JP4032365B2 - 鉄道車両用振動制御装置 - Google Patents
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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】
鉄道車両では揺れを抑え、快適な乗り心地を確保することが望まれており、この要望に応えるために振動制御装置が用いられている。このような振動制御装置を用いた鉄道車両の一例を図１０に示す。
【０００３】
この鉄道車両１は、モノレール２を用いて走行されるようになっている。図において、鉄道車両１は、タイヤ３を介してモノレール２に案内される、前（図１０紙面裏面側）、後（図１０紙面表面側）、２台の台車４F ，４R と、前、後台車４F ，４R に金属スプリングまたはエアスプリング等のばね部材５を介して上下方向及び水平方向に揺動可能に支持される車体６と、前、後台車４F ，４R と車体６との間に、車体６の前、後台車４F ，４R に対する左右方向の移動に対して減衰力を発生するようにそれぞれ介装された減衰力可変型の前、後側のダンパ７F ，７R と、前、後台車４F ，４R に対応して車体６の底部にそれぞれ設けられて車体６の絶対横加速度を検出する前側、後側底部絶対横加速度センサ８FU，８RUと、前側、後側底部絶対横加速度センサ８FU，８RUの検出データに基づいて前、後側のダンパ７F ，７R の減衰力を調整するコントローラ９とから大略構成されている。
【０００４】
この鉄道車両１では、前側、後側底部絶対横加速度センサ８FU，８RUが検出した絶対横加速度データから前側、後側横速度を求め、コントローラ９がここで求めた前側、後側それぞれの速度データに応じて前、後側のダンパ７F ，７R の減衰力を調整し、横方向の揺れを抑え、快適な乗り心地を確保するようにしている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この従来技術では、後述するようにレールの軌道狂い等により車体に作用する複雑なロール速度成分等を考慮せずに、このロール速度成分等をも含めて絶対横加速度として検出し減衰力調整を行うため、台車の鉛直線上にある台車上部車体重心（後述する水平軸（Ｘ）と台車の鉛直線との交点。請求項１，２の台車上部車体重心に相当する。）における車体の純粋な絶対横速度（車体６の左右方向推移に伴う絶対横速度）に基づいた減衰力調整を行えず、乗員が略位置する台車上部車体重心高さ位置における振動抑制制御が良好なものになっていないというのが実情であった。すなわち、鉄道車両１において、実際には、車体６領域内の進行方向の水平軸（Ｘ）を中心とする回動（以下、自転運動という。）、車体６上方の水平軸（Ｕ）を中心とする回動（以下、上中心ロール運動という。）、車体６下方の水平軸（Ｌ）を中心とする回動（以下、下中心ロール運動）が発生する。そして、前側、後側底部絶対横加速度センサ８FL，８RLは、前記純粋な絶対横速度のみならず、自転運動、上中心ロール運動および下中心ロール運動による横方向速度成分を含めて検出してしまうという問題点があった。
【０００６】
そこで、上中心ロール運動および下中心ロール運動による横方向速度成分を検出し、各速度成分に対応した振動制御を行うために、例えば図１１に示すように、前、後台車４F ，４R に対応して車体６の左右にそれぞれ、上下方向の加速度を検出する４つ（前左、前右、後左、後右側）の上下方向加速度センサ１０FS，１０FR，１０RS，１０RRを付加することや、ロール角を検出するセンサ（ジャイロセンサ）を設けることが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上述したように４つ（前左、前右、後左、後右側）の上下方向加速度センサ１０FS，１０FR，１０RS，１０RRを付加することは、部品数の増加となり、信頼性低下、保守性低下を招きやすく望ましくなかった。また、ジャイロセンサを設けることについては、ジャイロセンサが精密な機構を要求されて高価なものとなっており、コストアップを抑制する上で望ましくなかった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、自転運動及び上、下中心ロール運動からそれぞれの運動により発生する横方向絶対速度成分を検出して、前記台車上部車体重心における純粋な絶対横速度を求めることにより、良好な振動抑制制御を行える鉄道車両用振動制御装置を提供することにある。
また、簡易な構成で、自転運動及び上、下中心ロール運動からそれぞれの運動により発生する横方向絶対速度成分を分離、検出できる鉄道車両用振動制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載に係る鉄道車両用振動制御装置の発明は、車体の前後それぞれに設けられた前後一対の台車と、前記車体と前記一対の台車との間に設けられ、車体の台車に対する左右方向の移動に対して減衰力を発生し、縮み側の減衰力が小さい値のとき、伸び側の減衰力を大きい値とし、伸び側の減衰力が小さい値のとき、縮み側の減衰力を大きい値とする減衰力可変型ダンパと、前記各台車の鉛直線と前記車体の上方の水平軸との各交点を中心とする上中心ロール速度成分および前記各台車の鉛直線と前記車体の下方の水平軸との各交点を中心とする下中心ロール速度成分を除いた値として、前記各台車の鉛直線と車体重心を含む水平軸との各交点に相当する台車上部車体重心における車体の絶対横速度を検出する絶対横速度検出手段と、該絶対横速度検出手段の検出結果に基づいて、前記車体が左右方向一側へ移動しているときに前記車体が前記台車に対する一側への相対移動に対して減衰力を大きい値とするように調整するコントローラと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載に係る鉄道車両用振動制御装置の発明は、請求項１に記載の鉄道車両用振動制御装置において、絶対横速度検出手段は、前後一対の台車にそれぞれ対応して車体の底部に設けられ、該車体の底部における左右方向の絶対横速度を検出する底部絶対横速度検出手段と、前後一対の台車にそれぞれ対応して車体の上部に設けられ、該車体の上部における左右方向の絶対横速度を検出する上部絶対横速度検出手段とを有し、さらに、前記底部絶対横速度検出手段および前記上部絶対横速度検出手段の検出結果から、前記台車上部車体重心を中心とする車体の自転速度成分、前記上中心ロール速度成分および前記下中心ロール速度成分を求め、この各速度成分を前記底部絶対横速度検出手段または前記上部絶対横速度検出手段のいずれか一方の検出結果から除いた値を前記絶対横速度とするようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態の鉄道車両用振動制御装置を図１ないし図８に基づいて説明する。なお、図１０、図１１に示す部分、部材と同等の部分、部材についての図示、記載は適宜省略する。
【００１２】
