JP2011201333A

JP2011201333A - 鉄道車両用制振装置

Info

Publication number: JP2011201333A
Application number: JP2010067680A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Ogawa; 小川　　貴之; Atsushi Aoki; 淳青木; Masaru Uchida; 勝内田
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2011-10-13
Anticipated expiration: 2030-03-24
Also published as: JP5427082B2

Abstract

【課題】鉄道車両の曲線区間で乗り心地を向上するとともに当該区間での走行速度の向上を可能とする鉄道車両用制振装置を提供することである。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、鉄道車両の台車Ｗと車体Ｂとの間に対として介装されるアクチュエータＡ，Ａを備え、車体Ｂの振動を抑制する鉄道車両用制振装置１において、鉄道車両が曲線区間を走行する際に、一方のアクチュエータＡをアクティブ制御しつつ、他方のアクチュエータＡを曲線区間の内側へ車体を押す方向の減衰力のみを発揮する片効きのダンパとして機能させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

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、鉄道車両に車体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。

具体的には、車体と台車との間にアクチュエータとダンパを並列させて介装して構成されており、アクティブ制御時には、制御装置でアクチュエータの推力を制御しつつダンパの減衰力を最低として、車体の振動を抑制するとともに、異状時には、アクチュエータの推力を０としつつダンパの減衰力を最大として鉄道車両用制振装置をパッシブダンパとして機能させて、車体の振動を抑制するようにしている。

特開２００９−７３４１８号公報

近年、輸送力の向上の観点から鉄道の高速化が要望されており、高速化の実現には、曲線区間での高速走行が必須となっている。

ところで、鉄道車両が曲線区間を走行する際には、車体には曲線区間の曲率中心とは反対側に向く遠心力が作用する。この遠心力は、車両の走行速度が高くなればなるほど大きくなる。そこで、鉄道車両の軌道では、曲率中心側の内側レールと反対側の外側レールにカントと呼ばれる高低差を設けて、上記遠心力を緩和し、曲線走行時の鉄道車両の速度向上を図っている。

しかしながら、カント量（各レールの高低差量）は一端設定されると変更することができず、走行速度が異なる鉄道車両が走行する線区では、高速走行する鉄道車両になればなるほど、カント量が不足して超過遠心力が鉄道車両に作用する。

他方、従来の鉄道車両用制振装置にあっては、超過遠心力に重畳される振動成分を加速度センサで検知し、当該振動成分に対して制振制御が行われるようになっている。そのため、従来の鉄道車両用制振装置では、アクチュエータをアクティブ制御して車体の制振を行っても、上記した超過遠心力によって車体は台車に対して曲線外側へ変位してしまう。そして、最終的には、車体がストッパに衝合してそれ以上の台車に対する車体の変位が規制されることになるが、このストッパとの衝合で車両における乗り心地が悪化するので、従来の鉄道車両用制振装置では、走行速度を向上することが難しい。

また、車体とストッパとが衝合するときの衝撃を加速度センサで拾うことになるので、制御装置がアクチュエータへ与える推力指令が著大となって車体を加振してしまい車体の振動を大きくしてしまう危惧もある。

そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、鉄道車両の曲線区間で乗り心地を向上するとともに当該区間での走行速度の向上を可能とする鉄道車両用制振装置を提供することである。

上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段は、鉄道車両の台車と車体との間に対として介装され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において、鉄道車両が曲線区間を走行する際に、一方のアクチュエータをアクティブ制御しつつ、他方のアクチュエータを曲線区間の内側へ車体を押す方向の減衰力のみを発揮する片効きのダンパとして機能させることを特徴とする。

本発明の鉄道車両用制振装置によれば、鉄道車両が曲線区間を走行する際には、車体は台車に対して曲線区間の内側へは変位し易く、外側へは変位し難くなるので、曲線区間走行中の鉄道車両の車体が超過遠心力によって台車に対して曲線区間の外側へ変位して車体がストッパに衝合することを防止でき、車両における乗り心地が向上するとともに、これにより曲線区間走行速度を向上することができる。

一実施の形態におけるシリンダ装置を鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。一実施の形態における鉄道車両用制振装置の動作を説明する図である。一実施の形態における鉄道車両用制振装置の具体図である。

