JP2018155517A - 車両の監視装置、監視方法、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】車両などの構造物の劣化を監視する技術において監視のための各種センサをできるだけ少なくする。【解決手段】台車の負荷箇所に荷重が与えられた際の車体の加速度検出箇所における単位荷重当たりの加速度の周波数第一特性を記憶する。負荷箇所に荷重が与えられた際の台車の検査箇所おける単位荷重当たりの応力の周波数第二特性を記憶する。車両の走行中に加速度検出箇所において検出した加速度の大きさの周波数第三特性と周波数第一特性とに基づいて走行中に台車に与えられた荷重を算出する。走行中に台車に与えられた荷重と周波数第二特性に基づいて検査箇所における車両の走行中の応力を算出する。時間経過に応じた走行中の応力の解析結果に基づいて検査箇所の監視を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、車両の監視装置、監視方法、プログラムに関する。

車両の劣化を推定するための技術が特許文献１に開示されている。特許文献１の技術は鉄道車両に加わる荷重を計測して分析することにより、車両における所定箇所の急激な損傷を推定するものである。

特開２０１２−５６４７４号公報

ところで車両などの構造物の劣化を監視する技術においては監視のための各種センサをできるだけ少なくすることが望ましい。

そこでこの発明は、上述の課題を解決することのできる車両の監視装置、監視方法、プログラムを提供することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、監視装置は、台車と車体と当該台車と車体との間に設けられた緩衝装置とを備えた車両の監視装置であって、前記台車の負荷箇所に荷重が与えられた際の前記車体の加速度検出箇所における単位荷重当たりの加速度の周波数第一特性と、前記負荷箇所に荷重が与えられた際の前記台車の検査箇所おける単位荷重当たりの応力の周波数第二特性と、を記憶する周波数特性記憶部と、前記車両の走行中に前記加速度検出箇所において検出した加速度の大きさの周波数第三特性と前記周波数第一特性とに基づいて前記走行中に前記台車に与えられた荷重を算出する荷重算出部と、前記走行中に前記台車に与えられた荷重と前記周波数第二特性に基づいて前記検査箇所における前記車両の走行中の応力を算出する応力算出部と、時間経過に応じた前記走行中の応力の解析結果に基づいて前記検査箇所の監視を行う監視部と、を備えることを特徴とする。

上述の監視装置によれば、前記検査箇所が前記台車の複数箇所に設けられてよい。

また上述の監視装置によれば、前記監視部は前記時間経過に応じた前記車両の走行中の応力の情報を応力頻度解析処理し、当該応力頻度解析処理に基づいて前記検査箇所の疲労頻度を算出してよい。

上述の監視装置によれば、前記監視部は、前記時間経過に応じた前記車両の走行中の応力の統計情報に基づいて設計時の前記検査箇所の疲労頻度の度合を超えるか否かを判定してよい。

上述の監視装置によれば、前記応力算出部は、前記車両の走行位置における応力を算出し、前記監視部は、前記解析結果と前記走行位置とに基づいて前記検査箇所に疲労を与える走行位置を特定してよい。

上述の監視装置によれば、前記加速度は三次元において直交する各３軸方向についての加速度であり、前記応力は三次元において直交する各３軸方向についての応力であり、前記監視部は、前記各３軸方向について算出された前記走行中の応力に基づいて前記検査箇所に疲労を与える原因の推定情報を特定してよい。

本発明の第２の態様によれば、監視装置は、監視対象となる構造物であって緩衝装置を間に設けて一体となる構造体を有する構造物の劣化を監視する監視装置であって、前記構造体のうちの一方の構造体の負荷箇所に荷重が与えられた際の他方の構造体の加速度検出箇所における単位荷重当たりの加速度の周波数第一特性と、前記負荷箇所に荷重が与えられた際の前記一方の構造体の検査箇所おける単位荷重当たりの応力の周波数第二特性と、を記憶する周波数特性記憶部と、前記構造物の稼動中に前記加速度検出箇所において検出した加速度の大きさの周波数第三特性と前記周波数第一特性とに基づいて前記稼動中に前記一方の構造体に与えられた荷重を算出する荷重算出部と、前記稼動中に前記一方の構造体に与えられた荷重と前記周波数第二特性に基づいて前記検査箇所における前記構造物の稼動中の応力を算出する応力算出部と、時間経過に応じた前記稼動中の応力の解析結果に基づいて前記検査箇所の監視を行う監視部と、を備えることを特徴とする。

