KR20140014284A - 철도 차량용 제진 장치 - Google Patents

철도 차량용 제진 장치 Download PDF

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KR20140014284A
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준 아오키
마사루 우치다
치에 야부키
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Abstract

본 발명의 철도 차량용 제진 장치(1)는 작동기의 실린더(2)에 급배되는 액체가 저류되는 탱크(7)와, 실린더(2) 내에 삽입되는 피스톤(3)에 의해 구획되는 로드측실(5)과 피스톤측실(6)을 연통하는 제1 통로(8)에 설치되어 당해 제1 통로(8)를 개폐 가능한 제1 개폐 밸브(9)와, 상기 피스톤측실(6)과 상기 탱크(7)를 연통하는 제2 통로(10)에 설치되어 당해 제2 통로(10)를 개폐 가능한 제2 개폐 밸브(11)와, 미리 정해진 통상 회전 속도로 회전 구동되어, 상기 탱크(7)로부터 상기 로드측실(5)로 액체를 공급하는 펌프(12)와, 상기 작동기에 공급되는 액체의 온도를 판정하는 온도 판정부(44c)를 구비하고, 상기 펌프(12)는 상기 온도 판정부(44c)에 의해, 액체의 온도가 미리 정해진 소정 온도보다도 낮다고 판정된 경우에는, 그 회전 속도가 상기 통상 회전 속도보다도 저하된다.

Description

철도 차량용 제진 장치 {RAILCAR DAMPING DEVICE}
본 발명은 철도 차량용 제진 장치의 개량에 관한 것이다.
종래부터, 철도 차량용 제진 장치로서, 예를 들어 철도 차량에 있어서의 진행 방향에 대하여 좌우 방향의 진동을 억제하기 위해, 차체와 대차 사이에 개재 장착되어서 사용되는 것이 알려져 있다.
JP2010-65797A에는, 철도 차량의 대차와 차체의 한쪽에 연결되는 실린더와, 실린더 내에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 피스톤과, 실린더 내에 삽입되어 대차와 차체의 다른 쪽과 피스톤에 연결되는 로드와, 피스톤에 의해 실린더 내에 구획되는 로드측실 및 피스톤측실과, 실린더에 공급되는 액체가 저류되는 탱크와, 로드측실과 피스톤측실을 연통하는 제1 통로의 도중에 설치되는 제1 개폐 밸브와, 피스톤측실과 탱크를 연통하는 제2 통로의 도중에 설치되는 제2 개폐 밸브와, 로드측실로 작동유를 공급하는 펌프와, 로드측실과 탱크를 접속하는 배출 통로와, 배출 통로의 도중에 설치되어 개방 밸브압을 변경 가능한 가변 릴리프 밸브를 구비하는 철도 차량용 제진 장치가 개시되어 있다. 이 펌프, 제1 개폐 밸브, 제2 개폐 밸브 및 가변 릴리프 밸브를 구동함으로써, 작동기가 신축 양쪽으로 추력을 발휘할 수 있어, 이 추력으로 차체 진동을 억제하고 있다.
그런데 철도 차량용 제진 장치에서는, 펌프를 소정의 회전 속도(단위 시간당의 회전수)로 회전 구동하고, 차체의 진동 상황에 따라서 제1 개폐 밸브, 제2 개폐 밸브 및 가변 릴리프 밸브를 적절히 구동하고 있다. 이와 같이 하여, 유압을 이용하여 차체 진동을 억제하는 추력을 얻어, 철도 차량의 진동을 억제하고 있다.
그러나 작동기 내의 작동유의 유온이 낮으면, 작동유의 점도가 높기 때문에, 특히 작동기에 비교적 작은 추력을 발휘시킬 경우에, 가변 릴리프 밸브나 관로 저항 등으로 압력 손실이 커진다. 그로 인해, 실린더 내의 압력이 지나치게 높아져서, 추력 과잉이 될 우려가 있다.
또한, 작동기의 추력을 피드백하여 피드백 제어하고자 하는 경우에, 추력 과잉이 되면, 제어 명령과 실제 추력의 편차가 커져, 작동기의 추력이 진동적이 되는 헌팅이 발생한다. 따라서, 차체 진동을 악화시킬 우려도 있다.
본 발명은 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 작동유의 유온이 낮아도 안정된 추력을 발휘하여 차체 진동을 효과적으로 억제할 수 있는 철도 차량용 제진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 어떤 형태에 의하면, 작동기를 제어하여 차체의 진동을 억제하는 철도 차량용 제진 장치이며, 상기 작동기는 철도 차량의 대차와 차체의 한쪽에 연결되는 실린더와, 상기 실린더 내에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 피스톤과, 상기 실린더 내에 삽입되어, 상기 대차와 상기 차체의 다른 쪽과 상기 피스톤에 연결되는 로드와, 상기 실린더 내에 상기 피스톤으로 구획되는 로드측실 및 피스톤측실을 구비하고, 상기 실린더에 급배(給俳)되는 액체가 저류되는 탱크와, 상기 로드측실과 상기 피스톤측실을 연통하는 제1 통로에 설치되어, 당해 제1 통로를 개폐 가능한 제1 개폐 밸브와, 상기 피스톤측실과 상기 탱크를 연통하는 제2 통로에 설치되어, 당해 제2 통로를 개폐 가능한 제2 개폐 밸브와, 미리 정해진 통상 회전 속도로 회전 구동되어, 상기 탱크로부터 상기 로드측실로 액체를 공급하는 펌프와, 상기 작동기에 공급되는 액체의 온도를 판정하는 온도 판정부를 구비하고, 상기 펌프는, 상기 온도 판정부에 의해 액체의 온도가 미리 정해진 소정 온도보다도 낮다고 판정된 경우에는, 그 회전 속도가 상기 통상 회전 속도보다도 저하되는 철도 차량용 제진 장치가 제공된다.
본 발명의 실시 형태, 본 발명의 이점에 대해서는, 첨부된 도면을 참조하면서 이하에 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 철도 차량용 제진 장치가 탑재된 철도 차량을 평면에서 본 상태를 도시하는 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 의한 철도 차량용 제진 장치의 상세도이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 의한 철도 차량용 제진 장치에 있어서의 컨트롤러의 제어 블록도이다.
도 4는, 본 발명의 실시 형태에 의한 철도 차량용 제진 장치에 있어서의 컨트롤러의 명령 연산부의 제어 블록도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 형태에 의한 철도 차량용 제진 장치(1)에 대하여 설명한다.
철도 차량용 제진 장치(1)는 철도 차량의 차체(B)의 제진 장치로서 사용된다. 철도 차량용 제진 장치(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 전방측의 대차(Tf)와 차체(B) 사이에 개재 장착되는 전방측의 작동기(Af)와, 후방측의 대차(Tr)와 차체(B) 사이에 개재 장착되는 후방측의 작동기(Ar)와, 이들 양쪽의 작동기(Af, Ar)를 액티브 제어하는 컨트롤러(C)를 구비한다. 철도 차량용 제진 장치(1)는 작동기(Af, Ar)에 출력시켜야 할 추력을 추력 명령값으로서 구하고, 작동기(Af, Ar)를 제어하여 차체(B)의 진동을 억제하는 것이다.
작동기(Af)와 작동기(Ar)는, 각각 한 쌍씩 설치된다. 전후 작동기(Af, Ar)는 철도 차량의 차체(B)의 하방에 수하되는 핀(P)에 연결되고, 차체(B)와 전후 대차(Tf, Tr) 사이에서 쌍을 이루어 병렬로 개재 장착되어 있다.
전후 작동기(Af, Ar)는, 기본적으로는 액티브 제어로 차체(B)의 차량 진행 방향에 대한 수평 횡 방향의 진동을 억제한다. 이 경우, 컨트롤러(C)는, 전후 작동기(Af, Ar)를 제어하여, 차체(B)의 횡 방향의 진동을 억제하도록 액티브 제어를 행하고 있다.
