JPH11268647A - 鉄道車両用振動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 遠心力に対応する超過加速度による車体の大
きな変位の抑制を図ることができる鉄道車両用振動制御
装置を提供する。 【解決手段】 鉄道車両１が曲線路を走行していて遠心
力が作用した場合、ローパスフィルタがローパスフィル
タ処理を行って超過加速度を抽出し、超過加速度に応じ
た減衰力を発生するようにダンパ１１に対する制御量を
求める。曲線路を走行している際に左右方向の振動力を
受け、この振動力と曲線路走行による遠心力とが重畳す
るような場合に、超過加速度に応じてダンパ１１の減衰
力を大きくする。そして、このようにダンパ１１の減衰
力を大きくすることにより、車体３が左右方向に大きく
変位することが抑制され良好な乗り心地を維持できる。
従来技術で必要とされたストロークセンサなどのセンサ
を用いずに左右方向の変位を抑制するので、この分、装
置の簡素化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両用振動制
御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の鉄道車両用振動制御装置の一例と
して、軌道に沿って走行する台車と、この台車に水平方
向に変位可能に搭載される車体と、この車体と前記台車
との間に介装されて前記車体の水平横方向の変位を抑制
する減衰力調整可能のダンパと、台車に対する車体の水
平横方向の過大な変位を規制するストッパとを備えたも
のがある。

【０００３】この鉄道車両用振動制御装置では、車両が
曲線路（曲線軌道）を走行するとき、台車は軌道に拘束
されていて横方向（左右方向）にほとんど変位すること
はないが、車体は遠心力により外側方向に変位する。こ
の際、車体に外側方向の大きな振動（力）が加わると、
車体は外側に大きく変位してストッパに当接し、これに
より車体に衝撃を伴った振動が伝わって乗り心地を損ね
てしまうことが起こり得た。

【０００４】特に、ダンパの減衰力が小さい値に設定さ
れている場合には、車体の横方向への変位の抑制力が小
さくて車体のストッパへの当接を防止することが、より
難しいものになる。なお、近時、鉄道車両用振動制御装
置には、アクティブダンパシステムに比して簡易な構成
のセミアクティブダンパシステムが用いられるようにな
ってきているが、このセミアクティブダンパシステムを
用いた鉄道車両用振動制御装置では、車体が振動してい
ない状態では、ダンパの減衰力が、パッシブダンパシス
テムを用いた鉄道車両用振動制御装置のダンパの減衰力
に比して小さい値に設定されており、車体がストッパに
当接しやすかった。

【０００５】なお、上述した車体のストッパへの当接を
防止するために、ストロークセンサを設け、ダンパのス
トローク位置を検出し、ダンパのストロークエンド付近
でダンパの減衰力を大きくするように制御することが考
えられる。

【０００６】また、鉄道の場合、曲線路の位置及びカン
ト（曲線路の傾斜角度）等の線路諸元は不変であり、車
両の位置と速度が分かれば、遠心力に対応する超過加速
度を計算できることから、あらかじめ、曲線路の諸元を
記憶手段に記憶させておくと共に、車両の位置及び速度
を検出する位置センサ及び速度センサを設け、位置セン
サ及び速度センサの検出情報から超過加速度を計算した
上でダンパの減衰力を調整し、車体のストッパへの当接
を抑制することが考えられる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来技術では、車体のストッパへの当接を抑制する上で、
ストロークセンサを設けたり、位置センサ及び速度セン
サを設けたりする必要がある上、前記各センサを設ける
ことに伴い配線及び制御系が複雑化し、ひいては装置全
体が複雑化してしまうことになる。特にセミアクティブ
ダンパシステムを用いた鉄道車両用振動制御装置は、ア
クティブダンパシステムを用いた鉄道車両用振動制御装
置に比して簡易な構成で良好な制振制御を果たす利点を
有するものであるが、上述したように装置全体が複雑化
してしまうことにより、セミアクティブダンパシステム
を用いた鉄道車両用振動制御装置が有する前記利点が失
われてしまうことになる。

