WO2019171912A1

WO2019171912A1 - 鉄道車両用制振装置

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Publication number: WO2019171912A1
Application number: PCT/JP2019/005628
Authority: WO
Inventors: 貴之小川
Original assignee: Ｋｙｂ株式会社
Priority date: 2018-03-07
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2019-09-12
Also published as: JP2019155936A; JP6936754B2

Abstract

本発明の鉄道車両用制振装置（１）は、ポンプ（１２）を駆動するモータ（１５）と、ロッド側室（５）とピストン側室（６）とを連通する第一通路（８）に設けられた第一電磁開閉弁（９）と、ピストン側室（６）とタンク（７）とを連通する第二通路（１０）に設けた第二電磁開閉弁（１１）と、ロッド側室（５）とタンク（７）とを接続する排出通路（２１）に設けた減衰弁（２２）とを有して鉄道車両における車体（Ｂ）と台車（Ｔ）との間に介装されるアクチュエータ（Ａ）を備え、第一電磁開閉弁（９）、第二電磁開閉弁（１１）および減衰弁（２２）への通電状況と、アクチュエータ（Ａ）の変位状況とに基づいて、第一電磁開閉弁（９）および第二電磁開閉弁（１１）の異常を診断する。

Description

鉄道車両用制振装置

　本発明は、鉄道車両用制振装置の改良に関する。

　鉄道車両には、車体と前後の台車との間に介装された複動型のアクチュエータと、車体の前後の加速度を検知する加速度センサと、アクチュエータを制御するコントローラを備えて、車体の進行方向に対して左右方向の振動を抑制する鉄道車両用制振装置が設けられる場合がある。

　そして、鉄道車両用制振装置では、コントローラは、たとえば、ＪＰ２０１３－１３０４Ａに開示されているように、加速度センサで検知した加速度に基づいて、アクチュエータが発生すべき制御力を求め、アクチュエータに車体の振動を抑制する推力を発揮させて車体の振動を抑制する。

　前述の鉄道車両用制振装置におけるアクチュエータは、シリンダと、前記シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、前記シリンダ内に挿入されて前記ピストンに連結されるロッドと、前記シリンダ内に前記ピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、タンクと、前記タンクから作動液体を吸い上げて前記ロッド側室へ作動液体を供給可能な前記ポンプと、前記ポンプを駆動する前記モータと、前記ロッド側室と前記ピストン側室とを連通する第一通路に設けられた第一電磁開閉弁と、前記ピストン側室と前記タンクとを連通する第二通路に設けた第二電磁開閉弁と、前記ロッド側室と前記タンクとを接続する排出通路に設けた電磁リリーフ弁と、前記ピストン側室から前記ロッド側室へ向かう作動油の流れのみを許容する整流通路と、前記タンクから前記ピストン側室へ向かう作動油の流れのみを許容する吸込通路と備えている。

　そして、鉄道車両用制振装置は、第一電磁開閉弁および第二電磁開閉弁の開閉によってアクチュエータの推力の発生方向を制御する。よって、第一電磁開閉弁および第二電磁開閉弁が弁体の固着によって正常に作動しない場合、アクチュエータの推力の発生方向を制御できなくなる。

　しかしながら、従来の鉄道車両用制振装置では、第一電磁開閉弁および第二電磁開閉弁の弁自体の異常を診断できなかった。

　そこで、本発明は、第一電磁開閉弁および第二電磁開閉弁の弁自体の異常を診断できる鉄道車両用制振装置の提供を目的としている。

　本発明の鉄道車両用制振装置は、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンに連結されるロッドと、シリンダ内にピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、タンクと、タンクから作動液体を吸い上げてロッド側室へ作動液体を供給可能なポンプと、ポンプを駆動するモータと、ロッド側室とピストン側室とを連通する第一通路に設けられた第一電磁開閉弁と、ピストン側室とタンクとを連通する第二通路に設けた第二電磁開閉弁と、ロッド側室とタンクとを接続する排出通路に設けた減衰弁と、ピストン側室からロッド側室へ向かう作動液体の流れのみを許容する整流通路と、タンクからピストン側室へ向かう作動液体の流れのみを許容する吸込通路とを有して鉄道車両における車体と台車との間に介装されるアクチュエータを備え、第一電磁開閉弁および第二電磁開閉弁への通電状況と、アクチュエータの変位状況とに基づいて、第一電磁開閉弁および第二電磁開閉弁の異常を診断する。このように構成された鉄道車両用制振装置によれば、ポンプを駆動しつつ、第一電磁開閉弁および第二電磁開閉弁へ実際に通電した結果のアクチュエータの変位を検知して、第一電磁開閉弁および第二電磁開閉弁の弁自体の異常を診断できる。

図１は、一実施の形態における鉄道車両用制振装置を搭載した鉄道車両の断面図である。図２は、一実施の形態における鉄道車両用制振装置の詳細図である。図３は、一実施の形態の第一変形例における鉄道車両用制振装置の詳細図である。

　一実施の形態の鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両の車体Ｂの制振装置として使用され、図１および図２に示すように、モータ１５で駆動されるポンプ１２からの作動油の供給により伸縮可能なアクチュエータＡと、アクチュエータＡを制御するコントローラＣとを備えて構成されている。

