JP7006357B2 - 鉄道車両用の揺動抑制装置およびそれを含む鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両用の揺動抑制装置、およびそれを含む鉄道車両に関する。

鉄道車両では、進行に伴って、スウェイングやヨーイングなどの車体運動が生じる。ヨーイングは、鉛直方向の軸を中心とする車体の回転振動である。スウェイングは、左右への車体の揺れである。この明細書では、スウェイングおよびヨーイングをまとめて揺動という場合がある。

上記のような車体運動が生じると、乗り心地が悪化する。そのため、乗り心地を向上させるには、車体運動を抑制する必要がある。車体運動を抑制させる技術として、従来から様々な技術が提案されている。

特開２００４－９０８４９号公報（特許文献１）は、鉄道車両の揺動を低減するための技術を開示する。この技術による鉄道車両は、床下を横断する空気流を遮断する部材を備える。特開２００７－１３９１００号公報（特許文献２）は、振動の伝達と衝撃とを緩和する緩衝ゴムを有する車両の防振装置を開示している。特開２００９－１４９３０４号公報（特許文献３）は、鉄道車両のアンチローリング装置を開示している。このアンチローリング装置は、オン／オフ切換え機構を含む。

特開２０１２－１９６６１号公報（特許文献４）は、リニアアクチュエータを含む鉄道車両用の揺動制御装置を開示している。その揺動制御装置は、リニアアクチュエータと、そのリニアアクチュエータの駆動をアクティブに制御する制御装置とを含む。リニアアクチュエータを用いる揺動制御装置は、リニアアクチュエータを制御するための装置が不可欠である。そのため、そのような揺動制御装置は高価になる。さらに、そのような揺動制御装置では、車体運動を正しく検知することが必須となる。

特開２００４－９０８４９号公報 特開２００７－１３９１００号公報 特開２００９－１４９３０４号公報 特開２０１２－１９６６１号公報

上記の状況から、現在、電気的な制御ではなくて信頼性の高い安価な機械的制御が、揺動制御装置に求められている。本発明は、電気的な制御を必須としない、鉄道車両用の揺動抑制装置を提供することを目的の１つとする。

本発明の一実施形態による揺動抑制装置は、第１および第２の台車を含む鉄道車両の車体の揺動を、流体を用いて抑制する、鉄道車両用の揺動抑制装置である。この装置は、第１のピストンを含む第１の圧力機器、第２のピストンを含む第２の圧力機器、および、第１の圧力機器内の流体と第２の圧力機器内の流体とが移動可能なように第１の圧力機器と第２の圧力機器とを結ぶ配管、を含む。車体の幅方向における車体に対する第１の台車の相対位置の変動に応じて第１のピストンに荷重が加わるように、第１の圧力機器は第１の台車と車体とに接続されている。車体の幅方向における車体に対する第２の台車の相対位置の変動に応じて第２のピストンに荷重が加わるように、第２の圧力機器は第２の台車と車体とに接続されている。第１および第２の圧力機器はそれぞれ独立な、流体圧ダンパーまたは流体圧シリンダである。

本発明の一実施形態による鉄道車両は、第１の台車、第２の台車、および車体を含む鉄道車両である。この鉄道車両は、本実施形態による鉄道車両用の揺動抑制装置を含む。

本発明によれば、電気的な制御を必須としない、鉄道車両用の揺動抑制装置が得られる。そのため、本発明によれば、より安価で信頼性が高い揺動抑制装置を実現することが可能である。さらに、本発明によれば、特定の揺動を選択的に抑制することが可能である。

図１は、第１実施形態の揺動抑制装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、図１に示した装置の一部を模式的に示す図である。 図３は、第２実施形態の揺動抑制装置の構成を模式的に示す図である。 図４は、図３に示した装置の一部を模式的に示す図である。 図５は、第３実施形態の揺動抑制装置の構成を模式的に示す図である。 図６は、実施形態のバリエーションについて説明する図である。 図７は、実施形態の他のバリエーションについて説明する図である。 図８は、車体のスウェイング加速度の経時変化についての解析結果を示すグラフである。 図９は、車体のスウェイングのパワースペクトル密度（ＰＳＤ）についての解析結果を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。

