WO2019188954A1

WO2019188954A1 - 鉄道車両用制振装置

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Publication number: WO2019188954A1
Application number: PCT/JP2019/012441
Authority: WO
Inventors: 貴之小川
Original assignee: Ｋｙｂ株式会社
Priority date: 2018-03-26
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2019-10-03
Also published as: JP6956663B2; JP2019171890A

Abstract

鉄道車両用制振装置は、鉄道車両の車体（Ｂ）と台車（Ｔ１，Ｔ２）との間に介装されるとともにアンロード可能なアクチュエータ（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、０を含む範囲で設定される不感帯にアクチュエータ（Ａ１，Ａ２）の目標制御力があるとコントローラ（Ｃ）がアクチュエータ（Ａ１，Ａ２）をアンロードする。

Description

鉄道車両用制振装置

　本発明は、鉄道車両用制振装置の改良に関する。

　従来、この種の鉄道車両用制振装置にあっては、たとえば、鉄道車両の進行方向に対して左右方向の振動を抑制すべく、車体と台車との間に介装されて使用されるものが知られている。

　より詳しくは、この鉄道車両用制振装置は、たとえば、ＪＰ２０１０－６５７９７Ａに開示されているように、鉄道車両の車体と台車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車体と台車の他方に連結されるロッドと、シリンダ内にピストンで区画したロッド側室とピストン側室と、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、ロッド側室を前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ており、前記したポンプ、第一開閉弁、第二開閉弁およ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することができ、この推力で車体の振動を抑制するようになっている。

　前述の鉄道車両用制振装置では、可変リリーフ弁を用いて推力を調節しているが、アクチュエータ内の作動油の温度が低温となって粘度が上昇すると、可変リリーフ弁での圧力損失が大きくなる。すると、アクチュエータに極低い推力を発揮させようとしても、図８に示すように、アクチュエータが車体の振動を抑制するための目標となる推力よりも高い推力を発揮してしまって、却って車体に振動を与えてしまう。鉄道車両用制振装置は車体の加速度を検知して目標推力を求めている関係上、このように車体を振動させてしまうと目標推力を大きくするような制御が行われて車体の振動を励起してしまう現象が起こる。

　また、車体の振動を自励する原因は、作動油の温度低下だけではなく、可変リリーフ弁の弁体を附勢するばねの初期荷重が設定荷重よりも大きくなる場合も同様にアクチュエータの推力が大きくなる。さらに、可変リリーフ弁を駆動するドライバと可変リリーフ弁との相性が悪く、可変リリーフ弁の開弁圧が目標推力が指示する開弁圧よりも高くなってしまう場合も同様に、アクチュエータの推力が大きくなる。

　そこで、本発明は、車体の振動の励起を抑制できる鉄道車両用制振装置の提供を目的としている。

　本発明の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るとともにアンロード可能なアクチュエータと、アクチュエータを制御するコントローラとを備え、コントローラが０を含む範囲で設定される不感帯にアクチュエータの目標制御力があるとアクチュエータをアンロードする。このようにアクチュエータがアンロードされるとアクチュエータは不感帯では推力を発揮しなくなる。

図１は、一実施の形態における鉄道車両用制振装置を搭載した鉄道車両の平面図である。図２は、一実施の形態におけ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、一実施の形態における鉄道車両用制振装置における制御部の制御ブロック図である。図４は、一実施の形態における鉄道車両用制振装置におけるコントローラの不感帯の範囲を変更する処理のフローチャートの一例を示した図である。図５（ａ）は、不感帯設定値を３００Ｎとした場合の一実施の形態における鉄道車両用制振装置が適用された車体の前側の振動の推移を示した図である。図５（ｂ）は、不感帯設定値を３００Ｎとした場合の一実施の形態における鉄道車両用制振装置が適用された車体の後側の振動の推移を示した図である。図６（ａ）は、不感帯設定値を４００Ｎとした場合の一実施の形態における鉄道車両用制振装置が適用された車体の前側の振動の推移を示した図である。図６（ｂ）は、不感帯設定値を４００Ｎとした場合の一実施の形態における鉄道車両用制振装置が適用された車体の後側の振動の推移を示した図である。図７（ａ）は、不感帯設定値を５００Ｎとした場合の一実施の形態における鉄道車両用制振装置が適用された車体の前側の振動の推移を示した図である。図７（ｂ）は、不感帯設定値を５００Ｎとした場合の一実施の形態における鉄道車両用制振装置が適用された車体の後側の振動の推移を示した図である。図８は、従来の鉄道車両用制振装置が適用された車体の振動の推移を示した図である。

