JP5476226B2 - 鉄道車両制振装置 - Google Patents

Description

車体と台車の間に介装されたダンパ手段が発生すべき減衰力を積極的に制御する鉄道車両制振装置に関する。

鉄道車両の走行時、例えば横風又は加減速等により、車体には通常約０．５Ｈｚから約１０Ｈｚまでの周波数領域（以下、「制御周波数領域」と呼ぶ）の左右振動が生じる。この左右振動は、乗客の乗り心地を悪化させるものであり、車体と台車の間に介装されたダンパ手段が上記した左右振動を積極的に減衰することが望まれている。そこで、近年、車体に対し枕木方向の振動加速度を検出可能な加速度検出手段と、検出された振動加速度に基づいてダンパ手段が発生すべき減衰力に応じたダンパ制御指令値を決定する制振制御手段とを備えた鉄道車両制振装置が採用されている。

上記した鉄道車両制振装置においては、鉄道車両の走行時、車体に上述したような制御周波数領域の左右振動が生じると、加速度検出手段は図７に示したような振動加速度を検出し、制振制御手段がこの振動加速度に基づいてダンパ制御指令値を決定（算出）する。即ち、制振制御手段は、車体が右方向に振動しているとき、この振動を抑制する左向きの減衰力に応じたダンパ制御指令値を算出し、車体が左方向に振動しているとき、この振動を抑制する右向きの減衰力に応じたダンパ制御指令値を算出する。これにより、鉄道車両の走行時、ダンパ手段は、発生させる減衰力の向きを的確に切り替えて、制御周波数領域の左右振動を抑制している。

ところで、鉄道車両の走行時、車体には、上記した制御周波数領域の左右振動に加えて、制御周波数領域より低い約０．１から約０．２Ｈｚまでの周波数領域（以下、「低周波数領域」と呼ぶ）の低周波振動が生じる場合がある。この低周波振動は、例えば、鉄道車両が定常加速度で曲線通過するとき（以下、「車両曲線通過時」と呼ぶ）車体に作用する遠心力に基づいて生じるものであり、又は、レールが直線方向に対して僅かに歪んでいることにより鉄道車両が直線通過するときの長波長軌道狂いに基づいて生じるものである。この低周波振動が生じると、加速度検出手段は図８に示したような振動加速度を検出する。

ここで、通常、低周波数領域の低周波振動が有するエネルギーは、制御周波数領域の左右振動が有するエネルギーに比して大きいため、加速度検出手段は、図８の（Ａ）に示したように、加速度の大きさが大きく且つ加速度の向きが一方向である振動加速度を検出する。このとき、この振動加速度に基づいて制振制御手段がダンパ制御指令値を算出すると、ダンパ手段は一方向にのみ大きな減衰力を発生させ、制御周波数領域の左右振動に対して減衰力の向きが的確に切り替わらなくなる。即ち、制振制御手段が、約０．１Ｈｚから約０．２Ｈｚまでの低周波数領域の振動加速度に反応してダンパ制御指令値を算出すると、ダンパ手段が約０．５Ｈｚから約１０Ｈｚまでの制御周波数領域の左右振動を的確に抑制できなくなる。

そこで、上記した問題に対処すべく、例えば下記特許文献１に記載された鉄道車両制振装置においては、図９に示したように、制振制御手段１１０が、加速度検出手段１２０により検出された振動加速度αのうち、低周波数領域の低周波成分を除去する低周波成分除去フィルタ１３０（ハイパスフィルタ１３０）を有している。これにより、制御指令値決定部１４０は、低周波成分除去フィルタ１３０を通過したフィルタ出力信号βに基づいて、ダンパ手段１５０が発生すべき減衰力に応じたダンパ制御指令値Ｆを算出している。

特開平１１−２６８６４７号公報

しかしながら、低周波成分除去フィルタ１３０では、一般に低周波数領域の低周波成分を除去する除去能力が高いほど、このフィルタを通過したフィルタ出力信号βの位相遅れが大きくなる。
従って、低周波数領域の低周波成分を大きく除去（減衰）する、即ち除去能力が高い低周波成分除去フィルタ１３０を用いた場合には、車両曲線通過時など低周波振動が生じたときに、低周波数領域の振動加速度αが的確に除去され、ダンパ手段１５０が発生させる減衰力の向きが的確に切り替わり、ダンパ手段１５０の制振効果を的確に得ることができる。しかし、フィルタ出力信号βの位相遅れが大きく、ダンパ手段１５０が減衰力を発生させるタイミングのずれが大きくなって、車両直線走行時など低周波振動が生じていないときにダンパ手段１５０の制振効果が低下する。