【０００８】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、車体に遠心力が作用するような場合にも、遠心力に
対応する超過加速度による車体の大きな変位の抑制を図
ることができる鉄道車両用振動制御装置を提供すること
を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、軌道に沿って
走行する台車に水平方向に変位可能に車体を搭載し、該
車体と前記台車との間に前記車体の水平横方向の変位を
抑制する減衰力調整可能のダンパを介装し、前記車体の
水平横方向の作動を加速度センサにより検出し、この加
速度センサの信号に基づいて前記ダンパの減衰力調整部
を制御するコントローラを設けた鉄道車両用振動制御装
置において、前記コントローラには、前記加速度センサ
が検出した前記車体に作用する遠心力に対応する超過加
速度に基づいて前記ダンパの減衰力調整部を制御する信
号を補正するようにした補正手段を設けたことを特徴と
する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の鉄
道車両用振動制御装置を図面に基づいて説明する。図１
及び図２において、１両の鉄道車両１は、前側、後側の
計２台の台車２ａ，２ｂと、この前側、後側の台車２
ａ，２ｂに搭載される１台の車体３とから大略構成され
ている。各台車２ａ，２ｂは、略矩形の基台４ａ，４ｂ
と、この基台４ａ，４ｂの下部側に設けた軸５ａ，５ｂ
に回動可能に支持された車輪６ａ，６ｂとからなり、車
輪６ａ，６ｂをレール７（軌道、図１０参照）に沿わせ
て走行するようになっている。

【００１１】車体３と台車２ａ，２ｂとの間には、空気
ばね、圧縮ばね等の弾性部材８が介装されており、車体
３が台車２ａ，２ｂに対して上下方向及び水平方向等
（三次元的）に変位可能とされている。前側、後側の台
車２ａ，２ｂの基台４ａ，４ｂの右側部分にはダンパ支
持体（以下、前台車、後台車のダンパ支持体という。）
９ａ，９ｂが設けられている。前台車、後台車のダンパ
支持体９ａ，９ｂに対応して、車体３の下部面部におけ
る左側部分には、ダンパ支持体（以下、車体前側、車体
後側のダンパ支持体という。）１０ａ，１０ｂが設けら
れている。前台車のダンパ支持体９ａと車体前側のダン
パ支持体１０ａとの間、及び後台車のダンパ支持体９ｂ
と車体後側のダンパ支持体１０ｂとの間には、減衰力調
整可能のダンパ１１が介装されており、車体３の水平横
方向の変位を抑制するようにしている。

【００１２】ダンパ１１は、油液等の流体が封入された
シリンダ１２と、シリンダ１２に変位可能に収納された
ピストン（図示省略）と、ピストンに固定され一端部が
シリンダ１２から突出するピストンロッド１３と、ピス
トンを含むシリンダ１２内に設けられて減衰力を発生す
る図示しない減衰力発生部と、オン、オフ可能でオフす
ることにより減衰力発生部が発生する減衰力（伸び側、
縮み側の減衰力）をパッシブダンパ相当にさせる電磁弁
１４と、減衰力発生部を制御する減衰力制御部（適宜、
前側、後側の減衰力制御部という。）１５とから大略構
成されている。

【００１３】前側のダンパ１１は、シリンダ１２を前台
車のダンパ支持体９ａに取付け、ピストンロッド１３の
一端側を車体前側のダンパ支持体１０ａに取付けて、前
記両ダンパ支持体９ａ，１０ａ間に介装されている。後
側のダンパ１１は、シリンダ１２を車体後側のダンパ支
持体１０ｂに取付け、ピストンロッド１３の一端側を後
台車のダンパ支持体９ｂに取付けて、前記両ダンパ支持
体９ｂ，１０ｂ間に介装されている。鉄道車両１が、例
えば図１０に示すように左カーブの曲線路を走行し、車
体３に遠心力が作用すると、前側のダンパ１１には、縮
み方向の力が、後側のダンパ１１には伸び方向の力が働
くことになる。そして、本実施の形態では、車体３に遠
心力が作用した際には、後述するように前側のダンパ１
１の縮み方向の減衰力および後側のダンパ１１の伸び方
向の減衰力を大きくし、車体３が遠心力により大きく左
右方向に変位することを防止するようにしている。

【００１４】車体３の前側部分及び後側部分には左右加
速度センサ１６（以下、適宜、前側、後側の左右加速度
センサ１６ａ，１６ｂという。）が設けられており、鉄
道車両１が曲線路を通過すること、鉄道車両１が軌道の
狂いなどによ左右振動（横風）を受けること、または鉄
道車両１が加減速すること等により車体３が受ける左右
方向（水平横方向）の振動（ヨー運動の左右方向成分を
含む）を検出するようにしている。鉄道車両１が直線路
を走行している際、左右振動を受けた場合等に、前側、
後側左右加速度センサ１６，１６は、例えば図７に示す
ような信号を出力することになる。前側、後側の左右加
速度センサ１６ａ，１６ｂ及び前側、後側の減衰力制御
部１５，１５には、図３に示すコントローラ１７が接続
されている。