　アクチュエータＡは、詳細には、鉄道車両の場合、車体Ｂの下方に垂下されるピンＰに連結され、車体Ｂと台車Ｔとの間に介装されている。台車Ｔは、車輪Ｗを回転自在に保持しており、車体Ｂと台車Ｔとの間には、枕ばねと称される懸架ばねＳが介装され、車体Ｂが弾性支持されることにより、台車Ｔに対する車体Ｂの横方向への移動が許容されている。

　そして、これらのアクチュエータＡは、基本的には、コントローラＣによるアクティブ制御で車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の振動を抑制するようになっている。

　コントローラＣは、車体Ｂに設置される加速度センサ４０が検知する車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の加速度に基づいて、アクチュエータＡが発生すべき目標推力を求め、各アクチュエータＡに目標推力通りの推力を発生させる指令を与える。このようにして、鉄道車両用制振装置１は、アクチュエータＡに目標推力を発揮させて車体Ｂの前記横方向の振動を抑制する。

　つづいて、アクチュエータＡの具体的な構成について説明する。なお、アクチュエータＡは、台車Ｔに対して複数設けられていてもよい。アクチュエータＡが複数設けられる場合、コントローラＣで全部のアクチュエータＡを制御してもよいし、アクチュエータＡ毎にコントローラＣを設けてもよい。

　アクチュエータＡは、本実施の形態では図２に示すように、鉄道車両の車体Ｂに連結されるシリンダ２と、シリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３と、シリンダ２内に挿入されて先端にピストン３が装着されるとともに基端が台車Ｔに連結されるロッド４と、作動油を貯留するタンク７と、タンク７から作動油を吸い上げてロッド側室５へ作動油を供給可能なポンプ１２と、ポンプ１２を駆動するモータ１５と、アクチュエータＡの伸縮の切換と推力を制御する液圧回路ＨＣとを備えており、片ロッド型のアクチュエータとして構成されている。

　また、前記ロッド側室５とピストン側室６には、本例では、作動液体として作動油が充填されるとともに、タンク７には、作動油の他に気体が充填されている。なお、タンク７内は、特に、気体を圧縮して充填して加圧状態とする必要は無い。また、作動液体は、作動油以外にも他の液体を利用してもよい。

　液圧回路ＨＣは、本実施の形態では、ロッド側室５とピストン側室６とを連通する第一通路８に設けた第一電磁開閉弁９と、ピストン側室６とタンク７とを連通する第二通路１０に設けた第二電磁開閉弁１１と、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１に設けた減衰弁としての電磁リリーフ弁２２とを備えている。

　そして、基本的には、第一電磁開閉弁９で第一通路８を連通状態とし、第二電磁開閉弁１１を閉じてポンプ１２を駆動すると、アクチュエータＡが伸長し、第二電磁開閉弁１１で第二通路１０を連通状態とし、第一電磁開閉弁９を閉じてポンプ１２を駆動すると、アクチュエータＡが収縮する。

　以下、アクチュエータＡの各部について詳細に説明する。シリンダ２は筒状であって、その図２中右端は蓋１３によって閉塞され、図２中左端には環状のロッドガイド１４が取り付けられている。また、前記ロッドガイド１４内には、シリンダ２内に移動自在に挿入されるロッド４が摺動自在に挿入されている。このロッド４は、一端をシリンダ２外へ突出させており、シリンダ２内の他端をシリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３に連結している。

　なお、ロッドガイド１４の外周とシリンダ２との間は図示を省略したシール部材によってシールされており、これによりシリンダ２内は密閉状態に維持されている。そして、シリンダ２内にピストン３によって区画されるロッド側室５とピストン側室６には、前述のように作動油が充填されている。

　また、ロッド４の図２中左端とシリンダ２の右端を閉塞する蓋１３とには、図示しない取付部を備えており、このアクチュエータＡを鉄道車両における車体Ｂと台車Ｔとの間に介装できるようになっている。

　そして、ロッド側室５とピストン側室６とは、第一通路８によって連通されており、この第一通路８の途中には、第一電磁開閉弁９が設けられている。この第一通路８は、シリンダ２外でロッド側室５とピストン側室６とを連通しているが、ピストン３に設けられてもよい。

　第一電磁開閉弁９は、電磁開閉弁とされており、第一通路８を開放してロッド側室５とピストン側室６とを連通する連通ポジションと、第一通路８を遮断してロッド側室５とピストン側室６との連通を断つ遮断ポジションとを備えている。そして、この第一電磁開閉弁９は、通電時に連通ポジションを採り、非通電時に遮断ポジションを採るようになっている。このように、第一電磁開閉弁９は、通電時に開弁して非通電時に閉弁するが、反対に、通電時に閉弁して非通電時に開弁するような設定にすることも可能である。

