JP2008247204A - 鉄道車両の振動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 曲線線路走行時におけるストッパ当たりを防止可能な鉄道車両の振動制御装置を提供する。
【解決手段】 鉄道車両１００において車体１と台車２Ａ，２Ｂとの間に設けられたアクチュエータ５と、車体左右加速度を検出するための加速度センサ７と、鉄道車両が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを検出するための走行状態検出手段６と、走行状態検出手段によって検出される車両の走行状態に応じて、加速度センサによって検出される前記加速度に基づいて前記車体の左右方向における振動を抑制するような駆動力を前記アクチュエータに発生させるための制御器８と、を備え、制御器８は、車両の走行状態が曲線走行状態にある場合には、車両の走行状態が直線走行状態にある場合に比べて低減された駆動力を発生するようアクチュエータを制御するように構成されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄道車両の振動制御装置に関し、特にスカイフック制御によるフルアクティブ制振を行うものに関する。

従来、鉄道車両（以下、単に車両という場合がある）の振動制御方法として、車体と台車との間にアクチュエータを設置するとともに車体に加速度センサを設置し、この加速度センサから出力される加速度信号を積分して振動速度を求め、この振動速度に対し逆位相の速度で台車に対し車体を駆動するようアクチュエータを制御するいわゆるスカイフック制御が広く知られている（例えば特許文献１参照）。

また、一般に走行条件によって卓越する振動モード（振動の方向と周波数）が異なるためそれに応じたフルアクティブ制御則に切り替える技術が知られている。例えば、明かり区間（非トンネル区間）とトンネル区間とで制御周波数帯を切り替える技術（例えば特許文献２参照）や、台車に対し車体を上下方向及び左右方向に駆動するアクチュエータを備える振動制御装置において、直線走行ではピッチング主体の制御をし、曲線走行ではローリング主体の制御をする技術（例えば特許文献３参照）が知られている。
特開昭５６−１７７５４号公報 特開２００４−１７５２６４号公報 特開平８−２５３１４３号公報

線路の曲線部分（以下、曲線線路という）には、通過する車両に対する遠心力の影響を低減するためにカントが設けられるが、最大のカント量は車両の内軌側への転覆を防止する観点から決定されるので、一般的に高速鉄道では車両がカント量不足の状態で走行する場合が多い。このような場合、車体には超過遠心力が作用し、車体は台車に対して外軌側に振り出される。ここで、上述の従来技術のように、スカイフック制御を行っている場合には、車体に設置された加速度センサがそのセンシング用の質量に作用するこの超過遠心力を内軌側への加速度として検出する。このため、アクチュエータによって車体が台車に対し外軌側へさらに振り出され、台車に対する車体の変位がさらに拡大する。これにより、台車に対する車体の左右方向への変位を制限するストッパに車両が当たるいわゆるストッパ当たりが誘発されて、却って乗り心地が低下するという知見を本発明者等は得た。

また、上述の従来技術では、曲線線路を検知するためには、曲線線路の位置を記録したデータベースと車両の走行地点検知手段とが必要である。高精度な車両の走行地点情報をリアルタイムに入手できる路線は、デジタルＡＴＣなどを採用した一部の新幹線等に限られており、ほとんどの在来線では車輪の回転速度を積分して走行距離を得る必要がある。曲線線路のデータベースを作成するためには試験列車による計測などの多大な手間を要するので、曲線線路のデータベースが存在する路線は一部の幹線等に限られている。その一方、一般的に鉄道車両は様々な路線で柔軟に運用されるので、上述の従来技術は、曲線線路のデータベースを存在しない路線を車両が走行する場合には適用することができない。また、車輪の回転速度により走行距離を得る方式では、雨天時等における車輪のスリップや駅での着発番線変更等により、走行距離が容易にずれる。また、曲線線路走行時であっても、低速走行時等、超過遠心力がほとんど作用しない場合には、車体は直線と同様の振動特性を示す。すなわち、曲線では直線よりロール振動が大きくなることやヨー振動の周波数が高くなることが知られている。ロール振動が大きくなるのは、超過遠心力によるロールモーメントの作用による。また、ヨー振動の周波数が高くなる理由は以下の通りである。空気バネは構造上、中立位置で最も柔らくなる特性を持っているが、曲線では超過遠心力によって車体が外軌側に変位するとともに、超過遠心力によるロールモーメントで内軌側の空気バネが持ち上がるため、バネ定数が大きくなり、その結果、車体の固有振動数が高くなる。これらの現象は超過遠心力が直接的な原因であって、走行線路が曲線であっても、車両が低速である、あるいは速度に応じたカントが設定されている、などの理由により超過遠心力が作用しなければ、車体の振動特性は直線と同様である。この場合、直線線路走行時に直線線路走行時における制御則（以下、直線制御則という）をそのまま用いる方が望ましいが、上述の従来技術では走行地点情報によって強制的に曲線線路走行時の制御則（以下、曲線制御則という）が適用されるので、制振性能が劣る。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、曲線線路走行時におけるストッパ当たりを防止可能な鉄道車両の振動制御装置を提供することを第１の目的とする。

また、本発明は、車両が超過遠心力が作用しない状態で曲線線路を走行する場合に直線制御則を適用することが可能な鉄道車両の振動制御装置を提供することを第２の目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の鉄道車両の振動制御装置は、鉄道車両において車体と台車との間に設けられ、発生力指令に従った力で前記車体を前記台車に対し左右方向に相対的に駆動するためのアクチュエータと、前記車体の左右方向の加速度（以下、車体左右加速度）を検出するための加速度センサと、前記アクチュエータの前記左右方向における駆動ストロークを検出するストロークセンサと、前記ストロークセンサによって検出される前記駆動ストロークに基づいて前記鉄道車両が直線の線路を走行している状態（以下、直線走行状態）にあるか曲線の線路を走行している状態（以下、曲線走行状態）にあるかを判定する判定手段と、前記加速度センサで検出される車体左右加速度から前記車体の左右方向の速度を推定する車体左右速度推定手段と、前記車体左右速度推定手段で推定された前記車体の左右方向の速度（以下、推定車体左右速度）と逆位相の前記発生力指令を生成してこれを前記アクチュエータに出力する発生力指令生成手段と、を備え、前記判定手段は、前記ストロークセンサによって検出される前記駆動ストロークが該駆動ストロークの全範囲における中心値から所定の範囲内の値である場合には前記鉄道車両が前記直線走行状態にあると判定し、そうでない場合には前記鉄道車両が前記曲線走行状態にあると判定するよう構成されており、前記発生力指令生成手段は、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合には、直線制御則の発生力指令を生成し、前記判定手段が前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、曲線制御則の発生力指令を生成するように構成されている。このような構成とすると、車両が超過遠心力が作用しない状態で曲線線路を走行する場合には、判定手段が直線走行状態である判定し、発生力指令生成手段が直線制御則の発生力指令を生成するので、車両が、超過遠心力が作用しない状態で曲線線路を走行する場合に直線制御則を適用することができる。

前記発生力指令生成手段は、前記判定手段が、前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、前記直線制御則による発生力指令に比べて超過遠心力の影響が低減された曲線制御則による発生力指令を生成するように構成されていてもよい。このような構成とすると、曲線制御則において超過遠心力の影響が低減されるので、曲線線路走行時におけるストッパ当たりを防止することができる。

前記発生力指令生成手段は、前記判定手段が、前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合に比べて小さい値の発生力指令を生成するように構成されていてもよい。

