JP4868829B2 - 鉄道車両の制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の制振装置の改良に関する。

鉄道車両の走行時には、レール設置面の傾斜、横風、旋回走行時に車両に負荷される遠心力等を原因として車体に車両の進行方向に対して水平横方向への振動が作用する。この横方向の振動は、鉄道車両における乗り心地を悪化させる原因となるため、この振動を抑制するために、従来の制振装置では、車体と台車の間に空気バネやコイルバネ等を介装して車体が台車から受ける衝撃を吸収すると共に、該バネの振動を抑制するべくダンパを配在させている。

そして、この制振装置では、上記振動をより一層効果的に抑制するために、ダンパの減衰力を可変とし、このダンパに出力させる制御力を制御するコントローラをも備えており、スカイフック制御則に則ってダンパが出力する制御力を制御するようにしている（たとえば、特許文献１参照）。

また、他の鉄道車両の制振装置ではあるが、車体と台車との間に介装され車体の上下振動を抑制する減衰ダンパと、同じく車体と台車との間に介装され前記減衰ダンパと並列に配置される流体アクチュエータと、該流体アクチュエータを制御する制御手段とを備え、制御手段は、予め鉄道車両の軌道上の走行位置と軌道の凹凸不正量情報とを直接関連付けたデータを保有し、鉄道車両の走行位置に基づいて該データを参照して軌道の凹凸不正量を得て、フィードフォワード制御することによって鉄道車両の上下振動を抑制しようとする試みもある（たとえば、特許文献２参照）。

さらに、別の鉄道車両の制振装置の提案がなされており、この提案では、車体と台車との間に介装され車体の横方向の振動を抑制する減衰ダンパと、同じく車体と台車との間に介装され前記減衰ダンパと並列に配置される空圧アクチュエータと、該空圧アクチュエータを制御する制御手段とを備え、制御手段は、鉄道車両の走行位置から鉄道車両がトンネル内にあるか否かを判断し、車両がトンネル内にある場合、特にパンタグラフ付き車両と最後尾車両について他の車両とは異なる制御ゲインを設定して、アクティブ制御するものである（たとえば、特許文献３参照）。
特開平１０−２９７４８５号公報（図２） 特公平５−８０３８５号公報（実施例、図１） 特許第３１０７１３３号公報（段落番号０００９〜００２８，図３〜図８）

しかしながら、特開平１０−２９７４８５号公報の鉄道車両の制振装置にあっては、車両がどのような路線条件の路線区間を走行しているか、すなわち、路線区間がトンネル区間、曲線区間あるいは直線区間であるのかを判断せずに、同一のスカイフック減衰係数を用いてセミアクティブ制御していたので、種々の路線条件に最適な制御ができず、車両の進行方向に対し水平横方向の振動を充分に抑制できない可能性がある。

また、特公平５−８０３８５号公報の鉄道車両の制振装置にあっては、車両がどのような路線条件の路線区間を走行しているかについては認識しているが、上下振動のみを対象とした制御であり横方向の振動を抑制できず、予め軌道不正量情報を計測しておかなければならず、さらには、膨大な軌道不正量情報を保有しておく必要もあり、その制御も煩雑となり、アクティブ制御を採用しているので装置自体が非常に高価で重量も重くなってしまう不都合がある。

そして、特許第３１０７１３３号公報の鉄道車両の制振装置にあっては、トンネル内とトンネル外との切り分けで制御ゲインを変更するようにしており、種々の路線条件に対応することができずに、振動を充分に抑制できない可能性があり、また、特公平５−８０３８５号公報の鉄道車両の制振装置と同様にアクティブ制御を採用しているので装置自体が非常に高価で重量も重くなってしまう不都合がある。

そこで、本発明は、上記不具合を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、路線条件によらず車両における乗り心地を向上することが可能なセミアクティブ制御を行う鉄道車両の制振装置を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、鉄道車両における車体と当該車体を支持する台車との間に介装され該車両の進行方向に対し水平横方向の上記車体の振動を抑制する減衰力可変ダンパと、該減衰力可変ダンパが発生する上記車体振動を抑制する制御力をスカイフックセミアクティブ制御する制御手段を備えた鉄道車両の制振装置において、上記制御手段は、上記車両の走行位置に基づいて、走行中の路線条件が直線区間、曲線区間、トンネル区間および軌道狂い区間のいずれであるかを判断しスカイフック減衰係数を変更することを特徴とする。

したがって、この鉄道車両の制振装置によれば、車両の走行位置に最適となるスカイフック減衰係数に変更することが可能であるので、常に車両の走行している路線条件に最適なスカイフック減衰係数でスカイフックセミアクティブ制御を実施でき、車体の振動を効果的に抑制することができ、これによって、車両における乗り心地が飛躍的に向上することになる。

