WO2012165471A1

WO2012165471A1 - 鉄道車両用制振装置

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Publication number: WO2012165471A1
Application number: PCT/JP2012/063915
Authority: WO
Inventors: 貴之小川; 青木　淳; 勝内田; 千恵矢吹
Original assignee: カヤバ工業株式会社
Priority date: 2011-05-30
Filing date: 2012-05-30
Publication date: 2012-12-06
Also published as: US8997950B2; JP2012245926A; RU2568533C2; CN103347767B; JP5822335B2; KR101555107B1; KR20130087544A; RU2013124430A; EP2716517A1; EP2716517A4; CN103347767A; US20130248306A1

Abstract

　鉄道車両用制振装置（１）は、鉄道車両の台車に連結されるシリンダ（２）と、ピストン（３）と、ピストン（３）と車体とに連結されるロッド（４）と、シリンダ（２）内のロッド側室（５）及びピストン側室（６）と、タンク（７）と、ロッド側室（５）とピストン側室（６）とを連通する第一通路（８）の途中に設けた第一開閉弁（９）と、ピストン側室（６）とタンク（７）とを連通する第二通路（１０）の途中に設けた第二開閉弁（１１）と、ロッド側室（５）へ液体を供給するポンプ（１２）と、を有するアクチュエータ（Ａ１，Ａ２）を備え、起動後であって車体の振動を抑制する通常制御モードへ移行する前に、第一開閉弁（９）及び第二開閉弁（１１）を開き、ポンプ（１２）を駆動してアクチュエータ（Ａ１，Ａ２）を暖気運転する。

Description

鉄道車両用制振装置

　本発明は、鉄道車両用制振装置に関する。

　鉄道車両用制振装置は、鉄道車両の車体と台車との間に介装され、鉄道車両に作用する振動であって車体の進行方向に対して左右方向の振動を抑制することが知られている。

　ＪＰ２０１０－６５７９７号公報は、鉄道車両用制振装置を開示している。この鉄道車両用制振装置は、鉄道車両の台車及び車体の一方に連結されるシリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンと台車及び車体の他方とに連結されるロッドと、シリンダ内にピストンで区画されたロッド側室及びピストン側室と、タンクと、ロッド側室とピストン側室とを連通する第一通路の途中に設けた第一開閉弁と、ピストン側室とタンクとを連通する第二通路の途中に設けた第二開閉弁と、ロッド側室へ作動油を供給するポンプと、ロッド側室を上記タンクへ接続する排出通路と、当該排出通路の途中に設けられ開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁と、を備える。

　この鉄道車両用制振装置は、ポンプ、第一開閉弁、第二開閉弁及び可変リリーフ弁を駆動することで、伸縮双方へ推力を発揮させ、この推力で車体の振動を抑制させる。

　鉄道車両が営業走行中の場合、鉄道車両用制振装置は、ポンプを一定回転速度で駆動し、車体の振動状況に応じて、第一開閉弁、第二開閉弁、及び可変リリーフ弁を適宜駆動して車体振動を抑制する。鉄道車両が営業走行を終えて、営業走行を再開するまで、鉄道車両は車庫に収容されるが、その間、鉄道車両用制振装置は駆動を停止している。

　ここで、鉄道車両用制振装置は、油圧を利用して車体の振動を抑制する推力を得ているが、営業走行が終了してから再開されるまでの間は駆動を停止しているため、起動直後は、アクチュエータ内の作動油の温度が低い。作動油の温度が低いと、作動油の粘度が高く、ポンプの回転軸周りの摩擦も大きくなるため、ポンプの吐出流量が不安定となって、アクチュエータの推力が安定しなくなる。

　また、アクチュエータが発揮する推力をフィードバック制御しようとする場合、鉄道車両用制振装置の起動直後では推力が安定しないため、推力の偏差が大きくなり、車体振動を悪化させてしまう可能性がある。

　この発明の目的は、安定した推力を発揮して車体振動を効果的に抑制することが可能な鉄道車両用制振装置を提供することである。

　本発明のある態様によれば、鉄道車両の台車及び車体の一方に連結されるシリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンと台車及び車体の他方とに連結されるロッドと、シリンダ内にピストンによって区画されるロッド側室及びピストン側室と、タンクと、ロッド側室とピストン側室とを連通する第一通路の途中に設けた第一開閉弁と、ピストン側室とタンクとを連通する第二通路の途中に設けた第二開閉弁と、ロッド側室へ液体を供給するポンプと、を有するアクチュエータを備え、車体の振動を抑制する鉄道車両用制振装置であって、起動後であって車体の振動を抑制する通常制御モードへ移行する前に、第一開閉弁及び第二開閉弁を開き、ポンプを駆動してアクチュエータを暖気運転する鉄道車両用制振装置が提供される。

