JP4023754B2

JP4023754B2 - 振動抑制装置

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Publication number: JP4023754B2
Application number: JP12482097A
Authority: JP
Inventors: 治彦川崎; 順一荒井; 充村田
Original assignee: KYB Corp
Current assignee: KYB Corp
Priority date: 1997-04-28
Filing date: 1997-04-28
Publication date: 2007-12-19
Anticipated expiration: 2017-04-28
Also published as: JPH10297485A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鉄道車両において車体の台車に対する左右方向への変位，ヨーイングといった左右方向の挙動を抑制し、乗心地を向上させるための振動抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車体が台車に支持されている鉄道車両においては、車体と台車の間に空気ばねもしくはコイルばねからなるばねを介装して、車体が台車から受ける衝撃を吸収するとしている。すなわち、線路の不整による振動や曲線区間を走行する際に受ける遠心力による外周方向への移動をばねによって防いでいる。
【０００３】
一方、ばねの配在で車体への衝撃が吸収されて乗心地が向上するが、ばね自体の振動発生で車体が振動して、乗客に不快感を与える虞があることから、このばねの振動を減衰させるべく、ダンパを併せて配在させるとしている。
【０００４】
このダンパは、通常、シリンダに対するピストンの移動速度にほぼ比例した減衰力を発生させるように設定されており、この比例定数が減衰係数あるいはダンパ定数と呼ばれている。
【０００５】
ところで、近年、ダンパ定数を変動可能にしたダンパ、すなわち、いわゆるセミアクティブダンパを用いて、より一層車両の乗心地を向上させることが試みられているが、この一例の概要を図１０に示す。
【０００６】
図１０は、車体Ｂの左右の挙動に基づいてセミアクティブダンパたるダンパＤのダンパ定数を変化させる制御系を表すブロック図であるが、ダンパＤは、台車Ｃと車体Ｂとの間に介装されて、このダンパＤを構成するシリンダ内に充満の流体の流動抵抗を利用して、台車Ｃの車体Ｂに対する図中で左右方向となる横方向振動を減衰させる。
【０００７】
この流動抵抗を変化させるのがダンパ定数変更手段１であって、これは、詳しくは図示しないが、シリンダと連通する油圧回路と、この油圧回路の所定箇所を外部信号に応じて閉塞する複数の電磁弁とを有する構成とされている。
【０００８】
そして、これら電磁弁を適宜開閉させることで油圧回路の流路抵抗を変更するが、どの電磁弁を開閉させるか、すなわち、ダンパ定数を如何程にするのかを決定するのがダンパ定数設定手段２である。
【０００９】
このダンパ定数設定手段２において、目標となるダンパ定数は、ピストンのシリンダに対する速度、すなわち、ピストン速度と目標減衰力とに基づいて設定され、ピストン速度は、速度方向検出手段３によって検出され、目標減衰力は、加速度検出手段４によって検出された車体Ｂの横方向加速度に基づいて制御手段５が発生させる。
【００１０】
こうすることにより、ダンパＤは、そのときに車体Ｂに掛かっている横方向加速度に基づき適切な減衰力を発生することができ、ひいては横方向振動の抑制が期待できる。
【００１１】
一方、スカイフック制御則を適用してダンパ発生減速力を多段切り替えするセミアクティブ制御システムが提案されている。このようなスカイフック制御則を用いたセミアクティブ制御システムでは、以下のような制御則にもとづいて、ダンパのダンパ定数を切り替える制御を行っている。
【００１２】
すなわち、（１）（ｄＸ／ｄｔ）×ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ≧０のとき、Ｆａ＝ｂ×（ｄＸ／ｄｔ）として、（２）（ｄＸ／ｄｔ）×ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ＜０のとき、Ｆａ≒０とする。
【００１３】
ここで、
ｄＸ／ｄｔは、車体の制御する方向の絶対速度
ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔは、車体および台車間に設置されたダンパのピストン速度（車体および台車間の相対速度）
Ｆａは、必要制御力
