JPH08270722A - 車両の振動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】車体１に設置したアクチュエータ４の可動部４
ｂに取り付けた付加質量５と、車体１の振動を検出する
振動センサ３の出力信号に基づいてアクチュエータ４へ
駆動指令を与える制御装置７とによって車両の振動制御
装置を構成し、付加質量５に発生させる振動と振動セン
サ３の出力信号との倍率が、車体１と付加質量５の質量
比にほぼ等しくなるようにアクチュエータ４を駆動させ
固定部４ａに発生する駆動反力で車体１の振動を抑制さ
せる。 【効果】車体・台車間に設置されている車体支持ばねの
正常な動作や制振特性を損なうことなく振動制御が行わ
れ、幅広い周波数領域にわたって振動を低減することが
可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は車両の振動制御装置に係
り、特に、鉄道車両の乗り心地を改善するための振動制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の乗り心地を改善し、快適性を
一段と追及するためには、飛躍的な車体振動の低減を図
っていく必要がある。日本機械学会論文集(Ｃ編)５３巻
４９４号（昭６２−１０）第２１０３頁〜第２１０９頁
「鉄道車両のアクティブサスペンション」には、車体振
動を低減させ乗り心地向上を図る方法として、アクティ
ブサスペンションと呼ばれる振動制御方法が記載されて
いる。この方法は車体と台車の間にアクチュエータを設
け、そのアクチュエータを制御することにより、車体・
台車間に適切な力を働かせて車体の振動が小さくなるよ
うにするものである。

【０００３】この方式は、通常の車両動揺と呼ばれる
０.６〜２Ｈｚ の低周波振動モード（上下，ピッチン
グ，ヨーイング，ローリング）の固有振動数に対する振
動抑制効果はかなりあるが、台車の固有振動数（約５Ｈ
ｚ）付近では効果がなく、制御応答上制御不能となる約
１０Ｈｚ以上のばね下振動数成分はアクチュエータを通
して車体に伝わり易い傾向を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】走行中の鉄道車両は軌
道の高低狂い，水準狂い，通り狂いや波状摩耗のような
レール表面の凹凸によって加振される。

【０００５】図４は、車体１に発生する振動のモードを
示しており、上下振動では１.５〜２.５Ｈｚ 、ヨーイ
ングでは１.０〜２.０Ｈｚ、左右及びローリング振動で
は、下心ローリングの０.６〜１.０Ｈｚ、上心ローリン
グの１.０〜２.０Ｈｚが問題となる。このような車両動
揺のほかに、ばね下である台車の固有振動数，レール継
目，波状摩耗等による約１０Ｈｚ以上の高い振動数成分
もばね下に存在する。また、一般に上下方向については
６〜２０Ｈｚ、水平方向については４〜１５Hzの振動が
乗り心地に対して悪影響を及ぼすことを考慮すると幅広
い周波数領域にわたって振動を低減させることは重要で
ある。

【０００６】本発明の目的は、幅広い周波数領域にわた
って、特に車両動揺に対する振動を十分低下させると同
時に、ばね下からの高周波数振動の車体への伝達が少な
い車両の振動制御装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の車両の振動制御装置は、車体振動を検出す
る振動センサの出力信号に基づいて車体に力を加え、車
体振動を抑制する手段を備えた車両の振動制御装置にお
いて、車体に力を加える手段として、車体に固定したア
クチュエータと，このアクチュエータの可動部に取り付
けた付加質量と，前記振動センサの出力信号に基づいて
アクチュエータへ駆動指令を与える制御装置とによって
構成し、アクチュエータが付加質量を駆動するときの反
力で車体の振動を抑制するように動作させる。

