JP5427072B2

JP5427072B2 - 鉄道車両用制振装置

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Publication number: JP5427072B2
Application number: JP2010054529A
Authority: JP
Inventors: 淳青木; 小川　　貴之
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2010-03-11
Filing date: 2010-03-11
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2030-03-11
Also published as: JP2011184018A

Description

本発明は、鉄道車両用制振装置の改良に関する。

従来、この種の鉄道車両用制振装置にあっては、たとえば、鉄道車両に車体の進行方向に対して左右方向の振動を抑制すべく、車体と台車との間に介装されて使用されるものが知られている。

この鉄道車両用制振装置は、車体と前側台車との間に介装された前側アクチュエータと、車体と後側台車との間に介装された後側アクチュエータと、これらアクチュエータを制御する制御装置とを備えて構成されている。

より詳しくは、制御装置は、車体の左右方向の加速度を積分して左右方向の速度を得て、当該速度の符号を反転させてスカイフックゲインを乗じて上述の各アクチュエータに発生させるべき制御力を求め、各アクチュエータに当該制御力どおりに推力を発生させるようになっており、これらアクチュエータの推力で鉄道車両の車体の振動を低減する。つまり、この鉄道車両用制振装置は、各アクチュエータをスカイフック制御則に則ってアクティブ制御し、車体振動を抑制するようになっている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００８−２４７２０４号公報

ところで、鉄道車両の走行中に軌道狂いや明かり区間（トンネル外）からトンネル内へ侵入する際、或いは、車両同士のすれ違いなどで車体に横方向の振動が入力されることを考えると、鉄道車両は前後方向に長尺であるので、車体前側に振動が入力された後に時間的に遅れたタイミングで車体後側に振動が入力されることになる。

そして、上記鉄道車両用制振装置は、前側に振動が入力されるとこれを車体前側の加速度センサで検知して前側アクチュエータが上記振動を打ち消すように車体を動かそうとするが、この前側アクチュエータの推力によって車体後側が加振され、続いて車体後側に入力される振動に前記前側アクチュエータの推力による振動が重畳されて、これを車体後側の加速度センサで検知するため、後側アクチュエータは過大な推力を発生することになる。

このように、軌道狂いなどの振動に前側アクチュエータの推力による振動が重畳されることによって後側アクチュエータが過大な推力を発生すると、車体を前後のアクチュエータの一方または両方で車体中心回りに回転させてしまうため、従来の鉄道車両用制振装置は、自ら車体のヨー振動を励起して車両における乗り心地を悪化させてしまうという問題を抱えている。

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、ヨー振動の励起を防止して車両における乗り心地を向上することができる鉄道車両用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、鉄道車両の前側台車と車体との間に介装される前側アクチュエータと、鉄道車両の後側台車と車体との間に介装される後側アクチュエータと、これら両方のアクチュエータをスカイフックアクティブ制御する制御装置とを備えた鉄道車両用制振装置において、制御装置は、車体前部の横方向速度と車体後部の横方向速度とを比較し、前記比較から大きい絶対値をもつ横方向速度から車体の中心周りのヨー成分を除去して、前後側のそれぞれのアクチュエータの制御力指令値を求めて前後側のそれぞれのアクチュエータを制御することを特徴とする。

本発明の鉄道車両用制振装置によれば、制御力指令値の算出の基礎となる横方向速度のうち絶対値が大きい方の横方向速度からヨー成分が除去される。ヨー成分除去を行わずに前側アクチュエータへの制御力指令値と後側アクチュエータへの制御力指令値を算出した場合に比較して、ヨー成分除去後では、アクチュエータの推力による車体を中心周りに回転させるモーメントが小さくなるので、車体のヨー振動を低減することができる。

すなわち、鉄道車両用制振装置によれば、ヨー振動の励起を抑制しつつアクティブ制御を実施することが可能であり、鉄道車両における乗り心地を向上することができる。

一実施の形態における鉄道車両用制振装置を搭載した鉄道車両の平面図である。一実施の形態の鉄道車両用制振装置におけるアクチュエータの詳細図である。一実施の形態の鉄道車両用制振装置における制御装置の制御ブロック図である。一実施の形態の鉄道車両用制振装置における制御装置の処理手順の一例を示すフローチャートである。

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鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両の車体Ｂの制振装置として使用され、図１に示すように、前側台車Ｔｆと車体Ｂとの間に対として介装される前側アクチュエータＡｆと、後側台車Ｔｒと車体Ｂとの間に介装される後側アクチュエータＡｒと、これら両方のアクチュエータＡｆ，Ａｒをアクティブ制御する制御装置Ｃとを備えて構成されている。アクチュエータＡｆ，Ａｒは、詳細には、鉄道車両の場合、車体Ｂの下方に垂下されるピンＰに連結され、車体Ｂと前後の台車Ｔｆ，Ｔｒとの間で対を成して並列に介装されている。

