JP4842723B2

JP4842723B2 - 車両搭載用流体圧制御装置

Info

Publication number: JP4842723B2
Application number: JP2006184369A
Authority: JP
Inventors: 勝美佐々木; 敏文原; 尚志根来; 修後藤
Original assignee: PNEUMATIC SERVO CONTROLS Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: PNEUMATIC SERVO CONTROLS Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 2006-07-04
Filing date: 2006-07-04
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2026-07-04
Also published as: JP2008012983A

Description

本発明は車両搭載用流体圧制御装置に係り、特に、車両に搭載される流体圧サーボシリンダを含む車両搭載用流体圧制御装置に関する。

最近の都市交通あるいは高速大量輸送手段としての軌道車両においては、車体の軽量化ならびに振動の少ない良好な乗心地を確保するために、車体を空気ばね又はコイルばねによって台車上に支持する構造が広く用いられている。このような車体支持装置においては、車体を支持する空気ばね又はコイルばねに対して常時車体重量が加わるので、縦方向には常に最適剛性の支持力を発揮することができ、この結果車両の走行速度の増加要求に対しても十分に対応することができる。

一方、車両がカーブを通過する際には、車体に横方向変位あるいは横方向動揺が生じ、特に車両編成が長い場合にその傾向が著しくなる。この横方向変位あるいは横方向動揺に対し、空気ばね又はコイルばねはその横方向剛性が不足する。そこで、特許文献１では、振り子車両においてカーブによる遠心力により車体が横方向に傾き過ぎないように、車体を支持する振り子はりと台車枠との間に空気圧サーボシリンダを配設することが開示されている。ここでは、車両が走行中に軌道から受け取るカーブ情報に応じて空気圧シリンダを制御して台車枠と振り子はりの間の距離を変えることで、振り子はりの振り子中心を中心として車体を適正にその横方向に傾斜させ、カーブ通過時の遠心力の影響を減少させる技術が提案されている。

また、特許文献２には、車両用気体圧サーボシリンダにおいて、シリンダ本体部のピストンリングの外側に第１仕切りピストンと第２仕切りピストンとを設け、ピストンリングの前後の各内側圧力室には横方向の動揺の大きさに応じた気体圧を供給し、ピストンリングが過度に移動すると、各仕切りピストンが、ピストンリングの外側の各外側圧力室側にピストンリングとともに移動することが開示され、この車両用気体圧サーボシリンダを用いて車両動揺防止装置が構成される。

特開平１０−１２９４７８号公報特開２００５−０７５２７８号公報

このように、気体圧サーボシリンダ等の流体圧サーボシリンダを用いて、空気ばね又はコイルばねでは不足する車両の横方向の剛性を補って、車両の横方向動揺に対して対応することができる。

流体圧サーボシリンダを用いて車両の動揺に的確に対応するには、いくつかの関連要素が必要である。例えば、車両の動揺の程度に対応した制御圧の流体の供給が必要であるので、そのために元流体圧から制御された流体圧を作りだす流体圧制御弁が用いられる。また、流体圧制御弁への元流体圧の供給を停止することのできるストップ弁も一般的に用いられる。また、車両の動揺の程度を検出するためのセンサが必要になる。さらに、センサの検出に応じて流体圧制御弁とストップ弁とを駆動するための電気回路が必要である。そしてこれらの要素を全体として制御する制御部が必要となる。

これらの中で、流体圧サーボシリンダは、例えば、車両の台車と車体との間の距離の変更に用いられるので、台車上、あるいは台車と車体の間の梁であるボルスタの上、あるいは台車と車体との間の空間に設けられる。その他の要素は、適当に配置されることが可能であるが、上記のように多くの要素があるので、ばらばらの配置の場合には、メンテナンス等が大変である。そこで、これらの要素をコンパクトにまとめることが望まれる。

本発明の目的は、車両に用いられる流体圧サーボシリンダに関連する要素をコンパクトにまとめることを可能にする車両搭載用流体圧制御装置を提供することである。

本発明に係る車両搭載用流体圧制御装置は、車両の台車部または車体部のいずれか一方に取り付けられるシリンダ筐体と、シリンダ筐体内部を摺動可能なピストンリングと、ピストンリングに一方端が接続され他方端が台車部又は車体部のいずれか他方に固定されるピストンロッドと、を有するピストンと、ピストンとシリンダ筐体との協働によりピストンリングの前後に形成される４つの圧力室であって、予め定められた作動範囲でピストンリングが移動可能なように配置された仕切りピストンによってピストンリング側の２つの内側圧力室とその外側の２つの外側圧力室とにそれぞれ仕切られる圧力室と、を含む流体圧サーボシリンダと、元流体圧に基づいて、流体圧サーボシリンダの２つの内側圧力室にそれぞれ供給される制御流体圧を生成する制御弁と、流体圧サーボシリンダの外側圧力室と、制御弁とに対し、元流体圧の供給又は供給停止を行うストップ弁と、シリンダ筐体に取り付けられ、外側に、制御弁と、ストップ弁と、車体部の加速度を検出する加速度センサと、制御弁の駆動電気信号とストップ弁の駆動電気信号とを供給する電気回路部とが一体的に取り付けられ、元流体圧供給口と、排気口と、内部に、流体圧サーボシリンダと制御弁とストップ弁と元流体圧供給口と排気口との間を所定の関係で相互に接続する複数の流体流路とを含む配管プレートと、を備え、電気回路部は、車両に備えられる制御部の指令により、ストップ弁に対し、元流体圧を供給させる制御信号を与え、制御弁に対し、加速度センサの検出値に応じて、ピストンリングの前後の内側圧力室へそれぞれ供給する制御流体圧を調整して、各内側圧力室へ供給する流体圧の差である差圧によって、車両の動揺に抗する力を生じさせる制御信号を与え、制御部からのトラブル指令があるときは、ストップ弁に対し、元流体圧の供給を停止させる制御信号を与え、制御弁および流体圧サーボシリンダが流体圧によらず自由移動できるものとすることを特徴とする。

