JP7204041B2 - 作動状態診断装置 - Google Patents

Description

本開示は、例えば、鉄道車両の車体と台車との間に配置される緩衝器の診断を行う作動状態診断装置に関する。

鉄道車両の乗り心地の向上のために、台車と車体との間に緩衝器を配置した車両が知られている。例えば、特許文献１には、鉄道車両の車体と台車との間に緩衝器としてのヨーダンパを配置し、台車の振動を抑制しつつ車体の曲げ振動を抑制する技術が記載されている。

緩衝器は、乗員・乗客の乗り心地の向上に寄与するため、鉄道車両の運転前または運転中に異常を診断できることが望まれる。例えば、特許文献２には、台車の振動と輪軸の振動との両方を検出し、台車の振動値と輪軸の振動値とに基づいて軌道異常と台車異常とを検出する技術が記載されている。特許文献３には、鉄道車両を停止状態で加振して異常を診断する技術が記載されている。特許文献４には、上下方向の加速度とピッチング方向の加速度とを検出し、上下並進とピッチングとの位相差から緩衝器の異常を検出する技術が記載されている。

特開２０１４－１９８５２２号公報 特開２００４－１７００８０号公報（特許第3779258号公報） 特開２０１９－２７８７４号公報 特開２０１２－１１１４８０号公報（特許第5662298号公報）

従来技術の場合、緩衝器の異常を高精度に判定するためには、既存のセンサだけでなく追加のセンサが必要になる可能性がある。

本発明の一実施形態の目的は、センサ（測定手段）の追加を抑制しつつ異常の判定の精度を向上できる作動状態診断装置を提供することにある。

本発明の一実施形態による作動状態診断装置は、鉄道車両の車体と台車との間に配置される緩衝器の作動状態診断装置であって、前記台車の位置情報を取得し出力する位置検出部と、前記車体と前記台車との間に設けられるばね機構に負荷される圧力値を測定し出力する圧力測定部と、前記圧力測定部から出力された前記ばね機構の前記圧力値を用いて、前記ばね機構の上下変位を算出し出力するばね機構変位算出部と、前記鉄道車両に配置され、前記鉄道車両をモデル化した鉄道車両モデルと前記位置情報と前記ばね機構の前記圧力値とを用いて、前記ばね機構の上下変位を推定し出力するばね機構変位推定部と、前記ばね機構変位算出部から出力された前記ばね機構の上下変位の算出値と前記ばね機構変位推定部から出力された前記ばね機構の上下変位の推定値とを比較し、前記緩衝器の異常を判定する緩衝器異常判定部と、を有する。

また、本発明の一実施形態による作動状態診断装置は、鉄道車両の車体と台車との間に配置される緩衝器の作動状態診断装置であって、前記車体の上下加速度を測定し出力する車体加速度測定部と、前記台車の位置情報を取得し出力する位置検出部と、前記車体と前記台車との間に設けられるばね機構に負荷される圧力値を測定し出力する圧力測定部と、前記鉄道車両に配置され、前記鉄道車両をモデル化した鉄道車両モデルと前記位置情報と前記ばね機構の前記圧力値とを用いて、前記車体の上下加速度を推定し出力する車体加速度推定部と、前記車体加速度測定部から出力された前記車体の上下加速度の測定値と前記車体加速度推定部から出力された前記車体の上下加速度の推定値とを比較し、前記緩衝器の異常を判定する緩衝器異常判定部と、を有する。

本発明の一実施形態によれば、測定手段（センサ）の追加を抑制しつつ異常の判定の精度を向上できる。

第１の実施形態による作動状態診断装置および緩衝器（コンベンショナルダンパ）が搭載された鉄道車両を概略的に示す側面図。 図１中の診断装置を示すブロック図。 図１中の診断装置の制御処理を示す流れ図。 第１の変形例による診断装置の制御処理を示す流れ図。 第２の変形例による診断装置の制御処理を示す流れ図。 第３の変形例による診断装置の制御処理を示す流れ図。 第４の変形例による診断装置の制御処理を示す流れ図。 第５の変形例による診断装置の制御処理を示す流れ図。 第６の変形例による診断装置の制御処理を示す流れ図。 第２の実施形態による作動状態診断装置および緩衝器（セミアクティブダンパ）が搭載された鉄道車両を概略的に示す側面図。 図１０中の車体、台車、緩衝器、加速度センサ等の位置関係を概略的に示す平面図。 図１０中の制御装置を示すブロック図。 図１０中の制御装置の制御処理を示す流れ図。 第７の変形例による制御装置の制御処理を示す流れ図。 第８の変形例による制御装置の制御処理を示す流れ図。 第９の変形例による制御装置の制御処理を示す流れ図。 第１０の変形例による制御装置の制御処理を示す流れ図。 第１１の変形例による制御装置の制御処理を示す流れ図。 第１２の変形例による制御装置の制御処理を示す流れ図。

以下、実施形態による作動状態診断装置を、電車、気動車、客車等の鉄道車両に搭載した場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ説明する。なお、図面の流れ図は、各ステップに「Ｓ」という表記を用いる（例えば、ステップ１＝「Ｓ１」とする）。また、図１、図１０および図１１では、図面の左側（車両の長さ方向の一側）を鉄道車両の進行方向の前側とし、図面の右側（車両の長さ方向の他側）を鉄道車両の進行方向の後側として説明する。しかし、図面の右側を前側とし、図面の左側を後側としてもよい。

図１ないし図３は、第１の実施形態を示している。図１において、鉄道車両１（以下、車両１という）は、例えば乗客、乗務員等の乗員が乗車する車体２と、車体２の下側に設けられた前側の台車３Ａおよび後側の台車３Ｂとを備えている。これら２つの台車３Ａ，３Ｂは、車体２の前側（車体２の長さ方向の一側で図１の左側）と後側（車体２の長さ方向の他側で図１の右側）とに離間して配置されている。これにより、車両１の車体２は、一対の台車３Ａ，３Ｂ上に設置されている。なお、図１では、図面が複雑になることを避けるため、１両の車両１、即ち、１両編成の列車を示している。しかし、一般的には、複数の車両１を連結した列車、即ち、複数の車両１により編成された列車で運行される。

台車３Ａ，３Ｂには、車軸５，５の長さ方向の両端側（即ち、車体２の幅方向の両端側）にそれぞれ車輪４，４を設けてなる輪軸６，６が、前後方向に離間してそれぞれ２個ずつ取付けられている。これにより、各台車３Ａ，３Ｂには、それぞれ４個の車輪４，４が設けられている。車両１は、各車輪４，４が左右のレールＲ（図１に一方のみ図示）上を回転することにより、レールＲに沿って走行する。なお、車体２の幅方向となる左右方向は、進行方向に対面した状態を基準としている。即ち、左右方向は、車体２の幅方向（車軸５，５の軸方向）に対応し、例えば、図１では紙面に直交する表裏方向の表側を左とし、裏側を右としている。

車両１の車体２と各台車３Ａ，３Ｂとの間には、それぞれの台車３Ａ，３Ｂ上で車体２を弾性的に支持する複数の空気ばね７Ａ，７Ｂと、各空気ばね７Ａ，７Ｂと並列関係をなすように配置された複数のダンパ８Ａ，８Ｂとが設けられている。空気ばね７Ａ，７Ｂは、「枕ばね」または「懸架ばね」とも呼ばれ、「ばね上質量」となる車体２等と「ばね間質量」となる台車３Ａ，３Ｂ等との間に設けられる「二次ばね」に対応する。即ち、空気ばね７Ａ，７Ｂは、車体２と台車３Ａ，３Ｂとの間に設けられるばね機構を構成している。なお、「一次ばね」は、台車３Ａ，３Ｂに設けられる軸ばね（図示せず）、即ち、「ばね下質量」となる車輪４，４（輪軸６，６）と「ばね間質量」となる台車３Ａ，３Ｂの台車枠との間に設けられる軸ばねに対応する。空気ばね７Ａ，７Ｂは、例えば、各台車３Ａ，３Ｂの左右両側にそれぞれ１個ずつ設けられている。即ち、空気ばね７Ａ，７Ｂは、例えば、１台車当たり２個、１車両当り４個設けられている。

緩衝器としてのダンパ８Ａ，８Ｂは、車両１の車体２と台車３Ａ，３Ｂとの間に配置されている。ダンパ８Ａ，８Ｂは、例えば、ストローク速度によって減衰力が変化するコンベンショナルダンパ（パッシブダンパ）として構成された油圧緩衝器である。ダンパ８Ａ，８Ｂは、空気ばね７Ａ，７Ｂと共に、車体２と台車３Ａ，３Ｂとの間で上下方向の振動を緩衝（減衰）するサスペンションを構成している。即ち、上下動ダンパとなるダンパ８Ａ，８Ｂは、台車３Ａ，３Ｂに対する車体２の上下方向の振動に対して、振動を低減させるような減衰力を発生する。これにより、ダンパ８Ａ，８Ｂは、車体２の上下方向の振動を低減（抑制）する。ダンパ８Ａ，８Ｂは、例えば、空気ばね７Ａ，７Ｂに対してそれぞれ並列に配置されており、各台車３Ａ，３Ｂの左右両側にそれぞれ１個ずつ設けられている。即ち、ダンパ８Ａ，８Ｂは、１台車当たり２個、１車両当り４個設けられている。

圧力センサ９Ａ，９Ｂは、空気ばね７Ａ，７Ｂにそれぞれ設けられている。圧力センサ９Ａ，９Ｂは、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力（内圧）を検出する。圧力センサ９Ａ，９Ｂで測定された圧力値は、例えば、空気ばね７Ａ，７Ｂの制御に用いられる。このため、圧力センサ９Ａ，９Ｂは、図示しない制御装置、例えば、空気ばね７Ａ，７Ｂの制御用の制御装置または上位の制御装置に接続されている。また、圧力センサ９Ａ，９Ｂで測定された圧力値は、後述するようにダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態の診断に用いられる。このため、圧力センサ９Ａ，９Ｂは、図示しない制御装置および通信回線１４を介して診断装置１３に接続されている。即ち、圧力センサ９Ａ，９Ｂで測定された圧力に対応する信号は、図示しない制御装置および通信回線１４を介して診断装置１３に出力される。これにより、圧力センサ９Ａ，９Ｂは、空気ばね７Ａ，７Ｂに負荷される圧力値を測定（検出）し、その圧力値に対応する信号を診断装置１３に出力する圧力測定部を構成している。

図２に示すように、車両１には、圧力センサ９Ａ，９Ｂの他、車速センサ１０および位置センサ１１が設けられている。車速センサ１０は、車両１の走行速度（車速）を検出する。車速センサ１０は、図示しない制御装置、例えば、上位の制御装置と接続されている。後述するように、車速センサ１０で測定された速度値は、ダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態の診断に用いられる。このため、車速センサ１０は、図示しない制御装置および通信回線１４を介して診断装置１３に接続されている。即ち、車速センサ１０で測定された車速に対応する信号は、図示しない制御装置および通信回線１４を介して診断装置１３に出力される。これにより、車速センサ１０は、車両１の速度値を測定（検出）し、その速度値に対応する信号を診断装置１３に出力する速度測定部を構成している。

