JPH06278605A

JPH06278605A - 車両用制振装置

Info

Publication number: JPH06278605A
Application number: JP7037393A
Authority: JP
Inventors: Yoshiko Matsuoka; 佳子松岡; Koji Fukui; 宏治福井; Tatsuya Ganmi; 龍也願海
Original assignee: Tokico Ltd
Current assignee: Tokico Ltd
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1994-10-04

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は台車と車両本体との間に設けられた
駆動手段を駆動制御して車両本体の振動を吸収するよう
構成した車両用制振装置を提供することを目的とする。【構成】鉄道用車両１は、車両本体２の底部に車両本
体２の振動（加速度）を制振するための一対の制振装置
３ａ，３ｂが設けられている。この制振装置３ａ，３ｂ
は、車両本体２の振動に応じて駆動される油圧シリンダ
４ａ，４ｂと、油圧シリンダ４ａ，４ｂを駆動する油圧
ユニット５ａ，５ｂと、車両本体２の加速度を検出する
加速度センサ６ａ〜６ｄと、この加速度センサ６ａ〜６
ｄから出力された検出信号に基づいて油圧ユニット５
ａ，５ｂを駆動制御する制御装置７と、よりなる。又、
制御装置７は、油圧シリンダ４ａ，４ｂを駆動制御する
制御系の制御ゲインを車両本体２の変位量に応じて最適
値に切換えるゲイン切換手段を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両用制振装置に係り、
特に台車と車両本体との間に設けられた駆動手段を駆動
制御して車両本体の振動を吸収するよう構成した車両用
制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば鉄道用車両においては、レールを
走行する台車の上方に車両本体が支持される構成であ
り、台車と車両本体との間には車輪からの振動を吸収す
る空気ばねやコイルばねが設けられている。この空気ば
ねやコイルばねは、パッシブ（受動）形であり車両本体
に平均的な１次の固有振動数を吸収するように制作され
ている。

【０００３】そのため、車両がレール上を走行する際に
発生する振動が低周波数の場合は、上記空気ばねやコイ
ルばねにより振動が吸収されて車両は安定に走行するこ
とができる。しかし、高周波数の振動の場合は、空気ば
ね，コイルばねにより吸収することができず、例えば高
速走行時の細かい振動が乗客に不快感を与える原因とな
っていた。さらに、高速走行を継続すると、台車の車輪
がレールから脱線するおそれがあった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、従来の車両
は、パッシブ（受動）形の空気ばねやコイルばねが台車
と車両本体との間に設けられているだけなので、高周波
数の振動を効果的に制振することができず、特に横方向
の加速度を吸収することができないので、カーブを高速
で通過する際は、車両本体が傾いて揺動するため、乗り
心地が悪かった。

【０００５】そのため、最適制御則を適用して台車と車
両本体との間に振動を吸収する制振装置を設けて制振装
置を最適値に制御することが考えられるが、最適制御則
を適用する場合、数学モデルに関して最も効果の大きい
制御系を設計することになる。ところが、鉄道用車両の
場合は駅毎に乗客の乗降があり、その度に車両の質量、
重心位置が変化するため、１つの数学モデルだけではあ
らゆる条件に対処することができない。

【０００６】つまり、最適制御則を適用する場合、１つ
の数学モデルに対する制振制御系のゲインが一定となる
ので、例えば車両がゆっくりとした低周波数の揺れのと
きも、高周波数の急激な振動のときも同一のゲインで制
御されることになる。そのため、同一のゲインで制御す
る場合、例えば乗客が少なくて車体質量が軽く比較的小
さな振動のときは制振装置が十分機能せず、又ラッシュ
時など車体質量が大きいときに大きな振動が急激に入力
されたときは制御可能範囲を越えてしまうことになる。
そこで、本発明は上記課題を解決した車両用制振装置を
提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記請求項１の発明は、
台車の上方に設けられた車両本体と、該車両本体に設け
られ、前記車両本体の変位状態を検出するセンサと、前
記台車と前記車両本体との間に設けられ、前記車両本体
を弾力的に支持するばね手段と、一端が前記台車に連結
され他端が前記車両本体に連結され、前記車両本体の振
動を吸収するように駆動される駆動手段と、前記センサ
からの出力に応じて制御量を演算し、この制御量に基づ
いて前記駆動手段を駆動制御する制御手段と、よりな
り、前記制御手段は、前記駆動手段を駆動制御する制御
系の制御ゲインを前記車両本体の質量に応じて最適値に
切換えるゲイン切換手段を有してなることを特徴とす
る。

【０００８】又、請求項２の発明は、台車の上方に設け
られた車両本体と、該車両本体に設けられ、前記車両本
体の変位量を検出するセンサと、前記台車と前記車両本
体との間に設けられ、前記車両本体を弾力的に支持する
ばね手段と、一端が前記台車に連結され他端が前記車両
本体に連結され、前記車両本体の振動を吸収するように
駆動される駆動手段と、前記軌道に沿って走行する際の
走行条件に応じた駆動手段制御系の制御ゲインを各区間
毎に記憶する記憶手段と、該各区間を走行する前に前記
走行条件に合った制御ゲインを前記記憶手段から読み込
み、当該制御ゲインに基づいて前記センサからの出力に
応じた制御量を演算し、該制御量を出力して前記駆動手
段を駆動制御する制御手段と、よりなることを特徴とす
る。

【０００９】又、請求項３の発明は、前記制御手段が、
前記車両本体に設けられたドア開又は閉を検出するドア
検出スイッチからの検出信号により前記駆動手段への制
御量をリセットし、走行する区間の走行条件に合った制
御ゲインに基づいて前記制御量を演算することを特徴と
する。

【００１０】又、請求項４の発明は、前記センサが、前
記車両本体の前部，後部，左側，右側に設けられ、該左
側のセンサと右側のセンサとが、互いに前記車両本体の
中心より前後方向にずれた位置に設けられたことを特徴
とする。