구체적으로는, 컨트롤러(C)는 차체(B)의 진동을 억제하는 제어를 행할 때에, 차체(B) 전방부(Bf)의 차량 진행 방향에 대하여 수평 횡 방향의 횡 방향 가속도(αf)와, 차체(B) 후방부(Br)의 차량 진행 방향에 대하여 수평 횡 방향의 횡 방향 가속도(αr)를 검출한다. 컨트롤러(C)는, 검출한 횡 방향 가속도(αf)와 횡 방향 가속도(αr)를 기초로 하여, 전후 대차(Tf, Tr) 바로 위에 있어서의 차체 중심(G) 주위의 각가속도인 요 가속도(ω)를 연산한다. 또한, 컨트롤러(C)는, 검출한 횡 방향 가속도(αf)와 횡 방향 가속도(αr)를 기초로 하여, 차체 중심(G)의 수평 횡 방향의 가속도인 스웨이 가속도(β)를 연산한다. 그리고 컨트롤러(C)는, 연산한 요 가속도(ω)와 스웨이 가속도(β)를 기초로 하여, 전후 작동기(Af, Ar)에서 개별로 발생해야 할 추력인 추력 명령값(Ff, Fr)을 연산한다. 컨트롤러(C)는, 이들 추력 명령값(Ff, Fr)대로의 추력을 전후 작동기(Af, Ar)에 발생시키도록 피드백 제어를 행함으로써, 차체(B)의 횡 방향의 진동을 억제하고 있다.
또한, 도 1에서는, 작동기(Af)와 작동기(Ar)는 둘씩 설치되어, 이들을 단일 컨트롤러(C)에 의해 제어하고 있지만, 이 대신에, 각각의 작동기(Af, Ar)에 대하여 하나씩 컨트롤러(C)를 설치해도 된다.
이어서, 도 2를 참조하여, 철도 차량용 제진 장치(1)의 구체적인 구성에 대하여 설명한다.
전후 작동기(Af, Ar)를 신축시키는 철도 차량용 제진 장치(1)는 마찬가지인 구성이다. 이하에서는, 설명의 중복을 피하기 위해서, 전방측의 작동기(Af)를 구비하는 철도 차량용 제진 장치(1)의 구성만을 설명하고, 후방측의 작동기(Ar)를 구비하는 철도 차량용 제진 장치(1)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
작동기(Af)는, 철도 차량의 대차(Tf)와 차체(B)의 한쪽에 연결되는 실린더(2)와, 실린더(2) 내에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 피스톤(3)과, 실린더(2) 내에 삽입되어, 대차(Tf)와 차체(B)의 다른 쪽과 피스톤(3)에 연결되는 로드(4)와, 실린더(2) 내에 피스톤(3)으로 구획되는 로드측실(5) 및 피스톤측실(6)을 구비한다. 작동기(Af)는, 편 로드형의 작동기로서 구성되어 있다. 또한, 철도 차량용 제진 장치(1)는 실린더(2)에 급배되는 액체로서의 작동유가 저류되는 탱크(7)와, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)을 연통하는 제1 통로(8)에 설치되어, 제1 통로(8)를 개폐 가능한 제1 개폐 밸브(9)와, 피스톤측실(6)과 탱크(7)를 연통하는 제2 통로(10)에 설치되어, 제2 통로(10)를 개폐 가능한 제2 개폐 밸브(11)와, 미리 정해진 통상 회전 속도로 회전 구동되어, 탱크(7)로부터 로드측실(5)로 작동유를 공급하는 펌프(12)를 구비한다. 로드측실(5)과 피스톤측실(6)에는 작동유가 충전되는 동시에, 탱크(7)에는 작동유 외에 기체가 충전되어 있다. 또한, 탱크(7) 내에는, 특히 기체를 압축하여 충전함으로써 가압 상태로 할 필요는 없다.
작동기(Af)는, 제1 개폐 밸브(9)가 제1 통로(8)를 연통 상태로 하는 동시에, 제2 개폐 밸브(11)를 폐쇄한 상태에서 펌프(12)를 구동함으로써 신장 작동한다. 또한, 작동기(Af)는 제2 개폐 밸브(11)가 제2 통로(10)를 연통 상태로 하는 동시에, 제1 개폐 밸브(9)를 폐쇄한 상태에서 펌프(12)를 구동함으로써 수축 작동한다.
이하, 작동기(Af)의 각 부에 대하여 상세하게 설명한다.
실린더(2)는 통 형상으로 형성되어, 그 일단부(도 2에서는 우단부)는 덮개(13)에 의해 폐색되고, 그 타단부(도 2에서는 좌단부)에는 환상의 로드 가이드(14)가 부착되어 있다. 또한, 로드 가이드(14) 내에는 실린더(2) 내에 이동 가능하게 삽입되는 로드(4)가 미끄럼 이동 가능하게 삽입되어 있다. 이 로드(4)는 일단부가 실린더(2) 밖으로 돌출되어 있고, 타단부가 실린더(2) 내에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되어 있는 피스톤(3)에 연결되어 있다.
로드(4)의 외주와 로드 가이드(14) 사이는, 도시하지 않은 시일 부재에 의해 시일되어 있다. 이에 의해, 실린더(2) 내는 밀폐 상태로 유지되어 있다. 그리고 실린더(2) 내에 피스톤(3)에 의해 구획되는 로드측실(5)과 피스톤측실(6)에는, 상술한 바와 같이 작동유가 충전되어 있다. 실린더(2) 내에 충전되는 액체는, 작동유 외에, 작동기에 적합한 액체를 사용할 수 있다.
작동기(Af)에서는, 로드(4)의 단면적이, 피스톤(3) 단면적의 2분의 1이 되게 형성되어 있다. 즉, 로드측실(5)측에 있어서의 피스톤(3)의 수압 면적이, 피스톤측실(6)측에 있어서의 피스톤(3)의 수압 면적의 2분의 1로 되어 있다. 이에 의해, 신장 작동 시와 수축 작동 시에, 로드측실(5)의 압력을 동일하게 한 경우에는, 신축 양쪽에서 발생되는 추력도 동일해진다. 또한, 작동기(Af)의 변위량에 대하여 로드측실(5)에 급배되는 작동 유량도 신축 양측에서 동일해진다.
구체적으로는, 작동기(Af)를 신장 작동시킬 경우에는, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)이 제1 통로(8)를 지나 연통된 상태가 되어, 로드측실(5) 내와 피스톤측실(6) 내의 작동유의 압력이 동등해진다. 따라서, 피스톤(3)에 있어서의 로드측실(5)측과 피스톤측실(6)측의 수압 면적차에, 작동유의 압력을 곱한 추력을 발생한다. 한편, 작동기(Af)를 수축 작동시킬 경우에는 로드측실(5)과 피스톤측실(6)의 연통이 끊어져서, 피스톤측실(6)이 제2 통로(10)를 지나 탱크(7)에 연통한 상태가 된다. 따라서, 피스톤(3)에 있어서의 로드측실(5)측의 수압 면적에, 로드측실(5) 내의 작동유의 압력을 곱한 추력을 발생한다. 이와 같이, 작동기(Af)가 발생하는 추력은, 신축 양쪽에 있어서, 피스톤(3)의 단면적 2분의 1에, 로드측실(5) 내의 작동유의 압력을 곱한 값이 된다. 따라서, 작동기(Af)의 추력을 제어할 경우에는, 신장 작동, 수축 작동 모두 로드측실(5)의 압력을 제어하면 된다.
이때, 작동기(Af)에서는, 피스톤(3)의 로드측실(5)측의 수압 면적이 피스톤측실(6)측의 수압 면적의 2분의 1로 설정되어 있다. 그로 인해, 신축 양측에서 동일한 추력을 발생시킬 경우에, 신장측과 수축측에서 로드측실(5)의 압력이 동일해지므로, 제어가 간소하다. 또한, 변위량에 대하여 로드측실(5)에 급배되는 작동 유량도 동일하므로, 신축 양측에서 응답성이 동일하다.