図１、図２において、鉄道車両１は、車輪１１を介して２本のレール１２に案内される、前（図１紙面裏面側）、後（図１紙面表面側）一対の台車４F ，４R と、この前、後台車４F ，４R にばね部材５を介して上下方向及び水平方向に揺動可能に支持される車体６と、前、後台車４F ，４R と車体６との間に、車体６の前、後台車４F ，４R に対する左右方向の移動に対して減衰力を発生するようにそれぞれ介装された減衰力可変型の前、後側のセミアクティブダンパ（以下、減衰力可変型ダンパという。）７F ，７R と、前、後台車４F ，４R に対応して車体６の底部にそれぞれ設けられて車体６の底部における絶対横加速度を検出する前側、後側の底部絶対横加速度センサ（底部絶対横速度検出手段）８FL，８RLと、前、後台車４F ，４R に対応して車体６の上部にそれぞれ設けられて車体６の上部における絶対横加速度を検出する前側、後側の上部絶対横加速度センサ（上部絶対横速度検出手段）８FU，８RUと、底部絶対横加速度センサ８FL，８RLの検出データ及び上部絶対横加速度センサ８FU，８RUの検出データに基づいて減衰力可変型ダンパ７F ，７R の減衰力を調整するコントローラ９とから大略構成されている。
【００１３】
ここで、本発明では、底部絶対横加速度センサ８FL，８RLの検出データに対応する前側、後側の底部絶対横速度（後述するブロックＢ１２で得られる。）と、上部絶対横加速度センサ８FU，８RUの検出データに対応する前側、後側の上部絶対横速度（後述するブロックＢ１０で得られる。）とに基づいて、車体６の前側、後側における前記自転運動、上中心ロール運動、下中心ロール運動が検出され、この各運動により検出された各速度成分を、前記前側、後側の底部絶対横速度または前記前側、後側の上部絶対横速度のいずれか一方から除いた値を前述の台車上部車体重心（後述する水平軸（Ｘ）と台車の鉛直線との交点）における車体の純粋な絶対横速度（車体６の左右方向推移に伴う絶対横速度）としている。つぎに上記各速度成分の検出方法について、車体６の前側を対象にし（すなわち、前側の底部絶対横加速度センサ８FLの検出データに対応する前側底部横速度Ｖl と、前側の上部絶対横加速度センサ８FUの検出データに対応する前側上部横速度Ｖu とを用い）、図１を参照して以下に説明する。
【００１４】
前側底部横速度（前側の底部絶対横加速度センサ８FLの検出データαl に対応する。）Ｖl 、前側上部横速度（前側の上部絶対横加速度センサ８FUの検出データαu に対応する。）Ｖu は式１、式２で求められる。以下、前側底部横速度Ｖl 、前側上部横速度Ｖu を簡略して、適宜、底部横速度Ｖl 、上部横速度Ｖu という。
【００１５】
Ｖu ＝Ｖg ＋ωl （ｒl ＋２ｈ）＋ωu ｒu −ω0 ｈ （式１）
Ｖl ＝Ｖg ＋ωl ｒl ＋ωu （ｒu ＋２ｈ）＋ω0 ｈ （式２）
ここで、 Ｖg ：車体６の台車上部車体重心における絶対横速度（純粋絶対横速度）
ωu ：車体６上方の水平軸Ｕ回りのモーメント
ωl ：車体６下方の水平軸Ｌ回りのモーメント
ω0 ：車体６領域内の進行方向の水平軸Ｘ回りのモーメント
ｒu ：水平軸Ｕから前側上部絶対横加速度センサ８FUまでの距離
ｒl ：水平軸Ｌから前側底部絶対横加速度センサ８FLまでの距離
ｈ ：水平軸Ｘから前側上部絶対横加速度センサ８FUまでの距離（＝軸Ｉから前側底部絶対横加速度センサ８FLまでの距離）を表しており、ｒu ，ｒl およびｈは各種車体に応じて設定される定数である。
【００１６】
前記台車上部車体重心（図１上水平軸Ｘと一致）を中心とする車体６の自転運動による速度成分（以下、自転速度成分という。）を除いた上部横速度Ｖu ′および底部横速度Ｖl ′は式３、式４で求められる。
【００１７】
Ｖu ′＝Ｖu ＋ω0 ｈ＝Ｖg ＋ωl （ｒl ＋２ｈ）＋ωu ｒu （式３）
Ｖl ′＝Ｖl −ω0 ｈ＝Ｖg ＋ωl ｒl ＋ωu （ｒu ＋２ｈ） （式４）
【００１８】
ここで、水平軸Ｕを中心とする上中心ロール運動による速度成分（以下、上中心ロール速度成分という。）と下中心ロール運動による速度成分（以下、下中心ロール速度成分という。）は同時に得られないとすると、上中心ロール運動が発生する時（｜Ｖu ′｜＜｜Ｖl ′｜）の自転速度成分を除いた上部横速度Ｖu ′、底部横速度Ｖl ′は、式５、式６で求められる。
【００１９】
Ｖu ′＝Ｖg ＋ωu ｒu （式５）
Ｖl ′＝Ｖg ＋ωu （ｒu ＋２ｈ） （式６）
【００２０】
そして、水平軸Ｕ回りのモーメントωu と車体６の純粋絶対横速度Ｖg は、式７、式８のようになる。
【００２１】
ωu ＝（Ｖl ′−Ｖu ′）／（２ｈ） （式７）
Ｖg ＝Ｖl ′−（Ｖl ′−Ｖu ′）（ｒu ＋２ｈ）／（２ｈ） （式８）
【００２２】
ここで、自転運動のみ（ロール運動は同時に発生しないとしたとき）の水平軸Ｘ回りのモーメント（角速度）ω0 は、次式で示される。
【００２３】
ω0 ＝Ｖl −Ｖu （式８Ａ）
【００２４】
この式８Ａを式３、式４に代入してＶl ′、Ｖu ′をＶl 、Ｖu で表現し、このＶl ′、Ｖu ′の式を、式７、式８に代入することで、ωu 、Ｖg は式７ａ，式８ａのようにＶl ，Ｖu で示されることになる。すなわち、Ｖl ，Ｖu からωu 、Ｖg が得られることになる。
【００２５】
ωu ＝（１−２ｈ）（Ｖl −Ｖu ）／（２ｈ） （式７ａ）
Ｖg ＝｛（１−ｈ）Ｖl ＋Ｖu ｈ｝−（１−２ｈ）（Ｖl −Ｖu ）（ｒu ＋２ｈ）／（２ｈ） （式８ａ）
【００２６】
同様に、下中心ロール運動が発生する時（｜Ｖu ′｜＞｜Ｖl ′｜）の水平軸Ｌ回りのモーメントωl と車体６の純粋絶対横速度Ｖg は、前記式３、式４にωu ＝０を代入して得られる式に基づいて求められ、式９、式１０のようになる。
【００２７】
ωl ＝−（Ｖl ′−Ｖu ′）／（２ｈ） （式９）
Ｖg ＝Ｖl ′＋（Ｖl ′−Ｖu ′）ｒl ／（２ｈ） （式１０）
【００２８】
上記ωl ，Ｖg の式は、式９ａ、式１０ａのようにＶl 、Ｖu で示される。すなわち、Ｖl ，Ｖu からωu 、Ｖg が得られることになる。
【００２９】
ωl ＝−（１−２ｈ）（Ｖl −Ｖu ）／（２ｈ） （式９ａ）
Ｖg ＝｛（１−ｈ）Ｖl ＋Ｖu ｈ｝＋（１−２ｈ）（Ｖl −Ｖu ）（ｒl ）／（２ｈ） （式１０ａ）
よって、前側の上部絶対横加速度センサ８FU及び底部絶対横加速度センサ８FLの検出データに基づいて自転速度成分、上中心ロール速度成分、下中心ロール速度成分を検出することができ、ひいては車体６の台車上部車体重心における純粋な絶対横速度を求めることができる。
【００３０】
前記前、後台車４F ，４R の進行方向に対して右側（図１右側）には、前、後側の台車側ブラケット１３F ，１３R 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１３F ，１３R に対向するように車体６の進行方向左側部分には、前、後側の車体側ブラケット１４F ，１４R が取り付けられている。
【００３１】
前側の台車側ブラケット１３F と前側の車体側ブラケット１４F との間、後側の台車側ブラケット１３R と後側の車体側ブラケット１４R との間に、車体６の前、後台車４F ，４R に対する左右方向の移動に対して減衰力を発生する前記前、後側の減衰力可変型ダンパ７F ，７R がそれぞれ介装されている。ここで、前、後側の減衰力可変型ダンパ７F ，７R は、図３に示すように、油液が封入された筒状のダンパ本体１５と、ダンパ本体１５内に変位可能に収納されたピストン（図示省略）と、ピストンに固定され一端部がダンパ本体１５から突出するシャフト１７と、ピストンを含むダンパ本体１５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１８と、後述する目標減衰係数Ｃに応じてバルブ機構１８を駆動する比例ソレノイド１９とからなっている。
