JP2000088044A

JP2000088044A - 車両用動吸振器

Info

Publication number: JP2000088044A
Application number: JP10258814A
Authority: JP
Inventors: Kimiaki Sasaki; 君章佐々木; Yoshio Sugawara; 能生菅原; Tatsuya Ganmi; 龍也願海; Yuji Fujinuma; 勇二藤沼; Koji Fukui; 宏治福井
Original assignee: Railway Technical Research Institute; Tokico Ltd
Current assignee: Railway Technical Research Institute; Tokico Ltd
Priority date: 1998-09-11
Filing date: 1998-09-11
Publication date: 2000-03-28

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は車両本体の曲げ振動を制振すること
を課題とする。【解決手段】車両本体１２の長手方向の中央部分に
は、車両用動吸振器２５が取り付けられている。この車
両用動吸振器２５は、モータ３６により弾性体３２，３
３のばね定数を変化させる。また、車両用動吸振器２５
では、付加質量２６は、支柱３４により支持されたベー
ス５１と、ベース５１の下面に取り付けられた車両搭載
機器５２とからなる。従って、ベース５１の質量と車両
搭載機器５２の質量とを合わせた質量が付加質量２６と
して機能する。車両搭載機器５２は、比較的重量の大き
いトランスからなる。そのため、車両搭載機器５２と同
一の重りを設けるよりも車両本体１２の負担を軽減する
ことができると共に、トランスの取付スペースを有効利
用することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は車両用動吸振器に係
り、特に車両の長手方向で発生する曲げ振動を制振する
よう構成した車両用動吸振器に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば鉄道用車両においては、レールを
走行する台車の上方に車両本体が支持される構成であ
り、台車と車両本体との間には車輪からの振動を吸収す
るオイルダンパや空気ばねやコイルばねが設けられてい
る。これらは、パッシブ（受動）形であり車両本体を剛
体としたときの固有振動数を吸収するように製作されて
いる。

【０００３】そのため、車両がレール上を走行する際に
発生する振動が低周波数の場合は、上記オイルダンパや
空気ばねやコイルばねにより振動が吸収されて車両は安
定に走行することができる。しかし、高速走行時に発生
する高周波数の振動は、オイルダンパ、空気ばね、コイ
ルばね等により吸収することができず、例えば高速走行
時に高周波の振動が車両本体に発生することがある。

【０００４】さらに、近年では、車両の最高速度がより
高速化されると共に、車両の軽量化も進められている。
その結果、十分な車体剛性の確保が難しくなり、車両の
長手方向の中間部分を腹とする曲げ振動が発生しやくな
る。すなわち、車両の台車支持点付近が節となり、車両
の長手方向の中間部分が上下方向に大きく振動する。こ
のような車両の曲げ振動を制振するため、車両の長手方
向の中間部分に振動を制振するための動吸振器を取り付
けることが研究されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のように車両の中
間部分に取り付けられる動吸振器としては、例えば可変
ばねの保持機構部が構造物に固定され、弾性体を変形さ
せることによりバネ定数を変化させていた。しかしなが
ら、このような動吸振器では、以下のような問題があ
る。（１）上記のような車両用動吸振器では、弾性体を変形
させるときに弾性体を保持している保持部材を移動また
は変形させる必要が有るが、保持部材が振動している構
造物に固定されているため、弾性体を変形させるために
多大な力が必要になる。（２）そのため、上記弾性体を変形させるのにアクチュ
エータも大型になり、装置全体が重く大型化してしま
う。（３）さらに、大型のアクチュエータを用いると、弾性
体を変形させるのに時間がかかり、ばね定数を変化させ
るまでの応答性が遅れて動吸振器による制振効果が低下
する。

【０００６】従って、列車の車体に曲げ応力による振動
を制振するための動吸振器を設置させた場合、鉄道車両
には共振周波数の近接した複数の共振モードがあり、走
行速度や軌道狂い等の条件により周波数が変化するの
で、上記のような理由により従来の動吸振器では、対応
することができないといった問題がある。（４）また、列車の車体の下面側には、各種車両搭載機
器が多数設けられており、車両用動吸振器の設置スペー
スを確保することが難しく、車両用動吸振器の取付位置
を曲げ応力による振動の腹と一致させることが困難であ
る場合がある。あるいは、車両用動吸振器が曲げ応力に
よる振動の腹となる位置に取り付けられると、車両用動
吸振器に周囲に各車両搭載機器を配置することになり、
各車両搭載機器の配置が制約されることになる。