　つづいて、ピストン側室６とタンク７とは、第二通路１０によって連通されており、この第二通路１０の途中には、第二電磁開閉弁１１が設けられている。第二電磁開閉弁１１は、電磁開閉弁とされており、第二通路１０を開放してピストン側室６とタンク７とを連通する連通ポジションと、第二通路１０を遮断してピストン側室６とタンク７との連通を断つ遮断ポジションとを備えている。そして、この第二電磁開閉弁１１は、通電時に連通ポジションを採り、非通電時に遮断ポジションを採るようになっている。このように、第二電磁開閉弁１１は、通電時に開弁して非通電時に閉弁するが、反対に、通電時に閉弁して非通電時に開弁するような設定にすることも可能である。

　ポンプ１２は、コントローラＣに制御されて所定の回転数で回転するモータ１５によって駆動され、一方向のみに作動油を吐出するギヤポンプとされている。そして、ポンプ１２の吐出口は供給通路１６によってロッド側室５へ連通されるとともに吸込口はタンク７に通じていて、ポンプ１２は、モータ１５によって駆動されるとタンク７から作動油を吸込んでロッド側室５へ作動油を供給する。

　前述のようにポンプ１２は、一定の回転数で回転するように制御され、一方向のみに作動油を吐出するのみで回転方向の切換動作がないので、回転切換時に吐出量が変化するといった問題は皆無である。さらに、ポンプ１２の回転方向が常に同一方向であるので、ポンプ１２を駆動する駆動源であるモータ１５にあっても回転切換に対する高い応答性が要求されず、その分、モータ１５も安価なものを使用できる。なお、供給通路１６の途中には、ロッド側室５からポンプ１２への作動油の逆流を阻止する逆止弁１７が設けられている。なお、モータ１５は、コントローラＣによって制御される図示しないインバータ回路から電力供給を受けて駆動される。

　さらに、本例の液圧回路ＨＣは、前述したように、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１と、排出通路２１の途中に設けた減衰弁として開弁圧を変更可能な電磁リリーフ弁２２を備えている。

　電磁リリーフ弁２２は、本例では、比例電磁リリーフ弁とされており、供給される電流に応じて開弁圧を調節でき、前記電流が最大となると開弁圧を最小とし、電流の供給がないと開弁圧を最大とするようになっている。

　このように、排出通路２１と電磁リリーフ弁２２とを設けると、アクチュエータＡを伸縮作動させる際に、ロッド側室５内の圧力を電磁リリーフ弁２２の開弁圧に調節でき、アクチュエータＡの推力を電磁リリーフ弁２２へ供給する電流で制御できる。排出通路２１と電磁リリーフ弁２２とを設けると、アクチュエータＡの推力を調節するために必要なセンサ類が不要となり、ポンプ１２の吐出流量の調節のためにモータ１５を高度に制御する必要もなくなる。よって、鉄道車両用制振装置１が安価となり、ハードウェア的にもソフトウェア的にも堅牢なシステムを構築できる。

　なお、電磁リリーフ弁２２に与える電流で開弁圧を比例的に変化させる比例電磁リリーフ弁を用いると開弁圧の制御が簡単となるが、電磁リリーフ弁２２は、開弁圧を調節できる電磁リリーフ弁であれば比例電磁リリーフ弁に限定されない。

　そして、電磁リリーフ弁２２は、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１の開閉状態に関わらず、アクチュエータＡに伸縮方向の過大な入力があって、ロッド側室５の圧力が開弁圧を超える状態となると、排出通路２１を開放する。このように、電磁リリーフ弁２２は、ロッド側室５の圧力が開弁圧以上となると、ロッド側室５内の圧力をタンク７へ排出するので、シリンダ２内の圧力が過大となるのを防止してアクチュエータＡのシステム全体を保護する。よって、排出通路２１と電磁リリーフ弁２２を設けると、システムの保護も可能となる。前述したところでは、減衰弁を電磁リリーフ弁２２としているが、減衰弁は、通過する作動油の流れに与える抵抗を調節できる弁であればよく、電磁リリーフ弁２２以外にも可変絞り弁や開口面積を変更可能な可変弁であってもよい。また、減衰弁は、予め設定された抵抗を通過する作動油に与えるパッシブ弁であってもよい。

　なお、本例のアクチュエータＡにおける液圧回路ＨＣには、前述の構成に加えて、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう作動油の流れのみを許容する整流通路１８と、タンク７からピストン側室６へ向かう作動油の流れのみを許容する吸込通路１９を備えている。よって、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１が閉弁する状態でアクチュエータＡが伸縮すると、シリンダ２内から作動油が押し出される。そして、シリンダ２内から排出された作動油の流れに対して電磁リリーフ弁２２が抵抗を与えると、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１が閉弁する状態では、本例のアクチュエータＡはユニフロー型のダンパとして機能する。

　より詳細には、整流通路１８は、ピストン側室６とロッド側室５とを連通しており、途中に逆止弁が設けられ、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。さらに、吸込通路１９は、タンク７とピストン側室６とを連通しており、途中に逆止弁が設けられ、タンク７からピストン側室６へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。なお、整流通路１８は、第一電磁開閉弁９の遮断ポジションを逆止弁とすると第一通路８に集約でき、吸込通路１９についても、第二電磁開閉弁１１の遮断ポジションを逆止弁とすると第二通路１０に集約できる。

