JP6438709B2 - センサ状態判断装置およびセンサ状態判断プログラム - Google Patents

Description

鉄道車両に用いられる加速度センサ等の検出用センサが鉄道車両の走行中に異常状態になっているか否かを正確に判断できるセンサ状態判断装置およびセンサ状態判断プログラムに関する。

鉄道車両には、制振制御システムが搭載されており、下記特許文献１には、加速度センサにより車体に作用する振動加速度を検出し、その検出された振動加速度に基づいてダンパ装置の減衰力を決定し、車体に作用する振動を制御する技術が記載されている。

しかし、下記特許文献１に記載されている制振制御システムでは、加速度センサが正常状態であるという前提の下で、検出された振動加速度に基づいて制振制御が実行され、加速度センサ自体が故障している場合が考慮されていない。即ち、加速度センサ自体が故障している場合には、異常状態である加速度センサの信号に基づいて制振制御が実行されるため、制振制御が適切に実行されなくなる。従って、先ずは、加速度センサが異常状態になっているか否かを正確に判断することが望まれている。

そこで、本願出願人は、下記特許文献２において、検出用の加速度センサに加え、その検出用の加速度センサと同等な加速度を検出可能な監視用の加速度センサを設け、検出用の加速度センサにより検出される第１信号と、監視用の加速度センサにより検出される第２信号とに基づいて両信号の相関関係を示すコヒーレンス値を算出し、そのコヒーレンス値が予め設定された異常判断値より小さい場合には、検出用の加速度センサが異常状態になっていると判断する技術を開示した。

特開２００１−２７１８７２号公報 特開２０１２−２６８９７号公報

しかしながら、上記特許文献２に記載された技術では、検出用の加速度センサが異常状態になっているか否かをコヒーレンス値に基づいて判断しており、かかるコヒーレンス値には、両信号の位相の相関性は反映されているが、振幅の相関性が反映されていない。そのため、振幅の相関が認められず、本来であれば「異常状態」であるにも拘わらず、位相の相関性が認められれば「正常」と判断され、かかる「異常状態」を検知できない、という問題点があった。

本発明は、上記した課題を解決すべく、鉄道車両に用いられている加速度センサ等の検出用センサが鉄道車両の走行中に異常状態になっているか否かを正確に判断することができるセンサ状態判断装置およびセンサ状態判断プログラムを提供することを目的とする。

請求項１記載のセンサ状態判断装置は、鉄道車両に作用する物理値を検出可能な検出用センサが前記鉄道車両の走行中に異常状態になっているか否かを判断するものであって、前記検出用センサにより検出される第１信号を取得する第１信号取得手段と、前記鉄道車両に作用する物理値を検出可能であって前記検出用センサで検出される物理値と同等の物理値が作用する部位に取り付けられている監視用センサにより検出される第２信号を取得する第２信号取得手段と、前記第１信号取得手段により取得される第１信号と、前記第２信号取得手段により取得される第２信号とに基づいて、両信号の位相に関する相関関係を示す値と、両信号の振幅に関する相関関係を示す値とを乗算した判断パラメータを算出する判断パラメータ算出手段と、前記判断パラメータ算出手段により算出された判断パラメータが予め設定された異常判断値より小さい場合に前記検出用センサが異常状態になっていると判断する判断手段とを備えている。

請求項２記載のセンサ状態判断装置は、請求項１記載のセンサ状態判断装置において、前記判断パラメータ算出手段は、両信号の位相に関する相関関係を示す値をコヒーレンス値とし、前記両信号の振幅に関する相関関係を示す値を、第１信号における最大振幅値と最少振幅値との差分値と、第２信号における最大振幅値と最少振幅値との差分値との比率として、前記判断パラメータを算出する。

請求項３記載のセンサ状態判断プログラムは、鉄道車両に作用する物理値を検出可能な検出用センサが前記鉄道車両の走行中に異常状態になっているか否かを判断するものであって、コンピュータを、前記検出用センサにより検出される第１信号を取得する第１信号取得ステップと、鉄道車両に作用する物理値を検出可能であって前記検出用センサで検出される物理値と同等の物理値が作用する部位に取り付けられている監視用センサにより検出される第２信号を取得する第２信号取得ステップと、前記第１信号取得ステップにより取得される第１信号と、前記第２信号取得ステップにより取得される第２信号とに基づいて、両信号の位相に関する相関関係を示すコヒーレンス値に、両信号の振幅に関する相関関係を示す値を乗算した判断パラメータを算出する判断パラメータ算出ステップと、前記判断パラメータ算出ステップにより算出された判断パラメータが予め設定された異常判断値より小さい場合に前記検出用センサが異常状態になっていると判断する判断ステップとして機能させる。

