KR20140054221A

KR20140054221A - 철도 차량용 제진 장치

Info

Publication number: KR20140054221A
Application number: KR20147006454A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 오가와
Original assignee: 카야바 고교 가부시기가이샤
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2013-03-13
Publication date: 2014-05-08
Also published as: EP2765051A1; JP2013189087A; US20140249705A1; CN103946097B; CA2850477A1; JP5486624B2; EP2765051A4; CA2850477C; ES2575505T3; KR101516532B1; EP2765051B1; WO2013137295A1; US9393974B2; CN103946097A

Abstract

철도 차량의 전방측 대차(Tf)와 차체(B) 사이에 개재 장착되는 2개 이상의 전방측 진동 억제력 발생원(Af1, Af2)과, 철도 차량의 후방측 대차(Tr)와 차체(B) 사이에 개재 장착되는 2개 이상의 후방측 진동 억제력 발생원(Ar1, Ar2)을 구비한다. 컨트롤러(45)는 철도 차량이 곡선 구간 주행 시에 차체(B)에 작용하는 원심 가속도의 주파수 이상의 주파수의 진동을 억제하는 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)을 산출한다. 철도 차량이 곡선 구간을 주행 중은, 컨트롤러가 전방측 진동 억제력 발생원 중 적어도 일부(Af1)과 후방측 진동 억제력 발생원 중 적어도 일부(Ar1)에 요 억제력(Fω)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 출력시킨다. 또한, 전방측 진동 억제력 발생원의 나머지 전부(Af2)와 후방측 진동 억제력 발생원의 나머지 전부(Ar2)를 패시브 댐퍼로서 기능시킨다. 곡선 구간의 차량 승차감이 이에 의해 개선된다.

Description

철도 차량용 제진 장치 {DEVICE FOR SUPPRESSING VIBRATION IN RAILWAY VEHICLE}

본 발명은 철도 차량용의 곡선 주행 중의 진동 억제에 관한 것이다.

철도 차량의 진행 방향에 대하여 좌우 방향의 차체 진동을 억제하는 철도 차량용 제진 장치는, 예를 들어 차체와 대차 사이에 개재 장착된 감쇠력 가변 댐퍼를 구비하고 있다. 차체 중심에 있어서의 차체의 요(yaw) 방향의 각속도와 차체의 스웨이(sway) 방향의 속도로부터 차체 진동을 억제하기 위하여 필요한 감쇠력을 구하고, 구한 감쇠력을 발휘할 수 있도록 감쇠력 가변 댐퍼의 감쇠력을 조정하고 있다.

보다 구체적으로는, 요 레이트에 차량 중심으로부터 대차 중심까지의 거리와 제어 게인을 곱하여 요 방향의 진동 억제에 필요한 감쇠력을 산출한다. 또한, 스웨이 방향의 속도에 제어 게인을 곱하여 스웨이 방향의 진동을 억제하는데 필요한 감쇠력을 산출한다. 요 방향 진동 억제용의 감쇠력과 스웨이 방향 진동 억제용의 감쇠력을 더하여 감쇠력 가변 댐퍼의 발생해야 할 감쇠력을 산출한다.

일본 특허청이 발행한 JP2003-320931A는, 철도 차량의 차체와 차체 전방부를 지지하는 대차 사이 및 차체와 차체 후방부를 지지하는 대차 사이에, 요 방향 및 스웨이 방향의 진동을 억제하는 감쇠력 가변 댐퍼를 각각 설치하는 것을 제안하고 있다.

철도 차량에 있어서의 차체의 공진 주파수대는 0.5 헤르츠(Hz)로부터 2Hz이다. 또한, 철도 차량이 곡선 구간을 주행할 때는 차체에는 원심 가속도가 작용하지만 원심 가속도의 주파수가 차체의 공진 주파수에 매우 가깝다.

차체의 요 레이트나 스웨이 방향의 속도를 얻기 위해서는, 통상, 차체의 전후에 설치한 가속도 센서를 사용한다. 요 레이트에 대해서는 가속도 센서로 얻은 가속도의 차에 의거하여 구하고 있다. 스웨이 방향의 속도에 대해서는 가속도 센서로 얻은 2개의 가속도를 가산한 값에 의거하여 구하고 있다.

요 레이트에 대해서는, 가속도의 차를 취하기 위해서, 철도 차량이 곡선 구간을 주행할 때에 차체에 작용하는 원심 가속도의 영향은 제거된다. 한편, 스웨이 방향의 속도에 대해서는, 가속도를 가산하여 구하므로, 진동 가속도에 원심 가속도가 중첩되어, 원심 가속도를 제거할 수 없다.

철도 차량의 고속화에 의해 원심 가속도는, 무시할 수 없다. 그로 인해, 원심 가속도가 스웨이 방향의 속도에 중첩된 채 감쇠력을 구하면, 감쇠력이 필요 이상으로 커져, 차량의 승차감이 도리어 손상되어 버린다.

스웨이 방향의 차량의 속도를 대역 통과 필터나 고역 통과 필터로 여파하여, 차체의 공진 주파수대의 진동만을 추출하려고 해도, 상술한 바와 같이, 원심 가속도의 주파수가 공진 주파수에 가까우므로, 원심 가속도를 제거하는 것은 어렵다. 한편, 곡선 구간에서는 차체의 공진 주파수대에 있어서의 게인을 저하시킴으로써, 원심 가속도의 영향을 받지 않도록 하는 것이 고려된다. 이 경우에는, 차체의 공진 주파수대의 진동을 억제하는 감쇠력이 부족하여, 차량의 승차감은 역시 손상되어 버린다.

본 발명의 목적은, 곡선 구간에 있어서의 철도 차량의 승차감을 향상시키는 것이다.

이상의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 의한 철도 차량용 제진 장치는, 철도 차량의 전방측 대차와 차체 사이에 개재 장착되는 2개 이상의 전방측 진동 억제력 발생원과, 철도 차량의 후방측 대차와 차체 사이에 개재 장착되는 2개 이상의 후방측 진동 억제력 발생원과, 전방측 진동 억제력 발생원과 후방측 진동 억제력 발생원을 제어하는 다음과 같이 프로그램된 프로그래머블 컨트롤러를 구비하고 있다.

즉, 컨트롤러는 차체의 요 방향의 진동을 억제하는 요 억제력을 산출하고, 차체의 스웨이 방향의 진동을 억제하는 스웨이 억제력을 산출하고, 스웨이 억제력에 의거하여, 철도 차량이 곡선 구간 주행 시에 차체에 작용하는 원심 가속도의 주파수 이상의 주파수의 진동을 억제하는 스웨이 고주파 진동 억제력을 산출하도록, 프로그램된다. 또한, 컨트롤러는 철도 차량이 곡선 구간을 주행 중은, 전방측 진동 억제력 발생원 중 적어도 일부와 후방측 진동 억제력 발생원 중 적어도 일부에 요 억제력과 스웨이 고주파 진동 억제력의 합력을 출력시켜, 전방측 진동 억제력 발생원의 나머지 전부와 후방측 진동 억제력 발생원의 나머지 전부를 패시브 댐퍼로서 기능시키도록, 프로그램된다.

본 발명의 상세 및 다른 특징이나 이점은, 명세서의 이하의 기재 중에서 설명되는 동시에, 첨부된 도면에 나타낸다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 의한 철도 차량용 제진 장치를 탑재한 철도 차량의 개략 평면도이다.
도 2는, 철도 차량용 제진 장치가 구비하는 작동기의 유압 회로도이다.
도 3은, 철도 차량용 제진 장치가 구비하는 제어 장치의 제어 기능의 일부를 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 4는, 제어 장치의 제어 기능의 나머지 부분을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 5는, 제어 장치의 요 제어기의 구성을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 6은, 제어 장치의 스웨이 제어기의 구성을 나타내는 블록 다이어그램이다.
도 7은, 스웨이 제어기의 다른 구성을 나타내는 블록 다이어그램이다.

도면 중 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 의한 철도 차량용 제진 장치(1)는 철도 차량의 차체(B)의 제진 장치로서 사용된다.

철도 차량용 제진 장치(1)는 전방측 대차(Tf)와 차체(B) 사이에 개재 장착되는 유압식의 작동기(Af1, Af2)와, 후방측 대차(Tr)와 차체(B) 사이에 개재 장착되는 유압식의 작동기(Ar1, Ar2)와, 이들 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)를 제어하는 제어 장치(C)를 구비한다. 상세하게는, 작동기(Af1과 Af2)의 일단부는 각각 차체(B)의 전방부(Bf)로부터 전후 방향으로 돌출된 핀(P)에 연결되고, 다른 일단부가 전방측 대차(Tf)에 연결된다. 작동기(Ar1과 Ar2)의 일단부는 차체(B)의 후방부(Br)로부터 전후 방향으로 돌출된 다른 핀(P)에 연결되고, 다른 일단부가 후방측 대차(Tr)에 연결된다.

제어 장치(C)는, 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)를 액티브 제어함으로써, 바꿔 말하면 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)를 액티브 댐퍼로서 기능시킴으로써, 차체(B)의 차량 횡단 방향의 수평 진동을 억제한다.

제어 장치(C)는, 차체(B)의 차체 전방부(Bf)의 차량 횡단 방향의 수평 가속도(αf)와, 차체(B)의 차체 후방부(Br)의 차량 횡단 방향의 수평 가속도(αr)를 검출하고, 수평 가속도(αf와 αr)에 의거하여 전후 대차(Tf, Tr)의 바로 위에 있어서의 차체 중심(G) 주위의 각가속도인 요 가속도(ω)를 산출한다. 제어 장치(C)는 또한, 수평 가속도(αf)와 수평 가속도(αr)에 의거하여 차체(B) 중심(G)의 수평 가로 방향의 가속도인 스웨이 가속도(S)를 산출한다. 제어 장치(C)는 또한, 요 가속도(ω)에 의거하여 차체 전체의 요 진동 억제에 필요한 목표 요 억제력(Fωref)을 산출한다. 제어 장치(C)는 또한, 스웨이 가속도(S)에 의거하여 차체 전체의 스웨이 저주파 진동의 억제에 필요한 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)과 차체 전체의 스웨이 고주파 진동의 억제에 필요한 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)을 산출한다.