本発明の第３の態様によれば、監視方法は、台車と車体と当該台車と車体との間に設けられた緩衝装置とを備えた車両の監視装置が、前記台車の負荷箇所に荷重が与えられた際の前記車体の加速度検出箇所における単位荷重当たりの加速度の周波数第一特性と、前記負荷箇所に荷重が与えられた際の前記台車の検査箇所おける単位荷重当たりの応力の周波数第二特性と、を記憶し、前記車両の走行中に前記加速度検出箇所において検出した加速度の大きさの周波数第三特性と前記周波数第一特性とに基づいて前記走行中に前記台車に与えられた荷重を算出し、前記走行中に前記台車に与えられた荷重と前記周波数第二特性に基づいて前記検査箇所における前記車両の走行中の応力を算出し、時間経過に応じた前記走行中の応力の解析結果に基づいて前記検査箇所の監視を行ってよい。

本発明の第４の態様によれば、プログラムは、台車と車体と当該台車と車体との間に設けられた緩衝装置とにより構成され、前記台車の負荷箇所に荷重が与えられた際の前記車体の加速度検出箇所における単位荷重当たりの加速度の周波数第一特性と、前記負荷箇所に荷重が与えられた際の前記台車の検査箇所おける単位荷重当たりの応力の周波数第二特性と、を記憶する周波数特性記憶部を備えた車両の監視装置のコンピュータを、前記車両の走行中に前記加速度検出箇所において検出した加速度の大きさの周波数第三特性と前記周波数第一特性とに基づいて前記走行中に前記台車に与えられた荷重を算出する荷重算出手段、前記走行中に前記台車に与えられた荷重と前記周波数第二特性に基づいて前記検査箇所における前記車両の走行中の応力を算出する応力算出手段、時間経過に応じた前記走行中の応力の解析結果に基づいて前記検査箇所の監視を行う監視手段、として機能させることを特徴とする。

本発明によれば、車両などの構造物の劣化を監視する際に、劣化の監視のための各種センサをできるだけ少なくすることができる。

第一の実施形態による車両監視システムを示す図である。 第一の実施形態による車両の構成を示す図である。 第一の実施形態による監視装置のハードウェア構成を示す図である。 第一の実施形態による監視装置の機能ブロック図である。 第一の実施形態による監視装置の処理概要を示す図である。 第一の実施形態による監視装置の処理フローを示す図である。 第一の実施形態による累積疲労損傷度と時間との関係を示す第一の図である。 第一の実施形態による疲労判定の方法を示す第一の図である。 第一の実施形態による疲労判定の方法を示す第二の図である。 第二の実施形態による監視装置の処理フローを示す図である。 第二の実施形態による応力限界線図を示す図である。 第三の実施形態による監視装置の処理フローを示す図である。

＜第一の実施形態＞
以下、第一の実施形態による監視装置を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態による監視装置を備えた車両監視システムを示す図である。
この図で示すように車両監視システム１００は、車両１０と、当該車両１０に備わる監視装置１により構成される。監視装置１は車両１０の劣化を監視する処理を行う。

図２は第一の実施形態による車両の構成を示す図である。
図２で示す車両１０は一例として軌道系交通車両の一つに区別されるＡＧＴ（Automated Guideway Transit）を示している。ＡＧＴは、走行路に沿って左右または中央部に案内軌条（ガイドウェイ）が設置されている。車両１０はこの案内軌条に案内輪を当てることによって車両の操舵を行う。また車両１０は、分岐用案内板に分岐輪を接触させることによって分岐部を指定された方向に向かって通過する。車両１０は車体１１と台車１２とに大別される。本実施形態においては、台車１２に付属する台車枠１２１、案内輪１２２、案内枠１２３、懸架枠１２４、牽引リンク１２５は台車１２の一部であるとする。台車１２には走行輪１２６が取り付けられている。車体１１と台車１２との間には緩衝装置として機能する空気ばね１３が設けられている。

台車１２には案内軌条から与えられ、案内輪や分岐輪を介して伝達する荷重や車両１０の上下振動による荷重がかかり、台車１２の溶接部などの各位置において応力が繰り返し掛かる。したがって台車１２の各位置において疲労が発生する。台車１２は疲労等により折損や亀裂が発生しないよう疲労限度等を考慮した設計や運用がされる。しかし、想定以上の走行環境の変化などにより、予測した条件に至る前に疲労損傷を発生することも考えられる。そこで本実施形態による監視装置１はこのような疲労の監視を行う。

