JP2020106124A - 鉄道車両の軸受監視システムおよび軸受診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両における軸受異常の見逃しを抑制しつつ、異常が発生した軸受を早期に特定することを可能にする。【解決手段】軸受監視システムは、台車の４つの軸受の異常を検知する鉄道車両の軸受監視システムであって、４つの軸受の温度データを受信する受信器と、受信器で受信された温度データに基づき、４つの軸受の異常を検知する診断器と、を備え、診断器は、４つの軸受のうちの１つである判定対象軸受の温度と、４つの軸受のうち、判定対象軸受以外の軸受を含む１つ又は複数の軸受の温度を用いて導出した参照軸受温度との差を、個別指標値として算出する個別指標値算出部と、個別指標値に基づき、判定対象軸受に異常が発生したか否かを判定する個別判定部と、４つの軸受の温度の平均値と所定の基準値との差を、全体指標値として算出する全体指標値算出部と、全体指標値に基づき、４つの軸受に同時に異常が発生したか否かを判定する全体判定部と、を含む。【選択図】図５

Description

本発明は、車体を支持する各台車の４つの軸受の異常を検知する鉄道車両の軸受監視システムおよび軸受診断方法に関する。

従来から、鉄道車両には、車体を支持する台車の軸受を監視し、軸受の異常を検知する軸受診断装置が知られている。この種の軸受診断装置には、異常があるか否かを判定する対象となる軸受の温度と他の１つ又は複数の軸受の温度との比較により、軸受の異常を検知するものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２０１０−１７９７０６号公報

上述の診断方法のように、異常判定の対象となる１つの軸受の温度と他の軸受の温度とを比較することによって軸受の異常を検知する場合、いずれの軸受に異常が発生しているかを迅速に特定することが可能である。しかしながら、異常判定の対象となる１つの軸受の温度と他の軸受の温度とが同様に上昇した場合には、相対温度差が小さくなるため、軸受異常が発生しているにもかかわらず、異常を検知できないあるいは異常の検知が遅れてしまうおそれがある。

そこで本発明は、鉄道車両における軸受異常の見逃しを抑制しつつ、異常が発生した軸受を早期に特定することを可能にする鉄道車両の軸受監視システムおよび軸受診断方法を提供することを目的する。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る鉄道車両の軸受監視システムは、台車の４つの軸受の異常を検知する鉄道車両の軸受監視システムであって、前記４つの軸受の温度データを受信する受信器と、前記受信器で受信された温度データに基づき、前記４つの軸受の異常を検知する診断器と、を備え、前記診断器は、前記４つの軸受のうちの１つである判定対象軸受の温度と、前記４つの軸受のうち、前記判定対象軸受以外の軸受を含む１つ又は複数の軸受の温度を用いて導出した参照軸受温度との差を、個別指標値として算出する個別指標値算出部と、前記個別指標値に基づき、前記判定対象軸受に異常が発生したか否かを判定する個別判定部と、前記４つの軸受の温度の平均値と所定の基準値との差を、全体指標値として算出する全体指標値算出部と、前記全体指標値に基づき、前記４つの軸受に同時に異常が発生したか否かを判定する全体判定部と、を含む。

上記の構成によれば、個別判定部が、判定対象軸受の温度と判定対象軸受以外の軸受を含む１つ又は複数の軸受の温度を用いて導出した参照軸受温度との差である個別指標値に基づき、判定対象軸受に異常が発生したか否かを判定する。このため、異常が発生した軸受を迅速に特定することができる。ただし、個別判定部の判定では、判定対象軸受の温度と参照軸受温度とが共に温度上昇した場合、個別指標値の変化がないまたは小さいため、軸受異常の発生を見逃すおそれがある。しかし、上記の構成では、個別判定部による判定だけでなく、全体判定部が、４つの軸受に同時に異常が発生したか否かを判定する。このため、判定対象軸受の温度と参照軸受温度とが共に温度上昇した場合に、確実に軸受異常の発生を検知することができる。従って、鉄道車両における軸受異常の見逃しを抑制しつつ、異常が発生した軸受を早期に特定することができる。

本発明によれば、鉄道車両における軸受異常の見逃しを抑制しつつ、異常が発生した軸受を早期に特定することを可能にする鉄道車両の軸受監視システムおよび軸受診断方法を提供することができる。

実施形態に係る軸受監視システムが搭載された鉄道車両の模式図である。 図１に示す台車の概略平面図である。 図１に示す軸受監視システムのブロック図である。 （Ａ）は軸受温度の時間的推移を示すグラフの一例であり、（Ｂ）は走行速度の時間的推移を示すグラフの一例であり、（Ｃ）は雰囲気温度の時間的推移を示すグラフの一例である。 図３に示す軸受監視システムの診断処理のフローチャートである。 （Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ特定の走行速度及び雰囲気温度における個別指標値の発生頻度の正常分布の例である。 （Ａ）は実際の４つの軸受温度の平均値（実際値）の時間的推移を示すグラフの一例であり、（Ｂ）は所定の時系列モデルを用いて推定した４つの軸受温度の平均値（推定値）の時間的推移を示すグラフの一例である。 図５に示す診断処理の前に実施され得る粗判定処理のフローチャートである。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。