ｂは、スカイフック減衰係数である。
【００１４】
そこで、（１）の状態のとき、必要制御力Ｆａを発生させるように、ダンパ速度に応じてダンパ定数を切り替える制御を実施することとなる。
【００１５】
そして、上記のようなダンパ速度を検出する手段として、ピストンロッドの側面に軸方向に等間隔に刻んだ磁性体ビットと、これらの磁性体ビットに対向設置された磁気センサとを組み合わせたものが、その磁気センサの出力を増幅するアンプなどと共に用いられている。
【００１６】
かかるセミアクティブ制御システムにあっては、上記の車体Ｂの制御する方向の絶対速度ｄＸ／ｄｔは、車体Ｂに設けた加速度計からの入力加速度を積分処理することにより算出可能である。また、相対速度を算出するため、ピストンロッド移動時の所定サンプリング時間内における磁気センサによる上記磁性体ビットのカウント数からダンパ速度を算出している。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、かかる従来の振動抑制装置に用いられるセミアクティブ制御システムにあっては、ダンパに磁気センサを一体に取り付ける必要があるほか、ピストンロッドに磁性体ビットを一定間隔で刻む必要があり、さらに、磁気センサの出力値よりダンパ速度を演算する制御ボードを各ダンパごとに設ける必要があり、結果として、ダンパが複雑かつ大型となり、ピストンロッドにも十分な加工精度が要求されるなどの不具合を招く危惧がある。
【００１８】
また、制御装置側でも、制御ボードがダンパの本数に対応した個数分必要となり、システム全体としてのコストがパッシブなダンパに対して相当高価になるという不具合を招く危惧がある。
【００１９】
さらに、ピストンロッド上の多数の磁性体ビットに製造上のばらつきが存在することは避けられず、そのため、各磁気センサの出力値はダンパごとに固有値を示すことになり、従って、制御ボードとダンパは特性上一対一に対応付けされ、ダンパ交換が必要となった場合には、そのダンパは制御ボードとともに一体交換する必要が生じるか、あるいは制御ボード側のメモリに記憶させてある基準データの書き替えを行わなければならず、メンテナンス面での工数やコストが大きく嵩むという不具合を招く危惧もある。
【００２０】
この発明は、上記した事情を鑑みて創案されたものであって、その目的とするところは、車体および台車間の相対速度の方向の検出をシリンダ内圧に基づくことで、ダンパ定数の設定および電磁弁による減衰力の制御を行えるようにし、これを簡単な構成およびメンテナンス作業によって低コストに実現できる振動抑制装置を提供することである。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成のために、この発明による振動抑制装置の構成を、基本的には、シリンダとシリンダ内に摺動可能に収装されるピストンとシリンダ内にピストンで区画された二油室とを備え車輪を軸支する台車と台車に支持される車体との間に介装されて車体の台車に対する左右方向の振動を抑制するダンパと、ダンパの二油室を連通する流路の流路抵抗を変化させることでダンパ定数を変化させるダンパ定数変更手段とを備えた振動制御装置において、二油室内の圧力を検出する圧力センサを設け、スカイフック制御に必要な車体と台車の左右相対速度の方向を二油室内の各圧力に基づいて判定し、車体の左右速度の方向および車体と台車の左右相対速度の方向からスカイフック制御力が必要と判定する場合、上記圧力によって求めたダンパの発生制御力とスカイフック制御力とを比較し両者の差が小さくなるようダンパ定数を変更し、車体の左右速度の方向および車体と台車の左右相対速度の方向からスカイフック制御力が不要と判定する場合、ダンパをアンロード状態とする。
【００２２】
そして、より具体的には、ダンパ定数変更手段は、ダンパの二油室を連通する主流路と、主流路に並列される複数の支流路と、主流路と各支流路のそれぞれに設けられた流路径の異なるオリフィスと、各支流路にそれぞれ設けられ支流路を開閉する電磁弁とを備え、各電磁弁を開閉制御することによりダンパ定数を変化させるとし、また、二油室の各圧力を検出する圧力センサが出力する圧力検出信号の読み込みを多チャンネルの同一アナログインターフェースボードを用いて行うとする。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に、図示した実施の形態に基づいて、この発明を説明するが、この発明による振動抑制装置も、前記した従来例の場合と同様に、車体が台車に支持された鉄道車両に用いられるもので、車体と台車との間に介装されて両者の左右方向の相対振動を減衰させるダンパの減衰係数、すなわち、いわゆるダンパ定数を制御することで、車体の左右方向の挙動、すなわち、台車に対する左右方向への変位およびヨーイングなどを抑制する。そして、その基本構成は、前記したところと同一であり、従って、ここではその重複する説明を省略する。
