WO2013118253A1 - センサ状態判断システム - Google Patents

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WO2013118253A1
WO2013118253A1 PCT/JP2012/052725 JP2012052725W WO2013118253A1 WO 2013118253 A1 WO2013118253 A1 WO 2013118253A1 JP 2012052725 W JP2012052725 W JP 2012052725W WO 2013118253 A1 WO2013118253 A1 WO 2013118253A1
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detection sensor
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signal
state
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French (fr)
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廣一郎 難波
岡田　信之
崇宏 笹内
達也 三田
智広 大塚
友伯 後藤
康喜 中倉
直樹 徳田
Original Assignee
日本車輌製造株式会社
東海旅客鉄道株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P21/00—Testing or calibrating of apparatus or devices covered by the preceding groups
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61F—RAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00—Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02—Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22—Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24—Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D3/00—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups
    • G01D3/08—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups with provision for safeguarding the apparatus, e.g. against abnormal operation, against breakdown

Definitions

  • the present invention relates to a sensor state determination system that determines whether or not an acceleration sensor or the like used in a railway vehicle is in an abnormal state while the railway vehicle is running.
  • an acceleration sensor or the like is used in a vibration suppression control system that actively controls a damper device, a state monitoring system that monitors a state of a component or a ride comfort, and the like.
  • the acceleration sensor detects vibration acceleration acting on the vehicle body, and the control means appropriately determines the damping force generated by the damper device based on the detected vibration acceleration, so that the active damper control is performed. Executed.
  • active damper control is executed based on the detected vibration acceleration under the assumption that the acceleration sensor is in a normal state, and the acceleration sensor itself.
  • the case where is broken is not considered. That is, when the acceleration sensor itself is out of order, the active damper control is executed based on the signal of the acceleration sensor in an abnormal state, so that the vibration suppression control is not properly executed. Accordingly, it is desired to first accurately determine whether or not the acceleration sensor is in an abnormal state.
  • the present invention can accurately determine whether a detection sensor such as an acceleration sensor used in a railway vehicle is in an abnormal state while the railway vehicle is running.
  • An object is to provide a sensor state determination system.
  • a sensor state determination system determines whether or not a detection sensor capable of detecting a physical value acting on a railway vehicle is in an abnormal state while the railway vehicle is running.
  • a monitoring sensor equivalent to the detection sensor is attached to a part equivalent to the part where the detection sensor is attached, and the first signal detected by the detection sensor and the first signal detected by the monitoring sensor are detected.
  • the determination unit of the sensor state determination system determines that the detection sensor is in an abnormal state when the case where the coherence value is smaller than the abnormality determination value is continuously established a plurality of times.
  • the determination means of the sensor state determination system is configured such that the detection sensor is in an abnormal state when the coherence value is always smaller than a preset normal determination value in a short time after the railcar starts traveling. It is preferable to judge that.
  • a monitoring sensor equivalent to the detection sensor is attached to a part equivalent to the part where the detection sensor is attached, and the coherence indicating the correlation between the first signal and the second signal.
  • the value is smaller than the abnormality determination value, it is determined that the detection sensor is in an abnormal state. That is, the shapes of the first signal and the second signal are compared based on the coherence value, and it is determined whether or not the detection sensor is in an abnormal state. For this reason, a strict comparison between the first signal and the second signal can be performed, and it can be accurately determined whether or not the detection sensor is in an abnormal state.
  • FIG. 1 is a front view conceptually showing a railway vehicle 1 to which a sensor state determination system 50 is applied.
  • a vehicle body 30 is mounted on two carriages 10 provided in the front-rear direction via an air spring 20, and a damper device 40 that attenuates left and right vibrations acting on the vehicle body 30 is provided.
  • the damper device 40 is configured so that the damping force generated can be adjusted by adjusting the opening amount of a solenoid valve (not shown) by a damper control command value F input from the electronic control device 60.
  • the sensor state determination system 50 determines the state of the acceleration sensor. As shown in FIG. 1, the sensor state determination system 50 can output a detection sensor 51 that is an acceleration sensor that can detect vibration acceleration acting on the vehicle body 30, and can output the same value as the detection sensor 51.