【００１５】コントローラ１７は、図３に示すように、
図４に示す演算処理手順を示すプログラムや固定的なデ
ータ等を記憶するＲＯＭ１８と、演算結果や左右加速度
センサ１６からのデータ等を記憶するＲＡＭ１９と、前
側、後側の左右加速度センサ１６ａ，１６ｂのアナログ
出力値をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器２０と、
減衰力制御部１５に対する制御量をアナログ値に変換す
るＤ／Ａ変換器２１と、サンプリング時間ｔ_d （本実施
の形態では５ｍｓとしている。）を生成するタイマ２２
と、鉄道車両１が曲線路を通過する際の遠心力に対応す
る超過加速度を検出する超過加速度検出部２３と、超過
加速度検出部２３が検出した超過加速度に基づいてダン
パ１１の減衰力を算出し、この算出結果に基づいて減衰
力制御部１５を制御する超過加速度制御部２４と、前記
各構成部を制御する制御演算部２５と、から大略構成さ
れている。

【００１６】コントローラ１７は、ＲＯＭ１８に記憶し
たプログラムに基づいて演算処理を実行するようになっ
ている。このコントローラ１７の演算処理について、制
御ブロックを表すと図５に示すように、スカイフック制
御系Ａに超過加速度制御ブロックS9を付加したものにな
る。ここで、スカイフック制御系Ａは、車体３の振動速
度を利用して制振制御するものであり、大略次のように
構成されている。

【００１７】すなわち、スカイフック制御系Ａは、図５
及び図６に示すように、前側、後側の左右加速度センサ
１６ａ，１６ｂの検出信号のノイズ分をカットするノイ
ズフィルタ２９と、ノイズフィルタ２９からの信号をＡ
／Ｄ変換する前記Ａ／Ｄ変換部２０と、Ａ／Ｄ変換部２
０からの信号のうち高周波分を抽出する（低周波分をカ
ットする）ハイパスフィルタ（ＨＰＦ）３１と、ハイパ
スフィルタ３１からの信号（前側、後側の左右加速度セ
ンサ１６ａ，１６ｂの検出信号）に対する積分処理を行
って左右方向の速度を求める積分処理部３２，３２と、
両積分処理部３２，３２からの信号を加え合わせる加算
部３３と、加算部３３からの信号に所定の大きさのゲイ
ンを乗算する増幅部３４と、増幅部３４からの信号に基
づいて前側、後側の減衰力調整部用に減衰力変換を行う
２つの減衰力変換部（補正手段）３５，３５と、各減衰
力変換部３５，３５からの信号をＤ／Ａ変換する前記Ｄ
／Ａ変換部２１とからなり、２つのＤ／Ａ変換部２１，
２１が前側、後側の減衰力制御部１５，１５に接続され
ている。

【００１８】図５及び図６中、前記ハイパスフィルタ３
１、積分処理部３２、加算部３３、及び増幅部３４から
左右動制御ブロックS8が構成されている。左右動制御ブ
ロックS8は、ハイパスフィルタ３１でハイパスフィルタ
処理を行った（図４ステップS81 ）後、積分処理を行い
（ステップS82 ）、車体３の振動速度を求め、その振動
速度に応じた大きさのダンパ１１に対する制御量を求め
（ステップS83 ）、ステップS83 で求めた制御量にゲイ
ンを乗じて左右動制御ブロックS8の最終制御量を求める
（ステップS84 ）。

【００１９】前記超過加速度制御ブロックS9は、図５に
示すように、前記前側、後側のＡ／Ｄ変換部２０の出力
信号（前側、後側の左右加速度センサ１６ａ，１６ｂの
検出信号）のうち低周波分（鉄道車両１に作用する遠心
力に対応した超過加速度に相当する成分。図９参照）を
それぞれ抽出するローパスフィルタ（ＬＰＦ）３６，３
６と、２つのローパスフィルタ３６，３６が抽出した低
周波分を加え合わせる加算部３７と、加算部３７からの
信号に所定の大きさのゲインを乗算する増幅部３８と、
増幅部３８の出力信号と左右動制御ブロックS8の増幅部
３４の出力信号を加え合わせる加算部３９と、から大略
構成されている。