【００３２】
そして、この場合、前、後側の車体側ブラケット１４F ，１４R にダンパ本体１５が保持され、前、後側の台車側ブラケット１３F ，１３R にシャフト１７の一端側（ダンパ本体１５の外側部分）が保持されており、車体６の進行方向に対して左右方向の運動を規制するようになっている。
【００３３】
前、後側の減衰力可変型ダンパ７F ，７R は、図４、図５に示す減衰力特性を有している。ここで、図４は、比例ソレノイド１９に供給される電流Ｉに対するピストンスピードが１０cm／s のときの減衰力を示したものである。前、後側の減衰力可変型ダンパ７F ，７R 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。ここで、減衰力可変型ダンパ７F ，７R は、車体６が前、後台車４F ，４R に対して相対的に左方へ移動したときに伸び、右方へ移動したときに縮むようになっている。そして、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。
【００３４】
また、図５は、ピストン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２１に示すように略一定値の状態で伸び側が実線２２から実線２３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２３に示すように略一定の状態で、縮み側減衰力が実線２１から実線２４の間で可変になる。
【００３５】
前側、後側の底部絶対横加速度センサ８FL，８RL、前側、後側の上部絶対横加速度センサ８FU，８RU及び前、後側の減衰力可変型ダンパ７F ，７R の各比例ソレノイド１９に接続してコントローラ９が車体６に設けられている。
【００３６】
コントローラ９は、図６に示すように電力供給を受ける（ステップS1）と、まず初期設定を行なって（ステップS2）制御周期に達したか否かを判定する（ステップS3）。ステップS3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。
【００３７】
ステップS3で制御周期に達したと判定すると、前制御周期の目標電流（目標減衰係数）に基づいて比例ソレノイド１９（アクチュエータ）を駆動し、目標減衰力に対応した減衰力を得る（ステップS4）。続いてステップS5で比例ソレノイド１９以外の機器（例えばＬＥＤ）に信号を出力して制御する。次に前上部、前底部、後上部、後底部絶対横加速度センサ８FU，８FL，８RU，８RLから絶対横加速度信号（前上部、前底部、後上部、後底部絶対横加速度信号）αを読み込む（ステップS6）。続いて各絶対横加速度信号αに基づいて後述する演算処理を行って、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S7）、次の制御周期のステップS4で目標電流Ｉに基づいて比例ソレノイド１９を駆動して所望の減衰力を得る。
【００３８】
ここで、上記ステップS7の演算処理内容を説明する。コントローラ９はステップS7において、図７に示すように前側の底部絶対横加速度センサ８FLからの前側底部絶対横加速度αl 、前側の上部絶対横加速度センサ８FUからの前側上部絶対横加速度αu に基づいて、ブロックＢ１０〜Ｂ２５の演算処理を行うと共に、後側の底部絶対横加速度センサ８RL、後側の上部絶対横加速度センサ８RUの後側底部、後側上部絶対横加速度データに基づいて、ブロックＢ１０〜Ｂ２５と同等の演算処理（図示省略）を行う。ここでは、前側を対象として説明する。
【００３９】
図７において、ブロックＢ１０〜Ｂ２５で前側台車の台車上部車体重心における純粋絶対横速度Ｖg を求めている。
ブロックＢ１０〜Ｂ２５ａにおいて、まず前側の上部絶対横加速度センサ８FUで検出された上部絶対横加速度αu はブロックＢ１０で積分処理され、これにより前側上部横速度Ｖu が得られ、この前側上部横速度Ｖu がブロックＢ１１でハイパスフィルタ処理されてブロックＢ１０の積分誤差を除去して前側上部横速度Ｖu を求める。同様にして、底部絶対横加速度センサ８FLで検出された底部絶対横加速度αl に対してブロックＢ１２、Ｂ１３の処理が行われ、底部横速度Ｖl が求められる。
【００４０】
次に、差分回路Ｄ１で底部横速度Ｖl と上部横速度Ｖu との差分演算（Ｖl −Ｖu ）を行って自転速度成分ω0 を求め、ブロックＢ１４で自転速度成分用ゲインＫi を乗算し、ブロックＢ１５でローパスフィルタをかけ、さらに、ブロックＢ１５ａで高さｈを乗算してデータω0 ｈを得、加え合わせ回路Ｄ２、差分回路Ｄ３でそれぞれ、Ｖu ＋ω0 ｈ、Ｖu −ω0 ｈの演算を行って、自転速度成分を除いた底部横速度Ｖl ′（＝Ｖu ＋ω0 ｈ）、上部横速度Ｖu ′（＝Ｖu −ω0 ｈ）を求める。続く差分回路Ｄ４で「Ｖl ′−Ｖu ′」の演算が行われる。
【００４１】
ブロックＢ１６〜Ｂ１８では、前記自転速度成分を除いた底部横速度Ｖl ′、自転速度成分を除いた上部横速度Ｖu ′から、前記式７に準じて水平軸Ｕ回りのモーメントωu を求め、ブロックＢ１９で上中心ロール速度成分用ゲインＫu を乗算し、ブロックＢ２０でローパスフィルタをかけ、上中心ロール運動成分により算出された横速度を求め、さらにブロック２０ａで前記式８に準じて「ｒu ＋２ｈ」を乗算し、得られたデータを差分回路Ｄ６に出力する。また、ブロックＢ２１〜Ｂ２３では、前記自転速度成分を除いた底部横速度Ｖl ′および上部横速度Ｖu ′から、前記式９に準じて水平軸Ｌ回りのモーメントωl を求め、ブロックＢ２４で下中心ロール速度成分用ゲインＫl を乗算し、ブロックＢ２５でローパスフィルタをかけ、下中心ロール運動成分により算出された横速度を求め、さらにブロック２５ａで「ｒl 」を乗算し、得られたデータを差分回路Ｄ５に出力する。
【００４２】
次に、差分回路Ｄ５，Ｄ６で自転速度成分を除いた底部横速度Ｖl ′から、ブロック２５ａの出力データ、ブロック２０ａの出力データを減算して純粋前側絶対横速度Ｖg を求める。（よって、この図７は本発明の絶対横速度検出手段を構成している。）なお、ここでは、底部横速度Ｖl ′からブロックＢ２５ａの出力データ、ブロックＢ２０ａの出力データを減算しているが、上部横速度Ｖu ′から上記各データを減算して純粋絶対横速度Ｖg （前側）を求めてもよいものである。
【００４３】
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、純粋絶対横速度Ｖg （後側）が求められ、その後、純粋絶対横速度Ｖg （前側）および純粋絶対横速度Ｖg （後側）は、図８に示す処理が行われる。すなわち、純粋絶対横速度Ｖg （前側）は、ブロックＢ３８において、前、後側独立である前側ゲインが乗算され、ブロックＢ３９でローパスフィルタがかけられ、加え合わせ回路Ｄ７に出力される。一方、純粋絶対横速度Ｖg （後側）も同様に、ブロックＢ４０において、前、後側独立である後側ゲインが乗算され、ブロックＢ４１でローパスフィルタがかけられ、加え合わせ回路Ｄ９に出力される。
