(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と車輪との間に介装されて推力を発生するアクチュエータと、
前記車体と前記車輪との間に設けられる減衰係数調整式ダンパと、
前記車体の振動を検出する車体振動検出手段と、
検出された車体の振動が目標値に近づくように前記アクチュエータの推力を制御する指令信号を出力するフィードバック制御手段とを備えたサスペンション制御装置を診断するサスペンション制御装置診断方法であって、
前記目標値を所定パターンで変化させている間に、前記減衰係数調整式ダンパの減衰係数を変化させ、前記所定パターンに応じて前記フィードバック制御手段から出力される前記指令信号を検出し、検出した前記指令信号を用いて前記サスペンション制御装置の健全性を診断することを特徴とするサスペンション制御装置診断方法。
【請求項２】
前記指令信号を予め記録してある健全状態の指令信号と比較することを特徴とする請求項１に記載のサスペンション制御装置診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に用いられるサスペンション制御装置を診断するサスペンション制御装置診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
サスペンション制御装置診断方法として、車体に設けられた加速度センサの信号だけでなく、車体−台車間の相対変位を検出するストロークセンサの信号も予め格納してある基準値と比較して各機器の健全性を判定するように構成される場合がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−３３７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術では、各機器の健全性を診断するものの、診断する時間が長くかかるという課題がある。
本発明は、システムの健全性を短時間で診断することができるサスペンション制御装置診断方法を提供することを目的とする。また、加速度センサ、ストロークセンサの情報が無くともシステムの健全性を診断することができるサスペンション制御装置診断方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、車体と車輪との間に介装されて推力を発生するアクチュエータと、前記車体と前記車輪との間に設けられる減衰係数調整式ダンパと、前記車体の振動を検出する車体振動検出手段と、検出された車体の振動が目標値に近づくように前記アクチュエータの推力を制御する指令信号を出力するフィードバック制御手段とを備えたサスペンション制御装置を診断するサスペンション制御装置診断方法であって、前記目標値を所定パターンで変化させている間に、前記減衰係数調整式ダンパの減衰係数を変化させ、前記所定パターンに応じて前記フィードバック制御手段から出力される前記指令信号を検出し、検出した前記指令信号を用いて前記サスペンション制御装置の健全性を診断することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１記載の発明によれば、システムの健全性を短時間で診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係るサスペンション制御装置診断方法が用いられる鉄道車両用サスペンション制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示す装置の車体の前後に設けられた台車の平面図である。
【図３】図１に示すコントローラの作動を説明するための制御ブロック図である。
【図４】本発明の一実施形態の作用を説明するためのフローチャートである。
【図５】図１の装置が正常な場合における信号などの波形であり、（ａ）は車体振動速度の時系列波形、（ｂ）はダンパ減衰係数の時系列波形、（ｃ）は推力指令の時系列波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態に係るサスペンション制御装置診断方法を図面に基づいて説明する。
