JP5675212B2 - 鉄道車両の制振システム、鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、例えば駅ホームに進入する際の分岐器やレールの継目を鉄道車両が通過する際の乗り心地を向上させる技術に関する。

従来より、鉄道車両の車体の左右振動を減衰して乗心地を向上する技術として、鉄道車両にオイルダンパーを設置している。
しかし、上述のような技術では、オイルダンパーによって鉄道車両の台車の固有振動（１Ｈｚ近辺）を吸収することには効果を発揮するが、レールなどから伝わる高周波振動については車体に伝わりやすいという欠点があった。

そこで、高速走行時にオイルダンパーの減衰力の大きさおよび作用方向を任意に制御して、レールから伝わる高周波振動を絶縁するとともに、車体の左右振動を減衰する効果を向上させた制振システムが鉄道車両に設置されている。

さらに、鉄道車両上にて走行速度や走行地点などの各種情報が活用できるようになったため、高速走行時に走行速度や地形（トンネル、曲線など）に応じて減衰力の制御方法を変更する制振システムも開発されている。

特開２００４−１５５２３１号公報（第４頁、図１，４）

しかし、上述のような制振システムは部品寿命等を考慮して高速走行時に使用されることが多く、高速走行時にオイルダンパーの減衰力の制御を行ってレールから伝わる高周波振動を絶縁するが、例えば駅ホームに進入する際の分岐器やレールの継目を鉄道車両が低速で通過する際にはシステムが動作していないため、発生する高周波振動については絶縁することができず、乗り心地が低下するという問題があった。

なお、分岐器通過時における乗り心地の特徴として、分岐曲線進入時の左右動揺が急峻で大きいこと、分岐曲線中の左右定常加速度が小さく、作用時間も短いことが挙げられる。また、分岐器通過時にトングレールへ乗り移るときやガードレールを通過するときには、図４（ａ）に例示するような通常区間を走行する際に発生する、左右にほぼ均等に振動する左右動揺に比べて、瞬間的で大きな動揺が左右の何れか一方に偏って発生するとともに、その後ガードなどに当接することで更なる動揺が発生する（図４（ｂ）参照）。

本発明は、このような課題に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、例えば駅ホームに進入する際の分岐器やレールの継目を鉄道車両が通過する際の乗り心地を向上させる技術を提供することにある。

上記課題を解決するためになされた請求項１に係る鉄道車両の制振システムは、設置されたレールを走行するための車輪を回転可能に支持する台車に車体が載置された構成を有する鉄道車両に設置され、前記レールを走行中に前記車体へ伝わる各種振動を制振する鉄道車両の制振システムであって、前記鉄道車両が低速で通過する際に乗り心地に影響を及
ぼす振動が発生する前記レール上の地点である振動発生地点の位置を記憶する位置記憶部と、前記鉄道車両の現在位置を特定する現在位置特定部と、前記鉄道車両の走行速度を検出する走行速度検出部と、前記鉄道車両が停車する予定の駅の位置を取得する位置取得手段と、前記位置記憶部の記憶内容を参照して、前記現在位置特定部によって特定された前記鉄道車両の現在位置が前記振動発生地点に該当するか否かを判断する振動発生地点通過判断部と、前記走行速度検出部によって検出された前記鉄道車両の走行速度および前記位置取得手段によって取得された停車予定の駅の位置に基づき、前記鉄道車両が駅停車の為に低速走行中であるか否かを判断する駅停車判断部と、減衰力が可変であり、前記鉄道車両の前記車体の前部を制振可能な前部制振部と、減衰力が可変であり、前記鉄道車両の前記車体の後部を制振可能な後部制振部と、前記低速走行判断部によって前記鉄道車両が駅停車の為に低速走行中であると判断された場合において、前記振動発生地点通過判断部によって前記鉄道車両の現在位置が前記振動発生地点に該当すると判断されたときには、前記前部制振部および前記後部制振部を動作させる制振制御部と、を備え、前記制振制御部は、前記前部制振部と前記後部制振部とで異なる減衰力の制御を行うことを特徴とする。