位置センサ１１は、車両１の走行位置（現在位置）を取得する。位置センサ１１は、例えば、ＧＰＳ等の衛星測位システム（SPNT：Satellite positioning navigation and timing system）の航法衛星からの信号を受信する受信機を含んで構成されている。位置センサ１１は、図示しない制御装置、例えば、上位の制御装置と接続されている。後述するように、位置センサ１１で取得された位置情報は、ダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態の診断に用いられる。このため、位置センサ１１は、図示しない制御装置および通信回線１４を介して診断装置１３に接続されている。即ち、位置センサ１１で取得された位置情報に対応する信号は、図示しない制御装置および通信回線１４を介して診断装置１３に出力される。

これにより、位置センサ１１は、台車３Ａ，３Ｂの位置情報を車両１の走行位置として取得し、その位置に対応する信号を診断装置１３に出力する位置検出部を構成している。なお、車両１の走行位置（台車３Ａ，３Ｂの位置）は、位置センサ１１に代えて、例えば、自動列車停止装置、自動列車制御装置、信号保安装置等として用いられる鉄道信号システムから取得してもよい。即ち、位置検出部は、鉄道信号システムにより構成してもよい。同様に、速度測定部も、鉄道信号システムで車速を検出できる場合は、鉄道信号システムにより構成してもよい。これらの場合は、車両１に搭載された鉄道信号システム用の制御装置が位置検出部および／または速度測定部に相当する。

ところで、鉄道車両の乗り心地向上のため、台車と車体との間に制振装置が配置されている（例えば、特許文献１－４）。制振装置は、上下方向または左右方向の振動抑制を狙ったものであり、例えば、振動状況に応じて減衰力を切換える減衰力調整式緩衝器（セミアクティブダンパ）を用いたもの、能動的に制御力を発生して振動を抑える制御アクチュエータ（フルアクティブダンパ）を用いたもの等がある。このような制振装置は、乗員・乗客の乗り心地の向上に寄与するため、鉄道車両の運転前または運転中に異常を診断できることが望まれる。

即ち、鉄道車両の高速化や高付加価値化に伴い、車体振動を低減させる技術が開発されている。その中で、油圧を用いた減衰力調整式緩衝器（可変減衰型緩衝器）の異常（故障）を診断する技術が知られている。鉄道車両の異常を診断する場合、軌道の異常、台車の異常、緩衝器の異常を切り分けることが好ましい。例えば、特許文献２には、軌道と台車の異常を検出する技術が記載されている。具体的には、複数の台車に設けられた加速度センサにより台車の加速度（振動値）を検出し、複数の輪軸に設けられた加速度センサにより輪軸の加速度（振動値）を検出し、軌道異常と台車異常とを検出する。

特許文献３には、鉄道車両を停止状態で加振して車両の各機器（台車枠、輪軸、アクチュエータ等）の異常を診断する技術が記載されている。さらに、特許文献４には、上下方向の加速度とピッチング方向の加速度とを検出し、上下並進とピッチングとの位相差から緩衝器の異常を検出する技術が記載されている。しかし、台車と車体との間に設けられた緩衝器の異常を高精度に検出するためには、既存のセンサだけでなく、例えば輪軸の振動を検出するセンサ等の追加のセンサが必要になる可能性がある。これにより、追加コストが発生することに加えて、システム規模が大きくなる可能性がある。

これに対して、第１の実施形態の作動状態診断装置１２は、追加のセンサを必要とせずに、既存のセンサを用いて高精度に異常を判定（診断）することができる。以下、第１の実施形態の作動状態診断装置１２について説明する。

作動状態診断装置１２は、コンベンショナルダンパであるダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態を診断する。作動状態診断装置１２は、前述の圧力センサ９Ａ，９Ｂと、車速センサ１０と、位置センサ１１とに加えて、診断の演算処理を行う演算処理装置としての診断装置１３を備えている。診断装置１３は、車両１に設けられている。診断装置１３には、圧力センサ９Ａ，９Ｂからの空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力、車速センサ１０からの車両１の走行速度（車速）、および、位置センサ１１からの車両１の走行位置（現在位置）が、通信回線１４を介してリアルタイムで入力される。このために、診断装置１３は、上位の制御装置（図示せず）と通信回線１４を介して接続されている。これにより、診断装置１３には、通信回線１４を介して車両１の車両情報（即ち、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力、車両１の走行速度、走行位置を含む車両情報）が上位信号として入力される。なお、圧力センサ９Ａ，９Ｂと車速センサ１０と位置センサ１１とを診断装置１３に直接接続する構成としてもよい。

診断装置１３は、車両１の予め決められた位置（例えば、車体２のほぼ中央となる位置等）に設置されている。診断装置１３は、例えばマイクロコンピュータを含んで構成されている。診断装置１３は、ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリ等からなる記憶部としてのメモリ１３Ａを有している。メモリ１３Ａには、例えば、後述の図３に示す処理フローを実行するための処理プログラム、即ち、ダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態の診断に用いる処理プログラムが格納（記憶）されている。また、メモリ１３Ａには、作動状態の診断に用いる基準値（例えば、基準圧力）、判定値（判定基準、閾値）に加えて、特許文献１に記載されているような鉄道車両の状態の算出に用いる状態方程式等の車両モデルも格納されている。

また、メモリ１３Ａには、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力、車両１の走行速度、走行位置がリアルタイムで格納される。さらに、メモリ１３Ａには、走行位置からその走行位置の軌道（線路）の上下変位（高さ位置）を得るための情報（データ）、即ち、走行位置とこの走行位置に対応する左右の軌道の上下変位との関係がマップ（左右各輪の軌道ＭＡＰ）として格納されている。この情報（軌道情報）は、例えば軌道の点検作業、保線作業、変更作業等が行われたときに最新の情報に書き換えることができる。

診断装置１３は、車両１の走行中に、圧力センサ９Ａ，９Ｂからの圧力値の信号と、車速センサ１０からの車速の信号と、位置センサ１１からの走行位置の信号とをリアルタイムで取得する。なお、車速および／または走行位置については、鉄道信号システムからの車速の信号および／または走行位置の信号を用いてもよい。診断装置１３は、これらの信号に基づいてダンパ８Ａ，８Ｂの異常を判定する。具体的には、診断装置１３は、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力値と車両１の車速と走行位置とに基づいて内部で演算を行い、ダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態を診断する処理を行う。

この場合、診断装置１３は、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力値から空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位を算出する。これに加えて、診断装置１３は、「位置情報から得られる軌道の上下変位」と「空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力値から算出される空気ばね反力の質量変化分」とから「鉄道車両モデル」を用いて空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位を推定する。そして、診断装置１３は、空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位の算出値と推定値とを比較し、ダンパ８Ａ，８Ｂの異常を判定する。即ち、第１の実施形態では、車両１内の各種機器に配信される車両１の走行速度、現在位置、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力センサ値を基に、車両１の車両モデルを用いて空気ばね７Ａ，７Ｂの変位を推定値（変位推定値）として演算する。これと共に、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力センサ値と受圧面積とばね定数とから、空気ばね７Ａ，７Ｂの変位を算出値（変位算出値）として演算する。そして、これら推定値と算出値とを比較し、ダンパ８Ａ，８Ｂの異常を判定する。

このために、図２に示すように、診断装置１３は、基準圧力出力部１５と、減算部１６と、ばね機構変位算出部を構成するばね変位算出部１７と、ばね反力算出部１８と、質量変化分算出部１９と、前車軸位置の軌道上下変位算出部２０と、遅れ時間算出部２１と、後車軸位置の軌道上下変位算出部２２と、ばね機構変位推定部としてのばね変位推定部２３と、緩衝器異常判定部としてのダンパ異常判定部２４とを備えている。

基準圧力出力部１５は、メモリ１３Ａに予め記憶された空気ばね７Ａ，７Ｂの基準圧力Ｐ０[Ｐａ]を減算部１６に出力する。減算部１６には、圧力センサ９Ａ，９Ｂから空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力（例えば、４個の空気ばね７Ａ，７Ｂのそれぞれの圧力）が入力され、基準圧力出力部１５から基準圧力（例えば、４個の空気ばね７Ａ，７Ｂのそれぞれの基準圧力）が入力される。減算部１６は、圧力センサ９Ａ，９Ｂで測定（検出）された空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力Ｐ[Ｐａ]（即ち、リアルタイムの圧力Ｐ）から基準圧力Ｐ０を減算することにより、基準値である基準圧力Ｐ０からの差分圧力ΔＰを求める。即ち、減算部１６は、次の数１式の演算を行う。

減算部１６は、算出した差分圧力ΔＰ（例えば、４個の空気ばね７Ａ，７Ｂの差分圧力ΔＰ）をばね変位算出部１７とばね反力算出部１８とに出力する。ばね変位算出部１７には、減算部１６から差分圧力ΔＰが入力される。ばね変位算出部１７は、圧力センサ９Ａ，９Ｂから出力された空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力値（より具体的には、差分圧力ΔＰ）を用いて空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位を算出し、その算出値をダンパ異常判定部２４に出力する。この場合、ばね変位算出部１７は、空気ばね７Ａ，７Ｂの差分圧力ΔＰと受圧面積Ａ[ｍ２]との乗算値を空気ばね定数Ｋ[Ｎ／ｍ]で除算することにより空気ばね変位ΔＸ[ｍ]を求める。即ち、ばね変位算出部１７は、次の数２式の演算を行う。

ばね変位算出部１７は、算出した空気ばね変位ΔＸ（例えば、４個の空気ばね７Ａ，７Ｂのそれぞれの空気ばね変位ΔＸ）を、空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位の算出値としてダンパ異常判定部２４に出力する。ばね反力算出部１８には、減算部１６から差分圧力ΔＰが入力される。ばね反力算出部１８は、圧力センサ９Ａ，９Ｂから出力された空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力値（より具体的には、差分圧力ΔＰ）を用いて空気ばね７Ａ，７Ｂの上下方向の反力を算出し、その算出値を質量変化分算出部１９に出力する。この場合、ばね反力算出部１８は、差分圧力ΔＰと受圧面積Ａとを乗算することにより空気ばね反力ΔＦ[Ｎ]を求める。即ち、ばね反力算出部１８は、次の数３式の演算を行う。

ばね反力算出部１８は、算出した空気ばね反力ΔＦ（例えば、４個の空気ばね７Ａ，７Ｂのそれぞれの空気ばね反力ΔＦ）を、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力値Ｐに関する第１情報として質量変化分算出部１９に出力する。質量変化分算出部１９には、ばね反力算出部１８から空気ばね反力ΔＦが入力される。質量変化分算出部１９は、ばね反力算出部１８から出力された空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力値Ｐに関する第１情報（空気ばね反力ΔＦ）を用いて質量変化分ΔＭを算出し、その算出値をばね変位推定部２３に出力する。この場合、質量変化分算出部１９は、空気ばね反力ΔＦを重力加速度ｇで除算することにより基準値からの車体２の質量変化分ΔＭを求める。即ち、質量変化分算出部１９は、次の数４式の演算を行う。