前記車体左右速度推定手段は、前記加速度センサからの前記車体左右加速度の検出信号を通過せしめて前記推定車体左右速度を得るための第１及び第２のバンドパスフィルタで構成され、前記第１のバンドパスフィルタは曲線線路における超過遠心力を考慮しない特性を有し、前記第２のバンドパスフィルタは曲線線路において超過遠心力が前記車体加速度センサの出力信号に影響を及ぼす周波数帯を排除可能な特性を有し、かつ、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合には前記第１のバンドパスフィルタを通過せしめて得られた前記推定車体左右加速度を前記発生力指令生成手段に出力し、前記判定手段が前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には前記第２のバンドパスフィルタを通過せしめて得られた前記推定車体左右加速度を前記発生力指令生成手段に出力するように構成されていてもよい。

前記発生力指令生成手段は、前記車体左右速度推定手段で推定された推定車体左右速度と逆位相のスカイフック指令値と、前記ストロークセンサによって検出される前記駆動ストロークを反転させてなるセンタリング指令値とを演算し、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合には、前記スカイフック指令値を前記発生力指令として出力し、前記判定手段が前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、前記スカイフック指令値と前記センタリング指令値とを加算したものを前記発生力指令として出力するように構成されていてもよい。

前記発生力指令生成手段は、前記車体左右速度推定手段で推定された推定車体左右速度と逆位相のスカイフック指令値と、前記ストロークセンサによって検出される前記駆動ストロークを微分してなる推定ストローク速度をさらに反転してなるパッシブ指令値とを演算し、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合には、前記スカイフック指令値を前記発生力指令として出力し、前記判定手段が前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、前記スカイフック指令値と前記パッシブ指令値とを加算したものを前記発生力指令として出力するように構成されていてもよい。

前記鉄道車両は前記車体と前位台車と後位台車とを有し、前記アクチュエータとして、前記車体と前記前位台車との間及び前記車体と前記後位台車との間に、それぞれ、前位アクチュエータ及び後位アクチュエータが設けられ、前記車体左右加速度センサとして、前記車体の前位側及び後位側に、それぞれ、前位車体左右加速度センサ及び後位車体左右加速度センサが設けられ、前記車体左右速度推定手段は、前記前位車体加速度センサで検出される車体左右加速度から前記車体の前位側の左右方向の速度を推定するとともに前記後位加速度センサで検出される車体左右加速度から前記車体の後位側の左右方向の速度を推定するよう構成されており、前記発生力指令生成手段は、前記車体左右速度推定手段で推定された前記車体の前位側の左右方向の速度（以下、推定車体前位左右速度）と逆位相の前位単独制御スカイフック指令値と、前記車体左右速度推定手段で推定された前記車体の後位側の左右方向の速度（以下、推定車体後位左右速度）と逆位相の後位単独制御スカイフック指令値と、前記推定車体前位左右速度及び前記推定車体後位左右速度から求めた推定ヨー振動速度と逆位相のヨー制御スカイフック指令値とを演算し、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合には、前記前位単独制御スカイフック指令値及び前記後位単独制御スカイフック指令値を、それぞれ、前記発生力指令として前記前位アクチュエータ及び前記後位アクチュエータに出力し、前記判定手段が前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、前記ヨー制御スカイフック指令値を、前記発生力指令として前記前位アクチュエータ及び前記後位アクチュエータに出力するように構成されていてもよい。

前記鉄道車両は前記車体と前位台車と後位台車とを有し、前記アクチュエータとして、前記鉄道車両と前記前位台車との間及び前記鉄道車両と後位台車との間に、それぞれ、前位アクチュエータ及び後位アクチュエータが設けられ、前記車体左右加速度センサとして、前記鉄道車両の前位側及び後位側に、それぞれ、前位車体左右加速度センサ及び後位車体左右加速度センサが設けられ、前記車体左右速度推定手段は、前記前位加速度センサで検出される車体左右加速度から前記車体の前位側の左右方向の速度を推定するとともに前記後位加速度センサで検出される車体左右加速度から前記車体の後位側の左右方向の速度を推定するよう構成されており、発生力指令生成手段は、前記車体左右速度推定手段で推定された前記車体の前位側の左右方向の速度（以下、推定車体前位左右速度）と前記車体左右速度推定手段で推定された前記車体の後位側の左右方向の速度（以下、推定車体後位左右速度）とから求めた推定ヨー振動速度及び推定ラテラル振動速度とそれぞれ逆位相のヨー制御スカイフック指令値及びラテラル制御スカイフック指令値を演算し、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合には、前記ヨー制御スカイフック指令値と前記ラテラル制御スカイフック指令値とを加算したものを、それぞれ、前記発生力指令として前記前位アクチュエータ及び前記後位アクチュエータに出力し、前記判定手段が前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、前記ヨー制御スカイフック指令値を、前記発生力指令として前記前位アクチュエータ及び前記後位アクチュエータに出力するように構成されていてもよい。

本発明は上記のように構成され、第１に、鉄道車両の振動制御装置において、曲線線路走行時におけるストッパ当たりを防止することができるという効果を奏する。

第２に、鉄道車両の振動制御装置において、車両が超過遠心力が作用しない状態で曲線線路を走行する場合に直線制御則を適用することできるという効果を奏する。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。以下では、全ての図を通じて同一又は相当する要素に同一の符号を付して、その重複する説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１に係る鉄道車両の振動制御装置が組み込まれた鉄道車両を上下方向から見た場合における構成を示す模式図である。図２は図１の鉄道車両を前後方向から見た場合における構成を示す模式図である。図３は図１における制御器の制御動作を示すフローチャートである。なお、図２では図１における制御器及び加速度センサの図示を省略している。

図１及び図２に示すように、例えば、鉄道車両１００は車体１を備えている。車体１の前部及び後部には、それぞれ、前位台車２Ａ及び後位台車２Ｂが配設されている。前位台車２Ａ及び後位台車２Ｂの中央部の両側部には１対の空気バネ４，４がそれぞれ配設されていて、車体１はこれらの２対の空気バネ４，４によって前位台車２Ａ及び後位台車２Ｂ上に支持されている。前位台車２Ａ及び後位台車２Ｂには、それぞれ、所要の輪軸３が配設されていて、前位台車２Ａ及び後位台車２Ｂは、それぞれ、これらの輪軸３によって線路（図示せず）上に支持される。また、前位台車２Ａ及び後位台車２Ｂと車体１との間には、それぞれ、アクチュエータ５が配設されている。各アクチュエータ５は、各台車２Ａ，２Ｂの中央部にそれぞれ配設されていて、入力される発生力指令に応じて車体１をその左右方向に駆動する。特に図２に示すように、このアクチュエータ５は、各台車２Ａ，２Ｂに固定された支持部材１０と車体１に固定された支持部材１１とにそれぞれその本体部（固定部：図示せず）及び作動部（可動部：図示せず）がゴムブッシュもしくは球面軸受等を介して固定されている。アクチュエータ５は、例えばリニアモータで構成されている。このリニアモータでは、固定子及び可動子がそれぞれ本体部及び作動部を構成する。アクチュエータ５は、この他、空圧シリンダ、油圧シリンダ等で構成することができる。アクチュエータ５は、その作動部が車体１の左右方向に移動可能なように配設される。そして、このアクチュエータ５と空気バネ４とが左右方向のバネ系を構成する。また、車両１００の適所には、台車２Ａ，２Ｂに対する車体１の左右方向への変位を許容範囲内に制限するストッパが配設されている。ここでは、車体１の下面に車体側当接部材４２が配設され、この車体側当接部材４２を、それぞれ所定の間隔を有して挟むように１対の台車側当接部材４１，４１が配設されている。この１対の台車側当接部材４１と車体側当接部材４２とがストッパ４３を構成している。これにより、車体１の左右方向への変位が、１対の台車側当接部材４１と車体側当接部材４２との間隔（上記所定の間隔の２倍）の範囲内に制限される。