図１は、実施形態に係る軸受監視システム１００が搭載された鉄道車両１の模式図である。図１に示すように、鉄道車両１は、車体２と、車体２の長手方向の両端部寄りに配置されて車体２を支持する一対の台車３Ｆ，３Ｒとを有する。鉄道車両１では、車体２と各台車３Ｆ，３Ｒとの間にそれぞれ空気バネ４が介在している。

図２は、図１に示す鉄道車両１が備える台車３Ｆの概略平面図である。なお、一対の台車３Ｆ，３Ｒの一方の構成と他方の構成とは実質的に同じであるので、以下では、図２を参照しながら台車３Ｆの構成について説明し、台車３Ｒの説明を省略する。

台車３Ｆは、空気バネ４（図１参照）を介して車体２を支持する台車枠５を備える。台車枠５は、車体２を支持するものであれば特に構造は限定されず、例えば、車体幅方向に延びる横梁６と、横梁６の車体幅方向の両端部に接続されて車体長手方向に延びる一対の側梁７，７とを有する。台車枠５の車体長手方向両側には、それぞれ車体幅方向に沿って延びる車軸８Ｆ，８Ｒが配置されている。車軸８Ｆ，８Ｒには、それぞれ一対の車輪９が設けられている。

車軸８Ｆの両側端部には、車軸８Ｆを回転自在に支持する軸受（図示せず）がそれぞれ配置されており、また、車軸８Ｒの両側端部には、車軸８Ｒを回転自在に支持する軸受（図示せず）が配置されている。すなわち、台車３Ｆは計４つの軸受を有する。４つの軸受は、それぞれ第１〜第４軸箱１１〜１４に収容されている。

第１〜第４軸箱１１〜１４には、第１〜第４軸受温度センサ２１〜２４がそれぞれ設けられている。第１〜第４軸受温度センサ２１〜２４は、それぞれ第１〜第４軸箱１１〜１４内の軸受の温度を検出する。すなわち、１台車あたり４つの軸受温度センサが設置され、各台車の全ての軸受の温度が検出される。第１〜第４軸受温度センサ２１〜２４は、それぞれ軸受に接触せずに第１〜第４軸箱１１〜１４に接触し、第１〜第４軸箱１１〜１４の表面温度を検出することで間接的に軸受の温度を検出する。ただし、第１〜第４軸受温度センサ２１〜２４は、それぞれ軸受に接触して軸受の温度を直接的に検出してもよい。

また、第１〜第４軸箱１１〜１４には、第１〜第４無線送信機３１〜３４がそれぞれ設けられている。第１〜第４無線送信機３１〜３４は、第１〜第４軸受温度センサ２１〜２４で検出された温度情報を含むセンサ信号をそれぞれ無線送信する。これら第１〜第４軸受温度センサ２１〜２４および第１〜第４無線送信機３１〜３４は、本実施形態の軸受監視システム１００の一部を構成する。なお、第１〜第４軸箱１１〜１４の各々に設けられた軸受温度センサと無線送信機とは、一体型であってもよいし、別体であってもよい。

図１に戻って、鉄道車両１には、軸受監視システム１００が搭載される。軸受監視システム１００は、各台車３Ｆ，３Ｒの第１〜第４軸箱１１〜１４内の軸受の温度、鉄道車両１の走行速度、および鉄道車両１の車外の雰囲気温度を監視し、軸受の異常を検知する。上述したように、軸受監視システム１００は、台車３Ｆに設けられた第１〜第４軸受温度センサ２１〜２４および第１〜第４無線送信機３１〜３４を備える。また、軸受監視システム１００は、台車３Ｆと実質的に同様の構成である台車３Ｒに設けられた第１〜第４軸受温度センサ２１〜２４および第１〜第４無線送信機３１〜３４も備える。

さらに、軸受監視システム１００は、無線受信機４１Ｆ，４１Ｒと、加速度センサ５１を内蔵したデータ処理装置５０と、雰囲気温度センサ４２とを備える。これらはいずれも車体２に設けられる。

無線受信機４１Ｆ，４１Ｒは、車両長手方向における一対の台車３Ｆ，３Ｒの間であって、且つ車体２の床下に配置される。無線受信機４１Ｆは、台車３Ｆに設けられた第１〜第４無線送信機３１〜３４から無線送信されたセンサ信号を受信する。また、無線受信機４１Ｒは、台車３Ｒに設けられた第１〜第４無線送信機３１〜３４から無線送信されたセンサ信号を受信する。

データ処理装置５０は、無線受信機４１Ｆ，４１Ｒに通信線を介して接続される。データ処理装置５０に保存されたデータは外部からアクセス可能であり、例えば、データ処理装置５０は、図示しない通信線や記録媒体等を介して当該データを抽出可能に構成されている。

