JPH04191169A - 鉄道車両用空気ばね電子制御機構の診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、鉄道車両用空気ばね電子制御機構の点検時
に事故診断を行ない定量的かつ客観的に異常を抽出し、
故障の早期発見に役立つ鉄道車両用空気ばね電子制御機
構の診断方法に関する。

従来の技術 空気ばねを有する鉄道車両は、その時々の荷重に対応し
て圧縮空気量を自動的に調整して、車両の高さを一定に
保つためにリンクとレベリングバルブを組合せた自動高
さ調整機構を備えている。

また、左右の空気ばね内圧を均等に保つための差圧調整
弁が左右空気ばねの間に設けられている。

しかし、鉄道車両が曲線路の緩和曲線すなわちカント逓
減区間で停車した場合は、自動高さ調整機構の機能によ
り、空気ばね高さを一定に保持しようとする。その結果
、車体の前後台車には、互いに逆向きのモーメントが生
じるが、車体のねしり剛性が太きいため、前後台車で発
生するモーメントのつり合う位置で車体は停止する。

この状態では、自動高さ調整機構の高さ調整弁の給排気
が継続し、車両の対角方向に位置する空気ばねの圧力が
不均一となり、輪重変動が大きく、荷重負担の少ない車
輪は、いわゆる輪重抜けを生じ、車両の再起動時に脱線
する危険性がある。

上記カント逓減区間における輪重変動を防止瞑車両の再
起動時の脱線防止を目的として、出願人は先に、流量調
整弁を使った鉄道車両用空気ばねの電子制御方法（特願
平１−３０８５８２号）、０Ｎ−ＯＦＦ制御の電磁弁を
使った鉄道車両用空気ばねの電子制御方法（特願平１−
３０８５８３号）および曲線路上での停車時に車体の無
傾斜化を図り、スムーズな乗降ができる鉄道車両の車体
制御方法（特願平１−３０８１８４号）等を提案した。

発明が解決しようとする課題 上記鉄道車両用空気ばねの電子制御方法は、いずれも高
さ検出計、圧力計および車体傾斜角計等のセンサーを使
用し、これらの各センサーがらの検出値をデジタル化し
制御器に入力して演算処理し、その結果を給排気弁へ出
力して弁の開閉を制御するものである。

ところが、電子制御装置が長期間使用中に、機器のいず
れかに異常が生じた場合、制御結果に不安定などの現象
となって現われるが、逆に故障機器を特定することは相
当困難である。

この発明は、かかる現状にがんがみ、空気ばね電子制御
装置の点検時に機器の異常を定量的な判断基準にしたが
って自動検出する自動診断方法を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するため、この発明の鉄道車両用空気ば
ね電子制御機構の故障検出方法は、空気ばね台車を有す
る鉄道車両において、前後台車の各空気ばねに、連続的
に計測する高さ計、圧力計および傾斜角計等のセンサー
を用いて、各センサーからの検出信号を制御器に入力し
て演算処理し、制御器からの制御信号により各空気ばね
の電子制御機構において、車両が水平位置に停止してい
る状態で、初期条件として圧力が零に近いこと、ばね高
さが下ストッパー当りしていること、車体傾斜角の絶対
値が零に近いことの３条件を満しているとき、次の（１
）〜（３）項のうち１ないし複数の条件から外れている
とき、車両内の空気ばね位置とエラーコードを記憶し、
かつ表示する鉄道車両用空気ばね電子制御機構の診断方
法。

