JP2000095107A - 車両の制振装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 車両の乗客数の変化、機械的な経年変化およ
び固体差などにかかわらず、車両の左右方向の振動を自
動的に抑制する。 【解決手段】 車体２６を、前後のボギー台車２４，２
５によって支持し、車体を、油圧アクチュエータ２ａ，
２ｂ；３ａ，３ｂによって左右方向に変位駆動し、振動
系運動モデルとアクチュエータ運動モデルを、実際の車
両に、より確からしい誤差の少ない運動モデルに再構築
する。こうして再構築した各運動モデルに基づいて、最
適な乗り心地が得られるように、各運動モデル毎に、コ
ントローラを再設計し、このコントローラでアクチュエ
ータ２ａ，２ｂ；３ａ，３ｂを駆動制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、高速鉄道車両など
における車体の左右方向、すなわち幅方向の振動を抑制
して乗り心地を向上する車両の制振装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、新幹線電車の高速化・高品質化に
対する取り組みが活発に行われている。乗り心地向上の
ためのサスペンション系の開発もその中の重要なテーマ
の１つであり、パッシブ系での最適なチューニング、車
体間のダンパの結合、セミアクティブ振動制御、アクテ
ィブ制御など様々なアプローチがなされている。こうし
た状況の下、鉄輪による高速車両の最適な姿を追求する
必要が生じている。鉄道車両は乗客の乗り降りによる質
量変化や機械的な経年変化など制御する対象の振動特性
が変化する対象である。したがって、制振制御の実用化
のためには、その変化に対応可能な制御方式が必要とな
る。

【０００３】従来の制振制御の動作原理は、一般的に車
体の加速度情報に基づき、車体と台車の間に設置したア
クチュエータにより力を発生させて、車体振動を抑制す
ることである。ただし、アクチュエータを制御するコン
トローラである補償器は固定式である。したがって従来
方式の問題点は、以下に示す要因すなわち（１）乗客の
変化（質量、イナーシャ、重心位置など）、（２）機械
的な経年変化（ばね定数、ダンピング係数など）、
（３）固体差（質量、イナーシャ、重心位置、ばね定
数、ダンピング係数など）であり、補償器に内在する鉄
道車両の運動モデルと実鉄道車両の誤差が大きくなり、
制御性能が劣化することである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、たと
えば乗客数の変化、機械的な経年変化および固体差など
によるパラメータが変化しても、車体の左右方向の振動
を高精度で抑制することができるようにした車両の制振
装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、車体と台車と
の間に介在され、左右方向にばね力を発生するばねと、
車体と台車との間に介在され、左右方向の振動を減衰す
るダンパと、台車に対して車体を左右方向に変位駆動す
るアクチュエータと、車体と台車との加速度をそれぞれ
検出する加速度センサと、加速度センサの検出出力に応
答し、アクチュエータを、車体の加速度が小さくなるよ
うに制振制御するコントローラと、加速度センサの検出
出力を用いて車両の運動モデルを、同定して、実際の車
両との誤差がより少ない運動モデルを構築する運動モデ
ル同定手段と、同定手段によって同定された運動モデル
に対するコントローラを設計するコントローラ設計手段
とを含むことを特徴とする車両の制振装置である。

【０００６】車両の乗り心地は、線路の歪みによって生
じる台車の振動および空気の流れの乱れによる車体の振
動によって大きな影響を受ける。本発明ではこの車体の
振動を抑制する制御を達成する。この振動制御は、台車
と車体との間に介在されるアクチュエータで、力を発生
することによって、車体の振動を抑制し、この制御を、
制振制御という。

【０００７】本発明を簡単に述べると、走行中に車体加
速度、台車加速度、油圧アクチュエータ指令値から、鉄
道車両の運動モデルを、より誤差の少ないものに再構築
し、再構築した運動モデルに基づいて最適な乗り心地が
得られるようなコントローラである補償器に変化させる
ことができる制御方式である。本システムの特徴は、車
両の振動特性や油圧アクチュエータの特性が変化して
も、その変化を自動的に検出して、コントローラも自動
的に変化させることによって、良好な乗り心地を実現可
能にすることである。本システムでは、振動特性の変化
の検出、コントローラの再設計、コントローラの再実装
を行う。こうして本件制振装置では、乗客の乗り降りに
よる質量変化や機械的な経年変化などが発生しても、そ
の変化を自動的に検出して、どの程度の変化が生じたか
を同定し、その同定結果に基づいて最適なコントローラ
に切り替えて、常に最適な乗り心地を確保することがで
きる。

【０００８】本発明に従えば、同定手段によって、車両
の運動モデルを、実際の車両との誤差がより少ない、す
なわち、より確からしい運動モデルを構築し、この同定
された運動モデルに対するコントローラを設計し、この
コントローラによってアクチュエータを駆動して制振制
御する。したがってたとえば乗客数の変化、機械的な経
年変化および固体差などにかかわらず、車体の振動を抑
制することが常に可能になる。

【０００９】また本発明は、前記運動モデルは、車両の
振動を模擬した振動系運動モデルと、アクチュエータの
運動を模擬したアクチュエータ運動モデルとを含み、前
記コントローラ設計手段は、各運動モデル毎のコントロ
ーラをそれぞれ設計することを特徴とする。

【００１０】本発明に従えば、左右並進、ヨー方向の各
運動モデルは各々１入力１出力であり、各々は振動系・
油圧系（アクチュエータ）の運動モデルを含む。これら
の各運動モデルは、相互に干渉しない構造になってい
る。コントローラの設計は、左右並進、ヨー方向の各運
動モデルに対して行われ、これら２つのコントローラで
アクチュエータを制御する。

【００１１】また本発明は、前記車両では、車体を、前
後の２つの台車を基礎として、各台車の左右に前記ばね
でそれぞれ支えて、各ばねに並列に、前記ダンパと前記
アクチュエータとがそれぞれ設置され、振動系運動モデ
ルは、車体運動が左右方向のみ行い、車体が左右並進運
動およびヨー運動の合計２自由度の各運動に関して入力
を左右並進およびヨー方向の力とした運動方程式によっ
て表されることを特徴とする。

【００１２】また本発明は、アクチュエータは、油圧シ
リンダであり、各油圧シリンダは、サーボ弁によってそ
れぞれ制御され、アクチュエータ運動モデルの運動方程
式の状態量は、車体の左右・ヨー位置および速度ならび
に油圧シリンダ圧力の合計３つであり、入力をサーボ弁
への位置指令値としてアクチュエータ運動モデルを作成
することを特徴とする。

【００１３】本発明に従う制振制御システムは、左右並
進とヨー方向の各振動を抑制するためのものであり、車
体の振動は、前位と後位に設置した左右方向の加速度セ
ンサによってそれぞれ検出する。振動の抑制は、前位お
よび後位の左右方向に設置したアクチュエータによって
行う。左右並進とヨー方向との各制振制御は、干渉しな
いので、コントローラ設計は、各振動に対して独立に行
う。アクチュエータを含まない振動系だけの左右並進・
ヨー方向の運動方程式を作成する。またアクチュエータ
を、サーボ弁によって制御される油圧シリンダで実現
し、そのアクチュエータ運動モデルの運動方程式を作成
する。本件発明者の実験によれば、これらの運動方程式
が比較的簡単であるにもかかわらず、車体の制振制御を
上首尾に達成することができることが確認された。