【００１１】又、請求項５の発明は、前記制御手段が、
車両走行速度と前記センサの出力とを比較して前記駆動
手段の異常の有無を判定する判定手段と、該判定手段が
異常であると判定したとき前記駆動手段の制御を停止す
る切換手段とを有することを特徴とする。

【００１２】

【作用】上記請求項１によれば、駆動手段を駆動制御す
る制御系の制御ゲインを車両本体の変位量に応じて最適
値に切換えることにより、車両の走行条件に対応して車
両本体の振動を効果的に吸収することが可能になる。

【００１３】又、請求項２によれば、各区間毎の制御ゲ
インを記憶することができるので、車両が走行する区間
の走行条件にあった制御ゲインに切り換えることがで
き、乗客の乗降による乗客数の変化及び乗客分布の変化
に対応して車両本体の振動を効果的に吸収することが可
能になる。

【００１４】又、請求項３によれば、ドアの開閉が検出
されるとその都度制御ゲインを最適値に切換えることに
より、乗客の乗降による乗客数の変化及び乗客分布の変
化に対応して車両本体の振動を効果的に吸収することが
可能になる。

【００１５】又、請求項４によれば、左側のセンサと右
側のセンサとは、互いに前記車両本体の中心よりずれた
位置に設けられているので、横方向だけでなく、ヨーイ
ングも検出できる。

【００１６】又、請求項５によれば、異常の有無を判定
することができるので、駆動手段への制御量が異常であ
るときは駆動手段による制振動作が解除され、安全性が
高められている。又、異常が発生しても駆動手段が受動
形（パッシブ形）の制振装置として動作する。

【００１７】

【実施例】図１乃至図３に本発明になる車両用制振装置
の第１実施例が適用された鉄道用車両を示す。

【００１８】各図中、鉄道用車両１は、車両本体２の底
部に車両本体２の振動（加速度）を制振するための一対
の制振装置３ａ，３ｂが設けられている。この制振装置
３ａ，３ｂは、大略、車両本体２の振動に応じて駆動さ
れる油圧シリンダ４ａ，４ｂと、油圧シリンダ４ａ，４
ｂを駆動する油圧ユニット５ａ，５ｂと、車両本体２の
加速度を検出する加速度センサ６ａ〜６ｄと、この加速
度センサ６ａ〜６ｄから出力された検出信号に基づいて
油圧ユニット５ａ，５ｂを駆動制御する制御装置（制御
手段）７と、よりなる。又、制御装置７は、後述するよ
うに油圧シリンダ４ａ，４ｂを駆動制御する制御系の制
御ゲインを車両本体２の変位量に応じて最適値に切換え
るゲイン切換手段を有する。尚、本発明の車両用制振装
置は、上記油圧シリンダ４ａ，４ｂ，油圧ユニット５
ａ，５ｂ，制御装置７よりなる。

【００１９】上記加速度センサ６ａ〜６ｄのうち、加速
度センサ６ａは車両本体２の前部に設けられ、加速度セ
ンサ６ｂは車両本体２の後部に設けられ、加速度センサ
６ｃは車両本体２の左側に設けられ、加速度センサ６ｄ
は車両本体２の右側に設けられている。従って、加速度
センサ６ａ，６ｂの感度方向は矢印６Ａ，６Ｂのように
なっており、車両本体２の左右方向の加速度が検出さ
れ、これを積分することで変位，速度を求めることがで
きる。同様に、加速度センサ６ｃ，６ｄの感度方向は矢
印６Ｃ，６Ｄであり、車両本体２の前後方向の加速度が
検出され、これを積分することで変位，速度を求めるこ
とができる。尚、上記加速度センサ６ａ〜６ｄの代わり
に車両本体２の変位状態を検出する他の形式のセンサ
（例えば変位センサ、速度センサなど）を設けても良
い。

【００２０】８，９は台車で、車両本体２の前部と後部
の底部に設けられ、夫々４個の車輪１０を転動自在に支
持している。各車輪１０は車軸１１の両端に設けられ、
レール１７上を転動する。又、車軸１４の両端はばね１
３，１４により押圧されており、台車８，９のベース８
ａ，９ａはこのばね１３，１４により弾力的に支持され
ている。又、台車８，９のベース８ａ，９ａの左右両端
と車両本体２との間には空気ばね１５ａ，１６ａ，１５
ｂ，１６ｂが介在し、車両本体２は台車８，９上に設け
られた空気ばね１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂにより
弾力的に支持されている。

【００２１】従って、車両本体２は上記ばね１３，１４
及び空気ばね１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂを介して
前部の台車８と後部の台車９上に載置された状態でレー
ル１７に沿って走行するため、上下方向の振動が発生し
た場合、ばね１３，１４及び空気ばね１５ａ，１６ａ，
１５ｂ，１６ｂによりその加速度が吸収される。しか
し、車両１がカーブを通過する際はその遠心力によりカ
ーブ外側のばね１３又は１４，空気ばね１５ａ，１５ｂ
又は１６ａ，１６ｂに大きな荷重が作用し、車両本体２
はカーブ外側に傾きながらカーブを通過することにな
る。

【００２２】一対の油圧シリンダ４ａ，４ｂは、一端が
車両本体２の下面より突出する支持部１８に連結され、
他端が台車８，９のベース８ａ，９ａ上面より起立する
支持部１９に連結されている。又、油圧シリンダ４ａ，
４ｂ及び油圧ユニット５ａ，５ｂは、夫々同一構成であ
るので、一方の油圧シリンダ４ａ及び油圧ユニット５ａ
につき説明する。

【００２３】図１及び図４に示すように、油圧シリンダ
４ａは、車両本体２の横方向に延在する筒状のシリンダ
本体２０と、シリンダ本体２０内に摺動自在に挿入され
たピストン２１と、ピストン２１と一体に設けられたピ
ストンロッド２２よりなる。シリンダ本体２０の端部に
突出する連結部２０ａは上記ベース８ａ上面より起立す
る支持部１９にピン１９ａを介して回動自在に連結され
ている。又、ピストンロッド２２の端部に設けられた連
結部２２ａは上記車両本体２の下面より突出する支持部
１８にピン１８ａを介して回動自在に連結されている。