【００４４】
また、純粋絶対横速度Ｖg （前側）および純粋絶対横速度Ｖg （後側）は、それぞれ差分回路Ｄ１１および加え合わせ回路Ｄ１２に出力される。そして、差分回路Ｄ１１の差分演算処理によって車体６のヨー速度成分と、加え合わせ回路Ｄ１２の加え合わせ演算処理によって車体６のスエー速度成分とがそれぞれ求められる。求められたヨー速度成分に対しては、ブロックＢ３３でヨー速度成分用ゲインを乗算し、ブロックＢ３４でローパスフィルタをかけ、ここで得たデータは加え合わせ回路Ｄ８および差分回路Ｄ１０に出力される。一方、スエー速度成分に対しては、ブロックＢ３１でスエー速度成分用ゲインを乗算し、ブロックＢ３２でローパスフィルタをかけ、ここで得たデータは加え合わせ回路Ｄ７，Ｄ９に出力される。
【００４５】
そして、加え合わせ回路Ｄ７で得た純粋絶対横速度Ｖg （前側）とスエー速度成分とを加えた速度成分データは、加え合わせ回路Ｄ８でさらにヨー速度成分が加えられ、ブロックＢ３６で目標減衰係数Ｃ（前側）と、この目標減衰係数Ｃに対応した比例ソレノイド１９に供給される目標電流Ｉ（前側）が求められる。
一方、加え合わせ回路Ｄ９で得た純粋絶対横速度Ｖg （後側）とスエー速度成分とを加えた速度成分データは、差分回路Ｄ１１でヨー速度成分が減算され、ブロックＢ３７で目標減衰係数Ｃ（後側）と、この目標減衰係数Ｃに対応した比例ソレノイド１９に供給される目標電流Ｉ（後側）が求められる。
ここで求められた前、後側それぞれの目標電流Ｉを前、後側それぞれの減衰力可変型ダンパ７F ，７R の比例ソレノイド１９に出力することにより、減衰力を調整する。
【００４６】
以上のようにして、図６のステップS7の処理を終了する。ステップS7の処理を終了すると、ステップS3に戻って上述したように処理が行われる。
【００４７】
上記実施の形態では、上中心ロール運動と下中心ロール運動が同時に発生しないとしており、上中心ロール運動と下中心ロール運動が切り替わる時に急激に制御力が変化しないようにブロックＢ１６、Ｂ２１において、Ｖの値が徐々に変化するようにしている。なお、急激に変化させるようにしてもよい。この場合、応答性は良くなるが、切換え時の衝撃が発生しやすくなる。
【００４８】
上述したように構成した鉄道車両用振動制御装置では、上部、底部絶対横加速度センサ８FU，８FL及びコントローラ９の積分処理ブロックＢ１０，Ｂ１２が得る上部、底部絶対横速度Ｖu ，Ｖl に基づいて、自転速度成分、上中心ロール速度成分、下中心ロール速度成分を求め、その各速度成分を考慮して、台車上部車体重心における純粋絶対横速度（車体６の左右方向推移に伴う絶対横速度）を検出し、この純粋絶対横速度に基づいて比例ソレノイド１９を制御して前側、後側のダンパ７F ，７R の減衰力を調整するので、車体６の横運動の低減を確実に果たすことができる。
また、図１１に示す従来技術では、ロール運動の抑制を行うために前、後側計６個のセンサが必要とされるが、これに比して本実施の形態では、良好なロール制御を前、後側計４個のセンサで行えるので、接続線が少なくて済む上、信号処理量も少なくなって装置の構成を簡略化できる。
【００４９】
なお、上記実施の形態では、図８のブロック図に示すようにスエー運動による成分、ヨー運動による成分を分離して制御するようにしているので、このスエー成分、ヨー成分算出結果に応じて前、後側の減衰力可変型ダンパ７F ，７R の減衰力が調整され、ヨー運動の低減を図ることができると共に、横方向の車体の推移（スエー運動）の低減を図ることができ、さらに精度よく車体の振動抑制制御を行うことができる。
【００５０】
また、上記実施の形態では、２本のレール１２上を走行するタイプの鉄道車両１を例にしたが、これに代えて図９に示すようにモノレールタイプの鉄道車両１に本発明の鉄道車両用振動制御装置を適用してもよい。なお、図９に示す鉄道車両１は、図１に示すものに比して、２本のレール１２に代えてコンクリートの軌道からなるモノレール２を設け、車輪１１に代えてタイヤ３を介して前、後台車４F ，４R をモノレール２に支持させることが異なっている。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、各台車の鉛直線と車体重心を含む水平軸との各交点に相当する台車上部車体重心における車体の絶対横速度を検出し、車体と各台車との間に設けられた減衰力可変型ダンパを制御するようにしたので、乗員が略位置する台車上部車体重心高さ位置における振動を効果的に抑制することができるので、乗り心地の向上を図ることができる。さらに、車体の振動要素（速度成分）として、自転速度成分、上中心ロール速度成分および下中心ロール速度成分の台車上部車体重心における絶対横速度を、車体の底部及び上部の各台車に対応する部分に設けた底部、上部絶対横速度検出手段により求め、この各速度成分を底部または上部絶対横速度検出手段の検出結果から除くことで、車体の純粋な絶対横速度を求めるようにしているので、底部絶対横速度検出手段と上部絶対横速度検出手段のみで、純粋な絶対横速度を得ることができ、簡易な装置構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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用いる鉄道車両を模式的に示す側面図である。
【図３】図１の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４】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５】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S7の処理内容を模式的に示すブロック線図である。
【図８】同コントローラのステップS7の処理内容を模式的に示すブロック線図である。
【図９】図１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１０】従来技術の一例を模式的に示す図である。
【図１１】従来技術の他の例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
４F ，４R 前、後台車
６ 車体
７F ，７R 前、後側の減衰力可変型ダンパ
８FU，８FL，８RU，８RL 前上部、前底部、後上部、後底部絶対横加速度センサ
９ コントローラ
【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】
鉄道車両では揺れを抑え、快適な乗り心地を確保することが望まれており、この要望に応えるために振動制御装置が用いられている。このような振動制御装置を用いた鉄道車両の一例を図１０に示す。
【０００３】
この鉄道車両１は、モノレール２を用いて走行されるようになっている。図において、鉄道車両１は、タイヤ３を介してモノレール２に案内される、前（図１０紙面裏面側）、後（図１０紙面表面側）、２台の台車４F ，４R と、前、後台車４F ，４R に金属スプリングまたはエアスプリング等のばね部材５を介して上下方向及び水平方向に揺動可能に支持される車体６と、前、後台車４F ，４R と車体６との間に、車体６の前、後台車４F ，４R に対する左右方向の移動に対して減衰力を発生するようにそれぞれ介装された減衰力可変型の前、後側のダンパ７F ，７R と、前、後台車４F ，４R に対応して車体６の底部にそれぞれ設けられて車体６の絶対横加速度を検出する前側、後側底部絶対横加速度センサ８FU，８RUと、前側、後側底部絶対横加速度センサ８FU，８RUの検出データに基づいて前、後側のダンパ７F ，７R の減衰力を調整するコントローラ９とから大略構成されている。