　このように構成されたアクチュエータＡでは、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１がともに遮断ポジションを採っても、整流通路１８、吸込通路１９および排出通路２１で、ロッド側室５、ピストン側室６およびタンク７を数珠繋ぎに連通させる。また、整流通路１８、吸込通路１９および排出通路２１は、一方通行の通路に設定されている。よって、アクチュエータＡが外力によって伸縮すると、シリンダ２から必ず作動油が排出されて排出通路２１を介してタンク７へ戻され、シリンダ２で足りなくなる作動油は吸込通路１９を介してタンク７からシリンダ２内へ供給される。この作動油の流れに対して前記電磁リリーフ弁２２が抵抗となってシリンダ２内の圧力を開弁圧に調節するので、アクチュエータＡは、パッシブなユニフロー型のダンパとして機能する。

　また、このアクチュエータＡの場合、ロッド４の断面積をピストン３の断面積の二分の一にして、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積がピストン側室６側の受圧面積の二分の一となるようになっている。

　このアクチュエータＡは、伸長する場合、縮小されるロッド側室５から作動油が排出通路２１に設けた電磁リリーフ弁２２を通じてタンク７へ排出される。また、拡大されるピストン側室６には、整流通路１８を介してタンク７から作動油が供給される。この場合、ロッド側室５の圧力は、電磁リリーフ弁２２の開弁圧に調節され、ピストン側室６の圧力はタンク圧となるので、アクチュエータＡは、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積に前記開弁圧を乗じた値の前記伸長を妨げる力を発揮する。

　また、アクチュエータＡは、収縮する場合、縮小されるピストン側室６から拡大されるロッド側室５へ整流通路１８を介して作動油が移動する。アクチュエータＡの収縮時には、ロッド４がシリンダ２内に侵入するためシリンダ２からロッド４がシリンダ２内に侵入する体積分の作動油が電磁リリーフ弁２２を通じてタンク７へ排出される。この場合、シリンダ２内の圧力は、電磁リリーフ弁２２の開弁圧に調節され、アクチュエータＡは、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積とピストン側室６側の受圧面積の差に前記開弁圧を乗じた値の前記収縮を妨げる力を発揮する。

　前述のように、ロッド４の断面積をピストン３の断面積の二分の一にして、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積がピストン側室６側の受圧面積の二分の一になっている。それゆえ、アクチュエータＡは、伸長しても収縮しても電磁リリーフ弁２２の開弁圧を等しくすれば、伸長しても収縮しても発揮される力の大きさが等しくなる。そして、電磁リリーフ弁２２の開弁圧を最小とすると、アクチュエータＡが発揮する力が極小さくなるようになっている。

　また、アクチュエータＡの各機器への通電が不能となるようなフェール時には、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１のそれぞれが遮断ポジションを採り、電磁リリーフ弁２２は、開弁圧が最大に固定された圧力制御弁として機能する。よって、このようなフェール時には、アクチュエータＡは、自動的に、パッシブダンパとして機能する。

　つづいて、アクチュエータＡに所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、コントローラＣは、基本的には、モータ１５を所定の回転速度で回転させてポンプ１２を回転駆動し、シリンダ２内へ作動油を供給する。そして、第一電磁開閉弁９を連通ポジションとし、第二電磁開閉弁１１を遮断ポジションとする。このようにすると、ロッド側室５とピストン側室６とが連通状態におかれて両者にポンプ１２から作動油が供給され、ピストン３が図２中左方へ押されアクチュエータＡは伸長方向の推力を発揮する。ロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力が電磁リリーフ弁２２の開弁圧を上回ると、電磁リリーフ弁２２が開弁して作動油が排出通路２１を介してタンク７へ排出される。よって、ロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力は、電磁リリーフ弁２２に与える電流で決まる電磁リリーフ弁２２の開弁圧にコントロールされる。そして、アクチュエータＡは、ピストン３におけるピストン側室６側とロッド側室５側の受圧面積差に電磁リリーフ弁２２によってコントロールされるロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力を乗じた値の伸長方向の推力を発揮する。アクチュエータＡに所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、コントローラＣは、基本的には、モータ１５を所定の回転速度で回転させてポンプ１２を回転駆動し、シリンダ２内へ作動油を供給する。なお、第一電磁開閉弁９を連通ポジションとし、第二電磁開閉弁１１を遮断ポジションとしても電磁リリーフ弁２２の開弁圧を最小とする場合、アクチュエータＡは、極小さな推力を発揮するが車体Ｂを動かすまでの推力を発揮しない。

　これに対して、アクチュエータＡに所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、コントローラＣは、モータ１５を回転させてポンプ１２からロッド側室５内へ作動油を供給しつつ、第一電磁開閉弁９を遮断ポジションとし、第二電磁開閉弁１１を連通ポジションとする。このようにすると、ピストン側室６とタンク７が連通状態におかれるとともにロッド側室５にポンプ１２から作動油が供給されるので、ピストン３が図２中右方へ押されアクチュエータＡは収縮方向の推力を発揮する。そして、前述と同様に、電磁リリーフ弁２２の電流を調節すると、アクチュエータＡは、ピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積と電磁リリーフ弁２２にコントロールされるロッド側室５内の圧力を乗じた収縮方向の推力を発揮する。なお、第一電磁開閉弁９を遮断ポジションとし、第二電磁開閉弁１１を連通ポジションとしても電磁リリーフ弁２２の開弁圧を最小とする場合、アクチュエータＡは、極小さな推力を発揮するが車体Ｂを動かすまでの推力を発揮しない。

