JP3492208B2 - 鉄道車両の床下機器監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、走行中の鉄道車
両、特に日常の定期運行を終了して車庫に入る直前の鉄
道車両の床下機器の異常の有無を地上側から監視する、
鉄道車両の床下機器監視装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両（以下、単に「車両」という）
の定期的な検査・保守は法的にも定められているところ
であり、例えば運行前の床下機器の検査においては、図
８に示すように作業員３０が線路３２上に停車している
一連の車両３４の周りを一巡し、所定の床下機器３６を
予め定められた検査項目について検査する。

【０００３】この種の検査を自動化するために、走行中
の車両を地上に固定設置されたセンサ、例えば温度セン
サによって熱的な異常の有無を検査する検査手法が提案
されている。近年では特に消耗部品の検査に関しては、
この手法による自動検査装置も提案されている。しか
し、消耗部品以外の機器の検査は現在でも検査員個人の
視覚や聴覚、嗅覚などの、いわゆる五感に頼って行われ
ているのが実情である。この五感に依存する検査方法に
おいては、床下機器の発熱による表面状態の変化を目視
チェックしたり、異常発熱を嗅覚チェックしたり、検査
用ハンマーで機器を軽く叩いたときの発音状態を聴覚チ
ェックしたりして、経験的に異常の有無を判断する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】検査員の五感に頼る従
来の検査方法は手間と時間がかかる上に、検査が検査員
個人の感覚的なものに依存しているので、客観的な信頼
性が劣るとともに定量的な異常判定が困難であり、客観
的な判断基準の作成も困難である。

【０００５】異常過熱の検知に関しては、近年、検知精
度の高い赤外線センサの応用が考えられている。しか
し、この赤外線センサによる検知方式は停車中の車両を
検査するものであって、走行中の車両の床下機器全般の
異常過熱を検査しようとするものではない。あえて走行
中の車両の床下機器の異常過熱を検査しようとすれば、
車両床下の上下方向の走査を順次走行方向に移行して
（すなわち、走行方向に走査をして）、車両床下の温度
を面の温度分布データとして捕える必要があるが、走行
中の車両の床下機器の温度分布を面データとして捕える
のには、赤外線センサは応答速度が遅いので実用性に難
点がある。

【０００６】本発明は上記事情を考慮してなされたもの
で、鉄道車両における床下機器の異常検出のための検査
を迅速かつ定量的に実施し得る鉄道車両の床下機器監視
装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明による鉄道車両の床下機器監視装置は、走行中
の車両の車種を識別する車種識別手段と、車両の走行速
度を検出する速度センサと、走行中の車両の床下機器を
車両の側面から上下方向にライン走査する赤外線センサ
と、車両の走行に応じて赤外線センサの検知出力を床下
機器の側面から見た時間に関する温度分布データに変換
する変換手段と、速度センサによって検出された車両の
走行速度に応じて変換手段によって得られた温度分布デ
ータを車両位置に関する温度分布データに修正するデー
タ修正手段と、このデータ修正手段によって得られた温
度分布データを車種識別手段によって識別された車種に
関する基準温度分布データと比較し、その比較結果によ
り機器の温度異常を判断する判断手段とを具備したもの
である。

【０００８】本発明の床下機器監視装置はまた、走行中
の車両の車種を識別する車種識別手段と、車両の走行速
度を検出する速度センサと、走行中の車両の床下機器の
音響発生状態を収集し音響情報として出力する音響セン
サと、速度センサによって検出された車両の走行速度に
応じて音響センサによって得られた音響情報を車両位置
に関する音響分布に修正する修正手段と、この修正手段
によって修正された音響情報を周波数分析し、その分析
結果に基づいて機器の特定を行うとともに特定の周波数
の音響強さが予め設定されたしきい値以上であるとき異
常であると診断する異常診断手段とを具備したものであ
る。

