JP5326094B2 - アクチュエータ - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータの改良に関する。

鉄道車両が曲線区間を走行する場合、車体には曲線区間の曲率中心とは反対側に向く遠心力が作用する。この遠心力は、車両の走行速度が高くなればなるほど大きくなる。そこで、鉄道車両の軌道では、曲率中心側の内側レールと反対側の外側レールにカントと呼ばれる高低差を設けて、上記遠心力を緩和し、曲線走行時の鉄道車両の速度向上を図っている。

しかしながら、カント量（各レールの高低差量）は一端設定されると変更することができず、走行速度が異なる鉄道車両が走行する線区では、高速走行する鉄道車両になればなるほど、カント量が不足して超過遠心力が鉄道車両に作用して、乗り心地が悪化してしまうといった問題がある。

そこで、近年では、振子式の車体傾斜装置や台車と車体との間に設けた気体バネを用いて車体を台車に対して傾斜させる車体傾斜装置を搭載するようにし、上記カント量不足による超過遠心力を緩和するため、鉄道車両が曲線区間を走行する際に、台車に対して車体を曲率中心側に傾けるようにして乗り心地の悪化を抑制することで、曲線区間での高速走行を実現している。

このような車体傾斜装置にあっては、具体的にはたとえば、車体と台車との間に空気圧で駆動される直動型のアクチュエータを介装し、このアクチュエータを伸縮させることで車体を台車に対して傾斜させるようになっている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００２−１５４４３２号公報

しかしながら、上記アクチュエータは、その駆動を大きな圧縮性を持つ圧縮空気を利用して行うため、推力と応答性が不十分となって狙った車体傾斜角の確保が難しく、乗り心地を充分に向上することが難しいという問題があり、これを解消するには、アクチュエータには、空気圧ではなく、液圧で駆動するものを採用することが考えられる。

ところが、アクチュエータの作動流体を液体とする場合、今度は、液体の圧縮性の小ささ故にアクチュエータの見掛け上の剛性が高くなって、この車体傾斜用に供されるアクチュエータを介して台車における車体進行方向に対する左右方向の振動が車体に伝達されてしまい、車両における乗り心地を悪化させてしまう虞がある。なお、アクチュエータの見掛け上の剛性とは、作動流体を含めたアクチュエータ全体の伸縮方向の剛性であり、作動流体の圧縮性が小さくなればなるほど上記の見掛け上の剛性は高くなる傾向を示すことになる。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、液圧式であっても車両における乗り心地を向上することが可能なアクチュエータ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におけるアクチュエータは、鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダと上記シリンダに液圧を供給するモータで駆動される液圧ポンプとを備え、上記車体を上記台車に対して傾斜させるアクチュエータにおいて、上記鉄道車両が直線走行中には、上記モータへ供給する電流量を制限する電流リミット値を曲線走行中の電流リミット値より低下させる制御部を備えたことを特徴とする。また、本発明の他の課題解決手段におけるアクチュエータは、鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダと上記シリンダに液圧を供給するモータで駆動される液圧ポンプとを備え、上記車体を上記台車に対して傾斜させるアクチュエータにおいて、上記鉄道車両が直線走行中には、上記シリンダ変位に基づいて上記モータを制御するフィードバック制御において曲線走行中の制御ゲインより低い制御ゲインを用いて上記モータを制御する制御部を備えたことを特徴とする。

本発明のアクチュエータによれば、鉄道車両における車体を積極的に傾斜させる必要のない状況においては、電流リミット値を曲線走行中の電流リミット値より低下させることで、見掛け上の剛性を低くする。また、制御ゲインを曲線走行中の制御ゲインより低くすることで、見掛け上の剛性を低くするので、台車に入力された振動に対してアクチュエータが伸縮しやすくなり、車体側への振動伝播を抑制することができるようになる。

それゆえ、液圧式のアクチュエータを車体傾斜に用いても車両における乗り心地を向上することができるのであり、また、換言すれば、車両における乗り心地を向上することができるので、アクチュエータの作動流体を液体とすることができ、乗り心地を損なうことなく推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができるのである。

一実施の形態におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。 一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。 一実施の形態のアクチュエータにおける制御ブロック図である。 一実施の形態におけるアクチュエータの制御部の一部における制御ブロック図である。 一実施の形態におけるアクチュエータの制御におけるフローチャートの一例を示す図である。 一実施の形態の一変形例におけるアクチュエータの制御部の一部における制御ブロック図である。

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態におけるアクチュエータＡは、図１および図２に示すように、鉄道車両の車体Ｂと台車Ｗとの間に介装されるシリンダＣと、シリンダＣに液圧を供給するモータＭで駆動される液圧ポンプ１と、シリンダＣをダンパとして機能させるダンパ回路１３と、モータＭを制御する制御部２０とを備えて構成されている。

なお、このアクチュエータＡにあっては、シリンダＣを液圧ポンプ１から供給する液圧で駆動することができるように、本実施の形態では、具体的には、液圧でシリンダＣを駆動するためのアクチュエータ回路５を備えている。