そして、これら前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒは、基本的には、アクティブ制御で車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の振動を抑制するようになっており、制御装置Ｃは、たとえば、スカイフック制御を行って、これら前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒに推力を発生させて上記車体Ｂの横方向の振動を抑制するようになっている。

制御装置Ｃは、本実施の形態にあっては、基本的には、車体Ｂの車体前部Ｂｆの車両進行方向に対して水平横方向の横方向速度Ｖｆと、車体Ｂの車体後部Ｂｒの車両進行方向に対して水平横方向の横方向速度Ｖｒとを得て、これらの横方向速度Ｖｆ，横方向速度Ｖｒの絶対値のうち大きい方から車体Ｂの中心Ｇ周りのヨー成分βを除去した後、前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒで個々に発生すべき推力である制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求め、当該制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒ通りの推力を前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒに発生させるべく制御することで車体Ｂの上記横方向の振動を抑制するようになっている。

前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒは、制御装置Ｃが求めた制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒ通りに推力を発生するものであればよいので種々のアクチュエータ、たとえば、液圧や空圧のアクチュエータや電磁アクチュエータを用いることができるが、以下に示す、アクチュエータを用いると鉄道車両用制振装置１に最適となる。

つづいて、前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒの具体的な構成について説明する。これらアクチュエータＡｆ，Ａｒは、同じ構成であるので、説明の重複を避けるため、便宜上、前側アクチュエータＡｆについての構成についてのみ説明し、後側アクチュエータＡｒについての具体的な説明を省略することとする。

前側アクチュエータＡｆは、図２に示すように、シリンダ２と、シリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３と、シリンダ２内に挿入されてピストン３に連結されるロッド４と、シリンダ２内にピストン３で区画したロッド側室５とピストン側室６と、タンク７と、ロッド側室５とピストン側室６とを連通する第一通路８の途中に設けた第一開閉弁９と、ピストン側室６とタンク７とを連通する第二通路１０の途中に設けた第二開閉弁１１と、ロッド側室５へ液体を供給するポンプ１２と、ポンプ１２を駆動するモータ１５と、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう液体の流れのみを許容する整流通路１８と、タンク７からピストン側室６へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路１９とを備えており、片ロッド型のアクチュエータとして構成されている。また、上記ロッド側室５とピストン側室６には作動油等の液体が充填されるとともに、タンク７には、液体のほかに気体が充填されている。なお、タンク７内は、特に、気体を圧縮して充填することによって加圧状態とする必要は無い。

そして、基本的には、第一開閉弁９で第一通路８を連通状態とするとともに第二開閉弁１１を閉じた状態でポンプ１２を駆動することで、この前側アクチュエータＡｆを伸長駆動させることができ、第二開閉弁１１で第二通路１０を連通状態とするとともに第一開閉弁９を閉じた状態でポンプ１２を駆動することで、前側アクチュエータＡｆを収縮駆動させることができるようになっている。

以下、前側アクチュエータＡｆの各部について詳細に説明する。シリンダ２は筒状であって、その図２中右端は蓋１３によって閉塞され、図２中左端には環状のロッドガイド１４が取り付けられている。また、上記ロッドガイド１４内には、シリンダ２内に移動自在に挿入されるロッド４が摺動自在に挿入されている。このロッド４は、一端をシリンダ２外へ突出させており、シリンダ２内の他端を同じくシリンダ２内に摺動自在に挿入されているピストン３に連結してある。

なお、ロッド４の外周とシリンダ２との間は図示を省略したシール部材によってシールされており、これによりシリンダ２内は密閉状態に維持されている。そして、シリンダ２内にピストン３によって区画されるロッド側室５とピストン側室６には、上述のように液体として作動油が充填されている。

また、この前側アクチュエータＡｆの場合、ロッド４の断面積をピストン３の断面積の二分の一にして、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積がピストン側室６側の受圧面積の二分の一となるようになっており、伸長駆動時と収縮駆動時とでロッド側室５の圧力を同じくすると、伸縮の双方で発生される推力が等しくなるようになっており、前側アクチュエータＡｆの変位量に対する流量も伸縮両側で同じとなる。

