JP2023068276A - 鉄道車両制振装置及び鉄道車両制振方法 - Google Patents

Abstract

【課題】縦曲線通過時の制振制御性能低下を抑制した鉄道車両制振装置等を提供する。【解決手段】鉄道車両１の車体の上下加速度を検出する加速度センサ１１０と、加速度センサの出力信号にフィルタ処理を施すフィルタ処理部１２０と、フィルタ処理後の加速度センサの出力信号に基づいて、鉄道車両に設けられ上下方向の制振力を発生する可変減衰ダンパ４０とアクチュエータ５０との少なくとも一方の制御指令値を生成する指令値生成部とを備える鉄道車両制振装置を、鉄道車両の縦曲線通過状態を検出する縦曲線検出部１３０，１５０を備え、フィルタ処理部は縦曲線通過状態の検出に応じてフィルタ処理のパラメータを通常状態に対して変化させる構成とする。【選択図】図３

Description

本発明は、鉄道車両の車体振動を抑制する制振装置及び制振方法に関する。

鉄道車両において、車体の上下、左右方向等の振動を抑制し、乗客が体感する乗り心地や安全性を向上する目的で、車体の加速度を検出し、検出された加速度に応じて可変減衰ダンパやアクチュエータ等の制振手段が発生する制振力を逐次変化させる制振制御を行うことが知られている。

鉄道車両の制振制御に関する従来技術として、例えば、特許文献１には、減衰力調整可能な油圧シリンダを有するサスペンションがスカイフック制御則に基づく所望の制振力を得られない場合に、流体吸排手段を用いてサスペンション本体に対する流体吸排を行うことにより制振力を得る（サスペンション本体をアクチュエータとして用いる）ことが記載されている。
特許文献２には、鉄道車両の車体と台車間に減衰力可変ダンパ及びアクチュエータを並列して設置し、アクチュエータの発生力で制振できない振動量を、減衰力可変ダンパの減衰力で補うよう制御することが記載されている。

特開２００１－ １０３２４号公報 特開２００５－ ８２０２８号公報

鉄道の軌道には、一定の勾配で登坂、降坂する区間や、水平な区間のように、勾配が一定である区間と、勾配が連続的に変化する区間とがあり、後者は特に「縦曲線」と称されている。
このような縦曲線を有する区間を通過する際には、制振制御に用いられる上下加速度信号には、いわゆる縦方向の遠心力に起因する上下方向加速度オフセットが重畳する。
一般的な鉄道車両の制振制御装置においては、加速度センサによって検出した車体の振動加速度から、積分時にドリフトの原因となる極低周波の成分を除去したうえで、各種制御則により可変減衰ダンパ、アクチュエータの指令値を算出している。また、システムによっては、低周波除去フィルタが制御則に組み込まれているものもある。
このようなシステムの場合、縦曲線通過に検出された加速度信号が入力されると、通常区間と比べて大幅に大きなオフセット状の加速度が制御則に入力され、これを積分すると積分器が飽和する現象（ワインドアップ）あるいはこれに近い状態となり、制振制御性能が悪化してしまう。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、縦曲線通過時の制振制御性能低下を抑制した鉄道車両制振装置及び鉄道車両制振方法を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る鉄道車両制振装置は、鉄道車両の車体の上下加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサの出力信号にフィルタ処理を施すフィルタ処理部と、前記フィルタ処理後の前記加速度センサの出力信号に基づいて、前記鉄道車両に設けられ上下方向の制振力を発生する可変減衰ダンパとアクチュエータとの少なくとも一方の制御指令値を生成する指令値生成部とを備える鉄道車両制振装置であって、前記鉄道車両の縦曲線通過状態を検出する縦曲線検出部を備え、前記フィルタ処理部は、前記縦曲線通過状態の検出に応じて、前記フィルタ処理のパラメータを通常状態に対して変化させることを特徴とする。
これによれば、鉄道車両が縦曲線を通過する際に、車体に作用する上下方向の加速度（遠心力）に起因して、加速度センサの出力がオフセットを示すことによる影響を、フィルタ処理のパラメータを通常状態（縦曲線通過状態以外の状態）に対して変化させることにより、効果的に抑制することができる。
これにより、制御指令値の生成処理における縦曲線通過の影響を低減し、縦曲線通過時の制振制御性能の低下を抑制することができる。

