JP6374999B2

JP6374999B2 - 鉄道車両用制振装置

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Publication number: JP6374999B2
Application number: JP2017014308A
Authority: JP
Inventors: 敦作田; 貴之小川; 小川　　貴之; 青木　淳; 淳青木
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2017-01-30
Filing date: 2017-01-30
Publication date: 2018-08-15
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Description

本発明は、鉄道車両用制振装置の改良に関する。

鉄道車両には、車体と前後の台車との間に介装された複動型のアクチュエータと、車体の前後の加速度を検知する加速度センサと、アクチュエータを制御するコントローラを備えて、車体の進行方向に対して左右方向の振動を抑制する鉄道車両用制振装置が設けられる場合がある。

このような鉄道車両用制振装置では、コントローラは、加速度センサで検知した加速度に基づいて、アクチュエータが発生すべき制御力を求め、アクチュエータに車体の振動を抑制する推力を発揮させて車体の振動を抑制する（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１３−１３０４号公報

前述の鉄道車両用制振装置におけるアクチュエータは、電動油圧シリンダとされており、モータで駆動されるポンプからシリンダに供給される圧油によって、伸縮作動するようになっている。

このようなアクチュエータには、モータを駆動するためのインバータが搭載されており、モータ駆動時にインバータを流れる電流によって生じる電磁波等の影響で、加速度センサの出力にノイズが重畳してドリフトしてしまう。

加速度センサの出力に重畳されるノイズによるドリフト成分は、低周波であるため、加速度センサの出力をハイパスフィルタ処理してドリフト成分を取り除く方法が一般的に行われている。

しかしながら、ハイパスフィルタ処理をすると、加速度センサで検知する加速度が実際の加速度よりも位相が進んでしまうとともに、ドリフト成分がきれいに取り除かれて出力が安定するまで時間がかかってしまう。そのため、モータの始動時に制振制御を実行していると、実際には車体に加速度が作用していないにも拘らず、コントローラは、前記ドリフト成分に基づいて制御力を求めてアクチュエータを駆動してしまうので、制振効果が悪化する問題がある。

これに対して、モータ始動時の加速度センサのドリフト量は、予め計測できるので、これをオフセット値として設定し、モータ始動時に加速度センサの出力に含まれるドリフト成分をオフセット値で相殺する試みもある。

ドリフト量が常に一定であればよいが、加速度センサの経年劣化等によってドリフト量が変化する場合があり、予め固定化されたオフセット値を用いて加速度センサの出力を補正しても、実際の加速度から乖離が生じて制振効果が悪化してしまう問題が依然残る。

そこで、本発明は、制振効果を損なわずに加速度センサの出力からドリフト成分を取り除ける鉄道車両用制振装置の提供を目的としている。

本発明の鉄道車両用制振装置は、モータでポンプを駆動中にアンロード可能なアクチュエータと、車体に設置されて車体の左右方向の加速度を検知する加速度センサと、加速度に基づいてアクチュエータを制御するコントローラとを備え、モータを駆動しつつアクチュエータをアンロード中に、加速度センサの出力値に含まれるドリフト成分を打ち消すオフセット値を計測する。よって、鉄道車両用制振装置は、加速度センサの出力をハイパスフィルタ処理する必要がなく、前記計測によってオフセット値を更新でき、オフセット値を最適な値に維持でき、モータの駆動の影響によるドリフト成分を取り除くハイパスフィルタ処理も不要である。

また、鉄道車両用制振装置は、モータの駆動時にのみ出力値をオフセット値で補正するようになっていてもよく、このようにすれば、モータが非駆動から駆動に切換わる際、および、駆動から非駆動に切換わる際にも良好な制振効果が得られる。

さらに、鉄道車両用制振装が加速度センサにおけるモータの駆動時の出力値を所定回数計測し、得られた出力値を順次加算した値を所定回数で除した平均値をオフセット値とするようにしてもよい。このようにすれば、コントローラのメモリソースを圧迫せず、容量の少ないメモリで対応可能となるので、鉄道車両用制振装置が安価となる。

