JP6474112B2 - 車両制振装置 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の振動等を低減するのに好適に用いられる車両制振装置に関する。

一般に、自動車等の車両には、外部からの指令により振動を低減させる力発生機構として、例えば減衰特性が変化する減衰力調整式緩衝器が設けられている。この減衰力調整式緩衝器は、車両に搭載された加速度センサの計測値に基づいて制御されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２１６５０８号公報

ところで、上述した特許文献１では、様々な振動モードを検出するために複数の加速度センサを設けているので、コストが増大する虞がある。そこで、３軸加速度と３軸角速度とを検出することができる６軸センサを用いて、複数の振動モードを検出することを検討してみたところ、６軸センサを用いた場合には、当該センサを取付けた位置が車体の重心位置（ヨー中心位置）でなくても、６軸センサの取付位置とヨー中心位置等の距離から計測値を補正して、６軸センサを車体の重心位置に取付けた場合と等価にすることができる。

しかし、鉄道車両の場合は、車両の走行速度および進行方向によって、ヨー中心位置が変化する。即ち、車両の速度が速くなるほど進行方向に対して車体後側の振動がより大きくなるので、それに伴いヨー中心位置も車体の重心位置から車体の前側へと移動する。従って、６軸センサの位置とヨー中心位置との間の距離は、走行速度および進行方向に応じて変化することになるから、６軸センサにより検出された計測値を車体の重心位置に基づいて補正した場合には、正しい補正値を得ることができず、力発生機構の減衰特性を適切に制御することができないという問題を見出した。

本発明は、上述した問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、力発生機構の発生力を適切に制御することができる車両制振装置を提供することにある。

上述した課題を解決するため、本発明による車両制振装置は、車体と台車とを有する車両に設けられて外部からの指令により発生力が変化する力発生機構と、前記発生力を制御する制御装置とからなる車両制振装置であって、前記車両の走行速度を検出または算出可能な走行速度検出手段をさらに備え、前記制御装置は、前記車体の任意の位置に取付けることによりヨーおよび／またはピッチを検出可能な車体挙動検出手段と、前記走行速度検出手段の検出または算出結果に応じて、前記車体の回転振動の中心位置を補正し、前記車体挙動検出手段により検出された値を前記中心位置に基づいて補正する補正手段と、を有することを特徴としている。

本発明によれば、力発生機構の発生力を適切に制御することができる。

第１の実施の形態による車両制振装置が適用された鉄道車両を示す正面図である。 図１中の制御装置を示すブロック図である。 第２の実施の形態による制御装置を示すブロック図である。 ゲインスケジュールドＨ∞制御器を設計する一般化プラントを示すブロック図である。 第３の実施の形態による制御装置を示すブロック図である。 第４の実施の形態による制御装置を示すブロック図である。 変形例による車両制振装置が適用された鉄道車両を示す正面図である。

以下、本発明の実施の形態による車両制振装置を、鉄道車両に搭載した場合を例に挙げ、添付図面に従って詳細に説明する。なお、図１において、矢示Ａに示す方向を鉄道車両の進行方向前側とし、矢示Ｂに示す方向を鉄道車両の進行方向後側として説明する。

図１、図２は、本発明の第１の実施の形態を示している。図１において、鉄道車両１（車両）は、例えば乗客、乗員等が乗車する車体２と、車体２の下側に設けられた前側および後側の台車３とを備えている。これらの台車３は、車体２の前部側と後部側とに離間して配置され、各台車３にはそれぞれ４個の車輪４（左側のみ図示）が設けられている。鉄道車両１は、各車輪４が左右のレール５（一方のみ図示）上を回転することによりレール５に沿って、例えば前進時に矢示Ａ方向に走行駆動される。

各台車３と各車輪４との間には、車輪４（輪軸）からの振動や衝撃を緩和する軸ばね６が設けられている。また、車体２と各台車３との間には、枕ばねとしての空気ばね７が設けられると共に、空気ばね７と並列に減衰力調整式緩衝器８（以下、ダンパ８という）が設けられている。空気ばね７およびダンパ８は、各台車３の左右両側にそれぞれ２個ずつ設けられ、鉄道車両１全体で合計４個設けられている。

図１に示すように、各ダンパ８は、被取付側となる車体２と路面側となる台車３との間に介装されている。各ダンパ８は、台車３に対する車体２の上下方向の振動に対して、振動を低減させるような減衰力を発生する。これにより、ダンパ８は、車体２の上下方向の振動を低減する。

この場合、各ダンパ８は、後述の演算装置１２からの指令（指令値）により減衰特性が変化する。即ち、各ダンパ８は、それぞれの減衰力を個別に調整可能なシリンダ装置として、例えばセミアクティブダンパと呼ばれる減衰力調整式の油圧緩衝器を用いて構成されている。具体的には、ダンパ８は、後述の演算装置１２から駆動電流が供給されることにより、制御バルブ（図示せず）の開弁圧が調整される。これにより、ダンパ８は、減衰特性をハードな特性（硬特性）からソフトな特性（軟特性）へと連続的に調整することができる。