【００２４】油圧ユニット５ａは、油圧ポンプ２４と、
第１の切換弁２５と、第２の切換弁２６を有し、切換弁
２５，２６を介してシリンダ本体２０内に加圧された作
動油を供給する。第１の切換弁２５は例えば４ポート３
位置・スプリングオフセット電磁弁よりなり、中立位置
にあるときは両方のばね２５ｅ，２５ｆの押圧力が釣り
合って閉弁状態となりピストン２１を動作不可状態にロ
ックし、後述するように制御装置７により演算された制
御量の大きさに応じて切換制御される。又、第２の切換
弁２６は、４ポート２位置・スプリングオフセット電磁
弁よりなり、通常油圧により第１の切換弁２５とシリン
ダ本体２０とが連通される位置に保持されている。しか
し、第２の切換弁２６は後述するように制御ゲインが異
常であると判定されたとき、制御力が０となりばね２６
ｈの押圧力により第１の切換弁２５とシリンダ本体２０
との間を遮断する。

【００２５】即ち、第２の切換弁２６には、シリンダ本
体２０からの管路２７ｅ，２７ｆを連通するＵ字状の流
路２６ｅ及び絞り２６ｆ，２６ｇが配設されている。こ
の流路２６ｅが管路２７ｅ，２７ｆに接続されるように
切り換わると、油圧シリンダ４ａはパッシブ形のダンパ
として機能する。

【００２６】上記第１の切換弁２５は、ポート２５ａ，
２５ｂが油圧ポンプ２４ａからの油圧供給管路２７ａ，
油圧回収管路２７ｂと接続され、ポート２５ｃ，２５ｄ
が管路２７ｃ，２７ｄを介して第２の切換弁２６のポー
ト２６ａ，２６ｂに接続されている。さらに、第２の切
換弁２６のポート２６ｃ，２６ｄは管路２７ｅ，２７ｆ
を介してピストン２１により画成されたシリンダ本体２
０内の左室２８，右室２９に接続されている。

【００２７】従って、油圧シリンダ４ａ，４ｂは、切換
弁２５の切り換えによりシリンダ本体２０内の左室２８
に油圧が供給されるとピストン２１及びピストンロッド
２２がＸｂ方向に摺動し、シリンダ本体２０内の右室２
９に油圧が供給されるとピストン２１及びピストンロッ
ド２２がＸａ方向に摺動する。即ち、ピストンロッド２
２がシリンダ本体２０に対して伸縮することにより、車
両本体２と台車８，９との相対位置が変更され、車両本
体２はＸａ方向又はＸｂ方向に駆動される。

【００２８】又、油圧シリンダ４ａ，４ｂには夫々ピス
トン２１の作動位置を検出するポテンショメータ２３
ａ，２３ｂが設けられている。このポテンショメータ２
３ａ，２３ｂの出力は制御装置７に供給される。上記車
両本体２は乗降用ドア３０が両側に設けられており、こ
のドア３０は駅に到着したとき開閉される。そして、車
両本体２には、ドア３０が開又は閉位置にあることを検
出するドア検出スイッチ３１が設けられている。さら
に、各台車８，９の空気ばね１５ａ，１６ａ，１５ｂ，
１６ｂには、空気圧力を検出する圧力センサ３２ａ，３
２ｂ，３３ａ，３３ｂが配設されている。従って、本実
施例では、乗客の乗降による車両本体２の質量が空気ば
ね１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂの圧力により検出さ
れるため、車両本体２と台車８，９との間にセンサを設
ける必要がない。

【００２９】尚、本実施例では、車両本体２の質量を空
気ばね１５ａ，１６ａ，１５ｂ，１６ｂの圧力により検
出しているが、これに限るものではなく、圧力センサ３
２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂとは別個に車両本体２の
下部に車両本体２自体の重量を検出するための重量計
や、床反力計（ひずみ計）を設けてこの検出値から間接
的に車両本体２の質量を求めるようにしても良い。又、
車両本体２と台車８，９との間に車両本体２と台車８，
９との距離を検出するためのポテンショメータを設け、
このポテンショメータの検出値から車両本体２の質量を
間接的に求めるようにしても良い。

【００３０】図５に示すように、制御装置７は、上記加
速度センサ６ａ〜６ｄ，ポテンショメータ２３ａ，２３
ｂ，ドア検出スイッチ３１，圧力センサ３２ａ，３２
ｂ，３３ａ，３３ｂから出力された検出信号をデジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換器３６と、Ａ／Ｄ変換器３６
より出力された検出信号に基づいて油圧シリンダ４ａ，
４ｂの制御量ｕ₁，ｕ₂及び油圧シリンダ制御系の制御
ゲインを演算するＣＰＵ３７と、ＣＰＵ３７から出力さ
れた制御量ｕ₁，ｕ₂をアナログ信号に変換するＤ／Ａ
変換器３８と、Ｄ／Ａ変換器３８からの出力により油圧
ユニット５ａ，５ｂを駆動させるドライバ３９，４０と
よりなる。

【００３１】４１はメモリで、後述する制振制御のプロ
グラムが格納され、且つ制振制御に必要な各演算の初期
値及び異常フラグ等を記憶する。

【００３２】例えばメモリ４１には、図５に示す如くＣ
ＰＵ３７が実行する制振制御プログラム４１Ａ、制御量
異常判定プログラム４１Ｂ、ゲイン切換プログラム４１
Ｃが記憶されている。ここで、各制御プログラムの概要
について説明する。

【００３３】まず、制振制御プログラム４１Ａは、車両
１の走行状態（走行速度，カーブ，上り坂，下り坂，車
体質量中心（重心）Ｇ，車体ローリング角θ，車体のヨ
ーイング角ψ）に応じて油圧シリンダ４ａ，４ｂの制御
量ｕ₁，ｕ₂を演算し、油圧ユニット５ａ，５ｂを制御
する。

