JP6725356B2 - 鉄道車両用制振装置 - Google Patents

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。

より詳しくは、鉄道車両用制振装置は、シリンダと、シリンダ内に摺動自在に挿入されてシリンダ内をロッド側室とピストン側室に区画するピストンと、シリンダ内に挿入されてピストンに連結されるロッドとを備えて車体と台車との間に介装されるアクチュエータと、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、ロッド側室へ作動油を供給するポンプと、ロッド側室を前記タンクへ接続する排出通路と、当該排出通路の途中に設けられ開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁とを備えており、前記したポンプ、第一開閉弁、第二開閉弁および可変リリーフ弁を駆動して、伸縮双方へ推力を発揮でき、この推力で車体の振動を抑制するようになっている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２０１０−６５７９７号公報

従来の鉄道車両用制振装置は、ポンプを一定の回転速度（単位時間当たりの回転数）で駆動し、車体の振動状況に応じて第一開閉弁、第二開閉弁をおよび可変リリーフ弁を適宜駆動し、油圧を利用して車体の振動を抑制する推力を得て鉄道車両の振動を抑制する。

従来の鉄道車両用制振装置は、振動抑制機能については何ら問題がないが、乗客に騒音を知覚させてしまうという指摘がある。

というのは、鉄道車両用制振装置は車体に装着されるので、ポンプを駆動するモータの振動音、ポンプの脈動等を原因とする振動音、アクチュエータの共振による振動音といった音が車体に伝達される。車体に伝達された音は、車体自体がスピーカーとなって車内に響いてしまい、車内の乗客に騒音として知覚されてしまうのである。

これを嫌って、ポンプの回転速度を低くすると吐出流量が不足してアクチュエータの推力も低下してしまい、車体の振動を充分に抑制できなくなってしまう。

そこで、本発明の目的は、車体の振動抑制効果を損なわずに、乗客に騒音を知覚されずに済む鉄道車両用制振装置の提供である。

本発明の鉄道車両用制振装置は、アクチュエータと、ポンプを制御する制御部とを備えて、鉄道車両の車両速度に基づいて前記ポンプの回転速度を制御するようになっている。このように構成された鉄道車両用制振装置は、鉄道車両の車両速度が低く走行音が小さな状況ではポンプの回転速度を低くし、鉄道車両の車両速度が高く走行音が大きくなる状況ではとポンプの回転速度を高くできる。

また、請求項２の鉄道車両用制振装置では、車両速度が第一閾値以上から第一閾値未満となるとポンプの回転速度を高回転速度から低回転速度へ切換え、車両速度が第一閾値未満から第一閾値以上となるとポンプの回転速度を低回転速度から高回転速度へ切換える。このように構成された鉄道車両用制振装置では、高低の二段階にポンプの回転速度を切換えるようにしているので、ポンプの回転速度を指示する信号にノイズが重畳してもポンプの回転速度の制御に影響を与えづらくなるため、ノイズに強いロバスト性の高い制御を実現できる。

なお、請求項３の鉄道車両用制振装置のように、ポンプの回転速度の切換えに際して、車両速度が増加すると段階的にポンプの回転速度を増加させてもよい。また、請求項４の鉄道車両用制振装置のように、車両速度に比例させてポンプの回転速度を変更するようにしてもよい。

さらに、請求項５の鉄道車両用制振装置では、車両速度が第一閾値未満から第一閾値以上となるとポンプの回転速度を低回転速度から高回転速度へ切換え、車両速度が第一閾値より低い第二閾値以上から第二閾値未満となるとポンプの回転速度を高回転速度から低回転速度とする。このように鉄道車両用制振装置を構成すると、車両速度が第一閾値或いは第二閾値の付近で振動的に推移しても、低回転速度と高回転速度が高周波で切換わるハンチングが生じない。そして、ハンチングの発生が防止されるので、ポンプの回転速度の振動的な変化が抑制され、アクチュエータの推力が振動的に変化してしまうのを防止でき、車両における乗り心地を一層向上できる。また、ハンチングが生じないので、ポンプの回転速度の切換動作が頻繁せず、ポンプおよびポンプを駆動するモータの劣化を早めて経済性が損なわれるといった問題も生じない。