また、上記スカイフック減衰係数の変更に際して、膨大なデータを予め取得しておく必要もなく、制御処理も簡単であり、さらに、アクティブ制御装置に必要となる流体圧源等の搭載の必要がない装置自体が安価で重量も軽量なセミアクティブな制振装置で路線条件によらずに車体の振動を効果的に抑制することができるので、経済性および実用性が向上する。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態における鉄道車両の制振装置のシステムにおける一例を示す図である。図２は、一実施の形態における鉄道車両の制振装置を搭載した車両の平面図である。図３は、鉄道車両の制振装置を搭載した車両を複数連結して編成列車とした状態を示す図である。図４は、車両の走行位置に予め関連付けられるスカイフック減衰係数マップの一例を示す図である。図５は、一実施の形態におけるスカイフック減衰係数の変更処理手順を示すフローチャートである。図６は、一実施の形態における鉄道車両の制振装置におけるスカイフックセミアクティブ制御手順を示すフローチャートである。図７は、車両の走行位置に予め関連付けられる路線条件マップの一例を示す図である。図８は、路線条件に予め関連付けられるスカイフック減衰係数マップの一例を示す図である。図９は、他の実施の形態におけるスカイフック減衰係数の変更処理手順を示すフローチャートである。

一実施の形態における鉄道車両の制振装置は、基本的には、図１および図２に示すように、車両Ｖの進行方向に対して水平横方向（以下、単に「横方向」という）の車体１の振動を抑制するように車体１と前後の台車２との間に介装される減衰力可変ダンパ３と、各減衰力可変ダンパ３をスカイフックセミアクティブ制御する制御部４とを備えて構成されている。なお、車体１は、車体１と台車２との間に介装される空気バネＡ等によって弾性支持されている。

減衰力可変ダンパ３は、減衰力可変の流体圧ダンパであって、制御部４からの制御指令を受けると、たとえば、図示しないソレノイドバルブ等の制御弁が流体に与える抵抗を制御指令どおりに変更することによって減衰特性を変更することが可能なようになっている。

そして、制御部４は、減衰力可変ダンパ３をスカイフックセミアクティブ制御するために、外部に設置した検出器５，６から、車体１の横方向速度および車体１と台車２との横方向の相対速度の情報を得て制御力を演算できるようにＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算処理装置と、上記演算処理装置に記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の主記憶装置部と、上記制御力演算処理およびスカイフック減衰係数を変更する際に使用されるプログラム等が格納されるＨＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ）等の副記憶装置を備えており、この演算された制御力を上記減衰力可変ダンパ３に発生させるための制御指令を該減衰力可変ダンパ３に出力できるようになっている。なお、上記制御力演算処置およびスカイフック減衰係数の変更の処理に使用されるプログラムについては、記憶媒体に記憶させておき、これを逐次読み出すことができるドライブを設けておくようにしてもよい。

ちなみに、スカイフックセミアクティブ制御にあたり、制御部４は、（ｄＸ／ｄｔ）×｛ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ｝≧０のときには、制御力ＦをＦ＝Ｃｓ×（ｄＸ／ｄｔ）によって演算し、また、（ｄＸ／ｄｔ）×｛ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ｝＜０のときには、制御力ＦをＦ＝０とする。なお、ここで、ｄＸ／ｄｔは車体１の横方向速度であり、ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔは、車体１と台車２の横方向の相対速度であり、Ｃｓはスカイフック減衰係数である。

また、制御部４は、車両Ｖの走行位置情報に対応して、スカイフック減衰係数Ｃｓを変更することができるようになっており、具体的には、制御部４は、図示しない副記憶装置に格納される車両Ｖの走行位置に予め関連付けられるスカイフック減衰係数マップを参照して、そのときの車両Ｖの走行位置に対応するスカイフック減衰係数Ｃｓを抽出して、上記制御力演算を実行する。

制御部４によって演算された制御力Ｆは、さらに、制御指令として減衰力可変ダンパ３に送信され、これにより、減衰力可変ダンパ３は該制御力Ｆを発生することになる。この減衰力可変ダンパ３の制御にあたり、制御部４は、減衰力可変ダンパ３における伸縮速度となる車体１と台車２の相対速度を得ており、また、制御中に減衰力可変ダンパ３の減衰特性を把握できるので、減衰力可変ダンパ３が出力している力を演算でき、それをフィードバックして制御するようにしてもよい。