一方、低周波数領域の低周波成分を小さく除去（減衰）する、即ち除去能力が低い低周波成分除去フィルタ１３０を用いた場合には、フィルタ出力信号βの位相遅れが小さく、ダンパ手段１５０が減衰力を発生させるタイミングのずれがほとんどなくて、低周波振動が生じていないときにダンパ手段１５０の制振効果が低下することを防止できる。しかし、低周波振動が生じたときに、低周波数領域の振動加速度αが的確に除去されず、ダンパ手段１５０が発生させる減衰力が一方向にのみ大きくなり、ダンパ手段の制振効果を的確に得られなくなる。

本発明は、上記した課題を解決すべく、低周波振動が生じていないときに位相遅れに起因してダンパ手段の制振効果が低下することを防止できるとともに、低周波振動が生じたときに低周波成分を的確に除去することによりダンパ手段の制振効果を的確に得ることができる鉄道車両制振装置を提供することを目的とする。

本発明に係る鉄道車両制振装置は、車体に対し枕木方向の振動加速度を検出可能な加速度検出手段と、前記車体と台車の間に介装され前記車体の枕木方向の振動を抑制可能なダンパ手段と、前記加速度検出手段により検出された振動加速度に基づいて前記ダンパ手段が発生すべき減衰力に応じたダンパ制御指令値を決定する制振制御手段とを備えたものであって、前記制振制御手段は、前記検出された振動加速度に基づく信号から低周波成分を除去する第１低周波成分除去フィルタと、この第１低周波成分除去フィルタより前記低周波成分を除去する除去能力が高い第２低周波成分除去フィルタとを並列させたフィルタ処理部と、前記第１低周波成分除去フィルタから得られる第１信号と前記第２低周波成分除去フィルタから得られる第２信号とに基づいて前記車体の振動状態を判別し、その判別に従い前記第１信号及び前記第２信号の何れかの信号を選択して前記ダンパ制御指令値を決定する制御指令値決定部とを有するものであることを特徴とする。
ここで、「低周波成分」とは、前記ダンパ手段が前記車体に作用する左右振動を抑制する周波数領域である制御周波数領域（例えば、約０．５Ｈｚから約１０Ｈｚの間）より低い周波数領域（例えば、約０．１Ｈｚから約０．２Ｈｚの間）の成分をいう。
また、「この第１低周波成分除去フィルタより前記低周波成分を除去する除去能力が高い第２低周波成分除去フィルタ」とは、前記低周波成分を除去する第１低周波成分除去フィルタ及び第２低周波成分除去フィルタのうち、前記第２低周波成分除去フィルタが前記第１低周波成分除去フィルタより前記低周波成分を大きく除去（減衰）できるフィルタであることを意味している。

また、本発明に係る鉄道車両制振装置において、前記第１低周波成分除去フィルタは、前記振動加速度に基づく信号と、前記振動加速度に基づく信号がローパスフィルタによりローパスフィルタ処理された信号との差をとるようにしたものであることが好ましい。

また、本発明に係る鉄道車両制振装置において、前記制御指令値決定部は、前記第１低周波成分除去フィルタを通過した第１フィルタ出力信号を用いて第１ダンパ制御指令値を算出するとともに、前記第２低周波成分除去フィルタを通過した第２フィルタ出力信号を用いて第２ダンパ制御指令値を算出する指令値算出部分と、前記第１ダンパ制御指令値と前記第２ダンパ制御指令値との差を算出して、その差が所定値より小さい場合には前記第１ダンパ制御指令値を選択し、その差が前記所定値以上である場合には前記第２ダンパ制御指令値を選択する信号選択部分とを有していても良い。

また、本発明に係る鉄道車両制振装置において、前記制御指令値決定部は、前記第１低周波成分除去フィルタを通過した第１フィルタ出力信号と、前記第２低周波成分除去フィルタを通過した第２フィルタ出力信号との差を算出して、その差が所定値より小さい場合には前記第１フィルタ出力信号を選択し、その差が前記所定値以上である場合には前記第２フィルタ出力信号を選択する信号選択部分と、前記選択された第１フィルタ出力信号又は前記選択された第２フィルタ出力を用いてダンパ制御指令値を算出する指令値算出部分とを有していても良い。

車両直線走行時など低周波振動が生じていないとき、制御指令値決定部は、第１低周波成分除去フィルタから得られる第１信号と第２低周波成分除去フィルタから得られる第２信号とに基づいて、低周波振動が生じていない状態と判別し、位相遅れが第２低周波成分除去フィルタより小さい第１低周波成分除去フィルタから得られる第１信号を選択してダンパ制御指令値を決定する。従って、ダンパ手段が減衰力を発生させるタイミングのずれを極めて小さくすることができ、低周波振動が生じていないときに位相遅れに起因してダンパ手段の制振効果が低下することを防止できる。
一方、車両曲線通過時など低周波振動が生じたとき、制御指令値決定部は、第１低周波成分除去フィルタから得られる第１信号と第２低周波成分除去フィルタから得られる第２信号とに基づいて、低周波振動が生じた状態と判別し、低周波成分を除去する除去能力が第１低周波成分除去フィルタより高い第２低周波成分除去フィルタから得られる第２信号を選択してダンパ制御指令値を決定する。従って、ダンパ手段が発生させる減衰力の向きを的確に切り替えることができ、低周波振動が生じたときに低周波成分を的確に除去することによりダンパ手段の制振効果を的確に得ることができる。