詳しくは、前側アクチュエータＡｆを伸長駆動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６を連通させた状態となってロッド側室５内とピストン側室６内の圧力が等しくなって、ピストン３におけるロッド側室５側とピストン側室６側の受圧面積差に上記圧力を乗じた推力を発生し、反対に、前側アクチュエータＡｆを収縮駆動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６との連通が断たれてピストン側室６をタンク７に連通させた状態となるので、ロッド側室５内の圧力とピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積を乗じた推力を発生することになり、前側アクチュエータＡｆの発生推力は伸縮の双方でピストン３の断面積の二分の一にロッド側室５の圧力を乗じた値となるのである。したがって、この前側アクチュエータＡｆの推力を制御する場合、伸長駆動、収縮駆動共に、ロッド側室５の圧力を制御すればよいが、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積をピストン側室６側の受圧面積の二分の一に設定しているので、伸縮両側で同じ推力を発生する場合に伸長側と収縮側でロッド側室５の圧力が同じとなるので制御が簡素となり、加えて変位量に対する流量も同じとなるので伸縮両側で応答性が同じとなる利点がある。なお、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積をピストン側室６側の受圧面積の二分の一に設定しない場合にあっても、ロッド側室５の圧力で前側アクチュエータＡｆの伸縮両側の推力の制御をすることができる点は変わらない。

戻って、ロッド４の図２中左端とシリンダ２の右端を閉塞する蓋１３には、図示しない取付部を備えており、この前側アクチュエータＡｆを鉄道車両における車体Ｂと車軸との間に介装することができるようになっている。

そして、ロッド側室５とピストン側室６とは、第一通路８によって連通されており、この第一通路８の途中には、第一開閉弁９が設けられている。この第一通路８は、シリンダ２外でロッド側室５とピストン側室６とを連通しているが、ピストン３に設けられてもよい。

第一開閉弁９は、この実施の形態の場合、電磁開閉弁とされており、第一通路８を開放してロッド側室５とピストン側室６とを連通する連通ポジション９ｂと、ロッド側室５とピストン側室６との連通を遮断する遮断ポジション９ｃとを備えたバルブ９ａと、遮断ポジション９ｃを採るようにバルブ９ａを附勢するバネ９ｄと、通電時にバルブ９ａをバネ９ｄに対向して連通ポジション９ｂに切換えるソレノイド９ｅとを備えて構成されている。

つづいて、ピストン側室６とタンク７とは、第二通路１０によって連通されており、この第二通路１０の途中には、第二開閉弁１１が設けられている。第二開閉弁１１は、この実施の形態の場合、電磁開閉弁とされており、第二通路１０を開放してピストン側室６とタンク７とを連通する連通ポジション１１ｂと、ピストン側室６とタンク７との連通を遮断する遮断ポジション１１ｃとを備えたバルブ１１ａと、遮断ポジション１１ｃを採るようにバルブ１１ａを附勢するバネ１１ｄと、通電時にバルブ１１ａをバネ１１ｄに対向して連通ポジション１１ｂに切換えるソレノイド１１ｅとを備えて構成されている。

ポンプ１２は、モータ１５によって駆動されるようになっており、ポンプ１２は、一方向のみに液体を吐出するポンプとされており、その吐出口は供給通路１６によってロッド側室５へ連通され、吸込口はタンク７に通じて、モータ１５によって駆動されると、タンク７から液体を吸込んでロッド側室５へ液体を供給する。

上述のようにポンプ１２は、一方向のみに液体を吐出するのみで回転方向の切換動作がないので、回転切換時に吐出量変化するといった問題は皆無であり、安価なギアポンプ等を使用することができる。さらに、ポンプ１２の回転方向が常に同一方向であるので、ポンプ１２を駆動する駆動源であるモータ１５にあっても回転切換に対する高い応答性が要求されず、その分、モータ１５も安価なものを使用することができる。

なお、供給通路１６の途中には、ロッド側室５からポンプ１２への液体の逆流を阻止する逆止弁１７を設けてある。

また、この実施の形態の場合、ロッド側室５とタンク７とが排出通路２１を通じて接続されており、この排出通路２１の途中に開弁圧を変更可能な比例電磁リリーフ弁２２が設けられている。

比例電磁リリーフ弁２２は、排出通路２１の途中に設けた弁体２２ａと、排出通路２１を遮断するように弁体２２ａを附勢するバネ２２ｂと、通電時にバネ２２ｂに対向する推力を発生する比例ソレノイド２２ｃとを備えて構成され、比例ソレノイド２２ｃに流れる電流量を調節することで開弁圧を調節することができるようになっている。

この比例電磁リリーフ弁２２は、弁体２２ａに作用させる排出通路２１の上流となるロッド側室５の圧力がリリーフ圧（開弁圧）を超えると、当該排出通路２１を開放させる方向に弁体２２ａを推す上記圧力に起因する推力と比例ソレノイド２２ｃによる推力との合力が、排出通路２１を遮断させる方向へ弁体２２ａを附勢するバネ２２ｂの附勢力に打ち勝つようになって、弁体２２ａを後退させて排出通路２１を開放するようになっている。