請求項１記載のセンサ状態判断装置によれば、第１信号取得手段により取得される第１信号と、第２信号取得手段により取得される第２信号とに基づいて、両信号の位相に関する相関関係を示す値と、両信号の振幅に関する相関関係を示す値とを乗算した判断パラメータが判断パラメータ算出手段により算出され、算出された判断パラメータが予め設定された異常判断値より小さい場合に検出用センサが異常状態になっていると判断される。即ち、判断パラメータには、両信号の位相の相関性に加え、両信号の振幅の相関性も反映されているので、位相の相関は認められても、振幅の相関が認められず、本来であれば「異常状態」であるにも拘わらず、かかる「異常状態」を検知できず、「正常」と判断されるのを防止できる。よって、鉄道車両に用いられている加速度センサ等の検出用センサが鉄道車両の走行中に異常状態になっているか否かを正確に判断できるという効果がある。

請求項２記載のセンサ状態判断装置によれば、請求項１記載のセンサ状態判断装置の奏する効果に加え、判断パラメータ算出手段は、両信号の位相に関する相関関係を示す値をコヒーレンス値とし、両信号の振幅に関する相関関係を示す値を、第１信号における最大振幅値と最少振幅値との差分値と、第２信号における最大振幅値と最少振幅値との差分値との比率として判断パラメータを算出するので、判断パラメータを簡単、且つ、正確に算出できるという効果がある。

請求項３記載のセンサ状態判断プログラムによれば、第１信号取得ステップにより取得される第１信号と、第２信号取得ステップより取得される第２信号とに基づいて、両信号の位相に関する相関関係を示す値と、両信号の振幅に関する相関関係を示す値とを乗算した判断パラメータが判断パラメータ算出ステップにより算出され、算出された判断パラメータが予め設定された異常判断値より小さい場合に検出用センサが異常状態になっていると判断される。即ち、判断パラメータには、両信号の位相の相関性に加え、両信号の振幅の相関性も反映されているので、位相の相関は認められても、振幅の相関が認められず、本来であれば「異常状態」であるにも拘わらず、かかる「異常状態」を検知できず、「正常」と判断されるのを防止できる。よって、鉄道車両に用いられている検出用センサが鉄道車両の走行中に異常状態になっているか否かを正確に判断できるという効果がある。

センサ状態判断装置が搭載された鉄道車両の模式図である。 鉄道車両の電気的構成を示すブロック図である。 （ａ）は第１信号Ｘの時間に対する振幅の変化を示した図、（ｂ）は第２信号Ｙの時間に対する振幅の変化を示した図である。 センサ状態判断処理を示すフローチャートである。

本発明に係るセンサ状態判断装置１の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、センサ状態判断装置１が搭載された鉄道車両１００の模式図である。センサ状態判断装置１は、特に、鉄道車両１００に作用する振動加速度を検出する検出用センサ１０５が鉄道車両１００の走行中に異常状態になっているか否かを正確に判断できるものである。

鉄道車両１００には、前後方向に二台設けられた台車１０１に空気バネ１０２を介して車体１０３が搭載されており、車体１０３に作用する左右振動を減衰させるダンパ装置１０４が設けられている。ダンパ装置１０４は、センサ状態判断装置１から入力されるダンパ制御指令値Ｆにより、図示しない電磁弁の開き量が調節されて、発生する減衰力を調整できるように構成されている。

また、車体１０３には、検出用センサ１０５と、監視用センサ１０６とが設けられている。検出用センサ１０５は、アクティブダンパ制御を実行するために設けられており、車体１０３に作用する振動加速度を第１信号Ｘとして検出し、それをセンサ状態判断装置１に出力する。

監視用センサ１０６は、検出用センサ１０５を監視するためのものであり、検出用センサ１０５で検出される振動加速度と同等な振動加速度を検出可能な位置（本実施形態では検出用センサ１０５の隣）に設けられ、車体１０３に作用する振動加速度を第２信号Ｙとして検出し、それをセンサ状態判断装置１に出力する。