また、本発明に係る車両搭載用気体圧制御装置において、仕切りピストンは、ピストンリングが作動範囲を超えて過度に移動したときにピストンリングの移動につれて外側圧力室の高い流体圧力を受けることが好ましい。

また、本発明に係る車両搭載用気体圧制御装置において、仕切りピストンは、ピストンリングが作動範囲を超えて過度に移動したときにピストンリングの移動につれて、外側圧力室の高い流体圧力に抗して外側圧力室側に移動することが好ましい。
また、本発明に係る車両搭載用気体圧制御装置において、車体部は、車両の２次ばねの上方の車体又はボルスタであることが好ましい。

上記構成により、流体圧サーボシリンダの筐体に配管プレートが取り付けられ、これに制御弁とストップ弁とが一体的に取り付けられる。そして、配管プレートには元流体圧供給口と、排気口とが設けられ、内部に、流体圧サーボシリンダと制御弁とストップ弁と、元流体圧供給口と排気口との間を所定の関係で相互に接続する複数の流体流路が配置される。したがって、配管プレートを介して、流体圧サーボシリンダに関する要素を一体的にコンパクトにまとめることができる。

また、流体圧サーボシリンダのシリンダ筐体が車両の車体部に取り付けられる場合は、車体部の加速度を検出する加速度センサを配管プレートに取り付け、コンパクトにまとめることができる。また、配管プレートに電気回路部を搭載することで、これも流体圧サーボシリンダ周りにコンパクトにまとめることができる。

また、流体圧サーボシリンダのシリンダ筐体が車両の車体部に取り付けられる場合、配管プレートに流体圧制御弁、ストップ弁、加速度センサ、電気回路部を集めて筐体に取り付け、車両に備えられる制御部の指令により、加速度センサの検出値に応じて電気回路部が制御弁とストップ弁とを駆動し、流体圧サーボシリンダの作動が制御されるので、流体圧サーボシリンダ周りがコンパクトにまとめられ、例えば、メンテナンス等が容易となる。

また、上記構成により、流体圧サーボシリンダは、ピストンとシリンダ筐体とによって形成される圧力室は、都合４つの圧力室を備える。すなわち、もともとピストンリングの前後に形成される２つの流体室があり、その２つの流体室がそれぞれ別個の仕切りピストンによってピストンリング側の内側圧力室とその外側の外側圧力室とにそれぞれ仕切られる。そして、ピストンリングの両側における２つの内側圧力室に動揺の大きさに応じた流体圧が供給される。つまり、各仕切りピストンは、ピストンとシリンダ筐体とによって形成される圧力室を仕切り、動揺の抑制のために用いられる圧力室の容積を小さくする機能を有している。

また、仕切りピストンは、通常は仕切り機能を有しているだけであるが、ピストンリングが過度に移動したときにピストンリングの移動につれて外側圧力室の高い流体圧力を受け、さらに外側圧力室側に移動する機能を有する。つまり、仕切りピストンは、衝撃等のときに、ピストンリングの過度の動きを受け止め、さらに外側圧力室の容積を減らしつつ移動する機能も有している。このようにして、衝撃等のときに、ピストンリングの過度の動きを可能にしつつ、動揺の抑制のために用いられる圧力室の容積を小さくできるので、流体圧サーボシリンダにおいて作動流体流量を少なくすることができる。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。なお、以下において、車両搭載用流体圧制御装置に用いられる流体を気体として説明する。ここで気体としては空気、窒素、不活性ガス等を用いることができる。もちろん、場合によっては、気体以外の流体、例えば油、水等を用いるものとしてもよい。したがって、以下では、車両搭載用流体制御装置を、車両搭載用気体制御装置として、流体圧サーボシリンダを気体圧サーボシリンダとして説明するが、もちろん、気体以外の流体を用いる場合にも本発明が適用できる。