また、この比例電磁リリーフ弁２２にあっては、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量を増大させると、比例ソレノイド２２ｃが発生する推力を増大させることができるようになっており、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量を最大とすると開弁圧が最小となり、反対に、比例ソレノイド２２ｃに全く電流を供給しないと開弁圧が最大となる。

そして、比例電磁リリーフ弁２２は、第一開閉弁９および第二開閉弁１１の開閉状態に関わらず、前側アクチュエータＡｆに伸縮方向の過大な入力があって、ロッド側室５の圧力が開弁圧を超える状態となると、排出通路２１を開放してロッド側室５をタンク７へ連通し、ロッド側室５内の圧力をタンク７へ逃がして、前側アクチュエータＡｆのシステム全体を保護するようになっている。

また、ピストン側室６とロッド側室５とを連通する整流通路１８が設けられており、この整流通路１８の途中には逆止弁１８ａが設けられて、当該整流通路１８は、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう液体の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。さらに、タンク７とピストン側室６とを連通する吸込通路１９が設けられており、この吸込通路１９の途中には逆止弁１９ａが設けられて、当該吸込通路１９は、タンク７からピストン側室６へ向かう液体の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。なお、整流通路１８は、第一開閉弁９の遮断ポジション９ｃを逆止弁とすることで第一通路８に集約することができ、吸込通路１９についても、第二開閉弁１１の遮断ポジション１１ｃを逆止弁とすることで第二通路１０に集約することができる。

前側アクチュエータＡｆに所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、たとえば、制御装置Ｃは、第一開閉弁９を連通ポジション９ｂとし第二開閉弁１１を遮断ポジション１１ｃとして、前側アクチュエータＡｆの伸縮状況に応じてモータ１５を所定の回転数で回転させポンプ１２からシリンダ２内へ液体を供給する。このようにすることで、ロッド側室５とピストン側室６とが連通状態におかれて両者にポンプ１２から液体が供給され、ピストン３が図２中左方へ押され前側アクチュエータＡｆは伸長方向の推力を発揮する。ロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力が比例電磁リリーフ弁２２の開弁圧を上回ると、比例電磁リリーフ弁２２が開弁して液体が排出通路２１を介してタンク７へ逃げるので、ロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力は、比例電磁リリーフ弁２２に与える電流量で決まる比例電磁リリーフ弁２２の開弁圧にコントロールされる。そして、前側アクチュエータＡｆは、ピストン３におけるピストン側室６側とロッド側室５側の受圧面積差に上記した比例電磁リリーフ弁２２によってコントロールされるロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力を乗じた値の伸長方向の推力を発揮する。

これに対して、前側アクチュエータＡｆに所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、制御装置Ｃは、第一開閉弁９を遮断ポジション９ｃとし第二開閉弁１１を連通ポジション１１ｂとして、前側アクチュエータＡｆの伸縮状況に応じてモータ１５を所定の回転数で回転させつつポンプ１２からロッド側室５内へ液体を供給する。このようにすることで、ピストン側室６とタンク７が連通状態におかれるとともにロッド側室５にポンプ１２から液体が供給されるので、ピストン３が図２中右方へ押され前側アクチュエータＡｆは収縮の推力を発揮する。上記したところと同様に、比例電磁リリーフ弁２２の電流量を調節することで、前側アクチュエータＡｆは、ピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積と比例電磁リリーフ弁２２にコントロールされるロッド側室５内の圧力を乗じた収縮方向の推力を発揮する。

このように、モータ１５を所定の回転数で定速回転させることで、ポンプ１２の回転数が変化しないので、ポンプ１２の回転数変動に伴う騒音の発生を防止でき、アクチュエータＡｆ，Ａｒの制御応答性をも良好なものとすることができるが、比例電磁リリーフ弁２２による圧力調整にモータ１５の回転数の変更を加味してアクチュエータＡｆ，Ａｒの発生推力を調節するようにしてもよい。

また、このアクチュエータＡｆ，Ａｒにあっては、アクチュエータとして機能するのみならず、モータ１５の駆動状況に関わらず、第一開閉弁９と第二開閉弁１１の開閉のみでダンパとしても機能させることができるので、面倒かつ急峻な弁の切換動作を伴うことが無いので、応答性および信頼性が高いシステムを提供することができる。

なお、このアクチュエータＡｆ，Ａｒにあっては、片ロッド型に設定されているので、両ロッド型のアクチュエータと比較してストローク長を確保しやすく、アクチュエータの全長が短くなって、鉄道車両への搭載性が向上する。

