CN105683023A - 车体倾斜控制装置的异常检测方法 - Google Patents

Abstract

提供一种能够检测哪个空气弹簧的供排气发生了异常的车体倾斜控制装置的异常检测方法。本发明包括以下步骤：模型创建步骤，针对将车辆沿前后进行二分割所得到的各半车辆10创建状态估计模型；以及异常检测步骤，通过在状态估计模型应用状态估计方法，来检测针对哪个空气弹簧3的供排气发生了异常。状态估计模型在被输入了针对各半车辆所具有的各空气弹簧的供排气的流量指令值的情况下，将所输入的针对该各空气弹簧的供排气的流量指令值分别乘以虚拟增益后进行平均，针对进行该平均所得到的值输出各空气弹簧的高度的平均值，该状态估计模型包含各虚拟增益来作为状态变量。

Description

车体倾斜控制装置的异常检测方法

技术领域

本发明涉及一种使铁道车辆的车体倾斜的车体倾斜控制装置的异常检测方法。

背景技术

作为改善正在通过轨道的曲线区间的铁道车辆的乘坐舒适性的装置，已知有车体倾斜控制装置。车体倾斜控制装置通过控制针对配置在车辆所具有的车体与一对转向架之间的四个空气弹簧的供排气来使车体倾斜。

具体地说，在车辆正在通过轨道的曲线区间时，车体倾斜控制装置对外轨侧配置的空气弹簧供气来升高该空气弹簧的高度、且使内轨侧配置的空气弹簧排气来降低该空气弹簧的高度。由此，使车体朝向曲线区间的内侧倾斜。

例如，专利文献1(专利第5182239号公报)提出了一种车体倾斜控制装置，该车体倾斜控制装置在各空气弹簧中具备滑阀型流量比例阀、供气侧断流阀(电磁阀)以及排气侧断流阀(电磁阀)。滑阀型流量比例阀使滑阀滑动来改变其停止位置，由此控制针对各空气弹簧的供排气流量。供气侧断流阀被设置在将滑阀型流量比例阀和气压源(初压箱)连接的配管，控制向滑阀型流量比例阀的供气。排气侧断流阀被设置在将滑阀型流量比例阀和排气口连接的配管，控制从滑阀型流量比例阀的排气。

在此，关于专利文献1所记载的车体倾斜控制装置所进行的空气弹簧的供排气的异常，特别成问题的是成为排气侧断流阀保持关闭的状态。如上所述，在车辆正在通过轨道的曲线区间时，车体倾斜控制装置对外轨侧配置的空气弹簧供气来提高该空气弹簧的高度，由此使车体倾斜。因而，当产生了排气侧断流阀保持关闭的状态时，无法从外轨侧配置的空气弹簧排气，从而空气弹簧的高度无法复原。其结果，在车辆通过轨道的曲线区间之后，无法使车体恢复为水平。

关于车体倾斜控制装置的异常检测，例如提出了一种专利文献2(专利第5038615号公报)所记载的方法。在专利文献2所记载的方法中，在使用四个空气弹簧的高度表示的规定的式的值超过规定的阈值时，判定为发生了异常。

根据专利文献2所记载的方法，能够检测车体倾斜控制装置发生了异常本身，但是无法检测四个空气弹簧中的哪个空气弹簧的供排气发生了异常。因此，只有通过切换为使用了车体倾斜控制装置通常具备的差压阀、LV阀的供排气控制来使车体恢复为水平。然而，这些阀一般流量小，因此使车体复原的动作非常慢。因此，乘客在左右的方向上感觉重力的时间变长，乘坐舒适性大为损失。另外，由于无法检测哪个空气弹簧的供排气发生了异常，因此实施修理时的作业变得烦杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够检测哪个空气弹簧的供排气发生了异常的车体倾斜控制装置的异常检测方法。

为了达到上述目的，本发明人进行了专门的研究。其结果，着眼于考虑一种状态估计模型，该状态估计模型是创建模拟车体倾斜运动的车体倾斜运动模型、将作为检测对象的各空气弹簧的供排气的异常表现为虚拟增益、并将该虚拟增益作为状态变量而附加到车体倾斜运动模型而得到的数学模型。而且发现到，如果在该状态估计模型中应用扩展卡尔门滤波等状态估计方法来估计虚拟增益，则能够判定为与使其估计值小于规定的阈值的虚拟增益对应的空气弹簧的供排气发生了异常。