【００１４】また本発明は、車両の走行中に、加速度セ
ンサによって検出される車体加速度と台車加速度とを、
予め定める時間にわたって、ストアするメモリと、メモ
リにストアされた前記予め定める時間にわたる各時刻の
台車加速度を、運動モデルにそれぞれ入力し、その運動
モデルによって車体加速度を予測して計算する車体加速
度予測手段と、メモリにストアされた車体加速度と、車
体加速度予測手段によって予測された車体加速度との誤
差の絶対値に対応する値を加算する手段と、加算手段の
出力が、予め定める基準値を超えたことを判別する判別
手段と、判別手段によって、加算手段の出力が前記予め
定める基準値を超えたことが判別されたとき、同定手段
による運動モデルの再構築を行わせるとともに、その再
構築された運動モデルに対応するコントローラを、コン
トローラ設計手段によって再設計させる指令手段とを含
むことを特徴とする。

【００１５】本発明に従えば、運動モデルの変化を、前
記予め定める時間にわたる加速度センサによって検出さ
れた車体加速度と、予測して計算して求めた車体加速度
との誤差の絶対値に対応する値、たとえば絶対値のみま
たは前記誤差の２乗などの各値を、前記予め定める時間
にわたって加算し、その加算値が前記予め定める基準値
を超えたときには、運動モデルの再構築を行う。こうし
て再構築された運動モデルに対応して、アクチュエータ
を駆動制御するコントローラの再設計を行う。こうして
自動的な運動モデルの再構築とコントローラの再設計と
が可能になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
簡略化した構成を示すブロック図である。プラントと称
することができる鉄道車両１に備えられる前後の各アク
チュエータ２，３は、左右並進コントローラ５とヨー方
向コントローラ６との各出力が、加算器７を経てアクチ
ュエータ２に与えられ、また減算器８を経てアクチュエ
ータ３に与えられる。前後のセンサ１１，１２からの各
出力は、加算器１３を経て左右並進コントローラ５に与
えられ、また減算器１４を経てヨー方向コントローラ６
に与えられる。

【００１７】図２は、図１に示される本発明の実施の一
形態におけるコンピュータのアルゴリズムを説明するた
めのブロック図である。実際の車両１では、乗客数の変
化による質量、イナーシャの変化があり、また乗客の乗
り方による重心位置の変化があり、また経年変化による
ばね定数の変化があり、さらに経年変化によるダンピン
グ係数の変化がある。この車両１のライン１５，１６か
ら得られる車体の左右方向加速度および車体のヨー方向
加速度は、同定アルゴリズム１７に与えられるととも
に、コントローラ５，６に与えられる。さらにライン１
８，１９からそれぞれ導出される台車の左右方向加速度
と台車のヨー方向加速度とは、同定アルゴリズム１７に
与えられる。コントローラ５，６からの前後の各台車に
対応する前位アクチュエータの指令値と、後位アクチュ
エータの指令値とは、ライン２１，２２からそれぞれ導
出されて車両１の制振制御が行われるとともに、同定ア
ルゴリズム１７に与えられる。同定アルゴリズム１７
は、鉄道車両１の運動モデルにおける質量、イナーシ
ャ、ばね定数、ダンピング係数、油圧系のパラメータ
を、コンピュータを利用した最適化計算によって推定す
る。こうして推定した質量、イナーシャ、ばね定数およ
びダンピング係数などの各値は、ライン２３を経て、コ
ントローラ５，６に与えられ、コントローラ５，６の設
計が行われる。数値とアルファベットの添え字とを有す
る参照符は、総括的には、添え字を省略して示すことが
ある。

【００１８】図３は、車両１の簡略化した構成を示す斜
視図である。乗客が乗る車体１は、前位の台車２４と後
位の台車２５とによって支持される。車体２６を支持す
るキングピンと台車２４，２５との間には、複動油圧シ
リンダから成るアクチュエータ２ａ，２ｂ；３ａ，３ｂ
が介在され、これによって台車２４，２５に対して車体
２６を左右方向に変位駆動する。車体２６と台車２４，
２５との間には、空気ばね２７ａ，２７ｂ；２８ａ，２
８ｂが介在され、これによって左右方向のばね力が発揮
される。さらにキングピン３１，３２と台車２４，２５
との間には、車体２６の左右方向の振動を減衰するダン
パ３４ａ，３４ｂが介在される。台車２４，２５には、
その台車２４，２５の左右方向の加速度を検出する加速
度センサ３５，３６が取付けられる。さらに各キングピ
ン３１，３２付近で車体２６には、その車体２６の左右
方向の加速度を検出する加速度センサ３７，３８が取付
けられる。

【００１９】図４は、車両１の振動の方向と種類を示す
斜視図である。ＸＹＺ直交座標系において、左右方向は
Ｘ軸であり、前後方向はＹ軸であり、上下方向はＺ軸で
ある。ヨーイングは、Ｚ軸まわりである。

【００２０】図５は、本発明の実施の一形態における同
定アルゴリズム１７などを実行するコンピュータを含む
処理手段による制御動作を説明するためのフローチャー
トである。ステップａ１において、運動モデルの変化が
生じたことを検知し、この運動モデルの変化の検知が行
われたときには、ステップａ２において、運動モデルの
同定を行い、その後、ステップａ３において、同定した
運動モデルに合ったコントローラの設計を行い、実装す
る。このような図５に示される動作は、前述の図２にお
けるコンピュータによって実現されるコントローラ５，
６および同定アルゴリズム１７によって達成される。

【００２１】図６は、前述の図５におけるステップａ１
における運動モデルの変化の検知を行う具体的な動作を
説明するためのフローチャートである。図６に示される
運動モデル４０というのは、本発明に従えば、車両１の
車体２６に関する振動系運動モデルと、アクチュエータ
２ａ，２ｂ；３ａ，３ｂに関するアクチュエータ運動モ
デルとの合計２つであり、これらが構築される。前後の
台車２４，２５の加速度センサ３５，３６によって、走
行中に、外乱である台車２４，２５の左右方向の加速度
が検出され、また車体２６の左右方向の加速度が加速度
センサ３７，３８によって検出される。走行中に外乱で
ある台車の加速度と車体の加速度をサンプリング周期５
／１０００秒で１０秒間分、コンピュータのメモリ３９
に溜めておき、その台車加速度を運動モデル４０に入力
して車体加速度の予想値を計算する。運動モデルにはコ
ントローラ５，６も含まれている。その車体加速度の予
想値と実際に計測した車体加速度の各々の時間での誤差
の２乗を前記１０秒間分、足しあわせて、その足しあわ
せた結果が或る基準値を超えたらステップａ２に移る。
もし、足しあわせた結果が基準値を超えなかったらその
ままステップａ１を繰返す。

【００２２】図７は振動系運動モデルの概略を示す平面
図であり、図８は図７に示される振動系運動モデルの座
標を併せて示す平面図である。乗客が乗る車体２６を、
前後の合計２つの台車２４，２５に設置された空気ばね
２７ａ，２７ｂ；２８ａ，２８ｂで支えている。車体２
６の乗客を含めた質量と、ばね２７ａ，２７ｂ；２８
ａ，２８ｂとから、左右方向およびヨー方向の各共振周
波数は、約１Ｈｚである。制振制御を行うためには、実
際の車両１の振動を模擬した運動モデルを作成して、そ
の運動モデルを用いて、シミュレーション、コントロー
ラ５，６の設計を行うことになる。したがって、運動モ
デルと実際の車両１の運動に誤差が存在していると良好
な制御効果、すなわち乗り心地を得ることができなくな
る。その運動モデルの具体的な内容を示す。