また、鉄道車両用制振装置におけるアクチュエータが、シリンダと、ピストンと、ロッドと、タンクと、ロッド側室へ作動液体を供給するポンプと、ポンプを駆動するモータと、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、ロッド側室とタンクとを接続する排出通路と、排出通路の途中に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁と、ピストン側室からロッド側室へ向かう作動液体の流れのみを許容する整流通路と、タンクからピストン側室へ向かう作動液体の流れのみを許容する吸込通路とを備えていてもよい。このように構成された鉄道車両用制振装置では、モータが停止されていても、アクチュエータがスカイフックセミアクティブダンパとして機能するので、モータの停止中も制振効果が失われない。

発明の鉄道車両用制振装置によれば、制振効果を損なわずに加速度センサの出力からドリフト成分を取り除ける。

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である。アクチュエータの一例の詳細図である。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。オフセット値の計測と決定手順を示した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Ｖ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、車体Ｂと台車Ｔとの間に対として介装されるアクチュエータＡと、車体Ｂに設置されて車体Ｂの左右方向の加速度αを検知する加速度センサ４０と、アクチュエータＡ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Ａ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。

台車Ｔは、車輪Ｗを回転自在に保持しており、車体Ｂと台車Ｔとの間には、枕ばねと称される懸架ばねＳが介装され、車体Ｂが弾性支持されることにより、台車Ｔに対する車体Ｂの横方向への移動が許容されている。

そして、これらのアクチュエータＡは、基本的には、コントローラＣによる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いる。

コントローラＣは、加速度センサ４０が検知する車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の加速度αに基づいて、アクチュエータＡが発生すべき制御力Ｆを求め、各アクチュエータＡに制御力Ｆ通りの推力を発生させる指令を与える。このようにして、鉄道車両用制振装置Ｖは、アクチュエータＡに制御力Ｆを発揮させて車体Ｂの前記横方向の振動を抑制する。

つづいて、アクチュエータＡの具体的な構成について説明する。なお、図示したところでは、アクチュエータＡが台車Ｔに対して二つずつ設けられているが、一つのみを設けてもよい。また、各アクチュエータＡに対して一つずつコントローラＣを設けてもよい。

アクチュエータＡは、本例では図２に示すように、鉄道車両の車体Ｂと台車Ｔ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内に挿入されて車体Ｂと台車Ｔの他方とピストン３とに連結されるロッド４と、作動液体を貯留するタンク７と、タンク７から作動液体を吸い上げてロッド側室５へ作動液体を供給可能なポンプ１２と、ポンプ１２を駆動するモータ１５と、アクチュエータＡの伸縮の切換と推力を制御する液圧回路ＨＣ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、前記ロッド側室５とピストン側室６には、本例では、作動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して加圧状態とする必要は無い。また、作動液体は、作動油以外にも他の液体を利用してもよい。

液圧回路ＨＣは、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に設けた第二開閉弁１１と、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁２２とを備えている。

そして、基本的には、第一開閉弁９で第一通路８を連通状態とし、第二開閉弁１１を閉じてポンプ１２を駆動すると、アクチュエータＡが伸長し、第二開閉弁１１で第二通路１０を連通状態とし、第一開閉弁９を閉じてポンプ１２を駆動すると、アクチュエータＡが収縮する。

以下、アクチュエータＡ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、前記ロッドガイド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内の他端をシリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３に連結している。

なお、ロッドガイド１４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、前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いる。よって、伸長作動時と収縮作動時とでロッド側室５の圧力を同じにすると、伸縮の双方で発生される推力が等しくなり、アクチュエータＡの変位量に対する作動油量も伸縮両側で同じとなる。

詳しくは、アクチュエータＡを伸長作動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６を連通させた状態とする。すると、ロッド側室５内とピストン側室６内の圧力が等しくなり、アクチュエータＡは、ピストン３におけるロッド側室５側とピストン側室６側の受圧面積差に前記圧力を乗じた推力を発生する。反対に、アクチュエータＡを収縮作動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６との連通を断ちピストン側室６をタンク７に連通させた状態とする。すると、アクチュエータＡは、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側の受圧面積とを乗じた推力を発生する。