具体的には車体１１には所定の加速度検出箇所に加速度センサ１１１が取り付けられる。当該加速度センサ１１１によって計測された加速度は、乗り心地の向上のための加速や減速の制御に主に利用される。本実施形態においては、この加速度センサ１１１によって計測された加速度を車両１０の構造上の疲労の解析に利用する。台車１２においては検査箇所が１つまたは複数定められる。検査箇所は一例としては疲労の発生によって損傷しやすい箇所である。また台車１２において負荷荷重の多くかかる負荷箇所が定められる。例えば車両１０であれば案内輪の動きによって負荷荷重が多くかかる箇所であってよい。

車両１０の管理者は台車１２の負荷箇所に荷重が与えられた際の加速度検出箇所における単位荷重当たりの加速度の周波数特性を示す周波数第一特性を算出する。例えば管理者は、所定の負荷箇所にハンマリング等により負荷荷重を加える。負荷箇所は車両１０の走行中に負荷が加わると想定される個所である。管理者は負荷箇所に負荷荷重を加えた際の加速度センサ１１１の値を計測する。管理者は負荷荷重Ｎの時間特性Ｎ（ｔ）と、加速度ａの時間特性ａ（ｔ）とをフーリエ変換して、負荷荷重Ｎの周波数特性Ｎ（ｆ）と加速度ａの周波数特性ａ（ｆ）を算出する。なおｔは時間を、ｆは周波数を示す。管理者はそれらの値を用いて単位荷重当たりの加速度ａの周波数第一特性ａ÷Ｎ（ｆ）を予め算出する。

管理者は、台車１２の負荷箇所に荷重が与えられた際の台車１２の１つまたは複数の検査箇所おける単位荷重当たりの応力の周波数第二特性を算出する。例えば管理者は、負荷荷重を加えた際の検査箇所おける応力を計測する。応力の計測は例えば検査箇所において歪みゲージなどを張り付けておけばよい。なおこの歪みゲージは周波数第二特性の算出後に取り外してよい。管理者は負荷荷重Ｎの時間特性Ｎ（ｔ）と、応力σの時間特性σ（ｔ）とをフーリエ変換して、負荷荷重Ｎの周波数特性Ｎ（ｆ）と応力σの周波数特性σ（ｆ）を算出する。管理者はそれらの値を用いて単位荷重当たりの応力σの周波数第二特性σ÷Ｎ（ｆ）を予め算出する。
管理者は、これら周波数第一特性ａ÷Ｎ（ｆ）と、周波数第二特性σ÷Ｎ（ｆ）の情報を監視装置１の記憶部に記録しておく。

監視装置１は、実際に車両１０が走行している際に、加速度検出箇所において加速度センサ１１１が検出した加速度の大きさの周波数第三特性を算出する。そして監視装置１は、周波数第三特性と周波数第一特性とに基づいて車両１０の走行中に台車１２が受けた荷重を算出する。また監視装置１は、車両１０の走行中に台車１２が受けた荷重と周波数第二特性とに基づいて台車１２において定められた検査箇所における車両１０の走行中の応力σを歪みゲージなしに算出する。監視装置１は、時間経過に応じた車両１０の走行中の応力σの解析結果に基づいて検査箇所の監視を行う。

図３は第一の実施形態による監視装置のハードウェア構成を示す図である。
図３で示すように監視装置１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１０３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）１０４、信号受信モジュール１０５、ＧＰＳ受信機１０６等を備えるコンピュータである。

図４は第一の実施形態による監視装置の機能ブロック図である。
監視装置１のＣＰＵ１０１は予め自装置で記憶するプログラムを実行することにより、制御部３０、荷重算出部３１、応力算出部３２、監視部３３の各機能を備える。各機能部はそれぞれ独立した回路によって構成されてよい。また監視装置１に周波数特性記憶部３４を備える。

周波数特性記憶部３４は、管理者によって算出された上記の周波数第一特性を予め記憶する。また周波数特性記憶部３４は、管理者によって算出された上記の周波数第二特性を予め記憶する。

制御部３０は他の機能部を制御する機能部である。
荷重算出部３１は、車両１０の走行中に車体１１の加速度検出箇所において検出した加速度の大きさの周波数第三特性と上記周波数第一特性とに基づいて車両１０の走行中に台車１２が受けた荷重を算出する機能部である。
応力算出部３２は、車両１０の走行中に台車１２が受けた荷重と周波数第二特性とに基づいて台車１２の所定の検査箇所における車両１０の走行中の応力σを算出する機能部である。
監視部３３は、時間経過に応じた走行中の応力σの解析結果に基づいて検査箇所の監視を行う機能部である。監視部３３は、時間経過に応じた車両１０の走行中の応力σの情報を応力頻度解析処理し、当該応力頻度解析処理に基づいて検査箇所の疲労頻度を算出する。

