JP2022175785A - 振動判定システム、振動判定方法、および振動判定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】レールの継ぎ目に起因する振動を判定することができる振動判定システムを得ること。【解決手段】振動判定システム１は、振動情報取得部１０と、特定振動判定部１１とを備える。振動情報取得部１０は、複数の単位レール６１，６２，６３，６４のうち互いに異なる単位レールに配置された複数の振動センサ２１，２２，２３，２４によって検出される振動の情報を取得する。特定振動判定部１１は、振動情報取得部１０によって取得された複数の振動センサ２１，２２，２３，２４によって検出される振動の情報を比較した結果である比較結果に基づいて、単位レール間の継ぎ目８１，８２に起因する振動である特定振動を判定する。【選択図】図３

Description

本開示は、レールの継ぎ目に起因する振動を判定する振動判定システム、振動判定方法、および振動判定プログラムに関する。

走行中の鉄道車両がブレーキをかけて停止する際に、鉄道車両の車輪に作用するブレーキが過大になると、車輪の回転が停止されたまま滑走し、車輪のうちレールに接触する面である踏面が摩耗して平面状に削られ、車輪の踏面にフラットと呼ばれる偏摩耗が生じる。車輪の踏面にフラットが生じると、鉄道車両に振動または騒音などが発生して乗り心地が悪くなったり、鉄道沿線の環境が悪化したりするなどの問題が生じる。

フラットが生じた車輪の特定は、車両工場において作業員の目視または触手による点検で行われることが多く、そのため、保安コストがかかっている。また、停車中の鉄道車両において、車輪の一部分は目視できない位置にあり、停車中の鉄道車両を点検することでは、フラットを発見できない場合がある。

そこで、特許文献１には、レールに振動センサを取り付け、振動センサによって検出される振動が予め定められた基準値を超える場合に、車輪にフラットが存在すると判定する技術が提案されている。

特開昭５８－１１２８７３号公報

しかしながら、振動センサによって検出される振動には、フラットに起因する振動に加えて、車輪がレールの継ぎ目を通過する際に生じる振動が含まれる。レールの継ぎ目に起因する振動は、フラットに起因する振動よりも大きい場合が多いことから、上記特許文献１に記載の技術では、レールの継ぎ目に起因する振動を誤ってフラットに起因する振動として誤判定する可能性がある。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、レールの継ぎ目に起因する振動を判定することができる振動判定システムを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の振動判定システムは、振動情報取得部と、特定振動判定部とを備える。振動情報取得部は、複数の単位レールのうち互いに異なる単位レールに配置された複数の振動センサによって検出される振動の情報を取得する。特定振動判定部は、振動情報取得部によって取得された複数の振動センサによって検出される振動の情報を比較した結果である比較結果に基づいて、単位レール間の継ぎ目に起因する振動である特定振動を判定する。

本開示によれば、レールの継ぎ目に起因する振動を判定することができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる振動判定方法の一例を説明するための図 実施の形態１にかかる振動判定方法の他の例を説明するための図 実施の形態１にかかる振動判定システムの構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる特定振動判定部の構成の一例を示す図 実施の形態１にかかる特定振動判定部によって特定振動候補の出現パターンと比較される特定パターンを説明するための図 実施の形態１にかかる振動判定システムの構成の他の例を示す図 実施の形態１にかかる振動判定システムの構成のさらに他の例を示す図 実施の形態１にかかる振動判定システムの処理部による処理の一例を示すフローチャート 実施の形態１にかかる振動判定システムの処理部のハードウェア構成の一例を示す図

以下に、実施の形態にかかる振動判定システム、振動判定方法、および振動判定プログラムを図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる振動判定方法の一例を説明するための図である。図１では、レールを走行する不図示の鉄道車両の車輪と、レールの振動を検出する複数の振動センサとが示されている。レールは、複数の単位レールで構成されており、鉄道車両の走行方向で隣接する単位レール間には継ぎ目が形成される。なお、レールを走行する鉄道車両の車輪の踏面には、フラットが生じている箇所が含まれているとする。また、以下において、単位レール間の継ぎ目をレール継ぎ目と記載する場合がある。

鉄道車両の車輪の踏面にフラットが生じている場合、フラットが生じている箇所がレールに接触すると衝撃波がレールに生じる。また、レール継ぎ目を鉄道車両の車輪が通過する際にも、衝撃波がレールに生じる。そのため、鉄道車両の車輪にフラットが生じている場合、各振動センサによって検出される振動には、フラットに起因する振動とレール継ぎ目に起因する振動とが含まれる。鉄道車両の車輪にフラットが生じているかどうかを判定するためには、フラットに起因する振動とレール継ぎ目に起因する振動とを区別する必要がある。

そこで、実施の形態１にかかる振動判定方法では、複数の振動センサを異なる単位レールに配置し、これら複数の振動センサによって検出される振動の情報を比較し、比較した結果に基づいて、レール継ぎ目に起因する振動を判定する。レール継ぎ目による振動はレール継ぎ目を介して対向する２つの単位レールの各々に生じ、例えば、２つの振動センサがレール継ぎ目から同じ距離に配置されていれば、２つの振動センサにおいてレール継ぎ目に起因する振動が同時期に検出される。

