JPH11278262A - 鉄道車両用振動制御装置の異常検知方法 - Google Patents

鉄道車両用振動制御装置の異常検知方法

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JPH11278262A
JPH11278262A JP10572798A JP10572798A JPH11278262A JP H11278262 A JPH11278262 A JP H11278262A JP 10572798 A JP10572798 A JP 10572798A JP 10572798 A JP10572798 A JP 10572798A JP H11278262 A JPH11278262 A JP H11278262A
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徳和 田中
Akihiro Watanabe
章弘 渡辺
Yoshiyuki Maruyama
佳之 丸山
Koichiro Ishihara
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West Japan Railway Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の走行している間の振動制御中に制御用
アクチュエータの異常を検出する振動制御装置の異常検
知方法を提供する。 【解決手段】 制御用アクチュエータに流体作動式アク
チュエータを使用し、その制御に圧力フィードバックを
用いた振動制御装置を装備した鉄道車両を対象とする。
車両が走行している間の振動制御中に、前記制御用アク
チュエータへの動作信号と、制御用アクチュエータを構
成するシリンダの内圧検出手段により検知した実際に発
生している圧力とを比較する。一定時間内の平均で動作
信号が低圧となっている場合にシリンダの内圧が高圧と
なっているか、あるいは動作信号が高圧となっている場
合にシリンダの内圧が低圧となっているような不整合状
態を監視して、制御用アクチュエータの異常を検知す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の走行中
に、左右動アクチュエータに空気圧シリンダを用いた振
動制御装置のシリンダの内圧変動を検知することにより
振動制御装置の異常を検知する異常検知方法に関する。
【0002】
【従来の技術】鉄道車両はレールの不整により上下動、
ローリング及びヨーイングの振動加速度を受ける。これ
らの振動を制御するため、従来は空気ばねやオイルダン
パの絞り等を用いた減衰力発生機構とばねから振動制御
装置が構成されていた。また、改良された振動制御装置
として複動型空気圧シリンダを空気圧サーボ弁で駆動す
るものや、アクティブ制御を取り入れ全ての周波数域で
乗り心地の改善を図った振動制御装置がある。
【0003】前記鉄道車両の振動抑制のための車体振動
制御系においては、車体と台車間の左右変位計、上下変
位計、車体の左右加速度計、上下加速度計及びアクチュ
エータの圧力計等の各種センサ及び各種弁が用いられて
いる。
【0004】前記車体振動制御系は、長期の使用におい
て各種センサは初期設定状態からセンサ値のずれが発生
し、制御により収束すべき車体姿勢が変化してしまうこ
とが起こる。しかし、車体振動制御系の各種機器の作動
状態や故障を検知するための診断方法は確立されていな
かった。そこで、本出願人は従来の問題点を解消するた
め、車両が停止している間に、制御アクチュエータを作
動して車体にヨーイング加振及び左右動加振を加え、各
種機器の作動状態を調べ、センサ値の評価やアクチュエ
ータ作動の確認を行なうと共に、機器の異常を検知する
鉄道車両の車体振動制御系の診断方法(特開平5−18
4002号)を提案した。
【0005】また、左右動アクチュエータに空気圧シリ
ンダを用いた振動制御装置を備えた鉄道車両が停車して
いる間に、前記空気圧シリンダを作動して、各動作が終
わった後のシリンダ内圧の変動を測定し、あらかじめ設
定した基準値と比較して空気圧シリンダの異常を検知す
る鉄道車両の振動制御装置の診断方法(特願平9−13
6208号)を提案した。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】鉄道車両の振動制御装
置において、アクチュエータの動作を制御する制御弁へ
の配線の断線、あるいは制御弁のスプールの動きにより
アクチュエータへ流入する作動流体を制御している場合
に、スプールに異物が噛みこんだ場合には、制御弁が動
作信号通りの応答をしなくなる。また、アクチュエータ
に用いているシリンダのシーリングが劣化して気密性が
低下し作動流体が漏洩した場合や、シリンダのスプール
が固着した場合には、アクチュエータからの制御に必要
な出力が得られなくなる。
【0007】前記特開平5−184002号及び特願平
9−136208号に記載の振動制御装置の診断方法
は、いずれも鉄道車両が停車している際に、前記のよう
な現象によるアクチュエータの動作不良を検知するので
ある。しかし、これらの振動制御装置の診断方法には、
鉄道車両が走行している際のアクチュエータの動作不良
を検知するという考えはないため、走行中の診断はでき
なかった。
【0008】本発明は、前記振動制御装置の診断方法が
鉄道車両が停車している際にアクチュエータの動作不良