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、図１に示すように、鉄道車両Ｔの車体Ｂと台車Wとの間に対として介装されるアクチュエータＡ，Ａと、各アクチュエータＡ，Ａを制御する制御装置Ｃとを備えて構成されている。これら二つのアクチュエータＡ，Ａは、詳細には、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ている。また、ピンＰの図１中左右には、車体Ｂの台車Ｗに対する左右変位の限界でピンＰと衝合してそれ以上の車体Ｂの変位を規制するストッパＳが設けられている。なお、ストッパＳは、車体Ｂの台車Ｗの左右変位を規制できればよいので、ピンＰ以外に衝合するようにしてもよく、他所に設けられてもよい。

そして、この鉄道車両用制振装置１は、基本的には、アクティブ制御で車体Ｂの車両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おり、たとえば、スカイフック制御を行って、上記車体Ｂの横方向の振動を抑制するようになっている。具体的には、鉄道車両用制振装置１は、車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の速度と、車体Ｂと台車Ｗの相対速度とからアクチュエータＡ，Ａで発生すべき推力を制御装置Ｃで求め、制御装置Ｃで上記求めた推力通りにアクチュエータＡの推力を制御することで車体Ｂの上記横方向の振動を抑制する。そのため、制御装置Ｃは、車体Ｂの水平横方向の加速度を検知する加速度センサ４０と、アクチュエータＡの変位を検知するストロークセンサ４１とを備えていて、加速度センサ４０で検知した加速度を積分して車体Ｂの横方向の速度を得るとともに、ストロークセンサ４１で検知したアクチュエータＡの変位を微分して車体Ｂと台車Ｗの相対速度を得るようになっている。なお、車体Ｂの横方向の速度と、車体Ｂと台車Ｗの相対速度を求めるのに他のセンサ、手段を用いてもよい。

また、制御装置Ｃは、鉄道車両が曲線区間を走行する際には、いずれか一方のアクチュエータＡをアクティブ制御するとともに、他方のアクチュエータＡを曲線区間の内側へ車体Ｂを押す方向の減衰力のみを発揮する片効きのダンパとして機能させるようにする。

具体的には、制御装置Ｃは、曲線区間の位置情報と曲線区間の曲がる方向の情報とを保有しており、鉄道車両Ｔに設置の車両モニタＭから得られる現在走行位置情報を参照して、鉄道車両Ｔが曲線区間を走行中であると判断すると、上記したように、一つのアクチュエータＡを通常通りアクティブ制御するとともに、曲線区間の曲がる方向から他のアクチュエータＡを曲線区間の内側へ車体Ｂを押す方向の減衰力のみを発揮する片効きのダンパとして機能させる。なお、車両モニタＭが搭載されていない車両に設置されるアクチュエータＡの制御装置Ｃは、他車両に搭載されている車両モニタＭから現在走行位置情報を得るようにすればよく、編成車両の長さを考慮して車両モニタＭから得られる現在走行位置情報を補正して曲線区間走行中であるか否かを判断してもよい。また、制御装置Ｃは、図示したところでは、台車Ｗと車体Ｂとの間に介装される二つのアクチュエータＡ，Ａのみを制御するようにしてもよいが、一つの車両Ｔには台車Ｗが二つあり、アクチュエータＡが一車両で四本あるので、四つのアクチュエータＡを一つの制御装置Ｃで制御してもよいし、また、制御装置Ｃは、自身が搭載される車両以外の車両のアクチュエータＡを制御するようにしてもよい。

アクチュエータＡが元々パッシブなダンパ機能を備える場合には、アクティブ制御を中止して当該ダンパ機能を発揮させるようにすればよく、そうでない場合には、アクチュエータＡの推力を制御して見掛け上ダンパとして機能させるようにしてもよい。

このように鉄道車両Ｔが曲線区間を走行する際には、車体Ｂが台車Ｗに対して曲線区間の外側へ変位しようとすると、パッシブなダンパとして機能するアクチュエータＡは、図２の矢印に示すように、曲線区間における内側へ車体Ｂを押す方向、すなわち、曲線区間走行時の遠心力に対向する方向へ車体Ｂを押す減衰力を発揮して、この変位を抑制する。また、このダンパとして機能するアクチュエータＡは、片効きのダンパとして機能しているので、曲線区間における外側へ車体Ｂを押す方向の減衰力を発揮することはなく、車体Ｂが台車Ｗに対して曲線区間の内側への変位に対しては何ら力を発揮しないか、最低限の抵抗しか出力しない。