そのため、実施の形態１にかかる振動判定方法では、２つの振動センサによって検出される振動の情報を比較し、同時期に検出された振動があれば、かかる振動をレール継ぎ目に起因する振動として判定する。これにより、例えば、振動センサによって検出される振動の情報からレール継ぎ目に起因する振動の情報を除外することで、フラットに起因する振動を容易に判定することができる。

図２は、実施の形態１にかかる振動判定方法の他の例を説明するための図である。図２では、鉄道車両の走行方向と直交する方向で互いに対向する一対の単位レールのうち互いに異なる単位レールに２つの振動センサが配置されている。レール継ぎ目による振動は一対の単位レールの各々に生じ、例えば、２つの振動センサがレール継ぎ目から同じ距離に配置されていれば、２つの振動センサにおいてレール継ぎ目に起因する振動が同時期に検出される。これは、鉄道車両における左右の車輪が、鉄道車両の走行方向に対して線対称の位置に配置されるためである。

したがって、図２において、２つの振動センサによって検出される振動の情報を比較し、同時期に検出された振動があれば、かかる振動をレール継ぎ目に起因する振動として判定することができる。これにより、例えば、振動センサによって検出される振動からレール継ぎ目に起因する振動の情報を除外することで、フラットに起因する振動を容易に判定することができる。

以下、本振動判定方法を適用した振動判定システムの構成および処理について具体的に説明する。図３は、実施の形態１にかかる振動判定システムの構成の一例を示す図である。図３に示すように、振動判定システム１は、振動センサ２_１，２_２，２_３，２_４と、車輪センサ３_１，３_２と、処理部５とを備える。

振動センサ２_１，２_２，２_３，２_４は、不図示の鉄道車両が走行するレール７に取り付けられ、レール７に生じる振動を検出する。レール７は、単位レール６_１，６_２，６_３，６_４を含む複数の単位レールによって形成される。以下において、単位レール６_１，６_２，６_３，６_４の各々を個別に区別せずに示す場合、単位レール６と記載する場合がある。

単位レール６_１と単位レール６_２とは、不図示の鉄道車両の走行方向で継ぎ合わされており、単位レール６_１と単位レール６_２との間には、継ぎ目８_１が形成されている。また、単位レール６_３と単位レール６_４とは、不図示の鉄道車両の走行方向で継ぎ合わされており、単位レール６_３と単位レール６_４との間には、継ぎ目８_２が形成されている。以下において、継ぎ目８_１，８_２の各々を個別に区別せずに示す場合、継ぎ目８と記載する場合がある。

また、単位レール６_１，６_３は、不図示の鉄道車両の走行方向と直交する方向で対向し、単位レール６_２，６_４は、不図示の鉄道車両の走行方向と直交する方向で対向している。

振動センサ２_１は、単位レール６_１に取り付けられ、単位レール６_１に生じる振動を検出し、検出した振動の情報を示す出力信号を出力する。振動センサ２_２は、単位レール６_２に取り付けられ、単位レール６_２に生じる振動を検出し、検出した振動の情報を示す出力信号を出力する。

振動センサ２_３は、単位レール６_３に取り付けられ、単位レール６_３に生じる振動を検出し、検出した振動の情報を示す出力信号を出力する。振動センサ２_４は、単位レール６_４に取り付けられ、単位レール６_４に生じる振動を検出し、検出した振動の情報を示す出力信号を出力する。

継ぎ目８_１から振動センサ２_１までの距離と継ぎ目８_２から振動センサ２_３までの距離とは同じ距離Ｄ２である。また、継ぎ目８_１から振動センサ２_２までの距離と継ぎ目８_２から振動センサ２_４までの距離とは同じ距離Ｄ３である。そして、距離Ｄ２と距離Ｄ３とは等しい。

レール７は、例えば、車両工場入区線のレールであり、振動判定システム１は、鉄道車両が車両工場に入場する際にフラットの検出を行うことができる。なお、レール７は、車両工場入区線のレール以外のレールであってもよい。また、レール７を構成する単位レール６の長さは、例えば、２４．５メートルであり、この場合、継ぎ目８は、２４．５メートル間隔で配置される。

振動センサ２_１，２_２，２_３，２_４は、加速度ピックアップであるが、例えば、レーザドップラ式の振動センサなどであってもよい。以下、振動センサ２_１，２_２，２_３，２_４の各々を個別に区別せずに示す場合、振動センサ２と記載する場合がある。振動センサ２の出力信号には、レール７に生じた振動の大きさの時間変化を示す情報が含まれる。

図３において、鉄道車両の走行方向における振動センサ２_１，２_３と振動センサ２_２，２_４との間の距離Ｄ１は、振動センサ２による振動の計測範囲が１．５ｍである場合、例えば、３ｍ以下である。例えば、鉄道車両の車輪における踏面の周長が２．８ｍの場合、距離Ｄ１は１．５ｍに設定される。なお、距離Ｄ１は、振動センサ２_１，２_２，２_３，２_４によって継ぎ目８に起因するレール７の振動およびフラットに起因するレール７の振動を精度よく検出することができる距離に設定されていればよく、１．５ｍに限定されない。