【００２３】この運動モデルは、車体２６を剛体とみな
し、車体２６を、前後２つの台車２４，２５を基礎とし
て、４つのばね２７ａ，２７ｂ；２８ａ，２８ｂで車体
２６を支えて、そのばね２７ａ，２７ｂ；２８ａ，２８
ｂと並列に４つのダンパ３３ａ，３３ｂ；３４ａ，３４
ｂと４つのアクチュエータ２ａ，２ｂ；３ａ，３ｂが設
置してある。車体２６の運動は、Ｘ方向のみ行うものと
し、車体２６は、左右並進、ヨー運動の２自由度の運動
を行うことになる。運動方程式は、一般的な振動の方程
式であり状態量を前・後位の車体と台車位置と前・後速
度の計４個であり、左右並進方向、ヨー方向について各
々の式１，２が導出される。本方程式１，２の入力は左
右並進方向、ヨー方向の力である。

【００２４】左右並進モデルに関して

【００２５】

【数１】

【００２６】ヨー方向モデルに関して

【００２７】

【数２】

【００２８】ここで、 ｘＬ１ ＝ （ｘｆ１＋ｘｒ１）／２ …（３） ｘＬ２ ＝ （ｘｆ２＋ｘｒ２）／２ …（４） ｘｙ１ ＝ （ｘｆ１−ｘｒ１）／２ …（５） ｘｙ２ ＝ （ｘｆ２−ｘｒ２）／２ …（６）

【００２９】図８に示されるように、キングピン３１，
３２間の前後方向の長さを２Ｌとする。車体２６の前位
台車２４のキングピン３１における左右方向の変位をｘ
ｆ１とし、前位台車２４の左右方向の変位をｘｆ２と
し、また同様に車体２６の後位台車２５のキングピン３
１における左右方向の変位をｘｒ１とし、後位台車２５
の左右方向の変位をｘｒ２とする。各パラメータは、後
述の表１に示されるとおりである。また式１および式２
におけるｘ（１）Ｌ１は、ｘＬ１の時間に関する１階微
分（速度）であり、ｘ（２）Ｌ１は、ｘＬ１の時間に関
する２階微分（加速度）である。このことは、ｘＬ２，
ｘ（１）Ｌ２，ｘ（２）Ｌ２に関しても同様であり、さ
らにｘｙ１，ｘ（１）ｙ１，ｘ（２）ｙ１に関しても同
様であり、さらにｘｙ２，ｘ（１）ｙ２，ｘ（２）ｙ２
に関しても同様である。

【００３０】さらに本発明の実施の形態では、前位およ
び後位のいずれにおいても、台車２４，２５と車体２６
との間に、変位センサを設置し、その出力情報も用い
て、制御する。前位および後位の台車２４，２５に設置
した加速度センサ３５，３６によって計測された台車２
４，２５の左右方向の加速度は、運動モデルの同定と制
御性能の１つの評価基準とした台車２４，２５から車体
２６までの伝達関数を計算するために用いる。変位セン
サの出力の微分によって速度、加速度などを求めてもよ
い。加速度センサの出力の積分によって、速度、変位な
どを求めてもよい。前述の式１，２は、アクチュエータ
２ａ，２ｂ；３ａ，３ｂを含まない振動系、すなわち機
械系だけの左右並進およびヨー方向の各運動方程式であ
る。

【００３１】図９は、運動モデルの運動方程式を説明す
るための簡略化した図である。

【００３２】上記の運動モデルの運動方程式は、力のつ
り合いにより、

【００３３】

【数３】

【００３４】であり、式７で示される運動方程式を状態
量ｘ（１），ｘで表すと、

【００３５】

【数４】

【００３６】となり、行列を用いて表すと、

【００３７】

【数５】

【００３８】モデルの出力をｘ（２）とすると、

【００３９】

【数６】

【００４０】Ｍ＝１、Ｋ＝１、Ｃ＝０．２とすると、

【００４１】

【数７】

【００４２】となる。

【００４３】状態方程式と伝達関数の関係を説明する。 状態方程式（時間領域） ｘ（１） ＝ Ａｘ＋Ｂｕ …（15） ｙ ＝ Ｃｘ＋Ｄｕ …（16） は、伝達関数表現（周波数領域）で表すと、 Ｇ（ｓ） ＝ Ｃ（ｓＩ−Ａ）^-1Ｂ＋Ｄ …（17） ｙ ＝ Ｇ（ｓ）ｕ …（18） となる。

【００４４】図１０は、前位の台車２４と車体２６との
間に介在される油圧アクチュエータ２ａ，２ｂに関連す
る構成を示す油圧回路図である。後位の台車２５に関連
する油圧アクチュエータ３ａ，３ｂに関しても同様な構
成を有する。油圧アクチュエータ２ａ，２ｂは、片ロッ
ドの複動油圧シリンダであり、２本のシリンダである油
圧アクチュエータ２ａ，２ｂを、油圧配管の管路４２，
４３でロッド側とヘッド側とを相互に結合し、１つの組
合せのアクチュエータとして用いる。油圧シリンダであ
るアクチュエータ２ａ，２ｂの左右の部屋の間は、バイ
パス弁４４とシャットオフ弁４５とで接続される。本件
制御システムが故障したとき、または電源の供給がなく
なったときには、シャットオフ弁４５が開く。これによ
って車体２６が振動しても、シャットオフ弁４５に作動
油が流れて、車体２６の振動構成はアクチュエータ２
ａ，２ｂがないときとほぼ等価となり、安全が確保され
る。制御時には、シャットオフ弁４５を閉じ、バイパス
弁４４の絞りによって作動油が流れる構造となってい
る。

【００４５】図１１は、図１０に示される油圧アクチュ
エータ２ａ，２ｂのパラメータを示す図である。図１１
において、油圧アクチュエータ２ａ，２ｂは同一構成を
有し、ヘッド側の受圧面積をそれぞれＡ１，Ａ２とし、
作動油の圧力をｐ１，ｐ２とし、台車２４，２５の左右
方向の速度をｘ２（１）とし、車体２６の左右方向の速
度をｘ１（１）とし、サーボ弁４６からの作動油の流量
をｑ１，ｑ２とし、バイパス弁４４の流量をＱＢとす
る。 Ａ ＝ Ａ１＋Ａ２ …（19） Ｐ ＝ Ｐ１−Ｐ２ …（20） ｘ ＝ ｘ１−ｘ２ …（21）

【００４６】図１２は、油圧アクチュエータ２ａ，２ｂ
の図１１に示される運動モデルと線形であるブロック線
図である。図１２において、左右並進指令変数をｕＬと
し、ヨー方向指令変数をｕｙとし、前位の指令変数をｕ
ｆとし、後位指令変数をｕｒとする。 ｕｆ ＝ ｕＬ＋ｕｙ …（22） ｕｒ ＝ ｕＬ−ｕｙ …（23）

【００４７】図１２に示されるブロック線図を、運動方
程式で示すと、式２４および式２５となる。ｐ（１）
は、圧力ｐの時間に関する１階微分である。左右並進モ
デルに関して

【００４８】

【数８】

【００４９】ヨー方向モデルに関して

【００５０】

【数９】

【００５１】ここで、

【００５２】

【表１】

【００５３】式２４および式２５に示される運動方程式
の状態量は、車体２６の左右およびヨー位置、速度と油
圧アクチュエータ２，３の圧力の３つである。このアク
チュエータ運動モデルの入力は、サーボ弁４６のライン
４７にコントローラ５，６から加算器７および減算器８
を経て与えられる電気信号であるサーボ弁位置指令値で
ある。このような運動方程式の導出によって、式１，
２；２４，２５の合計４個の運動方程式が得られる。本
発明の実施の形態では、これら４つの運動方程式１，
２；２４，２５に基づいて制御を行う。アクチュエータ
運動モデルの入力は、サーボ弁位置指令値であり、その
出力は、車体２６の左右並進加速度および車体２６のヨ
ー方向加速度である。

