JP5052456B2 - 車両の異常検知システムおよび方法 - Google Patents

Description

この発明は、運行中の車両の状態情報を監視して異常検知することにより車両の故障の予防保全を支援する、車両の異常検知システムおよび方法に関するものである。

運行中の電車車両において故障が発生すると、車両運行が中断され、運行スケジュールが撹乱されるので、故障発生から復旧終了までの時間はできるだけ短縮されなければならない。

特許文献１では、車両に故障が発生すると、車両の故障データは、無線等の情報伝達手段及びネットワークを介して関連部署に配信され、故障データを受け取った保守サービスサイトは、故障データの解析、故障部位・原因の特定作業を行い、故障部位・原因及び復旧に必要な作業の内容・手順を車両所に送信し、車両所では、保守サービスサイトから得た作業情報に基づいて、復旧作業の準備を行い、車両の到着とともに復旧作業に取りかかるようにしている。

特開２００２‐５９８３４号公報

従来の運行中の車両保守支援方法及び支援システムは、電車の運行中に発生した車両搭載各機器から取得できる電気的故障データを運転指令所及び保守サービスサイトに送信し、保守サービスサイトで故障部位・原因の特定作業を行う事後保全であるので、車両の運行が中断される事態は不可避である。車両運行の中断は利用者及び運行会社の利益を損なう。したがって、電車車両の運行システムにおいても、車両が故障を起こす前に車両の予防保全を行うことができるシステムの開発が要望されている。

本発明は上記に鑑みてなされたもので、車両の故障の予防保全を支援する車両の異常検知システムおよび方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る車両の異常検知システムは、地上装置と車両側に配置される車上装置とを備える車両の異常検知システムにおいて、前記車上装置は、前記車両の床下機器の動作中の温度、音および振動のうちの少なくともいずれか一種類からなる状態データを検出するセンサと、前記車両の位置情報を取得する車両位置取得手段と、前記状態データをサンプリングした状態データと前記取得した車両位置情報とを対にした動態情報を前記地上装置に無線送信する無線手段と、を備え、前記地上装置は、前記動態情報を無線受信し、無線受信した動態情報に基づいて車両の異常検知を行う異常検知手段を備え、前記無線手段は、前記センサによって取得した状態データを前記車両の床下部位から送信する送信モジュールと、前記送信モジュールから送信された状態データを前記車両の床上部位で受信する受信モジュールとを有し、前記送信モジュールは、各センサから得られた状態データをサンプリングし、所定時間毎にサンプリングされた前記状態データの最大値を収集し、収集された前記状態データの最大値を所定個数まとめて所定時間間隔で前記受信モジュールに出力することを特徴とする。

この発明によれば、運行中の車両の状態データを取得し、取得した状態データと車両の位置情報とを対にして地上装置へ送信するようにしたので、地上装置側で受信したデータを解析処理することで車両故障の予防保全を行うことが可能になるとともに、車両が日々安定に走行していることの確認が可能になり、車両の定期検査時に要注意検査箇所特定の支援を行うことができる。

以下に、本発明にかかる車両の異常検知システムおよび方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
以下、本発明に係る車両の異常検知システムの実施の形態１の構成および動作について説明する。図１は、この発明を実施するための実施の形態１における車両の異常検知システムの構成図である。

図１に示すように、車両の異常検知システムは、車両１側に配設される車上装置２と、適宜の施設に固定配置される地上装置１０とから構成されている。

車上装置２は、センサ３と、送信モジュール４‐１、送信モジュール内蔵駆動バッテリ４‐４、送信アンテナ４‐３、受信アンテナ４‐５、および受信モジュール４‐２を備えるセンサネットワーク４と、無線パケット通信車載ユニット５と、床上設置機器駆動電源６と、無線パケット通信端末７と、無線パケット通信アンテナ８と、ＧＰＳアンテナ９とを備える。センサ３は、鉄道車両の動力車Ｍ１の床下機器に取り付けられて（例えばモータの軸受）、車両故障を予測するための状態データ（例えば、モータの軸受部温度）を検出する。この場合、状態データとしては、温度、音、振動のうちの少なくとも一つを採用する。状態データとしては、温度、振動、音以外の他の物理量を使用するようにしてもよい。送信モジュール４‐１は、送信モジュール内蔵駆動バッテリ４‐４から電力供給され、送信モジュール内蔵駆動バッテリ４‐４とともに動力車Ｍ１の床下部位に取り付けられている。送信モジュール４‐１は、センサ３が検出した状態データを入力とし、これら状態データを送信アンテナ４‐３を介して無線送信する。なお、センサ３は、後述するように、例えば熱電対で構成された温度センサ６３や、半導体で構成された振動センサ６１を用いる。