【００３４】又、制御量異常判定プログラム４１Ｂは、
車両１の走行速度と車両本体２の運動状態を比較し、制
振制御系が正常か異常かを判定し、制御量が不適当であ
る場合は油圧シリンダ４ａ，４ｂの制御を中止して油圧
シリンダ４ａ，４ｂをパッシブダンパとして使用できる
ように油圧ユニット５ａ，５ｂを切り換える。

【００３５】又、ゲイン切換プログラム４１Ｃでは、車
体質量中心（重心）Ｇ，車体質量Ｍ，車体慣性モーメン
トＪに応じた制振制御系の制御ゲインを切換える。尚、
本実施例では後述するＬＱ（Linear Quadratic) 制御に
より油圧シリンダ４ａ，４ｂを制振動作させており、制
御ゲインはＬＱ制御の演算過程で算出される。

【００３６】次に、上記制御装置７のＣＰＵ３７が実行
する処理について説明する。先ず、図６を参照してメイ
ンフローの処理について説明し、さらに制御ゲインの算
出方法について説明する。

【００３７】又、ＣＰＵ３７は例えば５msec毎に図６の
処理を繰り返し実行している。

【００３８】図６中、ステップＳ１（以下「ステップ」
を省略する）で上記加速度センサ６ａ〜６ｄ，ポテンシ
ョメータ２３ａ，２３ｂ，ドア検出スイッチ３１、車両
本体２の各点の位置，速度を取り込む。

【００３９】次のＳ２では、上記Ｓ１で取り込んだ油圧
シリンダ４ａ，４ｂのストローク，車両本体２の各点の
位置，速度の値より車体質量中心（重心）Ｇ，車体のロ
ーリング角θ，車体のヨーイング角ψ及びその速度を求
める。又、後述する状態方程式を解くのに必要な状態ベ
クトルの各成分も求める。

【００４０】そして、Ｓ２で得られた値をｕ＝−Ｆｘの
式に代入して油圧シリンダ４ａ，４ｂに対する各制御量
ｕ₁，ｕ₂を算出する（Ｓ３）。次のＳ４では、Ｓ３で
算出された制御力ｕ₁，ｕ₂を前述した各ドライバ３
９，４０に出力する。

【００４１】従って、油圧シリンダ４ａ，４ｂはこの制
御力ｕ₁，ｕ₂により駆動され車両本体２の振動をキャ
ンセル方向に駆動される。即ち、車両本体２の前部及び
後部が共にＸａ方向の加速度を受けた場合は、油圧シリ
ンダ４ａ，４ｂのピストン２１がともにＸｂ方向に駆動
され、車両本体２の前部及び後部が共にＸｂ方向の加速
度を受けた場合は、油圧シリンダ４ａ，４ｂのピストン
２１がともにＸａ方向に駆動される。又、車両本体２の
前部がＸａ方向の加速度を受け、後部がＸｂ方向の加速
度を受けた場合は、油圧シリンダ４ａのピストン２１が
Ｘｂ方向に駆動され、油圧シリンダ４ｂのピストン２１
がＸｂ方向に駆動される。又、車両本体２の前部がＸｂ
方向の加速度を受け、後部がＸａ方向の加速度を受けた
場合は、油圧シリンダ４ａ，４ｂのピストン２１がＸａ
方向，Ｘｂ方向に駆動される。

【００４２】これにより車両本体２の走行安定性が向上
し、乗り心地が良好となる。

【００４３】本実施例では前述したＬＱ（Linear Quadr
atic) 制御により油圧シリンダ４ａ，４ｂを制振動作さ
せており、制御ゲインはＬＱ制御の演算過程で算出され
る。ここで、ＬＱ制御の処理につきさらに説明する。

【００４４】上記車両１は図７及び図８に示すような数
学モデルに置き換えられる。

【００４５】このような一般的にモデルの運動方程式
は、

【００４６】

【数１】

【００４７】より次式のように表せる。

【００４８】但し、上記式及び以下の式において、Ｍは
車両本体２の質量、Ｋは空気ばねの上下方向のばね定
数、Ｃは上下方向のダンパの減衰係数、ＩはＸ軸回りの
車両本体２の慣性モーメント、ＪはＺ軸回りの車両本体
２の慣性モーメント、Ｋ₁は空気ばねの左右方向のばね
定数、Ｃ₁は左右方向のダンパの減衰係数、Ｋ₂はばね
１３，１４のばね定数、Ｃ₂はばね１３，１４のダンパ
の減衰係数、ｍ₁は台車８の質量、ｍ₂は台車９の質
量、Ｌは車体質量中心（重心）Ｇと台車間の距離、ｈ₃
は空気ばね中心から車体質量中心（重心）Ｇまでの高
さ、ｈ₅は制振装置３ａ，３ｂの車両本体２に対する力
の作用点である点Ｏから車体質量中心（重心）Ｇまでの
高さ、ｂ₂は空気ばね間の距離、ｂ₃は上下方向のダン
パ間の距離、ｘg は車両本体２の左右変位，ψは車両本
体２のヨーイング角，θは車両本体２のローリング角，
ｘ₁ は台車８の左右変位，ｘ₂は台車９の左右変位，ｕ
₁は台車８の制御力，ｕ₂は台車９の制御力，ｗ，ｗは
台車８への入力（ここでは０とする）を表す。