제어 장치(C)는, 철도 차량의 주행하고 있는 구간이 곡선 구간인지 곡선 구간 이외인지를 판정한다.

곡선 구간 이외를 주행 중은, 제어 장치(C)는 전방측 작동기(Af1)와 후방측 작동기(Ar1)에, 목표 요 억제력(Fωref)에 1/2을 곱하여 얻은 요 억제력(Fω)과 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)에 1/2을 곱하여 얻은 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 발휘시킨다. 제어 장치(C)는, 또한 전방측 작동기(Af2)와 후방측 작동기(Ar2)에, 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)에 1/2을 곱하여 얻은 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)을 발휘시킨다.

곡선 구간을 주행 중은, 제어 장치(C)는 전방측 작동기(Af1)와 후방측 작동기(Ar1)에, 요 억제력(Fω)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 각각 발휘시킨다. 제어 장치(C)는, 또한 전방측 작동기(Af2)와 후방측 작동기(Ar2)를 각각 패시브 댐퍼로서 기능시킨다.

전방측 작동기(Af1과 Af2) 및 후방측 작동기(Ar1과 Ar2)의 구체적인 구성을 이하에 설명한다. 작동기(Af1, Af2, Ar1, 및 Ar2)는, 모두 동일 구성이므로, 설명의 중복을 피하기 위해, 작동기(Af1)의 구성만을 설명하고, 다른 작동기(Af2, Ar1, Ar2)에 대한 설명을 생략한다.

도 2를 참조하면, 작동기(Af1)는 한쪽 로드형의 작동기로 구성된다. 작동기(Af1)는, 철도 차량의 전방측 대차(Tf)와 차체(B) 중 한쪽에 연결되는 실린더(2)와, 실린더(2) 내에 미끄럼 이동 가능하게 수납 장착되는 피스톤(3)과, 일단부를 피스톤(3)에 결합하고, 다른 일단부를 전방측 대차(Tf)와 차체(B) 중 다른 쪽에 연결되는 로드(4)를 구비한다.

실린더(2) 내는 피스톤(3)에 의해 로드측실(5) 및 피스톤측실(6)로 구획 형성된다. 로드측실(5)과 피스톤측실(6)에는 작동유가 봉입된다. 작동기(Af1)의 외측에는 작동유의 탱크(7)가 설치된다. 탱크(7)에는 작동유 이외에 기체가 충전된다. 단, 탱크(7)는 기체를 압축하여 충전함으로써 가압 상태로 할 필요는 없다.

로드측실(5)과 피스톤측실(6)은 제1 통로(8)로 접속된다. 제1 통로(8)에는 제1 개폐 밸브(9)가 설치된다. 피스톤측실(6)과 탱크(7)는 제2 통로(10)로 접속된다. 제2 통로(10)에는 제2 개폐 밸브(11)가 설치된다. 로드측실(5)에는 펌프(12)로부터 작동유가 공급된다. 또한, 제1 통로(8)는 실린더(2) 밖에서 로드측실(5)과 피스톤측실(6)을 연통하고 있지만, 제1 통로(8)를 피스톤(3)에 설치하는 것도 가능하다.

작동기(Af1)는, 제1 개폐 밸브(9)를 개방하여 제1 통로(8)를 연통 상태로 하고, 제2 개폐 밸브(11)를 폐쇄하여 제2 통로(10)를 차단 상태로 하여, 펌프(12)를 운전함으로써 신장 작동한다. 한편, 작동기(Af1)는 제2 개폐 밸브(11)를 개방하여 제2 통로(10)를 연통 상태로 하고, 제1 개폐 밸브(9)를 폐쇄하여 제1 통로(8)를 차단 상태로 하여, 펌프(12)를 운전함으로써 수축 작동한다.

이하, 작동기(Af1)의 각 부에 대하여 상세하게 설명한다. 실린더(2)는 통 형상을 이루고, 도면의 우측 단부는 덮개(13)에 의해 폐색되고, 도면의 좌측 단부에는 링 형상의 로드 가이드(14)가 고정된다. 로드 가이드(14)는 실린더(2)에 삽입되는 로드(4)를 미끄럼 이동 가능하게 지지한다. 로드(4)의 일단부는 실린더(2)로부터 축방향 외측으로 돌출되고, 로드(4)의 다른 일단부는 실린더(2) 내에서 피스톤(3)에 결합된다.

로드(4)의 외주와 실린더(2) 사이는 시일 부재에 의해 시일되고, 실린더(2) 내는 밀폐 형상체로 유지된다. 실린더(2) 내에 피스톤(3)에 의해 구획되는 로드측실(5)과 피스톤측실(6)에는, 상술한 바와 같이 작동유가 충전된다. 작동유 이외에, 작동기에 적합한 어떠한 액체를 사용해도 된다.

이 작동기(Af1)에 있어서, 로드(4)의 단면적은 피스톤(3) 단면적의 2분의 1로 설정된다. 이에 의해, 피스톤(3)의 로드측실(5)측의 수압 면적은 피스톤측실(6)측의 수압 면적의 2분의 1이 된다. 작동기(Af1)의 신장 작동 시와 수축 작동 시에서 로드측실(5)의 압력을 같게 하면, 신축 쌍방에 관하여 발생 추력이 같아진다. 또한, 작동기(Af1)의 변위량에 대한 작동유의 공급량도 신축 양방향에 관하여 같아진다.

구체적으로는, 작동기(Af1)를 신장 작동시킬 경우에는, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)을 연통시킨 상태로 한다. 그 결과, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)의 압력이 같아져, 피스톤(3)의 로드측실(5)에 있어서의 수압 면적과 피스톤측실(6)측에 있어서의 수압 면적의 차에 압력을 곱한 신장측 추력이 발생한다. 반대로, 작동기(Af1)를 수축 작동시킬 경우, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)의 연통을 차단하고, 피스톤측실(6)을 탱크(7)에 개방한다. 그 결과, 로드측실(5)의 압력과 피스톤(3)의 로드측실(5)의 수압 면적을 곱한 수축측 추력이 발생한다. 이와 같이 하여, 작동기(Af1)의 발생 추력은 신축 쌍방에서 피스톤(3) 단면적의 2분의 1에 로드측실(5)의 압력을 곱한 값이 된다.

따라서, 제어 장치(C)가 작동기(Af1)의 추력을 제어할 경우, 신장 작동과 수축 작동 중 어떠한 경우에 있어서도, 로드측실(5)의 압력을 제어하면 된다. 이와 같이, 피스톤(3)의 로드측실(5)측의 수압 면적을 피스톤측실(6)측의 수압 면적의 2분의 1로 설정하면, 신축 양방향에서 같은 추력을 발생하기 위한 로드측실(5)의 압력이 신축 양방향에서 같아지므로 제어가 용이해진다. 또한, 피스톤(3)의 변위량에 대한 작동유의 공급량도 변위의 방향에 따르지 않고 같아진다. 따라서, 신축 양방향의 작동에 관하여 같은 응답성을 얻을 수 있다. 피스톤(3)의 로드측실(5) 내의 수압 면적을 피스톤측실(6) 내의 수압 면적의 2분의 1로 설정하지 않은 경우에도, 로드측실(5)의 압력으로 작동기(Af1)의 신축 양측의 추력 제어를 하는 것에 변함은 없다.

로드(4)의 선단부와, 실린더(2)의 기단부를 폐색하는 덮개(13)는, 도시하지 않은 설치부를 구비한다. 작동기(Af1)는 설치부를 통하여 철도 차량의 차체(B)와 전방측 대차(Tf) 사이에 개재 장착된다.

제1 개폐 밸브(9)는 전자 개폐 밸브로 구성된다. 제1 개폐 밸브(9)는 밸브체(9a)와, 스프링(9d)과, 솔레노이드(9e)를 구비한다. 밸브체(9a)는 제1 통로(8)를 개방하여 로드측실(5)과 피스톤측실(6)을 연통하는 연통 포지션(9b)과, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)의 연통을 차단하는 차단 포지션(9c)을 구비한다. 스프링(9d)은 차단 포지션(9c)을 향해 밸브체(9a)를 부세(附勢)한다. 솔레노이드(9e)는 여자에 의해 밸브체(9a)를 스프링(9d)에 저항하여 연통 포지션(9b)에 부세한다.

제2 개폐 밸브(11)는 전자 개폐 밸브로 구성된다. 제2 개폐 밸브(11)는 밸브체(11a)와, 스프링(11d)과, 솔레노이드(11e)를 구비한다. 밸브체(11a)는 제2 통로(10)를 통하여 피스톤측실(6)과 탱크(7)를 연통하는 연통 포지션(11b)과, 피스톤측실(6)과 탱크(7)의 연통을 차단하는 차단 포지션(11c)을 구비한다. 스프링(11d)은 차단 포지션(11c)을 향해 밸브체(11a)를 부세한다. 솔레노이드(11e)는 여자에 의해 밸브체(11a)를 스프링(11d)에 저항하여 연통 포지션(11b)으로 구동한다.

펌프(12)는 전동 모터(15)에 의해 회전 구동된다. 펌프(12)는 일방향으로만 작동유를 토출한다. 펌프(12)의 토출구는 공급 통로(16)를 통하여 로드측실(5)에 연통한다. 펌프(12)의 흡입구는 탱크(7)에 연통한다. 펌프(12)는 전동 모터(15)에 의해 회전 구동되어, 탱크(7)로부터 작동유를 흡입하여, 가압한 작동유를 로드측실(5)로 공급한다.

