JP2000088043A

JP2000088043A - 車両用動吸振器

Info

Publication number: JP2000088043A
Application number: JP10258813A
Authority: JP
Inventors: Kimiaki Sasaki; 君章佐々木; Yoshio Sugawara; 能生菅原; Koji Fukui; 宏治福井; Tatsuya Ganmi; 龍也願海; Akira Matsuno; 亮松野
Original assignee: Railway Technical Research Institute; Tokico Ltd
Current assignee: Railway Technical Research Institute; Tokico Ltd
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は車両本体の曲げ振動を制振すること
を課題とする。【解決手段】車両本体１２の長手方向の中央部分に
は、車両用動吸振器２５が取り付けられている。この車
両用動吸振器２５は、アクチュエータ３２により弾性体
３５，３６のばね定数を変化させる際、付加質量２６の
Ｘ方向の吊下位置が変化しないため、ガイドロッド４１
に余分な歪みを発生させることなく弾性体３５，３６を
変形させてばね定数を任意の値に変化させることができ
る。また、車両用動吸振器２５では、弾性体３５，３６
をＸ方向から圧縮して変形させるとき、その反力により
弾性体３５，３６を保持している弾性体保持板３４を移
動させるため、一対の弾性体３５，３６を等しく力で圧
縮することができるので、弾性体３５，３６のばね定数
を同一に設定することができると共に、アクチュエータ
３２による駆動力が小さくて済む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用動吸振器に係
り、特に車両の長手方向で発生する曲げ振動を制振する
よう構成した車両用動吸振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば鉄道用車両においては、レールを
走行する台車の上方に車両本体が支持される構成であ
り、台車と車両本体との間には車輪からの振動を吸収す
るオイルダンパや空気ばねやコイルばねが設けられてい
る。これらは、パッシブ（受動）形であり車両本体に平
均的な１次の固有振動数を吸収するように製作されてい
る。

【０００３】そのため、車両がレール上を走行する際に
発生する振動が低周波数の場合は、上記オイルダンパや
空気ばねやコイルばねにより振動が吸収されて車両は安
定に走行することができる。しかし、高速走行時に発生
する高周波数の振動は、オイルダンパ、空気ばね、コイ
ルばね等により吸収することができず、例えば高速走行
時に高周波の振動が車両本体に発生することがある。

【０００４】さらに、近年では、車両の最高速度がより
高速化されると共に、車両の軽量化も進められている。
その結果、十分な車体剛性の確保が難しくなり、車両の
長手方向の中間部分を腹とする曲げ振動が発生しやくな
る。すなわち、車両の台車支持点付近が節となり、車両
の長手方向の中間部分が上下方向に大きく振動する。こ
のような車両の曲げ振動を制振するため、車両の長手方
向の中間部分に振動を制振するための動吸振器を取り付
けることが研究されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように車両の中
間部分に取り付けられる動吸振器としては、例えば可変
ばねの保持機構部が構造物に固定され、弾性体を変形さ
せることによりバネ定数を変化させていた。しかしなが
ら、このような動吸振器では、以下のような問題があ
る。（１）上記のような車両用動吸振器では、弾性体を変形
させるときに弾性体を保持している保持部材を移動また
は変形させる必要が有るが、保持部材が振動している構
造物に固定されているため、弾性体を変形させるために
多大な力が必要になる。（２）そのため、上記弾性体を変形させるのにアクチュ
エータも大型になり、装置全体が重く大型化してしま
う。（３）さらに、大型のアクチュエータを用いると、弾性
体を変形させるのに時間がかかり、ばね定数を変化させ
るまでの応答性が遅れて動吸振器による制振効果が低下
する。

【０００６】従って、列車の車体に曲げ応力による振動
を制振するための動吸振器を設置させた場合、鉄道車両
には共振周波数の近接した複数の共振モードがあり、走
行速度や軌道狂い等の条件により振動数が変化するの
で、上記のような理由により従来の動吸振器では、対応
することができないといった問題がある。そこで、本発
明は上記課題を解決した車両用制振装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。上記請求項１
記載の発明は、車両の長手方向で発生する曲げ振動の腹
に位置するように設けられた弾性体と、前記車両に対し
摺動可能に取り付けられ、前記弾性体を保持する保持部
材と、前記弾性体に支持された付加質量と、前記保持部
材との間で前記振動方向と直交する方向から前記弾性体
を変形させるように駆動されるアクチュエータと、から
なることを特徴とするものである。