質量変化分算出部１９は、算出した質量変化分ΔＭ（例えば、４個の空気ばね７Ａ，７Ｂのそれぞれの空気ばねの質量変化分ΔＭ）を、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力値Ｐに関する第２情報としてばね変位推定部２３に出力する。軌道上下変位算出部２０には、位置センサ１１から出力された車両１の現在位置Ｌが入力される。軌道上下変位算出部２０は、車両１の現在位置Ｌからその位置の軌道の上下変位を求める。具体的には、軌道上下変位算出部２０は、車両１の現在位置Ｌから、診断装置１３のメモリ１３Ａ内に格納されている左右各輪（車輪４）の軌道ＭＡＰ（軌道情報）に基づいて、前車軸位置（例えば、進行方向の前側の台車３Ａの位置）の軌道の上下変位Ｓｆ（左前軌道上下変位Ｓｆl、右前軌道上下変位Ｓｆr）を取得する。軌道上下変位算出部２０は、取得した前車軸位置の軌道の上下変位Ｓｆ（Ｓｆl、Ｓｆr）を、後車軸位置（例えば、進行方向の後側の台車３Ｂの位置）の軌道の上下変位Ｓｒ（左後軌道上下変位Ｓｒl、右後軌道上下変位Ｓｒr）を算出する軌道上下変位算出部２２に出力する。また、軌道上下変位算出部２０は、前車軸位置の軌道の上下変位Ｓｆ（Ｓｆl、Ｓｆr）を、ばね変位推定部２３に出力する。

ここで、軌道上下変位算出部２０は、軌道ＭＡＰ（軌道情報）を呼び出すときに、車両１が走行する路線が単線であれば、データ（情報）をそのまま読み込むことができる。しかし、軌道上下変位算出部２０は、路線が複線であれば、現在位置Ｌを微分して電車の進行方向を演算し、進行方向によって軌道情報を上り線と下り線とで分けることが好ましい。即ち、メモリ１３Ａには、上り線の軌道情報と下り線の軌道情報とを格納し、そのときの進行方向に応じた軌道情報を用いることが好ましい。この理由は、車両１の軌道は、上り線と下り線とで完全に同一でなく、例えば、上り線と下り線とで分岐路の位置や構造が異なる場合があるためである。さらに、列車の種別によっては、例えば、同じ上り線でも、待避線を通る場合と通過線を通る場合とがあるため、位置情報と速度とから普通列車か優等列車（快速、急行、準急、特急）かを切り分け、それに応じた軌道情報をメモリ１３Ａに格納してもよい。

遅れ時間算出部２１には、車速センサ１０で測定された車両１の走行速度Ｖ[ｍ／ｓ]（即ち、リアルタイムの走行速度Ｖ）が入力される。遅れ時間算出部２１は、走行速度Ｖと車両１の車軸間距離Ｄ[ｍ]（例えば、前側の台車３Ａと後側の台車３Ｂとの間の距離）とから前車軸位置と後車軸位置との間の遅れ時間τを求める。即ち、遅れ時間算出部２１は、車両１の車軸間距離Ｄ[ｍ]を走行速度Ｖで除算することにより遅れ時間τを求める。遅れ時間算出部２１は、求めた遅れ時間τを後車軸位置の軌道上下変位算出部２２に出力する。

後車軸位置の軌道上下変位算出部２２には、前車軸位置の軌道上下変位算出部２０から前車軸位置の軌道の上下変位Ｓｆ（Ｓｆl、Ｓｆr）が入力され、遅れ時間算出部２１から遅れ時間τが入力される。後車軸位置の軌道上下変位算出部２２は、前車軸位置の軌道の上下変位Ｓｆ（Ｓｆl、Ｓｆr）と遅れ時間τとから後車軸位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）を算出する。軌道上下変位算出部２２は、算出した後車軸位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）をばね変位推定部２３に出力する。

ばね変位推定部２３は、ばね変位算出部１７、ダンパ異常判定部２４等と共に、車両１に配置されている。ばね変位推定部２３には、質量変化分算出部１９から「車体２の質量変化分ΔＭ」が入力され、軌道上下変位算出部２０から「前車軸位置の軌道の上下変位Ｓｆ（Ｓｆl、Ｓｆr）」が入力され、軌道上下変位算出部２２から「後車軸位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）」が入力される。ばね変位推定部２３は、車体２の質量変化分ΔＭと前車軸位置の軌道の上下変位Ｓｆ（Ｓｆl、Ｓｆr）と後車軸位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）を入力とし、車両モデルにて空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位を演算により推定する。ばね変位推定部２３、その推定値を空気ばね変位推定値ΔＸｃ（例えば、４個の空気ばね７Ａ，７Ｂのそれぞれの空気ばね変位推定値ΔＸｃ）としてダンパ異常判定部２４に出力する。

即ち、ばね変位推定部２３は、「車両１をモデル化した鉄道車両モデル」と「位置センサ１１から出力された位置情報（より具体的には、位置情報から得られる軌道の上下変位Ｓｆ，Ｓｒ）」と「空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力値Ｐ（より具体的には、圧力値Ｐから算出される質量変化分ΔＭ）」とを用いて空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位を推定し、ダンパ異常判定部２４に出力する。より詳しくは、ばね変位推定部２３は、「鉄道車両モデル」と「車速センサ１０から出力された車両１の速度値と位置情報とから得られる軌道の上下変位Ｓｆ、Ｓｒ」と「圧力値Ｐに関する第２情報（質量変化分ΔＭ）」とから、空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位を演算により推定する。ばね変位推定部２３は、推定された空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位、即ち、空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位の推定値である空気ばね変位推定値ΔＸｃを、ダンパ異常判定部２４に出力する。

ここで、鉄道車両モデルは、例えば、特許文献１に記載されたような「車両モデル」を用いることができる。即ち、ばね変位推定部２３は、特許文献１の段落［００３６］以降および図面の図３に記載されたような鉄道車両モデル（状態方程式）を用いて空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位を推定（空気ばね変位推定値ΔＸｃを演算）することができる。なお、ばね変位推定部２３は、特許文献１以外の鉄道車両モデル（状態方程式）を用いてもよい。例えば、空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位の推定値をより精度よく求めることができる車両モデル（状態方程式）、換言すれば、車両１の構造により対応した車両モデル（状態方程式）を用いることができる。

ダンパ異常判定部２４には、ばね変位算出部１７から空気ばね変位ΔＸが入力され、ばね変位推定部２３から空気ばね変位推定値ΔＸｃが入力される。ダンパ異常判定部２４は、空気ばね変位ΔＸと空気ばね変位推定値ΔＸｃとを比較し、ダンパ８Ａ，８Ｂが正常か異常かを判定する。即ち、ダンパ異常判定部２４は、ばね変位算出部１７から出力された空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位の算出値である空気ばね変位ΔＸと、ばね変位推定部２３から出力された空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位の推定値である空気ばね変位推定値ΔＸｃとを比較し、異常を判定する。ダンパ異常判定部２４は、例えば、空気ばね変位ΔＸと空気ばね変位推定値ΔＸｃとの差分値が、予め設定された閾値Ｘ１以上である場合に、ダンパ８Ａ，８Ｂが異常であると判定することができる。閾値Ｘ１は、ダンパ８Ａ，８Ｂが正常か異常かを判定するための判定基準となる閾値であり、メモリ１３Ａに予め記憶しておく。閾値Ｘ１は、例えば、計算、実験、シミュレーション等により予め求めることができ、精度のよい判定を行うことができる値として設定する。ダンパ異常判定部２４は、ダンパ８Ａ，８Ｂが正常であるか否かの判定結果、即ち、上下動ダンパ異常検出結果を、診断装置１３の診断情報として上位の制御装置に出力（通知）する。これにより、上位の制御装置は、上下動ダンパ異常検出結果（ダンパ８Ａ，８Ｂが正常であるか否か）を取得することができる。上位の制御装置は、例えば、異常である旨の判定結果を取得した場合、車両１の運転室に設けられたモニタ等に警告の表示をすることにより運転手に報知する。

第１の実施形態による車両１および車両１に搭載された作動状態診断装置１２は、上述の如き構成を有するもので、次に、その作動について説明する。

車両１は、レールＲ（軌道）に沿って、例えば図１の左側に向けて走行する。車両１が走行しているときに、例えばロール（横揺れ）またはピッチ（前後方向の揺れ）等の振動が発生すると、ダンパ８Ａ，８Ｂは、このときの上，下方向の振動を低減させるような減衰力を発生する。これにより、車体２の上下方向の振動を低減（抑制）することができる。また、車両１の走行中、診断装置１３には、上位の制御装置から通信回線１４を介して車両１の車両情報、即ち、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力値Ｐ、車両１の現在位置Ｌおよび走行速度Ｖが上位信号として入力される。診断装置１３は、リアルタイムで取得した圧力値Ｐと現在位置Ｌと走行速度Ｖとに基づいて、ダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態を診断する。即ち、診断装置１３は、車両１の走行中にダンパ８Ａ，８Ｂの異常を判定する。

図３の流れ図は、診断装置１３で行われる診断処理（異常の判定処理）を示している。図３の処理は、診断装置１３が起動した後、所定の制御周期（例えば、１０msec）で繰り返し実行される。

図３の処理が開始されると、診断装置１３は、Ｓ１で、上位信号から情報を取得する。即ち、Ｓ１では、図示しない上位の制御装置から通信回線１４を介して車両１の車両情報、具体的には、車両１の位置情報（現在位置Ｌ）、車両１の速度値（走行速度Ｖ）、空気ばね７Ａ，７Ｂの内圧である圧力値Ｐを取得する。Ｓ２では、Ｓ１で取得した車両情報（現在位置Ｌ、走行速度Ｖ、圧力値Ｐ）から「前車軸位置の軌道の上下変位Ｓｆ（Ｓｆl、Ｓｆr）」と「後車軸位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）」と「質量変化分ΔＭ」とを求め、鉄道車両モデルを基に空気ばね変位推定値ΔＸｃを演算する。Ｓ３では、Ｓ１で取得した車両情報（圧力値Ｐ）から空気ばね変位ΔＸを演算する。

Ｓ４では、ダンパ８Ａ，８Ｂが正常であるか否かを判定する。この場合、Ｓ４では、Ｓ２で演算された空気ばね変位推定値ΔＸｃとＳ３で演算した空気ばね変位ΔＸとを比較する。即ち、Ｓ４では、例えば、空気ばね変位推定値ΔＸｃと空気ばね変位ΔＸとの差分値が閾値Ｘ１以上であるか否かを判定する。Ｓ４で「ＮＯ」、即ち、空気ばね変位推定値ΔＸｃと空気ばね変位ΔＸとの差分値が閾値Ｘ１よりも小さいと判定された場合は、Ｓ５に進む。一方、Ｓ４で「ＹＥＳ」、即ち、空気ばね変位推定値ΔＸｃと空気ばね変位ΔＸとの差分値が閾値Ｘ１以上であると判定された場合は、Ｓ７に進む。