또한, 피스톤(3)의 로드측실(5)측의 수압 면적을 피스톤측실(6)측의 수압 면적의 2분의 1로 설정하지 않은 경우에도, 로드측실(5)의 압력으로 작동기(Af)의 신축 양측의 추력 제어를 하는 것은 가능하다.
로드(4)의 자유단부(도 2에서는 좌단부)와, 실린더(2)의 일단부를 폐색하는 덮개(13)에는, 도시하지 않은 부착부가 설치된다. 이들 부착부에 의해, 작동기(Af)를 철도 차량에 있어서의 차체(B)와 대차(Tf) 사이에 개재 장착할 수 있도록 되어 있다.
로드측실(5)과 피스톤측실(6)은, 제1 통로(8)에 의해 연통되어 있다. 제1 통로(8)의 도중에는, 제1 개폐 밸브(9)가 설치되어 있다. 이 제1 통로(8)는 실린더(2)의 외부에서 로드측실(5)과 피스톤측실(6)을 연통하고 있지만, 이 대신에 로드측실(5)과 피스톤측실(6)을 연통하는 통로를 피스톤(3) 내에 설치해도 된다.
제1 개폐 밸브(9)는 전자기 개폐 밸브이며, 연통 포지션(9b)과 차단 포지션(9c)을 갖는 밸브(9a)와, 차단 포지션(9c)으로 전환되도록 밸브(9a)를 가압하는 스프링(9d)과, 통전 시에 밸브(9a)를 스프링(9d)에 대향하여 연통 포지션(9b)으로 전환하는 솔레노이드(9e)를 구비한다. 제1 개폐 밸브(9)는 연통 포지션(9b)으로 전환되면, 제1 통로(8)를 개방하여 로드측실(5)과 피스톤측실(6)을 연통한다. 제1 개폐 밸브(9)는 차단 포지션(9c)으로 전환되면, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)의 연통을 차단한다.
피스톤측실(6)과 탱크(7)는, 제2 통로(10)에 의해 연통되어 있다. 제2 통로(10)의 도중에는, 제2 개폐 밸브(11)가 설치되어 있다. 제2 개폐 밸브(11)는 전자기 개폐 밸브이며, 연통 포지션(11b)과 차단 포지션(11c)을 갖는 밸브(11a)와, 차단 포지션(11c)으로 전환되도록 밸브(11a)를 가압하는 스프링(11d)과, 통전 시에 밸브(11a)를 스프링(11d)에 대향하여 연통 포지션(11b)으로 전환하는 솔레노이드(11e)를 구비한다. 제2 개폐 밸브(11)는 연통 포지션(11b)으로 전환되면, 제2 통로(10)를 개방하여 피스톤측실(6)과 탱크(7)를 연통한다. 제2 개폐 밸브(11)는 차단 포지션(11c)으로 전환되면, 피스톤측실(6)과 탱크(7)의 연통을 차단한다.
펌프(12)는 모터(15)에 의해 구동된다. 펌프(12)는 일방향으로만 작동유를 토출하는 펌프이다. 펌프(12)의 토출구는 공급 통로(16)를 지나 로드측실(5)에 연통하고 있으며, 펌프(12)의 흡입구는 탱크(7)에 연통하고 있다. 펌프(12)는 모터(15)에 의해 구동되면, 탱크(7)로부터 작동유를 흡입하여, 로드측실(5)로 작동유를 공급한다.
이와 같이, 펌프(12)는 일방향으로만 작동유를 토출하는 것이며, 회전 방향의 전환 동작이 필요 없다. 그로 인해, 회전 방향의 전환 시에 토출량이 변화되는 등의 문제는 전무하다. 따라서, 펌프(12)에는 저렴한 기어 펌프 등을 적용할 수 있다. 또한, 펌프(12)의 회전 방향은 항상 동일한 방향이므로, 펌프(12)를 구동하는 구동원인 모터(15)도 또한, 회전 전환에 대한 높은 응답성이 요구되지 않는다. 따라서, 모터(15)에도 또한, 저렴한 것을 적용할 수 있다. 또, 공급 통로(16)에는 로드측실(5)로부터 펌프(12)로의 작동유의 역류를 저지하는 역지 밸브(17)가 설치되어 있다.
철도 차량용 제진 장치(1)에서는, 펌프(12)로부터 소정의 토출 유량을 로드측실(5)로 공급하도록 하고 있다. 철도 차량용 제진 장치(1)에서는, 작동기(Af)를 신장 작동시킬 때에는 제1 개폐 밸브(9)를 개방하고, 또한 제2 개폐 밸브(11)를 개폐시킴으로써 로드측실(5) 내의 압력을 조절한다. 한편, 철도 차량용 제진 장치(1)에서는, 작동기(Af)를 수축 작동시킬 때에는 제2 개폐 밸브(11)를 개방하고, 또한 제1 개폐 밸브(9)를 개폐시킴으로써 로드측실(5) 내의 압력을 조절한다. 이에 의해, 상술한 추력 명령값(Ff)이 지시한 대로의 추력을 얻을 수 있다.
신장 작동 시에는, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)이 연통 상태가 되어, 피스톤측실(6) 내의 압력은 로드측실(5)의 압력과 동일해진다. 그로 인해, 철도 차량용 제진 장치(1)에서는, 신장 작동 시도 수축 작동 시도, 로드측실(5)의 압력을 컨트롤함으로써, 작동기(Af)의 추력을 컨트롤할 수 있다.
또한, 제1 개폐 밸브(9) 및 제2 개폐 밸브(11)는 개방 밸브압을 조절 가능하며 개폐 기능을 구비하는 가변 릴리프 밸브라도 된다. 이 경우에는, 신축 작동 시에 제1 개폐 밸브(9) 또는 제2 개폐 밸브(11)를 개폐 작동시키는 것은 아니며, 개방 밸브압을 조절함으로써 작동기(Af)의 추력을 조절할 수 있다.
또한, 펌프(12)의 토출 유량을 조절함으로써도 마찬가지로, 추력 명령값(Ff)이 지시한 대로의 추력을 얻을 수 있다. 이 경우, 로드측실(5)의 압력을 검출하기 위한 압력 센서를 설치하거나, 모터(15) 또는 펌프(12)의 회전축에 작용하는 토크를 검출하는 토크 센서를 설치하거나, 또는 로드(4)에 작용하는 하중을 검출하는 로드셀 센서나 왜곡을 검출하는 왜곡 센서를 설치해 두면, 작동기(Af)가 출력하는 추력을 계측할 수 있다.
상술한 바와 같이, 작동기(Af)의 추력 조절이 가능하지만, 보다 간단하게 추력 조절을 가능하게 하도록, 철도 차량용 제진 장치(1)에는 로드측실(5)과 탱크(7)를 접속하는 배출 통로(21)와, 이 배출 통로(21)의 도중에 설치되어 개방 밸브압을 변경 가능한 가변 릴리프 밸브(22)가 설치되어 있다.
가변 릴리프 밸브(22)는 비례 전자기 릴리프 밸브이며, 배출 통로(21)에 설치된 밸브체(22a)와, 배출 통로(21)를 차단하도록 밸브체(22a)를 가압하는 스프링(22b)과, 통전 시에 스프링(22b)에 대향하는 추력을 발생하는 비례 솔레노이드(22c)를 구비한다. 가변 릴리프 밸브(22)는 비례 솔레노이드(22c)에 흐르는 전류량을 조절함으로써, 개방 밸브압을 조절할 수 있도록 되어 있다.
가변 릴리프 밸브(22)에서는, 배출 통로(21)의 상류인 로드측실(5)의 작동유의 압력이, 파일럿압으로서 밸브체(22a)에 작용한다. 가변 릴리프 밸브(22)에서는, 밸브체(22a)에 작용하는 작동유의 압력이 릴리프압(개방 밸브압)을 초과하면, 로드측실(5)의 작동유의 압력에 기인하는 추력과, 비례 솔레노이드(22c)에 의한 추력의 합력이, 배출 통로(21)를 차단하는 방향으로 밸브체(22a)를 가압하는 스프링(22b)의 가압력을 극복하여, 밸브체(22a)를 후퇴시키므로, 배출 통로(21)가 개방된다.