鉄道車両制振装置が適用された鉄道車両を概念的に示した全体構成図である。 図１に示した電子制御装置がダンパ制御指令値を決定する制御内容を説明するための機能ブロック図である。 図２に示した低周波成分除去フィルタの除去能力を説明するために減衰比と周波数との関係を示したグラフである。 図２に示した低周波成分除去フィルタの位相遅れを説明するために位相と周波数との関係を示したグラフである。 第２実施形態においてダンパ制御指令値を決定する制御内容を説明するための機能ブロック図である。 第３実施形態においてダンパ制御指令値を決定する制御内容を説明するための機能ブロック図である。 制御周波数領域の左右振動が生じた場合に検出された振動加速度と時間との関係を示した図である。 制御周波数領域の左右振動に加えて低周波振動が生じた場合に検出された振動加速度と時間との関係を示した図である。 従来の鉄道車両制振装置がダンパ制御指令値を決定する制御内容を説明するための機能ブロック図である。

次に、本発明に係る鉄道車両制振装置の実施形態について、図面を参照しながら以下に説明する。図１は、鉄道車両制振装置４０が適用された鉄道車両１を概念的に示した正面図である。この鉄道車両１においては、前後方向に二台設けられた台車１０に空気バネ２０を介して車体３０が搭載されていて、車体３０に作用する振動を積極的に減衰させる鉄道車両制振装置４０が設けられている。鉄道車両制振装置４０は、加速度検出手段としての加速度センサ４１と、ダンパ手段としてのダンパ装置４２と、制振制御手段としての電子制御装置４３とを備えている。

加速度センサ４１は、車体３０に対し枕木方向（鉄道車両１の進行方向及び上下方向に直交する方向）の振動加速度αを検出するものであり、検出した振動加速度αを電子制御装置４３に出力する。ダンパ装置４２は、車体３０に作用する左右振動に応じて、車体３０の枕木方向の振動を抑制するための減衰力を発生するものである。このダンパ装置４２は、車体３０と台車１０との間に介装されていて、電子制御装置４３に接続されている。そして、ダンパ装置４２は、電子制御装置４３から入力されるダンパ制御指令値Ｆにより、図示しない電磁弁の開き量が調節されて、発生する減衰力を調整できるように構成されている。

ここで、鉄道車両の走行時においては、例えば横風、加減速、車両通過等により、車体３０に約０．５Ｈｚから約１０Ｈｚまでの間の周波数領域Ｈ１（図３参照）（以下、「制御周波数領域Ｈ１」と呼ぶ）の左右振動が生じる。なお、車体３０に作用する約０．５Ｈｚから約２Ｈｚまでの周波数領域の左右振動とは、乗客が「ゆらゆら」と感じる程度の振動であり、車体３０に作用する約５Ｈｚから約１０Ｈｚまでの周波数領域の左右振動とは、乗客が「がたがた」と感じる程度の振動である。このような左右振動が生じると、加速度センサ４１は、加速度の大きさが小さく且つ加速度の向きが交互に切り替わる振動加速度αを検出し（図７参照）、電子制御装置４３は、この制御周波数領域Ｈ１の振動加速度αに基づいてダンパ装置４２を制御して、左右振動を抑制する。即ち、制御周波数領域Ｈ１とは、ダンパ装置４２が左右振動を抑制する周波数領域のことである。

具体的に、電子制御装置４３は、加速度センサ４１により検出された振動加速度αに基づいて、ダンパ制御指令値Ｆを決定する。ここで、ダンパ制御指令値Ｆとは、車体３０に作用する左右振動に応じてダンパ装置４２が的確に減衰力を発生するように、電子制御装置４３が適宜決定する値である。従って、電子制御装置４３は、車体３０が右方向に振動するとき、ダンパ装置４２が車体３０の右向きの振動を抑制する左向きの減衰力を発生するように、ダンパ制御指令値Ｆを決定し、車体３０が左方向に振動するとき、ダンパ装置４２が車体３０の左向きの振動を抑制する右向きの減衰力を発生するように、ダンパ制御指令値Ｆを決定する。

