JP5427081B2 - 鉄道車両用制振装置 - Google Patents

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。

具体的には、車体と台車との間にアクチュエータとダンパを並列させて介装して構成されており、アクティブ制御時には、制御装置でアクチュエータの推力を制御しつつダンパの減衰力を最低として、車体の振動を抑制するとともに、異状時には、アクチュエータの推力を０としつつダンパの減衰力を最大として鉄道車両用制振装置をパッシブダンパとして機能させて、車体の振動を抑制するようにしている。

特開２００９−７３４１８号公報

ところで、鉄道車両はトロリ線から電力供給を受けて駆動するようになっているが、上記トロリ線へ電力供給する電源は、交流電源であって、位相が異なる電源同士をトロリ線にそのまま繋いだのでは、電源間が混触して過大電流が流れるなどの不都合が生じるため、き電の切換箇所にき電切換セクションを設けて、上記混触を防止している。

具体的には、き電切換セクションＫでは、図３に示すように、鉄道車両Ｔｒの進行方向手前側にある電源Ｘに接続されるトロリ線Ｔ１と、鉄道車両Ｔｒの進行方向先側にある電源Ｙに接続されるトロリ線Ｔ２との間に各トロリ線Ｔ１，Ｔ２にスイッチＳ１，Ｓ２を介して接続される中間トロリ線Ｔ３が設けてある。

そして、中間トロリ線Ｔ３は、基本的には、上記スイッチＳ１にて進行方向手前側にある電源Ｘに接続されていて、鉄道車両Ｔｒが中間トロリ線Ｔ３の区間に入ると、一端、双方の電源Ｘ，Ｙと中間トロリ線との接続を断った後、中間トロリ線Ｔ３に進行方向先側にある電源Ｙを接続して、き電を切換えるようにしている。

すなわち、鉄道車両Ｔｒがこのき電切換セクションＫを通過する際には、中間トロリ線Ｔ３は双方の電源Ｘ，Ｙとの接続が断たれるので、一瞬停電となって電力供給を受けることができない時間が生じる。なお、この停電時には鉄道車両は惰行（惰性走行）を行うことになる。

ここで、鉄道車両にあっては、トロリ線の電圧を車内搭載の電圧変換機によって変圧して各種機器を駆動するようにしているが、鉄道車両用制振装置のアクチュエータを駆動するための電圧は比較的高圧の電圧であり、停電時にはアクチュエータの駆動を一切行えないようになっている。このような場合、ダンパは最大減衰力を発揮して、鉄道車両用制振装置はパッシブダンパとして機能するようになっている。

しかしながら、き電切換セクションＫの前後では、鉄道車両用制振装置は、アクティブ制御によって車体の振動を抑制しており、き電切換セクションＫを通過中には、単なるパッシブダンパとなるので、乗り心地が急激に変化して乗客に不快感を与えてしまう問題がある。

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、き電切換セクション通過の際の乗り心地の悪化を抑制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、鉄道車両の台車と車体との間に介装されるシリンダ装置と当該シリンダ装置をアクティブ制御する制御装置とを備え、シリンダ装置は、台車と車体の一方に連結されるシリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンに連結されるとともに台車と車体の他方に連結されるロッドと、シリンダ内にピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、タンクと、ロッド側室とピストン側室とを連通する第一通路の途中に設けた第一開閉弁と、ピストン側室とタンクとを連通する第二通路の途中に設けた第二開閉弁と、ロッド側室をタンクへ接続する排出通路と、排出通路の途中に開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁と、ロッド側室へ液体を供給するポンプと、ポンプを駆動するモータとを備え、制御装置は、上記モータ、第一開閉弁、第二開閉弁および可変リリーフ弁を駆動してシリンダ装置をアクティブ制御して鉄道車両の振動を抑制する鉄道車両用制振装置において、シリンダ装置は、タンクからピストン側室へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路と、ピストン側室からロッド側室へ向かう液体の流れのみを許容する整流通路とを備え、制御装置は、鉄道車両のき電切換セクション通過の際の停電発生前にモータを停止させ電源復帰後にモータの駆動を再開させるとともに、モータ停止中にシリンダ装置の第一開閉弁、第二開閉弁および可変リリーフ弁を制御してセミアクティブ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、鉄道車両がき電切換セクションを通過する際に生じる停電前にモータの回転を停止し、モータを再度回転させる間中、セミアクティブ制御でシリンダ装置を制御するので、車体の振動を効果的に抑制することができ、き電切換セクションの通過の際の乗り心地の悪化を抑制することができる。