受信アンテナ４‐５、受信モジュール４‐２、車載ユニット５、床上設置機器駆動電源６、端末７、アンテナ８、ＧＰＳアンテナ９は、動力車Ｍ１の床上部位に配設されており、これら床上部位に配設された各構成要素は、床上設置機器駆動電源６からの電力によって駆動される。受信モジュール４‐２は、送信モジュール４‐１からの状態データを受信アンテナ４‐５を介して受信し、受信した状態データを車載ユニット５に出力する。ＧＰＳアンテナ９はＧＰＳ１６から運行中車両１の位置情報を取得する。車載ユニット５は、ＧＰＳアンテナ９を介して自車両１の位置情報を受信するとともに、送信モジュール４‐１からの状態データを受信し、状態データに位置情報を付加した情報を端末７、アンテナ８を介して地上装置１０に送信する。

地上装置１０は、情報処理装置１１、無線パケット通信端末１２、無線パケット通信アンテナ１３および無線パケット通信端末駆動電源１４を備える。車上装置２と異常検知システムの地上装置１０は、無線パケット通信アンテナ８、無線パケット通信アンテナ１３を用いて無線パケット通信網１５を通してデータ通信する。情報処理装置１１は、アンテナ１３、端末１２を介して状態データに位置情報が付加された情報を受信し、これら情報に基づき車両１の予防保全のための処理を実行する。なお、無線パケット通信車載ユニット５、無線パケット通信端末７、無線パケット通信アンテナ８、無線パケット通信端末１２、無線パケット通信アンテナ１３および無線パケット通信端末駆動電源１４としては、例えば、ＤｏＰａ（登録商標）方式の無線パケット通信方式を採用する。

次に、本発明に係る車両の異常検知システムの実施の形態１の動作について説明する。図２は、実施の形態１における車両の異常検知システムの動作を説明するフローチャートである。

図２において、情報処理装置１１、車載ユニット５、受信モジュール４‐２、送信モジュール４‐１はそれぞれの電源オンで準備完了になる（ステップＳ０、Ｓ１０、Ｓ２０、Ｓ３０）。地上装置１０側の情報処理装置１１は、電源オンで準備完了になると、センサデータの送信間隔を指定するセンサ送信間隔指定情報を端末１２、アンテナ１３、無線パケット通信網１５を介して車上装置２に送信する（ステップＳ０）。車載ユニット５は、アンテナ８、端末７を介して、情報処理装置１１からセンサ送信間隔指定情報を受信すると、このセンサ送信間隔指定情報をセンサのサンプリング間隔を示すサンプリング間隔情報として受信モジュール４‐２に送信する（ステップＳ１０）。受信モジュール４‐２は、受信したサンプリング間隔情報で指定されたサンプリング間隔毎に、送信モジュール４‐１にデータ送信要求を送信する（ステップＳ２１）。送信モジュール４‐１は、データ送信要求を受信すると（ステップＳ３１）、センサ３からの状態データをサンプリングし（ステップＳ３２）、サンプリングした状態データを受信モジュール４‐２に対しデータ送信し（ステップＳ３３）、その後次のデータ送信要求に待機する待機状態になる（ステップＳ３１）。このようにして、送信モジュール４‐１は、データ送信要求を受信する度に、センサ３の状態データをサンプリングして受信モジュール４‐２に送信する。

次に、受信モジュール４‐２は、送信モジュール４‐１から状態データを受信すると（ステップＳ２２）、受信したデータを車載ユニット５に送信する（ステップＳ２３）。この後、受信モジュール４‐２は、次のサンプリング間隔に達するまで待ち状態になる（ステップＳ２４）。車載ユニット５は、受信モジュール４‐２から状態データを受信すると、受信した状態データを一次蓄積するとともに（ステップＳ１２）、運行中車両１の位置情報としてのＧＰＳ情報をＧＰＳ１６よりＧＰＳアンテナ９を通して受信する（ステップＳ１３）。そして、車載ユニット５は、一次蓄積した状態データと運行中車両１の位置情報を対にして、動態情報として、端末７、アンテナ８を介して地上装置１０に送信する（ステップＳ１４）。車載ユニット５は、その後、受信モジュール４‐２からの次のデータ受信に待機する待機状態になる（ステップＳ１１）。

情報処理装置１１は、センサデータ（状態データ）及び運行中車両１の位置情報を無線パケット通信網１５、アンテナ１３、端末１２を通して受信すると（ステップＳ１）、動態情報受信待ち状態から抜けて、受信したセンサデータ及び運行中車両１の位置情報のデータ蓄積処理を行う（ステップＳ２）。なお、動態情報とは、センサデータおよび車両１の位置情報の対から構成されるデータのことである。情報処理装置１１は、この後、データ蓄積したセンサデータ及び位置情報に基づきセンサデータのグラフ化処理を行う（ステップＳ３）。図６に、センサデータ中の温度データのグラフ化処理画面の一例を示す。図６の場合は、横軸をキロ程、即ち車両１の位置にしているが、横軸を時間としてもよい。さらに、情報処理装置１１は、センサデータを特定の閾値と比較して異常の有無をチェックし、閾値を超えている時は情報処理装置１１の画面にアラーム表示する（ステップＳ４）。情報処理装置１１はデータ受信終了指示がない限りは（ステップＳ５）、その後、次の動態情報受信待ち状態に移行する（ステップＳ１）。