■　一定規時間の間、給気弁を開き、排気弁を閉じた状
態に保持し、設定圧力以上となるが、どうか、 ■　前項（１）により設定圧力以上となった状態がら、
逆に一定時間の間給気弁を閉じ、排気弁を開いて大気中
へ排気したとき圧力が零となるが、どうか、 ■　−車両内の全空気ばね内圧が零の状態で全空気ばね
の給気弁を開き、排気弁を閉じて各空気ばね高さが設定
高さ以上となるまで給気を続け、その過程で短時間（１
秒程度）内の高さの変化量が設定値を超えるが、どうが
、 ■　−車両内の全空気ばね高かをストッパー当りをしな
い中立レベルに立ち上げたときの空気ばね内圧が設定下
限圧と設定上限圧の間にあるか、どうか、 ■　前項（４）により空気ばね内圧が設定下限圧と設定
上限圧の間にある状態で車体の片側にある排気弁または
給気弁を開き車体をローリングさせ、そのとき傾斜角セ
ンサーから検出される車体傾斜角が、左右の空気ばねの
高さ計から計算される車体傾斜角と誤差の範囲で一致し
ているが、どうが、作　　　　用 鉄道車両用空気ばね電子制御機構に、この発明の診断方
法を実施する場合、制御周期が０．５〜１秒のオーダで
制御の安定度を増加するため、各弁（オン・オフ制御の
電磁弁）には２ｍｍφ程度のオリフィスを挿入し、容量
５０〜１００リツトルの空気ばねおよび補助空気室へ元
溜圧（６〜８気圧）で給排気を行なう。そして、電子制
御機構に組み込まれた自己診断システムにより次の要領
で制御機構異常の診断が行なわれる。

Ａ〔圧力計・給気弁の診断〕 前記のごとく弁には２ｍｍφ程度のオリフィスを使用し
ており、元溜圧６〜８気圧で容量７５リツトルの空気ば
ねへ空気を供給すると第３図に示すように、時間ｔと圧
力Ｐとの間に５〜６０秒の間、空気ばねは立ち上らない
ので（Ｐ≦２気圧）、時間ｔと圧力Ｐとの間に線型な関
係が存在し、精度、再現性が良く、圧力計、給気弁が正
常なときは、ある一定の設定時間ｔ、後には（１）式を
満足する。

Ｐ、≦Ｐ（ｔ、）　　　　・・（１）式８式％ 排気の場合も同様で、第４図に示すように、弁開時間ｔ
ｂ＝１２０秒、下ストッパー化り時の圧力Ｐ、＝０．３
気圧程度に選定すれば、線型性の良いところで判断でき
、（２）式を満足しておれば異常がない。

Ｐ（ｔｂ）≦Ｐ、　　　　−（２）式 ８式％ 高さ計はロータリエンコーダの多芯のオン・オフの２進
のビット信号で入力することが多く、この発明を実施す
る空気ばね電子制御装置でも採用されている。

空気ばねに給気を続は圧力が２気圧前後となるまでの２
０秒間程の間に空気ばねは第５図に示すように、パンク
時の高さ一３０ｍｍから設定高さｈｅ（−２０ｍｍ）ま
で単調に緩やかに立ち上る。このとき短時間△ｔｃ（１
秒）の間に変化量△ｈが例えばｈｃ　＝２０ｍｍとなる
ことは正常な場合にはあり得す、センサーのビット飛び
である可能性が大きい。

△ｉｅ時間の変化量△ｈは（３）式で表わされ、空気ば
ね高さの変化量△ｈが（４）式を満足しておれば高さ計
は正常である。

Δｈ＝ｌｈ、（ｔ＋△ｔｃ）−ｈ（ｔ）ｌ　　＝−１３
）式△ｈ≦△ｈ・　　　　　　　　　　・・・・・（４
）式Ｄ〔圧力計の診断〕 空車状態で立ち上げに要する圧力は、車体重量によって
決まり、気圧の単位で小数点第−位レベルでは常に同じ
であり（５）式で表わされる。これからずれることは圧
力計の異常である場合が多い。

ＰＬ＜Ｐ＜Ｐｂ　　　　　　　　　・−・（５）式例え
ば、立ち上げ圧力Ｐ＝２．０のとき、ＰＬ−１，９、Ｐ
ｈ＝２．１程度に設定すれば良い。

Ｅ〔傾斜鉤針・高さ計の診断〕 意識的に車体左右の給排気（給気または排気のみでもよ
い）を行なって車体を片側へ傾斜させ、そのときの傾斜
角を傾斜鉤針と高さ計の二つの方法で計測し、傾斜鉤針
により計測された傾斜角θ。の値と高さ計により算出さ
れた傾斜角θｈの値を比較し誤差（△θ。）範囲内で一
致し、第６図に示す上下破線の範囲内にあれば正常であ
る。

