JP4648693B2 - Anomaly detection apparatus and anomaly detection method - Google Patents

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Description

本発明は、異常検出装置、及び異常検出方法に関し、特に車両の台車に設けられたダンパの異常検出に有効な異常検出装置、及び異常検出方法に関する。   The present invention relates to an abnormality detection apparatus and an abnormality detection method, and more particularly to an abnormality detection apparatus and an abnormality detection method that are effective for detecting an abnormality of a damper provided in a vehicle carriage.

車両には、その走行時に振動が発生する。例えば、鉄道車両には、軌道の不整等によって振動が発生する。この振動を軽減するために、鉄道車両の台車には空気ばねやコイルばねといったばねが用いらており、その減衰用に当該ばねにダンパが並列されている。このダンパには、オイルダンパが用いられることが多いが、オイルダンパでは、内部シールの劣化、オイルの劣化、漏れ等が発生すると、その減衰力が時間とともに低下する。したがって、ダンパを適切な時期に交換する必要がある。   The vehicle is vibrated during its travel. For example, vibration is generated in a railway vehicle due to an irregular track or the like. In order to reduce this vibration, a spring such as an air spring or a coil spring is used for the bogie of the railway vehicle, and a damper is arranged in parallel with the spring for the damping. As this damper, an oil damper is often used. However, in the case of an oil damper, when an internal seal deterioration, oil deterioration, leakage, or the like occurs, the damping force decreases with time. Therefore, it is necessary to replace the damper at an appropriate time.

そのために、従来においては、ダンパの定期交換によって、予防保全が行われていた。しかしながら、減衰力が低下していないダンパ、即ち正常なダンパについても定期交換時に交換されてしまうので、メンテナンス費用が高価になる。また、定期交換では、早期に異常が発生したダンパを交換することができない。   Therefore, in the past, preventive maintenance has been performed by periodically replacing the damper. However, since the damper whose damping force is not reduced, that is, a normal damper is also replaced at the time of periodic replacement, the maintenance cost becomes expensive. In addition, it is not possible to replace a damper in which an abnormality has occurred at an early stage by periodic replacement.

一方、製品の異常を検出する手法としてMTシステム(マハラノビス・タグチシステム)の利用が近年注目を集めている。MTシステムを利用した異常検知システムは、正常状態の複数の製品それぞれからセンサ等によって取得される特性量に基づいて複数のベクトルデータを生成し、当該複数のベクトルデータによる単位空間を形成する。当該異常検知システムは、この単位空間において導出されるマハラノビス距離演算式に、異常検出対象の製品から取得されるベクトルデータを代入してマハラノビス距離を算出し、このマハラノビス距離と所定の閾値を比較することによって製品の異常を検出する。   On the other hand, the use of an MT system (Mahalanobis Taguchi system) has recently attracted attention as a method for detecting product abnormalities. An anomaly detection system using an MT system generates a plurality of vector data based on characteristic quantities acquired by a sensor or the like from each of a plurality of products in a normal state, and forms a unit space by the plurality of vector data. The abnormality detection system calculates the Mahalanobis distance by substituting vector data acquired from the abnormality detection target product into the Mahalanobis distance arithmetic expression derived in the unit space, and compares the Mahalanobis distance with a predetermined threshold value. To detect product abnormalities.

このようなMTシステムを利用した例として、下記非特許文献1に記載の技術が知られている。
大西孝一、他2名、”テレメータリングによるレース車輌の異常診断システムの構築”、第10回品質工学研究発表大会、2002年、p.286−289。
As an example using such an MT system, a technique described in Non-Patent Document 1 below is known.
Koichi Onishi and two others, “Construction of an abnormality diagnosis system for race vehicles by telemetering”, 10th Quality Engineering Research Conference, 2002, p. 286-289.

しかしながら、上述したようなMTシステムを利用した異常検知システムでは、車両のダンパの異常或いは正常の検出に誤りが多くなる。   However, in the abnormality detection system using the MT system as described above, there are many errors in detecting abnormality or normality of the vehicle damper.

そこで、本発明は、車両の台車に設けられたダンパの状態を高精度に判別できる異常検出装置、及び異常検出方法を提供することを目的としている。   Therefore, an object of the present invention is to provide an abnormality detection device and an abnormality detection method that can determine the state of a damper provided on a carriage of a vehicle with high accuracy.