【００４９】

【数２】

【００５０】そして、上記モデルの状態方程式は次のよ
うに表せる。

【００５１】（ｆ）台車８の支持点（車両本体２の油圧
シリンダ４ａとの連結部分）と台車８との相対変位ｙ₁
は、ｙ₁＝ｘg ＋Ｌψ＋ｈ₃θ−ｘ₁ …（９）となる。

【００５２】（ｇ）台車９の支持点（車両本体２の油圧
シリンダ４ｂとの連結部分）と台車９との相対変位ｙ₂
は、ｙ₂＝ｘg −Ｌψ＋ｈ₃θ−ｘ₂ …（１０）となる。

【００５３】ここで、状態変数Ｘを

【００５４】

【数３】

【００５５】一般に、このような系では、評価関数Ｅを
車両本体２の絶対変位，絶対速度（進行方向を除く），
車両本体２のヨーイング角ψ，車両本体２のローリング
角θ，油圧シリンダ４ａ，４ｂのトルク，駆動ストロー
クが最小になるように設定する。ここで、評価関数ＥをＥ＝∫（ｘ^TＱｘ＋ｕ^TＲｕ）ｄｔ …（１３）とし、重みＱ，Ｒを

【００５６】

【数４】

【００５７】と与えてリカッチ方程式Ａ^TＰ＋ＰＡ＋Ｑ−ＰＢＲ^-1Ｂ^TＰ＝０ …（１６）を解き最適ゲインＦＦ＝Ｒ^-1ＢＰ …（１７）を求める。

【００５８】このようにして得られたゲインＦを用い
て、各時刻における制御量ｕ（ｕ＝−Ｆｘ）を求める。

【００５９】ここで、車両１が駅に到着して停車してい
る間に最適ゲインＦを算出する手順、即ち上記ＣＰＵ３
７が実行するＬＱ制御の処理につき図９を参照して説明
する。

【００６０】図９中、ＣＰＵ３７は、Ｓ１１において車
両１が駅に到着し、ドア検出スイッチ３１によりドア３
０が開になったことが検出されると、Ｓ１２に進み前回
の制御量をリセットする。そして、Ｓ１３において乗客
の乗降が済んでドア３０が閉じると、Ｓ１４に進み台車
８，９の各空気ばね１５，１６の圧力値Ｐ₁〜Ｐ₄を圧
力センサ３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂから読み込
む。

【００６１】続いてＳ１５に進み、各空気ばね１５，１
６の圧力値Ｐ₁〜Ｐ₄と予め設定された初期設定圧Ｐ₀
と比較して各空気ばね１５，１６が支持する質量ｍａ〜
ｍｄを算出する。次のＳ１６では、各質量ｍａ〜ｍｄを
加算して現在の総質量Ｍを算出する。

【００６２】そして、乗客の人数，乗客の乗車分布に応
じて車両本体２の車体質量中心（重心）Ｇを求める（Ｓ
１７）。次のＳ１８では、上記（４）〜（８）式により
各軸回り及び台車８，９の慣性モーメントを算出する。
さらに、上記（９）（１０）式により台車８の支持点
（車両本体２の油圧シリンダ４ａとの連結部分）と台車
８との相対変位ｙ₁、及び台車９の支持点（車両本体２
の油圧シリンダ４ｂとの連結部分）と台車９との相対変
位ｙ₂を算出する。

【００６３】続いて上記Ｓ１７，Ｓ１８で算出された値
の基づいて状態方程式（１２）のＡマトリクスを変更す
る（Ｓ１９）。さらに、重みＱ，Ｒはそのままの値を用
いて上記（１６）（１７）式に基づいてリカッチ方程式
を解いて最適ゲインＦを算出する（Ｓ２０）。

【００６４】これにより、油圧シリンダ４ａ，４ｂは、
現在乗車している乗客数及び乗客の乗車分布に応じた制
御力で駆動され、車両本体２の走行安定性がより高めら
れる。即ち、図１０に示すように、乗車率に応じた車両
本体２の質量変化を検出して数学モデルを変更すること
ができるので、乗客の乗降に伴って制御対象が変化する
場合についても上記ＬＱ制御を適用することができる。

【００６５】図１１は上記制振制御を行わなかった場合
の周波数特性と制振制御を行った場合の周波数特性の実
験結果である。この図１１の波形より無制振時は、周波
数１Hz近傍でスウェイの振動が発生し、５〜１０Hzの間
でローリングとヨーイングが発生していたことが分か
る。しかし、上記油圧シリンダ４ａ，４ｂが駆動される
ことにより、各周波数領域での振幅が小さく抑えられて
制振効果が表れていることが分かる。

【００６６】又、図１２は横軸を時間とした場合の振動
による変位を示す実験結果である。この図１２の波形よ
り無制振時に発生していたスウェイ，ローリング，ヨー
イングの各振動が上記制振制御によりきわめて微小な振
動に制振されていることが分かる。そのため、従来不可
能であった高周波数の制振制御が可能になり、高速走行
時の安定性が向上し、脱線することが防止されるととも
に、高周波数領域での「ごつごつ」といった感触がなく
なり乗り心地が改善される。

【００６７】次に、車両走行中に制御ゲインが適正であ
るかどうかを判定する処理につき説明する。

【００６８】図１３中、ＣＰＵ３７は、Ｓ２１において
車両本体２の前後に設けられた加速度センサ６ａ，６ｂ
により検出された加速度α₁，α₂、及びポテンショメ
ータ３２ａ，３２ｂにより検出されたピストン位置ｙ
_a1,ｙ_a2 を読み込む。

【００６９】次に車両１の進行速度ｖ_sを読み込む（Ｓ
２２）。尚、車両１の進行速度は車軸１１の回転を検出
する速度センサ（図示せず）より求まり速度計（図示せ
ず）に表示されるので、ここでは速度センサからの信号
を取り込む。

【００７０】次のＳ２３では、Ｓ２１で読み込んだ加速
度α₁，α₂を積分して速度ｖ₁，ｖ₂を算出する。

【００７１】続いて、図１４に示すように、車両１の進
行速度ｖ_sと比例定数Ｋ（例えば０．１）の積により車
両速度のリミット値ｖ_limを決定する（Ｓ２４）。

【００７２】車両本体２の前部の速度ｖ₁と車両速度の
リミット値ｖ_limとを比較し（Ｓ２５）、リミット値ｖ
_limよりも車両本体２の前部の速度ｖ₁が大きいときは
アラーム出力を出力し、異常であるかどうかを判断する
ための変数ｆａを０ｘｆｆとする（Ｓ２６）。この値
は、制御開始時に０が代入されている。続いて、油圧シ
リンダ４ａの制御量ｕ₁を０とする（Ｓ２７）。