此外，在针对空气弹簧的供排气发生了异常的情况下，与车体相对于转向架的倾斜相比，车体相对于转向架的高度(上下方向上的位置)更容易受到影响。这是因为，车体相对于各转向架的倾斜的动作受到作用于车体的扭力矩的影响，对于各转向架来说是不独立的，但是车体的高度的动作对于各转向架来说是独立的。根据该观点，本发明人发现到，作为用于检测各空气弹簧的供排气的异常的车体倾斜运动模型，考虑以下一种模型即可：针对将车辆沿前后进行二分割所得到的各半车辆(各转向架)，将针对在各转向架配置的各空气弹簧的供排气的流量指令值的平均值(即，针对车体的上下指令)作为输入，将各空气弹簧的高度的平均值(即，车体的从转向架起的高度)作为输出。而且发现到，如果将针对该车体倾斜运动模型中的各空气弹簧的供排气的流量指令值乘以上述虚拟增益、并将乘以虚拟增益后的针对各空气弹簧的供排气的流量指令值的平均值作为车体倾斜运动模型的输入，则假设在一个虚拟增益的估计值小于规定的阈值的情况下，乘以该虚拟增益后的供排气的流量指令值对车体运动模型的输入几乎没有贡献，即能够判定为与该虚拟增益对应的空气弹簧的供排气发生了异常。

本发明是基于上述见解而完成的。

本发明的实施方式的异常检测方法是一种车体倾斜控制装置的异常检测方法，该车体倾斜控制装置被设置在具有车体、在车体的前后方配置的一对转向架以及在各转向架的左右方配置并支承车体的一对空气弹簧的车辆，控制针对各空气弹簧的供排气来使车体倾斜。该异常检测方法包括以下步骤：针对一对转向架分别创建状态估计模型；以及异常检测步骤，使用状态估计模型来检测针对哪个空气弹簧的供排气发生了异常。状态估计模型是如下一种数学模型：在被输入了用于指示针对一个空气弹簧的供排气的流量的第一流量指令值的情况下，将第一流量指令值乘以作为状态变量的第一虚拟增益，在被输入了用于指示针对另一个空气弹簧的供排气的流量的第二流量指令值的情况下，将第二流量指令值乘以作为状态变量的第二虚拟增益，与将乘以第一虚拟增益后的第一流量指令值和乘以第二虚拟增益后的第二流量指令值进行平均而得到的值对应地输出一对空气弹簧的高度的平均值。异常检测步骤包括以下步骤：估计步骤，将对基于第一流量指令值控制了供排气时的一个空气弹簧的高度进行观测所得到的值和对基于第二流量指令值控制了供排气时的另一个空气弹簧的高度进行观测所得到的值的平均值用作状态估计模型所输出的值，来估计第一虚拟增益的值以及第二虚拟增益的值；以及判定步骤，在估计出的第一虚拟增益的值小于规定的阈值的情况下，判定为一个空气弹簧的供排气发生了异常，在估计出的第二虚拟增益的值小于规定的阈值的情况下，判定为另一个空气弹簧的供排气发生了异常。

根据上述的异常检测方法，估计与针对各空气弹簧的供排气的流量指令值相乘的各虚拟增益的值，在存在其估计值小于规定的阈值的虚拟增益的情况下，判定为与该虚拟增益对应的空气弹簧的供排气发生了异常。即，在一个虚拟增益的估计值小于规定的阈值的情况下，乘以该虚拟增益后的供排气的流量指令值对空气弹簧的高度控制的贡献少，能够判定为与该虚拟增益对应的空气弹簧的供排气发生了异常。

这样，根据上述的异常检测方法，能够检测哪个空气弹簧的供排气发生了异常，因此能够提早进行使倾斜的车体恢复到水平的动作，并且还能够容易地实施修理。

在判定步骤中，优选的是，在估计出的第一虚拟增益的值在规定的期间内持续小于规定的阈值的情况下，判定为一个空气弹簧的供排气发生了异常，在估计出的第二虚拟增益的值在规定的期间内持续小于规定的阈值的情况下，判定为另一个空气弹簧的供排气发生了异常。