ただし、ピット線上で実施する場合は車体が周囲の構造
物と接触しない範囲の傾斜角で実施する必要がある。ま
た、傾斜する角度を２０°程度に抑えれば車両限界を満
足している位置では問題はない。

なお、高さ計による傾斜角θｈの算出法は以下のとおり
である。

１θｈ−θ。１≦△θ、　　　　　・（７）式ただし、 ｈｒ、ｈ２　左右空気ばね高さ す、左右空気ばね高さ計量の距離 △θ、設定誤差 例えば、θｂ＝±２°のとき誤差△θ。＝０．３゜の範
囲でθ工と一致しておれば正常である。

以上の自己診断を行なう場合には、次の初期条件を満た
していることが必要である。

■　初期空気ばね圧力が零に近いこと（≦Ｐ、０．３気
圧）、 ■　初期ばね高さが下ストッパー当りしていること　（
≦ニー２５ｍｍ）、 ■　初期車体傾斜角の絶対値が零に近いこと（≦θト０
．３°）、すなわち、水平レール上に存在すること、 上記３つの条件が満たされていなければ、自己診断シス
テムのスイッチをＯＮしても自動的にロックされる。

これは、もしこの初期条件が満たされていない状態で自
己診断メニューを開始すると、空気ばね電子制御機構は
正常であるにもかかわらず判断基準内に納まらず、異常
と誤認識されるからである。

実施例 この発明の鉄道車両用空気ばね電子制御装置の診断方法
を第１図に示す鉄道車両の車体制御装置に実施した場合
について説明する。

第１図に示すように、鉄道車両の前台車（９）と後台車
（１０）の左右側に設けた空気ばね（１）　（２）およ
び（３）　（４）のそれぞれに、高さ針としてロータリ
エンコーダ（５）を設置する。

また、元空気溜（６）と各空気ばね（１）〜（４）の間
を接続した配管（７）の途中に、各空気ばねに対する給
気弁（１１）　（１２）　（１３）　（１４）を設ける
とともに、他に設けた排気管に排気弁（２１）　（２２
）　（２３）　（２４）を設け、さらに圧力計（１６）
を設ける。

そして、各ロータリエンコーダ（５）、圧力計（１６）
の検出信号とともに、傾斜鉤針（１５）の車体傾斜角検
出信号を制御器（８）に入力するように設け、また各給
気弁および排気弁を開閉する制御器（８）からの出力を
ｆ云えるための配線をする。

この装置による空気ばねの内圧制御は、前台車と後台車
の対角線上にある空気ばねの内圧の和の差の絶対値が設
定差圧より大きいときのみ、制御器（８）から答弁へ制
御信号を流し、給気弁、排気弁を開閉し、各空気ばねの
内圧が設定された目標値内に納まるように制御する。

差圧が目標値内に納まっているときは、内圧調整を行な
うことなく、次の傾斜角制御と高さ制御に移行する。

差圧が目標値を外れている場合は、前台車と後台車の対
角線上にある空気ばねの内圧の和の差を判断し、空気ば
ね（１＞　（４）を給気し空気ばね（２０３）を排気す
るか、または逆に空気ばね（２０３）を給気し空気ばね
（１）　（４）を排気して、内圧が目標値内に納まるよ
うに制御する。

引続き行なわれる傾斜角制御は、車体の傾斜角が設定値
より大きいかどうかを判断し、設定値内に納まっている
ときは、空気ばねの給排気を行なうことなく次の段階へ
移行する。また、設定値を外れているときは、空気ばね
の給排気の制御信号を出す。

さらに、左右空気ばねの平均高さの検出信号は設定平均
高さと比較演算して、外れているときは設定平均高さ内
に納まるように空気ばねの給排気制御が行なわれる。

この発明の実施により、答弁の故障および高さ計、圧力
計、傾斜鉤針の故障などによる異常を検知するための診
断システムを構成し、上記空気ばね電子制御装置に組み
込み、自己診断は全メニューを約５分の短時間に終了す
るように設けた。その自己診断のフローチャートを第２
図に示す。