具体的な例としては、例えば図６（ある路線のキロ程に対応したモータ軸受部温度）に示すように、ある路線の午後のある時間だけ、キロ程＝１８６ｍ付近で必ずモータ軸受部温度がしきい値を超えて異常値（高温）を示してアラームが出る。そのデータをもとに解析した結果、前記キロ程付近の路線勾配と乗客数の関係から、そのキロ程付近でモータが一時的に過負荷となった時モータの軸受部温度が異常上昇することがわかった。この原因は軸受のグリースの劣化（グリース量の減少、グリース品質の劣化）との相関が強いため、グリースの追加注入が必要ということが判明する。これにより走行中の車両異常停止を回避できる。このように、状態データと車両１の位置情報とを対にしておけば、路線の状況等を加味した解析が行えるので、状態データだけでは判断できない異常を事前に予測できるので、予防保全が可能となる。

なお、モータの軸受部温度とともにモータの振動やモータ音を複数同時に測定しておけば、いずれかで発生する最初の異常に基づいて予防保全に対応できるので、例えば、軸受部温度が異常値を示す前段階でモータの異音や振動の異常が発生する場合には、モータの軸受部温度だけ測定している場合よりも早い段階で予防保全のための事前対応が可能となる。

以上のように、実施の形態１の車両の異常検知システムにおいては、車上装置２は、地上装置１０から指定されたサンプリング間隔で、運行中の動力車車両の床下部位の任意の場所における状態データを車両１の床上と床下間で無線によって取得し、取得した状態データと車両１の位置情報とを対にして地上装置１０へ送信するようにしたので、地上装置１０側で受信したデータを解析処理することで車両故障の予防保全を行うことが可能になるとともに、日々安定に走行していることの確認と、車両１の定期検査時に要注意検査箇所特定の支援を行うことができる。

実施の形態２．
以下、本発明に係る車両の異常検知システムの実施の形態２の構成および動作について説明する。図３は、実施の形態２における車両の異常検知システムの車上装置の構成図である。この実施の形態２においては、車両の床下部位に複数のセンサ３，１７，１８を配設するようにしている。

図３において、車上装置２が本実施の形態２において備えるセンサネットワーク１９は、センサ３、センサ１７、センサ１８、送信モジュール１９‐１、送信モジュール内蔵駆動バッテリ１９‐４、送信アンテナ１９‐３、受信アンテナ１９‐５、および受信モジュール１９‐２で構成される。センサ３、センサ１７およびセンサ１８は、鉄道車両の動力車Ｍ１の床下機器に取り付けられて、夫々異なる状態データを検出する。例えば、センサ３が温度を検出し、センサ１７が振動を検出し、センサ１８が音を検出する。送信モジュール１９‐１は、送信モジュール内蔵駆動バッテリ１９‐４から電力供給され、送信モジュール内蔵駆動バッテリ１９‐４とともに動力車Ｍ１の床下部位に取り付けられている。送信モジュール１９‐１は、センサ３、センサ１７およびセンサ１８が検出した複数の状態データを入力とし、これら複数の状態データを送信アンテナ１９‐３を介して順次無線送信する。受信モジュール１９‐２は、送信モジュール１９‐１からの複数の状態データを受信アンテナ１９‐５を介して順次受信し、受信した状態データを車載ユニット５に出力する。

次に、本発明に係る車両の異常検知システムの実施の形態２の動作を、図２を用いて説明する。実施の形態１との相違部分の動作についてのみ説明する。

ステップＳ３２において、送信モジュール１９‐１は、複数のセンサ３，１７，１８のセンサデータを順次サンプリング処理する。そして、送信モジュール１９‐１は、サンプリングした複数のセンサデータを受信モジュール１９‐２に順次送信する（ステップＳ３３）。

受信モジュール１９‐２は、複数のセンサデータを送信モジュール１９‐１より受信すると（ステップＳ２２）、受信した状態データを車載ユニット５に順次送信する（ステップＳ２３）。これ以降、車上装置２が備える車載ユニット５および地上装置１０が備える情報処理装置１１では、データ一次蓄積（ステップＳ１２）、センター送信処理（ステップＳ１４）、データ蓄積処理（ステップＳ２）、センサデータのグラフ化処理（ステップＳ３）、センサデータの異常検出処理（ステップＳ４）において、それぞれ、複数のセンサデータについての処理を実施の形態１と同様にして実行する。

以上のように、実施の形態２の車両の異常検知システムにおいては、複数のセンサを用いて複数の異なる状態データを検出するようにしているので、複数種類の状態データについて解析処理できることになり、異常検出の精度が向上する。