Ｓ５では、ダンパ８Ａ，８Ｂが正常であると判定し、Ｓ６に進む。Ｓ６では、ダンパ異常判定部２４から診断情報として「ダンパ正常」の信号を上位の制御装置に出力（通知）し、エンド（リターン）する。即ち、エンドを介してスタートに戻り、Ｓ１以降の処理を繰り返す。これに対して、Ｓ７では、ダンパ８Ａ，８Ｂが異常であると判定し、Ｓ８に進む。Ｓ８では、ダンパ異常判定部２４から診断情報として「ダンパ異常」の信号を上位の制御装置に出力（通知）し、エンド（リターン）する。なお、Ｓ６の「ダンパ正常」の通知は、運転中の通知と兼ねてもよく、省略してもよい。即ち、ダンパ異常判定部２４は、ダンパ８Ａ，８Ｂが異常であると判定した場合のみ、診断情報として「ダンパ異常」の信号を上位の制御装置に出力する構成としてもよい。

なお、Ｓ４の処理、即ち、ダンパ異常判定部２４で空気ばね変位ΔＸと空気ばね変位推定値ΔＸｃとを比較するときは、リアルタイムで常時比較してもよく、また、予め設定した時間（規定時間）内の平均値を比較してもよい。さらに、ダンパ異常判定部２４は、空気ばね変位ΔＸと空気ばね変位推定値ΔＸｃとの差の積算値が規定値以上になった場合に、異常と判定してもよい。即ち、異常判定（作動状態の診断）に関する数値処理については、上述した処理に限らない。

また、例えば、Ｓ４で全ての空気ばね７Ａ，７Ｂの空気ばね変位推定値ΔＸｃと空気ばね変位ΔＸとの差分値が閾値Ｘ１以上であると判定された場合を考える。この場合は、ダンパ８Ａ，８Ｂの全て（４本）が同時に異常状態になったとも考えられるが、このような異常状態になる可能性は低い。そこで、このような場合には、軌道異常と判定してもよい。例えば、このような判定を行う処理を、図３のＳ４の処理の後に加えてもよい。さらに、ダンパ異常判定部２４は、空気ばね変位ΔＸと空気ばね変位推定値ΔＸｃとの差分値が閾値Ｘ１以上と判定されたときに、例えば、異常判定する区間を長く取り、走行路線中の特定区間（短い区間）のみ異常（差分値が閾値Ｘ１以上）の場合は軌道異常と判定し、走行路線中の全体にわたり異常（差分値が閾値Ｘ１以上）の場合はダンパ異常と判定してもよい。即ち、軌道異常とダンパ異常との切り分けを行ってもよい。いずれにしても、第１の実施形態では、車両１が走行しているときに、上位信号として車両１に常時流れている情報に基づいて、ダンパ８Ａ，８Ｂの異常判定（作動状態診断）をリアルタイムで高精度に行うことができる。

以上のように、第１の実施形態によれば、「空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位の算出値である空気ばね変位ΔＸ」と「空気ばね７Ａ，７Ｂの上下変位の推定値である空気ばね変位推定値ΔＸｃ」とを比較し、異常を判定する。この場合、ばね変位算出部１７は、既存の圧力センサ９Ａ，９Ｂにより測定された圧力値Ｐを用いて空気ばね変位ΔＸを算出できる。また、ばね変位推定部２３は、既存の圧力センサ９Ａ，９Ｂにより測定された圧力値Ｐと既存の位置センサ１１により取得される位置情報とを用いて空気ばね変位推定値ΔＸｃを推定することができる。さらに、ばね変位推定部２３は、位置情報から得られるその位置の軌道の情報（軌道の上下変位Ｓｆ，Ｓｒ）から鉄道車両モデルを用いて空気ばね変位推定値ΔＸｃを推定することができるため、この推定の精度を向上できる。これにより、追加のセンサが必要になることを抑制しつつ異常の判定の精度を向上できる。

第１の実施形態によれば、ばね変位推定部２３は、「鉄道車両モデル」と「車速センサ１０から出力された速度値と既存の位置センサ１１により取得される位置情報とから得られる軌道の上下変位Ｓｆ，Ｓｒ」と「圧力値Ｐに関する情報である車体２の質量変化分ΔＭ」とから空気ばね変位推定値ΔＸｃを推定する。このため、ばね変位推定部２３は、進行方向前側の車軸（前側の台車３Ａ）に対応する位置の軌道の上下変位Ｓｆ（Ｓｆl、Ｓｆr）と進行方向後側の車軸（後側の台車３Ｂ）に対応する位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）とを用いて空気ばね変位推定値ΔＸｃを推定できる。これにより、ばね変位推定部２３の推定精度をより向上できる。

なお、第１の実施形態では、車速センサ１０から出力された速度値（走行速度Ｖ）を用いて、進行方向後側の車軸（後側の台車３Ｂ）に対応する位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）を算出する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、車速センサ１０を省略し、位置センサ１１の位置情報（現在位置Ｌ）から算出された速度値（走行速度Ｖ）を用いて、進行方向後側の車軸（後側の台車３Ｂ）に対応する位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）を算出してもよい。

即ち、ばね機構変位推定部は、「鉄道車両モデル」と「位置情報から算出された鉄道車両の速度値と位置情報とから得られる軌道の上下変位」と「圧力値に関する情報」とからばね機構の上下変位を推定してもよい。この場合も、ばね機構変位推定部は、進行方向前側の車軸に対応する位置の軌道の上下変位と進行方向後側の車軸に対応する位置の軌道の上下変位とを用いてばね機構の上下変位を推定できる。このため、この場合も、ばね機構変位推定部の推定精度をより向上できる。

第１の実施形態では、位置情報（現在位置Ｌ）と速度値（走行速度Ｖ）とを用いて進行方向前側の車軸（前側の台車３Ａ）に対応する位置の軌道の上下変位Ｓｆ（Ｓｆl、Ｓｆr）と進行方向後側の車軸（後側の台車３Ｂ）に対応する位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）とを取得する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、速度値を用いずに軌道の上下変位を取得する構成としてもよい。即ち、鉄道車両の現在の位置（位置情報）と鉄道車両が走行している路線の軌道情報（軌道ＭＡＰ）と鉄道車両の寸法とから進行方向前側の車軸（前側の台車）に対応する位置の軌道の上下変位と進行方向後側の車軸（後側の台車）に対応する位置の軌道の上下変位とを取得してもよい。

第１の実施形態では、ダンパ８Ａ，８Ｂの異常判定の演算処理を行う診断装置１３を上位の制御装置と別に設けた場合を例に挙げて説明したが、診断装置１３を上位の制御装置に組み込んでもよい。即ち、緩衝器の異常判定は、この判定を行う専用の演算処理装置（マイクロコンピュータ）を備える構成としてもよいし、他の制御処理を行う演算処理装置（マイクロコンピュータ）に内蔵してもよい。

第１の実施形態では、診断装置１３により車両１の走行中にリアルタイムで常時異常判定を行うことができる。しかし、診断装置１３の鉄道車両モデルに基づく演算機能（推定機能）は、車両１の走行速度Ｖや軌道条件（現在位置Ｌ）によって誤差が大きくなる（空気ばね変位推定値ΔＸｃの精度が低くなる）可能性がある。そこで、図４に示す第１の変形例のように、車両１が予め設定した走行区間（Ｌ１とＬ２との間）を予め設定した走行速度（Ｖ１とＶ２との間）で走行しているときに、異常判定（作動状態診断）を行う構成としてもよい。

即ち、第１の変形例では、診断装置１３は、位置情報（現在位置Ｌ）が予め定められた範囲内（Ｌ１＜Ｌ＜Ｌ２）であり、かつ、速度値（走行速度Ｖ）が予め定められた範囲内（Ｖ１＜Ｖ＜Ｖ２）であるときの空気ばね変位推定値ΔＸｃを用いてダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態を診断する。このために、第１の変形例では、第１の実施形態の図３のＳ１とＳ２の間にＳ２１およびＳ２２の処理を追加している。即ち、第１の変形例では、図４に示すように、Ｓ１とＳ２との間でＳ２１とＳ２２の処理を行う。この場合、Ｓ１に続くＳ２１では、Ｓ１で取得した現在位置Ｌ（位置情報）が所定の範囲内、例えば、所定値Ｌ１から所定値Ｌ２の間（Ｌ１＜Ｌ＜Ｌ２）であるか否かを判定する。Ｓ２１で「ＹＥＳ」と判定された場合はＳ２２に進み、Ｓ２１で「ＮＯ」と判定された場合はＳ１に戻る。Ｓ２２では、Ｓ１で取得した走行速度Ｖ（速度値）が所定の範囲内、例えば、所定値Ｖ１から所定値Ｖ２の間（Ｖ１＜Ｖ＜Ｖ２）であるか否かを判定する。Ｓ２２で「ＹＥＳ」と判定された場合はＳ２以降の処理（異常判定処理）に進み、Ｓ２２で「ＮＯ」と判定された場合はＳ１に戻る。

このように、第１の変形例では、異常判定する区間および走行速度が設定されている。このため、例えば、速度（所定値Ｖ１，Ｖ２）を適切に設定することにより、朝または夕方の通勤時のように、車両１の前後に別の車両が詰まっており通常よりも車両１の走行速度Ｖが遅い状態では、異常判定を中止することができる。また、区間（所定値Ｌ１，Ｌ２）を適切に設定することで、例えば、分岐器前後等の軌道が著しく悪い区間（異常判定に適していない場所）での空気ばね変位推定値ΔＸｃを除外し、直線水平区間等の軌道が著しく良い区間（異常判定に適している場所）での空気ばね変位推定値ΔＸｃを採用することができる。これにより、異常判定の精度を高めることができる。即ち、このような第１の変形例によれば、位置情報が予め定められた範囲内であるときの空気ばね変位推定値ΔＸｃを用いてダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態を診断できる。このため、直線区間等の軌道が安定する走行区間の空気ばね変位推定値ΔＸｃを用いてダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態を診断することができる。これにより、この面からも異常の判定の精度を向上できる。なお、Ｓ２１またはＳ２２のいずれか一方を省略してもよい。