したがって、上記スカイフックセミアクティブ制御によれば、たとえば、車体１が図１中左方に振れたとすると、検出器５から車体１の速度情報が制御部４に送られるとともに、検出器６から車体１と台車２の相対速度情報が制御部４に送られ、台車２が車体１よりも遅い速度で左方に振れているか、或いは、車体２とは逆に右方に振れている場合には、（ｄＸ／ｄｔ）×｛ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ｝≧０の条件を満たすので、減衰力可変ダンパ３は、Ｆ＝Ｃｓ×（ｄＸ／ｄｔ）で演算される制御力Ｆを制御部４からの制御指令に従って出力し、車体１の振動を抑制する。反対に、台車２がレールの狂い等により車体１の左方への振れ速度よりも速い速度で左方に振れたとすると、（ｄＸ／ｄｔ）×｛ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ｝＜０の条件を満たすことになり、減衰力可変ダンパ３は、制御力Ｆ＝０となり、制御部４からの制御指令に従って発生する制御力Ｆを０とし、減衰力可変ダンパ３は、その発生する制御力で車体１を加振することがないように制御される。ここで、制御力Ｆ＝０を上記した制御部４の制御下に置かれる制御弁のみを駆動することによって、実現してもよいが、たとえば、台車２の振れ速度が車体１の同方向への振れ速度より速くなる場合に機能するアンロードバルブ等を別途減衰力可変ダンパ３に設けて、減衰力可変ダンパ３内の圧力室に車体１をさらに大きく振ることになるような流体圧力を生じないようにしておくようにしてもよい。

具体的には、減衰力可変ダンパ３を伸び効き（伸長行程時のみに制御力を発生する）、圧効き（圧縮行程時にのみ制御力を発生する）の特性となるように制御弁によって切り変えられる構成としておき、上記スカイフック制御則に則って制御する場合には、減衰力可変ダンパ３の伸長側における相対速度ｄ（Ｘ−Ｙ）を正と定め、ｄＸ／ｄｔ＞０の場合、減衰力可変ダンパ３を伸び効きに切換えておくことにより、ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ＞０であれば（ｄＸ／ｄｔ）×｛ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ｝≧０が満たされ、制御力Ｆ＝Ｃｓ×（ｄＸ／ｄｔ）をダンパ伸長側で発生させ、他方、ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ＜０であれば（ｄＸ／ｄｔ）×｛ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ｝＜０となって制御力Ｆ＝０となるので、減衰力可変ダンパ３は制御力を発生しないように制御する必要があるが、この場合、減衰力可変ダンパ３は圧縮行程となって制御力を発生しない状態となるので、特別な制御をする必要がない。反対に、ｄＸ／ｄｔ＜０の場合、減衰力可変ダンパ３を圧効きに切換えておくことにより、ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ＜０であれば（ｄＸ／ｄｔ）×｛ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ｝≧０が満たされ、制御力Ｆ＝Ｃｓ×（ｄＸ／ｄｔ）をダンパ圧縮側で発生させ、他方、ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ＞０であれば（ｄＸ／ｄｔ）×｛ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ｝＜０となって制御力Ｆ＝０となるので、減衰力可変ダンパ３は制御力を発生しないように制御する必要があるが、この場合にも、減衰力可変ダンパ３は伸長行程となって制御力を発生しない状態となるので、特別な制御をする必要がない。なお、伸び効きと圧効きの切換えについてはｄＸ／ｄｔの正負の符合により行えばよい。したがって、このように減衰力可変ダンパ３を設定しておくことによって、簡単な構成によってスカイフックセミアクティブ制御の実現が可能であるとともに、制御力Ｆ＝０となる場合に特別な制御が必要なくなり制御応答遅れによる不具合もない。また、減衰力可変ダンパ３をこのような構成とし、伸び効きと圧効きの切換えをｄＸ／ｄｔの正負の符合により行うようにしておくことで、車体１と台車２との相対速度ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔの検出が不要となるので、検出器６を省略することも可能となって、鉄道車両の制振装置を一層安価で軽量なものとすることができる。

なお、上記した車体１の横方向速度を検出する検出器５としては、たとえば、加速度センサあるいは速度センサを用いることができ、加速度センサを用いる場合には、検出された加速度を制御部４で積分して横方向速度を得てもよいし、別途、加速度から速度を演算する演算手段を制御部４の外方に設けてもよい。

また、車体１と台車２の横方向の相対速度を検出する検出器６としては、たとえば、減衰力可変ダンパ３のストロークを検出するストロークセンサや減衰力可変ダンパ３内の圧力を検出する圧力センサを用いることができ、ストロークセンサを用いる場合には、検出されたダンパ変位を制御部４で微分して相対速度を得てもよく、さらに、圧力センサを用いる場合には、該圧力を制御部４で相対速度に変換する演算をさせてもよい。