また、車両用気体圧制御装置が適用される軌道車両としては、１次ばねとしてのコイルばねが台車部と車軸との間に設けられ、２次ばねとしての空気ばねが台車部と車体部との間に設けられる構造のものとして説明するが、これ以外のばね構造、例えば、板ばね等のばねを用いてもよく、またこれ以外のばねの取り付け位置であってもよい。また、車両として、車体部を支持する振り子はりと傾斜手段を通じて振り子はりを傾斜可能にレール上で支持する台車部とを備える振り子車両であってもよい。

また、車両用気体圧制御装置が設けられる車両上の位置としては、台車部と車体部との間の空間とし、特に気体圧サーボシリンダのシリンダ筐体が車体部に、ピストンロッドが台車部に接続される構成として説明するが、これ以外の配置構成であってもよい。たとえば、気体圧サーボシリンダのシリンダ筐体が台車部に、ピストンロッドが車体部に接続される構成であってもよい。この場合には、車体の加速度を検出するための加速度センサを車体部に別途設けることが好ましい。なお、上記のように、台車部とは、車両の１次ばねより上方の台車枠等の台車構造の部分を指し、車体部とは、車両の２次ばねより上方の車体又はボルスタの構造部分を指している。

また、以下では、気体圧サーボシリンダとして、ピストンとシリンダの筐体とによって形成される圧力室が、都合４つの圧力室を備えるものとして説明するが、これ以外の構造であっても車両に搭載される気体圧サーボシリンダであればよい。

図１は、本発明に係る車両搭載用気体圧制御装置３０が適用される車両１０の構成図である。なお、図１では、車両１０が、カーブを通過するために傾いている状態が示されている。車両１０は、車体部１２と、台車部１４と、車体部１２と台車部１４との間に設けられた２次ばねとしての空気ばね１６と、車体部１２に取り付けられた中心ピン１８とを備える。また、車両１０は、車輪２０を支持する車軸と、車軸と台車部１４との間に設けられた１次ばねとしてのコイルばね２２を備える。車輪２０はレール２４の上を走行可能である。そして、車体部１２と一体の中心ピン１８と台車部１４との間に、車体部１２の横方向変位を引き戻すためのセンタリングシリンダ２６と、車体部１２の横方向動揺を防止するための一体化された車両搭載用気体圧制御装置３０とを備える。車体部１２には、車両運行のための制御部２８が設けられ、特に、車両１０の動揺を検出してその動揺を抑制するように車両搭載用気体圧制御装置３０の作動を制御する。

図２は、車両搭載用気体圧制御装置３０の正面図、平面図、側面図である。車両搭載用気体圧制御装置３０は、車体の動揺時の横方向剛性を補う機能を有する気体圧サーボシリンダ４０と、気体圧サーボシリンダ４０に供給される気体圧を制御する制御弁６０と、制御弁６０への元気体圧の供給を制御するためのストップ弁７０と、気体圧サーボシリンダ４０の筐体に取り付けられる配管プレート８０と、加速度センサ９２と電気回路部９４とを収納する回路ボックス９０とを含んで構成される。ここで、配管プレート８０には、制御弁６０、ストップ弁７０、回路ボックス９０が取り付けられ、気体圧サーボシリンダ４０と一体化して、１つの車両搭載用気体圧制御装置３０をなしている。

車両搭載用気体圧制御装置３０を構成する各要素は、図２に示されるように、３次元的に一体化されて組み立てられている。図３は、これらの要素の間の関係を説明するために、平面的に並べた模式図である。以下に、図２と図３とを用いて、これらの要素の構造と作用とを説明する。

図３には、気体圧サーボシリンダ４０の断面図が示されている。気体圧サーボシリンダ４０は、後述する制御弁６０から２つの制御された気体圧Ｐ_１とＰ_２の供給を受けて、車体部と一体の中心ピン１８と台車部１４との間に、車両の動揺を抑制する力を発生する機能を有するピストン・シリンダ機構である。

気体圧サーボシリンダ４０におけるシリンダ筐体４２は、概略円筒状の形状をなし、内面はピストンリング４４が摺動可能な仕上げ面を有し、その一端には、ピストンリング４４に固定されたピストンロッド４６が出し入れされる開口部を有する。ピストンリング４４は、概略円板状の形状をなし、その外周はシリンダ筐体４２の内面と気密な状態で摺動可能な仕上げ面を有する。ピストンリング４４とピストンロッド４６とは、いわゆるピストンを構成する。シリンダ筐体４２は車体部と一体の中心ピン１８に取り付けられ、ピストンロッド４６は台車部１４に取り付けられる。

第１仕切りピストン４８と第２仕切りピストン５０とは、概略つばつきの円板状の形状を有し、ピストンリング４４の両側に配置される。すなわち、シリンダ筐体４２の中心ピン１８側端部とピストンリング４４の間に第１仕切りピストン４８が、シリンダ筐体４２の台車部１４側端部とピストンリング４４の間に第２仕切りピストン５０が配置される。シリンダ筐体４２の内面には、第１仕切りピストン４８及び第２仕切りピストン５０のつばの部分に対応する段差が設けられ、その段差部分で第１仕切りピストン４８及び第２仕切りピストン５０のピストンリング４４側への移動が制限される。第１仕切りピストン４８と第２仕切りピストン５０のつば部分でない円板部分の外周はシリンダ筐体４２の内面と気密な状態で摺動可能な仕上げ面を有する。

