JP2006194629A - 異常診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両一台あたりに振動センサを１つ設けるのみで、その１つの振動センサからの波形信号を基に、その車両における軸受の剥離、車輪のフラット、等の異常を検出することができる異常診断装置を提供すること。
【解決手段】車両の振動を検出する振動センサ２１と、振動センサ２１が出力する波形信号に基づいて、ＲＭＳを求めるパラメータ値検出回路２２と、波形信号のピーク値を求めるピーク検出回路２３と、パラメータ値検出回路２２から出力されたパラメータ値の一定倍の値とピーク検出回路２３から出力されたピーク値とを比較し、その比較結果に応じて、パラメータ値が一定の基準を超えたことを示す第１の電圧の信号またはパラメータ値が一定の基準以下であることを示す第２の電圧の信号を出力する比較回路２４とを備え、比較回路２４の出力に基づいて異常を検出するように構成した。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両等の車両の走行中に異常を診断する技術に関する。

鉄道車両の車軸用軸受や車輪の損傷を振動（音響的振動を含む）を利用して検出する異常診断装置が知られている。従来のこの種の異常診断装置は、軸箱ごとに個々に振動センサを設けて、個々の軸受や車輪の損傷を検出していた（特許文献１、特許文献２、等参照）。
特開平４−２３５３２７号公報 特表平９−５００４５２号公報

しかし、従来の異常診断装置では、軸箱ごとに個々に振動センサを設ける必要があるため、各車両ごとのセンサの設置数が多くなり、センサ信号を処理するための信号処理部の入力回路や配線の数が多大となり回路構成が複雑になるという問題があった。

本発明は、前述した事情に鑑みなされたものであり、その目的は、車両一台あたりに振動センサを１つ設けるのみで、その１つの振動センサからの波形信号を基に、その車両における軸受の剥離、車輪のフラット、等の異常を検出することができる異常診断装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る異常診断装置は、下記（１）、（２）、（３）、（４）、（５）および（６）を特徴としている。
（１） 車両の走行中に異常を診断する異常診断装置であって、
車両の振動を検出する振動センサと、
前記振動センサが出力する波形信号に基づいて、波高率、衝撃指数、波形率、および尖り度のうちいずれか１つの無次元パラメータ値を求めるパラメータ値検出回路と、
前記パラメータ値検出回路から出力された無次元パラメータ値が一定の基準を超えたことを示す第１の電圧の信号または前記無次元パラメータ値が一定の基準以下であることを示す第２の電圧の信号を出力する比較回路と、
を備え、
前記比較回路の出力に基づいて異常を検出するように構成したこと。
（２） 車両の走行中に異常を診断する異常診断装置であって、
車両の振動を検出する振動センサと、
前記振動センサが出力する波形信号に基づいて、ＲＭＳ（２乗平均の平方根）および絶対値平均のいずれか一方のパラメータ値を求める演算回路と、
前記波形信号のピーク値を求めるピーク検出回路と、
前記パラメータ値の一定倍の値と前記ピーク検出回路から出力されたピーク値とを比較し、その比較結果に応じて、前記ピーク値と前記パラメータ値との比として求まる無次元パラメータ値が一定の基準を超えたことを示す第１の電圧の信号または前記無次元パラメータ値が一定の基準以下であることを示す第２の電圧の信号を出力する比較回路と、
を備え、
前記比較回路の出力に基づいて異常を検出するように構成したこと。
（３） 上記（２）の構成の異常診断装置において、
前記ピーク検出回路から出力されたピーク値と予め設定した参照値とを比較するピーク‐参照値比較回路を更に備え、
前記ピーク‐参照値比較回路による比較の結果、前記ピーク値が前記参照値よりも大きい場合には、前記比較回路の出力を無効にするように構成したこと。
（４） 上記（１）〜（３）のいずれかの構成の異常診断装置において、
前記第１の電圧の信号のデューティ比に基づいて異常を検出するように構成したこと。
（５） 上記（２）〜（４）のいずれかの構成の異常診断装置において、
前記振動センサの出力信号のうち所定の帯域の信号のみ前記パラメータ値検出回路および前記ピーク検出回路に入力するためのフィルタ回路を更に備えたこと。
（６） 上記（１）〜（５）のいずれかの構成の異常診断装置において、
前記車両は鉄道車両であること。