펌프(12)는 일방향으로만 작동유를 토출하고, 회전 방향의 전환 동작을 필요로 하지 않는다. 따라서, 회전 전환 시에 토출량이 변화하는 등의 문제는 전무하며, 저렴한 기어 펌프 등을 사용할 수 있다. 또한, 펌프(12)의 회전 방향이 항상 동일한 방향이므로, 펌프(12)를 구동하는 전동 모터(15)도 회전 전환에 관한 응답성이 요구되지 않아, 전동 모터(15)에도 저렴한 것을 사용할 수 있다. 공급 통로(16)의 도중에는, 로드측실(5)로부터 펌프(12)로의 작동유의 역류를 저지하는 역지 밸브(17)가 설치된다.

펌프(12)로부터 소정의 토출 유량을 로드측실(5)에 공급하여, 작동기(Af1)를 신장 작동시킬 때는, 제1 개폐 밸브(9)를 개방하는 한편, 제2 개폐 밸브(11)의 개폐 제어에 의해 로드측실(5)의 압력을 조절한다. 작동기(Af1)를 수축 작동시킬 때는, 제2 개폐 밸브(11)를 개방하는 한편, 제1 개폐 밸브(9)의 개폐 제어에 의해 로드측실(5) 내의 압력을 조절한다. 이와 같이 하여, 제어 장치(C)가 산출한 억제력에 대응하는 추력을 얻는다.

작동기(Af1)의 신장 작동 시에는, 로드측실(5)과 피스톤측실(6)이 연통하고, 피스톤측실(6) 내의 압력은 로드측실(5)의 압력과 같아진다. 그 결과, 신장 작동 시도 수축 작동 시도 로드측실(5)의 압력을 컨트롤함으로써 추력을 컨트롤할 수 있다. 제1 개폐 밸브(9)와 제2 개폐 밸브(11)를 릴리프압의 조절 기능을 구비한 개폐 기능을 구비한 가변 릴리프 밸브로 구성하는 것도 가능하다. 이 경우에는, 제1 개폐 밸브(9) 또는 제2 개폐 밸브(11)의 개폐 동작으로, 작동기(Af1)를 신축시키는 것이 아닌, 제1 개폐 밸브(9) 또는 제2 개폐 밸브(11)의 개방 밸브압을 조절함으로써 작동기(Af1)의 추력을 제어한다.

철도 차량용 제진 장치(1)는 작동기(Af1)의 추력 조절을 보다 간단하게 행할 수 있도록, 로드측실(5)과 탱크(7)를 배출 통로(21)로 접속하고, 배출 통로(21)에 릴리프압을 변경 가능한 가변 릴리프 밸브(22)를 설치하고 있다.

가변 릴리프 밸브(22)는 비례 전자 릴리프 밸브로 구성된다. 가변 릴리프 밸브(22)는 배출 통로(21)에 설치한 밸브체(22a)와, 배출 통로(21)를 차단하는 방향으로 밸브체(22a)를 부세하는 스프링(22b)과, 여자에 따라서 스프링(22b)에 저항하여 밸브체(22a)에 추력을 미치는 비례 솔레노이드(22c)를 구비한다. 제어 장치(C)는, 비례 솔레노이드(22c)에 흐르는 전류량을 제어함으로써 릴리프압을 제어한다.

가변 릴리프 밸브(22)에 있어서, 로드측실(5)의 압력이 릴리프압을 초과하면, 밸브체(22a)에 가해지는 로드측실(5)의 압력과 비례 솔레노이드(22c)에 의한 추력의 합력이, 스프링(22b)의 부세력을 극복하여 밸브체(22a)를 개방 위치로 구동하고, 배출 통로(21)를 연통시킨다.

가변 릴리프 밸브(22)에 있어서는, 비례 솔레노이드(22c)에 공급하는 전류량을 증대시키면, 비례 솔레노이드(22c)가 발생하는 추력을 증대시킬 수 있다. 즉, 비례 솔레노이드(22c)에 공급하는 전류량을 최대로 하면 가변 릴리프 밸브(22)의 릴리프압은 최소가 된다. 비례 솔레노이드(22c)에 전혀 전류를 공급하지 않으면 릴리프압은 최대가 된다.

배출 통로(21)와 가변 릴리프 밸브(22)를 설치함으로써, 작동기(Af1)를 신축 작동시킬 때에, 로드측실(5) 내의 압력은 가변 릴리프 밸브(22)의 릴리프압으로 조절된다. 이와 같이, 가변 릴리프 밸브(22)의 릴리프압의 설정에 의해, 로드측실(5)의 압력을 용이하게 조절할 수 있다. 배출 통로(21)와 가변 릴리프 밸브(22)를 설치함으로써, 작동기(Af1)의 추력을 조절하기 위한 센서류가 불필요하게 된다. 또한, 제1 개폐 밸브(9)와 제2 개폐 밸브(11)를 고속으로 개폐하거나, 제1 개폐 밸브(9)와 제2 개폐 밸브(11)를 개폐 기능을 구비한 가변 릴리프 밸브로 구성할 필요도 없어진다. 결과적으로, 철도 차량용 제진 장치(1)의 제조 비용을 저감할 수 있어, 하드웨어적으로도 소프트웨어적으로도 견고한 제진 시스템을 구축할 수 있다.

가변 릴리프 밸브(22)를, 부여하는 전류량에 따라서 릴리프압을 비례 제어 가능한 비례 전자 릴리프 밸브로 구성함으로써, 릴리프압의 제어를 용이하게 행할 수 있다. 릴리프압을 조절 가능한 한, 가변 릴리프 밸브(22)에 비례 전자 릴리프 밸브 이외의 밸브체를 사용하는 것도 가능하다.

가변 릴리프 밸브(22)는 제1 개폐 밸브(9) 및 제2 개폐 밸브(11)의 개폐 상태에 관계없이, 로드측실(5)의 압력이 릴리프압을 초과하면, 배출 통로(21)를 개방하여 로드측실(5)을 탱크(7)에 연통한다. 이에 의해, 로드측실(5) 내의 과대 압력이 탱크(7)에 개방된다. 배출 통로(21)와 가변 릴리프 밸브(22)를 설치하는 것은, 예를 들어 작동기(Af1)로의 과대한 입력에 대하여 시스템 전체를 보호하는데 도움이 된다.

작동기(Af1)는 댐퍼 회로(D)를 구비한다. 댐퍼 회로(D)는, 제1 개폐 밸브(9) 및 제2 개폐 밸브(11)가 폐쇄된 상태에서, 작동기(Af1)를 댐퍼로서 기능시킨다. 댐퍼 회로(D)는, 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, 배출 통로(21)에 설치한 가변 릴리프 밸브(22)가 감쇠 밸브로서 기능한다.

보다 상세하게는, 정류 통로(18)는 도중에 설치된 역지 밸브(18a)에 의해, 피스톤측실(6)로부터 로드측실(5)을 향하는 작동유의 흐름만을 허용한다. 흡입 통로(19)는 도중에 설치된 역지 밸브(19a)에 의해, 탱크(7)로부터 피스톤측실(6)을 향하는 작동유의 흐름만을 허용한다. 제1 개폐 밸브(9)의 차단 포지션(9c)을 피스톤측실(6)로부터 로드측실(5)을 향하는 작동유의 흐름만을 허용하는 역지 밸브로 함으로써 정류 통로(18)를 불필요하게 할 수 있다. 또한, 제2 개폐 밸브(11)의 차단 포지션(11c)을 탱크(7)로부터 피스톤측실(6)을 향하는 작동유의 흐름만을 허용하는 역지 밸브로 함으로써 흡입 통로(19)를 불필요하게 할 수 있다.

작동기(Af1)에 설치된 댐퍼 회로(D)는, 제1 개폐 밸브(9)가 차단 포지션(9c)에 있고, 제2 개폐 밸브(11)가 차단 포지션(11c)에 있을 경우에, 정류 통로(18)와 배출 통로(21)와 흡입 통로(19)에 의해, 피스톤측실(6)과 로드측실(5)과 탱크(7)를 둘러싸는 순환 통로를 구성한다. 여기서, 정류 통로(18), 흡입 통로(19) 및 배출 통로(21)는 모두 일방 통행이다. 따라서, 작동기(Af1)가 외력에 의해 신축되면, 반드시 실린더(2)로부터의 작동유가 배출 통로(21)를 통하여 탱크(7)로 배출된다.

한편, 실린더(2) 내에서 부족한 작동유는 탱크(7)로부터 흡입 통로(19)를 통하여 실린더(2) 내에 공급된다. 이 작동유의 흐름에 대하여 가변 릴리프 밸브(22)가 저항이 됨으로써, 실린더(2)의 압력을 릴리프압으로 조절한다. 즉, 가변 릴리프 밸브(22)가 압력 제어 밸브로서 기능하고, 작동기(Af1)는 유니 플로우형의 패시브 댐퍼로서 기능한다.

이상과 같이, 작동기(Af1)는, 작동기로서도 패시브 댐퍼로서도 기능하도록 구성된다. 또한, 가변 릴리프 밸브(22)와 배출 통로(21)를 설치하지 않고, 별도로 로드측실(5)과 탱크(7)를 접속하는 통로를 설치하고, 이 통로의 도중에 감쇠 밸브를 설치하여 댐퍼 회로(D)를 구성하도록 해도 된다.

작동기(Af1)의 각 컴포넌트로의 통전이 불가능하게 되는 고장 상태에서는, 제1 개폐 밸브(9)의 밸브체(9a)는 스프링(9d)에 가압되어서 차단 포지션(9c)에 보유 지지되고, 제2 개폐 밸브(11)의 밸브체(11a)는 스프링(11d)에 가압되어서 차단 포지션(11c)에 보유 지지된다. 한편, 가변 릴리프 밸브(22)는 릴리프압이 최대로 고정된 압력 제어 밸브로서 기능한다. 따라서, 작동기(Af1)는 패시브 댐퍼로서 기능한다. 작동기(Af1)가 패시브 댐퍼로서 기능할 경우에는, 가변 릴리프 밸브(22)가 감쇠 밸브로서 기능한다. 전류량이 제로인 경우의 가변 릴리프 밸브(22)의 릴리프압의 설정에 의해, 작동기(Af1)를 패시브 댐퍼로서 기능시킬 때의 감쇠 특성을 임의로 설정할 수 있다.