【０００８】従って、請求項１記載の発明によれば、弾
性体を保持する保持部材との間で振動方向と直交する方
向から弾性体を変形させると共に、保持部材が摺動可能
に設けられているので、比較的小さな力で弾性体を変形
させることができ、アクチュエータの小型化を図ること
ができる。さらに、装置全体の軽量化を図れると共に、
弾性体を変形させる際の応答性を向上させることができ
る。

【０００９】また、請求項２記載の発明は、上記請求項
１記載の車両用動吸振器であって、振動の応答を高速フ
ーリエ変換することにより振動周波数を求め、その周波
数に応じて前記付加質量の振動数を設定するように前記
アクチュエータを駆動させる制御手段を設けたことを特
徴とするものである。従って、請求項２記載の発明によ
れば、振動の応答を高速フーリエ変換することにより振
動周波数を求め、その周波数に応じて付加質量の振動数
を設定するため、制御対象の振動特性の変化に影響を受
けることなく制振制御を行える。

【００１０】また、請求項３記載の発明は、上記請求項
１記載の車両用動吸振器であって、振動の応答から線形
予測法を用いることにより振動周波数を求め、その周波
数に応じて前記付加質量の振動数を設定するように前記
アクチュエータを駆動させる制御手段を設けたことを特
徴とするものである。従って、請求項３記載の発明によ
れば、振動の応答を線形予測法を用いることにより振動
周波数を求め、その周波数に応じて付加質量の振動数を
設定するため、制御対象の振動特性の変化に影響を受け
ることなく制振制御を行える。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図面と共に本発明の実施の形
態について説明する。図１は本発明になる車両用動吸振
器の一実施例が適用された鉄道用車両を示す側面図であ
る。また、図２は車両用動吸振器を拡大して示す構成図
である。図１及び図２に示されるように、鉄道車両１１
は、概略、車両本体１２の前部と後部が台車１３，１４
により支持されている。台車１３，１４には、夫々空気
ばね１５，１６と、軸ばね１７〜２０と、輪軸２１〜２
４などが設けられている。

【００１２】また、車両本体１２の長手方向の中央部分
には、車両用動吸振器２５が取り付けられている。この
車両用動吸振器２５は、台車１３，１４に支持された車
両本体１２の前後端部が節となり、車両本体１２の長手
方向の中央部分を腹として振動する曲げ振動を制振する
ように構成されている。また、車両用動吸振器２５は、
付加質量２６を可変ばね機構２７と減衰機構２８とによ
り吊下してなるパッシブ形の動吸振器である。また、車
両本体１２の長手方向の中央部分には、振動を検出する
ためのセンサ２９が設置されている。尚、センサ２９と
しては、例えば振動の振幅を検出する変位センサ、振動
の速度を検出する速度センサ、振動の加速度を検出する
加速度センサ等から構成されている。

【００１３】このセンサ２９により検出された振動検出
信号は、制御装置３０に入力される。そして、制御装置
３０では、センサ２９から出力された振動検出信号に応
じて可変ばね機構２７を駆動させてばね定数を変化させ
る。そして、可変ばね機構２７は、付加質量２６の振動
周波数を車両本体１２の振動周波数に合わせることによ
り車両本体１２の長手方向の中央部分での振動を減衰さ
せることができる。

【００１４】上記のような構成された車両用動吸振器２
５において、付加質量２６、可変ばね機構２７のばね定
数、減衰機構２８の関係は、以下の最適同調の式によっ
て求められる値となっている。ｍ＝μＭ … （１）ｋ＝ｍ（Ｋ／Ｍ）／（１＋μ）² … （２）ｃ＝２√ｍｋ√３μ／［８（１＋μ）］ … （３）ここで、上記式（１）〜（３）の各記号は以下の通りで
ある。ｍ：付加質量２６の質量ｋ：可変ばね機構２７のばね定数Ｃ：減衰機構２８の減衰係数 μ：質量比（ｍ／Ｍ）Ｍ：車両本体１２の質量Ｋ：車両本体１２のばね定数である。