図５は第一の実施形態による監視装置の処理概要を示す図である。
図６は第一の実施形態による監視装置の処理フローを示す図である。
次に監視装置の処理フローについて順を追って説明する。
監視装置１の制御部３０は車両１０の走行中に加速度センサ１１１から加速度を取得する。また制御部３０は車両１０の走行中にＧＰＳ受信機１０６から走行位置の緯度、経度、高度、などの位置情報を取得する。制御部３０は位置情報と、その位置で取得した加速度とをＨＤＤ１０４等の記憶部に記録する。

制御部３０は所定のタイミングで荷重算出部３１に処理の開始を指示する。所定のタイミングは、位置情報と加速度との関係のデータ量が所定の量に達したタイミング、管理者が車両１０の検査を行うタイミング、車両１０が予め定められた区間を走行完了したタイミング、などであってよい。

荷重算出部３１は処理開始の指示に基づいてＨＤＤ１０４に記録されている加速度情報を取得する。荷重算出部３１は取得した加速度情報をフーリエ変換し、周波数毎の加速度の大きさを示す周波数第三特性ａ（ｆ）を算出する（ステップＳ５０１）。荷重算出部３１は監視装置１に予め記録されている周波数第一特性ａ÷Ｎ（ｆ）を読み取る。荷重算出部３１は、周波数第三特性ａ（ｆ）と周波数第一特性ａ÷Ｎ（ｆ）とを用いて、周波数第三特性÷周波数第一特性により、周波数毎の走行中の車両１０が受ける負荷荷重Ｎの大きさを示す周波数第四特性Ｎ（ｆ）を算出する（ステップＳ５０２）。荷重算出部３１は周波数第四特性Ｎ（ｆ）を応力算出部３２に出力する。

応力算出部３２は監視装置１に予め記録されている周波数第二特性σ÷Ｎ（ｆ）を読み取る。応力算出部３２は、周波数第四特性Ｎ（ｆ）と周波数第二特性σ÷Ｎ（ｆ）とを用いて、周波数第四特性×周波数第二特性により、周波数毎の台車１２の検査箇所における応力の大きさを示す周波数第五特性σ（ｆ）を算出する（ステップＳ５０３）。応力算出部３２は周波数第五特性σ（ｆ）を逆フーリエ変換し、走行中の車両１０に設定された台車１２の検査箇所における応力σの時間変化を算出する（ステップＳ５０４）。応力算出部３２は検査箇所における応力σの時間変化のデータを監視部３３へ出力する。

監視部３３は検査箇所における応力σの時間変化を解析する。例えば監視部３３は、レインフロー法などの応力頻度解析処理を行い、検査箇所の応力σの時間変化に基づく当該検査箇所の累積疲労損傷度を算出する（ステップＳ５０５）。当該累積疲労損傷度は車両１０の走行中の応力σの統計情報の一例である。監視部３３はレインフロー法以外の応力頻度解析処理を行うようにしてもよい。レインフロー法等の応力頻度解析処理の詳細は公知の技術であるため、本実施形態における説明は省略する。

監視部３３は解析結果である累積疲労損傷度とその閾値との比較に基づいて検査箇所が疲労することによる検査が必要かを判定する（ステップＳ５０６）。判定の結果、検査が必要な場合には、その検査箇所の情報をモニタ等に出力する（ステップＳ５０７）。これにより管理者は検査箇所についての詳細な検査を行うことができる。

図７は第一の実施形態による累積疲労損傷度と時間との関係を示す第一の図である。
図７は累積疲労損傷度の時間に応じた理想的な遷移を示している。例えば台車１２の所定の検査箇所においては図７で示すような時間に応じた累積疲労損傷度が理想的である。時間に応じた累積疲労損傷度の大きさは検査箇所によって異なってよい。累積疲労損傷度Ａが理想的な遷移が示す閾値Ａ１を超える時間よりも前に閾値Ａ１を超えると疲労が蓄積し劣化が寿命時間より早く到達すると判定され、ステップＳ５０６において検査が必要と判定される。図７のグラフにおいて横軸が時間である場合を示しているが、横軸は累積疲労損傷度Ａが閾値Ａ１を超える時間が寿命時間よりも早いと判定される回数であってもよい。