ところで、鉄道車両１の走行時、車体３０には、上述したような制御周波数領域Ｈ１の左右振動に加えて、制御周波数領域Ｈ１より低い約０．１Ｈｚから約０．２Ｈｚまでの低周波数領域Ｈ２の低周波振動が生じる場合がある。この低周波振動は、鉄道車両１が定常加速度で曲線通過するとき車体３０に作用する遠心力に基づいて生じるものであり、又は、レールが直線方向に対して僅かに歪んでいることにより鉄道車両１が直線通過するときの長波長軌道狂いに基づいて生じるものである。この低周波振動が生じると、加速度センサ４１は、加速度の大きさが大きく且つ加速度の向きが一方向である低周波数領域Ｈ２の振動加速度αを検出する（図８の（Ａ）参照）。そして、このような低周波数領域Ｈ２の振動加速度αに反応して電子制御装置４３がダンパ制御指令値Ｆを決定すると、ダンパ装置４２は一方向にのみ大きな減衰力を発生させることになり、減衰力の向きが的確に切り替わらなくて、制振効果を的確に得られなくなる。

そこで、電子制御装置４３は、検出された振動加速度αに対して低周波数領域Ｈ２の低周波成分を除去するフィルタ処理部５０と、このフィルタ処理部５０から出力される信号に基づいてダンパ制御指令値Ｆを決定する指令値決定部６０とを有している。この電子制御装置４３がダンパ制御指令値Ｆを決定する制御内容について、図２の機能ブロック図を用いて説明する。フィルタ処理部５０では、低周波数領域Ｈ２の低周波成分を除去する除去能力が低い第１低周波成分除去フィルタとしての第１フィルタ５１と、この第１フィルタ５１より除去能力が高い第２低周波成分除去フィルタとしての第２フィルタ５２とが並列されている。言い換えると、フィルタ処理部５０では、約０．１Ｈｚから約０．２Ｈｚまでの低周波成分を小さく減衰させる第１フィルタ５１と、約０．１Ｈｚから約０．２Ｈｚまでの低周波成分を第１フィルタ５１より大きく減衰させる第２フィルタ５２とが並列されている。

具体的に、第１フィルタ５１は、検出された振動加速度αと、検出された振動加速度αがローパスフィルタ５１ａによりローパスフィルタ処理された振動加速度α１との差を、第１フィルタ出力信号β１とするものである。また、第２フィルタ５２は、検出された振動加速度αがハイパスフィルタ５２ａによりハイパスフィルタ処理された振動加速度α２を、第２フィルタ出力信号β２（α２＝β２）とするものである。

ところで、低周波成分除去フィルタでは、一般に低周波数領域Ｈ２の低周波成分を除去する除去能力が高いほど、フィルタを通過した信号の位相遅れが大きくなる関係がある。この関係を、図３及び図４を用いて説明する。図３は、低周波成分除去フィルタを通過する信号の周波数と、減衰比との関係を示したグラフである。なお、減衰比は、このフィルタを通過する前の信号の大きさに対するこのフィルタを通過した後の信号の大きさの比であり、減衰比が小さいほど低周波成分除去フィルタの除去能力が高いことを意味している。

図４は、低周波成分除去フィルタを通過する信号の周波数と、位相遅れとの関係を示したグラフである。なお、位相遅れは、このフィルタを通過する前の信号の位相とこのフィルタを通過した後の信号の位相との差である。図３及び図４では、振動加速度αが第１フィルタ５１を通過した場合の結果が実線で示されていて、振動加速度αが第２フィルタ５２を通過した場合の結果が破線で示されている。

先ず、図３では、特に約０．１Ｈｚから約０．２Ｈｚまでの低周波数領域Ｈ２において、実線と破線とを比較する。これは、上述したように、低周波数領域Ｈ２の振動加速度α（図８の（Ａ）参照）に反応して電子制御装置４３がダンパ制御指令値Ｆを決定すると、ダンパ装置４２は一方向にのみ大きな減衰力を発生させることになるためである。従って、図３において、低周波領域Ｈ２の振動加速度αが、第１、第２フィルタ５１，５２により、どのくらい減衰（除去）されるのかを確認する。

図３では、実線で示した第１フィルタ５１において、０．１Ｈｚのとき減衰比が約０．７であり、０．２Ｈｚのとき減衰比が約１．２である。一方、破線で示した第２フィルタ５２において、０．１Ｈｚのとき減衰比が約０．０５であり、０．２Ｈｚのとき減衰比が約０．２である。即ち、図３では、第２フィルタ５２が第１フィルタ５１より低周波数領域Ｈ２の低周波成分を大きく減衰（除去）することが示されている。従って、第２フィルタ５２は、第１フィルタ５１に比して、低周波数領域Ｈ２の振動加速度αを的確に除去できるため、低周波数領域Ｈ２の振動加速度αが検出されたときには、第２フィルタ５２を用いることが好ましい。

次に、図４では、特に約０．５Ｈｚから約１０Ｈｚまでの制御周波数領域Ｈ１において、実線と破線を比較する。これは、上述したように、ダンパ装置４２が制御周波数領域Ｈ１の左右振動を抑制しようとするものの、フィルタを通過した後の振動加速度αの位相遅れが大きい場合、制振効果が低下するためである。即ち、位相遅れが大きい振動加速度αに基づいて電子制御装置４３がダンパ制御指令値Ｆを決定すると、ダンパ装置４２が減衰力を発生させるタイミングのずれが大きくなって、制振効果が低下するためである。従って、図４において、制御周波数領域Ｈ１の振動加速度αに対して、第１、第２フィルタ５１，５２が、どのくらい位相遅れを生じさせるかを確認する。