そして、図３に示すように、車両がＮ両連結されて編成列車をなしており、そのうち任意の車両ＶＸ（Ｘは、１からＮまでの任意の整数）には、当該車両ＶＸ自身の路線上の走行位置を検出する走行位置検出器１０が設けられている。

この走行位置検出器１０で検知される車両ＶＸの走行位置は、編成列車中のある車両に設置される中央車両モニタ１１ａとこれに接続される各車両Ｖｎ（ｎ＝１，２，３・・・Ｎ）ごとに設置される車両モニタ端末１１ｂとで構成される車両モニタ装置１１を介してリアルタイムに送られ、この車両モニタ装置１１を介して、車両ＶＸの走行位置が編成列車を構成する各車両Ｖｎの制御部４に伝達されるようになっている。

なお、上記したように車両モニタ装置１１を介して走行位置情報を各制御部４に伝達するのではなく、車両ＶＸの走行位置検出器１０から当該車両ＶＸに搭載される制御部４に直接走行位置情報を伝達するとともに、該車両ＶＸの制御部４から車両ＶＸを除く他の車両Ｖｎに搭載される各制御部４に走行位置情報を伝達するようにしてもよい。

また、各車両Ｖｎにそれぞれ走行位置検出器１０を搭載して、各車両Ｖｎ毎の制御部４に走行位置情報を伝達するようにしても差し支えはないが、上記のような構成を採用することで走行位置検出器１０を編成列車中に１つ設ければよいので、編成列車を安価にすることができる。

さらに、各車両Ｖｎにおける制御部４は、上記した車両ＶＸの走行位置情報を受け取ると、これを補正して自己が搭載されている車両Ｖｎ、すなわち自車両Ｖｎの走行位置を演算するようになっており、自己が搭載されている車両Ｖｎの正確な走行位置情報を得ることができるようになっている。

なお、上記走行位置の補正については、たとえば、各車両Ｖｎの制御部４に自車両Ｖｎが編成列車中の何両目にあるかを認識させておき、これと、予め記憶させておいた車両長さおよび車両間隔とから任意車両ＶＸと自車両Ｖｎの距離を判断し、当該自車両Ｖｎの走行位置を任意車両ＶＸの走行位置を任意車両ＶＸと自車両Ｖｎの距離分だけ補正するようにしておけばよい。

また、各車両Ｖｎの制御部４に自車両Ｖｎが編成列車中の何両目にあるかを認識させるには、各車両Ｖｎに搭載される制御部４同士をノードとしてカスケード接続されるように設定し、これら制御部４同士を繋ぐネットワークケーブルをリレー回路によって順番に開閉することや、他の自動認識が可能な方法で認識させてもよいし、また、他の車両位置検出装置から編成列車における車両位置の入力を受けるようにしてもよく、さらには、直接手動で制御部４に自車両Ｖｎが何両目にあるかを入力するようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、各車両Ｖｎの制御部４は、任意車両ＶＸにおける車両モニタ装置１１から走行位置を受信するので、車両モニタ装置１１に制御部４からあるいは車両位置検出装置からの車両位置情報を統括させて、各車両Ｖｎの走行位置を車両モニタ装置１１側で補正して各制御部４に正確な走行位置を送信させるようにしてもよい。

さらに、各車両Ｖｎと任意車両ＶＸとの距離については、任意車両ＶＸが編成列車中の何両目にあるかということを各制御部４が認識する必要があるが、これについては、たとえば、上記した車両位置認識の終了後に車両ＶＸに搭載される制御部４が送信する情報に特別なＩＤを付しておくようにしておけば、該任意車両ＶＸを特定することができ、また、これについても、車両位置認識で上記したところと同様に、車両モニタ装置１１に制御部４からあるいは車両位置検出装置からの車両位置情報を統括させて、車両モニタ装置１１で判断して、各制御部４に当該距離を認識させるようにしてもよく、また、手動で直接的に各制御部４に任意車両ＶＸの位置を入力するようにしてもよい。

つづいて、各車両Ｖｎの制御部４のスカイフック減衰係数Ｃｓの変更処理について説明する。

このスカイフック減衰係数Ｃｓの変更処理は、各制御部４の演算処理装置が上述の副記憶装置に格納されている変更処置プログラムを実行することで行われる。

また、このスカイフック減衰係数Ｃｓの変更処理に際しては、図４に示す別途副記憶装置に格納されている車両Ｖｎの走行位置に予め関連付けられるスカイフック減衰係数マップを参照することによって行われる。このマップは、車両Ｖｎの走行位置とその走行位置に適したスカイフック減衰係数Ｃｓとの関係を示しており、編成列車が走行する予定の路線の路線条件に適したスカイフック減衰係数Ｃｓが選択されるように設定されている。