【０００８】また、アクチュエータの可動部に取り付け
る付加質量は、車体の質量に比べ極力小さく構成し、付
加質量を駆動したときに発生する前記付加質量の振動と
車体振動との倍率が、車体の質量と付加質量との比にほ
ぼ等しくなるようにアクチュエータへの駆動指令を決定
するとともに、乗客の乗り降り等によって車体質量が変
化する車両に適用する場合には、車体に設置され、乗客
数に応じた可変信号を出力する公知の応荷重装置の出力
をアクチュエータへの駆動指令を決める制御装置に取り
込み、車体質量の変化に対応した振動倍率を演算してア
クチュエータへの駆動指令を決定する。

【０００９】さらに、アクチュエータと，前記アクチュ
エータの可動部に取り付けた付加質量は、対象となる振
動のモードの腹となる部位に設置することが適切で、車
両の進行方向前後の車体側面に設置することが望まし
い。また、車体振動を検出する振動センサと，アクチュ
エータと，前記アクチュエータの可動部に取り付けた付
加質量と，前記振動センサの出力信号に基づいてアクチ
ュエータへ駆動指令を与える制御装置とからなる振動制
御装置を複数個設けることにより、車体の各種回転振動
などあらゆるモードの振動に対しても抑制効果を発揮す
ることができる。

【００１０】

【作用】本発明によれば、振動センサで検出した車体振
動をアクチュエータへの駆動指令を決める制御装置に入
力し、ある決められた制御則に従って演算する。この演
算結果がサーボ弁に送られ、流体を制御して車体に取り
付けたアクチュエータを動作させて付加質量を駆動す
る。このとき車体のアクチュエータ取付部には付加質量
を駆動することによる反力が作用するので、この駆動反
力で対象とする車体の振動を抑制するように制御する。
すなわち、対象となる振動モードの腹となる部位付近に
設置したアクチュエータで付加質量を車体振動と同方
向，同位相で振動させれば、アクチュエータ設置部には
車体加振力（車体の質量と振動加速度の積）と逆位相の
駆動反力が発生し、車体振動を抑制することができる。

【００１１】

【実施例】図１は、本発明の一実施例を示すブロック図
である。図において、１は車体、２は車輪軸であり、車
体１は車輪軸２に対して図示しない軸ばね，台車枠，枕
ばねを介して弾性支持されている。３は車体の左右方向
振動を検出する振動センサ、４はアクチュエータであ
り、固定部４ａが車体１に取り付けられている。また、
５はアクチュエータ４の可動部４ｂに取り付けられた付
加質量であり、ガイドローラ５′により左右方向にのみ
移動可能に支持されている。なお、付加質量５は、車体
１の質量に比べ極力小さく構成することが望ましいが、
アクチュエータ５の駆動能力との関連で決定され、概ね
車体質量の１％前後に設定される。６は付加質量５の振
動を検出する振動センサである。

【００１２】７は、振動センサ３及び６の出力信号に基
づいてアクチュエータ４を駆動するための制御装置であ
り、制御器８，サーボ弁９，液圧源１０，締切り弁１１
及び管路１２等により構成されている。

【００１３】本発明の一実施例では、振動センサ３によ
って検出した車体振動に対応した出力信号を制御器８に
入力し、制御器８では車体１と付加質量５との質量比に
対応した振動倍率の演算や付加質量５に発生させる振動
と車体振動とが同位相になるように位相補償を行う等の
演算を行って、アクチュエータ４への動作指令信号を作
成し出力する。この制御器８の出力信号によってサーボ
弁９を操作することにより液圧源１０から送り出される
液圧を制御してアクチュエータ４を動作させ、可動部４
ｂに取り付けられた付加質量５を振動させる。

【００１４】付加質量５に発生した振動は、アクチュエ
ータ４を車体１に取り付けている固定部４ａに駆動反力
をもたらし、この駆動反力が車体振動を抑制するように
動作する。なお、付加質量５に設置した振動センサ６の
出力は、制御器８の図示しない比較器に入力され、公知
のフィードバック制御系が構成される。また、締切り弁
１１は、制御系に不具合が生じたとき、アクチュエータ
４への液圧の供給を遮断するために設けたものである。