なお、ダンパ８は、減衰特性を連続的に調整するものに限らず、２段階または複数段階に調整可能なものであってもよい。また、ダンパ８は、セミアクティブダンパに限らず、外部動力により発生力を調整可能なフルアクティブダンパを用いて構成してもよい。詳述すると、外部から電力を供給することによりリニアモータを駆動して力を発生する電磁サスペンションや、作動流体が封入されたタンクからダンパに向けて強制的に作動流体を供給しまたは該作動流体をダンパから排出することにより発生力を調整可能な流体圧アクティブダンパを用いて構成してもよい。

制御装置９は、各ダンパ８の減衰特性を制御するものである。即ち、制御装置９は、車体２の振動を制御するもので、各ダンパ８と共に車両制振装置を構成している。そして、制御装置９は、複合センサ１０と演算装置１２とにより構成されている。

複合センサ１０は、車体２の任意の位置に設定される第１点に取付けられたもので、車体２の挙動を検出する車体挙動検出手段を構成している。この複合センサ１０は、例えば３軸加速度と３軸角速度とを検出することができる６軸センサとして構成されている。従って、複合センサ１０は、一車両当り（一車体当り）１個ずつ設けられ、車体２の第１点におけるヨー（ヨーイング）、即ちヨー角速度ωy1を検出することができる。また、複合センサ１０は、車体２の第１点における左右加速度ａL1を検出することができる。なお、車体２の第１点としては、例えば車体２の重心位置に限らず、重心以外の任意の位置に設定することができる。また、複合センサ１０は、後述の演算装置１２に設けられてもよい。そして、複合センサ１０により検出された値は、後述の演算装置１２に出力される。ここで、図１に示されるようなダンパ８、つまり上下動ダンパの場合、ピッチング中心が車体の重心位置から移動し、左右動ダンパの場合、ヨー中心が車体の重心位置から移動する。なお、本実施の形態では、複合センサ１０を用いて車体２の任意の位置に設定される第１点に取付けた例を示したが、例えば２つや３つのセンサや複合センサを用いるようにしてもよい。

速度センサ１１は、車体２（鉄道車両１）の走行速度Ｖ1を検出または算出可能な走行速度検出手段を構成している。この速度センサ１１は、例えば鉄道車両１の走行速度を直接的に検出するものに限らず、車輪速センサによって計測される車輪４の回転速度等から間接的に検出するものでもよい。また、編成車両では、連結された各鉄道車両１の走行速度にほとんど差がない。従って、速度センサ１１は、必ずしも全ての車両に（一車両当り１個ずつ）設けられていなくてもよく、この場合には、連結された他の車両に設けられた速度センサにより検出された値を用いることができる。

また、速度センサ１１は、鉄道車両１の進行方向（ＦまたはＲ）を検出している。この場合、速度センサ１１は、例えば図１中の矢示Ａ方向に鉄道車両１が進行しているときに、鉄道車両１の進行方向Ｆとして出力し、矢示Ｂ方向に鉄道車両１が進行しているときに、鉄道車両１の進行方向Ｒとして出力することができる。

なお、鉄道車両１の進行方向は、速度センサ１１により検出または算出される走行速度Ｖ1に含ませてもよい。即ち、走行速度Ｖ1は、例えば図１中の矢示Ａ方向に進行している場合に正数とし、矢示Ｂ方向に進行している場合に負数とすることにより、鉄道車両１の進行方向を特定することができる。そして、速度センサ１１により検出された値は、後述の演算装置１２に出力される。なお、本実施の形態では、制御装置９と速度センサ１１とは別の位置に配置しているが、制御装置９内に速度センサ１１を納めるように配置してもよい。

演算装置１２は、例えばマイクロコンピュータ等からなり、ヨー中心位置を補正したり、複合センサ１０により検出された値を補正したりする補正手段を構成している。演算装置１２の入力側には、複合センサ１０と速度センサ１１とが接続されている。また、演算装置１２の出力側には、車体２と台車３との間に介装されたダンパ８が接続されている。演算装置１２は、速度センサ１１からの検出信号や、複合センサ１０からの検出信号に基づいて、サンプリング時間毎に例えばスカイフック理論（スカイフック制御則）によりダンパ８の減衰力指令信号を生成する。そして、演算装置１２は、車体２の回転振動を低減すべく各ダンパ８の減衰力を可変に制御する。そして、演算装置１２は、ヨー中心位置補正部１３と、計測値補正部１４とを有している。

ヨー中心位置補正部１３は、速度センサ１１の検出または算出結果により、車体２の回転振動の中心位置、即ちヨー中心位置を補正するものである。ヨー中心位置補正部１３は、その入力側に速度センサ１１が接続され、出力側に後述の計測値補正部１４が接続されている。ここで、鉄道車両１は、例えば走行速度が速くなるほど、進行方向に対して車体２の後側の振動がより大きくなる。この場合、鉄道車両１（一車両）の全長は、自動車等の全長に比べて長いので、走行速度が速くなるほどヨー振動の中心点は、車体２の中心位置（重心位置）よりも車体２の前側へと移動することになる。