一実施の形態における鉄道車両用制振装置の詳細図である。 一実施の形態におけるシリンダ装置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。 き電切換セクションにおけるき電切換の説明図である。

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鉄道車両用制振装置１は、図１に示すように、シリンダ装置Ａと、シリンダ装置Ａを制御する制御装置Ｃとを備えて構成されており、シリンダ装置Ａは、図２に示すように、二本が対を成して鉄道車両Ｔｒの車体Ｂと台車Ｗとの間に並列して介装されている。

そして、この鉄道車両用制振装置１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、たとえば、スカイフック制御を行って、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。具体的には、鉄道車両用制振装置１は、車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の速度と、車体Ｂと台車Ｗの相対速度とからシリンダ装置Ａで発生すべき推力を制御装置Ｃで求め、制御装置Ｃで上記求めた推力通りにシリンダ装置Ａの推力を制御することで車体Ｂの上記横方向の振動を抑制する。そのため、制御装置Ｃは、車体Ｂの水平横方向の加速度を検知する加速度センサ４０と、シリンダ装置Ａの変位を検知するストロークセンサ４１とを備えていて、加速度センサ４０で検知した加速度を積分して車体Ｂの横方向の速度を得るとともに、ストロークセンサ４１で検知したシリンダ装置Ａの変位を微分して車体Ｂと台車Ｗの相対速度を得るようになっている。なお、車体Ｂの横方向の速度と、車体Ｂと台車Ｗの相対速度を求めるのに他のセンサ、手段を用いてもよい。

つづいて、シリンダ装置Ａについて説明する。シリンダ装置Ａは、図１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、片ロッド型のシリンダ装置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、このシリンダ装置Ａ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、シリンダ装置Ａを収縮駆動させることができるようになっている。

以下、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１中右端は蓋１３によって閉塞され、図１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、このシリンダ装置Ａ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、シリンダ装置Ａ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、シリンダ装置Ａ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、シリンダ装置Ａ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、シリンダ装置Ａ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、このシリンダ装置Ａ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の圧力でシリンダ装置Ａ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１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、このシリンダ装置Ａを車両における車体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。モータ１５は、鉄道車両内Ｔｒに設置された図外の変圧器によってトロリ線の電圧を減圧して得た電圧で駆動されるようになっており、このモータ１５への電力供給は、鉄道車両Ｔｒが図３に示したき電切換セクションＫにおける中間トロリ線Ｔ３の区間を走行中に、上記したようなき電切換動作によって瞬間的に断たれるようになっている。

戻って、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可変リリーフ弁２２が設けられている。

可変リリーフ弁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。

この可変リリーフ弁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、この可変リリーフ弁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、可変リリーフ弁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、シリンダ装置Ａ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、シリンダ装置Ａ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。

他方、制御装置Ｃは、上述のように、加速度センサ４０と、ストロークセンサ４１とに接続されて、これらセンサ４０，４１から入力される信号を処理して第一開閉弁９、第二開閉弁１１、モータ１５および可変リリーフ弁２２に指令を与えてシリンダ装置Ａの推力を制御するようになっている。

具体的には、制御装置Ｃは、加速度センサ４０と、ストロークセンサ４１から車体Ｂの横方向の速度と、車体Ｂと台車Ｗの横方向の相対速度を求め、スカイフック制御則に則りシリンダ装置Ａが発生すべき推力の大きさ、方向を求め、当該推力を発生させるべく、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、モータ１５を駆動するための図示しないドライバおよび可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ制御信号を出力して、シリンダ装置Ａを制御する。なお、制御装置Ｃは、詳しくは後述するが、鉄道車両Ｔｒがき電切換セクションＫを通過する場合の除き、通常時には、モータ１５に対して所望の回転数で回転させる制御をし、き電切換セクションＫの通過時には、モータ１５を停止する制御を実行する。

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、加速度センサ４０と、ストロークセンサ４１が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、通常制御およびき電切換セクションＫの通過時の制御に必要な処理に使用されるプログラムが格納されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）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（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置と、上記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とを備えて構成されればよく、ＣＰＵが上記プログラムを実行することで制御装置Ｃの制御動作が実現される。

鉄道車両用制振装置１は、上述のように構成されており、続いて、この鉄道車両用制振装置１の作動について説明する。

まず、鉄道車両Ｔｒがき電切換セクションＫ以外の区間を走行する場合について説明する。この場合、鉄道車両用制振装置１は、アクティブ制御を実施することで鉄道車両Ｔｒの車体Ｂに作用する振動を抑制するようになっている。