実施の形態３．
本発明に係る車両の異常検知システムの実施の形態３の構成および動作について説明する。

図４は、この発明を実施するための実施の形態３における車両の異常検知システムの車上装置の構成図である。図４において、車上装置２が備えるセンサネットワーク２０は、センサ３、送信モジュール２０‐１、送信モジュール内蔵駆動バッテリ２０‐４および送信アンテナ２０‐３から構成される床下センサ機器を３セット分有し、それぞれのセットは、動力車Ｍ２の床下機器、動力車Ｍ１の２つ異なる床下機器に夫々取り付けられている。また、センサネットワーク２０は、これら３つの床下センサ機器から温度、振動、音などのセンサデータを受信するために、車上部位に、１つの受信モジュール２０‐２および受信アンテナ２０‐５を有する。

次に、本発明に係る車両の異常検知システムの実施の形態３の動作を図２を用いて説明する。実施の形態１との相違部分の動作についてのみ説明する。

ステップＳ２１において、受信モジュール２０‐２は、受信したサンプリング間隔情報で指定されたサンプリング間隔毎に、複数の送信モジュール２０‐１にデータ送信要求を送信する（ステップＳ２１）。各送信モジュール２０‐１は、データ送信要求を受信すると（ステップＳ３１）、当該センサ３からの状態データをサンプリングし（ステップＳ３２）、サンプリングした状態データを受信モジュール２０‐２に対し送信する（ステップＳ３３）、受信モジュール２０‐２は、各送信モジュール２０‐１から状態データを受信すると（ステップＳ２２）、受信した各状態データを車載ユニット５に順次送信する（ステップＳ２３）。これ以降、車上装置２が備える車載ユニット５および地上装置１０が備える情報処理装置１１では、データ一次蓄積（ステップＳ１２）、センター送信処理（ステップＳ１４）、データ蓄積処理（ステップＳ２）、センサデータのグラフ化処理（ステップＳ３）、センサデータの異常検出処理（ステップＳ４）において、それぞれ、複数のセンサデータについての処理を実施の形態１と同様にして実行する。

以上のように、実施の形態３の車両の異常検知システムにおいては、複数の位置において状態データを取得しているため、床下機器の異常検出の物理的範囲が広がり、異常検出の精度が向上する。

実施の形態４．
以下に、本発明に係る車両の異常検知システムの実施の形態４について説明する。実施の形態４における車両の異常検知システムの構成は、実施の形態１における構成と同じであるため、構成の説明を省略する。実施の形態４においては、車上装置２側でセンサデータから異常を検出し、異常が検出された場合にのみ、そのセンサデータを車両位置情報とともに地上装置１０に送信するようにしている。

次に、本実施の形態４における車両の異常検知システムの動作を説明する。図５は、本実施の形態４における車両の異常検知システムの動作を説明するフローチャートである。

図５において、情報処理装置１１、車載ユニット５、受信モジュール４‐２、送信モジュール４‐１はそれぞれの電源オンで準備完了になる（ステップＳ４０、Ｓ５０、Ｓ６０、Ｓ７０）。地上装置１０側の情報処理装置１１は、電源オンで準備完了になると、センサデータについての異常検知開始命令を端末１２、アンテナ１３、無線パケット通信網１５を介して車上装置２に送信する（ステップＳ４０）。車載ユニット５は、アンテナ８、端末７を介して、情報処理装置１１から異常検知開始命令を受信すると、この異常検知開始命令を受信モジュール４‐２に送信する（ステップＳ５０）。受信モジュール４‐２は、異常検知開始命令を受信すると、送信モジュール４‐１に異常検知開始命令を送信する（ステップＳ６１）。

送信モジュール４‐１は、異常検知開始命令を受信すると（ステップＳ７０）、予め設定された所定のサンプリング周期でセンサ３からの状態データをサンプリングし（ステップＳ７１）、サンプリングした状態データを所定の閾値と比較することで状態データの異常を検出する（ステップＳ７２）。なお、サンプリングはこれ以降常時所定の周期で行われる。状態データに異常ありと判断した場合（ステップＳ７３）、送信モジュール４‐１はこの状態データを受信モジュール４‐２に送信する（ステップＳ７４）。異常なしと判断した場合、再び状態データのサンプリング過程に戻る（ステップＳ７１）。このようにして、送信モジュール４‐１は、異常検知開始を受信すると、センサ３の状態データを所定の周期でサンプリングし、異常判定を行い、異常ありと判定したとき、状態データを異常状態データとして受信モジュール４‐２に送信する。

次に、受信モジュール４‐２は、送信モジュール４‐１から異常状態データを受信すると（ステップＳ６２）、異常検知受信待ち状態から抜けて、受信したデータを車載ユニット５に送信する（ステップＳ６３）。この後、受信モジュール４‐２は、次の異常状態データを受信するまで異常検知受信待ち状態になる（ステップＳ６２）。車載ユニット５は、受信モジュール４‐２から異常状態データを受信すると（ステップＳ５１）、異常検知受信待ち状態から抜けて、運行中車両１の位置情報としてのＧＰＳ情報をＧＰＳ１６よりＧＰＳアンテナ９を通して受信する（ステップＳ５２）。そして、車載ユニット５は、異常状態データと運行中車両１の位置情報とを対にした動態情報を端末７、アンテナ８を介して地上装置１０に送信する（ステップＳ５３）。車載ユニット５は、その後、受信モジュール４‐２からの次の状態データ受信を待機する異常検知受信待機状態になる（ステップＳ５１）。

