JP3495332B2 - 回転またはロールダンパ動作を監視するシステム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はレール車両の回転
（すなわちヨー）またはロールダンパ動作を監視するシ
ステムに関し、レール車両には、１以上のホイール車軸
をそれぞれ有する少なくとも２つのシャーシ上に位置す
る上部構造が設けられ、走行中に上部構造とシャーシと
の間で生じることのできる回転またはロール運動は、シ
ャーシと上部構造との間においてシャーシの両側に１個
づつ取付けられている前記回転またはロールダンパによ
り、シャーシの少なくとも１つにおいて制動される。

【０００２】

【従来の技術】レール車両、特に高速度で走行する列車
で使用されることを目的としたレール車両の安全性およ
び移動価値を評価する重要な要素は、レール車両の安定
性である。走行中に、（可視的に）ロールまたは回転動
作、即ちレールにより限定される理想的な前方動作方向
と一致しない方向の動作を受けないならば、車両は安定
である。安定性は種々の要因により悪影響を受ける。

【０００３】第１に、レールバーとホイールフランジの
形態のために、各車両は本来２つのレールバーの中間で
乗る（動作）ように進行しようとする。しかしながら、
この理想はほとんど実現されず。動作の自己探索（self
-seeking）モードによってのみ接近される。換言する
と、レール車両は本来やや傾斜するトラックに従う。し
たがって発生されるシャーシに関する上部構造のロール
および回転運動を制動する目的で、上部構造とシャーシ
との間に固定されたロールまたは回転ダンパを使用する
ことが知られている。丁度このような構造の１例はDE 1
9 502 670 号明細書に開示されている。この明細書で
は、同時に、横方向で動揺する加速度トランスデューサ
が設けられて、それによって横方向の加速度が決定され
ることができることを開示している。

【０００４】前述の説明から、これらのロールまたは回
転ダンパの正確な機能は車両の安定性の維持に非常に重
要であることが言える。

【０００５】現在では、ある走行時間後に衝撃吸収装置
を点検および／または交換することが一般的である。問
題の走行時間は経歴の経験に基づいて決定され、通常、
ある安全度のマージンが観察される。これは非常に多数
のケースで、依然として良好に機能しさらにそれらの機
能を実現しつづけることが可能である衝撃吸収装置が交
換され、点検されることを意味している。（常に可能で
はないが）衝撃吸収装置が検査されると、多くのケース
で、点検が終了した後に、衝撃吸収装置が良好に機能し
続けるので、検査にかかる時間と価格は実際に必要では
ないことが立証される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この問題は、レール車
両の場合、特に高速度列車の一部を形成するレール車両
のような特別な車両が中断せずにできる限り動作し続け
るようにする状況で重要な役割を行う。このような車両
は通常、２つの軸受システムを介して２つのシャーシ上
に位置する上部構造を具備している。上部構造とシャー
シの間には、回転またはロールダンパが存在し、これは
シャーシがホイールの動作の追跡から生じるロール運動
を受けないことを確実にしなければならない。

【０００７】例えば１以上のセンサをダンパに固定する
ことによってダンパの音機能が監視されることができ
る。この１例はGB 2 093 946号明細書に記載されてい
る。この例では、特定のセンサはダンパに備えられた圧
力センサと、ダンパに備えられた速度トランスデューサ
を具備している。さらに電子回路が存在し、それによっ
て２つのセンサにより生成される電気信号が処理され、
相互に比較される。過剰に大きい変化が生じたならば、
ダンパが許容範囲外で機能していることを示すようにイ
ンジケータが作動される。

【０００８】このような組合わせの音機能は電子回路の
較正に強く依存しており、それによって２つのセンサの
信号が処理される。

【０００９】本発明の目的は、ダンパが修理または交換
されなければならないときを高い信頼性で確証できるよ
うな、レール車両の回転またはロールダンパの監視方法
を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的は、−シャーシ
のダンパ動作が特定のダンパの動作に基づいて電気信号
を出力する適切なセンサにより監視され、−システムに
はこれらのセンサの信号を比較し、差信号を決定する手
段が設けられるという事実によって先に説明した種類の
システムで実現される。