第１の実施形態では、診断装置１３により車両１の走行中にリアルタイムで常時異常判定を行うことができる。しかし、車両１の走行条件や車体２の積載条件によって誤差が大きくなる可能性がある。そこで、図５に示す第２の変形例のように、予め設定した時間（ｔ１とｔ２との間）に異常判定（作動状態診断）を行う構成としてもよい。即ち、第２の変形例では、診断装置１３は、現在時刻が予め定められた範囲内（ｔ１＜ｔ＜ｔ２）であるときの空気ばね変位推定値ΔＸｃを用いてダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態を診断する。このために、第２の変形例では、第１の実施形態の図３のＳ１とＳ２の間にＳ３１およびＳ３２の処理を追加している。即ち、第２の変形例では、図５に示すように、Ｓ１とＳ２との間でＳ３１とＳ３２の処理を行う。この場合、Ｓ１に続くＳ３１では、現在時刻ｔを取得する。Ｓ３１に続くＳ３２では、Ｓ３１で取得した現在時刻ｔが所定の範囲内、例えば、時刻ｔ１と時刻ｔ２との間（ｔ１＜ｔ＜ｔ２）であるか否かを判定する。Ｓ３２で「ＹＥＳ」と判定された場合はＳ２以降の処理（異常判定処理）に進み、Ｓ３２で「ＮＯ」と判定された場合はＳ１に戻る。

このように、第２の変形例では、異常判定する時刻が設定されている。このため、時刻ｔ１，ｔ２を適切に設定することで、例えば、早朝、深夜または日中等、車両１の走行条件が比較的一定の条件を選んで異常判定をすることができる。これにより、異常判定の精度を高めることができる。即ち、このような第２の変形例によれば、現在時刻が予め定められた範囲内であるときの空気ばね変位推定値ΔＸｃを用いてダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態を診断できる。このため、早朝、深夜または日中等の車両１の走行条件が比較的一定となる時刻の空気ばね変位推定値ΔＸｃを用いてダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態を診断することができる。これにより、この面からも異常の判定の精度を向上できる。

また、図６は、第３の変形例を示している。第３の変形例は、第１の変形例と第２の変形例とを組み合わせている。即ち、第３の変形例では、車両１が予め設定した走行区間（Ｌ１とＬ２との間）を予め設定した走行速度（Ｖ１とＶ２との間）で走行しており、かつ、予め設定した時間（ｔ１とｔ２との間）であるときに、異常判定（作動状態診断）を行う構成としてもよい。これにより、異常判定の精度をより高めることができる。

第１の実施形態および第１ないし第３の変形例では、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力（内圧）の値と関係なく異常判定を行う場合を例に挙げて説明した。ここで、車両１は、通常、乗員乗客の数に合わせて空気ばね７Ａ，７Ｂの内圧を調整し、車高を一定に保っている。しかし、例えば、空気ばね７Ａ，７Ｂの空気が漏れた場合、または、車体傾斜のために空気ばね７Ａ，７Ｂの内圧を上げている場合は、推定の演算精度が低下し、誤判定する可能性がある。そこで、図７に示す第４の変形例のように、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力が予め設定した範囲（Ｐ１とＰ２との間）のときに、異常判定（作動状態診断）を行う構成としてもよい。

即ち、第４の変形例では、診断装置１３は、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力Ｐが予め設定した範囲内（Ｐ１＜Ｐ＜Ｐ２）であるときの空気ばね変位推定値ΔＸｃを用いてダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態を診断する。このために、第４の変形例では、図６に示す第３の変形例のＳ３２の処理の後にＳ４１の処理を追加している。即ち、第４の変形例では、図７に示すように、Ｓ３２とＳ２との間でＳ４１の処理を行う。この場合、Ｓ３２に続くＳ４１では、Ｓ１で取得した空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力値Ｐが圧力値Ｐ１とＰ２との間（Ｐ１＜Ｐ＜Ｐ２）であるか否かを判定する。Ｓ４１で「ＹＥＳ」と判定された場合はＳ２以降の処理（異常判定処理）に進み、Ｓ４１で「ＮＯ」と判定された場合はＳ１に戻る。このように、第４の変形例では、異常判定する圧力が設定されている。このため、圧力値Ｐ１，Ｐ２を適切に設定することで、空気ばね７Ａ，７Ｂの内圧が異常なとき（例えば、内圧変化が大きいとき）の推定値に基づく誤判定を抑制できる。これにより、異常判定の精度を高めることができる。

第１の実施形態および第１ないし第４の変形例では、車両１の進行方向と関係なく異常判定を行う場合を例に挙げて説明した。しかし、車両１は、「上り線と下り線」または「外回り線と内回り線」で軌道状態やポイントの有無が異なり、同一の閾値では推定の演算精度が低下し、誤判定する可能性がある。そこで、図８に示す第５の変形例のように、車両１が上り線を走行しているときに、異常判定（作動状態診断）を行う構成としてもよい。また、図９に示す第６の変形例のように、車両１が下り線を走行しているときに、異常判定（作動状態診断）を行う構成としてもよい。車両１の進行方向は、例えば、位置情報から判定することができる。これにより、位置情報から車両１の進行方向に応じた軌道の上下変位を用いてダンパ８Ａ，８Ｂの作動状態を診断することができる。

図８に示す第５の変形例では、図７に示す第４の変形例の処理の途中にＳ５１の処理を追加している。Ｓ５１では、進行方向が上りであるか否かを判定する。図９に示す第６の変形例では、図８に示す第５の変形例のＳ２１，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４１、Ｓ５１の処理をＳ６１，Ｓ６２，Ｓ６３，Ｓ６４，Ｓ６５に変更している。即ち、第６の変形例では、上り線と下り線とで現在位置や走行速度などの閾値（Ｌ３，Ｌ４，Ｖ３，Ｖ４，ｔ３，ｔ４）を変えている。しかし、全てを変える必要はなく、例えば時刻や速度などは同一としてもよい。また、上り線と下り線以外にも、外回り線と内回り線等、鉄道車両の走行に合せた進行方向を選択してもよい。このような変形例では、「上り線と下り線」または「外回り線と内回り線」による走行条件の差も含めて、演算精度の高い走行区間、走行条件を選ぶことができる。これにより、異常判定の精度を向上できる。

次に、図１０ないし図１３は、第２の実施形態を示している。第２の実施形態の特徴は、台車と車輪との間の緩衝器を減衰力調整式ダンパ（セミアクティブダンパ）とすると共に、減衰力調整式ダンパの減衰力を制御する制御装置で作動状態の診断（異常判定処理）を行う構成としたことにある。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略する。

車両１の車体２と台車３Ａ，３Ｂとの間には、緩衝器としてのダンパ３１Ａ－３１Ｄが配置されている。ダンパ３１Ａ－３１Ｄは、それぞれ減衰力の調整が可能な減衰力調整式ダンパ（セミアクティブダンパ）であり、台車３Ａ，３Ｂの振動を抑制する。この場合、ダンパ３１Ａ－３１Ｄは、例えば、ソレノイドバルブ等の制御バルブ３７Ａ－３７Ｄを備えている。ダンパ３１Ａ－３１Ｄは、制御装置３４からの電力（駆動電流）の供給により制御バルブ３７Ａ－３７Ｄの開弁圧が調整されることにより、減衰特性をハードな特性（硬特性）からソフトな特性（軟特性）へと連続的に調整することができる。

なお、ダンパ３１Ａ－３１Ｄは、減衰特性を連続的に調整するものに限らず、２段階または複数段階に調整可能なものであってもよい。また、ダンパ３１Ａ－３１Ｄは、電圧や電流に応じて減衰力を調整する減衰力調整式緩衝器（例えば、電気粘性流体、磁性流体等の機能性流体を封入した緩衝器）であってもよい。即ち、ダンパ３１Ａ－３１Ｄは、同じピストン速度において減衰力を可変に調節（増減）することができる各種の減衰力調整式緩衝器を用いることができる。図１１に示すように、ダンパ３１Ａ－３１Ｄは、１つの台車３Ａ，３Ｂに対して２軸配置され、１台の車両１（２つの台車３Ａ，３Ｂ）に対して４軸配置される。即ち、上下動ダンパとなるダンパ３１Ａ－３１Ｄは、第１の実施形態のダンパ８Ａ，８Ｂと同様に、空気ばね７Ａ－７Ｄと並列に配置されている。

また、図１１に示すように、車体２の４隅、即ち、車体２の前後方向と左右方向とに離間した４個所位置には、それぞれの位置で車体２の上下方向の加速度（振動）を測定する合計４個の加速度センサ３２Ａ－３２Ｄが設けられている。加速度センサ３２Ａ－３２Ｄは、車両１の異なる複数個所にそれぞれ搭載されて車両１の挙動（より具体的には、車体２の振動状態）を検出するセンサ（挙動センサ）である。加速度センサ３２Ａ－３２Ｄは、例えば圧電式、サーボ式、ピエゾ抵抗式等のアナログ式加速度センサ等、各種の加速度センサを用いることができる。

加速度センサ３２Ａ－３２Ｄで測定された加速度（上下加速度）は、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの制御とダンパ３１Ａ－３１Ｄの作動状態の診断とに用いられる。このために、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄは、制御装置３４に接続されている。加速度センサ３２Ａ－３２Ｄは、車体２の上下加速度を測定し、その加速度に対応する信号を制御装置３４に出力する車体加速度測定部を構成している。なお、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄは、車体２の前部左側、前部右側、後部左側、後部右側に限らず、例えば車体２の前部中央、中央部左側、中央部右側、後部中央に配置する等、車体２上のセンサ配置はいかなる形をとっても良い。また、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄの個数も４個に限らず、測定・制御の目的に合わせて自由に選んでよい。例えば、車体２に２個、３個、または５個以上設けてもよい。

次に、各ダンパ３１Ａ－３１Ｄの減衰力を可変に制御（調整）する制御装置３４について説明する。

制御装置３４は、車両１の予め決められた位置（例えば、車体２のほぼ中央となる位置等）に設置されている。制御装置３４は、例えばマイクロコンピュータ、駆動回路を含んで構成されている。制御装置３４の入力側は、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄに接続されている。制御装置３４の出力側は、ダンパ３１Ａ－３１Ｄ（より具体的には、各制御バルブ３７Ａ－３７Ｄ）に接続されている。制御装置３４は、ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発性メモリ等からなる記憶部としてのメモリ３４Ａを有している。メモリ３４Ａには、例えば、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの減衰力の制御を行う処理プログラムが格納されている。また、制御装置３４は、通信回線１４を介して上位の制御装置（図示せず）と接続されている。制御装置３４には、上位の制御装置から通信回線１４を介して車両１の車両情報（例えば、車両の現在位置Ｌ、走行速度Ｖ等）が上位信号として入力される。なお、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄを上位の制御装置に接続し、上位信号として上下加速度も制御装置３４に入力される構成としてもよい。

制御装置３４は、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄから得られるセンサ信号と通信回線１４を介して得られる上位信号とに基づいて内部で演算を行い、各ダンパ３１Ａ－３１Ｄ（より具体的には、各制御バルブ３７Ａ－３７Ｄ）に指令信号となる駆動電流を出力する。即ち、制御装置３４は、サンプリング時間毎に加速度センサ３２Ａ－３２Ｄからの検出信号等を読込みつつ、所定の制御則（制振制御ロジック）に従って各ダンパ３１Ａ－３１Ｄで発生すべき減衰力に対応する駆動電流を演算する。この上で、制御装置３４は、駆動電流を制御バルブ３７Ａ－３７Ｄに個別に出力し、ダンパ３１Ａ－３１Ｄ毎の発生力を可変に制御する。なお、各ダンパ３１Ａ－３１Ｄの制御則としては、例えば、スカイフック制御則、ＬＱＧ制御則またはＨ∞制御則等を用いることができる。