이상과 같이 구성된 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 신장 방향의 추력을 발휘시킬 경우, 제어 장치(C)는, 각 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 대해서, 전동 모터(15)를 회전시켜 펌프(12)로부터 실린더(2) 내로 작동유를 공급하면서, 제1 개폐 밸브(9)를 연통 포지션(9b)으로 하고, 제2 개폐 밸브(11)를 차단 포지션(11c)으로 한다. 이 조작에 의해, 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)의 로드측실(5)과 피스톤측실(6)이 연통된 상태에서 펌프(12)로부터 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 작동유가 공급되고, 피스톤(3)이 도 2의 좌측으로 눌림으로써 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)는 신장 방향의 추력을 발휘한다.

로드측실(5) 및 피스톤측실(6)의 압력이 가변 릴리프 밸브(22)의 릴리프압을 상회하면, 가변 릴리프 밸브(22)가 개방되어 작동유가 배출 통로(21)를 통하여 탱크(7)로 유출된다. 로드측실(5) 내 및 피스톤측실(6) 내의 압력은, 이에 의해 가변 릴리프 밸브(22)에 부여하는 전류량으로 결정되는 가변 릴리프 밸브(22)의 릴리프압으로 유지된다. 각 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)가 발휘하는 추력은, 피스톤측실(6)과 로드측실(5)에 있어서의 피스톤(3)의 수압 면적차에 로드측실(5)의 압력을 곱한 값과 같다.

이에 반해, 각 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 수축 방향의 추력을 발휘시킬 경우, 제어 장치(C)는, 각 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 대해서, 전동 모터(15)를 회전시켜서 펌프(12)로부터 로드측실(5) 내로 작동유를 공급하면서, 제1 개폐 밸브(9)를 차단 포지션(9c)으로 하고, 제2 개폐 밸브(11)를 연통 포지션(11b)으로 한다. 이렇게 함으로써, 피스톤측실(6)과 탱크(7)가 연통된 상태에서, 로드측실(5)에 펌프(12)로부터 작동유가 공급되므로, 피스톤(3)은 도 2의 우측 방향으로 눌리고, 각 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)는 수축 방향의 추력을 발휘한다. 각 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)가 발휘하는 추력은, 로드측실(5)측의 피스톤 수압 면적에 로드측실(5) 내의 압력을 곱한 값과 같다.

작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)는, 작동기로서, 바꿔 말하면 액티브 댐퍼로서 기능할 뿐만 아니라, 제1 개폐 밸브(9)와 제2 개폐 밸브(11)의 개폐 조작만으로, 전동 모터(15)의 구동 상황에 관계없이, 패시브 댐퍼로서 기능한다. 작동기와 패시브 댐퍼의 전환이 용이한 것은, 철도 차량용 제진 장치(1)의 응답성과 신뢰성을 높이는 면에서 바람직하다.

작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)는, 한쪽 로드형이기 때문에, 양쪽 로드형의 작동기와 비교하여 스트로크 길이를 확보하기 쉽게, 작동기의 전체 길이를 짧게 억제할 수 있다. 이것은, 철도 차량에의 탑재성을 향상시키는 면에서 바람직하다.

작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 있어서, 펌프(12)로부터 로드측실(5)로 유입한 작동유는, 피스톤측실(6)을 경유하여 최종적으로 탱크(7)로 환류된다. 그로 인해, 로드측실(5) 또는 피스톤측실(6)에 기체가 혼입되어도, 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)의 신축 작동에 의해 기체는 탱크(7)로 배출된다. 이것은, 추력 발생에 관계되는 응답성의 악화 방지에 바람직한 효과를 초래한다. 또한, 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)의 성능 유지를 위한 유지 보수를 빈번히 행할 필요도 없어, 보수면에 있어서의 노동력과 비용 부담을 경감할 수 있다.

또한, 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)는 제조 시에, 번거로운 오일 중에서의 조립이나 진공 환경 하에서의 조립을 필요로 하지 않아, 작동유의 고도인 탈기도 불필요하다. 따라서, 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)는 높은 생산성을 기초로 제조 가능하며, 제조 비용도 낮게 억제할 수 있다.

제어 장치(C)는, 차체 전방부(Bf)의 차량 횡단 방향의 수평 가속도(αf)를 검출하는 전방측 가속도 센서(40)와, 차체 후방부(Br)의 차량 횡단 방향의 수평 가속도(αr)를 검출하는 후방측 가속도 센서(41)와, 수평 가속도(αf)에 포함되는 노이즈를 제거하는 대역 통과 필터(42)와, 수평 가속도(αr)에 포함되는 노이즈를 제거하는 대역 통과 필터(43)와, 철도 차량의 주행 위치를 검출하는 지점 정보 취득부(44)를 구비한다.

제어 장치(C)는, 지점 정보 취득부(44)가 검출한 주행 위치에 의거하여 철도 차량이 곡선 구간을 주행 중인지 여부를 판정하고, 판정 결과에 따라서 각 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 대해서, 전동 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)에 제어 명령을 각각 출력하는 컨트롤러(45)를 구비한다.

컨트롤러(45)는 중앙 연산 장치(CPU), 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM) 및 입출력 인터페이스(I/O 인터페이스)를 구비한 마이크로 컴퓨터로 구성된다. 컨트롤러(45)를 복수의 마이크로 컴퓨터로 구성하는 것도 가능하다.

컨트롤러(45)는 H-인피니티(H-infinity) 제어를 행하여 주파수에 가중치 부여하여 목표 요 억제력(Fωref) 및 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)과 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)을 산출한다. 따라서, 대역 통과 필터(42, 43)를 생략하는 것도 가능하다.

지점 정보 취득부(44)는 연결된 차량의 어떤 특정한 차량에 설치되는 중앙 차량 모니터 또는 이것에 접속되는 차량 모니터 단말기로 구성되어, 실시간으로 철도 차량의 주행 위치 정보를 얻는 것이다. 차량 모니터에 한정되지 않고, 지점 정보 취득부(44)를 GPS(Global Positioning System) 등을 사용하여 구성하는 것도 가능하다.

도 3과 도 4를 참조하면, 컨트롤러(45)는 요 가속도 연산부(45a)와, 스웨이 가속도 연산부(45b)와, 요 제어기(45c)와, 스웨이 제어기(45d)와, 주행 구간 인식부(45e)와, 명령 생성부(45f)와, 구동부(45g)를 구비한다.

요 가속도 연산부(45a)는 전방측 가속도 센서(40)가 검출한 차량 전방부(Bf)의 수평 가속도(αf)와, 후방측 가속도 센서(41)가 검출한 차량 후방부(Br)의 수평 가속도(αr)에 의거하여, 전방측 대차(Tf)와 후방측 대차(Tr)의 바로 위에 있어서의 차체 중심(G) 주위의 요 가속도(ω)를 산출한다.

스웨이 가속도 연산부(45b)는 수평 가속도(αf)와 수평 가속도(αr)에 의거하여 차체(B) 중심(G)의 스웨이 가속도(S)를 산출한다.

요 제어기(45c)는 요 가속도(ω)에 의거하여 요 억제력(Fω)을 산출한다.

스웨이 제어기(45d)는 스웨이 가속도(S)에 의거하여, 스웨이 억제력으로서, 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)을 산출한다.

주행 구간 인식부(45e)는 지점 정보 취득부(44)가 검출한 주행 위치 정보로부터 철도 차량이 곡선 구간을 주행하고 있는지의 여부를 판정한다.

명령 생성부(45f)는 철도 차량이 곡선 구간을 주행하고 있는지 여부의 판정 결과와, 요 억제력(Fω)과, 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL) 및 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)으로부터 각 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 출력하는 제어 명령(Ff1, Ff2, Fr1, Fr2)을 산출한다.

구동부(45g)는 제어 명령(Ff1, Ff2, Fr1, Fr2)에 의거하여 전동 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)에 대응하는 전류를 공급한다.

또한, 제어 장치(C)는, 하드웨어 자원으로서, 도시는 하지 않지만 이 밖에, 전방측 가속도 센서(40)와 후방측 가속도 센서(41)가 출력하는 신호를 도입하기 위한 A/D 변환기를 구비한다. 대역 통과 필터(42, 43)를, 컨트롤러(45)에 프로그램된 소프트웨어에 의해 실현하는 것도 가능하다.

수평 가속도(αf와 αr)는, 예를 들어 도 1의 상부 방향을 플러스, 하부 방향을 마이너스로 하여, 설정된다. 요 가속도 연산부(45a)는 차량 전방부(Bf)의 수평 가속도(αf)와 차량 후방부(Br)의 수평 가속도(αr)의 차를 2로 나눔으로써 전방측 대차(Tf)와 후방측 대차(Tr) 각각의 바로 위에 있어서의 차체 중심(G) 주위의 요 가속도(ω)를 산출한다.

스웨이 가속도 연산부(45b)는 수평 가속도(αf)와 수평 가속도(αr)의 합을 2로 나눔으로써, 차체(B) 중심(G)의 스웨이 가속도(S)를 산출한다.

전방측 가속도 센서(40)와 후방측 가속도 센서(41)의 설치 부위는, 요 가속도(ω)를 산출하는 형편상, 다음과 같이 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 전방측 가속도 센서(40)는 차체(B)의 중심(G)을 포함하는 전후 방향 또는 대각 방향을 따르는 선 위이며 전방측 작동기(Af1과 Af2)의 근방에 배치한다. 후방측 가속도 센서(41)는 차체(B)의 중심(G)과 전방측 가속도 센서(40)의 설치 위치를 포함하는 선 위이며 후방측 작동기(Ar1과 Ar2)의 근방에 배치한다.

