JP2000103334A - 車両横ゆれ制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鉄道車両の横ゆれ制振装置において、車体と
台車とのストッパゴムへの衝突を抑制するとともに衝突
時の衝撃を緩和する。 【解決手段】 車輪２が装着された台車３に、空気ばね
５によって車体４を横方向に浮動支持し、これらの最大
ストロークをストッパ部材7a，7bおよびストッパゴム8
a，8bによって規定する。台車３と車体４との間に減衰
力可変ダンパ６を介装し、減衰力可変ダンパ６の減衰力
を制御装置13によって制御する。車体４と台車３とがこ
れらのストローク端付近まで移動したとき、減衰力可変
ダンパ６の減衰力を大きくして、ストッパ部材7a，7bと
ストッパゴム8a，8bとの衝突を抑制する。ストッパ部材
7a，7bとストッパゴム8a，8bとが当接する領域では、減
衰力を小さくして、衝突時の衝撃を緩和するとともに、
空気ばね５およびストッパゴム8a，8bの弾性力に対して
減衰力を作用させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両等におい
て車体の横ゆれを制振する車両横ゆれ制振装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、鉄道車両の高速化が大きなテーマ
となっている。高速化にともない様々な課題を生じる
が、車体の振動の抑制は、大きな課題の１つである。特
に、車体と台車との間の横ゆれの抑制は、乗り心地およ
び走行安定性の両面から重要である。

【０００３】鉄道車両の横ゆれ制振装置は、車輪が装着
された台車に、車体をばね手段によって横方向に弾性的
に浮動支持し、これらの台車と車体との間に油圧ダンパ
を介装し、軌道の振れに追従する台車の振れをばね手段
および油圧ダンパによって吸収することにより、車体の
横ゆれを抑制して乗り心地および走行安定性を向上させ
るようにしている。

【０００４】また、鉄道車両用の横ゆれ制振装置には、
油圧ダンパとして、減衰力を調整可能とした減衰力可変
ダンパを用い、軌道の曲率および振れ等に対して、横加
速度センサ等を用いて検出した車体の横加速度等に基づ
いて、コントローラによって減衰力可変ダンパの減衰力
を適宜制御（いわゆるセミアクティブダンパ制御）する
ことにより、車体の横ゆれを効果的に制振するようにし
たものがある。

【０００５】上記のような横ゆれ制振装置には、車体と
台車との間の最大ストロークを規定するストッパゴムが
設けられており、車体をストッパゴムに当接させること
により、車体と台車との間の過大変位を防止するように
している。ところが、曲線軌道上を走行中に軌道が大き
く振れていた場合等において、車体が大きく変位してス
トッパゴムに衝突すると、その衝撃によって乗り心地が
悪化し、また、軌道と車輪との間の横圧が増大して走行
安定にも悪影響を及ぼす。

【０００６】そこで、従来の横ゆれ制振装置では、減衰
力可変ダンパのストロークを検出し、図６に示すよう
に、そのストローク端付近において減衰力を増大させる
ことにより、車体のストッパゴムへの衝突を防止するよ
うにしていた。なお、図６は、減衰力可変ダンパのスト
ローク速度を一定とした場合のストローク速度と減衰力
との関係を示している。

【０００７】しかしながら、上記従来の横ゆれ制振装置
では、次のような問題があった。減衰力可変ダンパのス
トローク端付近では、車体のストッパゴムへ衝突を防止
するために減衰力が増大しており、車体と台車との間の
ばね手段のばね定数に対して過減衰の状態となってい
る。このため、車体のストッパゴムへの衝突を抑制する
ことができるが、台車の振動を車体側へ伝えやすくなっ
ており、また、抑制しきれない大きな横ゆれが生じて車
体がストッパに衝突する際には、減衰力が増大した状態
で衝突することになるため、衝突時の衝撃力（減衰力可
変ダンパの減衰力とストッパゴムの反力との和）が大き
くなり、結果的に乗り心地を悪化させることになる。

【０００８】本発明は、上記の点に鑑みてなされたもの
であり、ストローク端において車体と台車とのストッパ
ゴムへの衝突を抑制するとともに、衝突時の衝撃を緩和
するようにした車両横ゆれ制振装置を提供することを目
的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明は、車輪が装着された台車に、ばね手段に
よって車体を横方向に浮動支持し、前記台車と前記車体
との間に減衰力可変ダンパを介装し、制御装置によって
前記減衰力可変ダンパの減衰力を走行状況に応じて自動
的に切り換えるようにした車両横ゆれ制振装置におい
て、前記制御装置は、前記車体と前記台車とがこれらの
ストローク端付近まで移動したとき、前記減衰力可変ダ
ンパの減衰力を大きくし、前記車体と前記台車とがこれ
らのストローク端を規定する弾性を有するストッパに当
接する領域では、前記減衰力可変ダンパの減衰力を小さ
くするようになっていることを特徴とする。

