JP6530329B2 - Abnormality detection method and abnormality detection device for secondary spring system - Google Patents

Abnormality detection method and abnormality detection device for secondary spring system Download PDF

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Description

本発明は、鉄道車両の車体と台車との間に設けられる2次ばね系の異常検出方法及び異常検出装置に関し、特に、走行速度が変化した場合であっても適切に異常検出が可能なものに関する。   The present invention relates to an abnormality detection method and an abnormality detection apparatus for a secondary spring system provided between a car body and a bogie of a railway vehicle, and in particular, it is possible to appropriately detect an abnormality even when the traveling speed changes. About.

一般的な鉄道車両は、輪軸を支持する軸箱と台車枠との間に設けられる1次ばね系、及び、台車枠と車体との間に設けられる2次ばね系を備えている。
2次ばね系は、空気ばね等のばね要素であるまくらばね、及び、まくらばねの鉛直方向及び左右方向の変形に応じてそれぞれ減衰力を発生する上下動ダンパ、左右動ダンパ等を備えている。
また、例えば空気ばね等からなるまくらばねの伸縮に応じて空気が通過する流路に減衰力を発生する絞りを設けることによって、まくらばね自体が減衰要素を兼ねている場合もある。
A typical railway vehicle is provided with a primary spring system provided between an axle box supporting a wheelset and a bogie frame, and a secondary spring system provided between the bogie frame and a car body.
The secondary spring system includes a pillow spring, which is a spring element such as an air spring, and a vertical motion damper, a horizontal motion damper, and the like that generate a damping force according to the vertical and horizontal deformation of the pillow spring. .
Further, in some cases, the pillow spring itself also serves as a damping element by providing a throttle that generates a damping force in the flow path through which air passes according to the expansion and contraction of a pillow spring made of an air spring or the like.

鉄道車両の安全性や乗り心地を確保するため、上述したような2次ばね系の減衰要素が減衰力を正常に発生しなくなる故障や、空気ばねの圧力低下等の2次ばね系の異常を適切に検出することが要望されている。
鉄道車両の台車の異常検出に関する従来技術として、例えば特許文献1には、台車に設けた加速度検出手段の出力が所定の閾値以上となった場合に異常を判定することが記載されている。
また、特許文献2には、台車等の振動加速度を等距離間隔でサンプリングし、バンドパスフィルタ処理後2乗した平均加速度パワーの変化に基づいて異常を判定することが記載されている。
また、特許文献3には、まくらばね系の正常、異常に応じて、車体の上下方向加速度とピッチング方向加速度との位相差は変化する特性を利用し、車体の固有振動数を含みかつ位相差が反転する周波数と異ならせて設定された所定の周波数帯域を抽出し、抽出された上下方向加速度とピッチング方向加速度との位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断することによって、車両の運行中に適切にまくらばね系の異常を検出することが記載されている。
In order to ensure the safety and ride comfort of the railway vehicle, the above-mentioned secondary spring system damping element fails to generate damping force normally, and secondary spring system abnormality such as pressure drop of air spring etc. Proper detection is required.
As a prior art related to abnormality detection of a bogie of a railway vehicle, for example, Patent Document 1 describes that an abnormality is determined when an output of an acceleration detection unit provided on the bogie becomes equal to or more than a predetermined threshold.
Further, Patent Document 2 describes that vibrational acceleration of a truck or the like is sampled at equal distance intervals, and abnormality is determined based on a change in average acceleration power squared after bandpass filter processing.
Further, Patent Document 3 utilizes the characteristic that the phase difference between the vertical acceleration of the vehicle body and the acceleration in the pitching direction changes according to normality or abnormality of the pillow spring system, and includes the natural frequency of the vehicle body and phase difference. By extracting a predetermined frequency band that is set to be different from the frequency at which the signal is inverted, and determining that the phase difference between the extracted vertical acceleration and the pitching direction acceleration is out of a predetermined allowable range, It has been described to properly detect the abnormality of the pillow spring system during the operation of the vehicle.

特開2000−6807号公報JP, 2000-6807, A 特許第4252271号Patent No. 4252227 特許第5662298号Patent No. 5662298

特許文献3に記載されたまくらばね系の異常検出方法においては、抽出される周波数帯域が、上下方向加速度とピッチング方向加速度との位相差が反転する周波数とは異なり、かつ車体の固有振動数を含む異常検出可能周波数の範囲に含まれない限り、適切な異常検出は困難であるため、異常検出が可能な車両の走行速度範囲が狭いという問題があった。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、走行速度が変化した場合であっても適切に異常検出が可能な2次ばね系の異常検出方法及び異常検出装置を提供することである。
In the abnormality detection method for the pillow spring system described in Patent Document 3, the frequency band to be extracted is different from the frequency at which the phase difference between the vertical acceleration and the pitching acceleration reverses, and the natural frequency of the vehicle body There is a problem that the traveling speed range of the vehicle in which the abnormality can be detected is narrow since it is difficult to appropriately detect the abnormality unless it is included in the range of the abnormality detectable frequency included.
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems, it is an object of the present invention to provide a secondary spring system abnormality detection method and an abnormality detection apparatus capable of appropriately detecting an abnormality even when the traveling speed changes.

上述した問題を解決する本発明の2次ばね系の異常検出方法は、鉄道車両の車体と台車との間に設けられる2次ばね系の異常検出方法であって、車体の並進方向加速度及び回転方向加速度を検出し、前記並進方向加速度及び前記回転方向加速度から、車両の走行速度に応じて実質的に比例して高周波数側へ推移するよう設定された所定の周波数帯域の成分を抽出し、抽出された前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断するとともに、抽出する前記周波数帯域を、前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が反転する周波数とは異ならせて設定するとともに、走行速度が予め設定された抽出周波数変更速度を超過した際に、前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が反転する周波数を超えるよう低周波数側に段階的に推移させることを特徴とする。
ここで2次ばね系は、まくらばね等のばね要素、及び、減衰要素を含み、減衰要素とは、ばね要素とは別に設けられた油圧緩衝器などのダンパに限らず、例えば空気ばねであるばね要素自体が減衰要素を兼ねたものも含むものとする。
これによれば、2次ばね系の正常、異常に応じて、車体の並進方向加速度と回転方向加速度との位相差は変化することから、この位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断することによって、車両の運行中に適切に2次ばね系の異常を検出することができる。
また、並進方向加速度及び回転方向加速度から、車両の走行速度に応じて実質的に比例して高周波数側へ推移するよう設定された所定の周波数帯域の成分を抽出し、抽出する周波数帯域を、並進方向加速度と回転方向加速度との位相差が反転する周波数とは異ならせて設定することによって、正常時と異常時とで位相差に違いが生じやすい周波数帯域を抽出することができ、より適切に異常を検出することができる。
また、走行速度が予め設定された抽出周波数変更速度を超過した際に、抽出される周波数帯域を、並進方向加速度と回転方向加速度との位相差が反転する周波数を超えるよう低周波数側に段階的に推移させることによって、車両の走行速度が変化した場合であっても異常検出に適した周波数帯域を抽出することが可能となり、異常検出を適切に行うことができる。
An abnormality detection method for a secondary spring system according to the present invention, which solves the above-mentioned problems, is an abnormality detection method for a secondary spring system provided between a car body and a bogie of a railway vehicle. A directional acceleration is detected, and a component of a predetermined frequency band set so as to shift to a high frequency side substantially in proportion to the traveling speed of the vehicle is extracted from the translational acceleration and the rotational acceleration; While judging that it is abnormal when the phase difference between the extracted translational direction acceleration and the rotational direction acceleration is out of a predetermined allowable range, the frequency band to be extracted is a combination of the translational direction acceleration and the rotational direction acceleration. The phase difference is set to be different from the frequency to be reversed, and the phase of the translational acceleration and the rotational direction acceleration when the traveling speed exceeds a preset extraction frequency changing speed There wherein the stepwise transition to a low frequency side to exceed the frequency of reversal.
Here, the secondary spring system includes a spring element such as a pillow spring and a damping element, and the damping element is not limited to a damper such as a hydraulic shock absorber provided separately from the spring element, but is, for example, an air spring. The spring element itself includes one that doubles as a damping element.
According to this, since the phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration of the vehicle body changes according to the normality and abnormality of the secondary spring system, the abnormality occurs when this phase difference deviates from the predetermined allowable range. By determining that, it is possible to properly detect an abnormality of the secondary spring system during the operation of the vehicle.
Further, from the translational acceleration and the rotational acceleration, a component of a predetermined frequency band set so as to shift substantially in proportion to the high frequency side according to the traveling speed of the vehicle is extracted and extracted. By setting the phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration to be different from the inverted frequency, it is possible to extract a frequency band in which a difference in phase difference tends to occur between normal and abnormal times, which is more appropriate. Anomaly can be detected.
In addition, when the traveling speed exceeds the preset extraction frequency changing speed, the frequency band to be extracted is stepped on the low frequency side so that the phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration exceeds the inverted frequency. By switching to the above, even if the traveling speed of the vehicle changes, it is possible to extract a frequency band suitable for abnormality detection, and abnormality detection can be appropriately performed.

本発明において、抽出する前記周波数帯域を、車体の並進モードの固有振動数を含む異常検出可能範囲内となるように設定する構成とすることができる。
これによれば、車体の並進モードの固有振動数近傍の周波数においては、2次ばね系が正常である場合と異常である場合とで、並進方向加速度と回転方向加速度との位相差に違いが生じやすいため、異常検出をより確実に行なうことができる。
In the present invention, the frequency band to be extracted may be set to be within an abnormality detectable range including the natural frequency of the translational mode of the vehicle body.
According to this, at frequencies near the natural frequency of the translational mode of the vehicle body, there is a difference in phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration between when the secondary spring system is normal and when it is abnormal. Since it easily occurs, abnormality detection can be performed more reliably.

また、本発明の他の2次ばね系の異常検出方法は、鉄道車両の車体と台車との間に設けられる2次ばね系の異常検出方法であって、車体の並進方向加速度及び回転方向加速度を検出し、前記並進方向加速度及び前記回転方向加速度から、車両の走行速度に応じて実質的に比例して高周波数側へ推移するよう設定された複数の所定の周波数帯域の成分を抽出し、少なくとも一つの周波数帯域から抽出された前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断するとともに、抽出する複数の前記周波数帯域を、前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が反転する周波数とは異ならせて設定することを特徴とする。
これによれば、並進方向加速度及び回転方向加速度から複数の周波数帯域を抽出し、少なくとも一つの周波数帯域から抽出された並進方向加速度と回転方向加速度との位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断することによって、上述した発明の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
本発明において、抽出する複数の前記周波数帯域の少なくとも1つを、車体の並進モードの固有振動数を含む異常検出可能範囲内となるように設定する構成とすることができる。
Further, another abnormality detection method for a secondary spring system according to the present invention is an abnormality detection method for a secondary spring system provided between a car body and a bogie of a railway vehicle, the acceleration in the translational direction and the acceleration in the rotational direction of the car body. From the acceleration in the translational direction and the acceleration in the rotational direction, and extracts components of a plurality of predetermined frequency bands set so as to shift to a high frequency side substantially in proportion to the traveling speed of the vehicle. While judging that it is abnormal when the phase difference between the translational acceleration extracted from at least one frequency band and the rotational acceleration deviates from a predetermined allowable range, a plurality of the frequency bands to be extracted are in the translational direction The frequency at which the phase difference between the acceleration and the acceleration in the rotational direction is reversed is set to be different.
According to this, when a plurality of frequency bands are extracted from the translational acceleration and the rotational acceleration, and the phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration extracted from at least one frequency band is out of the predetermined allowable range By judging that there is an abnormality, it is possible to obtain substantially the same effect as that of the above-described invention.
In the present invention, at least one of the plurality of frequency bands to be extracted may be set to be within an abnormality detectable range including the natural frequency of the translational mode of the vehicle body.