차체(B)의 중심(G)과 전방측 가속도 센서(40)와 후방측 가속도 센서(41)의 거리와 위치 관계와, 수평 가속도(αf와 αr)로부터 계산에 의해 요 가속도(ω)를 산출할 수 있으므로, 전방측 가속도 센서(40)와 후방측 가속도 센서(41)를 임의의 위치에 배치하는 것도 가능하다. 단, 그 경우에는, 요 가속도(ω)는 수평 가속도(αf)와 수평 가속도(αr)의 차를 단순하게 2로 나누어도 산출할 수 없다. 수평 가속도(αf)와 수평 가속도(αr)의 차와, 차체(B)의 중심(G)과 각 가속도 센서(40, 41)의 거리 및 위치 관계로부터 요 가속도(ω)를 산출할 필요가 있다.

도 5를 참조하면, 요 제어기(45c)는 H-인피니티 제어를 행하기 위해서, 요 가속도(ω)에 의거하여 차체(B) 전체의 요를 억제하는데 필요한 목표 요 억제력(Fωref)을 산출하는 목표 요 억제력 연산부(50)와, 목표 요 억제력 연산부(50)에서 얻은 목표 요 억제력(Fωref)에 1/2을 곱하여 요 억제력(Fω)을 산출하는 요 억제력 연산부(51)를 구비한다.

목표 요 억제력 연산부(50)는 요 가속도(ω)의 입력을 가중 함수에 의해 주파수 정형하고, 차체 전체의 요 진동 중 특히 억제하고 싶은 주파수대의 요 진동을 억제하는데 가장 적절한 목표 요 억제력(Fωref)을 산출한다. 가중 함수는, 철도 차량에 적합하게 설계된다.

요 억제력 연산부(51)는 목표 요 억제력 연산부(50)가 산출한 목표 요 억제력(Fωref)으로부터, 전방측 작동기(Af1)와 후방측 작동기(Ar1)가 출력해야 할 요 억제력(Fω)을 산출한다. 목표 요 억제력(Fωref)은, 차체(B) 전체의 요 방향의 진동을 억제하는 억제력이다. 차량용 제진 장치(1)는 차체(B)의 요를 전방측 작동기(Af1)와 후방측 작동기(Ar1)가 출력하는 추력으로 억제한다. 전방측 작동기(Af1)와 후방측 작동기(Ar1)에 출력시키는 요 억제력(Fω)은, 요 억제력 연산부(51)가 목표 요 억제력(Fωref)의 값을 2로 나눔으로써 산출한다. 또한, 요는 차체(B)의 수평 회전이며, 요를 억제하기 위해서는, 전방측 작동기(Af1)와 후방측 작동기(Ar1)로 차체(B)의 요 방향의 진동을 억제하는 우력을 발휘시킬 필요가 있다.

전방측 작동기(Af1)의 요 억제력(Fω)에 대하여 후방측 작동기(Ar1)의 요 억제력(Fω)의 부호는 플러스와 마이너스가 반대가 된다. 즉, 전방측 작동기(Af1)의 요 억제력(Fω)을 X로 하면, 후방측 작동기(Ar1)의 요 억제력(Fω)은 -X가 된다. 또한, 요 억제력(Fω)을 발휘시키는 것은 작동기(Af1와 Ar1) 2개이므로, 목표 요 억제력(Fωref)으로부터 요 억제력(Fω)을 얻기 위하여 곱하는 값은 1/2이다. 곱하는 값은, 작동기의 개수에 따라서 변경된다.

따라서, 예를 들어 요 억제력(Fω)을 발휘시키는 전방측 작동기가 2개이고 후방측 작동기가 3개일 경우, 우선, 전방측 작동기의 전부에서 출력해야 할 요 억제력과 후방측 작동기의 전부에서 출력해야 할 요 억제력은 부호가 반전하고 있지만 동일한 값이 되므로, 우선 목표 요 억제력(Fωref)에 1/2을 곱한다. 또한, 전방측 작동기가 2개이므로, 다시 1/2을 곱한다. 결과적으로, 전방측 작동기의 요 억제력(Fω)은 목표 요 억제력(Fωref)에 1/4를 곱한 값이 된다.

이에 반해, 후방측 작동기의 요 억제력(Fω)은, 아까와 마찬가지로, 목표 요 억제력(Fωref)에 1/2을 곱하여 후방측 작동기의 전체에서 출력해야 할 요 억제력을 산출한다. 또한, 후방측 작동기의 개수가 3개이므로, 다시 1/3을 곱할 필요가 있다. 결과적으로, 목표 요 억제력(Fωref)에 1/6을 곱한 값이며, 전방측 작동기의 요 억제력(Fω)과 다른 부호가 부여된 값이 된다.

도 6을 참조하면, 스웨이 제어기(45d)는 제1 스웨이 H-인피니티 제어기(H1)와 제2 스웨이 H-인피니티 제어기(H2)를 구비하고, 스웨이 억제력으로서 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)을 산출한다.

제1 스웨이 H-인피니티 제어기(H1)는, 스웨이 가속도(S)에 의거하여 차체(B) 전체의 스웨이 저주파 진동을 억제하는데 필요한 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)을 산출하는 목표 스웨이 저주파 진동 억제력 연산부(60)와, 목표 스웨이 저주파 진동 억제력 연산부(60)가 산출한 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)에 1/2을 곱하여 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)을 산출하는 스웨이 저주파 진동 억제력 연산부(61)을 구비한다.

제2 스웨이 H-인피니티 제어기(H2)는, 스웨이 가속도(S)에 의거하여 차체(B) 전체의 스웨이 고주파 진동을 억제하는데 필요한 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)을 산출하는 목표 스웨이 고주파 진동 억제력 연산부(62)와, 목표 스웨이 고주파 진동 억제력 연산부(62)가 산출한 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)에 1/2을 곱하여 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)을 산출하는 스웨이 고주파 진동 억제력 연산부(63)를 구비한다.

목표 스웨이 저주파 진동 억제력 연산부(60)는 스웨이 가속도(S)의 입력을 받으면, 스웨이 가속도(S)를 차체(B)의 공진 주파수대에 가중치 부여하는 가중 함수에 의해 주파수 정형하고, 차체 전체의 스웨이 진동 중 차체 공진 주파수대의 진동을 억제 하는데 적합한 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)을 산출한다. 가중 함수는, 철도 차량의 차체(B)의 공진 주파수대에 가중치 부여하도록 설계된다. 일반적으로는, 전후의 대차(Tf와 Tr)에 스프링으로 지지된 차체(B)의 공진 주파수는 1Hz 전후이다. 따라서, 스웨이 가속도(S)의 0.5Hz-1.5Hz의 주파수대의 성분에 가중치 부여하도록 설정한다.

스웨이 저주파 진동 억제력 연산부(61)는 목표 스웨이 저주파 진동 억제력 연산부(60)에서 얻은 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)으로부터, 전방측 작동기(Af2)와 후방측 작동기(Ar2)가 출력해야 할 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)을 산출한다. 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)은, 차체(B) 전체의 스웨이 방향의 차체 공진 주파수대의 저주파 진동을 억제하는 억제력이다. 차체(B)의 스웨이를 전방측 작동기(Af2)와 후방측 작동기(Ar2)가 출력하는 추력으로 억제하므로, 전방측 작동기(Af2)와 후방측 작동기(Ar2)에 출력시키는 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)은 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)의 값에 1/2을 곱함으로써 산출한다.

목표 스웨이 고주파 진동 억제력 연산부(62)는 스웨이 가속도(S)의 입력을 받으면, 스웨이 가속도(S)를, 철도 차량의 곡선 구간 주행 시에 차체(B)에 작용하는 원심 가속도의 주파수 이상의 주파수 성분에 가중치 부여하는 가중 함수에 의해 주파수 정형하고, 차체 전체의 스웨이 진동 중 차체 공진 주파수대보다도 높은 주파수의 진동을 억제하는데 적합한 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)을 산출한다. 가중 함수는, 철도 차량의 차체(B)의 공진 주파수대보다도 높은 주파수에 가중치 부여하도록 설계된다.

철도 차량이 곡선 구간을 주행함으로써 차체(B)에 작용하는 원심 가속도의 주파수는, 실제 철도 차량의 주행 속도 등에도 의존하지만, 대략 0.5Hz 이하다. 따라서, 예를 들어 스웨이 가속도(S)의 1Hz 이상의 주파수 성분에 가중치 부여하도록 가중 함수가 설정된다. 또한, 여기에서는 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)이 원심 가속도의 영향을 받지 않고, 원심 가속도에 무반응이 되도록 하기 위해서, 2Hz 이상의 주파수 성분에 가중치 부여한다.

스웨이 고주파 진동 억제력 연산부(63)는 목표 스웨이 고주파 진동 억제력 연산부(62)에서 얻은 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)으로부터, 전방측 작동기(Af1)와 후방측 작동기(Ar1)가 출력해야 할 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)을 산출한다. 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)은, 차체(B) 전체의 스웨이 방향의 고주파 진동을 억제하는 억제력이다. 본 실시 형태의 경우에는, 차체(B)의 스웨이를 전방측 작동기(Af1)와 후방측 작동기(Ar1)의 2개의 작동기(Af1, Ar1)가 출력하는 추력으로 억제하므로, 전방측 작동기(Af1)와 후방측 작동기(Ar1)에 출력시키는 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)은, 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)의 값을 2분의 1로 함으로써 산출된다.

이 철도 차량용 제진 장치(1)에서는, 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL) 및 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)을 발휘시키는 것은 2개의 작동기이다. 따라서, 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref) 및 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)으로부터 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL) 및 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)을 얻기 위하여 곱하는 값은 1/2이다.

이 값은 작동기의 개수에 따라서 변경된다. 예를 들어, 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)을 발휘시키는 전방측 작동기가 3개이며 후방측 작동기가 4개일 경우를 생각한다. 이 경우에는 우선, 전방측 작동기의 전부에서 출력해야 할 스웨이 저주파 진동 억제력과 후방측 작동기의 전부에서 출력해야 할 스웨이 저주파 진동 억제력은 동일한 값이 되므로 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)에 1/2을 곱한다. 전방측 작동기는 3개이므로, 다시 1/3을 곱한다. 결과적으로, 전방측 작동기의 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)은 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)에 1/6을 곱한 값이 된다.