（揺動抑制装置）
本実施形態の揺動抑制装置は、鉄道車両用の揺動抑制装置である。この装置は、第１および第２の台車を含む鉄道車両の車体の揺動を、流体を用いて抑制する。この装置は、第１のピストンを含む第１の圧力機器、第２のピストンを含む第２の圧力機器、および配管を含む。配管は、第１の圧力機器内の流体と第２の圧力機器内の流体とが移動可能なように、第１の圧力機器と第２の圧力機器とを結ぶ。第１および第２の圧力機器はそれぞれ独立な、流体圧ダンパーまたは流体圧シリンダである。典型的には、第１および第２の圧力機器がともに流体圧ダンパーであるか、または、第１および第２の圧力機器がともに流体圧シリンダである。本実施形態で用いられる流体は非圧縮性流体（非圧縮性を有する液体または気体）であればよい。典型的には、流体はオイルである。流体がオイルである場合、圧力機器は油圧機器である。この場合、流体圧ダンパーは油圧ダンパーであり、流体圧シリンダは油圧シリンダである。

以下では、車体の幅方向における車体に対する第１の台車の相対位置を「相対位置（Ｐ１）」と称する場合があり、車体の幅方向における車体に対する第２の台車の相対位置を「相対位置（Ｐ２）」と称する場合がある。

相対位置（Ｐ１）の変動に応じて第１のピストンに荷重が加わるように、第１の圧力機器は第１の台車と車体とに接続されている。この荷重は、第１のピストンの移動方向（シリンダチューブ内を第１のピストンが移動する方向）への荷重である。

同様に、相対位置（Ｐ２）の変動に応じて第２のピストンに荷重が加わるように、第２の圧力機器は第２の台車と車体とに接続されている。この荷重は、第２のピストンの移動方向（シリンダチューブ内を第２のピストンが移動する方向）への荷重である。

圧力機器は、通常、シリンダチューブと、シリンダチューブ内に配置されるピストンと、ピストンに接続されたロッドとを含む。流体圧シリンダは、流体室（流体が配置される空間）が１つである単動形であってもよいし、流体室が２つである複動形であってもよい。流体圧ダンパーは、通常、ピストンを挟んで２つの流体室を含み、それらの２つの流体室はオリフィスでつながっている。オリフィスにおける流体抵抗によって、緩衝機能が生じる。流体がオイルである場合、流体圧シリンダ（油圧シリンダ）の流体室および流体圧ダンパー（油圧ダンパー）の流体室は油室（オイルが配置される空間）である。

一例では、圧力機器のロッドが台車枠に接続され、シリンダチューブが車体に接続される。他の一例では、ロッドが車体に接続され、シリンダチューブが台車枠に接続される。圧力機器と台車との接続箇所、および、圧力機器と車体との接続箇所から選ばれる少なくとも１つの接続箇所には、ゴムブッシュや軸受（たとえば球面軸受）などが配置されてもよい。圧力機器が流体圧シリンダである場合、上記少なくとも１つの接続箇所には流体圧ダンパーが配置されてもよい。すなわち、流体圧シリンダは、流体圧ダンパーを介して台車枠または車体に接続されてもよい。

車体と圧力機器との接続の例には、車体に接続された中心ピンに圧力機器が接続される場合が含まれる。

配管には、流体の圧力を実質的に損失させることなく流体を移動させることが可能な配管が用いられる。配管は、少なくとも一部がフレキシブルな配管であることが好ましい。また、配管自体にオリフィスと同様の機能（意図的に圧力損失を生む機能）を追加してもよい。

本実施形態の装置の３つの例（第１～第３の例）について、以下に説明する。第１の例の装置を「装置（Ｄ１）」と称し、第２の例の装置を「装置（Ｄ２）」と称し、第３の例の装置を「装置（Ｄ３）」と称する場合がある。以下の説明では、鉄道車両の進行方向に対して左側の方向および右側の方向のいずれか一方を第１の方向とし他方を第２の方向とする。

第１の例の装置（Ｄ１）は、以下の構成（１）および（２）を有する。後述するように、装置（Ｄ１）によれば、スウェイングを選択的に抑制できる。
（１）第１の台車が車体に対して第１の方向に移動したときに第１のピストンが第１の圧力機器内の流体を配管側に向かって押すように、第１の圧力機器が第１の台車および車体に接続されている。
（２）第２の台車が車体に対して第１の方向に移動したときに第２のピストンが第２の圧力機器内の流体を配管側に向かって押すように、第２の圧力機器が第２の台車および車体に接続されている。