【００５４】図１３は、前述の図５におけるステップａ
２に示されている振動系運動モデルとアクチュエータ運
動モデルとの同定の全体の動作を説明するためのフロー
チャートであり、この動作は、マイクロコンピュータな
どによって実現される処理手段である同定アルゴリズム
１７の実行によって達成される。これら２つの運動モデ
ルの同定にあたって、前述の運動方程式１，２；２４，
２５には、９つの物理パラメータが存在する。実際の車
両１では経年変化および要素の品質のばらつきなどによ
り、設計時のパラメータと異なっている。したがって、
本制御に用いる運動モデルのパラメータの中で比較的パ
ラメータ値が正確な車体長、空気ばね定数、シリンダ面
積は設計時の値を用いて、その他の６つのパラメータは
実験データに基づいて数値最適化により推定することと
する。このように実験データを基に最適なパラメータを
推定することを上述のように、同定という。

【００５５】運動モデルの同定は、非走行時のアクチュ
エータによる加振実験および制御時の振動データに基づ
いて行う。非走行の加振実験は、新規車両の本走行前や
乗客を乗せる前のチェックとして行う。運動モデルの同
定は、実際の車両１への外乱入力データと出力データに
基づいて行う。その具体的な方法を以下に示す。

【００５６】運動モデルの同定には、現車での走行試験
により得られた車体と台車の加速度データと非走行時の
制振アクチュエータでの車体加振を行った際のサーボ弁
４６の指令値と車体加速度データを用いる。運動モデル
のパラメータは、乗客などを含む車体質量Ｍ、空気ばね
定数Ｋ、空気ばね減衰係数Ｃ、油圧系の係数Ｋａｙ，Ｋ
ｖ１，Ｋｂｙなどがあるが、数値が正確にわかる空気ば
ね定数Ｋなどの値は固定して、空気ばねの減衰係数Ｃな
どの正確に数値が分からないパラメータを予測誤差法を
用いて推定する。前述の表１には、各運動モデルの未知
パラメータと既知パラメータを示す。

【００５７】同定は、最初に上記のパラメータの初期値
を設定し、実際に測定した台車加速度を運動モデルに入
力して車体加速度の予測値を計算する。その予測値と実
際の車体加速度の誤差の２乗を１０秒間足しあわせた量
を評価関数とし、最適化手法の１つである非線形最小２
乗法（ガウス・ニュートン法などのアルゴリズムを利
用）を用いて、評価関数が最小となるようにパラメータ
を繰り返し演算により探索する。最適化計算が終了した
なら、図５のステップａ３に移る。

【００５８】油圧アクチュエータの運動モデルの同定
は、非走行時のアクチュエータでのピンクノイズ加振実
験データより行う。振動系に関するパラメータは前述の
同定結果を用い、本同定では油圧シリンダ断面積Ａ、作
動油の弾性係数Ｋａｙ、サーボ弁４６の特性係数Ｋｖ、
バイパス管路４４の特性係数Ｋｂｙの４つのパラメータ
のうち予測誤差法により作動油の弾性係数Ｋｓｙ、サー
ボ弁の特性係数Ｋｖ、バイパスの特性係数Ｋｂｙの３つ
のパラメータを推定する。

【００５９】図１３におけるステップｂ１〜ｂ６の動作
は、図１４に示される非走行時、すなわち車両１の制振
時に達成され、この非走行時のさらに具体的な動作は、
図１５のステップ１ｃ〜８ｃによって達成される。図１
３のステップｂ１では、車両１が完成し、本発明に従う
アクティブ制振制御装置を実装する。ステップｂ２で
は、走行前に、アクティブ制振制御装置を起動させる。
ステップｂ３では、非走行時のアクチュエータ２，３に
よる加振実験を自動的に行う。ステップｂ４では、上述
のステップｂ３で得られたデータから、振動系運動モデ
ルとアクチュエータ運動モデルとの同定を行う。ステッ
プｂ５では、上述のステップｂ４で得られた各運動モデ
ルから、コントローラの設計を自動的に行う。ステップ
ｂ６では、上述のステップｂ５で得られたコントローラ
を実装し、これによって走行準備が完了する。ステップ
ｂ７では、アクティブ制振制御を効かせながら、車両１
を走行する。

【００６０】図１５を参照して、非走行時の加振実験に
おいて、左右並進およびヨー方向の実験は同時に行う。
ステップｃ１においてアクチュエータ２，３のサーボ弁
４６の指令値としてホワイトノイズに通過域０．５〜
６．０Ｈｚのバンドパスフィルタをかけたピンクノイズ
を１０秒間、付加する。左右並進、ヨー方向の外乱入力
を重ね合わせて入力する。パラメータは、設計値をデフ
ォルト値として代入する。ステップｃ２では、そのとき
の車体２６の加速度を、加速度センサ３７，３８によっ
て計測し、得られたデータから、左右並進およびヨー方
向の車体２６の加速度を、コンピュータのメモリ３９に
ストアして保存しておく。ステップｃ３では、各運動モ
デルに外乱入力を入れて、数値積分を行い、運動モデル
の出力、すなわち車体２６の左右並進加速度および車体
２６のヨー方向の加速度を予測して計算する。ステップ
ｃ４では、計算した各運動モデルの出力と実際の車体２
６の加速度データとの誤差の２乗積分を計算する。ステ
ップｃ５では、各運動モデルのパラメータを変化させ
て、各運動モデルの前述の誤差の２乗積分を計算し、こ
うして誤差の変化を計算する。この計算は、パラメータ
の変化によって誤差がどのように変化するかを示す。そ
の勾配を計算する。

【００６１】ステップｃ６では、ステップｃ５によって
得られたパラメータの勾配情報に基づいて、パラメータ
を更新する。更新は、誤差が小さくなる方向に実行する
ので、このステップｃ６を行うたびに、誤差が小さくな
ってゆき、最終的には最も誤差が小さくなるパラメータ
値に収束する。

【００６２】誤差の変化量が予め定めるしきい値を下回
った場合、計算を終了し、そのときのパラメータ値を最
も確からしいパラメータ値、すなわち不足したパラメー
タが実際の車両１のパラメータに極めて近似した値とし
て採用する。もしそうでないならば、ステップｃ３に戻
り、上述の動作を繰り返す。こうしてステップｃ８で
は、非走行時の加振実験による運動モデルの同定を終了
し、コントローラの設計動作に移る。図１５の動作は、
図１３のステップｂ１〜ｂ５に対応する。

【００６３】上述のステップｃ３における数値積分の手
法として、オイラー法が知られている。この手法は、 ｘ（１） ＝ ｆ（Ｔ，ｘ（Ｔ）） …（26） であるとき、 ｘ（Ｔ＋ΔＴ） ＝ ｘ（Ｔ）＋ΔＴｆ（Ｔ，ｘ（Ｔ）） …（27） である。

【００６４】すなわち、たとえば図９に関連して述べた
式７において、Ｍ＝１、Ｋ＝１、Ｃ＝０．２であると
き、

【００６５】

【数１０】

【００６６】である。

【００６７】積分きざみΔＴ＝０．１秒毎に、演算を繰
り返す。こうして入力ｕに対して各運動モデルの応答で
あるｘ（２）、ｘ（１）およびｘを求めることができ
る。

【００６８】図１６は、最適化手法の説明するための図
である。この最適化手法は、非線形最小２乗法である。
関数Ｓ（θ）は必要に応じてその微分可能性を仮定す
る。まず、Ｓ（θ）のグラジェント（gradient）を