本願の発明者は、車両のダンパの異常検出に対する従来のMTシステムを利用した異常検知システムの誤検出の多さが、正常なダンパ及び異常なダンパから得られる何れのマラハラノビス距離についてもバラツキが大きいことに因ることを見出した。即ち、単純な閾値によるダンパの状態判別では、正常なダンパ及び異常なダンパそれぞれのマハラノビス距離を分離できない場合があることを見出した。そして、この原因が、線路の継ぎ目といった多様な軌道を走行する車両では、ダンパの加速度といった物理量から得られるマハラノビス距離にバラツキが生じることにあることを本願の発明者は見出した。   The inventor of the present application has a large variation in the number of false detections of the abnormality detection system using the conventional MT system for the abnormality detection of the vehicle damper with respect to the normal damper and any Malahalanobis distance obtained from the abnormal damper. I found out that. That is, it has been found that the state determination of the damper based on a simple threshold may not be able to separate the Mahalanobis distance between the normal damper and the abnormal damper. The inventors of the present application have found that this is caused by a variation in the Mahalanobis distance obtained from a physical quantity such as the acceleration of a damper in a vehicle traveling on various tracks such as a joint of a track.

そこで、本発明の一側面に係る異常検出装置は、(a)車両の台車に設けられたダンパに関する物理量を計測するセンサと、(b)センサによって取得された物理量に基づく数値の時系列に、異なる帯域通過特性の複数のバンドパスフィルタを適用し、当該複数のバンドパスフィルタ各々の出力に基づくデータを生成する処理手段と、(c)正常なダンパに対する複数のデータに基づく単位空間から導出されたマハラノビス距離演算式のパラメータを記憶する記憶手段と、(d)記憶手段に記憶されているパラメータに基づくマハラノビス距離演算式を用いることによって、異常検出対象のダンパに対して生成されたデータに対するマハラノビス距離を算出する距離算出手段と、(e)異常検出対象のダンパに対する複数のデータに基づく複数のマハラノビス距離のうち所定の距離以上となるマハラノビス距離の割合を算出し、当該割合が所定の割合を超える場合に、異常検出対象のダンパを異常と判定する判定手段と、を備えている。   Therefore, an abnormality detection device according to one aspect of the present invention includes (a) a sensor that measures a physical quantity related to a damper provided in a vehicle carriage, and (b) a time series of numerical values based on the physical quantity acquired by the sensor. A processing unit that applies a plurality of bandpass filters having different bandpass characteristics and generates data based on the output of each of the plurality of bandpass filters; and (c) a unit space based on a plurality of data for a normal damper. And (d) a Mahalanobis for data generated for the abnormality detection target damper by using a Mahalanobis distance arithmetic expression based on the parameters stored in the storage means. A distance calculating means for calculating the distance; and (e) a plurality of data based on a plurality of data for the damper to be detected for abnormality. And of calculating a ratio of Mahalanobis distance becomes a predetermined distance or more of the Mahalanobis distance, the ratio is in case exceeds a predetermined ratio, an abnormality detection object damper abnormality determining means, the.

また、本発明の他の一側面に係る異常検出方法は、(a)センサによって車両の台車に設けられたダンパに関する物理量を計測する第1のステップと、(b)処理手段が、センサによって取得された物理量に基づく数値の時系列に、異なる帯域通過特性の複数のバンドパスフィルタを適用し、当該複数のバンドパスフィルタ各々の出力に基づくデータを生成する第2のステップと、(c)距離算出手段が、正常なダンパに対する複数のデータに基づく単位空間から導出されたマハラノビス距離演算式を用いることによって、異常検出対象のダンパに対して生成された前記データに対するマハラノビス距離を算出する第3のステップと、(d)判定手段が、異常検出対象のダンパに対する複数のデータに基づく複数のマハラノビス距離のうち所定の距離以上となるマハラノビス距離の割合を算出し、当該割合が所定の割合を超える場合に、異常検出対象のダンパを異常と判定する第4のステップと、を含んでいる。   An abnormality detection method according to another aspect of the present invention includes: (a) a first step of measuring a physical quantity related to a damper provided in a vehicle carriage by a sensor; and (b) a processing unit acquired by the sensor. A second step of applying a plurality of bandpass filters having different bandpass characteristics to a time series of numerical values based on the obtained physical quantities, and generating data based on outputs of the plurality of bandpass filters, (c) distance The calculation means calculates a Mahalanobis distance for the data generated for the abnormality detection target damper by using a Mahalanobis distance arithmetic expression derived from a unit space based on a plurality of data for a normal damper. A step, and Calculating a ratio of the distance or more to become the Mahalanobis distance, the ratio contains a fourth step of determining an abnormality when the abnormality detection target of the damper exceeds a predetermined ratio.

本発明によれば、数値の時系列が複数用いられることによって、複数のマハラノビス距離が算出される。この数値の時系列は、例えば、ダンパの加速度、或いは変位に基づくものである。これら複数のマハラノビス距離のうち所定の距離以上のマハラノビス距離の割合によって、ダンパの状態が判定されるので、本発明によれば、マハラノビス距離にバラツキがあっても、ダンパの状態、即ち正常及び異常を高精度に判別することが可能となる。   According to the present invention, a plurality of Mahalanobis distances are calculated by using a plurality of time series of numerical values. This time series of numerical values is based on, for example, the acceleration or displacement of the damper. Since the state of the damper is determined by the ratio of the Mahalanobis distance greater than or equal to a predetermined distance among the plurality of Mahalanobis distances, according to the present invention, even if the Mahalanobis distance varies, the state of the damper, that is, normal and abnormal Can be discriminated with high accuracy.