を検知することを対象としており、車両の走行中に振動
制御を行なっている際に振動制御装置の異常を検知でき
なかった点を考慮し、鉄道車両の振動制御装置で圧力フ
ィードバックによってアクチュエータを制御するものを
対象とし、アクチュエータが制御演算装置の動作信号に
追従した動作を行っていないような異常を、車両の走行
中に検出する振動制御装置の異常検知方法を提供するも
のである。
【0009】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の鉄道車両用振動制御装置の異常検知方法
は、制御用アクチュエータに流体作動式アクチュエータ
を使用し、その制御に圧力フィードバックを用いた振動
制御装置を装備した鉄道車両を対象とする。車両が走行
している間の振動制御中に、前記制御用アクチュエータ
への動作信号と、制御用アクチュエータを構成するシリ
ンダの内圧検出手段により検知した実際に発生している
圧力とを比較し、一定時間内の平均で動作信号が低圧と
なっている場合にシリンダの内圧が高圧となっている
か、あるいは動作信号が高圧となっている場合にシリン
ダの内圧が低圧となっている不整合状態を監視すること
により、装置の異常を検知する。
【0010】制御用アクチュエータへの動作信号は、振
動制御のための制御指令と圧力フィードバック指令の和
として表される。ここで、制御指令は車体振動に対する
応答であり、通常の走行では車体振動は、ほぼ左右均等
に生じるので、制御指令の時間平均をとると零とみなせ
るため、動作信号の時間平均は圧力フィードバック指令
の平均時間となる。
【0011】正常な制御用アクチュエータでは、圧力フ
ィードバック指令によりシリンダ内圧は、速やかに動作
信号に追従する。一方、異常が発生した制御用アクチュ
エータでは、圧力フィードバックが正常に作動せず、動
作信号通りの給排動作とならず、シリンダに作動流体が
恒常的に流入するか、あるいはシリンダから作動流体が
恒常的に流出することになる。その結果、制御弁への指
令がシリンダへの作動流体の流入となっていても、実際
にシリンダに発生する圧力は低いまま、あるいは逆に制
御弁への指令がシリンダからの作動流体の排出となって
いても、実際にシリンダに発生する圧力は高いままであ
るというような、制御弁への動作信号とシリンダ内圧の
不整合が生じることになる。本発明では、車両の走行時
における振動制御中にこうした不整合の発生を監視する
ことにより、制御弁の異常を検知するのである。
【0012】
【発明の実施の形態】制御用アクチュエータは、シリン
ダとシリンダ内圧を検出するための装置及びシリンダ内
への作動流体の給排を制御する制御弁から構成される。
また、一般的な動揺防止装置としては、制御用アクチュ
エータの外に制御器、加速度センサ等がある。制御器
は、加速度センサから得られる車体振動に対して、あら
かじめ決められた制御則に基づいて制御指令を制御弁へ
出力する。この際に制御器は、制御用アクチュエータを
構成するシリンダの内圧検出手段からの情報に基づいて
必要な出力がシリンダから得られるように圧力フィード
バックを行なっている。
【0013】ここで、制御弁を供給状態に保持した場合
のシリンダ内の作動流体の圧力をPmax、排出状態に
保持した場合のシリンダ内の作動流体の圧力をPmin
とする。正常なアクチュエータでの制御では、シリンダ
内圧はこのPmax、Pmin間で変動することにな
る。
【0014】これに対して、アクチュエータに異常が生
じた場合には、長時間にわたってシリンダの内圧が高い
状態や低い状態が継続して殆ど変動しなくなる。制御弁
がシリンダに作動流体が供給される状態で固定される
と、シリンダ内圧の時間平均はPmin+0.8×(P
max−Pmin)程度となり、制御弁がシリンダから
の作動流体の排出状態で固定されると、シリンダ内圧の
時間平均はPmin+0.1×(Pmax−Pmin)
程度となり、これらが異常発生の目安値となる。
【0015】ただし、このような状態は、正常なアクチ
ュエータでも曲線通過中などに発生することがあるが、
大きな違いとして一つには動作信号との関係がある。す
なわち、正常なアクチュエータでは、シリンダ内圧が高
いときは動作信号も内圧を高める方向にあり、逆にシリ
ンダ内圧が低いときは信号も動作内圧を低める方向とな
っている。
【0016】一方、アクチュエータに異常がある場合に
は、動作信号は圧力を低くしようとしていても、シリン
ダ内圧が高いままであったり、逆に動作信号は圧力を高
くしようとしていても、シリンダ内圧が低いままである
点で異なる。また、曲線通過中ならば、相応の振動が発
生して制御のために、シリンダ内圧が高圧寄りにあって
も10%程度は低圧側の状態が生じ、逆にシリンダ内圧
が低圧寄りにあっても10%程度は高圧側の状態が生じ
る。
【0017】さらに、実施に当たっては、車体の振動の
影響も考慮する必要がある。実際の車両では、車体の振
動によってアクチュエータに反力が加わるため、制御弁
が動作しない状態でもシリンダ内圧には若干の変動が生
じる。そのために、実際に検知を行う場合には、シリン
ダ内圧と動作信号の時間平均を用いることが望ましい。
なお、時間平均を設ける間隔は、車体の共振周波数が
1.5Hz程度であることを考慮して2秒程度での平均
を用いれば、振動による信号の偏りは除去できる。
【0018】前記のごとく、本発明による検知では、ア
クチュエータの異常を検出するために、制御器では所定
の時間分のシリンダ内圧と動作信号を記憶し、(1)