【００１５】以上のように構成した本発明の一実施例に
よれば、車体振動の検出出力に基づいて、車体に取り付
けたアクチュエータ４で付加質量５を振動させることに
より、車体支持ばねの正常な動作や制振特性を損なうこ
となく対象とするモードの車体振動を十分抑制すること
ができ、乗り心地の優れた鉄道車両の振動制御装置が提
供できる。

【００１６】なお、本発明の一実施例は、車体の左右振
動を検出し、左右の振動モードに対して抑制効果を発揮
するようにアクチュエータ４及び付加質量５を設置して
いるが、これを前後の車体両端部に設けることにより、
ヨーイングモードの振動に対しても抑制効果を発揮させ
ることができる。

【００１７】図２は本発明の他の実施例を示すブロック
図である。同図において、一実施例と異なるところは、
車体１の振動を検出する振動センサとして、車体１の左
右両端部の上下振動を検出する振動センサ１０３及び２
０３と車体左右振動を検出する振動センサ３０３とを設
け、振動センサ１０３，２０３，３０３に対応して、ア
クチュエータ１０４，２０４，３０４，付加質量１０
５，２０５，３０５，振動センサ１０６，２０６，３０
６及び制御装置１０７，２０７，３０７を設けており、
固定部１０４ａ，２０４ａ，３０４ａに各振動センサ１
０３，２０３，３０３から得られた車体振動の検出出力
に対応した駆動反力が働くように構成した点にある。

【００１８】この構成により、車体１に設置した振動セ
ンサ１０３と２０３とにより車体の上下方向とローリン
グとの複合された振動出力が検出でき、振動センサに対
応して設置したアクチュエータ１０４，２０４の固定部
１０４ａ，２０４ａには振動出力と逆位相の駆動反力が
作用するので、上下振動とローリングモードの振動を同
時に抑制することができる。

【００１９】また、車体前後の図示しない他端部にもこ
れと同様の振動センサ及び振動制御機構を設置すること
によりピッチングモードとヨーイングモードの振動に対
応させることができ、車体の前後振動を除く全てのモー
ドについて振動抑制を図ることができる。なお、車体上
下方向へ移動可能に設置した２つの付加質量１０５及び
２０５は、左右方向へ移動可能に設置した付加質量３０
５の半分の質量で構成できる。

【００２０】図３は、本発明の制御器８の別の実施例を
示すブロック図である。同図において、図１に示した一
実施例と異なるところは、車体１に設置され、乗客数に
応じた信号出力を発生する公知の応荷重装置３６の出力
信号を制御器８に入力して乗客数に対応した制御を行う
ように構成した点にある。すなわち、制御器８では、車
体１に取り付けた振動センサ３の出力信号を取り込み、
検出器３１，フィルタ３２，比較器３３，補償回路３４
及びサーボアンプ３５等により対象とするモードの振動
出力を検出し、車体１と付加質量５との質量比に対応し
た振動倍率の演算や付加質量５に発生させる振動と車体
振動とが同位相になるように位相補償を行う等の演算を
行って、アクチュエータ４への動作指令信号を作成し出
力するが、応荷重装置３６の出力信号を制御器８のサー
ボアンプ３５に入力して、乗客数による車体質量の変化
に対応して振動倍率を調整するように構成している。な
お、付加質量５に設置した振動センサ６，検出器６１，
フィルタ６２等で構成されるフィードバック制御系につ
いては、ゲイン調整器３７を設けてこれに応荷重装置３
６の出力信号を入力してフィードバックゲインを調整し
て、比較器３３に入力するように構成している。