以下、各部について詳細に説明すると、シリンダＣは、容器２と、容器２内に摺動自在に挿入されて容器２内に一方室Ｒ１および他方室Ｒ２の二つの圧力室を区画するピストン３と、ピストン３に連結されて容器２内に移動自在に挿入されるロッド４とを備えて構成され、一方室Ｒ１および他方室Ｒ２内には作動油などの液体が充填され、この実施の形態の場合、いわゆる両ロッド型の液圧シリンダとされている。なお、本実施の形態にあっては、シリンダＣの作動に使用される液体は、作動油のほかアクチュエータＡの作動に適するものであればよい。

そして、液圧ポンプ１は、シリンダＣをアクチュエータとして動作させるアクチュエータ回路５中に組み込まれ、アクチュエータ回路５は、ループ通路６と、ループ通路６中に設けた二つのソレノイド切換弁７，８と、ループ通路６から分岐する二つの分岐通路９，１０と、分岐通路９，１０のうち低圧側をアキュムレータ１１に連通する低圧選択弁１２とを備えて構成されている。

詳細には、液圧ポンプ１は、シリンダＣの一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するループ通路６の途中に設けられ、この場合、モータＭによって駆動される双方向吐出型のポンプとして構成されている。なお、液圧ポンプ１で生じる漏れ液圧はアキュムレータ１１で回収されるようになっている。

また、ループ通路６の途中であって、液圧ポンプ１と一方室Ｒ１との間には、ノーマルクローズのソレノイド切換弁７が介装され、さらに、液圧ポンプ１と他方室Ｒ２との間にも、ノーマルクローズのソレノイド切換弁８が介装されている。

ソレノイド切換弁７は、液圧ポンプ１と一方室Ｒ１とを連通する連通ポジションと、液圧ポンプ１から一方室Ｒ１への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ７ａと、遮断ポジションを採るようにバルブ７ａを附勢するバネ７ｂと、通電時にバルブ７ａをバネ７ｂに対抗して連通ポジションに切換えるソレノイド７ｃとを備えて構成され、他方のソレノイド切換弁８は、液圧ポンプ１と他方室Ｒ２とを連通する連通ポジションと、液圧ポンプ１から他方室Ｒ２への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ８ａと、遮断ポジションを採るようにバルブ８ａを附勢するバネ８ｂと、通電時にバルブ８ａをバネ８ｂに対抗して連通ポジションに切換えるソレノイド８ｃとを備えて構成されている。

さらに、分岐通路９は、ループ通路６の途中であってソレノイド切換弁７と液圧ポンプ１との間から分岐し、他方の分岐通路１０は、ループ通路６の途中であってソレノイド切換弁８と液圧ポンプ１との間から分岐しており、これら分岐通路９，１０のうち、低圧側が低圧選択弁１２によってアキュムレータ１１へ連通される。

低圧選択弁１２は、分岐通路９をアキュムレータ１１に連通する一方側連通ポジションと、分岐通路１０をアキュムレータ１１に連通する他方側連通ポジションと、分岐通路９，１０の双方をアキュムレータ１１に連通する双方連通ポジションとを備えたバルブ１２ａと、バルブ１２ａを他方側連通ポジションに切換えるように分岐通路９の圧力を作用させるパイロット通路１２ｂと、バルブ１２ａを一方側連通ポジションに切換えるように分岐通路１０の圧力を作用させるパイロット通路１２ｃとを備え、中立位置では双方連通ポジションを採るように構成されている。

したがって、分岐通路９側の圧力が分岐通路１０側の圧力を上回ると、低圧選択弁１２は、他方側連通ポジションを採って分岐通路１０をアキュムレータ１１に連通し、反対に、分岐通路１０側の圧力が分岐通路９側の圧力を上回ると、低圧選択弁１２は、一方側連通ポジションを採って分岐通路９をアキュムレータ１１に連通する。

すなわち、ソレノイド切換弁７，８をそれぞれ連通ポジションとして、液圧ポンプ１を一方室Ｒ１へ液圧を供給するように駆動すると、一方室Ｒ１内に液圧が供給されてシリンダＣにおけるロッド４が、図１および図２中、右方へ推進され、車体Ｂを反時計周りに傾斜させることができ、反対に、ソレノイド切換弁７，８をそれぞれ連通ポジションとして、液圧ポンプ１を他方室Ｒ２へ液圧を供給するように駆動すると、他方室Ｒ２内に液圧が供給されてシリンダＣにおけるロッド４が、図１および図２中、左方へ推進され、車体Ｂを時計周りに傾斜させることができる。つまり、当該アクチュエータＡを、車体を傾斜させるアクチュエータとして機能させることができる。

そして、液圧ポンプ１を一方室Ｒ１へ液圧を供給するように駆動する場合、液圧ポンプ１は、低圧側となる他方室Ｒ２から、あるいは、低圧選択弁１２によって選択される分岐通路１０を介してアキュムレータ１１から、あるいは、その両方から液体を吸い込んで、一方室Ｒ１側へ液体を吐出する。反対に、液圧ポンプ１を他方室Ｒ２へ液圧を供給するように駆動する場合、液圧ポンプ１は、低圧側となる一方室Ｒ１から、あるいは、低圧選択弁１２によって選択される分岐通路９を介してアキュムレータ１１から、あるいは、その両方から液体を吸い込んで、他方室Ｒ２側へ液体を吐出する。