情報処理装置１１は、センサデータ（異常状態データ）および運行中車両１の位置情報を無線パケット通信網１５、アンテナ１３、端末１２を通して受信すると（ステップＳ４１）、異常検知受信待ち状態から抜けて、異常状態データの蓄積処理および異常を報知するためのアラーム処理を行う（ステップＳ４２）。情報処理装置１１はデータ受信終了指示がない限りは（ステップＳ４３）、その後、次の動態情報受信待ち状態に移行する（ステップＳ４１）。

以上のように、実施の形態４の車両の異常検知システムにおいては、運行中の車両１の床下部位に取り付けられた送信モジュール４‐１は、地上装置１０からの異常検知開始命令を受けた後、センサによって状態データのサンプリングを行って状態データの異常を判定し、異常ありと判定したときにのみ、状態データを車両床上に配設された機器に無線送信し、車両床上に配設された機器は取得した状態データと車両１の位置情報とを対にして地上装置１０へ送信するようにしたので、車両故障の予防保全を行うことが可能になるとともに、車両１の定期検査時に要注意検査箇所特定の支援を行うことができる。さらに、送信モジュール４‐１が異常ありと判定するときのみ状態データを送信するため、送信モジュール内蔵駆動バッテリの連続駆動時間を伸ばす効果が得られる。

実施の形態５．
従来、走行中の鉄道車両において、車軸軸端部の温度が異常なレベルに達しているか否かの判断は、温度上昇レベルに応じて変色するサーモラベルを車軸軸端部に貼り付け、車両１が車両基地等に収容された際、当該サーモラベルの色を定期的に目視点検することにより行われていた。しかしながら、目視点検であるため、点検に要する時間が長時間に及ぶだけでなく、サーモラベルの色の確認を誤るなど、点検品質のばらつきがあった。また、走行中の車両１では、車軸軸端部の温度や振動を測定および監視することができなかった。そのため、例えば、車軸軸端部の温度が異常なレベルに達した時期や温度異常が継続した時間などを確認することができず、温度異常を招いた原因を特定することが困難であり、状況によっては車両１の運行に支障を来たす恐れがあった。本実施の形態は、車両１の車軸軸端部に各センサとセンサノードを配設し、車軸軸端部から取得された状況データを受信モジュールに送信することができるように構成されている。以下、本実施の形態の構成および動作を説明する。

図７は、センサノードを備えた車軸軸端部の構成の一例を示す図である。図７に示す車軸軸端部４３は、主たる構成部として、ブラケット４９、センサノード４７、ブラケット基部４２、および軸ぶた４４を有して構成されている。ブラケット４９およびブラケット基部４２には、車軸軸端部４３に装着されたサーモラベル４０を確認することができるように、加工が施されている。

センサノード４７は、例えば送信モジュール４‐１、送信アンテナ４‐３、送信モジュール内蔵駆動バッテリ４‐４を具備し、各種センサを接続可能な構成である。なお、センサノード４７の構成は、送信モジュール４‐１、送信アンテナ４‐３、および送信モジュール内蔵駆動バッテリ４‐４に限定されるものではない。以下、ブラケット４９、ブラケット基部４２、および軸ぶた４４の構造を詳細に説明する。

図１３は、図７に示される車軸軸端部の詳細な構造を示す図である。軸ぶた４４は、車軸軸端部４３に設けられた開口部を閉塞し、車軸軸端部４３に配設される。ブラケット基部４２は、車軸軸端部４３と反対方向に立設されるボルト（以下「第１の締結部材」という）４５を有する。

第１の締結部材４５は、例えば、溶接などによりブラケット基部４２に設置する構成が望ましい。また、ブラケット基部４２には、車軸軸端部４３に軸ぶた４４を固定する六角ボルト（以下「第２の締結部材」という）４１が第１の締結部材４５と干渉せぬように車軸軸端部４３の方向に挿通されている。また、ブラケット基部４２は、挿通された第２の締結部材４１を掛止する機構５３を中心部に有している。この機構は、例えば、ブラケット基部４２の中心部の金属片が所定の形状に加工され、当該金属片が六角ボルト４１の頭部分の方向に屈曲することで六角ボルト４１に嵌合する。そのため、ブラケット基部４２は、スプリングワッシャなどを用いなくても第２の締結部材４１の緩みを防止できる。なお、第２の締結部材４１を掛止する機構５３は、これに限定されるものではなく、第２の締結部材４１の緩みを防止することができる他の機構を適用してもよい。

図７において、第１の締結部材４５は、ナット５２を螺入することで、ブラケット基部４２とブラケット４９とを係着する構成であるが、これに限定されるものではない。例えば、ブラケット４９とブラケット基部４２との係着部に遊びが発生せず、ブラケット４９の施工性、保守性を妨げない他の構成を適用してもよい。