【００２４】
しかしながら、この基本構成のみでは、必ずしも有効にダンパ定数を設定することができない。例えば、ダンパ定数を四段階に変更可能にしておいても、走行線区の状態等により、専ら激しい振動を引き起こすような外力が加わり、最大のダンパ定数しか選ばない、という場合がある。
【００２５】
これでは、この激しい振動が一時的におさまって発生する比較的ゆるやかな振動に対し、適切なダンパ定数にならない場合がある。また、乗客に不快感を与えるような、ゆったりとした振動が発生しても、ダンパ定数が大きすぎるために、車体が台車とほぼ一体となって揺れてしまうということも起り得る。
【００２６】
そこで、この発明の振動抑制装置においては、図１に示すように、ゲイン設定手段６を設けており、このゲイン設定手段６が、車体Ｂの図中で左右方向となる横方向の挙動に基づき、制御ゲインを設定するとしている。
【００２７】
なお、車体Ｂの横方向の挙動とは、車体Ｂの左右方向の加速度でも良いし、また、挙動の結果生じるダンパＤのピストン速度でも良く、車体Ｂの横方向加速度ならば、加速度検出手段４の検出結果を用いていれば良い。
【００２８】
こうして、車体Ｂの横方向の挙動に基づいて制御ゲインを設定することで、走行線区の違い等によって生じる横方向の挙動の変化をダンパ定数の変化に反映させることができ、ひいては良好な乗心地を得ることができる。
【００２９】
また、ゲイン設定手段６は、継続時間算出手段６ａとゲイン調整手段６ｂとを備えているが、継続時間算出手段６ａは、最大のダンパ定数が継続して選択される時間を算出するので、ゲイン調整手段６ｂは、その算出結果が予め設定された所定時間よりも長いときに制御ゲインを小さくするものである。
【００３０】
従って、この振動抑制装置によれば、制御ゲインが大きくなり過ぎ、最大のダンパ定数ばかりが選ばれる、という事態が避けられ、走行線区，天候，乗客数等の影響を受けず、適切に振動抑制を行うことができる。
【００３１】
この振動抑制装置では、ゲイン設定手段６において制御ゲインを下げる処理を行うようにしたのに対し、逆に制御ゲインを上げる手段として、図示しないが、最小時間算出手段とゲイン上昇手段を備えて、最小時間算出手段にダンパ定数が最小になっている継続時間を算出させ、その算出結果が、予め設定された所定時間よりも長いときには、ゲイン上昇手段で制御ゲインを大きくさせる。
【００３２】
仮に、設定された制御ゲインが小さ過ぎると、最小のダンパ定数が選ばれるケースが大きくなり、この状態では、突発的に起こる車体の激しい振動を効果的に減衰させることができないが、上記のように、継続時間算出手段６ａによる算出結果に基づき、継続時間が所定時間よりも長いときには、ゲイン調整手段６ｂがゲインを上げることにより、他のダンパ定数も選ばれるようになる。
【００３３】
従って、この振動抑制装置によれば、制御ゲインが小さくなり過ぎるのを防止でき、走行線区，天候，乗客数等の影響を受けず、適切に振動抑制を行うことができる。
【００３４】
また、図２および図３は、この発明の振動抑制装置が適用される鉄道車両を示す側面図およびその平面図であり、同図に示すように、鉄道車両は、車体Ｂと、車体Ｂの前後を支持する台車Ｃ，Ｃと、各台車Ｃに懸架された複数の車輪Ｗとを有して構成されている。
【００３５】
車体Ｂと各台車Ｃとは、各台車Ｃのほぼ中央位置Ｃ１，Ｃ１で前後左右方向の所定量に相対移動可能に支持されており、また、同じく各中央位置Ｃ１にて図３中に矢印ｂで示す方向に互いに回動可能に設定されている。
【００３６】
そして、図２中に矢印ａで示す進行方向に関して各中央位置Ｃ１の前後には、それぞれ複数のダンパＤが配置されている。
【００３７】
これらダンパＤは、詳しくは図示しないが、シリンダ内にて摺動可能に配置されたピストンにてシリンダ内を二油室に分割し、その二油室に充満されたオイルをピストンに設けられた流路を介して流通させるてピストンのシリンダに対する振動を減衰させるもので、ピストンの摺動方向を車体の左右方向たる横方向に設定して、シリンダを車体Ｂ側に固定させ、ピストンをロッドを介して台車Ｃに固定させている。
【００３８】
すなわち、ダンパＤは、車体Ｂと台車Ｃとの間における相対振動を減衰させるものである。なお、図示しないが、各ダンパＤには、上記の二油室を連絡する油圧回路が外部に設けられており、この油圧回路に有する後述の複数の電磁弁をオン・オフすることにより、減衰性能を変化可能にしている。
【００３９】
図２中に符号Ａで示す振動抑制装置は、上記電磁弁に指令信号を発するものであり、各ダンパＤ毎に設けられている。つまり、各振動抑制装置（Ａ）からの指令信号に基づいた減衰性能を各ダンパＤが発揮することになる。