図１、及び図２に示すように、本発明に係るサスペンション制御装置診断方法が適用された鉄道車両１は、車体２の前部、及び後部に、輪軸３が装着された台車４（適宜、個別に前台車４Ｆ、後台車４Ｒともいう。）を取付けている。
なお、図２において、車体２の前部に設けられた各要素については、その符号の末尾に符号Ｆを付し、車体２の後部に設けられた各要素については、その符号を末尾にＲを付して、適宜これらを区別して説明する。
【０００９】
台車４は、車体２に対して、鉛直軸回りに回動可能であり、また、上下方向、及び左右方向に一定の変位が可能なように連結されており、空気バネ５によって車体２を支持している。車体２と台車４との間には、サスペンション制御装置２０に備えられるアクチュエータ６（前アクチュエータ６Ｆ、後アクチュエータ６Ｒ）、及び減衰係数切替式油圧ダンパ７（適宜、単に油圧ダンパという。）が連結されている。
アクチュエータ６、及び油圧ダンパ７（前油圧ダンパ７Ｆ、後油圧ダンパ７Ｒ）は、車体２に固定された中心ピン８と台車４に固定された支柱９、１０との間にそれぞれ結合されており、車体２と台車４の左右方向に、アクチュエータ６の推力、及び油圧ダンパ７の減衰力が作用するようになっている。
【００１０】
車体２には、車体２の左右方向の加速度を検出する加速度センサ１２が設けられている。車体２には、更に、加速度センサ１２からの入力信号に基づいてアクチュエータ６、及び油圧ダンパ７を制御するコントローラ１３が設けられている。本実施形態では、サスペンション制御装置２０は、加速度センサ１２、油圧ダンパ７と、アクチュエータ６と、コントローラ１３と、を含んで構成されている。
【００１１】
アクチュエータ６は、通電電流に応じて推力を発生する電磁アクチュエータであり、コントローラ１３内のドライバ３５からの通電電流（駆動信号）に応じて推力を発生する。また、油圧ダンパ７は、電磁弁によって減衰係数、ひいては減衰力を高、低の２段階に切換可能な油圧ダンパであり、コントローラ１３の制御信号によって減衰係数、ひいては減衰力を切換えることができる。なお、アクチュエータ６は、例えば、油圧、空気圧等の他の形式のアクチュエータとしてもよく、また、油圧ダンパ７は、例えば、電磁式、空気式、水溶性液体式、摩擦式等の油圧以外の形式のダンパとしてもよい。
【００１２】
コントローラ１３は、加速度センサ１２と、図示しないその他の車両の走行状態を示す情報（例えば、通信により上位の制御装置より得られる制御ＯＮ／ＯＦＦ指令、速度情報など）に基づいて、アクチュエータ６、及び油圧ダンパ７の作動を制御する。例えば、振動レベルの小さな低速走行時には、いわゆるパッシブ（制御なし）とし、すなわち、アクチュエータ６を作動させず、油圧ダンパ７の減衰係数を高減衰係数側に切換え、空気ばね５と油圧ダンパ７の減衰力によって車体２の左右方向の振動を減衰させするのみとし、アクチュエータ６動作に伴う消費電力を抑制する。
また、サスペンション制御装置２０は、例えば、加速度センサ１２の断線などを検知した際にも、いわゆるフェール動作としてアクチュエータ６動作をＯＦＦとするとともに、油圧ダンパ７の減衰係数を高減衰係数側に切換え、安全性を確保する。
【００１３】
高速走行時には、いわゆるアクティブ制御を実行し、すなわち、油圧ダンパ７の減衰力をアクティブ制御に適した低減衰係数側に切換え、加速度センサ１２Ｆ、１２Ｒが検出する左右方向の加速度に基づいて、車体２の左右方向の振動を抑制するようにアクチュエータ６Ｆ、６Ｒの推力を制御する。これにより、軌道不整による台車４Ｆ、４Ｒへの外乱の入力、及び空気力加振による車体２への外乱の入力による、車体２の左右方向の振動を抑制して、乗り心地、及び走行安定性を高め、高速走行を可能にする。
【００１４】
上記振動抑制の制御を行うために、コントローラ１３は、加速度センサ１２の検出データから車体左右速度を算出する積分器３０と、例えばスカイフック制御則に基づいて車体左右速度から車体の振動が小さくなるような推力指令を求める振動制御器３８と、振動制御器３８からの推力指令（指令信号）に、基づいてアクチュエータ６を制御するドライバ３５と、を備えている。
本実施形態では、加速度センサ１２、及び積分器３０が車体振動検出手段を構成している。
【００１５】
コントローラ１３は、上記振動抑制の制御に加えて、後述するシステムの健全性を診断する（健全性判定処理を行う）機能を有している。本実施形態では、アクチュエータ６、ＰＩ制御器３４、加速度センサ１２、及び積分器３０を含むサスペンション制御装置２０が前記システムを構成している。