【０００７】そこで、本発明は上記課題を解決した車両
用制振装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は以下のような特徴を有する。上記請求項１
記載の発明は、車両の長手方向で発生する曲げ振動の腹
に位置するように設けられた弾性体と、該弾性体に変位
可能に支持された付加質量と、を有する車両用動吸振器
であって、前記付加質量は、前記車両に搭載される車両
搭載機器であることを特徴とするものである。

【０００９】従って、請求項１記載の発明によれば、付
加質量が車両に搭載される車両搭載機器であるため、車
両搭載機器とは別個の付加質量を取り付ける必要がな
く、車両の設置スペースを有効に利用することができ
る。また、上記請求項２記載の発明は、上記請求項１記
載の車両用動吸振器であって、前記車両搭載機器は、電
気機器であることを特徴とするものである。

【００１０】従って、請求項２記載の発明によれば、付
加質量としての車両搭載機器が電気機器であるため、比
較的重量のある電気機器を付加質量とすることにより制
振効果を高めることができる。また、上記請求項３記載
の発明は、上記請求項１記載の車両用動吸振器であっ
て、前記車両搭載機器は、水が貯溜された水タンクであ
ることを特徴とするものである。

【００１１】従って、請求項３記載の発明によれば、付
加質量としての車両搭載機器が水が貯溜された水タンク
であるため、比較的重量のある水タンクを付加質量とす
ることにより制振効果を高めることができる。また、上
記請求項４記載の発明は、上記請求項１記載の車両用動
吸振器であって、前記車両に対し摺動可能に取り付けら
れ、前記弾性体を保持する保持部材と、前記保持部材と
の間で前記振動方向と直交する方向から前記弾性体を変
形させるように駆動されるアクチュエータと、を備えて
なることを特徴とするものである。

【００１２】従って、請求項４記載の発明によれば、弾
性体を保持する保持部材との間で振動方向と直交する方
向から弾性体を変形させると共に、保持部材が摺動可能
に設けられているので、比較的小さな力で弾性体を変形
させることができ、アクチュエータの小型化を図ること
ができる。さらに、装置全体の軽量化を図れると共に、
弾性体を変形させる際の応答性を向上させることができ
る。

【００１３】また、上記請求項５記載の発明は、上記請
求項１記載の車両用動吸振器であって、前記車両の応答
を高速フーリエ変換することにより振動周波数を求め、
その周波数に応じて前記付加質量の振動数を設定するよ
うに前記アクチュエータを駆動させる制御手段を設けた
ことを特徴とするものである。

【００１４】従って、請求項５記載の発明によれば、振
動の応答を高速フーリエ変換することにより振動周波数
を求め、その周波数に応じて付加質量の振動数を設定す
るため、制御対象の振動特性の変化に影響を受けること
なく制振制御を行える。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下図面と共に本発明の実施の形
態について説明する。図１は本発明になる車両用動吸振
器の一実施例が適用された鉄道用車両を示す側面図であ
る。図１に示されるように、鉄道車両１１は、概略、車
両本体１２の前部と後部が台車１３，１４により支持さ
れている。台車１３，１４には、夫々空気ばね１５，１
６と、軸ばね１７〜２０と、輪軸２１〜２４などが設け
られている。

【００１６】また、車両本体１２の長手方向の中央部分
には、車両用動吸振器２５が取り付けられている。この
車両用動吸振器２５は、台車１３，１４に支持された車
両本体１２の前後端部が節となり、車両本体１２の長手
方向の中央部分を腹として振動する曲げ振動を制振する
ように構成されている。また、車両用動吸振器２５は、
付加質量２６を可変ばね機構２７と減衰機構２８とによ
り吊下してなるパッシブ形の動吸振器である。また、車
両本体１２の長手方向の中央部分には、振動を検出する
ためのセンサ２９が設置されている。尚、センサ２９と
しては、例えば振動の振幅を検出する変位センサ、振動
の速度を検出する速度センサ、振動の加速度を検出する
加速度センサ等から構成されている。