　以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における鉄道車両用制振装置１は、本例では、鉄道車両の車体Ｂの制振装置として使用され、図１に示すように、車両前後の台車Ｔ１，Ｔ２と車体Ｂとの間にそれぞれ設置されたアクチュエータＡ１，Ａ２と、コントローラＣとを備えて構成されている。

　そして、図１に示すように、アクチュエータＡ１，Ａ２は、ともにシリンダ２が鉄道車両の車体Ｂの下方に垂下されるピンＰに連結され、ロッド４が前後の台車Ｔ１，Ｔ２に連結されて、車体Ｂと前後の台車Ｔ１，Ｔ２との間に設置される。鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両の前後にそれぞれ設置されるアクチュエータＡ１，Ａ２が発揮する推力で車体Ｂの鉄道車両の進行方向に対して水平横方向の振動を抑制するようになっている。

　アクチュエータＡ１，Ａ２は、本例では図２に示すように、車体Ｂ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内に挿入されて一端がピストン３に連結されるとともに他端が鉄道車両の台車Ｔ１，Ｔ２に連結されるロッド４と、シリンダ２内にピストン３で区画したロッド側室５とピストン側室６とを備えるシリンダ本体Ｃｙに加え、作動油を貯留するタンク７と、タンク７から作動油を吸い上げてロッド側室５へ作動油を供給可能なポンプ１２と、ポンプ１２を駆動するモータ１５と、シリンダ本体Ｃｙの伸縮の切換と推力を制御するための液圧回路ＨＣとを備えており、片ロッド型のアクチュエータとして構成されている。

　また、前記ロッド側室５と前記ピストン側室６には、本例では、液体として作動油が充填されるとともに、タンク７には、作動油の他に気体が充填されている。なお、タンク７内は、特に、気体を圧縮して充填して加圧状態とする必要は無い。また、液体は、作動油以外にも他の液体を利用してもよい。

　液圧回路ＨＣは、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とを備えている。

　そして、基本的には、第一開閉弁９で第一通路８を連通状態とし、第二開閉弁１１を閉じてポンプ１２を駆動すると、シリンダ本体Ｃｙが伸長し、第二開閉弁１１で第二通路１０を連通状態とし、第一開閉弁９を閉じてポンプ１２を駆動すると、シリンダ本体Ｃｙが収縮する。

　以下、アクチュエータＡ１，Ａ２の各部について詳細に説明する。シリンダ２は筒状であって、その図２中右端は蓋１３によって閉塞され、図２中左端には環状のロッドガイド１４が取り付けられている。また、前記ロッドガイド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ている。このロッド４は、一端をシリンダ２外へ突出させており、シリンダ２内の他端をシリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３に連結している。

　なお、ロッドガイド１４の外周とシリンダ２との間は図示を省略したシール部材によってシールされており、これによりシリンダ２内は密閉状態に維持されている。そして、シリンダ２内にピストン３によって区画されるロッド側室５とピストン側室６には、前述のように作動油が充填されている。

　また、このシリンダ本体Ｃｙの場合、ロッド４の断面積をピストン３の断面積の二分の一にして、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なっている。よって、伸長作動時と収縮作動時とでロッド側室５の圧力を同じくすると、伸縮の双方で発生される推力が等しくなり、シリンダ本体Ｃｙの変位量に対する作動油量も伸縮両側で同じとなる。

　詳しくは、シリンダ本体Ｃｙを伸長作動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６を連通させた状態とする。すると、ロッド側室５内とピストン側室６内の圧力が等しくなり、アクチュエータＡ１，Ａ２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側の受圧面積差に前記圧力を乗じた推力を発生する。反対に、シリンダ本体Ｃｙを収縮作動させる場合、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に連通させた状態とする。すると、アクチュエータＡ１，Ａ２は、ロッド側室５内の圧力とピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積を乗じた推力を発生する。

　要するに、アクチュエータＡ１，Ａ２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のである。したがって、このアクチュエータＡ１，Ａ２の推力を制御する場合、伸長作動、収縮作動共に、ロッド側室５の圧力を制御すればよい。また、本例のアクチュエータＡ１，Ａ２では、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に設定しているので、伸縮両側で同じ推力を発生する場合に伸長側と収縮側でロッド側室５の圧力が同じとなるので制御が簡素となる。加えて、変位量に対する作動油量も同じとなるので伸縮両側で応答性が同じとなる利点がある。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に設定しない場合にあっても、ロッド側室５の圧力でアクチュエータＡ１，Ａ２の伸縮両側の推力を制御できる点は変わらない。

