JP3826325B2

JP3826325B2 - 鉄道車両用振動制御装置

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Publication number: JP3826325B2
Application number: JP34791195A
Authority: JP
Inventors: 正明内山; 隆夫小原; 隆根津
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-11-17
Filing date: 1995-12-15
Publication date: 2006-09-27
Anticipated expiration: 2015-12-15
Also published as: JPH09193794A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両用振動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の鉄道車両用振動制御装置の一例として、台車と車体との間にばね部材及びダンパを介装し車体の揺れをばね部材及びダンパに吸収させて乗り心地の改善を図るようにした、いわゆるパッシブダンパを利用したものがある。そして、このパッシブダンパの減衰力特性は、ひとつの特性に設定されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、乗り心地の向上を図るためには減衰力は小さい値に設定し、また車体の制振を図るためには減衰力は大きい値に設定することが望まれる。しかしながら、上述した従来技術におけるダンパの減衰力は、前記小さい値と大きい値の中間の値が用いられており、このため、乗り心地及び車体の制振について若干の向上が図れるものの、乗員に対して必ずしも満足がいく結果が得られていないというのが実情であった。
また、鉄道車両では、曲線軌道走行時に、カント（内側レールと外側レールとの高低差）の影響から車体に微小な定常横加速度が発生し、その分、乗り心地の低下を招くことになる。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、乗り心地及び車体の制振を良好に両立させることができる鉄道車両用振動制御装置を提供することを目的とする。また、本発明の他の目的は、カントの影響による乗り心地の低下を防止できる鉄道車両用振動制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る鉄道車両用振動制御装置の発明は、鉄道車両の台車と該台車に水平方向に揺動可能に支持された車体との間における進行方向の前、後側に、進行方向に対して水平横方向の車体の運動を規制するようにそれぞれ介装された減衰係数調整可能の前、後側のダンパと、車体の前、後側の水平横方向速度を検出する前、後側の横速度検出手段と、前記車体の前、後側の水平横方向速度の和を求める和信号検出手段と、前記車体の前、後側の水平横方向速度の差を求める差信号検出手段と、前記車体の前記前側の水平横方向速度により前側の独立制御信号を決定し、前記車体の後側の水平横方向速度により前記後側の独立制御信号を決定し、前記前側の独立制御信号及び前記後側の独立制御信号と、前記和信号検出手段の検出結果及び前記差信号検出手段の検出結果とから、前記車体の水平横方向運動及びヨー運動を抑制するように、前記前、後側のダンパの減衰係数を調整する制御信号を出力するコントローラとを備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１記載の鉄道車両用振動制御装置において、前記和信号検出手段の検出結果にカットオフ周波数が所定値以上のハイパスフィルタを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の鉄道車両用振動制御装置において、前記前後のダンパは、縮みの減衰力が小さい値のときに、伸びの減衰力が小さい値と大きい値との間で調整可能で、伸びの減衰力が小さい値のときに、縮みの減衰力が小さい値と大きい値との間で調整可能なダンパであることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施の形態の鉄道車両用振動制御装置を図面に基づいて説明する。図１、図２において、鉄道用車両４０の台車４１には、車輪４２を備えた車軸４３が回動可能に支持されている。この台車４１には、車体４４がばね部材４５を介して水平方向及び上下方向に揺動可能に支持されている。台車４１の進行方向に対して左側の前、後側部分には、前、後側の台車側ブラケット４６ｆ，４６ｒがそれぞれ取り付けられている。前、後側の台車側ブラケット４６ｆ，４６ｒに対向するように車体４４の進行方向右側部分には、前、後側の車体側ブラケット４７ｆ，４７ｒが取り付けられている。
【００１１】
前側の台車側ブラケット４６ｆと前側の車体側ブラケット４７ｆとの間、後側の台車側ブラケット４６ｒと後側の車体側ブラケット４７ｒとの間には、減衰係数可変型の前、後側のダンパ４ｆ，４ｒがそれぞれ介装されている。この場合、前、後側の台車側ブラケット４６ｆ，４６ｒにシリンダ１１が保持され、前、後側の車体側ブラケット４７ｆ，４７ｒにピストンロッド１６の一端側（シリンダ１１の外側部分）が保持されており、車体４４の進行方向に対して水平横方向の運動を規制するようになっている。
車体４４の前、後側部分には、車体４４の進行方向に対して水平横方向の加速度を検出する前、後側の横加速度センサ４８ｆ，４８ｒが設けられている。
前、後側の横加速度センサ４８ｆ，４８ｒ及び前、後側のダンパ４ｆ，４ｒの各アクチュエータ２９に接続してコントローラ４９が設けられている。
【００１２】