そして、請求項６の鉄道車両用制振装置では、鉄道車両の走行地点がポンプの回転速度を高速とすべき区間である場合、ポンプの回転速度を車両速度によらずポンプの回転速度を高速で回転させる。このように構成された鉄道車両用制振装置では、走行地点がポンプの回転速度を高速とすべき地点である場合には高速で回転させるので、アクチュエータに大きな推力を発揮させる必要がある状況ではポンプが高速で回転させられて、確実に車体の振動を抑制できる。

また、請求項７の鉄道車両用制振装置では、シリンダ本体内の圧力を調節する電磁リリーフ弁を備え、電磁リリーフ弁へ与える電流量をポンプの回転速度に基づく圧力オーバーライドを用いて求めるようになっている。このように構成された鉄道車両用制振装置にあっては、ポンプのポンプ効率の変化によらず、正確にアクチュエータの推力を制御できる。

本発明の鉄道車両用制振装置によれば、鉄道車両の車体の振動抑制効果を損なわず、かつ、乗客に騒音を知覚されずに済む。

一実施の形態における鉄道車両用制振装置を搭載した鉄道車両の概略平面図である。 一実施の形態の鉄道車両用制振装置におけるアクチュエータの回路図である。 一実施の形態の鉄道車両用制振装置における制御部の制御ブロック図である。 車両速度とポンプの回転速度との関係を示したグラフである。 回転速度を決定する手順の一例を示したフローチャートである。 電磁リリーフ弁の流量特性を示したグラフである。

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、本例では、鉄道車両の車体Ｂの制振装置として使用され、図１に示すように、台車Ｔと車体Ｂとの間に設置されたアクチュエータＡと、制御部Ｃとを備えて構成されている。そして、本例の鉄道車両用制振装置１は、アクチュエータＡが発揮する推力で車体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いる。

アクチュエータＡは、本例では図２に示すように、鉄道車両の台車Ｔと車体Ｂの一方に連結されるシリンダ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と台車Ｔと車体Ｂの他方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とを備えるシリンダ本体Ｃｙに加え、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へ作動油を供給するポンプ１２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、前記ロッド側室５とピストン側室６には、本例では、作動流体として作動油が充填されるとともに、タンク７には、作動油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して加圧状態とする必要は無い。また、作動流体は、作動油以外にも他の液体を利用してもよい。

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を駆動すると、シリンダ本体Ｃｙを伸長させられ、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を駆動すると、シリンダ本体Ｃｙを収縮させられる。

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２中右端は蓋１３によって閉塞され、図２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、前記ロッドガイド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内の他端をシリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３に連結している。

なお、ロッドガイド１４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内は密閉状態に維持されている。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、上述のように作動油が充填されている。

また、このシリンダ本体Ｃｙ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いる。よって、伸長作動時と収縮作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り、シリンダ本体Ｃｙの変位量に対する作動油量も伸縮両側で同じとなる。

詳しくは、シリンダ本体Ｃｙを伸長作動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６を連通させた状態とするので、ロッド側室５内とピストン側室６内の圧力が等しくなり、アクチュエータＡは、ピストン３におけるロッド側室５側とピストン側室６側の受圧面積差に前記圧力を乗じた推力を発生する。反対に、シリンダ本体Ｃｙを収縮作動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６との連通を断ちピストン側室６をタンク７に連通させた状態とするので、アクチュエータＡは、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。要するに、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、伸長作動、収縮作動共に、ロッド側室５の圧力を制御すればよい。また、本例のアクチュエータＡでは、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る。加えて、変位量に対する作動油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の伸縮両側の推力を制御できる点は変わらない。

戻って、ロッド４の図２中左端とシリンダ２の右端を閉塞する蓋１３とには、図示しない取付部を備えており、このアクチュエータＡを鉄道車両における車体Ｂと台車Ｔとの間に介装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、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と、第一通路８を遮断してロッド側室５とピストン側室６との連通を断つ遮断ポジションとを備えている。そして、この第一開閉弁９は、通電時に連通ポジションを採り、非通電時に遮断ポジションを採るようになっている。

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、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と、第二通路１０を遮断してピストン側室６とタンク７との連通を断つ遮断ポジションとを備えている。そして、この第二開閉弁１１は、通電時に連通ポジションを採り、非通電時に遮断ポジションを採るようになっている。

ポンプ１２は、モータ１５によって駆動され、一方向のみに作動油を吐出するポンプとされている。そして、ポンプ１２の吐出口は供給通路１６によってロッド側室５へ連通されるとともに吸込口はタンク７に通じていて、ポンプ１２は、モータ１５によって駆動されるとタンク７から作動油を吸込んでロッド側室５へ作動油を供給する。