図４では、実線で示した第１フィルタ５１において、０．５Ｈｚ〜１０Ｈｚのとき位相が０ｄｅｇである。一方、破線で示した第２フィルタ５２において、０．５Ｈｚ〜１０Ｈｚのとき位相が７０ｄｅｇ〜０ｄｅｇである。即ち、図４では、第１フィルタ５１が第２フィルタ５２より制御周波数領域Ｈ１の位相遅れを極めて小さくすることが示されている。従って、第１フィルタ５１は、第２フィルタ５２に比して、位相遅れを極めて小さくすることができるため、低周波数領域Ｈ２の振動加速度αが検出されないときには、第１フィルタ５１を用いることが好ましい。

ここで、第１フィルタ５１が、検出された振動加速度αと、検出された振動加速度αがローパスフィルタ５１ａによりローパスフィルタ処理された振動加速度α１との差を、第１フィルタ出力信号β１とするように構成（図２参照）されている理由を説明する。仮に第１フィルタ５１に換えて、制御周波数領域Ｈ１において第１フィルタ５１と同様の位相遅れとなるハイパスフィルタ（以下、「仮ハイパスフィルタ」と呼ぶ）を用いた場合、図３及び図４に仮ハイパスフィルタの結果を一点鎖線で示す。仮ハイパスフィルタは、簡単な構成であるものの、除去能力が極めて低いものとなる。言い換えると、仮ハイパスフィルタの位相遅れと第１フィルタ５１の位相遅れとが同様になるように、仮ハイパスフィルタを構成すると、仮ハイパスフィルタの除去能力は、第１フィルタ５１に比して極めて低いものとなる。従って、上述したように構成された第１フィルタ５１は、仮ハイパスフィルタに比して、除去能力が高く且つ位相遅れの小さい低周波成分除去フィルタといえる。

次に、指令値決定部６０について説明する。この指令値決定部６０は、入力される各信号を用いて、各信号にそれぞれ対応するダンパ制御指令値Ｆを算出する指令値算出部分６１と、入力される各信号のうち一の信号を選択する信号選択部分６２とを有している。指令値算出部分６１は、入力される第１フィルタ出力信号β１を用いてダンパ制御指令値Ｆに対応する第１ダンパ制御指令値Ｆ１（第１信号）を算出するとともに、入力される第２フィルタ出力信号β２を用いてダンパ制御指令値Ｆに対応する第２ダンパ制御指令値Ｆ２（第２信号）を算出するように構成されている。なお、指令値算出部分６１では、Ｈ∞制御理論により設計されたＨ∞制御器と可変ゲインとを用いて、振動加速度αに応じて可変ゲインを変化させるゲインスケジュール制御が適用されている。

ここで、第１ダンパ制御指令値Ｆ１の大きさと第２ダンパ制御指令値Ｆ２の大きさについて説明する。低周波振動が生じていないとき、即ち検出された振動加速度αに低周波数領域Ｈ２の低周波成分が含まれないときには、第１フィルタ出力信号β１と第２フィルタ出力信号β２は同様の信号となる。このとき、指令値算出部分６１は同様の信号に基づいて第１，第２ダンパ制御指令値Ｆ１、Ｆ２を算出するため、第１ダンパ制御指令値Ｆ１と第２ダンパ制御指令値Ｆ２は同程度の大きさになる。一方、低周波振動が生じたとき、即ち検出された振動加速度αに低周波数領域Ｈ２の低周波成分が含まれるときには、第２フィルタ５２は第１フィルタ５１より低周波成分を的確に除去するため、第１フィルタ出力信号β１が第２フィルタ出力信号β２より大きくなる。このとき、指令値算出部分６１は上述した信号に基づいて第１，第２ダンパ制御指令値Ｆ１、Ｆ２を算出するため、第１ダンパ制御指令値Ｆ１が第２ダンパ制御指令値Ｆ２より大きくなる。

信号選択部分６２は、第１ダンパ制御指令値Ｆ１と第２ダンパ制御指令値Ｆ２との差を算出して、その差の絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａより小さい場合には、第１ダンパ制御指令値Ｆ１を選択するように構成されている。これにより、低周波振動が生じていないときには絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａより小さくなるため、第１フィルタ５１から得られる第１ダンパ制御指令値Ｆ１が選択されるようになる。そして、第１ダンパ制御指令値Ｆ１が選択された場合、第１ダンパ制御指令値Ｆ１がダンパ制御指令値Ｆとして決定される。