要するに、アクチュエータ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、このアクチュエータＡの推力を制御する場合、伸長作動、収縮作動共に、ロッド側室５の圧力を制御すればよい。また、本例のアクチュエータＡでは、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る。加えて、変位量に対する作動油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Ａの伸縮両側の推力を制御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とには、図示しない取付部を備えており、このアクチュエータＡを鉄道車両における車体Ｂと台車Ｔとの間に介装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、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と、第一通路８を遮断してロッド側室５とピストン側室６との連通を断つ遮断ポジションとを備えている。そして、この第一開閉弁９は、通電時に連通ポジションを採り、非通電時に遮断ポジションを採るようになっている。

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、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と、第二通路１０を遮断してピストン側室６とタンク７との連通を断つ遮断ポジションとを備えている。そして、この第二開閉弁１１は、通電時に連通ポジションを採り、非通電時に遮断ポジションを採るようになっている。

ポンプ１２は、コントローラＣに制御されて所定の回転数で回転するモータ１５によって駆動され、一方向のみに作動油を吐出するポンプとされている。そして、ポンプ１２の吐出口は供給通路１６によってロッド側室５へ連通されるとともに吸込口はタンク７に通じていて、ポンプ１２は、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。

前述のようにポンプ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が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が設けられている。なお、モータ１５は、コントローラＣによって制御される図示しないインバータ回路から電力供給を受けて駆動される。

さらに、本例の液圧回路ＨＣは、前述したように、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１と、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を備えている。

可変リリーフ弁２２は、本例では、比例電磁リリーフ弁とされており、供給される電流量に応じて開弁圧を調節でき、前記電流量が最大となると開弁圧を最小とし、電流の供給がないと開弁圧を最大と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とを設けると、アクチュエータＡを伸縮作動させる際に、ロッド側室５内の圧力を可変リリーフ弁２２の開弁圧に調節でき、アクチュエータＡの推力を可変リリーフ弁２２へ供給する電流量で制御できる。排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けると、アクチュエータＡの推力を調節するために必要なセンサ類が不要となり、ポンプ１２の吐出流量の調節のためにモータ１５を高度に制御する必要もなくなる。よって、鉄道車両用制振装置Ｖ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できる。

なお、第一開閉弁９を開いて第二開閉弁１１を閉じる場合或いは第一開閉弁９を閉じて第二開閉弁１１を開く場合、ポンプ１２の駆動状況に関わらず、外力からの振動入力に対して伸長或いは収縮のいずれか一方にのみアクチュエータＡが減衰力を発揮できる。よって、たとえば、減衰力を発揮する方向が鉄道車両の台車Ｔの振動により車体Ｂを加振する方向である場合、そのような方向には減衰力を出さないようにアクチュエータＡを片効きのダンパと機能させ得る。よって、このアクチュエータＡは、カルノップのスカイフック理論に基づくセミアクティブ制御を容易に実現できるため、セミアクティブダンパとしても機能できる。

なお、可変リリーフ弁２２に与える電流量で開弁圧を比例的に変化させる比例電磁リリーフ弁を用いると開弁圧の制御が簡単となるが、開弁圧を調節できる可変リリーフ弁であれば比例電磁リリーフ弁に限定されない。

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を開放する。このように、可変リリーフ弁２２は、ロッド側室５の圧力が開弁圧以上となると、ロッド側室５内の圧力をタンク７へ排出するので、シリンダ２内の圧力が過大となるのを防止してアクチュエータＡのシステム全体を保護する。よって、排出通路２１と可変リリーフ弁２２を設けると、システムの保護も可能となる。

なお、本例のアクチュエータＡにおける液圧回路ＨＣには、前述の構成に加えて、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。よって、第一開閉弁９および第二開閉弁１１が閉弁する状態でアクチュエータＡが伸縮すると、シリンダ２内から作動油が押し出される。そして、シリンダ２内から排出された作動油の流れに対して可変リリーフ弁２２が抵抗を与えるので、第一開閉弁９および第二開閉弁１１が閉弁する状態では、本例のアクチュエータＡはユニフロー型のダンパとして機能する。

