JP6018675B2 - 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。

より詳しくは、この鉄道車両用制振装置は、鉄道車両の台車と車体の一方に連結されるシリンダと、当該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と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、ロッド側室へ作動油を供給するポンプと、ロッド側室を上記タンクへ接続する排出通路と、当該排出通路の途中に設けられ開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁とを備えており、上記したポンプ、第一開閉弁、第二開閉弁および可変リリーフ弁を駆動することで、伸縮双方へ推力を発揮することができ、この推力で車体の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２０１０−６５７９７号公報

ところで、鉄道車両が営業走行中の場合、鉄道車両用制振装置は、ポンプを一定回転数で駆動し、車体の振動状況に応じて第一開閉弁、第二開閉弁をおよび可変リリーフ弁を適宜駆動して車体振動を抑制する。そして、鉄道車両が営業走行を終えて、営業走行を再開するまで、鉄道車両は車庫に収容されるが、その間、鉄道車両用制振装置は駆動を停止している。

ここで、従来の鉄道車両用制振装置にあっては、油圧を利用して車体の振動を抑制する推力を得るが、上記したように営業走行が終了してから再開されるまでは鉄道車両用制振装置は駆動を停止しているため、鉄道車両用制振装置の起動直後は、アクチュエータ内の作動油の温度が低い状態となっている。このように作動油の温度が低いと、作動油の粘度が高く、ポンプの回転軸周りの摩擦も大きい状態となるため、ポンプの吐出流量が不安定となって、アクチュエータの推力が安定しない。

また、アクチュエータが発揮する推力をフィードバック制御しようとする場合、起動直後では推力が安定しないことから、推力の偏差が大きくなり、車体振動を悪化させてしまう可能性もある。

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、安定した推力を発揮して車体振動を効果的に抑制することが可能な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の一方に連結されるシリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、上記シリンダ内に挿入されて上記ピストンと上記台車と車体の他方に連結されるロッドと、上記シリンダ内に上記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、上記ロッド側室と上記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、上記ピストン側室と上記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、上記ロッド側室へ液体を供給するポンプとを有するアクチュエータを備え、車体の振動を抑制する鉄道車両用制振装置において、上記アクチュエータは、上記ロッド側室を上記タンクへ接続する排出通路と、上記排出通路の途中に設けられ開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁とを有し、起動後であって車体振動を抑制する通常制御モードへ移行する前に、上記第一開閉弁および上記第二開閉弁を開くとともに上記可変リリーフ弁の開弁圧を最小とし、上記ポンプを駆動して上記アクチュエータを暖気運転する。

本発明の鉄道車両用制振装置によれば、起動後であって車体の振動を抑制する通常制御モードへ移行する前にアクチュエータの暖気運転を実行するので、通常制御モード移行前にアクチュエータ内の作動油の温度が振動抑制に適する温度になり、アクチュエータの発生推力を安定させて車体振動を効果的に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を搭載した鉄道車両の断面図である。 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コントローラの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、台車Ｔと車体Ｂとの間に対として介装される二つのアクチュエータＡ１，Ａ２と、これら両方のアクチュエータＡ１，Ａ２を制御するコントローラＣとを備えて構成されている。アクチュエータＡ１，Ａ２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と台車Ｔとの間で対を成して並列に介装されている。

そして、これらのアクチュエータＡ１，Ａ２は、コントローラＣが通常制御モードを実行する場合、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いる。この実施の形態では、具体的には、コントローラＣは、通常制御モードにおいてスカイフック制御を行って、これらアクチュエータＡ１，Ａ２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。

本実施の形態の鉄道車両用制振装置１にあっては、コントローラＣは、通常制御モードでは、車体Ｂの車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の横方向速度を得て、アクチュエータＡ１，Ａ２で発生すべき推力である制御力指令値を求め、当該制御力指令値通りの推力をアクチュエータＡ１，Ａ２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。

つづいて、アクチュエータＡ１，Ａ２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Ａ１，Ａ２は、同じ構成であるので、説明の重複を避けるため、便宜上、アクチュエータＡ１についての構成についてのみ説明し、アクチュエータＡ２についての具体的な説明を省略することとする。

アクチュエータＡ１は、図２に示すように、鉄道車両の台車Ｔと車体Ｂの一方に連結されるシリンダ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と上記した台車Ｔと車体Ｂの他方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、この場合、上記ロッド側室５とピストン側室６には液体として作動油が充填されるとともに、タンク７には、作動油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、このアクチュエータＡ１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、アクチュエータＡ１を収縮駆動させることができるようになっている。