データ処理装置５０は、車体２に取り付けられる筐体５０ａを有し、車体２の床下に配置される。この筐体５０ａに、加速度センサ５１が収容される。加速度センサ５１は、車両長手方向の加速度、すなわち、車両進行方向の加速度を検出する。後述するように、加速度センサ５１は、データ処理装置５０において鉄道車両１の走行速度の算出に用いられる。なお、鉄道車両１の走行速度は、加速度から算出せずに、速度センサ（速度発電機）等の検出値から求めてもよい。

雰囲気温度センサ４２は、データ処理装置５０に接続され、鉄道車両１の車外の雰囲気温度を検出する。雰囲気温度センサ４２は、例えば、データ処理装置５０の下方に配置される。

図３は、軸受監視システム１００のブロック図である。図３に示すように、データ処理装置５０は、その筐体５０ａ内に、加速度センサ５１およびデータ処理ユニット５２を有する。データ処理ユニット５２は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ及びＩ／Ｏインターフェース等を有する。データ処理ユニット５２は、受信部６１、記憶部６２、診断部６３及び出力部６４を有する。受信部６１及び出力部６４は、Ｉ／Ｏインターフェースにより実現される。記憶部６２は、揮発性メモリ及び不揮発性メモリにより実現される。診断部６３は、不揮発性メモリに保存されたプログラムに従ってプロセッサが揮発性メモリを用いて演算処理することで実現される。

受信部６１は、台車３Ｆ側の第１〜第４無線送信機３１〜３４から無線受信機４１Ｆが受信した台車３Ｆ側の４つの軸受の各温度の情報を受信する。また、受信部６１は、台車３Ｒ側の第１〜第４無線送信機３１〜３４から無線受信機４１Ｒが受信した台車３Ｒ側の４つの軸受の各温度の情報を受信する。また、受信部６１は、加速度センサ５１から車両進行方向の加速度のデータを受信する。また、受信部６１は、雰囲気温度センサ４２から車外の雰囲気温度のデータを受信する。

記憶部６２は、受信部６１が受信した各データを保存する。なお、記憶部６２には、過去に４つの軸受が正常である状態で鉄道車両１を走行させたときの鉄道車両１の走行中の走行速度、雰囲気温度、および個別指標値と、個別指標値の発生頻度との互いの対応関係が予め記憶されており、これについての詳細は後述する。

診断部６３は、個別指標値算出部７１、個別判定部７２、全体指標値算出部７３および全体判定部７４を含み、記憶部６２に保存された各データに基づいて各台車３Ｆ，３Ｒの全ての軸受の状態を診断する診断処理を実行する。より詳しくは、診断部６３は、１台車が含む４つの軸受を１つのグループとして異常が発生しているか否かを診断する。言い換えれば、本実施形態では、台車ごとに診断処理が行われる。

出力部６４は、診断部６３で判定された結果を所定の態様（例えば、送信、表示、警告音）により出力する。

次に、診断部６３による診断処理について説明する。診断部６３による診断処理は、所定の時間内に受信部６１が受信して記憶部６２に蓄積したデータに基づき台車ごとに実行される。以下では、診断処理の一例として、診断部６３が、鉄道車両１が駅に停車するたびに、前の駅から現在停車している駅までの走行期間内に記憶部６２に保存したデータに基づき、台車３Ｆの４つの軸受について診断処理を実行するものとして説明する。

鉄道車両１が前の駅から現在停車する駅まで走行する間、記憶部６２には、各台車３Ｆ，３Ｒの４つの軸受温度のデータ、車両進行方向の加速度のデータおよび雰囲気温度のデータが随時保存される。診断部６３は、これらの時系列データを用いて診断処理を実行する。車両進行方向の加速度のデータから、鉄道車両１の走行速度Ｖを算出することが可能である。例えば、診断部６３は、診断処理を実行する前に、記憶部６２に保存された加速度Ａｃｃから以下の式１により鉄道車両１の走行速度Ｖを算出する。
Ｖ＝∫Ａｃｃ・ｄｔ ・・・・・（式１）

図４（Ａ）〜４（Ｃ）に、鉄道車両１が前の駅から現在停車する駅まで走行する間に記憶部６２に保存されたデータから得られるグラフが示される。図４（Ａ）は台車３Ｆの４つの軸受の温度の時間的推移を示すグラフの一例である。図４（Ｂ）は鉄道車両１の走行速度Ｖの時間的推移を示すグラフの一例である。図４（Ｃ）は雰囲気温度Ｔａの時間的推移を示すグラフの一例である。なお、図４（Ａ）〜４（Ｃ）において、時刻ｔ_０は鉄道車両１が前の駅を出発した時刻であり、時刻ｔ_Ｎは鉄道車両１が時刻ｔ_０に出発した駅の次の駅に停車した時刻である。