したがって、たとえば、図４に示すように、路線総距離が２０ｋｍであって、該路線中において５ｋｍから５．５ｋｍまでの間が曲線区間の路線条件であり、１０ｋｍから１１ｋｍの間にトンネル区間の路線条件があり、１３ｋｍから１３．１ｋｍの間に軌道狂い区間の路線条件があり、その他の区間は直線区間という路線条件である場合を想定すると、曲線区間、トンネル区間、軌道狂い区間におけるスカイフック減衰係数Ｃｓを当該区間に最適となるように設定しておく。

ここで、スカイフック減衰係数Ｃｓの設定について少々説明する。一般的には、上記した曲線区間、トンネル区間、軌道狂い区間にあっては、振動成分が直線区間におけるそれより高くなる。スカイフック減衰係数Ｃｓを高くすれば高くするほど外乱によって振動する車体に対する制振効果は高くなるが、制御系の遅れにより周波数の高い軌道外乱に関する車体振動に対しては充分に制振できなくなる場合がある。そこで、トンネル区間走行時のように空力による振動が支配的である路線条件では、車体の振動を効果的に制御できるようにスカイフック減衰係数Ｃｓを高めるとよい。特に、このトンネル区間にあっては、編成列車がトンネル内に進入すると車体１とトンネル内壁との間の空気の流れによってトンネル外における車体１の振動より大きな振動を呈することが分かっており、このようなトンネル区間におけるスカイフック減衰係数Ｃｓを他の区間より大きくしておくと振動を効果的に抑制することができる。

直線区間では軌道外乱による振動が支配的であるため、スカイフック減衰係数Ｃｓを高く設定しすぎると、上記したように制御系の遅れによって振動を充分に抑制できない場合があるため、低めのスカイフック減衰係数Ｃｓにて軌道外乱絶縁性を高める制御特性としておくことで車体の振動を効果的に抑制することが可能である。

また、曲線区間では、軌道の外乱成分が大きく、たとえ減衰力可変ダンパ３で振動を絶縁しても空気バネＡを介して車体１に伝達される振動が大きく、伝達された振動を抑制するためにスカイフック減衰係数Ｃｓを高く設定しておく必要がある場合がある。したがって、曲線区間に関しては軌道条件により直線区間に対してスカイフック減衰係数Ｃｓを高めに、あるいは逆に低めに設定する方がよい場合もあるので、その曲線区間に最適となるようにスカイフック減衰係数Ｃｓを選べばよい。

さらに、上記した曲線区間、トンネル区間、軌道狂い区間の他にも、特に、路線中に横風の発生が頻発する区間等、何らかの車体１に振動をもたらす外乱がある区間にあっては、上記したようにスカイフック減衰係数Ｃｓを直線区間におけるそれと異なるようにしておくことも可能である。

なお、図示したところでは、スカイフック減衰係数Ｃｓを路線条件の境で不連続に変更するようなマップとなっているが、連続的に変化するように設定してもよい。

そして、このスカイフック減衰係数Ｃｓの変更処理に際して、車両の走行位置に対して関連付けられるスカイフック減衰係数Ｃｓのデータを使用すればよいので、データ量が膨大となって制御が煩雑となることがない。

以下、上記スカイフック減衰係数Ｃｓの変更処理を図５に示したフローチャートに基づいて説明すると、ステップＦ１では、制御部４は、車両モニタ装置１１から受信して主記憶装置内に一時格納しておいた任意車両ＶＸの走行位置情報を読み込む。

つづいて、ステップＦ２では、制御部４は、車両の走行位置情報を補正するために、予め認識しておいた車両の走行位置を検出する任意車両ＶＸから自車両Ｖｎの走行位置との距離分を車両の走行位置から補正して、自車両Ｖｎの正確な走行位置を演算処理する。

さらに、ステップＦ３に移行して、自車両Ｖｎの走行位置情報から上記した車両Ｖｎの走行位置に予め関連付けられるスカイフック減衰係数マップを参照し、スカイフック減衰係数Ｃｓを決定する。

最後に、ステップＦ４に移行し、制御部４は、前回処理時に決定されたスカイフック減衰係数をステップＦ３にて決定されたスカイフック減衰係数Ｃｓに上書きして変更し主記憶装置内に格納する。