上記（１）の構成の異常診断装置によれば、振動センサが出力する波形信号に基づいて、波高率、衝撃指数、波形率、および尖り度のうちいずれか１つの無次元パラメータ値が、一定の基準を超えたことを示す第１の電圧の信号または前記無次元パラメータ値が一定の基準以下であることを示す第２の電圧の信号を出力する比較回路を備え、当該比較回路の出力に基づいて異常を検出することができるので、車両一台あたりに振動センサを１つ設けるのみで、その１つの振動センサからの波形信号を基に、その車両における軸受の剥離、車輪のフラット、等の異常を検出することができる。
上記（２）の構成の異常診断装置によれば、振動センサが出力する波形信号に基づいて、ＲＭＳ（２乗平均の平方根）および絶対値平均のいずれか一方のパラメータ値を求める演算回路と、前記波形信号のピーク値を求めるピーク検出回路と、前記パラメータ値の一定倍（例えば後述する［発明を実施するための最良の形態］ではアナログ回路で倍率を決めるので一般的に整数にはならず一定倍あるいは定数倍となる。）の値と前記ピーク検出回路から出力されたピーク値とを比較し、その比較結果に応じて、前記ピーク値と前記パラメータ値との比（即ち、無次元パラメータ値）が一定の基準を超えたことを示す第１の電圧の信号または前記無次元パラメータ値が一定の基準以下であることを示す第２の電圧の信号を出力する比較回路と、を備え、前記比較回路の出力に基づいて異常を検出することができるので、車両一台あたりに振動センサを１つ設けるのみで、その１つの振動センサからの波形信号を基に、その車両における軸受の剥離、車輪のフラット、等の異常を検出することができる。また、上記（２）の構成の異常診断装置によれば、比較的簡単な回路構成で異常診断を行なうことができる。
上記（３）の構成の異常診断装置によれば、ピーク値と予め設定した参照値とを比較し、ピーク値が参照値よりも大きい場合には、異常を検出するため第１および第２の電圧の信号を無効にするので、ノイズに起因する非常に大きな信号によってセンサユニット２０の出力が飽和してしまうのを防止することができる。
上記（４）の構成の異常診断装置によれば、パラメータ値が一定の基準を超えたことを示す第１の電圧の信号のデューティ比に基づいて異常を検出するように構成したことにより、ノイズの影響を避けながら異常診断を行なうことができる。
上記（５）の構成の異常診断装置によれば、振動センサの出力信号のうち所定の帯域の信号のみ捉えて異常診断を行なうことができる。
上記（６）の構成の異常診断装置によれば、鉄道車両の異常を検出できるので、鉄道車両の信頼性を高めることができる。

本発明の異常診断装置によれば、車両一台あたりに振動センサを１つ設けるのみで、その１つの振動センサからの波形信号を基に、その車両における軸受の剥離、車輪のフラット、等の異常を検出することができるので、異常診断システムを低コストで構築できる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、鉄道車両における軸受の剥離や車輪のフラット等の異常を検出する場合を例にとり説明する。

図１は本発明の異常診断装置を備えた鉄道車両の概略構成図である。鉄道車両１は、４組の車輪（計８輪）２-1〜２-4と、それらを車台３の下に回転自在に保持する４つの軸受４-1〜４-4とを備え、車台３に異常診断装置１０が設置されている。

異常診断装置１０は、センサユニット２０と制御盤３０とを備えている。センサユニット２０は、車台３の振動を検出するユニットである。制御盤３０は、センサユニット２０の出力信号を基に、軸受４-1〜４-4の剥離や車輪２-1〜２-4のフラット等の異常の有無を診断する診断回路３１を備えている。診断回路３１による診断内容（警報信号）は車両１内の通信回線を通じて運転台や指令所に送られるシステムになっている。

以下の形態例では、図１１のように、軸受４-1〜４-4の剥離等の劣化を示すパラメータとして、Ｐｅａｋ／ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）を利用することとする。ここで、Ｐｅａｋは一定区間における最大振幅の絶対値、ＲＭＳは一定区間における電圧の２乗平均の平方根値である。ここで対象にする波形は、図１２のような車台３の振動を表す波形で、レールの継ぎ目による衝撃音や摩擦音等、車両１を構成する機械要素の劣化とは関係ないノイズを含んだものである。この種のノイズは、軸受４-1〜４-4の剥離や車輪２-1〜２-4のフラット等の異常に起因する振動よりも遙かに大きな振幅を有する。