第２の例の装置（Ｄ２）は、以下の構成（３）および（４）を有する。後述するように、装置（Ｄ２）によれば、ヨーイングを選択的に抑制できる。
（３）第１の台車が車体に対して第１の方向に移動したときに第１のピストンが第１の圧力機器内の流体を配管側に向かって押すように、第１の圧力機器が第１の台車および車体に接続されている。
（４）第２の台車が車体に対して第２の方向に移動したときに第２のピストンが第２の圧力機器内の流体を配管側に向かって押すように、第２の圧力機器が第２の台車および車体に接続されている。

第１および第２の圧力機器から選ばれる少なくとも一方は複動形の流体圧シリンダであってもよい。複動形の流体圧シリンダは、キャップ側の流体室とロッド側の流体室とを含む。ここで、ロッド側とは、ピストンに接続されたロッド（ピストンロッド、コネクティングロッド）が存在する側を意味する。キャップ側とは、ピストンを挟んでロッド側とは反対の側を意味する。

第３の例の装置（Ｄ３）は、以下の構成（５）～（７）を有する。後述するように、装置（Ｄ３）によれば、スウェイングの抑制とヨーイングの抑制とを随時切り替えることができる。
（５）第１の圧力機器は、キャップ側の第１の流体室とロッド側の第２の流体室とを含む。
（６）配管は、第１の流体室に接続された第１の配管、第２の流体室に接続された第２の配管、および第２の圧力機器に接続された第３の配管を含む。
（７）装置（Ｄ３）は、第１の配管と第３の配管とを接続する第１の接続状態と、第２の配管と第３の配管とを接続する第２の接続状態とを切り替える切り替え器をさらに含む。

第３の例の装置（Ｄ３）の好ましい一例は、以下の構成（５ａ）～（７ａ）を有する。
（５ａ）第１の圧力機器は、キャップ側の第１の流体室とロッド側の第２の流体室とを含み、第２の圧力機器は、キャップ側の第３の流体室とロッド側の第４の流体室とを含む。
（６ａ）配管は、第１の流体室に接続された第１の配管、第２の流体室に接続された第２の配管、第３の流体室に接続された第３の配管、および第４の流体室に接続された第４の配管を含む。
（７ａ）この装置は、第１の配管と第３の配管とを接続し第２の配管と第４の配管とを接続する第１の接続状態と、第１の配管と第４の配管とを接続し第２の配管と第３の配管とを接続する第２の接続状態とを切り替える切り替え器をさらに含む。

装置（Ｄ３）で用いられる圧力機器には、複動形の流体圧シリンダを用いてもよいし、流体圧ダンパーを用いてもよい。切り替え器は、上記の切り替えを実現できるものであればよい。切り替え器に特に限定はなく、流路を切り替えるための公知の弁などを用いてもよい。

（鉄道車両）
本実施形態の鉄道車両は、第１の台車、第２の台車、および車体を含む。この鉄道車両は、本実施形態の揺動抑制装置を含む。上述したように、本実施形態の揺動抑制装置によれば、スウェイングおよびヨーイングを選択的に抑制できる。

本実施形態の揺動抑制装置は、単独で用いられてもよいし、他の揺動抑制装置とともに用いられてもよい。たとえば、第１の例の装置（Ｄ１）はスウェイングを選択的に抑制するため、スウェイング以外の揺動を抑制する装置と組み合わせて用いてもよい。あるいは、第２の例の装置（Ｄ２）はヨーイングを選択的に抑制するため、ヨーイング以外の揺動を抑制する装置と組み合わせて用いてもよい。本実施形態の揺動装置と組み合わせて用いられる他の揺動抑制装置は、アクティブ制御の装置であってもよい。

なお、現状の鉄道車両では、揺動を抑制するために中心ピンに油圧ダンパーが接続されている場合がある。その油圧ダンパーを、本実施形態の第１および第２の流体圧ダンパーとして用いることが可能である。その場合、従来の鉄道車両にわずかな変更を加えるだけで本実施形態の揺動抑制装置を実現できる。

以下では、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。以下で説明する実施形態は例示であり、以下の実施形態の構成の少なくとも一部を、上述した構成に置き換えることができる。以下の説明では、同様の部分に同一の符号を付して重複する説明を省略する場合がある。