　また、ポンプ１２における作動油を押し出すギヤは、ロッド側室５内の圧力に応じた抵抗を受けるため、ポンプ１２を回転駆動するモータ１５は、ロッド側室５内の圧力に見合ったトルクを出力する。つまり、モータ１５が出力するトルクは、ロッド側室５内の圧力に比例する関係にあり、モータ１５の出力トルクが分かれば、ロッド側室５内の圧力を推定できる。そして、前述したように、アクチュエータＡは、伸長する場合も収縮する場合も、ロッド側室５内の圧力に応じた推力を発揮するので、モータ１５の出力トルクが分かれば、アクチュエータＡが発揮する推力を推定できる。モータ１５のトルクは、トルクセンサを利用して検知してもよいし、コントローラＣがモータ１５を所定の回転数で等速回転させているので、モータ１５に流れる電流を検知する電流センサを利用して検知してもよい。

　前述したところから理解できるように、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１は、アクチュエータＡが推力を発揮する際の伸縮方向を切換る役割を果たしている。第一電磁開閉弁９を連通ポジションとして第二電磁開閉弁１１を遮断ポジションとする場合、ロッド側室５とピストン側室６とが連通状態に置かれるため、アクチュエータＡが外力で伸長する場合、ロッド側室５で過剰となる作動油は第一通路８を通じてピストン側室６へ供給され、シリンダ２内で不足する作動油は吸込通路１９を通じてタンク７から供給されるので、アクチュエータＡは伸長を妨げる推力を発揮しない。よって、ポンプ１２の駆動状況に関わらず、第一電磁開閉弁９を連通ポジションとして第二電磁開閉弁１１を遮断ポジションとする場合には、アクチュエータＡは伸長方向の推力は発揮できるが収縮方向の推力を発揮しない。

　他方、第一電磁開閉弁９を遮断ポジションとして第二電磁開閉弁１１を連通ポジションとする場合、ピストン側室６とタンク７とが連通状態に置かれるため、アクチュエータＡが外力で収縮する場合、ロッド側室５で不足する作動油は整流通路１８を介してピストン側室６から供給され、シリンダ２内全体で過剰となる作動油は第二通路１０を通じてタンク７へ戻される。よって、アクチュエータＡは収縮を妨げる推力を発揮しない。よって、ポンプ１２の駆動状況に関わらず、第一電磁開閉弁９を遮断ポジションとして第二電磁開閉弁１１を連通ポジションとする場合には、アクチュエータＡは収縮方向の推力は発揮できるが伸長方向の推力を発揮しない。

　よって、本例のアクチュエータＡにあっては、アクチュエータとして機能するのみならず、ポンプ１２の駆動状況に関わらず、外力で伸縮する場合には、ダンパとして機能できる。また、アクチュエータＡをアクチュエータからダンパへ切換る際に、面倒かつ急峻な第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１の切換動作を伴わないので、応答性および信頼性が高いシステムを提供できる。

　なお、第一電磁開閉弁９を開弁して第二電磁開閉弁１１を閉弁する場合或いは第一電磁開閉弁９を閉弁して第二電磁開閉弁１１を開弁する場合、ポンプ１２の駆動状況に関わらず、外力からの振動入力に対して伸長或いは収縮のいずれか一方にのみアクチュエータＡが推力を発揮できる。よって、たとえば、推力を発揮する方向が鉄道車両の台車Ｔの振動により車体Ｂを加振する方向である場合、そのような方向には推力を出さないようにアクチュエータＡを片効きのダンパと機能させ得る。よって、このアクチュエータＡは、カルノップのスカイフック理論に基づくセミアクティブ制御を容易に実現できるため、セミアクティブダンパとしても機能できる。よって、ポンプ１２を駆動しない場合、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１の開閉で片効きダンパとしても両効きのパッシブダンパとしても機能できる。

　つづいて、本例のコントローラＣは、加速度センサ４０が検知する車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の加速度に基づいてアクチュエータＡが出力すべき目標推力を求め、アクチュエータＡに目標推力を発揮させるのに必要な電流を第一電磁開閉弁９、第二電磁開閉弁１１および電磁リリーフ弁２２へ与える。また、コントローラＣは、モータ１５を所定の回転数で駆動制御する。

　コントローラＣは、本例では、Ｈ∞制御器とされており、加速度センサ４０が検知する加速度から車体Ｂの振動を抑制するためにアクチュエータＡが出力すべき推力を指示する目標推力を求める。なお、コントローラＣは、加速度センサ４０が検知する加速度から車体Ｂの速度を求めて、この速度にスカイフックゲインを乗じて目標推力を求めるスカイフック制御を行ってもよい。

　また、コントローラＣは、車体Ｂの振動を抑制する制御を実行するほか、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１の異常を診断する診断処理も行う。診断処理は、鉄道車両のオペレータが鉄道車両を平坦な軌道上に停車したうえでオペレータからの指示によって実行される。オペレータの診断処理実行の指示は、たとえば、車両モニタ装置のオペレータの操作入力によって車両モニタ装置を介してコントローラＣに入力されるが、コントローラＣの操作盤に診断処理の実行を指示するスイッチを設けてもよい。