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、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、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の遮断ポジションを逆止弁とすると第一通路８に集約でき、吸込通路１９についても、第二開閉弁１１の遮断ポジションを逆止弁とすると第二通路１０に集約できる。

このように構成されたアクチュエータＡでは、第一開閉弁９と第二開閉弁１１がともに遮断ポジションを採っても、整流通路１８、吸込通路１９および排出通路２１で、ロッド側室５、ピストン側室６およびタンク７を数珠繋ぎに連通させる。また、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。よって、アクチュエータＡが外力によって伸縮すると、シリンダ２から必ず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前記可変リリーフ弁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ので、アクチュエータＡは、パッシブなユニフロー型のダンパとして機能する。

また、アクチュエータ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のそれぞれが遮断ポジションを採り、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。よって、このようなフェール時には、アクチュエータＡは、自動的に、パッシブダンパとして機能する。

つづいて、アクチュエータＡに所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、コントローラＣは、基本的には、モータ１５を回転させてポンプ１２からシリンダ２内へ作動油を供給しつつ、第一開閉弁９を連通ポジションとし、第二開閉弁１１を遮断ポジションとする。このようにすると、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が開弁して作動油が排出通路２１を介してタンク７へ排出される。よって、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Ａ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Ａ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、モータ１５を回転させてポンプ１２からロッド側室５内へ作動油を供給しつつ、第一開閉弁９を遮断ポジションとし、第二開閉弁１１を連通ポジションとする。このようにすると、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Ａは収縮方向の推力を発揮する。そして、前述と同様に、可変リリーフ弁２２の電流量を調節すると、アクチュエータＡ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。

ここで、アクチュエータＡが外力で伸縮するのではなく、自ら伸縮する場合、ロッド側室５の圧力の上限は、モータ１５が駆動するポンプ１２の吐出圧に制限される。つまり、アクチュエータＡが外力で伸縮するのではなく、自ら伸縮する場合、ロッド側室５の圧力の上限は、モータ１５が出力可能な最大トルクに制限される。

また、アクチュエータＡ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できる。また、アクチュエータＡをアクチュエータからダンパへ切換える際に、面倒かつ急峻な第一開閉弁９と第二開閉弁１１の切換動作を伴わないので、応答性および信頼性が高いシステムを提供できる。

さらに、第一開閉弁９および第二開閉弁１１を連通ポジションとする場合、第一通路８と第二通路１０とを通じてロッド側室５とピストン側室６とがタンク７に連通される。この状態では、アクチュエータＡは、アンロード状態となり、モータ１５でポンプ１２を駆動しても、ロッド側室５とピストン側室６の圧力が常にタンク圧となってアクチュエータＡは伸縮せず、推力を発揮しない。また、アクチュエータＡは、アンロード状態では、ポンプ１２の駆動、非駆動に関わらず、外力で強制的に伸縮されると殆ど抵抗なく伸縮する。

なお、本例のアクチュエータ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、本例のアクチュエータＡ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いる。そのため、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Ａ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ず、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できる。

つづいて、本例のコントローラＣは、図３に示すように、加速度センサ４０が出力する出力値を補正して車体Ｂに作用する車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の加速度αを求める補正部４１と、加速度αに基づいてアクチュエータＡが出力すべき制御力Ｆを求める制御演算部４２と、制御力Ｆに基づいてモータ１５、第一開閉弁９、第二開閉弁１１、可変リリーフ弁２２を駆動する駆動部４３とを備えている。

加速度センサ４０は、車体Ｂに設置されており、車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の加速度を検知してコントローラＣへ出力する。なお、加速度センサ４０は、図１中で右側へ向く方向となる場合に、加速度を正の値として検知し、反対に図１中左側へ向く方向となる場合に負の値とをして検知する。

補正部４１は、モータ１５の駆動時には、加速度センサ４０が出力する出力値からオフセット値を差し引いて車体Ｂに作用する車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の加速度αを求める。他方、補正部４１は、モータ１５の非駆動時には、オフセット値による補正を行わず、加速度センサ４０が出力する出力値をそのまま加速度αとして出力する。