【００２１】このように構成した本発明の別の実施例に
よれば、乗客数による車体質量の変化に対応した振動倍
率を随時演算してアクチュエータ４への駆動指令を決定
するように構成したので、車体質量の変化による振動抑
制効果の変動を除くことができ、さらに制御器８をマイ
クロコンピュータで構成することにより、制御遅れが少
なく信頼性の高い振動制御装置が提供できる。

【００２２】なお、本発明の実施例では液圧式のアクチ
ュエータ４，１０４，２０４，304を用いた場合につい
て説明したが、例えば電動機構を用いて構成しても同様
の効果が得られる。また、液圧源１０としては空気圧，
油圧等が利用されるが供給圧力が高く装置が小型化で
き、応答性のよい油圧を用いることが望ましい。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、車体振動を検出する振
動センサと，車体に固定したアクチュエータと，アクチ
ュエータの可動部に取り付けた付加質量と，振動センサ
の出力信号に基づいてアクチュエータへの駆動指令を決
める制御装置とにより振動制御装置を構成し、ある決め
られた制御則に従ってアクチュエータが付加質量を駆動
し、車体に発生する駆動反力によって車体の振動を抑制
するようにしており、車体，台車間に設置される車体支
持機構とは関連させずに独立に構成したので、通常の柔
らかいばねによる車体支持機構が有する比較的高振動数
のばね下振動の車体への伝達を遮断する効果を損なうこ
となく振動制御が行われ、乗り心地を大幅に改善する効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明の他の実施例を示すブロック図。

【図３】本発明の制御器の別の実施例を示すブロック
図。

【図４】車体に発生する振動のモードを示す説明図。

【符号の説明】

１…車体、３…振動センサ、４…アクチュエータ、４ａ
…固定部、４ｂ…可動部、５…付加質量、７…制御装
置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０５Ｄ 19/02 Ｇ０５Ｄ 19/02 Ｄ (72)発明者 石田 周二 茨城県ひたちなか市中央町14番８号 株式 会社ひたちなかテクノセンター内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】車体振動を検出する振動センサと，前記振
   動センサの出力信号に基づいて車体に力を加え前記車体
   振動を抑制する手段を備えた車両の振動制御装置におい
   て、車体に力を加える手段は、前記車体に固定したアク
   チュエータと，前記アクチュエータの可動部に取り付け
   た付加質量と，前記振動センサの出力信号に基づいてア
   クチュエータへ駆動指令を与える制御装置とからなり、
   前記振動センサの出力信号から、ある決められた制御則
   に従って、前記アクチュエータが付加質量を駆動し、そ
   の反力で前記車体振動を抑制することを特徴とする車両
   の振動制御装置。
2. 【請求項２】請求項１において、前記アクチュエータの
   可動部に取り付けた付加質量は、前記車体の質量に比べ
   極力小さく構成し、付加質量の駆動により前記付加質量
   に発生する振動と前記振動センサで検出した車体振動と
   の倍率が、前記車体と付加質量との質量比にほぼ等しく
   なるように駆動指令を決定する車両の振動制御装置。
3. 【請求項３】請求項１または２において、前記アクチュ
   エータと，前記アクチュエータの可動部に取り付けた付
   加質量は、車両の進行方向前後の車体端面付近に設置す
   る車両の振動制御装置。
4. 【請求項４】請求項１，２または３において、前記車体
   振動を検出する振動センサと，アクチュエータと，前記
   アクチュエータの可動部に取り付けた付加質量と，前記
   振動センサの出力信号に基づいて前記アクチュエータへ
   駆動指令を与える制御装置とからなる振動制御装置を複
   数個設置し、車体の回転振動も含めて抑制するように構
   成した車両の振動制御装置。
5. 【請求項５】請求項１，２または３において、前記アク
   チュエータへ駆動指令を与える制御装置は、車体に設置
   され乗客数に応じた可変信号を出力する公知の応荷重装
   置と結線され、車体質量の変化に対応した振動倍率を演
   算してアクチュエータへの駆動指令を決定するように構
   成した車両の振動制御装置。