【００１５】次に、車両用動吸振器２５の構成について
説明する。図２に示されるように、車両用動吸振器２５
は、車両本体１２の底部に固定された固定ベース３１
と、固定ベース３１に対しＸ方向に摺動可能に取り付け
られたアクチュエータ３２と、アクチュエータ３２のシ
リンダ３９と一体的に設けられた弾性体保持板（保持部
材）３４と、弾性体保持板３４とアクチュエータ３２と
の間に介在された弾性体３５，３６と、弾性体３５と３
６との間で挟持された支柱３７と、支柱３７の下端に結
合された付加質量２６とからなる。尚、弾性体３５，３
６は、高減衰特性を有する粘弾性体（例えば、高減衰ゴ
ム等）よりなり、上記可変ばね機構２７と減衰機構２８
とを合わせたものである。

【００１６】アクチュエータ３２は、車両本体１２の振
動方向（Ｙ方向）に対し直交する水平方向（Ｘ方向）に
移動可能なピストン３８と、ピストン３８をＸ方向に摺
動するようにガイドするシリンダ３９とからなる。ピス
トン３８とシリンダ３９により画成されたシリンダ室４
０には、圧縮空気が供給される。そして、ピストン３８
は、シリンダ室４０の空気圧により駆動されて一方の弾
性体３６を押圧する。

【００１７】また、他方の弾性体３５は、弾性体保持板
３４の側面に固着されているため、弾性体３６がアクチ
ュエータ３２のピストン３８によりＸ方向に押圧される
と、弾性体３５，３６は、車両本体１２の振動方向（Ｙ
方向）に対し直交する水平方向（Ｘ方向）から押圧され
て変形することにより、ばね定数がその変形量に応じた
値に変化する。

【００１８】上記アクチュエータ３２と弾性体保持板３
４とは、一体的に設けられており、固定ベース３１に対
して振動方向（Ｙ方向）と直交するＸ方向に摺動可能に
取り付けられている。すなわち、アクチュエータ３２及
び弾性体保持板３４の上部には、固定ベース３１から突
出したガイドピン（図示せず）がＸ方向に摺動可能に嵌
合する長円形のガイド孔（図示せず）が設けられてい
る。そのため、アクチュエータ３２及び弾性体保持板３
４は、固定ベース３１に固定されたガイドピン（図示せ
ず）により摺動方向を規制されると共に、落下しないよ
うに吊下されている。

【００１９】また、付加質量２６は、上下方向に貫通さ
れたガイド孔２６ａを有する。このガイド孔２６ａに
は、車両本体１２の振動を抑制するＹ方向にのみ移動す
るようにガイドする車両本体１２の底部から下方に延在
するガイドロッド４１が挿通されている。上記のように
構成された車両用動吸振器２５の動作について説明す
る。

【００２０】図３は弾性体３５，３６がアクチュエータ
３２により変形された動作状態を示す図である。制御装
置３０は、車両本体２の長手方向の中央部分に設けられ
たセンサ２９から出力された振動検出信号に基づいて車
両本体２の中央部分での上下方向の振動周波数を求め、
この振動周波数と前述した最適同調の式から可変ばね機
構２７のばね定数を求め、アクチュエータ３２のピスト
ン３８によりＸ方向に駆動させて弾性体３５，３６の変
形量を調整する。すなわち、アクチュエータ３２のシリ
ンダ室４０に圧縮空気を供給して加圧し、ピストン３８
を空気圧力により駆動させる。