具体的には、シリンダ装置Ａに所望の伸長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としてモータ１５を回転させつつポンプ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１中左方へ押されシリンダ装置Ａ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内の圧力が可変リリーフ弁２２の開弁圧を上回ると、可変リリーフ弁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、可変リリーフ弁２２の開弁圧に等しくなる。すなわち、可変リリーフ弁２２の開弁圧を調節することで、ピストン３におけるピストン側室６側とロッド側室５側の受圧面積差に可変リリーフ弁２２の開弁圧を乗じた伸長方向の推力をシリンダ装置Ａに発揮させることができる。

これに対して、シリンダ装置Ａに所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、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、モータ１５を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１中右方へ押されシリンダ装置Ａは収縮の推力を発揮する。上記したところと同様に、可変リリーフ弁２２の開弁圧を調節することで、ピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積と可変リリーフ弁２２の開弁圧を乗じた収縮方向の推力をシリンダ装置Ａに発揮させることができる。

このように、シリンダ装置Ａは、アクチュエータとしての機能を発揮する。制御装置Ｃは、鉄道車両Ｔｒがき電切換セクションＫを通過する際の制御を除き、モータ１５を回転させて、上記の如く、シリンダ装置Ａが発生すべき推力を求め、求めた推力をシリンダ装置Ａに発揮させるべく、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および可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ制御信号を出力して、シリンダ装置Ａを制御する。これにより、鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両Ｔｒの車体Ｂの横方向への振動をアクティブ制御によって抑制することができるのである。

他方、鉄道車両Ｔｒがき電切換セクションＫを通過する際には、制御装置Ｃは、モータ１５の回転を停止し、第一開閉弁９、第二開閉弁１１および可変リリーフ弁２２の制御を継続してセミアクティブ制御を実施する。

具体的には、制御装置Ｃは、き電切換セクションＫの地点情報を保有しており、鉄道車両Ｔｒの車両モニタＭから得られる現在走行地点情報を参照して、図３に示すように、鉄道車両Ｔｒがき電切換セクションＫの中間トロリ線Ｔ３より手前の所定地点Ｐ１に到達すると、モータ１５の回転を停止し、鉄道車両Ｔｒがき電切換セクションＫの中間トロリ線Ｔ３を越えた所定地点Ｐ２に到達すると、モータ１５を再度回転駆動するように制御する。

このモータ１５の停止中の間、制御装置Ｃは、順次サンプリングされる車体Ｂの横加速度およびシリンダ装置Ａの変位から、シリンダ装置Ａが発生すべき推力を求め、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、および可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ制御信号を出力して、シリンダ装置Ａの制御を継続する。

なお、制御装置Ｃ、モータ１５のドライバ、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および可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃは、き電切換セクションＫ通過の際の停電中にあっても、鉄道車両Ｔｒ内の蓄電器からの電力供給を受けることができるようになっていて、制御装置Ｃは、シリンダ装置Ａのモータ１５を除く機器を制御することができるようになっている。

また、所定地点Ｐ１，Ｐ２は、少なくとも、鉄道車両Ｔｒのき電切換セクションＫの通過の際の停電発生地点の前後に設定されており、詳しくは、車両モニタＭから得られる地点情報には誤差が含まれることがあるので、この地点情報誤差、停電時間、モータＭの停止時間を加味して、停電発生前にモータ１５を停止でき電源復帰後にモータ１５を再度回転させられるように、上記所定地点Ｐ１，Ｐ２の設定を行う。なお、所定地点Ｐ１，Ｐ２は、中間トロリ線Ｔ３内に設定することも可能である。

モータ１５の停止中は、制御装置Ｃは、上述のように、順次サンプリングされる車体Ｂの横加速度およびシリンダ装置Ａの変位から、シリンダ装置Ａが発生すべき推力を求め、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、および可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ制御信号を出力して、シリンダ装置Ａの制御を継続するが、推力の演算は、特に、モータ１５が回転している通常制御時と同様の演算を行うことで得る。

シリンダ装置Ａに伸長方向の推力を発揮させる場合、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とするようになっているので、ポンプ１２からの液体供給が無いき電切換セクションＫの通過時には、シリンダ装置Ａが収縮するときには、シリンダ２内で過剰となる液体が可変リリーフ弁２２を介して排出されるので、収縮を妨げる減衰力、つまり、伸長方向の力を発揮することができ、逆に、シリンダ装置Ａが伸長するときには、シリンダ２内で不足する液体が吸込通路１９を介してタンク７から供給されるので、抵抗無く伸長することになる。