　本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面を参照しながら以下に詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る鉄道車両用制振装置を搭載した鉄道車両の断面図である。図２は、本発明の実施形態に係る鉄道車両用制振装置のアクチュエータの詳細図である。図３は、本発明の実施形態に係る鉄道車両用制振装置におけるコントローラの制御ブロック図である。

　本実施形態における鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両の車体Ｂの制振装置として使用される。鉄道車両用制振装置１は、図１に示すように、台車Ｗと車体Ｂとの間に介装される一対のアクチュエータＡ１、Ａ２と、アクチュエータＡ１、Ａ２を制御するコントローラＣとを備える。アクチュエータＡ１、Ａ２は、鉄道車両の車体Ｂの下方に垂下されるピンＰに連結され、車体Ｂと台車Ｗとの間で対を成して並列に介装される。

　アクチュエータＡ１、Ａ２は、通常制御モードである場合、車体Ｂの車両進行方向に対して水平な横方向の振動を抑制する。コントローラＣは、通常制御モードである場合、スカイフック制御を行ってアクチュエータＡ１、Ａ２に推力を発生させ、車体Ｂの横方向の振動を抑制する。

　コントローラＣは、通常制御モードである場合、車体Ｂの車両進行方向に対して水平な横方向の速度を得て、アクチュエータＡ１、Ａ２で発生すべき推力である制御力指令値を求め、制御力指令値通りの推力をアクチュエータＡ１、Ａ２に発生させるように制御することで、車体Ｂの横方向の振動を抑制する。

　アクチュエータＡ１、Ａ２の具体的な構成について説明する。なお、アクチュエータＡ１、Ａ２は、同じ構成であるので、説明の重複を避けるため、アクチュエータＡ１についてのみ説明し、アクチュエータＡ２についての説明を省略する。

　アクチュエータＡ１は、図２に示すように、鉄道車両の台車Ｗ及び車体Ｂの一方に連結されるシリンダ２と、シリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３と、シリンダ２内に挿入されてピストン３と台車Ｗ及び車体Ｂの他方とに連結されるロッド４と、シリンダ２内にピストン３で区画されたロッド側室５及びピストン側室６と、タンク７と、ロッド側室５とピストン側室６とを連通する第一通路８の途中に設けた第一開閉弁９と、ピストン側室６とタンク７とを連通する第二通路１０の途中に設けた第二開閉弁１１と、ロッド側室５へ液体を供給するポンプ１２と、ポンプ１２を駆動するモータ１５と、を備える片ロッド型のアクチュエータである。

　ロッド側室５及びピストン側室６には液体としての作動油が充填され、タンク７には作動油のほかに気体が充填される。なお、タンク７内の気体は、圧縮して加圧状態に保つ必要は無い。

　第一開閉弁９を開放して第一通路８を連通状態とし、第二開閉弁１１を閉じて第二通路１０を閉塞状態とした上で、ポンプ１２を駆動することで、アクチュエータＡ１が伸長駆動される。さらに、第二開閉弁１１を開放して第二通路１０を連通状態とし、第一開閉弁９を閉じて第一通路８を閉塞状態とした上で、ポンプ１２を駆動することで、アクチュエータＡ１が収縮駆動される。

　以下、アクチュエータＡ１の各部について詳細に説明する。

　シリンダ２は筒状であり、図２中右端は蓋１３によって閉塞され、図２中左端は環状のロッドガイド１４が取り付けられる。ロッドガイド１４内には、シリンダ２内に移動自在に挿入されるロッド４が摺動自在に挿入される。ロッド４は、一端がシリンダ２外へ突出され、他端がシリンダ２内に摺動自在に挿入されているピストン３に連結される。

　ロッド４の外周とロッドガイド１４との間は図示しないシール部材によってシールされ、シリンダ２内は密閉状態に保持される。シリンダ２内に設けられピストン３によって区画されるロッド側室５及びピストン側室６には、作動油が充填される。

　また、ロッド４の断面積はピストン３の断面積の二分の一であり、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積がピストン側室６側の受圧面積の二分の一となるように設定される。さらに、伸長駆動時と収縮駆動時とでロッド側室５の圧力が同じであれば、伸縮の双方で発生される推力も等しくなるように設定されており、アクチュエータＡ１の変位量に応じた流量も伸縮両側で同じとなる。