したがって、シリンダ筐体４２とピストンリング４４との協働により、ピストンリング４４の前後に２つの圧力室が形成されるが、その２つの圧力室は、さらに第１仕切りピストン４８と第２仕切りピストン５０によって２つずつに仕切られる。すなわち、ピストンリング４４と第１仕切りピストン４８との間に第１内側圧力室５２が、ピストンリング４４と第２仕切りピストン５０との間に第２内側圧力室５４が、第１仕切りピストン４８の外側とシリンダ筐体４２の中心ピン１８側端部との間に第１外側圧力室５６が、第２仕切りピストン５０の外側とシリンダ筐体４２の台車部１４側端部との間に第２外側圧力室５８が、それぞれ形成される。

ここで、第１内側圧力室５２には第１制御気体圧Ｐ_１が、第２内側圧力室５４には第２制御気体圧Ｐ_２が、第１外側圧力室５６及び第２外側圧力室５８には作動気体圧Ｐ_Ｓが、それぞれ供給される。なお、作動気体圧Ｐ_Ｓは、制御弁６０の制御を受けない生の気体圧であるが、後述するストップ弁７０の制御を受けるので、元気体圧Ｐ_０と区別した表記としているが、実質的には元気体圧Ｐ_０と同じものである。これらの気体圧は、気体圧サーボシリンダ４０のシリンダ筐体４２に設けられる各供給口ポートに、配管プレート８０の内部に設けられる気体流路８６を介して、制御弁６０から供給される。図３には、４つの供給口ポートが示されている。

制御弁６０は、シリンダ筐体４２に取り付けられる配管プレート８０に適当な取り付け手段によって固定されて配置される気体圧制御弁である。制御弁６０は、スリーブ６２と、スプール６４と、制御部２８の制御の下でスプール６４を軸方向に移動駆動するアクチュエータ６６とを含んで構成される。スリーブ６２は、例えば円筒状の内面を有する筐体ケースである。スプール６４は、スリーブ６２の筐体内面と摺動する隙間をもって支持される複数のランド部と、隣接するランド部の間を接続するランド部より小径の複数のステム部とが軸方向に沿って配置される部品で、その一方端はアクチュエータ６６に接続され、他方端はアクチュエータ６６の駆動力に釣り合わせられる適当な付勢手段が接続される。

スプール６４の隣接するランド部に挟まれたステム部と、スリーブ６２の内壁との間には空間が形成され、気体室と呼ばれる。各気体室には、気体が出入りするためのポートが設けられる。また、スリーブ６２の内壁には、スプール６４の各ランド部の幅よりやや狭い幅の制御圧取出溝が設けられ、そこから制御圧が取り出される負荷口ポートが設けられる。図３の例では、スプール６４は４つのランド部と３つのステム部とを有する。この中で、両端のランド部はアクチュエータ６６と付勢手段に接続される機能を有するもので、気体圧制御のためには、その間の２つの左右ランド部と、左右ランド部に挟まれた中央気体室、左右ランド部のそれぞれ外側に配置される左右気体室が用いられる。

ここで、図３において示されるＸ方向の符号を用いれば、−Ｘ側から＋Ｘ側の方向に、左気体室−左ランド部−中央気体室−右ランド部−右気体室の順にＸ方向に沿って配置されている。そして、スリーブ６２において、中央気体室に対応する位置に作動気体圧Ｐ_Ｓが供給される供給口ポート、左気体室及び右気体室に対応する位置にそれぞれＥｘとして示されている排気口ポート、左ランド部に対応する位置に第１制御気体圧Ｐ_１が導かれる第１負荷口ポート、右ランド部に対応する位置に第２制御気体圧Ｐ_２が導かれる第２負荷口ポートが設けられる。このように、制御弁６０は、合計５つのポートを有するいわゆる５方弁である。

制御弁６０は、制御部２８からの制御によってアクチュエータ６６が駆動され、それによってスプール６４がＸ軸方向に移動し、左右ランド部の外周とこれに対応するスリーブ６２の内壁に設けられる各制御圧取出溝との位置関係が変化する。例えば、＋Ｘ方向にスプール６４を移動させると、左ランド部の外周の位置が、第１負荷口ポートに接続する制御圧取出溝の位置より＋Ｘ方向にずれるので、この制御圧取出溝は、作動気体圧Ｐ_Ｓが供給されている中央気体室との連通が閉じられ、排気口ポートに接続される左気体室と連通する。したがって＋Ｘ方向の移動に応じて、制御圧取出溝の気体圧、すなわち第１負荷口ポートの第１制御気体圧Ｐ_１が低下する。−Ｘ方向の移動の場合にはこれと逆で、第１負荷口ポートの第１制御気体圧Ｐ_１が上昇する。このようにして、アクチュエータ６６の制御された移動駆動によって、第１負荷口ポートの第１制御気体圧Ｐ_１が制御される。同様に、アクチュエータ６６の制御された移動駆動によって、第２負荷口ポートの第２制御気体圧Ｐ_２が制御される。この場合、第１負荷口ポートの第１制御気体圧Ｐ_１が低下すると、第２負荷口ポートの第２制御気体圧Ｐ_２が上昇し、逆に、第１負荷口ポートの第１制御気体圧Ｐ_１が上昇すると、第２負荷口ポートの第２制御気体圧Ｐ_２が低下する関係となる。