図８は第一の実施形態による疲労判定の方法を示す第一の図である。
図８は累積疲労損傷度の時間に応じた実際の遷移を示している。ある対象期間Ｔ１における累積疲労損傷度の遷移の傾きが図８のＴ１の期間において図７で示す傾きよりも増加した場合、将来的には理想的な遷移（図７）と比較して、より早く寿命時間に到達してしまう。監視部３３は、解析結果である累積疲労損傷度に基づいて、その時間経過に応じた傾きを求め、その傾きに応じた累積疲労損傷度を表す式に基づいて閾値Ａ１を超える時刻を算出する。この時刻が図７で示すような理想的な遷移よりも早い場合には、ステップＳ５０６において検査が必要と判定し、警告情報を出力するようにしてもよい。

図９は第一の実施形態による疲労判定の方法を示す第二の図である。
図７は累積疲労損傷度の時間に応じた理想的な遷移の傾きはｙ／ｘで表されるとする。監視部３３は実際の累積疲労損傷度の時間に応じた遷移の傾きが理想的な遷移の傾きｙ／ｘを超える場合に早くに寿命時間に到達すると予測するようにしてもよい。監視部３３は実際の累積疲労損傷度の時間に応じた遷移の傾きが理想的な遷移の傾きｙ／ｘを超える場合ステップＳ５０６において検査が必要と判定する。

上述の監視装置１の処理によれば、ある期間の加速度のデータを取得することにより、設計時に想定した時間までに構造物に疲労損傷が生じる可能性があるかどうかを判定することができる。そして、台車１２などの構造物の検査箇所における疲労の進行度合いが増加しているかを早期の段階で判断することが可能になる。疲労の進行度合いが進行している場合、検査箇所や情報を画面に表示するなどして情報を出力し、車両の管理者に対して、対策を講じることを促すことができる。また上述の監視装置１の処理によれば、走行中の車両１０に多くの歪みセンサや加速度センサを取り付けなくとも疲労を監視することができる。

なお上述の説明においては加速や応力や負荷荷重の向きについて言及していないが、ここれら加速度、応力、負荷荷重は三次元空間において直行する各３軸方向の値であってよい。この場合、監視装置１は三次元空間において直行する各３軸方向の周波数第一特性から周波数第五特性により、当該各３軸方向の応力σの時間変化を算出する。監視装置１は各３軸方向の応力σの時間変化に基づいて、対応する累積疲労損傷度を算出し、疲労度合についての解析を行うようにして良い。車体１１において検査箇所は複数設けられてよい。その場合、監視装置１は全ての検査箇所について同様の処理を行う。

＜第二の実施形態＞
第二の実施形態においては応力限界図を用いて検査箇所の検査が必要かを判定する場合の例を示す。
検査箇所における平均応力をσｍ、検査箇所における変動応力をσａとする。平均応力σｍ、変動応力σａは、「ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards） Ｚ ２２７３，金属材料の疲れ試験方法通則」、「ＪＩＳ Ｅ ４２０７，鉄道車両−台車−台車枠設計通則」に記載されている定義と同様であってよい。具体的には平均応力は繰り返し応力の最大応力と最小応力の代数和の２分の１と定義されてよい。また変動応力は動荷重の種類ごとの計算応力を合成したものと定義されてよい。縦軸に変動応力σａ、横軸に平均応力σｍを示す応力限界線図の線は、一次関数で表現することができる。限界線図より、範囲外となる状態を示す場合、その検査箇所について検査が必要と判定する。

図１０は第二の実施形態による監視装置の処理フローを示す図である。
この図で示すように第二の実施形態による監視装置１のステップＳ６０１〜ステップＳ６０４までの処理は、第一の実施形態による監視装置１のステップＳ５０１〜ステップＳ５０４までの処理と同様である。第二の実施形態による監視装置の監視部３３は、検査箇所の平均応力σｍと、変動応力σａとを算出する（ステップＳ６０５）。

監視部３３は検査箇所の平均応力σｍ、変動応力σａの値が応力限界線図の範囲に収まるかを判定する（ステップＳ６０６）。例えば監視部３３は数式等により表される応力限界線図の範囲収まるかを演算により算出する。平均応力σｍ、変動応力σａの値の何れかが応力限界線図の範囲に収まらない場合、監視部３３は疲労頻度が設計時に想定した疲労頻度の閾値以下かを判定する（ステップＳ６０７）。ステップＳ６０６、ステップＳ６０７においてＹｅｓの場合、その検査箇所については検査不要と判定し終了する。ステップＳ６０６、ステップＳ６０７において共にＮｏの場合にはその検査箇所について検査が必要と判定し、その検査箇所の情報をモニタ等に出力する（ステップＳ６０８）。