センサ状態判断装置１は、主に、検出用センサ１０５から出力される第１信号Ｘと、監視用センサ１０６から出力される第２信号Ｙとに基づいて、検出用センサ１０５が正常か否かを判断する装置である。センサ状態判断装置１は、検出用センサ１０５が正常であると判断した場合には、検出用センサ１０５から出力される第１信号Ｘに基づいて最適なダンパ制御指令値Ｆを算出し、そのダンパ制御指令値Ｆをダンパ装置１０４に出力する。これにより、ダンパ装置１０４が積極的に振動加速度に対する減衰力を発生させ、アクティブダンパ制御が実行される。これにより、振動加速度による振動が減衰され、乗客に心地良い乗りごごちを提供できる。一方、検出用センサ１０５が異常であるときには、アクティブダンパ制御は実行しない。これにより、異常状態にある検出用センサ１０５によって検出される振動加速度に基づいてアクティブダンパ制御が実行されることで、乗りごごちが悪化するのを防止できる。なお、検出用センサ１０５が異常である場合とは、例えば、検出用センサ１０５のコネクタがはずれかかっている場合、検出用センサ１０５の配線が切断されている場合等である。

車体１０３には、その他にも、速度センサ１０７と、状態表示ランプ１０８とが設けられている。速度センサ１０７は、鉄道車両１００の速度を検出するセンサであり、センサ状態判断装置１に接続され、検出した速度をセンサ状態判断装置１に出力する。

状態表示ランプ１０８は、検出用センサ１０５が正常か、異常かを運転士等に報知するものであり、赤色ＬＥＤと、青色ＬＥＤとによって構成され、センサ状態判断装置１に接続されている。そして、センサ状態判断装置１によって検出用センサ１０５が正常であると判断された場合には、青色ＬＥＤが点灯し、異常であると判断された場合には、赤色ＬＥＤが点灯することになる。これにより、検出用センサ１０５が正常か、異常かを運転士等に報知できる。

図２は、鉄道車両１００の電気的構成を示すブロック図である。鉄道車両１００は、主に、センサ状態判断装置１、ダンパ装置１０４、検出用センサ１０５、監視用センサ１０６、速度センサ１０７、状態表示ランプ１０８によって構成され、それらが入出力ポート７を介して各々接続されている。尚、鉄道車両１００には、図示しない計時回路が搭載されており、かかる計時回路により、センサ状態判断装置１は、走行を開始してからの時間が分かるように構成されている。

センサ状態判断装置１は、ＣＰＵ２、ＲＯＭ３、ＲＡＭ４、フラッシュメモリ５によって構成され、それらがバスライン６によって入出力ポート７に接続されている。

ＣＰＵ２は、ＲＯＭ３に記憶されている固定値やプログラムに従って、入出力ポート７と接続された各部を制御する演算装置である。ＲＯＭ３は、鉄道車両１００で実行される制御プログラム等を格納した書換不能な不揮発性のメモリであり、ＲＯＭ３には、図４に示すセンサ状態判断処理を実行するセンサ状態判断プログラム３ａが格納されている。即ち、図４に示すセンサ状態判断処理は、ＲＯＭ３に格納されているセンサ状態判断プログラム３ａに従ってＣＰＵ２によって実行される。

センサ状態判断処理プログラム３ａには、鉄道車両１００の走行中に検出用センサ１０５が異常状態になっているか否かを判断する処理が含まれ、センサ状態判断装置１（ＣＰＵ２）は、検出用センサ１０５から出力される第１信号Ｘと、監視用センサ１０６から出力される第２信号Ｙとに基づいて、両信号の位相に関する相関関係を示す値と、両信号の振幅に関する相関関係を示す値とを乗算した判断パラメータを算出し、その判断パラメータから検出用センサ１０５が異常状態になっているか否かを判断している。

具体的には、両信号の位相に関する相関関係を示す値をコヒーレンス値ＣＸＹとし、両信号の振幅に関する相関関係を示す値を、第１信号Ｘにおける最大振幅値と最少振幅値との差分値と、第２信号Ｙにおける最大振幅値と最少振幅値との差分値との比率とし、かかる比率に、コヒーレンス値ＣＸＹを乗算した値を判断パラメータとし、その判断パラメータから検出用センサ１０５が異常状態になっているか否かを判断している。