한편, 후방측 작동기의 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)은, 전방측 작동기와 마찬가지로, 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)에 1/2을 곱한 값이 된다. 후방측 작동기의 개수가 4개이므로, 다시 1/4를 곱한다. 결과적으로, 후방측 작동기의 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)은 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)에 1/8을 곱한 값이 된다.

주행 구간 인식부(45e)는 지점 정보 취득부(44)가 검출한 철도 차량의 주행 위치에 의거하여 철도 차량이 주행 중인 구간이 곡선 구간이거나 그 이외의 구간인지를 판정하고, 판정 결과를 명령 생성부(45f)에 출력한다. 구체적으로는, 예를 들어 주행 구간 인식부(45e)는 주행 지점에 주행 구간 정보를 관련지은 맵을 구비하고, 철도 차량의 주행 지점으로부터 맵을 참조하여, 곡선 구간인지의 여부를 판단한다.

또는, 곡선 구간과 그 이외의 구간 경계나 곡선 구간의 전후에 신호를 발하는 발신기를 설치하고, 철도 차량측에 발신기의 신호를 수신하는 수신기를 지점 정보 취득부로서 설치하는 것도 가능하다. 이 경우, 주행 구간 인식부(45e)는 곡선 구간 입구측의 발신기의 신호 수신을 받아 곡선 구간에 들어갔다고 판정하고, 곡선 구간 출구측의 발신기의 신호 수신을 받아 곡선 구간 이외로 벗어났다고 판정한다. 요컨대, 주행 구간 인식부(45e)는 철도 차량이 곡선 구간을 주행 중인 것을 판정할 수 있으면 된다. 또한, 곡선 구간 주행 시의 승차감을 양호하게 유지하기 위해서, 철도 차량용 제진 장치(1)는 철도 차량이 노선을 주행 중에 곡선 구간 이외의 구간에서의 제어로부터 곡선 구간 내에서 행하는 제어를 전환하는 형편상, 실제로는, 철도 차량이 곡선 구간으로 진입하기 전에 제어의 전환을 행하는 것이 바람직하다.

그로 인해, 차량이 곡선 구간으로 진입할 때에 그 사실을 판정하는 지점을 실제 곡선 진입 지점보다 앞선 직선 구간 중으로 설정하는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 차량이 곡선 구간으로부터 곡선 이외의 구간으로 벗어날 경우에는, 그 사실을 판정하는 지점을 실제 곡선 종료 지점보다도 앞선 직선 구간 중으로 설정하는 것이 바람직하다.

또한, 주행 지점에 관련지어지는 주행 구간의 정보로서, 곡선 구간과 그 이외의 구간과의 판별에다가, 작동기(Af2와 Ar2)를 패시브 댐퍼로서 기능시킬 때의 감쇠 계수를 설정하기 위한 정보를 포함시키는 것도 바람직하다. 구체적으로는, 곡선 구간의 칸트량, 곡률, 완화 곡선 또는 정상 곡선 구간의 판별, 완화 곡선일 경우의 완화 곡선의 패턴, 슬랙 등과 같은 곡선 구간의 특성에 관한 정보가 이에 해당한다.

명령 생성부(45f)는, 주행 구간 인식부(45e)의 판정 결과와, 요 억제력(Fω)과, 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)으로부터 각 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 개별로 부여하는 제어 명령(Ff1, Ff2, Fr1, Fr2)을 산출한다.

구체적으로는, 철도 차량이 곡선 구간 이외를 주행하고 있다고 주행 구간 인식부(45e)가 판정한 경우에, 명령 생성부(45f)는 다음의 제어 명령을 생성한다. 즉, 요 억제력(Fω)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 전방측 작동기(Af1)에 출력시키는 제어 명령(Ff1)을 생성한다. 또한, 요 억제력(Fω)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 후방측 작동기(Ar1)에 출력시키는 제어 명령(Fr1)을 생성한다. 또한, 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)을, 전방측 작동기(Af2)에 출력시키는 제어 명령(Ff2)과, 후방측 작동기(Ar2)에 출력시키는 제어 명령(Fr2)을 생성한다.

또한, 요 억제력(Fω)은 전방측 작동기(Af1)와 후방측 작동기(Ar1)에서 부호가 반대가 되므로, 예를 들어 전방측 작동기(Af1)의 요 억제력(Fω)의 값을 X로 하면, 전방측 작동기(Af1)가 출력해야 할 억제력은, X＋FSH가 되고, 후방측 작동기(Ar1)가 출력해야 할 억제력은, -X＋FSH가 된다.

이에 반해, 철도 차량이 곡선 구간을 주행하고 있다고 주행 구간 인식부(45e)가 판정한 경우에, 명령 생성부(45f)는 다음의 제어 명령을 생성한다. 즉, 요 억제력(Fω)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 전방측 작동기(Af1)에 출력시키는 제어 명령(Ff1)을 생성한다. 또한, 요 억제력(Fω)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 후방측 작동기(Ar1)에 출력시키는 제어 명령(Fr1)을 생성한다. 또한, 전방측 작동기(Af2)를 패시브 댐퍼로서 기능시키는 제어 명령(Ff2)과, 후방측 작동기(Ar2)를 패시브 댐퍼로서 기능시키는 제어 명령(Fr2)을 생성한다.

구동부(45g)는, 제어 명령(Ff1, Ff2, Fr1, Fr2)에 따라서 각 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 추력을 발휘시키거나, 또는 패시브 댐퍼로서 기능시킨다. 이로 인해, 구동부(45g)는 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 대해서, 전동 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)에 대응하는 전류를 공급한다.

보다 상세하게는, 제어 명령(Ff2와 Fr2)이 작동기(Af2와 Ar2)를 패시브 댐퍼로서 기능시키는 명령이 아닐 경우에는, 구동부(45g)는 제어 명령(Ff1, Ff2, Fr1, Fr2)이 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 발휘시키는 추력의 방향과 크기에 따라서, 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)에 대해서, 전동 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)에 부여하는 전류 명령을 생성한다. 이때, 비례 솔레노이드(22c)에 부여하는 전류 명령에 대해서는 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)가 실제로 출력하고 있는 추력을 피드백함으로써 제어 정밀도를 확보하는 것도 바람직하다.

또한, 제어 명령(Ff2와 Fr2)이 작동기(Af2와 Ar2)를 각각 패시브 댐퍼로서 기능시키는 명령일 경우에는, 구동부(45g)는 전동 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)에 부여해야 할 전류를 제로로 하는 전류 명령을 작동기(Af2와 Ar2)에 출력한다. 작동기(Af2와 Ar2)는, 신축 어떠한 동작에 있어서도, 반드시 실린더(2)로부터 작동유를 배출한다. 배출된 작동유는, 배출 통로(21)를 통하여 탱크(7)로 환류된다. 가변 릴리프 밸브(22)가 이 흐름에 저항을 부여함으로써, 작동기(Af2와 Ar2)는 패시브 댐퍼로서 기능한다.

전동 모터(15)에 대해서는, 전류를 완전히 0으로 하지 않고, 작동기(Af2와 Ar2)를 패시브 댐퍼로서 기능시키는 면에서 폐해가 없을 정도로 회전수를 낮추도록 해도 된다. 철도 차량이 곡선 구간을 주행한 후에 곡선 구간 이외의 구간으로 진입하면, 제어 명령(Ff2와 Fr2)은 각각 스웨이 제어기(45d)가 산출한 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)을 작동기(Af2와 Ar2)에 출력시키는 명령이 된다. 이에 수반하여, 작동기(Af2와 Ar2)는 패시브 댐퍼 상태로부터 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)에 상당하는 추력을 발휘하는 작동기로 복귀한다.

곡선 구간의 칸트량, 곡률 등의 정보가 얻어질 경우에는, 작동기(Af2와 Ar2)를 패시브 댐퍼로서 기능시킬 때에, 이들 정보로부터 작동기(Af2와 Ar2)의 가변 릴리프 밸브(22)의 비례 솔레노이드(22c)에 부여하는 전류량을 결정하고, 작동기(Af2와 Ar2)의 감쇠 계수를 철도 차량이 주행 중인 곡선 구간에 최적이 되도록 설정하는 것도 바람직하다. 이 경우, 미리 곡선 구간에 감쇠 계수를 관련지어 둔다.

또는, 가변 릴리프 밸브(22)의 비례 솔레노이드(22c)에 부여하는 전류량을, 미리 곡선 구간에 관련지어 둔다. 이에 의해, 작동기(Af2와 Ar2)의 감쇠 계수를 철도 노선의 각 곡선 구간에 대하여 최적화할 수 있다.

이상과 같이, 이 철도 차량용 제진 장치(1)에 의하면, 철도 차량이 곡선 구간 이외를 주행 중은, 전후의 일부 작동기(Af1와 Ar1)가 요 억제력(Fω)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 출력하고, 전후의 나머지 작동기(Af2와 Ar2)가 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)을 출력한다. 이에 의해, 차체(B)의 요 방향 및 스웨이 방향의 진동을 저감하여 승차감을 향상시킬 수 있다.

또한, 이 철도 차량용 제진 장치(1)에 의하면, 철도 차량이 곡선 구간을 주행 중은, 전후의 일부 작동기(Af1와 Ar1)가 요 억제력(Fω)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 출력하고, 전후의 나머지 작동기(Af2, Ar2)가 패시브 댐퍼로서 기능한다. 그로 인해, 곡선 구간 주행 시에 있어서의 차체(B)의 요 방향의 진동과 원심 가속도의 주파수 이상의 고주파의 스웨이 방향의 진동을 효과적으로 억제할 수 있다. 또한, 스웨이 방향의 저주파 진동에 대해서도 패시브 댐퍼가 발휘하는 감쇠력으로 원심 가속도의 영향 없이 효과적으로 제진할 수 있다. 따라서, 곡선 구간 주행 시의 철도 차량의 승차감을 향상할 수 있다.