【００４０】
なお、図２中において、各振動抑制装置（Ａ）は、対応する各ダンパＤの上方に配置されているが、これは図示する便宜の上からこの位置に示したものであって、実際には車体Ｂの端部に集中配置されている。
【００４１】
車体Ｂにおいて、近隣するダンパＤの間に対応する箇所には、図２に示すように、それぞれの位置における車体Ｂの左右方向の加速度を検知するＧセンサＳがそれぞれ設けられている。
【００４２】
次に、振動抑制装置について、その構成をブロック図に表示した図４を用いて詳細に説明するが、同図において、７は、ＧセンサＳから出力された加速度信号を増幅して所定の電圧値として出力するＧアンプで、８は、Ｇアンプ７の出力値たる電圧値、すなわち、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器であり、９は、Ａ／Ｄ変換器８の出力したデジタル信号の高周波成分をカットする波形フィルタ処理部である。
【００４３】
また、１０は、波形フィルタ処理部９が出力した信号に重力加速度ｇを乗して実加速度にする補正部で、１１は、この実加速度を積分して車体Ｂの左右方向の速度を算出する積分部であり、また、１２は、積分部１１により算出された速度にスカイフック減衰係数ｂに相当する所定の制御ゲインＫＡを乗じて制御入力信号ｕ（制御力Ｆａ）を発生させる制御部である。
【００４４】
そして、１３は、制御部１２にて用いられる制御ゲインＫＡを設定するゲイン設定部であり、１４は、ダンパＤのシリンダに対するピストンの速度Ｖｂｔｆ方向（符号）に対応する信号を発生させる、すなわち、具体的には、シリンダ内の二油室の各検出圧力値に基づいて速度方向（速度符号）を演算により求める速度方向検出部（速度符号検出部）である。
【００４５】
さらに、１５は、制御入力信号ｕとピストン速度Ｖｂｔｆ方向とからダンパＤの発生すべきダンパ定数を設定するダンパ定数設定部で、１６は、ダンパＤをアンロードにすべきかオンロードにすべきかを制御入力信号ｕおよびピストン速度方向Ｖｂｔｆから判定するアンロード・オンロード判定部である。
【００４６】
１８は、ダンパ定数設定部１５およびアンロード・オンロード判定部１６からの信号入力に基づいてダンパＤに設けられた油圧回路（図示せず）の有する複数の電磁弁１７を駆動するソレノイドドライバである。
【００４７】
なお、図４において、二点鎖線で囲まれた枠内の構成の行う処理は、ソフトウェアにて実現される、すなわち、この二点鎖線で囲む枠内部分は、ハードウェア的には、図示しないが、ＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭ，水晶発振子，およびこれらを連絡するバスラインとからなる周知のコンピュータシステムとして構成されている。
【００４８】
そして、上記作用を実現する処理手順がプログラムとしてＲＯＭ内に予め格納されており、ＣＰＵが、このプログラムに従って、演算処理を行ったり、ＧセンサＳａからの出力信号をＲＡＭに格納したりすることにより、ソレノイドドライバ１８に出力する指令信号を発生させる。
【００４９】
次に、以上の振動抑制装置を構成する各部の内、特に重要な構成について補足説明を行う。まず、制御部１２は、上記したように積分部１１により算出された速度に、所定の制御ゲインＫＡを乗した結果を制御入力信号ｕとして発生させるものである。
【００５０】
制御入力信号ｕは、ダンパＤが発生すべき減衰力の目標値に相当するもので、制御部１２において制御ゲインＫＡに負符号を付けた上で、車体Ｂの横方向速度ｖに乗されるので、制御入力信号ｕは横方向速度ｖと逆方向を向いた力を表す信号となる。
【００５１】
つまり、この振動抑制装置は、所謂スカイフック制御を行うように設定されている。なお、この制御部１２に、波形フィルタ処理部９，補正部１０，および積分部１１を加えたものが図１中の制御手段５に相当する。
【００５２】
アンロード・オンロード判定部１６は、制御入力信号ｕの方向とダンパＤのピストン速度Ｖｂｔｆの方向とから、ダンパＤに減衰力を発生させるか否かを判断する部分である。
【００５３】
制御部１２は、車体Ｂの横方向速度ｖに抗する方向の減衰力をダンパＤに発生させる指令を出すものであるが、ダンパＤはその性質上、ピストンの移動方向と同じ方向には減衰力を発生できない。
【００５４】
このため、制御入力信号ｕの方向（符号）とピストン速度Ｖｂｔｆの方向（符号）が等しい場合には、ダンパＤに減衰力を発生させない（アンロード）ようにソレノイドドライバ１８に指令信号を発生する。
【００５５】