以下、アクチュエータＡ１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、上述のように作動油が充填されている。

また、このアクチュエータＡ１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、アクチュエータＡ１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、アクチュエータＡ１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、アクチュエータＡ１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、アクチュエータＡ１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、このアクチュエータＡ１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の圧力でアクチュエータＡ１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、このアクチュエータＡ１を鉄道車両における台車Ｔと車体Ｂ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に対抗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に対抗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、一方向のみに作動油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から作動油を吸込んでロッド側室５へ作動油を供給する。

上述のようにポンプ１２は、一方向のみに作動油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への作動油の逆流を阻止する逆止弁１７を設けてある。

このアクチュエータＡ１にあっては、ポンプ１２から所定の吐出流量をロッド側室５へ供給するようにして、伸長作動させる際には第二開閉弁１１を開きつつ第一開閉弁９を開閉させることによってロッド側室５内の圧力を調節し、逆に収縮作動させる際には第一開閉弁９を開きつつ第二開閉弁１１を開閉させることによってロッド側室５内の圧力を調節することで、上記した制御力指令値が指示する通りの推力を得ることができる。なお、第一開閉弁９および第二開閉弁１１は、開弁圧を調節可能であって開閉機能を備えた可変リリーフ弁とされてもよい。この場合には、第一開閉弁９或いは第二開閉弁１１を伸縮作動時に開閉作動させるのではなく、開弁圧を調節することでアクチュエータＡ１の推力を調節することも可能である。

また、ポンプ１２の吐出流量を調節することによっても同様に、制御力指令値が指示する通りの推力を得ることができる。この場合、ロッド側室５の圧力を検出するための圧力センサを設けるか、モータ１５或いはポンプ１２の回転軸に作用するトルクを検出するセンサを設けるか、或いは、ロッド４に作用する荷重を得るロードセンサや歪を検出する歪センサを設けておけば、アクチュエータＡ１が出力する推力を計測することができる。

上記のように、アクチュエータＡ１の推力調節が可能ではあるが、より簡単に推力調節が可能なように、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１にあっては、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１と、この排出通路２１の途中に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁２２とを設けている。

可変リリーフ弁２２は、この実施の形態では、比例電磁リリーフ弁とされており、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に対抗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（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。

したがって、排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けることで、アクチュエータＡ１を伸縮作動させる際に、ロッド側室５内の圧力は可変リリーフ弁２２の開弁圧に調節され、ロッド側室５の圧力は可変リリーフ弁２２の開弁圧を調節することで容易に調節することができる。このように排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けることで、アクチュエータＡ１の推力を調節するために必要なセンサ類が不要となり、第一開閉弁９と第二開閉弁１１の高速で開閉させたり、第一開閉弁９および第二開閉弁１１を開閉機能付きの可変リリーフ弁としたり、ポンプ１２の吐出流量の調節のために高度にモータ１５を制御したりする必要もなくなるので、鉄道車両用制振装置１が安価となり、ハードウェア的にもソフトウェア的にも堅牢なシステムを構築することができる。

なお、可変リリーフ弁２２は、与える電流量で開弁圧を比例的に変化させることができる比例電磁リリーフ弁を用いることで開弁圧の制御が簡単となるが、開弁圧を調節できるリリーフ弁であれば比例電磁リリーフ弁に限定されるものではない。

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、アクチュエータＡ１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、アクチュエータＡ１のシステム全体を保護するようになっている。このように、排出通路２１と可変リリーフ弁２２を設けることでシステムの保護も可能となる。

さらに、この実施の形態のアクチュエータＡ１は、ダンパ回路Ｄを備えており、このダンパ回路Ｄは、第一開閉弁９および第二開閉弁１１が閉弁している場合に、アクチュエータＡ１をダンパとして機能させる。ダンパ回路Ｄは、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう作動油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へ向かう作動油の流れのみを許容する吸込通路１９を備えている。また、この実施の形態の場合には、アクチュエータＡ１が、排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを備えているので、可変リリーフ弁２２が減衰弁として機能するようになっている。

より詳細には、整流通路１８は、ピストン側室６とロッド側室５とを連通しており、途中に逆止弁１８ａが設けられ、この整流通路１８は、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう作動油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、吸込通路１９は、タンク７とピストン側室６とを連通しており、途中に逆止弁１９ａが設けられ、この吸込通路１９は、タンク７からピストン側室６へ向かう作動油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。

