JP2015120377A - 鉄道車両の制振制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力源を必要としない小型のフルアクティブダンパ機能を有する鉄道車両の制振制御装置の提供。
【解決手段】台車１５３と車両１５１との間に備えられるダンパ１０と、第２チェック弁４０Ｂを介してダンパ１０のヘッド側室１０ａに接続されたリザーバタンク２０と、を備えた油圧回路１００において、ヘッド側室１０ａからリザーバタンク２０と接続する第１アンロード流路Ｒ１、ヘッド側室１０ａからアキュムレータ６０と接続する第１アンロード流路Ｒ２、ロッド側室１０ｂからアキュムレータ６０と接続する第２オンロード流路Ｒ３、アキュムレータ６０からロッド側室１０ｂに接続され第１アンロード流路Ｒ４、を備え、オンロード時に、アキュムレータ６０に蓄圧され、アンロード時に、アキュムレータ６０よりダンパ１０のヘッド側室１０ａ、又はロッド側室１０ｂに圧力を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両に備えられる制振制御装置に関し、詳しくはセミアクティブダンパを用いてフルアクティブダンパとして機能させ、鉄道車両の制振機能を向上させる技術に関する。

鉄道車両に備えられるサスペンションには、制振制御装置としてフルアクティブダンパやセミアクティブダンパが採用されている。フルアクティブダンパは、加速度センサなどを用いて車両の揺れを検知すると、制御器が必要な圧力の大きさや向きを算出し、車体と台車の間に備えられるアクチュエータに指令を送り、車体の左右動を抑える。この際に空気バネも高さ調節を行って上下動を抑える。

このようなフルアクティブダンパは、優れた制振性能を発揮し、車両の乗り心地の改善に貢献する。が、一方で、専用の動力源を必要とする他、装置の大型化や電力消費を必要とし、設置スペースやコスト面での課題がある。このため、アクチュエータの代わりに可変減衰ダンパ等を用いたセミアクティブダンパも普及している。セミアクティブダンパは、別途動力源を必要としない。このため、厳密な圧力調整をすることができない一方で、設置スペースやコスト面でのメリットが得られる。

特許文献１には、振動制御装置に関する技術が開示されている。振動制御装置は、制振制御用シリンダのヘッド側室にチェック弁を介してリザーバタンクを接続している。また、制振制御用シリンダのロッド側室に接続されるロッド側流路とヘッド側室に接続されたヘッド側流路と、リザーバタンクに接続されたリザーバ側流路とを備えている。また、ヘッド側流路とロッド側流路及びヘッド側流路とリザーバ側流路との連通・遮断を制御する切替弁を備えている。また、ロッド側流路とリザーバタンクとを接続する流路にはリリーフ弁が設けられ、ロッド側流路にはアキュムレータが接続されている。そして、アキュムレータに蓄圧することで、蓄圧形のフルアクティブダンパとして機能させることが可能となる。

特許文献２には、鉄道車両用の制振用ダンパに関する技術が開示されている。制振制御用シリンダのヘッド側室にチェック弁を介してリザーバタンクを接続している。また、制振制御用シリンダのロッド側室に接続されるロッド側流路とヘッド側室に接続されたヘッド側流路と、リザーバタンクに接続されたリザーバ側流路とを備えている。また、ロッド側流路には第１比例弁と第２比例弁とが接続されている。第１比例弁はヘッド側流路に接続され、第２比例弁はリザーバ側流路に接続され、ヘッド側流路にフェールセーフ弁とオリフィス及びリリーフ弁が接続されている。この為、オンロード制御とアンロード制御の切り替えが、第１比例弁と第２比例弁の何れかを作動油が通る事で行われる。

特開２００７−２９６９３６号公報 特開２０１１−０８８６２３号公報

特許文献１は、アキュムレータを用いているものの、油圧回路に三方比例弁を用いているため比較的高コストになると考えられる。一方、特許文献２も、比例リリーフ弁を用いているため比較的高コストになると考えられる。そして、何れもそれなりに設置スペースを必要とする流量制御弁である。また、特許文献２では、比例リリーフ弁を用いての作動油の流量制御を行って制振制御をしている為、積極的にダンパに圧力を供給することはなく、結果的に高い制振機能を得ることが出来ないと考えられる。