　アクチュエータＡ１を伸長駆動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６とを連通させるので、ロッド側室５内の圧力とピストン側室６内の圧力とが等しくなる。この場合、アクチュエータＡ１の発生推力は、ピストン３におけるロッド側室５側とピストン側室６側との受圧面積差に上記圧力を乗じた値になる。

　アクチュエータＡ１を収縮駆動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６との連通を断ち、ピストン側室６をタンク７に連通させる。この場合、アクチュエータＡ１の発生推力は、ロッド側室５内の圧力にピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積を乗じた値となる。

　つまり、アクチュエータＡ１の発生推力は、伸縮の双方でピストン３の断面積の二分の一にロッド側室５の圧力を乗じた値となる。したがって、アクチュエータＡ１の推力を制御する場合、伸長駆動、収縮駆動共に、ロッド側室５の圧力を制御すればよい。ピストン３のロッド側室５側の受圧面積はピストン側室６側の受圧面積の二分の一に設定されるので、伸縮で同じ推力を発生する場合には伸長時と収縮時とでロッド側室５の圧力は同一の値に制御すればよい。よって、制御が簡素となる上に、伸縮で変位量に対する流量が同じとなるので伸縮時の応答性が等しくなるという利点がある。

　なお、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積をピストン側室６側の受圧面積の二分の一以外に設定した場合であっても、ロッド側室５の圧力を制御することでアクチュエータＡ１の伸縮時の推力の制御をすることができる点は同じである。

　ロッド４の図２中左端とシリンダ２の右端を閉塞する蓋１３とには、図示しない取付部が備えられており、この取付部によってアクチュエータＡ１は鉄道車両における台車Ｗと車体Ｂとの間に介装される。

　ロッド側室５とピストン側室６とは、第一通路８によって連通されており、第一通路８の途中には、第一開閉弁９が設けられる。なお、第一通路８は、シリンダ２の外でロッド側室５とピストン側室６とを連通しているが、ピストン３内に設けてもよい。

　第一開閉弁９は、電磁開閉弁であり、第一通路８を開放してロッド側室５とピストン側室６とを連通する連通ポジション９ｂと、ロッド側室５とピストン側室６との連通を遮断する遮断ポジション９ｃと、を備えたバルブ９ａと、遮断ポジション９ｃを採るようにバルブ９ａを附勢するバネ９ｄと、通電時にバルブ９ａをバネ９ｄの附勢力に抗して連通ポジション９ｂに切換えるソレノイド９ｅと、を備える。

　ピストン側室６とタンク７とは、第二通路１０によって連通される。第二通路１０の途中には、第二開閉弁１１が設けられる。第二開閉弁１１は、電磁開閉弁であり、第二通路１０を開放してピストン側室６とタンク７とを連通する連通ポジション１１ｂと、ピストン側室６とタンク７との連通を遮断する遮断ポジション１１ｃと、を備えたバルブ１１ａと、遮断ポジション１１ｃを採るようにバルブ１１ａを附勢するバネ１１ｄと、通電時にバルブ１１ａをバネ１１ｄの附勢力に抗して連通ポジション１１ｂに切換えるソレノイド１１ｅと、を備える。

　ポンプ１２は、モータ１５によって駆動され、一方向のみに作動油を吐出する。ポンプ１２の吐出口は供給通路１６によってロッド側室５へ連通され、吸込口はタンク７に連通される。ポンプ１２は、モータ１５によって駆動されると、タンク７から作動油を吸込んでロッド側室５へ作動油を供給する。

　ポンプ１２は、一方向のみに作動油を吐出するのみで回転方向の切換動作が不要であるので、回転切換時に吐出量が変化してしまうといった問題はなく、安価なギアポンプ等を使用することができる。さらに、ポンプ１２の回転方向が常に同一方向であるので、ポンプ１２を駆動する駆動源であるモータ１５の回転方向も常に同一方向であり、回転切換に対する高い応答性を要さず、その分、安価なモータ１５を使用することができる。なお、供給通路１６の途中には、ロッド側室５からポンプ１２への作動油の逆流を阻止する逆止弁１７が設けられる。

　ポンプ１２から所定の吐出流量がロッド側室５へ供給されている状態で、アクチュエータＡ１を伸長作動させる際には、第一開閉弁９を開放させて第二開閉弁１１を開閉させることによってロッド側室５内の圧力を調節する。また、アクチュエータＡ１を収縮作動させる際には、第二開閉弁１１を開放させて第一開閉弁９を開閉させることによってロッド側室５内の圧力を調節する。これにより、制御力指令値通りの推力を発生させることができる。