（第１実施形態）
第１実施形態では、上述した第１の例の装置（Ｄ１）の一例について説明する。図１は、第１実施形態の揺動抑制装置１００、第１の台車１１、および第２の台車１２の配置を模式的に示す上面図である。鉄道車両は、第１の台車１１、第２の台車１２、車体（図示せず）、および装置１００を含む。なお、台車がボルスタ付き台車であるかボルスタレス台車であるかにかかわらず、空気ばねの左右変位が生じる位置に揺動抑制装置１００は設置される。たとえば、ボルスタ付き台車の場合、揺動抑制装置１００の一端は台車側のゆれまくらに接続される。車体傾斜台車の場合、揺動抑制装置１００の一端は台車側の傾斜梁に接続される。

図１では、進行方向ＦＷ（矢印ＦＷ）側の台車を第１の台車１１としているが、進行方向ＦＷ側の台車を第２の台車としてもよい。第１の台車１１および第２の台車１２はそれぞれ、複数（たとえば２つ）の車軸Ａｘを有する。それぞれの車軸Ａｘには、２つの車輪Ｗｈが配置される。車軸Ａｘは、側梁Ｓｂ、横梁Ｃｂ、牽引装置（図示せず）などを介して、中心ピンＣｐに接続されている。図１には、台車１１および１２の構造部材（台車枠１１ａおよび１２ａ）が、側梁Ｓｂおよび横梁Ｃｂを含む一例について示しているが、本発明はこれに限定されない。

中心ピンＣｐは、車体の構体（台枠）に接続されている。レール１上を走る台車が中心ピンＣｐを牽引することによって、車体が進行する。換言すれば、中心ピンＣｐと車体とは実質的に一体となって移動する。一方、車体への衝撃の軽減や乗り心地の向上のため、台車の動きが中心ピンＣｐを介して車体に直接伝えられることはない。台車の動きは、ゴムブッシュやダンパーなどを介して中心ピンＣｐに伝えられる。そのため、台車に対する車体（中心ピンＣｐ）の相対位置は、台車の動きによって変動する。鉄道車両は複数の台車を含むため、それぞれの台車と車体との相対位置が変動することによって、ヨーイングやスウェイングなどの揺動が生じる。

装置１００は、第１の油圧機器１１０、第２の油圧機器１２０、およびそれらを接続する配管１０１を含む。第１実施形態では、油圧機器１１０および１２０はともに、中心ピンＣｐに対して、車体（鉄道車両）の幅方向ＤＣの同じ側に配置されている。ここで幅方向ＤＣとは、図１に示すように、水平方向で且つ進行方向ＦＷに対して垂直な方向を意味する。図１には、油圧機器１１０および１２０がともに、中心ピンＣｐに対して、左方向ＤＬ（進行方向ＦＷに向かって左側の方向）に配置されている一例を示す。油圧機器１１０および１２０はともに、中心ピンＣｐに対して、右方向ＤＲ（進行方向ＦＷに向かって右側の方向）に配置されてもよい。

第１の油圧機器１１０の構成を、図２に模式的に示す。図１および図２では、第１および第２の油圧機器１１０および１２０がともに油圧シリンダである場合の一例を示す。

油圧機器１１０は、シリンダチューブ（第１のシリンダチューブ）１１１、ピストン（第１のピストン）１１２、およびロッド１１３を含む。油圧機器１１０は、単動式の油圧シリンダであり、１つの油室１１１ａ（オイルが出入りする空間）を有する。配管１０１は、油室１１１ａに接続されている。

車体の幅方向ＤＣにおける車体に対する第１の台車１１の相対位置（Ｐ１）は、車両の進行の際に変化する。油圧機器１１０は、相対位置（Ｐ１）の変動に応じて第１のピストン１１２に荷重が加わるように、第１の台車１１と車体（中心ピンＣｐ）とに接続されている。具体的には、ロッド１１３の一端は台車枠１１ａ（図２では側梁Ｓｂ）に接続されている。シリンダチューブ１１１は、中心ピンＣｐに接続されている。すなわち、シリンダチューブ１１１は、中心ピンＣｐを介して車体に接続されている。