図２は、センサユニット２０の第１の構成例を示すブロック図である。図２に示すセンサユニット２０は、振動センサ（Ｓｅｎｓ）２１と、パラメータ値検出回路であってアナログ演算回路である２乗平均の平方根演算回路（ＲＭＳ‐ＤＣ；以後、ＲＭＳ演算回路と記述する。）２２と、ピーク検出回路（Ｐｅａｋ）２３と、比較回路である第１比較器（ＣＭＰ）２４と、ピーク‐参照値比較回路である第２比較器（ＣＭＰ）２５と、参照電圧出力回路（Ｖｒｅｆ．）２６と、を備えている。尚、ＲＭＳ演算回路２２は、次の計算式（１）に基づき２乗平均の平方根演算を行なう。

Ｘ_ｉ：ｉ番目の実測値（時刻Ｉにおける値）
ｎ：サンプル数（区間長）

振動センサ２１は、圧電セラミックにより鉛直方向の振動を検出するセンサであり、５０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の振動を検出し、その振動波形を電気信号として出力する。振動センサ２１の出力信号（振動信号）は、増幅回路２７で増幅された後、ＲＭＳ演算回路２２とピーク検出回路２３とに同時に入力される。

ＲＭＳ演算回路２２は、入力された振動信号を処理することにより、その振動信号の電圧のＲＭＳに相当する電圧（以下、ＲＭＳ電圧と記す。）の直流信号を出力する。このＲＭＳ演算回路２２には、たとえば、バッファアンプ、絶対値回路、平方・除算回路、出力用フィルタアンプ回路、等を内蔵したＲＭＳｔｏＤＣコンバータＩＣが使用される。このＲＭＳｔｏＤＣコンバータＩＣの具体例としては、商品型番「ＡＤ６３７」：アナログデバイセズ社製などが挙げられる。

ＲＭＳ演算回路２２の時定数は外付けのコンデンサによって決めることができる。この例では、１００ｍｓとする。また、ＲＭＳ演算回路２２は、ＲＭＳ電圧を一定の倍率に増幅して出力する回路を含んでいる。この例では、４倍の電圧を出力するものとする。

ピーク検出回路２３は、入力された振動信号のピーク電圧を出力する。ピーク検出回路２３の時定数はＲＭＳ演算回路２２のそれと等しく、出力時の電圧レベルの増幅度は１である。

ＲＭＳ演算回路２２の出力信号は、第１比較器２４の第１の入力端子に入力される。ピーク検出回路２３の出力信号は、第１比較器２４の第２の入力端子と、第２比較器２５の第１の入力端子とに入力される。第２比較器２５の第２の入力端子には、参照電圧出力回路２６からの参照電圧が入力される。

第１比較器２４は、ＲＭＳ演算回路２２からの信号電圧すなわちＲＭＳ電圧の４倍の電圧と、ピーク検出回路２３からの信号電圧すなわちピーク電圧とを比較する。そして、ピーク電圧の方が大きければ＋５Ｖの電圧（第１の電圧）の信号を出力し、ピーク電圧の方が小さければ−５Ｖの電圧（第２の電圧）の信号を出力する（これは、波高率（Ｐｅａｋ／ＲＭＳ）が４を超えるかどうかを出力していることに留意されるべきである）。

第２比較器２５は、ピーク検出回路２３からの信号電圧すなわちピーク電圧と、参照電圧出力回路２６からの参照電圧とを比較する。そして、ピーク電圧の方が参照電圧よりも大きければ＋５Ｖの電圧の信号を出力し、ピーク電圧の方が小さければ−５Ｖの電圧の信号を出力する。参照電圧は、軸受等の異常に起因する信号の電圧レベルよりも高いレベルに選定されている。

第１比較器２４の出力信号は、ゲート回路２８の検出信号入力端子に入力される。第２比較器２５の出力信号は、ゲート回路２８の制御信号入力端子に入力される。

ゲート回路２８は、第１比較器２４からの信号（＋５Ｖまたは−５Ｖ）を、第２比較器２５から−５Ｖの電圧の信号が与えられた場合にはそのまま出力するが、第２比較器２５から＋５Ｖの電圧の信号が与えられた場合には、常に０Ｖの電圧の信号を出力する。

