(57)【要約】【課題】鉄道車両用高さ調整弁が備える連結棒の折損を検知する方法等を提供する。【解決手段】本発明の連結棒折損検知方法は、鉄道車両が走行中に、センサ１０によってレバー１２の回転角度θを検出して演算手段２１によってレバーの回転角速度ωを算出する、又はセンサ１０によってレバーの回転角速度を検出する第１手順Ｓ１と、演算手段２１によって、第１手順で算出又は検出したレバーの回転角速度に基づき、レバーの回転角速度を用いて表わされる第１指標Ｉ１の二乗平均平方根（ＲＭＳ）を算出する第２手順Ｓ２と、判定手段２２によって、第２手順で算出した第１指標のＲＭＳと、第１しきい値Ｔｈ１とを比較し、第１指標のＲＭＳが第１しきい値未満である場合、連結棒が折損していると判定する。【選択図】 図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端側を支点として回転することで鉄道車両が具備する空気ばねに対する給排気を切り替えるレバーと、一端側が前記レバーの他端側に取り付けられ、他端側が前記鉄道車両が具備する台車に取り付けられた連結棒とを備え、前記空気ばねの高さを調整する高さ調整弁の前記連結棒の折損を検知する方法であって、
前記鉄道車両が走行中に、前記レバーの回転角度を検出して前記レバーの回転角速度を算出する、又は前記レバーの回転角速度を検出する第１手順と、
前記第１手順で算出又は検出した前記レバーの回転角速度に基づき、前記レバーの回転角速度を用いて表わされる第１指標の二乗平均平方根を算出する第２手順と、
前記第２手順で算出した前記第１指標の二乗平均平方根と、第１しきい値とを比較し、前記第１指標の二乗平均平方根が前記第１しきい値未満である場合、前記連結棒が折損していると判定する第３手順と、
を含むことを特徴とする鉄道車両用高さ調整弁の連結棒折損検知方法。
【請求項２】
前記第１手順で検出した前記レバーの回転角度、又は前記第１手順で算出若しくは検出した前記レバーの回転角速度を用いて表わされる第２指標と、第２しきい値とを比較し、前記第２指標が前記第２しきい値以上となった後に、前記第３手順を実行する、
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用高さ調整弁の連結棒折損検知方法。
【請求項３】
前記第２指標が前記第２しきい値以上となった後に、前記第２手順及び前記第３手順を実行する、
ことを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用高さ調整弁の連結棒折損検知方法。
【請求項４】
一端側を支点として回転することで鉄道車両が具備する空気ばねに対する給排気を切り替えるレバーと、一端側が前記レバーの他端側に取り付けられ、他端側が前記鉄道車両が具備する台車に取り付けられた連結棒とを備え、前記空気ばねの高さを調整する高さ調整弁の前記連結棒の折損を検知する装置であって、
前記鉄道車両が走行中に前記レバーの回転角度又は回転角速度を検出するセンサと、
前記センサで検出した前記レバーの回転角度又は回転角速度に基づき、前記レバーの回転角速度を用いて表わされる第１指標の二乗平均平方根を算出する演算手段と、
前記演算手段が算出した前記第１指標の二乗平均平方根と、第１しきい値とを比較し、前記第１指標の二乗平均平方根が前記第１しきい値未満である場合、前記連結棒が折損していると判定する判定手段と、
を備えることを特徴とする鉄道車両用高さ調整弁の連結棒折損検知装置。
【請求項５】
前記演算手段は、前記センサで検出した前記レバーの回転角度又は回転角速度に基づき、前記レバーの回転角度又は回転角速度を用いて表わされる第２指標を算出し、
前記判定手段は、前記演算手段が算出した前記第２指標が第２しきい値以上となった後に、前記第１指標の二乗平均平方根と、前記第１しきい値とを比較する、
ことを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両用高さ調整弁の連結棒折損検知装置。
【請求項６】
前記演算手段は、前記演算手段が算出した前記第２指標が前記第２しきい値以上となった後に、前記第１指標の二乗平均平方根を算出し、
前記判定手段は、前記演算手段が算出した前記第２指標が前記第２しきい値以上となった後に、前記第１指標の二乗平均平方根と、前記第１しきい値とを比較する、