車輪センサ３_１，３_２の各々は、鉄道車両の走行方向と直交する方向を検出範囲とし、かかる検出範囲に鉄道車両の車輪が進入している場合に、鉄道車両の車輪を検出したことを示すオン信号を出力する。また、車輪センサ３_１，３_２の各々は、検出範囲に車輪が進入していない場合に、オン信号を出力しない。図３において、鉄道車両の走行方向における車輪センサ３_１と車輪センサ３_２との間の距離Ｄ４は、例えば、５ｍに設定される。以下、車輪センサ３_１，３_２の各々を個別に区別せずに示す場合、車輪センサ３と記載する場合がある。

処理部５は、振動センサ２_１，２_２，２_３，２_４の出力信号と、車輪センサ３_１，３_２の出力信号とに基づいて、鉄道車両における複数の車輪の各々のフラットの有無を判定する処理であるフラット判定処理を行う。

処理部５は、振動情報取得部１０と、特定振動判定部１１と、ノイズキャンセル部１２と、フラット判定部１３と、車輪情報取得部１４と、車輪特定部１５と、判定結果出力部１６とを備える。

振動情報取得部１０は、振動センサ２_１の出力信号を単位レール６_１の振動の情報として取得し、振動センサ２_２の出力信号を単位レール６_２の振動の情報として取得し、振動センサ２_３の出力信号を単位レール６_３の振動の情報として取得し、振動センサ２_４の出力信号を単位レール６_４の振動の情報として取得する。

特定振動判定部１１は、振動センサ２_１によって検出された単位レール６_１の振動の情報と振動センサ２_２によって検出された単位レール６_２の振動の情報とを比較し、かかる比較結果に基づいて、継ぎ目８_１に起因する振動である特定振動を判定する。

例えば、特定振動判定部１１は、振動センサ２_１の出力信号と振動センサ２_２の出力信号とを比較し、振動センサ２_１の出力信号の大きさと振動センサ２_２の出力信号の大きさが同時期に閾値以上になった場合、継ぎ目８_１に起因する振動である特定振動が発生したと判定する。特定振動判定部１１は、大きさが同時期に閾値以上になった期間を含む特定期間の振動センサ２_１の出力信号と振動センサ２_２の出力信号とを継ぎ目８_１に起因する振動の信号であると判定する。特定期間は、例えば、大きさが同時期に閾値以上になった期間の前後の予め定められた期間を含む。

また、特定振動判定部１１は、振動センサ２_３によって検出された単位レール６_３の振動の情報と振動センサ２_４によって検出された単位レール６_４の振動の情報とを比較し、かかる比較結果に基づいて、継ぎ目８_２に起因する振動である特定振動と判定する。

例えば、特定振動判定部１１は、振動センサ２_３の出力信号と振動センサ２_４の出力信号とを比較し、振動センサ２_３の出力信号の大きさと振動センサ２_４の出力信号の大きさが同時期に閾値以上になった場合、継ぎ目８_２に起因する振動である特定振動が発生したと判定する。特定振動判定部１１は、大きさが同時期に閾値以上になった期間を含む特定期間の振動センサ２_３の出力信号と振動センサ２_４の出力信号とを継ぎ目８_２に起因する振動の信号であると判定する。

また、特定振動判定部１１は、２つの振動センサ２の出力信号の比較処理に基づいて、特定振動の候補である特定振動候補を判定し、判定した特定振動候補の出現パターンが特定パターンである場合に、判定した特定振動候補を特定振動として判定することもできる。この場合、特定振動判定部１１による特定振動候補の判定方法は、上述した特定振動の判定方法と同様であり、特定振動判定部１１は、大きさが同時期に閾値以上になった期間を含む特定期間の２つの振動センサ２の出力信号を特定振動の信号であると判定する。

図４は、実施の形態１にかかる特定振動判定部の構成の一例を示す図である。図４に示すように、特定振動判定部１１は、検出部４１と、比較部４２と、判定部４３とを備える。検出部４１は、複数の振動センサ２によって検出される振動の情報を比較して、特定振動の候補である特定振動候補を検出する。例えば、検出部４１は、２つの振動センサ２の出力信号の大きさが同時期に閾値以上になった期間の信号を特定振動候補として判定する。

比較部４２は、検出部４１によって検出された特定振動候補の出現パターンと単位レール６のレール長と複数の単位レール６を走行する鉄道車両の車輪の間隔とに基づく特定パターンとを比較する。判定部４３は、比較部４２による比較結果に基づいて、特定振動を判定する。判定部４３は、特定振動候補の出現パターンと特定パターンとが一致する場合に、特定振動候補を特定振動として判定する。