第１制御気体圧Ｐ_１と第２制御気体圧Ｐ_２は、図２で説明した加速度センサ９２の検出データに基づき、以下のようにして制御部２８が算出する。なお、作動気体圧Ｐ_Ｓは、制御弁６０の制御を受けない生の気体圧で、例えば８００ｋＰａとすることができる。すなわち、制御部２８は、横方向の動揺の大きさを検出する加速度センサ９２の出力に応じ、制御弁６０のアクチュエータ６６への入力信号を生成する機能を有する。具体的には、横方向の動揺に抗するための必要な力をＦとし、ピストンリング４４の気体圧を受ける片側の面積をＡとして、Ｆ／Ａ＝２ΔＰを算出し、バイアス気体圧Ｐ_Ｂに±ΔＰの差動圧を重畳させ、一方を第１制御気体圧Ｐ_１＝Ｐ_Ｂ＋ΔＰとし、他方を第２制御気体圧Ｐ_２＝Ｐ_Ｂ−ΔＰとする。バイアス気体圧Ｐ_Ｂは、例えば作動気体圧Ｐ_Ｓの１／２である４００ｋＰａとすることができ、Ｐ_Ｂ＋ΔＰは作動気体圧Ｐ_Ｓを超えないようにする。このようにして、加速度センサ９２の出力に応じ第１制御気体圧Ｐ_１及び第２制御気体圧Ｐ_２を求め、この気体圧に対応するアクチュエータ６６への入力信号を発生させる。

制御弁６０は、上記のように、作動気体圧Ｐ_Ｓを供給し、制御部２８の制御の下でアクチュエータ６６を移動駆動して、第１負荷口ポートに第１制御気体圧Ｐ_１、第２負荷口ポートに第２制御気体圧Ｐ_２を導き出す機能を有する５方弁である。制御弁６０に供給される作動気体圧Ｐ_Ｓは、ストップ弁７０から導かれる。

ストップ弁７０は、シリンダ筐体４２に取り付けられる配管プレート８０に適当な取り付け手段によって固定されて配置され、制御弁６０に対し、作動気体圧Ｐ_Ｓの供給又は停止を行う機能を有する気体圧制御弁である。ストップ弁７０は、例えばシステムに何かのトラブルが生じ、作動気体圧Ｐ_Ｓの供給を停止し、これによって制御弁６０及び気体圧サーボシリンダ４０が気体圧によらず、自由移動できるようにするためのものである。したがって、気体圧の値自体の制御を行うのではなく、単に、制御部２８の指示の下で、制御弁６０に、作動気体圧Ｐ_Ｓを供給するか、その供給を停止するか、の切換制御を行う機能を有する。

ストップ弁７０は、上記制御弁６０が１つの供給口ポート、２つの排気口ポート、２つの負荷口ポートを有している５方弁であるのに対し、１つの元気体圧供給口ポート、１つの排気口ポート、１つの取出口ポートを有する３方弁である。その構成は、ランド部とステム部の数が異なるのみで、制御弁６０と基本的に同様である。

すなわち、ストップ弁７０は、スリーブ７２と、スプール７４と、制御部２８の制御の下でスプール７４を軸方向に移動駆動するアクチュエータ７６とを含んで構成される。スリーブ７２と、スプール７４の内容は、制御弁６０の場合と同様である。スリーブ７２の一方端はアクチュエータ７６に接続され、他方端はアクチュエータの駆動力に釣り合わせられる適当な付勢手段が接続されることも同様である。また、スリーブ７２の内壁には、スプール７４のランド部の幅よりやや狭い幅の作動気体取出溝が設けられ、そこから作動気体圧Ｐ_Ｓが取り出される取出口ポートが設けられる。

図３の例では、スプール７４は３つのランド部と２つのステム部とを有する。この中で、両端のランド部はアクチュエータ７６と付勢手段に接続される機能を有するもので、気体圧制御のためには、その間の中央ランド部と、中央ランド部のそれぞれ外側に配置される左右気体室が用いられる。ここで、図３において示されるＸ方向の符号を用いれば、−Ｘ側から＋Ｘ側の方向に、左気体室−中央ランド部−右気体室の順にＸ方向に沿って配置されている。そして、スリーブ７２において、左気体室に対応する位置に元気体圧Ｐ_０が供給される元気体圧供給口ポート、右気体室に対応する位置にＥｘとして示されている排気口ポート、中央ランド部に対応する位置に作動気体圧Ｐ_Ｓが導かれる取出口ポートが設けられる。