【００２１】図３に示されるように、シリンダ室４０に
圧縮空気が導入されてピストン３８への押圧力が増大す
ると共に、ピストン３８はより強く弾性体３６を押圧す
る。そして、ピストン３８が押圧方向（Ｘａ方向）に摺
動すると同時に、その反力によりアクチュエータ３２の
シリンダ３９が逆方向（Ｘｂ方向）に摺動する。これに
より、弾性体３５，３６は、共に同じ力でＸ方向に圧縮
され、且つ、Ｙ方向に膨張されるように変形され、夫々
が同一のばね定数に変化する。尚、弾性体３５，３６の
変形量に応じたばね定数は、予め実験的に求めておくこ
とにより任意の値に設定することができる。例えば、ア
クチュエータ３２に供給される空気圧と弾性体３５，３
６のばね定数との関係をメモリに記憶させることにより
容易に任意のばね定数とすることが可能となる。

【００２２】また、アクチュエータ３２のピストン３８
が駆動されてもシリンダ３９がその反力で逆方向に摺動
するため、弾性体３５，３６間に挟持された支柱３７
は、常に同一位置に保持されており、付加質量２６がＸ
方向に変位しないようになっている。従って、車両用動
吸振器２５では、アクチュエータ３２により弾性体３
５，３６のばね定数を変化させる際、付加質量２６のＸ
方向の吊下位置が変化しないため、ガイドロッド４１に
余分な歪みを発生させることなく弾性体３５，３６を変
形させてばね定数を任意の値に変化させることができ
る。

【００２３】このように、車両用動吸振器２５では、弾
性体３５，３６をＸ方向から圧縮して変形させるとき、
その反力により弾性体３５，３６を保持している弾性体
保持板３４を移動させるため、一対の弾性体３５，３６
を等しく力で圧縮することができるので、弾性体３５，
３６のばね定数を同一に設定することができると共に、
アクチュエータ３２による駆動力が小さくて済む。

【００２４】これにより、アクチュエータ３２の小型化
を図ることができ、車両用動吸振器２５全体を軽量化す
ることが可能となる。さらに、アクチュエータ３２の小
型化に伴って弾性体３５，３６を変形させる際のピスト
ン３８の動作速度が向上し、車両本体１２の振動周波数
に対応させる際の応答性を高められ、車両本体１２の中
央部分の振動を短時間で制振することができる。

【００２５】次に、本発明の変形例について説明する。
図４は車両用動吸振器の変形例を説明するための構成図
である。また、図５は変形例に用いられる可変剛性部の
構成図である。図４及び図５に示されるように、車両用
動吸振器４５は、車両本体１２の長手方向の中央部分に
取り付けられており、車両本体１２の上下方向の振動を
制振するように設けられた付加質量４６と、付加質量４
６を支持する可変剛性部４７とから構成されている。可
変剛性部４７は、一対の支持部４８，４９を介して車両
本体１２の下面に取り付けられている。また、一対の支
持部４８，４９は、左右方向（Ｘ方向）に比べて上下方
向（Ｙ方向）の剛性が十分に高くなるような形状となっ
ており、例えば板ばねのような材質により形成されてい
る。

【００２６】可変剛性部４７は、支持部４８，４９に結
合されて下方に延在する一対の弾性体保持板５０，５１
と、一対の弾性体保持板５０，５１間に保持された一対
の弾性体５２，５３と、弾性体５２と５３との間に挟持
され付加質量４６を支持する支柱５４と、弾性体５２，
５３を変形させるアクチュエータ５５とからなる。アク
チュエータ５５は、弾性体保持板５１の側面から突出す
る一対のブラケット５１ａ，５１ｂにより支持されたモ
ータ５６と、上記弾性体保持板５０，５１及び弾性体５
２，５３及び支柱５４の内部に形成された中空部５７に
挿通されたボールねじ５８と、ボールねじ５８の一端と
モータ５６の駆動軸５６ａとの間を連結するカップリン
グ５９と、弾性体保持板５０の側面に固定されボールね
じ５８の他端に螺合するボールナット６０とから構成さ
れている。