상세하게는, 곡선 구간 주행 중의 가속도 센서(40, 41)가 검출하는 가속도에는, 원심 가속도 성분이 포함되어 있다. 이 원심 가속도 성분은, 스웨이 억제력(FS)을 얻을 때에 필터 처리해도 완전히 제거할 수는 없다. 그로 인해, 곡선 구간 주행 시에 간단히 스웨이 억제력을 산출하여 작동기(Af2와 Ar2)를 제어하면 추력이 과대해진다.

반대로, 이것을 싫어하여 가속도 센서(40, 41)가 검출하는 가속도로부터 원심 가속도의 진동 성분을 완전히 제거하고자 하면, 원심 가속도의 주파수대와 차체(B)의 공진 주파수대가 중복되므로, 차체(B)의 공진 주파수대의 가속도 성분도 제거되어 버린다. 결과적으로, 차체(B)의 스웨이 방향의 공진 주파수대의 진동을 억제하는 작동기(Af2와 Ar2)의 추력이 부족하여, 승차감의 악화로 이어진다.

이 철도 차량 제진 장치(1)는 곡선 구간에 있어서 스웨이 방향의 원심 가속도의 주파수대 및 차체(B)의 공진 주파수대의 저주파 진동에 대해서는 작동기(Af2와 Ar2)가 패시브 댐퍼로서 기능하고, 원심 가속도의 주파수 이상의 주파수대의 스웨이 진동과 요 방향의 진동에 대해서는 작동기(Af1와 Ar1)가 억제력을 발휘하여 진동을 억제한다. 따라서, 스웨이 방향의 차체(B)의 공진 주파수대의 진동을 충분히 억제할 수 있고, 요 방향의 진동에 대해서도 효과적으로 억제할 수 있다. 즉, 곡선 구간 주행 중이라도 양호한 승차감을 유지할 수 있다. 이 효과는 곡선 구간이 완화 곡선이라도 정상원 곡선이라도 유효하다.

곡선 구간 이외의 구간에 있어서, 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)의 각각에 요 억제력(Fω), 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL) 및 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 발휘시키는 것도 가능하다. 이 경우도, 곡선 구간에서는 작동기(Af1와 Ar1)에 요 억제력(Fω)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 출력시켜, 작동기(Af2와 Ar2)를 패시브 댐퍼로서 기능시킨다.

곡선 구간에서 작동기(Af1와 Ar1)를 패시브 댐퍼로 하고, 작동기(Af2와 Ar2)에 요 억제력(Fω)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 출력시키는 것도 가능하다. 이 경우도, 곡선 구간 이외에서는, 작동기(Af1와 Ar1)에 요 억제력(Fω)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 출력시키고, 작동기(Af2와 Ar2)에 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)을 출력시킨다.

단, 이 철도 차량용 제진 장치(1)와 같이, 곡선 이외의 구간에서 스웨이 방향의 저주파 진동을 억제하는 작동기(Af2와 Ar2)를, 곡선 구간에서 패시브 댐퍼로서 기능시킴으로써, 작동기(Af1와 Ar1)에 관해서는 곡선 구간과 곡선 이외의 구간에서 제어를 전환하지 않아도 된다. 이러한 설계에 의해, 제어 명령의 급변을 피하여 곡선 구간의 제진 모드와 곡선 구간 이외의 제진 모드의 전환을 원활하게 행할 수 있다. 또한, 제진 모드의 전환에 수반하는 차체(B)의 거동도 안정시킬 수 있어, 철도 차량의 승차감을 한층 더 향상시킬 수 있다.

이 철도 차량용 제진 장치(1)에 있어서는, 전방측 진동 억제력 발생원과 후방측 진동 억제력 발생원을 패시브 댐퍼로서 기능 가능한 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)로 구성하고 있다. 이에 의해, 추력의 조정을 가변 릴리프 밸브(22)의 개방 밸브압의 조정으로 행할 수 있으므로, 센서를 사용하지 않고 추력 조정을 행할 수 있다. 전동 모터(15)도 일방향으로만 회전시키면 된다.

따라서, 회전 전환을 위한 응답성이 요구되지 않아, 저렴한 전동 모터를 사용할 수 있다. 제어도 단순하기 때문에 비용면에서 유리하고, 하드웨어적으로도 소프트웨어적으로도 견고해서, 철도 차량용 제진 장치(1)에 가장 적절한 구조가 된다. 또한, 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2)는 모두 고장 시에는 패시브 댐퍼로서 기능하므로, 작동기(Af1, Af2, Ar1, Ar2) 중 어느 하나가 고장난 경우에도, 철도 차량의 승차감 악화를 최소한으로 그칠 수 있다.

도 7을 참조하여, 스웨이 제어기(45d)의 다른 구성을 설명한다.

스웨이 제어기(45d)는 도 6에 도시한 바와 같이, 저주파 진동 억제용의 제1 스웨이 H-인피니티 제어기(H1)와, 고주파 진동 억제용의 제2 스웨이 H-인피니티 제어기(H2)를 설치하는 대신에, 도 7에 도시한 바와 같이 구성해도 된다.

이 도면에 있어서, 스웨이 제어기(45d)는 스웨이 가속도(S)를 여파하는 제1 필터(70) 및 제2 필터(71)와, H-인피니티 제어기(72)로 구성된다.

제1 필터(70)는 차체(B)의 스웨이 가속도(S)의 차체 공진 주파수 이상의 주파수 성분을 추출하는 고역 통과 필터이다. 일반적으로, 전후의 대차(Tf와 Tr)에 스프링으로 지지된 차체(B)의 공진 주파수는 1Hz 전후이다. 따라서, 실제 차체(B)의 공진 주파수에도 따르지만, 제1 필터(70)의 컷오프 주파수는, 예를 들어 0.2Hz 정도로 설정된다.

제2 필터(71)는 철도 차량이 곡선 구간을 주행할 때에 차체(B)에 작용하는 원심 가속도의 주파수 이상의 주파수 성분을 추출하는 고역 통과 필터이다. 철도 차량이 곡선 구간을 주행함으로써 차체(B)에 작용하는 원심 가속도의 주파수는, 실제 철도 차량의 주행 속도 등에도 따르지만, 대략 0.5Hz 이하다. 따라서, 제2 필터(71)의 컷오프 주파수는, 1Hz 이상으로 하면 된다. 여기에서는, 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)이 원심 가속도의 영향을 받지 않고 원심 가속도에 무반응이 되도록 하기 위해서 2Hz로 설정된다.

제1 필터(70)와 제2 필터(71)에 의해 여파된 스웨이 가속도(S)를 각각 H-인피니티 제어기(72)에 입력한다. H-인피니티 제어기(72)는 목표 스웨이 억제력 연산부(72a)와, 게인 승산기(72b)와, 스웨이 저주파 진동 억제력 연산부(61)와, 스웨이 고주파 진동 억제력 연산부(63)로 구성된다.

목표 스웨이 억제력 연산부(72a)는 제1 필터(70)로 여파된 스웨이 가속도(S)로부터 차체 공진 주파수대의 스웨이 방향의 진동 억제에 효과가 있는 스웨이 방향의 저주파 진동 억제용의 억제력을 산출한다. 또한, 제2 필터(71)로 여파된 스웨이 가속도(S)로부터 원심 가속도의 영향을 받지 않는 스웨이 방향의 고주파 진동 억제용의 억제력을 산출한다.

제1 필터(70)와 제2 필터(71)가 모두 고역 통과 필터이므로, 목표 스웨이 억제력 연산부(72a)가 출력하는 저주파 진동 억제용의 억제력을 작동기(Af2와 Ar2)에 출력하고, 목표 스웨이 억제력 연산부(72a)가 출력하는 고주파 진동 억제용의 억제력을 작동기(Af1와 Ar1)에 출력하면, 스웨이 방향의 진동 억제에 필요한 억제력의 2배의 억제력이 발휘되어 버린다.

따라서, 게인 승산부(72b)는 목표 스웨이 억제력 연산부(72a)가 출력하는 저주파 진동 억제용의 억제력과 고주파 진동 억제용의 억제력에 각각 1/2을 곱한다. 이와 같이 하여 1/2을 곱한 저주파 진동 억제용의 억제력을 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)으로 설정하고, 1/2을 곱한 고주파 진동 억제용의 억제력을 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)으로 설정한다.

제1 필터(70) 및 제2 필터(71)의 컷오프 주파수보다 낮은 주파수 대역은 위상이 진행되므로 위상 보상기를 별도로 설치해도 된다. 또한, 제1 필터(70)를 차체(B)의 공진 주파수대 성분만을 추출하는 대역 통과 필터 대신에, 차체(B)의 공진 주파수대 이하의 성분을 추출하는 저역 통과 필터로 구성하면, 제2 필터(71)가 추출하는 주파수 영역과의 중복이 없어진다. 따라서, 게인 승산부(72b)를 생략할 수 있다.

스웨이 저주파 진동 억제력 연산부(61)는 목표 스웨이 저주파 진동 억제력(FSLref)으로부터 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL)을 산출한다. 스웨이 고주파 진동 억제력 연산부(63)는 목표 스웨이 고주파 진동 억제력(FSHref)으로부터 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)을 산출한다.

이 스웨이 제어기(45d)에 의해서도, 스웨이 제어기(45d)를 제1 스웨이 H-인피니티 제어기(H1)와 제2 스웨이 H-인피니티 제어기(H2)로 구성하는 경우와 마찬가지인 제진 효과를 얻을 수 있다. 스웨이 가속도(S)를 제1 필터(70)와 제2 필터(71)로 여파하는 구성은, H-인피니티 제어기의 설계나 프로세서에의 실장이 어려워, H-인피니티 제어기를 증가시키지 않고 본 발명의 제진 제어를 실시하고자 하는 경우에 가장 적합하다. 그러한 이유가 존재하지 않는 경우에도, 스웨이 제어기(45d)를 도 7에 도시한 바와 같이 구성하는 것도 물론 가능하다.