また、このアクチュエータＡｆ，Ａｒにおけるポンプ１２からの液体供給および伸縮作動による液体の流れは、ロッド側室５、ピストン側室６を順に通過して最終的にタンク７へ還流するようになっており、ロッド側室５あるいはピストン側室６内に気体が混入しても、アクチュエータＡｆ，Ａｒの伸縮作動によって自立的にタンク７へ排出されるので、推進力発生の応答性の悪化を阻止できる。

したがって、アクチュエータＡｆ，Ａｒの製造にあたって、面倒な液体中での組立や真空環境下での組立を強いられることが無く、液体の高度な脱気も不要となるので、生産性が向上するとともに製造コストを低減することができる。

さらに、ロッド側室５あるいはピストン側室６内に気体が混入しても、気体は、アクチュエータＡｆ，Ａｒの伸縮作動によって自立的にタンク７へ排出されるので、性能回復のためのメンテナンスを頻繁に行う必要もなくなり、保守面における労力とコスト負担を軽減することができる。

なお、このアクチュエータＡｆ，Ａｒにあっては、第一開閉弁９と第二開閉弁１１がともに遮断ポジション９ｃ，１１ｃを採ると、整流通路１８および吸込通路１９と排出通路２１で、ロッド側室５、ピストン側室６およびタンク７が数珠繋ぎに連通されるのでユニフロー型のダンパとして機能することになる。したがって、アクチュエータＡｆ，Ａｒの各機器への通電が不能となるようなフェール時には、第一開閉弁９と第二開閉弁１１のバルブ９ａ，１１ａがバネ９ｄ，１１ｄに押圧されて、それぞれ遮断ポジション９ｃ，１１ｃを採り、比例電磁リリーフ弁２２は、開弁圧が最大に固定された圧力制御弁として機能するので、アクチュエータＡｆ，Ａｒは、自動的に、パッシブダンパとして機能することができる。

つづいて、制御装置Ｃは、図１から図３に示すように、車体前側としての車体前部Ｂｆの車両進行方向に対して水平横方向の前側横加速度αｆを検出する前側加速度センサ４０と、車体後側としての車体後部Ｂｒの車両進行方向に対して水平横方向の後側横加速度αｒを検出する後側加速度センサ４１と、前側横加速度αｆと後側横加速度αｒに含まれる曲線走行時の定常加速度、ドリフト成分やノイズを除去するバンドパスフィルタ４２，４３と、バンドパスフィルタ４２，４３で濾過した前側横加速度αｆと後側横加速度αｒを処理して、各アクチュエータＡｆ，Ａｒのモータ１５、第一開閉弁９のソレノイド９ｅ、第二開閉弁１１のソレノイド１１ｅ、比例電磁リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ制御指令を出力する制御部４４とを備えて構成されていて、各アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力を制御するようになっている。なお、バンドパスフィルタ４２，４３で前側横加速度αｆと後側横加速度αｒに含まれる曲線走行時の定常加速度が除去されるので、乗り心地を悪化させる振動のみを抑制することができる。

制御部４４は、前側加速度センサ４０で検知した前側横加速度αｆを積分して車体前部Ｂｆの横方向速度Ｖｆを求め、後側加速度センサ４１で検知した後側横加速度αｒを積分して車体後部Ｂｒの横方向速度Ｖｒを求める。横方向速度Ｖｆ，Ｖｒは、たとえば、図１中車体Ｂの中央を左右に通る軸を基準として上方側へ向く方向となる場合に、正の符号を採り、反対に、図１中車体Ｂの中央を左右に通る軸を基準として下方側へ向く方向となる場合に、負の符号を採るように設定される。なお、車体Ｂの前後の横方向の速度Ｖｆ，Ｖｒを求めるのに他のセンサ、手段を用いてもよい。

さらに、制御部４４は、上記横方向速度Ｖｆと横方向速度Ｖｒの差と、車体Ｂの中心Ｇと各加速度センサ４０，４１との距離、位置関係からヨー角速度ωを得る。ヨー角速度ωは、車体Ｂの中心Ｇを図１中時計回り方向へ回る方向を正としてある。なお、前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１の設置箇所は、ヨー角速度ωを求め、前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒの制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求める都合上、前側加速度センサ４０にあっては車体Ｂの中心Ｇを含む前後方向または対角方向に沿う線上であって前側アクチュエータＡｆの近傍に配置されるとよく、後側加速度センサ４１にあっても車体Ｂの中心Ｇを含む前後方向または対角方向に沿う線上であって後側アクチュエータＡｒの近傍に配置されるとよいが、中心Ｇと前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１の距離と位置関係と横方向速度Ｖｆ，Ｖｒとからヨー角速度ωを求めることができるので前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１を任意に設定することも可能である。前側加速度センサ４０と車体Ｂの中心Ｇとの前後方向距離Ｌｆと、後側加速度センサ４１と車体Ｂの中心Ｇとの前後方向距離Ｌｒとすると、ヨー角速度ωは、ω＝（Ｖｆ−Ｖｒ）／（Ｌｆ＋Ｌｒ）で計算できる。本実施の形態では、ヨー角速度ωを前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１で加速度を検知して求めているが、ヨー角度センサを用いて求めてもよい。