上述した本発明の異常検出装置、及び異常検出方法において、上記所定の割合は、正常であることが既知のダンパに対する複数のマハラノビス距離のうち所定の距離以上となるマハラノビス距離の割合から、異常であることが既知のダンパに対する複数のマハラノビス距離のうち所定の距離以上となるマハラノビス距離の割合まで数値範囲において予め定められている割合であることが好ましい。 In the abnormality detection apparatus and the abnormality detection method of the present invention described above, the predetermined ratio is abnormal from the ratio of the Mahalanobis distance that is equal to or greater than the predetermined distance among a plurality of Mahalanobis distances to a damper that is known to be normal. It is preferable that the ratio is a predetermined ratio in a numerical range up to a ratio of the Mahalanobis distance that is equal to or greater than a predetermined distance among a plurality of Mahalanobis distances with respect to a known damper.

また、本発明の異常検出装置、及び異常検出方法において、処理手段は、複数のバンドパスフィルタ各々からの出力に含まれる数値の時系列から、対応のバンドパスフィルタの帯域における中心周波数の所定サイクル分の実効値を導出し、当該実効値を前記データに含めることが好ましい。   Further, in the abnormality detection device and abnormality detection method of the present invention, the processing means is a predetermined cycle of the center frequency in the band of the corresponding bandpass filter from the time series of the numerical values included in the output from each of the plurality of bandpass filters. It is preferable to derive an effective value of minutes and include the effective value in the data.

本発明によれば、車両の台車に設けられたダンパの状態を高精度に判別できる異常検出装置、及び異常検出方法が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the abnormality detection apparatus and abnormality detection method which can distinguish the state of the damper provided in the trolley | bogie of a vehicle with high precision are provided.

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.

図1は、本発明の実施の形態に係る異常検出装置の構成を示す図である。図1に示す異常検出装置10は、特に鉄道車両の台車に好適なものであり、センサ12、信号変換部14、数値変換部16、数値処理部18、MD算出部20、記憶部22、及び異常判定部24を備えている。   FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an abnormality detection apparatus according to an embodiment of the present invention. An abnormality detection apparatus 10 shown in FIG. 1 is particularly suitable for a bogie of a railway vehicle, and includes a sensor 12, a signal conversion unit 14, a numerical conversion unit 16, a numerical processing unit 18, an MD calculation unit 20, a storage unit 22, and An abnormality determination unit 24 is provided.

センサ12は、鉄道車両の台車に設けられたダンパに関する物理量を計測するセンサである。センサ12は、例えば、ダンパに関する物理量として、ダンパの変位といった動作に関する物理量を計測する。本実施の形態においては、センサ12として加速度センサが採用されている。ここで、鉄道車両の台車について説明する。図2は、鉄道車両における台車を示す図である。図2において、(a)は台車30を上方から見て示す平面図であり、(b)は台車30の側面図である。   The sensor 12 is a sensor that measures a physical quantity related to a damper provided on a bogie of a railway vehicle. For example, the sensor 12 measures a physical quantity relating to an operation such as a displacement of the damper as a physical quantity relating to the damper. In the present embodiment, an acceleration sensor is employed as the sensor 12. Here, the bogie of the railway vehicle will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating a bogie in a railway vehicle. 2A is a plan view showing the carriage 30 as viewed from above, and FIG. 2B is a side view of the carriage 30.

図2に示すように台車30は、鉄道車両の車体(台枠)26の底面をその下方から支持している。具体的に、台車30は、台車枠32を有している。台車枠32は、一対の側梁32aと一対の横梁32bとを有している。一対の側梁32aは、車両幅方向における両側において車両進行方向に延びている。これら側梁32aの長手方向の略中央に、横梁32bが接続されている。   As shown in FIG. 2, the carriage 30 supports the bottom surface of the body (base frame) 26 of the railway vehicle from below. Specifically, the carriage 30 has a carriage frame 32. The carriage frame 32 has a pair of side beams 32a and a pair of horizontal beams 32b. The pair of side beams 32a extends in the vehicle traveling direction on both sides in the vehicle width direction. A lateral beam 32b is connected to the approximate center in the longitudinal direction of the side beams 32a.

各側梁32aの長手方向における中央には、枕ばね(空気ばね)34が設けられている。枕ばね34は、車体26の上下方向における振動を緩和するものであり、車体26の底面に接続されている。   A pillow spring (air spring) 34 is provided at the center of each side beam 32a in the longitudinal direction. The pillow spring 34 reduces vibration in the vertical direction of the vehicle body 26 and is connected to the bottom surface of the vehicle body 26.