ここで、制御部２８の制御の下で、アクチュエータ７６によってスプール７４を＋Ｘ方向に移動させると、中央ランド部の外周の位置が、取出口ポートに接続する作動気体取出溝の位置より＋Ｘ方向にずれるので、作動気体取出溝は、元気体圧Ｐ_０が供給されている左気体室と連通する。したがって取出口ポートには、元気体圧Ｐ_０がそのまま作動気体圧Ｐ_Ｓとして取り出される。逆に、アクチュエータ７６によってスプール７４を−Ｘ方向に移動させると、中央ランド部の外周の位置が、取出口ポートに接続する作動気体取出溝の位置より−Ｘ方向にずれるので、作動気体取出溝は、排気口ポートに接続されている右気体室と連通する。したがって取出口ポートは、大気圧に解放されることになる。このように、アクチュエータ７６の移動駆動の制御により、取出口ポートの状態について、作動気体圧Ｐ_Ｓが取り出されるか、あるいは大気圧に解放されるかの２つの状態の間の選択切換を行うことができる。

このように、ストップ弁７０の動作は、２つの状態の切換にあるので、制御弁６０のようにスプールの精密な移動制御が不要で、したがって、付勢手段の作用を用いて、単にアクチュエータ７６のオン・オフで２つの状態を切り換えるものとすることができる。例えば、通常状態を大気圧解放とし、気体圧サーボシリンダ４０を作動させるときに作動気体圧Ｐ_Ｓを供給するものとするときは、図３の構成において、アクチュエータ７６を通常はオフとし、付勢手段によってスプール７４を−Ｘ方向に付勢するものとすればよい。もちろん、逆の設定も可能である。

次に配管プレート８０について説明する。配管プレート８０は、板部材であって、その一方側の面が気体圧サーボシリンダ４０のシリンダ筐体４２の外側に沿って取り付けられ、他方側の面に、制御弁６０、ストップ弁７０、回路ボックス９０がそれぞれ固定して取り付けられる取付部材としての機能を有する。また、配管プレート８０は、気体圧サーボシリンダ４０、制御弁６０、ストップ弁７０との間の気体流路８６を内部に有する配管部材としての機能も有する。その機能のために、図示されていない元気体圧源と適当な配管で接続される配管接続部材である元気体圧供給部８２と、適当な配管部材と消音装置とを介して大気に解放される配管接続部材である排気部８４とが配管プレート８０の他方側の面に取り付けられ、これらは内部の気体流路と接続される。

配管プレート８０は、図２の例では、角型外形を有する気体圧サーボシリンダ４０の外形の２つの面に沿って配置されるＬ字型板材として示されている。もちろん、気体圧サーボシリンダ４０の１つの面に沿って配置される平板形状であってもよく、あるいは３つ以上の面に沿って配置される形状であってもよい。また気体圧サーボシリンダ４０の外形が円筒形等であれば、その外形に合わせた形状とすることができる。

配管プレート８０の一方側の面には、気体圧サーボシリンダ４０の各供給ポートに対応して、各接続口が設けられる。図３の例では、気体圧サーボシリンダ４０には４つの供給ポートが示されているので、配管プレート８０が気体圧サーボシリンダ４０の外形に合わせて位置決めされて取り付けられたときに、これらの各供給ポートの位置に対応する位置に各接続口が来るように、各接続口の配置関係が設定される。

配管プレート８０の他方側の面には、制御弁６０の第１負荷口ポート、第２負荷口ポート、供給口ポート、２つの排気口ポートに対応して、各接続口が設けられる。また、ストップ弁７０の元気体圧供給口ポート、取出口ポート、排気口ポートに対応して、各接続口が設けられる。また、元気体圧供給部８２、排気部８４に対応して、それぞれ各接続口が設けられる。そして、配管プレート８０上に、制御弁６０、ストップ弁７０、元気体圧供給部８２、排気部８４がそれぞれ位置決めされて取り付けられたときに、これらの各ポート等の位置に対応する位置に各接続口が来るように、各接続口の配置関係が設定される。

各ポートと各接続口との接続においては、接続構造を簡単にするため、ポートとこれに対応する接続口とを直接向かい合わせて接続することが好ましい。この際に、気体が漏れないように、はめあい構造、シール部材の使用、接続部材の使用等が行われることが望ましい。

図３には、配管プレート８０におけるこれらの各ポート等と各接続口との接続関係、及び、これらの間の気体流路８６の様子を模式的に示してある。具体的な各接続口及び各気体流路８６の配置関係は、各要素の形状、寸法等に応じて設計することができる。

また、配管プレート８０には、上記のように、回路ボックス９０が配置されて取り付けられる。回路ボックス９０は、図２で説明した加速度センサ（α）と、電気回路部（Ｄ）が収納される収納箱である。電気回路部は、制御弁６０のアクチュエータ６６を駆動するドライバ回路を搭載した回路基板である。回路ボックス９０は、制御部２８と接続される。