下記の表１は、センサユニット２０の第１および第２の比較器２４、２５における比較結果とゲート回路２８の出力との関係を示している。表１において、４×ＲＭＳは第１比較器２４の入力電圧であり、ｐｅａｋは第２比較器２５の入力電圧（ピーク電圧）であり、Ｖｒｅｆは参照電圧出力回路２６の出力電圧（参照電圧）であり、Ｏｕｔｐｕｔはゲート回路２８の出力電圧である。尚、第１および第２の比較器２４、２５の出力電圧それぞれは２値であることに留意されるべきである。ゲート回路２８は、第２比較器２５からの信号の真偽によって第１比較器２４からの信号をそのまま通過させる（−５Ｖまたは＋５Ｖ）か、無効（０Ｖ）にするかを制御する。第２比較器２５の出力はゲート開閉制御信号、ゲート回路２８の出力はゲート出力、そして第１比較器２４の出力は信号源である。

表１に示すように、センサユニット２０は、振動センサ２１により検出された振動信号のピーク電圧（ｐｅａｋ）が参照電圧（Ｖｒｅｆ）すなわち軸受等の異常に起因する信号の電圧レベル以下の場合のみ、ピーク電圧（ｐｅａｋ）とＲＭＳ電圧の４倍の電圧との大小関係を示す信号（＋５Ｖまたは−５Ｖ）を出力する。これにより、レールの継ぎ目による衝撃音や摩擦音等、車両１を構成する機械要素の劣化とは関係ないノイズに起因する非常に大きな信号によってセンサユニット２０の出力が飽和してしまうのを防止している。センサユニット２０の出力電圧が＋５Ｖであるということは、Ｐｅａｋ／ＲＭＳが一定の基準を超えたことを意味し、逆にセンサユニット２０の出力電圧が−５Ｖであるということは、Ｐｅａｋ／ＲＭＳが一定の基準に満たないことを意味する。

制御盤３０の診断回路３１は、センサユニット２０の出力信号を常時監視し、単位時間（ここでは６０秒間とする。）における＋５Ｖの電圧の信号の出力時間の割合を、Ｐｅａｋ／ＲＭＳが基準を超えたデューティ比として算出する（図３参照）。そして、算出したデューティ比に応じた警報レベルの警報信号を発する。警報信号は１秒ごとに更新され、デューティ比の算出は常に、センサユニット２０からの最新の信号を受信した時から６０秒前までの受信信号に基づいて行なわれる。この警報信号が車両１内の通信回線を通じて運転台や指令所に送られる。運転台や指令所には、各々色の異なる複数の警報ランプが設けられており、センサユニット２０から受信した警報信号の警報レベルに応じて所定の色の警報ランプが点灯あるいは点滅するようになっている。

下記の表２は、上記デューティ比と警報レベルとの対応関係を例示している。また、表２中には、警報レベルと警報ランプの色との対応関係も例示されている。

この異常診断装置１０は、鉄道車両の走行中の異常の有無を監視するものであり、表２に示す警報は、脱線予知等と違って異常を検出した場合に列車を停止させることは想定していない。表２における最高の警報レベルである警報レベルＩＩでも、たとえば１週間以内に目視検査を要するといった程度の警報である。軸受の剥離、車輪のフラットが発生している場合でも、その列車が直ぐに運行不能になるわけではないので、点検の目安を示すことがこの異常診断装置１０を使用する主な目的であるといえる。ただし、列車の走行速度が高速であるほど、点検の緊急度は高くなる。最高時速が２００ｋｍを超えるような超高速鉄道では、上記警報レベルＩＩの警報が発せられたら速やかに列車を停止させ、点検を実施することが望まれる。

図４は、センサユニット２０の第２の構成例を示すブロック図である。図４に示すセンサユニット２０は、振動センサ（Ｓｅｎｓ）２１と、増幅器２７と、増幅器２７からの信号が入力される帯域の異なる３つのバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４１-1〜４１-3と、各バンドパスフィルタ４１-1〜４１-3を通過した信号を各々処理する３つの信号処理部４２-1〜４２-3とを備えている。バンドパスフィルタ４１-1〜４１-3は、この例では、それぞれ５００Ｈｚ、１．５ｋＨｚ、３ｋＨｚの中心周波数を持つものとする。

各信号処理部４２-1〜４２-3は、それぞれ、ＲＭＳ演算回路（ＲＭＳ‐ＤＣ）２２と、ピーク検出回路（Ｐｅａｋ）２３と、第１比較器（ＣＭＰ）２４と、を備えている。以下、第１比較器を単に比較器と記す。