つづいて、制御部４４は、上記横方向速度Ｖｆ，Ｖｒの各絶対値を比較し、これら横方向速度Ｖｆ，Ｖｒのうち大きい絶対値を持つ横方向速度Ｖｆ，Ｖｒからヨー成分βを除去する。横方向速度Ｖｆ，Ｖｒは、それぞれ、車体Ｂが図１中で上下方向となる横方向に平行移動することによるスエー成分と、車体Ｂが中心Ｇ周りに回転することによるヨー成分とに分解することができ、横方向速度Ｖｆ，Ｖｒに含まれるヨー成分βは、車体Ｂの中心Ｇと前後台車Ｔｆ，ＴｒにおけるピンＰとの前後方向距離Ｌｐにヨー角速度ωを乗じることで求めることができる。たとえば、車体前部Ｂｆの横方向速度Ｖｆの絶対値が車体後部Ｂｒの横方向速度Ｖｒの絶対値より大きい場合、横方向速度Ｖｆからヨー成分βを除去するには、横方向速度Ｖｆからヨー成分βを差し引きすればよい。すなわち、ヨー成分除去後の横方向速度Ｖｆ’＝Ｖｆ−βとなる。なお、上記横方向速度Ｖｆ，Ｖｒのうち小さい絶対値を持つ横方向速度Ｖｒは、補正されず、そのまま横方向速度Ｖｒ’とされる。反対に、車体後部Ｂｒの横方向速度Ｖｒの絶対値が車体前部Ｂｆの横方向速度Ｖｆの絶対値より大きい場合、横方向速度Ｖｒからヨー成分βを除去するには、横方向速度Ｖｒからヨー成分βを加算すればよい。すなわち、ヨー成分除去後の横方向速度Ｖｒ’＝Ｖｒ＋βとなる。なお、上記横方向速度Ｖｆ，Ｖｒのうち小さい絶対値を持つ横方向速度Ｖｆは、補正されず、そのまま横方向速度Ｖｆ’とされる。また、ヨー成分βの直前の符号は、横方向速度Ｖｆ，Ｖｒの符号を図１中の上向きを正とし、ヨー角速度ωの符号を時計回りを正とした場合であり、符号の採り方を逆とする場合、ヨー成分除去後の車体前部Ｂｆの横方向速度Ｖｆ’は、Ｖｆ’＝Ｖｆ＋βとなり、ヨー成分除去後の車体後部Ｂｒの横方向速度Ｆｒ’は、Ｖｒ’＝Ｖｒ−βとなる。

さらに、上記のようにヨー成分除去後の横方向速度Ｖｆ’（Ｖｒ’）の符号がヨー成分除去前の横方向速度Ｖｆ（Ｖｒ）の符号と異なる場合、横方向速度Ｖｆ’（Ｖｒ’）＝０とし、横方向速度Ｖｆ’（Ｖｒ’）の極性が横方向速度Ｖｆ（Ｖｒ）の極性と変わらないようにする。

制御部４４は、スカイフック制御則に則り上記のようにして求めた横方向速度Ｖｆ’にスカイフックゲインを乗じて前側アクチュエータＡｆが発生すべき推力の大きさ、方向でなる制御力指令値Ｆｆを求める。また、制御部４４は、後側についても、同様に、横方向速度Ｖｒ’にスカイフックゲインを乗じて後側アクチュエータＡｒが発生すべき推力の大きさ、方向でなる制御力指令値Ｆｒを求める。

そして、制御装置Ｃにおける制御部４４は、制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求めた後、制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒ通りに各アクチュエータＡｆ，Ａｒに推力を発揮させるべく、これらアクチュエータＡｆ，Ａｒへ制御指令を与える。具体的には、制御部４４は、制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒから各アクチュエータＡｆ，Ａｒのモータ１５、第一開閉弁９のソレノイド９ｅ、第二開閉弁１１のソレノイド１１ｅ、比例電磁リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ与えるべき制御指令を求めて当該制御指令を出力することになる。また、制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒから制御指令を求める際、現在アクチュエータＡｆ，Ａｒが出力している推力をフィードバックして制御指令を求めてもよい。

以上の制御部４４における処理を図４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Ｓ１では、前側横加速度αｆおよび後側横加速度αｒを取り込む。