【０００９】さらにまた本発明は、走行中の車両の車種
を識別する車種識別手段と、車両の走行速度を検出する
速度センサと、走行中の車両の床下機器を車両の側面か
ら上下方向にライン走査する赤外線センサと、車両の走
行に応じて赤外線センサの検知出力を床下機器の側面か
ら見た時間に関する温度分布データに変換する変換手段
と、速度センサによって検出された車両の走行速度に応
じて変換手段によって得られた温度分布データを車両位
置に関する温度分布データに修正するデータ修正手段
と、このデータ修正手段によって得られた温度分布デー
タを車種識別手段によって識別された車種に関する基準
温度分布データと比較し、その比較結果により機器の温
度異常を判断する温度判断手段と、走行中の車両の床下
機器の音響発生状態を収集し音響情報として出力する音
響センサと、速度センサによって検出された車両の走行
速度に応じて音響センサによって得られた音響情報を車
両位置に関する音響分布に修正する修正手段と、この修
正手段によって修正された音響情報を周波数分析し、そ
の分析結果に基づいて機器の特定を行うとともに特定の
周波数の音響強さが予め設定されたしきい値以上である
とき異常であると診断する異常診断手段と、温度判断手
段および異常診断手段の出力を参照して総合的に異常監
視を行う床下機器監視処理手段とを具備したものであ
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、図を参照
してさらに詳細に説明する。

【００１１】（実施の形態１の構成） 図１は本発明の一実施の形態を示すものである。線路３
２上を走行する測定対象である車両３４の存在を検知す
る車両検知手段として線路３２に沿って車両センサ２お
よび４が所定の間隔をおいて配置されている。２組の車
両センサ２，４を配置することによって、車両そのもの
の検知とともにその検知順序に従って走行方向を検知す
ることができる。車両３４には所定車両位置に車種識別
マーク３８が予め貼着されている。それに対応して地上
側には車種識別センサ６を設ける。さらに地上側には車
両３４の走行速度を検知するための速度センサ８および
床下機器３６の温度を検知する熱センサ１０が配置され
る。ここで用いる熱センサ１０は、単に上下方向の走査
のみを行う、いわゆるラインスキャナでよく、従来周知
の赤外線式熱センサを十分実用的に用いることができ
る。熱センサ１０は一定時間毎、例えば２，０００サイ
クル相当の１周期０．５ｍｓ毎にライン走査を行う。車
両センサ２，４の検知出力は車両識別手段１２に入力さ
れ、ここで車両３４の存在とその走行方向が判断され
る。車両識別手段１２の識別出力信号は温度情報処理手
段１４に送出される。車種識別センサ６の検知信号は車
種識別手段１６に入力され、ここで車種が識別され、そ
の識別信号は温度情報処理手段１４に送出される。車種
を知ることにより、車種固有の床下機器の配置状況を知
ることができ、別途検知される床下機器の温度と対応付
けることにより機器の特定に役立てることができる。車
種に関しては、例えば東京の山手線では５種類程度の車
両を適宜組み合わせて１列車を編成しており、その峻別
は比較的容易である。速度センサ８の検知出力は速度演
算手段１８に入力され、その演算結果として得られる速
度データが温度情報処理手段１４に入力される。熱セン
サ１０の検知出力は温度情報処理手段１４に内蔵のＡ／
Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換されてからデータ処理に付
される。温度情報処理手段１４は、図２に示すように、
熱センサ１０の検知情報を参照し、まず時間対温度の対
照データ１４１を作成する。次いで、速度演算手段１８
からの速度データを参照し、時間対温度の対照データを
車両位置対温度の対照データ１４２に変換する。この
後、データの粗密度調整１４３を行ってから、しきい値
１４４を参照して比較手段１４５により温度の適否判断
を行い、その処理結果を出力装置２０に送出する。出力
装置２０はディスプレイのほかにプリンタを含み、適
宜、帳票２２の形で出力するようにすることができる。
しきい値１４４としては、予め統計的に得られたもの、
あるいは規制的に定められるものを使用してもよいし、
測定の都度、同一列車の他の車両で得られたものを便宜
的に使用してもよい。