【００６９】

【数１１】

【００７０】により定義する。

【００７１】非線形最小化問題に対するアルゴリズムと
しては、最急降下（steepestdescent）法、ニュートン
（Newton）法、ガウス・ニュートン（Gauss-Newton)
法、共役勾配（conjugate gradient）法などの手法があ
る。これらの手法は降下法と総称されていて、次の手順
にまとめられる。

【００７２】降下法の手順： ステップ１：初期値θ⁽⁰⁾を与える。 ステップ２：降下（探索）方向ｄ０を定める。 ステップ３：ｋ＝０，１，２，…に対して降下（探索）
方向ｄｋと、ｄｋの方向に進むステップ幅αｋ≧０を定
め、新しい点を θ^(k+1) ＝ θ^(k)＋αｋ・ｄｋ …（30） により求める。 ステップ４：適当な収束判定条件が成立すれば停止し、
そうでなければ、ｋをｋ＋１として、ｓｔｅｐ３へ戻
る。

【００７３】最急降下法では、 ｇｋ： ＝ ∇Ｓ（θ^(k)) …（31） とおくと、最急降下法のアルゴリズムは、式３０でｄｋ
＝−ｇｋとおくことにより得られる。 θ^(k+1) ＝ θ^(k)−αｋ・ｇｋ …（32） ここに、αｋはＳ（θ^(k)−αｇｋ）を最小にする非負
のスカラー値である。

【００７４】図１７は、非走行時における運動モデルの
同定を行う動作を説明するためのブロック図である。前
述のステップｃ１において述べたバンドパスフィルタ
は、参照符５１で示され、本件車両１である実プラント
は参照符５２で示される。

【００７５】図１７を参照して、運動モデルの同定の動
作を説明する。バンドパスフィルタ５１の伝達関数Ｇ１
と、実プラント５２の伝達関数Ｇ２は、式３３，３４の
とおりである。運動モデルは、ステップｄ１〜ステップ
ｄ６を実行することによって、達成される。

【００７６】

【数１２】

【００７７】ステップｄ１ 外乱入力を１００秒間入力して実測データｙを記憶する
時間きざみは０．１ｓより合計１００１個のデータを作
る。

【００７８】

【数１３】

【００７９】式３５，３６では、それぞれ１００１個の
データが作られる。

【００８０】ステップｄ２ 実プラントは、

【００８１】

【数１４】

【００８２】式３７，３８から、

【００８３】

【数１５】

【００８４】であり、同定するプラントを

【００８５】

【数１６】

【００８６】としてａ，ｂの初期値を ａ（０） ＝ ０．３ …（42） ｂ（０） ＝ ０．８ …（43） とする。

【００８７】ステップｄ３ このとき入力外乱ｕを同定するプラントに入力して、数
値積分を行い、

【００８８】

【数１７】

【００８９】を計算する。

【００９０】式４４は、１００１個のデータである。

【００９１】評価関数の

【００９２】

【数１８】

【００９３】を計算する。

【００９４】ステップｄ４ ａ ＝ ａ＋Δａ …（46） として、ｙ∧（ａ＋Δａ，ｂ）を計算する。

【００９５】

【数１９】

【００９６】として、ｙ∧（ａ，ｂ＋Δｂ）を計算す
る。

【００９７】

【数２０】

【００９８】ステップｄ５ 次式５０，５１を計算する。

【００９９】

【数２１】

【０１００】ステップｄ６

【０１０１】

【数２２】

【０１０２】ならば、同定を終了する。またＫ＞基準値
３ならば終了する。そうでなければステップｄ３へ戻
る。

【０１０３】再び図１３を参照して、振動系運動モデル
とアクチュエータ運動モデルとの走行時の同定を行う。
図１８はこの走行時における運動モデルの入出力を説明
するための図であり、図１９は、この走行時の各運動モ
デルの同定を行う動作を説明するためのフローチャート
である。すなわち図１９は、図１３におけるステップｂ
８の走行時の各運動モデルの同定を行う動作を説明する
ためのフローチャートである。図１９の動作は、図１３
のステップｂ８において達成される。図１９のステップ
ｅ１において、加速度センサ３５〜３８によって車体加
速度と台車加速度を計測するとともに、アクチュエータ
２，３のサーボ弁４６の指令値を計測し、こうして得ら
れたデータから、左右並進、ヨー方向の車体および台車
の加速度とアクチュエータ２，３のサーボ弁指令値を、
１０秒間、コンピュータのメモリ３９にストアして保存
しておく。ステップｅ２において、車体加速度の２乗積
分がしきい値を超えたら、ステップｂ１０に移る。そう
でなければ、ステップｂ８を繰り返す。

【０１０４】ステップｅ３において、パラメータを入れ
た各運動モデルに、台車および車体の加速度の外乱と、
アクチュエータ指令値を入力し、数値積分を行い、運動
モデルの出力、すなわち車体２６の左右並進加速度およ
び車体２６のヨー方向の加速度を計算して予測する。ス
テップｅ４では、予測して計算した運動モデルの出力と
実際の車体加速度データの誤差の２乗積分を計算する。
ステップｅ５では、各運動モデルのパラメータを変化さ
せて、モデルの誤差の変化を計算する。この計算は、パ
ラメータの変化によって誤差がどのように変化するかを
示す。勾配を計算する。

【０１０５】ステップｅ６では、上述のステップｅ５に
よって得られたパラメータの勾配情報に基づいて、パラ
メータを更新する。更新は、誤差が小さくなる方向に実
行するので、このステップｃを実行するときに、誤差が
小さくなってゆき、最終的には最も誤差が小さくなるパ
ラメータ値に収束する。

【０１０６】ステップｅ７では、誤差の変化量がしきい
値を下回った場合、計算を終了し、そのときのパラメー
タ値を最も確からしいパラメータ値として採用する。も
しそうでないならば、ステップｅ３に戻り、その後の動
作を繰り返す。

【０１０７】ステップｅ８では、ステップｅ６，７で得
られた運動モデルから、コントローラの設計を自動的に
行う。

【０１０８】ステップｅ８では、車両のたとえば営業の
運転中は、ステップｅ１に戻る。この営業運転を終了
し、車両が車庫に戻った場合は、翌日の走行前に、上述
の図１３のステップｂ１から実行する。

【０１０９】振動系運転モデルの同定に関し、制御なし
での走行データより左右並進、ヨー方向の振動系の同定
を行う。同定は車体質量Ｍ、車体イナーシャＩ、空気ば
ね定数Ｋ、車体長さＬ、空気ばね減衰係数Ｃの５つのパ
ラメータのうち予測誤差法により車体質量Ｍ、車体イナ
ーシャＩ、空気ばね減衰係数Ｃの３つのパラメータを推
定することにより行う。各運動モデルの５つのパラメー
タのうち、ダンピング係数ＣとイナーシャＩとが未知で
あると仮定する。車体質量Ｍは空気ばねの圧力から計測
することができるので既知であると仮定する。

【０１１０】前述の図５におけるステップａ２で同定し
た各運動モデルに対して、コントローラ５，６の設計を
行う。コントローラ５，６の設計手法は、たとえば最適
レギュレータまたはＨ∞制御手法を用いることができ
る。

【０１１１】新たに同定した運動モデルに対してコント
ローラの再設計を行うことにより、より性能の高いコン
トローラとなる。その後、新たに設計したコントローラ
を実装し制御を行う。なお質量変化は既知でしかも列車
が発車前に測定できるので、質量変化に対するコントロ
ーラの再設計、実装は走行前に行う。これにより、パラ
メータ変化が生じても自動的にそのパラメータ変化を同
定し、その情報に基づいてコントローラを最適に変化さ
せることができる。