次ぎに、スカイフックセミアクティブ制御に移る。このスカイフックセミアクティブ制御は、上記スカイフック減衰係数Ｃｓの変更処理によって決定されるスカイフック減衰係数Ｃｓを利用して、制御部４の演算処理装置によって実行される。このスカイフックセミアクティブ制御の演算処理について、図６に示したフローチャートに基づいて説明すると、ステップＦ１１では、制御部４は、決定されたスカイフック減衰係数Ｃｓを読み込む。

つづいて、ステップＦ１２に移行して、制御部４は、（ｄＸ／ｄｔ）×｛ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ｝を演算し、これが（ｄＸ／ｄｔ）×｛ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ｝≧０を満たすか否かを判断する。

そして、ステップＦ１２の判断で、（ｄＸ／ｄｔ）×｛ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ｝≧０を満たしている場合は、ステップＦ１３に移行して、制御部４は、上記決定されたスカイフック減衰係数Ｃｓを利用して制御力ＦをＦ＝Ｃｓ×（ｄＸ／ｄｔ）の式にて演算する。他方、（ｄＸ／ｄｔ）×｛ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ｝≧０を満たしていない場合は、ステップＦ１４に移行し、制御部４は、制御力Ｆを０とする。

さらに、ステップＦ１５に移行して、制御部４は、上記ステップＦ１３あるいはステップＦ１４で演算した制御力Ｆを減衰力可変ダンパ３の制御弁を駆動するドライバ等に制御信号を出力する。

このようにして制御部４によってスカイフック減衰係数Ｃｓの変更処理およびスカイフックセミアクティブ制御の一連の制御が実施され、減衰力可変ダンパ３に最適な制御力を発生させて車体１の振動を抑制する。

したがって、この鉄道車両の制振装置によれば、車両Ｖの走行位置に最適となるスカイフック減衰係数Ｃｓに変更することが可能であるので、常に車両Ｖの走行している路線条件に最適なスカイフック減衰係数Ｃｓでスカイフックセミアクティブ制御を実施でき、車体１の振動を効果的に抑制することができ、これによって、車両における乗り心地が飛躍的に向上することになる。

また、上記スカイフック減衰係数Ｃｓの変更に際して、膨大なデータを予め取得しておく必要もなく、制御処理も簡単であり、さらに、アクティブ制御装置に必要となる流体圧源等の搭載の必要がない装置自体が安価で重量も軽量なセミアクティブな制振装置で路線条件によらずに車体１の振動を効果的に抑制することができるので、経済性および実用性が向上する。

そしてさらに、この鉄道車両の制振装置にあっては、各車両Ｖｎに搭載される制御部４において、各車両Ｖｎの走行位置を正確に把握することができるので、たとえば、先頭車両Ｖ１がトンネル内を走行中であって次車両Ｖ２がトンネル内にまだ侵入していない状況となっている場合には、車両Ｖ１のみの制御部４においてトンネル内走行に最適となるスカイフック減衰係数Ｃｓに変更され、車両Ｖ２以降の車両Ｖｎの各制御部４におけるスカイフック減衰係数Ｃｓは、トンネル区間直前の路線条件に最適となるスカイフック減衰係数Ｃｓに維持されたままであり、このような場合に、車両Ｖ２以降の車両Ｖｎでのスカイフック減衰係数Ｃｓが路線条件にマッチしなくなってしまう事態が防止され、車両Ｖ２以降の車両Ｖｎにおける乗り心地が悪化してしまうことがない。

すなわち、この鉄道車両の制振装置にあっては、各制御部４におけるスカイフック減衰係数Ｃｓは、先頭車両Ｖ１の異なる路線条件への突入から最後尾車両ＶＮの該異なる路線条件へ突入まで、先頭車両Ｖ１から順に徐々にスカイフック減衰係数Ｃｓが変更されていくことになる。したがって、異なる路線条件の境を進行方向に長尺となる編成列車が走行中に先頭側と後方側で路線条件が異なってしまう状況下にあっても、各車両Ｖｎが走行中である路線条件に最適なスカイフック減衰係数Ｃｓで制御することができ、異なる路線条件の境を編成列車が走行中であっても各車両Ｖｎにおける乗り心地を向上することが可能である。

つづいて、他の実施の形態における鉄道車両の制振装置について説明する。この制振装置にあっては、ハードウェアとしては、上記した一実施の形態における鉄道車両の制振装置と同様であり、異なるのは、スカイフック減衰係数Ｃｓを変更する変更処理手法のみである。

この異なるスカイフック減衰係数変更処理について説明する。この他の実施の形態にあっては、図７に示す別途副記憶装置に格納されている車両Ｖｎの走行位置に予め関連付けられる路線条件マップと、図８に示す路線条件に予め関連付けられるスカイフック減衰係数マップを参照してスカイフック減衰係数Ｃｓを変更する。