オフセット値は、図４に示すように、計測されて決定される。オフセット値の計測は、平坦な軌道上に鉄道車両を配置して行われる。コントローラＣは、モータ１５でポンプ１２を駆動しつつ、第一開閉弁９および第二開閉弁１１を連通ポジションとして、アクチュエータＡをアンロード状態とする（ステップＳＴ１）。アクチュエータＡがアンロード状態であると、アクチュエータＡは推力を発揮せず車体Ｂが加振されないので、車体Ｂには車両進行方向に対する水平横方向の加速度が作用しない筈である。しかしながら、この状態で、加速度センサ４０で車体Ｂの加速度を検知すると、加速度センサ４０の出力値には、モータ１５を駆動するインバータ回路から発せられる電磁ノイズ等に起因したドリフト成分が重畳されている。つまり、この状態では、加速度センサ４０の出力値は、車体Ｂに作用する加速度が０を示す値とはなっておらず、車体Ｂを左右のいずれかの方向へ押す値の加速度が検知されており、この値が前述の電磁ノイズ等に起因したドリフト成分となる。よって、コントローラＣは、モータ１５でポンプ１２を駆動しつつ、第一開閉弁９および第二開閉弁１１を連通ポジションとして、アクチュエータＡをアンロード状態として、加速度センサ４０の出力値を取り込み（ステップＳＴ２）、加速度センサ４０の出力値を新たなオフセット値として決定し（ステップＳＴ３）、オフセット値を決定したオフセット値に更新する（ステップＳＴ４）。一回の出力値のサンプリングによってオフセット値を決定してもよいが、加速度センサ４０の出力値には、他のノイズ成分も含まれる可能性があるので、本例では、以下のようにしてオフセット値を決定する。コントローラＣは、予め決められた所定のサンプリング周期で加速度センサ４０の出力値を所定回数に達するまでサンプリングし、得られた出力値の総和を前記所定回数で除して得た出力値の平均値をオフセット値とする。なお、出力値をサンプリングして得るごとに順次加算して、所定回数分のサンプリングの終了後に所定回数で割り算を行うと、常に、サンプリング後の出力値の総和の値だけを保持すればよく、コントローラＣ内の図外のメモリソースを圧迫せずに済む。つまり、サンプリングされた全出力値を記憶しておいてから出力値の総和を演算するのでは、所定回数分の出力値をメモリに格納する必要があるが、都度、出力値を加算する場合、サンプリングされた出力値の和を一つだけメモリに格納すれば足りる。このように、出力値の平均値をオフセット値とするので、モータ１５の駆動時のノイズ等によるドリフト成分のみを除去できるオフセット値が高精度で得られる。なお、オフセット値の決定に当たり、加速度センサ４０の出力値の移動平均を求めて、この値をオフセット値として採用してもよい。このようにして得られたオフセット値は、コントローラＣ内のメモリに格納されて記憶され、オフセット値が計測、決定される度に更新される。そして、補正部４１は、常に最新のオフセット値を用いて、モータ１５の駆動時における加速度センサ４０の出力値を補正して、加速度αを得る。オフセット値は、モータ１５の駆動時におけるドリフト成分を取り除くものであるので、モータ１５の非駆動時には加速度センサ４０の出力値には重畳されない。それゆえ、補正部４１は、モータ１５の非駆動時には、オフセット値による補正を行わず、加速度センサ４０が出力する出力値をそのまま加速度αとして出力する。モータ１５の駆動時における加速度センサ４０の出力値に重畳されるドリフト成分の値は、加速度センサ４０の経年劣化等によって時間的にゆっくり変化するものであるから、オフセット値の計測と更新は、交番検査等の定期検査で行われればよいが、仕業検査や運行前点検の度に行われてもよい。

制御演算部４２は、補正部４１によって求められた加速度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で処理して、アクチュエータＡが発揮すべき制御力Ｆを求める。制御演算部４２は、本例では、Ｈ∞制御器とされており、加速度αから車体Ｂの振動を抑制するためにアクチュエータＡが出力すべき推力を指示する制御力Ｆを求める。なお、制御力Ｆは、方向により正負の符号が付されており、符号はアクチュエータＡに出力させるべき推力の方向を示す。