したがって、液圧ポンプ１は、液体の圧縮等による体積減少が生じても、アキュムレータ１１から液体の供給を受け、問題なく一方室Ｒ１および他方室Ｒ２のうち希望する圧力室へ液圧を供給することができる。

また、シリンダＣの推力発生方向が逆転する折には、一方室Ｒ１の圧力と他方室Ｒ２の圧力の高低が逆転するので、低圧選択弁１２は、一端中立位置の双方連通ポジションを経由して切換わり、分岐通路９，１０を一度アキュムレータ１１に連通して一方室Ｒ１および他方室Ｒ２内の蓄圧を防止することができる。

なお、低圧選択弁１２は、液体の温度上昇による内圧増大の防止、液体の温度低下による負圧の防止、およびシリンダＣの製作加工誤差による一方室Ｒ１と他方室Ｒ２の容積差によるアキュムレータからの液体の供給等のために設けられている。

また、この実施の形態の場合、シリンダＣの変位（シリンダＣにおける容器２に対するロッド４の変位）をセンシングするストロークセンサ３０を備えており、ストロークセンサ３０で検知するシリンダＣの変位に基づいて、後述の制御部２０によって、液圧ポンプ１を駆動するモータＭが制御されるようになっている。

転じて、本実施の形態におけるアクチュエータＡは、ダンパ回路１３を備えており、このダンパ回路１３について説明する。ダンパ回路１３は、制御部２０によって死活が選択され、失陥時のほか鉄道車両の走行速度が低速である際に有効とされてシリンダＣをダンパとして機能させるようになっている。なお、ダンパ回路１３が有効とされる低速の範囲は、任意に設定することができるが、たとえば、５０ｋｍ／ｈ程度以下の範囲に設定される。また、実際には、図示しない抑止シリンダがアクチュエータＡと併設されて鉄道車両の台車Ｗに設けられていて、鉄道車両の走行速度が低速である際には当該抑止シリンダが車体Ｂの傾斜を抑止するので、この車体傾斜抑止を邪魔しないようにシリンダＣをダンパとして機能させる。

そして、ダンパ回路１３は、シリンダＣ内の二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通する流路１４を備えており、この流路１４は、減衰力発生要素１５とソレノイド切換弁１６とが設けられるメイン流路１４ａと、一方室Ｒ１からメイン流路１４ａに向かう流れのみを許容する一方側上流路１４ｂと、他方室Ｒ２からメイン流路１４ａに向かう流れのみを許容する他方側上流路１４ｃと、メイン流路１４ａから一方室Ｒ１へ向かう流れのみを許容する一方側下流路１４ｄと、メイン流路１４ａから他方室Ｒ２へ向かう流れのみを許容する他方側下流路１４ｅとを備えて構成されている。

一方側上流路１４ｂは、途中に一方室Ｒ１からメイン流路１４ａへ向かう液体の流れのみを許容する逆止弁１７ａを備え、この逆止弁１７ａによって一方側上流路１４ｂを一方室Ｒ１からメイン流路１４ａへ向かう一方通行の通路としている。他方側上流路１４ｃ、一方側下流路１４ｄ、他方側下流路１４ｅの途中にも同様に、それぞれ逆止弁１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが設けられ、それぞれ上記した通りの一方通行の通路となるように設定されている。

本実施の形態にあっては、このように流路１４が構成されることで、液体は、メイン流路１４ａを一方側上流路１４ｂおよび他方側上流路１４ｃに接続されている方を上流として、一方側下流路１４ｄおよび他方側下流路１４ｅに接続されている下流側へ流れることになり、メイン流路１４ａも一方通行とされている。

また、メイン流路１４ａの下流は、接続通路１４ｆを介して上述のアキュムレータ１１に接続され、メイン流路１４ａの下流の圧力はアキュムレータ１１と同圧となるように設定されている。

そして、メイン流路１４ａの途中に設けられる減衰力発生要素１５は、自身の上流側の圧力に応じて流路面積を調節する減衰バルブ１５ａと、当該減衰バルブ１５ａに並列配置される固定絞り１５ｂとで構成され、メイン流路１４ａの上流側の圧力が低いときには、減衰バルブ１５ａが開かず、液体に固定絞り１５ｂを通過させ、流量が増加して固定絞り１５ｂによる圧力損失が大きくなり上流側の圧力が減衰バルブ１５ａのクラッキング圧を上回るようになると、減衰バルブ１５ａが開いて液体は減衰バルブ１５ａをも介してメイン流路１４ａの下流側へ流れるようになる。

このように、減衰力発生要素１５は、液体がメイン流路１４ａを流れる際に、この流れに減衰バルブ１５ａと固定絞り１５ｂとで抵抗を与えて、シリンダＣの伸縮を抑制する減衰力を発揮させる発生源として機能する。