  • a monitoring sensor 52 which is an equivalent acceleration sensor, and the electronic control unit 60 described above are included.
  • the detection sensor 51 is provided for executing active damper control, and outputs the vibration acceleration acting on the vehicle body 30 to the electronic control unit 60 as the first signal X.
  • the monitoring sensor 52 is provided to monitor the detection sensor 51 and outputs the vibration acceleration acting on the vehicle body 30 to the electronic control unit 60 as the second signal Y.
  • the electronic control device 60 is provided with a control command value calculation unit 61 for calculating a damper control command value F.
  • the control command value calculation unit 61 calculates an optimum damper control command value F based on the first signal X input from the detection sensor 51 when left-right vibration is generated in the vehicle body 30, and this damper control command value F Is output to the damper device 40. As a result, the damper device 40 positively generates a damping force and the active damper control is executed.
  • the active damper control is executed based on the normal first signal X. Therefore, the vibration suppression control is appropriately executed and the ride comfort is improved.
  • the detection sensor 51 is abnormal (failed)
  • the active damper control is executed based on the abnormal first signal X, so that the vibration suppression control is not properly executed and the ride comfort is reduced.
  • the case where the detection sensor 51 is in an abnormal state includes, for example, a case where the connector of the detection sensor 51 is loose, a case where the wiring of the detection sensor 51 is disconnected, and the like.
  • the monitoring sensor 52 in order to determine whether or not the detection sensor 51 is in an abnormal state, is attached to the same part as the detection sensor 51 as described above, and the electronic control device 60 is provided with a coherence calculation unit 62 and a state determination unit 63 as determination means.
  • the coherence calculation unit 62 calculates a coherence value CXY indicating the correlation between both signals based on the first signal X and the second signal Y.
  • the coherence value C (f) is a value indicating how much correlation there is between two signals x (t) and y (t), and is defined by Equation (1).
  • Sxy (f) is a cross spectrum between x (t) and y (t), and is a result of Fourier transform of the cross-correlation function between x (t) and y (t).
  • Sx (f) is the power spectrum of x (t), and is the result of Fourier transform of the autocorrelation function of x (t).
  • Sy (f) is a power spectrum of y (t), which is a Fourier transform of the autocorrelation function of y (t).
  • t is time and f is frequency.
  • the coherence computing unit 62 computes a coherence value CXY between the first signal X and the second signal Y using the formula (2) obtained by expanding the formula (1).
  • a first signal X detected every 4 milliseconds detected by the detection sensor 51 is input to X represented by the equation (2), and a monitoring sensor is represented to Y represented by the equation (2).
  • the second signal Y detected every 4 milliseconds detected by 52 is input.
  • Xa represented by the equation (2) is an average value of the first signal X every 0.1 seconds
  • Ya represented by the equation (2) is a second value every 0.1 seconds. The average value of the signal Y.
  • the time during which the first signal X and the second signal Y are input is not limited to every 4 milliseconds, and can be changed as appropriate. Further, the time interval for calculating the average values Xa and Ya is not limited to every 0.1 second, but is appropriately changed depending on the size of the frequency.
  • the coherence value CXY calculated by the equation (2) is a value from 0 to 1, and is 1 when the first signal X and the second signal Y completely coincide with each other. 0 when there is no correlation in signal Y.
  • the coherence value CXY is a value indicating how similar the shape of the first signal X and the second signal Y is every 0.1 second.
  • the state determination unit 63 monitors the coherence value CXY calculated every 0.1 second, and determines whether or not the coherence value CXY is smaller than the abnormality determination value 0.6. If the coherence value CXY is 0.6 or more, the state determination unit 63 determines that the shape of the first signal X is similar to the shape of the second signal Y, and the detection sensor 51 is in a normal state. Judge. On the other hand, if the coherence value CXY is smaller than 0.6, the state determination unit 63 determines that the shape of the first signal X is not similar to the shape of the second signal, and the detection sensor 51 is in an abnormal state. Judge that
  • the state determination unit 63 determines that the detection sensor 51 is in an abnormal state when the case where the coherence value CXY is smaller than 0.6 is continuously established N (for example, 10 times). It is comprised so that it may be judged. This is because the coherence value CXY is smaller than 0.6 only once due to the influence of noise input to the detection sensor 51 and the monitoring sensor 52, and it is determined that the detection sensor 51 is in an abnormal state. This is to prevent this.