가변 릴리프 밸브(22)에서는, 비례 솔레노이드(22c)에 공급하는 전류량을 증대시키면, 비례 솔레노이드(22c)가 발생하는 추력이 증대하게 되어 있다. 그로 인해, 비례 솔레노이드(22c)에 공급하는 전류량을 최대로 하면 개방 밸브압이 최소가 되고, 반대로 비례 솔레노이드(22c)에 전혀 전류를 공급하지 않으면 개방 밸브압이 최대가 된다.
따라서, 배출 통로(21)와 가변 릴리프 밸브(22)가 설치됨으로써, 작동기(Af)를 신축 작동시킬 때에는, 로드측실(5) 내의 압력은 가변 릴리프 밸브(22)의 개방 밸브압과 동일해진다. 따라서, 가변 릴리프 밸브(22)의 개방 밸브압을 조절함으로써, 로드측실(5)의 압력을 쉽게 조절할 수 있다.
이와 같이, 가변 릴리프 밸브(22)의 개방 밸브압이 조절됨으로써, 작동기(Af)의 추력이 제어된다. 따라서, 작동기(Af)의 추력을 조절하기 위하여 필요한 센서류가 불필요하게 되어, 제1 개폐 밸브(9)와 제2 개폐 밸브(11)를 고속으로 개폐시키거나, 제1 개폐 밸브(9)와 제2 개폐 밸브(11)를 개폐 기능을 구비한 가변 릴리프 밸브로 하거나, 펌프(12)의 토출량을 조절하기 위하여 고도로 모터(15)를 제어하거나 할 필요도 없어진다. 따라서, 철도 차량용 제진 장치(1)를 저렴하게 구성할 수 있어, 하드웨어적으로도 소프트웨어적으로도 견고한 시스템을 구축할 수 있다.
또한, 가변 릴리프 밸브(22)로서, 인가되는 전류량에 의해 개방 밸브압을 비례적으로 변화시킬 수 있는 비례 전자기 릴리프 밸브를 사용함으로써, 개방 밸브압의 제어가 쉬워진다. 그러나 가변 릴리프 밸브(22)는 개방 밸브압을 조절할 수 있는 릴리프 밸브이면 되므로, 비례 전자기 릴리프 밸브에 한정되는 것은 아니다.
가변 릴리프 밸브(22)는 제1 개폐 밸브(9) 및 제2 개폐 밸브(11)의 개폐 상태에 관계없이, 작동기(Af)에 신축 방향의 과대한 입력이 있어, 로드측실(5)의 압력이 개방 밸브압을 초과하는 상태가 되면, 배출 통로(21)를 개방하여 로드측실(5)을 탱크(7)에 연통한다. 이에 의해, 로드측실(5) 내의 압력이 탱크(7)로 릴리프되어, 철도 차량용 제진 장치(1)의 시스템 전체를 보호할 수 있다. 이와 같이, 배출 통로(21)와 가변 릴리프 밸브(22)를 설치함으로써, 시스템의 보호도 가능하게 된다.
철도 차량용 제진 장치(1)는 댐퍼 회로(D)를 구비한다. 이 댐퍼 회로(D)는, 제1 개폐 밸브(9) 및 제2 개폐 밸브(11)가 모두 폐쇄되어 있는 경우에, 작동기(Af)를 댐퍼로서 기능시키는 것이다. 댐퍼 회로(D)는, 피스톤(3) 내에 형성되어서 피스톤측실(6)로부터 로드측실(5)을 향하는 작동유의 흐름만을 허용하는 정류 통로(18)와, 탱크(7)로부터 피스톤측실(6)을 향하는 작동유의 흐름만을 허용하는 흡입 통로(19)를 구비한다. 또한, 철도 차량용 제진 장치(1)는 배출 통로(21)와 가변 릴리프 밸브(22)를 구비하고 있으므로, 작동기(Af)가 댐퍼로서 기능할 때에는, 가변 릴리프 밸브(22)가 감쇠 밸브로서 기능하도록 되어 있다.
구체적으로는, 정류 통로(18)는 피스톤측실(6)과 로드측실(5)을 연통하고 있으며, 그 도중에 역지 밸브(18a)를 구비한다. 이 역지 밸브(18a)에 의해, 정류 통로(18)는 피스톤측실(6)로부터 로드측실(5)을 향하는 작동유의 흐름만을 허용하는 일방 통행의 통로로 되어 있다. 한편, 흡입 통로(19)는 탱크(7)와 피스톤측실(6)을 연통하고 있으며, 그 도중에 역지 밸브(19a)를 구비한다. 이 역지 밸브(19a)에 의해, 흡입 통로(19)는 탱크(7)로부터 피스톤측실(6)을 향하는 작동유의 흐름만을 허용하는 일방 통행의 통로로 되어 있다.
또한, 제1 개폐 밸브(9)의 차단 포지션(9c)에, 피스톤측실(6)로부터 로드측실(5)을 향하는 작동유의 흐름만을 허용하는 역지 밸브를 개재 장착함으로써, 제1 통로(8)를 정류 통로(18)로서도 사용할 수 있다. 또한, 제2 개폐 밸브(11)의 차단 포지션(11c)에, 탱크(7)로부터 피스톤측실(6)을 향하는 작동유의 흐름만을 허용하는 역지 밸브를 개재 장착함으로써, 제2 통로(10)를 흡입 통로(19)로서도 사용할 수 있다.
이상과 같이 구성되는 댐퍼 회로(D)가 설치됨으로써, 철도 차량용 제진 장치(1)에 있어서의 제1 개폐 밸브(9)와 제2 개폐 밸브(11)가 각각 차단 포지션(9c, 11c)으로 전환된 경우에는, 정류 통로(18), 흡입 통로(19) 및 배출 통로(21)에 의해, 로드측실(5), 피스톤측실(6) 및 탱크(7)가 염주처럼 연통한다. 그리고 정류 통로(18), 흡입 통로(19) 및 배출 통로(21)는 작동유가 일방향으로만 흐르는 통로이므로, 작동기(Af)가 외력에 의해 신축하게 되면, 실린더(2)로부터 배출된 작동유는 배출 통로(21)를 지나 탱크(7)로 복귀되고, 실린더(2)에서 부족하게 된 작동유는 흡입 통로(19)를 지나 탱크(7)로부터 실린더(2) 내로 공급되게 된다.
이때, 작동유의 흐름에 대하여 가변 릴리프 밸브(22)가 저항이 되어서 실린더(2) 내의 압력을 개방 밸브압으로 조절하는 압력 제어 밸브로서 기능을 한다. 따라서, 작동기(Af)는 패시브한 유니 플로우형의 댐퍼로서 기능을 하게 된다.
철도 차량용 제진 장치(1)의 각 기기로의 통전이 불가능해지는 고장 시에는, 제1 개폐 밸브(9)와 제2 개폐 밸브(11)의 각각의 밸브(9a, 11a)가 스프링(9d, 11d)에 가압되어, 각각 차단 포지션(9c, 11c)으로 전환된다. 이때, 가변 릴리프 밸브(22)는 개방 밸브압이 최대 상태로 고정된 압력 제어 밸브로서 기능을 한다. 따라서, 작동기(Af)는, 고장 시에는 자동으로 패시브 댐퍼로서 기능을 하게 된다.
또한, 가변 릴리프 밸브(22)와 배출 통로(21)가 설치되는 구성 대신에, 별도로 로드측실(5)과 탱크(7)를 접속하는 통로와, 이 통로의 도중에 설치되는 감쇠 밸브에 의해 댐퍼 회로(D)를 구성하도록 해도 된다.