さらに、ソレノイド切換弁１６は、ノーマルオープンの切換弁とされ、メイン流路１４ａを開放する連通ポジションと、メイン流路１４ａを遮断する遮断ポジションとを備えたバルブ１６ａと、連通ポジションを採るようにバルブ１６ａを附勢するバネ１６ｂと、通電時にバルブ１６ａをバネ１６ｂに対抗して遮断ポジションに切換えるソレノイド１６ｃとを備えて構成されている。

ここで、ソレノイド切換弁７，８が遮断ポジションであってアクチュエータ回路５側でシリンダＣを駆動しない状態を考えると、ソレノイド切換弁１６が遮断ポジションを採ると、メイン流路１４ａが遮断状態に維持されてダンパ回路１３は機能せず、シリンダＣの一方室Ｒ１と他方室Ｒ２との連通が断たれた状態となるので、シリンダＣは伸縮不能なロック状態とされる。

他方、シリンダＣをダンパとして機能させる場合、ソレノイド切換弁１６を連通ポジションに切換えてメイン流路１４ａを開放状態としてダンパ回路１３が有効となる。この状態でシリンダＣに外力が作用すると、液体は流路１４を介して、一方室Ｒ１から他方室Ｒ２へ、あるいは、他方室Ｒ２から一方室Ｒ１へと移動可能となり、また、上記移動に際して必ずメイン流路１４ａの減衰力発生要素１５を通過するので、シリンダＣは外力による強制伸縮に対して伸縮を抑制する減衰力を発揮し、シリンダＣをダンパとして機能させることができるようになる。なお、ソレノイド切換弁１６が連通ポジションを採る場合、ダンパ回路１３は、アクチュエータ回路５の状態に関わらず有効となるが、ソレノイド切換弁７，８を遮断ポジションとするとアクチュエータ回路５が機能せずダンパ回路１３のみが有効となり、ソレノイド切換弁７，８を連通ポジションとするとアクチュエータ回路５とダンパ回路１３の双方が有効となる。

すなわち、ソレノイド切換弁１６によって、ダンパ回路１３を有効と無効のいずれかの状態に選択的に切換えることができる。

また、いわゆる失陥時にあってアクチュエータＡへの電流供給が断たれると、バネ７ｂ，８ｂによってソレノイド切換弁７，８が遮断ポジションとなり、ソレノイド切換弁１６がバネ１６ｂによって連通ポジションとなって、アクチュエータ回路５は機能せずにダンパ回路１３のみが有効となって、シリンダＣはダンパとして機能することになる。

戻って、このダンパ回路１３では、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するリリーフ流路１８と、リリーフ流路１８の途中に設けたリリーフ弁１９とを備えている。

リリーフ流路１８は、具体的には、減衰力発生要素１５およびソレノイド切換弁１６を迂回してメイン流路１４ａの上流と下流を連通することによって、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通している。

そして、ソレノイド切換弁１６の開閉に関わらず、シリンダＣに伸縮方向の過大な入力があって、一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２内の圧力が所定圧を超える異常高圧となると、リリーフ弁１９が開放動作して、異常高圧となった一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２の一方の圧力を低圧側の他方へ逃がして、アクチュエータＡのシステム全体を保護するようになっている。また、液体の体積が減少する場合には、ソレノイド切換弁７，８が連通ポジション、遮断ポジションを問わずに一方室Ｒ１および他方室Ｒ２とアキュムレータ１１との連通を許容するのでアキュムレータ１１から一方室Ｒ１および他方室Ｒ２に液体が供給されることになる。このように、この実施の形態のアクチュエータＡでは、上記回路構成を採用することで、温度変化による液体の体積補償がされる。このように、ソレノイド切換弁７，８における遮断ポジションにおいて、ループ通路６を遮断していても温度低下に伴う体積補償を行うことを可能とするためアキュムレータ１１から一方室Ｒ１および他方室Ｒ２へ向かう流れを許容するようにしているが、当該体積補償をアクチュエータ回路５において行わない場合には、遮断ポジションにおいてループ通路６における双方向の流れを遮断するようにしてもよい。

つづいて、アクチュエータＡにおけるモータＭを制御する制御部２０は、図３および図４に示すように、鉄道車両が走行中の区間が直線区間であるか曲線区間であるかを示す区間種別信号と、鉄道車両の走行速度を示す速度信号とを受け取って通常制御を行いつつシリンダＣをアクチュエータとして機能させるか、アクチュエータの見掛け上の剛性を低下させる制御を行いつつシリンダＣをアクチュエータとして機能させるか、シリンダＣをダンパとしてのみ機能させるかを判断する判断部２１と、鉄道車両の走行状態から車体傾斜角度の目標値を決定する図外の上位装置から入力されるシリンダＣの目標変位Ｘ^＊とストロークセンサ３０が出力する実際の変位Ｘとに基づいてモータドライバ２３へ与える速度指令Ｖ^＊を生成する速度指令生成部２２と、速度指令生成部２２から出力される速度指令Ｖ^＊を受け取るとともに判断部２１の判断結果に応じて内部で生成する電流指令Ｉ^＊をリミット値にクランプするリミッタ２８におけるリミット値を変更しつつアクチュエータＡにおける液圧ポンプ１のモータＭを駆動するモータドライバ２３と、アクチュエータ回路５に設けたソレノイド切換弁７，８およびダンパ回路１３に設けたソレノイド切換弁１６を駆動するソレノイド駆動部２４とを備えて構成されている。