　なお、第一開閉弁９及び第二開閉弁１１は、開弁圧を調節可能な開閉機能を備えた可変リリーフ弁であってもよい。この場合には、第一開閉弁９又は第二開閉弁１１を伸縮作動時に開閉作動させるのではなく、開弁圧を調節することでアクチュエータＡ１の推力を調節することも可能である。

　また、ポンプ１２の吐出流量を調節することで、制御力指令値通りの推力を発生させることもできる。この場合、ロッド側室５の圧力を検出するための圧力センサ、モータ１５若しくはポンプ１２の回転軸に作用するトルクを検出するセンサ、ロッド４に作用する荷重を検出するロードセンサ、又はロッド４の歪を検出する歪センサを設けておけば、アクチュエータＡ１が出力する推力を計測することができる。

　上記のようにアクチュエータＡ１の推力調節が可能であるが、より簡単に推力調節が可能なように、本実施形態の鉄道車両用制振装置１は、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１と、この排出通路２１の途中に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁２２と、を備える。

　可変リリーフ弁２２は、比例電磁リリーフ弁であり、排出通路２１の途中に設けた弁体２２ａと、排出通路２１を遮断するように弁体２２ａを附勢するバネ２２ｂと、通電時にバネ２２ｂの附勢力に抗する推力を発生する比例ソレノイド２２ｃと、を備える。可変リリーフ弁２２は、比例ソレノイド２２ｃに流れる電流量を調節することで開弁圧が調節される。

　可変リリーフ弁２２は、弁体２２ａに作用する圧力がリリーフ圧（開弁圧）を超えると排出通路２１を開放する。すなわち、排出通路２１の上流となるロッド側室５の圧力がリリーフ圧（開弁圧）を超えると、排出通路２１を開放させる方向に弁体２２ａを推す上記圧力に起因する推力と比例ソレノイド２２ｃによる推力との合力が、排出通路２１を遮断させる方向へ弁体２２ａを附勢するバネ２２ｂの附勢力に打ち勝つ。これにより、弁体２２ａが後退して排出通路２１が開放される。

　また、可変リリーフ弁２２は、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流が大きいほど、比例ソレノイド２２ｃが発生する推力が増大するように設定されており、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流を最大とすると開弁圧が最小となり、反対に、比例ソレノイド２２ｃに全く電流を供給しなければ開弁圧が最大となる。

　したがって、アクチュエータＡ１を伸縮作動させる際に、ロッド側室５内の圧力を可変リリーフ弁２２の開弁圧に調節すれば、ロッド側室５の圧力は可変リリーフ弁２２の開弁圧を調節することで容易に調節することができる。このように排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けたことで、アクチュエータＡ１の推力を調節するために必要なセンサ類が不要となる。さらに、第一開閉弁９及び第二開閉弁１１を高速で開閉させたり、第一開閉弁９及び第二開閉弁１１を開閉機能付きの可変リリーフ弁としたり、ポンプ１２の吐出流量の調節のために高度にモータ１５を制御したりする必要がない。よって、鉄道車両用制振装置１が安価となり、ハードウェア的にもソフトウェア的にも堅牢なシステムを構築することができる。

　なお、可変リリーフ弁２２は、与える電流量で開弁圧を比例的に変化させることができる比例電磁リリーフ弁を用いたので開弁圧の制御が簡単となるが、開弁圧を調節できるリリーフ弁であれば比例電磁リリーフ弁に限定されるものではない。

　可変リリーフ弁２２は、第一開閉弁９及び第二開閉弁１１の開閉状態に関わらず、アクチュエータＡ１に伸縮方向の過大な入力があって、ロッド側室５の圧力が開弁圧を超えると、排出通路２１を開放してロッド側室５をタンク７へ連通し、ロッド側室５内の圧力をタンク７へ逃がすので、アクチュエータＡ１のシステム全体を保護することができる。このように、排出通路２１及び可変リリーフ弁２２を設けることでシステムの保護が可能となる。

　さらに、アクチュエータＡ１は、ダンパ回路Ｄを備えている。ダンパ回路Ｄは、第一開閉弁９及び第二開閉弁１１が閉弁している場合に、アクチュエータＡ１をダンパとして機能させる。ダンパ回路Ｄは、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう作動油の流れのみを許容する整流通路１８と、タンク７からピストン側室６へ向かう作動油の流れのみを許容する吸込通路１９と、を備えている。また、アクチュエータＡ１が、排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを備えているので、可変リリーフ弁２２が減衰弁として機能する。

　整流通路１８は、ピストン側室６とロッド側室５とを連通しており、途中に逆止弁１８ａが設けられる。整流通路１８は、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行の通路である。吸込通路１９は、タンク７とピストン側室６とを連通しており、途中に逆止弁１９ａが設けられる。吸込通路１９は、タンク７からピストン側室６へ向かう作動油の流れのみを許容する一方通行の通路である。