【００２０】この超過加速度制御ブロックS9では、ロー
パスフィルタ３６でローパスフィルタ処理を行って超過
加速度を抽出し（図４ステップS91 ）、超過加速度に応
じた大きさのダンパ１１に対する制御量を求め（ステッ
プS92 ）、ステップS92 で求めた制御量にゲインを乗じ
て超過加速度制御ブロックS9の最終制御量を求める（ス
テップS93 ）。鉄道車両１が曲線路を走行している際、
左右振動を受けた場合等に、前側、後側の左右加速度セ
ンサ１６ａ，１６ｂは、例えば図８に示すような信号
（曲線路走行により作用する遠心力に応じた低周波成分
〔超過加速度成分〕に左右振動などによる左右方向の振
動成分が重畳した信号）を出力することになるが、ロー
パスフィルタ３６でローパスフィルタ処理を行って超過
加速度を抽出することにより、ローパスフィルタ３６
は、例えば図９に示すような曲線路走行により作用する
遠心力に応じた低周波成分〔超過加速度成分〕を出力す
ることになる。

【００２１】次に、上述した構成のコントローラ１７の
演算内容を図４に基づいて説明する。コントローラ１７
は、制御を開始する（ステップS1）と、まず、１サンプ
リング前の制御周期で求め、ＲＡＭ１９の出力テーブル
（符号省略）に記憶されているダンパ１１の減衰力をＤ
／Ａ変換器２１でＤ／Ａ変換し、減衰力制御部１５へ出
力する（ステップS2）。次に、エラーの有無を判定（Ｄ
／Ａ変換の失敗、減衰力調整部内の図示しないアクチュ
エータの動作不良などのチェック）する（ステップS
3）。ステップS3でNO（エラーが有る。）と判定する
と、エラー処理（所定回数のリトライを行い、それでも
エラーがある（ＮＧとなる）とシステムフェイルとする
等の処置）を行う（ステップS4）。エラーには、Ａ／Ｄ
変換、Ｄ／Ａ変換の失敗、ノイズ等による信号不良、通
信（例えば上位コントローラとの通信）の失敗等の比較
的軽いエラーと、センサ、アクチュエータケーブルの断
線、コントローラの暴走等の致命的なエラーがあるが、
前記ステップS4では、前記比較的軽いエラー及び致命的
なエラーに応じて、次のような処理を行う。すなわち、
比較的軽いエラーの場合は所定回数のリトライを行い、
それでもＮＧの場合はシステムフェイルとする。また、
致命的なエラーの場合は、直ちにシステムフェイルとす
る。

【００２２】ステップS3でYES （エラーが無い。）と判
定すると、Ａ／Ｄ変換器２０で左右加速度センサ１６か
らの信号をＡ／Ｄ変換する（ステップS5）。ステップS5
に続いて、エラーの有無を判定（Ａ／Ｄ変換結果のチェ
ック）する（ステップS6）。ステップS6では、例えば
センサ信号の値が、あり得ない値ではないか？前後の
センサ信号の値が掛け離れていないか？等の判定を行
う。ステップS6でNO（エラーが有る。）と判定すると、
エラー処理（所定回数のリトライを行い、それでもＮＧ
の場合はシステムフェイルとする。）を行う（ステップ
S7）。

【００２３】ステップS6でYES （エラーが無い。）と判
定すると、上述した左右動制御ブロックS8（便宜上、符
号S8で示す。）及び超過加速度制御ブロックS9（便宜
上、符号S9で示す。）による制御を並列して行う。

【００２４】左右動制御ブロックS8及び超過加速度制御
ブロックS9で求めたダンパ１１に対する制御量を足し合
わせて、最終的なダンパ１１に対する制御量を求める
（ステップS11 ）。ステップS11 に続いて、前記最終的
なダンパ１１に対する制御量に応じた大きさのダンパ１
１が発生すべき減衰力を求め（ステップS12 ）、前記最
終的なダンパ１１に対する制御量を前記出力テーブルに
書込み（ステップS13 ）、処理を終了する。