【０１１２】Ｈ∞制御手法は、ロバスト制御理論と呼ば
れている。

【０１１３】コントローラ５，６の設計の動作を、図２
０〜図２３を参照して、次のステップｇ１〜ｇ８を実行
する。ステップｇ１において、図２０のように伝達関数
Ｐを有するプラントの入力をｕとし、出力をｙとする。

【０１１４】ステップｇ２において、図２１に示される
ように、プラントに、重みＷを接続して拡大プラント５
４を作る。

【０１１５】 ｘ（１）＝ Ａｘ＋Ｂｕ …（54） ｙ ＝ Ｃｘ＋Ｄｕ …（55） 式５４，５５は、入力をｕとし、出力ｙとする状態方程
式である。

【０１１６】次に、ステップｇ３では、式５５，５６を
計算する。 Ｒ ＝ Ｉ＋ＤＤ^T …（55） Ｓ ＝ Ｉ＋Ｄ^TＤ …（56）

【０１１７】ステップｇ４において、Ｘ，Ｚについて方
程式を解く。ただしＸ，Ｚは対称行列であり、式５７，
５８で示される。 Ｘ^T ＝ Ｘ …（57） Ｚ^T ＝ Ｚ …（58） （A-BS^-1D^TC）^TX＋X(A-BS^-1D^TC)-XBS^-1B^T＋C^TR^-1C ＝ ０ …（59） （A-BS^-1D^TC）Z＋X(A-BS^-1D^TC)^T-ZC^TR^-1CZ＋BS^-1B ＝ ０ …（60）

【０１１８】ステップｇ５では、ＺＸの固有値λを計算
する。

【０１１９】

【数２３】

【０１２０】λの大きいものを、λｍａｘとする。

【０１２１】ステップｇ６では、Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｒ，
Ｓ，Ｘ，Ｚ，λｍａｘが得られた γｍｉｎ ＝ √［１＋λｍａｘ（ＺＸ）］＜γ …（63） となるγを決める。 Ｆ ＝ −Ｓ^-1（Ｄ^TＣ＋Ｂ^TＸ） …（64） Ｗ１ ＝ Ｉ＋ＸＺ−γ²Ｉ …（65） Ａ〜 ＝ Ａ＋ＢＦ＋γ²（Ｗ^T）^-1ＺＣ^T（Ｃ＋ＤＦ） …（66） ＡＨ ＝ Ａ〜 …（67） ＢＨ ＝ γ²（Ｗ１^T）^-1ＺＣ^T …（68） ＣＨ ＝ Ｂ^TＸ …（69） ＤＨ ＝ −Ｄ^T …（70）

【０１２２】ステップｇ７では、図２２に示されるよう
に、伝達関数Ｈを有するコントローラを計算する。 ｘ（１）＝ ＡＨｘ＋ＢＨｕ …（71） ｙ ＝ ＣＨｘ＋ＤＨｕ …（72）

【０１２３】ステップｇ８では、図２３に示されるよう
に、最終的なコントローラは、 ＨＷ ＝ ｋ …（73） このコントローラの全体の伝達関数ｋが、

【０１２４】

【数２４】

【０１２５】を充たす。

【０１２６】図２３の伝達関数Ｋは、伝達関数Ｈと伝達
関数Ｗの各回路が縦続接続されて構成される。

【０１２７】コントローラ５，６は、車体１の左右並
進、車体１のヨー方向の加速度データの情報に基づいて
アクチュエータ２，３のサーボ弁４６に指令を出し、車
体加速度が小さくなるようにするものである。したがっ
て、コントローラ５，６は入力を車体１の加速度、出力
をアクチュエータサーボ弁４６の指令値の伝達関数と見
ることもできる。そのコントローラの伝達関数は同定に
よって得られた最も確からしい運動モデルに対して設計
されるので経年変化や乗客数の変化に対応したコントロ
ーラを実現できる。コントローラ５，６の具体的な設計
法は以下のステップｆ１，ｆ２のとおりである。

【０１２８】ステップｆ１では、運動モデルに周波数重
みＷを付加する。周波数重みＷは人間が感じ易い周波数
帯域約０．５〜２Ｈｚ付近で高いゲインをもたせてあ
り、このような周波数重みを用いることにより人間が感
じ易い周波数帯域で制振制御を行うことを表す。

【０１２９】ステップｆ２では、以下に示す方程式を満
たす解を計算する。本方程式を満たす解は以下のゲイン
関係を満たすものである。コントローラ５，６は状態空
間表現で得られるが、実装は本状態空間表現コントロー
ラ５，６をデイジタルコンピュータで数値積分すること
で実現する。

【０１３０】前述のＨ∞制御理論を適用してコントロー
ラ５，６を設計することによって、周波数領域での設計
が容易になる。本発明による制御なしの伝達関数と、制
御ありの伝達関数と周波数重みの逆数の伝達関数を求め
る。制御ありの伝達関数は、周波数重みの逆数よりも小
さくなって、前述のゲイン関係を満たしている。ステッ
プ外乱応答によって制御を行うことによって、振動が速
やかに収束する。

【０１３１】図２４は、図２３および式７４に関連して
説明された伝達関数の特性を示すボード線図である。最
終的に得られたコントローラ５６は、車両位置のプラン
ト５５に接続されて得られることになる。

【０１３２】図２５は、前述の重みＷの特性を示すボー
ド線図である。重みＷは、たとえば式７５で示される。

【０１３３】

【数２５】

【０１３４】ここで共振周波数ω＝１、減衰係数δ＝
０．１５とし、ゲインｋ＝１とする。重みＷが図２４
（１）のライン５７で示される特性を有するとき、減衰
係数δを大きく変化すると、図２４（２）のライン５８
で示されるように共振周波数ω付近でゲインが低下す
る。ゲインｋを大きく変化すると、図２４（３）のライ
ン５９で示されるように、全体の特性が上昇する。

【０１３５】図２６は本件発明者の実験結果を示すグラ
フであり、非走行時のアクチュエータ加振で得られた車
体２６の左右並進加速度と同定したアクチュエータ運動
モデルを用いたシミュレーション結果を示すグラフであ
る。図２６における細い実線６１は、実際の車両１の特
性を示し、太い実線６２は、シミュレーション結果を示
す。本発明による上述のアクチュエータ運動モデルのシ
ミュレーションは、実験結果と良好に一致しており、同
定したアクチュエータ運動モデルが妥当であることが確
認された。

【０１３６】図２７は、コントローラ５，６の台車左右
並進加速度から車体左右並進加速度までの伝達関数の本
件発明者によるシミュレーション結果を示す。特性６３
は、前述の図１０におけるシャットオフ弁４５を閉じて
制御なしの場合を示し、特性６４は、シャットオフ弁４
５を開いて制御なしの場合であり、さらに特性６５は、
本発明に従う制御ありの特性を示す。制御あり・なしの
場合の各特性６５，６４を比較すると、共振周波数ωで
ある１Ｈｚ付近で良好な制御効果があることが確認され
た。シャットオフ弁４５を閉じて制御なしの特性６３で
は、共振周波数Ωが高くなり、高周波帯域で性能劣化が
起こっている。この現象は、作動油の圧縮性によって生
じるばねの効果に起因する。アクチュエータ２，３とバ
イパス弁４４とから成る油圧系では、制御なしの場合、
低周波帯域ではダンパ３３ａ，３３ｂ；３４ａ，３４ｂ
の効果を生じ、高周波帯域ではばねの効果を生じるが、
その周波数の境界は、バイパス弁４４の開度によって決
定される。バイパス弁４４の開度を大きくすると、高周
波帯域までダンパ３３ａ，３３ｂ；３４ａ，３４ｂの効
果が生じ、そのバイパス弁４４の開度を小さくすると、
低周波帯域までのばねの効果が生じる。したがってバイ
パス弁４４の開度を大きくして、制御したい周波数帯域
でダンパ３３ａ，３３ｂ；３４ａ，３４ｂの効果をもた
せた状態で、制御を行い、これによって高周波帯域の性
能の劣化を生じないようにし、高周波帯域まで制御する
必要をなくす。