一方、符号が異なる場合には、制御入力信号ｕに基づいて、ダンパ定数設定部１５の発生する電磁弁１７のオン・オフパターンに従って減衰力を発生する、すなわち、オンロードにする。なお、実際には、アンロード状態においてもダンパＤはわずかな減衰力を発生させる。
【００５６】
ダンパ定数設定部１５は、ソレノイドドライバ１８に対して、どの電磁弁１７をオンにし、どの電磁弁１７をオフにするかを指令するものであり、実際に、ダンパ定数設定部１５からの指令によりオン・オフされるのは、ダンパＤの油圧回路に配在の複数の電磁弁１７の内、１７ａ，１７ｃ（図６参照）の二つのみであり、この１７ａ，１７ｃをオン・オフすることでダンパＤが図５に示すような減衰係数、すなわち、所謂ダンパ定数を呈することになる。
【００５７】
ここで、１７ａ，１７ｃを有する油圧回路，速度方向検出部１４，およびダンパＤについて図６を用いて説明するが、図６は、これら三者が一体に構成されたセミアクティブダンパ装置の概略構成図である。
【００５８】
まず、ダンパＤは、上記したように、シリンダ２０と、シリンダ２０内にて摺動可能に配置されたピストン２１と、ピストン２１に連設されたロッド２２とを有してなり、ロッド２２のシリンダ２０外に突出する先端２２ａが台車Ｃ（図示せず）に固定され、シリンダ２０のボトム端２０ａが車体Ｂ（図示せず）に固定されている。
【００５９】
そして、シリンダ２０内部にはオイルが充満されており、ピストン２１によって区画された二油室、すなわち、ロッド側油室２３とピストン側油室２４がピストン２１に配在のチェック弁２１ａを介して連通されている。
【００６０】
油圧回路は、ピストン側油室２４に接続された経路３０と、ロッド側油室２３に接続された経路３１と、この経路３１に接続されて主オリフィス３２を介して経路３０へとオイルを還流させる主流路３３と、この主流路３３に並列に配置された支流路であって電磁弁１７ａおよび第一オリフィス３４を介して経路３０へとオイルを還流させる第一支流路３５と、同じく主流路３３に並列に配置された支流路であって電磁弁１７ｃおよび第二オリフィス３６を介して、経路３０へとオイルを還流させる第二支流路３７とを備えている。
【００６１】
また、経路３０にはベースチェック弁３８が介装されており、オイルの逆流を防いでいる。なお、第二オリフィス３６の流路径は、第一オリフィス３４の流路径よりも大きくされている。
【００６２】
また、この油圧回路は、上記の主流路３３，第一支流路３５，第二支流路３７の他にも、電磁弁１７ｂを介して経路３０へとオイルを還流とせるアンロード用経路３９や、無通電状態（フェイル時ともいう）において電磁弁１７ｄおよび第三オリフィス４１を介して経路３０へとオイルを還流させるフェイル用経路４０を備えている。
【００６３】
なお、電磁弁１７ｄは、オンロード状態においてはオンとされ、電磁弁１７ｄ側にオイルが流れ込まないようにする。
【００６４】
この油圧回路において、電磁弁１７ａ，１７ｃを共にオフにしておくと、オイルが経路３１から主流路３３の主オリフィス３２のみを通って経路３０へと還流するために流路抵抗が大きくなり、ダンパＤのダンパ定数も大きくなり、これが前記した図５中のＰ４の状態である。
【００６５】
また、電磁弁１７ａをオンにし、電磁弁１７ｃをオフにしておくと、オイルが経路３１から主流路３３の主オリフィス３２および第一支流路３５の第一オリフィス３４を通って経路３０へと還流するため、ダンパ定数はＰ４（図５参照）よりもやや小さくなり、これがＰ３（図５参照）の状態である。
【００６６】
これとは逆に、電磁弁１７ａをオフにし、電磁弁１７ｃをオンにすると、オイルが経路３１から主流路３３の主オリフィス３２および第二支流路３７の第二オリフィス３６を通って経路３０へと還流する。第二オリフィス３６の流路径は、第一オリフィス３４の流路径よりも大きくされているため、ダンパ定数はＰ３よりもやや小さくなり、これがＰ２（図５参照）の状態である。
【００６７】
そして、電磁弁１７ａ，１７ｃを共にオンにしておくと、オイルが経路３１から主流路３３の主オリフィス３２，第一支流路３５の第一オリフィス３４，および第二支流路３７の第二オリフィス３６の計三個のオリフィスを通って経路３０へと還流するため、ダンパ定数はＰ２よりも更に小さくなり、これがＰ１（図５参照）の状態である。
【００６８】
なお、この例においては、これら四つのダンパ定数Ｐ１乃至Ｐ４の内、Ｐ４のみ、上記コンピュータシステムの有する水晶発振子の発生するクロックに基づいて、選択された期間が測定されているものとする。
【００６９】
アンロード用経路３９は、既述したアンロード・オンロード判定部１６によって、アンロード状態にすべきであるという信号が発せられたときに、電磁弁１７ｂがオンとされることにより、オイルが流れる経路である。
【００７０】