コントローラ１３は、前記健全性判定処理を行うために、上記振動抑制の制御実行のための要素（積分器３０、差分回路３２、ＰＩ制御器３４、ドライバ３５）に加えて、健全性判定ロジック３７を備えていて、上記振動抑制の制御を行う制御ループとはＳＷ３９によって切り替えられる。
車両の停止状態において、例えば、運転台からの指令によりコントローラ１３を試験モードに状態遷移させることで、健全性判定ロジック３７は、目標値としての加振指令（速度指令）を差分回路３２に入力すると共に、ＰＩ制御器３４がドライバ３５に出力する推力指令（指令信号）の入力を受けるようにしている。
【００１６】
健全性判定ロジック３７の全体フローについて図４を参照して説明する。
ここでは、アクチュエータ６に正弦波状の推力指令を与えて車体を加振させながら、減衰係数切替式の油圧ダンパ７の減衰係数を「高」から「低」へ切り替え、その際のＰＩ制御器３４が出力する推力指令（指令信号）を用いて油圧ダンパ７ひいてはシステムの健全性を判定する。
まず、車両が停止状態であり、コントローラ１３が試験モードであり、かつ、アクチュエータ６によって車体２を加振可能な状態にあるとき、車体２の前の油圧ダンパ７Ｆを高減衰係数側に切換える（ステップＳ１）。次に、前アクチュエータ６Ｆへの駆動信号の供給、及び前油圧ダンパ７Ｆへの制御信号の供給を選択する（ステップＳ２）。
【００１７】
ステップＳ２に続いて、前アクチュエータ６Ｆに、図５（ｃ）に示すように、例えば正弦波状（所定パターン）の加振指令を与える（ステップＳ３）。
ステップＳ３に続いて、ステップＳ４で、タイマをカウントし（５秒間）、その間、ステップＳ５で、ＰＩ制御器３４が出力する推力指令値ＳｔＢを計測する。ステップＳ５に続くステップＳ６で、推力指令値ＳｔＢを所定の制限値と比較して、推力指令値ＳｔＢが制限値以上であれば、異常と判断して、ステップＳ８でエラー処理を実行する。ステップＳ８では、アクチュエータ６の推力が異常に不足している、又は前油圧ダンパ７Ｆの減衰係数が異常に高い、あるいは車体左右方向の動作を妨げる何らかの要因があることが疑われる。
【００１８】
前記ステップＳ６で、制限値未満であれば、ステップＳ７で推力指令値ＳｔＢの最大値（以下、便宜上、減衰係数高時最大推力指令値という。）ＳｔＣを更新し、ステップＳ４に戻ってタイマのカウントを続行する。ステップＳ７では、測定時間（本実施形態では５秒間）の中で最大のピークの値を用いている。
【００１９】
ステップＳ４でのタイマのカウントアップ後、ステップＳ９で、前油圧ダンパ７Ｆを低減衰係数側に切換える。ステップＳ９に続いて、ステップＳ１０で、タイマをカウントし（５秒間）、その間、ステップＳ１１でＰＩ制御器３４が出力する推力指令値ＳｔＢを計測する。ステップＳ１１に続くステップＳ１２で、推力指令値ＳｔＢを所定の制限値と比較して、推力指令値ＳｔＢが制限値を超える値であれば、異常と判断して、ステップＳ１４でエラー処理を実行する。ステップＳ１４では、アクチュエータ６の推力が異常に不足している、又は前油圧ダンパ７Ｆの減衰係数が「低」になっていない、あるいは車体左右方向の動作を妨げる何らかの要因があることが疑われる。
前記ステップＳ１２で、制限値以下であれば、ステップＳ１３で推力指令値ＳｔＢの最大値（以下、便宜上、減衰係数低時最大推力指令値という。）ＳｔＤを更新し、ステップＳ１０に戻ってタイマのカウントを続行する。
【００２０】
ステップＳ１０でのタイマのカウントアップ後、ステップＳ１５で前アクチュエータ６Ｆの加振を停止し、ステップＳ１６で前油圧ダンパ７Ｆを高減衰係数に切換える。ステップＳ１６に続くステップＳ１７で、前油圧ダンパ７Ｆの減衰係数低時最大推力指令値ＳｔＤと減衰係数高時最大推力指令値ＳｔＣとの差の絶対値｜ＳｔＤ−ＳｔＣ｜を所定の判定値と比較し、絶対値｜ＳｔＤ−ＳｔＣ｜が判定値以下であれば、ステップＳ１９でシステム動作が異常であると診断する。ステップＳ１９では、前油圧ダンパ７Ｆの減衰係数が異常に低くなっていることが疑われる。
前記ステップＳ１７で、絶対値｜ＳｔＤ−ＳｔＣ｜が判定値よりも大きければ、ステップＳ１８で、前油圧ダンパ７Ｆ、及び前アクチュエータ６Ｆの動作は正常であると診断する。