つづいて、ステップＳ２では、制御部４４は、前側横加速度αｆを積分して横方向速度Ｖｆを求め、後側横加速度αｒを積分して横方向速度Ｖｒを求める。

さらに、ステップＳ３では、制御部４４は、横方向速度Ｖｆと横方向速度Ｖｒとから横方向速度Ｖｆと横方向速度Ｖｒに含まれるヨー成分βを求める。

つづいて、制御部４４は、ステップＳ４では、横方向速度Ｖｆの絶対値が横方向速度Ｖｒの絶対値より大きいか否かを判断し、大きい場合はステップＳ５へ移行して横方向速度Ｖｆからヨー成分βを除去して、横方向速度Ｖｆ’を求めるとともに、横方向速度Ｖｒ’＝Ｖｒとし、ステップＳ６へ移行して、横方向速度Ｖｆ’の符号と横方向速度Ｖｆの符号が異なるか否かを調べ、異なる場合、ステップＳ７へ移行して横方向速度Ｖｆ’＝０とする。なお、ステップＳ６の判断で横方向速度Ｖｆの符号と横方向速度Ｖｆ’の符号が同じであれば、そのままステップＳ８へ移行する。ステップＳ８へ移行し、横方向速度Ｖｆ’および横方向速度Ｖｒ’から、それぞれ、制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求める。

つづいて、ステップＳ９へ移行して、制御部４４は、制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒ通りに各アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力を制御すべく、各アクチュエータＡｆ，Ａｒのモータ１５、第一開閉弁９のソレノイド９ｅ、第二開閉弁１１のソレノイド１１ｅ、比例電磁リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ制御指令を出力する。

他方、ステップＳ４の判断で、横方向速度Ｖｆの絶対値が横方向速度Ｖｒの絶対値より大きくない場合、ステップＳ１０へ移行して、制御部４４は、横方向速度Ｖｒの絶対値が横方向速度Ｖｆの絶対値より大きいか否かを判断する。このステップＳ１０の判断で、横方向速度Ｖｒの絶対値が横方向速度Ｖｆの絶対値より大きい場合は、ステップＳ１１へ移行して横方向速度Ｖｒからヨー成分βを除去して、横方向速度Ｖｒ’を求めるとともに横方向速度Ｖｆ’＝Ｖｆとし、ステップＳ１２へ移行して、横方向速度Ｖｒの符号と横方向速度Ｖｒ’の符号が異なるか否かを調べ、異なる場合、ステップＳ１３へ移行して横方向速度Ｖｒ’＝０とし、ステップＳ８へ移行し制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求め、ステップＳ９へ移行して上記同様に制御指令を出力する。

上記ステップＳ１０の判断で、横方向速度Ｖｒの絶対値が横方向速度Ｖｆの絶対値より大きくない場合、横方向速度Ｖｒの絶対値が横方向速度Ｖｆの絶対値と等しいので、ステップＳ１４へ移行する。そして、ステップＳ１４では、横方向速度Ｖｒと横方向速度Ｖｆとが等しくそのままの横方向速度Ｖｆ，Ｖｒから各制御力指令値Ｆｆ、Ｆｒを求めても車体Ｂにヨー振動を励起することがないので、制御部４４は、横方向速度Ｖｆを最終的な横方向速度Ｖｆ’とするとともに、横方向速度Ｖｒを最終的な横方向速度Ｖｒ’とし、ステップＳ８へ移行し制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求め、ステップＳ９へ移行して上記同様に制御指令を出力する。

上記一連の手順を順次繰り返すことにより、制御装置Ｃは、各アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力を制御する。

なお、制御装置Ｃは、ハードウェア資源としては、図示はしないが具体的にはたとえば、前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、バンドパスフィルタ４２，４３と、バンドパスフィルタ４２，４３で濾過した前側横加速度αｆと後側横加速度αｒを取り込んでアクチュエータＡｆ，Ａｒを制御するのに必要な処理に使用されるプログラムが格納されるＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、上記プログラムに基づいた処理を実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などの演算装置と、上記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とを備えて構成されればよく、制御装置Ｃの上記制御部４４は、ＣＰＵが上記処理を行うためのプログラムを実行することで実現することができる。なお、積分器を使用して前側横加速度αｆと後側横加速度αｒから速度Ｖｆ，Ｖｒを求めてもよく、前側横加速度αｆと後側横加速度αｒのバンドパスフィルタ４２，４３および積分器で処理した後に位相補償用のフィルタで処理してもよく、また、バンドパスフィルタ４２，４３、積分器および位相補償用のフィルタの特性を合成したフィルタで処理するようにしてもよく、バンドパスフィルタ４２，４３および積分器で処理した後に位相補償用のフィルタは、ＣＰＵがプログラムを実行することで実現されてもよい。