そこで、ヨー中心位置補正部１３は、速度センサ１１により検出された走行速度Ｖ1と進行方向Ｆ（またはＲ）の値に基づき、ヨー中心位置が車体２の重心位置からどの程度ずれているかを算出し、ヨー中心位置の補正を行う。具体的には、例えば演算装置１２の記憶部（図示せず）に、予め（実験的に）求められた鉄道車両１の走行速度と進行方向とに基づくヨー中心位置の関係性をマップ化して格納することができる。そして、ヨー中心位置補正部１３は、速度センサ１１により検出された走行速度Ｖ1および進行方向Ｆ等の値に基づいて当該マップを参照することにより、ヨー中心位置を算出することができる。

また、他の方法として、演算装置１２の記憶部に、実験的に求められたヨー中心位置を算出する演算式を格納しておいてもよい。この場合、ヨー中心位置補正部１３は、速度センサ１１により検出された走行速度Ｖ1と進行方向Ｆ等の値を当該演算式に代入することにより、ヨー中心位置を算出することができる。そして、ヨー中心位置補正部１３により補正されたヨー中心位置Ｏx1は、計測値補正部１４へと出力される。

左右加速度検出値補正部としての計測値補正部１４は、複合センサ１０により検出された値をヨー中心位置に基づいて補正するものである。計測値補正部１４の入力側には、複合センサ１０とヨー中心位置補正部１３とが接続されている。そして、計測値補正部１４は、ヨー中心位置補正部１３により補正されたヨー中心位置Ｏx1に基づいて、複合センサ１０により検出された左右加速度ａL1をヨー中心位置左右加速度ａL2に補正する。具体的には、計測値補正部１４は、ヨー中心位置Ｏx1と複合センサ１０が取付けられた第１点との位置関係として、例えばヨー中心位置Ｏx1と複合センサ１０が取付けられた第１点との間の距離から、第１点での左右加速度ａL1をヨー中心位置Ｏx1での左右加速度aL2に補正する。

そして、計測値補正部１４により補正されたヨー中心位置左右加速度ａL2と、複合センサ１０により検出されたセンサ位置ヨー角速度ωy1とは、減衰特性制御部１５に出力される。減衰特性制御部１５では、左右加速度ａL2とヨー角速度ωy1とに基づき、各ダンパ８の目標減衰力を算出して指令値を出力する。そして、演算装置１２は、算出された各ダンパ８の目標減衰力に基づき、各ダンパ８にそれぞれ駆動電流を供給して各ダンパ８の減衰力を調整する。これにより、制御装置９は、左右方向に対する車体２の振動（揺れ）を低減することができる。

本実施の形態による車両制振装置は、上述の如き構成を有するもので、次に、鉄道車両１の制御装置９が行う制振制御について説明する。

鉄道車両１が図１中の矢示Ａ方向に低速で走行している場合には、ヨー中心位置は車体２の重心位置となっている。この場合、複合センサ１０の取付位置（第１点）とヨー中心位置との距離から複合センサ１０の計測値を車体２の重心位置（ヨー中心位置）での値に補正することができる。

ところで、鉄道車両の場合には、走行速度が速くなるほど進行方向に対して車体後側の振動がより大きくなるので、それに伴いヨー中心位置も車体の重心位置から車体２の前側へと移動することになる。従って、複合センサ１０の位置とヨー中心位置との間の距離は、走行速度に応じて変化することになり、複合センサ１０により検出された計測値を正しく補正することができないという問題がある。

また、例えば車体の前側と後側に加速度センサを設けることにより、車体のヨー振動を測定することができる。しかし、この場合には、例えば加速度センサを車体の前側と後側とに離して取付ける等のように、加速度センサの取付け位置が制限されるのに加え、複数個の加速度センサを車体に搭載しなければならならない。また、加速度センサと演算装置とを結ぶ配線等も設けなくてはならないので、コストが増大するという問題がある。

そこで、本実施の形態では、鉄道車両１に搭載された演算装置１２は、鉄道車両１の走行速度および進行方向により、ヨー中心位置を補正（算出）する構成としている。なお、演算装置１２は、制御プログラムを所定の制御周期毎に実行することによって、各ダンパ８を制御し、車体２の振動（揺れ）を低減する。以下、具体的に説明する。

まず、鉄道車両１に搭載された速度センサ１１は、鉄道車両１の走行速度Ｖ1および進行方向Ｆを演算装置１２に出力する。また、鉄道車両１に搭載された複合センサ１０は、当該複合センサ１０が取付けられた第１点での左右加速度ａL1およびヨー角速度ωy1を演算装置１２に出力する。

次に、演算装置１２のヨー中心位置補正部１３は、鉄道車両１の走行速度Ｖ1および進行方向Ｆに基づき、ヨー中心位置を補正（算出）する。具体的には、ヨー中心位置補正部１３は、演算装置１２の記憶部に格納されたヨー中心位置の一覧表（マップ）を参酌し、鉄道車両１の走行速度Ｖ1および進行方向Ｆに基づいて、ヨー中心位置を補正する。