上記各発明において、前記並進方向加速度は、前記車体の上下方向加速度であり、前記回転方向加速度は、前記車体のピッチング方向加速度である構成とすることができる。
また、上記各発明において、前記並進方向加速度は、前記車体の左右方向加速度であり、前記回転方向加速度は、前記車体のヨーイング方向加速度である構成とすることができる。
In each of the above inventions, the translational acceleration may be a vertical acceleration of the vehicle body, and the rotational acceleration may be a pitching acceleration of the vehicle body.
In each of the above inventions, the translational acceleration may be a lateral acceleration of the vehicle body, and the rotational acceleration may be a yaw directional acceleration of the vehicle body.

また、上述した問題を解決する本発明の2次ばね系の異常検出装置は、鉄道車両の車体と台車との間に設けられる2次ばね系の異常検出装置であって、車体の並進方向加速度、及び、回転方向加速度を検出する車体挙動検出手段と、前記並進方向加速度及び前記回転方向加速度から、車両の走行速度に応じて実質的に比例して高周波数側へ推移するよう設定された所定の周波数帯域の成分を抽出する周波数帯域抽出手段と、前記周波数帯域抽出手段が抽出した前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断する異常検出手段とを備え、前記周波数帯域抽出手段は、抽出する前記周波数帯域を、前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が反転する周波数とは異ならせて設定するとともに、走行速度が予め設定された抽出周波数変更速度を超過した際に、前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が反転する周波数を超えるよう低周波数側に段階的に推移させることを特徴とする。
本発明において、前記周波数帯域抽出手段は、抽出する前記周波数帯域を、車体の並進モードの固有振動数を含む異常検出可能範囲内となるように設定する構成とすることができる。
Further, the abnormality detection device for a secondary spring system according to the present invention, which solves the above-mentioned problem, is an abnormality detection device for a secondary spring system provided between a car body and a bogie of a railway vehicle. And vehicle body behavior detection means for detecting the acceleration in the rotational direction, and the translational acceleration and the acceleration in the rotational direction are set to shift to the high frequency side substantially in proportion to the traveling speed of the vehicle. Frequency band extracting means for extracting a component of the frequency band, and an abnormality which is judged as abnormal when the phase difference between the translational acceleration extracted by the frequency band extracting means and the rotational direction acceleration deviates from a predetermined allowable range Detection means, wherein the frequency band extraction means sets the frequency band to be extracted different from a frequency at which the phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration is inverted. In addition, when the traveling speed exceeds the preset extraction frequency changing speed, the phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration is gradually shifted to the low frequency side so as to exceed the inverted frequency. It is characterized by
In the present invention, the frequency band extraction means may set the frequency band to be extracted to be within an abnormality detectable range including the natural frequency of the translation mode of the vehicle body.

また、本発明の他の2次ばね系の異常検出方法は、鉄道車両の車体と台車との間に設けられる2次ばね系の異常検出装置であって、車体の並進方向加速度、及び、回転方向加速度を検出する車体挙動検出手段と、前記並進方向加速度及び前記回転方向加速度から、車両の走行速度に応じて実質的に比例して高周波数側へ推移するよう設定された所定の周波数帯域の成分を抽出する周波数帯域抽出手段と、前記周波数帯域抽出手段が抽出した前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断する異常検出手段とを備え、前記周波数帯域抽出手段は、前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が反転する周波数とは異ならせて設定された複数の周波数帯域の成分を抽出し、前記異常検出手段は、少なくとも一つの周波数帯域から抽出された前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断することを特徴とする。
本発明において、抽出する複数の前記周波数帯域の少なくとも1つを、車体の並進モードの固有振動数を含む異常検出可能範囲内となるように設定する構成とすることができる。
Another abnormality detection method for a secondary spring system according to the present invention is an abnormality detection device for a secondary spring system provided between a car body and a bogie of a railway vehicle, the acceleration in the translational direction of the car body, and the rotation. Vehicle behavior detection means for detecting a directional acceleration, and a predetermined frequency band set so as to shift substantially in proportion to the traveling speed of the vehicle from the translational acceleration and the rotational acceleration according to the traveling speed of the vehicle Frequency band extraction means for extracting a component; and abnormality detection means for judging an abnormality when a phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration extracted by the frequency band extraction means deviates from a predetermined allowable range. The frequency band extraction unit extracts components of a plurality of frequency bands set to be different from the frequency at which the phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration is reversed, and the abnormality detection Stage, characterized in that the phase difference between at least one of said translational direction acceleration extracted from the frequency band and the rotating direction acceleration is determined to be abnormal if outside a predetermined allowable range.
In the present invention, at least one of the plurality of frequency bands to be extracted may be set to be within an abnormality detectable range including the natural frequency of the translational mode of the vehicle body.

上記各発明において、前記車体挙動検出手段は、前記並進方向加速度として前記車体の上下方向加速度を検出するとともに、前記回転方向加速度として前記車体のピッチング方向加速度を検出する構成とすることができる。
また、上記各発明において、前記車体挙動検出手段は、前記並進方向加速度として前記車体の左右方向加速度を検出するとともに、前記回転方向加速度として前記車体のヨーイング方向加速度を検出する構成とすることができる。
In each of the above inventions, the vehicle body behavior detection means may be configured to detect the vertical acceleration of the vehicle as the translational acceleration and to detect the pitching acceleration of the vehicle as the rotational acceleration.
In each of the above inventions, the vehicle body behavior detection means can be configured to detect the lateral acceleration of the vehicle as the translational acceleration and to detect the yawing acceleration of the vehicle as the rotational acceleration. .

以上説明したように、本発明によれば、走行速度が変化した場合であっても適切に異常検出が可能な2次ばね系の異常検出方法及び異常検出装置を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide an abnormality detection method and an abnormality detection device for a secondary spring system capable of appropriately detecting an abnormality even when the traveling speed changes.

本発明の参考例である2次ばね系の異常検出装置の構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of the abnormality detection apparatus of the secondary spring system which is the reference example of this invention. 鉄道車両の上下並進モード及びピッチングモードの振動形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the vibration form of the up-down translation mode and pitching mode of a railcar. まくらばねダンパが正常又は異常である場合の車体の上下方向加速度とピッチング方向加速度の位相差の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the phase difference of the up-down direction acceleration of a vehicle body in case a pillow spring damper is normal or abnormal, and pitching direction acceleration. 上下並進モード及びピッチングモードの車体の加速度履歴の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the acceleration history of the vehicle body in vertical translation mode and pitching mode. バンドパスフィルタ通過後の上下並進モード及びピッチングモードの車体の加速度履歴の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the acceleration history of the vehicle body of the vertical translation mode and pitching mode after band pass filter passage. バンドパスフィルタ通過後の上下並進モード及びピッチングモードの車体の加速度の符号の履歴の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the log | history of the code | symbol of the acceleration of the vehicle body of the up-down translation mode and pitching mode after band pass filter passage. バンドパスフィルタ通過後の上下並進モード及びピッチングモードの車体の加速度の符号の排他的論理和(XOR)の履歴の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the history of the exclusive OR (XOR) of the sign of the acceleration of the up-and-down translation mode and pitching mode of a car body after band pass filter passage. 上下並進モード及びピッチングモードの車体の加速度の符号の排他的論理和(XOR)をローパスフィルタに通して平均化した値(符号不一致率)の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the value (sign non-match rate) which carried out the low pass filter and averaged the exclusive OR (XOR) of the code | symbol of the acceleration of the vehicle body of vertical translation mode and pitching mode. 正常時及び異常時における符号不一致率の推移の一例を示すグラフであって、まくらばねダンパがセミアクティブダンパである場合を示すものである。It is a graph which shows an example of transition of the code | symbol mismatch rate in normal time and abnormal time, Comprising: The case where a pillow spring damper is a semi active damper is shown. 正常時及び異常時における符号不一致率の推移の一例を示すグラフであって、まくらばねダンパがパッシブダンパである場合を示すものである。It is a graph which shows an example of transition of the code | symbol mismatch rate in the time of normal and abnormal, Comprising: The case where a pillow spring damper is a passive damper is shown. 車両の走行速度に応じた車体の上下方向加速度とピッチング方向加速度の位相差の変化の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the change of the phase difference of the up-down direction acceleration of the vehicle body according to the traveling speed of a vehicle, and a pitching direction acceleration. まくらばねダンパが正常又は異常である場合の車体の上下方向加速度とピッチング方向加速度の位相差の一例を示すグラフであって、走行速度が50km/hであるときの位相差を示すものである。It is a graph which shows an example of the phase difference of the up-down direction acceleration of a vehicle body in case a pillow spring damper is normal or abnormal, and pitching direction acceleration, Comprising: The phase difference when travel speed is 50 km / h is shown. まくらばねダンパが正常又は異常である場合の車体の上下方向加速度とピッチング方向加速度の位相差の一例を示すグラフであって、走行速度が60km/hであるときの位相差を示すものである。It is a graph which shows an example of the phase difference of the up-down direction acceleration of a vehicle body in case a pillow spring damper is normal or abnormal, and pitching direction acceleration, Comprising: The phase difference when travel speed is 60 km / h is shown. まくらばねダンパが正常又は異常である場合の車体の上下方向加速度とピッチング方向加速度の位相差の一例を示すグラフであって、走行速度が75km/hであるときの位相差を示すものである。It is a graph which shows an example of the phase difference of the up-down direction acceleration of a vehicle body in case a pillow spring damper is normal or abnormal, and pitching direction acceleration, Comprising: A phase difference when traveling speed is 75 km / h is shown. 本発明を適用した2次ばね系の異常検出装置の第1実施形態における異常検出手段の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the abnormality detection means in 1st Embodiment of the abnormality detection apparatus of the secondary spring system to which this invention is applied. 第1実施形態の位相差検出装置における抽出周波数帯域を示すグラフである。It is a graph which shows the extraction frequency zone in the phase contrast detection device of a 1st embodiment. まくらばねダンパ正常時における符号不一致率と走行速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the code | symbol mismatching rate and driving speed at the time of a pillow spring damper normal time. 正常時、第1台車右異常時、第2台車右異常時における符号不一致率の推移の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of transition of the code | symbol non-match rate in the time of 1st trolley | bogie right abnormality at the time of normal, and 2nd trolley | bogie right abnormality. 図18のデータを、図12に示す近似関数を基準とした相対値としたものを示すグラフである。It is a graph which shows what made the data of FIG. 18 the relative value on the basis of the approximation function shown in FIG. 符号不一致率の変動に応じて閾値を変化させる場合の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example in the case of changing a threshold according to change of a code non-matching rate. 本発明を適用した2次ばね系の異常検出装置の第2実施形態における異常検出手段の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the abnormality detection means in 2nd Embodiment of the abnormality detection apparatus of the secondary spring system to which this invention is applied. 第2実施形態の位相差検出装置における抽出周波数帯域を示すグラフである。It is a graph which shows the extraction frequency zone in the phase contrast detection device of a 2nd embodiment. 本発明を適用した2次ばね系の異常検出装置の第2実施形態の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of 2nd Embodiment of the abnormality detection apparatus of the secondary spring system to which this invention is applied. 本発明を適用した2次ばね系の異常検出装置の第4実施形態の構成、及び、鉄道車両の左右並進モード及びヨーイングモードの振動形態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure of 4th Embodiment of the abnormality detection apparatus of the secondary spring system to which this invention is applied, and the vibration form of left-right translation mode and a yawing mode of a rail vehicle.