上述のようにポンプ１２は、一方向のみに作動油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が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への作動油の逆流を阻止する逆止弁１７が設けられている。

さらに、本例のアクチュエータＡには、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１と、排出通路２１の途中に設けた開弁圧を変更可能な電磁リリーフ弁２２を備えている。

電磁リリーフ弁２２は、本例では、比例電磁リリーフ弁とされており、排出通路２１の途中に設けられており、供給する電流量に応じて開弁圧を調節でき、電流量を最大とすると開弁圧を最小とし、電流を供給しないと開弁圧を最大とするようになっている。

このように、排出通路２１と電磁リリーフ弁２２とを設けると、シリンダ本体Ｃｙを伸縮作動させる際に、ロッド側室５内の圧力を電磁リリーフ弁２２の開弁圧に調節でき、アクチュエータＡの推力を電磁リリーフ弁２２へ供給する電流量で制御できる。排出通路２１と電磁リリーフ弁２２とを設けると、アクチュエータＡの推力を調節するために必要なセンサ類が不要となり、ポンプ１２の吐出流量の調節のために高度にモータ１５を制御する必要もなくなる。よって、鉄道車両用制振装置１が安価となり、ハードウェア的にもソフトウェア的にも堅牢なシステムを構築できる。

なお、電磁リリーフ弁２２に与える電流量で開弁圧を比例的に変化させる比例電磁リリーフ弁を用いると開弁圧の制御が簡単となるが、開弁圧を調節できる電磁リリーフ弁であれば比例電磁リリーフ弁に限定されない。

そして、電磁リリーフ弁２２は、第一開閉弁９および第二開閉弁１１の開閉状態に関わらず、シリンダ本体Ｃｙ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を開放する。このように、電磁リリーフ弁２２は、ロッド側室５の圧力が開弁圧以上となると、ロッド側室５内の圧力をタンク７へ逃がすので、シリンダ２内の圧力が過大となるのを防止してアクチュエータＡのシステム全体を保護する。よって、排出通路２１と電磁リリーフ弁２２を設けると、システムの保護も可能となる。

さらに、この実施の形態のアクチュエータＡは、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう作動油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へ向かう作動油の流れのみを許容する吸込通路１９を備えている。よって、本例のアクチュエータＡでは、第一開閉弁９および第二開閉弁１１が閉弁する状態でシリンダ本体Ｃｙが伸縮すると、シリンダ２内から押し出される作動油の流れに電磁リリーフ弁２２が抵抗を与えるので、アクチュエータＡがユニフロー型のダンパとして機能する。

より詳細には、整流通路１８は、ピストン側室６とロッド側室５とを連通しており、途中に逆止弁１８ａが設けられ、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう作動油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、吸込通路１９は、タンク７とピストン側室６とを連通しており、途中に逆止弁１９ａが設けられ、タンク７からピストン側室６へ向かう作動油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の遮断ポジションを逆止弁とすると第一通路８に集約でき、吸込通路１９についても、第二開閉弁１１の遮断ポジションを逆止弁とすると第二通路１０に集約できる。

このように構成されたアクチュエータＡでは、第一開閉弁９と第二開閉弁１１がともに遮断ポジションを採っても、整流通路１８、吸込通路１９および排出通路２１で、ロッド側室５、ピストン側室６およびタンク７を数珠繋ぎに連通させる。また、整流通路１８、吸込通路１９および排出通路２１は、一方通行の通路に設定されている。よって、シリンダ本体Ｃｙが外力によって伸縮すると、シリンダ２から必ず作動油が排出されて排出通路２１を介してタンク７へ戻され、シリンダ２で足りなくなる作動油は吸込通路１９を介してタンク７からシリンダ２内へ供給される。この作動油の流れに対して前記電磁リリーフ弁２２が抵抗となってシリンダ２内の圧力を開弁圧に調節するので、アクチュエータＡは、パッシブなユニフロー型のダンパとして機能する。

また、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のそれぞれが遮断ポジションを採り、電磁リリーフ弁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。よって、このようなフェール時には、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。