また、信号選択部分６２は、上記した絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａ以上である場合には、第２ダンパ制御指令値Ｆ２を選択するように構成されている。これにより、低周波振動が生じたときに絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａ以上になるため、第２フィルタ５２から得られる第２ダンパ制御指令値Ｆ２が選択されるようになる。そして、第２ダンパ制御指令値Ｆ２が選択された場合、第２ダンパ制御指令値Ｆ２がダンパ制御指令値Ｆとして決定される。

ここで、上記した所定値Ｆａは、車体３０の振動状態を判別するための値である。即ち、信号選択部分６２は、所定値Ｆａを基準として、絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａより小さい場合には、車体３０に低周波振動が生じていない状態と判別して、第１ダンパ制御指令値Ｆ１を選択することになる。また、信号選択部分６２は、絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａ以上である場合には、車体３０に低周波振動が生じた状態と判別して、第２ダンパ制御指令値Ｆ２を選択することになる。この所定値Ｆａは、車両走行試験等により予め設定されるものであって、例えば４ｋＮに設定されている。

上述したように構成された鉄道車両制振装置４０の作用効果について説明する。
車両直線走行時など低周波振動が生じていないとき、加速度センサ４１は約０．５Ｈｚから約１０Ｈｚまでの制御周波数領域Ｈ１の振動加速度αを検出し、この振動加速度αは、位相遅れが極めて小さい第１フィルタ５１及び位相遅れが大きい第２フィルタ５２を通過する。そして、指令値算出部分６１は、位相遅れが極めて小さな第１フィルタ出力信号β１を用いて第１ダンパ制御指令値Ｆ１を算出するとともに、位相遅れが大きな第２フィルタ出力信号β２を用いて第２ダンパ制御指令値Ｆ２を算出する。このとき、第１ダンパ制御指令値Ｆ１と第２ダンパ制御指令値Ｆ２は、同程度の大きさであり、これら各指令値Ｆ１，Ｆ２が信号選択部分６２に入力される。

このため、車両直線走行時など低周波振動が生じていないとき、絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａより小さくて、信号選択部分６２は第１ダンパ制御指令値Ｆ１をダンパ制御指令値Ｆとして決定する。そして、このダンパ制御指令値Ｆは、位相遅れが極めて小さな第１フィルタ出力信号β１に基づく値であるため、ダンパ装置４２が減衰力を発生させるタイミングのずれを極めて小さくできる。従って、低周波振動が生じていないときに位相遅れに起因してダンパ装置４２の制振効果が低下することを防止できる。

一方、車両曲線通過時など低周波振動が生じたとき、加速度センサ４１は制御周波数領域Ｈ１の振動加速度αに加えて約０．１Ｈｚから約０．２Ｈｚまでの低周波数領域Ｈ２の振動加速度α（低周波成分）を検出し、この振動加速度αは、低周波成分を小さく減衰させる（的確に除去できない）第１フィルタ５１及び低周波成分を大きく減衰させる（的確に除去できる）第２フィルタ５２を通過する。そして、指令値算出部分６１は、低周波成分が的確に除去されていない第１フィルタ出力信号β１を用いて第１ダンパ制御指令値Ｆ１を算出するとともに、低周波成分が的確に除去されている第２フィルタ出力信号β２を用いて第２ダンパ制御指令値Ｆ２を算出する。このとき、第１ダンパ制御指令値Ｆ１は第２ダンパ制御指令値Ｆ２に比して十分大きくて、これら各指令値Ｆ１，Ｆ２が信号選択部分６２に入力される。

このため、車両曲線走行時など低周波振動が生じたとき、絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａ以上になり、信号選択部分６２は第２ダンパ制御指令値Ｆ２をダンパ制御指令値Ｆとして決定する。そして、このダンパ制御指令値Ｆは、低周波成分が的確に除去されている第２フィルタ出力信号β２に基づく値であるため、ダンパ装置４２が発生させる減衰力の向きを的確に切り替えることができる。従って、低周波振動が生じたときに低周波成分を的確に除去することによりダンパ装置４２の制振効果を的確に得ることができる。

なお、低周波振動が車両曲線通過時に車体３０に作用する遠心力に基づいて生じる場合、この低周波振動は、ダンパ装置４２により抑制されるわけではなく、例えば、車体３０の傾斜角を制御する車体傾斜制御等により抑制される。従って、制御周波数領域Ｈ１の左右振動に加えて、遠心力に基づいて低周波振動が生じた場合、制御周波数領域Ｈ１の左右振動はダンパ装置４２により抑制され、遠心力に基づく低周波振動は車体傾斜制御等で抑制される。

次に、第２実施形態について説明する。図５は、第２実施形態においてダンパ制御指令値Ｆを決定する制御内容を説明するための機能ブロック図である。この第２実施形態の指令値決定部７０においては、第１実施形態の指令値決定部６０に対して、信号選択部分と指令値算出部分とが入れ替わっている。