このように、制御部４４が上記した処理を行うことで、この鉄道車両用制振装置１では、制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒの算出の基礎となる横方向速度Ｖｆ，Ｖｒのうち絶対値が大きい方の横方向速度Ｖｆ，Ｖｒからヨー成分βが除去される。ヨー成分除去を行わずに制御力指令値Ｆｆと制御力指令値Ｆｒを算出した場合に比較して、ヨー成分除去後では、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力による車体Ｂを中心Ｇ周りに回転させるモーメントが小さくなるので、車体Ｂのヨー振動を低減することができる。

すなわち、鉄道車両用制振装置１によれば、ヨー振動の励起を抑制しつつアクティブ制御を実施することが可能であり、鉄道車両における乗り心地を向上することができる。

そして、横方向速度Ｖｆ，Ｖｒの一方からヨー成分βを除去すると、ヨー成分除去後の横方向速度Ｖｆ，Ｖｒの絶対値が小さくなるので、その分、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力も小さくなり、加振による車体Ｂを振動に悪影響を与える機会も減少するとともに、消費エネルギを低減することもできる。

さらに、ヨー成分除去後の横方向速度Ｖｆ’，Ｖｒ’の符号とヨー成分除去前の横方向速度Ｖｆ，Ｖｒの符号が異なる場合には、横方向速度Ｖｆ’，Ｖｒ’を０とするので、車体Ｂを加振してしまうことがなく、より一層乗り心地を向上することができる。

なお、上記したところでは、制御装置Ｃは、スカイフック制御則に則って前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒの制御力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求めているが、他の制御則を用いてもよい。

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。

本発明は、鉄道車両等の制振に利用可能である。

１鉄道車両用制振装置
２シリンダ
３ピストン
４ロッド
５ロッド側室
６ピストン側室
７タンク
８第一通路
９第一開閉弁
９ａ第一開閉弁におけるバルブ
９ｂ第一開閉弁における連通ポジション
９ｃ第一開閉弁における遮断ポジション
９ｄ第一開閉弁におけるバネ
９ｅ第一開閉弁におけるソレノイド
１０第二通路
１１第二開閉弁
１１ａ第二開閉弁におけるバルブ
１１ｂ第二開閉弁における連通ポジション
１１ｃ第二開閉弁における遮断ポジション
１１ｄ第二開閉弁におけるバネ
１１ｅ第二開閉弁におけるソレノイド
１２ポンプ
１３蓋
１４ロッドガイド
１５モータ
１６供給通路
１７逆止弁
１８整流通路
１８ａ整流通路における逆止弁
１９吸込通路
１９ａ吸込通路における逆止弁
２１排出通路
２２比例電磁リリーフ弁
２２ａ比例電磁リリーフ弁における弁体
２２ｂ比例電磁リリーフ弁におけるバネ
２２ｃ比例電磁リリーフ弁における比例ソレノイド
４０前側加速度センサ
４１後側加速度センサ
４２，４３バンドパスフィルタ
４４制御部
Ａｆ前側アクチュエータ
Ａｒ後側アクチュエータ
Ｂ車体
Ｂｆ車体前部
Ｂｒ車体後部
Ｃ制御装置
Ｇ車体の中心
Ｐピン
Ｔｆ前側台車
Ｔｒ後側台車

Claims

鉄道車両の前側台車と車体との間に介装される前側アクチュエータと、鉄道車両の後側台車と車体との間に介装される後側アクチュエータと、これら両方のアクチュエータをスカイフックアクティブ制御する制御装置とを備えた鉄道車両用制振装置において、制御装置は、車体前部の横方向速度と車体後部の横方向速度とを比較し、前記比較から大きい絶対値をもつ横方向速度から車体の中心周りのヨー成分を除去して、前後側のそれぞれのアクチュエータの制御力指令値を求めて前後側のそれぞれのアクチュエータを制御することを特徴とする鉄道車両用制振装置。
ヨー成分除去後の横方向速度の符号とヨー成分除去前の横方向速度の符号が異なる場合には、当該横方向速度を０とすることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用制振装置。
制御装置は、鉄道車両の車体前側の車両進行方向に対して横方向の前側横加速度を検出する前側加速度センサと、鉄道車両の車体後側の車両進行方向に対して横方向の後側横加速度を検出する後側加速度センサとを備え、上記前側加速度センサが検出した前側横加速度に基づいて車体前部の横方向速度を求めるとともに、上記後側加速度センサが検出した後側横加速度に基づいて車体後部の横方向速度を求め、上記前側横加速度と後側横加速度から横方向速度に含まれるヨー成分を求めることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両用制振装置。