台車１１が車体に対して左方向ＤＬに移動すると、ピストン１１２が引かれる。配管１０１内のオイルが自由に移動可能な場合、ピストン１１２が引かれるのに伴って、配管１０１内のオイルが油室１１１ａに移動する。一方、台車１１が車体に対して右方向ＤＲに移動すると、ピストン１１２が押される。配管１０１内のオイルが自由に移動可能な場合、ピストン１１２が押されるのに伴って、油室１１１ａ内のオイルが配管１０１に移動する。

第１の油圧機器１１０と同様に、第２の油圧機器１２０は、第２のシリンダチューブ、第２のピストン、およびロッドを含む。第２の油圧機器１２０も、第１の油圧機器１１０と同様に、台車枠１２ａおよび車体（中心ピンＣｐ）に接続されている。すなわち、油圧機器１２０は、相対位置（Ｐ２）の変動に応じて第２のピストンに荷重が加わるように、第２の台車１２と車体（中心ピンＣｐ）とに接続されている。

上述したように、油圧機器と台車との間の接続箇所、および、油圧機器と車体（たとえば中心ピンＣｐ）との接続箇所には、ゴムブッシュや球面軸受などが配置されてもよい。

装置１００では、油圧機器１１０および１２０がともに、台車が右方向ＤＲに移動したときに、油圧機器内のオイルを配管１０１へ送り出す力が働くように配置されている。この装置１００において、車体に対して第１の台車１１が左方向ＤＬに移動し、車体に対して第２の台車１２が右方向ＤＲに移動する場合について考える。この場合、油圧機器１１０では配管１０１からオイルを引き込む力が働き、油圧機器１２０では配管１０１へオイルを送り出す力が働く。そのため、相対位置（Ｐ１）の移動量と相対位置（Ｐ２）の移動量とが同じであれば、油圧機器１１０で生じる力と油圧機器１２０で生じる力とは干渉することなく配管１０１内をオイルが流れる。すなわち、装置１００は、第１の台車１１と第２の台車１２とが逆方向に移動することを積極的には抑制しない。換言すれば、装置１００は、ヨーイング（鉛直軸を中心とする車体の回転）を積極的には抑制しない。

次に、装置１００において、台車１１および１２がともに左方向ＤＬに移動する場合について考える。この場合、油圧機器１１０および１２０ではともに、配管１０１からオイルを引き込む力が働く。その結果、油圧機器１１０で生じる力と油圧機器１２０で生じる力とが干渉するため、ピストン１１２および１２２の移動が妨げられる。台車１１および１２がともに右方向ＤＲに移動する場合、油圧機器１１０および１２０ではともに、配管１０１へオイルを送り出す力が働く。その結果、油圧機器１１０で生じる力と油圧機器１２０で生じる力とが干渉するため、ピストン１１２および１２２の移動が妨げられる。すなわち、装置１００は、第１の台車１１と第２の台車１２とが同じ方向に移動することを抑制する。換言すれば、装置１００は、スウェイング（幅方向ＤＣへの車体の平行移動）を抑制する。以上のように、装置１００によれば、スウェイングを選択的に抑制することが可能である。

（第２実施形態）
第２実施形態では、上述した第２の例の装置（Ｄ２）の一例について説明する。図３は、第２実施形態の揺動抑制装置１００ａ、第１の台車１１、および第２の台車１２の配置を模式的に示す上面図である。装置１００ａは、装置１００と比較して、第２の油圧機器１２０の配置のみが装置１００とは異なるため、重複する説明を省略する。

油圧機器１２０は、中心ピンＣｐに対して右方向ＤＲの側に配置されている。すなわち、装置１００ａでは、第１の油圧機器１１０と第２の油圧機器１２０とは、反対向きに配置されている。装置１００ａでも、装置１００と同様に、第１の油圧機器１１０の油室と第２の油圧機器１２０の油室とが配管１０１によって接続されている。

第２の油圧機器１２０の構成を、図４に模式的に示す。図３および図４では、第１および第２の油圧機器１１０および１２０がともに油圧シリンダである場合の一例を示す。

油圧機器１２０は、シリンダチューブ（第２のシリンダチューブ）１２１、ピストン（第２のピストン）１２２、およびロッド１２３を含む。油圧機器１２０は、単動式の油圧シリンダであり、１つの油室１２１ａを有する。ロッド１２３の一端は台車枠１２ａ（図４では側梁Ｓｂ）に接続されている。シリンダチューブ１２１は、中心ピンＣｐに接続されている。すなわち、シリンダチューブ１２１は、中心ピンＣｐを介して車体に接続されている。配管１０１は、油室１２１ａに接続されている。