このように構成されたダンパ回路Ｄは、アクチュエータＡ１における第一開閉弁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せる。そして、整流通路１８、吸込通路１９および排出通路２１は、一方通行の通路に設定されているので、アクチュエータＡ１が外力によって伸縮させられると、必ずシリンダ２から作動油が排出されて排出通路２１を介してタンク７へ戻され、シリンダ２で足りなくなる作動油は吸込通路１９を介してタンク７からシリンダ２内へ供給される。この作動油の流れに対して上記可変リリーフ弁２２が抵抗となってシリンダ２内の圧力を開弁圧に調節する圧力制御弁として機能するので、アクチュエータＡ１は、パッシブなユニフロー型のダンパとして機能することになる。なお、可変リリーフ弁２２と排出通路２１とを設けない場合には、別途、ロッド側室５とタンク７とを接続する通路と、この通路の途中に減衰弁とを設けてダンパ回路Ｄを構成するようにしてもよい。また、アクチュエータＡ１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、アクチュエータＡ１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、アクチュエータＡ１，Ａ２に所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、たとえば、コントローラＣは、各アクチュエータＡ１，Ａ２の第一開閉弁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、アクチュエータＡ１，Ａ２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内へ作動油を供給する。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から作動油が供給され、ピストン３が図２中左方へ押されアクチュエータＡ１，Ａ２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が開弁して作動油が排出通路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に与える電流量で決まる可変リリーフ弁２２の開弁圧にコントロールされる。そして、アクチュエータＡ１，Ａ２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可変リリーフ弁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、アクチュエータＡ１，Ａ２に所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、コントローラＣは、各アクチュエータＡ１，Ａ２の第一開閉弁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、アクチュエータＡ１，Ａ２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内へ作動油を供給する。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から作動油が供給されるので、ピストン３が図２中右方へ押されアクチュエータＡ１，Ａ２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の電流量を調節することで、アクチュエータＡ１は、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、本実施の形態では、排出通路２１と可変リリーフ弁２２を備えているため、モータ１５を所定の回転数で定速回転させて推力調節を行うことができ、ポンプ１２の回転数が変化させずに済むので、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Ａ１，Ａ２の制御応答性をも良好なものとなる。なお、可変リリーフ弁２２による圧力調節にモータ１５の回転数の変更を加味してアクチュエータＡ１，Ａ２の発生推力を調節することも可能である。

また、このアクチュエータＡ１，Ａ２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Ａ１，Ａ２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に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Ａ１，Ａ２におけるポンプ１２からの作動油供給および伸縮作動による作動油の流れは、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Ａ１，Ａ２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Ａ１，Ａ２の製造にあたって、面倒な油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、作動油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Ａ１，Ａ２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。

つづいて、コントローラＣは、図１から図３に示すように、車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の横加速度αを検出する加速度センサ４０と、横加速度α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４１と、バンドパスフィルタ４１で濾過した横加速度αを処理して、各アクチュエータＡ１，Ａ２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、可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ制御指令を出力する制御部４２とを備えて構成されていて、通常制御モードでは、以下に説明するように、各アクチュエータＡ１，Ａ２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４１で横加速度α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４２は、通常制御モードでは、加速度センサ４０で検知した横加速度αを積分して車体Ｂの横方向速度を求める。横方向速度は、たとえば、図１中左方向の速度を正の値として、反対の図１中右方向の速度を負の値として求める。なお、車体Ｂの横方向速度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４２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にスカイフックゲインを乗じてアクチュエータＡ１，Ａ２が発生すべき推力の大きさ、方向でなる制御力指令値を求める。

そして、コントローラＣにおける制御部４２は、制御力指令値を求めた後、制御力指令値通りに各アクチュエータＡ１，Ａ２に推力を発揮させるべく、これらアクチュエータＡ１，Ａ２へ制御指令を与える。具体的には、制御部４２は、制御力指令値から各アクチュエータＡ１，Ａ２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、可変リリーフ弁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、制御力指令値から制御指令を求める際、現在アクチュエータＡ１，Ａ２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、通常制御モードでは、コントローラＣは、所定のサンプリングタイム周期で横加速度をサンプリングし、上記した処理を実行して、制御力指令値を求めて各アクチュエータＡ１，Ａ２の推力を制御する処理を継続的に行う。

以上が通常制御モードでの鉄道車両用制振装置１の作動であるが、鉄道車両用制振装置１が停止状態にあって、電源が投入されて起動されると、通常制御モードへ移行する前に、所定時間の間、アクチュエータＡ１，Ａ２を暖気運転するようになっている。

また、この場合、二つのアクチュエータＡ１，Ａ２を備えており、一方のアクチュエータＡ１（Ａ２）を暖気運転する際には、他のアクチュエータＡ２（Ａ１）をダンパとして機能させるようにする。