図１１は第二の実施形態による応力限界線図を示す図である。
図１１で示す応力限界線図は、横軸が平均応力σｍを示し、縦軸が変動応力σａを示している。応力限界線Ｌは応力限界線図における縦軸の切片βを通り傾きαの直線を示す。応力限界線Ｌの傾きαや切片βは検査箇所毎に定められてよい。監視装置１の監視部３３は、応力限界線Ｌと、応力限界線図における平均応力σｍの最大値と最小値、変動応力σｍの最大値とに基づいて、検査箇所について算出した平均応力σｍと変動応力σａの何れかの値が図１１の斜線で示す範囲に含まれるかを判定する。

第二の実施形態による監視装置１の処理によれば、平均応力σｍと変動応力σａとを把握し、疲労評価を実施する。この処理によれば累積疲労損傷度を算出する計算負荷を低減しながら、疲労評価を行うことが可能となる。また設計時に応力限界図を用いて設計されている要素について、車両１０の走行中の発生応力も同様に応力限界図を使った評価を行うようにしてもよい。

＜第三の実施形態＞
図１２は第三の実施形態による監視装置の処理フローを示す図である。
監視装置１は、三次元空間において直交する各３軸方向の応力σの時間遷移に基づいて、応力σが増大する原因を推定するようにしてもよい。

第三の実施形態による監視装置１の制御部３０は車両１０の走行中に加速度センサ１１１から加速度を取得する。また制御部３０は車両１０の走行中にＧＰＳ受信機１０６から走行位置の緯度、経度、高度、などの位置情報を取得する。制御部３０は位置情報と、その位置で取得した３軸方向の各加速度とをＨＤＤ１０４等の記憶部に記録する。

監視装置１は車両１０が走行する走行区間全体の各分割区間それぞれについて、第一の実施形態による監視装置のステップＳ５０１〜ステップＳ５０４の処理と同様の処理を、ステップＳ７０１〜ステップＳ７０４として行う。また監視装置１はステップＳ７０１〜ステップＳ７０４の処理において、各３軸方向の周波数第一特性から周波数第五特性を算出し、また当該各３軸方向の応力σの時間変化を算出する。なお車両１０の走行区間全体は複数の分割区間に分割されているものとする。

監視部３３は走行区間全体のうちの一つ目の分割区間について算出された各検査箇所の３軸方向の各応力σの合力の値に基づいて、当該応力σの合力の時間変化を解析する。監視部３３は、一つ目の分割区間についての応力σの合力の時間変換を用いてレインフロー法などの応力頻度解析処理を行い、検査箇所の一つ目の分割区間についての累積疲労損傷度を算出する（ステップＳ７０５）。監視部３３は一つ目の分割区間についての累積疲労損傷度がその閾値を超えるかを判定する（ステップＳ７０６）。

監視部３３は全ての分割区間について累積疲労損傷度を算出したかを判定する（ステップＳ７０７）。監視部３３は全ての分割区間について累積疲労損傷度を算出するまでステップＳ７０５、ステップＳ７０６の処理を繰り返す。全ての分割区間について累積疲労損傷度を算出した場合、監視部３３は、走行区間全体の各分割区間における所定の割合以上の分割区間において累積疲労損傷度が閾値を超えるかを判定する（ステップＳ７０８）。ステップＳ７０８の処理がＮｏの場合には何れかの分割区間において累積疲労損傷度がその閾値を超えた検査箇所の情報をモニタ等に出力する（ステップＳ７０９）。

監視部３３は所定の割合以上の分割区間において累積疲労損傷度が閾値を超える場合、検査箇所において応力σが発生している原因の解析を開始する。具体的には監視部３３は検査箇所の累積疲労損傷度に利用した各区間の応力σの３軸方向の各時間変化を取得する（ステップＳ７１０）。監視部３３は各区間の応力σの３軸方向の値に基づいて、各区間において応力σが大きい軸方向を検査箇所に大きな疲労の影響を与えている力の負荷方向を判定する（ステップＳ７１１）。例えばある区間における応力σの時間変化の平均が最も大きくその値が閾値以上の軸方向を、検査箇所に大きな疲労の影響を与えている力の負荷方向と検出する。