以下、各部について詳細に説明すると判断部２１は、区間種別信号と速度信号から、鉄道車両が現在走行中の区間が直線区間であるか曲線区間であるかを把握し、鉄道車両の走行速度を把握して、シリンダＣをダンパとしてのみ機能させるか、通常制御にてアクチュエータとして機能させるか、あるいは、モータドライバ２３におけるリミッタ値を低くしてアクチュエータの見かけ上の剛性を低下させる制御を行うかを判断し、速度指令生成部２２、モータドライバ２３およびソレノイド駆動部２４の各部に当該判断に応じた動作を行わせるべく、上記判断結果をダンパ／アクチュエータ切換信号として速度指令生成部２２、モータドライバ２３およびソレノイド駆動部２４とに送るとともに、モータドライバ２３のリミッタ２８におけるリミット値の変更を指示するリミット値変更信号をモータドライバ２３へ送る。

速度指令生成部２２は、ストロークセンサ３０が出力する実際の変位Ｘをフィードバックとして当該変位ＸとシリンダＣの目標変位Ｘ^＊の偏差を採り、当該偏差に基づいてシリンダＣを制御する速度指令Ｖ^＊を生成する。

そして、モータドライバ２３は、図４に示すように、速度ループ２６、電流ループ２７、リミッタ２８およびモータＭを駆動する駆動回路２９とを備え、上記の速度指令Ｖ^＊を受け取ると速度ループ処理および電流ループ処理を行って、モータＭを実際に駆動するため駆動電流を示す制御指令Ｅ^＊を生成し、制御指令Ｅ^＊通りの電流量をモータＭへ駆動回路を介して供給する。

より詳細に各部の動作について説明すると、判断部２１は、鉄道車両の走行速度が５０ｋｍ／ｈ未満である場合、上述した図外の抑止シリンダの車体傾斜抑止を阻害しないようにシリンダＣをダンパとしてのみ機能させる判断を行い、鉄道車両の走行速度が５０ｋｍ／ｈ以上である場合には、鉄道車両が直線区間を走行中であるか曲線区間を走行中であるかによって、以下のように判断する。なお、５０ｋｍ／ｈを判断基準としてシリンダＣをダンパとして機能させるか否かを判断するようになっているが、一実施の形態の判断部２１と同様に、判断基準における走行速度は、５０ｋｍ／ｈ以外の速度を基準としてもよい。

戻って、判断部２１は、鉄道車両の走行速度が５０ｋｍ／ｈ以上であって、鉄道車両が曲線区間を走行中である場合には、車体Ｂを傾斜させて超過遠心力を緩和させる必要があるのでシリンダＣをアクチュエータとしてのみ機能させる判断を行い、他方、鉄道車両が直線区間を走行中である場合には、シリンダＣの見かけ上の剛性が高いと乗り心地を損なう可能性があるので電流指令Ｉ ^＊ を制限するリミッタ２８におけるリミット値を曲線区間走行時におけるリミット値より低くしてモータＭを制御させる判断を行う。

判断部２１は、判断した結果をダンパ／アクチュエータ切換信号として速度指令生成部２２、モータドライバ２３およびソレノイド駆動部２４とに送るとともに、モータドライバ２３のリミッタ２８におけるリミット値の変更を指示するリミット値変更信号をモータドライバ２３へ送る。

そして、シリンダＣをダンパとしてのみ機能させる場合、速度指令生成部２２は速度指令Ｖ ^＊ を生成せずに処理を停止し、モータドライバ２３にあっても処理を停止してモータＭへの電流供給を停止し、ソレノイド駆動部２４はシリンダＣをダンパとして機能させるために、ソレノイド切換弁７，８への電流供給を停止してアクチュエータ回路５におけるループ通路６を遮断し、ソレノイド切換弁１６にも電流供給せずダンパ回路１３を有効とする。

また、鉄道車両が５０ｋｍ／ｈ以上の走行速度で曲線区間を走行中であって、上記判断部２１の判断結果が、車体を傾斜させる通常制御を行いつつシリンダＣをアクチュエータとしてのみ機能させる場合、モータドライバ２３は、曲線区間を走行する際に使用される通常のリミット値を用いて電流指令Ｉ^＊を制限しつつ、制御指令Ｅ^＊を内部生成して、モータ駆動回路を介して制御指令Ｅ^＊通りにモータＭへ通電してこれを駆動する。ソレノイド駆動部２４は、シリンダＣをアクチュエータとしてのみ機能させるために、ソレノイド切換弁７，８へ電流供給してアクチュエータ回路５におけるループ通路６を開放し、ソレノイド切換弁１６へ通電して流路１４を遮断しダンパ回路１３を無効とする。