在该情况下，能够防止误检测空气弹簧的供排气的异常。其结果，能够使检测哪个空气弹簧的供排气发生了异常的精度提高。

优选的是，车体倾斜控制装置包括：第一流量比例阀，其控制向一个空气弹簧的供气的流量以及从一个空气弹簧的排气的流量；第一供气断流阀，其将向一个空气弹簧的供气开启或关闭；第一排气断流阀，其将从一个空气弹簧的排气开启或关闭；第二流量比例阀，其控制向另一个空气弹簧的供气的流量以及从另一个空气弹簧的排气的流量；第二供气断流阀，其将向另一个空气弹簧的供气开启或关闭；以及第二排气断流阀，其将从另一个空气弹簧的排气开启或关闭。第一流量指令值包括：第一供气流量指令值，其用于指示向一个空气弹簧的供气的流量；以及第一排气流量指令值，其用于指示从一个空气弹簧的排气的流量。第二流量指令值包括：第二供气流量指令值，其用于指示向另一个空气弹簧的供气的流量；以及第二排气流量指令值，其用于指示从另一个空气弹簧的排气的流量。第一虚拟增益包括：第一供气虚拟增益，其用于在被输入了第一供气流量指令值的情况下与第一供气流量指令值相乘；以及第一排气虚拟增益，其用于在被输入了第一排气流量指令值的情况下与第一排气流量指令值相乘。第二虚拟增益包括：第二供气虚拟增益，其用于在被输入了第二供气流量指令值的情况下与第二供气流量指令值相乘；以及第二排气虚拟增益，其用于在被输入了第二排气流量指令值的情况下与第二排气流量指令值相乘。在状态估计模型中，与乘以第一供气虚拟增益后的第一供气流量指令值和乘以第一排气虚拟增益后的第一排气流量指令值中的一方、以及乘以第二供气虚拟增益后的第二供气流量指令值和乘以第二排气虚拟增益后的第二排气流量指令值中的一方的平均值对应地输出一对空气弹簧的高度的平均值。在估计步骤中，将对基于第一供气流量指令值或第一排气流量指令值进行了控制时的一个空气弹簧的高度进行观测所得到的值和对基于第二供气流量指令值或第二排气流量指令值进行了控制时的另一个空气弹簧的高度进行观测所得到的值的平均值用作状态估计模型所输出的值，来估计第一供气虚拟增益的值、第一排气虚拟增益的值、第二供气虚拟增益的值以及第二排气虚拟增益的值。在判定步骤中，在估计出的第一供气虚拟增益的值小于规定的阈值的情况下，判定为第一供气断流阀发生了异常，在估计出的第一排气虚拟增益的值小于规定的阈值的情况下，判定为第一排气断流阀发生了异常，在估计出的第二供气虚拟增益的值小于规定的阈值的情况下，判定为第二供气断流阀发生了异常，在估计出的第二排气虚拟增益的值小于规定的阈值的情况下，判定为第二排气断流阀发生了异常。

根据上述的方式，不仅能够检测哪个空气弹簧的供排气发生了异常，还能够检测供气和排气中的哪个发生了异常，具体地说，连供气侧断流阀和排气侧断流阀中的哪个发生了异常都能够检测。因而，能够提早进行使倾斜的车体复原的动作，并且还能够容易地实施修理。

例如，假定判定为一个半车辆的外轨侧配置的一个空气弹簧所对应的排气侧断流阀发生了异常的情况。在该情况下，通过调整该半车辆的内轨侧配置的空气弹簧所对应的流量比例阀的滑阀的停止位置来将内轨侧的空气弹簧的高度调整为与外轨侧配置的空气弹簧的高度相等即可。流量比例阀与差压阀、LV阀相比一般流量大，因此能够迅速进行使车体复原的动作。

在判定步骤中，优选的是，在估计出的第一供气虚拟增益的值在规定的期间内持续小于规定的阈值的情况下，判定为第一供气断流阀发生了异常，在估计出的第一排气虚拟增益的值在规定的期间内持续小于规定的阈值的情况下，判定为第一排气断流阀发生了异常，在估计出的第二供气虚拟增益的值在规定的期间内持续小于规定的阈值的情况下，判定为第二供气断流阀发生了异常，在估计出的第二排气虚拟增益的值在规定的期间内持续小于规定的阈值的情况下，判定为第二排气断流阀发生了异常。

在该情况下，能够防止误检测空气弹簧的异常。其结果，能够使检测哪个空气弹簧的供排气发生了异常的精度提高。

在该情况下，能够防止误检测异常。其结果，能够使检测供气侧断流阀和排气侧断流阀中的哪个发生了异常的精度提高。

附图说明

图1A是表示车辆的概要结构的示意图。

图1B是表示转向架与车体之间的关系的示意图。

图2A是表示车体倾斜控制装置的概要结构的示意图。

图2B是表示车体倾斜控制装置所具有的控制装置的概要结构的框图。

图3是表示车体倾斜控制装置所具有的控制阀的概要结构的示意图。

图4是表示状态估计模型的示意图。

图5A是表示本发明的一个实施方式所涉及的车辆倾斜控制装置的异常检测方法的流程图。

图5B是表示本发明的一个实施方式所涉及的车辆倾斜控制装置的异常检测方法中的异常检测步骤的流程图。

图6是空气弹簧的模型。

图7A是表示对利用本发明的一个实施方式所涉及的车体倾斜控制装置的异常检测方法进行的异常检测进行仿真所得到的结果的一例的图表，是表示车体的从转向架起的高度的变化的图表。

图7B是表示对利用本发明的一个实施方式所涉及的车体倾斜控制装置的异常检测方法进行的异常检测进行仿真所得到的结果的一例的图表，是表示流量指令值的变化的图表。

图7C是表示对利用本发明的一个实施方式所涉及的车体倾斜控制装置的异常检测方法进行的异常检测进行仿真所得到的结果的一例的图表，是表示虚拟增益的变化的图表。

具体实施方式

以下，适当参照附图来说明本发明的一个实施方式所涉及的车体倾斜控制装置的异常检测方法。

图1A是车辆的概要结构图。图1B是表示转向架与车体之间的关系的图。图2A是表示本发明的一个实施方式所涉及的车体倾斜控制装置的概要结构的图。图2B是表示车体倾斜控制装置对车体的倾斜控制所涉及的结构的框图。图3是表示车体倾斜控制装置所具有的控制阀的概要结构的图。图4是表示状态估计模型的示意图。