本発明において、前記フィルタ処理部は、第１のフィルタと、前記第１のフィルタに対して極低周波成分の除去能力が高い第２のフィルタとを有し、前記縦曲線通過状態の検出に応じて、前記指令値生成部による前記制御指令値の生成に用いられるフィルタを前記第１のフィルタから前記第２のフィルタへ切り替える構成とすることができる。
これによれば、第２のフィルタの設計を、縦曲線通過時に特化した構成とすることが可能となり、上述した効果をより促進することができる。なお、この場合、第１のフィルタ、第２のフィルタの一方あるいは両方を、例えば指令値生成部などの他の要素と一体化した構成としてもよい。

上述した課題を解決するため、本発明の他の態様に係る鉄道車両制振装置は、鉄道車両の車体の上下加速度を検出する加速度センサと、前記加速度センサの出力信号に基づいて、前記鉄道車両に設けられ上下方向の制振力を発生する可変減衰ダンパとアクチュエータとの少なくとも一方の制御指令値を生成する指令値生成部と、前記鉄道車両の縦曲線通過状態を検出する縦曲線検出部と、前記縦曲線通過状態の検出に応じて、縦曲線通過に伴う上下方向加速度オフセットを抑制するよう前記加速度センサの出力信号を補正するオフセット補正部とを備えることを特徴とする。
これによれば、縦曲線の通過時に、縦曲線通過に伴う上下方向加速度オフセットを抑制するよう加速度センサの出力信号を補正することにより、制御指令値の生成処理における縦曲線通過の影響を低減し、縦曲線通過時の制振制御性能の低下を抑制することができる。

上記各発明において、前記縦曲線検出部は、前記鉄道車両が走行する線区における縦曲線の位置に関する情報を有する縦曲線データベースと、前記鉄道車両の走行地点を取得する走行地点取得部とを備える構成とすることができる。
これによれば、縦曲線の検出精度を高め、上述した効果を適切に得ることができる。
この場合、前記縦曲線検出部の前記縦曲線データベースは、さらに前記縦曲線の曲率に関する情報を有する構成とすることができる。
これによれば、曲率に関する情報と車両の走行速度から、縦曲線通過に起因して発生する上下方向の加速度を精度よく把握し、フィルタ処理のパラメータ変更や加速度センサの出力信号の補正に反映させることができる。

上述した課題を解決するため、本発明の一態様に係る鉄道車両制振方法は、鉄道車両の車体の上下加速度にフィルタ処理を施した値に基づいて、前記鉄道車両に設けられ上下方向の制振力を発生する可変減衰ダンパとアクチュエータとの少なくとも一方の制御指令値を生成する鉄道車両制振方法であって、前記鉄道車両の縦曲線通過状態の検出に応じて、前記フィルタ処理のパラメータを通常状態に対して変化させることを特徴とする。
上述した課題を解決するため、本発明の他の態様に係る鉄道車両制振方法は、鉄道車両の車体の上下加速度に基づいて、前記鉄道車両に設けられ上下方向の制振力を発生する可変減衰ダンパとアクチュエータとの少なくとも一方の制御指令値を生成する鉄道車両制振方法であって、前記鉄道車両の縦曲線通過状態の検出に応じて、縦曲線通過に伴う上下方向加速度オフセットを抑制するよう前記加速度センサの出力信号を補正することを特徴とする。
これらの各発明においても、上述した鉄道車両制振装置に係る発明の効果と同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明によれば、縦曲線通過時の制振制御性能低下を抑制した鉄道車両制振装置及び鉄道車両制振方法を提供することができる。

本発明を適用した鉄道車両制振装置の第１実施形態を有する鉄道車両の構成を模式的に示す図であって、車両を車幅方向から見た図である。 図１のII－II部矢視図である。 第１実施形態の鉄道車両制振装置における制御システムの構成を模式的に示す図である。 鉄道用軌道における縦曲線の一例を模式的に示す図である。 車体上下加速度に対する縦曲線の影響の一例を示す図である。 本発明を適用した鉄道車両制振装置の第２実施形態における制御システムの構成を模式的に示す図である。 上下方向加速度オフセットの推定結果を利用した縦曲線影響除去前後の上下加速度の一例を示す図である。 本発明を適用した鉄道車両制振装置の第３実施形態における制御システムの構成を模式的に示す図である。