装置１００ａでは、台車の動きによってピストンに生じる力の方向が油圧機器１１０と油圧機器１２０との間で逆となるように、油圧機器１１０および１２０が配置されている。すなわち、装置１００ａでは、第１の台車１１が右方向ＤＲに移動したときに第１のピストン１１２がオイルを配管１０１側に向かって押し、第２の台車１２が左方向ＤＬに移動したときに第２のピストン１２２がオイルを配管１０１側に向かって押す。

装置１００ａにおいて、第１の台車１１および第２の台車１２がともに左方向ＤＬに移動する場合について考える。この場合、油圧機器１１０では配管１０１からオイルを引き込むが働き、油圧機器１２０では配管１０１へオイルを送り出す力が働く。そのため、相対位置（Ｐ１）の移動量と相対位置（Ｐ２）の移動量とが同じであれば、油圧機器１１０で生じる力と油圧機器１２０で生じる力とは干渉することなく配管１０１内をオイルが流れる。すなわち、装置１００ａは、第１の台車１１と第２の台車１２とが同じ方向に移動することを積極的には抑制しない。換言すれば、装置１００ａは、スウェイングを積極的には抑制しない。

次に、装置１００ａにおいて、第１の台車１１が左方向ＤＬに移動し、第２の台車１２が右方向ＤＲに移動する場合について考える。この場合、油圧機器１１０および１２０ではともに、配管１０１からオイルを引き込む力が働く。その結果、油圧機器１１０で生じる力と油圧機器１２０で生じる力とが干渉するため、ピストン１１２および１２２の移動が妨げられる。すなわち、装置１００ａは、第１の台車１１と第２の台車１２とが異なる方向に移動することを抑制する。換言すれば、装置１００ａは、ヨーイングを抑制する。以上のように、装置１００ａによれば、ヨーイングを選択的に抑制することが可能である。

なお、第１実施形態および第２実施形態の装置において、油圧機器の接続対象物を変えることも可能である。たとえば、第１実施形態において、第１の油圧機器１１０のシリンダチューブ１１１側を台車枠に接続し、ロッド１１３を車体に接続することが可能である。

（第３実施形態）
第３実施形態では、第３の例の装置（Ｄ３）の一例として、上記構成（５ａ）～（７ａ）を有する装置について説明する。第３実施形態の揺動抑制装置１００ｂの主要部を、図５に模式的に示す。

装置１００ｂは、配管１０１、第１の油圧機器１１０、第２の油圧機器１２０、および切り替え器１３０を含む。配管１０１は、第１の配管１０１ａ、第２の配管１０１ｂ、第３の配管１０１ｃ、および第４の配管１０１ｄを含む。

第１および第２の油圧機器１１０および１２０は、複動形の油圧シリンダであり、第２の油室を備える点のみが上記実施形態で説明した油圧機器とは異なる。そのため、重複する説明を省略する場合がある。

第１の油圧機器１１０は、シリンダチューブ（第１のシリンダチューブ）１１１、ピストン（第１のピストン）１１２、およびロッド１１３を含む。油圧機器１１０は、複動式の油圧機器であり、キャップ側の第１の油室１１１ａおよびロッド１１３側の第２の油室１１１ｂを有する。第１の油室１１１ａには、第１の配管１０１ａが接続されている。第２の油室１１１ｂには、第２の配管１０１ｂが接続されている。

第２の油圧機器１２０は、シリンダチューブ（第２のシリンダチューブ）１２１、ピストン（第２のピストン）１２２、およびロッド１２３を含む。油圧機器１２０は、複動式の油圧機器であり、キャップ側の第３の油室１２１ａおよびロッド１２３側の第４の油室１２１ｂを有する。第３の油室１２１ａには、第３の配管１０１ｃが接続されている。第４の油室１２１ｂには、第４の配管１０１ｄが接続されている。