【００７３】逆にリミット値ｖ_limよりも車両本体２の
前部の速度ｖ₁が小さい場合は、すでに異常が発生した
かどうかを変数ｆａの値により判断し（Ｓ２８）、ｆａ
＝０ｘｆｆの場合は、制御量ｕ₁を０とする（Ｓ２
９）。しかし、ｆａが０ｘｆｆでない場合は制御量ｕ₁
を加速度α₁，α₂より求める（Ｓ３０）。

【００７４】又、制御量ｕ₁が０の場合は、前述した第
２の切換弁２６（図４参照）が切り換わり絞り２６ｆ，
２６ｇを有する流路２６ｅが油圧シリンダ４ａに連通す
る。そのため、油圧シリンダ４ａの作動油の粘性により
パッシブ形（受動形）ダンパとして機能する。又、車両
本体２の後部についても、上記車両本体２の前部のＳ２
５〜Ｓ３０と同様にＳ３１〜Ｓ３６の処理を実行し、油
圧シリンダ４ｂの制御量ｕ₂を決定する。

【００７５】このようにして算出された制御量ｕ₁，ｕ
₂はドライバ３９，４０を介して油圧ユニット５ａ，５
ｂに出力される（Ｓ３７）。そして、上記２１〜３７の
処理は各区間毎に実行され制御量ｕ₁，ｕ₂に異常がな
いかどうかを監視する。

【００７６】図１５乃至１７に本発明の第２実施例を示
す。

【００７７】図１５中、ＣＰＵ３７には外部記憶装置と
しての磁気ディスク装置４５が接続されている。この磁
気ディスク装置４５はテンキー４６、表示部４７ととも
に車両本体２の運転席（図示せず）のコントロールパネ
ル４８に取り付けられている。又、磁気ディスク装置４
５は、可撓性ディスク記録媒体４９ａが収納されたディ
スクカートリッジ４９が装着されると、可撓性ディスク
記録媒体４９ａに磁気記録された各データを読み取りＣ
ＰＵ３７に供給する。

【００７８】図１６に示すように、例えば可撓性ディス
ク記録媒体４９ａの最初の３２ビットには、路線名，始
発駅，終着駅，経由駅，停車コード（普通，快速，準
急，急行等），曜日，時刻，停車駅数などの走行条件が
記憶されており、これらのデータは車両コードと対応し
て設定されている。これ以降には、３２ビット毎に番号
（停車駅数に対応），各番号毎の上記走行条件に対応し
た制振制御系の制御ゲインが記憶されている。

【００７９】ここで、上記ＣＰＵ３７が実行する処理に
つき図１７を参照して説明する。

【００８０】先ず、車両１の運転者は、ディスクカート
リッジ４９を磁気ディスク装置４５に装着する。次にテ
ンキー４６を操作して車両コードを入力する。

【００８１】図１７中、ＣＰＵ３７はＳ４１で運転者の
操作により車両コードが入力されると、磁気ディスク装
置４５により可撓性ディスク記録媒体４９ａに磁気記録
された車両コードを読み込む（Ｓ４２）。

【００８２】次に運転者が入力した車両コードと可撓性
ディスク記録媒体４６ａに記録された車両コードとを照
合し、一致しているかどうかをチェックする（Ｓ４
３）。車両コードが不一致の場合は、コントロールパネ
ルの表示部４７にエラーメッセージ（例えば「正しい車
両コードを入力して下さい」など）を表示して処理を終
了する（Ｓ４４）。

【００８３】しかし、Ｓ４３において、車両コードが一
致した場合は、番号ｉに０を入力し（Ｓ４５）、可撓性
ディスク記録媒体４９ａに記録された０番目のゲインを
読み込む（Ｓ２６）。この後、車両１が終着駅に到着す
るまで、即ち、車両１のドア３０がｎ＋１回開閉するま
でこれ以降の処理Ｓ４７〜Ｓ５０を繰り返す。又、この
間、所定の周期（例えば１０ｍｓ）毎に図１８に示す処
理を平行して実行する。

【００８４】Ｓ４７において、車両１のドア３０が開に
なると、ドア検出スイッチ３１によりドア３０が開にな
ったことが検出され（Ｓ４８）、このとき番号ｉにｉ＋
１を入力し（Ｓ４９）、ｉ番目の走行条件に対応したゲ
インを読み込む（Ｓ５０）。しかし、ドア３０が開が検
出されないときはゲインの読み込みは行わない。

【００８５】次に図１８に示す制振制御の処理につき説
明する。

【００８６】同図中、ＣＰＵ３７は、先ずＳ５１でドア
検出スイッチ３１からのドア開信号を読み込む。続い
て、各加速度センサ６ａ〜６ｄから出力された加速度信
号α₁〜α₂及びポテンショメータ２３ａ，２３ｂから
出力された油圧シリンダ４ａ，４ｂのピストン動作位置
ｙ_a1,ｙ_a2 を読み込む（Ｓ５２）。

【００８７】次に、各加速度センサ６ａ〜６ｄから得ら
れた車両本体２の加速度α₁〜α₂を積分して速度ｖ₁
〜ｖ₄を求める（Ｓ５３）。さらに、車両本体２の速
度，加速度，油圧シリンダ４ａ，４ｂのピストン動作位
置より、油圧ユニット５ａ，５ｂに出力する制御力
ｕ₁，ｕ₂を算出し、この制御力ｕ₁，ｕ₂をＤ／Ａ変
換器３８から油圧ユニット５ａ，５ｂを駆動させるドラ
イバ３９，４０に出力させる（Ｓ５４）。