【００１０】このように構成したことにより、車体と台
車とがこれらのストローク端付近まで移動すると、減衰
力可変ダンパの減衰力が大きくなって車体と台車とのス
トッパへの衝突を抑制し、車体と台車とがストッパに当
接する領域では、減衰力可変ダンパの減衰力が小さくな
って衝撃を緩和するとともに、ばね手段のばね力および
ストッパの弾性力に対して減衰力を作用させる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて詳細に説明する。

【００１２】図１に示すように、鉄道車両１は、車輪２
が装着された台車３と車体４との間に、上下、左右
（横）および回転方向の自由度が与えられ、特に左右方
向については横ゆれ制振装置を備えており、台車３に、
空気ばね５（ばね手段）を介して車体４が横方向に弾性
的に浮動支持されて、台車３と車体４との間に減衰力可
変ダンパ６が介装されている。車体４側の左右にはスト
ッパ部材7a，7bが固定され、これらに対向させて台車３
側の左右にはそれぞれ弾性を有するストッパゴム8a，8b
（ストッパ）が固定されており、車体４側のストッパ部
材7a，7bと台車３側のストッパゴム8a，8bとを当接させ
ることにより、台車３と車体４との左右方向の相対変位
量を規定するとともに、ストッパゴム8a，8bの弾性によ
って衝突時の衝撃を緩和するようになっている。

【００１３】図２に示すように、減衰力可変ダンパ６
は、油圧ダンパであって、ピストンロッド10の伸縮にと
もない、油液が封入されたシリンダ内に嵌装されたピス
トンを移動させて、油液通路内に生じる油液の流動をオ
リフィスおよびディスクバルブ等からなる減衰力発生機
構によって制御して減衰力を発生させ、また、油液通路
の流通抵抗を可変流量制御弁、可変圧力制御弁およびソ
レノイドアクチュエータ等からなる減衰力可変バルブ11
によって変化させることにより、適宜減衰力を調整でき
るようになっている。また、減衰力可変ダンパ６には、
ピストンロッド10のストロークを検出するストロークセ
ンサ12およびストロークセンサ12からの検出信号に基づ
いて減衰力可変バルブ11を制御する制御装置13が設けら
れている。そして、減衰力可変ダンパ６は、減衰力可変
バルブ11および制御装置13が取付けられた本体側が車体
４側に連結され、ピストンロッド10側が台車３側に連結
されている。

【００１４】図３に示すように、制御装置13は、各種演
算手順等を示すプログラムおよび固定的なデータ等を記
憶するＲＯＭ14と、演算結果およびストロークセンサ12
の検出データ等を記憶するＲＡＭ15と、ストロークセン
サ12のアナログ出力値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変
換器16と、制御のサンプリング時間を生成するタイマ17
と、車体４側のストッパ部材7a，7bが台車３側のストッ
パゴム8aに当接する領域の減衰力可変ダンパ６の減衰力
を設定するストローク端減衰力設定部18と、ストローク
センサ12からの検出信号等に基づいて各種演算を実行し
て減衰力可変バルブ11に対する制御量を算出する制御演
算部19と、制御演算部19のデジタル出力値をアナログ値
に変換するＤ／Ａ変換器20とから概略構成されている。

【００１５】そして、ストロークセンサ12によって、ピ
ストンロッド10のストロークを検出し、制御装置13にお
いてサンプリング時間（例えば５ミリ秒）毎に検出した
ストローク位置に応じて減衰力を演算し、その減衰力が
得られるように減衰力可変バルブ11を作動させる。

【００１６】車体４と台車３との間の変位が小さい場合
には、減衰力を小さくして振動の吸収を促し、車体４と
台車３との間の変位が大きく、ピストンロッド10がスト
ローク端付近までストロークしている場合には、減衰力
を大きくして、過大変位を抑制することにより、ストッ
パ部材7a，7bがストッパゴム8a，8bに衝突しないように
する。さらに、大きな横ゆれが生じて車体４のストッパ
部材7a，7bが台車３のストッパゴム8a，8bに衝突する際
には、ストローク端減衰力設定部18によって、空気ばね
５のばね定数およびストッパゴム8a，8bの弾性係数をも
考慮して、適度な制振効果が得られるように、ピストン
ロッド10のストローク端付近で一旦大きくした減衰力を
小さくする。減衰力可変ダンパ６のピストンロッド10の
ストローク速度を一定にした場合のストローク速度と減
衰力との関係を図４に示す。