監視部３３は一つの区間において検出した検査箇所に影響を与えている力の負荷方向が３軸方向のうちの上下方向である場合、走行路面の凹凸に原因があると判定する（ステップＳ７１２）。
監視部３３は一つの区間において検出した検査箇所に影響を与えている力の負荷方向が３軸方向のうちの左右方向である場合、案内軌条が案内輪に当る面の凹凸、走行路面の左右の高低差に原因があると判定する（ステップＳ７１３）。なお車両１０がレールの上を走行するものである場合、監視部３３は一つの区間において検出した検査箇所に影響を与えている力の負荷方向が３軸方向のうちの左右方向である場合、レールの左右方向の不整や左右レール面の高低差に原因があると判定してもよい。
監視部３３は一つの区間において検出した検査箇所に影響を与えている力の負荷方向が３軸方向のうちの前後方向である場合、車両間の連結に原因があると判定する（ステップＳ７１４）。

監視部３３は各区間において検査箇所に影響を与える負荷方向に基づいて原因を判定すると、検査箇所に影響を与えると推定される原因の推定情報を各区間について表した一覧情報を出力する（ステップＳ７１５）。なお監視部３３が各区間についての原因を特定している。これは検査箇所に疲労を与える走行位置を特定することの一態様である。

車体１１において検査箇所は複数設けられてよい。その場合、監視装置１は全ての検査箇所について同様の処理を行う。

監視部３３は検査箇所に影響を与えると推定される原因として他の情報を出力するようにしてもよい。例えば検査箇所に影響を与えている力の負荷方向が３軸方向のうちの左右方向である場合、車両のすれ違いやトンネルへの突入が原因として判定し、その情報を出力するようにしてもよい。

第三の実施形態の処理によれば、車両１０の台車１２に設定された検査箇所に影響を与える区間とその原因を特定することができる。

なお車両１０の車輪が鉄輪である鉄道車両の場合、レールの不整などから走行輪より上下・左右の振動を受ける。しかしながらＡＧＴのような案内軌条式の鉄道車両の場合はゴムタイヤで走行することが多く、上下振動の起振源は路面の凹凸、左右方向の起振源は案内輪や分岐輪が接触する案内軌条であることが多い。このため、上下・左右方向別々に応力σを分析することにより、路面側と案内軌条側のどちらの状態が悪いか特定し、改修作業計画に役立てることができる。

ＡＧＴが走行する路面は、コンクリート路面となるため、繰り返し車両が通過することによる摩耗や、雨などの環境による劣化が想定される。走行路面の劣化による表面凹凸の悪化は、タイヤの加振力の大きさとなって、主に上下振動の悪化に寄与する。一方で軌道はコンクリート路面となるため、大規模な路面改修はレールを取り換えればよい鉄輪の鉄道方式と比較して難しい。軌道改修が必要な状況を段階的に警告することで、軌道の改修作業計画に役立てることができる。
また台車１２の構造の変更などの車両側の対策の他、軌道面やガイドレールなどの起振源である軌道側の対策を組み合わせることにより、より効果的な疲労寿命の延長の対策方法を検討することができる。

上述の処理によれば、監視装置１はＡＧＴなどの車両１０の台車１２における検査箇所についての疲労を解析しているが、他の車両１０などの監視対象の検査箇所の披露を同様に解析するようにしてもよい。

上述の監視装置１は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、監視装置１に上述した各処理を行わせるためのプログラムは、当該監視装置１のコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムを監視装置１のコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。

また、上記プログラムは、前述した各処理部の機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。

１・・・監視装置
１０・・・車両
１１・・・車体
１２・・・台車
１３・・・空気ばね
３０・・・制御部
３１・・・荷重算出部
３２・・・応力算出部
３３・・・監視部
３４・・・周波数特性記憶部
１０１・・・ＣＰＵ
１０２・・・ＲＯＭ
１０３・・・ＲＡＭ
１０４・・・ＨＤＤ
１０５・・・信号受信モジュール
１０６・・・ＧＰＳ受信機
１１１・・・加速度センサ

Claims (9)