　戻って、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、図示しない取付部を備えており、このアクチュエータＡ１，Ａ２を鉄道車両における車体Ｂと台車Ｔ１，Ｔ２との間に介装できるようになっている。

　そして、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、この第一通路８の途中には、第一開閉弁９が設けられている。この第一通路８は、シリンダ２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に設けられてもよい。

　第一開閉弁９は、電磁開閉弁とされており、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と、第一通路８を遮断してロッド側室５とピストン側室６との連通を断つ遮断ポジションとを備えている。そして、この第一開閉弁９は、通電時に連通ポジションを採り、非通電時に遮断ポジションを採るようになっている。

　つづいて、ピストン側室６とタンク７とは、第二通路１０によって連通されており、この第二通路１０の途中には、第二開閉弁１１が設けられている。第二開閉弁１１は、電磁開閉弁とされており、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と、第二通路１０を遮断してピストン側室６とタンク７との連通を断つ遮断ポジションとを備えている。そして、この第二開閉弁１１は、通電時に連通ポジションを採り、非通電時に遮断ポジションを採るようになっている。

　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とされている。そして、ポンプ１２の吐出口は供給通路１６によってロッド側室５へ連通されるとともに吸込口はタンク７に通じていて、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。

　前述のようにポンプ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ないので、回転切換時に吐出量が変化するといった問題は皆無であり、安価なギアポンプ等を使用できる。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にあっても回転切換に対する高い応答性が要求されず、その分、モータ１５も安価なものを使用できる。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が設けられている。

　さらに、本例の液圧回路ＨＣは、前述の構成に加えて、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１と、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を備えている。

　可変リリーフ弁２２は、本例では、比例電磁リリーフ弁とされており、供給する電流量に応じて開弁圧を調節でき、電流量を最大とすると開弁圧を最小とし、電流を供給しないと開弁圧を最大とするようになっている。

　このように、排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けると、シリンダ本体Ｃｙ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の開弁圧に調節でき、アクチュエータＡ１，Ａ２の推力を可変リリーフ弁２２へ供給する電流量で制御できる。排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けると、アクチュエータＡ１，Ａ２の推力を調節するために必要なセンサ類が不要となり、ポンプ１２の吐出流量の調節のためにモータ１５を高度に制御する必要もなくなる。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できる。

　なお、第一開閉弁９を連通ポジションとし第二開閉弁１１を遮断ポジションとする場合或いは第一開閉弁９を遮断ポジションとし第二開閉弁１１を連通ポジションとする場合、ポンプ１２の駆動状況に関わらず、伸長或いは収縮のいずれか一方に対してのみアクチュエータＡ１，Ａ２が減衰力を発揮できる。よって、たとえば、減衰力を発揮する方向が鉄道車両の台車Ｔ１，Ｔ２の振動により車体Ｂを加振する方向である場合、そのような方向には減衰力を出さないようにアクチュエータＡ１，Ａ２を片効きのダンパとすることができる。よって、このアクチュエータＡ１，Ａ２は、カルノップ理論に基づくセミアクティブ制御を容易に実現できるため、セミアクティブダンパとしても機能できる。

　なお、可変リリーフ弁２２に与える電流量で開弁圧を比例的に変化させる比例電磁リリーフ弁を用いると開弁圧の制御が簡単となるが、可変リリーフ弁２２は、開弁圧を調節できる可変リリーフ弁であれば比例電磁リリーフ弁に限定されない。

　そして、可変リリーフ弁２２は、第一開閉弁９および第二開閉弁１１の開閉状態に関わらず、シリンダ本体Ｃｙ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状態となると、排出通路２１を開放する。このように、可変リリーフ弁２２は、ロッド側室５の圧力が開弁圧以上となると、ロッド側室５内の圧力をタンク７へ排出するので、シリンダ２内の圧力が過大となるのを防止してアクチュエータＡ１，Ａ２のシステム全体を保護する。よって、排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けると、システムの保護も可能となる。