図５は、実施の形態１にかかる特定振動判定部によって特定振動候補の出現パターンと比較される特定パターンを説明するための図である。図５に示す例では、単位レール６のレール長Ｌ４が２４．５ｍであり、列車を構成する各鉄道車両の台車５０間の距離Ｌ１が１３．８ｍであり、鉄道車両間の台車５０の距離Ｌ２が６．２ｍであり、各台車における車輪５１の間隔Ｌ３が２．１ｍである。

この場合、図５に示すように、鉄道車両の車輪５１のいずれかが、単位レール６の一端からの距離が２４．１ｍ，２２．１ｍ，２０．０ｍ，１７．９ｍ，１５．９ｍ，１３．８ｍ，１１．７ｍ，８．３ｍ，６．２ｍ，４．１ｍ，２．１ｍに各々位置する場合に、鉄道車両の車輪５１のいずれかが、単位レール６の一端側の継ぎ目８に位置する。

また、鉄道車両の車輪５１のいずれかが、単位レール６の他端からの距離が２４．１ｍ，２２．１ｍ，２０．０ｍ，１７．９ｍ，１５．９ｍ，１３．８ｍ，１１．７ｍ，８．３ｍ，６．２ｍ，４．１ｍ，２．１ｍに各々に位置する場合に、鉄道車両の車輪５１のいずれかが、単位レール６の他端側の継ぎ目８に位置する。

したがって、前の鉄道車両における最後部の車輪５１が単位レール６の一端側の継ぎ目８に位置してから次に鉄道車両の走行距離が０．４ｍ，２．１ｍ，２．４ｍ，４．１ｍ，４．５ｍ，６．２ｍ，６．６ｍ，８．３ｍ，８．６ｍ，１０．７ｍ，１１．７ｍ，１２．８ｍ，１３．８ｍ，１５．９ｍ，１６．２ｍ，１７．９ｍ，１８．２ｍ，２０．０ｍ，２０．４ｍ，２２．１ｍ，２２．４ｍ，２４．１ｍのところで、次に鉄道車両のいずれかの車輪５１が継ぎ目８に位置する。

そのため、継ぎ目８に起因する振動の出現パターンは、鉄道車両単位で規則性を持っており、かかる鉄道車両単位の規則性を特定振動候補の出現パターンとすることで、特定振動判定部１１は、特定振動を精度よく検出することができる。この出現パターンの各特定振動候補が発生する期間それぞれは、鉄道車両の構成、台車５０間の距離、車輪５１の間隔、単位レール長、および鉄道車両の速度から、一意に算出することができる。

ノイズキャンセル部１２は、特定振動判定部１１によって検出された継ぎ目８_１に起因する振動を振動センサ２_１，２_２の出力信号から除去し、継ぎ目８_１に起因する振動が除去された振動センサ２_１，２_２の出力信号を出力する。また、ノイズキャンセル部１２は、特定振動判定部１１によって検出された継ぎ目８_２に起因する振動を振動センサ２_３，２_４の出力信号から除去し、継ぎ目８_２に起因する振動が除去された振動センサ２_３，２_４の出力信号を出力する。

ノイズキャンセル部１２による継ぎ目８に起因する振動の除去は、特定振動判定部１１によって継ぎ目８に起因する振動が発生したと判定した期間の信号を振動センサ２の出力信号から除去することによって行われるが、かかる例に限定されない。

フラット判定部１３は、ノイズキャンセル部１２の出力に基づいて、レール７を走行する鉄道車両の車輪５１の踏面にフラットが生じているか否かを判定する。例えば、フラット判定部１３は、継ぎ目８_１に起因する振動が除去された振動センサ２_１，２_２の出力信号のうちの少なくとも一方の大きさが閾値以上である場合に、単位レール６_１，６_２上を回転する車輪５１にフラットが生じていると判定する。

また、フラット判定部１３は、継ぎ目８_２に起因する振動が除去された振動センサ２_３，２_４の出力信号のうちの少なくとも一方の大きさが閾値以上である場合に、単位レール６_３，６_４上を回転する車輪５１にフラットが生じていると判定する。

フラット判定部１３は、車輪５１にフラットが生じていると判定した場合、フラットに起因する振動が検出された時刻であるフラット検出時刻の情報を判定結果出力部１６へ出力する。

車輪情報取得部１４は、車輪センサ３_１，３_２の各々の出力信号を受信し、受信した車輪センサ３_１，３_２の各々の出力信号の情報を車輪特定部１５へ出力する。車輪特定部１５は、車輪センサ３_１，３_２の各々の出力信号に基づいて、車輪検出情報を生成し、生成した車輪検出情報を判定結果出力部１６へ出力する車輪検出機能を有する。

車輪検出情報には、車輪検出期間とカウント値とを対応付けた情報が車輪５１毎に含まれる。車輪検出期間は、例えば、各車輪センサ３_１，３_２がオン信号を出力した期間である。カウント値は、各車輪５１が車輪センサ３の検出範囲を通過する順番を示す。

判定結果出力部１６は、フラット検出時刻の情報と車輪検出情報とに基づいて、フラット検出時刻が含まれる車輪検出期間に対応付けられたカウント値を判定結果として出力する。これにより、振動判定システム１では、フラットの発生を車輪５１毎に検出することができる。