前、後側のダンパ４ｆ，４ｒは、図３に示すようにシリンダ１１内にフリーピストン１２を摺動自在に収納し、このフリーピストン１２によりガス室１３と油室１４との二室に画成されている。ガス室１３には高圧ガスが封入されており、油室１４には油液が封入されている。油室１４にはピストン１５が摺動自在に収納されている。油室１４はピストン１５により下室Ｒ₁ と上室Ｒ₂ とに画成されている。ピストン１５にはピストンロッド１６が連結されている。ピストンロッド１６は上室Ｒ₂ を通ってシリンダ１１外に延びている。
【００１３】
ピストン１５には下室Ｒ₁ と上室Ｒ₂ とをそれぞれ連通する第１、第２の連通路１７、１８が形成されている。ピストン１５の上部には、常閉の第１の減衰弁１９が取り付けられている。第１の減衰弁１９は、ピストンロッド１６の短縮時に下室Ｒ₁ の圧力が高くなって上室Ｒ₂ との差圧が所定値に達すると開き、これにより第１の連通路１７を介した下室Ｒ₁ と上室Ｒ₂ との連通を図れるようにしている。ピストン１５の下部には、常閉の第２の減衰弁２０が取り付けられている。第２の減衰弁２０は、ピストンロッド１６の伸長時に上室Ｒ₂ の圧力が高くなって下室Ｒ₁ と上室Ｒ₂ との圧力差が所定値になると開き、これにより第２の連通路１８を介した下室Ｒ₁ と上室Ｒ₂ との連通を図れるようにしている。ピストン１５には、ピストンロッド１６の軸心を挟んで相対向する第３、第４の連通路２１，２２が形成されている。第３、第４の連通路２１，２２は、それぞれ上室Ｒ₂ 、下室Ｒ₁ に連通している。
【００１４】
第３、第４の連通路２１，２２には、それぞれチェック弁２３，２４が配設されている。チェック弁２３は下室Ｒ₁ から上室Ｒ₂ への油液の流れのみを許容し、チェック弁２４は上室Ｒ₂ から下室Ｒ₁ への油液の流れのみを許容する。ピストン１５内部には円板状の可動板２５がピストンロッド１６の軸心を中心にして回動自在に保持されており、可動板２５の板面は第３、第４の連通路２１，２２をそれぞれ横切っている。可動板２５には図４に示すように周方向に沿って円弧状に延びる一対の長孔２６，２７が形成されている。長孔２６，２７は可動板２５の中心と同心状の位置に相対向して形成されている。長孔２６は、図４矢印Ｒ方向に向かうに従って開口面積が小さくなり、長孔２７は、矢印Ｒ方向に向かうに従って開口面積が大きくなるようになっている。
【００１５】
可動板２５を矢印Ｒ又は矢印Ｌ方向に回動すると、長孔２６，２７の、第３、第４の連通路２１，２２に臨む部分が連続的に替わり第３、第４の連通路２１，２２の開口面積が逓増又は逓減するようになっており、これにより前、後側のダンパ４ｆ，４ｒが、図５に実線で示す減衰特性を得られるようにしている。なお、滑らかに減衰係数を変化させるために、長孔２６，２７の中心位置ｂ₂ ，ｂ₁ 付近を破線で示すように滑らかに変化する減衰係数特性とすることもできる。
【００１６】
なお、図３において、２８はピストンロッド１６の軸心に相対回転自在に設けられて下端部が可動板２５に連結される操作ロッドである。また、２９は、操作ロッド２８の上端部に連結され、この操作ロッド２８を介して可動板２５を矢印Ｒ方向または矢印Ｌ方向に回転させるステッピングモータ等のアクチュエータである。このアクチュエータ２９は、コントローラ４９から発信される制御信号θに基づいて操作ロッド２８を回転させる。
【００１７】
次に、長孔２６，２７の、第３、第４の連通路２１，２２に臨む箇所（ａ₂ 〜ｂ₂ 〜ｃ₂ ，ａ₁ 〜ｂ₁ 〜ｃ₁ ）と、減衰係数との関係を説明する。ここで、長孔２６，２７の、第３、第４の連通路２１，２２に臨む箇所は、制御信号θに対応する可動板２５の回転角度（目標アクチュエータ角度）θによって表わす。なお、長孔２６，２７の中心である位置ｂ₂ ，ｂ₁ が第３、第４の連通路２１，２２に臨んでいる場合、この位置を可動板２５の基準位置（θ＝０）としている。
【００１８】
（１）可動板２５を基準位置から矢印Ｒ方向に回転する、即ち可動板２５を正方向（θ＞０）に回転させた場合、長孔２６の位置ａ₂ が第３の連通路２１に臨み、かつ長孔２７の位置ａ₁ が第４の連通路２２に臨む。これにより、下室Ｒ₁ から上室Ｒ₂ へ油液が流れやすく、上室Ｒ₂ から下室Ｒ₁ へ油液が流れ難くなって伸び側減衰係数が大きくかつ縮み側減衰係数が小さくなる。
【００１９】
（２）可動板２５を基準位置から矢印Ｌ方向に回転する、即ち可動板２５を負方向（θ＜０）に回転させた場合、長孔２６の位置ｃ₂ が第３の連通路２１に臨み、かつ長孔２７の位置ｃ₁ が第４の連通路２２に臨む。これにより、下室Ｒ₁ から上室Ｒ₂ へ油液が流れ難く、上室Ｒ₂ から下室Ｒ₁ へ油液が流れやすくなって伸び側減衰係数が小さくかつ縮み側減衰係数が大きくなる。
【００２０】
コントローラ４９は、図６に示すように電力供給を受ける（ステップS31 ）と、まず初期設定を行なって（ステップS32 ）制御周期に達したか否かを判定する（ステップS33 ）。ステップS33 では、制御周期に達したと判定するまで繰り返して制御周期に達したか否かを判定する。
【００２１】
ステップS33 で制御周期に達したと判定すると、前制御周期の制御信号θに基づいてアクチュエータ２９を駆動し可動板２５を回転角度θだけ回転させて回転角度θに対応する減衰係数を得る（ステップS34 ）。続いてステップS35 でアクチュエータ２９以外の機構に信号を出力して制御する。次に前、後側の横加速度センサ４８ｆ，４８ｒから前、後側横加速度信号α₁ ，α₂ を読み込む（ステップS36 ）。続いて前、後側横加速度信号α₁ ，α₂ に基づいて図７の演算処理を行って、目標減衰係数Ｃを求め、これに対応する制御信号（目標アクチュエータ角度）θの決定を行い（ステップS37 ）、次の制御周期のステップS34 で制御信号θに基づいてアクチュエータ２９を駆動して所望の減衰係数を得る。
【００２２】
ここで、上記ステップS37 の演算処理内容を図７に基づいて説明する。まず、前側の横加速度センサ４８ｆで検出された前側横加速度α₁ はブロック（前側の横速度検出手段）Ｂ６０で積分処理され、これにより前側横速度Ｖ₁ が得られ、この前側横速度Ｖ₁ がブロックＢ６１に送られる。ブロックＢ６１ではハイパスフィルタ処理を実行しブロックＢ６０の積分誤差を除去する。