横梁32bの各々には、車両幅方向に延びる左右動ダンパ36が取り付けられている。これら左右動ダンパ36は、車体26の幅方向における振動を緩和するものであり、左右動ダンパ36各々の一端、車体26の中心ピン(牽引装置)28に連結されている。   A left and right dynamic damper 36 extending in the vehicle width direction is attached to each of the horizontal beams 32b. These left and right dynamic dampers 36 reduce vibrations in the width direction of the vehicle body 26, and are connected to one end of each of the left and right dynamic dampers 36 and a center pin (traction device) 28 of the vehicle body 26.

側梁32aの車両進行方向における両端には、軸ばね38が設けられている。軸ばね38は上下方向の振動を緩和するものであり、軸ばね38の一端は軸箱40に連結されている。軸箱40は、車両幅方向に延びる輪軸42を回転可能に支持している。   Axial springs 38 are provided at both ends of the side beam 32a in the vehicle traveling direction. The shaft spring 38 relieves vibrations in the vertical direction, and one end of the shaft spring 38 is connected to the shaft box 40. The axle box 40 rotatably supports a wheel shaft 42 extending in the vehicle width direction.

また、台車30は、各軸ばね38に並列された軸ダンパ44を有している。軸ダンパ44の一端は軸箱40に連結されており、他端は軸ばね38に連結されている。上述のセンサ12は各軸ダンパ44に取り付けられている。   Further, the carriage 30 has a shaft damper 44 arranged in parallel with each shaft spring 38. One end of the shaft damper 44 is connected to the shaft box 40, and the other end is connected to the shaft spring 38. The above-described sensor 12 is attached to each shaft damper 44.

図1に戻り、以下、異常検出装置10について更に説明する。なお、異常検出装置10では、センサ12によって計測される加速度に対して同様の処理が行われる。したがって、以下では、一つのセンサ12からの出力に対する処理に着目して、異常検出装置10の構成を説明する。   Returning to FIG. 1, the abnormality detection device 10 will be further described below. In the abnormality detection device 10, the same processing is performed on the acceleration measured by the sensor 12. Therefore, hereinafter, the configuration of the abnormality detection apparatus 10 will be described by focusing on the processing for the output from one sensor 12.

センサ12は、対応の軸ダンパ44の加速度を信号として信号変換部14に出力する。信号変換部14は、アンプ等を有しており、センサ12からの信号を増幅し、数値変換部16に出力する。   The sensor 12 outputs the acceleration of the corresponding shaft damper 44 as a signal to the signal conversion unit 14. The signal conversion unit 14 includes an amplifier and the like, amplifies the signal from the sensor 12, and outputs the amplified signal to the numerical value conversion unit 16.

数値変換部16は、A/D変換器を有しており、信号変換部14からの各信号を離散化し、離散化によって得た数値を数値処理部18に出力する。   The numerical value conversion unit 16 includes an A / D converter, discretizes each signal from the signal conversion unit 14, and outputs a numerical value obtained by the discretization to the numerical value processing unit 18.

数値処理部18は、数値変換部16から出力された所定時間内の数値の時系列に数値処理を施す。具体的に、数値処理部18は、数値の時系列に、通過帯域幅の異なる複数のバンドパスフィルタを適用する。複数のバンドパスフィルタとしては、例えば、1〜20Hzの間を1Hz単位で通過させる20個のバンドパスフィルタを用いることができる。なお、バンドパスフィルタの帯域幅や個数等は、任意に設定することが可能である。   The numerical processing unit 18 performs numerical processing on the time series of numerical values within a predetermined time output from the numerical conversion unit 16. Specifically, the numerical processing unit 18 applies a plurality of bandpass filters having different pass bandwidths to a time series of numerical values. As the plurality of bandpass filters, for example, 20 bandpass filters that pass between 1 and 20 Hz in 1 Hz units can be used. Note that the bandwidth and the number of bandpass filters can be arbitrarily set.

また、数値処理部18は、バンドパスフィルタ各々の出力、即ち複数のバンドパスフィルタによるバンドパスフィルタ処理を経た数値の時系列各々に対して実効値(RMS:Root Means Square)を求める実効値算出処理を実行する。この実効値算出処理では、時系列における各時刻に対応の実効値が、数値の時系列のうち、その時刻に対応の上記数値を含む複数の数値であって、バンドパスフィルタの中心周波数の所定サイクル分の数値から算出される。例えば、各時刻における実効値は、10サイクル分の数値から算出される。したがって、バンドパスフィルタ処理及び実効値算出処理を経ることによって、バンドパスフィルタの個数分の実効値の時系列が算出される。数値処理部18は、これらの実効値を含むデータをMD算出部20に出力する。   Further, the numerical processing unit 18 calculates an effective value for obtaining an effective value (RMS: Root Mean Square) for each output of the bandpass filter, that is, each time series of numerical values that have undergone bandpass filter processing by a plurality of bandpass filters. Execute the process. In this effective value calculation process, the effective value corresponding to each time in the time series is a plurality of numerical values including the above numerical values corresponding to the time in the time series of numerical values, and a predetermined frequency of the center frequency of the bandpass filter is determined. Calculated from the number of cycles. For example, the effective value at each time is calculated from numerical values for 10 cycles. Therefore, a time series of effective values corresponding to the number of bandpass filters is calculated through the bandpass filter process and the effective value calculation process. The numerical processing unit 18 outputs data including these effective values to the MD calculation unit 20.