なお、以下では、便宜上、第１〜第４軸箱１１，１２，１３，１４の４つの軸受の温度を、それぞれ、第１〜第４軸受温度とも呼び、Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４で示すこととする。また、便宜上、特に時刻ｔにおける４つの軸受温度Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４、走行速度Ｖ、および雰囲気温度Ｔａを指す場合には、それぞれ、Ｔ_１（ｔ），Ｔ_２（ｔ），Ｔ_３（ｔ），Ｔ_４（ｔ），Ｖ（ｔ），Ｔａ（ｔ）のように示すこととする。

鉄道車両１の診断部６３は、前の駅から現在停車する駅までの４つの軸受温度Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４、鉄道車両１の走行速度Ｖ、雰囲気温度Ｔａを用いて、診断処理を実行する。以下、図５を参照しながら、軸受監視システム１００の診断処理の流れを説明する。

（個別指標値の算出）
診断処理では、まず診断部６３の個別指標値算出部７１が、４つの軸受のうち、異常が発生しているか否かを判定する対象となる１つの軸受（以下、「判定対象軸受」と呼ぶ）の温度と、４つの軸受のうち、判定対象軸受以外の軸受を含む１つ又は複数の軸受の温度を用いて導出した参照軸受温度との差を、個別指標値ΔＴとして算出する（ステップＳ１）。

本実施形態では、参照軸受温度は、４つの軸受のうちの判定対象軸受以外の３つの軸受の温度の平均値で示される。例えば、第１軸箱１１の軸受を判定対象軸受とすると、判定対象軸受の温度と参照軸受温度との差は、以下の式２により算出される。
ΔＴ_１＝Ｔ_１−（Ｔ_２＋Ｔ_３＋Ｔ_４）／３ ・・・・・（式２）
個別指標値算出部７１は、上記の式２により判定対象軸受の温度と参照軸受温度との差ΔＴ_１を算出し、これを個別指標値とする。

なお、４つの軸受温度Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４、走行速度Ｖ、および雰囲気温度Ｔａは、時系列データであり、それぞれ、時刻ｔ_０から時刻ｔ_Ｎまでの複数個（例えば（Ｎ＋１）個）のデータが存在する。本実施形態では、個別指標値算出部７１は、各時刻の判定対象軸受の温度と参照軸受温度との差ΔＴ_１（ｔ_０）〜ΔＴ_１（ｔ_Ｎ）を算出し、その中で最大のものを、個別指標値とする。つまり、個別指標値算出部７１は、所定の期間（時刻ｔ_０から時刻ｔ_Ｎまでの間）内における各時刻のデータごとに算出した判定対象軸受の温度と参照軸受温度との差の中の最大値を、個別指標値とする。

（個別判定）
次に、診断部６３の個別判定部７２が、個別指標値の発生頻度Ａを導出する（ステップＳ２）。具体的には、記憶部６２には、過去に４つの軸受が正常である状態で鉄道車両を走行させたときの個別指標値ΔＴとその発生頻度Ａとの互いの対応関係が記憶されている。図６（Ａ）および（Ｂ）は、それぞれ特定の走行速度Ｖおよび雰囲気温度Ｔａにおける個別指標値ΔＴとその発生頻度Ａの運用実績を示す分布（正常分布）の例である。このように、記憶部６２には、走行速度Ｖおよび雰囲気温度Ｔａに応じた個別指標値ΔＴとその発生頻度Ａとの対応関係が記憶されている。個別判定部７２は、記憶部６２に記憶された対応関係を用いて、走行速度Ｖ、雰囲気温度Ｔａおよび個別指標値ΔＴから、個別指標値ΔＴの発生頻度Ａを導出する。

なお、個別判定部７２は、個別指標値の算出に用いたデータの時刻と同じ時刻の走行速度および雰囲気温度のデータを用いて、発生頻度Ａを導出する。例えば、個別指標値算出部７１が時刻ｔ_ｉにおける判定対象軸受の温度と参照軸受温度との差を、個別指標値としたとする。言い換えれば、各時刻の判定対象軸受の温度と参照軸受温度との差ΔＴ（ｔ_０）〜ΔＴ（ｔ_Ｎ）の中で、時刻ｔ_ｉのデータを用いて算出したΔＴ（ｔ_ｉ）が最大であったとする。この場合、個別判定部７２は、時刻ｔ_ｉにおける走行速度Ｖ（ｔ_ｉ）、雰囲気温度Ｔａ（ｔ_ｉ）および個別指標値ΔＴ（ｔ_ｉ）から、個別指標値ΔＴ（ｔ_ｉ）の発生頻度Ａを導出する。

その後、個別判定部７２は、発生頻度Ａが個別判定用閾値Ａ_ＴＨ以上であるか否かを判定する（ステップＳ３）。個別判定部７２は、発生頻度Ａが所定の個別判定用閾値Ａ_ＴＨ以上である場合に（ステップＳ３：ＹＥＳ）、判定対象軸受に異常が発生していないと判定する（ステップＳ４）。また、個別判定部７２は、発生頻度Ａが所定の個別判定用閾値Ａ_ＴＨ未満である場合に（ステップＳ３：ＮＯ）、判定対象軸受に異常が発生したと判定する（ステップＳ５）。