以下、本発明を適用した2次ばね系の異常検出方法、及び、この異常検出方法に用いられる異常検出装置の第1乃至第4実施形態について説明する。
各実施形態の説明に先立ち、先ず、本発明の参考例である2次ばね系の異常検出方法、及び、異常検出装置について説明する。
Hereinafter, a method of detecting an abnormality of a secondary spring system to which the present invention is applied, and first to fourth embodiments of an abnormality detecting apparatus used for the method of detecting an abnormality will be described.
Prior to the description of each embodiment, first, a method of detecting an abnormality in a secondary spring system, which is a reference example of the present invention, and an abnormality detection device will be described.

図1は、参考例の2次ばね系の異常検出装置の構成を示す模式図である。
図1に示すように、異常検出装置100が設けられる鉄道車両1は、車体10の前後に一対のボギー台車である第1台車20、第2台車30を備えたボギー車である。
車体10は、床部に設けられる台枠の上部に側構、妻構、屋根構などを設けてほぼ六面体状に構成されている。
FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of a secondary spring system abnormality detection device according to a reference example.
As shown in FIG. 1, the railway vehicle 1 provided with the abnormality detection apparatus 100 is a bogie vehicle provided with a first carriage 20 and a second carriage 30 which are a pair of bogies before and after the vehicle body 10.
The vehicle body 10 is substantially formed in a hexahedral shape by providing a side structure, a end structure, a roof structure, and the like on an upper portion of an underframe provided on a floor portion.

第1台車20及び第2台車30は、車両1の進行方向前方側から順次配置されている。
第1台車20は、台車枠21、第1輪軸22、第2輪軸23、2次ばね系24等を備えて構成されている。
台車枠21は、第1輪軸22及び第2輪軸23が軸箱及び軸箱支持装置を介して取り付けられる枠状の構造部材である。
第1輪軸22、第2輪軸23は、車軸の両端部に、一対の車輪を固定したものである。
第1輪軸22、第2輪軸23は、車両1の進行方向前方側から順次配置されている。
第1輪軸22、第2輪軸23は、車軸の両端部を図示しない軸箱によって支持されている。軸箱は、軸受及び潤滑装置などを備えている。
軸箱は、図示しない軸箱支持装置を介して、台車枠21に対して上下方向等に相対変位可能に支持されている。
軸箱支持装置には、台車枠21に対する軸箱の上下方向変位に応じたばね反力を発生する軸ばね、及び、軸ばねの伸縮速度に応じた減衰力を発生する軸ダンパからなる1次ばね系が設けられる。
The first carriage 20 and the second carriage 30 are sequentially arranged from the front side in the traveling direction of the vehicle 1.
The first carriage 20 is configured to include a carriage frame 21, a first wheelset 22, a second wheelset 23, a secondary spring system 24, and the like.
The bogie frame 21 is a frame-shaped structural member to which the first wheelset 22 and the second wheelset 23 are attached via the axle box and the axle box support device.
The first wheelset 22 and the second wheelset 23 have a pair of wheels fixed at both ends of an axle.
The first wheelset 22 and the second wheelset 23 are sequentially arranged from the front side in the traveling direction of the vehicle 1.
The 1st wheelset 22 and the 2nd wheelset 23 are supported by the axle box which does not illustrate the both ends of an axle. The axle box is provided with bearings, a lubricating device, and the like.
The axle box is supported so as to be relatively displaceable in the vertical direction and the like with respect to the carriage frame 21 via an axle box support device (not shown).
The axial box supporting device includes an axial spring generating a spring reaction force corresponding to the vertical displacement of the axial box with respect to the bogie frame 21, and a primary spring consisting of an axial damper generating a damping force corresponding to the expansion / contraction speed of the axial spring. A system is provided.

第2台車30は、台車枠31、第3輪軸32、第4輪軸33、2次ばね系34等を備えて構成されている。
台車枠31は、第3輪軸32及び第4輪軸33が軸箱及び軸箱支持装置を介して取り付けられる枠状の構造部材である。
第3輪軸32、第4輪軸33は、車軸の両端部に、一対の車輪を固定したものである。
第3輪軸32、第4輪軸33は、車両1の進行方向前方側から順次配置されている。
第3輪軸32、第4輪軸33は、車軸の両端部を図示しない軸箱によって支持されている。軸箱は、軸受及び潤滑装置などを備えている。
軸箱は、図示しない軸箱支持装置を介して、台車枠31に対して上下方向等に相対変位可能に支持されている。
軸箱支持装置には、台車枠31に対する軸箱の上下方向変位に応じたばね反力を発生する軸ばね、及び、軸ばねの伸縮速度に応じた減衰力を発生する軸ダンパからなる1次ばね系が設けられる。
The second carriage 30 is configured to include a carriage frame 31, a third wheelset 32, a fourth wheelset 33, a secondary spring system 34, and the like.
The bogie frame 31 is a frame-shaped structural member to which the third wheelset 32 and the fourth wheelset 33 are attached via the axle box and the axle box support device.
The third wheelset 32 and the fourth wheelset 33 have a pair of wheels fixed to both ends of an axle.
The third wheelset 32 and the fourth wheelset 33 are sequentially arranged from the front side in the traveling direction of the vehicle 1.
The 3rd wheelset 32 and the 4th wheelset 33 are supported by the axle box which does not illustrate the both ends of an axle. The axle box is provided with bearings, a lubricating device, and the like.
The axle box is supported so as to be relatively displaceable in the vertical direction and the like with respect to the carriage frame 31 via an axle box support device (not shown).
The axle box support device includes a shaft spring generating a spring reaction force corresponding to the vertical displacement of the shaft box with respect to the bogie frame 31, and a primary spring consisting of an axis damper generating a damping force corresponding to the expansion / contraction speed of the shaft spring. A system is provided.

第1台車20及び第2台車30の台車枠21,31は、2次ばね系24,34を介して、車体10の下部に取り付けられている。
2次ばね系24,34は、図示しないまくらばね及びこのまくらばねと並行に設けられたまくらばねダンパ24a,34aを備えている。
まくらばねは、車体10に対する台車枠21,31の上下方向及び左右方向の相対変位に応じたばね反力を発生する例えば空気ばね等のばね要素である。
まくらばねダンパ24a,34aは、車体10に対する台車枠21,31の上下方向相対速度に応じた減衰力を発生する例えば油圧式緩衝器等の減衰要素である。
また、まくらばねダンパ24a,34aは、図示しない上下制振システムからの指令に応じて、減衰力特性を走行中に随時変更可能なセミアクティブダンパとなっている。
まくらばね及びまくらばねダンパ24a,34aは、各台車枠21,31において、枕木方向(左右方向)に離間して例えば一対が設けられている。
The carriage frames 21 and 31 of the first carriage 20 and the second carriage 30 are attached to the lower part of the vehicle body 10 via secondary spring systems 24 and 34.
The secondary spring system 24, 34 includes a pillow spring (not shown) and a pillow spring damper 24a, 34a provided parallel to the pillow spring.
The pillow spring is a spring element such as an air spring which generates a spring reaction force according to the relative displacement of the bogie frames 21 and 31 relative to the vehicle body 10 in the vertical and horizontal directions.
The pillow spring dampers 24a and 34a are damping elements such as hydraulic shock absorbers that generate a damping force according to the vertical relative speed of the carriage frames 21 and 31 with respect to the vehicle body 10.
Further, the pillow spring dampers 24a and 34a are semi-active dampers that can change the damping force characteristics at any time during traveling in accordance with a command from a not-shown upper and lower damping system.
The pillow springs and the pillow spring dampers 24a and 34a are provided, for example, in pairs in the cart direction (left and right direction) in the carriage frames 21 and 31.

参考例の異常検出装置100は、例えば、上述したまくらばねダンパ24a,34aが正常に減衰力を発生しなくなる異常を検出するものである。
図2は、鉄道車両の上下並進モード及びピッチングモードの振動形態を示す模式図である。
図2に示すように、上下並進モードは、第1台車20の2次ばね系24と、第2台車30の2次ばね系34とが、同相で伸縮することによって、車体10が上下に並進方向に振動するものである。
また、ピッチングモードは、第1台車20の2次ばね系24と、第2台車30の2次ばね系34とが、逆相で伸縮することによって、車体10が枕木方向に沿った軸回りに回動(揺動)するものである。
The abnormality detection device 100 according to the reference example detects, for example, an abnormality in which the above-described pillow spring dampers 24a and 34a do not normally generate a damping force.
FIG. 2 is a schematic view showing vibration modes of the vertical translation mode and the pitching mode of the railway vehicle.
As shown in FIG. 2, in the vertical translation mode, the vehicle body 10 is vertically translated by extension and contraction of the secondary spring system 24 of the first carriage 20 and the secondary spring system 34 of the second carriage 30 in phase. It vibrates in the direction.
In the pitching mode, the vehicle body 10 extends around the axis along the crosstie direction by the secondary spring system 24 of the first carriage 20 and the secondary spring system 34 of the second carriage 30 extending and contracting in the reverse phase. It pivots (rocks).

異常検出装置100は、処理装置110、加速度センサ121,122等を備えて構成されている。
処理装置110は、例えば情報処理装置であるCPU、RAM、ROM、磁気ディスク装置や光学ディスク装置などの記憶手段、入出力インターフェイス及びこれらを接続するバスなどを備えている。
処理装置110は、各センサからの信号を後述するように処理し、異常の検出を行う異常検出手段である。
加速度センサ121,122は、車体10の左右中心線上において前後方向に離間して配置され、車体10の上下方向の加速度を検出する加速度ピックアップを備えている。
加速度センサ121,122は、例えば、車体10の床下に吊下げられて配置されている。
加速度センサ121は、第1台車20の近傍に配置されている。
加速度センサ122は、第2台車30の近傍に配置されている。
加速度センサ121,122の出力信号は、処理装置110に伝達される。
The abnormality detection device 100 includes a processing device 110, acceleration sensors 121 and 122, and the like.
The processing unit 110 includes, for example, a CPU as an information processing unit, a RAM, a ROM, storage means such as a magnetic disk drive and an optical disk drive, an input / output interface, and a bus connecting these.
The processing device 110 is an abnormality detection unit that processes signals from the respective sensors as described later and detects an abnormality.
The acceleration sensors 121 and 122 are disposed apart from each other in the front-rear direction on the left and right center line of the vehicle body 10, and include an acceleration pickup that detects the acceleration of the vehicle body 10 in the vertical direction.
The acceleration sensors 121 and 122 are, for example, suspended below the floor of the vehicle body 10 and arranged.
The acceleration sensor 121 is disposed in the vicinity of the first carriage 20.
The acceleration sensor 122 is disposed in the vicinity of the second carriage 30.
The output signals of the acceleration sensors 121 and 122 are transmitted to the processing device 110.