MD算出部20は、数値処理部18によって出力されるデータからマハラノビス距離(MD)を算出する。具体的に、MD算出部20は、次式(1)のマハラノビス距離演算式によってマハラノビス距離Dを算出する。

Figure 0004648693
The MD calculation unit 20 calculates the Mahalanobis distance (MD) from the data output by the numerical processing unit 18. Specifically, MD calculation unit 20 calculates the Mahalanobis distance D 2 by the Mahalanobis distance calculating formula of the following formula (1).
Figure 0004648693

この(1)式に規定のマハラノビス距離演算式は、正常であることが既知の軸ダンパに対する複数の上記データを単位空間作成用のデータとし、当該単位空間作成用のデータを用いて形成された単位空間において導出されるものである。   The Mahalanobis distance arithmetic expression prescribed in the equation (1) is formed by using a plurality of data for an axis damper known to be normal as data for creating a unit space and using the data for creating the unit space. It is derived in unit space.

(1)式において、i及びjは整数のインデックスであり、nはマハラノビス距離に利用される実効値、即ち特徴量の項目数を表している。Xは、異常検出対象の軸ダンパに対する上記のデータに含まれる実効値(特徴量)の中から選択される項目を示している。なお、項目として、上記のデータに含まれる全ての実効値が選択されてもよく、実効値の中から異常又は正常への判別に有効な実効値が有効性解析によって選択されてもよい。また、(1)式において、mは項目の平均値であり、σは項目の標準偏差であり、両者は単位空間作成用のデータから導出されるものである。また、aは単位空間作成用のデータから導出される相関行列の逆行列における各要素を示している。   In the formula (1), i and j are integer indexes, and n represents an effective value used for the Mahalanobis distance, that is, the number of items of the feature amount. X indicates an item selected from effective values (features) included in the above data for the axis damper to be detected for abnormality. It should be noted that all effective values included in the above data may be selected as items, and effective values effective for discrimination from abnormal values to normal or normal may be selected from the effective values by effectiveness analysis. In equation (1), m is the average value of the items, σ is the standard deviation of the items, and both are derived from the data for creating the unit space. Further, a indicates each element in the inverse matrix of the correlation matrix derived from the data for creating the unit space.

この(1)式に規定のマハラノビス距離演算式におけるa、m、σ、nといったパラメータは記憶部22に記憶されている。   Parameters such as “a”, “m”, “σ”, and “n” in the Mahalanobis distance arithmetic expression defined in the equation (1) are stored in the storage unit 22.

なお、本実施の形態においては、減衰力が規定値の80%以上である軸ダンパを正常であるものとし、正常な軸ダンパを台車に使用される本数以上用い、これらの軸ダンパの台車における組み合わせ、取り付け位置、車両の走行速度、走行区間等に相違をもたせることによって、単位空間作成用のデータが取得されている。これによって、ばらつきを許容した単位空間が生成されるので、正常と判断されるべき軸ダンパに応じた単位空間の形成が可能となる。   In the present embodiment, it is assumed that the shaft dampers whose damping force is 80% or more of the specified value are normal, the number of normal shaft dampers used is more than the number used for the bogie, and the bogies of these shaft dampers are used. Data for unit space creation is acquired by making a difference in the combination, the attachment position, the traveling speed of the vehicle, the traveling section, and the like. As a result, a unit space in which variation is allowed is generated, so that it is possible to form a unit space according to the axis damper that should be determined to be normal.

異常判定部24は、異常検出対象の軸ダンパ44に対して算出された複数のMDを用いて、当該軸ダンパ44の異常を検出する。すなわち、異常判定部24は、異常検出対象の軸ダンパ44に対する複数の上記数値の時系列から算出される複数のMDを用いて、当該軸ダンパの異常を検出する。   The abnormality determination unit 24 detects an abnormality of the shaft damper 44 by using a plurality of MDs calculated for the shaft damper 44 that is an abnormality detection target. That is, the abnormality determination unit 24 detects an abnormality of the shaft damper using a plurality of MDs calculated from a plurality of time series of the above numerical values with respect to the shaft damper 44 to be detected.

具体的に、異常判定部24は、異常検出対象の軸ダンパ44に対して算出された複数のMDのうち、所定の距離以上のMDの割合を算出する。この所定の距離としては、MTシステムで異常と正常の分離に用いられる「4」といった距離が用いられる。   Specifically, the abnormality determination unit 24 calculates the proportion of MDs that are equal to or greater than a predetermined distance among the plurality of MDs calculated for the axis damper 44 that is the abnormality detection target. As this predetermined distance, a distance such as “4” used for separation of abnormality and normality in the MT system is used.