各台車２Ａ，２Ｂと車体１との間にはそれぞれストロークセンサ６が配設されている。このストロークセンサ６は、上述の各台車２Ａ，２Ｂに固定された支持部材１０と車体１に固定された支持部材１１との間に、各台車２Ａ，２Ｂに対する車体１のその左右方向における相対的な変位を検出可能なように配設されている。ストロークセンサ６は、作動トランス、過電流式変位センサ、静電容量式変位センサ等の公知の変位センサで構成される。もちろん、多くのリニアモータなどのように、アクチュエータ自身がストロークセンサを内蔵する場合は、そのセンサを用いることができる。各台車２Ａ，２Ｂに対する車体１のその左右方向における相対的な変位は、上述のアクチュエータ５の作動部の変位、すなわち、アクチュエータ５の作動部のストローク（以下、アクチュエータのストロークという）と一致するので、このストロークセンサ６は、アクチュエータ５のストロークを検出することになる。

また、車体１の前部及び後部には車体１の左右方向の加速度（以下、車体左右加速度という）を検出可能なように車体左右加速度センサ７，７が配設されている。車体左右加速度センサ７の構造は周知であるのでここでは簡単に説明する。車体左右加速度センサ７は、質量（mass：図示せず）と、この質量を収容するケース（図示せず）とを備えている。そして、質量は梁構造（図示せず）によってケースに柔に支持されており、梁に設置した変位センサ（図示せず）よって梁の変位が検出され、ひいては当該加速度が検出される。車体１の適所には前位台車２Ａ及び後位台車２Ｂに対応させて一対の制御器８，８が配設されている。各制御器８は、マイコン等の演算器を有している。前側の制御器（以下、前位制御器という）８には、車体１の前側に配置された車体左右加速度センサ７の検出信号（車体左右加速度）及びストロークセンサ６の検出信号（アクチュエータのストローク）が入力され、車体１の前側に配置されたアクチュエータ５に対し前位制御器８の発生力指令が入力される。また、後側の制御器（以下、後位制御器という）８には、車体１の後側に配置された車体左右加速度センサ７及びストロークセンサ６の検出信号が入力され、車体１の後側に配置されたアクチュエータ５に対し後位制御器８の発生力指令が入力される。これにより、車体１の振動が制御される。

そして、前位及び後位制御器８，８、車体左右加速度センサ７，７、ストロークセンサ６，６、アクチュエータ５，５が本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置（以下、単に振動制御装置という場合がある）を構成している。

次に、制御器８の振動制御を説明する。前位制御器８及び後位制御器８は、本実施の形態ではそれぞれ独立して振動制御を行うが、その制御内容は同じであるので、以下では、両者をまとめて制御器８としてその振動制御を説明する。この振動制御は、制御器８の内部メモリ（図示せず）に記憶された振動制御プログラムをその演算部（図示せず）が実行することにより、遂行される。

図３に示すように、制御器８は、まず、ストロークセンサ６の検出信号からアクチュエータ５のストローク（台車２Ａ，２Ｂに対する車体１のその左右方向における相対的な変位）を取得する（ステップＳ１）。

次いで、制御器８は、車体左右加速度センサ７の検出信号から車体左右加速度を取得する（ステップＳ２）。

次いで、制御器８は、この車体左右加速度に基づいて直線制御則による発生力指令を演算し（ステップＳ３）、これを保存する（ステップＳ４）。一方、これと並行して、車体左右加速度に基づいて曲線制御則による発生力指令を演算し（ステップＳ５）、これを保存する（ステップＳ６）。

次いで、アクチュエータ５のストロークがその中立位置から所定範囲内にあるか否かにより、車両１００が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを判定する（ステップＳ７）。

そして、車両１００が直線走行状態にあると判定すると、保存していた直線制御則による発生力指令をアクチュエータ５に出力する（ステップＳ１０）。一方、車両１００が曲線走行状態にあると判定すると、保存していた曲線制御則による発生力指令をアクチュエータ５に出力する（ステップＳ８）。

これにより、アクチュエータ５が入力された発生力指令に応じた速度で車体１を台車２Ａ，２Ｂに対し相対的に駆動する（ステップＳ９）。

このようにして、制御器８は、ストロークセンサ６の出力に基づいて車両１００が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを判定し、それに応じて、直線制御則によるスカイフック制御の発生力指令又は曲線制御則によるスカイフック制御の発生力指令をアクチュエータ５に出力して、車体１の振動を抑制する。

次に、この制御器８による直線制御則及び曲線制御則を詳しく説明する。

図４は図１の鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。図５は図４における速度推定フィルタの周波数特性を示すグラフである。

図４に示すように、制御器８には上述の振動制御を実現するための回路が構成されている。この回路は、ソフトウエア、アナログ回路、論理回路等によって具現化されている。

制御器８は、速度推定フィルタ２２を備えている。車体左右加速度センサ７から出力される車体左右加速度の検出信号は、この速度推定フィルタ２２を通過させられ、それによって推定車体左右速度に変換される。この推定車体左右速度はスカイフックゲイン回路２３に入力される。スカイフックゲイン回路２３はこの推定車体左右速度を、その位相を反転して所定の程度に増幅して発生力に変換し、これを発生力リミッタ２４に出力する。発生力リミッタ２４はスカイフックゲイン回路２３の出力を所定の範囲に制限してこれを発生力指令としてアクチュエータ５に出力する。この発生力指令に従って力をアクチュエータ５が発生することによって、上述の推定車体左右速度が打ち消される。

また、制御器８は、直線／曲線判定器８を有している。一方、スカイフックゲイン回路２３はそのゲインを調整可能に構成されており、発生力リミッタ２４は、その許容範囲（上限値及び下限値の間の範囲）を調整可能に構成されている。直線／曲線判定器８は、ストロークセンサ６から出力されるアクチュエータ５のストロークの検出信号を入力されて、アクチュエータ５のストロークがその中立位置から所定範囲内にあるか否かにより、車両１００が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを判定する。

ここで、スカイフック制御は、車体１に対し左右方向に作用する加速度を打ち消す方向に、アクチュエータ５に駆動力を発生させるので、車両１００が直線線路を走行している時には、アクチュエータ５のストロークはほぼ中立位置にある。また、車両１００が曲線線路を走行している時であっても、低速で走行する場合や緩和曲線を走行している場合、すなわち、超過遠心力がほとんど作用しない場合には、アクチュエータ５のストロークはほぼ中立位置にある。そして、車両１００が曲線線路を所定の超過遠心力が作用する状態で走行している場合に、アクチュエータ５のストロークは中立位置から大きく離れる。従って、直線／曲線判定器８は、車両１００が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを、超過遠心力の大小に応じて適切に判定することができる。つまり、車両１００が、超過遠心力が作用しない状態で曲線線路を走行する場合には、直線制御則を適用することができる。その結果、曲線線路における無用な曲線制御則への切り替えによる制振性能の低下（乗り心地の低下）が防止される。

直線／曲線判定器８は、車両１００が直線走行状態にあると判定すると、スカイフックゲイン回路２３のゲインを調整せず、かつ発生力リミッタ２４の許容範囲を調整しない。これにより、特にその値を制限されない発生力指令が発生力リミッタ２４から出力される。これが、本実施の形態における直線制御則による発生力指令となる。一方、直線／曲線判定器８は、車両１００が曲線走行状態にあると判定すると、スカイフックゲイン回路２３のゲインを減少させ、かつ発生力リミッタ２４の許容範囲を狭くする。これにより、その値を制限された発生力指令が発生力リミッタ２４から出力される。これが、本実施の形態における曲線制御則による発生力指令となる。