ヨー中心位置補正部１３により補正されたヨー中心位置Ｏx1は、計測値補正部１４へと出力される。そして、計測値補正部１４は、ヨー中心位置Ｏx1と複合センサ１０が取付けられた第１点との間の距離から、第１点での左右加速度ａL1をヨー中心位置Ｏx1での左右加速度aL2に補正する。

そして、演算装置１２は、計測値補正部１４により算出された左右加速度ａL2とヨー角速度ωy1とに基づき、車体２の左右方向の振動（揺れ）を低減すべく、車体２の４個のダンパ８の目標減衰力をそれぞれ算出する。そして、演算装置１２は、算出された各ダンパ８の目標減衰力に基づいて各ダンパ８にそれぞれ駆動電流を供給することにより、各ダンパ８の減衰力を調整する。これにより、車体２の左右方向の振動（揺れ）は、低減される。

かくして、第１の実施の形態によれば、車体２に搭載された演算装置１２は、鉄道車両１の走行速度Ｖ1および進行方向Ｆ，Ｒに基づき、ヨー中心位置Ｏx1を算出することができる。そして、演算装置１２は、車体２の任意の第１点に取付けられた複合センサ１０とヨー中心位置Ｏx1との間の距離に基づき、第１点での左右加速度ａL1をヨー中心位置Ｏx1での左右加速度ａL2に補正することができる。

これにより、鉄道車両１の走行速度Ｖ1が増加して、ヨー中心位置が車体２の重心位置から変化しても、変化したヨー中心位置Ｏx1に複合センサ１０を取付けた場合と等価にすることができる。従って、１個の複合センサ１０によって車体２の左右方向の挙動を精度良く検出することができるから、少数（例えば１個）の複合センサ１０を用いてダンパ８の減衰特性を適切に制御することができる。

また、複合センサ１０を任意の位置に取付けることができるから、車体２における複合センサ１０の取付自由度を高めることができる。さらに、車体２には、複数の振動モードを検出することができる１個の複合センサ１０を搭載している。従って、車体２には、様々な振動モード検出するための加速度センサを複数個搭載する必要がなく、コストを低減することができる。

次に、図３および図４は、本発明の第２の実施の形態を示している。第２の実施の形態の特徴は、ゲインスケジュールドＨ∞制御器を用いてダンパを制御することにある。なお、第２の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

制御装置２１は、各ダンパ８の減衰特性を制御するものである。即ち、制御装置２１は、車体２の振動を制御するもので、各ダンパ８と共に車両制振装置を構成している。そして、制御装置２１は、複合センサ１０と演算装置２２とにより構成されている。

演算装置２２は、例えばマイクロコンピュータ等にからなり、ヨー中心位置を補正したり、複合センサ１０により検出された値を補正したりする補正手段を構成している。演算装置２２の入力側には、複合センサ１０と速度センサ１１とが接続されている。また、演算装置２２の出力側には、車体２と台車３との間に介装されたダンパ８が接続されている。そして、演算装置２２は、後述のスケジューリングパラメータ演算器２３（以下、ＳＰ演算器２３という）と、ゲインスケジュールドＨ∞制御器２４（Gain Scheduled H-infinity Control ２４；以下、ＧＳＨ∞制御器２４という）とを有している。

ＳＰ演算器２３は、速度センサ１１によって検出された走行速度Ｖ2および進行方向Ｆ（またはＲ）に基づいて、スケジューリングパラメータθ（以下、パラメータθという）として、走行速度Ｖ2等に応じたヨー中心位置を演算する。このため、ＳＰ演算器２３は、例えば第１の実施の形態によるヨー中心位置補正部１３と同様に構成される。

ＧＳＨ∞制御器２４は、図４に示す一般化プラントに基づいて設計され、複合センサ１０から出力された左右加速度ａL3およびヨー角速度ωy2と、ＳＰ演算器２３から出力されるパラメータθとに基づいて、目標減衰力となる制御器出力を演算する。

ここで、一般化プラントは、走行速度Ｖ2等に応じてヨー中心位置が変化することを考慮して鉄道車両１をモデル化したプラントモデル２５を有する。このプラントモデル２５は、走行速度Ｖ2および進行方向Ｆ，Ｒから算出されるパラメータθに基づいて構築され、ＧＳＨ∞制御器２４によってフィードバック制御される。そして、一般化プラントは、制御器出力に応じた制御入力と、軌道狂いおよび空気力外乱に応じた外乱入力と、プラントモデル２５から出力される制御量と、観測量（例えば左右加速度ａL3およびヨー角速度ωy2）とを有している。以上のような一般化プラントに対してＨ∞制御問題を解くことによって、ＧＳＨ∞制御器２４は求められる。