以下、参考例におけるまくらばねダンパの異常検出方法について説明する。
この異常検出方法は、車両1の走行速度が予め設定された異常検出可能範囲に含まれる場合に、以下の手順を行う。
(1)加速度センサ121,122で、車体10における進行方向に離間した2点の上下加速度を測定する。
(2)加速度センサ121,122がそれぞれ検出した上下加速度を、上下並進モードの加速度とピッチングモードの加速度とに分離する。
(3)車両の進行方向に合わせて、ピッチングモードの加速度の符号を変える。
(4)後述する特定の周波数における、上下並進モードの加速度とピッチングモードの加速度との位相差を検出する。この特定の周波数とは、正常時と異常時とで位相差に大きな違いが生じる周波数であり、予め実験等によって得ておく。
(5)位相差が予め設定した許容範囲を外れた場合、まくらばねダンパ24a,34aに異常があると判断する。
このとき、許容範囲をプラス側、マイナス側のどちらに超えたかによって、第1台車20、第2台車30のいずれかのまくらばねダンパ24a,34aに異常が発生したかを判断する。
Hereinafter, the abnormality detection method of the pillow spring damper in the reference example will be described.
This abnormality detection method carries out the following procedure when the traveling speed of the vehicle 1 is included in a previously set abnormality detectable range.
(1) The acceleration sensors 121 and 122 measure vertical accelerations at two points separated in the traveling direction of the vehicle body 10.
(2) The vertical acceleration detected by each of the acceleration sensors 121 and 122 is separated into an acceleration in the vertical translation mode and an acceleration in the pitching mode.
(3) Change the sign of acceleration in the pitching mode in accordance with the traveling direction of the vehicle.
(4) A phase difference between the acceleration in the vertical translation mode and the acceleration in the pitching mode at a specific frequency described later is detected. The specific frequency is a frequency at which a large difference occurs in the phase difference between the normal time and the abnormal time, and is obtained in advance by experiment or the like.
(5) If the phase difference deviates from the preset allowable range, it is determined that the pillow spring dampers 24a and 34a have an abnormality.
At this time, it is determined which of the pillow spring dampers 24a and 34a of the first carriage 20 and the second carriage 30 has an abnormality depending on which of the plus side and the minus side exceeds the allowable range.

また、上述した位相差の演算は、例えば、上下方向加速度及びピッチング方向加速度の相互相関関数をフーリエ変換したクロススペクトルに基づいて行うことも可能であるが、参考例においては、計算処理の負荷を小さくするために、以下の方向によって近似的に位相差を求めている。
(1)上下方向加速度とピッチング方向加速度をそれぞれバンドパスフィルタに通すことで、特定の周波数の成分を抽出する。
(2)バンドパスフィルタ通過後の上下方向加速度とピッチング方向加速度を、0を閾値として二値化する。例えば、符号が正であれば1、負であれば0とする。
(3)二値化された上下方向加速度とピッチング方向加速度との排他的論理和(XOR)をとる。これによって、各タイミングにおいて、上下方向加速度とピッチング方向加速度の符号が一致するか否かが求まる。
(4)上述した排他的論理和について、所定の一定時間内における平均値を求めるか、あるいは、ローパスフィルタを通して平滑化することによって、上下方向加速度とピッチング方向加速度の符号不一致率が求まる。
ここで、上下方向加速度とピッチング方向加速度が周期信号である場合、両者の位相差が0°であれば、符号不一致率は0となる。また、位相差が±180°であれば、符号不一致率は1となる。実際には上下方向加速度とピッチング方向加速度は完全な周期信号にはならないが、この符号不一致率は、位相差を近似的に表現するパラメータとして用いることができる。
The calculation of the phase difference described above can also be performed based on, for example, a cross spectrum obtained by Fourier-transforming the cross-correlation function of the vertical acceleration and the pitching acceleration, but in the reference example, the load of calculation processing In order to reduce the phase difference, the phase difference is approximately determined by the following directions.
(1) By passing the vertical acceleration and the pitching acceleration through a band pass filter, a component of a specific frequency is extracted.
(2) The vertical acceleration and the pitching acceleration after passing through the band pass filter are binarized using 0 as a threshold. For example, if the sign is positive, it is 1; if it is negative, it is 0.
(3) An exclusive OR (XOR) of the binarized vertical acceleration and the pitching acceleration is performed. As a result, at each timing, it is determined whether or not the signs of the vertical acceleration and the pitching acceleration coincide with each other.
(4) For the above-mentioned exclusive OR, the sign mismatch rate between the vertical acceleration and the pitching acceleration can be determined by obtaining an average value within a predetermined fixed time or smoothing through a low pass filter.
Here, when the vertical acceleration and the pitching acceleration are periodic signals, if the phase difference between the two is 0 °, the code non-matching rate is zero. Further, if the phase difference is ± 180 °, the code mismatch rate is 1. Actually, the vertical acceleration and the pitching acceleration do not become complete periodic signals, but this code mismatch rate can be used as a parameter that approximately expresses the phase difference.

以下、1車両モデルによる数値シミュレーション結果について説明する。
このシミュレーションにおいては、例えば75km/h走行時の軸箱における上下加速度の実測波形を、車両モデルに入力した。この車両モデルにおいて、まくらばねダンパ24a,34aは、走行中に減衰特性を変更可能な可変減衰ダンパとし、公知の上下制振システムによる制御状態を模擬した。また、まくらばねダンパ24a,34aの異常状態は、可変減衰ダンパが最小減衰に固定された状態とした。
Hereinafter, the numerical simulation result by 1 vehicle model is demonstrated.
In this simulation, for example, the measured waveform of the vertical acceleration in the axle box when traveling at 75 km / h was input to the vehicle model. In this vehicle model, the pillow spring dampers 24a and 34a are variable damping dampers that can change the damping characteristics during traveling, and simulate a control state by a known vertical damping system. Further, in the abnormal state of the pillow spring dampers 24a and 34a, the variable damping damper is fixed at the minimum damping.

先ず、正常時と異常時とで位相差に大きな違いの生じる周波数を調べ、異常検出において注目する周波数帯域を決定する。
図3は、車体の上下並進モードとピッチングモードの振動の位相差をクロススペクトルから求めた結果を示すグラフであって、横軸は周波数を示し、縦軸は位相差を示している。また、図3において、正常時、第1台車20の右のまくらばねダンパ24a故障時、第2台車30の右のまくらばねダンパ34a故障時のデータを、それぞれ実線、点線、一転鎖線によって図示している。(後述する図12乃至14において同様)
図3に示すように、車体10の固有振動数付近でもある1.5Hz付近において、正常と異常とで位相差が顕著に異なっている。
そこで、参考例においては、この1.5Hz近傍の周波数成分を用いて異常を検出することにする。
First, the frequency at which a large difference occurs in the phase difference between the normal time and the abnormal time is examined, and the frequency band to be focused in abnormality detection is determined.
FIG. 3 is a graph showing the phase difference between vibrations in the vertical translation mode of the vehicle body and the pitching mode determined from the cross spectrum, the horizontal axis showing frequency and the vertical axis showing phase difference. Further, in FIG. 3, data at the time of failure of the right pillow spring damper 24a of the first carriage 20 and at the time of failure of the right pillow spring damper 34a of the second carriage 30 are illustrated by a solid line, a dotted line, and a dashed dotted line in FIG. ing. (Similar in FIGS. 12 to 14 described later)
As shown in FIG. 3, the phase difference is significantly different between normal and abnormal in the vicinity of 1.5 Hz which is also near the natural frequency of the vehicle body 10.
Therefore, in the reference example, the abnormality is detected using the frequency component near 1.5 Hz.

図4は、加速度センサ121,122が検出した車体10の2点の上下加速度を、モード分離して求めた加速度の推移の一例を示すグラフである。
図4(a)は上下並進モードの加速度を示し、図4(b)は、ピッチングモードの加速度を示している。
図4(a)、図4(b)は、いずれも縦軸が加速度を示し、横軸が時間を示している。
FIG. 4 is a graph showing an example of the transition of the acceleration obtained by mode separation of the vertical accelerations at two points of the vehicle body 10 detected by the acceleration sensors 121 and 122.
FIG. 4A shows the acceleration in the vertical translation mode, and FIG. 4B shows the acceleration in the pitching mode.
In each of FIGS. 4A and 4B, the vertical axis represents acceleration, and the horizontal axis represents time.

図5は、図4に示す加速度を、1.5Hz近傍を通過させるバンドパスフィルタに通過させた結果を示すグラフである。
図5(a)は上下並進モードの加速度を示し、図5(b)は、ピッチングモードの加速度を示している。
図5(a)、図5(b)は、いずれも縦軸が加速度を示し、横軸が時間を示している。
FIG. 5 is a graph showing the result of passing the acceleration shown in FIG. 4 through a band pass filter that passes near 1.5 Hz.
FIG. 5 (a) shows the acceleration in the vertical translation mode, and FIG. 5 (b) shows the acceleration in the pitching mode.
In each of FIGS. 5 (a) and 5 (b), the vertical axis represents acceleration, and the horizontal axis represents time.

図6は、図5(a)、図5(b)に示すバンドパスフィルタ通過後の上下並進モード及びピッチングモードの加速度を、上述したように0を閾値として2値化した加速度符号の履歴を示すグラフである。
図6(a)は、上下並進モードの加速度符号を示し、図6(b)はピッチングモードの加速度符号を示している。
図6(a)、図6(b)は、いずれも縦軸が加速度符号を示し、横軸が時間を示している。
FIG. 6 shows the history of acceleration codes obtained by binarizing the acceleration in the vertical translation mode and pitching mode after passing through the band pass filter shown in FIGS. 5A and 5B with 0 as a threshold as described above. FIG.
FIG. 6 (a) shows the acceleration code in the vertical translation mode, and FIG. 6 (b) shows the acceleration code in the pitching mode.
In each of FIGS. 6A and 6B, the vertical axis represents the acceleration code, and the horizontal axis represents time.

図7は、図6に示す上下並進モードの加速度符号と、ピッチングモードの加速度符号との排他的論理和(XOR)の履歴を示すグラフである。
図7において、縦軸は加速度符号の排他的論理和(1:異符号、0:同符号)を示し、横軸は時間を示している。
FIG. 7 is a graph showing the history of the exclusive OR (XOR) of the acceleration code in the vertical translation mode shown in FIG. 6 and the acceleration code in the pitching mode.
In FIG. 7, the vertical axis indicates the exclusive OR (1: different sign, 0: same sign) of the acceleration code, and the horizontal axis indicates time.

図8は、図7に示す排他的論理和をローパスフィルタに通して、所定期間内の平均値とした結果(符号不一致率)の履歴を示すグラフである。
図8は、縦軸が符号不一致率を示し、横軸が時間を示している。
この符号不一致率は、上下並進モードとピッチングモードの加速度の近似的な位相差を表すものである。
FIG. 8 is a graph showing a history of results (sign mismatch rate) obtained by passing the exclusive OR shown in FIG. 7 through a low pass filter and taking the average value within a predetermined period.
In FIG. 8, the vertical axis represents the code mismatch rate, and the horizontal axis represents time.
The sign mismatch rate represents an approximate phase difference between the acceleration in the vertical translation mode and the pitching mode.

上述した車両モデルを用いて、正常時と異常時との符号不一致率の計算を行った結果を図9に示す。
図9は、縦軸が符号不一致率を示し、横軸が時間を示し、正常状態、第1台車20の右まくらばねダンパ24a異常状態、第1台車20の左まくらばねダンパ24a異常状態、第2台車30の右まくらばねダンパ34a異常状態、第2台車30の左まくらばねダンパ34a異常状態を、それぞれ実線、点線、一点鎖線、二点鎖線、三点鎖線で図示している(後述する図10において同様)。
FIG. 9 shows the result of calculation of the sign mismatch rate between the normal state and the abnormal state using the above-described vehicle model.
In FIG. 9, the vertical axis represents the code mismatch rate, and the horizontal axis represents time, the normal state, the right pillow spring damper 24 a abnormal state of the first carriage 20, the left pillow spring damper 24 a abnormal state of the first carriage 20, The abnormal state of the right pillow spring damper 34a of the second bogie 30 and the abnormal state of the left pillow spring damper 34a of the second bogie 30 are illustrated by a solid line, a dotted line, an alternate long and short dash line, an alternate long and short dash line, and an alternate long and short dash line (figures described later) The same in 10).