　コントローラＣは、診断処理の実行を指示する指令を受け取ると診断処理を実行する。コントローラＣは、基本的には、第一電磁開閉弁９、第二電磁開閉弁１１および電磁リリーフ弁２２への通電状況と、アクチュエータＡの変位状況とに基づいて、第一電磁開閉弁９、第二電磁開閉弁１１および電磁リリーフ弁２２の異常を診断する。本実施の形態の場合、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１が通電時に開弁し、非通電時に閉弁するので、コントローラＣは、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１への通電の有無によって、正常に作動した場合における第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１の開閉状況を認識できる。第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１とが通電の有無ではなく電流量に応じて開閉を切換る場合であっても、電流量を把握すればよい。このように、コントローラＣは、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１への通電状況を把握すれば、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１が正常に機能した場合のこれらの開閉状態を認識できる。なお、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１が通電時に閉弁し、非通電時に開弁するように設定されても、コントローラＣは、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１への通電の有無によって、正常に作動した場合における第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１の開閉状況を認識できる。

　また、診断処理実行中では鉄道車両が停車中であるため、コントローラＣは、加速度センサ４０が検知する車体Ｂの加速度からアクチュエータＡの変位状況を認識できる。なお、アクチュエータＡの変位状況は、アクチュエータＡのストローク変位を検知するストロークセンサを設けて、コントローラＣは、ストロークセンサが検知するストローク変位からアクチュエータＡの変位状況を認識してもよい。そして、コントローラＣは、以下の二つの通電パターンを実行して第一電磁開閉弁９、第二電磁開閉弁１１および電磁リリーフ弁２２の異常を診断する。

　（通電パターン１）コントローラＣは、通電パターン１の通電状態では、第一電磁開閉弁９を開弁するように通電し、第二電磁開閉弁１１を開弁するように通電するとともに、電磁リリーフ弁２２の開弁圧を最小とするように通電する。そのうえで、モータ１５を所定の回転数で回転駆動してポンプ１２を駆動してロッド側室５へ作動油を供給する。この場合、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１が正常であるなら、ロッド側室５とピストン側室６とが第一通路８によって連通状態におかれ、ピストン側室６とタンク７とが第二通路１０によって連通状態におかれる。よって、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１を開弁し、電磁リリーフ弁２２の開弁圧を最小とする場合には、ポンプ１２が駆動中でもアクチュエータＡは伸長も収縮もしない筈である。コントローラＣは、この状態で加速度センサ４０が検知する加速度が０であるなら、車体Ｂは振動しておらずアクチュエータＡが伸長も収縮もしていないので、コントローラＣは、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１が正常であると診断する。

　他方、通電パターン１の場合で、加速度センサ４０が検知した加速度がアクチュエータＡの伸長を示している場合、コントローラＣは、第二電磁開閉弁１１および電磁リリーフ弁２２が異常であると診断する。アクチュエータＡが伸長するのは、第一電磁開閉弁９は開弁しているものの第二電磁開閉弁１１が閉弁していて、電磁リリーフ弁２２が作動油の流れに抵抗を与えて、シリンダ２内の圧力が車体Ｂを動かし得る圧力となっているからである。よって、アクチュエータＡが伸長する場合、第二電磁開閉弁１１および電磁リリーフ弁２２が異常となっている。

　また、通電パターン１の場合で、加速度センサ４０が検知した加速度がアクチュエータＡの収縮を示している場合、コントローラＣは、第一電磁開閉弁９および電磁リリーフ弁２２が異常であると診断する。アクチュエータＡが収縮するのは、第二電磁開閉弁１１は開弁しているものの第一電磁開閉弁９が閉弁していて、電磁リリーフ弁２２が作動油の流れに抵抗を与えて、シリンダ２内の圧力が車体Ｂを動かし得る圧力となっているからである。よって、アクチュエータＡが収縮する場合、第一電磁開閉弁９および電磁リリーフ弁２２が異常となっている。なお、アクチュエータＡが伸縮する場合、モータ１５のトルクも上昇するので、モータ１５のトルクの上昇をもって電磁リリーフ弁２２の異常を診断できる。

　（通電パターン２）コントローラＣは、通電パターン１で第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１が正常であると診断した場合、通電パターン２で第一電磁開閉弁９、第二電磁開閉弁１１および電磁リリーフ弁２２へ通電して異常診断を行う。通電パターン２の通電状態では、コントローラＣは、第一電磁開閉弁９を開弁するように通電し、第二電磁開閉弁１１を開弁するように通電するとともに、電磁リリーフ弁２２の開弁圧を最小以外とするように通電する。そのうえで、モータ１５を所定の回転数で回転駆動してポンプ１２を駆動してロッド側室５へ作動油を供給する。この場合、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１が正常であるなら、ロッド側室５とピストン側室６とが第一通路８によって連通状態におかれ、ピストン側室６とタンク７とが第二通路１０によって連通状態におかれる。よって、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１を開弁し、電磁リリーフ弁２２の開弁圧を最小以外とする場合には、ポンプ１２が駆動中でもアクチュエータＡは伸長も収縮もしない筈である。コントローラＣは、この状態で加速度センサ４０が検知する加速度が０であるなら、車体Ｂは振動しておらずアクチュエータＡが伸長も収縮もしていないので、コントローラＣは、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１が正常であると診断する。