異常判定部24は、算出した割合が所定の割合を超える場合には、異常検出対象のダンパを異常であると判定する。この所定の割合は、正常であることが既知の軸ダンパに対する複数のMDのうち上記の所定の距離以上となるMDの割合と、異常であることが既知のダンパに対する複数のMDのうち上記の所定の距離以上となるMDの割合との間の割合であり、予め定められている。本実施の形態においては、MDが4未満となる割合が80%以上である場合に異常検出対象のダンパが正常であると判断され、MDが4未満となる割合が80%未満の場合には、異常検出対象のダンパが異常であると判断される。   The abnormality determination unit 24 determines that the abnormality detection target damper is abnormal when the calculated ratio exceeds a predetermined ratio. This predetermined ratio is the ratio of the MD that is equal to or greater than the predetermined distance among the plurality of MDs with respect to the shaft damper that is known to be normal, and the above among the plurality of MDs with respect to the damper that is known to be abnormal. It is a ratio between the ratio of MD that is equal to or greater than a predetermined distance, and is predetermined. In the present embodiment, when the rate at which MD is less than 4 is 80% or more, it is determined that the damper for abnormality detection is normal, and when the rate at which MD is less than 4 is less than 80% Therefore, it is determined that the abnormality detection target damper is abnormal.

以下、異常検出装置10の動作について説明する。併せて、本発明の実施の形態に係る異常検出方法について説明する。図3は、本発明の実施の形態に係る異常検出方法のフローチャートである。   Hereinafter, the operation of the abnormality detection apparatus 10 will be described. In addition, the abnormality detection method according to the embodiment of the present invention will be described. FIG. 3 is a flowchart of the abnormality detection method according to the embodiment of the present invention.

図3に示すように、この異常検出方法においては、まず、軸ダンパ44に取り付けられたセンサ12が、当該軸ダンパ44の加速度を計測する(ステップS1)。センサ12は、この加速度を信号として信号変換部14に出力する。   As shown in FIG. 3, in this abnormality detection method, first, the sensor 12 attached to the shaft damper 44 measures the acceleration of the shaft damper 44 (step S1). The sensor 12 outputs this acceleration as a signal to the signal conversion unit 14.

センサ12からの信号を受けた信号変換部14は、当該信号にセンサ12によって計測された加速度に基づく信号に増幅といった信号変換を適用する(ステップS2)。信号変換部14は、信号変換によって得た信号を数値変換部16に出力する。   Upon receiving the signal from the sensor 12, the signal conversion unit 14 applies signal conversion such as amplification to the signal based on the acceleration measured by the sensor 12 to the signal (step S2). The signal conversion unit 14 outputs a signal obtained by signal conversion to the numerical value conversion unit 16.

次いで、数値変換部16が、信号変換部14からの信号を離散化し(ステップS3)、離散化によって得た数値を数値処理部18に出力する。   Next, the numerical conversion unit 16 discretizes the signal from the signal conversion unit 14 (step S3), and outputs the numerical value obtained by the discretization to the numerical processing unit 18.

次いで、数値処理部18が、数値処理部18からの数値の時系列に上述したバンドパスフィルタ処理(ステップS4)、及び実効値算出処理(ステップS5)を適用する。これらの処理によって、数値処理部18は、実効値の時系列をバンドパスフィルタの個数分生成し、これら実効値の時系列からなるデータを、MD算出部20に出力する。   Next, the numerical processing unit 18 applies the above-described bandpass filter processing (step S4) and effective value calculation processing (step S5) to the time series of the numerical values from the numerical processing unit 18. Through these processes, the numerical processing unit 18 generates time series of effective values for the number of bandpass filters, and outputs data including these time series of effective values to the MD calculation unit 20.

次いで、MD算出部20が、数値処理部18からのデータからマハラノビス距離を算出する(ステップS6)。なお、上述したように、マハラノビス距離の算出に用いられる項目(実効値)は、有効性解析等によって選択された項目であってもよい。   Next, the MD calculation unit 20 calculates the Mahalanobis distance from the data from the numerical processing unit 18 (step S6). As described above, the item (effective value) used for calculating the Mahalanobis distance may be an item selected by effectiveness analysis or the like.

次いで、異常判定部24が、異常検出対象の軸ダンパ44に対する複数のMDのうち、所定の距離以上のMDの割合を求め、当該割合が所定の割合を超える場合に、当該軸ダンパ44を異常であると判定する(ステップS7)。   Next, the abnormality determination unit 24 obtains a ratio of MDs of a predetermined distance or more among a plurality of MDs with respect to the axis damper 44 to be detected, and if the ratio exceeds a predetermined ratio, the axis damper 44 is abnormally detected. (Step S7).