図9に示すように、符号不一致率は正常時には0.55近傍で安定しているが、第1台車20のまくらばねダンパ24aが異常の場合、符号不一致率(近似位相差)が正常より大きく、また、第2台車30のまくらばねダンパ34aが異常の場合、符号不一致率が正常より小さくなっていることがわかる。
この場合、例えば、0.5から0.6を許容範囲と設定すれば、これを外れた場合に異常と判断し、さらに許容範囲のどちら側に外れたかによって、まくらばねダンパ24a,34aのどちらの異常かを特定することができる。
なお、ここではフィルタの初期値を0.55としたため、計算開始(0秒)はいずれも0.55になっている。
As shown in FIG. 9, the code mismatch rate is stable around 0.55 when normal, but if the pillow spring damper 24a of the first carriage 20 is abnormal, the code mismatch rate (approximate phase difference) is larger than normal Also, when the pillow spring damper 34a of the second carriage 30 is abnormal, it can be seen that the code mismatch rate is smaller than normal.
In this case, if, for example, 0.5 to 0.6 is set as the allowable range, it is judged as abnormal if it deviates from this, and depending on which side of the allowable range it deviates, whichever of the pillow spring dampers 24a, 34a Can be identified.
Here, since the initial value of the filter is 0.55, the calculation start (0 second) is 0.55 in all cases.

また、図10は、まくらばねダンパを減衰力特性固定式のパッシブダンパとした場合の計算結果を示すグラフである。
図10に示すように、図9に示す上下制振制御状態に対して、正常時と異常時との差は縮小するものの、傾向としては共通しており、閾値を適切に設定することによって、まくらばねダンパの異常を台車単位で検出することが可能である。
Moreover, FIG. 10 is a graph which shows the calculation result at the time of using a pillow spring damper as a passive damper of a damping-force characteristic fixed type.
As shown in FIG. 10, although the difference between normal and abnormal times is reduced with respect to the upper and lower damping control state shown in FIG. 9, the tendency is common, and by setting the threshold appropriately, It is possible to detect the abnormality of the pillow spring damper on a bogie basis.

以上説明した参考例によれば、まくらばねダンパ24a,34aの正常、異常に応じて、車体10の上下方向加速度とピッチング方向加速度との位相差は変化することから、この位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断することによって、車両1の運行中に適切にまくらばねダンパ24a、34aの異常を検出することができる。
さらに、位相差が許容範囲のどちら側に外れたかによって、まくらばねダンパ24a、34aのいずれの異常かを判別することができる。
また、上下方向加速度とピッチング方向加速度を、正常時と異常時との差が大きい1.5Hz近傍のバンドパスフィルタを通過させてから異常検出に用いることによって、より適切にまくらばねダンパ24a,34aの異常を検出することができる。
さらに、バンドパスフィルタ通過後の上下方向加速度とピッチング方向加速度の符号不一致率を、位相差の大きさを示すパラメータ(近似的位相差)として利用することによって、演算負荷を軽減し、比較的簡素な機器によって演算したり、高速に演算することが可能となる。
According to the reference example described above, the phase difference between the vertical acceleration and the pitching direction acceleration of the vehicle body 10 changes in accordance with normality and abnormality of the pillow spring dampers 24a and 34a, and therefore this phase difference is predetermined allowance By judging as abnormal when out of the range, it is possible to appropriately detect abnormality of the pillow spring dampers 24a, 34a while the vehicle 1 is in operation.
Furthermore, it is possible to determine which side of the allowable range the phase difference deviates from, which abnormality of the pillow spring dampers 24a and 34a.
Further, by passing the vertical acceleration and the pitching acceleration through a band pass filter in the vicinity of 1.5 Hz where the difference between normal and abnormal times is large and then using it for abnormality detection, the pillow spring dampers 24a and 34a can be more appropriately Anomalies can be detected.
Furthermore, the calculation load is reduced by using the sign mismatch rate of the vertical acceleration and the pitching acceleration after passing through the band pass filter as a parameter (approximate phase difference) indicating the magnitude of the phase difference, which is relatively simple. It is possible to perform computations at high speed with various devices.

<第1実施形態>
次に、本発明を適用した2次ばね系の異常検出装置の第1実施形態について説明する。
第1実施形態においては、2次ばね系の正常時と異常時とで位相差に違いが生じやすい周波数帯域は、車体の上下並進モードの振動の固有振動数前後であることに鑑み、この固有振動数前後の周波数帯域をバンドパスフィルタで抽出し、異常検出を行なう構成とした。
First Embodiment
Next, a first embodiment of a secondary spring system abnormality detection device to which the present invention is applied will be described.
In the first embodiment, in view of the fact that the frequency band in which the difference in phase difference is likely to occur between the normal and abnormal states of the secondary spring system is around the natural frequency of the vibration in the vertical translation mode of the vehicle body. The frequency band around the frequency is extracted by a band pass filter to detect abnormality.

上下方向加速度とピッチング方向加速度の位相差は、ある周波数を境に180°反転し、その周波数は走行速度に比例することがわかっている。
図11は、車両の走行速度に応じた車体の上下方向加速度とピッチング方向加速度の位相差の変化の一例を示すグラフである。
このため、バンドパスフィルタで抽出する周波数帯域が一定である場合、走行速度によっては反転した両方の位相差が混在し、安定した符号不一致率が得られない。
It has been found that the phase difference between the vertical acceleration and the pitching acceleration reverses 180 ° with a certain frequency, and the frequency is proportional to the traveling speed.
FIG. 11 is a graph showing an example of changes in the phase difference between the vertical acceleration and the pitching acceleration of the vehicle body according to the traveling speed of the vehicle.
Therefore, when the frequency band extracted by the band pass filter is constant, depending on the traveling speed, both inverted phase differences are mixed, and a stable code mismatch rate can not be obtained.

そこで、第1実施形態においては、バンドパスフィルタのカットオフ周波数を走行速度に比例して変化させるようにしている。
このように、走行速度に応じてカットオフ周波数が推移するフィルタは、例えば、カットオフ周波数が異なる2つのバンドパスフィルタを設計し、これらのフィルタ係数の間を線形補間することによって、近似的に実現することが可能である。このような手法を用いると、例えばフィルタ係数を毎回計算するよりも演算負荷を軽減することができる。
このようなフィルタの構成の一例を、式1乃至式3に示す。

Figure 0006530329

ここで、xはフィルタ通過前の信号、yはフィルタ通過後の信号、a及びbは低速度用フィルタの係数、a及びbは高速度用フィルタの係数、ζは補間係数である。
なお、このように走行速度に応じて抽出する周波数帯域を変化させる場合であっても、例えば走行速度が極低速の場合等には、本手法による異常検出は困難である。
そこで、第1実施形態においては、走行速度が所定値以上の場合にのみ異常検出を行なうとともに、所定値未満の場合には異常検出を停止するようにしている。 Therefore, in the first embodiment, the cutoff frequency of the band pass filter is changed in proportion to the traveling speed.
Thus, the filter in which the cutoff frequency changes according to the traveling speed is approximately designed by, for example, designing two band pass filters having different cutoff frequencies and linearly interpolating between these filter coefficients. It is possible to realize. By using such a method, for example, the calculation load can be reduced as compared to calculating filter coefficients each time.
An example of the configuration of such a filter is shown in Equations 1 to 3.
Figure 0006530329

Here, x is a signal before passing through a filter, y is a signal after passing through a filter, a 1 and b 1 are coefficients of a low speed filter, a 2 and b 2 are coefficients of a high speed filter, and ζ is an interpolation coefficient is there.
Even when the frequency band to be extracted is changed according to the traveling speed as described above, it is difficult to detect an abnormality according to the present method, for example, when the traveling speed is extremely low.
Therefore, in the first embodiment, the abnormality detection is performed only when the traveling speed is equal to or more than a predetermined value, and the abnormality detection is stopped when the traveling speed is less than the predetermined value.

ここで、単純にバンドパスフィルタのカットオフ周波数を走行速度に比例して変化させると、走行速度変化に応じて抽出される周波数帯域が車体の上下並進モードの振動の固有振動数前後に設定される異常検出可能周波数の範囲から逸脱してしまう場合がある。
この場合、位相差は反転しないものの、正常時と異常時との差が小さくなるため、異常の検出は困難となる。
図12乃至14は、まくらばねダンパが正常又は異常である場合の車体の上下方向加速度とピッチング方向加速度の位相差の一例を示すグラフであって、走行速度がそれぞれ50km/h、60km/h、75km/hであるときの位相差を示すものである。
Here, when the cutoff frequency of the band pass filter is simply changed in proportion to the traveling speed, the frequency band extracted according to the traveling speed change is set around the natural frequency of the vibration in the vertical translation mode of the vehicle body. It may deviate from the range of the anomaly detectable frequency.
In this case, although the phase difference is not reversed, the difference between the normal state and the abnormal state becomes small, so detection of the abnormality becomes difficult.
12 to 14 are graphs showing an example of the phase difference between the vertical acceleration and the pitching acceleration of the vehicle when the pillow spring damper is normal or abnormal, and the traveling speed is 50 km / h and 60 km / h, respectively. It shows the phase difference at 75 km / h.

図12乃至14において、バンドパスフィルタによって抽出される周波数帯域を、破線の矩形によって図示する。
図12乃至14に示すように、バンドバスフィルタのカットオフ周波数を走行速度に比例するようにして、抽出される周波数帯域を速度向上に応じて高周波数側へ推移させた場合、抽出される周波数帯域に位相差の反転が生じて異常検出に支障をきたすことは防止できる。
しかし、図14に示す75km/hの場合においては、図12、13に対して抽出される周波数帯域が高周波数側へ推移した結果、車体の上下並進モードの振動の固有振動数から乖離し、異常検出可能周波数の範囲を逸脱してしまい、正常時と異常時との差が小さくなって検出が困難となってしまう。
In FIGS. 12-14, the frequency bands extracted by the band pass filter are illustrated by dashed rectangles.
As shown in FIGS. 12 to 14, when the cutoff frequency of the band pass filter is made proportional to the traveling speed and the extracted frequency band is shifted to the high frequency side according to the speed improvement, the extracted frequency It is possible to prevent inversion of the phase difference in the band and disturb the abnormality detection.
However, in the case of 75 km / h shown in FIG. 14, as a result of the frequency band extracted with respect to FIGS. 12 and 13 shifting to the high frequency side, it deviates from the natural frequency of vibration in the vertical translation mode of the vehicle body, It deviates from the range of the abnormality detectable frequency, and the difference between the normal state and the abnormal state becomes small and the detection becomes difficult.

そこで、第1実施形態においては、抽出される周波数帯域を車両の走行速度に比例して高周波数側へ推移させるとともに、抽出される周波数帯域が車体の上下並進モードの固有振動数から乖離した場合には、現在の周波数帯域よりも低い側における位相差が反転する周波数よりも低周波数側となるように(位相差が反転する周波数をまたぐように)、抽出される周波数帯域を段階的に変化させる構成としている。
例えば、図14においては、破線の矩形で示す領域から、二点鎖線の矩形で示す領域に抽出される周波数帯域をシフトすることによって、位相差に基づいた2次ばね系の異常検出を適切に行えるようにしている。
Therefore, in the first embodiment, the extracted frequency band is shifted to the high frequency side in proportion to the traveling speed of the vehicle, and the extracted frequency band deviates from the natural frequency of the vertical translation mode of the vehicle body Changes the extracted frequency band stepwise so that the phase difference at the lower side of the current frequency band is lower than the frequency to be inverted (as it crosses the frequency at which the phase difference is inverted). It is supposed to be configured.
For example, in FIG. 14, by shifting the frequency band extracted from the area indicated by the dashed rectangle to the area indicated by the dashed double-dotted line, abnormality detection of the secondary spring system based on the phase difference is appropriately performed. It is possible to do it.