【００１７】このセンサ２９により検出された振動検出
信号は、制御装置３０に入力される。そして、制御装置
３０では、センサ２９から出力された振動検出信号に応
じて可変ばね機構２７を駆動させてばね定数を変化させ
る。そして、可変ばね機構２７は、付加質量２６の振動
周波数を車両本体１２の振動周波数に合わせることによ
り車両本体１２の長手方向の中央部分での振動を減衰さ
せることができる。

【００１８】上記のような構成された車両用動吸振器２
５において、付加質量２６、可変ばね機構２７のばね定
数、減衰機構２８の関係は、以下の最適同調の式によっ
て求められる値となっている。ｍ＝μＭ … （１）ｋ＝ｍ（Ｋ／Ｍ）／（１＋μ）² … （２）ｃ＝２√ｍｋ√３μ／［８（１＋μ）］ … （３）ここで、上記式（１）〜（３）の各記号は以下の通りで
ある。ｍ：付加質量２６の質量ｋ：可変ばね機構２７のばね定数Ｃ：減衰機構２８の減衰係数 μ：質量比（ｍ／Ｍ）Ｍ：車両本体１２の質量Ｋ：車両本体１２のばね定数である。

【００１９】次に、車両用動吸振器２５の構成について
説明する。図２は車両用動吸振器２５の構成を説明する
ための構成図である。また、図３は可変剛性部の構成図
である。図２及び図３に示されるように、車両用動吸振
器２５は、車両本体１２の長手方向の中央部分に取り付
けられており、車両本体１２の上下方向の振動を制振す
るように設けられた付加質量２６と、付加質量２６を支
持する可変剛性部４７とから構成されている。可変剛性
部４７は、一対の支持部２８，２９を介して車両本体１
２の下面に取り付けられている。また、一対の支持部２
８，２９は、車両本体１２の下面に固定された取付ベー
ス１２ａの下面に左右方向（Ｘ方向）に移動可能に設け
られている。

【００２０】可変剛性部４７は、支持部２８，２９に結
合されて下方に延在する一対の弾性体保持板３０，３１
と、一対の弾性体保持板３０，３１間に保持された一対
の弾性体３２，３３と、弾性体３２と３３との間に挟持
され付加質量２６を支持する支柱３４と、弾性体３２，
３３を変形させるアクチュエータ３５とからなる。アク
チュエータ３５は、弾性体保持板３１の側面から突出す
る一対のブラケット３１ａ，３１ｂにより支持されたモ
ータ３６と、上記弾性体保持板３０，３１及び弾性体３
２，３３及び支柱３４の内部に形成された中空部３７に
挿通されたボールねじ３８と、ボールねじ３８の一端と
モータ３６の駆動軸３６ａとの間を連結するカップリン
グ３９と、弾性体保持板３０の側面に固定されボールね
じ３８の他端に螺合するボールナット４０とから構成さ
れている。

【００２１】尚、弾性体３２，３３は、上記実施例と同
様に高減衰ゴム等を用いることによりバネ機構と減衰機
構とを併せ持っている。付加質量２６は、弾性体３２，
３３に挟持された支柱３４により支持されているので、
上下方向（Ｙ方向）に振動して車両本体１２の曲げ振動
を制振する。また、ボールナット４０は、弾性体保持板
３０の側面から突出するガイドピン４１，４２に嵌合し
て軸回りの回転が規制されている。そのため、モータ３
６の回転力がカップリング３９を介してボールねじ３８
に伝達されると、ボールナット４０がＸ方向に移動す
る。

【００２２】このように、ボールねじ３８が回転駆動さ
れることにより、弾性体３２，３３を支持する弾性体保
持板３０，３１に振動方向（Ｙ方向）と直交するＸ方向
からの圧縮又は引っ張り荷重が付与されて弾性体３２，
３３を変形させる。これにより、弾性体３２，３３のば
ね定数が変化して付加質量２６の振動周波数を最適同調
させることができる。