【０００４】
この鉄道車両１では、前側、後側底部絶対横加速度センサ８FU，８RUが検出した絶対横加速度データから前側、後側横速度を求め、コントローラ９がここで求めた前側、後側それぞれの速度データに応じて前、後側のダンパ７F ，７R の減衰力を調整し、横方向の揺れを抑え、快適な乗り心地を確保するようにしている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、この従来技術では、後述するようにレールの軌道狂い等により車体に作用する複雑なロール速度成分等を考慮せずに、このロール速度成分等をも含めて絶対横加速度として検出し減衰力調整を行うため、台車の鉛直線上にある台車上部車体重心（後述する水平軸（Ｘ）と台車の鉛直線との交点。請求項１，２の台車上部車体重心に相当する。）における車体の純粋な絶対横速度（車体６の左右方向推移に伴う絶対横速度）に基づいた減衰力調整を行えず、乗員が略位置する台車上部車体重心高さ位置における振動抑制制御が良好なものになっていないというのが実情であった。すなわち、鉄道車両１において、実際には、車体６領域内の進行方向の水平軸（Ｘ）を中心とする回動（以下、自転運動という。）、車体６上方の水平軸（Ｕ）を中心とする回動（以下、上中心ロール運動という。）、車体６下方の水平軸（Ｌ）を中心とする回動（以下、下中心ロール運動）が発生する。そして、前側、後側底部絶対横加速度センサ８FL，８RLは、前記純粋な絶対横速度のみならず、自転運動、上中心ロール運動および下中心ロール運動による横方向速度成分を含めて検出してしまうという問題点があった。
【０００６】
そこで、上中心ロール運動および下中心ロール運動による横方向速度成分を検出し、各速度成分に対応した振動制御を行うために、例えば図１１に示すように、前、後台車４F ，４R に対応して車体６の左右にそれぞれ、上下方向の加速度を検出する４つ（前左、前右、後左、後右側）の上下方向加速度センサ１０FS，１０FR，１０RS，１０RRを付加することや、ロール角を検出するセンサ（ジャイロセンサ）を設けることが考えられる。
【０００７】
しかしながら、上述したように４つ（前左、前右、後左、後右側）の上下方向加速度センサ１０FS，１０FR，１０RS，１０RRを付加することは、部品数の増加となり、信頼性低下、保守性低下を招きやすく望ましくなかった。また、ジャイロセンサを設けることについては、ジャイロセンサが精密な機構を要求されて高価なものとなっており、コストアップを抑制する上で望ましくなかった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、自転運動及び上、下中心ロール運動からそれぞれの運動により発生する横方向絶対速度成分を検出して、前記台車上部車体重心における純粋な絶対横速度を求めることにより、良好な振動抑制制御を行える鉄道車両用振動制御装置を提供することにある。
また、簡易な構成で、自転運動及び上、下中心ロール運動からそれぞれの運動により発生する横方向絶対速度成分を分離、検出できる鉄道車両用振動制御装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載に係る鉄道車両用振動制御装置の発明は、車体の前後それぞれに設けられた前後一対の台車と、前記車体と前記一対の台車との間に設けられ、車体の台車に対する左右方向の移動に対して減衰力を発生し、縮み側の減衰力が小さい値のとき、伸び側の減衰力を大きい値とし、伸び側の減衰力が小さい値のとき、縮み側の減衰力を大きい値とする減衰力可変型ダンパと、前記各台車の鉛直線と前記車体の上方の水平軸との各交点を中心とする上中心ロール速度成分および前記各台車の鉛直線と前記車体の下方の水平軸との各交点を中心とする下中心ロール速度成分を除いた値として、前記各台車の鉛直線と車体重心を含む水平軸との各交点に相当する台車上部車体重心における車体の絶対横速度を検出する絶対横速度検出手段と、該絶対横速度検出手段の検出結果に基づいて、前記車体が左右方向一側へ移動しているときに前記車体が前記台車に対する一側への相対移動に対して減衰力を大きい値とするように調整するコントローラと、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載に係る鉄道車両用振動制御装置の発明は、請求項１に記載の鉄道車両用振動制御装置において、絶対横速度検出手段は、前後一対の台車にそれぞれ対応して車体の底部に設けられ、該車体の底部における左右方向の絶対横速度を検出する底部絶対横速度検出手段と、前後一対の台車にそれぞれ対応して車体の上部に設けられ、該車体の上部における左右方向の絶対横速度を検出する上部絶対横速度検出手段とを有し、さらに、前記底部絶対横速度検出手段および前記上部絶対横速度検出手段の検出結果から、前記台車上部車体重心を中心とする車体の自転速度成分、前記上中心ロール速度成分および前記下中心ロール速度成分を求め、この各速度成分を前記底部絶対横速度検出手段または前記上部絶対横速度検出手段のいずれか一方の検出結果から除いた値を前記絶対横速度とするようにしたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態の鉄道車両用振動制御装置を図１ないし図８に基づいて説明する。なお、図１０、図１１に示す部分、部材と同等の部分、部材についての図示、記載は適宜省略する。
【００１２】
図１、図２において、鉄道車両１は、車輪１１を介して２本のレール１２に案内される、前（図１紙面裏面側）、後（図１紙面表面側）一対の台車４F ，４R と、この前、後台車４F ，４R にばね部材５を介して上下方向及び水平方向に揺動可能に支持される車体６と、前、後台車４F ，４R と車体６との間に、車体６の前、後台車４F ，４R に対する左右方向の移動に対して減衰力を発生するようにそれぞれ介装された減衰力可変型の前、後側のセミアクティブダンパ（以下、減衰力可変型ダンパという。）７F ，７R と、前、後台車４F ，４R に対応して車体６の底部にそれぞれ設けられて車体６の底部における絶対横加速度を検出する前側、後側の底部絶対横加速度センサ（底部絶対横速度検出手段）８FL，８RLと、前、後台車４F ，４R に対応して車体６の上部にそれぞれ設けられて車体６の上部における絶対横加速度を検出する前側、後側の上部絶対横加速度センサ（上部絶対横速度検出手段）８FU，８RUと、底部絶対横加速度センサ８FL，８RLの検出データ及び上部絶対横加速度センサ８FU，８RUの検出データに基づいて減衰力可変型ダンパ７F ，７R の減衰力を調整するコントローラ９とから大略構成されている。
【００１３】