　さらに、本例のアクチュエータＡ１，Ａ２における液圧回路ＨＣ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を備えている。よって、本例のアクチュエータＡ１，Ａ２では、第一開閉弁９および第二開閉弁１１が閉弁する状態でシリンダ本体Ｃｙが伸縮すると、シリンダ２内から作動油が押し出される。シリンダ２内から排出された作動油の流れに対して可変リリーフ弁２２が抵抗を与えるので、第一開閉弁９および第二開閉弁１１が閉弁する状態では、本例のアクチュエータＡ１，Ａ２はユニフロー型のダンパとして機能する。

　より詳細には、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、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に設定されている。さらに、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、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に設定されている。なお、整流通路１８は、第一開閉弁９の遮断ポジションを逆止弁とすると第一通路８に集約でき、吸込通路１９についても、第二開閉弁１１の遮断ポジションを逆止弁とすると第二通路１０に集約できる。

　このように構成されたアクチュエータＡ１，Ａ２では、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を採っても、整流通路１８、吸込通路１９および排出通路２１で、ロッド側室５、ピストン側室６およびタンク７を数珠繋ぎに連通させる。また、整流通路１８、吸込通路１９および排出通路２１は、一方通行の通路に設定されている。よって、シリンダ本体Ｃｙが外力によって伸縮すると、シリンダ２から必ず作動油が排出されて排出通路２１を介してタンク７へ戻され、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前記可変リリーフ弁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ので、アクチュエータＡ１，Ａ２は、パッシブなユニフロー型のダンパとして機能する。

　また、アクチュエータＡ１，Ａ２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と第二開閉弁１１のそれぞれが遮断ポジションを採り、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、このようなフェール時には、アクチュエータＡ１，Ａ２は、自動的に、パッシブダンパモードへ移行してパッシブダンパとして機能する。

　つづいて、アクチュエータＡ１，Ａ２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、基本的には、モータ１５を回転させてポンプ１２からシリンダ２内へ作動油を供給しつつ、第一開閉弁９を連通ポジションとし、第二開閉弁１１を遮断ポジションとする。このようにすると、ロッド側室５とピストン側室６とが連通状態におかれて両者にポンプ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，Ａ２は伸長方向の推力を発揮する。ロッド側室５内およびピストン側室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へ排出される。よって、ロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力は、可変リリーフ弁２２に与える電流量で決まる可変リリーフ弁２２の開弁圧にコントロールされる。そして、アクチュエータＡ１，Ａ２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側の受圧面積差に可変リリーフ弁２２によってコントロールされるロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力を乗じた値の伸長方向の推力を発揮する。

　これに対して、アクチュエータＡ１，Ａ２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、モータ１５を回転させてポンプ１２からロッド側室５内へ作動油を供給しつつ、第一開閉弁９を遮断ポジションとし、第二開閉弁１１を連通ポジションとする。このようにすると、ピストン側室６とタンク７が連通状態におかれ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，Ａ２は収縮方向の推力を発揮する。そして、前述と同様に、可変リリーフ弁２２の電流量を調節すると、アクチュエータＡ１，Ａ２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にコントロールされるロッド側室５内の圧力を乗じた収縮方向の推力を発揮する。

　さらに、アクチュエータＡ１，Ａ２に何ら推力を発揮させたくない場合、コントローラＣは、第一開閉弁９と第二開閉弁１１とを連通ポジションとしてアクチュエータＡ１，Ａ２をアンロードする。このアンロード状態では、ロッド側室５、ピストン側室６およびタンク７が第一通路８と第二通路１０によって互いに連通されてロッド側室５とピストン側室６との内部圧力がタンク圧となる。そのため、ポンプ１２が駆動中であるか否か、可変リリーフ弁２２の開弁圧の如何によらず、アクチュエータＡ１，Ａ２は何ら推力を発揮しない。

　また、アクチュエータＡ１，Ａ２にあっては、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と第二開閉弁１１の開閉のみでダンパとしても機能できる。また、アクチュエータＡ１，Ａ２をアクチュエータからダンパへ切換る際に、面倒かつ急峻な第一開閉弁９と第二開閉弁１１の切換動作を伴わないので、応答性および信頼性が高いシステムを提供できる。

　なお、本例のアクチュエータＡ１，Ａ２にあっては、片ロッド型に設定されているので、両ロッド型のアクチュエータと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が短くなって、鉄道車両への搭載性が向上する。

　また、本例のアクチュエータＡ１，Ａ２におけるポンプ１２からの作動油供給およ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へ還流するようになっている。そのため、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、シリンダ本体Ｃｙ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、推力発生の応答性の悪化を阻止できる。したがって、アクチュエータＡ１，Ａ２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ず、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、シリンダ本体Ｃｙ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もなくなり、保守面における労力とコスト負担を軽減できる。