【００１２】（実施の形態１の作用）図１の装置の作用
を説明する。まず、運用走行を終えて矢印Ｐの方向に走
行して操車場に帰ってきた車両３４に対し、車両センサ
２で車両３４を検知し、次いで、車両センサ４で車両３
４を検知すると、車両センサ２から車両センサ４の方向
（この場合、車両が運用直後に車庫等に入る方向）であ
ると車両識別手段１２が判断し、各機器の測定を開始さ
せる。逆方向すなわち車庫等から出るときは動作順序が
車両センサ４から車両センサ２の方向であることから判
断できる。これは運用走行に入る場合が主であり、この
時点では検査が終わっていなければならず、本発明の適
用対象外とする。次に、速度演算手段１８により車両速
度を計算するとともに、温度センサ１０の出力に基づき
温度情報処理手段１４により車両３４の床下機器３６の
温度を計測する。その後、車両３４が通過してしまった
ことを車両センサ２，４の出力に基づいて検知されたな
らば（車両３４を検知しなくなったとき）、一定時間の
後に測定サイクルを終了させる。

【００１３】計測された床下機器３６の温度データは一
定速度で走査された上下方向の１次元（線）データの集
まりで、車両３４が走行することにより時間対温度の対
照データ１４１を２次元（面）データとして取得するこ
とができる。しかしながら、このままのデータでは、車
両速度の変化によって、車両位置に対し低速度のときは
１次元データの間隔が密に、また、高速度のときは１次
元データの間隔が粗になってしまい、車両のどの部分の
データであるかの判定、すなわち、どの機器に関する測
定データであるかの判定、さらに言い換えると機器の特
定に関する判定が困難となる。そこで、速度センサ８で
計測され、速度演算手段１８で得られた速度データと熱
センサ１０の温度データとを温度情報処理手段１４にお
いて突き合わせ、車両速度のいかんにかかわらず、機器
の特定を行うための処理を行う。すなわち、車両先端を
距離的にも時間的にも基準としてそこから任意位置まで
の距離を車両位置とすれば、車両位置＝速度×時間 で
あるから、時間対温度の対照データにおける時間にその
時々の速度を乗ずることにより、時間対温度の対照デー
タ１４１を車両位置対温度の対照データ１４２に変換す
ることができる。

【００１４】このとき、温度データは一定時間毎に得ら
れたものであるため、車両３４が低速度のところは車両
位置に対しデータが密であるが、高速度のところは車両
位置に対しデータが粗になってしまうので、それを均一
化するために、車両位置対温度の対照データにおいて、
一定車両位置毎に、例えば監視対象の機器の最小幅を３
０ｃｍとして１０ｃｍ毎に１走査分のデータがあれば実
用的には必要十分なデータ処理が可能であることから、
１０ｃｍ毎に１走査分のデータを残し、他のデータを削
除する。このようにしてデータの粗密調整１４３を実行
することにより、データ数を減らして後のデータ処理を
容易にすることができる。このようにして得られた車両
位置対温度の対照データの一例を図３に示す。なお、こ
こでは、外気温度の変化による測定結果への影響を避け
るために、実際の測定温度から外気温度を差し引いたも
のを温度上昇として表している。