この結果、ＧＳＨ∞制御器２４は、複合センサ１０から出力された左右加速度ａL3およびヨー角速度ωy2と、ＳＰ演算器２３から出力されるパラメータθとに基づいて、例えばプラントモデル２５の制御量が小さくなるような目標減衰力を演算する。そして、演算装置２２は、算出された各ダンパ８の目標減衰力に基づいて各ダンパ８にそれぞれ駆動電流を供給することにより、各ダンパ８の減衰力を調整する。これにより、車体２の左右方向の振動（揺れ）は、低減される。

このとき、ＧＳＨ∞制御器２４は、パラエータθによって時々更新される。このため、更新されたＧＳＨ∞制御器２４によって、プラントモデル２５に応じた鉄道車両１は、制御される。

かくして、第２の実施の形態においても、上述した第１の実施の形態と同様に、少数（例えば１個）の複合センサ１０を用いてダンパ８の減衰特性を適切に制御することができる。即ち、第２の実施の形態では、鉄道車両１の走行速度Ｖ2が増加してヨー中心位置が車体２の重心位置から変化するときに、このようなヨー中心位置に応じたパラメータθに基づいてプラントモデル２５を構築した。このため、プラントモデル２５を含む一般化プラントを用いてＧＳＨ∞制御器２４を設計することによって、ＧＳＨ∞制御器２４は、鉄道車両１の走行速度Ｖ2に応じて、車体２のヨー中心位置を補正し、補正したヨー中心位置に基づいて左右加速度ａL3を補正するのと同等の演算を行うことができる。

これに加えて、ＧＳＨ∞制御器２４は、パラメータθに基づいて、ゲインを変更することができる。このため、ＧＳＨ∞制御器２４は、パラメータθとしてのヨー中心位置に基づいて、車体２が所望の挙動となるように、ダンパ８の減衰特性を制御することができる。

また、第２の実施の形態でも、複合センサ１０を車体２の任意の位置に取付けることができるから、複合センサ１０の取付自由度を高めることができる。さらに、車体２には、様々な振動モード検出するための加速度センサを複数個搭載する必要がなく、コストを低減することができる。

なお、第２の実施の形態では、ＧＳＨ∞制御器２４を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば最適制御、Ｈ∞制御等の各種のモデルベース制御に対して適用可能である。

次に、図５は、本発明の第３の実施の形態を示している。第３の実施の形態の特徴は、鉄道車両の走行速度と進行方向に加えて、複数車両が連結された編成車両における号車情報に基づいてヨー中心位置を補正したことにある。なお、第３の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

制御装置３１は、各ダンパ８の減衰特性を制御するものである。即ち、制御装置３１は、車体２の振動を制御するもので、各ダンパ８と共に車両制振装置を構成している。そして、制御装置３１は、複合センサ１０と演算装置３３とにより構成されている。

号車情報取得部３２は、複数車両が連結された編成車両において、車体２が例えば前から何号車目かを示す号車情報を取得可能な号車情報取得手段を構成している。この号車情報取得部３２は、例えば不揮発性メモリ等のような各種の記憶装置によって構成され、編成車両を構成したときに、車両毎の号車情報を記憶する。そして、号車情報取得部３２は、制御対象となる車体２の号車情報Ｃ（例えば、前から１０号車目）を、後述の演算装置３３に出力する。なお、号車情報取得部３２は、上述の構成に限らず、例えば他の車両等の外部から号車情報を取得してもよい。

演算装置３３は、例えばマイクロコンピュータ等からなり、ヨー中心位置を補正したり、複合センサ１０により検出された値を補正したりする補正手段を構成している。演算装置３３の入力側には、複合センサ１０、速度センサ１１、号車情報取得部３２が接続されている。また、演算装置３３の出力側には、車体２と台車３との間に介装されたダンパ８が接続されている。そして、演算装置３３は、ヨー中心位置補正部３４と、計測値補正部３５とを有している。

ヨー中心位置補正部３４は、速度センサ１１から出力される走行速度Ｖ3、進行方向Ｆ，Ｒと、号車情報取得部３２から出力される号車情報Ｃとにより、車体２の回転振動の中心位置、即ちヨー中心位置を補正するものである。ヨー中心位置補正部３４は、その入力側に速度センサ１１と号車情報取得部３２とが接続され、出力側に後述の計測値補正部３５が接続されている。ここで、複数車両が連結された編成車両では、進行方向から後方車両になるほどヨー振動が大きくなり、車体２の後側の振動がより大きくなる。

そこで、ヨー中心位置補正部３４は、速度センサ１１により検出された走行速度Ｖ3と進行方向Ｆ（またはＲ）の値、および号車情報取得部３２から取得した号車情報Ｃに基づき、ヨー中心位置が車体２の重心位置からどの程度ずれているかを算出し、ヨー中心位置の補正を行う。具体的には、例えば演算装置３３の記憶部（図示せず）に、予め（実験的に）求められた鉄道車両１の走行速度と進行方向、および号車情報に基づくヨー中心位置の関係性をマップ化して格納することができる。そして、ヨー中心位置補正部３４は、速度センサ１１により検出された走行速度Ｖ3と進行方向Ｆ等の値、および号車情報Ｃに基づいて、当該マップを参照することにより、補正したヨー中心位置Ｏx2を算出することができる。