　つづいて、コントローラＣは、図３に示すように、車体前側としての車体前部Ｂｆの横方向の加速度α１を検知する前側加速度センサ４１ｆと、車体後側としての車体後部Ｂｒの横方向の加速度α２を検知する後側加速度センサ４１ｒと、前後のアクチュエータＡ１，Ａ２が出力すべき目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌを求める制御演算部４４と、不感帯設定部４５と、目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌに基づいてモータ１５、第一開閉弁９、第二開閉弁１１、可変リリーフ弁２２を駆動する駆動部４６とを備えている。

　制御演算部４４は、本実施の形態では、図３に示すように、加速度α１，α２に基づいて各アクチュエータＡ１，Ａ２で個々に発生すべき目標制御力Ｆ１，Ｆ２を求める制御器４４ａと、目標制御力Ｆ１，Ｆ２を不感帯処理する不感帯処理部４４ｂとを備えている。

　制御器４４ａは、Ｈ∞制御器とされており、加速度α１，α２に基づいて、車体Ｂの中心である車体中心Ｇの水平横方向の加速度であるスエー加速度βと前後の台車Ｔ１，Ｔ２の直上における車体中心Ｇ周りの角加速度であるヨー加速度ωとを求める。そして、制御器４４ａは、スエー加速度βおよびヨー加速度ωに基づいて、各アクチュエータＡ１，Ａ２で個々に発生すべき目標制御力Ｆ１，Ｆ２を求める。具体的には、制御器４４ａは、スエー加速度βおよびヨー加速度ωから車体Ｂのスエー方向の振動を抑制するスエー抑制力ｆｓと車体Ｂのヨー方向の振動を抑制するヨー抑制力ｆωとを求める。さらに、制御演算部４４は、スエー加速度βとヨー加速度ωとを加算した値を２で割って前側アクチュエータＡ１の目標制御力Ｆ１を求め、スエー抑制力ｆｓからヨー抑制力ｆωを差し引いた値を２で割って後側アクチュエータＡ２の目標制御力Ｆ２を求める。

　さらに、不感帯処理部４４ｂは、目標制御力Ｆ１，Ｆ２の絶対値が不感帯設定値γ未満であると不感帯処理して最終的な目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌを０とする。また、最終的な目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌは、図示しないリミッタによって上限値を超える場合には上限値に制限されて、駆動部４６に入力される。

　駆動部４６は、モータ１５、第一開閉弁９、第二開閉弁１１および可変リリーフ弁２２を駆動するドライバ回路を備えている。駆動部４７は、目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌに応じて、各アクチュエータＡ１，Ａ２におけるモータ１５、第一開閉弁９、第二開閉弁１１および可変リリーフ弁２２へ供給する電流量を制御して、目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌ通りに各アクチュエータＡ１，Ａ２に推力を発揮させる。

　前述したように、アクチュエータＡ１，Ａ２の推力の調節は、可変リリーフ弁２２によって行われるので、駆動部４６は、最終的な目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌが指示する推力の大きさによって、可変リリーフ弁２２に与える目標電流を求めて、可変リリーフ弁２２に流れる電流量を目標電流となるように調節する。駆動部４６は、最終的な目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌから目標電流を求める際に最終的な目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌが指示する推力に制御ゲインを乗じて目標電流を求める。駆動部４６は、最終的な目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌが０である場合、第一開閉弁９および第二開閉弁１１を連通ポジションとしてアクチュエータＡ１，Ａ２をアンロードする。つまり、駆動部４６は、不感帯処理部４４ｂが目標制御力Ｆ１，Ｆ２の不感帯処理を行って最終的な目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌが０となるとアクチュエータＡ１，Ａ２をアンロードする。

　このように鉄道車両用制振装置１では、鉄道車両の走行区間に最適な最終的な目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌを求めるようになっており、アクチュエータＡ１，Ａ２が目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌを発揮して車体Ｂの振動を抑制する。

　つづいて、不感帯設定部４５は、不感帯処理部４４ｂにおける不感帯処理に利用される不感帯設定値γの値を設定する。以下、図４に示したフローチャートに即して不感帯設定部４５の処理について説明する。

　不感帯設定値γの値の設定には、異なるいくつかの処理の仕方がある。ここでは、車体ＢをアクチュエータＡ１，Ａ２で加振して不感帯設定値γを設定する処理について説明する。