작동기(Af, Ar)에 원하는 신장 방향의 추력을 발휘시킬 경우에는, 컨트롤러(C)는 모터(15)를 회전시켜서 펌프(12)로부터 실린더(2) 내로 작동유를 공급하는 동시에, 각 제1 개폐 밸브(9)를 연통 포지션(9b)으로 전환하고, 제2 개폐 밸브(11)를 차단 포지션(11c)으로 전환한다. 그러면, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)은 연통 상태가 되어, 양자에 펌프(12)로부터 작동유가 공급되어, 피스톤(3)이 신장 방향(도 2에서는 좌측 방향)으로 눌린다. 이에 의해, 작동기(Af, Ar)는 신장 방향의 추력을 발휘한다. 이때, 작동기(Af, Ar)는 피스톤(3)에 있어서의 피스톤측실(6)측과 로드측실(5)측의 수압 면적차에, 로드측실(5) 및 피스톤측실(6)의 압력을 곱한 크기의 신장 방향으로의 추력을 발휘한다.
로드측실(5) 및 피스톤측실(6)의 압력이, 가변 릴리프 밸브(22)의 개방 밸브압을 상회하면, 가변 릴리프 밸브(22)가 개방되어, 펌프(12)로부터 공급되는 작동유의 일부가 배출 통로(21)를 지나 탱크(7)로 릴리프한다. 따라서, 로드측실(5) 및 피스톤측실(6)의 압력은, 가변 릴리프 밸브(22)에 인가되는 전류량에 의해 결정되는 가변 릴리프 밸브(22)의 개방 밸브압에 의해 컨트롤된다.
한편, 작동기(Af, Ar)에 원하는 수축 방향의 추력을 발휘시킬 경우에는, 컨트롤러(C)는 모터(15)를 회전시켜서 펌프(12)로부터 로드측실(5) 내로 작동유를 공급하는 동시에, 제1 개폐 밸브(9)를 차단 포지션(9c)으로 전환하고, 제2 개폐 밸브(11)를 연통 포지션(11b)으로 전환한다. 그러면, 피스톤측실(6)과 탱크(7)는 연통 상태가 되어, 로드측실(5)에 펌프(12)로부터 작동유가 공급되므로, 피스톤(3)이 수축 방향(도 2에서는 우측 방향)으로 눌린다. 이에 의해, 작동기(Af, Ar)는 수축 방향의 추력을 발휘한다. 이때, 작동기(Af, Ar)는 피스톤(3)에 있어서의 로드측실(5)측의 수압 면적에, 로드측실(5)의 압력을 곱한 크기의 수축 방향으로의 추력을 발휘한다.
이때, 신장 방향의 추력을 발휘시키는 경우와 마찬가지로, 로드측실(5) 내의 압력은, 가변 릴리프 밸브(22)에 인가되는 전류량에 의해 결정되는 가변 릴리프 밸브(22)의 개방 밸브압에 의해 컨트롤된다.
또한, 이 작동기(Af, Ar)는, 작동기로서 기능할 뿐만 아니라, 모터(15)의 구동 상황에 관계없이, 제1 개폐 밸브(9)와 제2 개폐 밸브(11)의 개폐 전환만으로 댐퍼로서도 기능할 수 있다. 따라서, 번거로우면서도 또한 급격한 밸브의 전환 동작을 따르는 일이 없으므로, 응답성 및 신뢰성이 높은 시스템을 제공할 수 있다.
또한, 이 작동기(Af, Ar)는, 편 로드형이므로, 양 로드형의 작동기와 비교하여, 스트로크 길이를 확보하기 쉽다. 따라서, 작동기(Af, Ar)의 전체 길이가 짧아지므로, 철도 차량에의 탑재성이 향상된다.
또한, 펌프(12)로부터의 작동유의 공급 및 신축 작동에 의한 작동유의 흐름은, 작동기(Af, Ar)의 로드측실(5)과 피스톤측실(6)을 순서대로 통과하여, 최종적으로 탱크(7)로 환류되도록 되어 있다. 따라서, 로드측실(5) 또는 피스톤측실(6)에 기체가 혼입되어도, 작동기(Af, Ar)의 신축 작동에 의해 자동으로 탱크(7)로 배출된다. 따라서, 작동유로의 기체 혼입에 기인하는 추진력 발생 시의 응답성의 악화를 방지할 수 있다.
따라서, 철도 차량용 제진 장치(1)를 제조할 때에, 번거로운 오일 중에서의 조립이나 진공 환경 하에서의 조립이 강요되는 일이 없다. 또한, 작동유의 고도의 탈기도 불필요하다. 따라서, 철도 차량용 제진 장치(1)의 생산성이 향상되는 동시에, 제조 비용을 저감할 수 있다.
또한, 로드측실(5) 또는 피스톤측실(6)에 기체가 혼입되어도, 기체는 작동기(Af, Ar)의 신축 작동에 의해 자동으로 탱크(7)로 배출된다. 그로 인해, 성능 회복을 위한 유지 보수를 빈번히 행할 필요가 없다. 따라서, 보수면에 있어서의 노동력과 비용 부담을 경감할 수 있다.
이어서, 주로 도 3 및 도 4를 참조하여, 컨트롤러(C)의 구성에 대하여 설명한다.
컨트롤러(C)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 차체의 전방측인 차체 전방부(Bf)의 차량 진행 방향에 대하여 수평 횡 방향의 횡 방향 가속도(αf)를 검출하는 전방측 가속도 센서(40)와, 차체의 후방측인 차체 후방부(Br)의 차량 진행 방향에 대하여 수평 횡 방향의 횡 방향 가속도(αr)를 검출하는 후방측 가속도 센서(41)를 구비한다. 또한, 컨트롤러(C)는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 횡 방향 가속도(αf, αr)로부터, 곡선 주행 시의 정상 가속도, 드리프트 성분 및 노이즈를 제거하는 대역 통과 필터(42, 43)와, 대역 통과 필터(42, 43)에 의해 여파(濾波)된 횡 방향 가속도(αf, αr)로부터, 모터(15), 제1 개폐 밸브(9)의 솔레노이드(9e), 제2 개폐 밸브(11)의 솔레노이드(11e) 및 가변 릴리프 밸브(22)의 비례 솔레노이드(22c)로 제어 명령을 연산하여 출력하는 제어부(44)를 구비한다. 이에 의해, 컨트롤러(C)는 각 작동기(Af, Ar)의 추력을 제어하고 있다.
또한, 대역 통과 필터(42, 43)에 의해, 횡 방향 가속도(αf)와 횡 방향 가속도(αr)에 포함되는 곡선 주행 시의 정상 가속도가 제거되므로, 컨트롤러(C)는, 승차감을 악화시키는 진동만을 억제할 수 있다.
제어부(44)는 도 3에 도시한 바와 같이, 횡 방향 가속도(αf) 및 횡 방향 가속도(αr)를 기초로 하여 전후 대차(Tf, Tr) 바로 위에 있어서의 차체 중심(G) 주위의 요 가속도(ω)를 연산하는 요 가속도 연산부(44a)와, 횡 방향 가속도(αf) 및 횡 방향 가속도(αr)를 기초로 하여 차체(B)의 차체 중심(G)의 스웨이 가속도(β)를 연산하는 스웨이 가속도 연산부(44b)와, 작동기(Af, Ar) 내의 작동유의 온도(유온)가 미리 설정된 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정하는 온도 판정부로서의 유온 판정부(44c)와, 요 가속도(ω) 및 스웨이 가속도(β)를 기초로 하여 전후 작동기(Af, Ar)에서 개별로 발생해야 할 추력인 추력 명령값(Ff, Fr)을 연산하는 명령 연산부(44d)와, 추력 명령값(Ff, Fr)을 기초로 하여 모터(15), 제1 개폐 밸브(9)의 솔레노이드(9e), 제2 개폐 밸브(11)의 솔레노이드(11e) 및 가변 릴리프 밸브(22)의 비례 솔레노이드(22c)를 구동하는 구동부(44e)를 구비한다.
구동부(44e)는 작동기(Af) 내의 작동유의 유온이 소정 온도 이상이라고 유온 판정부(44c)가 판정된 경우에는, 펌프(12)를 미리 결정된 통상 회전 속도로 회전시키도록 모터(15)를 구동한다. 한편, 구동부(44e)는 작동기(Af) 내의 작동유의 유온이 소정 온도보다 낮다고 유온 판정부(44c)가 판정된 경우에는, 펌프(12)를 통상 회전 속도보다도 낮은 회전 속도로 저하시키도록 모터(15)를 구동한다.