　他方、通電パターン２の場合で、加速度センサ４０が検知した加速度がアクチュエータＡの伸長を示している場合、コントローラＣは、第二電磁開閉弁１１が異常であると診断する。アクチュエータＡが伸長するのは、第一電磁開閉弁９は開弁しているものの第二電磁開閉弁１１が閉弁していて、電磁リリーフ弁２２の開弁圧が最小ではなく作動油の流れに抵抗を与えて、シリンダ２内の圧力が車体Ｂを動かし得る圧力となっているからである。つまり、通電パターン２では電磁リリーフ弁２２の開弁圧は、アクチュエータＡ自身の摩擦力の抵抗に打ち勝ってアクチュエータＡに伸縮させ得るだけの開弁圧に調節されている。よって、第二電磁開閉弁１１が異常であれば、アクチュエータＡが伸長するのである。ここで、通電パターン１でアクチュエータＡが伸縮しなかったのは、電磁リリーフ弁２２が開弁圧を最小としてロッド側室５或いはシリンダ２内の全体の圧力がアクチュエータＡを伸縮できない程度に低かったからであり、通電パターン２の実行によって、通電パターン１で異常なしとされても、アクチュエータＡが伸長すれば第二電磁開閉弁１１が異常と診断される。

　また、これと同様の理由で、通電パターン２の場合で、加速度センサ４０が検知した加速度がアクチュエータＡの収縮を示している場合、コントローラＣは、第一電磁開閉弁９が異常であると診断する。アクチュエータＡが収縮するのは、第二電磁開閉弁１１は開弁しているものの第一電磁開閉弁９が閉弁していて、電磁リリーフ弁２２の開弁圧が最小ではなく作動油の流れに抵抗を与えて、シリンダ２内の圧力が車体Ｂを動かし得る圧力となっているからである。よって、第一電磁開閉弁９に異常があれば、アクチュエータＡが収縮するのである。ここで、通電パターン１でアクチュエータＡが収縮しなかったのは、電磁リリーフ弁２２が開弁圧を最小としてロッド側室５或いはシリンダ２内の全体の圧力がアクチュエータＡを伸縮できない程度に低かったからであり、通電パターン２の実行によって、通電パターン１で異常なしとされても、アクチュエータＡが収縮すれば第一電磁開閉弁９が異常と診断される。

　なお、図３に示すように、減衰弁を電磁リリーフ弁に代えてパッシブ弁２３とする場合、第一電磁開閉弁９或いは第二電磁開閉弁１１に異常がある場合、減衰弁が作動油の流れに与えるのでアクチュエータＡが車体Ｂを動かし得る。よって、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１とを開弁させてポンプ１２を駆動し、アクチュエータＡが伸縮しなければ第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１とは正常であり、アクチュエータＡが伸長すれば第二電磁開閉弁１１が異常であり、アクチュエータＡが収縮すれば第一電磁開閉弁９が異常である。よって、減衰弁がパッシブ弁であっても第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１への通電状況から第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１の異常を診断できる。このように減衰弁をパッシブ弁２３とする場合、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１の異常を診断する際に、弁体に作用させるばねの初期荷重を調整して、通電パターン１に相当する異常診断も行うようにしてもよい。

　以上のように、鉄道車両用制振装置１は、シリンダ２と、シリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３と、シリンダ２内に挿入されてピストン３に連結されるロッド４と、シリンダ２内にピストン３で区画したロッド側室５とピストン側室６と、タンク７と、タンク７から作動油を吸い上げてロッド側室５へ作動油を供給可能なポンプ１２と、ポンプ１２を駆動するモータ１５と、ロッド側室５とピストン側室６とを連通する第一通路８に設けられた第一電磁開閉弁９と、ピストン側室６とタンク７とを連通する第二通路１０に設けた第二電磁開閉弁１１と、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１に設けた電磁リリーフ弁２２と、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう作動油の流れのみを許容する整流通路１８と、タンク７からピストン側室６へ向かう作動油の流れのみを許容する吸込通路１９とを有して鉄道車両における車体Ｂと台車Ｔとの間に介装されるアクチュエータＡを備え、第一電磁開閉弁９、第二電磁開閉弁１１および電磁リリーフ弁２２への通電状況と、アクチュエータＡの変位状況とに基づいて、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１の異常を診断する。

　このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、ポンプ１２を駆動しつつ、第一電磁開閉弁９、第二電磁開閉弁１１および電磁リリーフ弁（減衰弁）２２へ実際に通電した結果のアクチュエータＡの変位を検知して、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１の弁自体の異常を診断できる。よって、本発明の鉄道車両用制振装置１によれば、従来の鉄道車両用制振装置ではできなかった第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１の弁自体の異常を診断できる。