振動センサ２１は、図１の例と同様、５０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の振動を検出し、その振動波形を電気信号として出力する。振動センサ２１の出力信号（振動信号）は、増幅回路２７で増幅された後、３つのバンドパスフィルタ４１-1〜４１-3に同時に入力される。各バンドパスフィルタ４１-1〜４１-3を通過した各々帯域の異なる信号は、各々別々の信号処理部４２-1〜４２-3内のＲＭＳ演算回路２２とピーク検出回路２３とに入力される。すなわち、この例では、第１の信号処理部４２-1内のＲＭＳ演算回路２２とピーク検出回路２３とには、第１のバンドパスフィルタ４１-1を通過した低帯域（中心周波数５００Ｈｚ）の振動信号が入力される。第２の信号処理部４２-2内のＲＭＳ演算回路２２とピーク検出回路２３とには、第２のバンドパスフィルタ４１-2を通過した中間帯域（中心周波数１．５ｋＨｚ）の振動信号が入力される。第２の信号処理部４２-2内のＲＭＳ演算回路２２とピーク検出回路２３とには、第３のバンドパスフィルタ４１-3を通過した高帯域（中心周波数３ｋＨｚ）の振動信号が入力される。

各信号処理部４２-1〜４２-3内のＲＭＳ演算回路２２は、入力された振動信号を処理することにより、その振動信号のＲＭＳ電圧の４倍の電圧を出力する。

各信号処理部４２-1〜４２-3内のピーク検出回路２３は、入力された振動信号のピーク電圧を出力する。ピーク検出回路２３の出力時の電圧レベルの増幅度は１である。

各信号処理部４２-1〜４２-3内のＲＭＳ演算回路２２の出力信号は、比較器２４の第１の入力端子に入力される。ピーク検出回路２３の出力信号は、比較器２４の第２の入力端子に入力される。

各信号処理部４２-1〜４２-3内の比較器２４は、ＲＭＳ演算回路２２からの信号電圧すなわちＲＭＳ電圧の４倍の電圧と、ピーク検出回路２３からの信号電圧すなわちピーク電圧とを比較する。そして、ピーク電圧の方が大きければ＋５Ｖの電圧の信号を出力し、ピーク電圧の方が小さければ−５Ｖの電圧の信号を出力する。

制御盤３０の診断回路３１は、センサユニット２０の各信号処理部４２-1〜４２-3の出力信号を常時監視し、各信号毎に単位時間（ここでは６０秒間とする。）における＋５Ｖの電圧の信号の出力時間の割合を、Ｐｅａｋ／ＲＭＳが基準を超えたデューティ比として算出する（図５参照）。そして、算出したデューティ比に応じた警報レベルの警報信号を発する。

この例では、図１の例とは異なり、デューティ比の算出に使用するピーク電圧に上限を設けていないので、ノイズ対策として、デューティ比の基準にノイズ成分を含めている。表２の例では、正常であることを示すデューティ比２０％未満の中に、レールの継ぎ目による衝撃音や摩擦音等、車両１を構成する機械要素の劣化とは関係ないノイズ分を見込んでいるわけである。

図６は、センサユニット２０の第３の構成例を示すブロック図である。図６に示すセンサユニット２０は、振動センサ（Ｓｅｎｓ）２１と、増幅器２７と、増幅器２７からの信号が入力されるローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１と、ローパスフィルタ５１を通過した信号を処理する信号処理部５２とを備えている。ローパスフィルタ５１は、１ｋＨｚ程度のカットオフ周波数を持つ。１ｋＨｚ程度を超える信号を遮断することにより、レールの継ぎ目による衝撃音や摩擦音等、車両１を構成する機械要素の劣化とは関係ないノイズに起因する非常に大きな信号をカットし、機械要素の振動のみを捉えることができる。

信号処理部５２は、ＲＭＳ演算回路（ＲＭＳ‐ＤＣ）２２と、ピーク検出回路（Ｐｅａｋ）２３と、比較器２４と、を備えている。

振動センサ２１は、図１の例と同様、５０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの周波数帯域の振動を検出し、その振動波形を電気信号として出力する。振動センサ２１の出力信号（振動信号）は、増幅回路２７で増幅された後、ローパスフィルタ５１に入力される。そして、ローパスフィルタ５１を通過した１ｋＨｚ程度以下の信号が信号処理部５２に入力される。信号処理部５２における処理は、図４中の各信号処理部４２-1〜４２-3における処理と同様である。