구동부(44e)는, 본 실시 형태의 경우에는 전후 작동기(Af, Ar)를 구동하기 위해서, 후방측의 작동기(Ar)의 유온에 대해서도 마찬가지인 판정을 행한다. 그리고 구동부(44e)는 후방측의 작동기(Ar)에 작동유를 공급하는 펌프(12)의 회전 속도를, 통상 회전 속도 또는 이것보다도 낮은 회전 속도로 회전시킨다.
통상 회전 속도는, 작동기(Af, Ar)에 요구되는 최대 추력을 발휘하는 면에서 필요해지는 압력과, 구동부(44e)의 제1 개폐 밸브(9), 제2 개폐 밸브(11) 및 가변 릴리프 밸브(22)의 구동에 대하여 추력을 발휘하기 위하여 요구되는 응답 속도의 양쪽을 만족시키도록 결정된다.
컨트롤러(C)는, 하드웨어로서는, 예를 들어 전방측 가속도 센서(40)와 후방측 가속도 센서(41)가 출력하는 신호를 디지털 신호로 변환하여 도입하기 위한 A/D 변환기와, 상술한 대역 통과 필터(42, 43)와, 철도 차량용 제진 장치(1)를 제어하는데 필요한 처리에 사용되는 프로그램이 저장되는 ROM(Read Only Memory) 등의 기억 장치와, 프로그램을 기초로 한 처리를 실행하는 CPU(Central Processing Unit) 등의 연산 장치와, CPU에 기억 영역을 제공하는 RAM(Random Access Memory) 등의 기억 장치를 구비하여 구성된다. 컨트롤러(C)의 제어부(44)에 있어서의 각 부는, CPU가 상기 처리를 행하기 위한 프로그램을 실행함으로써 실현할 수 있다. 또한, 대역 통과 필터(42, 43)는, 하드웨어로서 설치하는 대신에, CPU가 프로그램을 실행함으로써 소프트웨어 상에서 실현되어도 된다.
횡 방향 가속도(αf, αr)는, 예를 들어 차체(B)의 중앙을 진행 방향(도 1에서는 좌우 방향)으로 통과하는 축을 기준으로 하여, 우측(도 1에서는 상방측)을 향하는 방향이 되는 경우에 플러스인 가속도가 되고, 좌측(도 1에서는 하방측)을 향하는 방향이 되는 경우에 마이너스인 가속도가 되도록 설정된다. 요 가속도 연산부(44a)는 전방측의 횡 방향 가속도(αf)와 후방측의 횡 방향 가속도(αr)의 차를 2로 나누는 것으로, 전방측의 대차(Tf)와 후방측의 대차(Tr) 각각의 바로 위에 있어서의 차체 중심(G) 주위의 요 가속도(ω)를 연산한다. 스웨이 가속도 연산부(44b)는 횡 방향 가속도(αf)와 횡 방향 가속도(αr)의 합을 2로 나누는 것으로, 차체 중심(G)의 스웨이 가속도(β)를 연산한다.
요 가속도(ω)를 연산하기 위해서, 전방측 가속도 센서(40)는 차체(B)의 차체 중심(G)을 포함하는 전후 방향 또는 대각 방향을 따르는 선 위이며 전방측 작동기(Af) 근방에 배치되면 된다. 또한, 후방측 가속도 센서(41)도 마찬가지로, 차체(B)의 차체 중심(G)을 포함하는 전후 방향 또는 대각 방향을 따르는 선 위이며 후방측 작동기(Ar)의 근방에 배치되면 된다.
또한, 요 가속도(ω)는 차체 중심(G)에 대한 가속도 센서(40, 41)의 거리와, 이들 위치 관계와, 횡 방향 가속도(αf, αr)로부터 연산할 수 있다. 그로 인해, 가속도 센서(40, 41)의 탑재 위치를 임의로 설정하는 것도 가능하다. 그 경우, 요 가속도(ω)는 횡 방향 가속도(αf)와 횡 방향 가속도(αr)의 차를 2로 나누어 구하는 것이 아닌, 횡 방향 가속도(αf)와 횡 방향 속도(αr)의 차와, 차체 중심(G)에 대한 가속도 센서(40, 41)의 거리와, 이들 위치 관계로부터 연산된다.
구체적으로는, 전방측 가속도 센서(40)와 차체 중심(G)의 전후 방향 거리를 Lf라 하고, 후방측 가속도 센서(41)와 차체 중심(G)의 전후 방향 거리를 Lr이라 하면, 요 가속도(ω)는 ω=(αf-αr)/(Lf＋Lr)로 연산된다. 또한, 요 가속도(ω)를, 전방측 가속도 센서(40)와 후방측 가속도 센서(41)로 검출한 가속도로부터 연산하는 대신에, 요 가속도 센서를 사용하여 검출하도록 해도 된다.
유온 판정부(44c)는 작동기(Af, Ar)에 공급되는 작동유의 유온이 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정하여, 그 판정 결과를 구동부(44e)에 출력한다. 유온 판정부(44c)는, 예를 들어 날짜 정보를 기초로 하여 유온이 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정한다. 구체적으로는, 유온 판정부(44c)는 날짜 정보로부터 얻은 날짜가 동계 기간에 속해 있는 경우에, 유온이 소정 온도보다 낮다고 판정한다. 동계 기간에는, 유온이 낮아지므로, 상술한 바와 같이 날짜 정보로부터 유온을 판정할 수 있다.
동계 기간은, 예를 들어 11월부터 2월이라고 하는 것처럼 날짜의 월만으로 그 기간을 지정할 수도 있지만, 11월 16일부터 2월 20일까지라고 하는 것처럼 하루하루로 그 기간을 지정할 수도 있다. 날짜 정보는, 제어부(44)의 CPU가 구비하는리얼타임 클락으로부터 얻을 수 있지만, 컨트롤러(C) 밖에 설치한 외부 기기로부터 얻어도 된다. 그 경우, 예를 들어 철도 차량의 각종 정보를 모니터하는 차량 모니터로부터 날짜 정보를 얻도록 해도 된다. 외부 기기로부터 날짜 정보를 얻을 경우에는, 외부 기기로부터 유선 무선을 막론하고 통신에 의해 날짜 정보를 얻으면 된다.
소정 온도는, 철도 차량용 제진 장치(1)에서 사용되는 작동유의 온도 특성을 기초로 하여 설정된다. 여기서, 작동유의 유온이 낮아져서 작동유의 점도가 높아진 경우에는, 펌프(12)를 통상 회전 속도로 회전 구동하면, 점도가 높아진 만큼만, 철도 차량용 제진 장치(1)의 유압 회로에 있어서의 기초 압력 손실도 커진다. 따라서, 실린더(2) 내의 작동유의 압력도 높아진다. 이와 같이, 작동유의 유온이 저하되면, 실린더(2) 내의 압력 하한이 높아지므로, 작동기(Af, Ar)가 발생하는 추력의 하한도 커진다.
소정 온도는, 임의로 설정할 수 있지만, 펌프(12)를 미리 결정된 통상 회전 속도로 회전시킨 경우에, 작동기(Af, Ar)에 요구되고 있는 하한 추력을 출력할 수 없게 되는 작동유의 한계 온도로 설정하면 된다. 따라서, 동계 기간을, 유온이 한계 온도 이하가 될 가능성이 있는 기간으로 설정하면 된다. 또한, 소정 온도는 작동기(Af, Ar)에 사용하는 작동유의 온도 점도 특성에 따라 다르도록 설정되는 것은 당연하다.