이상 설명한 철도 차량용 제진 장치(1)에 있어서, 작동기(Af1과 Af2)가 전방측 진동 억제력 발생원을 구성하고, 작동기(Ar1과 Ar2)가 후방측 진동 억제력 발생원을 구성한다. 더욱 상세하게는, 전방측 작동기(Af1)가 전방측 일부 진동 억제력 발생원에 상당하고, 전방측 작동기(Af2)가 전방측 나머지 전부의 진동 억제력 발생원에 상당한다. 후방측 작동기(Ar1)가 후방측 일부 진동 억제력 발생원에 상당하고, 후방측 작동기(Ar2)가 후방측 나머지 전부의 진동 억제력 발생원에 상당한다.

이상의 설명에 관하여 2012년 3월 14일을 출원일로 하는 일본에 있어서의 일본 특허 출원 제2012-56848호의 내용을 여기에 인용에 의해 합체한다.

이상, 본 발명을 특정한 실시 형태를 통하여 설명해 왔지만, 본 발명은 상기한 각 실시예에 한정되는 것은 아니다. 당업자에게 있어서는, 클레임의 기술 범위에서 상기 실시 형태에 다양한 수정 또는 변경을 더할 수 있다.

이하에 수정이나 변경의 예를 나타낸다.

이상 설명한 철도 차량용 제진 장치(1)는 H-인피니티 제어를 행하므로, 차체(B)에 입력되는 진동의 주파수에 의하지 않고 높은 제진 효과를 얻을 수 있어, 높은 견고성이 얻어진다. 이것은, 제진 제어에 관하여 H-인피니티 제어 이외의 제어를 이용하는 것을 부정하는 것은 아니다. 예를 들어, 스카이훅 제어를 행하고자 하는 경우에는 다음과 같이 하면 된다. 즉, 수평 가속도(αf와 αr)로부터 차체(B)의 전방측 대차(Tf) 및 후방측 대차(Tr)의 바로 위의 요 속도와 스웨이 속도를 산출한다. 스웨이 속도는 제1 필터(70)와 제2 필터(71)로 여파하고, 요 속도에 스카이훅 감쇠 계수(스카이훅 게인)를 곱하여 요 억제력(Fω)을 얻는다. 여파 후의 스웨이 속도에 스카이훅 감쇠 계수(스카이훅 게인)를 곱하여 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL) 및 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)을 산출한다.

또한, 전방측 진동 억제력 발생원과 후방측 진동 억제력 발생원에 감쇠력 가변 댐퍼를 사용할 경우, 스카이훅 댐퍼를 실현하기 위하여 칼노프 제어를 이용할 수도 있다. 차체(B)의 전방측 대차(Tf)와 후방측 대차(Tr)의 바로 위의 요 속도 및 스웨이 속도와, 감쇠력 가변 댐퍼의 스트로크 방향과, 스카이훅 감쇠 계수로부터, 요 억제력(Fω), 스웨이 저주파 진동 억제력(FSL) 및 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)을 산출하는 것도 가능하다.

본 발명은 곡선 구간에 있어서, 작동기(Af2와 Ar2)를 패시브 댐퍼로서 기능시키면 실시할 수 있으므로, 작동기(Af1, Ar1)는 패시브 댐퍼 기능을 갖지 않은 작동기 전용의 구성으로 하는 것도 가능하다. 작동기의 개수도 이상 설명한 실시 형태에 한정되지 않는다. 차체(B)의 전방부와 후방부에 각각 2개 이상 설치되어 있는 것, 곡선 구간에서는 전후 작동기의 각각 일부에 요 억제력(Fω)과 스웨이 고주파 진동 억제력(FSH)의 합력을 발휘시키고, 전후 나머지의 작동기를 패시브 댐퍼로서 기능시키는데 충분한 개수의 작동기가 설치되어 있으면, 본 발명을 실시할 수 있다.

<산업상 이용 가능성>

본 발명은 철도 차량의 승차감의 향상에 바람직한 효과를 초래한다.

본 발명의 실시예가 포함하는 배타적 성질 또는 특징은 이하와 같이 클레임된다.

Claims

철도 차량의 전방측 대차와 차체 사이에 개재 장착되는 2개 이상의 전방측 진동 억제력 발생원과 ;
철도 차량의 후방측 대차와 차체 사이에 개재 장착되는 2개 이상의 후방측 진동 억제력 발생원과 ;
다음과 같이 프로그램된 프로그래머블 컨트롤러 :
차체의 요 방향의 진동을 억제하는 요 억제력을 산출하고 ;
차체의 스웨이 방향의 진동을 억제하는 스웨이 억제력을 산출하고 ;
스웨이 억제력에 의거하여, 철도 차량이 곡선 구간 주행 시에 차체에 작용하는 원심 가속도의 주파수 이상의 주파수의 진동을 억제하는 스웨이 고주파 진동 억제력을 산출하고 ;
철도 차량이 곡선 구간을 주행 중은, 전방측 진동 억제력 발생원 중 적어도 일부와 후방측 진동 억제력 발생원 중 적어도 일부에 요 억제력과 스웨이 고주파 진동 억제력의 합력을 출력시키고 ;
전방측 진동 억제력 발생원의 나머지 전부와 후방측 진동 억제력 발생원의 나머지 전부를 패시브 댐퍼로서 기능시키는 것을 구비하는, 철도 차량용 제진 장치.
제1항에 있어서, 컨트롤러는, 차체의 공진 주파수대의 진동을 억제하는 스웨이 저주파 진동 억제력을 산출하고, 철도 차량이 곡선 구간 이외를 주행 중은, 전방측 진동 억제력 발생원 중 적어도 일부와 후방측 진동 억제력 발생원 중 적어도 일부에 요 억제력과 스웨이 고주파 진동 억제력의 합력을 출력시키고, 전방측 진동 억제력 발생원의 나머지 전부와 후방측 진동 억제력 발생원의 나머지 전부에 스웨이 저주파 진동 억제력을 출력시키도록, 다시 프로그램되는, 철도 차량용 제진 장치.
제2항에 있어서, 컨트롤러는, 차체의 스웨이 가속도의 차체 공진 주파수 성분에 가중치 부여하여 스웨이 저주파 진동 억제력을 산출하는 제1 스웨이 H-인피니티 제어기와, 차체의 스웨이 가속도 중 차체의 원심 가속도의 주파수 이상이 되는 주파수 성분에 가중치 부여하여 스웨이 고주파 진동 억제력을 산출하는 제2 스웨이 H-인피니티 제어기를 구비하는, 철도 차량용 제진 장치.
제2항에 있어서, 컨트롤러는, 적어도 차체의 스웨이 가속도의 차체 공진 주파수 성분을 추출하는 제1 필터와, 차체의 스웨이 가속도 중 차체의 원심 가속도의 주파수 이상이 되는 주파수 성분을 추출하는 제2 필터를 구비하고, 제1 필터가 여파한 스웨이 가속도에 의거하여 스웨이 저주파 진동 억제력을 산출하고, 제2 필터가 여파한 스웨이 가속도에 의거하여 스웨이 고주파 진동 억제력을 산출하도록, 다시 프로그램되는, 철도 차량용 제진 장치.
제1항에 있어서, 철도 차량의 주행 위치 정보인 지점 정보를 취득하는 지점 정보 취득부를 더 구비하고, 컨트롤러는 철도 차량의 주행 위치에 의거하여 철도 차량이 곡선 구간을 주행 중인지 여부를 판정하도록, 다시 프로그램되는, 철도 차량용 제진 장치.
제5항에 있어서, 지점 정보 취득부는 주행 위치 정보를 취득하는 모니터로 구성되고, 컨트롤러는 주행 위치 정보에 의거하여, 철도 차량이 주행 중인 구간이 곡선 구간인지의 여부를 판단하도록, 다시 프로그램되는, 철도 차량용 제진 장치.
제1항에 있어서, 전방측 진동 억제력 발생원 및 후방측 진동 억제력 발생원은, 유체를 충전한 실린더와, 실린더 내에 미끄럼 이동 가능하게 삽입되는 피스톤과, 실린더 내에 삽입되어서 피스톤에 연결되는 로드와, 실린더 내에 피스톤에 의해 구획 형성된 로드측실과 피스톤측실과, 유체의 탱크와, 로드측실과 피스톤측실을 연통하는 제1 통로에 설치한 제1 개폐 밸브와, 피스톤측실과 탱크를 연통하는 제2 통로에 설치한 제2 개폐 밸브와, 탱크로부터 로드측실에 액체를 공급하는 펌프와, 로드측실을 탱크에 접속하는 배출 통로와, 배출 통로에 설치된 릴리프압을 변경 가능한 가변 릴리프 밸브와, 탱크로부터 피스톤측실을 향하는 유체의 흐름만을 허용하는 흡입 통로와, 피스톤측실로부터 로드측실을 향하는 유체의 흐름만을 허용하는 정류 통로를 구비하는, 철도 차량용 제진 장치.
제1항에 있어서, 전방측 대차에 지지되는 차량 전방부의 차량 횡단 방향의 수평 가속도를 검출하는 가속도 센서와, 후방측 대차에 지지되는 차량 후방부의 차량 횡단 방향의 수평 가속도를 검출하는 가속도 센서를 더 구비하고,
컨트롤러는 차량 전방부의 차량 횡단 방향의 수평 가속도와 차량 후방부의 차량 횡단 방향의 수평 가속도에 의거하여, 요 억제력을 산출하도록, 다시 프로그램되는, 철도 차량용 제진 장치.
제1항에 있어서, 전방측 대차에 지지되는 차량 전방부의 차량 횡단 방향의 수평 가속도를 검출하는 가속도 센서와, 후방측 대차에 지지되는 차량 후방부의 차량 횡단 방향의 수평 가속도를 검출하는 가속도 센서를 더 구비하고,
컨트롤러는 차량 전방부의 차량 횡단 방향의 수평 가속도와 차량 후방부의 차량 횡단 방향의 수평 가속도에 의거하여, 스웨이 억제력을 산출하도록, 다시 프로그램되는, 철도 차량용 제진 장치.