そして、もう一方のアクティブ制御されるアクチュエータＡは、鉄道車両Ｔが直線区間を走行しているときと同様のアクティブ制御されることになり、車体Ｂの横方向の振動を抑制する。

つまり、アクティブ制御されるアクチュエータＡが車体Ｂを台車Ｗに対して曲線区間の外側へ向けて変位させる推力を発揮する場合には、ダンパとして機能するアクチュエータＡが減衰力を発揮して当該変位が抑制され、反対に、アクティブ制御されるアクチュエータＡが車体Ｂを台車Ｗに対して曲線区間の内側へ向けて変位させる推力を発揮する場合には、ダンパとして機能するアクチュエータＡは減衰力を発揮せず当該変位が抑制されないことになる。

このように、鉄道車両Ｔが曲線区間を走行する際には、車体Ｂは台車Ｗに対して曲線区間の内側へは変位し易く、外側へは変位し難くなるので、曲線区間走行中の鉄道車両Ｔの車体Ｂが超過遠心力によって台車Ｗに対して曲線区間の外側へ変位して車体ＢがストッパＳに衝合することを防止でき、車両における乗り心地が向上するとともに、これにより曲線区間走行速度を向上することができる。

以上、鉄道車両用制振装置１について、原理的に説明したが、以下、各部の具体的な例を用いて説明する。

まず、アクチュエータＡについて説明する。アクチュエータＡは、図３に示すように、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とピストン側室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、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、上記ロッド側室５とピストン側室６には作動油等の液体が充填されるとともに、タンク７には、液体のほか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することによって加圧状態とする必要は無い。

そして、基本的には、第一開閉弁９で第一通路８を連通状態とするとともに第二開閉弁１１を閉じた状態でポンプ１２を駆動することで、このアクチュエータＡを伸長駆動させることができ、第二開閉弁１１で第二通路１０を連通状態とするとともに第一開閉弁９を閉じた状態でポンプ１２を駆動することで、アクチュエータＡを収縮駆動させることができるようになっている。

以下、アクチュエータＡ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３中右端は蓋１３によって閉塞され、図３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、上記ロッドガイド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内の他端を同じくシリンダ２内に摺動自在に挿入されているピストン３に連結してある。

なお、ロッド４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内は密閉状体に維持されている。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、上述のように液体として作動油が充填されている。

また、このアクチュエータＡ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おり、伸長駆動時と収縮駆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るようになっており、アクチュエータＡの変位量に対する流量も伸縮両側で同じとなる。

詳しくは、アクチュエータＡを伸長駆動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６を連通させた状態となってロッド側室５内とピストン側室６内の圧力が等しくなって、ピストン３におけるロッド側室５側とピストン側室６側の受圧面積差に上記圧力を乗じた推力を発生し、反対に、アクチュエータＡを収縮駆動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６との連通が断たれてピストン側室６をタンク７に連通させた状態となるので、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ことになり、アクチュエータＡ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Ａ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が、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り、加えて変位量に対する流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Ａの伸縮両側の推力の制御をすることができる点は変わらない。

戻って、ロッド４の図３中左端とシリンダ２の右端を閉塞する蓋１３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Ａを鉄道車両Ｔにおける車体と車軸との間に介装することが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、この実施の形態の場合、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に対向して連通ポジション９ｂに切換えるソレノイド９ｅとを備えて構成されている。

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、この実施の形態の場合、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に対向して連通ポジション１１ｂに切換えるソレノイド１１ｅとを備えて構成されている。

ポンプ１２は、モータ１５によって駆動されるようになっており、ポンプ１２は、一方向のみに液体を吐出するポンプとされており、そ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に通じて、モータ１５によって駆動されると、タンク７から液体を吸込んでロッド側室５へ液体を供給する。

上述のようにポンプ１２は、一方向のみに液体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への液体の逆流を阻止する逆止弁１７を設けてある。

また、この実施の形態の場合、ロッド側室５とタンク７とが排出通路２１を通じて接続されており、この排出通路２１の途中に開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁２２を設けられている。

可変リリーフ弁２２は、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に対向する推力を発生する比例ソレノイド２２ｃとを備えて構成され、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を調節することができるようになっている。