以上説明したように、この異常検出装置10は、異常検出対象の軸ダンパ44に対する複数のMDのうち、所定の距離閾値を超える割合によって、当該軸ダンパ44の状態、即ち正常及び異常を判定する。したがって、正常な軸ダンパに対するマハラノビス距離、及び異常な軸ダンパに対するマハラノビス距離にばらつきがあるために、マハラノビス距離と閾値との比較によって軸ダンパの状態を判定することが困難な場合にでも、軸ダンパの状態、即ち正常及び異常を高精度に判別することが可能となる。これによって、不要な軸ダンパの交換を避けるとともに、軸ダンパの異常を早期に発見することが可能となる。   As described above, the abnormality detection apparatus 10 determines the state of the shaft damper 44, that is, normal and abnormal, based on a ratio exceeding a predetermined distance threshold among a plurality of MDs with respect to the shaft damper 44 to be detected. . Therefore, even if it is difficult to determine the state of the shaft damper by comparing the Mahalanobis distance with the threshold value due to variations in the Mahalanobis distance with respect to the normal shaft damper and the Mahalanobis distance with respect to the abnormal shaft damper, the shaft damper This state, that is, normal and abnormal can be determined with high accuracy. As a result, unnecessary replacement of the shaft damper can be avoided and an abnormality of the shaft damper can be detected at an early stage.

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、軸ダンパ44に設けられるセンサ12は、当該軸ダンパ44の変位を計測する変位センサ(ポテンションメータ)であってもよい。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, the sensor 12 provided in the shaft damper 44 may be a displacement sensor (potentiometer) that measures the displacement of the shaft damper 44.

また、異常検出装置10は、左右動ダンパ36やヨーダンパにセンサ12を設けることによって、左右動ダンパ36やヨーダンパの異常を検出することも可能である。   Further, the abnormality detection device 10 can also detect an abnormality in the left-right motion damper 36 or the yaw damper by providing the sensor 12 in the left-right motion damper 36 or the yaw damper.

また、上記実施の形態では、一つの所定の距離とMDとの比較によって異常検出対象の状態が判定されているが、異なる複数の所定の距離とMDとの比較によって、異常検出対象の異常レベルが段階的に抽出されてもよい。   In the above embodiment, the state of the abnormality detection target is determined by comparing one predetermined distance with the MD. However, the abnormality level of the abnormality detection target is determined by comparing a plurality of different predetermined distances with the MD. May be extracted in stages.

図1は、本発明の実施の形態に係る異常検出装置の構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an abnormality detection apparatus according to an embodiment of the present invention. 図2は、鉄道車両における台車を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a bogie in a railway vehicle. 図3は、本発明の実施の形態に係る異常検出方法のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of the abnormality detection method according to the embodiment of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

10…異常検出装置、12…センサ、14…信号変換部、16…数値変換部、18…数値処理部、20…MD算出部、22…記憶部、24…異常判定部、30…台車、44…軸ダンパ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Abnormality detection apparatus, 12 ... Sensor, 14 ... Signal conversion part, 16 ... Numerical value conversion part, 18 ... Numerical value processing part, 20 ... MD calculation part, 22 ... Memory | storage part, 24 ... Abnormality determination part, 30 ... Dolly, 44 ... shaft damper.

Claims (8)