【００２３】上記付加質量２６は、支柱３４により支持
されたベース５１と、ベース５１の下面に取り付けられ
た車両搭載機器５２とからなる。従って、ベース５１の
質量と車両搭載機器５２の質量とを合わせた質量が付加
質量２６として機能する。また、車両搭載機器５２は、
比較的重量の大きいトランスからなる。そのため、車両
搭載機器５２と同一の重りを設けるよりも車両本体１２
の負担を軽減することができると共に、トランスの取付
スペースを有効利用することができる。

【００２４】また、複数の車両搭載機器５２をベース５
１に取り付ける構成として所定の質量を確保することが
できるので、ベース５１に複数のトランスを設けるよう
にしても良いし、あるいはトランス以外の車両搭載機器
（例えば水が貯溜された水タンクやインバータやバッテ
リやコンプレッサ等）を付加質量として用いる構成とし
ても良い。

【００２５】従って、付加質量２６の一部がトランス等
の車両搭載機器５２により構成されているので、その分
ベース５１の質量が小さくて済む。また、車両用動吸振
器２５の設置スペースに車両搭載機器５２を設けること
ができるので、車両用動吸振器２５の取付位置が車両搭
載機器５２により規制されにくくなり、車両用動吸振器
２５の設置スペースを確保することが容易となる。その
ため、車両用動吸振器２５は、周囲の車両用動吸振器の
取付位置に影響されずに曲げ応力による振動の腹と一致
する場所に取り付けられる。

【００２６】また、車両用動吸振器２５が曲げ応力によ
る振動の腹と一致する場所に設置されるても、その設置
スペースに車両搭載機器５２が付加質量２６として設け
られているので、他の車両搭載機器の配置を制約するこ
とがない。また、ベース５１には、車両本体１２から下
方に延在されたガイドロッド５３が挿通される挿通孔５
４がガイドロッド５３の延在方向（上下方向）に貫通さ
れている。この挿通孔５４の内周には、ガイドロッド５
３との摺動抵抗を減少させるため、四フッ化エチレン樹
脂等からなる低摩擦部材５５が充填されている。

【００２７】また、ベース５１は、車両搭載機器５２と
挿通孔５４との間を連通するように形成された通路５６
を有する。この通路５６は、挿通孔５４の側方に設けら
れたた電極収納室５７に連通されており、通路５６内に
電線６２が挿通されている。電極収納室５７には、電極
５８と、電極５８を挿通孔５４側に押圧するコイルバネ
５９とが収納されている。

【００２８】また、低摩擦部材５５は、電極５８の摺動
範囲に対応する開口５５ａを有する。そのため、電極５
８は、コイルバネ５９に押圧されてガイドロッド５３の
外周に当接する。さらに、ベース５１の挿通孔５４に挿
入されるガイドロッド５３の外周には、電極５８が接触
する電極６０が取り付けられている。電極６０は、ガイ
ドロッド５３の延在方向に長く形成されており、付加質
量２６が上下方向に揺動して制振動作する際、電極５８
を摺動することにより電気的な導通状態を維持する。そ
して、ガイドロッド５３の内部には、電極６０に接続さ
れた電線６１が装架されている。

【００２９】そのため、車両搭載機器５２がベース５１
と共に制振動作して場合でもコイルバネ５９に押圧され
た電極５８がガイドロッド５３の外周に設けられた電極
６０を摺動するため、車両搭載機器５２から車両本体１
２へ電流を流すことができると共に、車両本体１２から
の電流を車両搭載機器５２へ供給することができる。よ
って、車両搭載機器５２と車両本体１２の間で電線を露
出させずに済む。さらに、車両搭載機器５２と車両本体
１２との間を接続する電線６１，６２は、露出しない構
成であるので、断線等が生じにくい状態に配線されてい
る。

【００３０】また、上記のように電極５８がコイルバネ
５９のバネ力によりガイドロッド５３に設けられた電極
６０に押圧されると、電極５８と電極６０との間の摩擦
力による減衰力がベース５１に付与されることになる。
そのため、ベース５１及び車両搭載機器５２が上下方向
に制振動作するとき、この制振動作を減衰するための減
衰機構を別個に設ける必要がない。