  • the state determination unit 63 determines whether or not the coherence value CXY is always smaller than a predetermined normal determination value of 0.8 in a short time (for example, 10 seconds) when the railcar 1 starts traveling. It is configured as such. This is to determine whether or not the detection sensor 51 is in a normal state immediately after the railcar 1 starts traveling. Further, the state determination unit 63 is configured to determine whether or not the detection sensor 51 is in an abnormal state based on the coherence value CXY only when the railway vehicle 1 is traveling. This is because when the railway vehicle 1 is stopped, the values of the first signal X and the second signal Y are originally “0”, and the coherence value CXY is not calculated.
  • the state determination unit 63 is configured to output a normal signal ⁇ to the notification means 70 when it is determined that the detection sensor 51 is in a normal state. Based on the normal signal ⁇ , the notification means 70 notifies the driver or the like that the detection sensor 51 is in a normal state, for example, by turning on a blue lamp. On the other hand, the state determination unit 63 is configured to output an abnormal signal ⁇ to the notification unit 70 when it is determined that the detection sensor 51 is in an abnormal state. Based on this abnormal signal ⁇ , the notification means 70 notifies the driver or the like that the detection sensor 51 is in an abnormal state, for example, by turning on a red lamp.
  • the state determination unit 63 is configured to output the OFF signal ⁇ to the control command value calculation unit 61 only when it is determined that the detection sensor 51 is in an abnormal state. Based on the OFF signal ⁇ , the control command value calculation unit 61 sets the damper control command value F to “0” so as to prohibit the active damper control, and the damper device 40 enters the passive state.
  • FIG. 3 shows the relationship between the elapsed time t from when the railway vehicle 1 starts traveling and the X signal detected by the detection sensor 51.
  • FIG. 4 shows the relationship between the elapsed time t and the Y signal detected by the monitoring sensor 52.
  • FIG. 5 shows the relationship between the elapsed time t and the coherence value CXY.
  • FIG. 6 shows the relationship between the elapsed time t and the traveling speed V of the railway vehicle 1.
  • FIG. 7 shows the relationship between the elapsed time t and the normal signal ⁇ or the abnormal signal ⁇ output from the state determination unit 63.
  • the state determination unit 63 determines that the detection sensor 51 is in a normal state and outputs a normal signal ⁇ to the notification means 70 as shown in FIG. Therefore, immediately after the railway vehicle 1 starts traveling, it is possible to notify the driver or the like that the detection sensor 51 is not initially defective.
  • the state determination unit 63 determines whether or not the detection sensor 51 is in an abnormal state based on the coherence value CXY. Do not judge. Therefore, at time D, the result of determining that the detection sensor 51 is in a normal state is maintained. Note that the coherence value CXY greatly fluctuates at time D due to the influence of noise input to the detection sensor 51 and the monitoring sensor 52.
  • the state determination unit 63 determines that the detection sensor 51 is in an abnormal state, and outputs an abnormal signal ⁇ to the notification unit 70. As a result, an abnormal state of the detection sensor 51 can be notified to the driver or the like. At this time, the state determination unit 63 outputs an OFF signal ⁇ to the control command value calculation unit 61, and the damper device 40 enters a passive state. As a result, when the detection sensor 51 is in an abnormal state, it is possible to prevent the active damper control from being executed and the ride comfort from being deteriorated.