具体的には、暖気運転は、各アクチュエータＡ１，Ａ２とも、第一開閉弁９、第二開閉弁１１を開弁させてから、モータ１５でポンプ１２を駆動し、さらに、可変リリーフ弁２２の開弁圧を最小にする。

そうすることで、ポンプ１２から吐出された作動油は、排出通路２１を介してタンク７へ戻され、第一開閉弁９と第二開閉弁１１の双方が開いているのでロッド側室５とピストン側室６がタンク７へ通じており、ロッド側室５とピストン側室６の圧力はタンク圧に維持されるので、暖気運転中は、アクチュエータＡ１，Ａ２は伸長側へも収縮側へも推力を発揮しない状態に維持される。したがって、暖気運転に伴って車体ＢがアクチュエータＡ１，Ａ２によって加振されることがないようになっている。なお、暖気運転に要する時間は、予め決めておけばよく、たとえば、鉄道車両が使用される地域における季節ごとの平均気温によって決めておくことができ、たとえば、冬季と夏季では暖気運転する所定時間を長くすることになる。この暖気運転は、所定時間の経過後に終了し、暖気運転終了後、鉄道車両要請制振装置１は、通常制御モードへ移行する。この暖気運転を行うことにより、アクチュエータＡ１，Ａ２内の作動油の温度が上昇し、通常制御モードへ移行後においてアクチュエータＡ１，Ａ２に狙い通りの推力を発生させることができる。また、作動油の温度が、アクチュエータＡ１，Ａ２が設定どおりの推力の発揮が可能となれば、暖気運転を終了して通常制御モードへ移行すればよいので、作動油の温度を監視しておき、作動油の温度が暖気運転を終了してもよい温度になったことをもって暖気運転を終了するようにしてもよく、したがってたとえば、タンク７内の作動油の温度を検出する温度センサを設けておき、制御部４２で温度を監視するようにしてもよい。

なお、第一開閉弁９と第二開閉弁１１とが開いていてロッド側室５とピストン側室６とがタンク圧に維持されることから、可変リリーフ弁２２の開弁圧を最小としなくともアクチュエータＡ１，Ａ２が推力を発生しない状態とすることができるが、実際には管路抵抗によって僅かにロッド側室５とピストン側室６に差圧が生じて僅かではあるもののアクチュエータＡ１，Ａ２が収縮方向の推力を発生してしまう可能性もあるので、可変リリーフ弁２２の開弁圧を最小とすることでロッド側室５の上流側の圧力を小さくでき、アクチュエータＡ１，Ａ２が暖気運転中に推力を発生してしまうことを確実に阻止することができる。

このように、本発明の鉄道車両用制振装置１によれば、起動後であって車体Ｂの振動を抑制する通常制御モードへ移行する前にアクチュエータＡ１，Ａ２の暖気運転を実行するので、アクチュエータＡ１，Ａ２内の作動油の温度が低すぎて発生推力が不安定となって車体振動を効果的に抑制できなくなるといった不具合を解消することができる。すなわち、本発明の鉄道車両用制振装置１によれば、通常制御モード移行前にアクチュエータＡ１，Ａ２内の作動油の温度が振動抑制に適する温度になり、アクチュエータＡ１，Ａ２の発生推力を安定させて車体振動を効果的に抑制することができるのである。

また、暖気運転中は、アクチュエータＡ１，Ａ２は、推力を発揮しないので、暖気運転に伴って車体Ｂを加振してしまうこともなく、無駄にエネルギを消費してしまうこともない。

なお、この実施の形態では、二つのアクチュエータＡ１，Ａ２を備えており、一方のアクチュエータＡ１を暖気運転する際には、他方のアクチュエータＡ２をダンパとして機能させ、他方のアクチュエータＡ２を暖気運転する際には、一方のアクチュエータＡ１をダンパとして機能させるようにしている。

具体的には、たとえば、アクチュエータＡ１を暖気運転させている場合には、アクチュエータＡ２の第一開閉弁９および第二開閉弁１１を閉じ、ポンプ１２を停止させる。なお、可変リリーフ弁２２へは、通電しないか、または、アクチュエータＡ２をダンパとして機能させる場合に要求される減衰力を発生可能なように開弁圧となるように与える電流量調節する。

すると、暖気運転中は、アクチュエータＡ１，Ａ２のうちいずれか一方は、ダンパとして機能するので、何らかの外力が車体Ｂや台車Ｔに作用しても車体Ｂの振動はダンパとして機能するアクチュエータによって抑制されるので、車体Ｂが全く自由に左右動してしまう機会をなくすことができ、安全に暖気運転することが可能である。