このアンロード用経路３９にはオリフィスがないため、流路抵抗は、極めて小さく、電磁弁１７ｂがオンにされると、電磁弁１７ａ，１７ｃの状態にかかわりなく、ダンパＤは極めて小さなダンパ定数を呈する。
【００７１】
一方、フェイル用経路４０には、第三オリフィス４１があるので、アンロード状態におけるダンパ定数よりも大きくなる。
【００７２】
以上のように、油圧回路は、電磁弁１７ａ，１７ｃがオン・オフされることにより、ダンパＤのダンパ定数を４段階に切り替える他、アンロード状態およびフェイル時におけるダンパ定数を所定値に保つようにしている。
【００７３】
ここで図４に戻り、ゲイン設定部１３について説明するが、既に説明したように、ゲイン設定部１３は、制御部１２にて用いられる制御ゲインＫＡを設定するものである。
【００７４】
そして、この例においては、本図において一点鎖線の矢印にて示したように、ダンパ定数設定部１５によるダンパ定数の設定結果、より詳しくは最大のダンパ定数Ｐ４が選択された継続時間に応じて、制御ゲインＫＡを設定する。
【００７５】
以上説明してきた振動抑制装置によれば、車体Ｂに大きな横加速度がかかる走行区間では、制御ゲインを小さくするので、ダンパ定数を四段階に切り替えられるセミアクティブダンパ装置の性能を十分に活かし、走行区間の状態，天候等に適応したきめ細かな減衰力の切り替えを行うことができる。
【００７６】
ところで、速度方向検出部１４は、従来技術の説明のときに述べたように、ロッド２２の側面に軸方向に等間隔にて埋め込まれた磁性体ビットと、磁性体ビットに対向して配置された磁気センサとを用いて、ピストン２１、すなわち、ロッド２２が、シリンダ２０に対して移動すると磁気センサが磁性体ビットをカウントすることにより、ピストン速度Ｖｂｔｆおよびピストン変位Ｙｂｔｆを出力することができる。
【００７７】
しかし、ロッド２２に磁性体ビットを一定間隔で刻む必要があるほか、磁気センサの出力値よりダンパ速度を演算する制御ボードは各ダンパに対応して設ける必要があるところから、構成の複雑化と合わせて、コストがパッシブのダンパに比較して相当高くなる。
【００７８】
また、磁性体ビットのばらつきが存在するほか、磁気センサの出力値がダンパごとに固有値を有するため、制御ボードとダンパが一対一で対応し、例えば、ダンパ交換が必要となる場合は、制御ボードと一体に交換したり、ボード側に記憶されている基準データの書き替え作業が必要になるなどの不都合があった。
【００７９】
このため、この発明では、速度方向検出部１４としては、図６に示すように、シリンダ２０内のロッド側油室２３およびピストン側油室２４の各圧力をそれぞれ検出する圧力センサ３１ａ，３０ａを各経路３１，３０に設け、これらの圧力センサ３１ａ，３０ａの検出圧力に基づいて演算によりピストン速度Ｖｂｔｆの符号、すなわち、伸びか縮みかの方向を出力して、これらをゲイン設定部１３，アンロード・オンロード判定部１６およびダンパ定数設定部１５の制御用信号として用いる。
【００８０】
また、各圧力センサ３０ａ，３１ａの入力にはサージ圧の影響を受けるのを防止するオリフイス３０ｂ，３１ｂがそれぞれ接続されている。
【００８１】
従って、ロッド２２が圧縮方向に移動すると、ピストン側油室２４からのロッド２２の進入体積分に相当する流量のオイルがチェック弁２１ａを通ってロッド側油室２３に至り、更に、経路３１を通ってリリーフ弁Ｒあるいは電磁弁１７ａ乃至１７ｄの状態によってオリフィス３２，３４，３６，４１のいずれかを通過して、リザーバ室Ｔに至る。
【００８２】
このとき、リリーフ弁Ｒやオリフィス３２，３４，３６，４１での圧損によって減衰力が発生することになり、このときの各圧力センサ３０ａ，３１ａの圧力値がそれぞれＰＲ，ＰＢであるとするとき、ＰＲ≒ＰＢの関係になる。
【００８３】
一方、ロッド２２が伸び方向に移動すると、チェック弁２１ａのチェック作用によってロッド側油室２３の圧力のみが上昇することとなり、ピストン側油室２４の圧力はリザーバ室Ｔの圧力と同等となり、このとき、ＰＲ＞ＰＢおよびＰＢ≒０となる。
【００８４】
従って、
ｄＸを車体の制御する方向の絶対速度、
ｄ（Ｘ−Ｙ）を車体および台車間に設置されたダンパのピストン速度（車体および台車間の相対速度）とすると、
ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ≧０を伸び方向とすれば、
ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ≧０のときに、上記のＰＲ＞ＰＢ≒０が成立し、
ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ＜０のときに、上記のＰＲ≒ＰＢが成立する、すなわち、圧力検出によりピストン速度の正負の判別が可能になる。