【００２５】上述した構成の鉄道車両用振動制御装置に
よれば、鉄道車両１が曲線路を走行していて遠心力が作
用した場合、ローパスフィルタ３６がローパスフィルタ
処理を行って超過加速度を抽出し、超過加速度に応じた
ダンパ１１に対する制御量を求め、鉄道車両１が曲線路
を走行している際に仮に左右振動等による左右方向の振
動力を受け、この振動力と前記曲線路走行による遠心力
とが重畳するような場合に、超過加速度に応じてダンパ
１１の減衰力を大きくする。そして、このようにダンパ
１１の減衰力を大きくすることにより、車体３が左右方
向に大きく変位することが抑制され良好な乗り心地を維
持することができる。また、従来技術では、ストローク
センサなどのセンサが必要であったが、本実施の形態で
は、ストロークセンサなどを用いずに左右方向の変位を
抑制するので、ストロークセンサなどを用いない分、装
置の簡素化を図ることができる。

【００２６】また、車体３と台車２ａ，２ｂとの間に左
右方向の変位を規制するストッパを設けた場合にも、曲
線路走行による遠心力に基づいてダンパ１１の減衰力を
大きくして車体３が左右方向に大きく変位することを抑
制するので、車体３がストッパ（台車２ａ，２ｂ）に当
接して大きな衝撃力を受けるようなことがなくなり、乗
り心地の向上を図ることができる。また、車体３とスト
ッパ（台車２ａ，２ｂ）との当接に伴う衝撃によって鉄
道車両１が損傷するようなことを防止できるので、鉄道
車両１の耐用年数を長くすることができる。本実施の形
態では、ストッパを有しておらず、その分、構成が簡素
化されている。なお、上記実施の形態における減衰力変
換部（補正手段）３５は、プログラムにあらかじめ格納
した処理内容で構成してもよいし、あるいはワイヤード
ロジック回路で構成してもよい。

【００２７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
た鉄道車両用振動制御装置であるから、鉄道車両が曲線
路を走行していて遠心力が作用した場合、遠心力に対応
する超過加速度を検出し、超過加速度に基づいてダンパ
の減衰力を調整するので、鉄道車両が曲線路を走行して
いる際に左右方向の振動力を受けて、この振動力と前記
曲線路走行による遠心力とが重畳するような場合にも、
超過加速度に応じてダンパの減衰力を大きくすることが
可能となり、ダンパの減衰力を大きくすることにより、
車体が左右方向に大きく変位することが抑制され良好な
乗り心地を維持することができる。

【００２８】また、従来技術では、左右方向の変位を抑
制するためにストロークセンサなどのセンサを設けるよ
うにしているが、本発明では上記ストロークセンサなど
を用いずに左右方向の変位を抑制するので、ストローク
センサなどを用いない分、装置の簡素化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の鉄道車両用振動制御装
置を模式的に示す背面図である。

【図２】図１の鉄道車両用振動制御装置を模式的に示す
平面図である。

【図３】図１のコントローラを示す回路図である。

【図４】図１のコントローラの演算処理内容を示すフロ
ーチャートである。

【図５】図１のコントローラの機能を示すためのブロッ
ク図である。

【図６】図５のスカイフック制御系を示すブロック図で
ある。

【図７】直線路走行時の左右加速度センサの出力信号の
一例を示す波形図である。

【図８】曲線路走行時の左右加速度センサの出力信号の
一例を示す波形図である。

【図９】図８の信号を入力した際の図５のローパスフィ
ルタの出力信号の一例を示す波形図である。

【図１０】鉄道車両の曲線路走行状態の一例を示す背面
図である。

【符号の説明】

１ 鉄道車両 ２ａ，２ｂ 前側、後側の台車 ３ 車体 １１ ダンパ １４ 電磁弁（減衰力調整手段） １７ コントローラ ３５ 減衰力変換部（補正手段） ３６ ローパスフィルタ（超過加速度検出手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 軌道に沿って走行する台車に水平方向に
   変位可能に車体を搭載し、該車体と前記台車との間に前
   記車体の水平横方向の変位を抑制する減衰力調整可能の
   ダンパを介装し、前記車体の水平横方向の作動を加速度
   センサにより検出し、この加速度センサの信号に基づい
   て前記ダンパの減衰力調整部を制御するコントローラを
   設けた鉄道車両用振動制御装置において、 前記コントローラには、前記加速度センサが検出した前
   記車体に作用する遠心力に対応する超過加速度に基づい
   て前記ダンパの減衰力調整部を制御する信号を補正する
   ようにした補正手段を設けたことを特徴とする鉄道車両
   用振動制御装置。