【００１１】ダンパは個々に監視されないがグループと
して監視され、グループ内のセンサの測定信号は相互に
比較されることにより、グループからの１つのダンパが
不適切に動作することはすぐに明白になる。

【００１２】比較手段の出力信号は、ケーブルによりこ
の信号を処理するためのさらに別の回路へ転送される
か、無線によって転送されることができる。

【００１３】両者のケースでは、システムにはさらに差
信号を基準値と比較することができる手段が設けられる
ことが好ましく、この手段は差信号が前記基準値を超過
したならば警報信号を放出する。

【００１４】センサ信号を処理する回路は特に米国特許
第4 141 236 号明細書から知られていることに留意す
る。この明細書では、基本的には前述の英国特許第GB-2
093946号明細書で記載されたのと同一タイプのダンパ
により与えられる。このために、両センサの信号を可能
なアラーム信号に変換する回路が付加される。しかしな
がら、センサの問題は１つのダンパと組み合わせられ
る。

【００１５】好ましい実施形態では、各ダンパのセンサ
は、特定のダンパの外部に接続される少なくとも１つの
力トランスデューサ、または特定のダンパ内に固定され
た少なくとも１つの力トランスデューサにより構成さ
れ、センサにより出力された信号をダンパへ転送するた
めに測定が行われる。

【００１６】前記力トランスデューサは少なくとも部分
的に歪みゲージを使用して構成されることができる。

【００１７】ダンパ特性の変化が制動力ではなく関連す
るダンパ速度で表現されるならば、または力トランスデ
ューサの使用が別の理由で所望ではないならば、各ダン
パのセンサは特定のダンパの内部に固定された少なくと
も１つの圧力トランスデューサにより形成されるべきで
あり、センサにより放出された信号をダンパの外部に転
送するために測定が行うことが好ましい。

【００１８】別の代りの形式によれば、各ダンパのセン
サは縦方向に作用する加速度トランスデューサにより形
成され、これは特定のダンパ付近でシャーシに取付けら
れている。

【００１９】さらに開発された実施形態では、各ダンパ
に関して、ダンパの縦方向の加速度トランスデューサが
シャーシに固定され、その加速度トランスデューサは増
幅器と積分装置の直列回路へ出力信号を供給し、各ダン
パでは、動作圧力センサまたは制動力センサの出力信号
がダンパの縦方向の加速度トランスデューサの積分され
た出力信号によって割算回路で割算され、その結果得ら
れた商は比較装置で相互に比較される。

【００２０】前述の実施形態は全てアナログ電子装置手
段によって実現されることができるが、ロール動作の低
い頻度と結果的な長い平均期間のために、デジタル方法
を使用することが特に好ましい。それによって例えば非
常に大きく正確で高価なキャパシタの使用を回避するこ
とができる。

【００２１】それ故、フィルタ出力信号の実効値を決定
する２つの回路と、比較装置がデジタル回路として、お
よびそれぞれプログラムされたプロセッサとしてそれぞ
れ実現され、アナログ／デジタル変換器が各バンドパス
フィルタの後に含まれることが好ましい。

【００２２】また、２つのバンドパスフィルタと、フィ
ルタ出力信号の実効値を決定する２つの回路と、比較装
置がデジタル回路としておよびプログラムされたプロセ
ッサとしてそれぞれ実現され、アナログ／デジタル変換
器が各増幅器後に含まれることが好ましい。

【００２３】さらに、積分装置、割算回路、比較装置が
デジタル回路およびプログラムされたプロセッサとして
それぞれ実現され、ダンパの縦方向の加速度トランスデ
ューサの信号を増幅する増幅器がＡ／Ｄ変換器により後
続されることが好ましい。