この第３の構成例によれば、１ｋＨｚ程度以下の信号のみ捉えて信号処理部５２に入力するようにしたので、レールの継ぎ目による衝撃音や摩擦音等、車両１を構成する機械要素の劣化とは関係ないノイズに起因する非常に大きな信号によってセンサユニット２０の出力が飽和してしまうのを防止できる。

図７は、センサユニット２０の第４の構成例を示すブロック図である。図７に示すセンサユニット２０は、図６の構成に加えて、増幅器２７からの信号が入力されるハイパスフィルタ（ＨＰＦ）５３と、ハイパスフィルタ５３を通過した信号を処理する信号処理部５４とを備えている。信号処理部５４の構成は、ローパスフィルタ５１側の信号処理部５２のそれと同じである。ハイパスフィルタ５３は、１ｋＨｚのカットオフ周波数を持つ。１ｋＨｚ以上の信号のみ信号処理部５４に入力することにより、軸受のスポット傷を有効に検出することができる。

図８は、センサユニット２０の第５の構成例を示すブロック図である。この構成例は、上述したＲＭＳ演算回路２２、ピーク検出回路２３および比較器２４の機能を、制御盤３０に持たせた場合のものであり、センサユニット２０内には、振動センサ（Ｓｅｎｓ）２１、増幅器２７、およびローパスフィルタ（ＬＰＦ）５１だけが設けられている。

図９は、センサユニット２０の第６の構成例を示すブロック図である。図９に示すセンサユニット２０は、振動センサ（Ｓｅｎｓ）２１と、増幅器２７と、増幅器２７の出力をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５５と、Ａ／Ｄ変換器５５からの信号を処理するマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）５６と、を備えている。ＭＰＵ５６は、その内部に格納されたプログラムに従って、Ａ／Ｄ変換器５５からの入力信号をデジタル処理することにより、上述したＲＭＳ演算回路２２、ピーク検出回路２３および比較器２４の機能を果たすとともに、表２に例示した診断処理も行なう。したがって、この構成例によれば、制御盤３０の診断回路３１を省略できる。ＭＰＵ５６の代わりに、ＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）を使用することも可能である。また、ＭＰＵ５６の代わりに、Ａ／Ｄ変換器を内蔵したマイクロプロセッサを使用すれば、外付けのＡ／Ｄ変換器５５を省略できる。

しかし、ＭＰＵやＤＳＰを使用して演算処理を行なう場合、ＲＭＳ演算処理はかなり重い処理になりかねない。２乗の総和演算は、固定小数点数演算を行なうシステムでは飽和を起こしやすいし、平方根の命令は存在しないのが普通である。

したがって、ＲＭＳ演算処理がかなり複雑でその他の処理が比較的簡単なものであれば、ＭＰＵやＤＳＰを使用するよりも、ＲＭＳ演算の処理効率を優先した専用のデジタル演算回路をフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）により実現する方が有利である。ＦＰＧＡによる演算回路については、マイコンやＤＳＰに対する優位性はハッキリしないところがあるが、ハードウエアによる高速化を望め、マイコン回路よりも小さくできる可能性が高い。マイコンでは既に最初から搭載されている加算器および乗算器等は、ＦＰＧＡでは後から書き込む必要がある。しかし、これは裏を返せば、演算機能と周辺機能を必要なだけ載せることができるので、装置の小型化や演算の並列化で高速化が期待できる。

そこで、図１０に示す第７の構成例では、Ａ／Ｄ変換器５５からの入力信号をデジタル処理することにより、上述したＲＭＳ演算回路２２、ピーク検出回路２３および比較器２４の機能を果たすとともに、表２に例示した診断処理も行なう専用のデジタル回路としてＦＰＧＡ５７を備えている。

なお、上記の形態例の説明では、軸受４-1〜４-4の剥離等の劣化を示すパラメータとしてＰｅａｋ／ＲＭＳ（波高率）を用いたが、これに代えて、尖り度（Ｋｕｒｔｏｓｉｓ）、衝撃指数（Ｐｅａｋ／絶対値平均）または波形率（ＲＭＳ／絶対値平均）を用いることもできる。尚、尖り度（Ｋｕｒｔｏｓｉｓ）は、基本統計量における無次元パラメータであって、次の計算式（２）で算出される。