ことを特徴とする請求項５に記載の鉄道車両用高さ調整弁の連結棒折損検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用高さ調整弁が備える連結棒の折損を検知する方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、車体と、空気ばねを介して車体を支持する台車とによって構成されている。鉄道車両が曲線軌道を通過する際、空気ばねの高さを調整することで車体の傾斜を制御する方法が種々提案されている。この車体の傾斜制御方法等において、空気ばねの高さを調整する装置として高さ調整弁（ＬＶ）が広く用いられている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００３】
高さ調整弁は、一般的に、弁本体と、レバー（ＬＶテコとも称する）と、連結棒（ＬＶロッドとも称する）とを備えている。
弁本体には、空気源から供給された空気を空気ばねに供給するための給気路や、空気ばねの空気を排出するための排気路が設けられている。
レバーは、一端側が弁本体に取り付けられており、この一端側を支点として回転することで、空気ばねに対する給排気を切り替える。換言すれば、弁本体の給気路及び排気路の導通を切り替える。
連結棒は、一端側がレバーの他端側に取り付けられ、他端側が台車に取り付けられている。
【０００４】
上記の構成を有する高さ調整弁において、車体と台車との上下方向の距離（空気ばねの高さに等しい）が変動すると、連結棒を介してレバーの他端側に力が作用し、レバーが回転する。具体的には、空気ばねの高さが基準高さよりも大きくなれば、レバーの他端側に下方向への力が作用することで、レバーが一方向に回転する。これにより、弁本体の排気路が導通し、空気ばねの空気が排出して、空気ばねの高さが基準高さに戻ることになる。また、空気ばねの高さが基準高さよりも小さくなれば、レバーの他端側に上方向への力が作用することで、レバーが前記一方向とは逆方向に回転する。これにより、弁本体の給気路が導通し、空気ばねに空気が供給されて、空気ばねの高さが基準高さに戻ることになる。以上のように、高さ調整弁は、空気ばねの高さ、すなわち車体と台車との上下方向の距離が、予め定めた基準高さを保つように動作する。
【０００５】
ここで、高さ調整弁の連結棒が折損すると、レバーが前記一方向に回転した状態で維持されることになる。これにより、弁本体の排気路が導通し続けて、空気ばねの空気が排出し続けることになるため、脱線等の大きな事故に発展するおそれがある。
したがい、連結棒が折損した場合には、迅速に対処する必要があるものの、従来、定期的なメンテナンスの際に目視で確認すること以外、連結棒の折損を検知する手段は提案されていない。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】新村浩、「日本車両における車体傾斜システムの開発」、鉄道車両と技術  Ｎｏ．１１１、平成１７年１２月、ｐ．１８−２６
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記のような従来の問題点を解決するためになされたものであり、鉄道車両用高さ調整弁が備える連結棒の折損を検知する方法及び装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行った。
まず、本発明者らは、連結棒が折損している場合と正常な場合とで、レバーの回転角度（又はレバーの回転角度から幾何学的に算出される空気ばねの高さの変化）に差が生じることに着目した。連結棒が完全に分断された場合には、連結棒が正常な場合に比べてレバーの回転角度が非常に大きくなる（空気ばねの高さの変化が非常に大きくなる）ため、レバーの回転角度を検出し、このレバーの回転角度の大小に基づき、連結棒の折損を検知できる可能性がある。
【０００９】
しかしながら、連結棒が分断されずに折れ曲がった程度の折損の場合、連結棒が分断された折損の場合に比べて、レバーの回転角度は小さい。本発明者らが実際の鉄道車両について確認したところ、空気ばねの高さの変化（増加）に換算して１００ｍｍ程度であった。車体の傾斜制御方法を実行する際には、たとえ連結棒が正常であっても、空気ばねの高さが１００ｍｍ程度にまで変化（増加）することも考えられる。したがい、レバーの回転角度の大小に基づき連結棒の折損を検知する方法では、連結棒が正常であるにも関わらず、折損していると誤判定（過検出）してしまうおそれがある。
【００１０】
次に、本発明者らは、連結棒が折損した瞬間と正常な場合とで、レバーの回転角速度（又はレバーの回転角速度から幾何学的に算出される空気ばねの高さの変化速度）に差が生じることに着目した。連結棒が完全に分断された場合であっても、折れ曲がった程度の場合であっても、連結棒が取り付けられたレバーの他端側は自由落下に近い状態で変位するため、レバーの回転角速度は非常に大きくなる（空気ばねの高さの変化速度が非常に大きくなる）。一方、連結棒が正常な場合、車体の傾斜制御方法を実行する際には、自由落下と異なり緩やかにレバーの他端側が変位するため、連結棒が折損した瞬間に比べてレバーの回転角速度は小さくなる。したがい、レバーの回転角速度を検出し、このレバーの回転角速度の大小に基づき、連結棒の折損（折損した瞬間）を検知できる可能性がある。