【００２４】前述の実施形態のデジタルフィルタが動作
中に正確に調節され、微同調されることを可能にするた
め、横方向のシャーシの加速度が測定されるように固定
された加速度トランスデューサがシャーシに設けられ、
中心ロール周波数の帯域幅が決定されるように加速度ト
ランスデューサの出力信号が増幅器、アナログ／デジタ
ル変換器、デジタルスペクトル解析装置の直列回路に供
給され、デジタルフィルタが決定された帯域幅に基づい
て再調節されることが好ましい。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明を添付図面を参照して以下
さらに詳細に説明する。図１はシャーシのうちの１つの
サイトにおけるレールウェイコーチの平面図を示してい
る。この例では、特定のシャーシは縦方向の部材10およ
び12と、横方向の部材14および16と、軸受支持体18とを
具備している。軸受支持体18はその右側に種々の部分を
具備し、その部分は本発明には個々に重要ではないので
別々に示されていない。支持部材18により支持された軸
受は符号20で示されている。シャーシにはさらにホイー
ル24と26を支持する軸22と、ホイール30と32を支持する
軸28が設けられている。走行中、ホイールは破線により
示されているレール34および36上を走行する。

【００２６】種々の軸受構造がこれまでレールウェイコ
ーチで使用するために知られていることに注目される。
さらに、軸受の代わりに、軸受構造はばね構造により形
成されることも知られている。しかしながら全てのケー
スで、本発明は存在する回転またはロールダンパに適用
されることができる。

【００２７】コーチの上部構造は部分的にのみ可視であ
り、符号28によって示されている。開始すると、上部構
造は軸受20によりシャーシの中心に置かれる。シャーシ
と上部構造の間には、２つのロールダンパ54と56が固定
され、これらは図面の上部と下部に示されている。上部
に示されているロールダンパ54にはハウジング40が設け
られ、１端部に取付け用アイ42を有し、他方の端部には
突出するピストンロッド44を有し、その自由端部には取
付け用アイ46を有する。ダンパは取付け用アイ42によっ
てダンパ支持体50へ回転可能に取付けられ、これはシャ
ーシの一部を形成し、ダンパは取付け用アイ46によって
ダンパ支持体52に回転可能に取付けられ、これはコーチ
の上部構造38の一部を形成する。

【００２８】同様に、図の下部に示されているダンパ56
は、１端部に取付け用アイ62を有し、他方の端部にピス
トンロッド64を有し、その自由端部に取付け用アイ66を
有するハウジング60を具備している。このダンパは、取
付け用アイ62により、シャーシの一部を形成するダンパ
支持体70へ回転可能に取付けられ、取付け用アイ66によ
り、上部構造38の一部を形成するダンパ支持体72へ接続
される。

【００２９】ホイール24、26、30、32には、それら自体
は知られている丸くされたフランジを有するホイール外
形が与えられる。知られているように、ホイールの形状
は、ホイールが自己追跡するように、即ちこれらが取付
けられた車軸をレールトラックの中心に置くように維持
しようとするように選択される。また知られているよう
に、この自己追跡特性はシャーシに傾斜（sway）動作を
生じさせる。特に、軸受20の中心に関する傾斜動作がこ
の場合想定される。これらのダンパの目的はシャーシの
動作を強く制動し、それによって全体としてシャーシの
滑らかな走行を実現することである。

【００３０】シャーシと車両の上部構造との間のローラ
ダンパの固定と、その効果は本質的に知られているた
め、その詳細な説明の必要はないと考えられる。

【００３１】既に前述したように、本発明はダンパが予
め設定された許容限定内で最適に機能しなくなるとすぐ
にメッセージが得られるように２つのダンパの機能状態
を監視しようとする。このため、センサはダンパに固定
され、そのセンサは図面では符号80、82で示されてい
る。これらのセンサは歪みゲージで構成され、それによ
って、特定のピストンロッド44、64で発生された力が測
定される。歪みゲージの代わりに、別の力測定システム
が使用されてもよい。

【００３２】図２はこれらのセンサ80、82の信号を処理
する電気回路を示している。センサ80の信号はまず最初
に増幅器90で予め定められた係数で増幅され、その後、
帯域通過フィルタ92を通り、アナログ／デジタル変換器
94でデジタル信号へ変換される。センサ82の出力信号は
増幅器96で増幅され、帯域通過フィルタ98を通り、変換
器100 でアナログ／デジタル変換を受ける。２つのＡ／
Ｄ変換器94、100 の出力信号はプロセッサ102 に供給さ
れる。