以下、本発明を適用した鉄道車両制振装置及び鉄道車両制振方法の実施形態について説明する。
＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態について説明する。
第１実施形態の鉄道車両制振装置及び鉄道車両制振方法は、例えば、車両１両あたり前後２台の２軸ボギー台車を有する旅客用電車などの鉄道車両に適用されるものである。
図１は、第１実施形態の鉄道車両制振装置を有する鉄道車両の構成を模式的に示す図であって、車両を車幅方向から見た図である。
図２は、図１のII－II部矢視図である。
車両１は、車体１０、台車２０、まくらばね３０、上下動ダンパ４０、アクチュエータ５０、左右動ダンパ６０等を有して構成されている。

車体１０は、乗客などが収容される部分であって、下面部を構成する台枠の上部に、側構、妻構、屋根構などを設けて、実質的に六面体のボックス状に形成された構体を有する。
車体１０は、例えば、アルミニウム系合金の押出材や、ステンレス系合金などの金属材料からなる部材を集成し、溶接等により接合して構成されている。

台車２０は、車体１０に前後に離間して一対設けられた２軸のボギー台車である。
台車２０は、車体１０の下部に、まくらばね３０や、図示しない牽引装置を介して、車体１０に対して鉛直軸回りに回動可能（ボギー角付与可能）、かつ、上下方向に相対変位可能に取り付けられている。
台車２０は、台車枠２１、輪軸２２、軸箱２３、軸箱支持装置２４、軸ばね２５、軸ダンパ２６等を備えて構成されている。

台車枠２１は、台車２０の本体部を構成する構造部材である。
台車枠２１は、例えば、前後方向に延在するとともに、まくらぎ方向に離間して設けられた左右一対の側梁を、前後方向の中央部においてまくらぎ方向に延在する横梁により連結して構成されている。
台車枠２１は、軸箱支持装置２４、軸箱２３を介して輪軸２２が取り付けられるとともに、まくらばね３０等を介して車体１０の下部に取り付けられる。

輪軸２２は、軌道（レール）上を転動する左右の車輪を、円柱状の車軸の両端部に組み込んで構成されている。
輪軸２２は、台車枠２１の前後方向に離間して一対（２軸）設けられている。
軸箱２３は、輪軸２２の両端部に形成されたジャーナル部を回転可能に支持するものである。
軸箱２３は、軸受、潤滑装置等を備えている。
また、一部の軸箱２３には、輪軸２２の回転速度に応じた車速信号を出力する速度発電機が設けられている。

軸箱支持装置２４は、軸箱２３を台車枠２１に対して上下方向、ロール方向、転舵方向（ヨー方向）に相対変位可能に支持するものである。
軸ばね２５は、台車枠２１と軸箱２３との間にわたして設けられ、台車枠２１と軸箱２３との上下方向の相対変位に応じたばね反力を発生する１次ばねである。
軸ダンパ２６は、台車枠２１と軸箱２３との間に軸ばね２５と並列に設けられ、台車枠２１と軸箱２３との相対変位速度に応じた制振力（減衰力）を発生する油圧緩衝器（１次ダンパ）である。

まくらばね３０は、車体１０の下部と台車枠２１の上部との間に設けられたばね要素（２次ばね）である。
まくらばね３０は、例えば、空気ばねを有して構成されている。
まくらばね３０は、車体１０の重量を支持するとともに、車体１０と台車枠２１との上下方向相対変位に応じた反力を発生する。
なお、まくらばねとして空気ばねを用いる車両では、空気ばねのベローズと補助空気室との間に設けた絞りによって上下方向の減衰を得ることが一般的であるが、第１実施形態のように上下動ダンパ４０を設ける場合には、この絞りは設けずに、実質的に全ての減衰要素を上下動ダンパ４０において負担させるようにすることが制振性能上好ましい。

上下動ダンパ４０は、車体１０と台車枠２１との間にわたして設けられ、車体１０と台車枠２１との上下方向の相対変位速度（ストローク速度）に応じた制振力（減衰力）を発生する油圧緩衝器である。
上下動ダンパ４０は、ストローク速度と減衰力との相関関係である減衰力特性を、段階的あるいは無段階に変更することが可能な可変減衰ダンパである。
上下動ダンパ４０は、例えば、ストロークに応じて作動油が通過し、減衰力を発生するオリフィスに、比例ソレノイドリリーフ弁（減衰力制御弁）を有するバイパス流路を設けて構成される。
上下動ダンパ４０は、後述する減衰力特性指令値に基づく指令電流に応じて、比例ソレノイドリリーフ弁を駆動することによって、減衰力特性を逐次変更することが可能となっている。
上下動ダンパ４０は、指令電流を供給しない場合には、通常のパッシブダンパとして機能し、システムのフェールセーフ性を確保する。