この可変リリーフ弁２２は、弁体２２ａに作用させる排出通路２１の上流となるロッド側室５の圧力がリリーフ圧を超えると、当該排出通路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ようになって、弁体２２ａを後退させて排出通路２１を開放するようになっている。

また、この可変リリーフ弁２２にあっては、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量を増大させると、比例ソレノイド２２ｃが発生する推力を増大させることができるようになっており、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量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いと開弁圧が最大となる。

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が開閉状態に関わらず、アクチュエータＡ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へ逃がして、アクチュエータＡのシステム全体を保護するようになっている。

また、ピストン側室６とロッド側室５とを連通する整流通路１８が設けられており、この整流通路１８の途中には逆止弁１８ａが設けられて、当該整流通路１８は、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう液体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、タンク７とピストン側室６とを連通する吸込通路１９が設けられており、この吸込通路１９の途中には逆止弁１９ａが設けられて、当該吸込通路１９は、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９ｃを逆止弁とすることで第一通路８に集約することができ、吸込通路１９についても、第二開閉弁１１の遮断ポジション１１ｃを逆止弁とすることで第二通路１０に集約することができる。

他方、制御装置Ｃは、上述のように、加速度センサ４０と、ストロークセンサ４１とに接続されて、これらセンサ４０，４１から入力される信号を処理して第一開閉弁９、第二開閉弁１１、モータ１５および可変リリーフ弁２２に指令を与えてアクチュエータＡの推力を制御するようになっている。

具体的には、制御装置Ｃは、加速度センサ４０と、ストロークセンサ４１から車体Ｂの横方向の速度と、車体Ｂと台車Ｗの横方向の相対速度を求め、スカイフック制御則に則りアクチュエータＡが発生すべき推力の大きさ、方向を求め、当該推力を発生させるべく、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、モータ１５を駆動するための図示しないドライバおよび可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ制御信号を出力して、アクチュエータＡを制御する。

なお、制御装置Ｃは、ハードウェア資源としては、図示はしないが具体的にはたとえば、加速度センサ４０と、ストロークセンサ４１が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、通常制御および曲線区間の通過時の制御に必要な処理に使用されるプログラムが格納されるＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）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（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）などの演算装置と、上記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とを備えて構成されればよく、ＣＰＵが上記プログラムを実行することで制御装置Ｃの制御動作が実現される。

鉄道車両用制振装置１は、上述のように構成されており、続いて、この鉄道車両用制振装置１の作動について説明する。

まず、鉄道車両Ｔが曲線区間以外の区間を走行する場合について説明する。この場合、鉄道車両用制振装置１は、各アクチュエータＡをアクティブ制御を実施することで鉄道車両Ｔの車体Ｂに作用する振動を抑制するようになっている。

具体的には、アクチュエータＡに所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、制御装置Ｃは、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としてモータ１５を回転させつつポンプ１２からシリンダ２内へ液体を供給する。このようにすることで、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から液体が供給され、ピストン３が図３中左方へ押されアクチュエータＡ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が開弁して液体が排出通路２１を介してタンク７へ逃げるので、ロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力は、可変リリーフ弁２２の開弁圧に等しくなる。すなわち、可変リリーフ弁２２の開弁圧を調節することで、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の開弁圧を乗じた伸長方向の推力をアクチュエータＡに発揮させることができる。

これに対して、アクチュエータＡに所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、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、モータ１５を回転させつつポンプ１２からロッド側室５内へ液体を供給する。このようにすることで、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から液体が供給されるので、ピストン３が図３中右方へ押されアクチュエータＡは収縮の推力を発揮する。上記したところと同様に、可変リリーフ弁２２の開弁圧を調節することで、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の開弁圧を乗じた収縮方向の推力をアクチュエータＡに発揮させることができる。

このように、アクチュエータＡは、アクチュエータとしての機能を発揮する。制御装置Ｃは、鉄道車両Ｔが曲線区間を通過する際の制御を除き、モータ１５を回転させて、上記の如く、アクチュエータＡが発生すべき推力を求め、求めた推力をアクチュエータＡに発揮させるべく、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および可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ制御信号を出力して、アクチュエータＡを制御する。これにより、鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両Ｔの車体Ｂの横方向への振動をアクティブ制御によって抑制することができるのである。