【００１１】
しかしながら、レバーの回転角速度の大小に基づき連結棒の折損を検知する方法（レバーの回転角速度が所定のしきい値以上となった場合に連結棒が折損したと判定する方法）では、連結棒が折損した瞬間しか検知できない。このため、電気的なスパイクノイズ等に起因して回転角速度が大きくなった場合にも、連結棒が折損したと誤判定（過検出）してしまうおそれがある。
【００１２】
そこで、本発明者らは更に鋭意検討した結果、連結棒が折損している場合（折損した後の状態）と正常な場合とで、レバーの回転角速度の変動（又はレバーの回転角速度から算出される空気ばねの高さの変化速度の変動）に差が生じることを見出した。連結棒が完全に分断された場合、連結棒が取り付けられたレバーの他端側は可動範囲の下限の位置に固定されるため、連結棒が正常な場合に比べてレバーの回転角速度の変動が生じ難い。また、連結棒が折れ曲がった程度の場合にも、連結棒が正常な場合に比べてレバーの回転角速度の変動が少ないことが想定される。これは、台車の振動が連結棒の折れ曲がった部位に吸収され、レバーへの振動の伝達が抑制されるためである。
【００１３】
本発明は、上記の本発明者らの知見に基づき完成したものである。
すなわち、前記課題を解決するため、本発明は、一端側を支点として回転することで鉄道車両が具備する空気ばねに対する給排気を切り替えるレバーと、一端側が前記レバーの他端側に取り付けられ、他端側が前記鉄道車両が具備する台車に取り付けられた連結棒とを備え、前記空気ばねの高さを調整する高さ調整弁の前記連結棒の折損を検知する方法であって、以下の第１〜第３手順を含むことを特徴とする鉄道車両用高さ調整弁の連結棒折損検知方法を提供する。
（１）第１手順：前記鉄道車両が走行中に、前記レバーの回転角度を検出して前記レバーの回転角速度を算出する、又は前記レバーの回転角速度を検出する。
（２）第２手順：前記第１手順で算出又は検出した前記レバーの回転角速度に基づき、前記レバーの回転角速度を用いて表わされる第１指標の二乗平均平方根を算出する。
（３）第３手順：前記第２手順で算出した前記第１指標の二乗平均平方根と、第１しきい値とを比較し、前記第１指標の二乗平均平方根が前記第１しきい値未満である場合、前記連結棒が折損していると判定する。
【００１４】
本発明によれば、第１手順において、鉄道車両が走行中に、レバーの回転角速度を算出又は検出する。具体的には、例えば、レゾルバ等の回転角度を検出するセンサを用いてレバーの回転角度を検出し、検出した回転角度に信号処理（微分処理）を施すことでレバーの回転角速度を算出する。或いは、例えば、ジャイロセンサ等の回転角速度を検出するセンサを用いてレバーの回転角速度を直接検出することも可能である。
【００１５】
次に、本発明によれば、第２手順において、第１手順で算出又は検出したレバーの回転角速度に基づき、レバーの回転角速度を用いて表わされる第１指標の二乗平均平方根を算出する。本発明における「第１指標」としては、レバーの回転角速度そのものの他、レバーの回転角速度から幾何学的に算出される空気ばねの高さの変化速度を例示できる。レバーの回転角速度を用いて表わされ、レバーの回転角速度と正の相関を有する限りにおいて、第１指標に特に制限はない。
第２手順において算出する第１指標の二乗平均平方根（以下、適宜、ＲＭＳという）は、第１指標の変動の大きさを表すことになる。換言すれば、第１指標のＲＭＳは、レバーの回転角速度の変動の大きさと正の相関を有することになる。
【００１６】
最後に、本発明によれば、第３手順において、第２手順で算出した第１指標のＲＭＳと、第１しきい値とを比較する。そして、第１指標のＲＭＳが第１しきい値未満である場合、連結棒が折損していると判定する。
前述のように、本発明者らの知見によれば、連結棒が折損している場合（折損した後の状態）には、連結棒が正常な場合に比べて、レバーの回転角速度の変動が小さくなる。したがい、連結棒が折損している場合には、連結棒が正常な場合に比べて、第１指標のＲＭＳも小さくなる。したがい、例えば、連結棒が折損している場合の第１指標のＲＭＳと、連結棒が正常な場合の第１指標のＲＭＳとを予め調査し、両者を識別可能なしきい値を第１しきい値として設定しておくことで、第１指標のＲＭＳが第１しきい値未満である場合には、連結棒が折損していると判定することができる。
【００１７】
ここで、本発明において、鉄道車両が走行中に第１手順〜第３手順を常に実行することも無論可能である。しかしながら、実際に連結棒が折損する頻度は非常に少ないため、第１手順〜第３手順を常に実行する必要性が乏しいと考えられる。連結棒が折損した可能性がある場合にのみ、第３手順を実行することが効率的であると考えられると共に、連結棒の折損の判定精度が高まると考えられる。