こうして、判定対象軸受に異常が発生しているか否かが判定される。図５では省略するが、診断処理では、以上のステップＳ１〜Ｓ５を、台車３Ｆが有する４つ全ての軸受について実行する。すなわち、４つ全ての軸受について、個別に異常が発生しているか否かが判定される。

（全体指標値の算出）
次に、診断部６３の全体指標値算出部７３が、４つの軸受の温度の平均値と所定の基準値との差を、全体指標値として算出する。

具体的には、全体指標値の算出には、時刻ｔ_０から時刻ｔ_Ｎまでに計測された４つの軸受温度Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４と、時刻ｔ_０から時刻ｔ_Ｎまでに計測された走行速度Ｖおよび雰囲気温度Ｔａとが用いられる。

全体指標値を算出するに先立ち、まず全体指標値算出部７３は、時刻ｔ_０から時刻ｔ_Ｎまでの間のある時刻ｔに計測された４つの軸受温度Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４の平均値Ｔ_ＡＶＥ（ｔ）を、下記の式３により算出する（ステップＳ６）。
Ｔ_ＡＶＥ（ｔ）＝（Ｔ_１（ｔ）＋Ｔ_２（ｔ）＋Ｔ_３（ｔ）＋Ｔ_４（ｔ））／４
・・・・（式３）

こうして得られる４つの軸受の平均温度の実際値の時間的推移を、図７（Ａ）に示す。

また、全体指標値算出部７３は、所定の時系列モデルを用いて、４つの軸受温度Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４の平均値を推定する（ステップＳ７）。より詳しくは、全体指標値算出部７３は、初期温度としての時刻ｔ_０における４つの軸受の平均温度Ｔ_ＡＶＥと、時刻ｔ_０から時刻ｔ_Ｎまでに計測された走行速度Ｖおよび雰囲気温度Ｔａとから、所定の時系列モデルを用いて、初期温度がどのように推移するかを予測する。全体指標値算出部７３により所定の時系列モデルを用いて得られた４つの軸受の平均温度の推定値Ｔ_Ｅの時間的推移を、図７（Ｂ）に示す。

なお、全体指標値算出部７３が使用する時系列モデルは、過去の４つの軸受の平均温度Ｔ_ＡＶＥ、鉄道車両１の走行速度Ｖ、および雰囲気温度Ｔａの過去の時系列データ（運用実績）から、事前に時系列分析を行い作成される。本実施形態では、時刻ｔ_ｎ−１における４つの軸受の平均温度、鉄道車両１の走行速度および雰囲気温度から、時刻ｔ_ｎ−１より一定時間先である時刻ｔ_ｎにおける４つの軸受の平均温度を推定する時系列モデルとして作成される。時系列モデルとしては、公知の自己回帰モデルなどが用いられ得る。

例えば全体指標値算出部７３が所定の時系列モデルを用いて推定した、時刻ｔにおける４つの軸受温度Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４の平均値を、推定値Ｔ_Ｅ（ｔ）のように表すとする。例えば全体指標値算出部７３は、初期時刻ｔ_０より一定時間先の時刻ｔ_１における４つの軸受の平均温度の推定値Ｔ_Ｅ（ｔ_１）を、時刻ｔ_０における実際の４つの軸受温度Ｔ１〜Ｔ４の平均温度である実際値Ｔ_ＡＶＥ（ｔ_０）と、時刻ｔ_０における走行速度Ｖ（ｔ_０）および雰囲気温度Ｔａ（ｔ_０）とを時系列モデルに入力することにより出力する。また、例えば全体指標値算出部７３は、初期時刻ｔ_１より一定時間先の時刻ｔ_２における４つの軸受の平均温度Ｔ_Ｅ（ｔ_２）を、時刻ｔ_１における平均温度推定値Ｔ_Ｅ（ｔ_１）と、時刻ｔ_１における走行速度Ｖ（ｔ_１）および雰囲気温度Ｔａ（ｔ_１）とを時系列モデルに入力することにより出力する。こうして、全体指標値算出部７３は、時刻ｔ_１から時刻ｔ_Ｎまでの平均温度推定値Ｔ_Ｅを順次計算する。

次に、全体指標値算出部７３は、ある時刻の推定値を基準値として設定し、受信部６１で受信された温度データに基づき算出したある時刻の４つの軸受温度の平均値（実際値）Ｔ_ＡＶＥと、ある時刻の推定値Ｔ_Ｅとの差を、全体指標値とする（ステップＳ８）。