なお、アクチュエータＡに収縮中に伸長方向の推力を発揮させる場合には、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として可変リリーフ弁２２の開弁圧を調節することによって、当該推力を発揮させればよく、この場合には、ポンプ１２を動作させても停止させてもよい。また、アクチュエータＡに伸長中に収縮方向の推力を発揮させる場合、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として可変リリーフ弁２２の開弁圧を調節することによって、当該推力を発揮させればよく、この場合には、ポンプ１２を動作させても停止させてもよい。

他方、鉄道車両Ｔが曲線区間を走行する際には、制御装置Ｃは、一方のアクチュエータＡについては、曲線区間以外の制御と同様に、アクティブ制御によってアクチュエータとして機能させて車体Ｂの振動を抑制する制御を実行するとともに、他方のアクチュエータＡについては、ダンパとして機能させるべく、曲線区間の曲がる方向から当該曲線区間の内側へ車体Ｂを押す方向の減衰力のみを発生するように、第一開閉弁９と第二開閉弁１１を駆動する。

たとえば、ダンパとして機能させるアクチュエータＡに、伸長時にのみ減衰力を発揮させる場合、制御装置Ｃは、第一開閉弁９を遮断ポジション９ｃとして第二開閉弁１１を連通ポジション１１ｂとする。すると、この状態のアクチュエータＡは、伸長する場合、ロッド側室５が圧縮されるので、当該圧縮されるロッド側室５から過剰分の液体が排出通路２１を介してタンク７へ排出される。その際、液体が可変リリーフ弁２２を通過するので、可変リリーフ弁２２の開弁圧を調節することで減衰力を調節することができる。拡大するピストン側室６には、第二開閉弁１１が開弁しているので、第二通路１０を介してタンク７から液体が供給される。なお、このダンパモードでは、可変リリーフ弁２２の開弁圧を積極的に調節して減衰力を可変にしてもよいが、ある一定の開弁圧に設定して一定の減衰力を発揮するようにしてもよいし、また、カント量、曲率半径と車両速度から超過遠心力を求めて、この超過遠心力に応じた減衰力を発揮させるようにしてもよい。他方、この状態のアクチュエータＡが収縮する場合、拡大するロッド側室５へ減少するピストン側室６から整流通路１８を介して液体が流入するとともに、シリンダ２内へ侵入するロッド４の体積分の液体は第二通路１０を介してタンク７へ排出されるため、液体は可変リリーフ弁２２を通過することなく、アクチュエータＡは推力を発揮しない。このように、アクチュエータＡは、伸長時にのみ減衰力を発揮する片効きのダンパとして機能する。なお、ポンプ１２は駆動していても停止していてもよい。

反対に、ダンパとして機能させるアクチュエータＡに、収縮時にのみ減衰力を発揮させる場合、制御装置Ｃは、第一開閉弁９を連通ポジション９ｂとして第二開閉弁１１を遮断ポジション１１ｃとする。すると、この状態のアクチュエータＡは、収縮する場合、ロッド側室５とピストン側室６とが連通されているのでシリンダ２内に侵入するロッド４の体積分の液体がシリンダ２内で過剰となって、当該過剰分の液体が排出通路２１を介してタンク７へ排出される。その際、液体が可変リリーフ弁２２を通過するので、可変リリーフ弁２２の開弁圧を調節することで減衰力を調節することができる。なお、このダンパモードでは、可変リリーフ弁２２の開弁圧を積極的に調節して減衰力を可変にしてもよいが、ある一定の開弁圧に設定して一定の減衰力を発揮するようにしてもよい。他方、この状態のアクチュエータＡが伸長する場合、シリンダ２内からロッド４が退出するので、シリンダ２内で液体が不足する。この不足分の液体は、吸込通路１９を通じてタンク７から供給されるので、液体は可変リリーフ弁２２を通過することなく、アクチュエータＡは推力を発揮しない。このように、アクチュエータＡは、収縮時にのみ減衰力を発揮する片効きのダンパとして機能する。なお、ポンプ１２は駆動していても停止していてもよい。

片効きダンパとして機能するアクチュエータＡの減衰力発生方向は、上述したように、制御装置Ｃが車両モニタＭから走行位置情報を得て、自身で備える曲線区間の位置と曲がり方向とを参照して決定されることになる。