【００３１】ここで、上記弾性体３２，３３の変形とせ
ん断ばね定数ｋｓとの関係について説明する。弾性体３
２，３３のＸ方向の厚さをｈ、弾性体３２，３３の受圧
面積をＡ１、弾性体３２，３３のせん断剛性をＧ、弾性
体３２，３３の断面２次モーメントをＩ、とすると、せ
ん断ばね定数ｋｓは次式のように表せる。

【００３２】ｋｓ＝Ｇａｐ＊Ａ１／ｈ … （４）Ｇａｐ＝Ｇ／（１＋Ａ１＊ｈ²／３６／Ｉ） … （５）ここで、Ｇａｐは見かけのせん断剛性である。また、圧
縮荷重作用時のせん断ばね定数ｋｓは、次式のように表
せる。ｋｓ＝（１＋ε）＊Ｇａｐ／ｈ＊Ａ１ … （６）尚、上式（６）において、εは縦ひずみ率である。

【００３３】したがって、モータ３６を回転駆動させて
弾性体３２，３３を弾性変形させることにより、弾性体
３２，３３のせん断ばね定数ｋｓを変えることが可能で
ある。よって、弾性体３２，３３のせん断ばね定数ｋｓ
は、モータ３６の回転駆動力がボールねじ３８に伝達さ
れてボールナット４０がＸ方向に移動することにより弾
性体３２，３３が変形し、その変形量に応じた数値に設
定される。

【００３４】次に、上記制御装置３０が実行する弾性体
３２，３３のせん断ばね定数ｋｓを設定する際の制御処
理につき図４のフローチャートを参照して説明する。図
４中、制御装置３０は、ステップＳ１（以下「ステッ
プ」を省略する）で制御対象周波数の最大値ｆｍ、
サンプリグ周波数ｆｓ＝２ｆｍ、アンチエイリアシン
グフィルタのカットオフ周波数ｆａｃ＝ｆｍ、弾性体
３２，３３のせん断ばね定数ｋｓ等のデータ収集条件を
設定する。

【００３５】まず、解析対象である車両本体１２の振動
周波数を設定する。次に制御対象である車両本体１２の
振動周波数を最大でもｆｍＨｚとすると、サンプリング
定理によりサンプリングタイムΔｔは、Δｔ＝１／（２
ｆｍ）より短い等間隔サンプルにより一意的に決定でき
る。例えば、制御対象の周波数を最大で２０Ｈｚとする
と、アンチエイリアシングフィルタであるローパスフィ
ルタのカットオフ周波数は、その周波数にあわせて２０
Ｈｚに設定する。また、この時のサンプリング周波数
は、サンプリング定理よりその２倍の４０Ｈｚ以上とな
る。

【００３６】そして、基本波周波数は、サンプリング周
波数をデータ数で割った値となるので、スペクトルの分
解能にあわせてデータ数を決める。ただし、高速フーリ
エ変換（ＦＦＴ：Fast Fourier Transform) を行うた
め、データ数は２のべき乗個に限るものとする。例え
ば、４０Ｈｚのサンプリング周波数でデータ数を５１２
個とすると、４０÷５１２≒０．０８Ｈｚが基本波周波
数となる。

【００３７】ここで、弾性体３２，３３のせん断ばね定
数ｋｓの初期値として、弾性体３２，３３が自然長の時
の値を設定しておく。次のＳ２では、車両本体１２の長
手方向の中央部分に設置されたセンサ（例えば、加速度
センサやひずみゲージなどからなる）２９により計測さ
れた連続記録不規則データｘ（ｔ）を入力する。

【００３８】続いて、Ｓ３で、センサ２９により計測さ
れた計測データをハイパスフィルタに通してドリフト成
分を除去した後、Ｓ４で計測データを保存する。また、
連続記録不規則データｘ（ｔ）が時間間隔Δｔでサンプ
リングされた離散データ列｛ｘｎ｝について、有限の時
間区間Ｔ、データのサンプル数をＮとして、高速フーリ
エ変換（ＦＦＴ）処理を行うので、Ｓ５では観測時間Ｔ
が経過したかどうかを判断する。