　なお、第一開閉弁９の遮断ポジション９ｃを逆止弁とすることで整流通路１８の機能を第一通路８に集約することができ、第二開閉弁１１の遮断ポジション１１ｃを逆止弁とすることで吸込通路１９の機能を第二通路１０に集約することができる。

　ダンパ回路Ｄは、アクチュエータＡ１における第一開閉弁９と第二開閉弁１１とがともに遮断ポジション９ｃ、１１ｃに切り換えられると、整流通路１８、吸込通路１９及び排出通路２１によって、ロッド側室５、ピストン側室６及びタンク７を数珠繋ぎに連通させる。整流通路１８、吸込通路１９及び排出通路２１は、一方通行の通路であるので、アクチュエータＡ１が外力によって伸縮すると、必ずシリンダ２から作動油が排出され、排出された作動油は排出通路２１を介してタンク７へ戻される。シリンダ２で足りなくなる作動油は吸込通路１９を介してタンク７からシリンダ２内へ供給される。

　この作動油の流れに対して可変リリーフ弁２２が抵抗となってシリンダ２内の圧力を開弁圧に調節する圧力制御弁として機能するので、アクチュエータＡ１は、パッシブなユニフロー型のダンパとして機能する。なお、可変リリーフ弁２２と排出通路２１とを設けることなく、別途、ロッド側室５とタンク７とを接続する通路と、この通路の途中に配置される減衰弁と、を設けてダンパ回路Ｄを構成してもよい。

　また、アクチュエータＡ１の各機器への通電が不能となるようなフェール時には、第一開閉弁９及び第二開閉弁１１のバルブ９ａ、１１ａがバネ９ｄ、１１ｄに押圧されて、それぞれ遮断ポジション９ｃ、１１ｃに切り替わり、可変リリーフ弁２２は、開弁圧が最大に固定された圧力制御弁として機能する。よって、アクチュエータＡ１は、自動的に、パッシブダンパとして機能する。

　アクチュエータＡ１に所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、コントローラＣは、アクチュエータＡ１の第一開閉弁９を連通ポジション９ｂとし第二開閉弁１１を遮断ポジション１１ｃとして、アクチュエータＡ１の伸縮状況に応じてモータ１５を所定の回転速度で回転させポンプ１２からシリンダ２内へ作動油を供給する。これにより、ロッド側室５とピストン側室６とが連通して両者にポンプ１２から作動油が供給され、ピストン３が図２中左方へ押されアクチュエータＡ１は伸長方向の推力を発揮する。

　ロッド側室５内及びピストン側室６内の圧力が可変リリーフ弁２２の開弁圧を上回ると、可変リリーフ弁２２が開弁して作動油が排出通路２１を介してタンク７へ逃げるので、ロッド側室５内及びピストン側室６内の圧力は、可変リリーフ弁２２に与える電流で決まる可変リリーフ弁２２の開弁圧に制御される。

　よって、アクチュエータＡ１は、ピストン３におけるピストン側室６側とロッド側室５側との受圧面積差に上記した可変リリーフ弁２２によって制御されるロッド側室５内及びピストン側室６内の圧力を乗じた値の推力を伸長方向に発揮する。

　これに対して、アクチュエータＡ１に所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、コントローラＣは、アクチュエータＡ１の第一開閉弁９を遮断ポジション９ｃとし第二開閉弁１１を連通ポジション１１ｂとして、アクチュエータＡ１の伸縮状況に応じてモータ１５を所定の回転速度で回転させポンプ１２からロッド側室５内へ作動油を供給する。これにより、ピストン側室６とタンク７とが連通するとともにロッド側室５にポンプ１２から作動油が供給されるので、ピストン３が図２中右方へ押されアクチュエータＡ１は収縮方向の推力を発揮する。

　同様に、可変リリーフ弁２２の電流を調節することで、アクチュエータＡ１は、ピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積と可変リリーフ弁２２に制御されるロッド側室５内の圧力を乗じた値の推力を収縮方向に発揮する。

　本実施形態では、排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを備えているため、モータ１５を所定の回転速度で定速回転させることで推力調節を行うことができるので、ポンプ１２の回転速度を変化させる必要がなく、ポンプ１２の回転変動に伴う騒音の発生を防止できるとともに、アクチュエータＡ１の制御応答性を向上させることができる。なお、可変リリーフ弁２２による圧力調節に、モータ１５の回転速度の変更を加味してアクチュエータＡ１の発生推力を調節することも可能である。