本実施形態では、全体指標値算出部７３は、所定の期間（時刻ｔ_０から時刻ｔ_Ｎまでの間）内における各時刻のデータごとに算出した平均温度の実際値Ｔ_ＡＶＥと平均温度推定値Ｔ_Ｅとの差の中で最大のものを、全体指標値とする。例えば、全体指標値算出部７３は、時刻ｔ_０から時刻ｔ_Ｎまでの間の各時刻のデータごとに算出した平均温度の実際値Ｔ_ＡＶＥと平均温度推定値Ｔ_Ｅとの差の中で、時刻ｔ_ｎのデータを用いて算出したものが最大であった場合、実際値Ｔ_ＡＶＥ（ｔ_ｎ）と推定値Ｔ_Ｅ（ｔ_ｎ）との差を全体指標値とする。

（全体判定）
次に、診断部６３の全体判定部７４が、全体指標値に基づき、４つの軸受に同時に異常が発生したか否かを判定する（ステップＳ９）。具体的には、全体判定部７４は、全体指標値が所定の全体判定用閾値未満である場合に（ステップＳ９：ＹＥＳ）、４つの軸受に同時に異常が発生していないと判定し（ステップＳ１０）、全体指標値が所定の全体判定用閾値以上である場合に（ステップＳ９：ＮＯ）、４つの軸受に同時に異常が発生したと判定する（ステップＳ１１：ＮＯ）。

こうして、台車３Ｆについて、４つの軸受に同時に異常が発生しているか否かが判定し、診断部６３は診断処理を終了する。以上、診断部６３が台車３Ｆの４つの軸受について診断処理を実行する例が説明されたが、診断部６３は、台車３Ｒの４つの軸受についても同様に診断処理を実行する。

以上に説明したように、本実施形態の軸受監視システム１００によれば、個別判定部７２が、判定対象軸受の温度と判定対象軸受以外の軸受を含む１つ又は複数の軸受の温度を用いて導出した参照軸受温度との差である個別指標値に基づき、判定対象軸受に異常が発生したか否かを判定する。このため、異常が発生した軸受を迅速に特定することができる。ただし、個別判定部７２の判定では、判定対象軸受の温度と参照軸受温度とが共に温度上昇した場合、個別指標値の変化がないまたは小さいため、軸受異常の発生を見逃すおそれがある。しかし、本実施形態では、個別判定部７２による判定だけでなく、全体判定部７４が、４つの軸受に同時に異常が発生したか否かを判定する。このため、判定対象軸受の温度と参照軸受温度とが共に温度上昇した場合に、確実に軸受異常の発生を検知することができる。

このように、本実施形態では、個別指標値の大きさおよび全体指標値の大きさに関係なく、個別判定と全体判定の双方を実行する。言い換えれば、本実施形態では、個別判定と全体判定の一方の判定結果に関係なく、他方の判定を実行する。従って、鉄道車両１における軸受異常の見逃しを抑制しつつ、異常が発生した軸受を早期に特定することができる。

また、本実施形態では、個別判定部７２は、鉄道車両１の走行速度Ｖおよび鉄道車両１の外部の温度である雰囲気温度Ｔａと、個別指標値算出部７１により算出された個別指標値と、記憶部６２に記憶された対応関係とに基づき、個別指標値の発生頻度を導出する。過去の運用実績、すなわち、過去に４つの軸受が正常である状態で鉄道車両を走行させたときの走行速度および雰囲気温度に応じた個別指標値と発生頻度との関係から、個別指標値ΔＴが発生する発生頻度Ａを導出する。これにより、走行速度Ｖおよび雰囲気温度Ｔａの影響を排除して、判定対象軸受に異常が発生したと判定できる。

また、本実施形態では、全体指標値算出部７３が、４つの軸受の所定の初期時刻ｔ_０の温度である初期温度と、初期時刻ｔ_０から現時刻ｔ_Ｎまでに計測された走行速度Ｖおよび雰囲気温度Ｔａとから、所定の時系列モデルを用いて、初期時刻ｔ_０から現時刻ｔ_Ｎまでの４つの軸受の温度の平均値の推定値Ｔ_Ｅを導出する。このため、４つの軸受の温度の平均値の推定値Ｔ_Ｅが、走行速度Ｖおよび雰囲気温度Ｔａを考慮した値であるため、走行速度Ｖおよび雰囲気温度Ｔａの影響を排除して、４つの軸受に同時に異常であると判定できる。

（変形例）
上記実施形態では、診断部６３は、１台車が備える４つの軸受のいずれに異常が発生しているか否かを判定する個別判定と、１台車が備える４つの軸受に同時に異常が発生しているか否かを判定する全体判定とを実行するものであった。診断部６３は、このような二段階の判定に加え、１台車が備える４つの軸受のいずれかに異常が発生しているか否かを判定する粗判定を実行してもよい。

図８は、図５に示した診断処理の前に実施され得る粗判定処理のフローチャートである。粗判定処理のステップＴ１〜Ｔ５は、上記実施形態のステップＳ１，Ｓ２，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８とそれぞれ同じであるため、簡単に説明し詳細な説明を省略する。