【００３９】例えば、サンプリング周波数を４０Ｈｚ、
データのサンプル数Ｎを５１２個とすると、ＴはΔｔ×
Ｎ＝１２．８秒となる。上記Ｓ５において、観測時間Ｔ
が経過すると、Ｓ６に進み、高速フーリエ変換（ＦＦ
Ｔ）処理を行う。次に、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）処
理の結果は複素数なので、処理結果の絶対値をＳ７で求
めることにより振幅スペクトルを求める。

【００４０】そして、Ｓ８において振幅スペクトルが最
大となる次数と基本波周波数から振幅スペクトルが最大
となる周波数ｆmax を求める。この振幅スペクトルが最
大となる周波数ｆmax と空気ばね１５，１６の圧力から
容易に求められる車両本体１２の質量から決定される車
両本体１２のばね定数から最適同調の式より動吸振器の
ばね定数、すなわち、弾性体３２，３３のせん断ばね定
数ｋｓ’を求める。そして、次のＳ９では、このせん断
ばね定数ｋｓ’と、予め設定しておいた弾性体３２，３
３のせん断ばね定数ｋｓとを比較する。

【００４１】Ｓ９において、せん断ばね定数ｋｓ’とせ
ん断ばね定数ｋｓとが異なっていた場合には、Ｓ１０に
進み、せん断ばね定数ｋｓを再設定する。また、Ｓ９に
おいて、せん断ばね定数ｋｓ’とせん断ばね定数ｋｓと
が等しいときは、上記Ｓ２に戻り、Ｓ２以降の処理を繰
り返す。このように、せん断ばね定数ｋｓは、常に車両
本体１２の振動周波数に応じた値に設定され、Ｓ２〜Ｓ
１０の処理が実行される度に更新される。従って、乗客
数の変動等により車両本体１２の質量が変動してもその
都度、車両本体１２の振動周波数に対応した適正なせん
断ばね定数ｋｓが設定される。

【００４２】また、制御装置３０では、振動の応答を高
速フーリエ変換することにより振動周波数を求め、その
周波数に応じて付加質量の振動数を設定するため、制御
対象である車両本体１２の振動特性（質量や走行速度
等）の変化に影響を受けることなく制振制御を行える。
図５は制御装置３０が実行する弾性体３２，３３のせん
断ばね定数ｋｓを設定する際の制御処理の変形例を説明
するためのフローチャートである。

【００４３】図５中、制御装置３０は、Ｓ１１で車両本
体１２の長手方向の中央部分に設置された歪みゲージや
加速度センサ等からなるセンサ２９により計測された連
続記録不規則データｘ（ｔ）が入力されると、Ｓ１２で
計測データの保存を行う。次のＳ１３では、ある一定時
間が経過したか否かを判断する。そして、Ｓ１３で一定
時間が経過すると、Ｓ１４に進み、その一定時間の平均
値を求める。次のＳ１５では、せん断ばね定数ｋｓを一
定の割合で高くし、Ｓ１６〜Ｓ１８で次の一定時間の平
均値を求める。すなわち、Ｓ１６で車両本体１２の長手
方向の中央部分設置されたセンサ２９により計測された
連続記録不規則データｘ（ｔ）が入力される。次のＳ１
７では、ある一定時間が経過したか否かを判断する。そ
して、Ｓ１７で一定時間が経過すると、Ｓ１８に進み、
今回の一定時間の平均値を求める。

【００４４】そして、Ｓ１９では、この平均値と前の平
均値を比較する。このＳ１９において、今回の平均値が
前の平均値以下であれば、Ｓ２０で同様にせん断ばね定
数ｋｓを一定の割合で高くする。しかし、Ｓ１９におい
て、今回の平均値が前の平均値より大きくなっていた場
合は、Ｓ２１に進み、逆にせん断ばね定数ｋｓを一定の
割合で小さくする。次のＳ２２では、データのサンプル
数ＮをＮ＋１として前述したＳ１６に戻り、Ｓ１６以降
の処理を繰り返す。