制御演算部４２は、制御力Ｆを求めると制御力ＦをアクチュエータＡに出力させるべく、制御力Ｆに応じた制御指令を駆動部４３へ出力する。駆動部４３は、制御指令を受けとると、制御指令が指示する制御力Ｆの符号に応じて第一開閉弁９と第二開閉弁１１に電流供給或いは電流供給を停止して開閉駆動する。より詳細には、アクチュエータＡの伸長方向を正とし、収縮方向を負とする場合、駆動部４３は、以下のように動作する。制御力Ｆの符号が正である場合、アクチュエータＡの推力発揮方向が伸長方向であるので、駆動部４３は、第一開閉弁９を連通ポジションとしつつ第二開閉弁１１を遮断ポジションとする。すると、ポンプ１２からロッド側室５とピストン側室６の双方に作動油が供給されてアクチュエータＡは伸長方向の推力を発揮する。他方、制御力Ｆの符号が負である場合、アクチュエータＡの推力発揮方向が収縮方向であるので、駆動部４３は、第一開閉弁９を遮断ポジションとしつつ第二開閉弁１１を連通ポジションとする。すると、ポンプ１２からロッド側室５のみに作動油が供給されてロッド側室５とタンク７とが連通されるので、アクチュエータＡは収縮方向の推力を発揮する。

なお、制御演算部４２は、本例では、加速度αのみから制御力Ｆを求めている。これに対して、車体Ｂの前後に加速度センサ４０を設けて車体Ｂの前後の加速度αから車体Ｂのスエー加速度とヨー加速度を求め、これらスエー加速度とヨー加速度とに基づいて、車体Ｂのスエーを抑制する制御力とヨーを抑制する制御力を求めてもよい。このようにする場合、スエーを抑制する制御力とヨーを抑制する制御力を加算して制御力Ｆを求めて、車体Ｂと車体Ｂの前後に配置される台車Ｔとの間に設置されるアクチュエータＡの各々に対して制御力Ｆを出力させるようにすればよい。

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、加速度センサ４０の出力値を取り込んでアクチュエータＡ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、前記プログラムに基づいた処理を実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）等の演算装置と、前記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、コントローラＣの制御演算部４２における各部は、ＣＰＵの前記プログラムの実行により実現できる。

このように鉄道車両用制振装置Ｖは、モータ１５で駆動されるポンプ１２からの作動液体の供給により伸縮可能でモータ１５でポンプ１２を駆動中にアンロード可能なアクチュエータＡと、車体Ｂに設置されて車体Ｂの左右方向の加速度を検知する加速度センサ４０と、加速度に基づいてアクチュエータＡを制御するコントローラＣとを備え、モータ１５を駆動しつつアクチュエータＡをアンロード中に、加速度センサ４０の出力値に含まれるドリフト成分を打ち消すオフセット値を計測する。よって、鉄道車両用制振装置Ｖは、モータ１５の駆動時にもアクチュエータＡをアンロードでき、モータ１５を駆動しつつ車体Ｂを加振せず安全な状態で加速度センサ４０の出力値に重畳されるドリフト成分を計測できる。よって、鉄道車両用制振装置Ｖは、加速度センサ４０の出力をハイパスフィルタ処理する必要がなく、前記計測によってオフセット値を更新できる。以上から、鉄道車両用制振装置Ｖによれば、オフセット値を最適な値に維持でき、モータ１５の駆動の影響で加速度センサ４０の出力値に含まれるドリフト成分を取り除くハイパスフィルタ処理も不要で検知される加速度の位相ずれや安定を待つ必要が無くなるので、制振効果を良好に保てる。したがって、本発明の鉄道車両用制振装置Ｖによれば、制振効果を損なわずに加速度センサの出力からドリフト成分を取り除けるのである。