すなわち、粗判定処理では、まず個別指標値算出部７１が、判定対象軸受の温度と参照軸受温度との差を、個別指標値ΔＴとして算出する（ステップＴ１）。次に、個別判定部７２が、個別指標値の発生頻度Ａを導出する（ステップＴ２）。次に、全体指標値算出部７３は、時刻ｔ_０から時刻ｔ_Ｎまでの各時刻ｔに計測された４つの軸受温度Ｔ_１，Ｔ_２，Ｔ_３，Ｔ_４の平均温度Ｔ_ＡＶＥ（ｔ）を算出する（ステップＴ３）。全体指標値算出部７３は、所定の時系列モデルを用いて、４つの軸受の平均温度を推定する（ステップＴ４）。全体指標値算出部７３は、ある時刻の推定値を基準値として設定し、受信器で受信された温度データに基づき算出したある時刻の４つの軸受温度の平均値の実測値Ｔ_ＡＶＥ（ｔ_ｎ）と、ある時刻の推定値Ｔ_Ｅ（ｔ_ｎ）との差を、全体指標値とする（ステップＴ５）。

次に診断部６３は、ステップＴ５で算出した全体指標値について、その発生頻度Ｂを導出する（ステップＴ６）。全体指標値の発生頻度Ｂは、個別指標値の発生頻度Ａの導出と同様の方法で導出される。つまり、記憶部６２には、過去に４つの軸受が正常である状態で鉄道車両を走行させたときの、走行速度Ｖおよび雰囲気温度Ｔａに応じた全体指標値とその発生頻度Ｂとの互いの対応関係が記憶されており、診断部６３は、記憶部６２に記憶された対応関係を用いて、走行速度Ｖ、雰囲気温度Ｔａおよび全体指標値から、全体指標値の発生頻度Ｂを導出する。

次に診断部６３は、ステップＴ２で導出した個別指標値の発生頻度ＡとステップＴ５で導出した全体指標値の発生頻度Ｂとの和Ｃが所定の粗判定用閾値Ｃ_ＴＨ以上であるか否かを判定する（ステップＴ７）。診断部６３は、発生頻度の和Ｃが所定の粗判定用閾値Ｃ_ＴＨ以上である場合に（ステップＴ７：ＹＥＳ）、４つの軸受のいずれにも異常が発生していないと判定する（ステップＴ８）。また、診断部６３は、発生頻度の和Ｃが所定の粗判定用閾値Ｃ_ＴＨ未満である場合に（ステップＴ８：ＮＯ）、４つの軸受のいずれかに異常が発生していると判定する（ステップＴ９）。

このように、粗判定処理では、１台車が備える４つの軸受のいずれかに異常が発生しているか否かを判定する。診断部６３は、粗判定処理の結果、４つの軸受のいずれかに異常が発生していると判定した場合にのみ、上記実施形態で示した診断処理を実行してもよい。すなわち、診断部６３は、４つの軸受のいずれにも異常が発生していないと判定した場合には、上記実施形態で示した診断処理を実行しなくてもよい。

（その他の実施形態）
なお、本発明は前述した実施形態および変形例に限定されるものではなく、その構成を変更、追加、又は削除することができる。

例えば、加速度センサ５１はデータ処理装置５０に内蔵されていなくてもよく、データ処理装置５０の外部に設けられていてもよい。また、データ処理装置５０は、受信部６１で鉄道車両１の加速度を受信しなくてもよく、上述したように鉄道車両１の走行速度のデータを外部（例えば速度発電機などの速度センサ）から受信部６１で受信して記憶部６２に保存してもよい。

また、上記実施形態では、個別判定を実行した後に全体判定を実行する診断処理が説明されたが、全体判定を実行した後に個別判定を実行してもよい。また、上記実施形態では、診断処理の一例として、鉄道車両１が駅に停車するたびに診断部６３が診断処理を実行することが説明されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、診断部６３は、予め設定した時間おきに（例えば１分おきなど）、その設定時間内に記憶部６２に保存したデータに基づき、台車の４つの軸受について診断処理を実行してもよい。

また、上記実施形態では、参照軸受温度は、４つの軸受のうちの判定対象軸受以外の３つの軸受の温度の平均値で示されたが、参照軸受温度は、これに限定されない。例えば、参照軸受温度は、４つの軸受の温度の平均値であってもよいし、４つの軸受の温度の中で二番目に高い温度と三番目に高い温度の平均値であってもよい。

また、上記実施形態では、個別判定部７２が、個別指標値の発生頻度Ａを導出するとともに、導出した発生頻度Ａが個別判定用閾値以上であるか否かを判定したが、個別判定部７２による判定方法は、これに限定されない。例えば、個別判定部７２は、個別指標値が所定の閾値を超えたか否かを判定し、個別指標値が所定の閾値を超えた場合に対象軸受に異常が発生したと判定し、個別指標値が所定の閾値を超えていない場合に対象軸受に異常が発生していないと判定してもよい。この場合、個別判定部７２は、個別指標値の発生頻度Ａを導出しなくてもよい。