【００２７】尚、弾性体５２，５３は、上記実施例と同
様に高減衰ゴム等を用いることによりバネ機構と減衰機
構とを併せ持っている。付加質量４６は、弾性体５２，
５３に挟持された支柱５４により支持されているので、
上下方向（Ｙ方向）に振動して車両本体１２の曲げ振動
を制振する。また、ボールナット６０は、弾性体保持板
５０の側面から突出するガイドピン６１，６２に嵌合し
て軸回りの回転が規制されている。そのため、モータ５
６の回転力がカップリング５９を介してボールねじ５８
に伝達されると、ボールナット６０がＸ方向に移動す
る。

【００２８】このように、ボールねじ５８が回転駆動さ
れることにより、弾性体５２，５３を支持する弾性体保
持板５０，５１に振動方向（Ｙ方向）と直交するＸ方向
からの圧縮又は引っ張り荷重が付与されて弾性体５２，
５３を変形させる。これにより、弾性体５２，５３のば
ね定数が変化して付加質量４６の振動周波数を車両本体
１２の振動周波数と一致させることができる。

【００２９】ここで、上記弾性体５２，５３の変形とせ
ん断ばね定数ｋｓとの関係について説明する。弾性体５
２，５３のＸ方向の厚さをｈ、弾性体５２，５３の受圧
面積をＡ１、弾性体５２，５３のせん断剛性をＧ、弾性
体５２，５３の断面２次モーメントをＩ、とすると、せ
ん断ばね定数ｋｓは次式のように表せる。

【００３０】ｋｓ＝Ｇａｐ＊Ａ１／ｈ … （４）Ｇａｐ＝Ｇ／（１＋Ａ１＊ｈ²／３６／Ｉ） … （５）ここで、Ｇａｐは見かけのせん断剛性である。また、圧
縮荷重作用時のせん断ばね定数ｋｓは、次式のように表
せる。ｋｓ＝（１＋ε）＊Ｇａｐ／ｈ＊Ａ１ … （６）尚、上式（６）において、εは縦ひずみ率である。

【００３１】したがって、弾性体５２，５３のせん断ば
ね定数ｋｓは、モータ５６の回転駆動力がボールねじ５
８に伝達されてボールナット６０がＸ方向に移動するこ
とにより弾性体５２，５３が変形し、その変形量に応じ
た数値に設定される。次に、上記制御装置３０が実行す
る弾性体５２，５３のせん断ばね定数ｋｓを設定する際
の制御処理につき図６のフローチャートを参照して説明
する。

【００３２】図６中、制御装置３０は、ステップＳ１
（以下「ステップ」を省略する）で制御対象周波数の
最大値ｆｍ、サンプリグ周波数ｆｓ＝２ｆｍ、アン
チエイリアシングフィルタのカットオフ周波数ｆａｃ＝
ｆｍ、弾性体５２，５３のせん断ばね定数ｋｓ等のデ
ータ収集条件を設定する。まず、解析対象である車両本
体１２の振動周波数を設定する。次に制御対象である車
両本体１２の振動周波数を最大でもｆｍＨｚとすると、
サンプリング定理によりサンプリングタイムΔｔは、Δ
ｔ＝１／（２ｆｍ）より短い等間隔サンプルにより一意
的に決定できる。

【００３３】例えば、制御対象の周波数を最大で２０Ｈ
ｚとすると、アンチエイリアシングフィルタであるロー
パスフィルタのカットオフ周波数は、その周波数にあわ
せて２０Ｈｚに設定する。また、この時のサンプリング
周波数は、サンプリング定理よりその２倍の４０Ｈｚ以
上となる。そして、基本波周波数は、サンプリング周波
数をデータ数で割った値となるので、スペクトルの分解
能にあわせてデータ数を決める。ただし、高速フーリエ
変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform) を行うため、
データ数は２のべき乗個に限るものとする。

【００３４】例えば、４０Ｈｚのサンプリング周波数で
データ数を５１２個とすると、４０÷５１２≒０．０８
Ｈｚが基本波周波数となる。ここで、弾性体５２，５３
のせん断ばね定数ｋｓの初期値として、弾性体５２，５
３が自然長の時の値を設定しておく。次のＳ２では、車
両本体１２の長手方向の中央部分に設置されたセンサ
（例えば、加速度センサやひずみゲージなどからなる）
２９により計測された連続記録不規則データｘ（ｔ）を
入力する。