反対に、シリンダ装置Ａに収縮方向の推力を発揮させる場合、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とするようになっているので、ポンプ１２からの液体供給が無いき電切換セクションＫの通過時には、シリンダ装置Ａが伸長するときには、ロッド側室５内で過剰となる液体が可変リリーフ弁２２を介して排出されるので、伸長を妨げる減衰力、つまり、収縮方向の力を発揮することができ、逆に、シリンダ装置Ａが収縮するときには、ロッド側室５内で不足する液体が整流通路１８を介してピストン側室６から供給されるとともにシリンダ２内で過剰となる液体は開放されている第二通路１０を介してタンク７へ排出されるので、抵抗無く伸長することになる。

このように、ポンプ１２からの液体供給が無いき電切換セクションＫの通過時において、シリンダ装置Ａに伸長方向の推力を発揮させる場合には、シリンダ装置Ａに収縮するときのみ収縮を抑制する伸長方向の力を発揮させることができ、シリンダ装置Ａに収縮方向の推力を発揮させる場合には、シリンダ装置Ａに伸長するときのみ伸長を抑制する収縮方向の力を発揮させることができ、制御装置Ｃでスカイフック制御側に基づくアクティブ制御を行う際に用いる演算でシリンダ装置Ａの推力を求めても、車体Ｂの速度の方向と、車体Ｂと台車Ｗの相対速度の方向とが一致するときには、上記演算で求めた通りにシリンダ装置Ａが推力を発揮して車体Ｂの振動を抑制でき、車体Ｂの速度の方向と、車体Ｂと台車Ｗの相対速度の方向とが一致を見ないときには、シリンダ装置Ａは推力を殆ど発揮しないので台車Ｗの振動にて車体Ｂを加振してしまうことが無くなるのである。

すなわち、制御装置Ｃが、鉄道車両Ｔｒがき電切換セクションＫを通過中であるかないかに関わらず、一貫してスカイフック制御を継続することで、モータ１５が回転中でシリンダ装置Ａが自らアクチュエータとして機能する場合には、鉄道車両用制振装置１は、アクティブ制御で車体Ｂの振動を抑制でき、モータ１５が停止中でシリンダ装置Ａが自らアクチュエータとして機能できない場合には、鉄道車両用制振装置１は、セミアクティブ制御で車体Ｂの振動を抑制できることになる。なお、モータ１５の回転を停止してから、回転を再開させる場合にあっても、制御装置Ｃは、スカイフック制御を継続するだけで、セミアクティブ制御から自動的にアクティブ制御を行うことができる。

上記したところから理解できるように、鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両Ｔｒがき電切換セクションＫを通過する際に生じる停電前にモータ１５の回転を停止し、モータ１５を電源復帰後に再度回転させる間中、セミアクティブ制御でシリンダ装置Ａを制御するので、パッシブダンパにて車体Ｂの振動を抑制する場合に比較して、車体Ｂの振動を効果的に抑制することができ、き電切換セクションＫの通過の際の乗り心地の悪化を抑制することができる。

なお、制御装置Ｃにおける制御は、スカイフック制御理論に基づく制御以外の制御則を用いて行うことができ、アクティブ制御時とき電切換セクションＫの通過時におけるセミアクティブ制御時とで制御則を異なるものとしてもよいが、シリンダ装置Ａが上記のように構成され、制御装置Ｃがスカイフック制御を行うようになっているので、途中で制御則を切換える必要がなく、制御装置Ｃにおける処理負担が軽減される。

また、モータ１５の回転停止と回転再開においてモータ１５の回転をランプ的に変化させることで、シリンダ装置Ａの推力の急峻な変化を抑制して車体Ｂに衝撃を与えることを防止できるので、鉄道車両Ｔｒの乗り心地を向上することができる。

さらに、モータ１５を駆動する回路に駆動電圧の平滑化等のためにキャパシタを組み込んでいるような場合、停電中にモータ１５を駆動し続けると当該キャパシタが放電してしまい、電源が復帰した際にキャパシタに電流が突入してしまい駆動回路の素子等に過電流が流れるといった事態が生じる場合もあるが、本発明では、停電中にはモータ１５は停止しておりキャパシタの電荷を消費しないのでこのような事態も回避することができる。