  • the detection sensor 51 when the difference in amplitude or power between the first signal X and the second signal Y is not less than the predetermined value without using the coherence value CXY, the detection sensor 51 is A configuration for determining that the state is abnormal is also conceivable. However, in the case of this configuration, since the amplitude or power of the first signal X and the second signal Y at each moment is compared, random noise is input to the detection sensor 51 and the monitoring sensor 52. Sometimes, it is difficult to accurately determine whether or not the detection sensor 51 is in an abnormal state.
  • the detection sensor 51 is in an abnormal state when the coherence value CXY indicating the degree of correlation between the first signal X and the second signal Y is smaller than the abnormality determination value.
  • the shapes of the first signal X and the second signal Y at a predetermined time are compared. For this reason, it is a case where random noise is input to the detection sensor 51 and the monitoring sensor 52, compared to the case where the amplitude or power of the first signal X and the second signal Y is compared at every moment.
  • a strict comparison between the first signal X and the second signal Y can be performed, and it can be accurately determined whether or not the detection sensor 51 is in an abnormal state.
  • the coherence value CXY is calculated using the above equation (2).
  • the equation for calculating the coherence value CXY is not limited to the equation (2). . Therefore, for example, the coherence value CXY may be calculated using the following (Equation 3).
  • the above equation (Equation 3) is an equation obtained by removing the absolute value from the molecular equation of the above equation (Equation 2).
  • the coherence value CXY is a value from ⁇ 1 to 1, and when the phase is shifted by 180 degrees, the coherence value CXY is a positive predetermined value and a negative predetermined value ( For example, 1 and -1).
  • the equation (2) having an absolute value in the molecular formula is used, the coherence value CXY is a value from 0 to 1, and even when the phase is shifted by 180 degrees, the coherence value CXY. Both become positive predetermined values (for example, 1). Therefore, when the equation (3) is used, a negative value of the coherence value CXY based on the phase shift can be taken into consideration, and a strict comparison between the first signal X and the second signal Y is performed. be able to.
  • the equation for calculating the coherence value CXY may be the following equation (4) which is simpler than the equation (3).
  • the short time A (10 seconds) when the railway vehicle 1 starts traveling the abnormality judgment value (0.6), the normal judgment value (0.8), and the above-described multiple times N (10 times). Is determined in advance by experiments and can be changed as appropriate. Further, the abnormality judgment value and the normal judgment value may coincide with each other.
  • the sensor state determination system 50 detects the case where the coherence value CXY is smaller than the abnormality determination value (0.6) once, that is, at time B shown in FIG. It may be determined that the sensor 51 is in an abnormal state.
  • the sensor state determination system 50 determines that the detection sensor 51 is in an abnormal state when the case where the coherence value CXY is smaller than the abnormality determination value is continuously established 10 times. For example, if the coherence value CXY is smaller than the abnormality determination value, the sensor state determination system 50 determines that the coherence value CXY is an abnormal state due to a minor failure when it is continuously established 10 times or more and less than 20 times. May be determined to be in an abnormal state due to a serious failure when the value of is less than the abnormality determination value is continuously established 20 times or more.
  • the sensor state determination system 50 is configured to determine whether or not the acceleration sensor (detection sensor 51) used in the vibration suppression control system is in an abnormal state.
  • the system is used to control whether or not an acceleration sensor used in a state monitoring system that monitors the state or riding comfort of parts of a railway vehicle is in an abnormal state or the control of the vehicle. It may be configured to determine whether or not various sensors are in an abnormal state.
  • the detection sensor 51 and the monitoring sensor 52 are acceleration sensors that detect vibration acceleration in the left-right direction, but are acceleration sensors that detect the vertical direction or the front-back direction, or biaxial or triaxial acceleration. It may be a sensor. Further, the detection sensor 51 and the monitoring sensor 52 may be a speed sensor, an angle sensor, an angular speed sensor, a displacement sensor, a pressure sensor, or the like. Further, the detection sensor 51 and the monitoring sensor 52 are attached to the vehicle body 30, but may be attached to any part of the railway vehicle 1.