図６は、実施の形態１にかかる振動判定システムの構成の他の例を示す図である。図６に示す振動判定システム１は、振動センサ２_１，２_２，２_３，２_４の配置が図３に示す振動判定システム１と異なる。

図３に示す例では、振動センサ２_１，２_２，２_３，２_４は、互いに異なる単位レール６_１，６_２，６_３，６_４に取り付けられるが、図６に示す例では、振動センサ２_１，２_２は、互いに同じ単位レール６_２に取り付けられ、振動センサ２_３，２_４は、互いに同じ単位レール６_４に取り付けられている。継ぎ目８_１から振動センサ２_１までの距離は距離Ｄ２であり、継ぎ目８_２から振動センサ２_３までの距離は距離Ｄ３である。そして、距離Ｄ２と距離Ｄ３は等しい。

図６に示す例では、特定振動判定部１１は、振動センサ２_１によって検出された単位レール６_２の振動の情報と振動センサ２_３によって検出された単位レール６_４の振動の情報とを比較する。特定振動判定部１１は、単位レール６_２の振動の情報と単位レール６_４の振動の情報とを比較した結果に基づいて、継ぎ目８に起因する振動である特定振動を判定する。

例えば、特定振動判定部１１は、振動センサ２_１の出力信号と振動センサ２_３の出力信号とを比較し、振動センサ２_１の出力信号の大きさと振動センサ２_３の出力信号の大きさとが同時期に閾値以上になった場合、継ぎ目８に起因する振動である特定振動が発生したと判定する。特定振動判定部１１は、大きさが同時期に閾値以上になった期間を含む特定期間の振動センサ２_１の出力信号と振動センサ２_３の出力信号とを特定振動の信号であると判定する。

また、特定振動判定部１１は、振動センサ２_１，２_３の出力信号と振動センサ２_２，２_４の出力信号とに基づいて、継ぎ目８に起因する振動であるのか、単位レール６_２，６_４の図６における右側の不図示の継ぎ目に起因する振動であるのかを判定することができる。以下において、単位レール６_２，６_４の図６における右側の不図示の継ぎ目を反対側の継ぎ目と記載する。

例えば、特定振動判定部１１は、振動センサ２_１，２_３の出力信号の大きさが閾値以上になった後、距離Ｄ１を振動が伝搬する時間だけ遅れて振動センサ２_２，２_４の出力信号の大きさが閾値以上になった場合、継ぎ目８に起因する振動であると判定する。また、特定振動判定部１１は、振動センサ２_２，２_４の出力信号の大きさが閾値以上になった後、距離Ｄ１を振動が伝搬する時間だけ遅れて振動センサ２_１，２_３の出力信号の大きさが閾値以上になった場合、反対側の継ぎ目に起因する振動であると判定する。

また、図６に示す例では、ノイズキャンセル部１２は、特定振動判定部１１によって判定された継ぎ目８に起因する振動を振動センサ２_１，２_３の出力信号から除去し、継ぎ目８に起因する振動が除去された振動センサ２_１，２_３の出力信号を出力する。また、ノイズキャンセル部１２は、特定振動判定部１１によって継ぎ目８に起因する振動が発生したと判定された期間から距離Ｄ１を振動が伝搬する時間だけ遅い期間の信号を振動センサ２_２，２_４の出力信号から除去して出力する。

また、ノイズキャンセル部１２は、特定振動判定部１１によって判定された反対側の継ぎ目に起因する振動を振動センサ２_１，２_３の出力信号から除去し、反対側の継ぎ目に起因する振動が除去された振動センサ２_１，２_３の出力信号を出力する。また、ノイズキャンセル部１２は、特定振動判定部１１によって反対側の継ぎ目に起因する振動が発生したと判定された期間から距離Ｄ１を振動が伝搬する時間だけ早い期間の信号を振動センサ２_２，２_４の出力信号から除去して出力する。

図７は、実施の形態１にかかる振動判定システムの構成のさらに他の例を示す図である。図７に示す振動判定システム１は、さらに振動センサ２_５，２_６が配置される点で、図３に示す振動判定システム１と異なる。

図７に示す振動情報取得部１０は、振動センサ２_１，２_２，２_３，２_４の出力信号の情報を特定振動判定部１１へ出力し、振動センサ２_２，２_４，２_５，２_６の出力信号の情報をノイズキャンセル部１２へ出力する。図７に示す特定振動判定部１１は、図３に示す特定振動判定部１１と同様の処理によって、継ぎ目８_１に起因する振動と継ぎ目８_２に起因する振動とを判定する。

図７に示すノイズキャンセル部１２は、特定振動判定部１１によって検出された継ぎ目８_１に起因する振動を振動センサ２_２の出力信号から除去し、継ぎ目８_１に起因する振動が除去された振動センサ２_２の出力信号を出力する。また、図７に示すノイズキャンセル部１２は、特定振動判定部１１によって検出された継ぎ目８_２に起因する振動を振動センサ２_４の出力信号から除去し、継ぎ目８_２に起因する振動が除去された振動センサ２_４の出力信号を出力する。