また、本例の鉄道車両用制振装置Ｖでは、モータ１５の駆動時にのみ出力値をオフセット値で補正するようになっている。このようにすれば、モータ１５が非駆動から駆動に切換わる際、および、駆動から非駆動に切換わる際に、制御に使用される加速度αの値が大きく変化するような事態が生じない。よって、本例の鉄道車両用制振装置Ｖでは、モータ１５が非駆動から駆動に切換わる際、および、モータ１５が駆動から非駆動に切換わる際にも良好な制振効果が得られる。モータ１５の駆動時に加速度センサ４０の出力値に重畳されるドリフト成分は、モータ１５のオンオフ（駆動と非駆動）の切換えによってステップ的に前記出力値に加減算される。よって、モータ１５のオンオフ切換えによってオフセット値の減算の有効と無効を切換えれば、補正部４１から出力される加速度αの値がモータ１５のオンオフによって変化せず連続するようになる。したがって、モータ１５のオンオフを行っても制振性能が悪化せずに済むために、鉄道車両の走行中にモータ１５の駆動が不要な状況ではモータ１５をオフにでき、鉄道車両用制振装置Ｖの消費エネルギを抑制できる。

さらに、本例の鉄道車両用制振装置Ｖでは、加速度センサ４０におけるモータ１５の駆動時の出力値を所定回数計測し、得られた出力値を順次加算した値を所定回数で除した平均値をオフセット値としている。このようにすれば、コントローラＣのメモリソースを圧迫せず、容量の少ないメモリで対応可能となるので、鉄道車両用制振装置Ｖが安価となる。

さらに、本例の鉄道車両用制振装置Ｖは、シリンダ２と、ピストン３と、ロッド４と、タンク７と、ロッド側室５へ作動油を供給するポンプ１２と、ポンプ１２を駆動するモータ１５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に設けた第二開閉弁１１と、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁２２と、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とを備えている。このように構成された鉄道車両用制振装置Ｖでは、ポンプ１２が停止されていても、アクチュエータＡがスカイフックセミアクティブダンパとして機能するので、ポンプ１２の停止中も制振効果が失われない。

なお、アクチュエータＡは、モータで駆動されるポンプからの作動液体の供給により伸縮可能であって、モータでポンプを駆動中にアンロード可能であればよく、前述した具体的な構造に限定されるものではない。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。

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、１５・・・モータ、１８・・・整流通路、１９・・・吸込通路、２１・・・排出通路、２２・・・可変リリーフ弁、４０・・・加速度センサ、Ａ・・・アクチュエータ、Ｂ・・・車体、Ｃ・・・コントローラ、Ｔ・・・台車、Ｖ・・・鉄道車両用制振装置

Claims

モータで駆動されるポンプからの作動液体の供給により伸縮可能で、前記モータで前記ポンプを駆動中にアンロード可能であって、鉄道車両の車体と台車との間に介装されるアクチュエータと、
前記車体に設置されて前記車体の左右方向の加速度を検知する加速度センサと、
前記加速度に基づいて、前記アクチュエータを制御するコントローラとを備え、
前記モータで前記ポンプを駆動しつつ前記アクチュエータのアンロード中に、前記加速度センサの出力値に含まれるドリフト成分を打ち消すオフセット値を計測する
ことを特徴とする鉄道車両用制振装置。
前記コントローラは、
前記モータの駆動時にのみ前記出力値を前記オフセット値で補正する
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。
前記モータで前記ポンプを駆動しつつ前記アクチュエータのアンロード中に、前記加速度センサにおける前記モータの駆動時の前記出力値を所定回数計測し、得られた前記出力値を順次加算した値を前記所定回数で除した平均値を前記オフセット値とする
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。
前記アクチュエータは、
シリンダと、
前記シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、
前記シリンダ内に挿入されて前記ピストンに連結されるロッドと、
前記シリンダ内に前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、
前記タンクから作動液体を吸い上げて前記ロッド側室へ作動液体を供給可能な前記ポンプと、
前記ポンプを駆動する前記モータと、
前記ロッド側室と前記ピストン側室とを連通する第一通路に設けた第一開閉弁と、
前記ピストン側室と前記タンクとを連通する第二通路に設けた第二開閉弁と、
前記ロッド側室と前記タンクとを接続する排出通路に設けた可変リリーフ弁と、
前記ピストン側室から前記ロッド側室へ向かう作動油の流れのみを許容する整流通路と、
前記タンクから前記ピストン側室へ向かう作動油の流れのみを許容する吸込通路とを備えた
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鉄道車両用制振装置。