【００１５】図３は２両分の温度データの具体例を示す
ものである。Ｗ１，Ｗ２は第１車両Ｃ１の車輪温度に対
応しており、Ｗ３，Ｗ４は第２車両Ｃ２の車輪温度に対
応している。第１車両Ｃ１においては、インバータ温度
ＩＶ１およびコンプレッサ温度ＣＰ１が顕著に現れてお
り、第２車両Ｃ２においては、インバータ温度ＩＶ２お
よびフィルタリアクトル温度ＦＬが顕著に現れている。
ここで、各車両における機器の特定については、車両識
別手段１２によって識別された車種に対応する機器配置
に基づき温度情報処理手段１４によって判断することが
できる。各機器にはそれぞれ温度上昇に関する上限しき
い値が予め温度情報処理手段１４内に設定されており、
測定された温度上昇がそのしきい値ＴＨ１，ＴＨ２を越
えない限り正常値として処理され、図２に破線ＣＰ２ま
たはＩＶ３で示すようにしきい値ＴＨ１，ＴＨ２を越え
ると異常過熱の事態として処理される。なお、温度異常
には、異常過熱のほかに、なんらかの理由による異常低
温の事態もあり得る。それは、例えば、電気機器の場合
は断線による不動作であったり、機械装置の場合は配管
切断に基づく不動作であったりする。

【００１６】温度情報処理手段１４の処理結果は出力装
置２０に出力され、これに含まれているディスプレイに
表示される。この表示は図２に示すようなグラフ形式で
もよいし、表形式でもよい。この表示結果を検査員が確
認することにより、床下機器の状態の良否を判定するこ
とができる。

【００１７】（実施の形態１の効果）図１の監視装置に
よれば、車両の床下機器の検査を行う際に、床下機器の
温度状態を自動的に把握し、床下機器の良否の判定を検
査員が検査のために現場に赴くこともなく、検査時間の
短縮を図ることができる。

【００１８】（実施の形態１の変形例）図１に示す実施
の形態において、温度情報処理手段１４によって得られ
た温度データを１走査単位で加算処理することにより、
ノイズによるデータの増大または減少（膨れまたは凹
み）を平均化し、本来の温度変化を顕著化させることが
できる。この顕著化された温度データに基づいて温度異
常を判断することにより、誤差の少ない監視結果を得る
ことができる。また、こうすることにより、処理すべき
データ量が減るので、軽快な監視装置を構成することが
できる。

【００１９】さらに、比較手段１４５において、一連の
車両のうち同一車種の複数の車両の温度分布データに基
づいて、複数の温度分布データの相互比較により他と異
常に異なる温度値のものを温度異常と判断するようにす
ることもできる。

【００２０】（実施の形態２） 図４は本発明による実施の形態２の構成を示すものであ
る。図４の装置においては、図１の熱センサ１０の代わ
りに音響センサ２４が設けられ、それに対応して、図１
の温度情報処理手段１４の代わりに音響情報処理手段２
６が設けられている。音響センサ２４は車両３４の床下
機器の発する音響を捕捉する音響捕捉手段として設けら
れ、線路３２の長さ方向に沿って複数個、高さ方向に複
数個、それぞれ配置されている。音響情報処理手段２６
では、図５に示すように、音響センサ２４から出力され
る時間対音響データ２４１と速度演算手段１８の出力速
度データを突き合わせ、すでに述べた温度情報処理の場
合と同様のデータ処埋を施して車両位置対音響データ２
４２を得る。各車両位置における音響データ２４２に周
波数分析手段２４３による周波数分析を施し、その分析
結果に対し比較手段２４４により、それぞれの車両位置
における機器の特定周波数のしきい値２４５との比較を
行い、その比較結果により機器の異常判断を行う。

【００２１】床下機器の周波数特性であるが、異常監視
の対象となる機器としては、例えばコンプレッサや電動
発電機などがある。コンプレッサはその回転から発生す
る比較的低周波、例えばほぼ１３Ｈｚ（１３×６０＝７
８０ｒｐｍ相当）を基準周波数としてその整数倍の周波
数で鋭いピーク音が発生する。電動発電機の場合は、例
えば１８０Ｈｚ（１８００ｒｐｍとして３０ｒｐｓであ
り、仮に極数を６とすれば、３０×６＝１８０Ｈｚ）を
基準周波数としてその整数倍の周波数で鋭いピーク音が
発生する。これらの各機器の各周波数に対して暗騒音を
考慮したそれぞれのしきい値を設定しておくことによ
り、発生音の正常／異常を判断することができる。