如图2A所示，车体倾斜控制装置10被设置在车辆11。如图1A所示，车辆11具有车体1、一对转向架2、2以及一对空气弹簧3、3。一对转向架2、2被配置在车体1的前后方。一对空气弹簧3、3被配置在各转向架2的左右方，支承车体1。车体倾斜控制装置10通过控制针对各空气弹簧3的供排气来使车体1倾斜。此外，在各转向架2的前后方配置有一对轮轴4、4。

如图2A所示，车体倾斜控制装置10具备控制装置12、一对控制阀14、14、气压源(初压箱)16以及一对传感器18、18。控制装置12控制一对控制阀14、14的动作。一对控制阀14、14中的一个控制阀14(以下称为一个控制阀14A)控制针对一对空气弹簧3、3中的一个空气弹簧3(以下称为一个空气弹簧3A)的供排气。一对控制阀14、14的另一个控制阀14(以下称为另一个控制阀14B)控制针对一对空气弹簧3、3中的另一个空气弹簧3(以下称为另一个空气弹簧3B)的供排气。一对传感器18、18中的一个传感器18(以下称为一个传感器18A)测定一个空气弹簧3A的高度。一对传感器18、18的另一个传感器18(以下称为另一个传感器18B)测定另一个空气弹簧3B的高度。在此，空气弹簧3的高度例如是从转向架2的上表面到车体1的下表面之间的距离。传感器18例如是通过编码器和连杆机构实现的。

如图3所示，控制阀14具备流量比例阀14A、供气侧断流阀14B以及排气侧断流阀14C。流量比例阀14A包括施力弹簧20、滑阀22以及电动机24。当将电动机24的驱动力传递到滑阀22时，滑阀22对抗施力弹簧20的作用力地移动。流量比例阀14A通过改变滑阀22的停止位置来控制向空气弹簧3的供气的流量和从空气弹簧3的排气的流量。供气侧断流阀14B控制向流量比例阀14A的供气。排气侧断流阀14C控制从流量比例阀14A的排气。供气侧断流阀14B和排气侧断流阀14C是电磁阀，采取关闭状态和打开状态中的某一个。在向空气弹簧3供气时，滑阀22通过电动机24向图3的纸面左侧移动。在从空气弹簧3排气时，滑阀22向右侧移动。电动机24基于供排气指令来无级地进行动作。因此，能够进行高精度的针对空气弹簧3的供排气的控制。

参照图2B，控制装置12具备目标设定部12A、倾斜角控制部12B、第一高度控制部12C、第二高度控制部12D以及数据库12E。

目标设定部12A设定车体1相对于转向架2的倾斜角度的目标值以及车体1的从转向架2起的高度的目标值。此时，目标设定部12A参照与车辆11从地面设备26(参照图2A)获取的地点信息对应的曲线信息。曲线信息被保存在数据库12E中。

倾斜角控制部12B控制一对空气弹簧3、3的高度，以使车体1相对于转向架2的倾斜角度成为目标倾斜角度。在此，能够从设置于车辆11的传感器(未图示)获取车体1相对于转向架2的倾斜角度。

第一高度控制部12C控制一对空气弹簧3、3的高度，以使从一对转向架2、2中的在车辆11的行进方向上位于前方的转向架2(以下称为转向架2A)到车体1的高度成为目标高度。在此，从转向架2A到车体1的高度是从一对传感器18、18获取到的高度的平均值。

第二高度控制部12D控制一对空气弹簧3、3的高度，以使从一对转向架2、2中的在车辆11的行进方向上位于后方的转向架2(以下称为转向架2B)到车体1的高度成为目标高度。在此，从转向架2B到车体1的高度是从一对传感器18、18获取到的高度的平均值。

为了提供一种能够检测车辆11所具有的四个空气弹簧3中的哪个空气弹簧3的供排气发生了异常的异常检测方法，本发明人进行了专门的研究。其结果，着眼于考虑以下的状态估计模型：创建模拟车体倾斜运动的车体倾斜运动模型，将设为检测对象的各空气弹簧3的供排气的异常表现为虚拟增益，将该虚拟增益作为状态变量来附加到车体倾斜运动模型。而且发现到，如果在该状态估计模型中应用扩展卡尔门滤波等状态估计方法来估计虚拟增益，则能够判定为与使其估计值小于规定的阈值的虚拟增益对应的空气弹簧3的供排气发生了异常。