したがい、本発明において、前記第１手順で検出した前記レバーの回転角度、又は前記第１手順で算出若しくは検出した前記レバーの回転角速度を用いて表わされる第２指標と、第２しきい値とを比較し、前記第２指標が前記第２しきい値以上となった後に、前記第３手順を実行することが好ましい。
【００１８】
上記の好ましい方法によれば、第２指標が第２しきい値以上となった後に、第３手順を実行することになる。
上記の好ましい方法における「第２指標」には、第１手順で検出したレバーの回転角度を用いて表わされる指標が含まれる。具体的には、この場合の第２指標としては、レバーの回転角度そのものの他、レバーの回転角度から幾何学的に算出される空気ばねの高さの変化を例示できる。この場合の第２指標は、レバーの回転角度を用いて表わされ、レバーの回転角度と正の相関を有する限りにおいて、特に制限はない。前述のように、誤判定（車体の傾斜制御に起因した過検出）のおそれがあるものの、レバーの回転角度（又は空気ばねの高さの変化）の大小に基づき、連結棒が折損した可能性を検知できる。このため、上記の好ましい方法のように、第２指標が第２しきい値以上となった後（連結棒が折損した可能性が生じた後）に、第３手順を実行することで、本発明に係る方法の効率を高めることが可能であると共に、連結棒の折損の判定精度を高めることが可能である。
また、上記の好ましい方法における「第２指標」には、第１手順で算出若しくは検出したレバーの回転角速度を用いて表わされる指標が含まれる。具体的には、この場合の第２指標としては、レバーの回転角速度そのものの他、レバーの回転角速度から幾何学的に算出される空気ばねの高さの変化速度を例示できる。この場合の第２指標は、レバーの回転角速度を用いて表わされ、レバーの回転角速度と正の相関を有する限りにおいて、特に制限はない。前述のように、誤判定（電気的なスパイクノイズ等に起因した過検出）のおそれがあるものの、レバーの回転角速度（又は空気ばねの高さの変化速度）の大小に基づき、連結棒が折損した可能性を検知できる。このため、上記の好ましい方法のように、第２指標が第２しきい値以上となった後（連結棒が折損した可能性が生じた後）に、第３手順を実行することで、本発明に係る方法の効率を高めることが可能であると共に、連結棒の折損の判定精度を高めることが可能である。
【００１９】
上記の好ましい方法において、第１手順及び第２手順を常に実行し、第２指標が第２しきい値以上となった後に、第３手順を実行することも可能である。しかしながら、上記の好ましい方法はこれに限るものではなく、第１手順は常に実行するものの、第２手順についても第２指標が第２しきい値以上となった後に実行することも可能である。
すなわち、上記の好ましい方法において、前記第２指標が前記第２しきい値以上となった後に、前記第２手順及び前記第３手順を実行してもよい。
【００２０】
また、前記課題を解決するため、本発明は、一端側を支点として回転することで鉄道車両が具備する空気ばねに対する給排気を切り替えるレバーと、一端側が前記レバーの他端側に取り付けられ、他端側が前記鉄道車両が具備する台車に取り付けられた連結棒とを備え、前記空気ばねの高さを調整する高さ調整弁の前記連結棒の折損を検知する装置であって、前記鉄道車両が走行中に前記レバーの回転角度又は回転角速度を検出するセンサと、前記センサで検出した前記レバーの回転角度又は回転角速度に基づき、前記レバーの回転角速度を用いて表わされる第１指標の二乗平均平方根を算出する演算手段と、前記演算手段が算出した前記第１指標の二乗平均平方根と、第１しきい値とを比較し、前記第１指標の二乗平均平方根が前記第１しきい値未満である場合、前記連結棒が折損していると判定する判定手段と、を備えることを特徴とする鉄道車両用高さ調整弁の連結棒折損検知装置としても提供される。
【００２１】
好ましくは、前記演算手段は、前記センサで検出した前記レバーの回転角度又は回転角速度に基づき、前記レバーの回転角度又は回転角速度を用いて表わされる第２指標を算出し、前記判定手段は、前記演算手段が算出した前記第２指標が第２しきい値以上となった後に、前記第１指標の二乗平均平方根と、前記第１しきい値とを比較する。
【００２２】
上記の好ましい構成において、第２指標が第２しきい値以上になるか否かに関わらず、演算手段が第１指標の二乗平均平方根を算出することも可能である。しかしながら、上記の好ましい構成はこれに限るものではなく、第２指標が第２しきい値以上になった場合に演算手段が第１指標の二乗平均平方根を算出する構成を採用することも可能である。