信号選択部分７１は、第１フィルタ５１を通過した第１フィルタ出力信号β１と、第２フィルタ５２を通過した第２フィルタ出力信号β２との差の絶対値｜β１−β２｜を算出して、その差の絶対値｜β１−β２｜が所定値βａより小さい場合には第１フィルタ出力信号β１を選択し、その差の絶対値｜β１−β２｜が所定値βａ以上である場合には第２フィルタ出力信号β２を選択するように構成されている。選択された第１フィルタ出力信号β１又は選択された第２フィルタ出力信号β２がフィルタ出力信号βとして、指令値算出部分７２に入力される。

指令値算出部分７２は、フィルタ出力信号βを用いてダンパ制御指令値Ｆを算出するように構成されている。その他の構成は、上記した第１実施形態の構成と同様であるため、その説明を省略する。上記した第２実施形態の効果は、第１実施形態の効果と同様に、低周波振動が生じていないときに位相遅れに起因してダンパ装置４２の制振効果が低下することを防止できるとともに、低周波振動が生じたときに低周波成分を的確に除去することによりダンパ装置４２の制振効果を的確に得ることができる。

次に、第３実施形態について説明する。図６は、第３実施形態においてダンパ制御指令値Ｆを決定する制御内容を説明するための機能ブロック図である。この第３実施形態のフィルタ処理部８０においては、第１実施形態のフィルタ処理部５０に対して、第３低周波成分除去フィルタとしての第３フィルタ５３が追加されている。

第３フィルタ５３は、第１フィルタ５１より低周波数領域Ｈ２の低周波成分を除去する除去能力が高く、第２フィルタ５２より除去能力が低い低周波成分除去フィルタである。第３フィルタ５３から出力された第３フィルタ出力信号β３は、指令値決定部９０の指令値算出部分９１に入力され、指令値算出部分９１は第３フィルタ出力信号β３を用いて第３ダンパ制御指令値Ｆ３を算出する。

ここで、第３ダンパ制御指令値Ｆ３の大きさについて説明する。低周波振動が生じていないとき、振動加速度αに一方向にのみ大きな低周波数領域Ｈ２の低周波成分が含まれないため、第１ダンパ制御指令値Ｆ１、第２ダンパ制御指令値Ｆ２、第３ダンパ制御指令値Ｆ３はそれぞれ同程度の大きさとなる。しかし、低周波振動が生じたとき、第３フィルタ５３の除去能力が、第１フィルタ５１の除去能力より高く且つ第２フィルタ５２の除去能力より低いため、第３ダンパ制御指令値Ｆ３は、第１ダンパ制御指令値Ｆ１より小さく且つ第２ダンパ制御指令値Ｆ２より大きくなる。

次に、信号選択部分９２について説明する。信号選択部分９２は、絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａより小さい場合には第１ダンパ制御指令値Ｆ１を選択するように構成されている。そして、この信号選択部分９２は、絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａ以上であり且つ絶対値｜Ｆ２−Ｆ３｜が所定値Ｆｂ以上である場合には第２ダンパ制御指令値Ｆ２を選択し、絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａ以上であり且つ絶対値｜Ｆ２−Ｆ３｜が所定値Ｆｂより小さい場合には第３ダンパ制御指令値Ｆ３を選択するように構成されている。なお、所定値Ｆｂは、低周波振動が生じたときに車体３０の振動状態を細かく判別するための値であり、例えば２ｋＮに設定されている。その他の構成は、上記した第１実施形態の構成と同様であるため、その説明を省略する。

上記のように構成された第３実施形態においては、低周波振動が生じていないとき、絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａより小さくなる。このとき、信号選択部分９２は、低周波振動が生じていない状態と判別して、第１ダンパ制御指令値Ｆ１をダンパ制御指令値Ｆとして決定する。一方、比較的大きな低周波振動が生じた場合、即ち検出された振動加速度αに低周波数領域Ｈ２の低周波成分が比較的多い場合には、絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａ以上になり且つ絶対値｜Ｆ２−Ｆ３｜が所定値Ｆｂ以上になる。このとき、信号選択部分９２は、比較的大きな低周波振動が生じた状態と判別して、第２ダンパ制御指令値Ｆ２をダンパ制御指令値Ｆとして決定する。

また、比較的小さな低周波振動が生じた場合、即ち検出された振動加速度αに低周波数領域Ｈ２の低周波成分が比較的少ない場合には、絶対値｜Ｆ１−Ｆ２｜が所定値Ｆａ以上になり且つ絶対値｜Ｆ２−Ｆ３｜が所定値Ｆｂより小さくなる。このとき、信号選択部分９２は、比較的小さな低周波振動が生じた場合と判別して、第３ダンパ制御指令値Ｆ３をダンパ制御指令値Ｆとして決定する。
従って、この第３実施形態においては、上記した第１実施形態に比して、車両の振動状態を細かく判別することができ、ダンパ装置の制振効果を的確に得ることができる。
また、上記した第３実施形態の効果は、第１実施形態の効果と同様、低周波振動が生じていないときに位相遅れに起因してダンパ装置４２の制振効果が低下することを防止できるとともに、低周波振動が生じたときに低周波成分を的確に除去することによりダンパ装置４２の制振効果を的確に得ることができる。