【００８５】
また、スカイフックの必要制御力Ｆａが必要な状態では、圧力をフィードバックしているため、現在ダンパが発生している荷重Ｆａ１は、Ｆａ１＝Ｅｆａ×ＰＲ（Ｅｆａは有効受圧面積）として、簡単に計算により求めることができる。
【００８６】
そこで、ＦａとＦａ１を比較して、両者の差が小さくなるように、電磁弁１７ａ，１７ｃを制御して減衰力を従来同様に四段階に変更すれば、振動抑制を効果的に実施できる。
【００８７】
また、制御装置側は、加速度入力と同様に、アナログインターフェースボードで対応でき、図７に示すように一枚のボードで多チャンネル入力が可能となり、一車両四本ダンパを使用する場合では、一枚のアナログ入出力ボードで対応可能となり、ボードの使用枚数を削減できる。
【００８８】
このように、シリンダ２０内のロッド側油室２３とピストン側油室２４の内圧を検知することで、従来のような大掛りな磁気センサや磁性体ビットの加工が不要となることになる。
【００８９】
そして、磁気センサの出力値よりピストン速度を演算する制御ボードは、それぞれのダンパに対応して個別に設ける必要がなく、この結果、ダンパ形状が簡単となり、ロッドの加工が容易となり、結果的にダンパの大幅なコストダウンが図れることになる。
【００９０】
また、上記アナログインターフェースボードで対応可能になり、ダンパと制御ボードを一対一に対応させる必要がなく、ダンパ交換時にも、制御ボードとの一体交換やボード側に記憶されている基準データの書き替え作業が不要となって、メンテナンス面での工数，コストの削減を図れる。
【００９１】
図８および図９は、上記ダンパの制御処理を示すフローチャートであるが、いま、図示しない車体Ｂと台車Ｃとの間に相対速度が発生していない状態では、ステップ（以下、単にＳという）１で電磁弁１７ａ乃至１７ｄをすべてオフとし、従って、ダンパをフェール状態とする。
【００９２】
制御開始信号の読み込みが開始されて（Ｓ２）、制御を行うか否かを判定して（Ｓ３）、制御を行う場合には、まず、電磁弁１７ｄを動作させて、ダンパをＰ４の状態にする（Ｓ４）。
【００９３】
次に、シリンダ２０に対するピストン２１、すなわち、ロッド２２の左右方向の加速度ｄ（ｄＸ／ｄｔ）／ｄｔ，二油室２３，２４の圧力ＰＲ，ＰＢおよびスカイフック減衰係数を読み込んで（Ｓ５）、相対速度、すなわち、ピストン速度ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔの正負の判別を行い（Ｓ６）、ＰＲ≒ＰＢのときには、ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ＜０と判定し、ＰＲ＞ＰＢかつＰＢ≒０のときは、ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ≧０と判定する。
【００９４】
また、上記の左右加速度ｄＸ／ｄｔの積分を行い絶対速度を演算し（Ｓ７）、（ｄＸ／ｄｔ）×ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ≧０か否かを調べ（Ｓ８）、ここで、（ｄＸ／ｄｔ）×ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ≧０でない場合には、電磁弁１７ａ乃至１７ｄがオンとされて（Ｓ９，Ｓ１０）、このとき、必要制御力ＦａがＦａ≒０（アンロード状態）となり、以降Ｓ５の処理を実行する（Ｓ１０）。
【００９５】
一方、（ｄＸ／ｄｔ）×ｄ（Ｘ−Ｙ）／ｄｔ≧０である場合には、電磁弁１７ｂをオフにすると共に、電磁弁１７ｄをオンにし（Ｓ９）、このとき、Ｆｄ＝Ａ×ＰＲの制御力が発生することとなる（Ｓ１１）。なお、Ｓ１１におけるＡは、ダンパ有効受圧面積を示す。
【００９６】
ここで、上記各制御力Ｆａ，Ｆｄの絶対値を比較して（Ｓ１２）、｜Ｆａ｜＜｜Ｆｄ｜の場合にはダンパ定数を一段低下させ（Ｓ１３）、｜Ｆａ｜≧｜Ｆｄ｜の場合にはダンパ定数を一段増加させる（Ｓ１４）。
【００９７】
こうして、ダンパ定数が最低値以下か否かを調べて（Ｓ１５）、最低値以下となった場合には最低値に設定し（Ｓ１６）、このダンパ定数となるように電磁弁１７ａ乃至１７ｄを所定の制御マップに従ってオン・オフ制御し（Ｓ１７）、Ｓ５以下の処理を繰り返す。
【００９８】
一方、Ｓ１４でダンパ定数が高められた場合には、最大ダンパ定数か否かを判定し（Ｓ１８）、最大ダンパ定数以上の場合には、最大ダンパ定数に設定し（Ｓ１９）、電磁弁１７ａ乃至１７ｄを上記制御マップに従ってオン・オフ制御する。
【００９９】
また、Ｎ≧４でない場合およびＮ≦１でない場合には、それぞれＮ＝１乃至３またはＮ＝２乃至４に応じた減衰力とされるように上記制御マップにしたがって電磁弁１７ａ乃至１７ｄがオン・オフ制御されることになる（Ｓ１７）。