アクチュエータ５０は、車体１０と台車枠２１との間にわたして上下動ダンパ４０と並列に設けられ、車体１０と台車枠２１とを上下方向に相対変位させる推力を発生するものである。
アクチュエータ５０は、例えば電動モータにより油圧ポンプを駆動して得られる油圧を動力源とする油圧アクチュエータや、空気圧式、電動式などのものを用いることができる。
上下動ダンパ４０及びアクチュエータ５０は、台車枠２１をまくらぎ方向に挟んだ左右にそれぞれ配置されている。

左右動ダンパ６０は、車体１０と台車枠２１との間にわたして設けられ、車体１０と台車枠２１とのまくらぎ方向（車幅方向）の相対変位速度（ストローク速度）に応じた制振力（減衰力）を発生する油圧緩衝器である。

図３は、第１実施形態の鉄道車両制振装置における制御システムの構成を模式的に示す図である。
制御装置１００は、加速度センサ１１０が検出する車体１０の上下方向加速度に基づいて、上下動ダンパ４０、アクチュエータ５０へ指令される制御指令値を生成するものである。
制御装置１００は、例えば、ＣＰＵ等の情報処理部、ＲＡＭやＲＯＭなどの記憶部、入出力インターフェイス、及び、これらを接続するバス等を有するマイクロコンピュータとして構成することができる。

加速度センサ１１０は、車体１０の上下方向の加速度を検出するものである。
加速度センサ１１０は、車体１０の振動を、例えば、後述する上下成分、ピッチ成分、曲げ成分、ロール成分に分離して把握するため、車両１の前後方向、車幅方向に分散して複数設けられている。

制御装置１００は、フィルタ処理部１２０、フィルタ選択部１３０、指令値生成部１４０を有する。
フィルタ処理部１２０は、加速度センサ１１０の出力信号に対して、所定の極低周波成分を除去あるいは低減するものである。
フィルタ処理部１２０は、通常用極低周波除去フィルタ１２１、縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２を備えている。

通常用極低周波除去フィルタ１２１は、車両１が通常状態（縦曲線通過時以外の状態）での走行時に用いられるフィルタである。
縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２は、車両１が縦曲線通過状態（勾配変化が生じている区間を走行する状態）での走行時に用いられるフィルタである。
縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２は、通常用極低周波除去フィルタ１２１に対して、縦曲線通過に伴う上下方向の遠心力に起因する加速度の上下オフセットを低減、除去する効果が高まるよう、異なった形状をもつフィルタを使用している。
例えば、縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２は、通常用極低周波除去フィルタ１２１よりも次数が高く遮断特性が急峻なフィルタを用いることができる。
加速度センサ１１０の出力信号は、通常用極低周波除去フィルタ１２１、縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２にそれぞれ入力され、各フィルタは並行してフィルタ処理を行い、フィルタ処理後の値をそれぞれ出力する。

フィルタ選択部１３０は、通常用極低周波除去フィルタ１２１、縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２の出力のうち、いずれか一方の出力を選択し、指令値生成部１４０に伝達するスイッチ手段である。
フィルタ選択部１３０は、縦曲線データベース１５０に予め蓄積された情報、及び、図示しない車両モニタ装置から取得した車両１の速度、走行地点（キロ程）に基づいて、フィルタの切り換えを行う。

縦曲線データベース１５０は、例えばフラッシュメモリやＨＤＤ等の記憶媒体に、車両１が走行する線区における縦曲線に関するデータを蓄積して構成されている。
縦曲線データベース１５０は、所定以上の曲率を有する縦曲線に関して、位置（キロ程）に関する情報と、曲率に関する情報（曲率データ）を保持している。
縦曲線データベース１５０は、フィルタ選択部１３０と協働し、縦曲線通過状態を判別する縦曲線検出部として機能する。
曲率データは、例えば、軌道の管理者が保有している軌道管理台帳データから得ることができる。また、当該線区を走行する車両の走行速度と上下加速度を実測し、取得された上下加速度からローパスフィルタ処理によって低周波（ないしは長波長）成分を抽出し、これをもとに曲率を計算してもよい。