Abstract

　鉄道車両に用いられている検出用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できるセンサ状態監視システムであり、センサ状態判断システム（５０）は、鉄道車両（１）に作用する物理値を検出可能な検出用センサ（５１）と、電子制御装置（６０）とを備える。検出用センサ（５１）が取付けられている部位と同等の部位に、検出用センサ（５１）と同等の監視用センサ（５２）が取付けられている。電子制御装置（６０）には、検出用センサ（５１）により検出される第１信号Ｘと監視用センサ（５２）により検出される第２信号Ｙとに基づいて両信号の相関関係を示すコヒーレンス値ＣＸＹを演算し、このコヒーレンス値（ＣＸＹ）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（５１）が異常状態になっていると判断する判断手段（コヒーレンス演算部（６２），状態判断部（６３））が設けられている。

Description

センサ状態判断システム
　鉄道車両に用いられる加速度センサ等が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システムに関する。
　鉄道車両において、ダンパ装置を積極的に制御する制振制御システム、部品の状態又は乗り心地を監視する状態監視システム等に、加速度センサ等が用いられている。例えば、制振制御システムでは、加速度センサが車体に作用する振動加速度を検出し、制御手段が検出された振動加速度に基づいてダンパ装置が発生させる減衰力を適切に決定して、アクティブダンパ制御が実行される。
　上記した制振制御システムは、例えば、下記特許文献１に記載されている。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、制御手段が、通常時、上述したようにアクティブダンパ制御を実行するが、検出された振動加速度がしきい値を超えた場合には、制御システムが異常状態であると判断してアクティブダンパ制御を禁止するように構成されている。これにより、車体に過度の振動が生じているときには、アクティブダンパ制御の実行により却って乗り心地が悪化することが防止されている。
特開２００１－２７１８７２号公報
　ところで、上記特許文献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アクティブダンパ制御が実行されていて、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アクティブダンパ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。
　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であ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することができるセンサ状態判断システムを提供することを目的とする。
　本発明の一態様におけるセンサ状態判断システムは、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、前記検出用センサが取付けられている部位と同等の部位に前記検出用センサと同等の監視用センサが取付けられ、前記検出用センサにより検出された第１信号と前記監視用センサにより検出された第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演算し、こ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が設けられたものであることに特徴がある。
　上記センサ状態判断システムの判断手段は、前記コヒーレンス値が前記異常判断値よりより小さい場合が連続して複数回成立したとき、前記検出用センサが異常状態になっていると判断することが好ましい。
　また、上記センサ状態判断システムの判断手段は、前記鉄道車両が走行を開始した短時間において、前記コヒーレンス値が予め設定された正常判断値より常に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ことが好ましい。
　よって、本発明によれば、検出用センサが取付けられている部位と同等の部位に、検出用センサと同等の監視用センサが取付けられ、第１信号と第２信号との相関関係を示すコヒーレンス値が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、コヒーレンス値に基づいて第１信号と第２信号との形状が比較されて、検出用センサが異常状態になっているか否かが判断される。このため、第１信号と第２信号との厳密な比較ができ、検出用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できる。
センサ状態判断システムが適用されている鉄道車両を概念的に示した正面図である。 図１に示した電子制御装置と、ダンパ装置と、報知手段との関係を示した図である。 鉄道車両が走行を開始してからの経過時間と検出用センサにより検出された第１信号との関係を示したグラフである。 鉄道車両が走行を開始してからの経過時間と監視用センサにより検出された第２信号との関係を示したグラフである。 鉄道車両が走行を開始してからの経過時間とコヒーレンス値の関係を示したグラフである。 鉄道車両が走行を開始してからの経過時間と鉄道車両の走行速度の関係を示したグラフである。 鉄道車両が走行を開始してからの経過時間と状態判断部が出力する正常信号又は異常信号との関係を示したグラフである。