速度推定フィルタ２２は、図５に示すような所定のゲイン−周波数特性を有するバンドパスフィルタで構成されている。この速度推定フィルタ２２では、通過周波数帯の上限周波数（以下、通過上限周波数という）ｆ_ｈを越える周波数帯が制御周波数帯として設定されており、この制御周波数帯が−２０ｄＢ／ｄｅｃという所定のゲイン−周波数特性を有している。すなわち、速度推定フィルタ２２は、通過上限周波数ｆ_ｈ以上の周波数を持つ加速度入力に対しては、１次の積分器として作用し、正確な速度が出力される。つまり、この速度推定フィルタ２２は、積分器とハイパスフィルタを合成したものに相当する。また、通過周波数帯の下限周波数（以下、通過下限周波数という）ｆ_ｌより低い低周波数帯は、車体左右加速度センサ７のドリフトを除去するために、十分ゲインを下げることが必要である。速度推定フィルタ２２は、本実施形態では直線制御則に適合するように構成されており、車両１００の直線走行状態における制振性能を重視する観点から、上限周波数ｆ_ｈは、０．５Ｈｚより十分低く、好ましくは０．２Ｈｚ以下に設定される（この理由は後述する）。

次に、以上のように構成された本実施形態による鉄道車両の振動制御装置の動作を比較例と対比しつつ説明する。

図６は比較例の振動制御に関する構成を示す機能ブロック図である。比較例は、車両が直線走行状態であるか曲線走行状態であるかに関わらず制御器８が単一の発生力指令を出力するよう構成されている点で本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置と異なり、その他の点は本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置と同じである。

図７は車両の曲線走行状態におけるスカイフック制御の発生力指令の方向を示す模式図であって、（ａ）は車体に空気外力が作用した場合におけるスカイフック制御の発生力指令の方向を示す図、（ｂ）は曲線走行時に車体左右加速度センサに超過遠心力が作用した場合におけるスカイフック制御の発生力指令の方向を示す図である。

図７（ａ）及び図１を参照すると、例えば、直線走行時に車体１に、空気外力がその左右方向に作用した場合、車体１はこの空気外力と同じ方向に変位する。すると、車体左右加速度センサ７ではそのケースが車体１とともに変位する一方、その質量は慣性によりその運動状態（直線移動）を維持しようとするので、その変位センサが当該質量のケースに対する変位を検出して、これを空気外力と同じ方向の加速度として検出する。これにより、制御器８では、空気外力と同じ方向の推定車体左右速度が得られ、これに基づいて、この推定車体左右速度と反対方向の発生力指令が出力される。一方、図７（ｂ）及び図１を参照すると、曲線走行時に超過遠心力が車体１に作用した場合、車体１は曲線線路１３に拘束されて曲線運動をする。すると、車体左右加速度センサ７では、そのケースが車体１とともに曲線運動をするのに対し、その質量がその慣性により曲線線路１３の接線方向に直線運動をしようとして、見掛け上、超過遠心力が当該質量に作用する。この場合、車体左右加速度センサ７におけるケースに対する質量の相対的変位の方向は図７（ａ）の場合と同じであるので、結局、制御器８からは、曲線線路１３の内軌１３Ａから外軌１３Ｂに向かう方向の発生力指令が出力される。これにより、アクチュエータ５によって車体１が台車２Ａ，２Ｂに対し外軌側へさらに振り出される。これは本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置においても比較例においても同様である。

次に、この超過遠心力が作用する状態（カント不足の状態）における振動制御をより詳しく説明する。ここでは、曲線線路が左カーブである場合を例に取って説明する。

図８は、比較例におけるスカイフック制御を示す図であって、（ａ）は車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｂ）はアクチュエータのストロークの経時変化を示すグラフ、（ｃ）は推定車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｄ）は発生力指令の経時変化を示すグラフである。図９は、本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置における振動制御を示す図であって、（ａ）は車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｂ）はアクチュエータのストロークの経時変化を示すグラフ、（ｃ）は推定車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｄ）は発生力指令の経時変化を示すグラフである。図８（ａ）〜図８（ｄ）並びに図９（ａ）〜図９（ｄ）において、縦軸の上方向が外軌から内軌へ向かう方向を示し、縦軸の下方向が内軌から外軌へ向かう方向を示す。

図８に示すように、比較例においては、車体左右加速度は、曲線線路の入口緩和曲線において直線的に増大し、本曲線において一定値を維持し、出口緩和曲線において直線的に減少する。車体左右加速度の方向は、外軌から内軌に向かう方向である。

一方、アクチュエータ５のストロークは、図８（ｂ）に示すように、車体左右加速度と反対の方向に、該車体左右加速度の経時変化に対応するように経時変化する。なお、アクチュエータ５のストロークは、アクチュエータ５が作動した場合と、アクチュエータが作動しないで空気バネ４のみが車体１に作用した場合とで、後述のようにストッパ当たりの発生の有無が異なるなどの差はあるが、内軌から外軌へ向かう方向を示すという点において差はない。従って、本グラフの表記上、両者を区別する必要はないので、ここでは両者を区別しないで取り扱う。

このため、制御器８において得られる推定車体左右速度は、図８（ｃ）に示すように、曲線線路の入口緩和曲線において外軌から内軌に向かう方向に急速に増大し、本曲線においてそれが急速にゼロにまで減少した後、出口緩和曲線において外軌から内軌に向かう方向に急速に増大し、曲線退出後にそれが急速に減少するように経時変化する。この推定車体左右速度が、本曲線において０に戻るのは速度推定フィルタ２２によって車体左右加速度信号のドリフトを除去する効果によるものである。

これにより、制御器８から出力される発生力指令は、図８（ｄ）に示すように、曲線線路の入口緩和曲線において内軌から外軌に向かう方向に急速に増大し、本曲線においてそれが急速にゼロにまで減少した後、出口緩和曲線において外軌から内軌に向かう方向に急速に増大し、曲線退出後にそれが急速に減少するように経時変化する。

その結果、車体１は、図８（ｂ）に示すように、超過遠心力によって台車２Ａ，２Ｂに対して外軌側に振り出され、さらに、図８（ｄ）に示すような速度でアクチュエータ５によって台車２Ａ，２Ｂに対し外軌側へ振り出されて台車２Ａ，２Ｂに対する車体１の変位がさらに拡大する。これにより、入口緩和曲線から本曲線前半部にかけてストッパ当たりが誘発されて乗り心地が低下する。このストッパ当たりとは、図２において車体側当接部材４２が台車側当接部材４１に当たることを意味する。

これに対し、本実施の形態の振動制御装置における曲線制御則においては、図９（ａ）〜図９（ｃ）に示すように、車体左右加速度、ストローク、及び推定車体左右速度の経時変化は比較例と全く同じであるが、図９（ｄ）に示すように、発生力指令（実線で示す）が比較例における発生力指令（破線で示す）に比べて制限（低減）される。よって、アクチュエータ５による車体１の台車２Ａ，２Ｂに対する外軌側への振り出しが抑制されて、ストッパ当たりが防止され、ひいては乗り心地の低下が防止される。

以上に説明したように、本実施の形態によれば、曲線制御則においてスカイフック制御の発生力指令を制限することにより、アクチュエータ５による車体１の台車２Ａ，２Ｂに対する外軌側への振り出しを抑制してストッパ当たりを防止することができる。また、アクチュエータ５のストロークに基づいて車両１００が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを判定することにより、曲線線路における無用な曲線制御則への切り替えによる制振性能の低下を防止することができる。

なお、上述の説明では、直線／曲線判定器２１が、車両１００が曲線走行状態にあると判定した場合に、スカイフックゲイン回路２３のゲインと発生力リミッタ２４の許容範囲との双方を小さくしたが、それらのいずれかを小さくしてもよい。