在针对空气弹簧3的供排气发生了异常的情况下，与图1B所示的车体1相对于转向架2的倾斜相比，车体1相对于转向架2的高度更容易受到影响。这是因为车体1相对于转向架2的倾斜受到车体1的扭力矩的影响。另外，车体1的高度的控制是针对在车体1的前后方配置的各转向架2独立的控制，针对空气弹簧3的供排气的指令也是按每个转向架2进行。根据这些观点，本发明人发现到，作为用于检测各空气弹簧3的供排气的异常的车体倾斜运动模型，考虑以下模型(半车辆上下模型)即可：针对将车辆1沿前后进行二分割所得到的各半车辆10(各转向架2)，如图4所示，将针对在各转向架2配置的各空气弹簧3的供排气的流量指令值的平均值(即，针对车体1的上下指令)作为输入，将各空气弹簧3的高度的平均值(即，车体1的从转向架2起的高度)作为输出。通过根据车体1、转向架2以及插入安装于车体1与转向架2之间的空气弹簧3的线性的运动方程式针对车体1的上下运动提取出相关的部分，来导出该半车辆上下模型。而且，本发明人发现到，如果将该半车辆上下模型中的针对各空气弹簧3的供排气的流量指令值乘以虚拟增益、并将乘以虚拟增益后的针对各空气弹簧3的供排气的流量指令值的平均值作为半车辆上下模型的输入，则假设在一个虚拟增益的估计值小于规定的阈值的情况下，乘以该虚拟增益后的供排气的流量指令值对半车辆上下模型的输入几乎没有贡献，即能够判定为与该虚拟增益对应的空气弹簧3的供排气发生了异常。

基于以上的见解，本实施方式所涉及的异常检测方法如图5A所示，包括以下步骤：模型创建步骤(步骤S1)，针对将车辆沿前后进行二分割所得到的各半车辆10创建状态估计模型；以及异常检测步骤(步骤S2)，通过在状态估计模型中应用状态估计方法，来检测针对哪个空气弹簧3的供排气发生了异常。以下，对各步骤依次进行说明。

<模型创建步骤>

参照图4，在模型创建步骤中创建的状态估计模型30是以下的数学模型：在被输入了针对各半车辆10所具有的各空气弹簧3的供排气的流量指令值的情况下，将被输入的该针对各空气弹簧3的供排气的流量指令值分别乘以虚拟增益后进行平均，将进行该平均所得到的值(针对车体1的上下指令)输入到半车辆上下模型，由此输出各空气弹簧3的高度的平均值(车体1的从转向架2起的高度)，状态估计模型30包含各虚拟增益来作为状态变量。

更具体地说，状态估计模型30在被输入了针对各半车辆10所具有的一个空气弹簧3的供气的流量指令值(第一供气指令)的情况下，将该供气的流量指令值乘以第一供气用虚拟增益(第一供气指令虚拟增益)g_1in。在被输入了针对各半车辆10所具有的一个空气弹簧3的排气的流量指令值(第一排气指令)的情况下，将该排气的流量指令值乘以第一排气用虚拟增益(第一排气指令虚拟增益)g_1out。在被输入了针对各半车辆10所具有的另一个空气弹簧3的供气的流量指令值(第二供气指令)的情况下，将该供气的流量指令值乘以第二供气用虚拟增益(第二供气指令虚拟增益)g_2in。在被输入了针对各半车辆10所具有的另一个空气弹簧3的排气的流量指令值(第二排气指令)的情况下，将该排气的流量指令值乘以第二排气用虚拟增益(第二排气指令虚拟增益)g_2out。将乘以第一供气用虚拟增益g_1in后的流量指令值或乘以第一排气用虚拟增益g_1out后的流量指令值、以及乘以第二供气用虚拟增益g_2in后的流量指令值或乘以第二排气用虚拟增益g_2out后的流量指令值平均。与进行该平均所得到的值(针对车体1的上下指令)对应地输出一个或另一个空气弹簧3的高度的平均值(车体1的从转向架2起的高度)。包含第一供气用虚拟增益g_1in、第一排气用虚拟增益g_1out、第二供气用虚拟增益g_2in以及第二排气用虚拟增益g_2out来作为状态变量。

使用以下的状态方程式来表示状态估计模型30。

[式1]

$\stackrel{\&CenterDot;}{X}=AX+BU$

Y＝CX

在此，A、B、C、X以及U如下。

[式2]

$A=\left(\begin{array}{cccccccc}0& 1& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ a_{21}& 0& a_{23}& a_{24}& 0& 0& 0& 0\\ a_{31}& 0& a_{33}& a_{34}& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right)$

[式3]

$B=\left(\begin{array}{cccc}0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ \frac{b_{41}\&CenterDot;kV\&CenterDot;x_5}{2}& \frac{b_{41}\&CenterDot;kV\&CenterDot;x_6}{2}& \frac{b_{41}\&CenterDot;kV\&CenterDot;x_7}{2}& \frac{b_{41}\&CenterDot;kV\&CenterDot;x_8}{2}\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\\ 0& 0& 0& 0\end{array}\right)$

[式4]

C＝(10000000)

[式5]

[式6]

在此，A所包含的a₂₁、a₂₃、a₂₄、a₃₁、a₃₂以及a₃₃如下。

[式7]

$a_{21}=\frac{-2(k_2+k_3)-k_4}{m}$

[式8]

$a_{23}=a_{24}=\frac{k_2}{m}$

[式9]