　この場合、コントローラＣは、アクチュエータＡ１，Ａ２を駆動させて平坦な直線軌道上に停車中であって車体Ｂに外力が作用しない状態の鉄道車両の車体Ｂを予め決められた値の推力で加振する。なお、発明者は、アクチュエータＡ１，Ａ２にある程度大きな推力を発揮させる場合、車体Ｂの振動を励起してしまうモードが発生しないことを知見している。したがって、不感帯設定値γの設定のための車体Ｂの前記加振にあたっては、アクチュエータＡ１，Ａ２に車体Ｂの振動を励起する可能性がある推力を発揮させるようにする。その際の推力は、実際に振動試験を行って決定すればよく、本実施の形態では、実際に車体Ｂの振動の励起が生じなくなるのが５００Ｎを超える推力であったので、５００Ｎ以下に設定される。そして、アクチュエータＡ１，Ａ２の最大推力を５００Ｎ以下の予め決められた推力値にして伸縮させて車体Ｂにスエー加速度βのみが作用するように車体Ｂをスエー加振する（ステップＳ１）。

　コントローラＣは、前側加速度センサ４１ｆが検知する加速度α１と閾値αｒｅｆとを比較するとともに、後側加速度センサ４１ｒが検知する加速度α２と閾値αｒｅｆとを比較する。具体的には、α１≧αｒｅｆ、または、α２≧αｒｅｆであるか否かを判断する（ステップＳ２）。

　そして、ステップＳ２の判断で、α１≧αｒｅｆ、または、α２≧αｒｅｆでない場合、コントローラＣは、不感帯設定値γの値を変更せずに処理を終了する。他方、α１≧αｒｅｆ、または、α２≧αｒｅｆである場合、不感帯設定部４５は、不感帯設定値γの値を変更する（ステップＳ３）。具体的には、不感帯設定部４５は、α１≧αｒｅｆである場合、前側アクチュエータＡ１の目標制御力Ｆ１の不感帯処理に利用する不感帯設定値γの値を現在の値よりも大きな値に変更する。また、不感帯設定部４５は、α２≧αｒｅｆである場合、後側アクチュエータＡ１の目標制御力Ｆ１の不感帯処理に利用する不感帯設定値γを現在の値よりも大きな値に変更する。不感帯設定値γの単位はＮ（ニュートン）であって、不感帯設定値γの現在値をγ１とし、変更後の値をγ２とすると、不感帯設定部４５は、γ２＝γ１＋１００を演算して、不感帯設定値γの値を更新する。つまり、本実施の形態では、不感帯設定部４５は、不感帯設定値γを変更する場合、現在値よりも１００Ｎだけ大きくするように変更するが、どの程度大きくするかは任意に設定できる。また、本実施の形態では、不感帯設定値γの変更の要否判断において、車体Ｂの加速度α１，α２を用いているが、車体Ｂの振動を把握可能な情報を用いて前記要否判断を行えばよいので、車体Ｂの変位や速度といった他のパラメータで前記要否判断を行ってもよい。

　この不感帯設定部４５における不感帯設定値γの値の変更が終了すると、ステップＳ１の処理に戻って、コントローラＣは、アクチュエータＡ１，Ａ２を駆動して車体Ｂを再度加振し、ステップＳ２の判断を行って、加速度α１，α２が閾値αｒｅｆ以上か否かを判断し、不感帯設定値γの変更が必要であれば値を変更する。このようにコントローラＣは、加速度α１，α２が閾値αｒｅｆ未満となるまで、不感帯設定値γの値を１００Ｎずつ大きくする変更処理を繰り返し、加速度α１，α２が閾値αｒｅｆ未満となると処理を終了する。

　このように不感帯設定部４５は、車体Ｂの振動の励起が収まるように不感帯設定値γを変更し、最終的に、不感帯設定値γの値を車体Ｂの振動の励起が生じない値に設定する。したがって、不感帯設定部４５の不感帯設定値γの変更によって不感帯が広がって制御演算部４４が求める最終的な目標制御力Ｆ１Ｌ，Ｆ２Ｌが車体Ｂの振動を励起するような指令となるのを防止できる。なお、外気温が－３度の条件で車体Ｂを加振させた際のグラフを図５から図７に示す。図５（ａ）は、不感帯設定値γの値を３００Ｎとした場合の加速度α１の推移のグラフであり、図５（ｂ）は、不感帯設定値γの値を３００Ｎとした場合の加速度α２の推移のグラフである。図６（ａ）は、不感帯設定値γの値を４００Ｎとした場合の加速度α１の推移のグラフであり、図６（ｂ）は、不感帯設定値γの値を４００Ｎとした場合の加速度α２の推移のグラフである。図７（ａ）は、不感帯設定値γの値を５００Ｎとした場合の加速度α１の推移のグラフであり、図７（ｂ）は、不感帯設定値γの値を５００Ｎとした場合の加速度α２の推移のグラフである。この条件では、これらの各図から理解できるように、不感帯設定値γの値を４００Ｎとすると車体Ｂの振動の励起が抑制されるのが分かる。