【００３３】帯域通過フィルタ92、98はロール周波数範
囲内にある信号だけがプロセッサ102 へ通過され、その
他の全ての妨害信号は大きく減衰されることを確実にす
る。

【００３４】ロールダンパ54、56の両者が正確に機能す
るならば、シャーシがロールするときにはいつでも、ダ
ンパが動作し、シャーシの両側のダンパ力は原理上等し
い。これは例えば十分に長い期間にわたって、これらの
ダンパの力の平均または実効値、或いはこれらのダンパ
力の幾つかのその他の関連値を見ることによって決定さ
れることができる。プロセッサ102 の動作はこの仮想に
基づいている。プロセッサ102 では、２つの入力信号の
実効値（または平均値）は比較的長い時間にわたって決
定される。その後、得られる実効値は相互に比較され
る。２つの信号が予め定められた許容限定内で相互に等
しい限り、両方のロールダンパは良好に機能しているこ
とが仮想されよう。しかしながら、２つの信号のうちの
一方が、２つの信号間の差が予め定められた許容限界を
越えるように変化するとすぐに、プロセッサ102 は出力
108 に信号を出力し、それによって、２つのロールダン
パのうちの一方が正確に機能しておらず、交換または修
理の必要があることが外部に対して明白になる。

【００３５】例えば電子回路は、シャーシのあらゆる場
所に取付けられることができ、ワイヤがセンサ80、82と
プロセッサ102 の間に固定される必要があることが明白
である。しかしながらワイヤはこの図面では示されてい
ない。

【００３６】図２では実際の信号処理はデジタル信号で
行われているが、アナログ回路も使用されることができ
ることが明白であり、それによって相対値、例えば両者
のフィルタ出力信号の平均値は長期間にわたり形成さ
れ、相互に比較される。信号の低い周波数（範囲約２−
１０Ｈｚ）を考慮して、図２のようなデジタルによる実
現が好ましい。

【００３７】シャーシのロール周波数はコーチの負荷
と、走行速度と、妨害の影響の数に基づいて各シャーシ
で変化する。有用な信号を失わないように、２つのフィ
ルタの通過帯域はしたがってこれらが十分に広いように
選択されなければならない。非常に狭い通過帯域が使用
されることを可能にする解決方法は図３、４で示されて
いる。

【００３８】付加された加速度トランスデューサ84を除
いて、図３は図１と全体的に同一であり、その理由で
２、３の参照符号だけが示されている。

【００３９】加速度トランスデューサ84がシャーシの横
方向部材14上に取付けられ、横方向で発生する加速度を
記録するように設計される。このような加速度トランス
デューサは多くの場合、その他の目的、例えばロール監
視のために既に存在している。このトランスデューサの
出力信号は２つのフィルタの通過帯域を調和させるため
に使用されることができ、それによって帯域は所望の有
用な信号を通過させるのに丁度十分である。

【００４０】図４はこのケースで使用される電子回路を
示している。センサ80の信号は再度増幅器 104Ａで増幅
され、その後Ａ／Ｄ変換器 106Ａでデジタル化される。
同様に、センサ82の信号は増幅器 104Ｂで増幅され、そ
の後Ａ／Ｄ変換器 106Ｂでデジタル化される。加速度ト
ランスデューサ84の信号は増幅器 104Ｃで増幅され、そ
の後Ａ／Ｄ変換器 106Ｃでデジタル化される。３つのデ
ジタル化された信号はプロセッサ 102Ａに供給される。

【００４１】このプロセッサは、力トランスデューサ80
と82の信号が帯域通過フィルタの処理を受けるようにプ
ログラムされている。両者の信号の関連値（例えば平均
値）はその後長期間にわたって決定され、これらの値は
相互に比較される。フィルタ動作の実現と、長期間の平
均値の決定のアルゴリズムは知られていると考えられ、
それ故詳細には説明しない。特に、ここではフィルタの
通過帯域が変更されるようにパラメータの数が変化され
ることができるフィルタアルゴリズムが使用される。加
速度トランスデューサ84のデジタル化された信号はスペ
クトル解析を受け、それによって中心ロール周波数が変
化する帯域が決定されることができる。その結果に得ら
れたデータはその後、フィルタアルゴリズムのパラメー
タを再調節するように周期的に使用され、それによって
最適なフィルタ効果が得られる。