また、図７に示すノイズキャンセル部１２は、特定振動判定部１１によって継ぎ目８_１に起因する振動が発生したと判定された期間から距離Ｄ１を振動が伝搬する時間だけ遅い期間の信号を振動センサ２_５の出力信号から除去して出力し、特定振動判定部１１によって継ぎ目８_２に起因する振動が発生したと判定された期間から距離Ｄ１を振動が伝搬する時間だけ遅い期間の信号を振動センサ２_６の出力信号から除去して出力する。

図７に示すフラット判定部１３は、例えば、継ぎ目８_１に起因する振動が除去された振動センサ２_２，２_５の出力信号のうちの少なくとも一方の大きさが閾値以上である場合に、単位レール６_１，６_２上を回転する車輪５１にフラットが生じていると判定する。

また、図７に示すフラット判定部１３は、例えば、継ぎ目８_２に起因する振動が除去された振動センサ２_４，２_６の出力信号のうちの少なくとも一方の大きさが閾値以上である場合に、単位レール６_３，６_４上を回転する車輪５１にフラットが生じていると判定する。

上述した例では、距離Ｄ２と距離Ｄ３とが等しい例を説明したが、距離Ｄ２と距離Ｄ３とは異なっていてもよい。この場合、２つの振動センサ２において継ぎ目８に起因する振動が継ぎ目８からの位置のずれに応じた時間だけずれて検出される。

例えば、距離Ｄ２と距離Ｄ３とが異なる場合、図３に示す２つの振動センサ２_１，２_２において継ぎ目８_１に起因する振動が継ぎ目８_１からの位置のずれに応じた時間だけずれて互いに検出される。この場合、特定振動判定部１１は、２つの振動センサ２_１，２_２によって検出される振動の情報を継ぎ目８_１からの位置のずれに応じた時間だけずらして比較することで、特定振動を判定することができる。

特定振動判定部１１は、例えば、振動センサ２_１，２_２の配置が図３に示す配置であり、Ｄ２＞Ｄ３であり、Δｄ＝Ｄ２－Ｄ３である場合、距離差Δｄを振動が伝搬する時間だけ振動センサ２_１の出力信号をシフトして振動センサ２_２の出力信号と比較することで、特定振動を判定することができる。また、特定振動判定部１１は、振動センサ２_１，２_２の配置が図３に示す配置であり、Ｄ３＞Ｄ２であり、Δｄ＝Ｄ３－Ｄ２である場合、距離差Δｄを振動が伝搬する時間だけ振動センサ２_２の出力信号をシフトして振動センサ２_１の出力信号と比較することで、特定振動を判定することができる。

同様に、距離Ｄ２と距離Ｄ３とが異なる場合、図３に示す２つの振動センサ２_３，２_４において継ぎ目８_２に起因する振動が継ぎ目８_２からの位置のずれに応じた時間だけずれて互いに検出される。この場合、特定振動判定部１１は、２つの振動センサ２_３，２_４によって検出される振動の情報を継ぎ目８_２からの位置のずれに応じた時間だけずらして比較することで、特定振動を判定することができる。

また、振動センサ２_１，２_３の配置が図６に示す配置である場合に、距離Ｄ２と距離Ｄ３とが異なる場合、図６に示す２つの振動センサ２_１，２_３において継ぎ目８に起因する振動が継ぎ目８からの位置のずれに応じた時間だけずれて互いに検出される。この場合、特定振動判定部１１は、２つの振動センサ２_１，２_３によって検出される振動の情報を継ぎ目８からの位置のずれに応じた時間だけずらして比較することで、特定振動を判定することができる。

上述した車輪特定部１５は、車輪検出機能に加え、車輪センサ３_１，３_２間の距離Ｄ４を、車輪センサ３_１がオン信号を出力した時刻と車輪センサ３_２がオン信号を出力した時刻との時間差ＴＢで除算することによって、各車輪５１の速度を検出する速度検出機能を有していてもよい。

なお、振動センサ２の数および配置は上述した例に限定されない。例えば、図３に示す振動判定システム１において、フラットが生じている車輪５１を特定する必要がない場合、振動センサ２_３、車輪センサ３_１，３_２、車輪情報取得部１４、車輪特定部１５、および判定結果出力部１６を設けなくてもよい。

また、図６に示す振動判定システム１において、フラットが生じている車輪５１を特定する必要がない場合、振動センサ２_４、車輪センサ３_１，３_２、車輪情報取得部１４、車輪特定部１５、および判定結果出力部１６を設けなくてもよい。

つづいて、フローチャートを用いて振動判定システム１の処理部５による処理を説明する。図８は、実施の形態１にかかる振動判定システムの処理部による処理の一例を示すフローチャートである。

図８に示すように、振動判定システム１の処理部５は、複数の振動センサ２の出力信号を取得し（ステップＳ１０）、取得した複数の振動センサ２の出力信号を比較する（ステップＳ１１）。処理部５は、ステップＳ１１の比較結果に基づいて、特定振動があるか否かを判定する（ステップＳ１２）。