　なお、不感帯設定値γの変更による不感帯の範囲の設定は、毎日行ってもよいし、定期点検時に行ってもよい。また、車体Ｂの振動の励起の一因は、アクチュエータＡ１，Ａ２内の作動油の温度の低下であるから、不感帯設定値γの変更による不感帯の範囲の設定は、季節の変わり目に行ってもよいし、鉄道車両の走行線区の変更があった場合に行うようにしてもよい。

　以上の通り、本発明の鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両の車体Ｂと台車Ｔ１，Ｔ２との間に介装されるとともにアンロード可能なアクチュエータ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、コントローラＣがアクチュエータＡ１，Ａ２の目標制御力Ｆ１，Ｆ２が０を含む範囲で設定される不感帯にあるとアクチュエータＡ１，Ａ２をアンロードする。

　このようにアクチュエータＡ１，Ａ２がアンロードされるとアクチュエータＡ１，Ａ２は不感帯では推力を発揮しなくなる。よって、本発明の鉄道車両用制振装置１によれば、アクチュエータＡ１，Ａ２内の作動油の温度が極低温となったり、アクチュエータＡ１，Ａ２の推力を調節するバルブ（可変リリーフ弁２２）の初期荷重の設定不良があったりしても、車体Ｂの振動の励起を抑制できる。

　また、不感帯を±４００Ｎ以上の範囲で設定すれば、車体Ｂの振動の励起を効果的に抑制できる。なお、作動油の温度によって車体Ｂの振動の励起を抑制できる不感帯設定値γは変化するが、不感帯を±４００Ｎ以上の範囲で設定すれば車体Ｂの振動の励起を概ね抑制できる。

　さらに、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１は、コントローラＣが車体Ｂの振動が閾値αｒｅｆ以上となると不感帯の範囲を大きくするように変更する。このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、本実施の形態のアクチュエータＡ１，Ａ２内の作動油温度の低下やアクチュエータＡ１，Ａ２の推力を調節するバルブ（可変リリーフ弁２２）の初期荷重の設定不良があっても、不感帯の範囲を最適化して車体Ｂの振動の励起を確実に阻止できる。なお、不感帯の範囲の変更は、前述したところでは、車体Ｂを実際に加振して振動が励起されないように不感帯設定値γをして行っているが、前述したように、車体Ｂの振動の励起の一因は、アクチュエータＡ１，Ａ２内の作動油の温度の低下である。よって、車体Ｂの加振による不感帯の範囲の設定に代えて、或いは、これに加えて、日付や外気温に応じて不感帯設定値γを変更してもよい。走行線区がある地域の当日の平均気温からアクチュエータＡ１，Ａ２内の作動油の温度を推定できる。すると、日付に応じて不感帯設定値γを変更すれば、車体Ｂの振動の励起が生じないように不感帯の範囲を設定できる。また、同様に、アクチュエータＡ１，Ａ２を取り囲む外気の温度が分かればアクチュエータＡ１，Ａ２内の作動油の温度を推定できる。よって、鉄道車両用制振装置１に温度センサを設けて、温度センサで検知した実際の外気温をコントローラＣで読み込んで、不感帯設定部４５が外気温に応じて不感帯設定値γを変更すれば、車体Ｂの振動の励起が生じないように不感帯の範囲を設定できる。気温が低下すればするほど、可変リリーフ弁２２での圧力損失が大きくなるから、不感帯設定値γを大きくすればよく、このようにして車体Ｂの振動の励起を抑制できる。このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、日付や気温によって不感帯の範囲を変更するので、温度条件に適した不感帯の範囲を設定して車体の振動の励起を自動的に抑制できる。