【００４５】これにより、制御装置３０は、上記のよう
に平均値を比較して今回の平均値が前の平均値以下であ
れば、そのときの演算処理（例えば、せん断ばね定数ｋ
ｓを一定の割合で高くする）を継続し、今回の平均値が
前の平均値より大きくなっていた場合は、逆の演算処理
（例えば、せん断ばね定数ｋｓを一定の割合で小さくす
る）を行う。従って、上記のようにセンサ２９により検
出された振動状態の検出信号を基に動吸振器の周波数を
設定するので、車両用動吸振器４５は制御対象である車
両本体１２の質量や振動周波数等の特性の変化に影響を
受けることがなく車両本体１２の曲げ振動を制振するこ
とができる。

【００４６】さらに、制御装置３０は、制御対象の振動
特性に応じて制振制御を行うため、事前に車両本体１２
の振動特性を測定しなくても制御を行うことができると
共に、刻々と変化する車両本体１２の質量（乗客数）や
走行速度等による振動周波数の変化にも対応して制振処
理を行う。次に、線形予測モデルを用いた制御対象周波
数の抽出について説明する。

【００４７】制御対象である車両本体１２の底面に設置
された加速度センサやひずみゲージなどよりなるセンサ
１２で計測されたデータは、あらかじめ異常値の除去、
ハイパスフィルタによる低周波外乱の除去、ローパスフ
ィルタによる高周波外乱の除去をしておくものとする。
また、サンプリング定理によりサンプリングタイムΔｔ
は、一意的に決定できる。この連続記録不規則データｙ
（ｔ）は、次式のように表される。

【００４８】

【数１】

【００４９】

【数２】

【００５０】ここで、ｙ（ｎ）：連続記録不規則データ
の実現値

【００５１】

【数３】

【００５２】ｅ（ｎ）：予測誤差（実現値と予測値の
差）である。上式をＺ変換して整理すると、Ｙ（ｚ）＝Ｈ（ｚ）＊Ｅ（ｚ） … （９）Ｈ（ｚ）＝１／Ａ（ｚ） … （１０）Ａ（ｚ）＝１−ａ₁ｚ^-1−ａ₂ｚ^-2−…−ａ_pｚ^-p … （１１）ここで、線形予測係数｛ａ₁｝，ｉ＝１，２，…，ｐの
係数が求まれば入出力関係が決まることになり、制御対
象の特性を求めることができる。

【００５３】そこで、予測誤差ｅ（ｎ）の２乗平均を最
小にするように線形予測係数｛ａ₁｝を決めることにす
る。そして、Levinson-Durbin の方法による計算手順
は、以下の通りである。（１）データ系列ｙ（ｎ）より自己相関関数ｒ_s(0),ｒ
_s(1),…ｒ_s(p) を求める。データ系列には、データウ
ィンドウとしてHamming 窓を用いる。（２）初期値をＷ＝ｒ_s(1) ，Ｅ＝ｒ_s(0) _,τ＝１と
置く。（３）次に、次式を計算する。

【００５４】ｋτ＝Ｗτ_-1／Ｅτ_-1 … （１２）Ｅτ＝Ｅτ_-1＊（１−ｋτ²）… （１３）

【００５５】

【数４】

【００５６】１≦ｉ≦τ_-1 （４）τ＝ｐならＫ＝（Ｅ_p）^1/2として計算を終わ
る。τ＜ｐなら

【００５７】

【数５】

【００５８】を計算し、τ＋１→τとして（３）に戻
る。前述した図４を用いて説明した方法において、Ｓ５
〜Ｓ８の代わりに上記の線形予測モデルを用いたスペク
トル推定方法により制御対象の周期を求め、制御を行う
ことも可能である。この場合の観測時間Ｔは、ＦＦＴ処
理を行う場合に比べ短くて済むので、制御遅れを短縮す
ることができる。

【００５９】尚、上記実施例では、列車の車両本体１２
の曲げ振動を制振する場合を一例として挙げたが、これ
に限らず、例えば長距離を高速で移動する高速バス等に
も適用することができる。