この場合、速度指令生成部２２は、ストロークセンサ３０が出力する実際の変位Ｘをフィードバックとして当該変位ＸとシリンダＣの目標変位Ｘ^＊の偏差を採り、当該偏差に基づいてシリンダＣを制御する速度指令Ｖ^＊を生成する。

さらに、鉄道車両が５０ｋｍ／ｈ以上の走行速度で直線区間を走行中であって、上記判断部２１の判断結果が、アクチュエータＡの見掛け上の剛性を低くする制御を行うことを要するとなった場合、速度指令生成部２２は、通常通りに速度指令Ｖ^＊を生成するが、モータドライバ２３は、リミッタ２８におけるリミッタ値を曲線区間走行時に使用される通常のリミッタ値よりも低い値に変更して内部生成される電流指令Ｉ ^＊ を制限して制御指令Ｅ^＊を生成し、駆動回路２９を通じて制御指令Ｅ^＊通りにモータＭを駆動する。ソレノイド駆動部２４は、シリンダＣをアクチュエータとしてのみ機能させるために、ソレノイド切換弁７，８へ電流供給してアクチュエータ回路５におけるループ通路６を開放し、ソレノイド切換弁１６へ通電して流路１４を遮断しダンパ回路１３を無効とする。

速度指令生成部２２は、具体的には、図４に示すように、位置ループを備え、車体Ｂの走行状態から車体傾斜角度の目標値を決定する図外の上位装置から入力されるシリンダＣの目標変位Ｘ^＊とストロークセンサ３０が出力する実際のシリンダ位置信号Ｘとの偏差を演算し偏差ε_Ｘを生成する偏差演算部２２ａと、偏差ε_Ｘの入力を受けて比例動作、比例積分動作或いは比例積分微分動作によって速度指令Ｖ^＊を生成する速度指令演算部２２ｂとを備えている。

また、モータドライバ２３は、具体的には、図４に示すように、速度指令生成部２２が生成出力する速度指令Ｖ^＊が入力される速度ループ２６と、速度ループ２６が生成出力する電流指令Ｉ^＊が入力される電流ループ２７と、リミッタ２８と、駆動回路２９を備えて構成され、電流ループ２７が生成出力する駆動電流となる制御指令Ｅ^＊通りにアクチュエータＡにおける液圧ポンプ１のモータＭを駆動するようになっている。

また、速度ループ２６は、位置ループから入力される速度指令Ｖ^＊とモータＭ内に設けたロータ位置を検出する図示しない回転位置センサから得られるモータＭの実際の速度Ｖとの偏差を演算し偏差ε_ｖを生成する偏差演算部２６ａと、偏差ε_ｖの入力を受けて比例動作、比例積分動作或いは比例積分微分動作によって電流指令Ｉ^＊を生成する電流指令演算部２６ｂとを備えている。

電流ループ２７は、速度ループ２６から入力される電流指令Ｉ^＊とモータＭ内に設けたコイルに流れる電流を検出する図示しない電流センサから得られるモータＭの実際の電流Ｉとの偏差を演算し偏差ε_Ｉを生成する偏差演算部２７ａと、偏差ε_Ｉの入力を受けて、比例動作、或いは積分動作、或いは比例積分微分動作によってモータＭを駆動する駆動電流を示す制御指令Ｅ^＊を生成する制御指令演算部２７ｂとを備えている。

また、リミッタ２８は、速度ループ２６が生成する電流指令Ｉ^＊の絶対値を上限値であるリミッタ値に制限（クランプ）するようになっており、電流指令Ｉ^＊が無制限に大きくなることを防止している。

そして、モータドライバ２３は、リミッタ２８のリミッタ値を変更するリミッタ値変更部２５を備えており、このリミッタ値変更部２５は、鉄道車両が５０ｋｍ／ｈ以上の走行速度で曲線区間を走行中であるときに判断部２１が出力するリミッタ値変更信号を受け取ると、リミッタ２８におけるリミッタ値を曲線区間走行用のリミッタ値に設定し、対して鉄道車両が５０ｋｍ／ｈ以上の走行速度で直線区間を走行中であるときに判断部２１が出力するリミッタ値変更信号を受け取ると、上記リミッタ値を曲線区間走行用のリミッタ値より低い値に設定する。なお、リミッタ値を曲線区間走行用のリミッタ値より低い値に設定する際、リミッタ値をある一定の値に変更するようにしてもよいし、リミッタ値変更部２５にて走行速度をモニタしてマップ演算を利用するなどして走行速度に応じてリミッタ値を変更するようにしてもよい。

また、駆動回路２９は、たとえば、モータＭをＰＷＭ駆動する場合には、図示しないＰＷＭ信号生成器と、ＰＷＭ信号に対応したデューティ比および電圧方向でモータＭのコイルへ通電する図示しないインバータ回路とを備えて構成される。