【００４２】ダンピング特性の変化が生じる可能性があ
るが、制動力はダンパの速度変化の結果として変更され
ることはなく、または僅かにのみ変更される。これらの
ケースで指示が得られるように、２つの加速度トランス
デューサが図５、６で示されている方法で使用されるこ
とができる。２つの加速度トランスデューサ86、88はシ
ャーシの２つの縦方向部材10、12に取付けられ、この加
速度が特定のダンパ54または56にそれぞれ送信される場
所におけるシャーシの加速度を測定する。

【００４３】図６で示されているように、種々のセンサ
80、82、86、88の信号は最初にそれぞれの増幅器 104
Ａ、 104Ｂ、 104Ｃ、 104Ｄで増幅される。全ての増幅
された信号はそれぞれのＤ／Ａ変換器 106Ａ、 106Ｂ、
106Ｃ、 106Ｄでデジタル化される。これらの変換器の
出力信号はプロセッサ 102Ｂに供給される。このプロセ
ッサは２つの加速度信号を積分し、それによって速度信
号が得られ、その後両側の力／速度の商を計算する。ダ
ンパ54では、力トランスデューサ80の信号はそれ故加速
度トランスデューサ86の積分された信号により割算され
る。ダンパ56では、力トランスデューサ82の信号は加速
度トランスデューサ88の積分された信号により割算され
る。その結果得られた商は再度相互に比較され、ある許
容度内で相互に等しくなければならない。加速度トラン
スデューサの代わりに、速度または位置トランスデュー
サもダンパ速度を決定することに使用されることができ
る。

【００４４】特定のダンパの横方向の加速度センサ84
と、２つの加速度センサ86、88との両者が使用される応
用も可能であることが明白である。

【００４５】２つのシャーシのダンパの測定値または商
を相互に比較することが非常に良好に可能である。１対
の２つのダンパを比較すると、１つのダンパが完璧に機
能しないことが確認される。２つの対を含む比較では、
１対の２つのダンパのうち完全に機能しないものを確認
することもできる。

【００４６】前述の説明から、シャーシが堅牢な本体と
して見なされる限り、適切なフィルタと既知の位置を有
する２つのトランスデューサの測定値からこの目的でプ
ログラムされたプロセッサで計算されるように、ダンパ
の故障もシャーシの回転中心の変位から読取られる。こ
の場合、ダンパの力トランスデューサは必要ではない。 ［図面の簡単な説明］

【図１】各ダンパに力トランスデューサが設けられた本
発明の第１の実施形態の概略図。

【図２】図１にしたがった実施形態に属す電子回路のブ
ロック図。

【図３】シャーシ監視で一般的であるように、各ダンパ
に力トランスデューサが設けられ、シャーシには横方向
に加速度トランスデューサが設けられている本発明の第
２の実施形態の概略図。

【図４】図３にしたがった実施形態に属す電子回路のブ
ロック図。

【図５】各ダンパに力トランスデューサが設けられ、各
ダンパに近接するシャーシには縦方向の加速度トランス
デューサが設けられている本発明の第３の実施形態の概
略図。

【図６】図５にしたがった実施形態に属す電子回路のブ
ロック図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61F 5/24