この路線条件マップは、車両Ｖｎの走行位置とその走行位置の路線条件との関係を示しているが、実路線より少し手前にずらしてトンネル区間等の路線区間が始まるように予め設定されており、たとえば、図７に示すように、実路線において、路線総距離が２０ｋｍであって、５ｋｍから５．５ｋｍまでの間が曲線区間であり、１０ｋｍから１１ｋｍの間がトンネル区間の路線条件であり、１３ｋｍから１３．１ｋｍまでが軌道狂い区間の路線条件である場合には、４．９９ｋｍから５．５ｋｍまでが曲線区間の路線条件として走行位置に関連付けられ、９．９９ｋｍから１１ｋｍまでがトンネル区間の路線条件として走行位置に関連付けられ、さらには、１２．９９ｋｍから１３．１ｋｍまでが軌道狂い区間の路線条件として走行位置に関連付けられるように設定されている。つまり、走行位置に関連付けられる各路線条件の条件開始点は、実路線における路線条件の条件開始点より手前にずらしてある。

なお、上記した条件開始点を手前にずらす距離については、実際に車両が走行する速度によって任意に設定すればよい。

他方、路線条件に関連付けられるスカイフック減衰係数マップは、図８に示すように、直線区間の路線条件に対してスカイフック減衰係数Ｃｓの値Ｇ１が、曲線区間の路線条件に対してスカイフック減衰係数Ｃｓの値Ｇ２が、トンネル区間の路線条件に対してスカイフック減衰係数Ｃｓの値Ｇ３が、軌道狂いの区間の路線条件に対してはスカイフック減衰係数Ｃｓの値Ｇ４が、というように関連付けられている。

なお、上記したところでは、路線条件を単純に直線区間、曲線区間、トンネル区間、軌道狂い区間として、それぞれに対応するスカイフック減衰係数Ｃｓの値を関連付けているが、曲線区間等を曲線区間１、曲線区間２というように細分化して、細分化された路線条件に対してスカイフック減衰係数Ｃｓの値を関連付けるようにしてもよい。

そして、この他の実施の形態においては、上記二つのマップを使用してスカイフック減衰係数Ｃｓを変更するのであるが、走行位置のそれぞれに対して直接スカイフック減衰係数Ｃｓを関連付けるよりデータ量を少なくすることができ、制御がより一層簡易となる。

つづいて、上記スカイフック減衰係数Ｃｓの変更処理を図９に示したフローチャートに基づいて説明すると、ステップＦ２１では、制御部４は、車両モニタ装置１１から受信して主記憶装置内に一時格納しておいた車両の走行位置情報を読み込む。

つづいて、ステップＦ２２では、制御部４は、車両の走行位置情報を補正するために、予め認識しておいた車両の走行位置を検出する任意車両ＶＸから自車両Ｖｎの走行位置との距離分を車両の走行位置から補正して、自車両Ｖｎの正確な走行位置を演算処理する。

さらに、ステップＦ２３に移行して、自車両Ｖｎの走行位置情報から上記した車両Ｖｎの走行位置に予め関連付けられる路線条件マップを参照し、自車両Ｖｎが走行中である路線条件を判断する。

つづいて、ステップＦ２４に移行し、制御部４は、ステップＦ２３にて認識した路線条件から路線条件に関連付けられるスカイフック減衰係数マップを参照して、スカイフック減衰係数Ｃｓを決定する。

なお、たとえば、自車両Ｖｎの走行位置がトンネル区間の路線条件であれば、スカイフック減衰係数Ｃｓの値を、値Ｇ３に設定することになる。

最後に、ステップＦ２５に移行し、制御部４は、前回処理時に決定されたスカイフック減衰係数ＣｓをステップＦ２４にて決定されたスカイフック減衰係数Ｃｓに上書きして主記憶装置内に格納する。

そして、制御部４は、上記のようにして決定されたスカイフック減衰係数Ｃｓを利用して一実施の形態で説明したスカイフックセミアクティブ制御処理を実行して、車体１の振動を抑制することになる。

したがって、この他の実施の形態における鉄道車両の制振装置によれば、車両Ｖの走行位置に最適となるスカイフック減衰係数Ｃｓに変更することが可能であるので、常に車両Ｖの走行している路線条件に最適なスカイフック減衰係数Ｃｓでスカイフックセミアクティブ制御を実施でき、車体１の振動を効果的に抑制することができ、これによって、車両における乗り心地が飛躍的に向上することになる。