【００２３】
ブロックＢ６１からの前側横速度Ｖ₁ にブロックＢ６２で制御周波数帯域を制限するローパスフィルタ処理を行う。ブロックＢ６２でローパスフィルタ処理を行うことにより、ノイズ成分などの余分な高周波成分や非制御周波数領域を制限することができる。
ブロックＢ６２のローパスフィルタ処理後の信号に、ブロックＢ６３でゲインＫ₁ を乗算し制御量の大きさを最適な値に設定して前側独立制御信号Ｃ₁ を得る。この前側独立制御信号Ｃ₁ が合成部Ｂ７３を介して合成部Ｂ７８に送られ目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６４に送られる。ブロックＢ６４では、あらかじめ設定された、目標減衰係数Ｃとこれに対応する制御信号（目標アクチュエータ角度）θとを示す情報（便宜上、図７のブロックＢ６４中にこの情報を示すグラフを模式的に示している。）に、前記合成部Ｂ７８からの目標減衰係数Ｃをアドレスとして指定し、これに対応する制御信号θを求め、この制御信号θを前側のダンパ４ｆのアクチュエータ２９に出力して前側の信号処理が終了する。
【００２４】
上述した前側の信号処理と同様に後側の信号処理が行われる。すなわち、後側の横加速度信号α₂ についてブロック（後側の横速度検出手段）Ｂ６５で積分処理されて後側横速度Ｖ₂ が得られる。この後側横速度Ｖ₂ は、ブロックＢ６６でハイパスフィルタ処理されてブロックＢ６５の積分誤差が除去され、ブロックＢ６７で制御周波数帯域を制限するローパスフィルタ処理を行う。
ブロックＢ６７のローパスフィルタ処理後の信号に、ブロックＢ６８でゲインＫ₂ を乗算し後側独立制御信号Ｃ₂ を得る。この後側独立制御信号Ｃ₂ が合成部Ｂ７４を介して合成部Ｂ７９に送られ目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６９に送られる。ブロックＢ６９では、あらかじめ設定された、目標減衰係数Ｃとこれに対応する制御信号（目標アクチュエータ角度）θとを示す情報（便宜上、図７のブロックＢ６９中にこの情報を示すグラフを模式的に示している。）に、前記合成部Ｂ７９からの目標減衰係数Ｃをアドレスとして指定し、これに対応する制御信号θを求め、この制御信号θを後側のダンパ４ｒのアクチュエータ２９に出力して後側の信号処理が終了する。
【００２５】
次に、前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 の加算／減算によって求められる車体４４の水平横方向運動、ヨー（Yaw ）運動制御を説明する。ブロックＢ６１，Ｂ６６にて算出された前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 は合成部（和信号検出手段）Ｂ７０にて加算され、車体４４全体が横方向に推移する水平横方向運動状態を検出し、このことを示す水平横方向信号ＴW を出力する。前記水平横方向信号ＴW はブロックＢ７１で水平横方向運動低減に最適な値になるようにゲインＫ3 が乗算されてブロックＢ７２に出力され、ブロックＢ７２で前記ブロックＢ６２，Ｂ６７と同様にローパスフィルタ処理が行われる。ブロックＢ７２からの信号はそれぞれ合成部Ｂ７３，Ｂ７４にて前、後側独立制御信号Ｃ1 ，Ｃ2と加算され、加算された信号が合成部Ｂ７８，Ｂ７９を介して目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６４，Ｂ６９に出力される。
【００２６】
同様にして、ブロックＢ６１，Ｂ６６から出力される前、後側横速度Ｖ₁ ，Ｖ₂ は減算処理部（差信号検出手段）Ｂ７５にてその差が取られ、車体４４の鉛直軸４４Ａ周りの回転運動状態を検出し、そのことを示すヨー信号Ｔ_Y を出力する。ヨー信号Ｔ_Y は、合成部Ｂ７６でゲインＫ₄ を乗算されヨー低減に最適な値にされた後に、ブロックＢ７７でローパスフィルタ処理され、合成部Ｂ７８で前側独立制御信号Ｃ₁ を含むブロックＢ７３からの信号に加算されて目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６４に出力されると共に、合成部Ｂ７９で後側独立制御信号Ｃ₂ を含む合成部Ｂ７４からの信号から減算され、減算して得られた信号が目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６９に出力される。
【００２７】
上述したように構成した鉄道車両用振動制御装置では、車体４４全体が横方向に推移する水平横方向運動状態になると、この水平横方向運動に伴う前、後側横加速度α1 ，α2 を前、後側の横加速度センサ４８ｆ，４８ｒが検出しブロックＢ６０、ブロックＢ６５が前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 を求める。続いて、合成部Ｂ７０が前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 を加算処理して車体４４が横方向に推移したこと、すなわち水平横方向運動していることを検出し、このことを示す水平横方向信号ＴW を出力する。この水平横方向信号ＴW は合成部Ｂ７３，Ｂ７４にて前、後側独立制御信号Ｃ1 ，Ｃ2 と加算され目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６４，Ｂ６９に出力される。そして、ブロックＢ６４，Ｂ６９で目標減衰係数Ｃに対応する制御信号θが求められ、この制御信号θに基づいて可動板２５が回動されて前、後側のダンパ４ｆ，４ｒの減衰係数が設定され制御信号θに応じた減衰係数が得られる。
【００２８】