鉄道車両Ｔが曲線区間を走行する際には、制御装置Ｃが上記した如くに各アクチュエータＡを制御するので、車体Ｂは台車Ｗに対して曲線区間の内側へは変位し易く、外側へは変位し難くなって、曲線区間走行中の鉄道車両Ｔの車体Ｂが超過遠心力によって台車Ｗに対して曲線区間の外側へ変位して車体ＢがストッパＳに衝合することを防止でき、車両における乗り心地が向上するとともに、これにより曲線区間走行速度を向上することができる。

また、このアクチュエータＡにあっては、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伴うことが無いので、応答性および信頼性が高いシステムを提供することができる。

なお、このアクチュエータＡ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が短くなって、鉄道車両Ｔへの搭載性が向上する。

また、このアクチュエータＡにおけるポンプ１２からの液体供給および伸縮作動による液体の流れは、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おり、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、アクチュエータＡ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、推進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Ａの製造にあたって、面倒な液体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、液体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Ａ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することができる。

さらに、上述のように液体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ので、ロッド側室５内とピストン側室６内に圧力が籠ってしまうことがなく、推力安定のための低圧優先シャトル弁を設ける必要が無いので、低圧優先シャトル弁の打音の問題が解消され、鉄道車両用制振装置１の静粛性が向上し、鉄道車両Ｔへ搭載しても車両搭乗者に不快感や不安感を抱かせることがない。

またさらに、ポンプ１２は一方向のみに吐出するので、回転切換時の容量変動の心配が無く安価なポンプ１２を使用でき、ポンプ１２の駆動源であるモータ１５にあっても回転方向切換において高い応答性が要求されることもないのでモータ１５をも安価なものを使用でき、アクチュエータＡの全体としても安価となり経済性が向上する。

なお、このアクチュエータＡにあっては、第一開閉弁９と第二開閉弁１１がともに遮断ポジション９ｃ，１１ｃを採ると、整流通路１８および吸込通路１９と排出通路２１で、ロッド側室５、ピストン側室６およびタンク７が数珠繋ぎに連通されるのでユニフロー型のダンパとして機能することになる。したがって、アクチュエータＡ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ので、アクチュエータＡは、自動的に、パッシブダンパとして機能することができる。

以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。

本発明は、鉄道車両の車体振動の制振に利用可能である。

１鉄道車両用制振装置
２シリンダ
３ピストン
４ロッド
５ロッド側室
６ピストン側室
７タンク
８第一通路
９第一開閉弁
９ａ第一開閉弁におけるバルブ
９ｂ第一開閉弁における連通ポジション
９ｃ第一開閉弁における遮断ポジション
９ｄ第一開閉弁におけるバネ
９ｅ第一開閉弁におけるソレノイド
１０第二通路
１１第二開閉弁
１１ａ第二開閉弁におけるバルブ
１１ｂ第二開閉弁における連通ポジション
１１ｃ第二開閉弁における遮断ポジション
１１ｄ第二開閉弁におけるバネ
１１ｅ第二開閉弁におけるソレノイド
１２ポンプ
１３蓋
１４ロッドガイド
１５モータ
１６供給通路
１７逆止弁
１８整流通路
１８ａ整流通路における逆止弁
１９吸込通路
１９ａ吸込通路における逆止弁
１９ｂリリーフ弁におけるバネ
２１排出通路
２２可変リリーフ弁
２２ａ可変リリーフ弁における弁体
２２ｂ可変リリーフ弁におけるバネ
２２ｃ可変リリーフ弁における比例ソレノイド
４０加速度センサ
４１ストロークセンサ
Ａアクチュエータ
Ｂ車体
Ｃ制御装置
Ｍ車両モニタ
Ｐピン
Ｓストッパ
Ｔ鉄道車両
Ｗ台車

Claims

鉄道車両の台車と車体との間に対として介装され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において、鉄道車両が曲線区間を走行する際に、一方のアクチュエータをアクティブ制御しつつ、他方のアクチュエータを曲線区間の内側へ車体を押す方向の減衰力のみを発揮する片効きのダンパとして機能させることを特徴とする鉄道車両用制振装置。
上記アクチュエータは、台車と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に連結されるとともに台車と車体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、ロッド側室をタンクへ接続する排出通路と、排出通路の途中に開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁と、ロッド側室へ液体を供給するポンプと、タンクから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、ピストン側室から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備えたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用制振装置。