次に、各ダンパ３１Ａ－３１Ｄの作動状態を診断する作動状態診断装置３３について、図１２を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、第１の実施形態の作動状態診断装置１２と相違する部分を主として説明し、同様の部分については詳しい説明を省略する。

第２の実施形態の作動状態診断装置３３は、セミアクティブダンパであるダンパ３１Ａ－３１Ｄの作動状態を診断する。作動状態診断装置３３は、圧力センサ９Ａ－９Ｄと、車速センサ１０と、位置センサ１１と、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄと、診断の演算処理を行う演算処理装置としての制御装置３４とを備えている。制御装置３４は、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの減衰力の制御の演算処理を行う制御装置だけでなく、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの作動状態の診断（異常判定）の演算処理を行う診断装置も兼ねている。このため、制御装置３４のメモリ３４Ａには、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの減衰力の制御に用いる処理プログラムの他、後述の図１３に示す処理フローを実行するための処理プログラム、即ち、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの作動状態の診断に用いる処理プログラムも格納されている。また、制御装置３４のメモリ３４Ａには、前述の第１の実施形態と同様に、作動状態の診断に用いる基準値、判定値、車両モデル、軌道情報（左右各輪の軌道ＭＡＰ）等が格納されている。

制御装置３４には、圧力センサ９Ａ－９Ｄからの空気ばね７Ａ－７Ｄの圧力、車速センサ１０からの車両１の走行速度（車速）、および、位置センサ１１からの車両１の走行位置（現在位置）が通信回線１４を介してリアルタイムで入力される。これに加えて、制御装置３４には、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄからの車体２の上下加速度もリアルタイムで入力される。即ち、制御装置３４は、車両１の走行中に、圧力センサ９Ａ－９Ｄからの圧力値の信号と、車速センサ１０からの車速の信号と、位置センサ１１からの走行位置の信号と、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄからの上下加速度の信号とをリアルタイムで取得する。制御装置３４は、これらの信号に基づいてダンパ３１Ａ－３１Ｄの異常を判定する。具体的には、制御装置３４は、空気ばね７Ａ－７Ｄの圧力値と車両１の車速と走行位置と車体２の上下加速度とに基づいて内部で演算を行い、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの作動状態を診断する処理を行う。

この場合、制御装置３４は、「位置情報から得られる軌道の上下変位」と「空気ばね７Ａ－７Ｄの圧力値から算出される空気ばね反力の質量変化分」とから「鉄道車両モデル」を用いて車体２の上下加速度を推定する。そして、制御装置３４は、この上下加速度の推定値と加速度センサ３２Ａ－３２Ｄで測定された上下加速度の測定値とを比較し、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの異常を判定する。即ち、第２の実施形態では、車両１内の各種機器に配信される車両１の走行速度、現在位置、空気ばね７Ａ－７Ｄの圧力センサ値を基に、車両１の車両モデルを用いて車体２の上下加速度を推定値（加速度推定値）として演算する。そして、この推定値と、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの減衰力の制御に用いられる加速度センサ３２Ａ－３２Ｄの測定値とを比較し、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの異常を判定する。

このために、図１２に示すように、制御装置３４は、基準圧力出力部１５と、減算部１６と、ばね反力算出部１８と、質量変化分算出部１９と、前車軸位置の軌道上下変位算出部２０と、遅れ時間算出部２１と、後車軸位置の軌道上下変位算出部２２と、車体加速度推定部としての加速度推定部３５と、緩衝器異常判定部としてのダンパ異常判定部３６とを備えている。

加速度推定部３５は、ダンパ異常判定部３６等と共に、車両１に配置されている。加速度推定部３５には、質量変化分算出部１９から「車体２の質量変化分ΔＭ」が入力され、軌道上下変位算出部２０から「前車軸位置の軌道の上下変位Ｓｆ」が入力され、軌道上下変位算出部２２から「後車軸位置の軌道の上下変位Ｓｒ」が入力される。加速度推定部３５は、車体２の質量変化分ΔＭと前車軸位置の軌道の上下変位Ｓｆと後車軸位置の軌道の上下変位Ｓｒを入力とし、車両モデルにて車体２の上下加速度を演算により推定する。加速度推定部３５は、その推定値を車体上下加速度推定値Ｇｃとしてダンパ異常判定部３６に出力する。

即ち、加速度推定部３５は、「車両１をモデル化した鉄道車両モデル」と「位置センサ１１から出力された位置情報（より具体的には、位置情報から得られる軌道の上下変位Ｓｆ，Ｓｒ）」と「空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力値Ｐ（より具体的には、圧力値Ｐから算出される質量変化分ΔＭ）」とを用いて車体２の上下加速度を推定し、ダンパ異常判定部３６に出力する。より詳しくは、加速度推定部３５は、「鉄道車両モデル」と「車速センサ１０から出力された車両１の速度値と位置情報とから得られる軌道の上下変位Ｓｆ、Ｓｒ」と「圧力値Ｐに関する第２情報（質量変化分ΔＭ）」とから、車体２の上下加速度を演算により推定する。加速度推定部３５は、推定された車体２の上下加速度、即ち、車体２の上下加速度の推定値である車体上下加速度推定値Ｇｃを、ダンパ異常判定部３６に出力する。

ここで、鉄道車両モデルは、例えば、特許文献１に記載されたような「車両モデル」を用いることができる。即ち、加速度推定部３５は、特許文献１の段落［００３６］以降および図面の図３に記載されたような鉄道車両モデル（状態方程式）を用いて車体２の上下加速度を推定（車体上下加速度推定値Ｇｃを演算）することができる。なお、加速度推定部３５は、特許文献１以外の鉄道車両モデル（状態方程式）を用いてもよい。例えば、車体２の上下加速度の推定値をより精度よく求めることができる車両モデル（状態方程式）、換言すれば、車両１の構造により対応した車両モデル（状態方程式）を用いることができる。

ダンパ異常判定部３６には、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄにより測定された車体２の上下加速度の測定値、即ち、実上下加速度Ｇｒが入力される。また、ダンパ異常判定部３６には、加速度推定部３５から車体上下加速度推定値Ｇｃが入力される。ダンパ異常判定部３６は、実上下加速度Ｇｒと車体上下加速度推定値Ｇｃとを比較し、ダンパ３１Ａ－３１Ｄが正常か異常かを判定する。即ち、ダンパ異常判定部３６は、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄから出力された車体２の上下加速度の測定値である実上下加速度Ｇｒと、加速度推定部３５から出力された車体２の上下加速度の推定値である車体上下加速度推定値Ｇｃとを比較し、異常を判定する。ダンパ異常判定部３６は、例えば、実上下加速度Ｇｒと車体上下加速度推定値Ｇｃとの差分値が、予め設定された閾値Ｇ１以上である場合に、ダンパ３１Ａ－３１Ｄが異常であると判定することができる。閾値Ｇ１は、ダンパ３１Ａ－３１Ｄが正常か異常かを精度よく判定できるように、計算、実験、シミュレーション等により予め求めておく。ダンパ異常判定部３６は、ダンパ３１Ａ－３１Ｄが正常であるか否かの判定結果、即ち、上下動ダンパ異常検出結果を、制御装置３４の診断情報として上位の制御装置に出力する。これにより、上位の制御装置は、上下動ダンパ異常検出結果（ダンパ３１Ａ－３１Ｄが正常であるか否か）を取得することができる。

図１３の流れ図は、制御装置３４で行われる診断処理（異常の判定処理）を示している。図１３の処理は、制御装置３４が起動した後、所定の制御周期（例えば、１０msec）で繰り返し実行される。なお、図１３中の各処理で、前述の第１の実施形態の図３に示した処理と同様の処理については、同じステップ番号を付して、その説明を省略する。

図１３の処理が開始されると、制御装置３４は、Ｓ１１で、上位信号から情報、即ち、車両１の位置情報（現在位置Ｌ）と車両１の速度値（走行速度Ｖ）と空気ばね７Ａ，７Ｂの内圧である圧力値Ｐとを取得する。Ｓ１２では、Ｓ１１で取得した車両情報（現在位置Ｌ、走行速度Ｖ、圧力値Ｐ）から「前車軸位置の軌道の上下変位Ｓｆ（Ｓｆl、Ｓｆr）」と「後車軸位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）」と「質量変化分ΔＭ」とを求め、鉄道車両モデルを基に車体上下加速度推定値Ｇｃを演算する。Ｓ１３では、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄで測定された実上下加速度Ｇｒを取得する。

Ｓ１４では、ダンパ３１Ａ－３１Ｄが正常であるか否かを判定する。この場合、Ｓ１４では、Ｓ２で演算された車体上下加速度推定値ＧｃとＳ１３で取得した実上下加速度Ｇｒとを比較する。即ち、Ｓ１４では、例えば、車体上下加速度推定値Ｇｃと実上下加速度Ｇｒとの差分値が閾値Ｇ１以上であるか否かを判定する。Ｓ１４で「ＮＯ」、即ち、車体上下加速度推定値Ｇｃと実上下加速度Ｇｒとの差分値が閾値Ｇ１よりも小さいと判定された場合は、Ｓ５に進む。一方、Ｓ１４で「ＹＥＳ」、即ち、車体上下加速度推定値Ｇｃと実上下加速度Ｇｒとの差分値が閾値Ｇ１以上であると判定された場合は、Ｓ７に進む。

なお、Ｓ１４の処理、即ち、ダンパ異常判定部３６で車体上下加速度推定値Ｇｃと実上下加速度Ｇｒとを比較するときは、リアルタイムで常時比較してもよく、また、予め設定した時間（規定時間）内の平均値を比較してもよい。さらに、ダンパ異常判定部３６は、車体上下加速度推定値Ｇｃと実上下加速度Ｇｒとの差の積算値が規定値以上になった場合に、異常と判定してもよい。即ち、異常判定（作動状態の診断）に関する数値処理については、加速度値の平均化処理や実効値処理、差分値の積算等、上述した処理に限らない。また、例えば、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの全て（４本）が同時に異常であると判定された場合は、このような異常状態の可能性は低いため、車体２の軌道異常と判定してもよい。さらに、ダンパ異常判定部３６は、車体上下加速度推定値Ｇｃと実上下加速度Ｇｒとの差分値が閾値Ｇ１以上と判定されたときに、例えば、異常判定する区間を長く取り、走行路線中の特定区間（短い区間）のみ異常（差分値が閾値Ｇ１以上）の場合は軌道異常と判定し、走行路線中の全体にわたり異常（差分値が閾値Ｇ１以上）の場合はダンパ異常と判定してもよい。即ち、軌道異常とダンパ異常との切り分けを行ってもよい。いずれにしても、第２の実施形態では、車両１が走行しているときに、上位信号として車両１に常時流れている情報とダンパ３１Ａ－３１Ｄの制振制御用に必要な加速度の情報とに基づいて、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの異常判定（作動状態診断）をリアルタイムで高精度に行うことができる。