なお、振動発生地点としては、レール上に設置された分岐器やレールの継目などが挙げられる(請求項２，３)。
このように構成された本発明の鉄道車両の制振システムによれば、振動発生地点を通過する際には車体の前部が大きく揺れ、後部はあまり揺れないという特性を加味し、車体の前部と後部とで異なる減衰力の制御を行うことにより、例えば駅ホームに進入する際の分岐器やレールの継目を鉄道車両が低速で通過する際の乗り心地を向上させることができる。さらに、分岐器を通過する走行速度を従来よりも高く設定して、鉄道車両が属する列車編成が後続列車をやり過ごすために駅に退避する退避時間を短縮して、トータルでの輸送力の増強を実現可能とする。

なお、前部制振部および後部制振部として、減衰力可変ダンパーを採用することが考えられる。減衰力可変ダンパーは、ピストンにオリフィスを設けるとともに、ピストンでシリンダ内を仕切られた各部屋をリリーフ回路で連結した構成を有し、前記ピストンの移動方向が前記車体の左右方向に沿う姿勢で配置され、一方端が前記台車側に取り付けられるとともに他方端が前記車体側に取り付けられ、前記リリーフ回路がリリーフ荷重を変化可能に構成されて減衰力が可変であることを特徴とする(請求項４)。

なお、本発明は、設置されたレールを走行するための車輪を回転可能に支持する台車と、前記台車に設置された車体と、を備える鉄道車両にも適用可能である。
具体的には、請求項５に記載の鉄道車両は、設置されたレールを走行するための車輪を回転可能に支持する台車と、前記台車に設置された車体と、を備える鉄道車両であって、さらに、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の鉄道車両の制振システムを備えることを特徴とする。

鉄道車両１の制振システム１０の概略構造および制御系統を示す説明図 制振制御処理を示すフローチャート 鉄道車両が分岐器区間を走行する際に発生する左右振動加速度を測定した結果を示す説明図（１） （ａ）鉄道車両が通常区間を走行する際に発生する左右振動加速度を測定した結果を示す説明図、（ｂ）鉄道車両が分岐器区間を走行する際に発生する左右振動加速度を測定した結果を示す説明図（２）

以下に本発明の実施形態を図面とともに説明する。
［１．鉄道車両１の構成の説明］
図１（ａ）に示すように、鉄道車両１は、輪軸２で連結された一対の車輪３，３を複数組回転可能に支持する台車４と、台車４上に搭載された車体５と、制振システム１０と、を備える。なお、図１では、輪軸２で連結された一対の車輪３，３を一組のみ図示する。

［１．１．制振システム１０の構成の説明］
制振システム１０は、減衰力可変ダンパー１１と、コンピュータ１２と、を備える。
減衰力可変ダンパー１１は、ピストンにオリフィスを設けるとともに、ピストンでシリンダ内を仕切られた各部屋をリリーフ回路で連結した構成を有する。そして、本実施形態では、二つの減衰力可変ダンパー１１が一組となって、ピストンの移動方向が車体５の左右方向に沿う姿勢で左右対称に配置され、一方端が台車４側に取り付けられるとともに他方端が車体５側に取り付けられ、リリーフ回路がリリーフ荷重を変化可能に構成されて減衰力が可変である。なお、図１では、一組の減衰力可変ダンパー１１のみを図示する。また、減衰力可変ダンパー１１の具体的な構成については公知技術に従うのでその詳細な説明は省略する。また、減衰力可変ダンパー１１の構成は一例であり、他の構成を有する減衰力可変ダンパーを本実施形態に適用することが可能である。

なお、減衰力可変ダンパー１１は前部制振部および後部制振部に該当する。
コンピュータ１２は、図示しない周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力回路であるＩ／Ｏおよびこれらの構成を接続するバスライン、入力操作からの信号の処理を行なう信号処理回路、表示部を制御するための信号出力回路等を備えている。ＣＰＵは、ＲＯＭおよびＲＡＭに記憶された制御プログラムおよびデータにより制御を行なう。ＲＯＭは、プログラム格納領域とデータ記憶領域とを有している。プログラム格納領域には制御プログラムが格納され、データ記憶領域には制御プログラムの動作に必要なデータが格納されている。また、制御プログラムは、ＲＡＭ上にてワークメモリを作業領域とする形で動作する。また、ＲＡＭには、振動発生地点として、分岐器の位置を示す情報、およびレールの継目の位置を示す情報が格納されている。