図４は、車両搭載用気体圧制御装置３０の電気制御系統を説明する図である。ここで示されるように、加速度センサ９２の検出データは制御部２８に出力される。なお、加速度センサ９２が収納される回路ボックス９０は、図３で説明したように気体圧サーボシリンダ４０のシリンダ筐体４２と一体の配管プレート８０に取り付けられ、シリンダ筐体４２は、車体部と一体構造の中心ピン１８と一体化しているので、加速度センサ９２は、車体部の加速度を検出することができる。

制御部２８は、加速度センサ９２の検出データに基づき、制御弁６０、気体圧サーボシリンダ４０の作動を制御する機能を有する。具体的には、加速度センサ９２の検出データに基づいて車体部の横方向の動揺を計算する機能と、その動揺を抑制するために必要な気体圧サーボシリンダ４０の第１制御気体圧Ｐ_１と第２制御気体圧Ｐ_２の大きさを算出する機能と、その第１制御気体圧Ｐ_１と第２制御気体圧Ｐ_２を制御弁６０で作り出すために必要なアクチュエータの移動量を求める機能と、それに相当する駆動電流を出力する指令をドライバ回路に与える機能とを有する。なお、電気回路部９４への電源供給も、制御部２８から電源ラインを介して行われる。

ドライバ回路は、制御弁６０のアクチュエータに接続されているので、これにより制御弁６０のアクチュエータは、制御部２８の指示の下で駆動制御され、スプールを所定の移動量だけ移動駆動し、これにより第１制御気体圧Ｐ_１と第２制御気体圧Ｐ_２を作り出すことができる。作り出された第１制御気体圧Ｐ_１と第２制御気体圧Ｐ_２は、気体圧サーボシリンダ４０に供給される。

また、制御部２８は、加速度センサ９２の検出データ及びその他の車両状態センサ等の検出データに基づき、必要なときにストップ弁７０に作動気体圧Ｐ_Ｓの供給を停止する指示を与える機能を有する。実際には、ストップ弁７０に対するオン・オフ指令を与える機能を有する。オン・オフ指令は、例えば１８Ｖ〜２４Ｖ程度のアクチュエータ７６の駆動電圧のオン・オフで実行することができる。

かかる構成の作用を以下に説明する。車両１０が走行中カーブを曲がるとき等において、横方向の動揺を受けると、その大きさは、車体部１２と一体構造の中心ピン１８に取り付けられる気体圧サーボシリンダ４０のシリンダ筐体４２と一体の加速度センサ９２により検出される。検出された加速度信号は制御部２８に入力され、その大きさに応じ、第１制御気体圧Ｐ_１及び第２制御気体圧Ｐ_２に対応する制御信号が生成され、制御弁６０のアクチュエータ６６に供給される。制御弁６０では、作動気体圧Ｐ_Ｓから第１制御気体圧Ｐ_１及び第２制御気体圧Ｐ_２が生成され、それぞれ気体圧サーボシリンダ４０の第１内側圧力室５２及び第２内側圧力室５４に供給される。この第１制御気体圧Ｐ_１及び第２制御気体圧Ｐ_２の圧力差である差動圧ΔＰにより、ピストンリング４４が駆動され、ピストンロッド４６に横方向の動揺に抗する力が発生する。

このとき、第１外側圧力室５６及び第２外側圧力室５８には、作動気体圧Ｐ_Ｓが供給される。作動気体圧Ｐ_Ｓは第１制御気体圧Ｐ_１及び第２制御気体圧Ｐ_２のいずれよりも高圧であるので、第１仕切りピストン４８も第２仕切りピストン５０もピストンリング４４側に押され、そのつば部分で止まっている状態にある。すなわち第１制御気体圧Ｐ_１及び第２制御気体圧Ｐ_２が変動しても、±ΔＰの範囲ならば、第１仕切りピストン４８も第２仕切りピストン５０の位置は変わらない。したがって、動揺の抑制のためのピストンリング４４の作動範囲に要する作動気体流量は、第１仕切りピストン４８と第２仕切りピストン５０の間の容積で規制することができる。

車体部１２が横方向に変位しても、それが緩やかな変位のときは、センタリングシリンダ２６により車体部１２が中立位置に引き戻される。しかし、例えば急カーブや衝撃等の急激な変位においてはセンタリングシリンダ２６の応答の前に、中心ピン１８が大きく変位し、ピストンリング４４が大きく移動することが起こる。このような場合には、ピストンリング４４が過度に中心ピン１８側に移動し、第１仕切りピストン４８に衝突し、第１仕切りピストン４８ごと第１外側圧力室５６側に移動する。または逆に、ピストンリング４４が過度に台車部１４側に移動し、第２仕切りピストン５０に衝突し、第２仕切りピストン５０ごと第２外側圧力室５８側に移動する。このように、ピストンリング４４が過度に移動するときは、各仕切りピストンは、ピストンリング４４の移動につれ、外側圧力室の高い圧力、すなわち８００ｋＰａの作動気体圧Ｐ_Ｓを受け、さらに移動することになる。このように、仕切りピストンを設けることで、衝撃等のときに、ピストンリングの過度の動きを可能にしつつ、動揺の抑制のために用いられる圧力室の容積を小さくでき、作動気体流量を少なくすることができる。