処理部５は、特定振動があると判定した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、複数の振動センサ２の出力信号から特定振動を除去する（ステップＳ１３）。そして、処理部５は、特定振動を除去した複数の振動センサ２の出力信号に基づいて、フラットの有無を判定する（ステップＳ１４）。また、処理部５は、特定振動がないと判定した場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、複数の振動センサ２の出力信号からフラットの有無を判定する（ステップＳ１５）。

処理部５は、ステップＳ１４の判定結果またはステップＳ１５の判定結果がフラットありを示すか否かを判定する（ステップＳ１６）。処理部５は、判定結果がフラットありを示すと判定した場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、フラットがある車輪５１の情報を検出結果として出力する（ステップＳ１７）。

処理部５は、ステップＳ１７の処理が終了した場合、または判定結果がフラットありを示さないと判定した場合（ステップＳ１６：Ｎｏ）、動作終了のタイミングになったか否かを判定する（ステップＳ１８）。処理部５は、例えば、振動判定システム１の不図示の電源がオフされたと判定した場合または振動判定システム１における不図示の入力部への動作終了の操作が行われたと判定した場合に、動作終了のタイミングになったと判定する。

処理部５は、動作終了のタイミングになっていないと判定した場合（ステップＳ１８：Ｎｏ）、処理をステップＳ１０へ移行し、動作終了のタイミングになったと判定した場合（ステップＳ１８：Ｙｅｓ）、図８に示す処理を終了する。

図９は、実施の形態１にかかる振動判定システムの処理部のハードウェア構成の一例を示す図である。図９に示すように、処理部５は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２と、インタフェース回路１０３とを備えるコンピュータを含む。

プロセッサ１０１、メモリ１０２、およびインタフェース回路１０３は、例えば、バス１０４によって互いに情報の送受信が可能である。プロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶されたプログラムを読み出して実行することによって、処理部５の機能を実行する。プロセッサ１０１は、例えば、処理回路の一例であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、およびシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）のうち一つ以上を含む。

メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、およびＥＥＰＲＯＭ（登録商標）（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）のうち一つ以上を含む。また、メモリ１０２は、コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体を含む。かかる記録媒体は、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルメモリ、光ディスク、コンパクトディスク、およびＤＶＤ（Digital Versatile Disc）のうち一つ以上を含む。なお、処理部５は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）およびＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの集積回路を含んでいてもよい。

振動判定システム１は、一体化された１つの装置で構成されてもよく、２つ以上の装置で構成されてもよい。振動判定システム１が２つ以上の装置で構成される場合、２つ以上の装置の各々は、例えば、図９に示すハードウェア構成を有する。なお、２つ以上の装置間の通信は、例えば、不図示のネットワークまたは不図示の専用線を介して行われる。

以上のように、実施の形態１にかかる振動判定システム１は、複数の振動センサ２と、振動情報取得部１０と、特定振動判定部１１とを備える。複数の振動センサ２は、複数の単位レール６のうち互いに異なる単位レール６に配置される。振動情報取得部１０は、複数の振動センサ２によって検出される振動の情報を取得する。特定振動判定部１１は、振動情報取得部１０によって取得された複数の振動センサ２によって検出される振動の情報を比較した結果である比較結果に基づいて、単位レール６間の継ぎ目である継ぎ目８に起因する振動である特定振動を判定する。これにより、振動判定システム１は、継ぎ目８に起因する振動を判定することができる。特に、振動判定システム１は、単位レール６の長さが短い場合であっても、継ぎ目８に起因する振動を判定することができ、振動判定システム１の導入場所の制約条件が緩和されることから、振動判定システム１を容易に導入することができる。

また、複数の単位レール６は、鉄道車両の走行方向と直交する方向で互いに対向する一対の単位レール６を含み、複数の振動センサ２は、一対の単位レール６のうち互いに異なる単位レール６に配置される。これにより、振動判定システム１では、例えば、継ぎ目８に起因する振動を判定することができる。

また、複数の単位レール６は、継ぎ目８を挟んで対向する前後一対の単位レール６を含み、複数の振動センサ２は、前後一対の単位レール６のうち互いに異なる単位レール６に配置される。これにより、振動判定システム１では、同一の継ぎ目８に起因する振動を複数の振動センサ２で検出できることから、継ぎ目８に起因する振動を精度よく検出することができる。

また、複数の振動センサ２の各々は、互いに継ぎ目８から同じ距離離れた位置に配置される。特定振動判定部１１は、複数の振動センサ２で同時期に検出される振動を特定振動と判定する。これにより、振動判定システム１は、継ぎ目８に起因する振動の検出を容易に行うことができる。

また、複数の振動センサ２の各々は、互いに継ぎ目８から異なる距離離れた位置に配置される。特定振動判定部１１は、複数の振動センサ２間の継ぎ目８からの距離Ｄ２，Ｄ３の差に応じた時間差で複数の振動センサ２で検出される振動を特定振動と判定する。これにより、振動判定システム１は、例えば、複数の振動センサ２を互いに継ぎ目８から異なる距離離れた位置にしか配置できない場合であっても、継ぎ目８に起因する振動を精度よく検出することができる。