また、コンピュータ１２には、鉄道車両の現在位置を示す情報（地点情報）、鉄道車両の走行速度を示す情報（速度情報）、および経路情報が入力され、ＣＰＵが、入力された情報に基づき、鉄道車両の現在位置を特定するとともに鉄道車両の走行速度を検出する(図１（ｃ）参照)。

なお、ＲＡＭが、位置記憶部に該当する。また、ＣＰＵが、現在位置特定部、走行速度検出部、振動発生地点通過判断部、低速走行判断部および制振制御部に該当する。
［２．制振制御処理の説明］
次に、制振システム１０のコンピュータ１２が実行する制振制御処理について図２のフローチャートを参照して説明する。

本処理は制振システム１０の電源状態がオンである場合に繰り返し実行される。
まず、鉄道車両の走行速度に基づき、鉄道車両が低速走行中であるか否かを判断する（Ｓ１１０）。

鉄道車両１が低速走行中ではないと判断された場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、車体５の前部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１をオンに制御するとともに車体５の後部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１をオンに制御する（Ｓ１６０）。これは、高速走行時に発生する高周波振動を絶縁する必要があるからである。そして、本処理を終了する。

一方、鉄道車両１が低速走行中であると判断された場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、駅に停車するか否かを判断する（Ｓ１２０）。具体的には、鉄道車両１が次に停車する予定の駅の位置を通信によって外部から取得し、その取得した駅が鉄道車両１が走行する方向に存在する直近の駅である場合に駅に停車すると判断し、直近の駅ではない場合に駅に停車しないと判断する。なお、次に停車する予定の駅の位置を内蔵する記憶手段に予め記憶させておいて読み出すようにしてもよい。

駅に停車しないと判断された場合には（Ｓ１２０：ＮＯ）、車体５の前部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１をオフに制御するとともに車体５の後部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１をオフに制御する（Ｓ１５０）。そして、本処理を終了する。

一方、駅に停車すると判断された場合には（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、鉄道車両１が駅停車の為に低速走行中であると判断され（Ｓ１１０：ＹＥＳ、Ｓ１２０：ＹＥＳ）、さらに、鉄道車両の現在位置が振動発生地点としての分岐器またはレールの継目に該当するか否かを判断する（Ｓ１３０）。

鉄道車両１の現在位置が振動発生地点には該当しないと判断された場合には（Ｓ１３０：ＮＯ）、車体５の前部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１をオフに制御するとともに車体５の後部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１をオフに制御する（Ｓ１５０）。そして、本処理を終了する。

一方、鉄道車両１の現在位置が振動発生地点に該当すると判断された場合には（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、車体５の前部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１をオンに制御（図１（ａ）参照）するとともに、車体５の後部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１をオンに制御（図１（ｂ）参照）する（Ｓ１４０）。これは、鉄道車両が低速走行中であると判断された場合に、上述の振動発生地点を通過する際には、乗り心地に影響を与えるような振動が発生するため、前記振動を絶縁する必要があるからである。そして、振動発生地点を通過する際には車体５の前部が大きく揺れ、後部はあまり揺れないという特性を加味し、上述のように車体５の前部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１と車体５の後部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１とで異なる減衰力の制御を行うのである。そして、本処理を終了する。

［３．実施形態の効果］
このように本実施形態の鉄道車両１の制振システム１０によれば、振動発生地点を低速で通過する際には車体５の前部が大きく揺れ、後部はあまり揺れないという特性を加味し、車体５の前部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１をオンに制御するとともに、車体５の後部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１をオンに制御し、車体５の前部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１と車体５の後部に取り付けられた減衰力可変ダンパー１１とで異なる減衰力の制御を行うことにより、例えば駅ホームに進入する際の分岐器やレールの継目を鉄道車両１が低速で通過する際の乗り心地を向上させることができる。