ここで、一般的に定義されるコヒーレンス値Ｃ（ｆ）について説明する。コヒーレンス値Ｃ（ｆ）は、２つの信号であるｘ（ｔ）とｙ（ｔ）との間にどのくらい相関関係があるか示した値であり、次の（数１）式で定義される。

Ｓｘｙ（ｆ）は、ｘ（ｔ）とｙ（ｔ）とのクロススペクトルであり、ｘ（ｔ）とｙ（ｔ）との相互相関関数をフーリエ変換したものである。Ｓｘ（ｆ）は、ｘ（ｔ）のパワースペクトルであり、ｘ（ｔ）の自己相関関数をフーリエ変換したものである。Ｓｙ（ｆ）は、ｙ（ｔ）のパワースペクトルであり、ｙ（ｔ）の自己相関関数をフーリエ変換したものである。ｔは時間であり、ｆは周波数である。
センサ状態判断装置１（ＣＰＵ２）は、上記（数１）式を展開して得られる次の（数２）式を用いて、第１信号Ｘと第２信号Ｙとのコヒーレンス値ＣＸＹを演算する。

上記（数２）式で示されたＸには、検出用センサ１０５により検出される４ミリ秒毎の第１信号Ｘが入力され、上記（数２）式で示されたＹには、監視用センサ１０６により検出される４ミリ秒毎の第２信号Ｙが入力される。また、上記（数２）式で示されたＸａは、０．１秒毎の第１信号Ｘの平均値であり、上記（数２）式で示されたＹａは、０．１秒毎の第２信号Ｙの平均値である。なお、第１信号Ｘ、第２信号Ｙが入力される時間は、４ミリ秒毎に限定されるものではなく、適宜変更可能である。また、平均値Ｘａ，Ｙａを演算するための時間間隔は、０．１秒毎に限定されるものではなく、周波数の大きさによって適宜変更するものである。

上記（数２）式により演算されたコヒーレンス値ＣＸＹは、０〜１までの値であって、第１信号Ｘと第２信号Ｙが完全に一致するとき１であり、第１信号Ｘと第２信号Ｙに相関が無いとき０である。言い換えると、コヒーレンス値ＣＸＹは、０．１秒毎にどのくらい第１信号Ｘと第２信号Ｙの形状が似ているかを示した値である。

そのため、上述したように算出されるコヒーレンス値ＣＸＹを利用して、コヒーレンス値ＣＸＹが、所定の閾値（例えば０．６）より大きい場合には、両信号Ｘ，Ｙの形状が似ているので、検出用センサ１０５は正常で、所定の閾値（例えば０．６）より小さい場合には、両信号Ｘ，Ｙの形状が似ていないので、検出用センサ１０５が異常状態であると判断することもできる。

しかし、コヒーレンス値ＣＸＹには、両信号の位相の相関性は反映されているが、振幅の相関性が反映されていない。そのため、振幅の相関が認められず、本来であれば「異常状態」であるにも拘わらず、位相の相関性が認められれば「正常」と判断され、かかる「異常状態」を検知できない可能性がある。この状態を図３を参照して説明する。

図３（ａ）は、第１信号Ｘの時間（０．１秒間）における振幅の変化を示し、図３（ｂ）は、第２信号Ｙの時間（０．１秒間）に対する振幅の変化を示した図である。また、第１信号Ｘと、第２信号Ｙとのコヒーレンス値ＣＸＹが１になっている。

即ち、第１信号Ｘと、第２信号Ｙとが、図３に示す通り、コヒーレンス値ＣＸＹが１の場合には、両者の振幅が明らかに異なり、検出センサ１０５が「異常状態」であるにも拘わらず、コヒーレンス値ＣＸＹが、所定の閾値（例えば０．６）より大きいとして、「正常」と判断されてしまう。

そこで、本実施形態では、両信号の振幅に関する相関関係を示す値として、０．１秒毎に第１信号Ｘにおける最大振幅値と最少振幅値との差分値と、０．１秒毎に第２信号Ｙにおける最大振幅値と最少振幅値との差分値との比率（０＜比率＜１）を算出し、その比率をコヒーレンス値ＣＸＹに乗算した値を判断パラメータとしている。そして、その判断パラメータが、所定の閾値（例えば、０．６）より大きい場合には、両信号Ｘ，Ｙの形状が似ているので検出用センサ１０５は正常で、所定の閾値（例えば、０．６）より小さい場合には、両信号Ｘ，Ｙの形状が似ていないので、検出用センサ１０５は異常であると判断する。