ブラケット４９は、上述したセンサノード４７を収納可能に加工されたセンサノード収納部４８を有している。また、ブラケット４９は、各種センサを装着し、第１の締結部材４５を用いてブラケット基部４２と略平行に固定される。

図１２は、ブラケットの裏面に装備されるバンドの構成を示す図である。ブラケット４９は、例えば、車軸方向の弾性により熱電対から成る温度センサ６３を付勢し車軸軸端部４３に所定の押圧力で接触させるバンド６２を備えている。

バンド６２は、例えば、ブラケット４９の外周縁部に加工されたバンド取り付け部６０にバンド６２の各先端部をそれぞれ挿通し、バンド６２の各先端部をブラケット４９の外周縁部に係着する。バンド６２の材質は、車軸軸端部４３に所定の押圧力で接触させることができる弾性を有している。図１４は、温度センサを装備したバンドを示す図である。温度センサ６３は、車軸軸端部４３の振動で脱落せぬようにバンド６２の頂部付近に固定する。

図１３において、ブラケット基部４２は、車軸軸端部４３に軸ぶた４４を固定するために用いられた第２の締結部材４１を使用して、軸ぶた４４を車軸軸端部４３に挟み込むように固定する。

図７において、ブラケット４９は、センサノード収納部４８にセンサノード４７を収納した後、ブラケット基部４２に立設された第１の締結部材４５に挿着され、平ワッシャ５０およびバネ座金５１を挿通し、最後にナット５２を螺着することで固定される。ナット５２はダブルナット処理を施し、さらに、ナット５２の抜け止め用の割りピン４６を第１の締結部材４５に装着する。

図８は、温度センサを用いた場合の車軸軸端部の外観を示す図である。図８には、車軸軸端部４３に配設されたブラケット基部４２およびブラケット４９が示されている。センサノード収納部４８には、温度センサ用のセンサノード４７が収納され、ブラケット４９の内側に装着される温度センサ６３とセンサノード４７とを結ぶ送信アンテナ４‐３が示されている。

図９は、振動センサを装着した車軸軸端部の外観を示す図である。図９には、図８と同様に、車軸軸端部４３に配設されたブラケット基部４２およびブラケット４９が示されている。センサノード収納部４８には、振動センサ用のセンサノード４７が収納される。さらに、センサノード収納部４８の外部に装着された振動センサ６１が示されている。

振動センサ６１の取り付けは、車軸軸端部４３の振動を正確に測定できるようにブラケット４９に定着させるものとする。なお、車軸軸端部４３に装着するセンサ３は、複数であってもよい。また、この実施例は図３に示す複数のセンサの装着例に相当するものである。

図１０は、車軸軸端部にセンサノードを装着したときの台車の外観を示す図である。ここで、各センサで測定された状態データは、上述したように、送信モジュール４‐１および受信モジュール４‐２のデータ伝送手順に従って、車載ユニット５に出力される。

車載ユニット５は、図２に示されるように、走行中の車両１の位置情報、例えば線区、キロ程、および時刻などをＧＰＳアンテナ９を介してＧＰＳ１６から取得し、図示しない車上モニタ装置搭載車両の車上モニタ装置に出力可能である。また、車載ユニット５は、センサノード４７から出力された状態データの異常検出処理およびアラーム処理を行い、上述した車上モニタ装置に当該アラームを出力することも可能である。

以上説明したように、実施の形態５にかかる車軸軸端部４３の構成によれば、車軸軸端部４３の開口部を閉塞するために予め使用されていた軸ぶた４４固定用の第２の締結部材４１を使用して、ブラケット基部４２を車軸軸端部４３に配設し、さらにセンサノード４７を収納したブラケット４９をブラケット基部４２の外側に配設するようにしたので、車軸軸端部４３および軸ぶた４４の構造を変えることなく、センサノード４７を容易に装着し、または取外すことができる。また、走行しながら状態データを監視することができるため、例えば車軸軸端部４３の温度異常が発生した時期や、温度異常がどの程度継続したのかを確認することができる。また、サーモラベル４０の確認作業が不要となり、作業工数が抑制されると共に、点検品質を向上させることができる。

実施の形態６．
実施の形態６にかかる車両の異常検知システムは、送信モジュール４‐１において、各センサから得られた状態データを所定時間毎に一括して受信モジュール４‐２に送信するように構成されている。なお、実施の形態６における車両の異常検知システムの構成は、実施の形態１における構成と同様であるため、説明を省略する。

図１１は、送信モジュールにおいて行われる状態データのサンプリングを示す図である。横軸はサンプリング時間を示し、縦軸は、振動センサ６１から取得した振動データ８０のゲイン（Ｇ）を示している。