なお、この実施の形態では、二つのアクチュエータＡ１，Ａ２を備えているが、台車Ｔと車体Ｂとの間に並列されるアクチュエータが三つ以上ある場合にあっては、少なくとも一つのアクチュエータをダンパとして機能させたうえで他のアクチュエータを暖気運転するようにすれば、車体Ｂが全く自由に左右動してしまう機会をなくすことができ、安全に暖気運転することが可能である。つまり、たとえば、三つのアクチュエータがある場合、まず、二つのアクチュエータを暖気運転して残りの一つをダンパとして機能させ、続いて暖気運転が済んでいないアクチュエータを暖気運転し、暖気運転済みの二つのアクチュエータの一つまたは全部をダンパとして機能させるようにすればよい。

そして、すべてのアクチュエータＡ１，Ａ２について暖気運転が終了すると、コントローラＣは、通常制御モードへ移行するが、通常制御モード並行する前に、鉄道車両用制振装置１に異常がないか自己診断を実行するようにしてもよい。

自己診断は、たとえば、第一開閉弁９と第二開閉弁１１とを開いてポンプ１２を駆動して、可変リリーフ弁２２の開弁圧を変化させるなどした際に、アクチュエータＡ１，Ａ２が伸縮するか否を監視し、伸縮する場合に異常と判断する。また、アクチュエータＡ１，Ａ２の推力を監視することができる場合、暖気運転後にアクチュエータＡ１，Ａ２の推力が制御指令通りに発生されるかをチェックする。なお、暖気運転後にアクチュエータＡ１，Ａ２の推力が制御指令通りに発生されるかをチェックする場合、作動油の温度による誤差が小さくなるので、異常を検知しやすくなるという利点がある。つまり、暖気運転を行わずして推力チェックする場合、作動油の温度が低くて粘度が高く、アクチュエータＡ１，Ａ２の推力が制御指令よりも過剰に高くなってしまうため、これを異常と検知することができないが、暖気運転をすることで、作動油温度による推力過剰現象を抑制することができるため、異常を判断するための閾値を小さくできるため、異常を正確に発見することができるようになる。

なお、コントローラ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４１と、バンドパスフィルタ４１で濾過した横加速度αを取り込んでアクチュエータＡ１，Ａ２を暖気運転、通常制御モードでの制御、自己診断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（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、コントローラＣの上記制御部４２は、ＣＰＵが上記各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、積分器を使用して横加速度αから横方向速度を求めてもよく、横加速度αをバンドパスフィルタ４１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４１、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４１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。

なお、上記したところでは、コントローラＣは、スカイフック制御則に則ってアクチュエータＡ１，Ａ２の制御力指令値を求めているが、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。

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、１０・・・第二通路、１１・・・第二開閉弁、１２・・・ポンプ、１６・・・供給通路、１８・・・整流通路、１９・・・吸込通路、２１・・・排出通路、２２・・・可変リリーフ弁、Ａ１，Ａ２・・・アクチュエータ、Ｂ・・・車体、Ｃ・・・コントローラ、Ｄ・・・ダンパ回路、Ｐ・・・ピン、Ｔ・・・台車

Claims (3)

1. 鉄道車両の台車と車体の一方に連結されるシリンダと、上記シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、上記シリンダ内に挿入されて上記ピストンと上記台車と上記車体の他方に連結されるロッドと、上記シリンダ内に上記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、上記ロッド側室と上記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、上記ピストン側室と上記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、上記ロッド側室へ液体を供給するポンプとを有するアクチュエータを備え、上記車体の振動を抑制する鉄道車両用制振装置において、
   上記アクチュエータは、上記ロッド側室を上記タンクへ接続する排出通路と、上記排出通路の途中に設けられ開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁とを有し、
   起動後であって車体振動を抑制する通常制御モードへ移行する前に、上記第一開閉弁および上記第二開閉弁を開くとともに上記可変リリーフ弁の開弁圧を最小とし、上記ポンプを駆動して上記アクチュエータを暖気運転する
   ことを特徴とする鉄道車両用制振装置。
2. 上記アクチュエータを二つ以上備え、
   上記アクチュエータは、第一開閉弁および第二開閉弁が閉じた状態で上記アクチュエータをダンパとして機能させるダンパ回路を備え、
   上記アクチュエータについて暖気運転する際に、少なくとも一つのアクチュエータをダンパとして機能させ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。
3. 上記ダンパ回路は、上記タンクから上記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、上記ピストン側室から上記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有する
   ことを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両用制振装置。

Images