（実施の形態２）
図１０は、本発明の実施の形態２に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。

本実施の形態では、制御器８が、直線制御則用の速度推定フィルタ２２Ａと曲線制御則用の速度推定フィルタ２２Ｂと切替器２５とを備えている。そして、速度推定フィルタ２２Ａと速度推定フィルタ２２Ｂとに、それぞれ、車体左右加速度センサ７から出力される検出信号が入力され、速度推定フィルタ２２Ａの出力と速度推定フィルタ２２Ｂの出力とが切替器２５によって選択的にスカイフックゲイン回路２３に入力される。これ以外の点は実施の形態１と同様である。

このように構成された本実施の形態の振動制御装置では、車体左右加速度センサ７で検出される車体左右速度が速度推定フィルタ２２Ａによって直線制御則用の推定車体左右速度に変換され出力される。一方、車体左右加速度センサ７で検出される車体左右速度が速度推定フィルタ２２Ｂによって曲線制御則用の推定車体左右速度に変換され出力される。そして、直線／曲線判定器２１が、車両１００が直線走行状態にあると判定した場合には、切替器２５によって速度推定フィルタ２２Ａからの直線制御則用の推定車体左右速度をスカイフックゲイン回路に２３に入力する。これにより、発生力リミッタ２４から直線制御則用の発生力指令がアクチュエータ５に出力される。一方、直線／曲線判定器２１が、車両１００が曲線走行状態にあると判定した場合には、切替器２５によって速度推定フィルタ２２Ｂからの曲線制御則用の推定車体左右速度をスカイフックゲイン回路２３に入力する。これにより、発生力リミッタ２４から曲線制御則用の発生力指令がアクチュエータ５に出力される。

次に、本実施の形態の振動制御装置の効果を説明する。図１１は旧国鉄が定めた、車両の乗り心地レベルを計算するために周波数で重み付けを行うフィルタの重み−振動数（周波数）特性を示すグラフである。

図１１には、左右乗り心地に対しては０．５Ｈｚの振動の影響が最も大きいことが示されている。従って、直線線路における制振性能を高めるためには、速度推定フィルタの通過上限周波数ｆ_ｈを０．５Ｈｚよりも十分低くすることが望ましく、０．２Ｈｚ以下にすることがさらに好ましい。一方、速度推定フィルタの通過下限周波数ｆ_ｌは、車体左右加速度センサ７の検出信号におけるドリフトを除去できる範囲内で、車体左右加速度センサの性能に応じて可能な限り低くすることが好ましい。そこで、本実施の形態では、直線制御則用の速度推定フィルタ２２Ａの通過上限周波数ｆ_ｈ及び通過下限周波数ｆ_ｌがこのように設定されている。なお、実施の形態１の速度推定フィルタ２２は、直線制御則及び曲線制御則に共通して用いるので、同様の理由で通過上限周波数ｆ_ｈ及び通過下限周波数ｆ_ｌがこれと同様に設定されている。これにより、直線線路における乗り心地が向上する。

一方、曲線線路においては、超過遠心力の影響が０．１〜０．２Ｈｚに現れる。そこで、本実施の形態では、この０．１〜０．２Ｈｚの信号を除くために、曲線制御則用の速度推定フィルタ２２Ｂの通過下限周波数ｆ_ｌが０．３Ｈｚ以上に設定されており、これに伴って通過上限周波数ｆ_ｈがそれ以上、すなわち、０．３Ｈｚ以上に設定されている。これにより、直線／曲線判定器２１が、車両１００が曲線走行状態にあると判定すると、速度推定フィルタ２２Ｂで推定された推定車体左右速度に基づいて発生力指令が出力されるが、この発生力指令からは超過遠心力の影響が除かれている。従って、ストッパ当たりを防止することができる。その結果、曲線制御則においては、軌道不整及び空力外乱に対する制振性能は多少低下するが、ストッパ当たりによる衝撃的な加速度が発生する場合と比較して乗り心地の低下が少ないので、相対的に乗り心地を向上させることができる。

（実施の形態３）
図１２は、本発明の実施の形態３に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。

図１２に示すように、本実施の形態では、制御器８が、速度推定フィルタ２２から入力される推定車体左右速度を反転増幅してこれを出力するスカイフックゲイン回路２３と、ストロークセンサ６の検出信号を反転増幅して発生力に変換し、これを出力するセンタリングゲイン回路２７とを備えている。本実施の形態ではスカイフックゲイン回路２３の出力をスカイフック指令値と呼び、センタリングゲイン回路２７の出力をセンタリング指令値と呼ぶ。そして、このセンタリング指令値とスカイフック指令値とが加算器２６で加算されて発生力リミッタ２４に入力される。センタリングゲイン回路２７と加算器２６との間には、スイッチ２８が設けられていて、直線／曲線判定器２１は、車両１００が直線走行状態にあると判定するとスイッチ２８をオフし、車両１００が曲線走行状態にあると判定するとスイッチ２８をオンする。これにより、直線走行状態にあると判定されると、直線制御則として、スカイフック指令値のみからなる発生力指令がアクチュエータ５に出力されて通常のスカイフック制御が行われる。一方、曲線走行状態にあると判定されると、曲線制御則として、スカイフック指令値にセンタリング指令値が加算された発生力指令がアクチュエータ５に出力されて、以下に説明するように、ストッパ当たりが防止される。なお、スカイフック指令値とセンタリング指令値とを加算したものを発生力リミッタ２４で制限するのではなく、スカイフック指令値とセンタリング指令値とをそれぞれ発生力リミッタで制限したものを加算するように構成してもよい。

次に、以上のように構成された振動制御装置の動作を説明する。

図１３は、本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置における振動制御を示す図であって、（ａ）は車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｂ）はアクチュエータのストロークの経時変化を示すグラフ、（ｃ）は推定車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｄ）はスカイフック指令値の経時変化を示すグラフ、（ｅ）はセンタリング指令値の経時変化を示すグラフ、（ｆ）は発生力指令の経時変化を示すグラフである。図１３（ａ）〜図１３（ｆ）において、縦軸の上方向が外軌から内軌へ向かう方向を示し、縦軸の下方向が内軌から外軌へ向かう方向を示す。

本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置においては、図１３（ａ）〜図１３（ｃ）に示すように、車体左右加速度、ストローク、及び推定車体左右速度の経時変化は実施の形態１の比較例と全く同じである。しかし、図１３（ｄ）に示すように、比較例における発生力指令と同じスカイフック指令がスカイフックゲイン回路２３から出力される。一方、図１３（ｅ）に示すように、センタリング指令値がセンタリング回路２７から出力される。このセンタリング指令値は、ストロークを反転増幅したものであるため、時間軸に対し、図１３（ｂ）に示すストロークの変化パターンと同じ変化パターンを有する（但し、次元は力である）。具体的には、センタリング指令値は、スカイフック指令値を基準値から一定値だけ偏倚させるような指令値となる。また、図１３（ｂ）には、直線／曲線判定器２１が用いる直線か曲線かの判定閾値が例示されているが、直線／曲線判定器２１は、ストロークセンサ６で検出されるストロークがこの判定閾値を超えると、車両１００が曲線走行状態にあると判定する。そして、図１３（ｆ）に示すように、この直線／曲線判定器２１が、曲線走行状態であると判定した期間の間、スカイフック指令値にセンタリング指令値が加算された発生力指令が出力される。センタリング指令値は、スカイフック指令値を外軌から内軌へ向かう方向に偏倚させるので、入口緩和曲線においては車体を外軌側にさらに振り出す方向の発生力指令は出力されず、車体と台車間の変位がさらに拡大するのが防止され、ひいてはストッパ当たりが防止される。なお、点線は、比較例の発生力指令を示す。センタリング制御は、枕バネの剛性を高くすることと同じ効果があるため、等価減衰定数が低下し、軌道不整及び空力外乱に対する制振性能は多少低下するが、ストッパ当たりによる衝撃的な加速度が発生する場合と比較して乗り心地の低下の程度が小さいため、結果として乗り心地を向上させることができる。