フィルタ選択部１３０は、車両モニタ装置から取得する走行地点に関する情報に基づいて、現在縦曲線通過状態であるか否かを判別し、縦曲線通過状態である場合には、縦曲線の曲率に関する情報を読み出し可能となっている。
フィルタ選択部１３０は、車両モニタ装置と協働して、走行地点取得部としての機能を有する。
フィルタ選択部１３０は、所定以上の曲率を有する縦曲線を、所定以上の速度で走行中である場合は、縦曲線通過状態であるとして縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２の出力を指令値生成部１４０に伝達し、その他の場合は通常状態であるとして通常用極低周波除去フィルタ１２１の出力を指令値生成部１４０に伝達する。
すなわち、所定以上の速度で縦曲線通過状態であると判別された場合には、フィルタ処理部１２０における演算パラメータが縦曲線通過状態に最適化されたパラメータに変化することになる。

指令値生成部１４０は、フィルタ選択部１３０から伝達される加速度センサ１１０の出力信号（フィルタ処理済みのもの）に基づいて、上下動ダンパ４０に与えられる減衰力特性指令値、及び、アクチュエータ５０に与えられる推力指令値を生成するものである。
指令値生成部１４０は、加速度センサ１１０の出力に基づいて、車体１０の振動を、異なった複数の振動モードにモード分離する機能を有する。
例えば、車体１０の振動は、上下成分、ピッチ成分、曲げ成分、ロール成分に分離することができる。

上下成分は、車体１０が上下方向に並進する方向の振動の成分である。
ピッチ成分は、車体１０がまくらぎ方向に沿った軸回りに揺動する方向の振動の成分である。
曲げ成分は、車体１０の構体全体が周期的に弓なり（１次振動の場合）等に変形する弾性曲げ振動の成分である。
ロール成分は、車体１０が車両前後方向の沿った軸回りに揺動する方向の振動の成分である。

指令値生成部１４０は、分離された各振動モード成分の検出値を、成分毎にそれぞれ積分することによって、車体１０の上下方向、ピッチ方向、曲げ方向、ロール方向のばね上速度、角速度をそれぞれ算出する積分手段を有する。
指令値生成部１４０は、積分手段が出力する各振動モード成分のばね上速度、角速度に、例えば公知のスカイフック制御則等に基づいて設定される演算パラメータであるゲインを乗算することによって、各モードの振動を抑制するために効果的な上下動ダンパ４０の減衰力、及び、アクチュエータ５０の推力を算出する。

各モードに対して求められた上下動ダンパ４０の減衰力、アクチュエータ５０の推力を合成したものが、減衰力、推力それぞれの目標値となる。
指令値生成部１４０は、上下動ダンパ４０が実際に発生する減衰力、及び、アクチュエータ５０が実際に発生する推力が、目標値に近づくよう（理想的には一致するよう）、各上下動ダンパ４０に指令される電流値である減衰力特性指令値を設定するとともに、各アクチュエータ５０に指令される電流値である推力指令値を設定する。

指令値生成部１４０は、例えば、減衰力特性指令値を生成するためのゲインを、制御を行っていない状態の車両１に対して、高周波振動を顕著に増加させない範囲で制振性能が得られるよう設計（調整）することができる。
また、指令値生成部１４０は、例えば、推力指令値を生成するためのゲインを、上下動ダンパ４０の減衰力特性制御が行われた状態の車両１に対して、制振性能がさらに向上するよう設計（調整）することができる。

指令値生成部１４０は、上下動ダンパ４０の減衰力、アクチュエータ５０の推力の目標値が、それぞれ所定のリミット値を超過している場合には、リミット値を目標値とするリミッタ処理を施したうえで、上下動ダンパ４０、アクチュエータ５０に伝達する各指令値を生成するリミッタ機能を備えている。

以下、第１実施形態の鉄道車両制振装置及び鉄道車両制振方法の作用、効果について説明する。
図４は、鉄道用軌道における縦曲線の一例を模式的に示す図である。
図４に示す例では、車両１は、水平区間Ｓ１から、一定勾配を有する降坂区間Ｓ３に進入する状態を示している。
水平区間Ｓ１と降板区間Ｓ３には、曲率半径Ｒを有する縦曲線区間Ｓ２が設けられている。
縦曲線区間Ｓ２においては、軌道面をまくらぎ方向から見たときに、上方に凸となる円弧状の曲線となっている。
縦曲線区間Ｓ２を通過する際、車両１には縦方向（上下方向）に作用する遠心力により、一時的に見かけ上の重力が低下したような影響を受ける。