つづいて、前記のように構成されたアクチュエータＡに所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、制御部Ｃは、基本的には、モータ１５を回転させてポンプ１２からシリンダ２内へ作動油を供給しつつ、アクチュエータＡの第一開閉弁９を連通ポジションとしつつ第二開閉弁１１を遮断ポジションとする。このようにすると、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から作動油が供給され、ピストン３が図２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内の圧力が電磁リリーフ弁２２の開弁圧を上回ると、電磁リリーフ弁２２が開弁して作動油が排出通路２１を介してタンク７へ排出される。よって、ロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力は、電磁リリーフ弁２２に与える電流量で決まる電磁リリーフ弁２２の開弁圧にコントロールされる。そして、アクチュエータＡは、ピストン３におけるピストン側室６側とロッド側室５側の受圧面積差に電磁リリーフ弁２２によってコントロールされるロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力を乗じた値の伸長方向の推力を発揮する。

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、制御部Ｃは、モータ１５を回転させてポンプ１２からロッド側室５内へ作動油を供給しつつ、アクチュエータＡの第一開閉弁９を遮断ポジションとしつつ、第二開閉弁１１を連通ポジションとする。このようにすると、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から作動油が供給されるので、ピストン３が図２中右方へ押されアクチュエータＡは収縮方向の推力を発揮する。そして、前述と同様に、電磁リリーフ弁２２の電流量を調節すると、アクチュエータＡは、ピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積と電磁リリーフ弁２２によってコントロールされるロッド側室５内の圧力を乗じた収縮方向の推力を発揮する。

また、アクチュエータＡにあっては、アクチュエータとして機能するのみならず、モータ１５の駆動状況に関わらず、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も機能できる。また、アクチュエータＡをアクチュエータからダンパへの切換える際に、面倒かつ急峻な第一開閉弁９と第二開閉弁１１の切換動作を伴わないので、応答性および信頼性が高いシステムを提供できる。

なお、本例のアクチュエータ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、鉄道車両への搭載性が向上する。

また、本例のアクチュエータＡにおけるポンプ１２からの作動油供給および伸縮作動による作動油の流れは、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。そのため、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、シリンダ本体Ｃｙ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、面倒な油中での組立や真空環境下での組立を強いられず、作動油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、シリンダ本体Ｃｙ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できる。

つづいて、制御部Ｃは、図２と図３に示すように、車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の横方向加速度ａを検出する加速度センサ４０と、横方向加速度ａに含まれる曲線走行時の定常加速度、ドリフト成分やノイズを除去するバンドパスフィルタ４１と、バンドパスフィルタ４１で濾波した横方向加速度ａを処理して、アクチュエータＡのモータ１５、第一開閉弁９、第二開閉弁１１、電磁リリーフ弁２２へ制御指令を出力する制御処理部４２とを備えて構成され、アクチュエータＡの推力を制御する。なお、バンドパスフィルタ４１で横方向加速度ａに含まれる曲線走行時の定常加速度が除去されるので、乗り心地を悪化させる振動のみを抑制できる。

制御処理部４２は、図３に示すように、加速度センサ４０で検知した横方向加速度ａに基づいてアクチュエータＡで発生すべき推力である制御力Ｆを求める制御力演算部４２１と、鉄道車両の図示しない車両モニタから受信する車両速度と走行地点情報に基づいてポンプ１２の回転速度Ｒｍを求める回転速度決定部４２２と、制御力Ｆと回転速度Ｒｍとに基づいて電磁リリーフ弁２２へ供給する電流量Ｉを求める電流量演算部４２３と、制御力Ｆの入力を受けて第一開閉弁９および第二開閉弁１１を切換駆動する開閉弁駆動部４２４と、電流量Ｉの入力を受けて電磁リリーフ弁２２へ供給する電流量を制御するリリーフ弁制御部４２５と、回転速度Ｒｍの入力を受けてモータ１５を制御するモータドライバ４２６とを備えて構成されている。