ここで、本発明では、底部絶対横加速度センサ８FL，８RLの検出データに対応する前側、後側の底部絶対横速度（後述するブロックＢ１２で得られる。）と、上部絶対横加速度センサ８FU，８RUの検出データに対応する前側、後側の上部絶対横速度（後述するブロックＢ１０で得られる。）とに基づいて、車体６の前側、後側における前記自転運動、上中心ロール運動、下中心ロール運動が検出され、この各運動により検出された各速度成分を、前記前側、後側の底部絶対横速度または前記前側、後側の上部絶対横速度のいずれか一方から除いた値を前述の台車上部車体重心（後述する水平軸（Ｘ）と台車の鉛直線との交点）における車体の純粋な絶対横速度（車体６の左右方向推移に伴う絶対横速度）としている。つぎに上記各速度成分の検出方法について、車体６の前側を対象にし（すなわち、前側の底部絶対横加速度センサ８FLの検出データに対応する前側底部横速度Ｖl と、前側の上部絶対横加速度センサ８FUの検出データに対応する前側上部横速度Ｖu とを用い）、図１を参照して以下に説明する。
【００１４】
前側底部横速度（前側の底部絶対横加速度センサ８FLの検出データαl に対応する。）Ｖl 、前側上部横速度（前側の上部絶対横加速度センサ８FUの検出データαu に対応する。）Ｖu は式１、式２で求められる。以下、前側底部横速度Ｖl 、前側上部横速度Ｖu を簡略して、適宜、底部横速度Ｖl 、上部横速度Ｖu という。
【００１５】
Ｖu ＝Ｖg ＋ωl （ｒl ＋２ｈ）＋ωu ｒu −ω0 ｈ （式１）
Ｖl ＝Ｖg ＋ωl ｒl ＋ωu （ｒu ＋２ｈ）＋ω0 ｈ （式２）
ここで、 Ｖg ：車体６の台車上部車体重心における絶対横速度（純粋絶対横速度）
ωu ：車体６上方の水平軸Ｕ回りのモーメント
ωl ：車体６下方の水平軸Ｌ回りのモーメント
ω0 ：車体６領域内の進行方向の水平軸Ｘ回りのモーメント
ｒu ：水平軸Ｕから前側上部絶対横加速度センサ８FUまでの距離
ｒl ：水平軸Ｌから前側底部絶対横加速度センサ８FLまでの距離
ｈ ：水平軸Ｘから前側上部絶対横加速度センサ８FUまでの距離（＝軸Ｉから前側底部絶対横加速度センサ８FLまでの距離）を表しており、ｒu ，ｒl およびｈは各種車体に応じて設定される定数である。
【００１６】
前記台車上部車体重心（図１上水平軸Ｘと一致）を中心とする車体６の自転運動による速度成分（以下、自転速度成分という。）を除いた上部横速度Ｖu ′および底部横速度Ｖl ′は式３、式４で求められる。
【００１７】
Ｖu ′＝Ｖu ＋ω0 ｈ＝Ｖg ＋ωl （ｒl ＋２ｈ）＋ωu ｒu （式３）
Ｖl ′＝Ｖl −ω0 ｈ＝Ｖg ＋ωl ｒl ＋ωu （ｒu ＋２ｈ） （式４）
【００１８】
ここで、水平軸Ｕを中心とする上中心ロール運動による速度成分（以下、上中心ロール速度成分という。）と下中心ロール運動による速度成分（以下、下中心ロール速度成分という。）は同時に得られないとすると、上中心ロール運動が発生する時（｜Ｖu ′｜＜｜Ｖl ′｜）の自転速度成分を除いた上部横速度Ｖu ′、底部横速度Ｖl ′は、式５、式６で求められる。
【００１９】
Ｖu ′＝Ｖg ＋ωu ｒu （式５）
Ｖl ′＝Ｖg ＋ωu （ｒu ＋２ｈ） （式６）
【００２０】
そして、水平軸Ｕ回りのモーメントωu と車体６の純粋絶対横速度Ｖg は、式７、式８のようになる。
【００２１】
ωu ＝（Ｖl ′−Ｖu ′）／（２ｈ） （式７）
Ｖg ＝Ｖl ′−（Ｖl ′−Ｖu ′）（ｒu ＋２ｈ）／（２ｈ） （式８）
【００２２】
ここで、自転運動のみ（ロール運動は同時に発生しないとしたとき）の水平軸Ｘ回りのモーメント（角速度）ω0 は、次式で示される。
【００２３】
ω0 ＝Ｖl −Ｖu （式８Ａ）
【００２４】
この式８Ａを式３、式４に代入してＶl ′、Ｖu ′をＶl 、Ｖu で表現し、このＶl ′、Ｖu ′の式を、式７、式８に代入することで、ωu 、Ｖg は式７ａ，式８ａのようにＶl ，Ｖu で示されることになる。すなわち、Ｖl ，Ｖu からωu 、Ｖg が得られることになる。
【００２５】
ωu ＝（１−２ｈ）（Ｖl −Ｖu ）／（２ｈ） （式７ａ）
Ｖg ＝｛（１−ｈ）Ｖl ＋Ｖu ｈ｝−（１−２ｈ）（Ｖl −Ｖu ）（ｒu ＋２ｈ）／（２ｈ） （式８ａ）
【００２６】
同様に、下中心ロール運動が発生する時（｜Ｖu ′｜＞｜Ｖl ′｜）の水平軸Ｌ回りのモーメントωl と車体６の純粋絶対横速度Ｖg は、前記式３、式４にωu ＝０を代入して得られる式に基づいて求められ、式９、式１０のようになる。
【００２７】
ωl ＝−（Ｖl ′−Ｖu ′）／（２ｈ） （式９）
Ｖg ＝Ｖl ′＋（Ｖl ′−Ｖu ′）ｒl ／（２ｈ） （式１０）
【００２８】
上記ωl ，Ｖg の式は、式９ａ、式１０ａのようにＶl 、Ｖu で示される。すなわち、Ｖl ，Ｖu からωu 、Ｖg が得られることになる。
【００２９】
ωl ＝−（１−２ｈ）（Ｖl −Ｖu ）／（２ｈ） （式９ａ）
Ｖg ＝｛（１−ｈ）Ｖl ＋Ｖu ｈ｝＋（１−２ｈ）（Ｖl −Ｖu ）（ｒl ）／（２ｈ） （式１０ａ）
よって、前側の上部絶対横加速度センサ８FU及び底部絶対横加速度センサ８FLの検出データに基づいて自転速度成分、上中心ロール速度成分、下中心ロール速度成分を検出することができ、ひいては車体６の台車上部車体重心における純粋な絶対横速度を求めることができる。
【００３０】
前記前、後台車４F ，４R の進行方向に対して右側（図１右側）には、前、後側の台車側ブラケット１３F ，１３R 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１３F ，１３R に対向するように車体６の進行方向左側部分には、前、後側の車体側ブラケット１４F ，１４R が取り付けられている。
【００３１】
前側の台車側ブラケット１３F と前側の車体側ブラケット１４F との間、後側の台車側ブラケット１３R と後側の車体側ブラケット１４R との間に、車体６の前、後台車４F ，４R に対する左右方向の移動に対して減衰力を発生する前記前、後側の減衰力可変型ダンパ７F ，７R がそれぞれ介装されている。ここで、前、後側の減衰力可変型ダンパ７F ，７R は、図３に示すように、油液が封入された筒状のダンパ本体１５と、ダンパ本体１５内に変位可能に収納されたピストン（図示省略）と、ピストンに固定され一端部がダンパ本体１５から突出するシャフト１７と、ピストンを含むダンパ本体１５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１８と、後述する目標減衰係数Ｃに応じてバルブ機構１８を駆動する比例ソレノイド１９とからなっている。
【００３２】
そして、この場合、前、後側の車体側ブラケット１４F ，１４R にダンパ本体１５が保持され、前、後側の台車側ブラケット１３F ，１３R にシャフト１７の一端側（ダンパ本体１５の外側部分）が保持されており、車体６の進行方向に対して左右方向の運動を規制するようになっている。
【００３３】
前、後側の減衰力可変型ダンパ７F ，７R は、図４、図５に示す減衰力特性を有している。ここで、図４は、比例ソレノイド１９に供給される電流Ｉに対するピストンスピードが１０cm／s のときの減衰力を示したものである。前、後側の減衰力可変型ダンパ７F ，７R 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。ここで、減衰力可変型ダンパ７F ，７R は、車体６が前、後台車４F ，４R に対して相対的に左方へ移動したときに伸び、右方へ移動したときに縮むようになっている。そして、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。