さらに、ソレノイド駆動部２４は、各ソレノイド切換弁７，８，１６を駆動する図示しないソレノイドドライバを備えており、判断部２１からダンパ／アクチュエータ切換信号を受け取ると、判断部２１の判断どおりにシリンダＣを機能させるべく、各ソレノイド切換弁７，８，１６を駆動する。

なお、本実施の形態の制御部２０は、ハードウェア資源としては、図示はしないが、ストロークセンサ３０が出力するアナログの電圧でなる変位信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、変位信号と上位装置からの目標変位Ｘ^＊と、図外の車両モニタ等から区間種別信号および速度信号とを取り込み、上記各部の処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、上記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、上記各部の処理を行うためＣＰＵが実行するアプリケーションやオペレーティングシステム等のプログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、モータドライバ２３における駆動回路２９と、ソレノイド駆動部２４とを備えて構成されており、制御部２０における判断部２１、速度指令生成部２２およびモータドライバ２３における駆動回路２９以外の構成は、ＣＰＵが各部の処理を行うためアプリケーションプログラムを実行することで実現することが可能である。

つづいて、上述の制御部２０における処理を図５に示したフローチャートの一例に即して説明すると、ステップＳ１では、制御部２０は、鉄道車両の走行速度が５０ｋｍ／ｈ以上であるか否かを判断し、走行速度が５０ｋｍ／ｈ以上である場合にはステップＳ２へ移行し、走行速度が５０ｋｍ／ｈ未満である場合には、ステップＳ５へ移行する。

つづいて、ステップＳ２では、制御部２０は、鉄道車両の走行区間が曲線区間であるか否かを判断し、走行区間が曲線区間である場合にはステップＳ３へ移行し、走行区間が曲線区間でない場合にはステップＳ４へ移行する。なお、このステップＳ２の判断に当たり、制御部２０で、直接的に、区間種別信号を受け取って直線区間と曲線区間の種別を判断することに代えて、上位装置から入力されるシリンダＣの目標変位Ｘ^＊が車体Ｂを殆ど傾斜させない値であることをもってして鉄道車両が直線区間を走行していると判断するようにしてもよい。具体的には、目標変位Ｘ^＊と車体Ｂが傾斜していないときの変位との偏差が所定の閾値以内にある場合に、鉄道車両が直線区間を走行していると判断することができる。

ステップＳ３では、鉄道車両は５０ｋｍ／ｈ以上の走行速度で曲線区間を走行中であるので、制御部２０は、通常制御にてシリンダＣをアクチュエータとしてのみ機能させるべく、ソレノイド切換弁７，８，１６にそれぞれ通電し、曲線区間走行時におけるリミッタ値を使用して、実際の変位Ｘを目標変位Ｘ^＊に追随させるようモータＭを制御して車体Ｂを傾斜させて超過遠心力を緩和する。

ステップＳ４では、鉄道車両は５０ｋｍ／ｈ以上の走行速度で直線区間を走行中であるので、制御部２０は、電流指令Ｉ^＊を曲線区間走行時のリミッタ値よりも低いリミッタ値で制限しつつモータＭを制御してシリンダＣをアクチュエータとして機能させる。このため、制御部２０は、アクチュエータ回路５を有効とするがダンパ回路１３を無効とするべく、ソレノイド切換弁７，８，１６にそれぞれ通電し、電流指令Ｉ^＊を低いリミッタ値で制限することでモータＭのトルクを弱めてアクチュエータＡの見掛け上の剛性を低くする。

また、ステップＳ５では、鉄道車両は５０ｋｍ／ｈ未満の走行速度で走行中であって上述の抑止シリンダが車体傾斜抑止を実行しているので、この場合は、ソレノイド切換弁７，８，１６への通電とモータＭの制御とを停止して、シリンダＣをダンパとしてのみ機能させるようにする。

以上、一連の判断処理が終了すると、引き続き、同じ処理を繰り返して実行し、このようにして、制御部２０による処理が継続して実施される。

そして、この実施の形態では、上述のように、５０ｋｍ／ｈ以上の走行速度で直線区間を走行中には、シリンダＣをアクチュエータとして機能させつつも電流指令Ｉ ^＊ を低いリミッタ値で制限することで、モータＭのトルクを低くするので、車体Ｂの姿勢を安定させつつもアクチュエータＡの見掛け上の剛性を低くすることができる。

このように、本実施の形態のアクチュエータＡによれば、５０ｋｍ／ｈ以上の走行速度で走行中であっても直線区間を走行中であって、車体Ｂを積極的に傾斜させる必要のない状況においては、アクチュエータＡの見掛け上の剛性を低くするので、台車Ｗに入力された振動に対してアクチュエータＡが伸縮しやすくなり、車体Ｂ側への振動伝播を抑制することができるようになる。また、鉄道車両が５０ｋｍ／ｈ未満の走行速度で走行中であって上述の抑止シリンダが車体傾斜抑止を実行している場合には、シリンダＣをダンパとして機能させるので、抑止シリンダによる車体傾斜の抑止を阻害することもない。