【０１３７】図２８は、本件発明者の実験結果を示す左
右並進のコントローラ５のボード線図である。コントロ
ーラ５は、曲線通過時の定常加速度の影響を受けないよ
うに、低周波帯域でゲインを低くし、高周波帯域でもノ
イズの影響を受けないようにゲインを低く設定する。コ
ントローラ５，６の次数は、左右並進およびヨー方向と
も１２次であり、サンプリング周期は３ｍｓｅｃであ
る。

【０１３８】図２９は、本件発明者の実験による乗り心
地の評価を示すグラフである。車両１が３５０ｋｍ／ｈ
で走行したときにおける車体２６の前位側の左右加速度
が示されている。これによって、本発明によれば、良好
な制御結果が得られることが確認された。

【０１３９】

【発明の効果】請求項１の本発明によれば、次の効果を
達成することができる。（１）乗客数が変化しても常に
最適な乗り心地が実現できる。（２）機械的な経年変化
に対しても、常に最適な乗り心地が実現できる。（３）
機械的な経年変化に対して補償器を再設計することが不
必要となり、メンテナンスが容易となる。（４）固体差
によってコントローラである補償器を作業者が調整する
必要がなくなる。

【０１４０】請求項２の本発明によれば、相互に干渉し
ない２つの運動モデルである振動系運動モデルとアクチ
ュエータ運動モデルとを構築し、これらの各運動モデル
毎にコントローラを設計することによって、比較的簡単
な運動モデルで車体の左右方向の制振制御を高精度で達
成することができるようになる。

【０１４１】請求項３の本発明によれば、振動系運動モ
デルの運動方程式を比較的簡単に作成することができ、
しかも車体の制振制御を高精度で行うことができるよう
になる。

【０１４２】請求項４の本発明によれば、アクチュエー
タ運動モデルの運動方程式を比較的簡単に作成すること
ができ、しかも車体の制振制御を高精度で達成すること
ができる。

【０１４３】請求項５の本発明によれば、車両の走行中
に、運動モデルが変化したかどうかを判別手段で判別
し、運動モデルを変更すべきとき、すなわち運動モデル
が、実際の車両とは異なる状態になったときには、同定
手段によって運動モデルの再構築を行う。こうして得ら
れた再構築された運動モデルに対応するコントローラを
自動的に再設計する。こうして車両の制振制御を行う運
動モデルとの再構築が自動的に行われ、その各運動モデ
ルに応じてコントローラの再設計が行われる。したがっ
て車体の走行中における左右方向の制振制御を、上首尾
に達成することができる。

【０１４４】本発明の考え方によれば、車体の上下方向
の振動もまた、同様に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の簡略化した構成を示す
ブロック図である。

【図２】図１に示される本発明の実施の一形態における
コンピュータのアルゴリズムを説明するためのブロック
図である。

【図３】車両１の簡略化した構成を示す斜視図である。

【図４】車両１の振動の方向と種類を示す斜視図であ
る。

【図５】本発明の実施の一形態における固定アルゴリズ
ム１７などを実行するコンピュータを含む処理手段によ
る制御動作を説明するためのフローチャートである。

【図６】前述の図５におけるステップａ１における運動
モデルの変化の検知を行う具体的な動作を説明するため
のフローチャートである。

【図７】振動系運動モデルの概略を示す平面図である。

【図８】図７に示される振動系運動モデルの座標を併せ
て示す平面図である。

【図９】運動モデルの運動方程式を説明するための簡略
化した図である。

【図１０】前位の台車２４と車体２６との間に介在され
る油圧アクチュエータ２ａ，２ｂに関連する構成を示す
油圧回路図である。

【図１１】図１０に示される油圧アクチュエータ２ａ，
２ｂのパラメータを示す図である。

【図１２】油圧アクチュエータ２ａ，２ｂの図１１に示
される運動モデルと線形であるブロック線図である。

【図１３】前述の図５におけるステップａ２に示されて
いる振動系運動モデルとアクチュエータ運動モデルとの
同定の全体の動作を説明するためのフローチャートであ
る。

【図１４】図１３の非走行時、すなわち車両１の制振時
を示す図である。

【図１５】図１４の具体的な動作を示すフローチャート
である。

【図１６】最適化手法の説明するための図である。

【図１７】非走行時における運動モデルの同定を行う動
作を説明するためのブロック図である。

【図１８】走行時における運動モデルの入出力を説明す
るための図である。

【図１９】走行時の各運動モデルの同定を行う動作を説
明するためのフローチャートである。

【図２０】ステップｇ１におけるコントローラ５，６の
設計の動作を説明するためのブロック図である。

【図２１】ステップｇ２におけるコントローラ５，６の
設計の動作を説明するためのブロック図である。

【図２２】ステップｇ７におけるコントローラ５，６の
設計の動作を説明するためのブロック図である。

【図２３】ステップｇ８におけるコントローラ５，６の
設計の動作を説明するためのブロック図である。

【図２４】図２３および式７４に関連して説明された伝
達関数の特性を示すボード線図である。

【図２５】前述の重みＷの特性を示すボード線図であ
る。

【図２６】本件発明者の実験結果を示すグラフである。

【図２７】コントローラ５，６の台車左右並進加速度か
ら車体左右並進加速度までの伝達関数の本件発明者の実
験結果のシミュレーションを示す図である。

【図２８】本件発明者の実験結果を示す左右並進のコン
トローラ５のボード線図である。

【図２９】本件発明者の実験による乗り心地の評価を示
すグラフである。

【符号の説明】

２ａ，２ｂ；３ａ，３ｂ アクチュエータ ５，６ コントローラ ７ 加算器 ８ 減算器 １７ 同定アルゴリズム １８，１９，２１，２２，２３ ２４，２５ 台車 ２６ 車体 ２７ａ，２７ｂ；２８ａ，２８ｂ 空気ばね ３１，３２ キングピン ３３ａ，３３ｂ；３４ａ，３４ｂ ダンパ ３５，３６，３７，３８ 加速度センサ ３９ メモリ ４０ 運動モデル ４２，４３ 管路 ４４ バイパス弁 ４５ シャットオフ弁 ４６ サーボ弁 ４７ ライン ５１ バンドパスフィルタ ５２ 実プラント