【００３４】
また、図５は、ピストン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２１に示すように略一定値の状態で伸び側が実線２２から実線２３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２３に示すように略一定の状態で、縮み側減衰力が実線２１から実線２４の間で可変になる。
【００３５】
前側、後側の底部絶対横加速度センサ８FL，８RL、前側、後側の上部絶対横加速度センサ８FU，８RU及び前、後側の減衰力可変型ダンパ７F ，７R の各比例ソレノイド１９に接続してコントローラ９が車体６に設けられている。
【００３６】
コントローラ９は、図６に示すように電力供給を受ける（ステップS1）と、まず初期設定を行なって（ステップS2）制御周期に達したか否かを判定する（ステップS3）。ステップS3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。
【００３７】
ステップS3で制御周期に達したと判定すると、前制御周期の目標電流（目標減衰係数）に基づいて比例ソレノイド１９（アクチュエータ）を駆動し、目標減衰力に対応した減衰力を得る（ステップS4）。続いてステップS5で比例ソレノイド１９以外の機器（例えばＬＥＤ）に信号を出力して制御する。次に前上部、前底部、後上部、後底部絶対横加速度センサ８FU，８FL，８RU，８RLから絶対横加速度信号（前上部、前底部、後上部、後底部絶対横加速度信号）αを読み込む（ステップS6）。続いて各絶対横加速度信号αに基づいて後述する演算処理を行って、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S7）、次の制御周期のステップS4で目標電流Ｉに基づいて比例ソレノイド１９を駆動して所望の減衰力を得る。
【００３８】
ここで、上記ステップS7の演算処理内容を説明する。コントローラ９はステップS7において、図７に示すように前側の底部絶対横加速度センサ８FLからの前側底部絶対横加速度αl 、前側の上部絶対横加速度センサ８FUからの前側上部絶対横加速度αu に基づいて、ブロックＢ１０〜Ｂ２５の演算処理を行うと共に、後側の底部絶対横加速度センサ８RL、後側の上部絶対横加速度センサ８RUの後側底部、後側上部絶対横加速度データに基づいて、ブロックＢ１０〜Ｂ２５と同等の演算処理（図示省略）を行う。ここでは、前側を対象として説明する。
【００３９】
図７において、ブロックＢ１０〜Ｂ２５で前側台車の台車上部車体重心における純粋絶対横速度Ｖg を求めている。
ブロックＢ１０〜Ｂ２５ａにおいて、まず前側の上部絶対横加速度センサ８FUで検出された上部絶対横加速度αu はブロックＢ１０で積分処理され、これにより前側上部横速度Ｖu が得られ、この前側上部横速度Ｖu がブロックＢ１１でハイパスフィルタ処理されてブロックＢ１０の積分誤差を除去して前側上部横速度Ｖu を求める。同様にして、底部絶対横加速度センサ８FLで検出された底部絶対横加速度αl に対してブロックＢ１２、Ｂ１３の処理が行われ、底部横速度Ｖl が求められる。
【００４０】
次に、差分回路Ｄ１で底部横速度Ｖl と上部横速度Ｖu との差分演算（Ｖl −Ｖu ）を行って自転速度成分ω0 を求め、ブロックＢ１４で自転速度成分用ゲインＫi を乗算し、ブロックＢ１５でローパスフィルタをかけ、さらに、ブロックＢ１５ａで高さｈを乗算してデータω0 ｈを得、加え合わせ回路Ｄ２、差分回路Ｄ３でそれぞれ、Ｖu ＋ω0 ｈ、Ｖu −ω0 ｈの演算を行って、自転速度成分を除いた底部横速度Ｖl ′（＝Ｖu ＋ω0 ｈ）、上部横速度Ｖu ′（＝Ｖu −ω0 ｈ）を求める。続く差分回路Ｄ４で「Ｖl ′−Ｖu ′」の演算が行われる。
【００４１】
ブロックＢ１６〜Ｂ１８では、前記自転速度成分を除いた底部横速度Ｖl ′、自転速度成分を除いた上部横速度Ｖu ′から、前記式７に準じて水平軸Ｕ回りのモーメントωu を求め、ブロックＢ１９で上中心ロール速度成分用ゲインＫu を乗算し、ブロックＢ２０でローパスフィルタをかけ、上中心ロール運動成分により算出された横速度を求め、さらにブロック２０ａで前記式８に準じて「ｒu ＋２ｈ」を乗算し、得られたデータを差分回路Ｄ６に出力する。また、ブロックＢ２１〜Ｂ２３では、前記自転速度成分を除いた底部横速度Ｖl ′および上部横速度Ｖu ′から、前記式９に準じて水平軸Ｌ回りのモーメントωl を求め、ブロックＢ２４で下中心ロール速度成分用ゲインＫl を乗算し、ブロックＢ２５でローパスフィルタをかけ、下中心ロール運動成分により算出された横速度を求め、さらにブロック２５ａで「ｒl 」を乗算し、得られたデータを差分回路Ｄ５に出力する。
【００４２】
次に、差分回路Ｄ５，Ｄ６で自転速度成分を除いた底部横速度Ｖl ′から、ブロック２５ａの出力データ、ブロック２０ａの出力データを減算して純粋前側絶対横速度Ｖg を求める。（よって、この図７は本発明の絶対横速度検出手段を構成している。）なお、ここでは、底部横速度Ｖl ′からブロックＢ２５ａの出力データ、ブロックＢ２０ａの出力データを減算しているが、上部横速度Ｖu ′から上記各データを減算して純粋絶対横速度Ｖg （前側）を求めてもよいものである。
【００４３】
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、純粋絶対横速度Ｖg （後側）が求められ、その後、純粋絶対横速度Ｖg （前側）および純粋絶対横速度Ｖg （後側）は、図８に示す処理が行われる。すなわち、純粋絶対横速度Ｖg （前側）は、ブロックＢ３８において、前、後側独立である前側ゲインが乗算され、ブロックＢ３９でローパスフィルタがかけられ、加え合わせ回路Ｄ７に出力される。一方、純粋絶対横速度Ｖg （後側）も同様に、ブロックＢ４０において、前、後側独立である後側ゲインが乗算され、ブロックＢ４１でローパスフィルタがかけられ、加え合わせ回路Ｄ９に出力される。
【００４４】
また、純粋絶対横速度Ｖg （前側）および純粋絶対横速度Ｖg （後側）は、それぞれ差分回路Ｄ１１および加え合わせ回路Ｄ１２に出力される。そして、差分回路Ｄ１１の差分演算処理によって車体６のヨー速度成分と、加え合わせ回路Ｄ１２の加え合わせ演算処理によって車体６のスエー速度成分とがそれぞれ求められる。求められたヨー速度成分に対しては、ブロックＢ３３でヨー速度成分用ゲインを乗算し、ブロックＢ３４でローパスフィルタをかけ、ここで得たデータは加え合わせ回路Ｄ８および差分回路Ｄ１０に出力される。一方、スエー速度成分に対しては、ブロックＢ３１でスエー速度成分用ゲインを乗算し、ブロックＢ３２でローパスフィルタをかけ、ここで得たデータは加え合わせ回路Ｄ７，Ｄ９に出力される。
【００４５】
そして、加え合わせ回路Ｄ７で得た純粋絶対横速度Ｖg （前側）とスエー速度成分とを加えた速度成分データは、加え合わせ回路Ｄ８でさらにヨー速度成分が加えられ、ブロックＢ３６で目標減衰係数Ｃ（前側）と、この目標減衰係数Ｃに対応した比例ソレノイド１９に供給される目標電流Ｉ（前側）が求められる。