また、他の実施の形態における鉄道車両の制振装置にあっても、上記スカイフック減衰係数Ｃｓの変更に際して、膨大なデータを予め取得しておく必要もなく、制御処理も簡単であり、さらに、アクティブ制御装置に必要となる流体圧源等の搭載の必要がない装置自体が安価で重量も軽量なセミアクティブな制振装置で路線条件によらずに車体１の振動を効果的に抑制することができるので、経済性および実用性が向上する。

また、この他の実施の形態における鉄道車両の制振装置にあっても、各車両Ｖｎが走行中である路線条件に最適なスカイフック減衰係数Ｃｓで制御することができ、異なる路線条件の境を編成列車が走行中であっても各車両Ｖｎにおける乗り心地を向上することが可能である。

そして、さらに、この他の実施の形態における鉄道車両の制振装置にあっては、路線条件の条件開始点が実路線の条件開始点より手前にずらして走行位置に関連付けられるマップを備えているので、たとえば、車両Ｖｎが異なる路線条件に突入する際に、スカイフック減衰係数Ｃｓを走行予定となる路線条件に最適となるスカイフック減衰係数Ｃｓに変更しておくことができ、これによって減衰力可変ダンパ３等の制御応答遅れによる異なる路線条件突入時の振動抑制が不十分となる事態が回避され、車両における乗り心地をより一層向上させることができる。

なお、路線条件の条件開始点が実路線の条件開始点より手前にずらして走行位置に関連付けられるマップを備える代わりに、車両の速度を制御部４に入力してその速度に基づいて減衰力可変ダンパ３等の制御応答遅れを加味した制御を行うようにしてもよいが、上記した路線条件の条件開始点が実路線の条件開始点より手前にずらして走行位置に関連付けられるマップを利用した制御をすることによって制御を簡易とすることができ、また、制御部４の演算処理装置の負担を軽減することができる。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

一実施の形態における鉄道車両の制振装置のシステムにおける一例を示す図である。 一実施の形態における鉄道車両の制振装置を搭載した車両の平面図である。 鉄道車両の制振装置を搭載した車両を複数連結して編成列車とした状態を示す図である。 車両の走行位置に予め関連付けられるスカイフック減衰係数マップの一例を示す図である。 一実施の形態におけるスカイフック減衰係数の変更処理手順を示すフローチャートである。 一実施の形態における鉄道車両の制振装置におけるスカイフックセミアクティブ制御手順を示すフローチャートである。 車両の走行位置に予め関連付けられる路線条件マップの一例を示す図である。 路線条件に予め関連付けられるスカイフック減衰係数マップの一例を示す図である。 他の実施の形態におけるスカイフック減衰係数の変更処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車体
２ 台車
３ 減衰力可変ダンパ
４ 制御部
５，６ 検出器
１０ 走行位置検出器
１１ 車両モニタ装置
Ｖ，Ｖｎ，ＶＸ 車両

Claims (7)

1. 鉄道車両における車体と当該車体を支持する台車との間に介装され該車両の進行方向に対し水平横方向の上記車体の振動を抑制する減衰力可変ダンパと、該減衰力可変ダンパが発生する上記車体振動を抑制する制御力をスカイフックセミアクティブ制御する制御手段を備えた鉄道車両の制振装置において、上記制御手段は、上記車両の走行位置に基づいて、走行中の路線条件が直線区間、曲線区間、トンネル区間および軌道狂い区間のいずれであるかを判断しスカイフック減衰係数を変更することを特徴とする鉄道車両の制振装置。
2. 上記制御手段は、上記車両の走行位置に予め関連付けられる路線条件マップを参照して路線条件を判断し、得られた該路線条件に基づいてスカイフック減衰係数を変更することを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両の制振装置。
3. 上記制御手段は、上記路線条件に予め関連付けられるスカイフック減衰係数マップを参照してスカイフック減衰係数を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両の制振装置。
4. 上記車両が路線条件の異なる路線区間に進入する前に予め路線条件に関連付けられるスカイフック減衰係数に変更することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鉄道車両の制振装置。
5. 走行位置に予め関連付けられる路線条件における条件開始点は実路線の条件開始点より手前側にずらして関連付けられていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鉄道車両の制振装置。
6. 自車両の編成列車中の位置を認識し、任意車両の走行位置情報を補正して自車両の走行位置を判断することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の鉄道車両の制振装置。
7. 自車両の編成列車中の位置を認識するととともに、編成列車の先頭車両から最後尾車両まで車両の配列順にスカイフック減衰係数を変更することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の鉄道車両の制振装置。

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