図５は、車体上下加速度に対する縦曲線の影響の一例を示す図である。
図５において、横軸は時間を示し、縦軸は振動加速度（車体上下加速度）を示している。（後述する図７において同様）
図５に示す例においては、破線楕円で示す領域において、縦曲線通過に起因する上下方向加速度オフセットの影響が発生していることがわかる。
この例では、例えば、図４に示す例のように、軌道面が上方に凸となる縦曲線の通過により、上下方向加速度が所定の区間において低くなる方向にオフセットしている。
通常、このような上下方向加速度オフセットは、例えば数秒間程度発生することが知られている。

第１実施形態においては、フィルタ選択部１３０が、縦曲線データベース１５０に蓄積された情報、及び、走行地点及び速度に関する情報から、車両１が縦曲線区間を所定以上の速度で通過している状態と判別された場合には、通常用極低周波除去フィルタ１２１に代えて、縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２の出力を指令値生成部１４０に伝達し、減衰力特性指令値、推力指令値の生成に利用している。
縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２は、上述した上下方向加速度オフセットの影響を、通常用極低周波除去フィルタ１２１に対して効果的に除去する機能を有する。

以上説明した第１実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）車両１が縦曲線を通過する際に、車体１０に作用する縦方向の遠心力（上下方向加速度オフセット）の影響を、フィルタ処理のパラメータを通常状態（縦曲線通過状態以外の状態）に対して変化させることにより、効果的に抑制することができる。
これにより、減衰力特性指令値、推力指令値の生成処理における縦曲線通過の影響を低減し、例えば積分器のワインドアップが生じるなどの問題を防止して縦曲線通過時の制振制御性能の低下を抑制することができる。
（２）フィルタ処理部１２０が、通常用極低周波除去フィルタ１２１と、通常用極低周波除去フィルタ１２１に対して極低周波成分の除去能力が高い縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２とを有し、縦曲線通過状態の検出に応じて指令値生成部１４０に出力を伝達するフィルタを縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２に切り替えることにより、縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２の設計を縦曲線通過時に特化した構成とすることが可能となり、上述した効果をより促進することができる。
また縦曲線通過時以外や、縦曲線通過時であっても上下方向加速度オフセットの影響が小さい低速走行時には、縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２に対して低周波成分の遮断特性が穏やかな通常用極低周波除去フィルタ１２１を用いることにより、低周波領域まで良好な制振性能を得ることができる。
（３）車両１が走行する線区における縦曲線の位置、曲率に関する情報を有する縦曲線データベース１５０を備え、車両モニタ装置から車両１の走行地点に関する情報を取得して縦曲線通過状態を判別することにより、縦曲線の検出精度を高め、上述した効果を適切に得ることができる。
（４）縦曲線データベース１５０が保持する情報量は、車両１が縦曲線通過状態であるか否かを判別することが可能であれば足り、詳細な曲率分布などの情報が不要であるため、後述する第２実施形態に対してデータの内容を簡素化し、車両１への実装を容易に行うことができる。

＜第２実施形態＞
次に、本発明を適用した鉄道車両制振装置及び鉄道車両制振方法の第２実施形態について説明する。
第２実施形態及び後述する第３実施形態において、上述した第１実施形態と共通する箇所には同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
図６は、第２実施形態の鉄道車両制振装置における制御システムの構成を模式的に示す図である。
第２実施形態においては、第１実施形態のフィルタ選択部１３０に代えて、以下説明する縦曲線オフセット推定部１６０を備えている。
また、第２実施形態のフィルタ処理部１２０は、第１実施形態の通常用極低周波除去フィルタ１２１、縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２に代えて、単一の極低周波除去フィルタ１２３を備えている。

縦曲線オフセット推定部１６０は、縦曲線データベース１５０が有する情報、及び、速度、走行地点に関する情報に基づいて、縦曲線通過に起因して車両１において生じる上下方向加速度オフセットを推定するものである。
縦曲線データベース１５０から提供される縦方向の曲率ｃ、速度ｖから、縦曲線による上下方向加速度ａ_ｖｃは、以下の式１により推定することができる。