一方、加え合わせ回路Ｄ９で得た純粋絶対横速度Ｖg （後側）とスエー速度成分とを加えた速度成分データは、差分回路Ｄ１１でヨー速度成分が減算され、ブロックＢ３７で目標減衰係数Ｃ（後側）と、この目標減衰係数Ｃに対応した比例ソレノイド１９に供給される目標電流Ｉ（後側）が求められる。
ここで求められた前、後側それぞれの目標電流Ｉを前、後側それぞれの減衰力可変型ダンパ７F ，７R の比例ソレノイド１９に出力することにより、減衰力を調整する。
【００４６】
以上のようにして、図６のステップS7の処理を終了する。ステップS7の処理を終了すると、ステップS3に戻って上述したように処理が行われる。
【００４７】
上記実施の形態では、上中心ロール運動と下中心ロール運動が同時に発生しないとしており、上中心ロール運動と下中心ロール運動が切り替わる時に急激に制御力が変化しないようにブロックＢ１６、Ｂ２１において、Ｖの値が徐々に変化するようにしている。なお、急激に変化させるようにしてもよい。この場合、応答性は良くなるが、切換え時の衝撃が発生しやすくなる。
【００４８】
上述したように構成した鉄道車両用振動制御装置では、上部、底部絶対横加速度センサ８FU，８FL及びコントローラ９の積分処理ブロックＢ１０，Ｂ１２が得る上部、底部絶対横速度Ｖu ，Ｖl に基づいて、自転速度成分、上中心ロール速度成分、下中心ロール速度成分を求め、その各速度成分を考慮して、台車上部車体重心における純粋絶対横速度（車体６の左右方向推移に伴う絶対横速度）を検出し、この純粋絶対横速度に基づいて比例ソレノイド１９を制御して前側、後側のダンパ７F ，７R の減衰力を調整するので、車体６の横運動の低減を確実に果たすことができる。
また、図１１に示す従来技術では、ロール運動の抑制を行うために前、後側計６個のセンサが必要とされるが、これに比して本実施の形態では、良好なロール制御を前、後側計４個のセンサで行えるので、接続線が少なくて済む上、信号処理量も少なくなって装置の構成を簡略化できる。
【００４９】
なお、上記実施の形態では、図８のブロック図に示すようにスエー運動による成分、ヨー運動による成分を分離して制御するようにしているので、このスエー成分、ヨー成分算出結果に応じて前、後側の減衰力可変型ダンパ７F ，７R の減衰力が調整され、ヨー運動の低減を図ることができると共に、横方向の車体の推移（スエー運動）の低減を図ることができ、さらに精度よく車体の振動抑制制御を行うことができる。
【００５０】
また、上記実施の形態では、２本のレール１２上を走行するタイプの鉄道車両１を例にしたが、これに代えて図９に示すようにモノレールタイプの鉄道車両１に本発明の鉄道車両用振動制御装置を適用してもよい。なお、図９に示す鉄道車両１は、図１に示すものに比して、２本のレール１２に代えてコンクリートの軌道からなるモノレール２を設け、車輪１１に代えてタイヤ３を介して前、後台車４F ，４R をモノレール２に支持させることが異なっている。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は、各台車の鉛直線と車体重心を含む水平軸との各交点に相当する台車上部車体重心における車体の絶対横速度を検出し、車体と各台車との間に設けられた減衰力可変型ダンパを制御するようにしたので、乗員が略位置する台車上部車体重心高さ位置における振動を効果的に抑制することができるので、乗り心地の向上を図ることができる。さらに、車体の振動要素（速度成分）として、自転速度成分、上中心ロール速度成分および下中心ロール速度成分の台車上部車体重心における絶対横速度を、車体の底部及び上部の各台車に対応する部分に設けた底部、上部絶対横速度検出手段により求め、この各速度成分を底部または上部絶対横速度検出手段の検出結果から除くことで、車体の純粋な絶対横速度を求めるようにしているので、底部絶対横速度検出手段と上部絶対横速度検出手段のみで、純粋な絶対横速度を得ることができ、簡易な装置構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一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用いる鉄道車両を模式的に示す側面図である。
【図３】図１の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４】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５】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S7の処理内容を模式的に示すブロック線図である。
【図８】同コントローラのステップS7の処理内容を模式的に示すブロック線図である。
【図９】図１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１０】従来技術の一例を模式的に示す図である。
【図１１】従来技術の他の例を模式的に示す図である。
【符号の説明】
４F ，４R 前、後台車
６ 車体
７F ，７R 前、後側の減衰力可変型ダンパ
８FU，８FL，８RU，８RL 前上部、前底部、後上部、後底部絶対横加速度センサ
９ コントローラ
Claims (2)
- 車体の前後それぞれに設けられた前後一対の台車と、前記車体と前記一対の台車との間に設けられ、車体の台車に対する左右方向の移動に対して減衰力を発生し、縮み側の減衰力が小さい値のとき、伸び側の減衰力を大きい値とし、伸び側の減衰力が小さい値のとき、縮み側の減衰力を大きい値とする減衰力可変型ダンパと、 前記各台車の鉛直線と前記車体の上方の水平軸との各交点を中心とする上中心ロール速度成分および前記各台車の鉛直線と前記車体の下方の水平軸との各交点を中心とする下中心ロール速度成分を除いた値として、前記各台車の鉛直線と車体重心を含む水平軸との各交点に相当する台車上部車体重心における車体の絶対横速度を検出する絶対横速度検出手段と、該絶対横速度検出手段の検出結果に基づいて、前記車体が左右方向一側へ移動しているときに前記車体が前記台車に対する一側への相対移動に対して減衰力を大きい値とするように調整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。
- 絶対横速度検出手段は、前後一対の台車にそれぞれ対応して車体の底部に設けられ、該車体の底部における左右方向の絶対横速度を検出する底部絶対横速度検出手段と、前後一対の台車にそれぞれ対応して車体の上部に設けられ、該車体の上部における左右方向の絶対横速度を検出する上部絶対横速度検出手段とを有し、
さらに、前記底部絶対横速度検出手段および前記上部絶対横速度検出手段の検出結果から、前記台車上部車体重心を中心とする車体の自転速度成分、前記上中心ロール速度成分および前記下中心ロール速度成分を求め、この各速度成分を前記底部絶対横速度検出手段または前記上部絶対横速度検出手段のいずれか一方の検出結果から除いた値を前記絶対横速度とするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用振動制御装置。
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