また、他の方法として、演算装置３３の記憶部に、実験的に求められた各号車毎におけるヨー中心位置を算出する演算式を格納しておいてもよい。この場合、ヨー中心位置補正部３４は、号車情報取得部３２により検出された号車情報Ｃに対応する演算式に速度センサ１１により検出された走行速度Ｖ3と進行方向Ｆ等の値を代入することにより、ヨー中心位置を算出することができる。そして、ヨー中心位置補正部３４により補正されたヨー中心位置Ｏx2は、計測値補正部３５へと出力される。

左右加速度検出値補正部としての計測値補正部３５は、複合センサ１０により検出された値をヨー中心位置Ｏx2に基づいて補正するものである。計測値補正部３５の入力側には、複合センサ１０とヨー中心位置補正部３４とが接続されている。そして、計測値補正部３５は、ヨー中心位置補正部３４により補正されたヨー中心位置Ｏx2に基づいて、複合センサ１０により検出された左右加速度ａL4をヨー中心位置左右加速度ａL5に補正する。具体的には、計測値補正部３５は、ヨー中心位置Ｏx2と複合センサ１０が取付けられた第１点との間の距離から、第１点での左右加速度ａL4をヨー中心位置Ｏx2での左右加速度aL5に補正する。

そして、計測値補正部３５により補正されたヨー中心位置左右加速度ａL5と、複合センサ１０により検出されたセンサ位置ヨー角速度ωy3とは、減衰特性制御部３６に出力される。減衰特性制御部３６では、左右加速度ａL5とヨー角速度ωy3とに基づき、各ダンパ８の目標減衰力を算出し指令値を出力する。そして、演算装置３３は、算出された各ダンパ８の目標減衰力に基づいて各ダンパ８にそれぞれ駆動電流を供給することにより、各ダンパ８の減衰力を調整する。これにより、車体２は、左右方向の振動（揺れ）を低減することができる。

かくして、第３の実施の形態においても、上述した第１の実施の形態と同様の作用、効果を得ることができる。特に、第３の実施の形態では、鉄道車両１の走行速度Ｖ3、進行方向Ｆ，Ｒ、および号車情報Ｃに基づきヨー中心位置Ｏx2の補正（算出）を行っている。これにより、編成を変更してもヨー中心位置補正部３４のマップを変更する必要がないから、編成を変更するたびに左右加速度ａL4等の補正値を変更する必要がなく、編成変更に伴う補正値変更の工数を削減することができる。

次に、図６は、本発明の第４の実施の形態を示している。第４の実施の形態の特徴は、鉄道車両の走行速度と進行方向に加えて、車体のバランスに基づいてピッチ中心位置を補正したことにある。なお、第４の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。

制御装置４１は、各ダンパ８の減衰特性を制御するものである。即ち、制御装置４１は、車体２の振動を制御するもので、各ダンパ８と共に車両制振装置を構成している。そして、制御装置４１は、複合センサ１０と演算装置４３とにより構成されている。

空気ばね圧力センサ４２は、車体２と台車３との間に設けられた空気ばね７の圧力を検出するもので、ばね圧力検出手段を構成している。空気ばね７は、各台車３の左右両側にそれぞれ２個ずつ設けられ、鉄道車両１全体で合計４個設けられている。そして、空気ばね圧力センサ４２は、これら４個の空気ばね７の圧力（Ｐ1〜Ｐ4）をそれぞれ検出している。

この場合、空気ばね圧力センサ４２の検出値により、各車体２での乗客分布（乗車状態）を知ることができる。即ち、例えば車体２の進行方向前側に位置する２個の空気ばね７の圧力（Ｐ1、Ｐ2）の値が大きければ、車体２の進行方向前側に乗客が偏って乗車しているものと判断することができる。そして、空気ばね圧力センサ４２により検出された空気ばね圧力（Ｐ1〜Ｐ4）は、後述の演算装置４３に出力される。

演算装置４３は、例えばマイクロコンピュータ等からなり、ピッチ中心位置を補正したり、複合センサ１０により検出された値を補正したりする補正手段を構成している。演算装置４３の入力側には、複合センサ１０、速度センサ１１、空気ばね圧力センサ４２が接続されている。また、演算装置４３の出力側には、車体２と台車３との間に介装されたダンパ８が接続されている。そして、演算装置４３は、ピッチ中心位置補正部４４と、計測値補正部４５とを有している。

ピッチ中心位置補正部４４は、速度センサ１１と空気ばね圧力センサ４２との検出または算出結果により、車体２の回転振動の中心位置、即ちピッチ中心位置を補正するものである。ピッチ中心位置補正部４４は、その入力側に速度センサ１１と空気ばね圧力センサ４２とが接続され、出力側に後述の計測値補正部４５が接続されている。ここで、例えば車体２の進行方向前側に乗客が偏っている場合には、車体２の前側の重量が増加する。従って、車体２の前側は、車体２の後側より揺れにくくなる。即ち、車体２の前側の重量が増加するほど、車体２の重心位置よりも前側にピッチ中心位置が変化することになる。