制御力演算部４２１は、本例では、Ｈ∞制御器とされており、横方向加速度ａから車体Ｂの振動を抑制するためにアクチュエータＡが出力すべき推力を指示する制御力Ｆを求める。なお、制御力Ｆは、方向により正負の符号が付されており、符号はアクチュエータＡに出力させるべき推力の方向を示す。開閉弁駆動部４２４は、制御力Ｆの入力を受けると、制御力Ｆの符号に応じて第一開閉弁９と第二開閉弁１１に電流供給或いは電流供給を停止して開閉駆動する。より詳細には、アクチュエータＡの伸長方向を正とし、収縮方向を負とする場合、開閉弁駆動部４２４は、以下のように動作する。制御力Ｆの符号が正である場合、アクチュエータＡの推力発揮方向が伸長方向であるので、開閉弁駆動部４２４は、第一開閉弁９を連通ポジションとしつつ第二開閉弁１１を遮断ポジションとする。すると、ポンプ１２からロッド側室５とピストン側室６の双方に作動油が供給されてアクチュエータＡは伸長方向の推力を発揮する。他方、制御力Ｆの符号が負である場合、アクチュエータＡの推力発揮方向が収縮方向であるので、開閉弁駆動部４２４は、第一開閉弁９を遮断ポジションとしつつ第二開閉弁１１を連通ポジションとする。すると、ポンプ１２からロッド側室５のみに作動油が供給されてロッド側室５とタンク７とが連通されるので、アクチュエータＡは収縮方向の推力を発揮する。

なお、制御力演算部４２１は、本例では、横方向加速度ａのみから制御力Ｆを求めているが、車体Ｂのスエー加速度とヨー加速度とに基づいて、車体Ｂのスエーを抑制する制御力とヨーを抑制する制御力を別々に求め、これらを加算して制御力Ｆを求めてもよい。

回転速度決定部４２２は、まず、前記車両モニタから入手する鉄道車両の車両速度に基づいてポンプ１２の回転速度Ｒｍｖを求める。その後、回転速度決定部４２２は、前記車両モニタから入手する鉄道車両の走行地点情報により最終的にポンプ１２の回転速度Ｒｍを決定する。まず、車両速度から回転速度Ｒｍｖを求める手法について説明する。本例では、回転速度決定部４２２は、車両速度に基づく回転速度Ｒｍｖとして予め決めておいた低回転速度Ｌと低回転速度Ｌより高速な高回転速度Ｈの二つのいずれかを選択して決定する。具体的には、回転速度決定部４２２は、車両速度に対して予め設定される第一閾値αと第一閾値αより低い値の第二閾値βを基準にポンプ１２の回転速度を変更する。回転速度決定部４２２は、図４に示すように、低回転速度Ｌを選択している場合、車両速度が第一閾値α未満から第一閾値α以上となるとポンプ１２の回転速度Ｒｍｖを低回転速度Ｌから高回転速度Ｈへ切換える。また、回転速度決定部４２２は、図４に示すように、高回転速度Ｈを選択している場合、車両速度が第一閾値αよりも小さな値に設定される第二閾値β以上から第二閾値β未満となるとポンプ１２の回転速度Ｒｍｖを高回転速度Ｈから低回転速度Ｌへ切換える。なお、図４に示すように、車両速度が第一閾値αおよび第二閾値βよりも低い制御ＯＮ速度γ以下である場合、アクチュエータＡの制御が開始されないため、ポンプ１２の回転速度Ｒｍｖは０となっている。また、本例では、回転速度決定部４２２は、車両モニタから車両速度の入力を受けるが、車速センサを設けて車速センサから車両速度を受け取るようにしてもよい。

なお、第一閾値αは、最高速度が２００ｋｍ／ｈ以上となるような高速鉄道では、最高速度の６０％−８０％程度の値に設定され、最高速度が２００ｋｍ／ｈよりも小さな低速鉄道では、最高速度から３０ｋｍ／ｈから５０ｋｍ／ｈを減じた範囲に設定されると好ましい。なお、鉄道の路線には、加速区間が設定されているが、加速区間で到達する最高速度と加速区間前の制限速度との間の範囲に第一閾値αを設定してもよい。また、第二閾値βは、第一閾値αよりも小さな値に設定されるが、高速鉄道では、第一閾値αから２０ｋｍ／ｈ程度、低速鉄道では、１０ｋｍ／ｈ程度小さな値に設定されるとよい。

このように、本例の回転速度決定部４２２は、車両速度が上昇する局面では、第一閾値αを基準として低回転速度Ｌから高回転速度Ｈへの切換えを判断する。また、本例の回転速度決定部４２２は、車両速度が下降する局面では、第一閾値αより小さい第二閾値βを基準として高回転速度Ｈから低回転速度Ｌへの切換えを判断する。よって、ポンプ１２の回転速度Ｒｍｖの変化は、車両速度に対してヒステリシスを持っている。このようにすると、車両速度が第一閾値α或いは第二閾値βの付近で振動的に推移しても、低回転速度Ｌと高回転速度Ｈが高周波で切換わるハンチングが生じない。