第２の実施形態は、上述の如き制御装置３４によりダンパ３１Ａ－３１Ｄの異常を判定するもので、その基本的作用については、第１の実施形態によるものと格別差異はない。特に、第２の実施形態によれば、「車体２の上下加速度の測定値である実上下加速度Ｇｒ」と「車体２の上下加速度の推定値である車体上下加速度推定値Ｇｃ」とを比較し、異常を判定する。この場合、車体２の上下加速度の測定値は、既存の加速度センサ３２Ａ－３２Ｄから出力された測定値を用いることができる。また、加速度推定部３５は、既存の圧力センサ９Ａ，９Ｂにより測定された圧力値Ｐと既存の位置センサ１１により取得される位置情報とを用いて車体上下加速度推定値Ｇｃを推定することができる。さらに、加速度推定部３５は、位置情報から得られるその位置の軌道の情報（軌道の上下変位Ｓｆ，Ｓｒ）から鉄道車両モデルを用いて車体上下加速度推定値Ｇｃを推定することができるため、この推定の精度を向上できる。これにより、追加のセンサが必要になることを抑制しつつ異常の判定の精度を向上できる。

第２の実施形態によれば、加速度推定部３５は、「鉄道車両モデル」と「車速センサ１０から出力された速度値と既存の位置センサ１１により取得される位置情報とから得られる軌道の上下変位Ｓｆ，Ｓｒ」と「圧力値Ｐに関する情報である車体２の質量変化分ΔＭ」とから車体上下加速度推定値Ｇｃを推定する。このため、加速度推定部３５は、進行方向前側の車軸（前側の台車３Ａ）に対応する位置の軌道の上下変位Ｓｆ（Ｓｆl、Ｓｆr）と進行方向後側の車軸（後側の台車３Ｂ）に対応する位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）とを用いて車体上下加速度推定値Ｇｃを推定できる。これにより、加速度推定部３５の推定精度をより向上できる。

なお、第２の実施形態では、車速センサ１０から出力された速度値（走行速度Ｖ）を用いて、進行方向後側の車軸（後側の台車３Ｂ）に対応する位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）を算出する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、車速センサ１０を省略し、位置センサ１１の位置情報（現在位置Ｌ）から算出された速度値（走行速度Ｖ）を用いて、進行方向後側の車軸（後側の台車３Ｂ）に対応する位置の軌道の上下変位Ｓｒ（Ｓｒl、Ｓｒr）を算出してもよい。

即ち、車体加速度推定部は、「鉄道車両モデル」と「位置情報から算出された鉄道車両の速度値と位置情報とから得られる軌道の上下変位」と「圧力値に関する情報」とから車体の上下加速度を推定してもよい。また、速度値を用いずに軌道の上下変位を取得する構成としてもよい。

第２の実施形態では、ダンパ３１Ａ－３１Ｄの減衰力の制御を行う制御装置３４でダンパ３１Ａ－３１Ｄの異常判定の演算処理も行う構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、緩衝器の減衰力の制御の演算処理を行う制御装置と緩衝器の異常判定の演算処理を行う制御装置とを別々に設けてもよい。

また、例えば、図１４に示す第７の変形例のように、車両１が予め設定した走行区間（Ｌ１とＬ２との間）を予め設定した走行速度（Ｖ１とＶ２との間）で走行しているときに、異常判定（作動状態診断）を行う構成としてもよい。即ち、第７の変形例では、制御装置３４は、位置情報（現在位置Ｌ）が予め定められた範囲内（Ｌ１＜Ｌ＜Ｌ２）であり、かつ、速度値（走行速度Ｖ）が予め定められた範囲内（Ｖ１＜Ｖ＜Ｖ２）であるときの車体上下加速度推定値Ｇｃを用いてダンパ３１Ａ－３１Ｄの作動状態を診断する。このために、第７の変形例では、第２の実施形態の図１３のＳ１１とＳ１２との間にＳ２１およびＳ２２の処理を追加している。Ｓ２１およびＳ２２の処理については、前述の第１の変形例と同様であるため、これ以上の説明は省略する。

また、例えば、図１５に示す第８の変形例のように、予め設定した時間（ｔ１とｔ２との間）に異常判定（作動状態診断）を行う構成としてもよい。即ち、第８の変形例では、制御装置３４は、現在時刻が予め定められた範囲内（ｔ１＜ｔ＜ｔ２）であるときの車体上下加速度推定値Ｇｃを用いてダンパ３１Ａ－３１Ｄの作動状態を診断する。このために、第８の変形例では、図１５に示すように、第２の実施形態の図１３のＳ１１とＳ１２との間にＳ３１およびＳ３２の処理を追加している。Ｓ３１およびＳ３２の処理については、前述の第２の変形例と同様であるため、これ以上の説明は省略する。

また、例えば、図１６に示す第９の変形例のように、第７の変形例と第８の変形例とを組み合わせてもよい。また、図１７に示す第１０の変形例のように、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力が予め設定した範囲（Ｐ１とＰ２との間）のときに、異常判定（作動状態診断）を行う構成としてもよい。即ち、第１０の変形例では、制御装置３４は、空気ばね７Ａ，７Ｂの圧力Ｐが予め設定した範囲内（Ｐ１＜Ｐ＜Ｐ２）であるときの車体上下加速度推定値Ｇｃを用いてダンパ３１Ａ－３１Ｄの作動状態を診断する。このために、第１０の変形例では、図１６に示す第９の変形例のＳ３２の処理の後にＳ４１の処理を追加している。Ｓ４１の処理については、前述の第４の変形例と同様であるため、これ以上の説明は省略する。

さらに、図１８に示す第１１の変形例のように、車両１が上り線を走行しているときに、異常判定（作動状態診断）を行う構成としてもよい。第１１の変形例では、図１７に示す第１０の変形例の処理の途中にＳ５１の処理を追加している。Ｓ５１の処理については、前述の第５の変形例と同様であるため、これ以上の説明は省略する。また、図１９に示す第１２の変形例のように、車両１が下り線を走行しているときに、異常判定（作動状態診断）を行う構成としてもよい。第１２の変形例では、図１８に示す第１１の変形例のＳ２１，Ｓ２２，Ｓ３２，Ｓ４１、Ｓ５１の処理をＳ６１，Ｓ６２，Ｓ６３，Ｓ６４，Ｓ６５に変更している。これにより、第１２の変形例では、上り線と下り線とで現在位置や走行速度などの閾値（Ｌ３，Ｌ４，Ｖ３，Ｖ４，ｔ３，ｔ４）を変えているが、全てを変える必要はなく、例えば時刻や速度などは同一としてもよい。

第１の実施形態では、ダンパ８Ａ，８Ｂを車体２と台車３Ａ，３Ｂとの間で上下方向に配置した場合、即ち、ダンパ８Ａ，８Ｂが上下動ダンパの場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、緩衝器は、車体と台車との間で左右方向に配置した左右動ダンパ、車体と台車との間で前後方向（進行方向）に配置したヨーダンパ等、車体と台車との間に配置される各種の緩衝器を用いることができる。このことは、第２の実施形態および第１変形例ないし第１２変形例についても同様である。

第１の実施形態および第２の実施形態では、車体２と台車３Ａ，３Ｂとの間に設けられるばね機構を空気ばね７Ａ－７Ｄとした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、ばね機構は、コイルばね等、空気ばね以外のばね機構（各種のばね、弾性部材）を用いてもよい。例えば、ばね機構がコイルばねの場合は、ばね機構に負荷される圧力値（応力値）は、ロードセンサ（歪センサ、歪ゲージ）等の圧力測定部を用いることができる。このことは、第１変形例ないし第１２変形例についても同様である。

第２の実施形態では、加速度センサ３２Ａ－３２Ｄを車体２に設ける構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、加速度センサを台車に設けてもよい。また、加速度センサを車体と台車との両方に設ける構成としてもよい。

第２の実施形態では、車体２の上下加速度（実上下加速度Ｇｒ、車体上下加速度推定値Ｇｃ）を用いて異常を判定する構成とした場合を例に挙げて説明した。しかし、これに限らず、例えば、第２の実施形態のような「車体の上下加速度（測定値、推定値）」と第１実施形態のような「空気ばねの上下変位（算出値、推定値）」との両方を用いて異常を判定する構成としてもよい。このことは、第７の変形例ないし第１２の変形例についても同様である。また、第１の実施形態および第１の変形例ないし第６の変形例についても、例えば、コンベンショナルダンパが搭載された車両に車体加速度測定部（加速度センサ）を設けることにより、車体の上下加速度を用いて異常を判定する構成としてもよく、車体の上下加速度と空気ばねの上下変位との両方を用いて異常を判定する構成としてもよい。

さらに、各実施形態および各変形例は例示であり、異なる実施形態で示した構成の部分的な置換または組み合わせが可能であることは言うまでもない。

以上説明した実施形態に基づく作動状態診断装置として、例えば以下に述べる態様のものが考えられる。

第１の態様としては、鉄道車両の車体と台車との間に配置される緩衝器の作動状態診断装置であって、前記台車の位置情報を取得し出力する位置検出部と、前記車体と前記台車との間に設けられるばね機構に負荷される圧力値を測定し出力する圧力測定部と、前記圧力測定部から出力された前記ばね機構の前記圧力値を用いて、前記ばね機構の上下変位を算出し出力するばね機構変位算出部と、前記鉄道車両に配置され、前記鉄道車両をモデル化した鉄道車両モデルと前記位置情報と前記ばね機構の前記圧力値とを用いて、前記ばね機構の上下変位を推定し出力するばね機構変位推定部と、前記ばね機構変位算出部から出力された前記ばね機構の上下変位の算出値と前記ばね機構変位推定部から出力された前記ばね機構の上下変位の推定値とを比較し、前記緩衝器の異常を判定する緩衝器異常判定部と、を有する。

この第１の態様によれば、緩衝器異常判定部は、ばね機構変位算出部から出力されたばね機構の上下変位の算出値とばね機構変位推定部から出力されたばね機構の上下変位の推定値とを比較し、異常を判定する。この場合、ばね機構変位算出部は、既存の圧力測定部により測定された圧力値を用いてばね機構の上下変位を算出することができる。また、ばね機構変位推定部は、既存の圧力測定部により測定された圧力値と既存の位置検出部により取得される位置情報とを用いてばね機構の上下変位を推定することができる。さらに、ばね機構変位推定部は、位置情報から得られるその位置の軌道の情報（軌道の上下変位）から鉄道車両モデルを用いてばね機構の上下変位を推定することができるため、ばね機構の上下変位の推定値の精度を向上することができる。これにより、測定手段（センサ）の追加を抑制しつつ異常の判定の精度を向上できる。