　次に、本発明の一態様におけるセンサ状態判断システムについて、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、センサ状態判断システム５０が適用されている鉄道車両１を概念的に示した正面図である。この鉄道車両１において、前後方向に二台設けられた台車１０に空気バネ２０を介して車体３０が搭載されていて、車体３０に作用する左右振動を減衰させるダンパ装置４０が設けられている。ダンパ装置４０は、電子制御装置６０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。
　センサ状態判断システム５０は、加速度センサの状態を判断するものである。このセンサ状態判断システム５０は、図１に示したように、車体３０に作用する振動加速度を検出可能な加速度センサである検出用センサ５１と、この検出用センサ５１と同じ値を出力できるような同等の加速度センサである監視用センサ５２と、上述した電子制御装置６０とを有している。
　検出用センサ５１は、アクティブダンパ制御を実行するために設けられていて、車体３０に作用する振動加速度を第１信号Ｘとして電子制御装置６０に出力するものである。監視用センサ５２は、検出用センサ５１を監視するために設けられていて、車体３０に作用する振動加速度を第２信号Ｙとして電子制御装置６０に出力するものである。
　電子制御装置６０には、図２に示したように、ダンパ制御指令値Ｆを演算するための制御指令値演算部６１が設けられている。制御指令値演算部６１は、車体３０に左右振動が生じているとき、検出用センサ５１から入力する第１信号Ｘに基づいて最適なダンパ制御指令値Ｆを演算し、このダンパ制御指令値Ｆをダンパ装置４０に出力する。これにより、ダンパ装置４０が積極的に減衰力を発生させて、アクティブダンパ制御が実行される。
　ところで、検出用センサ５１が正常であるときには、正常である第１信号Ｘに基づいてアクティブダンパ制御が実行されるため、制振制御が適切に実行されて、乗り心地の向上が図られる。しかし、仮に検出用センサ５１が異常である（故障している）ときには、異常である第１信号Ｘに基づいてアクティブダンパ制御が実行されるため、制振制御が適切に実行されず、乗り心地が却って悪化するおそれがある。従って、検出用センサ５１が異常状態であるときには、アクティブダンパ制御を実行しないことが望ましい。なお、検出用センサ５１が異常状態である場合とは、例えば、検出用センサ５１のコネクタがはずれかかっている場合、検出用センサ５１の配線が切断されている場合等である。
　そこで、この実施形態においては、検出用センサ５１が異常状態であるか否かを判断するために、上述したように検出用センサ５１と同等の部位に監視用センサ５２が取付けられ、電子制御装置６０に、判断手段としてのコヒーレンス演算部６２及び状態判断部６３とが設けられている。コヒーレンス演算部６２は、第１信号Ｘと第２信号Ｙとに基づいて両信号の相関関係を示すコヒーレンス値ＣＸＹを演算するものである。
　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、（数１）式で定義される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
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。
　コヒーレンス演算部６２は、（数１）式を展開して得られる（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
（数２）式で示されたＸには、検出用センサ５１により検出される４ミリ秒毎の第１信号Ｘが入力され、（数２）式で示されたＹには、監視用センサ５２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、（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、（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。
　（数２）式により演算されたコヒーレンス値ＣＸＹは、０から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。
　状態判断部６３は、０．１秒毎に演算されるコヒーレンス値ＣＸＹを監視して、コヒーレンス値ＣＸＹが異常判断値である０．６より小さいか否かを判断するものである。この状態判断部６３は、コヒーレンス値ＣＸＹが０．６以上であれば、第１信号Ｘの形状と第２信号Ｙの形状が似ていると判断して、検出用センサ５１は正常状態であると判断する。一方、状態判断部６３は、コヒーレンス値ＣＸＹが０．６より小さければ、第１信号Ｘの形状と第２信号の形状が似ていないと判断して、検出用センサ５１は異常状態になっていると判断する。
　ここで、この実施形態においては、状態判断部６３は、コヒーレンス値ＣＸＹ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５１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５１，監視用センサ５２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５１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。