【００８８】従って、ＣＰＵ３７は、可撓性ディスク記
録媒体４６ａに記録されたゲインを選択することによ
り、路線，区間，積空比に応じた適正なゲインに基づい
て制御力ｕ₁，ｕ₂を算出することができるので、油圧
シリンダ４ａ，４ｂの動作による制振性能が向上すると
ともに、ドア３０の開閉毎にゲインを切り換えるので各
区間をきめ細かく制振制御することができる。しかも、
本実施例では、その都度最適ゲインを算出するのではな
く、可撓性ディスク記録媒体４６ａに記録されたゲイン
を読み込むだけなので、積空比算出のための圧力センサ
３２〜３５が不要になり、制作コストを安価に抑えるこ
とができる。

【００８９】尚、本実施例では、ドア３０の開がドア検
出スイッチ３１により検出される毎にゲインを切り換え
るように構成されているが、ドア３０の開から閉への切
り換わりを検出してゲインを切り換えるようにしても良
く、又、鉄道用車両１に鉄道用車両１自体の速度を検出
する速度センサを設け、この速度センサによる速度がゼ
ロになったときにゲインを切り換えるようにしても良
い。

【００９０】又、上記のように、演算開始前に車両コー
ドのチェックを行っているため、別の車両用のゲインが
誤って入力されることが防止され、安全性が高められて
いる。

【００９１】図１９乃至図２１に本発明の第３実施例を
示す。

【００９２】各図中、加速度センサ６ａ〜６ｄのうち、
加速度センサ６ａは車両本体２の前部に設けられ、加速
度センサ６ｂは車両本体２の後部に設けられ、加速度セ
ンサ６ｃは車両本体２の左側に設けられ、加速度センサ
６ｄは車両本体２の右側に設けられている。車両本体２
の両側に配設された加速度センサ６ｃ，６ｄは、車両本
体２の長手方向の中心ではなく、中心より前後方向にず
れた位置に配設されている。

【００９３】即ち、一方の加速度センサ６ｃは後方にず
れており、他方の加速度センサ６ｄは前方にずれた位置
に設けられている。車両本体２の重心Ｇから前後の加速
度センサ６ａ，６ｂまでの距離は夫々Ｌ₁，Ｌ₁’であ
り、重心Ｇから加速度センサ６ｃ，６ｄまでの横方向の
距離は夫々Ｌ₂，Ｌ₂’であり、重心Ｇから加速度セン
サ６ｃ，６ｄまでの前後方向の距離は夫々Ｌ₃，Ｌ₃’
である。

【００９４】上記のように配設された加速度センサ６ａ
〜６ｄからの出力Ｇａ〜Ｇｄにより各方向の加速度が求
まる。

【００９５】先ず、車両本体２の重心Ｇが左右方向（Ｘ
方向）に振動するスウェイＳｕは、Ｓｕ＝（Ｇａ＋Ｇｂ）／２ …（１８）により算出される。

【００９６】又、車両本体２の重心Ｇ回りの角加速度で
あるヨーイングＹｏは、Ｙｏ＝cos ^-1｛（Ｇａ−Ｇｂ）／（Ｌ₁＋Ｌ₁’）｝ …（１９）により算出される。

【００９７】又、車両本体２の重心Ｇ回りの角加速度で
あるローリングＲｏは、Ｒｏ＝cos ^-1｛（Ｇｃ−Ｇｄ）／（Ｌ₂＋Ｌ₂’）｝ …（２０）により算出される。

【００９８】そして、車両本体２の前部と後部とが逆位
相で上下動する重心Ｇ回りの角加速度であるピッチング
Ｐｉは、Ｐｉ＝cos ^-1｛（Ｇｃ−Ｇｄ）／（Ｌ₃＋Ｌ₃’）｝ …（２１）により算出される。

【００９９】又、乗客の乗降により車両本体２の重心Ｇ
の位置が変動した場合は、空気ばね１５，１６の圧力変
化を検出する圧力センサ３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３
ｂからの検出信号に応じて上記重心Ｇに対する各加速度
センサ６ａ〜６ｄまでの距離Ｌ₁〜Ｌ₃，Ｌ₁’〜
Ｌ₃’を補正することにより、各駅での乗客数、積空比
の変化があってもその条件に応じてスウェイ，ヨーイン
グ，ローリング，ピッチングの各加速度を算出すること
ができる。従って、車両本体２の両側に設けられた加
速度センサ６ｃ，６ｄが、車両本体２の長手方向の中心
より前後方向に距離Ｌ₃ずれた位置に配設されているの
で、車両本体２の正確な振動形態を算出することがで
き、これに基づいて油圧シリンダ４ａ，４ｂを駆動して
車両本体２の振動を効果的に制振することができる。

【０１００】又、加速度センサ６ａ〜６ｄにより車両本
体２の各方向の平行運動及び回転運動を検出することが
できるので、ジャイロセンサなどの高価なセンサが不要
になる。

【０１０１】尚、上記実施例では、油圧シリンダを駆動
手段として用いたが、これに限らず、例えば空気シリン
ダ又はモータなどを使用しても良いのは勿論である。
又、上記実施例では、車両本体２を弾力的に支持するば
ね手段として空気ばねを用いて説明したが、これに限ら
ず、例えばコイルばねを使用しても良いのは勿論であ
る。その場合上記圧力センサの代わりにコイルばねの変
位を検出する変位センサを設ける。

【０１０２】又、上記実施例では、鉄道用車両を一例と
して挙げたが、これに限らず、他の形式の車両（例えば
モノレールなど）に適用しても良い。

【０１０３】

【発明の効果】上述の如く、本発明の請求項１によれ
ば、駆動手段を駆動制御する制御系の制御ゲインを車両
本体の質量に応じて最適値に切換えるため、車体の質量
に対応して車両本体の振動を効果的に制振させることが
でき、高速走行時あるいはカーブを通過する際の走行安
定性を高めることができ、乗り心地をより一層向上させ
ることができる。