ａ_ｖｃ＝ｖ^２×ｃ （式１）

図７は、上下方向加速度オフセットの推定結果を利用した縦曲線影響除去前後の上下加速度の一例を示す図である。
上段の図は、縦曲線影響除去前の上下加速度の推移を示す。
また、上段の図において、縦曲線オフセット推定部１６０が算出した上下方向加速度オフセットを、図中太線破線により示している。
第２実施形態の制御システムは、この上下方向加速度オフセットを、加速度センサ１１０の出力から減算し、上下方向加速度オフセットの影響が低減あるいは除去されるよう加速度信号を補正する減算器１６１を有する。
下段の図は、縦曲線影響除去後（補正後）の上下加速度の推移を示す。
第２実施形態においては、このような縦曲線影響除去後の上下加速度信号が、フィルタ処理部１２０の極低周波除去フィルタ１２３においてフィルタ処理を施され、その後指令値生成部１４０において減衰力特性指令値、推力指令値の演算に用いられる。なお、極低周波除去フィルタ１２３の機能を指令値生成部１４０に統合することで、極低周波除去フィルタ１２３を省略することもできる。

以上説明した第２実施形態によれば、縦曲線データベース１５０が保持する縦曲線の位置及び曲率に関する情報、及び、車両１の位置情報、速度から上下方向加速度オフセットの推定値を演算して加速度センサ１１０の出力を補正し、補正された（縦曲線影響除去後の）加速度信号に基づいて減衰力指令値指令値、推力指令値を生成することにより、縦曲線の影響をより効果的に除去し、制振性能をより向上することができる。

＜第３実施形態＞
次に、本発明を適用した鉄道車両制振装置の第３実施形態について説明する。
図８は、第３実施形態の鉄道車両制振装置における制御システムの構成を模式的に示す図である。
図８に示すように、第３実施形態においては、指令値演算部１４０から独立したモード展開部１７０を有する。

モード展開部１７０は、加速度センサ１１０の出力信号に基づいて、車体１０の振動を、異なった複数の振動モードにモード分離（展開）する機能を有する。
例えば、車体１０の振動は、上下成分、ピッチ成分、曲げ成分、ロール成分に分離することができる。
モード展開部１７０は、上下並進モードの振動に関する情報を、縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２、及び、フィルタ選択部１３０に提供する。
また、モード展開部１７０は、ピッチモード、１次曲げモード、ロールモードの振動に関する情報を、指令値生成部１４０に提供する。

第３実施形態においては、第１実施形態の通常用極低周波除去フィルタ１２１は省略されている。
通常用極低周波除去フィルタ１２１の機能は、指令値生成部１４０に組み込まれている。
指令値生成部１４０は、上下動ダンパ４０、アクチュエータ５０の指令値をそれぞれ生成する上下動ダンパ指令値生成部１４０ａ、アクチュエータ指令値生成部１４０ｂを有する。

フィルタ選択部１３０は、モード展開部１７０から直接提供され、あるいは、縦曲線用極低周波除去フィルタ１２２においてフィルタ処理を施された上下並進モードの振動に関する情報を、選択的に指令値演算部１４０の上下動ダンパ指令値生成部１４０ａ、アクチュエータ指令値生成部１４０ｂに提供する。
上下動ダンパ指令値生成部１４０ａ、アクチュエータ指令値生成部１４０ｂは、これらの上下並進モードの振動に関する情報、及び、モード展開部１７０から提供されるピッチモード、１次曲げモード、ロールモードの各振動に対する情報に基づいて、上下動ダンパ４０、アクチュエータ５０の指令値を生成する。
以上説明した第３実施形態によれば、上述した第１実施形態の効果と同様の効果に加えて、搭載されるフィルタが削減されることで、計算負荷を軽減することができる。

（他の実施形態）
なお、本発明は上述した各実施形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。
（１）鉄道車両制振装置及び鉄道車両制振方法や、適用の対象となる鉄道車両の構成は、上述した各実施形態に限らず、適宜変更することが可能である。
例えば、車種や台車配置、軸配置などは適宜変更することができる。
（２）各実施形態では、可変減衰ダンパ及びアクチュエータへの指令値を演算する制御則として、一例としてスカイフック制御を用いているが、これに限らず、他の制御則を用いてもよい。
例えば、最適レギュレータ、ＬＱＧ制御、Ｈ∞制御など他の制御則を用いてもよい。
（３）各実施形態における車体の振動モードの展開は一例であって、他の振動モードに展開（分離）してもよい。
例えば、前台車（１位台車）直上上下モード、後台車（２位台車）直上上下モード、ロールモード、曲げモードに展開するようにしてもよい。
（４）各実施形態においては、上下動ダンパ４０を可変減衰ダンパとし、アクチュエータ５０とともに制御しているが、本発明はこれに限らず、可変減衰ダンパのみ、あるいは、アクチュエータのみを制御するものにも適用することができる。
また、各実施形態においては、一例として２次ばね系の可変減衰ダンパ、アクチュエータを制御しているが、これに限らず、例えば１次ばね系に１次ばね（軸ばね）と並列に設けられる軸ダンパを可変減衰ダンパとし、その減衰力特性を制御する構成としてもよい。