そこで、ピッチ中心位置補正部４４は、速度センサ１１により検出された走行速度Ｖ4と進行方向Ｆ（またはＲ）の値、および空気ばね圧力センサ４２により検出された空気ばね圧力（Ｐ1〜Ｐ4）に基づき、ピッチ中心位置が車体２の重心位置からどの程度ずれているかを算出し、ピッチ中心位置の補正を行う。具体的には、例えば演算装置４３の記憶部（図示せず）に、予め（実験的に）求められた鉄道車両１の走行速度と進行方向、および各空気ばね７の圧力に基づくピッチ中心位置の関係性をマップ化して格納することができる。そして、ピッチ中心位置補正部４４は、速度センサ１１により検出された走行速度Ｖ4と進行方向Ｆ等の値、および空気ばね圧力（Ｐ1〜Ｐ4）に基づいて、当該マップを参照することにより、ピッチ中心位置Ｏx3を算出することができる。

また、他の方法として、演算装置４３の記憶部に、実験的に求められたピッチ中心位置を算出する演算式を格納しておいてもよい。この場合、ピッチ中心位置補正部４４は、当該演算式に速度センサ１１により検出された走行速度Ｖ4と進行方向Ｆ等の値、および空気ばね圧力（Ｐ1〜Ｐ4）を代入することにより、ピッチ中心位置を算出することができる。そして、ピッチ中心位置補正部４４により補正されたピッチ中心位置Ｏx3は、計測値補正部４５へと出力される。

上下加速度検出値補正部としての計測値補正部４５は、複合センサ１０により検出された値をピッチ中心位置Ｏx3に基づいて補正するものである。計測値補正部４５の入力側には、複合センサ１０とピッチ中心位置補正部４４とが接続されている。そして、計測値補正部４５は、ピッチ中心位置補正部４４により補正されたピッチ中心位置Ｏx3に基づいて、複合センサ１０により検出された上下加速度ａV1をピッチ中心位置上下加速度ａV2に補正する。具体的には、計測値補正部４５は、ピッチ中心位置Ｏx3と複合センサ１０が取付けられた第１点との間の距離から、第１点での上下加速度ａV1をピッチ中心位置Ｏx3での上下加速度aV2に補正する。

そして、計測値補正部４５により補正されたピッチ中心位置上下加速度ａV2と、複合センサ１０により検出されたセンサ位置ピッチ角速度ωp1とは、減衰特性制御部４６に出力される。減衰特性制御部４６では、上下加速度ａV2とピッチ角速度ωp1とに基づき、各ダンパ８の目標減衰力を算出し指令値を出力する。そして、演算装置４３は、算出された各ダンパ８の目標減衰力に基づいて各ダンパ８にそれぞれ駆動電流を供給することにより、各ダンパ８の減衰力を調整する。これにより、車体２の上下方向の振動（揺れ）は、低減される。

かくして、第４の実施の形態によれば、車体２に搭載された演算装置４３は、鉄道車両１の走行速度Ｖ4と進行方向Ｆ，Ｒ、および空気ばね圧力（Ｐ1〜Ｐ4）に基づき、ピッチ中心位置Ｏx3を算出することができる。そして、演算装置４３は、車体２の任意の第１点に取付けられた複合センサ１０とピッチ中心位置Ｏx3との間の距離に基づき、第１点での上下加速度ａV1およびピッチ角速度ωp1をピッチ中心位置Ｏx3での上下加速度ａV2に補正することができる。

これにより、鉄道車両１の走行速度Ｖ4が増加したり、車体２の乗客分布が異なったりして、ピッチ中心位置が車体２の重心位置から変化しても、変化したピッチ中心位置Ｏx3に複合センサ１０を取付けた場合と等価にすることができる。従って、１個の複合センサ１０によって車体２の上下方向の挙動を精度良く検出することができるから、少数（例えば１個）の複合センサ１０を用いてダンパ８の減衰特性を適切に制御することができ、コストを低減することができる。これに加えて、車体２における複合センサ１０の取付自由度を高めることができる。

なお、上述した第１の実施の形態では、演算装置１２は、車体２と台車３との間に設けられ上下方向の振動を低減させるような減衰力を発生させるダンパ８を制御する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図７に示す変形例のように、演算装置５１は、台車３と車輪４との間に設けられた軸ダンパ５２、車体２と台車３との間に設けられたヨーダンパ５３、隣合う車体２間に設けられた車体間ヨーダンパ５４等の鉄道車両１に設けられた各種のダンパを制御してもよい。このことは、第２〜第４の実施の形態についても同様である。

また、上述した第１の実施の形態では、複合センサ１０として６軸センサを用いた場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば複合センサとして３軸加速度や３軸角速度を検出可能な３軸センサを用いてもよい。このことは、第２〜第４の実施の形態および変形例についても同様である。