【手続補正書】

【提出日】平成１１年８月９日（１９９９．８．９）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００５

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、車体と台車と
の間に介在され、左右方向にばね力を発生するばねと、
車体と台車との間に介在され、左右方向の振動を減衰す
るダンパと、台車に対して車体を左右方向に変位駆動す
るアクチュエータと、車体と台車との加速度をそれぞれ
検出する加速度センサと、加速度センサの検出出力に応
答し、アクチュエータを、車体の加速度が小さくなるよ
うに制振制御するコントローラと、加速度センサの検出
出力を用いて車両の運動モデルを、同定して、その同定
された運動モデルと実際の車両との振動特性の誤差がよ
り少ない前記運動モデルを構築する運動モデル同定手段
と、同定手段によって同定された前記運動モデルに対す
る前記コントローラを設計するコントローラ設計手段と
を含むことを特徴とする車両の制振装置である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】本発明を簡単に述べると、走行中に車体加
速度、台車加速度、油圧アクチュエータ指令値から、鉄
道車両の運動モデルを、より誤差の少ないものに運動モ
デル同定手段によって再構築し、再構築した運動モデル
に基づいて最適な乗り心地が得られるようなコントロー
ラである補償器をコントローラ設計手段によって設計さ
せることができる制御方式である。本システムの特徴
は、車両の振動特性や油圧アクチュエータの特性が変化
しても、その変化を自動的に検出して、コントローラも
自動的に変化させることによって、良好な乗り心地を実
現可能にすることである。本システムでは、振動特性の
変化の検出、コントローラの再設計、コントローラの再
実装を行う。こうして本件制振装置では、乗客の乗り降
りによる質量変化や機械的な経年変化などが発生して
も、その変化を自動的に検出して、どの程度の変化が生
じたかを同定し、その同定結果に基づいて最適なコント
ローラに切り替えて、常に最適な乗り心地を確保するこ
とができる。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】本発明に従えば、同定手段によって、車両
の運動モデルを、その運動モデルと実際の車両との振動
特性の誤差がより少ない、すなわち、より確からしい運
動モデルに構築し、この同定された運動モデルに対する
コントローラを設計し、このコントローラによってアク
チュエータを駆動して制振制御する。したがってたとえ
ば乗客数の変化、機械的な経年変化および固体差などに
かかわらず、車体の振動を抑制することが常に可能にな
る。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】削除

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１０

【補正方法】削除

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１１

【補正方法】削除

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】削除

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１３

【補正方法】削除

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】また本発明は、車両の走行中に、加速度セ
ンサによって検出される車体加速度と台車加速度とを、
予め定める時間にわたって、ストアするメモリと、メモ
リにストアされた前記予め定める時間にわたる各時刻の
台車加速度を、運動モデルにそれぞれ入力し、その運動
モデルによって車体加速度を予測して計算する車体加速
度予測手段と、メモリにストアされた車体加速度と、車
体加速度予測手段によって予測された車体加速度との誤
差の絶対値に対応する値を積算する手段と、積算手段の
出力が、予め定める基準値を超えたことを判別する判別
手段と、判別手段によって、積算手段の出力が前記予め
定める基準値を超えたことが判別されたとき、同定手段
による運動モデルのパラメータの更新とともに、その新
しいパラメータでの運動モデルに対応するコントローラ
を、コントローラ設計手段によって再設計させてコント
ローラのパラメータを変更する手段とを含むことを特徴
とする。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】本発明に従えば、運動モデルの変化を、前
記予め定める時間にわたる加速度センサによって検出さ
れた車体加速度と、予測して計算して求めた車体加速度
との誤差の絶対値に対応する値、たとえば絶対値のみま
たは前記誤差の２乗などの各値を、前記予め定める時間
にわたって積算し、その積算値が前記予め定める基準値
を超えたときには、運動モデルのパラメータの更新を行
って再構築を行う。こうして再構築された運動モデルに
対応して、アクチュエータを駆動制御するコントローラ
の再設計を行ってコントローラのゲインなどのパラメー
タを変更する。こうして自動的な運動モデルの再構築と
コントローラの再設計とが可能になる。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１４０

【補正方法】削除

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１４１

【補正方法】削除

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１４２

【補正方法】削除

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１４３】請求項２の本発明によれば、車両の走行中
に、運動モデルが変化したかどうかを判別手段で判別
し、運動モデルを変更すべきとき、すなわち運動モデル
が、実際の車両とは異なる状態になったときには、同定
手段によって運動モデルの再構築を行う。こうして得ら
れた再構築された運動モデルに対応するコントローラを
自動的に再設計する。こうして車両の制振制御を行う運
動モデルとの再構築が自動的に行われ、その各運動モデ
ルに応じてコントローラの再設計が行われる。したがっ
て車体の走行中における左右方向の制振制御を、上首尾
に達成することができる。

フロントページの続き (72)発明者 宇野 知之 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 西 義和 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 村上 清 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番18 号 川崎重工業株式会社兵庫工場内 (72)発明者 上林 賢治郎 愛知県名古屋市中村区名駅１丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 臼井 俊一 愛知県名古屋市中村区名駅１丁目１番４号 東海旅客鉄道株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体と台車との間に介在され、左右方向
   にばね力を発生するばねと、 車体と台車との間に介在され、左右方向の振動を減衰す
   るダンパと、 台車に対して車体を左右方向に変位駆動するアクチュエ
   ータと、 車体と台車との加速度をそれぞれ検出する加速度センサ
   と、 加速度センサの検出出力に応答し、アクチュエータを、
   車体の加速度が小さくなるように制振制御するコントロ
   ーラと、 加速度センサの検出出力を用いて車両の運動モデルを、
   同定して、実際の車両との誤差がより少ない運動モデル
   を構築する運動モデル同定手段と、 同定手段によって同定された運動モデルに対するコント
   ローラを設計するコントローラ設計手段とを含むことを
   特徴とする車両の制振装置。
2. 【請求項２】 前記運動モデルは、 車両の振動を模擬した振動系運動モデルと、 アクチュエータの運動を模擬したアクチュエータ運動モ
   デルとを含み、 前記コントローラ設計手段は、各運動モデル毎のコント
   ローラをそれぞれ設計することを特徴とする請求項１記
   載の車両の制振装置。
3. 【請求項３】 前記車両では、車体を、前後の２つの台
   車を基礎として、各台車の左右に前記ばねでそれぞれ支
   えて、各ばねに並列に、前記ダンパと前記アクチュエー
   タとがそれぞれ設置され、 振動系運動モデルは、車体運動が左右方向のみ行い、車
   体が左右並進運動およびヨー運動の合計２自由度の各運
   動に関して入力を左右並進およびヨー方向の力とした運
   動方程式によって表されることを特徴とする請求項２記
   載の車両の制振装置。
4. 【請求項４】 アクチュエータは、油圧シリンダであ
   り、各油圧シリンダは、サーボ弁によってそれぞれ制御
   され、 アクチュエータ運動モデルの運動方程式の状態量は、車
   体の左右・ヨー位置および速度ならびに油圧シリンダ圧
   力の合計３つであり、入力をサーボ弁への位置指令値と
   してアクチュエータ運動モデルを作成することを特徴と
   する請求項２または３記載の車両の制振装置。
5. 【請求項５】 車両の走行中に、加速度センサによって
   検出される車体加速度と台車加速度とを、予め定める時
   間にわたって、ストアするメモリと、 メモリにストアされた前記予め定める時間にわたる各時
   刻の台車加速度を、運動モデルにそれぞれ入力し、その
   運動モデルによって車体加速度を予測して計算する車体
   加速度予測手段と、 メモリにストアされた車体加速度と、車体加速度予測手
   段によって予測された車体加速度との誤差の絶対値に対
   応する値を加算する手段と、 加算手段の出力が、予め定める基準値を超えたことを判
   別する判別手段と、 判別手段によって、加算手段の出力が前記予め定める基
   準値を超えたことが判別されたとき、同定手段による運
   動モデルの再構築を行わせるとともに、その再構築され
   た運動モデルに対応するコントローラを、コントローラ
   設計手段によって再設計させる指令手段とを含むことを
   特徴とする請求項１〜４のうちの１つに記載の車両の制
   振装置。