そこで、本発明はこのような課題を解決するために、動力源を必要としない小型のフルアクティブダンパ機能を有する鉄道車両の制振制御装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の一態様による鉄道車両の制振制御装置は、以下のような特徴を有する。

（１）台車と車体との間に備えられる制振制御用シリンダと、前記制振制御用シリンダのヘッド側室に接続されたリザーバタンクと、を備えた鉄道車両用の制振制御装置において、前記ヘッド側室から第１オンオフ弁を介して前記リザーバタンクと接続する第１流路と、前記ヘッド側室から第２オンオフ弁とチェック弁を介してアキュムレータと接続する第２流路と、ロッド側室からパッシブ回路を介して前記アキュムレータと接続する第３流路と、前記アキュムレータから前記チェック弁を介して前記ロッド側室に接続される第４流路と、が備えられ、前記第１オンオフ弁と前記第２オンオフ弁とを制御して、前記制振制御用シリンダの伸縮に伴って流れる作動油の抵抗を大きくするオンロード制御と、前記作動油の抵抗を小さくするアンロード制御とを切り替え、オンロード時に、前記作動油が前記第３流路を通り前記アキュムレータに供給されることで、前記アキュムレータに蓄圧され、アンロード時に、前記第２流路を通り、前記アキュムレータより前記制振制御用シリンダの前記ヘッド側室に前記作動油を供給し、又は前記第４流路を通り、前記ロッド側室に前記作動油を供給すること、を特徴とする。

上記（１）に記載の態様により、オンロード時にアキュムレータに流体回路内の圧力を溜め、アキュムレータに蓄圧された結果、アンロードの際にアキュムレータ内から制振制御用シリンダに圧力供給を行うことで、フルアクティブダンパとして機能させることが可能となる。この為、オンロード時はセミアクティブダンパとして機能しつつ、アキュムレータに蓄圧をし、アンロード時にはアキュムレータから圧力供給を受けることでフルアクティブダンパとして機能する。つまり、別途、エアや油圧ポンプなどを必要とせずにフルアクティブダンパの機能を発揮できるため、小型化や低コスト化に貢献することができる。

また、特許文献２に示すような比例弁ではなくオンオフ弁を用いてオンロード制御とアンロード制御を切り替えているため、油圧回路のコストを下げることができ、安価な構成でフルアクティブダンパの機能を実現している。この結果、低コスト化に貢献することができる。

本実施形態の、本実施形態の油圧回路図である。 本実施形態の、鉄道車両の断面図である。 本実施形態の、縮みオンロード動作の際の油圧回路図である。 本実施形態の、伸びアンロード動作の際の油圧回路図である。 本実施形態の、縮みアンロード動作の際の油圧回路図である。 本実施形態の、伸びオンロード動作の際の油圧回路図である。

まず、本発明の実施形態である油圧回路１００を用いた鉄道車両１５０について、図面を用いて説明する。

図１に、本実施形態の油圧回路図を示す。図２に、鉄道車両１５０の断面図を示す。油圧回路１００は、ダンパ１０、リザーバタンク２０、第１オンオフ弁３０Ａ、第２オンオフ弁３０Ｂ、第３オンオフ弁３０Ｃ、第１チェック弁４０Ａ、第２チェック弁４０Ｂ、第１フィルタ５０Ａ、第２フィルタ５０Ｂ、アキュムレータ６０、第１リリーフ弁７０、及びパッシブ回路８０を備えている。ダンパ１０は、図２に示すように、鉄道車両１５０の車両１５１と台車１５３とを接続する部分に、空気バネ１５２と共に備えられている。

台車１５３は線路１５５等の影響を受けて、左右に移動する力を受ける。或いは、線路１５５のカーブにおいて、車両１５１に遠心力が加わる。これらの力の発生によってアキュムレータ６０に蓄圧し、その圧力を利用してダンパ１０に作動油を送ることで、車両１５１の振動を積極的に変更する。つまりフルアクティブダンパとして機能し、乗り心地を向上させる働きをする。詳しくは後述する。

ダンパ１０には、ヘッド側室１０ａとロッド側室１０ｂが備えられ、シリンダチューブ１０ｅ内を、ピストン１０ｄがヘッド側室１０ａとロッド側室１０ｂとに隔てている。ピストン１０ｄにはロッド１０ｃが接続されている。また、ピストン１０ｄ内部には、第３チェック弁４０Ｃが備えられており、ロッド側室１０ｂからヘッド側室１０ａへの作動油の流れを規制し、ヘッド側室１０ａからロッド側室１０ｂへの流れを許容する。