또한, 유온 판정부(44c)는 철도 차량의 주행 지역의 기온 정보를 기초로 하여 유온이 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정할 수도 있다. 이 경우, 철도 차량의 주행 지역이 한랭지이면, 작동기(Af, Ar) 내의 작동유의 유온이 소정 온도보다 낮다고 판정할 수 있다. 구체적으로는, 기온 정보는 유온이 소정 온도보다도 낮아질 가능성이 있는 경우와 가능성이 없는 경우가, 유온 판정부(44c)에서 판정 가능한 정보이면 된다. 이 기온 정보는, 예를 들어 주행 지역에 있어서의 평균 기온이나 최저 기온에 의해 결정할 수 있다. 이 기온 정보는, 동일한 지역에서도 날짜에 의해 다르도록 설정되어도 된다. 즉, 기온 정보와 날짜 정보를 관련지은 맵이나 테이블을 사용하여, 유온이 소정 온도보다도 낮은지 여부를 판정하도록 해도 된다.
또한, 유온 판정부(44c)는 철도 차량의 주행 위치를 기초로 하여 유온이 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정하는 것도 가능하다. 구체적으로는, 유온 판정부(44c)는 차량 모니터, GPS(Global Positioning System), 또는 주행 위치를 모니터 가능한 다른 장치로부터 주행 위치를 모니터하고, 주행 위치에 있어서의 지역의 기온 정보를 참조한다. 그리고 이 기온 정보를 기초로 하여, 유온이 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정한다. 이렇게 판정함으로써, 철도 차량이 온난 지역에서 한랭 지역에 걸친 노선을 주행할 경우에, 유온을 주행 위치에 따라서 판정할 수 있다. 또한, 날짜 정보를 가미하여, 주행 위치가 속한 지역의 기온 정보가 날짜에 따라 다르도록 해도 된다. 이 경우에도, 기온 정보와 날짜 정보를 관련지은 맵이나 테이블을 사용하여, 주행 위치에 속한 지역에 있어서의 맵이나 테이블을 참조하여, 유온이 소정 온도보다도 낮은지 여부를 판정하도록 해도 된다.
상술한 바와 같이, 유온 판정부(44c)는 날짜 정보, 기온 정보, 주행 위치 중 어느 하나 또는 이들 임의의 조합을 기초로 하여, 유온이 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정할 수 있다.
또한, 유온 판정부(44c)는 시각 정보를 기초로 하여 유온이 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정할 수도 있다. 예를 들어, 날짜 정보로부터 얻은 날짜와 시각 정보로부터 얻은 시각에 의해, 유온 판정부(44c)가 다른 판정을 하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 날짜 정보로부터 얻은 날짜가 같은 날짜라도, 낮이면 유온이 소정 온도보다 낮지 않다고 판정하는 것이나, 이른 아침이나 야간이면 유온이 소정 온도보다도 낮다고 판정하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 보다 정교하고 치밀한 유온의 판정이 가능하게 된다. 또한, 기온 정보와 시각 정보를 관련짓는 것으로, 기온 정보나 주행 위치를 기초로 하여 유온을 판정하는 경우에도 또한, 마찬가지로 보다 정교하고 치밀한 유온의 판정이 가능하게 된다.
또한, 유온 판정부(44c)는 철도 차량용 제진 장치(1)의 시동으로부터의 운전 시간을 기초로 하여 유온이 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정할 수도 있다. 철도 차량용 제진 장치(1)를 시동을 걸고나서 얼마 안 된 경우에는, 작동기(Af, Ar)에 공급되는 작동유의 유온이 낮다. 그로 인해, 유온이 상승할 때까지는 유온이 소정 온도보다도 낮다고 판정할 수 있다. 따라서, 운전 시간이 짧은 경우에 유온이 소정 온도보다도 낮다고 판정하도록 하면 된다. 이 운전 시간은, 작동기(Af, Ar)에 공급되는 작동유의 유온이 충분히 따뜻해져서 작동유의 점도가 충분히 작아질 정도로 설정된다. 또한, 이 운전 시간을 기초로 하는 유온의 판정은, 상기한 날짜 정보, 기온 정보, 주행 위치 및 시각 정보를 기초로 하는 유온의 판정과 병용할 수도 있다.
또한, 작동기(Af, Ar)에 공급되는 작동유의 유온을 유온 센서로 직접 검출하여, 검출한 유온과 소정 온도를 유온 판정부(44c)에 의해 비교하고, 검출한 유온이 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정해도 된다. 이 경우, 온도 센서를 작동기(Af, Ar)의 실린더(2), 탱크(7), 또는 각 통로에 설치하여 유온을 검출하도록 하면 된다. 그러나 상술한 바와 같이, 날짜 정보, 시각 정보 및 기온 정보를 사용함으로써, 유온 센서를 사용하지 않고 유온을 추정할 수 있다. 따라서, 철도 차량용 제진 장치(1)의 비용을 저감할 수 있다.
명령 연산부(44d)는, 도 4에 도시한 바와 같이, H∞ 제어기(44d1, 44d2)를 포함하여 구성된다. 명령 연산부(44d)는 요 가속도 연산부(44a)가 연산한 요 가속도(ω)로부터 차체(B)의 요 진동을 억제하는 추력(Fω)(요 명령값)을 연산하는 H∞ 제어기(44d1)와, 스웨이 가속도 연산부(44b)가 연산한 스웨이 가속도(β)로부터 차체(B)의 스웨이 진동을 억제하는 추력(Fβ)(스웨이 명령값)을 연산하는 H∞ 제어기(44d2)와, 추력(Fω)과 추력(Fβ)을 가산하여 전방측의 작동기(Af)가 출력해야 할 추력을 명령하는 추력 명령값(Ff)을 연산하는 가산기(44d3)와, 추력(Fβ)으로부터 추력(Fω)을 감산하여 후방측의 작동기(Ar)가 출력해야 할 추력을 명령하는 추력 명령값(Fr)을 연산하는 감산기(44d4)를 구비한다.
명령 연산부(44d)에서는, H∞ 제어가 실행되므로, 차체(B)에 입력되는 진동의 주파수에 상관없이 높은 제진 효과를 얻을 수 있어, 높은 견고성을 얻을 수 있다. 또한, 이것은, H∞ 제어 이외의 제어를 이용하는 것을 부정하는 것은 아니다. 따라서, 예를 들어 횡 방향 가속도(αf, αr)로부터 횡 방향 속도를 얻어, 횡 방향 속도에 스카이훅 감쇠 계수를 곱하여 추력 명령값을 구하는 스카이훅 제어를 이용하여 전후 작동기(Af, Ar)를 제어해도 된다. 또한, 요 가속도(ω)와 스웨이 가속도(β)로부터, 전후 작동기(Af, Ar)를 관련시켜서 그 추력을 제어하는 대신에, 전방측의 작동기(Af)와 후방측의 작동기(Ar)를, 각각 독립시켜서 제어해도 된다.
구동부(44e)는 도 3에 도시한 바와 같이, 추력 명령값(Ff, Fr) 대로 각 작동기(Af, Ar)에 추력을 발휘시키기 위해, 제어 명령을 출력한다. 구체적으로는, 구동부(44e)는 추력 명령값(Ff, Fr)으로부터, 모터(15), 제1 개폐 밸브(9)의 솔레노이드(9e), 제2 개폐 밸브(11)의 솔레노이드(11e) 및 가변 릴리프 밸브(22)의 비례 솔레노이드(22c)로 출력해야 할 제어 명령을 연산하여, 당해 제어 명령을 출력한다. 또한, 추력 명령값(Ff, Fr)으로부터 제어 명령을 연산할 때에, 그때에 작동기(Af, Ar)가 출력하고 있는 추력을 피드백하고, 피드백 제어에 의해 제어 명령을 연산해도 된다.
구체적으로는, 구동부(44e)는 상술한 바와 같이, 추력 명령값(Ff, Fr)으로부터 제1 개폐 밸브(9)의 솔레노이드(9e), 제2 개폐 밸브(11)의 솔레노이드(11e) 및 가변 릴리프 밸브(22)의 비례 솔레노이드(22c)에 부여해야 할 제어 명령을 연산하여, 당해 제어 명령을 출력한다. 또한, 이 대신에, 구동부(44e)는 유온 판정부(44c)에 의한 판정 결과에 의해, 펌프(12)의 회전 속도를 제어한다.