具体的には、図３に示す場合には、第１信号Ｘにおける最大振幅値と最少振幅値との差分値（０．９９５７）と、第２信号Ｙにおける最大振幅値と最少振幅値との差分値（２．９８７）との比率（０．９８５７／２．９８７＝０．３３３３）を算出し、その比率（０．３３３３）をコヒーレンス値ＣＸＹ（＝１）に乗算した値を判断パラメータ（＝０．３３３３）としている。そして、この判断パラメータ（＝０．３３３３）は、所定の閾値（例えば、０．６）より小さいので、両信号Ｘ，Ｙの形状が似ていないとして、検出用センサ１０５を異常であると判断している。

再び、図２に戻り説明を続ける。ＲＡＭ４は、各種情報を一時的に記憶する書換可能な揮発性のメモリであり、異常判定回数カウンタ４ａと、異常状態フラグ４ｂとが記憶されている。異常判定回数カウンタ４ａは、検出用センサ１０５が異常と判断された回数をカウントするものであり、異常と判断される度に「１」が加算される。本実施形態のセンサ状態判断処理プログラム３ａでは、判断パラメータが０．６より小さい場合が連続して複数回Ｎ（例えば１０回）成立したとき、検出用センサ１０５が異常状態であると判断するように、構成されている。これは、検出用センサ１０５、監視用センサ１０６にノイズが入力される影響により、コヒーレンス値ＣＸＹが１回だけ０．６より小さくなって、検出用センサ１０５が異常状態になっていると判断されることを防止するためである。即ち、本実施形態では、異常判定回数カウンタ４ａの値が「１０」になった場合に、正式に異常状態と判断されることになる。異常状態フラグ４ｂは、異常状態か否かを示すフラグであり、異常判定回数カウンタ４ａの値が「１０」となり、正式に異常状態と判断された場合に「ＯＮ」に設定され、それ以後は異常判定がキャンセルされる。

フラッシュメモリ５は、各種情報を記憶する書換可能な不揮発性のメモリであり、例えば、異常判断値５ａが記憶されている。異常判断値５ａは、上述したように算出される判断パラメータの閾値となる値である。本実施形態では、２種類の異常判断値５ａが記憶されており、鉄道車両１００が走行を開始した短時間（例えば１０秒）の間に使用する異常判定値（例えば０．８）と、それ以降に使用する異常判定値（例えば０．６）とが記憶されている。

このように、異常判断値５ａは２種類設定され、鉄道車両１００が走行を開始した短時間（例えば１０秒）の間に使用する異常判定値（例えば０．８）が、それ以降に使用する異常判定値（例えば０．６）よりも高く設定されている。これにより、鉄道車両１００が走行を開始した直後にも検出用センサ１０５が正常状態であるか否かを判断できる上、鉄道車両１００が走行を開始した直後おいて、検出用センサ１０５が正常状態であるか否かを正確に判断できる。

図４は、センサ状態判断処理を示すフローチャートである。センサ状態判断処理は、ＲＯＭ３に格納されているセンサ状態判断プログラム３ａに従ってＣＰＵ２によって実行される処理である。センサ状態判断処理は、主に、鉄道車両１００の走行中に検出用センサ１０５が異常状態になっているか否かを判断する処理であり、鉄道車両１００（センサ状態判断装置１）に電源が投入された場合に開始される。

この処理では、まず、ＣＰＵ２は、検出用センサ１０５から第１信号Ｘ、監視用センサ１０６から第２信号Ｙを取得する（Ｓ１）。そして、信号を取得してから０．１秒経過したかを判断し（Ｓ２）、経過するまではＳ１の処理を繰り返し（Ｓ２：Ｎｏ）、経過した場合には（Ｓ２：Ｙｅｓ）、Ｓ１で取得した第１信号Ｘと、第２信号Ｙとに基づいて判断パラメータを算出する（Ｓ３）。即ち、ＣＰＵ２は、上述した通り、第１信号Ｘと第２信号Ｙとに基づいて、両信号のコヒーレンス値ＣＸＹと、両信号の振幅比率とを算出し、かかるコヒーレンス値ＣＸＹに振幅比率を乗算した値を判断パラメータとして算出する。