すなわち、上記の好ましい構成において、前記演算手段は、前記演算手段が算出した前記第２指標が前記第２しきい値以上となった後に、前記第１指標の二乗平均平方根を算出し、前記判定手段は、前記演算手段が算出した前記第２指標が前記第２しきい値以上となった後に、前記第１指標の二乗平均平方根と、前記第１しきい値とを比較してもよい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、鉄道車両用高さ調整弁が備える連結棒の折損を検知可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る鉄道車両用高さ調整弁の連結棒折損検知装置の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る鉄道車両用高さ調整弁の連結棒折損検知方法の概略手順を示すフロー図である。
【図３】正常な連結棒を具備する高さ調整弁を備えた鉄道車両のモデルを用いて運動解析を実行し、空気ばねの高さ変化、空気ばねの高さ変化速度、及び空気ばねの高さ変化速度のＲＭＳを算出した結果の一例を示す。
【図４】連結棒が折損する状態を模擬した試験を行い、空気ばねの高さ変化、空気ばねの高さ変化速度、及び空気ばねの高さ変化速度のＲＭＳを算出した結果の一例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る鉄道車両用高さ調整弁の連結棒折損検知装置（以下、適宜、単に「連結棒折損検知装置」という）の概略構成を模式的に示す図である。図１（ａ）は、空気ばねの高さが基準高さに等しい状態の連結棒折損検知装置の様子を示す図である。図１（ｂ）は、空気ばねの高さが基準高さよりも高くなった状態の連結棒折損検知装置の様子を示す図である。図１（ｃ）は、高さ調整弁の内部構造を示す図である。図１（ｃ）において、レバー１２及び連結棒１３以外の構成要素は、弁本体１１の内部に配置されている。図１（ｃ）では、弁本体１１の内部を可視状態で図示している。
【００２６】
＜高さ調整弁＞
まず、図１を参照しつつ、高さ調整弁の構成について説明する。
図１に示すように、鉄道車両は、車体２と、空気ばね４を介して車体２を支持する台車３とによって構成されている。図１では、台車３のうち、台車枠のみを図示している。
高さ調整弁１は、空気ばね４の高さを調整する機能を有し、弁本体１１と、レバー１２と、連結棒１３とを備えている。
【００２７】
弁本体１１は、車体２に取り付けられている。弁本体１１は、筐体１１ａと、筐体１１ａの内部に配置された、てこ１４、給気用ピストン１５ａ、排気用ピストン１５ｂ、給気路１６ａ及び排気路１６ｂとを具備する。
てこ１４は、その下端側が軸ＡＸ１に取り付けられている。軸ＡＸ１は回転自在に筐体１１ａに取り付けられている。軸ＡＸ１が回転することにより、てこ１４も軸ＡＸ１を支点として軸ＡＸ１と一体的に回転する。
給気用ピストン１５ａは、給気路１６ａに設けられており、進退動によって給気路１６ａの導通と閉塞とを切り替える機能を有する。図１（ｃ）に示す状態では、給気用ピストン１５ａに設けられたばねの弾性力によって給気用ピストン１５ａは、図１（ｃ）の右側に付勢されており、給気路１６ａは閉塞されている。
排気用ピストン１５ｂは、排気路１６ｂに設けられており、進退動によって排気路１６ｂの導通と閉塞とを切り替える機能を有する。図１（ｃ）に示す状態では、排気用ピストン１５ｂに設けられたばねの弾性力によって排気用ピストン１５ｂは、図１（ｃ）の左側に付勢されており、排気路１６ｂは閉塞されている。
【００２８】
レバー１２は、その一端側１２ａが軸ＡＸ１に取り付けられている。レバー１２は、一端側１２ａを支点として回転（具体的には、軸ＡＸ１を支点として軸ＡＸ１と一体的に回転）することで、空気ばね４に対する給排気を切り替える機能を有する。具体的な内容については後述する。
【００２９】
連結棒１３は、一端側１３ａがレバー１２の他端側１２ｂに取り付けられている。具体的には、軸ＡＸ２を介して、レバー１２の他端側１２ｂと連結棒１３の一端側１３ａとが連結している。レバー１２の他端側１２ｂは、軸ＡＸ２に対して回転自在に取り付けられている。
【００３０】
上記の構成を有する高さ調整弁１において、車体２と台車３との上下方向の距離（空気ばね４の高さに等しい）が変動すると、連結棒１３を介してレバー１２の他端側１２ｂに力が作用し、レバー１２が回転する。