【００２２】図４の監視装置によれば、車両の床下機器
の検査を行う際に、床下機器の音響状態を把握し、床下
機器の良否の異常監視を行うことができる。

【００２３】（実施の形態３）図１に示す熱監視機能の
みでも、また図４に示す音響監視機能のみでも、それぞ
れに一定の監視機能を満足することができる。しかし、
両者の監視機能を組合せることも可能である。すなわ
ち、図６に示すように、熱センサ１０および音響センサ
２４を併設し、評価手段として、温度情報処理手段１４
および音響情報処理手段２６の両機能を総合的に監視す
る床下機器監視処理手段２８を設け、その処理結果を出
力装置２０に出力するようにすることもできる。

【００２４】図６の監視装置によれば、車両の床下機器
の検査を行うために、熱に関する監視機能のみでは検査
できない場合を音響に関する監視機能で補足し、同様
に、音響に関する監視機能のみでは検査できない場合で
も熱に関する監視機能で補足することが可能となり、よ
り確実に床下機器の良否が判定出来、検査員が検査のた
めに現場に赴くこともなく、検査時間を短縮することが
可能となる。

【００２５】（実施の形態４）図７は、図６に示す実施
の形態を基本とし、それに記憶装置２９を付加した実施
の形態を示すものである。記憶装置２９は、床下機器監
視処理手段２８で処理した過去のデータを蓄え、床下機
器監視処理手段２８において過去のデータから機器状態
の履歴を解析し、傾向と対策を講じ得るようにしたもの
である。これにより、将来の状態を予測し、１ランク上
の検査に対して注意を促す等、検査作業の効率化を達成
することが可能になる。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、上述したように、鉄道車両の
床下機器の検査を行う場合、車両を停止させずに、また
検査員が現場に赴くこともなく、しかも、検査員の五感
に頼ることもなく、床下機器の状態を客観的により確実
に検査することを可能とするものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る、温度状態で検査
する床下機器監視装置のブロック図。

【図２】図１における温度情報処理手段の機能を説明す
るための機能ブロック図。

【図３】図１における車両位置対温度の一具体例を示す
線図。

【図４】本発明の実施の形態２に係る、音響状態で検査
する床下機器監視装置のブロック図。

【図５】図４における音響情報処理手段の機能を説明す
るための機能ブロック図。

【図６】本発明の実施の形態３に係る、温度状態と音響
状態で検査する床下機器監視装置のブロック図。

【図７】本発明の実施の形態４に係る、温度状態と音響
状態で検査した結果を用いて、履歴管理および予測を行
う床下機器監視装置のブロック図。

【図８】従来の床下機器監視方法を説明するために示す
鉄道車両の斜視図。

【符号の説明】

２，４ 車両センサ ６ 車種識別センサ ８ 速度センサ １０ 熱センサ １２ 車両識別手段 １４ 温度情報処理手段 １６ 車種識別手段 １８ 速度演算手段 ２０ 出力装置 ２４ 音響センサ ２６ 音響情報処理手段 ２８ 床下機器監視処理手段 ２９ 記憶装置 ３２ 線路 ３４ 車両 ３６ 床下機器 ３８ 車種識別マーク

フロントページの続き (72)発明者 森 稔 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会 社東芝 本社事務所内 (72)発明者 吉 川 賢 一 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会 社東芝 本社事務所内 (56)参考文献 特開 平６−82344（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−76362（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−304524（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−62271（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61K 13/00