【００６０】

【発明の効果】上述の如く、請求項１記載の発明によれ
ば、付加質量が車両に搭載される車両搭載機器であるた
め、車両搭載機器とは別個の付加質量を取り付ける必要
がなく、車両搭載機器と同一の重りを設けるよりも車両
の負担を軽減することができる。さらに、車両搭載機器
の取付スペースに車両用動吸振器を設けることが可能に
なるので、車両の設置スペースを有効に利用することが
できる。

【００６１】また、請求項２記載の発明によれば、付加
質量としての車両搭載機器が電気機器であるため、比較
的重量のある電気機器を付加質量とすることにより制振
効果を高めることができる。また、上記請求項３記載の
発明は、付加質量としての車両搭載機器が水が貯溜され
た水タンクであるため、比較的重量のある水タンクを付
加質量とすることにより制振効果を高めることができ
る。

【００６２】また、請求項４記載の発明によれば、弾性
体を保持する保持部材との間で振動方向と直交する方向
から弾性体を変形させると共に、保持部材が摺動可能に
設けられているので、比較的小さな力で弾性体を変形さ
せることができ、アクチュエータの小型化を図ることが
できる。さらに、装置全体の軽量化を図れると共に、弾
性体を変形させる際の応答性を向上させることができ
る。

【００６３】また、請求項５記載の発明によれば、振動
の応答を高速フーリエ変換することにより振動周波数を
求め、その周波数に応じて付加質量の振動数を設定する
ため、制御対象の振動特性の変化に影響を受けることな
く制振制御を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる車両用動吸振器の一実施例が適用
された鉄道用車両を示す側面図である。

【図２】車両用動吸振器を拡大して示す構成図である。

【図３】可変剛性部の構成図である。

【図４】制御装置が実行する弾性体のせん断ばね定数ｋ
ｓを設定する際の制御処理を説明するためのフローチャ
ートである。

【図５】制御装置が実行する弾性体のせん断ばね定数ｋ
ｓを設定する際の制御処理の変形例を説明するためのフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１１鉄道用車両１２車両本体１３，１４台車１５，１６空気ばね２５車両用動吸振器２６付加質量２７可変ばね機構２８減衰機構２９センサ３０制御装置３１固定ベース３２，３３弾性体３４支柱３５アクチュエータ３６モータ３８ボールねじ４０ボールナット５１ベース５２車両搭載機器５３ガイドロッド５５低摩擦部材５８，６０電極６１，６２電線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者菅原能生東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団法人鉄道総合技術研究所内 (72)発明者願海龍也神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内 (72)発明者藤沼勇二神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内 (72)発明者福井宏治神奈川県川崎市川崎区富士見１丁目６番３号トキコ株式会社内Ｆターム(参考） 3J048 AA02 AD07 BA05 BE02 BF02 CB01 EA36

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両の長手方向で発生する曲げ振動の腹
に位置するように設けられた弾性体と、該弾性体に変位可能に支持された付加質量と、を有する車両用動吸振器であって、前記付加質量は、前記車両に搭載される車両搭載機器で
あることを特徴とする車両用動吸振器。
【請求項２】上記請求項１記載の車両用動吸振器であ
って、前記車両搭載機器は、電気機器であることを特徴とする
車両用動吸振器。
【請求項３】上記請求項１記載の車両用動吸振器であ
って、前記車両搭載機器は、水が貯溜された水タンクであるこ
とを特徴とする車両用動吸振器。
【請求項４】上記請求項１記載の車両用動吸振器であ
って、前記車両に対し摺動可能に取り付けられ、前記弾性体を
保持する保持部材と、前記保持部材との間で前記振動方向と直交する方向から
前記弾性体を変形させるように駆動されるアクチュエー
タと、を備えてなることを特徴とする車両用動吸振器。
【請求項５】上記請求項１記載の車両用動吸振器であ
って、前記車両の応答を高速フーリエ変換することにより振動
周波数を求め、その周波数に応じて前記付加質量の振動
数を設定するように前記アクチュエータを駆動させる制
御手段を設けたことを特徴とする車両用動吸振器。