【００１７】また、例えば、ストロークセンサ12の断
線、制御演算部19の暴走等により、制御システムがフェ
イル状態に陥った場合は、減衰力可変バルブ11への指令
信号の出力を停止することより、減衰力可変ダンパ６の
伸び側および縮み側の減衰力特性が所定の特性に固定さ
れて、必要な減衰力が確保されるようになっている。

【００１８】次に、制御装置13によるサンプリング周期
毎の処理の制御フローについて図５を参照して説明す
る。

【００１９】ストロークセンサ２からの検出信号をＡ／
Ｄ変換器16でＡ／Ｄ変換する（ステップ）。エラーの
有無を判断し（ステップ）、エラーがある場合には、
所定のエラー処理を行う（ステップ）。エラーが無い
場合には、現在のピストンロッド10のストローク位置
が、ストッパ部材7a，7bがストッパゴム8a，8bに当たる
位置か否かを判断する（ステップ）。ストッパゴム8
a，8bに当たらない領域であれば、例えば予め用意され
たテーブルに基づいてストローク位置に応じた減衰力可
変ダンパ６の減衰力を演算する（ステップ）。このと
き、ストローク位置がストローク端付近であれば減衰力
を増大させてストッパ部材7a，7bがストッパゴム8a，8b
に当たるのを抑制する。ストッパゴム8a，8bに当たる領
域であれば、ストローク端減衰力設定部18によって設定
された減衰力に基づいて、空気ばね５のばね定数および
ストッパゴム8a，8bの弾性係数を考慮した減衰力を演算
する（ステップ）。減衰力可変ダンパ６が演算された
減衰力を発生するように減衰力可変バルブ11への指令値
を算出し（ステップ）、Ｄ／Ａ変換器20でＤ／Ａ変換
を行う（ステップ）。エラーの有無を判断し（ステッ
プ）、エラーがある場合には所定のエラー処理を行う
（ステップ10）。エラーが無い場合には、処理を終了す
る。

【００２０】なお、ストッパ部材7a，7bがストッパゴム
8a，8bに当たる領域での適切な減衰力特性は、例えば次
のようにして得ることができる。

【００２１】減衰力可変ダンパの減衰力ｆを ｆ＝−ｃｘ′ とすると、車体４の運動方程式は、 ｍｘ″＋ｃｘ′＋ｋｘ＝０ ただし、ｍ：車体４の質量 ｃ：減衰力可変ダンパ６の粘性減衰係数 ｘ：車体４と台車３との相対変位 ｋ：空気ばね５のばね定数 と表される。

【００２２】また、ストッパ部材7a，7bがストッパゴム
8a，8bに当接している状態における車体４の運動方程式
は、 ｍｘ″＋ｃｘ′＋（ｋ＋ｋ_G ）ｘ＝０ ただし、ｋ_G ：ストッパゴム8a，8bの弾性係数と表され
る。なお、ストッパゴム8a，8bの減衰係数は、減衰力可
変ダンパ６の減衰係数に比して充分小さいので無視す
る。

【００２３】一般に、減衰固有円振動数ωは、

【数１】 で表されることから、減衰比ζは、

【数２】 で表される。

【００２４】図４を参照して、減衰力可変ダンパ６によ
るの通常の減衰比ζは、0.4 〜0.7程度とされるのに対
して、ストローク端では、減衰比ζは、1.0 以上とさ
れ、過減衰となる。そこで、ストッパ部材7a，7bがスト
ッパゴム8a，8bに当接する領域では、ストッパゴム8a，
8bの弾性係数を考慮して減衰比ζが通常と同様の0.4 〜
0.7 程度となるような減衰係数ｃの値を数式２から求
め、この値に基づいて減衰力可変ダンパ６の減衰力を設
定することができる。

【００２５】以上のように構成した本実施形態の作用に
ついて次に説明する。

【００２６】鉄道車両１は、走行中に軌道の振れに追従
する台車３の振れを空気ばね５および減衰力可変ダンパ
６によって吸収することにより、車体４の横ゆれを抑制
して乗り心地および走行安定性を向上させる。