この場合、水平横方向信号ＴW が前、後側独立制御信号Ｃ1 ，Ｃ2 に加算されることにより、目標減衰係数Ｃが調整される。そして、可動板２５は図５の右側部分（左側部分）に位置されるように回転され、これにより前、後側のダンパ４ｆ，４ｒの伸び側（縮み側）減衰係数が大きくなる。このため、前、後側のダンパ４ｆ，４ｒは、前、後側の車体側ブラケット４７ｆ，４７ｒが前、後側の台車側ブラケット４６ｆ，４６ｒに対して離反する方向（近づく方向）に変位すること、ひいては車体４４が水平横方向運動するのが抑制されることになる。
【００２９】
次に、車体の変位について具体的に説明する。なお、説明の便宜上、図中右側を＋（プラス）、左側を−（マイナス）の方向とする。
【００３０】
例えば、図８及び表１に示すように、車体４４が右側に＋２〔cm/s〕の速度で水平横方向運動する際、ブロックＢ６０、ブロックＢ６５が前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 としてそれぞれ＋２〔cm/s〕を求め、合成部Ｂ７０が前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 の和である＋４〔cm/s〕に対応した水平横方向信号ＴW 分だけ、目標減衰係数Ｃひいては前、後側のダンパ４ｆ，４ｒの伸び側減衰係数が大きくなる（縮み側減衰係数は小）。これにより、車体４４の水平横方向運動（車体４４全体が図中右側へ推移すること）が抑制されることになる。
【００３１】
また、車体４４が＋２〔cm/s〕の速度で水平横方向運動する場合を示したが、車体４４が−２〔cm/s〕の速度で水平横方向運動した場合は、ブロックＢ６０、ブロックＢ６５が前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 としてそれぞれ−２〔cm/s〕を求め、合成部Ｂ７０が前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 の和である−４〔cm/s〕に対応した水平横方向信号ＴW 分だけ、目標減衰係数Ｃひいては前、後側のダンパ４ｆ，４ｒの伸び側減衰係数が小さくなる。すなわち、縮み側減衰係数が大きくなり、車体４４の水平横方向運動（車体４４全体が図中左側へ推移すること）が抑制されることになる。
【００３２】
なお、図７において、合成部Ｂ７０が前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 の和を求めて、車体４４の方向に応じてそれぞれ＋４、−４〔cm/s〕に対応した水平横方向信号ＴW を出力するのと同時に、演算処理部Ｂ７５でも前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 の差を求めているが、車体４４が水平横方向運動しているときは、前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 の差は、０〔cm/s〕となり、結果としてヨー信号ＴY による減衰係数の調整は行われない。
【００３３】
表１

【００３４】
また、車体４４が鉛直軸４４Ａの周りに回転運動する状態では、ヨー運動に伴う前、後側横加速度α₁ ，α₂ を前、後側の横加速度センサ４８ｆ，４８ｒが検出しブロックＢ６０、ブロックＢ６５が前、後側横速度Ｖ₁ ，Ｖ₂ を求める。続いて、減算処理部Ｂ７５が前、後側横速度Ｖ₁ ，Ｖ₂ の減算処理を行い、車体４４が鉛直軸４４Ａ周りに回転運動する、すなわちヨー運動を検出し、このことを示すヨー信号Ｔ_Y を出力する。このヨー信号Ｔ_Y は、合成部Ｂ７８で前側独立制御信号Ｃ₁ を含むブロックＢ７３からの信号に加算されて目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６４に出力されると共に、ブロックＢ７９で後側独立制御信号Ｃ₂ を含むブロックＢ７４からの信号から減算され、減算して得られた信号が目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６９に出力される。
そして、ブロックＢ６４，Ｂ６９で目標減衰係数Ｃに対応する制御信号θが求められ、この制御信号θに基づいて可動板２５が回動されて前、後側のダンパ４ｆ，４ｒの減衰係数が設定され制御信号θに応じた減衰係数が得られる。
【００３５】
この場合、ヨー信号Ｔ_Y が前側独立制御信号Ｃ₁ に加算されることにより、その分、前側のダンパ４ｆを対象とする目標減衰係数Ｃが調整されると共に、ヨー信号Ｔ_Y が後側独立制御信号Ｃ₂ を含むブロックＢ７４からの信号から減算され、後側のダンパ４ｒを対象とする目標減衰係数Ｃが調整される。そして、前側のダンパ４ｆの可動板２５は図５の右側部分（左側部分）に位置されるように回転され、これにより前側のダンパ４ｆの伸び側減衰係数が大きくなると共に、後側のダンパ４ｒの可動板２５は図５の左側部分（右側部分）に位置されるように回転され、これにより後側のダンパ４ｒの縮み側（伸び側）減衰係数が大きくなる。このため、前側のダンパ４ｆは、前側の車体側ブラケット４７ｆが前側の台車側ブラケット４６ｆに対して離反する方向（近づく方向）に変位することを抑制し、また、後側のダンパ４ｒは、後側の車体側ブラケット４７ｒが後側の台車側ブラケット４６ｒに近付く（離反する）ことを抑制し、ひいては車体４４がヨー運動するのが抑制されることになる。
【００３６】
例えば、図９及び表２に示すように、車体４４の前側が＋２〔cm/s〕の速度で、また車体４４の後側が−２〔cm/s〕の速度となるようなヨー運動をする際、ブロックＢ６０、ブロックＢ６５が表２に示すように前、後側横速度Ｖ₁ ，Ｖ₂ としてそれぞれ、＋２、−２〔cm/s〕を求め、減算処理部Ｂ７５が前、後側横速度Ｖ₁ ，Ｖ₂ の差として＋４〔cm/s〕を求める。そして、前、後側横速度Ｖ₁ ，Ｖ₂ の差である＋４〔cm/s〕に対応したヨー信号Ｔ_Y 分だけ、前側独立制御信号Ｃ₁ に加算され、前側のダンパ４ｆを対象とする目標減衰係数Ｃが大きくなると共に、同ヨー信号Ｔ_Y 分だけ、後側独立制御信号Ｃ₂ から減算され、後側のダンパ４ｒを対象とする目標減衰係数Ｃが小さくなり、ひいては前側のダンパ４ｆの伸び側減衰係数が大きくなり（縮み側減衰係数は小）、後側のダンパ４ｒの縮み側減衰係数が大きくなる（伸び側減衰係数は小）。これにより、車体４４がヨー運動するのが抑制されることになる。