また、気体圧サーボシリンダ４０のシリンダ筐体４２に配管プレート８０が取り付けられ、これに制御弁６０とストップ弁７０とが一体的に取り付けられる。そして、配管プレート８０には元気体圧供給部８２と、排気部８４とが設けられ、内部に、気体圧サーボシリンダ４０と制御弁６０とストップ弁７０と、元気体圧供給部８２と排気部８４との間を所定の関係で相互に接続する複数の気体流路８６が配置される。さらに、加速度センサ９２、電気回路部９４も配管プレート８０に取り付けられる。したがって、配管プレート８０を介して、気体圧サーボシリンダ４０に関する要素を一体的にコンパクトにまとめることができ、メンテナンス等が容易となる。

本発明に係る実施の形態の車両搭載用気体圧制御装置が適用される車両の構成図である。本発明に係る実施の形態における車両搭載用気体圧制御装置の正面図、平面図、側面図である。本発明に係る実施の形態における車両搭載用気体圧制御装置を構成する各要素の間の関係を説明するために、これらの要素を平面的に並べた模式図である。本発明に係る実施の形態における車両搭載用気体圧制御装置の電気制御系統を説明する図である。

符号の説明

１０車両、１２車体部、１４台車部、１６空気ばね、１８中心ピン、２０車輪、２２コイルばね、２４レール、２６センタリングシリンダ、２８制御部、３０車両搭載用気体圧制御装置、４０気体圧サーボシリンダ、４２シリンダ筐体、４４ピストンリング、４６ピストンロッド、４８，５０仕切りピストン、５２第１内側圧力室、５４第２内側圧力室、５６第１外側圧力室、５８第２外側圧力室、６０制御弁、６２，７２スリーブ、６４，７４スプール、６６，７６アクチュエータ、７０ストップ弁、８０配管プレート、８２元気体圧供給部、８４排気部、８６気体流路、９０回路ボックス、９２加速度センサ、９４電気回路部。

Claims

車両の台車部または車体部のいずれか一方に取り付けられるシリンダ筐体と、シリンダ筐体内部を摺動可能なピストンリングと、ピストンリングに一方端が接続され他方端が台車部又は車体部のいずれか他方に固定されるピストンロッドと、を有するピストンと、ピストンとシリンダ筐体との協働によりピストンリングの前後に形成される４つの圧力室であって、予め定められた作動範囲でピストンリングが移動可能なように配置された仕切りピストンによってピストンリング側の２つの内側圧力室とその外側の２つの外側圧力室とにそれぞれ仕切られる圧力室と、を含む流体圧サーボシリンダと、
元流体圧に基づいて、流体圧サーボシリンダの２つの内側圧力室にそれぞれ供給される制御流体圧を生成する制御弁と、
流体圧サーボシリンダの外側圧力室と、制御弁とに対し、元流体圧の供給又は供給停止を行うストップ弁と、
シリンダ筐体に取り付けられ、外側に、制御弁と、ストップ弁と、車体部の加速度を検出する加速度センサと、制御弁の駆動電気信号とストップ弁の駆動電気信号とを供給する電気回路部とが一体的に取り付けられ、元流体圧供給口と、排気口と、内部に、流体圧サーボシリンダと制御弁とストップ弁と元流体圧供給口と排気口との間を所定の関係で相互に接続する複数の流体流路とを含む配管プレートと、
を備え、
電気回路部は、車両に備えられる制御部の指令により、
ストップ弁に対し、元流体圧を供給させる制御信号を与え、
制御弁に対し、加速度センサの検出値に応じて、ピストンリングの前後の内側圧力室へそれぞれ供給する制御流体圧を調整して、各内側圧力室へ供給する流体圧の差である差圧によって、車両の動揺に抗する力を生じさせる制御信号を与え、
制御部からのトラブル指令があるときは、ストップ弁に対し、元流体圧の供給を停止させる制御信号を与え、制御弁および流体圧サーボシリンダが流体圧によらず自由移動できるものとすることを特徴とする車両搭載用流体圧制御装置。
請求項１に記載の車両搭載用流体圧制御装置において、
仕切りピストンは、ピストンリングが作動範囲を超えて過度に移動したときにピストンリングの移動につれて外側圧力室の高い流体圧力を受けることを特徴とする車両搭載用流体圧制御装置。
請求項２に記載の車両搭載用流体圧制御装置において、
仕切りピストンは、ピストンリングが作動範囲を超えて過度に移動したときにピストンリングの移動につれて、外側圧力室の高い流体圧力に抗して外側圧力室側に移動することを特徴とする車両搭載用流体圧制御装置。
請求項１から３のいずれか１に記載の車両搭載用流体圧制御装置において、
車体部は、車両の２次ばねの上方の車体又はボルスタであることを特徴とする車両搭載用流体圧制御装置。