シリンダ内圧の時間平均の異常発生の目安値の超過、
(2) 動作信号値の時間平均、(3) シリンダ内圧
の高圧寄り及び低圧寄りの発生頻度、を監視して異常の
発生を捕らえる。この一連の流れを実現するための処理
のフローチャートを図1、図2に示す。
【0019】
【実施例】本発明の診断方法の対象となる制御用アクチ
ュエータとして流体作動式アクチュエータを用い、その
制御に圧力フィードバックを使用している一般的な振動
制御装置の概略を図3に示す。車体1は台車2との間に
設けた左右の空気ばね3により支持されている。車体1
の左右方向の振動は、車体1と台車との間に設けたダン
パ4により減衰され、またダンパ4に対向して設けた空
気圧シリンダ5により制御される。この空気圧シリンダ
5は、複動型シリンダよりなり、シリンダの左右室には
それぞれ圧力センサ7が設けられており、この圧力セン
サ7により検出した圧力値を車上に設置した制御器6に
出力する。また、シリンダの左右室には給排気弁8が設
けられ、空気源9との間を配管10で接続されている。
そして、前記給排気弁8は、制御器6からの動作信号に
より操作されるように構成されている。更に、前記制御
器6には、図示しない車体と台車の間に設けた左右変位
計、上下変位計、左右加速度計、上下加速度計及び空気
圧シリンダ5の圧力計等の各種センサからの検出信号を
入力して演算し、給排気弁8に対し動作信号が出力され
る。
【0020】本発明の異常検知方法は、特別な付加装置
を用いることなく、前記の一般的な振動制御装置を用い
て、制御プログラムの一部に、図1、図2のフローチャ
ートに示す監視機能を付加するだけで制御用アクチュエ
ータの異常を検知することが可能となる。そして、制御
器から制御弁へと出力される動作信号とシリンダ内圧
を、この監視機能部分で読み取り、前記フローチャート
で示す処理を行うことにより異常を検出する。
【0021】次に、代表的な信号を例として正常時と異
常時の差について説明する。図4は、正常なアクチュエ
ータで通常の制御が行われている場合のシリンダ内圧と
動作信号の関係を示している。この場合には、動作信号
に対してシリンダ内圧が速やかに追従することがわか
る。
【0022】また、図5は、曲線通過中などに見られる
正常なアクチュエータでシリンダ内圧が高圧寄りとなる
場合の例である。この場合には、シリンダ内圧だけ見れ
ば、異常のあるアクチュエータと同じような挙動を示し
ているが、同時に動作信号も高圧寄りとなっており、こ
の点で異常のある場合と異なっていることがわかる。
【0023】更に、図6は、異常のあるアクチュエータ
の挙動を示したものである。この場合にはシリンダ内圧
は高圧寄りとなっているのに対し、動作信号は低圧寄り
となっており、前記曲線通過中の正常なアクチュエータ
の応答とは明らかに異なっていることがわかる。
【0024】
【発明の効果】本発明の実施によれば、振動制御を行っ
ている車両の走行中に、制御用アクチュエータの制御弁
の異常に起因する制御異常を検知することができ、車両
の安全走行に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施による異常検知方法の前半の操作
を示すフローチャートである。
【図2】図1の本発明の実施による異常検知方法の前半
の操作に引き続いて行われる後半の操作を示すフローチ
ャートである。
【図3】本発明の異常検知方法を実施するための振動制
御装置を備えた鉄道車両の一例を示す説明図である。
【図4】正常な制御用アクチュエータにおけるシリンダ
内圧と動作信号の時間経過に伴う変化を示すグラフであ
る。
【図5】曲線通過時の正常な制御用アクチュエータにお
けるシリンダ内圧と動作信号の時間経過に伴う変化を示
すグラフである。
【図6】異常のある制御用アクチュエータにおけるシリ
ンダ内圧と動作信号の時間経過に伴う変化を示すグラフ
である。
【符号の説明】
1 車体 2 台車 3 空気ばね 4 ダンパ 5 空気圧シリンダ 6 制御器 7 圧力センサ 8 給排気弁 9 空気源 10 配管
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丸山 佳之 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 石原 広一郎 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 制御用アクチュエータに流体作動式アク
    チュエータを使用し、その制御に圧力フィードバックを
    用いた振動制御装置を装備した鉄道車両において、車両
    が走行している間に、前記制御用アクチュエータへの動
    作信号と、制御用アクチュエータを構成するシリンダの
    内圧検出手段により検知した実際に発生している圧力と
    を比較し、一定時間内の平均で動作信号が低圧となって
    いる場合にシリンダの内圧が高圧となっているか、ある
    いは動作信号が高圧となっている場合にシリンダの内圧
    が低圧となっている不整合状態を監視することにより、
    装置の異常を検知することを特徴とする鉄道車両用振動
    制御装置の異常検知方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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