【００３７】
また、車体４４が時計まわり方向にヨー運動する場合を示したが、車体４４が反時計まわり方向にヨー運動する場合は、ブロックＢ６０、ブロックＢ６５が前、後側横速度Ｖ₁ ，Ｖ₂ としてそれぞれ、−２、＋２〔cm/s〕を求め、減算処理部Ｂ７５が前、後側横速度Ｖ₁ ，Ｖ₂ の差として−４〔cm/s〕を求める。そして、前、後側横速度Ｖ₁ ，Ｖ₂ の差である−４〔cm/s〕に対応したヨー信号Ｔ_Y 分だけ、前側独立制御信号Ｃ₁ に加算され、前側のダンパ４ｆを対象とする目標減衰係数Ｃが小さくなると共に、同ヨー信号Ｔ_Y 分だけ、後側独立制御信号Ｃ₂ から減算され、後側のダンパ４ｒを対象とする目標減衰係数Ｃが大きくなり、ひいては前側のダンパ４ｆの縮み側減衰係数が大きくなり（伸び側減衰係数は小）、後側のダンパ４ｒの伸び側減衰係数が大きくなる（縮み側減衰係数は小）。これにより、車体４４がヨー運動するのが抑制されることになる。
【００３８】
なお、図７において、減算処理部Ｂ７５が前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 の差を求めて、＋４、−４〔cm/s〕に対応したヨー信号ＴY を出力するのと同時に、合成部Ｂ７０でも前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 の和を求めているが、車体４４がヨー運動しているときは、前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 の和は、０〔cm/s〕となり、結果として水平横方向信号ＴW による減衰係数の調整は行われない。
【００３９】

【００４０】
また、車体４４が図１０に示すような水平横方向運動及びヨー運動が組み合わされたような運動をする際には、上述した水平横方向運動抑制制御及びヨー運動抑制制御が合わせて行われ、車体４４が水平横方向運動、ヨー運動するのが抑制されることになる。
【００４１】
例えば、図１０及び表３に示すように、車体４４の前側が＋３〔cm/s〕の速度で、また車体４４の後側が＋１〔cm/s〕の速度となるように水平横方向運動及びヨー運動が組み合わされたような運動をする際、前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 の和である＋４〔cm/s〕に対応した水平横方向信号ＴW 分だけ、車体４４の水平横方向運動が抑制され、かつこれに合わせて前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 の差である＋２〔cm/s〕に対応したヨー信号ＴY 分だけ、車体４４がヨー運動するのが抑制されることになる。
【００４２】
表３

【００４３】
上記実施の形態では、前、後側の横加速度センサ４８ｆ，４８ｒで検出された前、後側横加速度α₁ ，α₂ をブロック（前、後側の横速度検出手段）Ｂ６０，Ｂ６５で積分処理して前、後側横速度Ｖ₁ ，Ｖ₂ を求める場合を例にしたが、これに代えて、前、後側の横速度をそれぞれ検出する前、後側の横速度センサを設けてもよい。
【００４４】
次に、本発明の第２実施の形態の鉄道車両用振動制御装置を図１１ないし図１６に基づいて説明する。なお、図１、図２、図６ないし図１０に示す部材、部分と同等の部材、部分は、同等の符号を付し、その図示、説明は適宜、省略する。
【００４５】
図１１において、台車４１は、平板状の台車本体４１ａと、台車本体４１ａの左右端部に下方に向けて屈曲、形成された台車ブラケット４１ｂとからなっている。車軸４３の端部は軸受部材５０に回動可能に支持されている。軸受部材５０と台車本体４１ａとの間、軸受部材５０と台車ブラケット４１ｂとの間には、第１、第２のスプリング５１，５２がそれぞれ介装されており、車軸４３に対して台車４１を揺動可能に支持している。台車４１には、エアばねで構成されたばね部材４５を介して車体４４が水平方向及び上下方向に揺動可能に支持されている。
なお、図１１中、５３は鉄道車両を載置案内する２本のレールである。
【００４６】
前側の台車側ブラケット４６ｆと前側の車体側ブラケット４７ｆとの間、後側の台車側ブラケット４６ｒと後側の車体側ブラケット４７ｒとの間には、構成がそれぞれ同等の減衰係数可変型の前、後側のダンパ４ｆＡ，４ｒＡがそれぞれ介装されている。
【００４７】
前、後側のダンパ４ｆＡ，４ｒＡは、図１２に示すように、油液が封入された筒状のダンパ本体５４と、ダンパ本体５４に変位可能に収納されたピストン５５と、ピストン５５に固定され一端部がダンパ本体５４から突出するシャフト５６と、ピストン５５を含むダンパ本体５４内に設けられ、油液流路（図示省略）の調整により減衰力を発生する減衰力発生機構（図示省略）と、この減衰力発生機構を作動して減衰力を調整するバルブ機構５７と、後述する目標減衰係数Ｃに応じてバルブ機構５７を駆動する比例ソレノイド５８とからなっている。
【００４８】
この場合、前、後側の車体側ブラケット４７ｆ，４７ｒにダンパ本体５４が保持され、前、後側の台車側ブラケット４６ｆ，４６ｒにシャフト５６の一端側（ダンパ本体５４の外側部分）が保持されており、車体４４の進行方向に対して水平横方向の運動を規制するようになっている。
車体４４の前、後側部分には、車体４４の進行方向に対して水平横方向の加速度を検出する同等構成の前、後側の横加速度センサ４８ｆ，４８ｒが設けられている。横加速度センサ４８ｆ，４８ｒは、図１９に示すようにセンサ本体５９と、センサ本体５９に揺動可能に収納されている感知レバー６０とを有したものになっており、感知レバー６０の揺動方向と反対方向にセンサ本体５９が変位していることをその大きさと共に検出する。
前、後側の横加速度センサ４８ｆ，４８ｒ及び前、後側のダンパ４ｆＡ，４ｒＡの各比例ソレノイド５８に接続してコントローラ４９Ａが車体４４に設けられている。