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】走行中の車両の車種を識別する車種識別手
   段と、 前記車両の走行速度を検出する速度センサと、 走行中の車両の床下機器を車両の側面から上下方向にラ
   イン走査する赤外線センサと、 前記車両の走行に応じて前記赤外線センサの検知出力を
   床下機器の側面から見た時間に関する温度分布データに
   変換する変換手段と、 前記速度センサによって検出された前記車両の走行速度
   に応じて前記変換手段によって得られた温度分布データ
   を車両位置に関する温度分布データに修正するデータ修
   正手段と、 このデータ修正手段によって得られた温度分布データを
   前記車種識別手段によって識別された車種に関する基準
   温度分布データと比較し、その比較結果により機器の温
   度異常を判断する判断手段とを具備した鉄道車両の床下
   機器監視装置。
2. 【請求項２】前記判断手段が、前記データ修正手段によ
   って得られる温度分布データを前記赤外線センサによる
   上下方向の１走査分毎に加算し、その加算値が所定のし
   きい値を超過したとき温度異常があるものと判断する、
   請求項１記載の床下機器監視装置。
3. 【請求項３】前記データ修正手段が一連の車両のうち同
   一車種の複数の車両の温度分布データを求め、前記判断
   手段が前記複数の温度分布データの相互比較により温度
   異常を判断する請求項１記載の床下機器監視装置。
4. 【請求項４】前記赤外線センサが等時間間隔で取得した
   検知データに基づいて前記データ修正手段が出力する温
   度分布データの中から、車両の走行速度が遅いため車両
   位置に関するデータが込み入っている部分のデータを削
   除し車両位置に関するデータ間隔をほぼ一定にする手段
   を備えた請求項１記載の床下機器監視装置。
5. 【請求項５】走行中の車両の車種を識別する車種識別手
   段と、 前記車両の走行速度を検出する速度センサと、 走行中の車両の床下機器の音響発生状態を収集し音響情
   報として出力する音響センサと、 前記速度センサによって検出された前記車両の走行速度
   に応じて前記音響センサによって得られた音響情報を車
   両位置に関する音響分布に修正する修正手段と、 この修正手段によって修正された音響情報を周波数分析
   し、その分析結果に基づいて機器の特定を行うとともに
   特定の周波数の音響強さが予め設定されたしきい値以上
   であるとき異常であると診断する異常診断手段とを具備
   した鉄道車両の床下機器監視装置。
6. 【請求項６】走行中の車両の車種を識別する車種識別手
   段と、 前記車両の走行速度を検出する速度センサと、 走行中の車両の床下機器を車両の側面から上下方向にラ
   イン走査する赤外線センサと、 前記車両の走行に応じて前記赤外線センサの検知出力を
   床下機器の側面から見た時間に関する温度分布データに
   変換する変換手段と、 前記速度センサによって検出された前記車両の走行速度
   に応じて前記変換手段によって得られた温度分布データ
   を車両位置に関する温度分布データに修正するデータ修
   正手段と、 このデータ修正手段によって得られた温度分布データを
   前記車種識別手段によって識別された車種に関する基準
   温度分布データと比較し、その比較結果により機器の温
   度異常を判断する温度判断手段と、 走行中の車両の床下機器の音響発生状態を収集し音響情
   報として出力する音響センサと、 前記速度センサによって検出された前記車両の走行速度
   に応じて前記音響センサによって得られた音響情報を車
   両位置に関する音響分布に修正する修正手段と、 この修正手段によって修正された音響情報を周波数分析
   し、その分析結果に基づいて機器の特定を行うとともに
   特定の周波数の音響強さが予め設定されたしきい値以上
   であるとき異常であると診断する異常診断手段と、 前記温度判断手段および前記異常診断手段の出力を参照
   して総合的に異常監視を行う床下機器監視処理手段とを
   具備した鉄道車両の床下機器監視装置。
7. 【請求項７】前記床下機器監視処理手段の処理に係る過
   去のデータが蓄積され、前記床下機器監視処理手段によ
   る将来の予測のために蓄積データが読み出される記憶手
   段をさらに備えた請求項６記載の床下機器監視装置。