具体的には、空気ばね４の高さが、図１（ａ）に示す状態（基準高さに等しい状態）から、図１（ｂ）に示す状態（基準高さよりも高くなった状態）に変化すれば、レバー１２の他端側１２ｂに下方向への力が作用する。これにより、レバー１２が軸ＡＸ１を支点として一方向（図１では時計回りの方向）に回転する。レバー１２が軸ＡＸ１を支点として回転すれば、軸ＡＸ１も一体的に回転することで、てこ１４も軸ＡＸ１を支点として軸ＡＸ１と一体的に前記一方向（図１では時計回りの方向）に回転する。てこ１４が時計回りの方向に回転することで、てこ１４は、ばねの付勢力に抗して排気用ピストン１５ｂを押圧（図１（ｃ）の右側に押圧）する。これにより、排気路１６ｂが導通し（空気ばね４と排気路１６ｂとが繋がり）、空気ばね４の空気が排出して、空気ばね４の高さが基準高さに戻ることになる。
【００３１】
同様に、空気ばね４の高さが基準高さ（図１（ａ）に示す状態）よりも小さくなれば、レバー１２の他端側１２ｂに上方向への力が作用する。これにより、レバー１２が軸ＡＸ１を支点として前記一方向とは逆方向（図１では反時計回りの方向）に回転する。この際、てこ１４も軸ＡＸ１を支点として軸ＡＸ１と一体的に前記逆方向（図１では反時計回りの方向）に回転する。てこ１４が反時計回りの方向に回転することで、てこ１４は、ばねの付勢力に抗して給気用ピストン１５ａを押圧（図１（ｃ）の左側に押圧）する。これにより、給気路１６ａが導通し（空気ばね４と給気路１６ａとが繋がり）、空気ばね４に空気が供給されて、空気ばね４の高さが基準高さに戻ることになる。
以上のように、高さ調整弁１は、空気ばね４の高さ、すなわち車体２と台車３との上下方向の距離が、予め定めた基準高さを保つように動作する。
【００３２】
＜連結棒折損検知装置＞
次に、本実施形態に係る連結棒折損検知装置１００の構成について説明する。
本実施形態に係る連結棒折損検知装置１００は、以上に説明した構成を有する高さ調整弁１の連結棒１３の折損を検知する装置であって、センサ１０と、信号処理装置２０とを備えている。
【００３３】
本実施形態のセンサ１０は、軸ＡＸ１に取り付けられている。具体的には、センサ１０は、軸ＡＸ１の端部（図１（ｃ）の紙面奥側の位置にある端部）に取り付けられている。センサ１０は、鉄道車両が走行中にレバー１２の回転角度θ又は回転角速度ωを検出する。センサ１０が回転角度θを検出する場合、センサ１０としては、レゾルバ等の回転角度を検出するセンサを用いることが可能である。また、センサ１０が回転角速度ωを検出する場合、センサ１０としては、ジャイロセンサ等の回転角速度を検出するセンサを用いることが可能である。
【００３４】
信号処理装置２０は、車体２内に設置されている。信号処理装置２０は、演算手段２１と、判定手段２２とを具備する。具体的には、本実施形態の信号処理装置２０は、演算手段２１及び判定手段２２としてそれぞれ機能する各プログラムがインストールされたコンピュータから構成されている。
センサ１０で検出したレバー１２の回転角度θ又は回転角速度ωは、信号処理装置２０に入力される。そして、演算手段２１が、入力された回転角度θ又は回転角速度ωに基づき、第１指標Ｉ１の二乗平均平方根（ＲＭＳ）を算出する。なお、本実施形態では、演算手段２１は、入力された回転角度θ又は回転角速度ωに基づき、第２指標Ｉ２も算出する。
また、判定手段２２は、演算手段２１が算出した第１指標Ｉ１のＲＭＳと、第１しきい値Ｔｈ１とを比較することで、連結棒１３が折損しているか否かを判定する。本実施形態では、判定手段２２は、演算手段２１が算出した第２指標Ｉ２が第２しきい値Ｔｈ２以上となった後に、第１指標Ｉ１のＲＭＳと、第１しきい値Ｔｈ１とを比較するように構成されている。
【００３５】
＜連結棒折損検知方法＞
以下、上記の構成を有する連結棒折損検知装置１００を用いた本発明の一実施形態に係る鉄道車両用高さ調整弁の連結棒折損検知方法（以下、適宜、単に「連結棒折損検知方法」という）について説明する。
図２は、本実施形態に係る連結棒折損検知方法の概略手順を示すフロー図である。
図２に示すように、本実施形態に係る連結棒折損検知方法は、第１手順Ｓ１、第２手順Ｓ２及び第３手順Ｓ３を含む。また、本実施形態に係る連結棒折損検知方法は、手順Ｓ４を更に含んでいる。以下、各手順について順に説明する。
【００３６】
＜第１手順Ｓ１＞
第１手順Ｓ１では、鉄道車両が走行中に、レバー１２の回転角度θを検出してレバー１２の回転角速度ωを算出する、又はレバー１２の回転角速度ωを検出する。
具体的には、センサ１０がレゾルバ等の回転角度を検出するセンサである場合、センサ１０が回転角度θを検出し、演算手段２１が、センサ１０から入力された回転角度θに信号処理（微分処理）を施すことで、レバー１２の回転角速度ωを算出する。
また、センサ１０がジャイロセンサ等の回転角速度を検出するセンサである場合、センサ１０がレバー１２の回転角速度ωを直接検出する。
【００３７】