また、上記実施形態では、全体指標値算出部７３は、所定の時系列モデルを用いて、４つの軸受温度の平均値を推定し、ある時刻の推定値を基準値として設定したが、本発明はこれに限定されない。例えば、全体指標値算出部７３は、所定の時系列モデルにより推定した値を基準値として用いなくてもよく、過去の運用実績を参照して予め定めた所定の値を基準値として設定してもよい。

加速度センサは、データ処理装置ごとに設けたが、列車編成に１つ加速度センサを設けて、各データ処理装置が当該加速度センサで検出した加速度情報を共用してもよい。雰囲気温度センサは、データ処理装置の筐体に収容されてもよい。雰囲気温度センサは、データ処理装置の筐体内でデータ処理ユニットの下方に配置されてもよい。診断部６３は、データ処理装置に設けられずに車両の外部（例えば、遠隔地）に設けられて、データ処理装置と通信するように構成されてもよい。

１ ：鉄道車両
２ ：車体
３Ｆ，３Ｒ ：台車
２１〜２４ ：軸受温度センサ
３１〜３４ ：無線送信機
４１Ｆ，４１Ｒ：無線受信機
４２ ：雰囲気温度センサ
５０ ：データ処理装置
５１ ：加速度センサ
６１ ：受信部（受信器）
６２ ：記憶部（記憶器）
６３ ：診断部（診断器）
７１ ：個別指標値算出部
７２ ：個別判定部
７３ ：全体指標値算出部
７４ ：全体判定部
１００ ：軸受監視システム

Claims (5)

1. 台車の４つの軸受の異常を検知する鉄道車両の軸受監視システムであって、
   前記４つの軸受の温度データを受信する受信器と、
   前記受信器で受信された温度データに基づき、前記４つの軸受の異常を検知する診断器と、を備え、
   前記診断器は、
   前記４つの軸受のうちの１つである判定対象軸受の温度と、前記４つの軸受のうち、前記判定対象軸受以外の軸受を含む１つ又は複数の軸受の温度を用いて導出した参照軸受温度との差を、個別指標値として算出する個別指標値算出部と、
   前記個別指標値に基づき、前記判定対象軸受に異常が発生したか否かを判定する個別判定部と、
   前記４つの軸受の温度の平均値と所定の基準値との差を、全体指標値として算出する全体指標値算出部と、
   前記全体指標値に基づき、前記４つの軸受に同時に異常が発生したか否かを判定する全体判定部と、を含む、鉄道車両の軸受監視システム。
2. 前記参照軸受温度は、前記４つの軸受のうちの前記判定対象軸受以外の３つの軸受の温度の平均値である、請求項１に記載の鉄道車両の軸受監視システム。
3. 過去に前記４つの軸受が正常である状態で前記鉄道車両を走行させたときの前記個別指標値と、前記個別指標値の発生頻度との対応関係であって、前記鉄道車両の走行速度および雰囲気温度に応じた対応関係を記憶する記憶器を備え、
   前記個別判定部は、
   前記鉄道車両の走行速度および雰囲気温度と、前記個別指標値算出部により算出された前記個別指標値と、前記記憶器に記憶された前記対応関係とに基づき、前記算出された個別指標値の発生頻度を導出し、
   前記発生頻度が所定の個別判定用閾値未満である場合に、前記判定対象軸受に異常が発生したと判定する、請求項１または２に記載の鉄道車両の軸受監視システム。
4. 前記全体指標値算出部は、
   前記４つの軸受の所定の初期時刻の温度である初期温度と、前記初期時刻から現時刻までに計測された前記走行速度および前記雰囲気温度とから、所定の時系列モデルを用いて、前記初期時刻から現時刻までの前記４つの軸受の温度の平均値の推定値を導出するとともに、ある時刻の前記推定値を前記基準値として設定し、
   前記受信器で受信された温度データに基づき算出した前記ある時刻の前記４つの軸受の温度の平均値の実測値と、前記ある時刻の前記推定値との差を、前記全体指標値とし、
   前記全体判定部は、
   前記全体指標値が所定の全体判定用閾値未満である場合に、前記４つの軸受に同時に異常が発生したと判定する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の鉄道車両の軸受監視システム。
5. 台車の４つの軸受の異常を検知する鉄道車両の軸受診断方法であって、
   前記４つの軸受のうちの１つである判定対象軸受の温度と、前記４つの軸受のうち、前記判定対象軸受以外の軸受を含む１つ又は複数の軸受の温度を用いて導出した参照軸受温度との差を、個別指標値として算出する個別指標値算出工程と、
   前記個別指標値に基づき、前記判定対象軸受に異常が発生したか否かを判定する個別判定工程と、
   前記４つの軸受の温度の平均値と所定の基準値との差を、全体指標値として算出する全体指標値算出工程と、
   前記全体指標値に基づき、前記４つの軸受に同時に異常が発生したか否かを判定する全体判定工程と、を含む、鉄道車両の軸受診断方法。

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