　また、アクチュエータＡ１は、アクチュエータとして機能するのみならず、モータ１５の駆動状況に関わらず、第一開閉弁９及び第二開閉弁１１の開閉のみでダンパとして機能させることができるので、面倒かつ急峻な弁の切換動作を行う必要がなく、システムの応答性及び信頼性を向上させることができる。

　なお、アクチュエータＡ１は片ロッド型であるので、両ロッド型のアクチュエータに比較してストローク長を確保しやすく、アクチュエータの全長を短縮して、鉄道車両への搭載性を向上させることができる。

　また、アクチュエータＡ１におけるポンプ１２からの作動油供給、及び伸縮作動による作動油の流れは、ロッド側室５、ピストン側室６を順に通過して最終的にタンク７へ還流するので、ロッド側室５又はピストン側室６内に気体が混入しても、アクチュエータＡ１の伸縮作動によって自立的にタンク７へ排出され、推進力発生の応答性の悪化を阻止することができる。

　したがって、アクチュエータＡ１の製造にあたって、面倒な油中での組立や真空環境下での組立を強いられることが無く、作動油の高度な脱気も不要となるので、生産性が向上するとともに製造コストを低減することができる。

　さらに、ロッド側室５あるいはピストン側室６内に気体が混入しても、気体は、アクチュエータＡ１の伸縮作動によって自立的にタンク７へ排出されるので、性能回復のためのメンテナンスを頻繁に行う必要がなく、保守面における労力とコスト負担を軽減することができる。

　コントローラＣは、図１から図３に示すように、車体Ｂの車両進行方向に対して水平な横方向の横加速度αを検出する加速度センサ４０と、横加速度αに含まれる曲線走行時の定常加速度、ドリフト成分及びノイズを除去するバンドパスフィルタ４１と、バンドパスフィルタ４１で濾過した横加速度αを処理して、各アクチュエータＡ１、Ａ２のモータ１５、第一開閉弁９のソレノイド９ｅ、第二開閉弁１１のソレノイド１１ｅ、可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ制御指令を出力する制御部４２と、を備える。

　通常制御モードでは、以下に説明するように、各アクチュエータＡ１、Ａ２の推力を制御する。なお、バンドパスフィルタ４１で横加速度αに含まれる曲線走行時の定常加速度が除去されるので、乗り心地を悪化させる振動のみを抑制することができる。

　制御部４２は、加速度センサ４０で検知した横加速度αを積分して車体Ｂの横方向速度を求める。横方向速度は、たとえば、図１中左方向の速度を正の値として、反対の図１中右方向の速度を負の値として求める。なお、車体Ｂの横方向速度を求めるのに他のセンサなどを用いてもよい。

　制御部４２は、さらに、スカイフック制御則に則り横方向速度にスカイフックゲインを乗じてアクチュエータＡ１、Ａ２が発生すべき推力の大きさ及び方向からなる制御力指令値を求める。

　制御部４２は、さらに、制御力指令値を求めた後、制御力指令値通りに各アクチュエータＡ１、Ａ２に推力を発揮させるべく、これらアクチュエータＡ１、Ａ２へ制御指令を与える。具体的には、制御部４２は、制御力指令値から各アクチュエータＡ１、Ａ２のモータ１５、第一開閉弁９のソレノイド９ｅ、第二開閉弁１１のソレノイド１１ｅ、可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ与えるべき制御指令を求めて当該制御指令を出力する。また、制御力指令値から制御指令を求める際、現在アクチュエータＡ１、Ａ２が出力している推力をフィードバックして制御指令を求めてもよい。

　以上、通常制御モードでは、コントローラＣは、所定のサンプリングタイム周期で横加速度をサンプリングし、上記した処理を実行して、制御力指令値を求めて各アクチュエータＡ１、Ａ２の推力を制御する処理を継続的に行う。

　ここで、鉄道車両用制振装置１は、停止状態から電源が投入されて起動され通常制御モードへ移行する前に、所定時間の間、アクチュエータＡ１、Ａ２を暖気運転する。

　この場合、二つのアクチュエータＡ１、Ａ２のうち、一方のアクチュエータＡ１（Ａ２）を暖気運転する際には、他のアクチュエータＡ２（Ａ１）をダンパとして機能させる。

　暖気運転は、各アクチュエータＡ１、Ａ２とも、第一開閉弁９、第二開閉弁１１を開弁させてから、モータ１５でポンプ１２を駆動し、可変リリーフ弁２２の開弁圧を最小にする。