図３に例示するように、制振システム１０を適用した場合には、分岐器通過時にトングレールへ乗り移るときやガードレールを通過するときの動揺が、制振システム１０を適用しない場合に瞬間的で大きな動揺が発生するのに比べて小さくなるとともに、その後はゆったりとした動揺となっていることがわかる。

さらに、分岐器を通過する走行速度を従来よりも高く設定して、鉄道車両１が属する列車編成が後続列車をやり過ごすために駅に退避する退避時間を短縮して、トータルでの輸送力の増強を実現可能とする。

［４．他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のような様々な態様にて実施することが可能である。

（１）本発明は、新幹線や在来線、超電導磁気浮上式鉄道車両などの種々の鉄道車両に適用可能である。

１…鉄道車両、２…輪軸、３…車輪、４…台車、５…車体、１０…制振システム、１１…減衰力可変ダンパー、１２…コンピュータ

Claims (5)

1. 設置されたレールを走行するための車輪を回転可能に支持する台車に車体が載置された構成を有する鉄道車両に設置され、前記レールを走行中に前記車体へ伝わる各種振動を制振する鉄道車両の制振システムであって、
   前記鉄道車両が低速で通過する際に乗り心地に影響を及ぼす振動が発生する前記レール上の地点である振動発生地点の位置を記憶する位置記憶部と、
   前記鉄道車両の現在位置を特定する現在位置特定部と、
   前記鉄道車両の走行速度を検出する走行速度検出部と、
   前記鉄道車両が停車する予定の駅の位置を取得する位置取得手段と、
   前記位置記憶部の記憶内容を参照して、前記現在位置特定部によって特定された前記鉄道車両の現在位置が前記振動発生地点に該当するか否かを判断する振動発生地点通過判断部と、
   前記走行速度検出部によって検出された前記鉄道車両の走行速度および前記位置取得手段によって取得された停車予定の駅の位置に基づき、前記鉄道車両が駅停車の為に低速走行中であるか否かを判断する駅停車判断部と、
   減衰力が可変であり、前記鉄道車両の前記車体の前部を制振可能な前部制振部と、
   減衰力が可変であり、前記鉄道車両の前記車体の後部を制振可能な後部制振部と、
   前記駅停車判断部によって前記鉄道車両が駅停車の為に低速走行中であると判断された場合において、前記振動発生地点通過判断部によって前記鉄道車両の現在位置が前記振動発生地点に該当すると判断されたときには、前記前部制振部および前記後部制振部を動作させる制振制御部と、
   を備え、
   前記制振制御部は、前記前部制振部と前記後部制振部とで異なる減衰力の制御を行うこと
   を特徴とする鉄道車両の制振システム。
2. 請求項１に記載の鉄道車両の制振システムにおいて、
   前記位置記憶部には、前記振動発生地点として前記レール上に設置された分岐器の位置が記憶されていることを特徴とする鉄道車両の制振システム。
3. 請求項１または請求項２の何れか１項に記載の鉄道車両の制振システムにおいて、
   前記位置記憶部には、前記振動発生地点として前記レールの継目の位置が記憶されていることを特徴とする鉄道車両の制振システム。
4. 請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の鉄道車両の制振システムにおいて、
   前記鉄道車両には、前記前部制振部および前記後部制振部として、ピストンにオリフィスを設けるとともに、ピストンでシリンダ内を仕切られた各部屋をリリーフ回路で連結した構成を有し、前記ピストンの移動方向が前記車体の左右方向に沿う姿勢で配置され、一方端が前記台車側に取り付けられるとともに他方端が前記車体側に取り付けられ、前記リリーフ回路がリリーフ荷重を変化可能に構成されて減衰力が可変である減衰力可変ダンパーが取り付けられていることを特徴とする鉄道車両の制振システム。
5. 設置されたレールを走行するための車輪を回転可能に支持する台車と、
   前記台車に設置された車体と、
   を備える鉄道車両であって、
   さらに、請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の鉄道車両の制振システムを備えることを特徴とする鉄道車両。

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