レバー１２の回転角速度ωは、所定のサンプリングピッチ（例えば、０．００４秒など）で算出又は検出され、信号処理装置２０の記憶手段（図示せず）に逐次記憶される。センサ１０が回転角度θを検出する場合には、上記と同様のサンプリングピッチで検出された回転角度θも、信号処理装置２０の記憶手段（図示せず）に逐次記憶される。
【００３８】
＜第２手順Ｓ２＞
第２手順Ｓ２では、まず、演算手段２１が、第１手順Ｓ１で記憶手段に記憶されたレバー１２の回転角速度ωに基づき、第１指標Ｉ１を算出する。
第１指標Ｉ１は、レバー１２の回転角速度ωを用いて表わされる指標である。また、第１指標Ｉ１は、レバー１２の回転角速度ωと正の相関を有する指標である。第１指標Ｉ１としては、例えば、レバー１２の回転角速度ωそのものの他、レバー１２の回転角速度ωから幾何学的に算出される空気ばね４の高さの変化速度を例示できる。
【００３９】
次に、第２手順Ｓ２では、演算手段２１が、第１指標Ｉ１のＲＭＳを算出する。第１指標Ｉ１のＲＭＳを算出する際の平均化の時間幅としては、数秒程度（例えば、２秒程度）を例示できる。また、平均化のピッチとしては、回転角速度ωを算出又は検出するサンプリングピッチと同じピッチを用いることができる。第１指標Ｉ１のＲＭＳは、上記平均化の時間幅に相当する時間分の回転角速度ωが信号処理装置２０の記憶手段に記憶された後に最初の有効な値が算出され、その後は上記平均化のピッチ毎に新たな値が算出される。
第２手順Ｓ２において算出する第１指標Ｉ１の有効な値のＲＭＳ（以下、単にＲＭＳという）は、第１指標Ｉ１の変動の大きさを表すことになる。換言すれば、第１指標Ｉ１のＲＭＳは、レバー１２の回転角速度ωの変動の大きさと正の相関を有することになる。
【００４０】
＜手順Ｓ４＞
手順Ｓ４では、まず、演算手段２１が、記憶手段に記憶されたレバー１２の回転角度θ又はレバー１２の回転角速度ωに基づき、第２指標Ｉ２を算出する。
第２指標Ｉ２は、レバー１２の回転角度θ又はレバー１２の回転角速度ωを用いて表わされる指標である。第２指標Ｉ２としては、例えば、レバー１２の回転角度θそのものの他、レバー１２の回転角度θから幾何学的に算出される空気ばね４の高さの変化を例示できる。また、第２指標Ｉ２としては、例えば、レバー１２の回転角速度ωそのものの他、レバー１２の回転角速度ωから幾何学的に算出される空気ばね４の高さの変化速度を例示できる。
【００４１】
信号処理装置２０の記憶手段には、予め設定された第２しきい値Ｔｈ２が記憶されている。そして、手順Ｓ４では、演算手段２１が、算出した第２指標Ｉ２が第２しきい値Ｔｈ２以上となっているか否かを判定する。
上記判定の結果、第２指標Ｉ２が第２しきい値Ｔｈ２未満である場合（図２のＳ４において「Ｎｏ」の場合）には、再び第１手順Ｓ１及び第２手順Ｓ２を実行する。一方、第２指標Ｉ２が第２しきい値Ｔｈ２以上である場合（図２のＳ４において「Ｙｅｓ」の場合）には、第３手順Ｓ３を実行する。ただし、第３手順Ｓ３を実行する際にも、第１手順Ｓ１及び第２手順Ｓ２を実行し続ける。
【００４２】
＜第３手順Ｓ３＞
第３手順Ｓ３では、判定手段２２が、第２手順Ｓ２で算出した第１指標Ｉ１のＲＭＳと、第１しきい値Ｔｈ１とを比較する（図２のＳ３１）。第１しきい値Ｔｈ１は、予め設定され、信号処理装置２０の記憶手段に記憶されている。
そして、第１指標Ｉ１のＲＭＳが第１しきい値Ｔｈ１未満である場合（図２のＳ３１において「Ｙｅｓ」の場合）、判定手段２２は、連結棒１３が折損していると判定する（図２のＳ３２）。具体的には、第２指標Ｉ２が第２しきい値Ｔｈ２以上となって以降に算出される複数の第１指標Ｉ１のＲＭＳのうち、第１しきい値Ｔｈ１未満である第１指標Ｉ１のＲＭＳが存在する場合、連結棒１３が折損していると判定することが考えられる。
一方、第１指標Ｉ１のＲＭＳが第１しきい値Ｔｈ１以上である場合（図２のＳ３１において「Ｎｏ」の場合）、判定手段２２は、連結棒１３が正常（折損していない）と判定する（図２のＳ３３）。具体的には、第２指標Ｉ２が第２しきい値Ｔｈ２以上となって以降に算出される複数の第１指標Ｉ１のＲＭＳが全て第１しきい値Ｔｈ１以上である場合、連結棒１３が正常であると判定することが考えられる。
【００４３】
本発明者らの知見によれば、連結棒１３が折損している場合（折損した後の状態）には、連結棒１３が正常な場合に比べて、レバー１２の回転角速度ωの変動が小さくなる。したがい、連結棒１３が折損している場合には、連結棒１３が正常な場合に比べて、第１指標Ｉ１のＲＭＳも小さくなる。したがい、例えば、連結棒１３が折損している場合の第１指標Ｉ１のＲＭＳと、連結棒１３が正常な場合の第１指標Ｉ１のＲＭＳとを予め調査し、両者を識別可能なしきい値を第１しきい値Ｔｈ１として設定しておくことで、第１指標Ｉ１のＲＭＳが第１しきい値Ｔｈ１未満である場合には、連結棒１３が折損していると判定することができる。
【００４４】