また、上述した第１の実施の形態では、演算装置１２は、補正されたヨー中心位置Ｏx1と複合センサ１０が取付けられた第１点との間の距離から、第１点での左右加速度ａL1をヨー中心位置Ｏx1での左右加速度aL2に補正した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第１点での左右加速度およびヨー角速度を補正されたヨー中心位置に基づいて、台車直上位置やダンパ取付位置等の任意の位置での左右加速度およびヨー角速度に補正してもよい。このことは、第２〜第４の実施の形態および変形例についても同様である。

また、上述した第１の実施の形態では、演算装置１２は、ヨー中心位置について補正し、その補正した値に基づき左右加速度ａL1を補正した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第４の実施の形態に示すように、演算装置は、ピッチ中心位置を補正し、その補正した値に基づき上下加速度を補正してもよい。また、演算装置は、ヨー中心位置とピッチ中心位置との両方を補正してダンパを制御してもよい。このことは、第２、第３の実施の形態および変形例についても同様である。

また、上述した第４の実施の形態では、演算装置４３は、ピッチ中心位置について補正し、その補正した値に基づき上下加速度ａV1を補正した場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば第１の実施の形態に示すように、演算装置は、ヨー中心位置を補正し、その補正した値に基づき左右加速度を補正してもよい。また、演算装置は、ヨー中心位置とピッチ中心位置との両方を補正してダンパを制御してもよい。

以上、本発明の幾つかの実施形態のみを説明したが、本発明の新規の教示や利点から実質的に外れることなく例示の実施形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者には容易に理解できるであろう。従って、その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含むことを意図する。上記実施形態を任意に組み合わせても良い。

本願は、２０１５年１月３０日付出願の日本国特許出願第２０１５−０１７９０２号に基づく優先権を主張する。２０１５年１月３０日付出願の日本国特許出願第２０１５−０１７９０２号の明細書、特許請求の範囲、図面、及び要約書を含む全開示内容は、参照により本願に全体として組み込まれる。

１ 鉄道車両（車両） ２ 車体 ３ 台車 ８，５２，５３，５４ ダンパ（力発生機構） ９，２１，３１，４１ 制御装置 １０ 複合センサ（車体挙動検出手段） １１ 速度センサ（走行速度検出手段） １２，２２，３３，４３，５１ 演算装置（補正手段） １３，３４ ヨー中心位置補正部 １４，３５ 計測値補正部（左右加速度検出値補正部） ４４ ピッチ中心位置補正部 ４５ 計測値補正部（上下加速度検出値補正部）

Claims (6)

1. 車体と台車とを有する車両に設けられて外部からの指令により発生力が変化する力発生機構と、
   前記発生力を制御する制御装置と
   からなる車両制振装置であって、
   前記車両の走行速度を検出または算出可能な走行速度検出手段をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記車体の任意の位置に取付けることによりヨーおよび／またはピッチを検出可能な車体挙動検出手段と、
   前記走行速度検出手段の検出または算出結果に応じて、前記車体の回転振動の中心位置を補正し、前記車体挙動検出手段により検出された値を前記中心位置に基づいて補正する補正手段と、
   を有することを特徴とする車両制振装置。
2. 前記車体挙動検出手段は、車体の任意の位置に設定される第１点に取付けることを特徴とする請求項１に記載の車両制振装置。
3. 前記補正手段は、
   前記走行速度検出手段の検出または算出結果により、ヨー中心位置を補正するヨー中心位置補正部と、
   前記ヨー中心位置補正部により補正されたヨー中心位置に基づいて前記車体挙動検出手段により検出された左右加速度の検出値を補正する左右加速度検出値補正部と、
   を有する請求項１、２に記載の車両制振装置。
4. 前記補正手段は、
   前記走行速度検出手段の検出または算出結果により、ピッチ中心位置を補正するピッチ中心位置補正部と、
   前記ピッチ中心位置補正部により補正されたピッチ中心位置に基づいて前記車体挙動検出手段により検出された上下加速度検出値を補正する上下加速度検出値補正部と、
   を有する請求項１乃至３の何れかに記載の車両制振装置。
5. 車体と台車とを有する車両に設けられて外部からの指令により発生力が変化する力発生機構と、
   前記発生力を制御する制御装置と
   からなる車両制振装置であって、
   前記車両の走行速度を検出または算出可能な走行速度検出手段をさらに備え、
   前記制御装置は、
   前記車体の任意の位置に取付けることによりヨーおよび／またはピッチを検出可能な車体挙動検出手段と、
   前記走行速度検出手段の検出または算出結果に応じて、前記車体の回転振動の中心位置を補正する補正手段と、を有し、
   前記補正手段によって補正された前記回転振動の中心位置と、前記車体挙動検出手段により検出された値とに基づいて、前記発生力を制御することを特徴とする車両制振装置。
6. 前記車体挙動検出手段は、車体の任意の位置に設定される第１点に取付けることを特徴とする請求項５に記載の車両制振装置。

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