そして、ＣＰＵ２は、速度センサ１０７から鉄道車両１００の速度を取得し（Ｓ４）、その取得した速度が０か否かを判断する（Ｓ５）。速度が０であれば（Ｓ５：Ｙｅｓ）、Ｓ１から処理を繰り返し、速度が０でなければ（Ｓ５：Ｎｏ）、走行開始から１０秒経過したか否かを判断する（Ｓ６）。

そして、ＣＰＵ２は、走行開始から１０秒経過していると判断した場合には（Ｓ６：Ｙｅｓ）、Ｓ３で算出した判断パラメータが０．６より小さいかを判断し（Ｓ７）、小さければ（Ｓ７：Ｙｅｓ）、異常判定回数カウンタ４ａに１を換算し（Ｓ８）、異常判定回数カウンタ４ａが「１０」か否かを判断する（Ｓ９）。そして、ＣＰＵ２は、異常判定回数カウンタ４ａが「１０」であれば（Ｓ９：Ｙｅｓ）、検出用センサ１０５が異常状態であると判断し、異常状態処理を実行し（Ｓ１０）、Ｓ１１の処理に移行する。

また、ＣＰＵ２は、Ｓ６の処理で、走行開始から１０秒経過していないと判断した場合には（Ｓ６：Ｎｏ）、Ｓ３で算出した判断パラメータが０．８より小さいかを判断し（Ｓ１５）、小さければ（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、検出用センサ１０５が異常状態であると判断して、直ちに異常状態処理を実行し（Ｓ１０）、判断パラメータが０．８より大きければ（Ｓ１５：Ｎｏ）、検出用センサ１０５は正常であると判断し、Ｓ１１の処理に移行する。

ここで、Ｓ１０の異常状態処理では、ＣＰＵ２は、検出用センサ１０５が異常状態であると判断し、異常状態フラグ４ｂを「ＯＦＦ」から「ＯＮ」に設定すると共に、状態表示ランプ１０８に異常信号を出力し、赤ランプを点灯させる。これにより、運転士等に検出用センサ１０５が異常状態になっていることを報知できる。また、ＣＰＵ２は、ダンパ装置１０４にアクティブダンパ制御を禁止するダンパ制御指令値Ｆを出力し、ダンパ装置１０４をパッシブ状態とする。これにより、異常状態の検出用センサ１０５の検出結果に基づいて、ダンパ装置１０４がアクティブ制御され、乗りごごちが悪化するのを防止できる。

一方、ＣＰＵ２は、Ｓ７の処理で、Ｓ３で算出した判断パラメータが０．６より大きいと判断された場合には（Ｓ７：Ｎｏ）、検出用センサ１０５は正常であるとして、異常判定回数カウンタ４ａをクリアし（Ｓ１４）、Ｓ１０の処理はスキップして、Ｓ１１の処理に移行する。

また、ＣＰＵ２は、Ｓ９の処理で、異常判定回数カウンタ４ａが１０でないと判断された場合にも（Ｓ９：Ｎｏ）、Ｓ７の処理で判断パラメータが０．６より小さいと判断されたのは（Ｓ７：Ｙｅｓ）、ノイズの影響である可能性があるとして、Ｓ１０の処理はスキップして、Ｓ１１の処理に移行する。

そして、ＣＰＵ２は、Ｓ１１の処理では、異常状態フラグ４ｂが「ＯＮ」か否かを判断し（Ｓ１１）、「ＯＮ」であれば（Ｓ１１：Ｙｅｓ）、異常状態フラグ４ｂを「ＯＮ」、状態表示ランプ１０８に異常信号を出力、ダンパ装置１０４にアクティブダンパ制御を禁止するダンパ制御指令値Ｆを出力した状態で、本処理を終了する。

一方、Ｓ１１の処理で、異常状態フラグ４ｂが「ＯＦＦ」であると判断した場合には（Ｓ１１：Ｎｏ）、正常状態処理を実行し（Ｓ１２）、本処理を終了するか否か（Ｓ１３）、即ち、鉄道車両１００が停止したか否かを判断し、終了（停止）でなければ（Ｓ１３：Ｎｏ）、Ｓ１からの処理を繰り返し、終了であれば（Ｓ１３：Ｙｅｓ）、本処理を終了する。