図15は、第1実施形態の2次ばね系の異常検出装置における異常検出手段の構成を示す図である。
異常検出装置100の処理装置110は、図15に示すようなバンドパスフィルタ(BPF)210,220、位相差検出手段230、閾値判定手段240を有する異常検出手段200を備える。
BPF210は、上下方向加速度(並進方向加速度)から、所定の周波数帯域の成分を抽出するものである。
BPF220は、ピッチング方向加速度(回転方向加速度)から、所定の周波数帯域の成分を抽出するものである。
位相差検出手段230は、BPF210,220の出力に基づいて、上下方向加速度とピッチング方向加速度との位相差を検出するものである。
閾値判定手段240は、位相差検出手段230が検出した位相差を、所定の閾値と比較し、位相差が閾値以上である場合に異常判定を成立させるものである。
FIG. 15 is a view showing the configuration of the abnormality detection means in the abnormality detection device for a secondary spring system according to the first embodiment.
The processing unit 110 of the abnormality detection apparatus 100 includes an abnormality detection unit 200 having band pass filters (BPFs) 210 and 220 as shown in FIG. 15, a phase difference detection unit 230, and a threshold determination unit 240.
The BPF 210 extracts a component of a predetermined frequency band from the vertical acceleration (translational acceleration).
The BPF 220 extracts a component of a predetermined frequency band from the pitching direction acceleration (rotational direction acceleration).
The phase difference detection means 230 detects the phase difference between the vertical acceleration and the pitching acceleration based on the outputs of the BPFs 210 and 220.
The threshold determination means 240 compares the phase difference detected by the phase difference detection means 230 with a predetermined threshold, and establishes an abnormality determination if the phase difference is equal to or greater than the threshold.

図16は、第1実施形態の位相差検出装置における抽出周波数帯域を示すグラフである。
図16において、縦軸は周波数を示し、横軸は車両の走行速度を示している。
また、図16において、上下方向加速度とピッチング方向加速度との位相差が反転する周波数を破線で示し、BPF210,220が抽出する周波数帯域(抽出周波数帯域)を網掛け太線で示している。(図22において同じ)
図16に示すように、位相差が反転する周波数は複数存在するが、いずれも走行速度と比例する関係にある。
FIG. 16 is a graph showing an extraction frequency band in the phase difference detection device of the first embodiment.
In FIG. 16, the vertical axis indicates the frequency, and the horizontal axis indicates the traveling speed of the vehicle.
Further, in FIG. 16, the frequency at which the phase difference between the vertical acceleration and the pitching acceleration is inverted is indicated by a broken line, and the frequency band (extraction frequency band) extracted by the BPFs 210 and 220 is indicated by a shaded thick line. (Same in FIG. 22)
As shown in FIG. 16, although there are a plurality of frequencies at which the phase difference reverses, they all have a proportional relationship with the traveling speed.

図16に示すように、第1実施形態においては、抽出周波数帯域は、車速の増加に応じてリニアに増加するように設定されるとともに、抽出周波数帯域が異常検出可能周波数の範囲上限に近づいた場合には、その周波数の直下に存在する位相差反転周波数よりも低くかつ異常検出可能周波数の範囲内に含まれるように、段階的にシフトされる。
例えば、図16に示す例においては、抽出周波数帯域は、走行速度が45km/h未満ではB1に設定され、走行速度が45km/h以上70km/h未満ではB2に設定され、走行速度が70km/h以上ではB3に設定されている。
45km/h、70km/hは、本発明にいう抽出周波数変更速度となっている。
すなわち、BPF210,220は、車両の走行速度に応じて、抽出周波数帯域B1乃至B3を順次切り替えることによって、現在の抽出周波数帯域が、車体の並進モードの固有振動数を含む異常検出可能周波数の範囲に含まれるよう維持する。
抽出周波数帯域B1乃至B3は、いずれも走行速度の増加に比例して増加するよう設定されている。
また、抽出周波数帯域B1とB2との間、抽出周波数帯域B2とB3との間には、位相差が反転する周波数がそれぞれ一つ存在する。
As shown in FIG. 16, in the first embodiment, the extraction frequency band is set to increase linearly as the vehicle speed increases, and the extraction frequency band approaches the upper limit of the abnormality detectable frequency range. In the case, it is shifted stepwise so as to be lower than the phase difference inversion frequency present immediately below the frequency and within the range of the anomaly detectable frequency.
For example, in the example shown in FIG. 16, the extraction frequency band is set to B1 when the traveling speed is less than 45 km / h, and is set to B2 when the traveling speed is 45 km / h or more and less than 70 km / h. In h and above, it is set to B3.
45 km / h and 70 km / h are the extraction frequency change speed according to the present invention.
That is, the BPFs 210 and 220 sequentially switch the extraction frequency bands B1 to B3 according to the traveling speed of the vehicle, so that the present extraction frequency band is a range of an abnormality detectable frequency including the natural frequency of the translational mode of the vehicle body. Maintain to be included in
The extraction frequency bands B1 to B3 are all set to increase in proportion to the increase of the traveling speed.
Further, one frequency in which the phase difference is inverted exists between the extraction frequency bands B1 and B2 and between the extraction frequency bands B2 and B3.

また、符号並びに符号不一致率は、正常時であっても走行速度に依存して変動する傾向があり、この変動が異常の判別を困難にする場合があった。
そこで、第1実施形態においては、走行速度と符号不一致率との関係を予め取得した走行データに基づいて関数で近似し、この近似関数を基準として相対化した符号不一致率を評価値とすることによって、走行速度による影響を低減し、異常検出精度を高めている。
Further, the sign and the sign mismatch rate tend to fluctuate depending on the traveling speed even in the normal state, and this fluctuation may make it difficult to determine an abnormality.
Therefore, in the first embodiment, the relationship between the traveling speed and the code non-matching rate is approximated by a function based on travel data acquired in advance, and the code non-matching rate relative to this approximate function is used as the evaluation value. Thus, the influence of the traveling speed is reduced, and the abnormality detection accuracy is enhanced.

図17は、走行試験で取得したダンパ正常時の符号不一致率と走行速度との関係を示すグラフである。平均的な傾向を把握するために、符号不一致率、走行速度ともに移動平均化処理を施している。
図17からは、符号不一致率が走行速度に依存し、低速になるほど大きくなる傾向がみられる。
ここで、走行速度v(t)と符号不一致率y(t)の関係を、式4のように2次関数で近似する。

=av(t)+bv(t)+c ・・(式4)

図17の場合には、図2に太実線にて示す近似関数(式5)が得られた。

=0.0020797v2−0.0359v+1.8268 ・・(式5)
FIG. 17 is a graph showing the relationship between the code non-matching rate and the traveling speed at the normal time of the damper acquired in the traveling test. In order to understand the average tendency, moving average processing is applied to both the code mismatch rate and the traveling speed.
It can be seen from FIG. 17 that the code mismatch rate depends on the traveling speed and increases as the speed decreases.
Here, the relationship between the traveling speed v (t) and the sign mismatch rate y (t) is approximated by a quadratic function as shown in Equation 4.

yo = av (t) 2 + bv (t) + c · · · (Expression 4)

In the case of FIG. 17, an approximation function (Expression 5) indicated by a thick solid line in FIG. 2 was obtained.

y o = 0.0020797v 2 -0.0359v + 1.8268 ·· ( Equation 5)

図18は、正常時、第1台車右異常時、第2台車右異常時における符号不一致率の推移の一例を示すグラフである。
図19は、図18のデータを、図17に示す近似関数を基準とした相対値としたものを示すグラフである。
図19のように、近似関数y(t)からの相対符号不一致率y(t)を用いて異常検出を行なうことによって、走行速度への符号不一致率の依存の影響を抑制し、異常検出精度を向上することが可能である。
この相対符号不一致率y(t)を式6に示す。

(t)=y(t)−y(t)
=y(y)−(av(t)+bv(t)+c) ・・(式6)
FIG. 18 is a graph showing an example of the transition of the code mismatch rate at the time of normal, at the time of the first truck right abnormality, and at the time of the second truck right abnormality.
FIG. 19 is a graph showing the data of FIG. 18 as relative values based on the approximation function shown in FIG.
As shown in FIG. 19, by performing abnormality detection using the relative code mismatch rate y r (t) from the approximate function y 0 (t), the influence of the dependence of the code mismatch rate on the traveling speed is suppressed, It is possible to improve detection accuracy.
This relative code mismatch rate y r (t) is shown in equation 6.

y r (t) = y (t) -y o (t)
= Y (y)-(av (t) 2 + bv (t) + c) (Equation 6)

また、符号不一致率を相対値とすることに代えて、異常検出に用いられる閾値(許容範囲)を走行速度に応じて変動させてもよい。
図20は、符号不一致率の変動に応じて閾値を変化させる場合の一例を示すグラフである。
図20に示す例においては、閾値を正常時の符号不一致率の近似関数yからの相対値としている。
これによって、閾値は走行速度に応じて変化し、符号不一致率の変動に沿うように閾値を変化させることができる。
Further, instead of using the code mismatch rate as a relative value, a threshold (allowable range) used for abnormality detection may be changed according to the traveling speed.
FIG. 20 is a graph showing an example in the case of changing the threshold according to the change in the code mismatch rate.
In the example shown in FIG. 20, the threshold value is a relative value from the approximate function y 0 of the code mismatch rate in the normal state.
By this, the threshold value changes according to the traveling speed, and the threshold value can be changed so as to follow the fluctuation of the sign mismatch rate.

以上説明した第1実施形態によれば、2次ばね系の正常、異常に応じて、車体10の上下方向加速度とピッチング方向加速度との位相差は変化することから、この位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断することによって、車両の運行中に適切に2次ばね系の異常を検出することができる。
また、上下方向加速度及びピッチング方向加速度から、車両の走行速度に応じて実質的に比例して高周波数側へ推移するよう設定された所定の周波数帯域B1,B2,B3の成分を抽出し、抽出する周波数帯域を、上下方向加速度とピッチング方向加速度との位相差が反転する周波数とは異ならせて設定することによって、正常時と異常時とで位相差に違いが生じやすい周波数帯域を抽出することができ、より適切に異常を検出することができる。
また、走行速度が予め設定された抽出周波数変更速度を超過した際に、抽出される周波数帯域を、上下方向加速度とピッチング方向加速度との位相差が反転する周波数を超えるよう低周波数側に段階的に推移させることによって、車両の走行速度が変化した場合であっても異常検出に適した周波数帯域を抽出することが可能となり、異常検出を適切に行うことができる。
また、抽出される周波数帯域が車体の上下並進モードの固有振動数を含む異常検出可能周波数の範囲内に設定されることによって、2次ばね系が正常であるときの位相差と異常であるときの位相差との差を拡大し、異常検出をより確実に行うことができる。
According to the first embodiment described above, the phase difference between the vertical acceleration and the pitching direction acceleration of the vehicle body 10 changes in accordance with normality and abnormality of the secondary spring system, and therefore this phase difference is a predetermined allowance. By determining as an abnormality when out of the range, it is possible to appropriately detect an abnormality of the secondary spring system during the operation of the vehicle.
Further, components of predetermined frequency bands B1, B2 and B3 set so as to shift substantially in proportion to the traveling speed of the vehicle from the vertical acceleration and the pitching acceleration are extracted and extracted By setting the frequency band to be different from the frequency at which the phase difference between the vertical acceleration and the pitching direction acceleration is reversed, thereby extracting a frequency band in which a difference in phase difference tends to occur between normal and abnormal times. And can detect abnormalities more properly.
In addition, when the traveling speed exceeds the preset extraction frequency changing speed, the frequency band to be extracted is stepped on the low frequency side so that the phase difference between the vertical acceleration and the pitching acceleration is reversed. By switching to the above, even if the traveling speed of the vehicle changes, it is possible to extract a frequency band suitable for abnormality detection, and abnormality detection can be appropriately performed.
Also, when the frequency difference with the secondary spring system is normal by setting the frequency band to be extracted within the range of the abnormality detectable frequency including the natural frequency of the vertical translation mode of the vehicle body The difference between the phase difference and the phase difference can be expanded, and abnormality detection can be performed more reliably.