（実施の形態４）
図１４は、本発明の実施の形態４に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。

図１４に示すように、本実施の形態は、実施の形態３と比較すると、制御器８が、実施の形態３のセンタリングゲイン回路２７に代えて、ストロークセンサ６で検出されるアクチュエータ５のストロークを微分する微分器２９とこの微分器２９の出力（推定ストローク速度）を反転増幅して発生力に変換し、これを出力するパッシブゲイン回路３０とを備える点で相違し、その他の点は同じである。以下では、パッシブゲイン回路３０の出力をパッシブ指令値と呼ぶ。ここでパッシブゲイン回路３０、パッシブ指令値とは、オイルダンパ等のパッシブダンパ相当の発生力を模擬する制御を行うという意味である。

この構成により、直線走行状態にあると判定されると、実施の形態３と同様に、直線制御則としてスカイフック指令値のみからなる発生力指令がアクチュエータ５に出力されて通常のスカイフック制御が行われる。一方、曲線走行状態にあると判定されると、曲線制御則として、スカイフック指令値にパッシブ指令値が加算された発生力指令がアクチュエータ５に出力されて、以下に説明するように、ストッパ当たりが防止される。なお、スカイフック指令値とパッシブ指令値とを加算したものを発生力リミッタ２４で制限するのではなく、スカイフック指令値とパッシブ指令値とをそれぞれ発生力リミッタで制限したものを加算するように構成してもよい。

次に、以上のように構成された振動制御装置の動作を説明する。

図１５は、本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置における振動制御を示す図であって、（ａ）は車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｂ）はアクチュエータのストロークの経時変化を示すグラフ、（ｃ）は推定車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｄ）はスカイフック指令値の経時変化を示すグラフ、（ｅ）はパッシブ指令値の経時変化を示すグラフ、（ｆ）は発生力指令の経時変化を示すグラフである。図１５（ａ）〜図１５（ｆ）において、縦軸の上方向が外軌から内軌へ向かう方向を示し、縦軸の下方向が内軌から外軌へ向かう方向を示す。

本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置においては、図１５（ａ）〜図１５（ｄ）に示すように、車体左右加速度、ストローク、推定車体左右速度、及びスカイフック指令値の経時変化は実施の形態３と全く同じである。しかし、本実施の形態では、図１５（ｅ）に示すように、パッシブ指令値がパッシブゲイン回路３０から出力される。このパッシブ指令値は、ストロークを微分してさらに反転増幅したものであるため、時間軸に対し、図１５（ｆ）に示すように、入口緩和曲線において外軌から内軌に向かう方向に変化し、出口緩和曲線において内軌から外軌に向かう方向に変化する（但し、次元は力である）。また、図１５（ｂ）には、直線／曲線判定器２１が用いる直線か曲線かの判定閾値が例示されているが、直線／曲線判定器２１は、ストロークセンサ６で検出されるストロークがこの判定閾値を超えると、車両１００が曲線走行状態にあると判定する。そして、図１５（ｆ）に示すように、この直線／曲線判定器２１が、曲線走行状態であると判定した期間の間、スカイフック指令値にパッシブ指令値が加算された発生力指令が出力される。パッシブ指令値は、入口緩和曲線においては、内軌から外軌へ向かう方向にあるスカイフック指令値を減少させるので、入口緩和曲線において、車体と台車間の変位がさらに拡大するのが抑制され、ひいてはストッパ当たりが防止される。パッシブ制御は、オイルダンパ等のパッシブダンパを別途取り付けるのと同じ効果があるため、軌道不整及び空力外乱に対する制振性能は多少低下するが、ストッパ当たりによる衝撃的な加速度が発生する場合と比較して乗り心地の低下の程度が小さいため、結果として乗り心地を向上させることができる。

（実施の形態５）
図１６は本発明の実施の形態５に係る鉄道車両の振動制御装置が組み込まれた鉄道車両を上下方向から見た場合における構成を示す模式図である。

図１６に示すように、実施の形態の振動制御装置は、実施の形態１の前位及び後位制御器８，８に代えて、車体１の前位側における振動と後位側における振動とを一括して制御する単一の制御器８を備えている。そして、実施の形態１において、前位側と後位側とで区別されていなかったセンサ及びアクチュエータが前位側用及び後位側用に区別されている。すなわち、車体１の前位側に配置されたセンサ及びアクチュエータを、それぞれ、前位車体左右加速度センサ７Ａ、前位ストロークセンサ６Ａ、及び前位アクチュエータ５Ａと呼び、車体１の後位側に配置されたセンサ及びアクチュエータを、それぞれ、後位車体左右加速度センサ７Ｂ、後位ストロークセンサ６Ｂ、及び後位アクチュエータ５Ｂと呼ぶ。

図１７は、本発明の実施の形態５に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。

図１７に示すように、本実施の形態では、制御器８は、前位車体左右加速度センサの検出信号から前位推定車体左右速度を得る速度推定フィルタ２２Ｆと、この速度推定フィルタ２２Ｆで得られた前位推定車体左右速度を反転増幅して発生力に変換し、これを出力する単独制御スカイフックゲイン回路２３Ａを備えている。この単独制御スカイフックゲイン回路２３Ａの出力を前位単独制御スカイフック指令値と呼ぶ。また、制御器８は、後位車体左右加速度センサの検出信号から後位推定車体左右速度を得る速度推定フィルタ２２Ｒと、この速度推定フィルタ２２Ｒで得られた後位推定車体左右速度を反転増幅して発生力に変換し、これを出力する単独制御スカイフックゲイン回路２３Ｂを備えている。この単独制御スカイフックゲイン回路２３Ｂの出力を後位単独制御スカイフック指令値と呼ぶ。さらに、制御器８は、速度推定フィルタ２２Ｆで得られた前位推定車体左右速度に速度推定フィルタ２２Ｒで得られた後位推定車体左右速度を反転して加算する加減算器３１とこの加減算器３１の出力（推定ヨー振動速度）を増幅して発生力に変換し、これを出力するヨー制御スカイフックゲイン回路３２とを備えている。このヨー制御スカイフックゲイン回路３２の出力をヨー制御スカイフック指令値と呼ぶ。この構成により、加減算器３１において、前位推定車体左右速度と後位推定車体左右速度とに含まれる車体１の振動のヨー成分のみが加算され、超過遠心力による加速度を含むラテラル成分がキャンセルされる。従って、ヨー制御スカイフック指令値は、超過遠心力の影響が排除されたものとなる。そして、単独制御スカイフックゲイン回路２３Ａから出力される前位単独制御スカイフック指令値とヨー制御スカイフックゲイン回路３２から出力されるヨー制御スカイフック指令値とが切替器２５Ａにより選択的に発生力リミッタ２４Ａに入力され、発生力リミッタ２４Ａはこれを制限して前位発生力指令として前位アクチュエータ５Ａに出力する。また、単独制御スカイフックゲイン回路２３Ｂから出力される後位単独制御スカイフック指令値とヨー制御スカイフックゲイン回路３２から出力されるヨー制御スカイフック指令値のインバータ３３で反転されたものとが切替器２５Ｂにより選択的に発生力リミッタ２４Ｂに入力され、発生力リミッタ２４Ｂはこれを制限して後位発生力指令として後位アクチュエータ５Ｂに出力する。そして、直線／曲線判定器２１は、前位ストロークセンサ６Ａ又は後位ストロークセンサ６Ｂの検出信号に基づいて、車両１００が直線走行状態及び曲線走行状態のいずれにあるかを判定し、車両１００が直線走行状態にあると判定した場合には、切替器２５Ａ，２５Ｂによって、前位単独制御スカイフック指令値及び後位単独制御スカイフック指令値を、それぞれ、発生力リミッタ２４Ａ及び発生力リミッタ２４Ｂに出力する。これにより、直線制御則として、通常のスカイフック制御が行われる。一方、直線／曲線判定器２１は、車両１００が曲線走行状態にあると判定した場合には、切替器２５Ａ，２５Ｂによって、ヨー制御スカイフック指令値及びヨー制御スカイフック指令値を反転したものを、それぞれ、発生力リミッタ２４Ａ及び発生力リミッタ２４Ｂに出力する。これにより、曲線制御則として、ヨー制御のスカイフック制御が行われる。その結果、このヨー制御では超過遠心力が排除されていることからストッパ当たりが防止される。ここで、前位加速度と後位加速度は、簡単な座標変換により、ヨー成分とラテラル成分に変換できる。仮に車体振動がヨー成分のみであれば、前位加速度と後位加速度は逆位相で、大きさは同じとなる。しかし、例えば高速車両では後位側の動揺が大きいことが知られているように、実際の車体振動はヨー成分とラテラル成分の両方を含んでいる。そのため、ストッパ当たりを考慮しなければ、ヨー成分とラテラル成分の両方を制御する方が、ヨー成分のみを制御するよりも制振性能は向上する。また、前位及び後位をそれぞれ制御することは、ヨー成分とラテラル成分を同じゲインに設定して制御することと等価であるため、やはり、ヨー成分のみを制御するよりも制振性能は向上する。しかしながらストッパ当たりを考慮した場合、曲線でヨー成分のみを制御することにより、ストッパ当たりによる衝撃的な加速度が発生する場合と比較して乗り心地の低下の程度を小さく抑えられるため、結果として乗り心地を向上させることができる。