$a_{31}=\frac{2\&CenterDot;k_2}{c_2}$

[式10]

$a_{33}=\frac{-k_2(1+N)}{c_2}$

[式11]

$a_{34}=-\frac{k_2}{c_2}$

在此，k₂是空气弹簧的主体的上下方向上的刚性。k₃是针对空气弹簧的受压面积的变化率的刚性。c₂是空气弹簧的阻尼系数。A₀是空气弹簧的有効受压面积。ρ是气压源的空气的密度。m是半车体的重量。N是空气弹簧的主体的辅助空气室的容积比。kV是供排气流量除以电压所得到的变换系数。

构成输入矢量U的第一供气指令(u_1in)、第一排气指令(u_1out)、第二供气指令(u_2in)以及第二排气指令(u_2out)如下。

[式12]

$u_{1in}=\left\{\begin{array}{cc}{u}_1,& \begin{array}{cc}if& u_1\&GreaterEqual;0\end{array}\\ 0,& otherwise\end{array}\right.$

[式13]

$u_{1out}=\left\{\begin{array}{cc}0,& \begin{array}{cc}if& u_1\&GreaterEqual;0\end{array}\\ u_1,& otherwise\end{array}\right.$

[式14]

$u_{2in}=\left\{\begin{array}{cc}{u}_2,& \begin{array}{cc}if& u_2\&GreaterEqual;0\end{array}\\ 0,& otherwise\end{array}\right.$

[式15]

$u_{2out}=\left\{\begin{array}{cc}0,& \begin{array}{cc}if& u_2\&GreaterEqual;0\end{array}\\ u_2,& otherwise\end{array}\right.$

状态变量矢量X除了包括四个虚拟增益g_1in、g_1out、g_2in以及g_2out之外，还包括高度(x₁)、速度(x₂)、第一空气弹簧变量(x₃)以及第二空气弹簧变量(x₄)。高度(x₁)是车体的从转向架起的高度。速度(x₂)是车体的上下方向的速度。第一空气弹簧变量(x₃)是空气弹簧中的图6示出的部分的变量。第二空气弹簧变量(x₄)是空气弹簧中的图6示出的部分的变量。

<异常检测步骤>

每经过规定的时间就执行异常检测步骤。在异常检测步骤中，使用根据被输入到状态估计模型30的针对各空气弹簧3的供排气的流量指令值观测到的各空气弹簧3的高度的平均值来应用状态估计方法，由此估计作为状态变量的各虚拟增益的值，并且在存在该估计值小于规定的阈值的虚拟增益的情况下，判定为与该虚拟增益对应的空气弹簧3的供排气发生了异常。

更具体地说，在异常检测步骤中，使用根据被输入到状态估计模型30的针对一个空气弹簧3和另一个空气弹簧3的供气或排气的流量指令值(第一供气指令、第一排气指令、第二供气指令以及第二排气指令)观测到的一个空气弹簧3和另一个空气弹簧3的高度的平均值(车体1的从转向架2起的高度)来应用状态估计方法，由此估计作为状态变量的第一供气用虚拟增益g_1in、第一排气用虚拟增益g_1out、第二供气用虚拟增益g_2in以及第二排气用虚拟增益g_2out的值，并且在存在该估计值小于规定的阈值的虚拟增益的情况下，判定为与该虚拟增益对应的空气弹簧3所对应的供气侧断流阀或排气侧断流阀(参照图3)发生了异常。

如上所述，在用于表现状态估计模型30的状态方程式的状态变量矢量X中，包括各虚拟增益g_1in、g_1out、g_2in以及g_2out(x₅＝g_1in、x₆＝g_1out、x₇＝g_2in、x₈＝g_2out)作为状态变量。另外，可知观测矢量Y是高度x₁。并且，可知输入矢量U是由第一供气指令、第一排气指令、第二供气指令以及第二排气指令构成的。如上所述，用于表现状态估计模型30的状态方程式是输入矢量U的系数矢量B包括状态变量x₅～x₈的非线性状态方程式，因此能够应用可支持非线性状态方程式的扩展卡尔门滤波来估计各虚拟增益。

参照图5B来进一步具体地说明异常检测步骤。

首先，控制装置12在步骤S11中获取一个空气弹簧3A的高度的观测值、以及另一个空气弹簧3B的高度的观测值，使用这些观测值的平均值来应用扩展卡尔门滤波，由此估计各虚拟增益的值。在应用扩展卡尔门滤波时，使用将利用上述状态方程式的状态空间表现进行离散化所得到的式及其雅可比矩阵。这些式如下。

[式16]

[式17]

Y_t＝h(X_t)＝x_1t

[式18]

[式19]

$H=\frac{\&part;h}{\&part;X}=\left(\begin{array}{cccccccc}1& 0& 0& 0& 0& 0& 0& 0\end{array}\right)$