また、特定振動判定部１１は、検出部４１と、比較部４２と、判定部４３とを備える。検出部４１は、複数の振動センサ２によって検出される振動の情報を比較して、特定振動の候補である特定振動候補を検出する。比較部４２は、検出部４１によって検出された特定振動候補の出現パターンと単位レール６のレール長Ｌ４と複数の単位レール６を走行する鉄道車両の車輪５１の間隔とに基づく特定パターンとを比較する。判定部４３は、比較部４２による比較結果に基づいて、特定振動を判定する。これにより、振動判定システム１は、継ぎ目８に起因する振動の検出を精度よく行うことができる。

また、振動判定システム１は、ノイズキャンセル部１２と、フラット判定部１３とを備える。ノイズキャンセル部１２は、複数の振動センサ２によって検出された振動から特定振動を除去する。フラット判定部１３は、ノイズキャンセル部１２の出力に基づいて、複数の単位レール６を走行する鉄道車両の車輪５１の踏面にフラットが生じているか否かを判定する。これにより、振動センサ２で検出された振動の情報からフラットの発生の検出を精度よく行うことができる。

以上の実施の形態に示した構成は、一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１ 振動判定システム、２，２_１，２_２，２_３，２_４，２_５，２_６ 振動センサ、３，３_１，３_２ 車輪センサ、５ 処理部、６，６_１，６_２，６_３，６_４ 単位レール、７ レール、８，８_１，８_２ 継ぎ目、１０ 振動情報取得部、１１ 特定振動判定部、１２ ノイズキャンセル部、１３ フラット判定部、１４ 車輪情報取得部、１５ 車輪特定部、１６ 判定結果出力部、４１ 検出部、４２ 比較部、４３ 判定部、５０ 台車、５１ 車輪。

Claims (9)

1. 複数の単位レールのうち互いに異なる単位レールに配置された複数の振動センサによって検出される振動の情報を取得する振動情報取得部と、
   前記振動情報取得部によって取得された前記複数の振動センサによって検出される振動の情報を比較した結果である比較結果に基づいて、前記単位レール間の継ぎ目に起因する振動である特定振動を判定する特定振動判定部と、を備える
   ことを特徴とする振動判定システム。
2. 前記複数の単位レールは、
   鉄道車両の走行方向と直交する方向で互いに対向する一対の単位レールを含み、
   前記複数の振動センサは、
   前記一対の単位レールのうち互いに異なる単位レールに配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動判定システム。
3. 前記複数の単位レールは、
   前記継ぎ目を挟んで対向する前後一対の単位レールを含み、
   前記複数の振動センサは、
   前記前後一対の単位レールのうち互いに異なる単位レールに配置される
   ことを特徴とする請求項１に記載の振動判定システム。
4. 前記複数の振動センサの各々は、
   互いに前記継ぎ目から同じ距離離れた位置に配置され、
   前記特定振動判定部は、
   前記複数の振動センサで同時期に検出される振動を前記特定振動と判定する
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の振動判定システム。
5. 前記複数の振動センサの各々は、
   互いに前記継ぎ目から異なる距離離れた位置に配置され、
   前記特定振動判定部は、
   前記複数の振動センサ間の前記継ぎ目からの前記距離の差に応じた時間差で前記複数の振動センサで検出される振動を前記特定振動と判定する
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の振動判定システム。
6. 前記特定振動判定部は、
   前記複数の振動センサによって検出される振動の情報を比較して、前記特定振動の候補である特定振動候補を検出する検出部と、
   前記検出部によって検出された前記特定振動候補の出現パターンと前記単位レールのレール長と前記複数の単位レールを走行する鉄道車両の車輪の間隔とに基づく特定パターンとを比較する比較部と、
   前記比較部による比較結果に基づいて、前記特定振動を判定する判定部と、を備える
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の振動判定システム。
7. 前記複数の振動センサによって検出された振動から前記特定振動を除去するノイズキャンセル部と、
   前記ノイズキャンセル部の出力に基づいて、前記複数の単位レールを走行する鉄道車両の車輪の踏面にフラットが生じているか否かを判定するフラット判定部と、を備える
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の振動判定システム。
8. 複数の単位レールのうち互いに異なる単位レールに配置された複数の振動センサによって検出される振動の情報を取得する第１のステップと、
   前記第１のステップによって取得された前記複数の振動センサによって検出される振動の情報を比較した結果である比較結果に基づいて、前記単位レール間の継ぎ目に起因する振動である特定振動を判定する第２のステップと、を含む
   ことを特徴とする振動判定方法。
9. 複数の単位レールのうち互いに異なる単位レールに配置された複数の振動センサによって検出される振動の情報を取得する第１のステップと、
   前記第１のステップによって取得された前記複数の振動センサによって検出される振動の情報を比較した結果である比較結果に基づいて、前記単位レール間の継ぎ目に起因する振動である特定振動を判定する第２のステップと、をコンピュータに実行させる
   ことを特徴とする振動判定プログラム。

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