【００３５】続いて、Ｓ３で、センサ１９により計測さ
れた計測データをハイパスフィルタに通してドリフト成
分を除去した後、Ｓ４で計測データを保存する。また、
連続記録不規則データｘ（ｔ）が時間間隔Δｔでサンプ
リングされた離散データ列｛ｘｎ｝について、有限の時
間区間Ｔ、データのサンプル数をＮとして、高速フーリ
エ変換（ＦＦＴ）処理を行うので、Ｓ５では観測時間Ｔ
が経過したかどうかを判断する。

【００３６】例えば、サンプリング周波数を４０Ｈｚ、
データのサンプル数Ｎを５１２個とすると、ＴはΔｔ×
Ｎ＝１２．８秒となる。上記Ｓ５において、観測時間Ｔ
が経過すると、Ｓ６に進み、高速フーリエ変換（ＦＦ
Ｔ）処理を行う。次に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処
理の結果は複素数なので、処理結果の絶対値をＳ７で求
めることにより振幅スペクトルを求める。

【００３７】そして、Ｓ８において振幅スペクトルが最
大となる次数と基本波周波数から振幅スペクトルが最大
となる周波数ｆmax を求める。この振幅スペクトルが最
大となる周波数ｆmax と、空気ばね１５，１６の圧力か
ら容易に求められる車両本体１２の質量から決定される
車両本体１２のばね定数から最適同調の式より動吸振器
のばね定数、すなわち、弾性体５２，５３のせん断ばね
定数ｋｓ’を求める。そして、次のＳ９では、このせん
断ばね定数ｋｓ’と、予め設定しておいた弾性体５２，
５３のせん断ばね定数ｋｓとを比較する。

【００３８】Ｓ９において、せん断ばね定数ｋｓ’とせ
ん断ばね定数ｋｓとが異なっていた場合には、Ｓ１０に
進み、せん断ばね定数ｋｓを再設定する。また、Ｓ９に
おいて、せん断ばね定数ｋｓ’とせん断ばね定数ｋｓと
が等しいときは、上記Ｓ２に戻り、Ｓ２以降の処理を繰
り返す。このように、せん断ばね定数ｋｓは、常に車両
本体１２の振動周波数に応じた値に設定され、Ｓ２〜Ｓ
１０の処理が実行される度に更新される。従って、乗客
数の変動等により車両本体１２の質量が変動してもその
都度、車両本体１２の振動周波数に対応した適正なせん
断ばね定数ｋｓが設定される。

【００３９】また、制御装置３０では、振動の応答を高
速フーリエ変換することにより振動周波数を求め、その
周波数に応じて付加質量の振動数を設定するため、制御
対象である車両本体１２の振動特性（質量や走行速度
等）の変化に影響を受けることなく制振制御を行える。
図７は制御装置３０が実行する弾性体５２，５３のせん
断ばね定数ｋｓを設定する際の制御処理の変形例を説明
するためのフローチャートである。

【００４０】図７中、制御装置３０は、Ｓ１１で車両本
体１２の長手方向の中央部分設置されたセンサ２９によ
り計測された連続記録不規則データｘ（ｔ）が入力され
ると、Ｓ１２で計測データの保存を行う。次のＳ１３で
は、ある一定時間が経過したか否かを判断する。そし
て、Ｓ１３で一定時間が経過すると、Ｓ１４に進み、そ
の一定時間の平均値を求める。次のＳ１５では、せん断
ばね定数ｋｓを一定の割合で高くし、Ｓ１６〜Ｓ１８で
次の一定時間の平均値を求める。すなわち、Ｓ１６で車
両本体１２の長手方向の中央部分設置されたセンサ２９
により計測された連続記録不規則データｘ（ｔ）が入力
される。次のＳ１７では、ある一定時間が経過したか否
かを判断する。そして、Ｓ１７で一定時間が経過する
と、Ｓ１８に進み、今回の一定時間の平均値を求める。