ここで、Ｓ１２の正常状態処理では、ＣＰＵ２は、検出用センサ１０５が正常状態であると判断し、状態表示ランプ１０８に正常信号を出力し、青ランプを点灯させる。これにより、運転士等に検出用センサ１０５が正常状態になっていることを報知できる。また、ダンパ装置１０４にアクティブダンパ制御を制御するダンパ制御指令値Ｆを出力し、ダンパ装置１０４をアクティブ状態とする。これにより、正常状態の検出用センサ１０５の検出結果に基づいて、ダンパ装置１０４がアクティブ制御され、乗客に心地よい乗りごごちを提供できる。

以上、本発明に係るセンサ状態判断装置１について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、上記実施形態では、第１信号Ｘと第２信号Ｙとの両信号の振幅に関する相関関係を示す値を、第１信号Ｘにおける最大振幅値と最少振幅値との差分値と、第２信号Ｙにおける最大振幅値と最少振幅値との差分値との比率とする場合について説明したが、両信号の振幅に関する相関関係を示す値は、かかる比率に限定されない。例えば、各信号の二乗平均平方根の比率を、両信号の振幅に関する相関関係を示す値としても良い。

また、上記実施形態では、図４のフローチャートに示すＳ３の処理で判断パラメータを算出する場合について説明したが、まずは、第１信号Ｘと第２信号Ｙの振幅に関する相関関係を示す値に基づいて異常か否かを判断し、異常であれば異常とし、正常の場合に、第１信号Ｘと第２信号Ｙの位相に関する相関関係を示す値に基づいて異常か否かを更に判断しても良いし、逆に、第１信号Ｘと第２信号Ｙの位相に関する相関関係を示す値に基づいて異常か否かを判断し、異常であれば異常とし、正常の場合に、更に、第１信号Ｘと第２信号Ｙの振幅に関する相関関係を示す値に基づいて異常か否かを判断しても良い。

また、上記実施形態では、図４のフローチャートに示すＳ５の処理で速度が０か否かを判断しているが、図４に示すセンサ状態判断処理は、速度が「０」以上になった場合に開始されるようにしても良い。

また、上記実施形態においては、上記（数２）式を用いてコヒーレンス値ＣＸＹを演算したが、コヒーレンス値ＣＸＹを演算するための式は、（数２）式に限定されるものではない。従って、例えば、以下に示す（数３）式を用いてコヒーレンス値ＣＸＹを演算しても良い。

上記（数３）式は、上記（数２）式の分子式から絶対値を除いた式である。この（数３）式を用いた場合には、コヒーレンス値ＣＸＹは−１から１までの値になり、位相が１８０度ずれているときにコヒーレンス値ＣＸＹがプラスの所定値とマイナスの所定値（例えば１と−１）になる。これに対して、分子式に絶対値が付いている上記（数２）式を用いた場合には、コヒーレンス値ＣＸＹは０から１までの値になり、位相が１８０度ずれているときでもコヒーレンス値ＣＸＹが共にプラスの所定値（例えば１）になる。従って、上記（数３）式を用いた場合には、位相のずれに基づくコヒーレンス値ＣＸＹのマイナスの値も考慮することができ、第１信号Ｘと第２信号Ｙとの厳密な比較をすることができる。

また、コヒーレンス値ＣＸＹを演算するための式は、上記（数３）式より簡単な以下に示す（数４）式であっても良い。

また、上記実施形態において、鉄道車両１００が走行を開始した短時間（１０秒）、異常判断値（０．６、０．８）、判断パラメータが異常判断値より小さい場合が連続した回数（１０回）は、予め実験により決定されるものであり、適宜変更可能である。また、異常判断値と正常判断値は一致していても良い。

また、上記実施形態において、センサ状態判断装置１は、判断パラメータが異常判断値（０．６）より小さい場合が１回成立した場合に、直ちに、検出用センサ１０５が異常状態になっていると判断しても良い。

また、この実施形態において、センサ状態判断装置１は、判断パラメータが異常判断値より小さい場合が連続して１０回成立した場合には、検出用センサ１０５が異常状態であると判断したが、例えば、センサ状態判断装置１は、判断パラメータが異常判断値より小さい場合が連続して１０回以上且つ２０回未満成立した場合には軽度の故障による異常状態であると判断し、判断パラメータが異常判断値より小さい場合が連続して２０回以上成立した場合には重度の故障による異常状態であると判断しても良い。