１ 車両 １０ 車体
２０ 台車 ２１ 台車枠
２２ 輪軸 ２３ 軸箱
２４ 軸箱支持装置 ２５ 軸ばね
２６ 軸ダンパ ３０ まくらばね
４０ 上下動ダンパ ５０ アクチュエータ
６０ 左右動ダンパ
１００ 制御装置 １１０ 加速度センサ
１２０ フィルタ処理部 １２１ 通常用極低周波除去フィルタ
１２２ 縦曲線用極低周波除去フィルタ
１２３ 極低周波除去フィルタ
１３０ フィルタ選択部 １４０ 指令値生成部
１４０ａ 上下動ダンパ指令値生成部 １４０ｂ アクチュエータ指令値生成部
１５０ 縦曲線データベース １６０ 縦曲線オフセット推定部
１６１ 減算器 １７０ モード展開部
Ｓ１ 水平区間 Ｓ２ 縦曲線区間
Ｓ３ 降板区間

Claims (7)

1. 鉄道車両の車体の上下加速度を検出する加速度センサと、
   前記加速度センサの出力信号にフィルタ処理を施すフィルタ処理部と、
   前記フィルタ処理後の前記加速度センサの出力信号に基づいて、前記鉄道車両に設けられ上下方向の制振力を発生する可変減衰ダンパとアクチュエータとの少なくとも一方の制御指令値を生成する指令値生成部と
   を備える鉄道車両制振装置であって、
   前記鉄道車両の縦曲線通過状態を検出する縦曲線検出部を備え、
   前記フィルタ処理部は、前記縦曲線通過状態の検出に応じて、前記フィルタ処理のパラメータを通常状態に対して変化させること
   を特徴とする鉄道車両制振装置。
2. 前記フィルタ処理部は、第１のフィルタと、前記第１のフィルタに対して極低周波成分の除去能力が高い第２のフィルタとを有し、前記縦曲線通過状態の検出に応じて、前記指令値生成部による前記制御指令値の生成に用いられるフィルタを前記第１のフィルタから前記第２のフィルタへ切り替えること
   を特徴とする請求項１に記載の鉄道車両制振装置。
3. 鉄道車両の車体の上下加速度を検出する加速度センサと、
   前記加速度センサの出力信号に基づいて、前記鉄道車両に設けられ上下方向の制振力を発生する可変減衰ダンパとアクチュエータとの少なくとも一方の制御指令値を生成する指令値生成部と、
   前記鉄道車両の縦曲線通過状態を検出する縦曲線検出部と、
   前記縦曲線通過状態の検出に応じて、縦曲線通過に伴う上下方向加速度オフセットを抑制するよう前記加速度センサの出力信号を補正するオフセット補正部と
   を備えることを特徴とする鉄道車両制振装置。
4. 前記縦曲線検出部は、前記鉄道車両が走行する線区における縦曲線の位置に関する情報を有する縦曲線データベースと、前記鉄道車両の走行地点を取得する走行地点取得部とを備えること
   を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の鉄道車両制振装置。
5. 前記縦曲線検出部の前記縦曲線データベースは、さらに前記縦曲線の曲率に関する情報を有すること
   を特徴とする請求項４に記載の鉄道車両制振装置。
6. 鉄道車両の車体の上下加速度にフィルタ処理を施した値に基づいて、前記鉄道車両に設けられ上下方向の制振力を発生する可変減衰ダンパとアクチュエータとの少なくとも一方の制御指令値を生成する鉄道車両制振方法であって、
   前記鉄道車両の縦曲線通過状態の検出に応じて、前記フィルタ処理のパラメータを通常状態に対して変化させること
   を特徴とする鉄道車両制振方法。
7. 鉄道車両の車体の上下加速度に基づいて、前記鉄道車両に設けられ上下方向の制振力を発生する可変減衰ダンパとアクチュエータとの少なくとも一方の制御指令値を生成する鉄道車両制振方法であって、
   前記鉄道車両の縦曲線通過状態の検出に応じて、縦曲線通過に伴う上下方向加速度オフセットを抑制するよう前記加速度センサの出力信号を補正すること
   を特徴とする鉄道車両制振方法。

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