【００２７】このとき、直線軌道上を走行している状態
等、車体４と台車３との相対変位が小さい場合には、空
気ばね５のばね定数等を考慮して、ピストンロッド10の
ストローク位置に基づいて減衰力可変ダンパ６の減衰力
を調整して、通常の横ゆれ制振制御を行う。

【００２８】曲線軌道上を走行している状態等、車体４
と台車３との間の変位が大きく、ピストンロッド10がス
トローク端付までストロークした場合には、減衰力可変
ダンパ６の減衰力を大きくして、過大変位を抑制するこ
とにより、ストッパ部材7a，7bがストッパゴム8a，8bに
衝突するのを防止する。

【００２９】さらに、大きな横ゆれが生じて車体４のス
トッパ部材7a，7bが台車３のストッパゴム8a，8bに衝突
する際には、ストローク端減衰力設定部18によって、空
気ばね５のばね定数およびストッパゴム8a，8bの弾性係
数をも考慮して、適度な制振効果が得られるように、ピ
ストンロッド10のストローク端付近で一旦大きくした減
衰力を小さくする。これにより、ストッパ部材7a，7bと
ストッパゴム8a，8bとの衝突時の衝撃力（減衰力可変ダ
ンパ６の減衰力とストッパゴム8a，8bの反発力との和）
を緩和し、また、空気ばね５のばね定数およびストッパ
ゴム8a，8bの弾性係数を考慮した適切な減衰力を得るこ
とができ、ストッパ部材7a，7bがストッパゴム8a，8bに
当たる領域での振動を効果的に制振することができる。

【００３０】このようにして、様々な状況において車体
の横ゆれを効果的に制振することができるので、乗り心
地および走行安定性を向上させることができ、ひいては
車両の高速化を図ることができる。また、振動の低減に
よって車体の耐久性を向上させることができる。

【００３１】なお、上記実施形態においては、車体４と
台車３との変位が小さい場合には、減衰力を小さくして
振動の吸収を促すようにしているが、本発明はこれに限
らず、横加速度センサ等を用いて検出した車体の横加速
度等に基づいて、コントローラによって減衰力可変ダン
パの減衰力を適宜制御（いわゆるセミアクティブダンパ
制御）するものにも同様に適用することができる。

【００３２】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の車両横ゆ
れ制振装置は、車体と台車とがこれらのストローク端付
近まで移動したとき、減衰力可変ダンパの減衰力を大き
くし、車体と台車とがこれらのストローク端を規定する
弾性を有するストッパに当接する領域では、減衰力可変
ダンパの減衰力を小さくするようにしたことにより、車
体と台車とのストッパへの衝突を抑制し、車体と台車と
がストッパに当接する領域では、衝撃を緩和するととも
に、ばね手段のばね力およびストッパの弾性力に対して
減衰力を作用させることができる。その結果、様々な状
況において車体の横ゆれを効果的に制振することができ
るので、乗り心地および走行安定性を向上させることが
でき、ひいては車両の高速化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る横ゆれ制振装置を備
えた鉄道車両の概略図である。

【図２】図１の横ゆれ制振装置に装着された減衰力可変
ダンパの正面図である。

【図３】図２の減衰力可変ダンパの制御装置の概略構成
を示すブロック図である。

【図４】図２の減衰力可変ダンパの減衰力特性を示す図
である。

【図５】図１の横ゆれ制振装置の制御装置によるサンプ
リング周期毎の処理の制御フローを示す図である。

【図６】従来の車両横ゆれ制振装置に装着される減衰力
可変ダンパの減衰力特性を示す図である。

【符号の説明】

２ 車輪 ３ 台車 ４ 車体 ５ 空気ばね（ばね手段） ６ 減衰力可変ダンパ 8a,8b ストッパゴム（ストッパ） 13 制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車輪が装着された台車に、ばね手段によ
   って車体を横方向に浮動支持し、前記台車と前記車体と
   の間に減衰力可変ダンパを介装し、制御装置によって前
   記減衰力可変ダンパの減衰力を走行状況に応じて自動的
   に切り換えるようにした車両横ゆれ制振装置において、 前記制御装置は、前記車体と前記台車とがこれらのスト
   ローク端付近まで移動したとき、前記減衰力可変ダンパ
   の減衰力を大きくし、前記車体と前記台車とがこれらの
   ストローク端を規定する弾性を有するストッパに当接す
   る領域では、前記減衰力可変ダンパの減衰力を小さくす
   るようになっていることを特徴とする車両横ゆれ制振装
   置。