送信モジュール４‐１は、センサ３から出力された振動データ８０を所定時間毎、例えば１秒毎にサンプリングする。また、送信モジュール４‐１は、１秒毎にサンプリングされた各振動データ８０の最大値８１を収集する。収集された各振動データ８０の最大値８１は、送信モジュール４‐１に所定個数蓄積され、所定時間間隔、例えば１０秒毎に受信モジュール４‐２に一括出力される。なお、上記所定時間、所定個数、および所定時間間隔は、これに限定されず任意に設定可能である。

なお、この処理は、図２に示される処理ステップＳ３２およびＳ３３において行われる。また、振動データ８０を用いて説明したが、これに限定されるものではなく、他の状態データにも適用可能である。

以上説明したように、実施の形態６にかかる車両の異常検知システムによれば、送信モジュール４‐１は、振動センサ６１から取得した状態データを所定時間毎に受信モジュール４‐２に出力するようにしたので、例えば、計測周期が比較的短い振動データ８０を連続的に出力する場合に比して、送信モジュール内蔵駆動バッテリ４‐４のエネルギー消費を抑制されると共に、送信モジュール内蔵駆動バッテリ４‐４の長寿命化を実現可能である。さらに、送信モジュール内蔵駆動バッテリ４‐４の交換頻度が低減されるため、実施の形態５におけるブラケット４９の作業コストを抑制可能である。

以上のように、本発明にかかる車両の異常検知システムは、鉄道車両の故障の予防保全を支援するシステムとして有用であり、特に車両が故障に至る前に発する異常を検知するシステムとして適している。

車両の異常検知システムの構成を示す図である。 車両の異常検知システムの実施の形態１などの動作を説明するフローチャートである。 車両の異常検知システムの実施の形態２の構成を示す図である。 車両の異常検知システムの実施の形態３の構成を示す図である。 異常検知システムの実施の形態４の動作を説明するフローチャートである。 異常検知システムのセンサデータのグラフ化処理画面の一例を示す図である。 センサノードを備えた車軸軸端部の構成の一例を示す図である。 温度センサを用いた場合の車軸軸端部の外観を示す図である。 振動センサを装着した車軸軸端部の外観を示す図である。 車軸軸端部にセンサノードを装着したときの台車の外観を示す図である。 送信モジュールにおいて行われる状態データのサンプリングを示す図である。 ブラケットの裏面に装備されるバンドの構成を示す図である。 図７に示される車軸軸端部の詳細な構造を示す図である。 温度センサを装備した状態のバンドを示す図である。

符号の説明

１ 車両
２ 車上装置
３，１７，１８ センサ
４，１９，２０ センサネットワーク
４‐１ 送信モジュール
４‐２ 受信モジュール
４‐３ 送信アンテナ
４‐４ 送信モジュール内蔵駆動バッテリ
４‐５ 受信アンテナ
５ 無線パケット通信車載ユニット
６ 床上設置機器駆動電源
７ 無線パケット通信端末
８ 無線パケット通信アンテナ
９ ＧＰＳアンテナ
１０ 地上装置
１１ 情報処理装置
１２ 無線パケット通信端末
１３ 無線パケット通信アンテナ
１４ 無線パケット通信端末駆動電源
１５ 無線パケット通信網
１６ ＧＰＳ
１９‐１，２０‐１ 送信モジュール
１９‐２，２０‐２ 受信モジュール
１９‐３，２０‐３ 送信アンテナ
１９‐４，２０‐４ 送信モジュール内蔵駆動バッテリ
１９‐５，２０‐５ 受信アンテナ
４０ サーモラベル
４１ 六角ボルト（第２の締結部材）
４２ ブラケット基部
４３ 車軸軸端部
４４ 軸ぶた
４５ ボルト（第１の締結部材）
４６ 割りピン
４７ センサノード
４８ センサノード収納部
４９ ブラケット
５０ 平ワッシャ
５１ バネ座金
５２ ナット
５３ 第２の締結部材を掛止する機構
６０ バンド取り付け部
６１ 振動センサ
６２ バンド
６３ 温度センサ
８０ 振動データ
８１ 最大値
Ｍ１，Ｍ２ 動力車

Claims (9)