図３は、正常な連結棒１３を具備する高さ調整弁１を備えた鉄道車両のモデルを用いて運動解析を実行し、空気ばね４の高さ変化、空気ばね４の高さ変化速度、及び空気ばね４の高さ変化速度のＲＭＳを算出した結果の一例を示す。図３（ａ）は空気ばね４の高さ変化を、図３（ｂ）は空気ばね４の高さ変化速度を、図３（ｃ）は空気ばね４の高さ変化速度のＲＭＳを示す。
運動解析は、「ORE B176」に準拠した軌道変位（通り変位、高低変位）を有する直線軌道を鉄道車両が一定の速度で走行している場合を想定し、汎用機構解析ソフト（ダッソー・システムズ（株）製マルチボディダイナミクス解析ツール「SIMPACK」）を利用して実行した。
本実施形態に係る連結棒折損検知方法における第１指標Ｉ１として、空気ばね４の高さの変化速度を用いる場合、図３（ｃ）に示すように、第１指標Ｉ１のＲＭＳは、１５〜３５ｍｍ／ｓの範囲内で変動していることが分かる。
【００４５】
図４は、連結棒１３が折損する状態を模擬した試験を行い、空気ばね４の高さ変化、空気ばね４の高さ変化速度、及び空気ばね４の高さ変化速度のＲＭＳを算出した結果の一例を示す。図４（ａ）は空気ばね４の高さ変化を、図４（ｂ）は空気ばね４の高さ変化速度を、図４（ｃ）は空気ばね４の高さ変化速度のＲＭＳを示す。
模擬試験では、図１に示す軸ＡＸ２を取り外して、レバー１２の他端側１２ｂと連結棒１３の一端側１３ａとの連結を解除し、レバー１２の他端側１２ｂを手で持った後、手を離すことで、レバー１２の他端側１２ｂを自由落下させた（自由落下の瞬間が折損した瞬間を模擬している）。この自由落下の前後で、センサ１０（レゾルバ）によってレバー１２の回転角度θを検出し、この検出した回転角度θを空気ばねの高さの変化等に換算した。
本実施形態に係る連結棒折損検知方法における第１指標Ｉ１として、空気ばね４の高さの変化速度を用いる場合、図４（ｃ）に示すように、第１指標Ｉ１のＲＭＳは、自由落下の瞬間の後、数秒程度経過後に、ほぼ０ｍｍ／ｓになることが分かる。
【００４６】
したがい、例えば、第１しきい値Ｔｈ１として１０ｍｍ／ｓを設定すれば、連結棒１３が正常である場合（図３（ｃ））には、第１指標Ｉ１のＲＭＳが第１しきい値Ｔｈ１以上となるのに対し、連結棒１３が折損している場合（図４（ｃ）の自由落下後）には、第１指標Ｉ１のＲＭＳには第１しきい値Ｔｈ１未満となるものが存在するため、連結棒１３の折損を検知可能であるといえる。
【００４７】
なお、本実施形態に係る連結棒折損検知方法における第２指標Ｉ２として、空気ばね４の高さの変化速度を用いる場合、図４（ｂ）に示すように、第２しきい値Ｔｈ２として、例えば３００ｍｍ／ｓを設定することが考えられる。第２しきい値Ｔｈ２として、例えば３００ｍｍ／ｓを設定すれば、連結棒１３が正常である場合（図３（ｂ））には、第２指標Ｉ２である空気ばね４の高さの変化速度は、第２しきい値Ｔｈ２未満であるため、第１指標Ｉ１のＲＭＳと第１しきい値Ｔｈ１とを比較する必要がなくなる（第３手順Ｓ３を実行する必要がなくなる）。これにより、本実施形態に係る連結棒折損検知方法の効率を高めることが可能である。
【００４８】
以上に説明した本実施形態に係る連結棒折損検知方法では、手順Ｓ４において第２指標Ｉ２が第２しきい値Ｔｈ２以上であると判定された場合に、第３手順Ｓ３を実行している。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、手順Ｓ４を含まずに、常に第３手順Ｓ３を実行する方法を採用することも可能である。
また、本実施形態に係る連結棒折損検知方法では、常に第１手順Ｓ１及び第２手順Ｓ２を実行し、手順Ｓ４において第２指標Ｉ２が第２しきい値Ｔｈ２以上であると判定された場合に、第３手順Ｓ３を実行している。しかしながら、本発明は、これに限るものではなく、第１手順Ｓ１と第２手順Ｓ２との間で手順Ｓ４を実行し、手順Ｓ４において第２指標Ｉ２が第２しきい値Ｔｈ２以上であると判定された場合に、第２手順Ｓ２及び第３手順Ｓ３を実行する方法を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１・・・高さ調整弁
２・・・車体
３・・・台車
４・・・空気ばね
１０・・・センサ
１１・・・弁本体
１２・・・レバー
１３・・・連結棒
１４・・・てこ
１５ａ・・・給気用ピストン
１５ｂ・・・排気用ピストン
１６ａ・・・給気路
１６ｂ・・・排気路
２０・・・信号処理装置
２１・・・演算手段
２２・・・判定手段
１００・・・連結棒折損検知装置
【図１】
2020001570.tif 000003
【図２】
2020001570.tif 000004
【図３】
2020001570.tif 000005
【図４】
2020001570.tif 000006