1. 台車と車体と当該台車と車体との間に設けられた緩衝装置とを備えた車両の監視装置であって、
   前記台車の負荷箇所に荷重が与えられた際の前記車体の加速度検出箇所における単位荷重当たりの加速度の周波数第一特性と、前記負荷箇所に荷重が与えられた際の前記台車の検査箇所おける単位荷重当たりの応力の周波数第二特性と、を記憶する周波数特性記憶部と、
   前記車両の走行中に前記加速度検出箇所において検出した加速度の大きさの周波数第三特性と前記周波数第一特性とに基づいて前記走行中に前記台車に与えられた荷重を算出する荷重算出部と、
   前記走行中に前記台車に与えられた荷重と前記周波数第二特性に基づいて前記検査箇所における前記車両の走行中の応力を算出する応力算出部と、
   時間経過に応じた前記走行中の応力の解析結果に基づいて前記検査箇所の監視を行う監視部と、
   を備える監視装置。
2. 前記検査箇所が前記台車の複数箇所に設けられた請求項１に記載の監視装置。
3. 前記監視部は前記時間経過に応じた前記車両の走行中の応力の情報を応力頻度解析処理し、当該応力頻度解析処理に基づいて前記検査箇所の疲労頻度を算出する
   請求項１または請求項２に記載の監視装置。
4. 前記監視部は、前記時間経過に応じた前記車両の走行中の応力の統計情報に基づいて設計時の前記検査箇所の疲労頻度の度合を超えるか否かを判定する
   請求項１から請求項３の何れか一項に記載の監視装置。
5. 前記応力算出部は、前記車両の走行位置における応力を算出し、
   前記監視部は、前記解析結果と前記走行位置とに基づいて前記検査箇所に疲労を与える走行位置を特定する
   請求項１から請求項４の何れか一項に記載の監視装置。
6. 前記加速度は三次元において直交する各３軸方向についての加速度であり、
   前記応力は三次元において直交する各３軸方向についての応力であり、
   前記監視部は、前記各３軸方向について算出された前記走行中の応力に基づいて前記検査箇所に疲労を与える原因の推定情報を特定する
   請求項１から請求項５の何れか一項に記載の監視装置。
7. 監視対象となる構造物であって緩衝装置を間に設けて一体となる構造体を有する構造物の劣化を監視する監視装置であって、
   前記構造体のうちの一方の構造体の負荷箇所に荷重が与えられた際の他方の構造体の加速度検出箇所における単位荷重当たりの加速度の周波数第一特性と、前記負荷箇所に荷重が与えられた際の前記一方の構造体の検査箇所おける単位荷重当たりの応力の周波数第二特性と、を記憶する周波数特性記憶部と、
   前記構造物の稼動中に前記加速度検出箇所において検出した加速度の大きさの周波数第三特性と前記周波数第一特性とに基づいて前記稼動中に前記一方の構造体に与えられた荷重を算出する荷重算出部と、
   前記稼動中に前記一方の構造体に与えられた荷重と前記周波数第二特性に基づいて前記検査箇所における前記構造物の稼動中の応力を算出する応力算出部と、
   時間経過に応じた前記稼動中の応力の解析結果に基づいて前記検査箇所の監視を行う監視部と、
   を備える監視装置。
8. 台車と車体と当該台車と車体との間に設けられた緩衝装置とを備えた車両の監視装置が、
   前記台車の負荷箇所に荷重が与えられた際の前記車体の加速度検出箇所における単位荷重当たりの加速度の周波数第一特性と、前記負荷箇所に荷重が与えられた際の前記台車の検査箇所おける単位荷重当たりの応力の周波数第二特性と、を記憶し、
   前記車両の走行中に前記加速度検出箇所において検出した加速度の大きさの周波数第三特性と前記周波数第一特性とに基づいて前記走行中に前記台車に与えられた荷重を算出し、
   前記走行中に前記台車に与えられた荷重と前記周波数第二特性に基づいて前記検査箇所における前記車両の走行中の応力を算出し、
   時間経過に応じた前記走行中の応力の解析結果に基づいて前記検査箇所の監視を行う
   監視方法。
9. 台車と車体と当該台車と車体との間に設けられた緩衝装置とにより構成され、
   前記台車の負荷箇所に荷重が与えられた際の前記車体の加速度検出箇所における単位荷重当たりの加速度の周波数第一特性と、前記負荷箇所に荷重が与えられた際の前記台車の検査箇所おける単位荷重当たりの応力の周波数第二特性と、を記憶する周波数特性記憶部を備えた車両の監視装置のコンピュータを、
   前記車両の走行中に前記加速度検出箇所において検出した加速度の大きさの周波数第三特性と前記周波数第一特性とに基づいて前記走行中に前記台車に与えられた荷重を算出する荷重算出手段、
   前記走行中に前記台車に与えられた荷重と前記周波数第二特性に基づいて前記検査箇所における前記車両の走行中の応力を算出する応力算出手段、
   時間経過に応じた前記走行中の応力の解析結果に基づいて前記検査箇所の監視を行う監視手段、
   として機能させるプログラム。

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