【０１００】
【発明の効果】
以上のように、請求項１の発明によれば、シリンダとシリンダ内に摺動可能に収装されるピストンとシリンダ内にピストンで区画された二油室とを備え車輪を軸支する台車と台車に支持される車体との間に介装されて車体の台車に対する左右方向の振動を抑制するダンパと、ダンパの二油室を連通する流路の流路抵抗を変化させることでダンパ定数を変化させるダンパ定数変更手段とを備えた振動制御装置において、二油室内の圧力を検出する圧力センサを設け、スカイフック制御に必要な車体と台車の左右相対速度の方向を二油室内の各圧力に基づいて判定し、車体の左右速度の方向および車体と台車の左右相対速度の方向からスカイフック制御力が必要と判定する場合、上記圧力によって求めたダンパの発生制御力とスカイフック制御力とを比較し両者の差が小さくなるようダンパ定数を変更し、車体の左右速度の方向および車体と台車の左右相対速度の方向からスカイフック制御力が不要と判定する場合、ダンパをアンロード状態とするので、従来のような大掛りな磁気センサや磁性体ビットの加工が不要となり、簡単かつローコストの構成にて、その検出圧力をダンパ定数の変化に反映でき、従って良好な乗心地を得ることができる。
【０１０１】
また、請求項２の発明によれば、ダンパ定数変更手段は、ダンパの二油室を連通する主流路と、主流路に並列される複数の支流路と、主流路と各支流路のそれぞれに設けられた流路径の異なるオリフィスと、各支流路にそれぞれ設けられ支流路を開閉する電磁弁とを備え、各電磁弁を開閉制御することによりダンパ定数を変化させるので、二油室の検出圧力に応じて複数の電磁弁を開閉制御するだけで、ダンパのダンパ定数を簡単かつ確実に変化させることができるという効果が得られる。
【０１０２】
また、請求項３の発明によれば、二油室の各圧力を検出する圧力センサが出力する圧力検出信号の読み込みを、多チャンネルの同一アナログインターフェースボードを用いて行うように構成したので、ダンパ速度などの演算等を制御する制御ボードをダンパごとに設ける必要がなく、一枚のアナログインターフェースボードで対応可能となり、全体としてボード枚数の低減並びにダンパ形状の単純化およびコストダウンが図れるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態による振動抑制装置を示すブロック図である。
【図２】図１に示す振動抑制装置が適用される車両を概念的に示す正面図である。
【図３】図１に示す振動抑制装置が適用される車両を概念的に示す正面図である。
【図４】図１に示す振動抑制装置の詳細を示すブロック図である。
【図５】この発明におけるダンパ制御用の電磁弁とダンパ定数との関係を示す説明図である。
【図６】この発明におけるダンパを示す概略構成図である。
【図７】この発明に用いられるアナログインターフェースボードの接続例を示す概念図である。
【図８】この発明のダンパにおけるダンパ定数の設定手順を示すフローチャートである。
【図９】図８と共にこの発明のダンパにおけるダンパ定数の設定手順を示すフローチャートである
。
【図１０】従来の振動抑制装置を示すブロック図である。

Claims

シリンダとシリンダ内に摺動可能に収装されるピストンとシリンダ内にピストンで区画された二油室とを備え車輪を軸支する台車と台車に支持される車体との間に介装されて車体の台車に対する左右方向の振動を抑制するダンパと、ダンパの二油室を連通する流路の流路抵抗を変化させることでダンパ定数を変化させるダンパ定数変更手段とを備えた振動制御装置において、二油室内の圧力を検出する圧力センサを設け、スカイフック制御に必要な車体と台車の左右相対速度の方向を二油室内の各圧力に基づいて判定し、車体の左右速度の方向および車体と台車の左右相対速度の方向からスカイフック制御力が必要と判定する場合、上記圧力によって求めたダンパの発生制御力とスカイフック制御力とを比較し両者の差が小さくなるようダンパ定数を変更し、車体の左右速度の方向および車体と台車の左右相対速度の方向からスカイフック制御力が不要と判定する場合、ダンパをアンロード状態とすることを特徴とする振動制振装置。
ダンパ定数変更手段は、ダンパの二油室を連通する主流路と、主流路に並列される複数の支流路と、主流路と各支流路のそれぞれに設けられた流路径の異なるオリフィスと、各支流路にそれぞれ設けられ支流路を開閉する電磁弁とを備え、各電磁弁を開閉制御することによりダンパ定数を変化させることを特徴とする請求項１の振動抑制装置。
二油室の各圧力を検出する圧力センサが出力する圧力検出信号の読み込みを多チャンネルの同一アナログインターフェースボードを用いて行うことを特徴とする請求項１または２の振動抑制装置。