　また、状態判断部６３は、鉄道車両１が走行を開始した短時間（例えば１０秒）において、コヒーレンス値ＣＸＹが予め設定された正常判断値である０．８より常に小さいか否かを判断するように、構成されている。これは、鉄道車両１が走行を開始した直後に検出用センサ５１が正常状態であるか否かを判断するためである。更に、状態判断部６３は、鉄道車両１が走行しているときにのみ、コヒーレンス値ＣＸＹに基づいて検出用センサ５１が異常状態になっているか否かを判断するように構成されている。これは、鉄道車両１が停止しているときには、本来第１信号Ｘ及び第２信号Ｙの値は「０」であり、コヒーレンス値ＣＸＹが演算されないためである。
　そして、状態判断部６３は、検出用センサ５１が正常状態であると判断したとき、報知手段７０に正常信号αを出力するように構成されている。この正常信号αに基づいて、報知手段７０は、例えば青ランプを点灯させることにより、運転士等に検出用センサ５１が正常状態であることを報知する。一方、状態判断部６３は、検出用センサ５１が異常状態であると判断したとき、報知手段７０に異常信号βを出力するように構成されている。この異常信号βに基づいて、報知手段７０は、例えば赤ランプを点灯させることにより、運転士等に検出用センサ５１が異常状態になっていることを報知する。
　更に、状態判断部６３は、検出用センサ５１が異常状態になっていると判断したときにのみ、制御指令値演算部６１にＯＦＦ信号γを出力するように構成されている。このＯＦＦ信号γに基づいて、制御指令値演算部６１は、アクティブダンパ制御を禁止するようにダンパ制御指令値Ｆを「０」にして、ダンパ装置４０がパッシブ状態となる。
　上述したように構成した実施形態の作用効果について、図３～図７の実験結果を用いて説明する。図３は、鉄道車両１が走行を開始してからの経過時間ｔと検出用センサ５１により検出されたＸ信号との関係を示している。図４は、経過時間ｔと監視用センサ５２により検出されたＹ信号との関係を示している。図５は、経過時間ｔとコヒーレンス値ＣＸＹとの関係を示している。図６は、経過時間ｔと鉄道車両１の走行速度Ｖとの関係を示している。図７は、経過時間ｔと状態判断部６３が出力する正常信号α又は異常信号βとの関係を示している。
　先ず、図５において、鉄道車両１が走行を開始した短時間Ａ（１０秒）を見ると、コヒーレンス値ＣＸＹが０．８より大きくなっていることが確認できる。これにより、状態判断部６３は、図７に示したように、検出用センサ５１が正常状態であると判断して、報知手段７０に正常信号αを出力する。従って、鉄道車両１が走行を開始した直後に、検出用センサ５１が初期不良でないことを運転士等に報知することができる。
　次に、図５において、時間Ｂ及び時間Ｃを見ると、コヒーレンス値ＣＸＹが０．６より小さくなっていることが確認できる。しかし、時間Ｂ及び時間Ｃにおいては、コヒーレンス値ＣＸＹが０．６より小さい場合が連続して複数回Ｎ（１０回）成立していないため、検出用センサ５１が異常状態になっていると判断されず、正常状態であると判断される（図７参照）。従って、検出用センサ５１，監視用センサ５２にノイズが入力される影響により、検出用センサ５１が異常状態になっていると判断されることを防止することができる。
　更に、図５において、車両の走行速度Ｖが「０」である時間Ｄを見ると（図６参照）、コヒーレンス値ＣＸＹが０．６より小さくなっていることが確認できる。しかし、時間Ｄにおいては、鉄道車両１が停止している時間帯であるため、上述したように状態判断部６３がコヒーレンス値ＣＸＹに基づいて検出用センサ５１が異常状態になっているか否かを判断しない。従って、時間Ｄにおいては、検出用センサ５１が正常状態であると判断されていた結果が維持される。なお、時間Ｄにおいて、コヒーレンス値ＣＸＹが大きく変動しているのは、検出用センサ５１，監視用センサ５２に入力されたノイズの影響である。
　続いて、図５において、時間Ｅを見ると、コヒーレンス値ＣＸＹが０．６より小さい場合が連続して複数回Ｎ（１０回）成立している。このとき、状態判断部６３は、図７に示したように、検出用センサ５１が異常状態になっていると判断して、報知手段７０に異常信号βを出力する。この結果、運転士等に検出用センサ５１の異常状態を報知することができる。また、このときには、状態判断部６３は、制御指令値演算部６１にＯＦＦ信号γを出力し、ダンパ装置４０がパッシブ状態となる。この結果、検出用センサ５１が異常状態である場合にアクティブダンパ制御が実行されなくなって、乗り心地が悪化することを防止できる。
　ところで、仮に電子制御装置の構成として、コヒーレンス値ＣＸＹを用いずに、第１信号Ｘと第２信号Ｙとの振幅の差又はパワーの差が所定値以上であるときに、検出用センサ５１が異常状態になっていると判断する構成も考えられる。しかし、この構成の場合には、第１信号Ｘと第２信号Ｙの或る瞬間毎における振幅又はパワーが比較されるため、検出用センサ５１，監視用センサ５２にランダムなノイズが入力されたときに、検出用センサ５１が異常状態になっているか否かを正確に判断し難くなる。
　一方、この実施形態における電子制御装置６０は、第１信号Ｘと第２信号Ｙとの相関の度合いを示すコヒーレンス値ＣＸＹが異常判断値より小さいときに検出用センサ５１が異常状態になっていると判断するものであって、第１信号Ｘと第２信号Ｙの所定時間毎（０．１秒毎）における形状を比較している。このため、第１信号Ｘと第２信号Ｙの或る瞬間毎における振幅又はパワーを比較する場合に比して、検出用センサ５１，監視用センサ５２にランダムなノイズが入力された場合であっても、第１信号Ｘと第２信号Ｙとの厳密な比較ができ、検出用センサ５１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できる。