　また、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１は、減衰弁が電磁リリーフ弁２２であって、第一電磁開閉弁９を開弁するように通電し、第二電磁開閉弁１１を開弁するように通電するとともに、電磁リリーフ弁２２の開弁圧を最小とするように通電する場合、アクチュエータＡが変位しないと第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１を正常と診断し、アクチュエータＡが伸長すると第二電磁開閉弁１１および電磁リリーフ弁２２が異常であると診断し、アクチュエータＡが収縮すると第一電磁開閉弁９および電磁リリーフ弁２２が異常であると診断する。このように鉄道車両用制振装置１は、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１がともに開弁するとアクチュエータＡが変位せず、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１の一方が開弁し他方が閉弁するとアクチュエータＡが伸縮するので、この特性を利用して第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１が異常か正常かを診断できる。

　さらに、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１は、第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１を正常と診断した場合であって、第一電磁開閉弁９を開弁するように通電し、第二電磁開閉弁１１を開弁するように通電するとともに、電磁リリーフ弁２２に電磁リリーフ弁２２の開弁圧がアクチュエータＡを伸縮させ得る開弁圧となるように通電する場合、アクチュエータＡが変位しないと第一電磁開閉弁９および第二電磁開閉弁１１を正常と診断し、アクチュエータＡが伸長すると第二電磁開閉弁１１が異常であると診断し、アクチュエータＡが収縮すると第一電磁開閉弁９が異常であると診断する。このように鉄道車両用制振装置１は、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１を正常と診断しても、異なる通電パターンで通電した際のアクチュエータＡの変位によって、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１に異常がないか否かを診断するので、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１の異常を正確に診断できる。

　また、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１は、車体Ｂの加速度を検知する加速度センサ４０を備え、加速度センサ４０が検知する加速度を利用してアクチュエータＡの変位状況を検知している。このような鉄道車両用制振装置１は、アクチュエータＡの制御に必要な加速度センサ４０を第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１の異常診断に利用するので、第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１の異常を診断するためだけに利用されるセンサを必要としない。よって、このように構成された鉄道車両用制振装置１は、アクチュエータＡの制御に必須となる構成以外に何ら異常診断のための構成の追加を必要とせずに第一電磁開閉弁９と第二電磁開閉弁１１の異常を診断でき、異常診断のためにコストが増加するといった不利益も生じさせない。

　以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。

　本願は、２０１８年３月７日に日本国特許庁に出願された特願２０１８－０４０４１７に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

　鉄道車両用制振装置であって、
　シリンダと、前記シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、前記シリンダ内に挿入されて前記ピストンに連結されるロッドと、前記シリンダ内に前記ピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、タンクと、前記タンクから作動液体を吸い上げて前記ロッド側室へ作動液体を供給可能なポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、前記ロッド側室と前記ピストン側室とを連通する第一通路に設けられた第一電磁開閉弁と、前記ピストン側室と前記タンクとを連通する第二通路に設けた第二電磁開閉弁と、前記ロッド側室と前記タンクとを接続する排出通路に設けた減衰弁と、前記ピストン側室から前記ロッド側室へ向かう作動液体の流れのみを許容する整流通路と、前記タンクから前記ピストン側室へ向かう作動液体の流れのみを許容する吸込通路とを有して鉄道車両における車体と台車との間に介装されるアクチュエータを備え、
　前記第一電磁開閉弁および前記第二電磁開閉弁への通電状況と、前記アクチュエータの変位状況とに基づいて、前記第一電磁開閉弁および前記第二電磁開閉弁の異常を診断する
　ことを特徴とする鉄道車両用制振装置。
　請求項１に記載の鉄道車両用制振装置であって、
　前記減衰弁は、電磁リリーフ弁であって、
　前記第一電磁開閉弁を開弁するように通電し、前記第二電磁開閉弁を開弁するように通電するとともに、前記電磁リリーフ弁の開弁圧を最小とするように通電する場合、前記アクチュエータが変位しないと前記第一電磁開閉弁および前記第二電磁開閉弁を正常と診断し、前記アクチュエータが伸長すると前記第二電磁開閉弁および前記電磁リリーフ弁が異常であると診断し、前記アクチュエータが収縮すると前記第一電磁開閉弁および前記電磁リリーフ弁が異常であると診断する
　鉄道車両用制振装置。
　請求項２は、に記載の鉄道車両用制振装置であって、
　前記第一電磁開閉弁および前記第二電磁開閉弁を正常と診断した場合であって、前記第一電磁開閉弁を開弁するように通電し、前記第二電磁開閉弁を開弁するように通電するとともに、前記電磁リリーフ弁に前記電磁リリーフ弁の開弁圧が前記アクチュエータを伸縮させ得る開弁圧となるように通電する場合、前記アクチュエータが変位しないと前記第一電磁開閉弁および前記第二電磁開閉弁を正常と診断し、前記アクチュエータが伸長すると前記第二電磁開閉弁が異常であると診断し、前記アクチュエータが収縮すると前記第一電磁開閉弁が異常であると診断する
　鉄道車両用制振装置。
　請求項１に記載の鉄道車両用制振装置であって、
　前記車体の加速度を検知する加速度センサを備え、
　前記加速度センサが検知する加速度を利用して前記アクチュエータの変位状況を検知する
　鉄道車両用制振装置。