切り替え器１３０は、以下の第１の接続状態と第２の接続状態との接続状態の間で配管の接続を切り替える。
（第１の接続状態）第１の配管１０１ａと第３の配管１０１ｃとが接続され、第２の配管１０１ｂと第４の配管１０１ｄとが接続される。
（第２の接続状態）第１の配管１０１ａと第４の配管１０１ｄとが接続され、第２の配管１０１ｂと第３の配管１０１ｃとが接続される。

第１の接続状態にある装置１００ｂは、第１の例の装置（Ｄ１）と同様の機能を有する。第２の接続状態にある装置１００ｂは、第２の例の装置（Ｄ２）と同様の機能を有する。切り替え器１３０によって第１の接続状態と第２の接続状態とを切り替えることによって、ヨーイングの抑制とスウェイングの抑制とを選択的に行うことが可能である。

上記実施形態では、油圧機器として油圧シリンダを用いる場合を例に挙げて説明した。しかし、油圧機器として油圧ダンパーを用いても同様に実施が可能である。油圧機器として油圧ダンパーを用いることによって、油圧機器に緩衝機能（振動減衰機能）を持たせることができる。油圧機器として油圧ダンパーを用いる場合、オリフィスにおける抵抗を変えることによって、緩衝機能の程度を変えることができる。そのため、揺動抑制機能と緩衝機能とのバランスを考慮して油圧ダンパーを選択することによって、車体の揺動をより効果的に抑制することが可能となる。

油圧ダンパーを用いる場合の一例を、図６に示す。図６は、図２に示した第１の油圧機器１１０（油圧シリンダ）を油圧ダンパーに置き換えた例である。

図６に示す油圧機器２１０は、シリンダチューブ（第１のシリンダチューブ）２１１、ピストン（第１のピストン）２１２、およびロッド２１３を含む。油圧機器２１０は、油圧ダンパーであり、ピストン２１２を挟んで配置された２つの油室（第１の油室２１１ａおよび第２の油室２１１ｂ）を有する。第１の油室２１１ａはキャップ側の油室であり、第２の油室２１１ｂはロッド側の油室である。第１の油室２１１ａと第２の油室２１１ｂとは、オリフィス２１２ｃによってつながっている。図６に示す一例では、オリフィス２１２ｃはピストン２１２に形成されている。

図６に示す一例では、配管１０１が、キャップ側の第１の油室２１１ａに接続されている。このように接続することによって、第１実施形態で説明した装置１００と同様に機能させることができる。また、配管１０１をロッド側の第２の油室２１１ｂに接続することによって、第２実施形態で説明した装置１００ａと同様に機能させることが可能である。

第２実施形態で説明した装置においても、図６に示した油圧ダンパーを油圧機器として用いることができる。同様に、第３実施形態で説明した装置についても、図６に示した油圧ダンパーを油圧機器として用いることができる。この場合、第１の油室２１１ａに第１の配管（第３の配管）を接続し、第２の油室２１１ｂに第２の配管（第４の配管）を接続すればよい。

油圧機器として油圧ダンパーを用いる場合、２つの台車で用いられる２つの油圧機器の一方のみを油圧ダンパーとし、他方を油圧シリンダとすることによって、上述した装置（Ｄ３）を実現することが可能である。たとえば、第１実施形態および第２実施形態の第１の油圧機器１１０に、油圧ダンパーを用いてもよい。第１実施形態の第１の油圧機器１１０を油圧ダンパーに置き換えた装置（Ｄ３）の一例の一部を、図７に示す。

図７の装置では、第１の油圧機器２１０が油圧ダンパーであり、キャップ側の第１の油室２１１ａとロッド側の第２の油室２１１ｂとを含む。配管１０１は、第１の油室２１１ａに接続された第１の配管１０１ａ、第２の油室２１１ｂに接続された第２の配管１０１ｂ、および第２の油圧機器１２０に接続された第３の配管１０１ｃを含む。図７の装置は切り替え器１３０を含む。切り替え器１３０は、第１の配管１０１ａと第３の配管１０１ｃとを接続する第１の接続状態と、第２の配管１０１ｂと第３の配管１０１ｃとを接続する第２の接続状態とを切り替える。第１の接続状態の場合、第１実施形態の装置１００と同様の機能を奏する。第２の接続状態の場合、第２実施形態の装置１００ａと同様の機能を有する。このように、切り替え器１３０によって第１の接続状態と第２の接続状態とを切り替えることによって、ヨーイングの抑制とスウェイングの抑制とを所望のタイミングで切り替えることが可能である。すなわち、図７の装置でも、第３実施形態の装置１００ｂと同様の効果が得られる。