　以上、本発明に係るセンサ状態判断システム５０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、上記した実施形態においては、上記した（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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
　上記した（数３）式は、上記した（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（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、（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て、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、（数３）式より簡単な以下に示す（数４）式であっても良い。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
  
　また、この実施形態において、鉄道車両１が走行を開始した短時間Ａ（１０秒）、異常判断値（０．６）、正常判断値（０．８）、上述した複数回Ｎ（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、この実施形態において、センサ状態判断システム５０は、コヒーレンス値ＣＸＹ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、即ち図５に示した時間Ｂのときに、検出用センサ５１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、センサ状態判断システム５０は、コヒーレンス値ＣＸＹ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５１が異常状態であると判断したが、例えば、センサ状態判断システム５０は、コヒーレンス値ＣＸＹ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、コヒーレンス値ＣＸＹ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、この実施形態において、センサ状態判断システム５０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５１）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、センサ状態判断システムは、鉄道車両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、この実施形態において、検出用センサ５１及び監視用センサ５２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５１及び監視用センサ５２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５１及び監視用センサ５２は、車体３０に取付けられているが、鉄道車両１のうち何れの部位に取付けられていても良い。
１　　　　鉄道車両
１０　　　台車
２０　　　空気バネ
３０　　　車体
４０　　　ダンパ装置
５０　　　センサ状態判断システム
５１　　　検出用センサ
５２　　　監視用センサ
６０　　　電子制御装置
６１　　　制御指令値演算部
６２　　　コヒーレンス演算部
６３　　　状態判断部
７０　　　報知手段
 

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システムにおいて、
    　前記検出用センサが取付けられている部位と同等の部位に前記検出用センサと同等の監視用センサが取付けられ、
    　前記検出用センサにより検出された第１信号と前記監視用センサにより検出された第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演算し、こ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が設けられていることを特徴とするセンサ状態判断システム。
  2. 　請求項１に記載するセンサ状態判断システムにおいて、
    　前記判断手段は、前記コヒーレンス値が前記異常判断値より小さい場合が連続して複数回成立したとき、前記検出用センサが異常状態になっていると判断することを特徴とするセンサ状態判断システム。
  3. 　請求項１又は請求項２に記載するセンサ状態判断システムにおいて、
    　前記判断手段は、前記鉄道車両が走行を開始した短時間において、前記コヒーレンス値が予め設定された正常判断値より常に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ことを特徴とするセンサ状態判断システム。
     
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