【００４９】
前、後側のダンパ４ｆＡ，４ｒＡは、図１３、図１４に示す減衰力特性を有している。ここで、図１３は、比例ソレノイド５８に供給される電流Ｉに対するピストン５５のスピード１０cm／s のときの減衰力を示したものである。前、後側のダンパ４ｆＡ，４ｒＡは、通常電流Ｉ₂ では減衰力は、伸び側、縮み側共に小さい値（ソフト）になっている。電流ＩをＩ₂ からＩ₁ へと小さくすると、減衰力特性は、縮み側減衰力を小さい（ソフト）状態で伸び側の減衰力が大きく（ハードに）なる。これに対して、電流ＩをＩ₂ からＩ₃ へと大きくしていくと、伸び側減衰力を小さい（ソフト）状態で縮み側の減衰力が大きく（ハードに）なる。
【００５０】
また、図１４は、ピストン５５のスピードに対する減衰力を示している。電流ＩがＩ₁ からＩ₂ の間では、縮み側は、実線６１に示すように略一定値の状態で伸び側が実線６２から実線６３の間の減衰力を得ることになる。また、電流がＩ₂ からＩ₃ の間では、伸び側減衰力は実線６３に示すように略一定の状態で、縮み側減衰力が実線６１から実線６４の間で可変になる。
【００５１】
コントローラ４９Ａは、図１５に示すようにコントローラ４９と同様にステップS31 ないしステップS36 の処理を行う。そして、ステップS36 に続いて前、後側横加速度信号α₁ ，α₂ に基づいて図１６の演算処理を行って、目標減衰係数Ｃを求め、これに対応する目標電流Ｉの決定を行い（ステップS37 ）、次の制御周期のステップS34 で目標電流Ｉに基づいて比例ソレノイド５８、ひいてはバルブ機構５７を駆動して減衰力発生機構に所望の減衰力を発生させる。
【００５２】
ここで、上記ステップS37 の演算処理内容を図１６に基づいて説明する。まず、前側の横加速度センサ４８ｆで検出された前側横加速度α₁ はブロックＢ６０で積分処理され、これにより前側横速度Ｖ₁ が得られ、この前側横速度Ｖ₁ がブロックＢ６１に送られる。ブロックＢ６１ではカットオフ周波数を０．１Ｈ_Z に設定したハイパスフィルタ処理を実行しブロックＢ６０の積分誤差を除去する。
【００５３】
ブロックＢ６１からの前側横速度Ｖ₁ にブロックＢ６２で制御周波数帯域を制限するローパスフィルタ処理を行う。ブロックＢ６２でローパスフィルタ処理を行うことにより、ノイズ成分などの余分な高周波成分や非制御周波数領域を制限する。
【００５４】
ブロックＢ６２のローパスフィルタ処理後の信号に、ブロックＢ６３でゲインＫ₁ を乗算し制御量の大きさを最適な値に設定して前側独立制御信号Ｃ_f を得る。この前側独立制御信号Ｃ_f が合成部Ｂ７３を介して合成部Ｂ７８に送られ目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６４に送られる。ブロックＢ６４では、あらかじめ設定された、目標電流Ｉとこれに対応する目標減衰係数Ｃとを示す情報（便宜上、図１６のブロックＢ６４中にこの情報を示すグラフを模式的に示している。この場合、伸び側、縮み側についてハード側のデータを示し、ソフト側のデータは省略している。）に、前記合成部Ｂ７８からの目標減衰係数Ｃをアドレスとして指定し、これに対応する目標電流Ｉを求め、この目標電流Ｉを前側のダンパ４ｆＡの比例ソレノイド５８に出力して前側の信号処理が終了する。
【００５５】
上述した前側の信号処理と同様に後側の信号処理が行われる。すなわち、後側の横加速度信号α₂ についてブロックＢ６５で積分処理されて後側横速度Ｖ₂ が得られる。この後側横速度Ｖ₂ は、ブロックＢ６６でカットオフ周波数を０．１Ｈ_Z に設定したハイパスフィルタ処理されてブロックＢ６５の積分誤差が除去され、ブロックＢ６７で制御周波数帯域を制限するローパスフィルタ処理を行う。
【００５６】
ブロックＢ６７のローパスフィルタ処理後の信号に、ブロックＢ６８でゲインＫ₂ を乗算し後側独立制御信号Ｃ_r を得る。この後側独立制御信号Ｃ_r が合成部Ｂ７４を介して合成部Ｂ７９に送られ目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６９に送られる。ブロックＢ６９では、あらかじめ設定された、目標電流Ｉとこれに対応する目標減衰係数Ｃとを示す情報（便宜上、図１６のブロックＢ６９中にこの情報を示すグラフを模式的に示している。この場合、伸び側、縮み側についてハード側のデータを示し、ソフト側のデータは省略している。）に、前記合成部Ｂ７９からの目標減衰係数Ｃをアドレスとして指定し、これに対応する目標電流Ｉを求め、この目標電流Ｉを後側のダンパ４ｒＡの比例ソレノイド５８に出力して後側の信号処理が終了する。
【００５７】
次に、前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 の加算／減算によって求められる車体４４の水平横方向運動、ヨー（Yaw ）運動制御を説明する。ブロックＢ６１，Ｂ６６にて算出された前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 は合成部Ｂ７０にて加算され、車体４４全体が横方向に推移する水平横方向運動状態を検出し、このことを示す水平横方向信号ＴW を出力する。
【００５８】
前記水平横方向信号ＴW はブロックＢ７２に出力され、ブロックＢ７２で前記ブロックＢ６２，Ｂ６７と同様にローパスフィルタ処理が行われ、この後、ブロック（ハイパスフィルタ）Ｂ８０を介してブロックＢ７１で水平横方向運動低減に最適な値になるようにゲインＫ3 が乗算される。ブロックＢ８０ではカットオフ周波数を１〜２ＨZ に設定したハイパスフィルタ処理を行う。ブロックＢ７１からの信号はそれぞれ合成部Ｂ７３，Ｂ７４にて前、後側独立制御信号Ｃf ，Ｃr と加算され、加算された信号が合成部Ｂ７８，Ｂ７９を介して目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６４，Ｂ６９に出力される。