本発明について、実施例によってさらに詳細に説明する。この実施例では、本発明のヨーイング抑制装置の効果を検証するために、鉄道車両用の動解析ツール（Simpack Rail）を用いて解析を行った。この解析では、スウェイングを選択的に抑制することが可能な第１実施形態の揺動抑制装置を用いることによる効果について評価した。ただし、第１および第２の油圧機器として、減衰係数が３５４００Ｎ・ｓ／ｍである油圧ダンパーを用いると仮定した。そして、スウェイングについてのみ、減衰係数が１０５４００Ｎ・ｓ／ｍで減衰するとしてシミュレーションを行った。

この実施例では、本実施形態の揺動抑制装置を用いた車両（本発明例）と、それを用いない従来の車両（従来例）とについて、車体のスウェイング加速度の経時変化、および、車体のスウェイングのパワースペクトル密度（ＰＳＤ）を求めた。それらの結果を図８および図９に示す。

図８および図９に示すように、本発明例のスウェイング加速度およびＰＳＤは、従来例のそれらよりも小さかった。この結果は、本発明の揺動抑制装置によって車体の揺動が効果的に抑制されることを示している。

本発明は、鉄道車両用の揺動抑制装置およびそれを用いた鉄道車両に利用できる。

１１：第１の台車
１２：第２の台車
１１ａ、１２ａ：台車枠
１００、１００ａ、１００ｂ：揺動抑制装置
１０１：配管
１１０：第１の油圧機器（油圧シリンダ）
１１１、１２１：シリンダチューブ
１１１ａ、１１１ｂ、１２１ａ、１２１ｂ：油室
１１２、１２２：ピストン
１１３、１２３：ロッド
１２０：第２の油圧機器（油圧シリンダ）
１３０：切り替え器
２１０：油圧機器（油圧ダンパー）
Ｃｐ：中心ピン（車体）
ＤＣ：幅方向
ＦＷ：進行方向

Claims (4)

1. 第１および第２の台車を含む鉄道車両の車体の揺動を、流体を用いて抑制する、鉄道車両用の揺動抑制装置であって、
   第１のピストンを含む第１の圧力機器、
   第２のピストンを含む第２の圧力機器、および、
   前記第１の圧力機器内の前記流体と前記第２の圧力機器内の前記流体とが移動可能なように前記第１の圧力機器と前記第２の圧力機器とを結ぶ配管、を含み、
   前記車体の幅方向における前記車体に対する前記第１の台車の相対位置の変動に応じて前記第１のピストンに荷重が加わるように、前記第１の圧力機器は前記第１の台車と前記車体とに接続されており、
   前記車体の幅方向における前記車体に対する前記第２の台車の相対位置の変動に応じて前記第２のピストンに荷重が加わるように、前記第２の圧力機器は前記第２の台車と前記車体とに接続されており、
   前記第１および第２の圧力機器はそれぞれ独立な、流体圧ダンパーまたは流体圧シリンダであり、
   前記第１の圧力機器は、キャップ側の第１の流体室とロッド側の第２の流体室とを含み、
   前記第２の圧力機器は、キャップ側の第３の流体室とロッド側の第４の流体室とを含み、
   前記配管は、前記第１の流体室に接続された第１の配管、前記第２の流体室に接続された第２の配管、前記第３の流体室に接続された第３の配管、および前記第４の流体室に接続された第４の配管を含み、
   前記第１の配管と前記第３の配管とを接続し前記第２の配管と前記第４の配管とを接続する第１の接続状態と、前記第１の配管と前記第４の配管とを接続し前記第２の配管と前記第３の配管とを接続する第２の接続状態とを切り替える切り替え器をさらに含む、鉄道車両用の揺動抑制装置。
2. 請求項１に記載の、鉄道車両用の揺動抑制装置であって、
   前記流体がオイルである、鉄道車両用の揺動抑制装置。
3. 請求項１に記載の、鉄道車両用の揺動抑制装置であって、
   前記流体が非圧縮性流体である、鉄道車両用の揺動抑制装置。
4. 第１の台車、第２の台車、および車体を含む鉄道車両であって、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の鉄道車両用の揺動抑制装置を含む、鉄道車両。
   

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