ヘッド側室１０ａには、第１オンオフ弁３０Ａを介してリザーバタンク２０に接続される第１アンロード流路Ｒ１と、リザーバタンク２０と接続する第１リザーバ流路Ｒ６と、が接続されている。第１アンロード流路Ｒ１には、第１フィルタ５０Ａが設けられている。第１リザーバ流路Ｒ６には、リザーバタンク２０からダンパ１０側に作動油が供給され、リザーバタンク２０側に戻らないように第１チェック弁４０Ａが設けられている。

ヘッド側室１０ａよりアキュムレータ６０まで接続する第１アンロード流路Ｒ２は、第２オンオフ弁３０Ｂと第２チェック弁４０Ｂが備えられている。第１アンロード流路Ｒ２は第１アンロード流路Ｒ１と第１フィルタ５０Ａを含む部分までは共通で、途中から分岐して第２オンオフ弁３０Ｂが設けられる。そして、アキュムレータ６０の手前に、アキュムレータ６０側に作動油が戻らないように第２チェック弁４０Ｂが設けられている。又、第１アンロード流路Ｒ２の第２チェック弁４０Ｂとアキュムレータ６０との間から分岐して、第３オンオフ弁３０Ｃを備えてリザーバタンク２０に接続するのが第２リザーバ流路Ｒ７である。

一方、ロッド側室１０ｂよりアキュムレータ６０まで接続する第２オンロード流路Ｒ３には、第２フィルタ５０Ｂとパッシブ回路８０が順に備えられている。パッシブ回路８０は、第２リリーフ弁８１と第２オリフィス８２が並列に備えられた回路であり、第２オンロード流路Ｒ３の内部が所定の圧力になるまでは、第２オリフィス８２側で作動油を流し続け、所定圧力を超えたら第２リリーフ弁８１が開放する構成となっている。そして、ロッド側室１０ｂから第２チェック弁４０Ｂを介してアキュムレータ６０に接続するのが第１アンロード流路Ｒ４である。第２チェック弁４０Ｂは、第１アンロード流路Ｒ４においてロッド側室１０ｂからアキュムレータ６０に作動油が戻らないように配置されている。

そしてロッド側室１０ｂより第２オンオフ弁３０Ｂまで接続する第２アンロード流路Ｒ５は、途中まで第１アンロード流路Ｒ４と同じルートであり、第２チェック弁４０Ｂの手前で分岐し、第２オンオフ弁３０Ｂに接続している。この他、第２オンロード流路Ｒ３より分岐して、第１リリーフ弁７０と第１オリフィス９０が直列に繋げられ、ロッド側室１０ｂに接続するリリーフ流路Ｒ８が設けられている。リリーフ流路Ｒ８は第１オリフィス９０と第１リリーフ弁７０との間で分岐されてリザーバタンク２０にも接続されている。

第１リリーフ弁７０は所定圧力となるまではクローズし、所定圧力となった後に作動油をリザーバタンク２０に流す流路である。また、第１オリフィス９０はリザーバタンク２０のエア抜き用に設けられており、エアはリザーバタンク２０から第１オリフィス９０を通過して、ロッド側室１０ｂに入り、ロッド側室１０ｂより外部に抜ける構成となっている。

次に、本実施形態のダンパ１０と油圧回路１００の動作について説明を行う。説明は図１と同じ油圧回路１００上での説明となる。

図３に、縮みオンロード動作の際の油圧回路図を示す。油圧回路１００が縮みオンロード、即ちダンパ１０のヘッド側室１０ａが狭くなる過程で、アキュムレータ６０に蓄圧する段階である。ピストン１０ｄがシリンダチューブ１０ｅの中をヘッド側室１０ａが狭くなるように移動する。しかしながら、第１オンオフ弁３０Ａはオフとなり、第２オンオフ弁３０Ｂ側には作動油は移動できないため、ヘッド側室１０ａから第３チェック弁４０Ｃを通過してロッド側室１０ｂに入り、第２オンロード流路Ｒ３を通って、アキュムレータ６０に蓄圧される。この際、ダンパ１０はパッシブ回路８０を備えるのでセミアクティブダンパとして動作する。