【００５９】
本実施の形態では、ブロックＢ７０，Ｂ７２，Ｂ７１，Ｂ７３などにより水平横方向モード制御系が構成されており、ブロックＢ８０が水平横方向モード制御系に設けられたものになっている。そして、ブロックＢ８０はカットオフ周波数を１〜２ＨZ に設定したハイパスフィルタ処理を行うことにより、曲線軌道走行時にカントの影響により横加速度センサが定常横加速度（直流成分）を含む横加速度信号を検出したような場合に、横加速度信号のうち定常横加速度成分（直流成分）による積分定数（横速度の直流成分）を確実にカットすることになる。
【００６０】
ここで、図１９ないし図２１に基づいて、曲線軌道走行時に発生するカントの影響による定常横加速度、及び定常横加速度の積分定数について説明する。図１９に示すように鉄道車両４０が水平軌道を走行している際に、車体が右方向に変位（水平横方向運動）すると、横加速度センサ４８ｆ，４８ｒのセンサ本体５９に揺動可能に収納されている感知レバー６０は慣性力によって左方向に撓み、これにより鉄道車両４０が右方向に水平横方向運動していることが横加速度センサに検出されることになる。この場合、横加速度センサ４８ｆ，４８ｒの検出信号に基づいて上述したように演算処理及び制御が行われ、ダンパ４ｆＡ，４ｒＡは右方向変位に対してハード設定され水平横方向運動を抑制することになる。
【００６１】
また、図２０に示すように鉄道車両４０が曲線軌道を走行している際には、カントによって内側方向の加速度（横加速度）が発生する。このカントによる横加速度（定常横加速度）ＥK は、直線走行時の水平横方向運動による横加速度（図２１の振動波形成分）ＥS に対して直流成分として重畳される。このため、横加速度センサ４８ｆ，４８ｒは、カント開始からカントによる横加速度分だけ、徐々に大きくなる。横加速度センサ４８ｆ，４８ｒの検出信号はブロックＢ６０，Ｂ６１で積分されて横速度が得られるが、この横速度も図２１に破線で示すように車体の横方向の変位（水平横方向運動）による横速度ＶS に、カントで発生する定常横加速度ＥK による積分定数ＶK が直流成分として重畳されたものになる。
【００６２】
前記ブロックＢ８０は、上述したように定常横加速度Ｅ_K による積分定数Ｖ_K を含む信号をブロックＢ６１，Ｂ７０，Ｂ７２を介して入力し、カットオフ周波数を１〜２Ｈ_Z に設定したハイパスフィルタ処理を行うことにより、カットオフ周波数が０．１Ｈ_Z のブロックＢ６１，Ｂ６６に比してハイパスフィルタ処理の減衰域が広がって、カントで発生した定常横加速度Ｅ_K による積分定数（横速度の直流成分）Ｖ_K を確実にカットすることになる。このため、カントの影響による乗り心地の低下を防止することになる。
【００６３】
また、図１６に示すように、ブロックＢ６１，Ｂ６６から出力される前、後側横速度Ｖ₁ ，Ｖ₂ は減算処理部Ｂ７５にてその差が取られ、車体４４の鉛直軸４４Ａ周りの回転運動状態を検出し、そのことを示すヨー信号Ｔ_Y を出力する。ヨー信号Ｔ_Y は、ブロックＢ７７でローパスフィルタ処理され、ブロックＢ７６でゲインＫ₄ を乗算されヨー低減に最適な値にされた後に、合成部Ｂ７８で前側独立制御信号Ｃ_f を含むブロックＢ７３からの信号に加算されて目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６４に出力されると共に、合成部Ｂ７９で後側独立制御信号Ｃ_r を含む合成部Ｂ７４からの信号から減算され、減算して得られた信号が目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６９に出力される。
【００６４】
上述したように構成した鉄道車両用振動制御装置では、水平軌道走行時に、車体４４全体が横方向に推移する水平横方向運動状態になると、この水平横方向運動に伴う前、後側横加速度α1 ，α2 を前、後側の横加速度センサ４８ｆ，４８ｒが検出しブロックＢ６０、ブロックＢ６５が前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 を求める。続いて、合成部Ｂ７０が前、後側横速度Ｖ1 ，Ｖ2 を加算処理して車体４４が横方向に推移したこと、すなわち水平横方向運動していることを検出し、このことを示す水平横方向信号ＴW を出力する。この水平横方向信号ＴW は合成部Ｂ７３，Ｂ７４にて前、後側独立制御信号Ｃf ，Ｃr と加算され目標減衰係数ＣとしてブロックＢ６４，Ｂ６９に出力される。そして、ブロックＢ６４，Ｂ６９で目標減衰係数Ｃに対応する目標電流Ｉが求められ、この目標電流Ｉに応じて前、後側のダンパ４ｆＡ，４ｒＡの比例ソレノイド５８が作動されて前、後側のダンパ４ｆＡ，４ｒＡの減衰係数が設定され目標電流Ｉに応じた減衰力が得られる。
【００６５】
この場合、水平横方向信号ＴW が前、後側独立制御信号Ｃf ，Ｃr に加算されることにより、目標減衰係数Ｃが調整され、前、後側のダンパ４ｆＡ，４ｒＡの伸び側（縮み側）減衰係数が大きくなる。このため、前、後側のダンパ４ｆＡ，４ｒＡは、前、後側の車体側ブラケット４７ｆ，４７ｒが前、後側の台車側ブラケット４６ｆ，４６ｒに対して離反する方向（近づく方向）に変位すること、ひいては車体４４が水平横方向運動するのが抑制されることになる。
【００６６】
鉄道車両４０が曲線軌道を走行している際には、カントによる横加速度（定常横加速度）Ｅ_K による積分定数（横速度の直流成分）Ｖ_K は、ブロックＢ８０が、カットオフ周波数を１〜２Ｈ_Z に設定したハイパスフィルタ処理を行うことにより、確実にカットされる。このため、カントの影響による乗り心地の低下を防止することになる。
【００６７】