【００４１】そして、Ｓ１９では、この平均値と前の平
均値を比較する。このＳ１９において、今回の平均値が
前の平均値以下であれば、Ｓ２０で同様にせん断ばね定
数ｋｓを一定の割合で高くする。しかし、Ｓ１９におい
て、今回の平均値が前の平均値より大きくなっていた場
合は、Ｓ２１に進み、逆にせん断ばね定数ｋｓを一定の
割合で小さくする。次のＳ２２では、データのサンプル
数ＮをＮ＋１として前述したＳ１６に戻り、Ｓ１６以降
の処理を繰り返す。

【００４２】これにより、制御装置３０は、上記のよう
に平均値を比較して今回の平均値が前の平均値以下であ
れば、そのときの演算処理（例えば、せん断ばね定数ｋ
ｓを一定の割合で高くする）を継続し、今回の平均値が
前の平均値より大きくなっていた場合は、逆の演算処理
（例えば、せん断ばね定数ｋｓを一定の割合で小さくす
る）を行う。従って、上記のようにセンサ２９により検
出された振動状態の検出信号を基に動吸振器の周波数を
設定するので、車両用動吸振器４５は制御対象である車
両本体１２の質量や振動周波数等の特性の変化に影響を
受けることがなく車両本体１２の曲げ振動を制振するこ
とができる。

【００４３】さらに、制御装置３０は、制御対象の振動
特性に応じて制振制御を行うため、事前に車両本体１２
の振動特性を測定しなくても制御を行うことができると
共に、刻々と変化する車両本体１２の質量（乗客数）や
走行速度等による振動周波数の変化にも対応して制振処
理を行う。次に、線形予測モデルを用いた制御対象周波
数の抽出について説明する。

【００４４】制御対象である車両本体１２の底面に設置
された加速度センサやひずみゲージなどよりなるセンサ
１２で計測されたデータは、あらかじめ異常値の除去、
ハイパスフィルタによる低周波外乱の除去、ローパスフ
ィルタによる高周波外乱の除去をしておくものとする。
また、サンプリング定理によりサンプリングタイムΔｔ
は、一意的に決定できる。この連続記録不規則データｙ
（ｔ）は、次式のように表される。

【００４５】

【数１】

【００４６】

【数２】

【００４７】ここで、ｙ（ｎ）：連続記録不規則データ
の実現値

【００４８】

【数３】

【００４９】ｅ（ｎ）：予測誤差（実現値と予測値の
差）である。上式をＺ変換して整理すると、Ｙ（ｚ）＝Ｈ（ｚ）＊Ｅ（ｚ） … （９）Ｈ（ｚ）＝１／Ａ（ｚ） … （１０）Ａ（ｚ）＝１−ａ₁ｚ^-1−ａ₂ｚ^-2−…−ａ_pｚ^-p … （１１）ここで、線形予測係数｛ａ₁｝，ｉ＝１，２，…，ｐの
係数が求まれば入出力関係が決まることになり、制御対
象の特性を求めることができる。

【００５０】そこで、予測誤差ｅ（ｎ）の２乗平均を最
小にするように線形予測係数｛ａ₁｝を決めることにす
る。そして、Levinson-Durbin の方法による計算手順
は、以下の通りである。（１）データ系列ｙ（ｎ）より自己相関関数ｒ_s(0),ｒ
_s(1),…ｒ_s(p) を求める。データ系列には、データウ
ィンドウとしてHamming 窓を用いる。（２）初期値をＷ＝ｒ_s(1) ，Ｅ＝ｒ_s(0) _,τ＝１と
置く。（３）次に、次式を計算する。

【００５１】ｋτ＝Ｗτ_-1／Ｅτ_-1 … （１２）Ｅτ＝Ｅτ_-1＊（１−ｋτ²）… （１３）

【００５２】

【数４】

【００５３】１≦ｉ≦τ_-1 （４）τ＝ｐならＫ＝（Ｅ_p）^1/2として計算を終わ
る。τ＜ｐなら

【００５４】

【数５】

【００５５】を計算し、τ＋１→τとして（３）に戻
る。前述した図６を用いて説明した方法において、Ｓ５
〜Ｓ８の代わりに上記の線形予測モデルを用いたスペク
トル推定方法により制御対象の周期を求め、制御を行う
ことも可能である。この場合の観測時間Ｔは、ＦＦＴ処
理を行う場合に比べ短くて済むので、制御遅れを短縮す
ることができる。