図４に、伸びアンロード動作の際の油圧回路図を示す。油圧回路１００が伸びオンロード、即ちダンパ１０のロッド側室１０ｂが狭くなる過程で、アキュムレータ６０からの圧力供給をヘッド側室１０ａ側に受ける段階である。蓄圧されたアキュムレータ６０から、作動油が第１アンロード流路Ｒ２を通ってヘッド側室１０ａに供給される。すなわち、アキュムレータ６０より第２チェック弁４０Ｂを通過し、第２オンオフ弁３０Ｂを通って、第１フィルタ５０Ａを通り、ヘッド側室１０ａに圧力が供給される。この結果、ロッド１０ｃを伸び側により積極的に動かすように作用する。

図５に、縮みアンロード動作の際の油圧回路図を示す。油圧回路１００が縮みアンロード、即ちダンパ１０のヘッド側室１０ａが狭くなる過程で、アキュムレータ６０からの圧力供給をロッド側室１０ｂ側に受ける段階である。蓄圧されたアキュムレータ６０から、作動油が第１アンロード流路Ｒ４を通ってロッド側室１０ｂに供給される。すなわち、アキュムレータ６０より第２チェック弁４０Ｂ、第２フィルタ５０Ｂを通過して、ロッド側室１０ｂに至る。この際に、ヘッド側室１０ａから出た作動油は第１アンロード流路Ｒ１を通ってリザーバタンク２０に供給される。この結果、ロッド１０ｃを縮み側に寄り積極的に動かすように作用する。

図６に、伸びオンロード動作の際の油圧回路図を示す。油圧回路１００が伸びオンロード、即ちダンパ１０のロッド側室１０ｂが狭くなる過程で、アキュムレータ６０に蓄圧される段階である。ピストン１０ｄがシリンダチューブ１０ｅの中をロッド側室１０ｂが狭くなるように移動する。ロッド側室１０ｂから作動油が第２オンロード流路Ｒ３を通って、アキュムレータ６０に蓄圧される。なお、第２アンロード流路Ｒ５の第２オンオフ弁３０Ｂはオフになっている為、作動油は通る事ができない。同様に第１アンロード流路Ｒ４も第２チェック弁４０Ｂの作用で通過できない。よって、アキュムレータ６０に蓄圧される一方で、ダンパ１０はパッシブ回路８０を備えるのでセミアクティブダンパとして動作する。

なお、伸びオンロード動作でアキュムレータ６０に蓄圧された結果、伸びアンロード及び縮みアンロード動作が可能となるが、これらは前述した図３又は図４に示される伸びアンロード動作及び縮みアンロード動作と同様の動作を行うので、説明を割愛する。

本実施形態のダンパ１０及び油圧回路１００は上記構成であるので、以下に説明する作用及び効果を奏する。

まず、ダンパ１０がフルアクティブダンパとして運用が可能になる点が効果として挙げられる。本実施形態のダンパ１０を備える油圧回路１００は、台車１５３と車両１５１との間に備えられる制振制御用シリンダであるダンパ１０と、ダンパ１０のヘッド側室１０ａに接続されたリザーバタンク２０と、を備えた鉄道車両用の制振制御装置（油圧回路１００）において、ヘッド側室１０ａから第１オンオフ弁３０Ａを介してリザーバタンク２０と接続する第１流路に相当する第１アンロード流路Ｒ１と、ヘッド側室１０ａから第２オンオフ弁３０Ｂと第２チェック弁４０Ｂを介してアキュムレータ６０と接続する第２流路に相当する第１アンロード流路Ｒ２と、を備える。

また、ロッド側室１０ｂからパッシブ回路８０を介してアキュムレータ６０と接続する第３流路に相当する第２オンロード流路Ｒ３と、アキュムレータ６０から第２チェック弁４０Ｂを介してロッド側室１０ｂに接続される第４流路に相当する第１アンロード流路Ｒ４と、を備える。そして、第１オンオフ弁３０Ａと第２オンオフ弁３０Ｂとを制御して、ダンパ１０の伸縮に伴って流れる作動油の抵抗を大きくするオンロード制御と、作動油の抵抗を小さくするアンロード制御とを切り替え、オンロード時に、作動流体が第２オンロード流路Ｒ３を通りアキュムレータ６０に供給されることで、アキュムレータ６０に蓄圧され、アンロード時に、第１アンロード流路Ｒ２を通り、アキュムレータ６０よりダンパ１０のヘッド側室１０ａに圧力を供給し、又は第１アンロード流路Ｒ４を通り、ロッド側室１０ｂに圧力を供給するものである。