<第2実施形態>
次に、本発明を適用した2次ばね系の異常検出装置の第2実施形態について説明する。
なお、以下説明する各実施形態の説明において、従前の実施形態と実質的に共通する箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
Second Embodiment
Next, a second embodiment of an abnormality detection device for a secondary spring system to which the present invention is applied will be described.
In the description of each embodiment to be described below, the same reference numerals are given to portions substantially common to the previous embodiment and the description will be omitted, and differences will be mainly described.

図21は、第2実施形態の2次ばね系の異常検出装置における異常検出手段の構成を示す図である。
図21に示すように、第2実施形態においては、複数の異常検出手段200が設けられ、各異常検出手段200の出力を、OR論理ゲート250に集約し、少なくとも一つの異常検出手段200において異常が判定された場合には異常判定を成立させる構成としている。
FIG. 21 is a diagram showing the configuration of the abnormality detection means in the abnormality detection device for a secondary spring system according to the second embodiment.
As shown in FIG. 21, in the second embodiment, a plurality of abnormality detection means 200 are provided, and the outputs of each abnormality detection means 200 are collected in an OR logic gate 250, and abnormality is generated in at least one abnormality detection means 200. When it is determined, the abnormality determination is established.

図22は、第2実施形態の位相差検出装置における抽出周波数帯域を示すグラフである。
第2実施形態においては、複数の異常検出手段200によって、複数の周波数帯域B1,B2,B3・・・について、それぞれ並行して同時に異常検出を行っている。
そして、いずれか1つの異常検出手段200が異常を検出した場合には、異常判定を成立させている。
以上説明した第2実施形態においても、上述した第1実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
FIG. 22 is a graph showing an extraction frequency band in the phase difference detection device of the second embodiment.
In the second embodiment, the plurality of abnormality detection units 200 simultaneously and simultaneously perform abnormality detection on a plurality of frequency bands B1, B2, B3,.
Then, when any one of the abnormality detection means 200 detects an abnormality, the abnormality determination is established.
Also in the second embodiment described above, substantially the same effects as the effects of the above-described first embodiment can be obtained.

<第3実施形態>
次に、本発明を適用した2次ばね系の異常検出装置の第3実施形態について説明する。
図23は、第3実施形態の2次ばね系の異常検出装置の構成を示す図である。
第3実施形態の異常検出装置100Aは、第1実施形態の加速度センサ121,122に代えて、車体10床下中央部に配置された加速度センサ123及びジャイロセンサ130を備えたものである。
Third Embodiment
Next, a third embodiment of a secondary spring system abnormality detection device to which the present invention is applied will be described.
FIG. 23 is a diagram showing the configuration of a secondary spring system abnormality detection device according to the third embodiment.
The abnormality detection apparatus 100A of the third embodiment is provided with an acceleration sensor 123 and a gyro sensor 130 which are disposed at a central lower part of the floor of the vehicle body 10, instead of the acceleration sensors 121 and 122 of the first embodiment.

第1実施形態においては、一対の加速度センサ121,122が検出する上下加速度のモード分離によって上下並進モード及びピッチングモードの加速度を検出しているが、第3実施形態においては、加速度センサ123によって上下並進モードの加速度を検出し、ジャイロセンサ130によってピッチング方向の角加速度を検出する構成としている。
以上説明した第3実施形態においても、上述した第1実施形態の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
In the first embodiment, the accelerations in the vertical translation mode and the pitching mode are detected by mode separation of the vertical acceleration detected by the pair of acceleration sensors 121 and 122, but in the third embodiment, the acceleration sensor 123 The acceleration in translational mode is detected, and the gyro sensor 130 detects angular acceleration in the pitching direction.
Also in the third embodiment described above, substantially the same effects as the effects of the first embodiment described above can be obtained.

<第4実施形態>
次に、本発明を適用した2次ばね系の異常検出装置の第4実施形態について説明する。
第4実施形態の2次ばね系の異常検出装置は、第1乃至第3実施形態とは異なり、車体の左右方向(方向・車幅方向)の加速度と、ヨーイング方向の加速度との位相差とに基づいて、2次ばね系における特に横ばね系の異常を検出するものである。
図24は、第4実施形態の2次ばね系の異常検出装置の構成、及び、鉄道車両の左右並進モード及びヨーイングモードの振動形態を示す模式図である。
Fourth Embodiment
Next, a fourth embodiment of a secondary spring system abnormality detection device to which the present invention is applied will be described.
Unlike the first to third embodiments, the abnormality detection device for the secondary spring system according to the fourth embodiment has a phase difference between the acceleration in the left-right direction (direction / vehicle width direction) of the vehicle and the acceleration in the yawing direction. Based on that of the secondary spring system, in particular for detecting abnormalities in the lateral spring system.
FIG. 24 is a schematic view showing the configuration of the abnormality detection device for a secondary spring system according to the fourth embodiment, and the vibration mode in the left-right translational mode and the yawing mode of the railway vehicle.

第4実施形態の異常検出装置100Bが設けられる車両には、第1実施形態の構成に加え、さらに2次ばね系24,34に、左右動ダンパ24b,34bが設けられる。
左右動ダンパ24b,34bは、第1台車20及び第2台車30の台車枠21,31と、車体10の下部との間に設けられ、車体10に対する台車枠21,31の左右方向相対速度に応じた減衰力を発生する例えば油圧式緩衝器等の減衰要素である。
また、左右動ダンパ24b,34bは、図示しない左右制振システムからの指令に応じて、減衰力特性を走行中に随時変更可能なセミアクティブダンパとなっている。
In the vehicle provided with the abnormality detection device 100B of the fourth embodiment, in addition to the configuration of the first embodiment, left and right movement dampers 24b, 34b are provided in the secondary spring systems 24, 34.
The left and right motion dampers 24b and 34b are provided between the carriage frames 21 and 31 of the first carriage 20 and the second carriage 30 and the lower portion of the vehicle body 10, and the lateral velocity of the carriage frames 21 and 31 relative to the vehicle body 10 It is a damping element, such as a hydraulic shock absorber, which generates a corresponding damping force.
Further, the left and right motion dampers 24b and 34b are semi-active dampers that can change the damping force characteristics at any time during traveling according to a command from a left and right damping system (not shown).

また、第4実施形態の異常検出装置100Bは、加速度センサ123,124等を備えて構成されている。
加速度センサ123,124は、車体10の左右中心線上において前後方向に離間して配置され、車体10の左右方向(枕木方向)の加速度を検出する加速度ピックアップを備えている。
加速度センサ123,124は、例えば、車体10の床下に吊下げられて配置されている。
加速度センサ123は、第1台車20の近傍に配置されている。
加速度センサ124は、第2台車30の近傍に配置されている。
加速度センサ123,124の出力信号は、処理装置110に伝達される。
The abnormality detection apparatus 100B of the fourth embodiment is configured to include acceleration sensors 123 and 124 and the like.
The acceleration sensors 123 and 124 are spaced apart in the front-rear direction on the left and right center line of the vehicle body 10, and include an acceleration pickup that detects the acceleration in the left-right direction (linkage direction) of the vehicle body 10.
The acceleration sensors 123 and 124 are, for example, suspended below the floor of the vehicle body 10 and arranged.
The acceleration sensor 123 is disposed in the vicinity of the first carriage 20.
The acceleration sensor 124 is disposed in the vicinity of the second carriage 30.
The output signals of the acceleration sensors 123 and 124 are transmitted to the processing device 110.

図24に示すように、左右並進モードは、第1台車20及び第2台車30が、車体10に対して同相で左右方向に相対変位することによって、車体10が左右に並進方向に振動するものである。
また、ヨーイングモードは、第1台車20及び第2台車30が、車体10に対して逆相で左右方向に相対変位することによって、車体10が鉛直軸回りに回動(揺動)するものである。
As shown in FIG. 24, in the left-right translational mode, the vehicle body 10 vibrates in the translational direction in the lateral direction by the relative displacement of the first carriage 20 and the second carriage 30 in the lateral direction in the same phase with respect to the vehicle body 10. It is.
In the yawing mode, when the first carriage 20 and the second carriage 30 are displaced in opposite phases relative to the vehicle body 10 in the left-right direction, the vehicle body 10 pivots (swings) around the vertical axis. is there.

加速度センサ123,124が検出した車体10の左右方向加速度、ヨーイング方向加速度は、第1実施形態又は第2実施形態と実質的に同様の異常検出手段によって、バンドパスフィルタ処理、位相差検出処理、閾値判定処理が行われ、2次ばね系の異常を検出可能となっている。
以上説明した第4実施形態においても、2次ばね系における特にまくらばねの横ばね系や左右動ダンパ24b,34b等の異常を、車体10の左右挙動に基づいて適切に検出することができる。
なお、この場合においても、第3実施形態と実質的に同様に、ジャイロセンサを用いてヨーイング方向加速度を検出する構成とすることができる。
この場合、左右方向の並進加速度の検出は、例えば車体10の中央部一か所で行えば足りる。
The lateral acceleration and the yawing acceleration of the vehicle body 10 detected by the acceleration sensors 123 and 124 are band pass filter processing, phase difference detection processing by abnormality detection means substantially the same as in the first embodiment or the second embodiment. A threshold determination process is performed to detect an abnormality in the secondary spring system.
Also in the fourth embodiment described above, it is possible to appropriately detect an abnormality such as the lateral spring system of the pillow spring, the lateral motion dampers 24b and 34b, and the like in the secondary spring system based on the lateral behavior of the vehicle body 10.
Also in this case, the yaw direction acceleration can be detected using a gyro sensor substantially in the same manner as in the third embodiment.
In this case, it is sufficient to detect the translational acceleration in the left and right direction, for example, at one central portion of the vehicle body 10.

(他の実施形態)
なお、本発明は上記した実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
例えば、2次ばね系の異常検出方法及び異常検出装置の詳細な構成は、上述した各実施形態のものに限らず、適宜変更することができる。
例えば、各実施形態では上下方向加速度とピッチング方向加速度を二値化した後、符号不一致率に基づいて異常の判定を行っているが、これに限らず、例えばクロススペクトルを用いて位相差を演算し、この位相差が許容範囲を外れた場合に異常を判定してもよい。
また、上下方向加速度、ピッチング方向加速度、左右方向加速度、及び、ヨーイング方向加速度を検出する各センサの種類や配置なども特に限定されない。
また、本発明は、2次ばねと独立して設けられる上下動ダンパ、左右動ダンパの異常検出に限らず、まくらばね自体の異常検出や、例えば空気ばね等のまくらばね自体が減衰要素を兼ねる場合には、その異常検出にも用いることができる。
例えば、本発明を利用して、まくらばね用の空気ばねの圧力低下を検出することができる。
また、各実施形態では、符号不一致率又は閾値を走行速度に応じて補正しているが、符号不一致率を用いずに位相差を用いて直接異常検出を行なう場合には、位相差又はこの位相差が比較される閾値を、予め取得した正常時の位相差と走行速度との相関を用いて、走行速度に応じて補正してもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various applications and modifications can be considered.
For example, the detailed configuration of the abnormality detection method and the abnormality detection device of the secondary spring system is not limited to that of each embodiment described above, and can be appropriately changed.
For example, in each embodiment, after the vertical acceleration and the pitching acceleration are binarized, the abnormality determination is performed based on the sign mismatch rate, but the present invention is not limited thereto. For example, the phase difference is calculated using a cross spectrum If the phase difference deviates from the allowable range, an abnormality may be determined.
Further, the type and arrangement of the sensors for detecting the vertical acceleration, the pitching acceleration, the horizontal acceleration, and the yawing acceleration are not particularly limited.
Further, the present invention is not limited to detection of abnormality of vertical motion damper and lateral motion damper provided independently of the secondary spring, abnormality detection of the pillow spring itself, for example, the pillow spring itself such as air spring doubles as a damping element. In the case, it can also be used for the abnormality detection.
For example, the invention can be used to detect the pressure drop of a pneumatic spring for a pillow spring.
In each of the embodiments, the code mismatch rate or the threshold is corrected according to the traveling speed, but in the case where abnormality detection is directly performed using the phase difference without using the code mismatch rate, the phase difference or this rate The threshold with which the phase difference is compared may be corrected according to the traveling speed using the correlation between the phase difference at the time of normal and the traveling speed acquired in advance.