【００５６】尚、上記実施例では、列車の車両本体１２
の曲げ振動を制振する場合を一例として挙げたが、これ
に限らず、例えば長距離を高速で移動する高速バス等に
も適用することができる。

【００５７】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、弾性体を保持する保持部材との間で振動方向と直交
する方向から弾性体を変形させると共に、保持部材が摺
動可能に設けられているので、比較的小さな力で弾性体
を変形させることができ、アクチュエータの小型化を図
ることができる。さらに、装置全体の軽量化を図れると
共に、弾性体を変形させる際の応答性を向上させること
ができる。

【００５８】また、請求項２記載の発明によれば、振動
の応答を高速フーリエ変換することにより振動周波数を
求め、その周波数に応じて付加質量の振動数を設定する
ため、制御対象である車両本体の振動特性の変化に影響
を受けることなく制振制御を行うことができる。また、
請求項３記載の発明によれば、振動の応答を線形予測法
を用いることにより振動周波数を求め、その周波数に応
じて付加質量の振動数を設定するため、制御対象の振動
特性の変化に影響を受けることなく制振制御を行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる車両用動吸振器の一実施例が適用
された鉄道用車両を示す側面図である。

【図２】車両用動吸振器を拡大して示す構成図である。

【図３】車両用動吸振器の動作を説明するための動作図
である。

【図４】車両用動吸振器の変形例を説明するための構成
図である。

【図５】変形例に用いられる可変剛性部の構成図であ
る。

【図６】制御装置が実行する弾性体のせん断ばね定数ｋ
ｓを設定する際の制御処理を説明するためのフローチャ
ートである。

【図７】制御装置が実行する弾性体のせん断ばね定数ｋ
ｓを設定する際の制御処理の変形例を説明するためのフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１１鉄道用車両１２車両本体１３，１４台車１５，１６空気ばね２５，４５車両用動吸振器２６，４６付加質量２７可変ばね機構２８減衰機構２９センサ３０制御装置３１固定ベース３２，５５アクチュエータ３４，５０，５１弾性体保持板３５，３６，５２，５３弾性体３７，５４支柱３８ピストン３９シリンダ４０シリンダ室４１ガイドロッド５６モータ５８ボールねじ６０ボールナット

フロントページの続き (72)発明者菅原能生東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者福井宏治神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内 (72)発明者願海龍也神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内 (72)発明者松野亮神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内Ｆターム(参考） 3J048 AA03 AB08 AB09 AD07 BE02 BF02 EA36 5H004 GA09 GA14 GB12 HA12 HB03 HB07 HB09 HB12 JB18 JB20 JB30 KA37 KC22 KC27 LA12 MA12 MA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の長手方向で発生する曲げ振動の腹
に位置するように設けられた弾性体と、前記車両に対し摺動可能に取り付けられ、前記弾性体を
保持する保持部材と、前記弾性体に支持された付加質量と、前記保持部材との間で前記振動方向と直交する方向から
前記弾性体を変形させるように駆動されるアクチュエー
タと、からなることを特徴とする車両用動吸振器。
【請求項２】上記請求項１記載の車両用動吸振器であ
って、振動の応答を高速フーリエ変換することにより振動周波
数を求め、その周波数に応じて前記付加質量の振動数を
設定するように前記アクチュエータを駆動させる制御手
段を設けたことを特徴とする車両用動吸振器。
【請求項３】上記請求項１記載の車両用動吸振器であ
って、振動の応答から線形予測法を用いることにより振動周波
数を求め、その周波数に応じて前記付加質量の振動数を
設定するように前記アクチュエータを駆動させる制御手
段を設けたことを特徴とする車両用動吸振器。