車両の台車に設けられたダンパに関する物理量を計測するセンサと、
前記センサによって取得された物理量に基づく数値の時系列に、異なる帯域通過特性の複数のバンドパスフィルタを適用し、当該複数のバンドパスフィルタ各々の出力に基づくデータを生成する処理手段と、
正常なダンパに対する複数の前記データに基づく単位空間から導出されたマハラノビス距離演算式のパラメータを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶されている前記パラメータに基づくマハラノビス距離演算式を用いることによって、異常検出対象のダンパに対して生成された前記データに対するマハラノビス距離を算出する距離算出手段と、
前記異常検出対象のダンパに対する複数の前記データに基づく複数の前記マハラノビス距離のうち所定の距離以上となるマハラノビス距離の割合を算出し、当該割合が所定の割合を超える場合に、前記異常検出対象のダンパを異常と判定する判定手段と、
を備える異常検出装置。
A sensor for measuring a physical quantity related to a damper provided on a carriage of the vehicle;
Processing means for applying a plurality of bandpass filters having different bandpass characteristics to a time series of numerical values based on physical quantities acquired by the sensor, and generating data based on outputs of the plurality of bandpass filters;
Storage means for storing parameters of a Mahalanobis distance arithmetic expression derived from a unit space based on a plurality of the data for a normal damper;
Distance calculation means for calculating the Mahalanobis distance for the data generated for the abnormality detection target damper by using a Mahalanobis distance arithmetic expression based on the parameters stored in the storage means;
A ratio of the Mahalanobis distance that is equal to or greater than a predetermined distance among the plurality of Mahalanobis distances based on the plurality of data with respect to the damper of the abnormality detection target is calculated, and when the ratio exceeds a predetermined ratio, the abnormality detection target Determination means for determining that the damper is abnormal;
An abnormality detection device comprising:
前記所定の割合は、正常であることが既知のダンパに対する複数の前記マハラノビス距離のうち前記所定の距離以上となるマハラノビス距離の割合から、異常であることが既知のダンパに対する複数の前記マハラノビス距離のうち前記所定の距離以上となるマハラノビス距離の割合まで数値範囲において予め定められている割合である、請求項1に記載の異常検出装置。 The predetermined ratio is a ratio of a plurality of Mahalanobis distances to dampers known to be abnormal from a ratio of Mahalanobis distances that are equal to or greater than the predetermined distance among the plurality of Mahalanobis distances to dampers known to be normal. The abnormality detection device according to claim 1, wherein the abnormality detection device has a predetermined ratio in a numerical range up to a ratio of the Mahalanobis distance that is equal to or greater than the predetermined distance. 前記物理量は、加速度である、請求項1又は2に記載の異常検出装置。   The abnormality detection device according to claim 1, wherein the physical quantity is acceleration. 前記処理手段は、前記複数のバンドパスフィルタ各々からの出力に含まれる数値の時系列から、対応のバンドパスフィルタの帯域における中心周波数の所定サイクル分の実効値を導出し、当該実効値を前記データに含める、請求項1〜3の何れか一項に記載の異常検出装置。   The processing means derives an effective value for a predetermined cycle of a center frequency in a band of a corresponding bandpass filter from a time series of numerical values included in an output from each of the plurality of bandpass filters, and the effective value is calculated as the effective value. The abnormality detection device according to any one of claims 1 to 3, which is included in data. センサによって車両の台車に設けられたダンパに関する物理量を計測する第1のステップと、
処理手段が、前記センサによって取得された物理量に基づく数値の時系列に、異なる帯域通過特性の複数のバンドパスフィルタを適用し、当該複数のバンドパスフィルタ各々の出力に基づくデータを生成する第2のステップと、
距離算出手段が、正常なダンパに対する複数の前記データに基づく単位空間から導出されたマハラノビス距離演算式を用いることによって、異常検出対象のダンパに対して生成された前記データに対するマハラノビス距離を算出する第3のステップと、
判定手段が、前記異常検出対象のダンパに対する複数の前記データに基づく複数の前記マハラノビス距離のうち所定の距離以上となるマハラノビス距離の割合を算出し、当該割合が所定の割合を超える場合に、前記異常検出対象のダンパを異常と判定する第4のステップと、
を含む、異常検出方法。
A first step of measuring a physical quantity related to a damper provided in a vehicle carriage by a sensor;
A processing unit applies a plurality of bandpass filters having different bandpass characteristics to a time series of numerical values based on a physical quantity acquired by the sensor, and generates data based on outputs of the plurality of bandpass filters. And the steps
The distance calculation means calculates a Mahalanobis distance for the data generated for the abnormality detection target damper by using a Mahalanobis distance arithmetic expression derived from a unit space based on a plurality of the data for a normal damper. 3 steps,
When the determination unit calculates a ratio of the Mahalanobis distance that is equal to or greater than a predetermined distance among the plurality of Mahalanobis distances based on the plurality of data with respect to the abnormality detection target damper, and the ratio exceeds a predetermined ratio, A fourth step of determining that the abnormality detection target damper is abnormal;
An abnormality detection method including:
前記所定の割合は、正常であることが既知のダンパに対する複数の前記マハラノビス距離のうち前記所定の距離以上となるマハラノビス距離の割合から、異常であることが既知のダンパに対する複数の前記マハラノビス距離のうち前記所定の距離以上となるマハラノビス距離の割合まで数値範囲において予め定められている割合である、請求項5記載の異常検出方法。 The predetermined ratio is a ratio of a plurality of Mahalanobis distances to dampers known to be abnormal from a ratio of Mahalanobis distances that are equal to or greater than the predetermined distance among the plurality of Mahalanobis distances to dampers known to be normal. The abnormality detection method according to claim 5, wherein the abnormality detection method is a ratio set in advance in a numerical range up to a ratio of Mahalanobis distance that is equal to or greater than the predetermined distance. 前記物理量は、加速度である、請求項5又は6に記載の異常検出方法。   The abnormality detection method according to claim 5, wherein the physical quantity is acceleration. 前記第2のステップにおいて、前記処理手段が、前記複数のバンドパスフィルタ各々からの出力に含まれる数値の時系列から、対応のバンドパスフィルタの帯域における中心周波数の所定サイクル分の実効値を導出し、当該実効値を前記データに含める、請求項5〜7の何れか一項に記載の異常検出方法。   In the second step, the processing means derives an effective value for a predetermined cycle of the center frequency in the band of the corresponding bandpass filter from a time series of numerical values included in the output from each of the plurality of bandpass filters. The abnormality detection method according to claim 5, wherein the effective value is included in the data.
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