したがって、アキュムレータ６０に蓄圧されていない場合には、ダンパ１０のロッド１０ｃが縮み側に移動するときは、図３に示す縮みオンロード動作となり、ロッド１０ｃが伸び側に移動するときは、図６に示す伸びオンロード動作となり、アキュムレータ６０に差動油を流すことで蓄圧する。一定の圧力が蓄えられた後は、第１リリーフ弁７０が開放して、リリーフ流路Ｒ８のリザーバタンク２０側に作動油を流すことで、アキュムレータ６０に所定の圧力を保持する事が可能となる。この際、前述したようにダンパ１０はセミアクティブダンパとして動作する。

そして、ダンパ１０がセミアクティブダンパとして機能している間に、車両１５１と台車１５３との移動等によって、アキュムレータ６０に蓄圧されるので、図４に示す伸びアンロード動作によってダンパ１０のロッド１０ｃが伸びる。又は、図５に示す縮みアンロード動作によってダンパ１０のロッド１０ｃが縮む。この動作は、アキュムレータ６０からの圧力供給が成されるので、油圧回路１００はフルアクティブダンパとして動作することになる。

したがって、油圧回路１００には外部からの動力供給無しに、フルアクティブダンパとして機能させることができる。鉄道車両１５０の乗り心地の向上を図ることができる。また、フルアクティブダンパを動作させるときに外部動力を必要としないので、油圧回路１００の小型化が可能であり、油圧ポンプや電源などの大きな部品や、比例弁など高価な部品を使用せずにフルアクティブダンパとして機能させることができるので低コスト化を図ることが可能となる。更に、油圧回路１００の一部が故障したとしても、セミアクティブダンパとして機能するので、フェールセーフとなる。

以上、本実施形態に則して発明を説明したが、この発明は前記実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で構成の一部を適宜変更することにより実施することもできる。例えば、油圧回路１００の回路構成について、発明の要旨を変更しない範囲での変更を妨げない。

１０ ダンパ
１０ａ ヘッド側室
１０ｂ ロッド側室
２０ リザーバタンク
３０Ａ、３０Ｂ、３０Ｃ 第１、第２、第３オンオフ弁
４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ 第１、第２、第３チェック弁
５０Ａ、５０Ｂ 第１、第２フィルタ
６０ アキュムレータ
７０ 第１リリーフ弁
８０ パッシブ回路
８１ 第２リリーフ弁
８２ 第２オリフィス
９０ 第１オリフィス
１００ 油圧回路
１５０ 鉄道車両
１５１ 車両
１５２ 空気バネ
１５３ 台車
１５５ 線路
Ｒ１ 第１アンロード流路
Ｒ２ 第１アンロード流路
Ｒ３ 第２オンロード流路
Ｒ４ 第１アンロード流路
Ｒ５ 第２アンロード流路
Ｒ６ 第１リザーバ流路
Ｒ７ 第２リザーバ流路
Ｒ８ リリーフ流路

Claims (1)

1. 台車と車体との間に備えられる制振制御用シリンダと、前記制振制御用シリンダのヘッド側室に接続されたリザーバタンクと、を備えた鉄道車両用の制振制御装置において、
   前記ヘッド側室から第１オンオフ弁を介して前記リザーバタンクと接続する第１流路と、
   前記ヘッド側室から第２オンオフ弁とチェック弁を介してアキュムレータと接続する第２流路と、
   ロッド側室からパッシブ回路を介して前記アキュムレータと接続する第３流路と、
   前記アキュムレータから前記チェック弁を介して前記ロッド側室に接続される第４流路と、が備えられ、
   前記第１オンオフ弁と前記第２オンオフ弁とを制御して、前記制振制御用シリンダの伸縮に伴って流れる作動油の抵抗を大きくするオンロード制御と、前記作動油の抵抗を小さくするアンロード制御とを切り替え、
   オンロード時に、作動流体が前記第３流路を通り前記アキュムレータに供給されることで、前記アキュムレータに蓄圧され、
   アンロード時に、前記第２流路を通り、前記アキュムレータより前記制振制御用シリンダの前記ヘッド側室に前記作動油を供給し、又は前記第４流路を通り、前記ロッド側室に前記作動油を供給すること、
   を特徴とする鉄道車両用の制振制御装置。

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