それゆえ、液圧式のアクチュエータＡを車体傾斜に用いても車両における乗り心地を向上することができるのであり、また、換言すれば、車両における乗り心地を向上することができるので、アクチュエータＡの作動流体を液体、たとえば、油とすることができ、乗り心地を損なうことなく推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができるのである。

なお、上述したところでは、リミッタ２８の上限値であるリミット値を曲線区間走行時より低く変更するようにしているが、リミット値を低くする代わりに、あるいは、リミット値を低くすることに加えて、図６に示すように、速度指令生成部２２の速度指令演算部２２ｂ、モータドライバ２３の電流指令演算部２６ｂおよび制御指令演算部２７ｂにおける制御ゲインのうち一部或いは全部を曲線区間走行時より低く変更するゲイン変更部３１を設けて、制御ゲインを低くすることによってモータＭのトルクを低くするようにしてもよく、このようにしても、上記した一実施の形態におけるアクチュエータＡの作用効果と同様の作用効果を奏することができる。具体的には、ゲイン変更部３１は、直線区間走行時において制御ゲインを低くすればよいので、判断部２１が出力するダンパ／アクチュエータ切換信号を受け取って制御ゲインを変更すればよい。

なお、上記したところでは、車体傾斜の手法として、いわゆる振子式といわれる手法を採用する鉄道車両に、本実施の形態のアクチュエータＡを適用しているが、車体Ａと台車Ｗの間の左右のそれぞれに、二つのアクチュエータを縦置きに設置して、各アクチュエータを駆動して車体Ｂを傾斜させるような場合にも、本発明のアクチュエータＡを適用することが可能であるのは当然である。

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。

１ 液圧源たる液圧ポンプ
２ 容器
３ ピストン
４ ロッド
５ アクチュエータ回路
６ ループ通路
７，８，１６ ソレノイド切換弁
７ａ，８ａ，１６ａ バルブ
７ｂ，８ｂ，１６ｂ バネ
７ｃ，８ｃ，１６ｃ ソレノイド
９，１０ 分岐通路
１１ アキュムレータ
１２ 低圧選択弁
１３ ダンパ回路
１４ 流路
１４ａ メイン流路
１４ｂ 一方側上流路
１４ｃ 他方側上流路
１４ｄ 一方側下流路
１４ｅ 他方側下流路
１４ｆ 接続通路
１５ 減衰力発生要素
１５ａ 減衰バルブ
１５ｂ 固定絞り
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ 逆止弁
１８ リリーフ流路
１９ リリーフ弁
２０ 制御部
２１ 判断部
２２ 速度指令生成部
２２ａ 偏差演算部
２２ｂ 速度指令演算部
２３ モータドライバ
２４ ソレノイド駆動部
２５ リミッタ値変更部
２６ 速度ループ
２６ａ 偏差演算部
２６ｂ 電流指令演算部
２７ 電流ループ
２７ａ 偏差演算部
２７ｂ 制御指令演算部
２８ リミッタ
２９ 駆動回路
３０ ストロークセンサ
３１ ゲイン変更部
Ａ アクチュエータ
Ｂ 車体
Ｃ シリンダ
Ｒ１ 圧力室たる一方室
Ｒ２ 圧力室たる他方室
Ｗ 台車

Claims (7)

1. 鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダと上記シリンダに液圧を供給するモータで駆動される液圧ポンプとを備え、上記車体を上記台車に対して傾斜させるアクチュエータにおいて、上記鉄道車両が直線走行中には、上記モータへ供給する電流量を制限する電流リミット値を曲線走行中の電流リミット値より低下させる制御部を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
2. 鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダと上記シリンダに液圧を供給するモータで駆動される液圧ポンプとを備え、上記車体を上記台車に対して傾斜させるアクチュエータにおいて、上記鉄道車両が直線走行中には、上記シリンダ変位に基づいて上記モータを制御するフィードバック制御において曲線走行中の制御ゲインより低い制御ゲインを用いて上記モータを制御する制御部を備えたことを特徴とするアクチュエータ。
3. 上記制御部は、位置ループを備え、上記鉄道車両が直線走行中には、上記位置ループにおける速度制御ゲインを曲線走行中の制御ゲインより低い速度制御ゲインを用いて上記モータを制御することを特徴とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
4. 上記制御部は、速度ループを備え、上記鉄道車両が直線走行中には、上記速度ループにおける速度制御ゲインを曲線走行中の制御ゲインより低い速度制御ゲインを用いて上記モータを制御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アクチュエータ。
5. 上記制御部は、電流ループを備え、上記鉄道車両が直線走行中には、上記電流ループにおける速度制御ゲインを曲線走行中の制御ゲインより低い速度制御ゲインを用いて上記モータを制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載のアクチュエータ。
6. 上記シリンダをダンパとして機能させるダンパ回路とを備え、上記車体と上記台車との間に併設される抑止シリンダが車体傾斜抑止を行っているときは、上記モータの制御を停止するとともに、上記ダンパ回路を有効と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アクチュエータ。
7. 上記シリンダをダンパとして機能させるダンパ回路とを備え、任意に設定される速度以下では、上記モータの制御を停止するとともに、上記ダンパ回路を有効と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アクチュエータ。

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