　これにより、ポンプ１２から吐出された作動油は、排出通路２１を介してタンク７へ戻される。第一開閉弁９及び第二開閉弁１１の双方が開いているのでロッド側室５とピストン側室６とがタンク７へ通じており、ロッド側室５及びピストン側室６の圧力はタンク圧に維持されるので、アクチュエータＡ１、Ａ２は伸長側へも収縮側へも推力を発揮しない。したがって、暖気運転に伴って車体ＢがアクチュエータＡ１、Ａ２によって加振されることはない。

　なお、暖気運転に要する時間は予め決定され、たとえば、鉄道車両が使用される地域における季節ごとの平均気温によって決定される。この場合、冬季の方が夏季より暖気運転する時間を長くすることになる。

　暖気運転は、所定時間の経過後に終了し、鉄道車両用制振装置１は、通常制御モードへ移行する。暖気運転を行うことにより、アクチュエータＡ１、Ａ２内の作動油の温度が上昇するので、通常制御モードへ移行後にアクチュエータＡ１、Ａ２に狙い通りの推力を発生させることができる。

　また、作動油の温度が、アクチュエータＡ１、Ａ２が設定どおりの推力を発揮できる温度となった時、暖気運転を終了して通常制御モードへ移行するようにしてもよい。この場合、作動油の温度を監視しておき、作動油の温度が暖気運転を終了してもよい温度になった時、暖気運転を終了する。作動油の温度は、たとえば、タンク７内の作動油の温度を検出する温度センサによって検出して、制御部４２で温度を監視すればよい。

　なお、第一開閉弁９と第二開閉弁１１とが開弁していてロッド側室５とピストン側室６とがタンク圧に維持されるので、可変リリーフ弁２２の開弁圧を最小にしなくてもアクチュエータＡ１、Ａ２が推力を発生しない状態に維持することができる。しかし、管路抵抗によって僅かにロッド側室５とピストン側室６との間に差圧が生じてアクチュエータＡ１、Ａ２が収縮方向の推力を発生する可能性がある。そこで、実際には可変リリーフ弁２２の開弁圧を最小とすることでロッド側室５の上流側の圧力を小さくし、アクチュエータＡ１、Ａ２が暖気運転中に推力を発生してしまうことを確実に阻止している。

　本実施形態の鉄道車両用制振装置１によれば、起動後であって車体Ｂの振動を抑制する通常制御モードへ移行する前にアクチュエータＡ１、Ａ２の暖気運転を実行するので、アクチュエータＡ１、Ａ２内の作動油の温度が低すぎて発生推力が不安定となって車体振動を効果的に抑制できなくなるといった不具合を解消することができる。すなわち、本実施形態では、通常制御モード移行前にアクチュエータＡ１、Ａ２内の作動油の温度が振動抑制に適する温度になり、アクチュエータＡ１、Ａ２の発生推力が安定して車体振動を効果的に抑制することができる。

　また、暖気運転中は、アクチュエータＡ１、Ａ２は、推力を発揮しないので、暖気運転に伴って車体Ｂを加振してしまい、無駄にエネルギを消費してしまうことがない。

　なお、本実施形態では、二つのアクチュエータＡ１、Ａ２を備え、一方のアクチュエータＡ１を暖気運転する際には、他方のアクチュエータＡ２をダンパとして機能させ、他方のアクチュエータＡ２を暖気運転する際には、一方のアクチュエータＡ１をダンパとして機能させる。

　ダンパとして機能させるアクチュエータでは、第一開閉弁９および第二開閉弁１１を閉じ、ポンプ１２を停止させる。可変リリーフ弁２２は、通電しないか、または、アクチュエータＡ２をダンパとして機能させる場合に要求される減衰力を発生可能な開弁圧となるように電流を調節する。

　すると、暖気運転中に何らかの外力が車体Ｂや台車Ｗに作用しても車体Ｂの振動はダンパとして機能するアクチュエータによって抑制されるので、車体Ｂが全く自由に左右動してしまうことを防止でき、安全に暖気運転することが可能である。

　なお、本実施形態では、二つのアクチュエータＡ１、Ａ２を備えているが、三つ以上のアクチュエータを備えてもよい。この場合、少なくとも一つのアクチュエータをダンパとして機能させたうえで他のアクチュエータを暖気運転させれば、車体Ｂが全く自由に左右動することを防止でき、安全に暖気運転することが可能である。たとえば、三つのアクチュエータのうち、まず、二つのアクチュエータを暖気運転させて残りの一つをダンパとして機能させる。続いて暖気運転が済んでいないアクチュエータを暖気運転させて、暖気運転済みの二つのアクチュエータの一つ以上をダンパとして機能させればよい。