図１６に示すブロック線図では、ブロックＢ７３、ブロックＢ７４に対してゲインＫ₃ の乗算を行うブロックＢ７１が共通して用いられる場合を例にしたが、ブロックＢ７１に代えて、図１７に示すように、ブロックＢ７３の入力側、ブロックＢ７４の入力側にそれぞれ、ゲインＫ_3FのブロックＢ８１、ゲインＫ_3RのブロックＢ８２を設けてフロント側、リヤ側で独立してブロックを設けてもよい。また、同様に図１６のブロックＢ７６に代えて、図１７に示すように、ブロックＢ７８の入力側、ブロックＢ７９の入力側にそれぞれ、ゲインＫ_4FのブロックＢ８３、ゲインＫ_4RのブロックＢ８４を設けてフロント側、リヤ側で独立してブロックを設けてもよい。
【００６８】
上記第２実施の形態では、鉄道車両４０が２本のレール５３を用いて走行されるものを例にしたが、本発明はこれに限られるものではなく、鉄道車両４０がモノレールを用いて走行されるものであってもよい。このようにモノレールを用いて走行する鉄道車両４０の一例として、例えば図１８に示される鉄道車両４０がある。
この鉄道車両４０は、台車本体４１ａに一対のブラケット（以下、タイヤ支持用上側ブラケットという。）６５を設け、台車ブラケット４１ｂに一対のブラケット（以下、タイヤ支持用横方向ブラケットという。）６６を設け、タイヤ支持用上側ブラケット６５及びタイヤ支持用横方向ブラケット６６のそれぞれに、タイヤ６７が取り付けられた車軸４３を回動可能に支持している。そして、この鉄道車両４０は、タイヤ支持用上側ブラケット６５のタイヤ６７をモノレール６８の上面部に載置させると共に、タイヤ支持用横方向ブラケット６６のタイヤ６７をモノレール６８の側面部に当接させることによりモノレール６８に沿って走行する。
【００７２】
【発明の効果】
請求項１、２、３の発明は、コントローラが、車体の前記前側の水平横方向速度により前側の独立制御信号を決定し、前記車体の後側の水平横方向速度により前記後側の独立制御信号を決定し、前記前側の独立制御信号及び前記後側の独立制御信号と、前記和信号検出手段の検出結果及び前記差信号検出手段の検出結果とから、前記車体の水平横方向運動及びヨー運動を抑制するように、前記前、後側のダンパの減衰係数を調整する制御信号を出力するので、和信号検出手段、差信号検出手段の検出結果が水平横方向運動、ヨー運動を示していないときには前、後側のダンパの減衰係数を小さい値に設定することが可能であり乗り心地の向上を図ることができる。
【００７３】
請求項２の発明は、鉄道車両が曲線軌道を走行している際、カットオフ周波数を所定値以上に設定したハイパスフィルタが、カントの影響で発生する横加速度（定常横加速度）による積分定数（横速度の直流成分）をカットすることが可能になる。このため、カントの影響による乗り心地の低下を防止できる。さらに、水平横方向運動及びヨー運動の低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態の鉄道車両用振動制御装置を模式的に示す図である。
【図２】同鉄道車両用振動制御装置を上方向から模式的に示す図である。
【図３】同鉄道車両用振動制御装置に用いる減衰係数可変型ダンパを示す断面図である。
【図４】同減衰係数可変型ダンパに組み付けられる可動板を示す平面図である。
【図５】同可動板の回転角度と、減衰係数との関係を示す図である。
【図６】同鉄道車両用振動制御装置のコントローラの制御内容を示すフローチャートである。
【図７】同コントローラのステップS37 の処理内容を模式的に示すブロック線図である。
【図８】車体の水平横方向運動状態を模式的に示す図である。
【図９】車体のヨー運動状態を模式的に示す図である。
【図１０】車体のヨー運動及び水平横方向運動が組み合わされた状態を模式的に示す図である。
【図１１】本発明の第２実施の形態の鉄道車両用振動制御装置を模式的に示す図である。
【図１２】同鉄道車両用振動制御装置のダンパを模式的に示す図である。
【図１３】同ダンパの比例ソレノイド供給電流−減衰力特性を示す図である。
【図１４】同ダンパのピストンのスピード−減衰力特性を示す図である。
【図１５】同鉄道車両用振動制御装置のコントローラの制御内容を示すフローチャートである。
【図１６】同コントローラのステップS37 の処理内容を模式的に示すブロック線図である。
【図１７】図１６に代えるコントローラのステップS37 の処理内容を模式的に示すブロック線図である。
【図１８】図１、図１１の鉄道車両に代えるモノレールタイプの鉄道車両の一例を示す図である。
【図１９】水平軌道を走行している際の水平横方向運動状態を模式的に示す図である。
【図２０】曲線軌道を走行している際のカントによる定常横加速度の発生を示す図である。
【図２１】カントで発生する定常横加速度、及び定常横加速度による積分定数（横速度の直流成分）を示す図である。

Claims

鉄道車両の台車と該台車に水平方向に揺動可能に支持された車体との間における進行方向の前、後側に、進行方向に対して水平横方向の車体の運動を規制するようにそれぞれ介装された減衰係数調整可能の前、後側のダンパと、
車体の前、後側の水平横方向速度を検出する前、後側の横速度検出手段と、
前記車体の前、後側の水平横方向速度の和を求める和信号検出手段と、前記車体の前、後側の水平横方向速度の差を求める差信号検出手段と、
前記車体の前記前側の水平横方向速度により前側の独立制御信号を決定し、前記車体の後側の水平横方向速度により前記後側の独立制御信号を決定し、前記前側の独立制御信号及び前記後側の独立制御信号と、前記和信号検出手段の検出結果及び前記差信号検出手段の検出結果とから、前記車体の水平横方向運動及びヨー運動を抑制するように、前記前、後側のダンパの減衰係数を調整する制御信号を出力するコントローラとを備えたことを特徴とする鉄道車両用振動制御装置。
前記和信号検出手段の検出結果にカットオフ周波数が所定値以上のハイパスフィルタを備えたことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両用振動制御装置。
前記前後のダンパは、縮みの減衰力が小さい値のときに、伸びの減衰力が小さい値と大きい値との間で調整可能で、伸びの減衰力が小さい値のときに、縮みの減衰力が小さい値と大きい値との間で調整可能なダンパであることを特徴とする請求項１又は２記載の鉄道車両用振動制御装置。