また、上記実施形態において、センサ状態判断装置１は、制振制御システムに用いられる加速度センサ（検出用センサ１０５）が異常状態になっているか否かを判断するように構成したが、センサ状態判断装置１は、鉄道車両１００の部品の状態又は乗り心地を監視する状態監視システムに用いられている加速度センサ等が異常状態になっているか否かを判断するような構成や、車両の制御に用いられている各種センサが異常状態になっているか否かを判断するような構成としても良い。

また、上記実施形態において、検出用センサ１０５及び監視用センサ１０６は、左右方向の振動加速度を検出する加速度センサであるが、上下方向又は前後方向を検出する加速度センサ、或いは２軸又は３軸加速度センサであって良い。更に、検出用センサ１０５及び監視用センサ１０６は、速度センサ、角度センサ、角速度センサ、変位センサ、圧力センサ等であっても良い。また、検出用センサ１０５及び監視用センサ１０６は、車体１０３に取付けられているが、鉄道車両１００のうち何れの部位に取付けられていても良い。

また、上記実施形態では、検出用センサ１０５が正常か、異常かを判断している場合について説明したが、検出用センサ１０５ではなく、監視用センサ１０６が正常か、異常かを判断していると読み替えることもできる。

１ センサ状態判断装置
２ ＣＰＵ（センサ状態判断装置の一例）
３ａ センサ状態判断プログラム
１００ 鉄道車両
１０５ 検出用センサ
１０６ 監視用センサの一例
Ｓ１ 第１信号取得手段の一例、第１信号取得ステップの一例
Ｓ１ 第２信号取得手段の一例、第２信号取得ステップの一例
Ｓ３ 判断パラメータ算出手段の一例、判断パラメータ算出ステップの一例
Ｓ７、Ｓ１５ 判断手段の一例、判断ステップの一例
Ｘ 第１信号
Ｙ 第２信号

Claims (3)

1. 鉄道車両に作用する物理値を検出可能な検出用センサが前記鉄道車両の走行中に異常状態になっているか否かを判断するセンサ状態判断装置において、
   前記検出用センサにより検出される第１信号を取得する第１信号取得手段と、
   前記鉄道車両に作用する物理値を検出可能であって前記検出用センサで検出される物理値と同等の物理値が作用する部位に取り付けられている監視用センサにより検出される第２信号を取得する第２信号取得手段と、
   前記第１信号取得手段により取得される第１信号と、前記第２信号取得手段により取得される第２信号とに基づいて、両信号の位相に関する相関関係を示す値と、両信号の振幅に関する相関関係を示す値とを乗算した判断パラメータを算出する判断パラメータ算出手段と、
   前記判断パラメータ算出手段により算出された判断パラメータが予め設定された異常判断値より小さい場合に前記検出用センサが異常状態になっていると判断する判断手段とを備えていることを特徴とするセンサ状態判断装置。
2. 前記判断パラメータ算出手段は、両信号の位相に関する相関関係を示す値をコヒーレンス値とし、前記両信号の振幅に関する相関関係を示す値を、前記第１信号における最大振幅値と最少振幅値との差分値と、前記第２信号における最大振幅値と最少振幅値との差分値との比率として、前記判断パラメータを算出することを特徴とする請求項１に記載のセンサ状態判断装置。
3. 鉄道車両に作用する物理値を検出可能な検出用センサが前記鉄道車両の走行中に異常状態になっているか否かを判断するセンサ状態判断プログラムにおいて、
   コンピュータを、
   前記検出用センサにより検出される第１信号を取得する第１信号取得ステップと、
   鉄道車両に作用する物理値を検出可能であって前記検出用センサで検出される物理値と同等の物理値が作用する部位に取り付けられている監視用センサにより検出される第２信号を取得する第２信号取得ステップと、
   前記第１信号取得ステップにより取得される第１信号と、前記第２信号取得ステップにより取得される第２信号とに基づいて、両信号の位相に関する相関関係を示すコヒーレンス値に、両信号の振幅に関する相関関係を示す値を乗算した判断パラメータを算出する判断パラメータ算出ステップと、
   前記判断パラメータ算出ステップにより算出された判断パラメータが予め設定された異常判断値より小さい場合に前記検出用センサが異常状態になっていると判断する判断ステップとして機能させることを特徴とするセンサ状態判断プログラム。
   
   

Images