1. 地上装置と車両側に配置される車上装置とを備える車両の異常検知システムにおいて、
   前記車上装置は、前記車両の床下機器の動作中の温度、音および振動のうちの少なくともいずれか一種類からなる状態データを検出するセンサと、前記車両の位置情報を取得する車両位置取得手段と、前記状態データをサンプリングした状態データと前記取得した車両位置情報とを対にした動態情報を前記地上装置に無線送信する無線手段と、を備え、
   前記地上装置は、前記動態情報を無線受信し、無線受信した動態情報に基づいて車両の異常検知を行う異常検知手段を備え、
   前記無線手段は、前記センサによって取得した状態データを前記車両の床下部位から送信する送信モジュールと、前記送信モジュールから送信された状態データを前記車両の床上部位で受信する受信モジュールとを有し、
   前記送信モジュールは、各センサから得られた状態データをサンプリングし、所定時間毎にサンプリングされた前記状態データの最大値を収集し、収集された前記状態データの最大値を所定個数まとめて所定時間間隔で前記受信モジュールに出力することを特徴とする車両の異常検知システム。
2. 地上装置と車両側に配置される車上装置とを備える車両の異常検知システムにおいて、
   前記車上装置は、前記車両の床下機器の動作中の温度、音および振動のうちの少なくともいずれか一種類からなる状態データを検出するセンサと、前記車両の位置情報を取得する車両位置取得手段と、前記状態データの異常を判定し、状態データに異常が発生した場合に、異常が発生した状態データと前記取得した車両位置情報とを対にした動態情報を前記地上装置に無線送信する無線手段と、を備え、
   前記地上装置は、前記動態情報を無線受信し、無線受信した前記動態情報による異常報知を行う異常報知手段を備え、
   前記無線手段は、前記センサによって取得した状態データを前記車両の床下部位から送信する送信モジュールと、前記送信モジュールから送信された状態データを前記車両の床上部位で受信する受信モジュールとを有し、
   前記送信モジュールは、各センサから得られた状態データをサンプリングし、所定時間毎にサンプリングされた前記状態データの最大値を収集し、収集された前記状態データの最大値を所定個数まとめて所定時間間隔で前記受信モジュールに出力することを特徴とする車両の異常検知システム。
3. 前記センサは、前記車両の床下機器の一つに配設されて、複数の異なる種類の前記状態データを検出し、
   前記送信モジュールは、前記センサによって取得した状態データを前記車両の床下部位から送信し、
   前記受信モジュールは、前記送信モジュールから送信された状態データを前記車両の床上部位で受信することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の異常検知システム。
4. 前記センサは、複数の異なる車両の床下機器に配設され、複数の異なる種類の前記状態データを検出し、
   複数の前記送信モジュールは、前記センサによって取得した前記状態データを前記各車両の各床下部位から送信し、
   前記受信モジュールは、前記複数の送信モジュールから送信された前記状態データを前記各車両の床上部位で受信することを特徴とする請求項１または２に記載の車両の異常検知システム。
5. 車軸軸端部に設けられた開口部を閉塞し前記車軸軸端部に配設される軸ぶたと、
   前記車軸軸端部と反対方向に立設される第１の締結部材を有し、前記車軸軸端部に前記軸ぶたを固定する第２の締結部材が前記第１の締結部材と干渉せぬように前記車軸軸端部方向に挿通されるブラケット基部と、
   前記送信モジュールを含むセンサノードを収納可能に加工されたセンサノード収納部を有し、前記センサノード収納部に前記センサノードを収納し、一または複数の前記センサを装着し、前記第１の締結部材を用いて前記ブラケット基部と平行に固定されるブラケットと、
   を備えたことを特徴とする請求項３または４に記載の車両の異常検知システム。
6. 前記ブラケット基部は、挿通された前記第２の締結部材の頭部分の方向に屈曲し前記第２の締結部材を掛止する機構を有することを特徴とする請求項５に記載の車両の異常検知システム。
7. 前記ブラケットは、前記車軸軸端部方向の弾性により温度センサを付勢し前記車軸軸端部に所定の押圧力で接触させるバンドを備えたことを特徴とする請求項５または６に記載の車両の異常検知システム。
8. 地上装置と車両側に配置される車上装置とによって車両の異常を検知する車両の異常検知方法において、
   前記車上装置は、
   前記車両の床下機器の動作中の温度、音および振動のうちの少なくともいずれか一種類からなる状態データを検出し、状態データをサンプリングし、所定時間毎にサンプリングされた前記状態データの最大値を収集し、収集された前記状態データの最大値を所定個数まとめて所定時間間隔で前記受信モジュールに出力する第一工程と、
   前記車両の位置情報を取得する第二工程と、
   前記状態データをサンプリングし、サンプリングした状態データと、前記取得した車両位置情報とを対にした動態情報を前記地上装置に無線送信する第三工程と、
   を実行し、
   前記地上装置が、
   前記動態情報を無線受信し、無線受信した動態情報に基づいて車両の異常検知を行う第四工程
   を実行することを特徴とする車両の異常検知方法。
9. 地上装置と車両側に配置される車上装置とによって車両の異常を検知する車両の異常検知方法において、
   前記車上装置は、
   車両の床下機器の動作中の温度、音および振動のうちの少なくともいずれか一種類からなる状態データを検出し、状態データをサンプリングし、所定時間毎にサンプリングされた前記状態データの最大値を収集し、収集された前記状態データの最大値を所定個数まとめて所定時間間隔で前記受信モジュールに出力する第一工程と、
   車両の位置情報を取得する第二工程と、
   前記状態データの異常を判定し、状態データに異常が発生した場合に、異常が発生した状態データと、前記取得した車両位置情報とを対にした動態情報を前記地上装置に無線送信する第三工程と、
   を実行し、
   前記地上装置が、
   前記動態情報を無線受信し、無線受信した前記動態情報による異常報知を行う第四工程
   を実行することを特徴とする車両の異常検知方法。

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