すなわち、自己診断を行なう際は、スイッチをＯＮすれ
ば前記した初期条件■、■、■を満しているとき、引き
続き前記した診断メニューＡ−Ｅにより診断が行なわれ
、基準を外れているときは、関係する機器と車両的位置
のエラーコードを記憶し、かつ表示する。

なお、自己診断を行なわないときは、車両運転時に通常
の電子制御が行なわれる。

発明の効果 この発明の診断方法により鉄道車両用空気ばね電子制御
機構の保守点検が自動化され、短時間の内に健全性の評
価ができる。制御システムを熟知していなくても、故障
の種類、故障位置を特定することができ、迅速な対応が
できる。また、制御系の異常を早期に発見することによ
り制御機構の安全性、信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の故障検圧方法を実施した鉄道車両用
空気ばね電子制御装置の要部を示す斜視図、第２図はこ
の発明の自己診断システムのフローチャート、第３図は
空気ばねに給気するときの弁の開時間と圧力の関係を示
すグラフ、第４図は逆に排気するときの弁の開時間と圧
力の関係を示すグラフ、第５図は空気ばねが下ストッパ
ー当りの状態から設定高さになるまで給気したときの立
ち上げを時間と高さの関係で示すグラフ、第６図は高さ
計による傾斜角θｈと傾斜鉤針による傾斜角θ。どの誤
差△θ、範囲を示すグラフである。 １．２．３．４・空気ばね ５・　ロータリエンコーダ ６・・元空気溜　　　　　　　７　配管８　制御器 ９　前台車　　　　　　　　１０　　後台車１１．１２
．１３．１４　　給気弁 １５・傾斜鉤針　　　　　　　１６　　圧力計２１．２
２．２３．２４・排気弁 出願人　　住友金属工業株式会社 代理人　　弁理士　押　１）長久　、：セキｉし 第３図 第５図 第４図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　空気ばね台車を有する鉄道車両において、前後台車
   の各空気ばねに、連続的に計測する高さ計、圧力計およ
   び傾斜角計等のセンサーを用いて、各センサーからの検
   出信号を制御器に入力して演算処理し、制御器からの制
   御信号により各空気ばねの給排気弁を開閉操作する鉄道
   車両用空気ばねの電子制御機構において、車両が水平位
   置に停止している状態で、初期条件として空気ばね圧力
   が零に近いこと、ばね高さが下ストッパー当りしている
   こと、車体傾斜角の絶対値が零に近いことの３条件を満
   しているとき、次の（１）〜（３）項のうち１ないし複
   数の条件から外れているとき、車両内の空気ばね位置と
   エラーコードを記憶し、かつ表示する鉄道車両用空気ば
   ねの電子制御機構の診断方法。 （１）一定短時間の間給気弁を開き、排気弁を閉じた状
   態に保持したとき設定圧力以上となるか、どうか、 （２）前項（１）により設定圧力以上となった状態から
   、逆に一定時間の間給気弁を閉じ、排気弁を開いて大気
   中へ排気したとき圧力が零となるか、どうか、 （３）一車両内の全空気ばね内圧が零の状態で全空気ば
   ねの給気弁を開き、排気弁を閉じて各空気ばね高さが設
   定高さ以上となるまで給気を続け、その過程で短時間（
   １秒程度）内の高さの変化量が設定値を超えるか、どう
   か、 （４）一車両内の全空気ばね高さをストッパー当りのし
   ない中立レベルに立ち上げたときの空気ばね内圧が設定
   下限圧と上限圧の間にあるか、どうか、 （５）前項（４）により空気ばね内圧が設定下限圧と設
   定上限圧の間にある状態で車体の片側にある排気弁また
   は給気弁を開き車体をローリングさせ、そのとき傾斜角
   センサーから検出される車体傾斜角が、左右の空気ばね
   の高さ計から計算される車体傾斜角と誤差の範囲で一致
   しているか、どうか、