구동부(44e)는 유온 판정부(44c)에 의해 유온이 소정 온도 이상이라고 판정된 경우에는, 펌프(12)를 통상 회전 속도로 회전시키도록 모터(15)를 구동한다. 본 실시 형태에서는, 유온이 소정 온도 이상인 경우, 펌프(12)를 통상 회전 속도로 회전 구동하고, 가변 릴리프 밸브(22)로 작동기(Af, Ar)의 추력 조절을 행할 수 있다. 따라서, 펌프(12)의 회전 속도를 변화시키지 않아도 되므로, 펌프(12)의 회전 속도의 변동에 수반하는 소음의 발생을 방지할 수 있는 동시에, 작동기(Af, Ar)의 제어 응답성을 양호하게 할 수 있다. 또한, 가변 릴리프 밸브(22)에 의한 압력 조절과 아울러, 모터(15)의 회전 속도를 조절하여 작동기(Af, Ar)의 발생 추력을 조절하는 것도 가능하다.
한편, 구동부(44e)는 유온 판정부(44c)에 의해 유온이 소정 온도보다 낮다고 판정된 경우에는, 펌프(12)의 회전 속도를 저하시킨다. 즉, 구동부(44e)는 통상 회전 속도보다 낮은 회전 속도로 미리 설정된 저온 시 회전 속도로 펌프(12)를 회전시키도록 모터(15)를 구동한다.
저온 시 회전 속도는, 일정한 회전 속도이며, 작동유의 유온이 소정 온도보다 낮은 경우에도, 작동기(Af, Ar)에 요구되고 있는 하한 추력을 출력할 수 있는 회전 속도로 설정된다. 또한, 모터(15)의 회전 속도의 제어에는, 일반적인 속도 루프의 피드백 제어를 이용할 수 있지만, 다른 제어 방법을 이용해도 된다.
이상과 같이 구성됨으로써, 본 실시 형태에 의한 철도 차량용 제진 장치(1)에 의하면, 유온이 낮다고 판정된 경우에는 펌프(12)의 회전 속도를, 통상 회전 속도보다도 낮은 저온 시 회전 속도로 저하하므로, 작동유의 점도가 높은 상태에서, 작동기(Af, Ar)에 비교적 작은 추력을 발휘시키는 경우에도, 추력이 과잉이 되는 일이 없다.
또한, 본 실시 형태에 의한 철도 차량용 제진 장치(1)에 의하면, 작동기(Af, Ar)의 추력을 피드백 제어할 경우, 작동유의 유온이 낮고 점도가 높아도, 추력 과잉은 되지 않는다. 따라서, 제어력 명령값(Ff, Fr)과 실제로 출력되는 추력의 편차가 커지지 않는다. 그로 인해, 작동기(Af, Ar)의 추력이 진동적이 되는 헌팅이 발생하지 않는다. 따라서, 철도 차량의 차체(B)를 가진하여 진동 상황을 악화시키는 일은 없다.
따라서, 본 실시 형태에 의한 철도 차량용 제진 장치(1)에 의하면, 유온이 낮아도 안정된 추력을 발휘하여 차체 진동을 효과적으로 억제하는 것이 가능하게 된다.
또한, 헌팅이 발생하는 일이 없으므로, 제1 개폐 밸브(9) 및 제2 개폐 밸브(11)의 전환 동작이 빈번히 행해지는 않아, 이들 수명을 짧게 하여 경제성이 손실되는 등의 문제도 발생하지 않는다.
또한, 유온 판정부(44c)는 날짜 정보, 주행 지역의 기온 정보, 시각 정보, 주행 위치 및 시동으로부터의 운전 시간 중 어느 하나, 또는 이들 조합을 기초로 하여 유온이 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정할 경우에는, 유온을 검출하는 유온 센서를 필요로 하지 않으므로, 그만큼, 철도 차량용 제진 장치(1)의 비용이 저감된다.
또한, 유온 판정부(44c)가 날짜 정보, 주행 지역의 기온 정보, 시각 정보, 주행 위치 및 시동으로부터의 운전 시간을 복합적으로 사용하여, 유온이 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정함으로써, 유온 센서를 사용하지 않아도, 정밀하게 유온을 추정할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 상기 실시 형태는 본 발명의 적용예의 일부를 나타낸 것에 지나지 않고, 본 발명의 기술적 범위를 상기 실시 형태의 구체적 구성에 한정하는 취지는 아니다.
본 출원은, 2011년 6월 20일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2011-136162호를 기초로 하는 우선권을 주장하고, 이 출원의 모든 내용은 참조에 의해 본 명세서에 포함된다.
본 발명의 실시예가 포함하는 배타적 성질 또는 특징은, 이하와 같이 클레임된다.

Claims (10)

  1. 작동기를 제어하여 차체의 진동을 억제하는 철도 차량용 제진 장치이며,
    상기 작동기는,
    철도 차량의 대차와 차체의 한쪽에 연결되는 실린더와,
    상기 실린더 내에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 피스톤과,
    상기 실린더 내에 삽입되어, 상기 대차와 상기 차체의 다른 쪽과 상기 피스톤에 연결되는 로드와,
    상기 실린더 내에 상기 피스톤으로 구획되는 로드측실 및 피스톤측실을 구비하고,
    상기 실린더에 급배되는 액체가 저류되는 탱크와,
    상기 로드측실과 상기 피스톤측실을 연통하는 제1 통로에 설치되어, 당해 제1 통로를 개폐 가능한 제1 개폐 밸브와,
    상기 피스톤측실과 상기 탱크를 연통하는 제2 통로에 설치되어, 당해 제2 통로를 개폐 가능한 제2 개폐 밸브와,
    미리 정해진 통상 회전 속도로 회전 구동되어, 상기 탱크로부터 상기 로드측실로 액체를 공급하는 펌프와,
    상기 작동기에 공급되는 액체의 온도를 판정하는 온도 판정부를 구비하고,
    상기 펌프는, 상기 온도 판정부에 의해, 액체의 온도가 미리 정해진 소정 온도보다도 낮다고 판정된 경우에는, 그 회전 속도가 상기 통상 회전 속도보다도 저하되는, 철도 차량용 제진 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 온도 판정부는 날짜 정보를 기초로 하여 액체의 온도가 상기 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정하는, 철도 차량용 제진 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 온도 판정부는 철도 차량의 주행 지역에 있어서의 기온 정보를 기초로 하여 액체의 온도가 상기 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정하는, 철도 차량용 제진 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 온도 판정부는 철도 차량의 주행 위치를 기초로 하여 액체의 온도가 상기 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정하는, 철도 차량용 제진 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 온도 판정부는 시각 정보를 기초로 하여 액체의 온도가 상기 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정하는, 철도 차량용 제진 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 온도 판정부는 운전 시간을 기초로 하여 액체의 온도가 소정 온도보다 낮은지 여부를 판정하는, 철도 차량용 제진 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 로드측실과 상기 탱크를 접속하는 배출 통로와,
    상기 배출 통로의 도중에 설치되어 개방 밸브압을 변경 가능한 가변 릴리프 밸브를 더 구비하는, 철도 차량용 제진 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 작동기의 추력은, 상기 가변 릴리프 밸브의 개방 밸브 압을 조절함으로써 제어되는, 철도 차량용 제진 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 작동기를 신장 작동시킬 때에는 상기 제1 개폐 밸브를 개방하고, 또한 상기 제2 개폐 밸브를 개폐시킴으로써 추력이 제어되고, 상기 작동기를 수축 작동시킬 때에는 상기 제2 개폐 밸브를 개방하고, 또한 상기 제1 개폐 밸브를 개폐시킴으로써 추력이 제어되는, 철도 차량용 제진 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 탱크로부터 상기 피스톤측실을 향하는 액체의 흐름만을 허용하는 흡입 통로와,
    상기 피스톤측실로부터 상기 로드측실을 향하는 액체의 흐름만을 허용하는 정류 통로를 더 구비하는, 철도 차량용 제진 장치.
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