら異常と判断するようにしてもよい。
【００６８】
【発明の効果】
従って、本発明の鉄道車両の異常検知装置は、列車を編成する複数の鉄道車両の異常を検知する鉄道車両の異常検知装置において、鉄道車両のある特定部位の振動加速度又は角速度を等距離間隔で測定するサンプリング手段と、振動加速度又は角速度の測定信号を空間バンドバスフィルタ処理後に２乗平均して空間周波数に対する加速度パワー又は角速度パワーを求める演算手段と、加速度パワー又は角速度パワーを正規化し、その正規化したものをしきい値と比較することにより、鉄道車両に発生した異常を検知する異常検知手段とを有しているので、鉄道車両の異常を初期段階で早期に発見することができ、誤検出を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態にかかり、鉄道車両の異常検知装置のブロック図である。
【図２】同じく、異常検知プログラムのフローチャートを示す図である。
【図３】同じく、前台車の振動加速度にかかる加速度パワーを示す図であり、縦軸に、加速度パワー（Ｇ２・ｍ）を示し、横軸に空間周波数（１／ｍ）を示す。
【図４】同じく、後台車の振動加速度にかかる加速度パワーを示す図であり、縦軸に、加速度パワー（Ｇ２・ｍ）を示し、横軸に空間周波数（１／ｍ）を示す。
【図５】同じく、前台車３Ａの加速度パワーＰｆと後台車３Ｂの加速度パワーＰｒとの比較結果を示す図であり、縦軸に前後差（％）を示し、横軸に空間周波数（１／ｍ）を示す。
【図６】本発明の第２実施の形態にかかり、鉄道車両の異常検知装置のブロック図である。
【図７】本発明の第３実施の形態にかかり、鉄道車両の異常検知装置のブロック図である。
【図８】同じく、異常検知プログラムのフローチャートである。
【図９】同じく、信号比較部位を示す図である。
【図１０】同じく、車体の左右方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍの周波数成分を同車両異位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの車体前後差比（ＮＤ）を示す。
【図１１】同じく、車体の左右方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が５ｍ〜２５ｍの周波数成分を同車両異位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの車体前後差比（ＮＤ）を示す。
【図１２】同じく、車体の左右方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が１ｍ〜５ｍの周波数成分を同車両異位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの車体前後差比（ＮＤ）を示す。
【図１３】同じく、車体の左右方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍの周波数成分を異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの号車間差の比（ＮＤ）を示す。
【図１４】同じく、車体の左右方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が５ｍ〜２５ｍの周波数成分を異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの号車間差の比（ＮＤ）を示す。
【図１５】同じく、車体の左右方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が１ｍ〜５ｍの周波数成分を異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの号車間差の比（ＮＤ）を示す。
【図１６】同じく、車体の上下方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍの周波数成分を同車両異位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの車体前後差比（ＮＤ）を示す。
【図１７】同じく、車体の上下方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が５ｍ〜２５ｍの周波数成分を同車両異位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの車体前後差比（ＮＤ）を示す。
【図１８】同じく、車体の上下方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が１ｍ〜５ｍの周波数成分を同車両異位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの車体前後差比（ＮＤ）を示す。
【図１９】同じく、車体の上下方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が２５ｍ〜１２５ｍの周波数成分を異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの号車間差の比（ＮＤ）を示す。
【図２０】同じく、車体の上下方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が５ｍ〜２５ｍの周波数成分を異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの号車間差の比（ＮＤ）を示す。
【図２１】同じく、車体の上下方向の振動加速度から空間バンドパスフィルタ処理により抽出した加速度波長が１ｍ〜５ｍの周波数成分を異車両同位置で比較した比較結果を走行区間別に示すものであり、縦軸は度数割合（％）を示し、横軸は加速度パワーの号車間差の比（ＮＤ）を示す。
【図２２】同じく、比較演算結果とパワー比及び振幅比との関係を示す図である。
【図２３】同じく、異常判定の概念図である。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ 鉄道車両
２ 車体
３Ａ 前台車
３Ｂ 後台車
４Ａ，４０Ａ 振動加速度計
４Ｂ，４０Ｂ 振動加速度計
５Ａ 車輪回転計
５Ｂ 車輪回転計
１１Ａ，４１Ａ サンプリング手段
１１Ｂ，４１Ｂ サンプリング手段
１２Ａ，４２Ａ 演算手段
１２Ｂ，４２Ｂ 演算手段
１３，２３，４３ 異常検知手段
Claims (6)
- 列車を編成する複数の鉄道車両の異常を検知する鉄道車両の異常検知装置において、
前記鉄道車両のある特定部位の振動加速度又は角速度を等距離間隔で測定するサンプリング手段と、
前記振動加速度又は前記角速度の測定信号をバンドパスフィルタ処理後に２乗平均して空間周波数に対する加速度パワー又は角速度パワーを求める演算手段と、
前記加速度パワー又は前記角速度パワーを正規化し、その正規化したものをしきい値と比較することにより、前記鉄道車両に発生した異常を検知する異常検知手段とを有することを特徴とする鉄道車両の異常検知装置。 - 請求項１に記載する鉄道車両の異常検知装置において、
前記サンプリング手段は、前記鉄道車両の前位置、前記鉄道車両の後位置、前記鉄道車両の前位置に配備された台車、又は、前記鉄道車両の後位置に配備された台車の何れかの部位に設置されていることを特徴とする鉄道車両の異常検知装置。 - 請求項１又は請求項２に記載する鉄道車両の異常検知装置において、
前記異常検知手段は、前記空間周波数に対応する加速度方向と加速度波長との組合せ毎に加速度パワー又は角速度パワーを比較する部位が異なることを特徴とする鉄道車両の異常検知装置。 - 請求項１乃至請求項３の何れか１つに記載する鉄道車両の異常検知装置において、
前記異常検知手段は、比較回数に対して前記加速度パワー又は前記角速度パワーを正規化したものがしきい値を超える回数が所定の割合以上であるときに、異常が発生したと判断することを特徴とする鉄道車両の異常検知装置。 - 請求項１乃至請求項４の何れか１つに記載する鉄道車両の異常検知装置において、
前記しきい値は、検知する異常振動の種類に応じて変更可能であることを特徴とする鉄道車両の異常検知装置。 - 請求項１乃至請求項５の何れか１つに記載する鉄道車両の異常検知装置を使用したことを特徴とする鉄道車両の異常検知方法。
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