なお、車両モニタＭが搭載されていない車両に設置されるシリンダ装置Ａの制御装置Ｃは、他車両に搭載されている車両モニタＭから現在走行位置情報を得るようにすればよく、編成車両の長さを考慮して車両モニタＭから得られる現在走行位置情報を補正して所定地点Ｐ１，Ｐ２間を走行中であるか否かを判断してもよい。また、制御装置Ｃは、図示したところでは、台車Ｗと車体Ｂとの間に介装される二つのシリンダ装置Ａのみを制御するようにしてもよいが、一つの車両には台車Ｗが二つあり、シリンダ装置Ａが一車両で四本あるので、四つのシリンダ装置Ａを一つの制御装置Ｃで制御してもよく、制御装置Ｃは、自身が搭載される車両以外の車両のシリンダ装置Ａを制御するようにしてもよい。上記したところでは、車体Ｂと一つの台車Ｗとの間にシリンダ装置Ａが二本介装されているが、シリンダ装置Ａを一本のみ介装するようにしてもよい。

ところで、このシリンダ装置Ａにあっては、片ロッド型に設定されているので、両ロッド型のシリンダ装置と比較してストローク長を確保しやすく、シリンダ装置の全長が短くなって、鉄道車両Ｔｒへの搭載性が向上する。

また、このシリンダ装置Ａ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、シリンダ装置Ａ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、シリンダ装置Ａ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、シリンダ装置Ａ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。

さらに、上述のように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いるので、ロッド側室５内とピストン側室６内に圧力が籠ってしまうことがなく、推力安定のための低圧優先シャトル弁を設ける必要が無いので、低圧優先シャトル弁の打音の問題が解消され、鉄道車両用制振装置１の静粛性が向上し、車両へ搭載しても車両搭乗者に不快感や不安感を抱かせることがない。

またさらに、ポンプ１２は一方向のみに吐出するので、回転切換時の容量変動の心配が無く安価なポンプ１２を使用でき、ポンプ１２の駆動源であるモータ１５にあっても回転方向切換において高い応答性が要求されることもないのでモータ１５をも安価なものを使用でき、シリンダ装置Ａの全体としても安価となり経済性が向上する。

なお、このシリンダ装置Ａ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、シリンダ装置Ａ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、可変リリーフ弁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、シリンダ装置Ａ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。

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、鉄道車両の車体振動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 可変リリーフ弁
２２ａ 可変リリーフ弁における弁体
２２ｂ 可変リリーフ弁におけるバネ
２２ｃ 可変リリーフ弁における比例ソレノイド
４０ 加速度センサ
４１ ストロークセンサ
Ａ シリンダ装置
Ｂ 車体
Ｃ 制御装置
Ｍ 車両モニタ
Ｋ き電切換セクション
Ｐ１，Ｐ２ 所定地点
Ｓ１，Ｓ２ スイッチ
Ｔｒ 鉄道車両
Ｔ１，Ｔ２ トロリ線
Ｔ３ 中間トロリ線
Ｗ 台車
Ｘ，Ｙ 電源

Claims (2)

1. 鉄道車両の台車と車体との間に介装されるシリンダ装置と当該シリンダ装置をアクティブ制御する制御装置とを備え、
   シリンダ装置は、台車と車体の一方に連結されるシリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンに連結されるとともに台車と車体の他方に連結されるロッドと、シリンダ内にピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、タンクと、ロッド側室とピストン側室とを連通する第一通路の途中に設けた第一開閉弁と、ピストン側室とタンクとを連通する第二通路の途中に設けた第二開閉弁と、ロッド側室をタンクへ接続する排出通路と、排出通路の途中に開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁と、ロッド側室へ液体を供給するポンプと、ポンプを駆動するモータとを備え、
   制御装置は、上記モータ、第一開閉弁、第二開閉弁および可変リリーフ弁を駆動してシリンダ装置をアクティブ制御して鉄道車両の振動を抑制する鉄道車両用制振装置において、
   シリンダ装置は、タンクからピストン側室へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路と、ピストン側室からロッド側室へ向かう液体の流れのみを許容する整流通路とを備え、
   制御装置は、鉄道車両のき電切換セクション通過の際の停電発生前にモータを停止させ電源復帰後にモータの駆動を再開させるとともに、モータ停止中にシリンダ装置の第一開閉弁、第二開閉弁および可変リリーフ弁を制御してセミアクティブ制御することを特徴とする鉄道車両用制振装置。
   
2. 制御装置は、モータの回転をランプ的に変化させてモータの停止と再開を行う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。

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