第２の態様としては、第１の態様において、前記ばね機構変位推定部は、前記鉄道車両モデルと、前記位置情報から算出された前記鉄道車両の速度値と前記位置情報とから得られる軌道の上下変位と、前記圧力値に関する情報と、から前記ばね機構の上下変位を推定する。この第２の態様によれば、ばね機構変位推定部は、位置情報から算出された速度値と位置情報とから進行方向前側の車軸（前車軸）に対応する位置の軌道の上下変位と進行方向後側の車軸（後車軸）に対応する位置の軌道の上下変位とを用いてばね機構の上下変位を推定することができる。これにより、ばね機構変位推定部によるばね機構の上下変位の推定値の精度をより向上することができる。

第３の態様としては、第１の態様において、前記鉄道車両の速度値を測定し出力する速度測定部をさらに有し、前記ばね機構変位推定部は、前記鉄道車両モデルと、前記速度測定部から出力された前記速度値と前記位置情報とから得られる軌道の上下変位と、前記圧力値に関する情報と、から前記ばね機構の上下変位を推定する。この第３の態様によれば、ばね機構変位推定部は、既存の速度測定部により測定された速度値と位置情報とから進行方向前側の車軸（前車軸）に対応する位置の軌道の上下変位と進行方向後側の車軸（後車軸）に対応する位置の軌道の上下変位とを用いてばね機構の上下変位を推定することができる。これにより、ばね機構変位推定部によるばね機構の上下変位の推定値の精度をより向上することができる。

第４の態様としては、鉄道車両の車体と台車との間に配置される緩衝器の作動状態診断装置であって、前記車体の上下加速度を測定し出力する車体加速度測定部と、前記台車の位置情報を取得し出力する位置検出部と、前記車体と前記台車との間に設けられるばね機構に負荷される圧力値を測定し出力する圧力測定部と、前記鉄道車両に配置され、前記鉄道車両をモデル化した鉄道車両モデルと前記位置情報と前記ばね機構の前記圧力値とを用いて、前記車体の上下加速度を推定し出力する車体加速度推定部と、前記車体加速度測定部から出力された前記車体の上下加速度の測定値と前記車体加速度推定部から出力された前記車体の上下加速度の推定値とを比較し、前記緩衝器の異常を判定する緩衝器異常判定部と、を有する。

この第４の態様によれば、緩衝器異常判定部は、車体加速度測定部から出力された車体の上下加速度の測定値と車体加速度推定部から出力された車体の上下加速度の推定値とを比較し、異常を判定する。この場合、車体の上下加速度の測定値は、既存の車体加速度測定部から出力された測定値を用いることができる。また、車体加速度推定部は、既存の圧力測定部により測定された圧力値と既存の位置検出部により取得される位置情報とを用いて車体の上下加速度を推定することができる。さらに、車体加速度推定部は、位置情報から得られるその位置の軌道の情報（軌道の上下変位）から鉄道車両モデルを用いて車体の上下加速度を推定することができるため、車体の上下加速度の推定値の精度を向上することができる。これにより、測定手段（センサ）の追加を抑制しつつ異常の判定の精度を向上できる。

第５の態様としては、第４の態様において、前記車体加速度推定部は、前記鉄道車両モデルと、前記位置情報から算出された前記鉄道車両の速度値と前記位置情報とから得られる軌道の上下変位と、前記圧力値に関する情報と、から前記車体の上下加速度を推定する。この第５の態様によれば、車体加速度推定部は、位置情報から算出された速度値と位置情報とから進行方向前側の車軸（前車軸）に対応する位置の軌道の上下変位と進行方向後側の車軸（後車軸）に対応する位置の軌道の上下変位とを用いて車体の上下加速度を推定することができる。これにより、車体加速度推定部による車体の上下加速度の推定値の精度をより向上することができる。

第６の態様としては、第４の態様において、前記鉄道車両の速度値を測定し出力する速度測定部をさらに有し、前記車体加速度推定部は、前記鉄道車両モデルと、前記速度測定部から出力された前記速度値と前記位置情報とから得られる軌道の上下変位と、前記圧力値に関する情報と、から前記車体の上下加速度を推定する。この第６の態様によれば、車体加速度推定部は、既存の速度測定部により測定された速度値と位置情報とから進行方向前側の車軸（前車軸）に対応する位置の軌道の上下変位と進行方向後側の車軸（後車軸）に対応する位置の軌道の上下変位とを用いて車体の上下加速度を推定することができる。これにより、車体加速度推定部による車体の上下加速度の推定値の精度をより向上することができる。

第７の態様としては、第１ないし第６の態様のいずれかにおいて、現在時刻が予め定められた範囲内であるときの前記推定値を用いて、前記緩衝器の作動状態を診断する。この第７の態様によれば、例えば、早朝、深夜または日中等の鉄道車両の走行条件が比較的一定となる時刻の推定値を用いて緩衝器の作動状態を診断することができる。これにより、この面からも異常の判定の精度を向上できる。

第８の態様としては、第１ないし第６の態様のいずれかにおいて、前記位置情報が予め定められた範囲内であるときの前記推定値を用いて、前記緩衝器の作動状態を診断する。この第８の態様によれば、直線区間等の軌道が安定する走行区間の推定値を用いて緩衝器の作動状態を診断することができる。これにより、この面からも異常の判定の精度を向上できる。

第９の態様としては、第１ないし第６の態様のいずれかにおいて、前記位置情報から得られる、前記鉄道車両の進行方向に応じた軌道情報を用いて前記緩衝器の作動状態を診断する。この第９の態様によれば、鉄道車両の進行方向が上り、下り、外回り、または、内回りであるかに応じた軌道情報を用いて推定を行うことができる。これにより、この面からも異常の判定の精度を向上できる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

本願は、２０２０年２月１０日付出願の日本国特許出願第２０２０－０２０８３７号に基づく優先権を主張する。２０２０年２月１０日付出願の日本国特許出願第２０２０－０２０８３７号の明細書、特許請求の範囲、図面、および要約書を含む全開示内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。

１ 車両（鉄道車両） ２ 車体 ３Ａ，３Ｂ 台車 ７Ａ－７Ｄ 空気ばね（ばね機構） ８Ａ，８Ｂ，３１Ａ－３１Ｄ ダンパ（緩衝器） ９Ａ－９Ｄ 圧力センサ（圧力測定部） １０ 車速センサ（速度測定部） １１ 位置センサ（位置検出部） １２，３３ 作動状態診断装置 １７ ばね変位算出部（ばね機構変位算出部） ２３ ばね変位推定部（ばね機構変位推定部） ２４，３６ ダンパ異常判定部（緩衝器異常判定部） ３２Ａ－３２Ｄ 加速度センサ（車体加速度測定部） ３５ 加速度推定部（車体加速度推定部） ΔＦ 空気ばね反力（情報） Ｇｃ 車体上下加速度推定値（推定値） Ｇｒ 実上下加速度（測定値） Ｌ 現在位置（位置情報） ΔＭ 質量変化分（情報） Ｐ 圧力値 Ｖ 走行速度（速度値） ΔＸ 空気ばね変位（算出値） ΔＸｃ 空気ばね変位推定値（推定値）

Claims (9)

1. 鉄道車両の車体と台車との間に配置される緩衝器の作動状態診断装置であって、
   前記台車の位置情報を取得し出力する位置検出部と、
   前記車体と前記台車との間に設けられるばね機構に負荷される圧力値を測定し出力する圧力測定部と、
   前記圧力測定部から出力された前記ばね機構の前記圧力値を用いて、前記ばね機構の上下変位を算出し出力するばね機構変位算出部と、
   前記鉄道車両に配置され、前記鉄道車両をモデル化した鉄道車両モデルと前記位置情報と前記ばね機構の前記圧力値とを用いて、前記ばね機構の上下変位を推定し出力するばね機構変位推定部と、
   前記ばね機構変位算出部から出力された前記ばね機構の上下変位の算出値と前記ばね機構変位推定部から出力された前記ばね機構の上下変位の推定値とを比較し、前記緩衝器の異常を判定する緩衝器異常判定部と、
   を有する作動状態診断装置。
2. 請求項１に記載の作動状態診断装置であって、
   前記ばね機構変位推定部は、前記鉄道車両モデルと、前記位置情報から算出された前記鉄道車両の速度値と前記位置情報とから得られる軌道の上下変位と、前記圧力値に関する情報と、から前記ばね機構の上下変位を推定する作動状態診断装置。
3. 請求項１に記載の作動状態診断装置であって、
   前記鉄道車両の速度値を測定し出力する速度測定部をさらに有し、
   前記ばね機構変位推定部は、前記鉄道車両モデルと、前記速度測定部から出力された前記速度値と前記位置情報とから得られる軌道の上下変位と、前記圧力値に関する情報と、から前記ばね機構の上下変位を推定する作動状態診断装置。
4. 鉄道車両の車体と台車との間に配置される緩衝器の作動状態診断装置であって、
   前記車体の上下加速度を測定し出力する車体加速度測定部と、
   前記台車の位置情報を取得し出力する位置検出部と、
   前記車体と前記台車との間に設けられるばね機構に負荷される圧力値を測定し出力する圧力測定部と、
   前記鉄道車両に配置され、前記鉄道車両をモデル化した鉄道車両モデルと前記位置情報と前記ばね機構の前記圧力値とを用いて、前記車体の上下加速度を推定し出力する車体加速度推定部と、
   前記車体加速度測定部から出力された前記車体の上下加速度の測定値と前記車体加速度推定部から出力された前記車体の上下加速度の推定値とを比較し、前記緩衝器の異常を判定する緩衝器異常判定部と、
   を有する作動状態診断装置。
5. 請求項４に記載の作動状態診断装置であって、
   前記車体加速度推定部は、前記鉄道車両モデルと、前記位置情報から算出された前記鉄道車両の速度値と前記位置情報とから得られる軌道の上下変位と、前記圧力値に関する情報と、から前記車体の上下加速度を推定する作動状態診断装置。
6. 請求項４に記載の作動状態診断装置であって、
   前記鉄道車両の速度値を測定し出力する速度測定部をさらに有し、
   前記車体加速度推定部は、前記鉄道車両モデルと、前記速度測定部から出力された前記速度値と前記位置情報とから得られる軌道の上下変位と、前記圧力値に関する情報と、から前記車体の上下加速度を推定する作動状態診断装置。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載の作動状態診断装置であって、
   現在時刻が予め定められた範囲内であるときの前記推定値を用いて、前記緩衝器の作動状態を診断する作動状態診断装置。
8. 請求項１ないし６のいずれかに記載の作動状態診断装置であって、
   前記位置情報が予め定められた範囲内であるときの前記推定値を用いて、前記緩衝器の作動状態を診断する作動状態診断装置。
9. 請求項１ないし６のいずれかに記載の作動状態診断装置であって、
   前記位置情報から得られる、前記鉄道車両の進行方向に応じた軌道の上下変位を用いて、前記緩衝器の作動状態を診断する作動状態診断装置。

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