以上、本発明に係る鉄道車両制振装置について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、上記した第３実施形態においては、３つの低周波成分除去フィルタ５１，５２，５３を並列させたが、４つ以上の低周波成分除去フィルタを並列させても良い。

また、各実施形態において、低周波成分除去フィルタに対して、検出された振動加速度αを通過させたが、低周波成分除去フィルタを通過させる信号は振動加速度αに限定されることはなく、例えば、低周波成分除去フィルタに対して、検出された振動加速度αを積分した振動速度（検出された振動加速度に基づく信号）を通過させても良い。

また、各実施形態において、制御周波数領域Ｈ１を約０．５Ｈｚから約１０Ｈｚまでの周波数領域に設定し、低周波数領域Ｈ２を約０．１Ｈｚから約０．２Ｈｚまでの周波数領域に設定し、所定値Ｆａを４ｋＮに設定したが、制御周波数領域Ｈ１、低周波数領域Ｈ２及び所定値Ｆａは上記した値に限定されるものではなく、適宜変更可能である。

また、各実施形態において、鉄道車両制振装置４０は、アクチュエータ等による駆動エネルギー源を有していないセミアクティブサスペンションに適用されるものであっても良く、又は、アクチュエータ等による駆動エネルギー源を有しているフルアクティブサスペンションに適用されるものであっても良い。

１０ 台車
２０ 空気バネ
３０ 車体
４０ 鉄道車両制振装置
４１ 加速度センサ
４２ ダンパ装置
４３ 電子制御装置
５０，８０ フィルタ処理部
５１ 第１フィルタ
５２ 第２フィルタ
５３ 第３フィルタ
６０，７０，９０ 指令値決定部
６１，７２，９１ 指令値算出部分
６２，７１，９２ 信号選択部分

Claims (4)

1. 車体に対し枕木方向の振動加速度を検出可能な加速度検出手段と、
   前記車体と台車の間に介装され前記車体の枕木方向の振動を抑制可能なダンパ手段と、
   前記加速度検出手段により検出された振動加速度に基づいて前記ダンパ手段が発生すべき減衰力に応じたダンパ制御指令値を決定する制振制御手段とを備えた鉄道車両制振装置において、
   前記制振制御手段は、
   前記検出された振動加速度に基づく信号から低周波成分を除去する第１低周波成分除去フィルタと、この第１低周波成分除去フィルタより前記低周波成分を除去する除去能力が高い第２低周波成分除去フィルタとを並列させたフィルタ処理部と、
   前記第１低周波成分除去フィルタから得られる第１信号と前記第２低周波成分除去フィルタから得られる第２信号とに基づいて前記車体の振動状態を判別し、その判別に従い前記第１信号及び前記第２信号の何れかの信号を選択して前記ダンパ制御指令値を決定する制御指令値決定部とを有していることを特徴とする鉄道車両制振装置。
2. 請求項１に記載する鉄道車両制振装置において、
   前記第１低周波成分除去フィルタは、前記振動加速度に基づく信号と、前記振動加速度に基づく信号がローパスフィルタによりローパスフィルタ処理された信号との差をとるようにしたものであることを特徴とする鉄道車両制振装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載する鉄道車両制振装置において、
   前記制御指令値決定部は、
   前記第１低周波成分除去フィルタを通過した第１フィルタ出力信号を用いて第１ダンパ制御指令値を算出するとともに、前記第２低周波成分除去フィルタを通過した第２フィルタ出力信号を用いて第２ダンパ制御指令値を算出する指令値算出部分と、
   前記第１ダンパ制御指令値と前記第２ダンパ制御指令値との差を算出して、その差が所定値より小さい場合には前記第１ダンパ制御指令値を選択し、その差が前記所定値以上である場合には前記第２ダンパ制御指令値を選択する信号選択部分とを有していることを特徴とする鉄道車両制振装置。
4. 請求項１又は請求項２に記載する鉄道車両制振装置において、
   前記制御指令値決定部は、
   前記第１低周波成分除去フィルタを通過した第１フィルタ出力信号と、前記第２低周波成分除去フィルタを通過した第２フィルタ出力信号との差を算出して、その差が所定値より小さい場合には前記第１フィルタ出力信号を選択し、その差が前記所定値以上である場合には前記第２フィルタ出力信号を選択する信号選択部分と、
   前記選択された第１フィルタ出力信号又は前記選択された第２フィルタ出力を用いて前記ダンパ制御指令値を算出する指令値算出部分とを有していることを特徴とする鉄道車両制振装置。

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