なお、後述する後油圧ダンパ７Ｒ、及び後アクチュエータ６Ｒを対象にしたステップＳ１８では、システムの動作は正常であると診断する。
【００２１】
前記ステップＳ１８又はステップＳ１９の処理に続いて、後アクチュエータ６Ｒの診断の終了を判断する（ステップＳ２０）。ステップＳ２０で、後アクチュエータ６Ｒの診断が終了したと判断した場合には、診断フローを完了する。
また、ステップＳ２０で、診断が終了したと判断しない場合には、ステップＳ２１で、後アクチュエータ６Ｒへの駆動振動の供給、及び後油圧ダンパ７Ｒへの制御信号の供給を選択し、この選択処理の後、後アクチュエータ６Ｒ、及び後油圧ダンパ７Ｒについて、上述のステップＳ３からステップＳ２０と同様の処理を実行し、後アクチュエータ６Ｒ、及び後油圧ダンパ７Ｒの動作の健全性を判断する。
【００２２】
本実施形態では、フィードバック制御で用いられる目標値（加振指令）を所定パターン（正弦波）で変化させて図４に示される処理を実行することにより、前、後油圧ダンパ７Ｆ、７Ｒ、及び前、後アクチュエータ６Ｆ、６Ｒの動作診断が行われ、システム（アクチュエータ６、油圧ダンパ７、加速度センサ１２、積分器３０、ＰＩ制御器３４）の健全性を診断することができる。
なお、ここでは加振指令の所定パターンを正弦波としたが、例えば三角波や矩形波でも良い。
【００２３】
また、上述したように従来方式に比して、診断の種類を減らすことが出来、診断時間を短縮できる。
すなわち、従来方式では、前台車の加振により前台車のアクチュエータと前台車の油圧ダンパの診断はできるものの、それぞれの要素を個別に診断する必要があった。これに対して、本実施形態によれば、前記従来方式で必要とされた個別の診断を実行することなく、１種類の診断で診断でき、診断時間を短縮できることになる。
更に、加速度センサ、ストロークセンサの情報が無くともシステムの健全性を診断することができることになる。
【００２４】
このようにして、車体前後の油圧ダンパ６Ｆ、６Ｒ、及びアクチュエータ７Ｆ、７Ｒについて、その健全性を診断することができる。
【００２５】
図５に、システムが正常な場合の車体振動速度、ダンパ減衰係数、推力指令の時系列波形の例を示す。そして、車体をsin波（所定パターン）で加振した際の車体左右加速度（ひいては車体左右速度）〔図５（ａ）〕は、減衰係数調整式油圧ダンパの減衰係数が「低」の場合〔図５（ｂ）右側部分〕には、アクチュエータ推力指令は小さく〔図５（ｃ）右側部分〕、「高」の場合〔図５（ｂ）左側部分〕にはアクチュエータ推力指令は大きくなる〔図５（ｃ）左側部分〕。
【００２６】
本実施形態では、アクチュエータ６などについて上記特性（図５参照）があることから、アクチュエータ６の前台車４Ｆ、後台車４Ｒに対する取付けが逆に行われている場合〔前台車４Ｆに取付けられるべきアクチュエータ６が後台車４Ｒに取付けられ、後台車４Ｒに取付けられるべきアクチュエータ６が前台車４Ｆに取付けられている場合〕は、車体左右加速度、あるいは車体左右速度が正常状態よりも小さくなる〔図４ステップＳ１７でNo判定する。〕ためにアクチュエータ６推力を大きくするような推力指令が生成され、異常を判定できる。
【００２７】
また、アクチュエータ６の推力極性が逆転している場合（アクチュエータ６が収縮する指令を受けた場合にアクチュエータ６が伸張する状態になった場合、又はアクチュエータ６が伸張する指令を受けた場合にアクチュエータ６が収縮する状態になった場合を言う。）は、推力指令の時系列波形が発散するので、推力指令の時系列波形の発散の有無を把握するように構成して、異常を判定できる。
【符号の説明】
【００２８】
１…鉄道車両（車両）、２…車体、６…アクチュエータ、６Ｆ、６Ｒ…前、後アクチュエータ，７…減衰係数切替式油圧ダンパ、７Ｆ、７Ｒ…前、後油圧ダンパ、１２…加速度センサ（車体振動検出手段）、１３…コントローラ、３０…積分器（車体振動検出手段）、２０…サスペンション制御装置、３４…ＰＩ制御器（フィードバック制御手段）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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