1 車両 10 車体
20 第1台車 21 台車枠
22 第1輪軸 23 第2輪軸
24 2次ばね系 24a まくらばねダンパ
24b 左右動ダンパ
30 第2台車 31 台車枠
32 第3輪軸 33 第4輪軸
34 2次ばね系 34a まくらばねダンパ
34b 左右動ダンパ
100 異常検出装置(第1実施形態)
100A 異常検出装置(第3実施形態)
100B 異常検出装置(第4実施形態)
110 処理装置 121〜125 加速度センサ
130 ジャイロセンサ
200 異常検出手段 210 バンドパスフィルタ
220 バンドパスフィルタ 230 位相差検出手段
240 閾値判定手段 250 OR論理ゲート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 vehicle 10 vehicle body 20 first carriage 21 carriage frame 22 first wheel shaft 23 second wheel shaft 24 secondary spring system 24a bearing spring damper 24b left and right dynamic damper 30 second carriage 31 carriage frame 32 third wheel shaft 33 fourth wheel shaft 34 secondary Spring system 34a Pillow spring damper 34b Left / right motion damper 100 Abnormality detection device (first embodiment)
100A Abnormality Detection Device (Third Embodiment)
100B Anomaly Detection Device (Fourth Embodiment)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 110 Processing device 121-125 Acceleration sensor 130 Gyro sensor 200 Abnormality detection means 210 Band pass filter 220 Band pass filter 230 Phase difference detection means 240 Threshold determination means 250 OR logic gate

Claims (12)

鉄道車両の車体と台車との間に設けられる2次ばね系の異常検出方法であって、
車体の並進方向加速度及び回転方向加速度を検出し、
前記並進方向加速度及び前記回転方向加速度から、車両の走行速度に応じて実質的に比例して高周波数側へ推移するよう設定された所定の周波数帯域の成分を抽出し、抽出された前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断するとともに、
抽出する前記周波数帯域を、前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が反転する周波数とは異ならせて設定するとともに、走行速度が予め設定された抽出周波数変更速度を超過した際に、前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が反転する周波数を超えるよう低周波数側に段階的に推移させること
を特徴とする2次ばね系の異常検出方法。
A method of detecting an abnormality in a secondary spring system provided between a car body of a railway vehicle and a bogie,
Detects the translational acceleration and rotational acceleration of the vehicle body,
From the translational acceleration and the rotational acceleration, a component of a predetermined frequency band set so as to shift substantially in proportion to the high frequency side according to the traveling speed of the vehicle is extracted, and the extracted translational direction When it is determined that the phase difference between the acceleration and the acceleration in the rotational direction is out of a predetermined allowable range, an abnormality is detected,
The frequency band to be extracted is set to be different from the frequency at which the phase difference between the acceleration in the translational direction and the acceleration in the rotational direction is reversed, and when the traveling speed exceeds a preset extraction frequency change speed. A method for detecting an abnormality in a secondary spring system, wherein the phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration is gradually shifted to a low frequency side so as to exceed a frequency to be inverted.
抽出する前記周波数帯域を、車体の並進モードの固有振動数を含む異常検出可能範囲内となるように設定すること
を特徴とする請求項1に記載の2次ばね系の異常検出方法。
The method for detecting an abnormality in a secondary spring system according to claim 1, wherein the frequency band to be extracted is set within an abnormality detectable range including a natural frequency of a translation mode of a vehicle body.
鉄道車両の車体と台車との間に設けられる2次ばね系の異常検出方法であって、
車体の並進方向加速度及び回転方向加速度を検出し、
前記並進方向加速度及び前記回転方向加速度から、車両の走行速度に応じて実質的に比例して高周波数側へ推移するよう設定された複数の所定の周波数帯域の成分を抽出し、少なくとも一つの周波数帯域から抽出された前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断するとともに、
抽出する複数の前記周波数帯域を、前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が反転する周波数とは異ならせて設定すること
を特徴とする2次ばね系の異常検出方法。
A method of detecting an abnormality in a secondary spring system provided between a car body of a railway vehicle and a bogie,
Detects the translational acceleration and rotational acceleration of the vehicle body,
From the translational acceleration and the rotational acceleration, components of a plurality of predetermined frequency bands set to shift substantially in proportion to the high frequency side according to the traveling speed of the vehicle are extracted, and at least one frequency is extracted. When it is determined that the phase difference between the translational acceleration extracted from the band and the rotational acceleration is out of a predetermined allowable range, an abnormality is determined;
A method of detecting an abnormality in a secondary spring system, wherein the plurality of frequency bands to be extracted are set to be different from the frequency at which the phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration is reversed.
抽出する複数の前記周波数帯域の少なくとも1つを、車体の並進モードの固有振動数を含む異常検出可能範囲内となるように設定すること
を特徴とする請求項3に記載の2次ばね系の異常検出方法。
The secondary spring system according to claim 3, wherein at least one of the plurality of frequency bands to be extracted is set within an abnormality detectable range including a natural frequency of a translation mode of a vehicle body. Abnormality detection method.
前記並進方向加速度は、前記車体の上下方向加速度であり、
前記回転方向加速度は、前記車体のピッチング方向加速度であること
を特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の2次ばね系の異常検出方法。
The translational acceleration is the vertical acceleration of the vehicle body,
The method for detecting an abnormality in a secondary spring system according to any one of claims 1 to 4, wherein the acceleration in the rotational direction is an acceleration in the pitching direction of the vehicle body.
前記並進方向加速度は、前記車体の左右方向加速度であり、
前記回転方向加速度は、前記車体のヨーイング方向加速度であること
を特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の2次ばね系の異常検出方法。
The translational acceleration is a lateral acceleration of the vehicle body,
The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the acceleration in the rotational direction is an acceleration in the yawing direction of the vehicle body.
鉄道車両の車体と台車との間に設けられる2次ばね系の異常検出装置であって、
車体の並進方向加速度、及び、回転方向加速度を検出する車体挙動検出手段と、
前記並進方向加速度及び前記回転方向加速度から、車両の走行速度に応じて実質的に比例して高周波数側へ推移するよう設定された所定の周波数帯域の成分を抽出する周波数帯域抽出手段と、
前記周波数帯域抽出手段が抽出した前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断する異常検出手段とを備え、
前記周波数帯域抽出手段は、抽出する前記周波数帯域を、前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が反転する周波数とは異ならせて設定するとともに、走行速度が予め設定された抽出周波数変更速度を超過した際に、前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が反転する周波数を超えるよう低周波数側に段階的に推移させること
を特徴とする2次ばね系の異常検出装置。
An abnormality detection device for a secondary spring system provided between a car body of a railway vehicle and a bogie,
A vehicle behavior detection means for detecting a translational acceleration of the vehicle body and a rotational acceleration;
Frequency band extracting means for extracting a component of a predetermined frequency band which is set so as to shift substantially to a high frequency side substantially in proportion to the traveling speed of the vehicle from the translational direction acceleration and the rotational direction acceleration;
Abnormality detection means for judging as an abnormality when the phase difference between the translational acceleration extracted by the frequency band extraction means and the rotational direction acceleration deviates from a predetermined allowable range;
The frequency band extraction means sets the frequency band to be extracted different from the frequency at which the phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration is reversed, and changes the extraction frequency at which the traveling speed is preset. An abnormality detection device for a secondary spring system, characterized in that when the speed is exceeded, the phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration is gradually shifted to the low frequency side so as to exceed the inverted frequency.
前記周波数帯域抽出手段は、抽出する前記周波数帯域を、車体の並進モードの固有振動数を含む異常検出可能範囲内となるように設定すること
を特徴とする請求項7に記載の2次ばね系の異常検出装置。
The secondary spring system according to claim 7, wherein the frequency band extraction means sets the frequency band to be extracted within an abnormality detectable range including a natural frequency of a translation mode of a vehicle body. Anomaly detection device.
鉄道車両の車体と台車との間に設けられる2次ばね系の異常検出装置であって、
車体の並進方向加速度、及び、回転方向加速度を検出する車体挙動検出手段と、
前記並進方向加速度及び前記回転方向加速度から、車両の走行速度に応じて実質的に比例して高周波数側へ推移するよう設定された所定の周波数帯域の成分を抽出する周波数帯域抽出手段と、
前記周波数帯域抽出手段が抽出した前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断する異常検出手段とを備え、
前記周波数帯域抽出手段は、前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が反転する周波数とは異ならせて設定された複数の周波数帯域の成分を抽出し、
前記異常検出手段は、少なくとも一つの周波数帯域から抽出された前記並進方向加速度と前記回転方向加速度との位相差が所定の許容範囲を外れた場合に異常と判断すること
を特徴とする2次ばね系の異常検出装置。
An abnormality detection device for a secondary spring system provided between a car body of a railway vehicle and a bogie,
A vehicle behavior detection means for detecting a translational acceleration of the vehicle body and a rotational acceleration;
Frequency band extracting means for extracting a component of a predetermined frequency band which is set so as to shift substantially to a high frequency side substantially in proportion to the traveling speed of the vehicle from the translational direction acceleration and the rotational direction acceleration;
Abnormality detection means for judging as an abnormality when the phase difference between the translational acceleration extracted by the frequency band extraction means and the rotational direction acceleration deviates from a predetermined allowable range;
The frequency band extraction unit extracts components of a plurality of frequency bands set to be different from the frequency at which the phase difference between the translational acceleration and the rotational acceleration is inverted.
The secondary spring may be characterized in that the abnormality detection means is abnormal when the phase difference between the translational acceleration extracted from at least one frequency band and the rotational acceleration deviates from a predetermined allowable range. System abnormality detection device.
前記周波数帯域抽出手段は、抽出する複数の前記周波数帯域の少なくとも1つを、車体の並進モードの固有振動数を含む異常検出可能範囲内となるように設定すること
を特徴とする請求項9に記載の2次ばね系の異常検出装置。
10. The apparatus according to claim 9, wherein the frequency band extraction unit sets at least one of the plurality of frequency bands to be extracted within an abnormality detectable range including a natural frequency of a translation mode of a vehicle body. The secondary spring system abnormality detection device according to claim 1.
前記車体挙動検出手段は、前記並進方向加速度として前記車体の上下方向加速度を検出するとともに、前記回転方向加速度として前記車体のピッチング方向加速度を検出すること
を特徴とする請求項7から請求項10までのいずれか1項に記載の2次ばね系の異常検出装置。
The vehicle body behavior detection means detects vertical acceleration of the vehicle body as the translational direction acceleration and detects pitching direction acceleration of the vehicle body as the rotational direction acceleration. An abnormality detection device for a secondary spring system according to any one of the above.
前記車体挙動検出手段は、前記並進方向加速度として前記車体の左右方向加速度を検出するとともに、前記回転方向加速度として前記車体のヨーイング方向加速度を検出すること
を特徴とする請求項7から請求項10までのいずれか1項に記載の2次ばね系の異常検出装置。
The vehicle body behavior detection means detects the lateral acceleration of the vehicle body as the translational direction acceleration and detects the yawing direction acceleration of the vehicle body as the rotational direction acceleration. An abnormality detection device for a secondary spring system according to any one of the above.
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