在扩展卡尔门滤波的算法中，每隔规定的周期求出(1)观测雅可比矩阵、(2)扩展卡尔门增益、(3)状态估计值、(4)状态估计误差协方差矩阵、(5)一个周期前的状态估计值、(6)状态变换雅可比矩阵以及(7)预测误差协方差矩阵。在求取上述(3)的状态估计值(状态变量矢量X)时，使用上述观测值的平均值。

接着，控制装置12在步骤S12中判定各虚拟增益中是否存在具有小于规定的阈值的值的虚拟增益。阈值例如是0.5。

在不存在具有小于规定的阈值的值的虚拟增益的情况下(步骤S12：“否”)，控制装置12结束异常检测步骤。另一方面，在存在具有小于规定的阈值的值的虚拟增益的情况下(步骤S12：“是”)，控制装置12在步骤S13中判定该虚拟增益具有小于规定的阈值的值的状态是否持续了规定的期间。在此，规定的期间例如是3秒。

在没有持续规定的期间的情况下(步骤S13：“否”)，控制装置12结束异常检测步骤。在持续了规定的期间的情况下(步骤S13：“是”)，控制装置12在步骤S14中确定在规定的期间内持续具有小于阈值的值的虚拟增益，从而判定为与该虚拟增益对应的断流阀发生了异常。之后，控制装置12结束异常检测步骤。

根据以上所说明的本实施方式所涉及的异常检测方法，估计与针对各空气弹簧3的供排气的流量指令值相乘的各虚拟增益的值，在存在该估计值小于规定的阈值的虚拟增益的情况下，判定为与该虚拟增益对应的空气弹簧3的供排气发生了异常。即，在一个虚拟增益的估计值小于规定的阈值的情况下，乘以该虚拟增益后的供排气的流量指令值对空气弹簧3的高度的控制的贡献少，即能够判定为与该虚拟增益对应的空气弹簧3的供排气发生了异常。

这样，根据本实施方式所涉及的异常检测方法，能够检测哪个空气弹簧3的供排气发生了异常，因此能够提早进行使倾斜的车体1复原的动作，并且还能够容易地实施修理。

特别地，在本实施方式中，不仅能够检测哪个空气弹簧3的供排气发生了异常，还能够检测供气和排气中的哪个发生了异常，具体地说，连供气侧断流阀和排气侧断流阀中的哪个发生了异常都能够检测。因而，能够提早进行使车体1的倾斜恢复的动作，并且能够容易地实施修理。

图7A、图7B以及图7C示出对利用本实施方式所涉及的车体倾斜控制装置的异常检测方法进行的异常检测进行仿真所得到的结果的一例。

仿真的条件如下。

(1)行驶速度：100[km/h]

(2)曲线半径：400[m]

(3)缓和曲线长度：80[m]

(4)倾斜高度：105[mm]

(5)目标倾斜角度：2[deg]

(6)假定的异常：外轨侧空气弹簧用的排气侧断流阀保持关闭

可知，当施加图7B所示的供排气指令(第一供气指令、第一排气指令、第二供气指令以及第二排气指令)以得到为了使车辆在上述的条件下稳定地行驶而设定的车体的从转向架起的高度(在图7A中是被示为“目标”的虚线的图表)时，观测到如在图7A中被示为“实绩”的实线的图表所示那样的车辆的高度。当使用车体的从转向架起的高度的观测值并应用扩展卡尔门滤波来估计各虚拟增益时，能够得到图7C所示的结果。可知，例如，当将阈值设为0.5时，与外轨侧空气弹簧对应的排气用虚拟增益小于该阈值，能够判定为外轨侧空气弹簧用的排气侧断流阀发生了异常。

以上对本发明的实施方式进行了详述，但是这些只不过是示例，本发明并不限定于上述的实施方式。

例如，在上述实施方式中，对将排气侧的断流阀保持关闭的状态检测为异常的情况进行了说明。然而，关于将供气侧的断流阀保持关闭的状态检测为异常的情况，也能够应用本发明。

Claims (4)

1.一种车体倾斜控制装置的异常检测方法，该车体倾斜控制装置被设置在具有车体、在所述车体的前后方配置的一对转向架以及在各转向架的左右方配置并支承所述车体的一对空气弹簧的车辆，控制针对各空气弹簧的供排气来使所述车体倾斜，

该异常检测方法包括以下步骤：

针对所述一对转向架分别创建状态估计模型；以及

异常检测步骤，使用所述状态估计模型，来检测针对哪个空气弹簧的供排气发生了异常，

所述状态估计模型是如下一种数学模型：

在被输入了用于指示针对一个空气弹簧的供排气的流量的第一流量指令值的情况下，将所述第一流量指令值乘以作为状态变量的第一虚拟增益，

在被输入了用于指示针对另一个空气弹簧的供排气的流量的第二流量指令值的情况下，将所述第二流量指令值乘以作为状态变量的第二虚拟增益，

与将乘以所述第一虚拟增益后的第一流量指令值和乘以所述第二虚拟增益后的第二流量指令值进行平均而得到的值对应地输出所述一对空气弹簧的高度的平均值，

所述异常检测步骤包括以下步骤：

估计步骤，将对基于所述第一流量指令值控制了供排气时的所述一个空气弹簧的高度进行观测所得到的值和对基于所述第二流量指令值控制了供排气时的所述另一个空气弹簧的高度进行观测所得到的值的平均值用作所述状态估计模型所输出的值，来估计所述第一虚拟增益的值以及所述第二虚拟增益的值；以及