ｎ：サンプル数（区間長）
Ｘ_ｉ：ｉ番目の実測値（時刻Ｉにおける値）
σ：標準偏差

平均値をゼロにする振動波形では、σはＲＭＳ値に等しいとして構わない。４乗回路は、ＲＭＳ回路に含まれる２乗回路が応用できる。従って、上述した実施形態における波高率（Ｐｅａｋ／ＲＭＳ）の代わりに、尖り度（Ｋｕｒｔｏｓｉｓ）を使う実施形態も実現可能である。すなわち、上記ＲＭＳ演算回路（ＲＭＳ‐ＤＣ）２２の代わりに、尖り度、衝撃指数または波形率を求める回路を用いたものも本発明の異常診断装置に含まれる。

本発明の異常診断装置を備えた鉄道車両の概略構成図である。 センサユニットの第１の構成例を示すブロック図である。 図２のセンサユニットの出力波形を示す図である。 センサユニットの第２の構成例を示すブロック図である。 図４のセンサユニットの出力波形を示す図である。 センサユニットの第３の構成例を示すブロック図である。 センサユニットの第４の構成例を示すブロック図である。 センサユニットの第５の構成例を示すブロック図である。 センサユニットの第６の構成例を示すブロック図である。 センサユニットの第７の構成例を示すブロック図である。 剥離等の劣化を示すパラメータの一つである波高率（Ｐｅａｋ／ＲＭＳ）の波形図であり、剥離によってパラメータ値が増大することを示している。 鉄道車両の振動波形図であり、検出される振動波形にレールの継ぎ目による衝撃振動（ノイズ）が混入することを示している。

符号の説明

１ 鉄道車両
２-1〜２-4 車輪
３ 車台
４-1〜４-4 軸受
１０ 異常診断装置
２０ センサユニット
２１ 振動センサ
２２ ＲＭＳ演算回路
２３ ピーク検出回路
２４ 第１比較器
２５ 第２比較器
２６ 参照電圧出力回路
３０ 制御盤
３１ 診断回路
４１-1〜４１-3 バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
４２-1〜４２-3 信号処理部
５１ ローパスフィルタ
５２ 信号処理部
５３ ハイパスフィルタ
５４ 信号処理部

Claims (6)

1. 車両の走行中に異常を診断する異常診断装置であって、
   車両の振動を検出する振動センサと、
   前記振動センサが出力する波形信号に基づいて、波高率、衝撃指数、波形率、および尖り度のうちいずれか１つの無次元パラメータ値を求めるパラメータ値検出回路と、
   前記パラメータ値検出回路から出力された無次元パラメータ値が一定の基準を超えたことを示す第１の電圧の信号または前記無次元パラメータ値が一定の基準以下であることを示す第２の電圧の信号を出力する比較回路と、
   を備え、
   前記比較回路の出力に基づいて異常を検出するように構成したことを特徴とする異常診断装置。
2. 車両の走行中に異常を診断する異常診断装置であって、
   車両の振動を検出する振動センサと、
   前記振動センサが出力する波形信号に基づいて、ＲＭＳ（２乗平均の平方根）および絶対値平均のいずれか一方のパラメータ値を求める演算回路と、
   前記波形信号のピーク値を求めるピーク検出回路と、
   前記パラメータ値の一定倍の値と前記ピーク検出回路から出力されたピーク値とを比較し、その比較結果に応じて、前記ピーク値と前記パラメータ値との比として求まる無次元パラメータ値が一定の基準を超えたことを示す第１の電圧の信号または前記無次元パラメータ値が一定の基準以下であることを示す第２の電圧の信号を出力する比較回路と、
   を備え、
   前記比較回路の出力に基づいて異常を検出するように構成したことを特徴とする異常診断装置。
3. 前記ピーク検出回路から出力されたピーク値と予め設定した参照値とを比較するピーク‐参照値比較回路を更に備え、
   前記ピーク‐参照値比較回路による比較の結果、前記ピーク値が前記参照値よりも大きい場合には、前記比較回路の出力を無効にするように構成したことを特徴とする請求項２に記載の異常診断装置。
4. 前記第１の電圧の信号のデューティ比に基づいて異常を検出するように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の異常診断装置。
5. 前記振動センサの出力信号のうち所定の帯域の信号のみ前記パラメータ値検出回路および前記ピーク検出回路に入力するためのフィルタ回路を更に備えたことを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の異常診断装置。
6. 前記車両は鉄道車両であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の異常診断装置。

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