　さらに、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１は、アクチュエータＡ１，Ａ２がシリンダ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で区画したロッド側室５およびピストン側室６と、タンク７とを有し、アンロード時にロッド側室５とピストン側室６をタンク７に連通する。このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、アンロード時にロッド側室５とピストン側室６をタンク７に連通してロッド側室５とピストン側室６の内部をタンク圧にしてアクチュエータＡ１，Ａ２の推力を略０にできるから、車体Ｂの振動の励起を効果的に抑制できる。

　また、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１は、アクチュエータＡ１，Ａ２がシリンダ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で区画したロッド側室５およびピストン側室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、ロッド側室５とタンク７とを連通する排出通路２１と、排出通路２１に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁２２と、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう液体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へ向かう液体の流れのみを許容する吸込通路１９とを有している。このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、アンロード時にロッド側室５とピストン側室６をタンク７に連通してロッド側室５とピストン側室６の内部をタンク圧にしてアクチュエータＡ１，Ａ２の推力を略０にできるから、車体Ｂの振動の励起を効果的に抑制できる。また、このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、アクチュエータとしてだけではなく、セミアクティブダンパやパッシブダンパとしても機能できる。

　そして、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１は、アクチュエータＡ１，Ａ２が鉄道車両の車体Ｂと台車Ｔ１，Ｔ２との間に鉄道車両の進行方向に対して横向きに介装され、コントローラＣが車体Ｂの前後における鉄道車両の進行方向に対して横方向の加速度α１，α２から車体Ｂのヨー方向の振動を抑制するヨー抑制力ｆωとスエー方向の振動を抑制するスエー抑制力ｆｓを求め、前記ヨー抑制力ｆωと前記スエー抑制力ｆｓに基づいて目標制御力Ｆ１，Ｆ２を求めるようになっている。このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、前記ヨー抑制力ｆωと前記スエー抑制力ｆｓに基づいて目標制御力Ｆ１，Ｆ２を求めるから、車体Ｂの全体の振動をとらえて車体Ｂの振動を効果的に抑制できる。

　なお、本実施の形態では、車体Ｂの前後のアクチュエータＡ１，Ａ２をコントローラＣが前述のように制御しているが、アクチュエータＡ１とアクチュエータＡ２とを独立して制御するようにしてもよい。つまり、アクチュエータＡ１を車体Ｂの前側の振動のみに基づいて制御し、アクチュエータＡ２を車体Ｂの後側の振動のみに基づいて制御してもよい。本実施の形態では、コントローラＣの制御に際して、車体Ｂの加速度α１，α２に基づいて目標制御力Ｆ１，Ｆ２を求めているが、車体Ｂの振動を車体Ｂの変位や速度といった他のパラメータで把握して制御してもよい。

　以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。

　本願は、２０１８年３月２６日に日本国特許庁に出願された特願２０１８－０５８８７２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

　鉄道車両用制振装置であって、
　鉄道車両の車体と台車との間に介装されるとともにアンロード可能なアクチュエータと、
　前記アクチュエータを制御するコントローラとを備え、
　前記コントローラは、０を含む範囲で設定される不感帯に前記アクチュエータの目標制御力があると、前記アクチュエータをアンロードする
　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、
　前記不感帯は、前記目標制御力に対して±４００Ｎ以上の範囲で設定される
　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、
　前記コントローラは、前記車体の振動が閾値以上となると前記不感帯の範囲を大きくするように変更する
　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、
　前記コントローラは、日付或いは気温によって前記不感帯の範囲を変更する
　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、
　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に連結されるロッドと、
　前記シリンダ内に前記ピストンで区画したロッド側室およびピストン側室と、
　タンクとを有し、
　アンロード時に前記ロッド側室と前記ピストン側室を前記タンクに連通する
　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、
　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に連結されるロッドと、
　前記シリンダ内に前記ピストンで区画したロッド側室およびピストン側室と、
　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に設けた第二開閉弁と、
　前記ロッド側室へ液体を供給可能なポンプと、
　前記ポンプを駆動するモータと、
　前記ロッド側室と前記タンクとを連通する排出通路と、
　前記排出通路に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁と、
　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、
　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を有する
　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、前記鉄道車両の前記車体と前記台車との間に前記鉄道車両の進行方向に対して横向きに介装され、
　前記コントローラは、前記車体の前後における前記鉄道車両の進行方向に対して横方向の加速度から前記車体のヨー方向の振動を抑制するヨー抑制力とスエー方向の振動を抑制するスエー抑制力を求め、前記ヨー抑制力と前記スエー抑制力に基づいて前記目標制御力を求める
　鉄道車両用制振装置。