判定步骤，在估计出的所述第一虚拟增益的值小于规定的阈值的情况下，判定为所述一个空气弹簧的供排气发生了异常，在估计出的所述第二虚拟增益的值小于规定的阈值的情况下，判定为所述另一个空气弹簧的供排气发生了异常。

2.根据权利要求1所述的异常检测方法，其特征在于，

在所述判定步骤中，

在估计出的所述第一虚拟增益的值在规定的期间内持续小于所述规定的阈值的情况下，判定为所述一个空气弹簧的供排气发生了异常，在估计出的所述第二虚拟增益的值在规定的期间内持续小于所述规定的阈值的情况下，判定为所述另一个空气弹簧的供排气发生了异常。

3.根据权利要求1或2所述的异常检测方法，其特征在于，

所述车体倾斜控制装置包括：

第一流量比例阀，其控制向所述一个空气弹簧的供气的流量以及从所述一个空气弹簧的排气的流量；

第一供气断流阀，其将向所述一个空气弹簧的供气开启或关闭；

第一排气断流阀，其将从所述一个空气弹簧的排气开启或关闭；

第二流量比例阀，其控制向所述另一个空气弹簧的供气的流量以及从所述另一个空气弹簧的排气的流量；

第二供气断流阀，其将向所述另一个空气弹簧的供气开启或关闭；以及

第二排气断流阀，其将从所述另一个空气弹簧的排气开启或关闭，

所述第一流量指令值包括：

第一供气流量指令值，其用于指示向所述一个空气弹簧的供气的流量；以及

第一排气流量指令值，其用于指示从所述一个空气弹簧的排气的流量，

所述第二流量指令值包括：

第二供气流量指令值，其用于指示向所述另一个空气弹簧的供气的流量；以及

第二排气流量指令值，其用于指示从所述另一个空气弹簧的排气的流量，

所述第一虚拟增益包括：

第一供气虚拟增益，其用于在被输入了所述第一供气流量指令值的情况下与所述第一供气流量指令值相乘；以及

第一排气虚拟增益，其用于在被输入了所述第一排气流量指令值的情况下与所述第一排气流量指令值相乘，

所述第二虚拟增益包括：

第二供气虚拟增益，其用于在被输入了所述第二供气流量指令值的情况下与所述第二供气流量指令值相乘；以及

第二排气虚拟增益，其用于在被输入了所述第二排气流量指令值的情况下与所述第二排气流量指令值相乘，

在所述状态估计模型中，与乘以所述第一供气虚拟增益后的第一供气流量指令值和乘以所述第一排气虚拟增益后的第一排气流量指令值中的一方、以及乘以所述第二供气虚拟增益后的第二供气流量指令值和乘以所述第二排气虚拟增益后的第二排气流量指令值中的一方的平均值对应地输出所述一对空气弹簧的高度的平均值，

在所述估计步骤中，将对基于所述第一供气流量指令值或所述第一排气流量指令值进行了控制时的所述一个空气弹簧的高度进行观测所得到的值和对基于所述第二供气流量指令值或所述第二排气流量指令值进行了控制时的所述另一个空气弹簧的高度进行观测所得到的值的平均值用作所述状态估计模型所输出的值，来估计所述第一供气虚拟增益的值、所述第一排气虚拟增益的值、所述第二供气虚拟增益的值以及所述第二排气虚拟增益的值，

在所述判定步骤中，在估计出的所述第一供气虚拟增益的值小于规定的阈值的情况下，判定为所述第一供气断流阀发生了异常，在估计出的所述第一排气虚拟增益的值小于规定的阈值的情况下，判定为所述第一排气断流阀发生了异常，在估计出的所述第二供气虚拟增益的值小于规定的阈值的情况下，判定为所述第二供气断流阀发生了异常，在估计出的所述第二排气虚拟增益的值小于规定的阈值的情况下，判定为所述第二排气断流阀发生了异常。

4.根据权利要求3所述的异常检测方法，其特征在于，

在所述判定步骤中，

在估计出的所述第一供气虚拟增益的值在规定的期间内持续小于规定的阈值的情况下，判定为所述第一供气断流阀发生了异常，

在估计出的所述第一排气虚拟增益的值在规定的期间内持续小于规定的阈值的情况下，判定为所述第一排气断流阀发生了异常，

在估计出的所述第二供气虚拟增益的值在规定的期间内持续小于规定的阈值的情况下，判定为所述第二供气断流阀发生了异常，

在估计出的所述第二排气虚拟增益的值在规定的期间内持续小于规定的阈值的情况下，判定为所述第二排气断流阀发生了异常。