　すべてのアクチュエータＡ１、Ａ２について暖気運転が終了すると、コントローラＣは、通常制御モードへ移行するが、通常制御モードへ移行する前に、鉄道車両用制振装置１に異常がないか否かを判定する自己診断を実行してもよい。

　自己診断は、たとえば、第一開閉弁９と第二開閉弁１１とを開いてポンプ１２を駆動して、可変リリーフ弁２２の開弁圧を変化させた場合に、アクチュエータＡ１、Ａ２が伸縮するか否を監視し、伸縮する場合に異常と判断する。また、アクチュエータＡ１、Ａ２の推力を監視することができる場合、暖気運転後にアクチュエータＡ１、Ａ２の推力が制御指令通りに発生されるか否かをチェックする。

　なお、暖気運転後にアクチュエータＡ１、Ａ２の推力が制御指令通りに発生されるか否かをチェックする場合、作動油の温度による誤差が小さくなるので、異常を検知しやすくなるという利点がある。つまり、暖気運転を行わずに推力チェックを行う場合、作動油の温度が低くて粘度が高く、アクチュエータＡ１、Ａ２の推力が制御指令よりも過剰に高くなるため、これを異常と検知することができない。これに対し、事前に暖気運転を行うことで、作動油温度によって推力が過剰となることを抑制できるため、異常を判断するための閾値を小さくでき、異常を正確に発見することができる。

　コントローラＣは、ハードウェア資源としては、図示はしないがたとえば、加速度センサ４０が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、バンドパスフィルタ４１と、バンドパスフィルタ４１で濾過した横加速度αを取り込んでアクチュエータＡ１、Ａ２を制御及び自己診断するのに必要な処理に使用されるプログラムが格納されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、上記プログラムに基づいた処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）などの演算装置と、上記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、を備える。

　コントローラＣの制御部４２は、ＣＰＵが上記各処理を行うためのプログラムを実行することで実現される。なお、積分器を使用して横加速度αから横方向速度を求めてもよく、横加速度αをバンドパスフィルタ４１および積分器で処理した後に位相補償用のフィルタで処理してもよく、また、バンドパスフィルタ４１、積分器および位相補償用のフィルタの特性を合成したフィルタで処理してもよい。位相補償用のフィルタは、バンドパスフィルタ４１および積分器で処理した後にＣＰＵがプログラムを実行することで実現されてもよい。

　なお、コントローラＣは、スカイフック制御則に則ってアクチュエータＡ１、Ａ２の制御力指令値を求めているが、他の制御則を用いてもよい。

　以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

　本願は２０１１年５月３０日に日本国特許庁に出願された特願２０１１－１２０５９９に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims

　鉄道車両の台車及び車体の一方に連結されるシリンダと、前記シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、前記シリンダ内に挿入されて前記ピストンと前記台車及び前記車体の他方とに連結されるロッドと、前記シリンダ内に前記ピストンによって区画されるロッド側室及びピストン側室と、タンクと、前記ロッド側室と前記ピストン側室とを連通する第一通路の途中に設けた第一開閉弁と、前記ピストン側室と前記タンクとを連通する第二通路の途中に設けた第二開閉弁と、前記ロッド側室へ液体を供給するポンプと、を有するアクチュエータを備え、
　前記車体の振動を抑制する鉄道車両用制振装置であって、
　起動後であって前記車体の振動を抑制する通常制御モードへ移行する前に、前記第一開閉弁及び前記第二開閉弁を開き、前記ポンプを駆動して前記アクチュエータを暖気運転する鉄道車両用制振装置。
　請求項１に記載の鉄道車両用制振装置であって、
　前記アクチュエータは、前記ロッド側室を前記タンクへ接続する排出通路と、前記排出通路の途中に設けられ開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁と、を有し、
　前記暖気運転中、前記可変リリーフ弁の開弁圧が最小に設定される鉄道車両用制振装置。
　請求項１に記載の鉄道車両用制振装置であって、
　前記アクチュエータを二つ以上備え、
　前記アクチュエータは、前記第一開閉弁及び前記第二開閉弁が閉じた状態で前記アクチュエータをダンパとして機能させるダンパ回路を備え、
　前記暖気運転中、少なくとも一つの前記アクチュエータをダンパとして機能させる鉄道車両用制振装置。
　請求項３に記載の鉄道車両用制振装置であって、
　前記ダンパ回路は、前記タンクから前記ピストン側室へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路と、前記ピストン側室から前記ロッド側室へ向かう液体の流れのみを許容する整流通路と、を有する鉄道車両用制振装置。