【０１０４】又、請求項２によれば、各区間毎の制御ゲ
インを記憶することができるので、車両が走行する区間
の走行条件にあった制御ゲインに切り換えることがで
き、乗客の乗降による乗客数の変化及び乗客分布の変化
に対応して車両本体の振動を効果的に吸収することがで
きる。

【０１０５】又、請求項３によれば、ドアの開閉が検出
されるとその都度制御ゲインを最適値に切換えることに
より、乗客の乗降による乗客数の変化及び乗客分布の変
化に対応して車両本体の振動を効果的に吸収することが
できる。

【０１０６】又、請求項４によれば、左側のセンサと右
側のセンサとは、互いに前記車両本体の中心よりずれた
位置に設けられているので、横方向だけでなく、ヨーイ
ングの検出も正確に行うことができる。

【０１０７】又、請求項５によれば、異常の有無を判定
することができるので、駆動手段への制御量が異常であ
るときは駆動手段による制振動作が解除され、安全性が
高められている。そのため、例えば駆動手段が車両本体
を加振方向に駆動することを防止でき、制振制御の信頼
性を高めることができる。又、異常が発生しても駆動手
段を受動形の制振装置として作動させることできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる車両用制振装置の第１実施例を示
す鉄道用車両の正面図である。

【図２】鉄道用車両の側面図である。

【図３】鉄道用車両の平面図である。

【図４】油圧ユニットの油圧回路図である。

【図５】制御装置の構成を示すブロック図である。

【図６】制振装置のＣＰＵが実行するメインフロー処理
を説明するためのフローチャートである。

【図７】台車に支持された車両の数学モデルを示す正面
図である。

【図８】台車に支持された車両の数学モデルを示す平面
図である。

【図９】最適ゲインを算出するための処理を説明するた
めのフローチャートである。

【図１０】乗客の乗降による車両質量変化に対する空気
ばねの圧力変化を示すグラフである。

【図１１】制振制御による周波数特性の変化を示すグラ
フである。

【図１２】制振制御による振動の変位の変化を示すグラ
フである。

【図１３】制御量が異常かどうかを判定する処理を説明
するためのフローチャートである。

【図１４】車速に対する車体横方向速度のリミット値を
示す波形図である。

【図１５】本発明の第２実施例の要部を示す構成図であ
る。

【図１６】可撓性ディスク記録媒体に磁気記録されたデ
ータを示す図である。

【図１７】第２実施例のＣＰＵが実行する処理を説明す
るためのフローチャートである。

【図１８】第２実施例のＣＰＵが制御量を求める処理を
説明するためのフローチャートである。

【図１９】第３実施例の車両本体の平面図である。

【図２０】第３実施例の車両本体の側面図である。

【図２１】第３実施例の車両本体の正面図である。

【符号の説明】

１鉄道用車両２車両本体３ａ，３ｂ制振装置４ａ，４ｂ油圧シリンダ５ａ，５ｂ油圧ユニット６ａ〜６ｄ加速度センサ７制御装置８，９台車１５ａ，１５ｂ，１６ａ，１６ｂ空気ばね２１ピストン２３ａ，２３ｂポテンショメータ２４油圧ポンプ２５第１の切換弁２６第２の切換弁３０ドア３１ドア検出センサ３２ａ，３２ｂ，３３ａ，３３ｂ圧力センサ３７ＣＰＵ４１メモリ４５磁気ディスク装置４９ディスクカートリッジ４９ａ可撓性ディスク記録媒体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】台車の上方に設けられた車両本体と、該車両本体に設けられ、前記車両本体の変位状態を検出
するセンサと、前記台車と前記車両本体との間に設けられ、前記車両本
体を弾力的に支持するばね手段と、一端が前記台車に連結され他端が前記車両本体に連結さ
れ、前記車両本体の振動を吸収するように駆動される駆
動手段と、前記センサからの出力に応じて制御量を演算し、この制
御量に基づいて前記駆動手段を駆動制御する制御手段
と、よりなり、前記制御手段は、前記駆動手段を駆動制御する制御系の
制御ゲインを前記車両本体の質量に応じて最適値に切換
えるゲイン切換手段を有してなることを特徴とする車両
用制振装置。
【請求項２】台車の上方に設けられた車両本体と、該車両本体に設けられ、前記車両本体の変位量を検出す
るセンサと、前記台車と前記車両本体との間に設けられ、前記車両本
体を弾力的に支持するばね手段と、一端が前記台車に連結され他端が前記車両本体に連結さ
れ、前記車両本体の振動を吸収するように駆動される駆
動手段と、前記軌道に沿って走行する際の走行条件に応じた駆動手
段制御系の制御ゲインを各区間毎に記憶する記憶手段
と、該各区間を走行する前に前記走行条件に合った制御ゲイ
ンを前記記憶手段から読み込み、当該制御ゲインに基づ
いて前記センサからの出力に応じた制御量を演算し、該
制御量を出力して前記駆動手段を駆動制御する制御手段
と、よりなることを特徴とする車両用制振装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記車両本体に設けら
れたドア開又は閉を検出するドア検出スイッチからの検
出信号により前記駆動手段への制御量をリセットし、走
行する区間の走行条件に合った制御ゲインに基づいて前
記制御量を演算することを特徴とする請求項１又は２の
車両用制振装置。
【請求項４】前記センサは、前記車両本体の前部，後
部，左側，右側に設けられ、該左側のセンサと右側のセ
ンサとは、互いに前記車両本体の中心より前後方向にず
れた位置に設けられたことを特徴とする請求項１又は２
の車両用制振装置。
【請求項５】前記制御手段は、車両走行速度と前記セ
ンサの出力とを比較して前記駆動手段の異常の有無を判
定する判定手段と、該判定手段が異常であると判定した
とき前記駆動手段の制御を停止する切換手段とを有する
ことを特徴とする請求項１又は２の車両用制振装置。