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １以上のホイール軸をそれぞれ有する少
   なくとも２つのシャーシ上に位置する上部構造を備えて
   いるレール車両のヨーダンパの動作を監視するシステム
   において、 前記ヨーダンパは各シャーシの走行方向に対して両側の
   各側部において各シャーシと上部構造との間に取付けら
   れており、 それら各ヨー ダンパはそれぞれのダンパの動作を検出す
   る電気信号を出力する少なくとも１個のセンサをそれぞ
   れ備え、 さらに、システムは前記センサにより出力された電気信
   号を処理する処理回路を備えており、前記処理回路は、前記ヨーダンパにより構成されたグル
   ープ中の１つのヨーダンパの動作を検出するセンサから
   の出力信号がそのグループの別のセンサからの出力 信号
   と相互に比較され、それら両センサからの信号の差信号
   を出力するように構成されているレール車両のヨーダン
   パの動作監視システム。
2. 【請求項２】 さらに、差信号を基準値と比較する手段
   を具備し、その手段は、前記差信号が基準値を越えた場
   合に、警報信号を出力することを特徴とする請求項１記
   載のシステム。
3. 【請求項３】 ダンパのグループは、１つのシャーシに
   取付けらている全てのダンパを含んでいることを特徴と
   する請求項１または２記載のシステム。
4. 【請求項４】 ダンパのグループは異なったシャーシに
   取付けられたダンパを含んでいることを特徴とする請求
   項１または２記載のシステム。
5. 【請求項５】 各ダンパのセンサは、特定のダンパの外
   側に接続されてダンパに作用する力を電気信号に変換す
   る少なくとも１つの力トランスデューサによって構成さ
   れていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１
   項記載のシステム。
6. 【請求項６】 前記力トランスデューサの少なくとも一
   部は、歪みゲージを使用して構成されていることを特徴
   とする請求項５記載のシステム。
7. 【請求項７】 各ダンパのセンサは、特定のダンパの付
   近においてシャーシに固定された、車両の走行方向であ
   る縦方向に作用する加速度に対する加速度トランスデュ
   ーサによって構成されていることを特徴とする請求項１
   または２記載のシステム。
8. 【請求項８】 前記センサに加えて、車両の走行方向で
   ある縦方向に対して垂直に横断する方向である横断方向
   に作用する加速度センサがシャーシに固定されているこ
   とを特徴とする請求項３乃至７のいずれか１項記載のシ
   ステム。
9. 【請求項９】 ダンパに属する各センサの出力信号は、
   増幅器およびバンドパスフィルタの直列回路に供給され
   ることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載
   のシステム。
10. 【請求項１０】 各直列回路において、出力信号は後続
    するアナログ・デジタル変換器に供給されることを特徴
    とする請求項９記載のシステム。
11. 【請求項１１】 比較手段は、特定のシャーシの各直列
    回路の出力信号が供給され、それらの信号に基づいて時
    間の経過と共に変化する両出力信号の信号採取時間に依
    存して決定される値の信号を形成する回路を備えてお
    り、この回路によって得られた値が互いに比較されるこ
    とを特徴とする請求項９または１０記載のシステム。
12. 【請求項１２】 車両の走行方向である縦方向を横断す
    る方向である横断方向の加速度に応答する加速度トラン
    スデューサの出力信号は、後続して増幅およびアナログ
    デジタル変換が必要な場合には、プロセッサに供給さ
    れ、このプロセッサにおいて瞬間的なロール周波数帯域
    を決定するためにこの信号がスペクトル解析され、 前記直列回路におけるバンドパスフィルタは調節可能に
    構成されており、 前記スペクトル解析の完了に続いて、バンドパスフィル
    タが見出した周波数帯域に調節されることを特徴とする
    請求項８を参照した請求項９乃至１１のいずれか１項記
    載のシステム。
13. 【請求項１３】 前記加速度トランスデューサは、増幅
    器と、バンドパスフィルタと、およびフィルタ出力信号
    の関連値を決定するための回路との直列回路に出力信号
    を放出し、 回転の中心位置を規定するために比較器において２つの
    関連値が互いに比較され、 規定された回転の中心が所望の回転の中心と比較され、 比較結果に応じて、出力信号が放出されることを特徴と
    する請求項７記載のシステム。
14. 【請求項１４】 各ダンパに関して、ダンパの車両の走
    行方向である縦軸方向の加速度に応答する加速度トラン
    スデューサがシャーシに取付けられ、その加速度トラン
    スデューサが増幅器および積分装置の直列回路に出力信
    号を供給し、 各ダンパに対して、圧力センサまたは力センサの出力信
    号は、除算回路において、特定のダンパの加速度トラン
    スデューサの積分された出力信号によって除算され、 その後、除算の結果得られた商が前記比較手段において
    互いに比較され、あるいは基準値と比較されることを特
    徴とする請求項３乃至６のいずれか１項記載のシステ
    ム。