（実施の形態６）
図１８は、本発明の実施の形態６に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。

本実施の形態の振動制御装置は、制御器８の構成が異なる他は実施の形態５の振動制御装置と同じである。

図１８に示すように、本実施の形態では、制御器８は、実施の形態５と同様に、前位車体左右加速度センサの検出信号から前位推定車体左右速度を得る速度推定フィルタ２２Ｆと、後位車体左右加速度センサの検出信号から後位推定車体左右速度を得る速度推定フィルタ２２Ｒと、速度推定フィルタ２２Ｆで得られた前位推定車体左右速度に速度推定フィルタ２２Ｒで得られた後位推定車体左右速度を反転して加算する加減算器３１Ａと、この加減算器３１Ａの出力を増幅して発生力に変換し、これを出力するヨー制御スカイフックゲイン回路３２と、前位ストロークセンサ６Ａ又は後位ストロークセンサ６Ｂの検出信号に基づいて、車両１００が直線走行状態及び曲線走行状態のいずれにあるかを判定する直線／曲線判定器２１と、を備えている。そして、制御器８は、速度推定フィルタ２２Ｆで得られた前位推定車体左右速度に速度推定フィルタ２２Ｒで得られた後位推定車体左右速度を加算する加算器３１Ｂと、この加算器３１Ｂの出力を増幅して発生力に変換し、これを出力するラテラル制御スカイフックゲイン回路３４を備えている。ラテラル制御スカイフックゲイン回路３４の出力をラテラル制御スカイフック指令値と呼ぶ。そして、このラテラル制御スカイフック指令値とヨー制御スカイフック指令値とが加算器２６で加算されて発生力リミッタ２４に入力される。発生力リミッタ２４は、これを制限して前位発生力指令として前位アクチュエータ５Ａに出力する。また、発生力リミッタ２４の出力はインバータ３４で反転されて後位発生力指令として後位アクチュエータ５Ｂに出力される。また、ラテラル制御スカイフックゲイン回路３４と加算器２６との間には、スイッチ２８が設けられていて、直線／曲線判定器２１は、車両１００が直線走行状態にあると判定するとスイッチ２８をオンし、車両１００が曲線走行状態にあると判定するとスイッチ２８をオフする。これにより、直線走行状態にあると判定されると、直線制御則として、ヨー制御スカイフック指令値とラテラル制御スカイフック指令値とが加算された発生力指令がアクチュエータ５Ａ，５Ｂに出力される。これは、実施の形態５で説明したように、車体１の前位と後位とをそれぞれ別個に制御することと等価であるから、これにより実質的に通常のスカイフック制御が行われる。

一方、曲線走行状態にあると判定されると、曲線制御則として、ヨー制御スカイフック指令値のみからなる発生力指令がアクチュエータ５に出力されてヨー制御のスカイフック制御が行われる。

その結果、実施の形態５と同様に、曲線制御則において、ストッパ当たりが防止され、制振性能は多少低下するが、ストッパ当たりによる衝撃的な加速度が発生する場合と比較して乗り心地の低下の程度が小さいため、結果として乗り心地を向上させることができる。

本発明の鉄道車両の振動制御装置は、フルアクティブサスペンションを用いた鉄道車両の振動制御装置として有用である。

本発明の実施の形態１に係る鉄道車両の振動制御装置が組み込まれた鉄道車両を上下方向から見た場合における構成を示す模式図である。 図１の鉄道車両を前後方向から見た場合における構成を示す模式図である。 図１における制御器の制御動作を示すフローチャートである。 図１の鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。 図４における速度推定フィルタの周波数特性を示すグラフである。 比較例の振動制御に関する構成を示す機能ブロック図である。 車両の曲線走行状態におけるスカイフック制御の発生力指令の方向を示す模式図であって、（ａ）は車体に空気外力が作用した場合におけるスカイフック制御の発生力指令の方向を示す図、（ｂ）は曲線走行時に車体左右加速度センサに超過遠心力が作用した場合におけるスカイフック制御の発生力指令の方向を示す図である。 比較例におけるスカイフック制御を示す図であって、（ａ）は車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｂ）はアクチュエータのストロークの経時変化を示すグラフ、（ｃ）は推定車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｄ）は発生力指令の経時変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態１の鉄道車両の振動制御装置における振動制御を示す図であって、（ａ）は車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｂ）はアクチュエータのストロークの経時変化を示すグラフ、（ｃ）は推定車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｄ）は発生力指令の経時変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。 旧国鉄が定めた、車両の乗り心地レベルを計算するために周波数で重み付けを行うフィルタの重み−振動数（周波数）特性を示すグラフである。 本発明の実施の形態３に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態３の鉄道車両の振動制御装置における振動制御を示す図であって、（ａ）は車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｂ）はアクチュエータのストロークの経時変化を示すグラフ、（ｃ）は推定車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｄ）はスカイフック指令値の経時変化を示すグラフ、（ｅ）はセンタリング指令値の経時変化を示すグラフ、（ｆ）は発生力指令の経時変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態４に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態４の鉄道車両の振動制御装置における振動制御を示す図であって、（ａ）は車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｂ）はアクチュエータのストロークの経時変化を示すグラフ、（ｃ）は推定車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、（ｄ）はスカイフック指令値の経時変化を示すグラフ、（ｅ）はセンタリング指令値の経時変化を示すグラフ、（ｆ）は発生力指令の経時変化を示すグラフである。 本発明の実施の形態５に係る鉄道車両の振動制御装置が組み込まれた鉄道車両を上下方向から見た場合における構成を示す模式図である。 本発明の実施の形態５に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。 本発明の実施の形態６に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。

符号の説明

１ 車体
２Ａ，２Ｂ 台車
３ 輪軸
４ 空気バネ
５，５Ａ，５Ｂ アクチュエータ
６，６Ａ，６Ｂ ストロークセンサ
７，７Ａ，７Ｂ 車体左右加速度センサ
８ 制御器
１０，１１ 支持部材
１３Ａ 外軌
１３Ｂ 内軌
１３ 線路
２１ 直線／曲線判定器
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｆ，２２Ｒ 速度推定フィルタ
２３ スカイフックゲイン回路
２３Ａ，２３Ｂ 単独制御スカイフックゲイン回路
２４，２４Ａ，２４Ｂ 発生力リミッタ
２５，２５Ａ，２５Ｂ 切替器
２６ 加算器
２７ センタリングゲイン回路
２８ スイッチ
２９ 微分器
３０ パッシブゲイン回路
３１ 加減算器
３２ ヨー制御スカイフックゲイン回路
３３，３５ インバータ
３４ ラテラル制御スカイフックゲイン回路
４１ 台車側当接部材
４２ 車体側当接部材
４３ ストッパ
１００ 車両

Claims (8)

1. 鉄道車両において車体と台車との間に設けられ、発生力指令に従った力で前記車体を前記台車に対し左右方向に相対的に駆動するためのアクチュエータと、
   前記車体の左右方向の加速度（以下、車体左右加速度）を検出するための加速度センサと、
   前記アクチュエータの前記左右方向における駆動ストロークを検出するストロークセンサと、
   前記ストロークセンサによって検出される前記駆動ストロークに基づいて前記鉄道車両が直線の線路を走行している状態（以下、直線走行状態）にあるか曲線の線路を走行している状態（以下、曲線走行状態）にあるかを判定する判定手段と、
   前記加速度センサで検出される車体左右加速度から前記車体の左右方向の速度を推定する車体左右速度推定手段と、
   前記車体左右速度推定手段で推定された前記車体の左右方向の速度（以下、推定車体左右速度）と逆位相の前記発生力指令を生成してこれを前記アクチュエータに出力する発生力指令生成手段と、を備え、
   前記判定手段は、前記ストロークセンサによって検出される前記駆動ストロークが該駆動ストロークの全範囲における中心値から所定の範囲内の値である場合には前記鉄道車両が前記直線走行状態にあると判定し、そうでない場合には前記鉄道車両が前記曲線走行状態にあると判定するよう構成されており、
   前記発生力指令生成手段は、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合には、直線制御則の発生力指令を生成し、前記判定手段が前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、曲線制御則の発生力指令を生成するように構成されている、鉄道車両の振動制御装置。
2. 前記発生力指令生成手段は、前記判定手段が、前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、前記直線制御則による発生力指令に比べて超過遠心力の影響が低減された曲線制御則による発生力指令を生成するように構成されている、請求項１に記載の鉄道車両の振動制御装置。
3. 前記発生力指令生成手段は、前記判定手段が、前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合に比べて小さい値の発生力指令を生成するように構成されている、請求項１に記載の鉄道車両の振動制御装置。
4. 前記車体左右速度推定手段は、前記加速度センサからの前記車体左右加速度の検出信号を通過せしめて前記推定車体左右速度を得るための第１及び第２のバンドパスフィルタで構成され、前記第１のバンドパスフィルタは曲線線路における超過遠心力を考慮しない特性を有し、前記第２のバンドパスフィルタは曲線線路において超過遠心力が前記車体加速度センサの出力信号に影響を及ぼす周波数帯を排除可能な特性を有し、かつ、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合には前記第１のバンドパスフィルタを通過せしめて得られた前記推定車体左右加速度を前記発生力指令生成手段に出力し、前記判定手段が前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には前記第２のバンドパスフィルタを通過せしめて得られた前記推定車体左右加速度を前記発生力指令生成手段に出力するように構成されている、請求項１に記載の鉄道車両の振動制御装置。
5. 前記発生力指令生成手段は、前記車体左右速度推定手段で推定された推定車体左右速度と逆位相のスカイフック指令値と、前記ストロークセンサによって検出される前記駆動ストロークを反転させてなるセンタリング指令値とを演算し、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合には、前記スカイフック指令値を前記発生力指令として出力し、前記判定手段が前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、前記スカイフック指令値と前記センタリング指令値とを加算したものを前記発生力指令として出力するように構成されている、請求項１に記載の鉄道車両の振動制御装置。
6. 前記発生力指令生成手段は、前記車体左右速度推定手段で推定された推定車体左右速度と逆位相のスカイフック指令値と、前記ストロークセンサによって検出される前記駆動ストロークを微分してなる推定ストローク速度をさらに反転してなるパッシブ指令値とを演算し、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合には、前記スカイフック指令値を前記発生力指令として出力し、前記判定手段が前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、前記スカイフック指令値と前記パッシブ指令値とを加算したものを前記発生力指令として出力するように構成されている、請求項１に記載の鉄道車両の振動制御装置。
7. 前記鉄道車両は前記車体と前位台車と後位台車とを有し、前記アクチュエータとして、前記車体と前記前位台車との間及び前記車体と前記後位台車との間に、それぞれ、前位アクチュエータ及び後位アクチュエータが設けられ、前記車体左右加速度センサとして、前記車体の前位側及び後位側に、それぞれ、前位車体左右加速度センサ及び後位車体左右加速度センサが設けられ、
   前記車体左右速度推定手段は、前記前位車体加速度センサで検出される車体左右加速度から前記車体の前位側の左右方向の速度を推定するとともに前記後位加速度センサで検出される車体左右加速度から前記車体の後位側の左右方向の速度を推定するよう構成されており、
   前記発生力指令生成手段は、前記車体左右速度推定手段で推定された前記車体の前位側の左右方向の速度（以下、推定車体前位左右速度）と逆位相の前位単独制御スカイフック指令値と、前記車体左右速度推定手段で推定された前記車体の後位側の左右方向の速度（以下、推定車体後位左右速度）と逆位相の後位単独制御スカイフック指令値と、前記推定車体前位左右速度及び前記推定車体後位左右速度から求めた推定ヨー振動速度と逆位相のヨー制御スカイフック指令値とを演算し、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合には、前記前位単独制御スカイフック指令値及び前記後位単独制御スカイフック指令値を、それぞれ、前記発生力指令として前記前位アクチュエータ及び前記後位アクチュエータに出力し、前記判定手段が前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、前記ヨー制御スカイフック指令値を、前記発生力指令として前記前位アクチュエータ及び前記後位アクチュエータに出力するように構成されている、請求項１に記載の鉄道車両の振動制御装置。
8. 前記鉄道車両は前記車体と前位台車と後位台車とを有し、前記アクチュエータとして、前記鉄道車両と前記前位台車との間及び前記鉄道車両と後位台車との間に、それぞれ、前位アクチュエータ及び後位アクチュエータが設けられ、前記車体左右加速度センサとして、前記鉄道車両の前位側及び後位側に、それぞれ、前位車体左右加速度センサ及び後位車体左右加速度センサが設けられ、
   前記車体左右速度推定手段は、前記前位加速度センサで検出される車体左右加速度から前記車体の前位側の左右方向の速度を推定するとともに前記後位加速度センサで検出される車体左右加速度から前記車体の後位側の左右方向の速度を推定するよう構成されており、
   発生力指令生成手段は、前記車体左右速度推定手段で推定された前記車体の前位側の左右方向の速度（以下、推定車体前位左右速度）と前記車体左右速度推定手段で推定された前記車体の後位側の左右方向の速度（以下、推定車体後位左右速度）とから求めた推定ヨー振動速度及び推定ラテラル振動速度とそれぞれ逆位相のヨー制御スカイフック指令値及びラテラル制御スカイフック指令値を演算し、前記判定手段が前記車両の走行状態が直線走行状態にあると判定した場合には、前記ヨー制御スカイフック指令値と前記ラテラル制御スカイフック指令値とを加算したものを、それぞれ、前記発生力指令として前記前位アクチュエータ及び前記後位アクチュエータに出力し、前記判定手段が前記車両の走行状態が曲線走行状態にあると判定した場合には、前記ヨー制御スカイフック指令値を、前記発生力指令として前記前位アクチュエータ及び前記後位アクチュエータに出力するように構成されている、請求項１に記載の鉄道車両の振動制御装置。

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