ただし、ハンチングを抑制する必要がなければ、回転速度決定部４２２は、車両速度が第一閾値α以上であるか否かの判断のみで低回転速度Ｌと高回転速度Ｈを切換えるようにしてもよい。

回転速度決定部４２２は、前述のように、車両速度によって低回転速度Ｌと高回転速度Ｈのいずれかを選択して車両速度に基づく回転速度Ｒｍｖを求めたのち、走行地点情報に基づいて回転速度Ｒｍを決定する。以下、走行地点情報に基づいて回転速度Ｒｍを決定する手法を説明する。

回転速度決定部４２２は、入手した走行地点がシリンダ本体Ｃｙで必要となる流量が大きくなると想定される軌道の区間（振動抑制重視区間）内である場合には、高回転速度Ｈを回転速度Ｒｍとする。具体的には、振動抑制重視区間は、軌道に狂いがある区間、ポイント区間、曲線区間、トンネル区間が予め指定される。このような区間を鉄道車両が走行すると、車体Ｂが大きく振動するため、鉄道車両の車両速度の如何を問わず、アクチュエータＡが大きな推力を発揮して車体Ｂを制振するのが好ましいため、回転速度決定部４２２は、高回転速度Ｈを選択して回転速度Ｒｍとする。したがって、回転速度決定部４２２は、走行地点が振動抑制重視区間である場合、車両速度に基づく回転速度Ｒｍｖが低回転速度Ｌと高回転速度Ｈのいずれであろうとも、高回転速度Ｈを最終的な回転速度Ｒｍとして決定する。他方、回転速度決定部４２２は、走行地点が振動抑制重視区間でない場合、車両速度に基づいて求めた回転速度Ｒｍｖを最終的な回転速度Ｒｍとする。つまり、走行地点が振動抑制重視区間でない場合、回転速度Ｒｍｖが低回転速度Ｌであれば回転速度Ｒｍを低回転速度Ｌとし、回転速度Ｒｍｖが高回転速度Ｈであれば回転速度Ｒｍを高回転速度Ｈとする。なお、本例では、回転速度決定部４２２は、車両モニタから走行地点情報の入力を受けるが、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を設けてＧＰＳから鉄道車両の走行地点情報を受け取るようにしてもよい。

回転速度決定部４２２の処理は、図５に示したフローチャートを用いて説明する。回転速度決定部４２２は、車両速度から回転速度Ｒｍｖを求め（ステップＦ１）てから、走行地点が振動抑制重視区間であるか否かを判断し（ステップＦ２）て、判断の結果、走行地点が振動抑制重視区間である場合には高回転速度Ｈを回転速度Ｒｍとし（ステップＦ３）、反対に、走行地点が振動抑制重視区間でない場合には回転速度Ｒｍｖを回転速度Ｒｍとする（ステップＦ４）。以上の処理を繰り返して、回転速度決定部４２２は、回転速度Ｒｍを決定する。

電流量演算部４２３は、前述のようにそれぞれ求められた制御力Ｆと回転速度Ｒｍに基づいて電磁リリーフ弁２２へ供給する電流量Ｉを求める。ここで、電磁リリーフ弁２２は、供給される電流量に比例して開弁圧が変化するが、図６に示すように、通過流量に応じて圧力損失が増加する圧力オーバーライドを有する特性を備えている。図６中の実線で示すように、或る電流量を電磁リリーフ弁２２に供給する場合、高回転速度Ｈで回転するポンプ１２から吐出される吐出流量ＱＨが電磁リリーフ弁２２を通過する際の圧力損失ＰＨと、低回転速度Ｌで回転するポンプ１２から吐出される吐出流量ＱＬが電磁リリーフ弁２２を通過する際の圧力損失ＰＬとでは差が生じる。つまり、ポンプ１２の回転速度Ｒｍが異なると、電磁リリーフ弁２２の開弁圧を等しくしても、ロッド側室５の圧力が等しくならない。そこで、電流量演算部４２３では、本例では、回転速度決定部４２２で決定した回転速度Ｒｍに応じて二種類の計算式を有している。具体的には、計算式は、低回転速度Ｌに対応したものと、高回転速度Ｈに対応したものとの二つ用意される。制御力Ｆと電磁リリーフ弁２２の圧力損失Ｐとは比例関係にあり、Ｆ＝Ａ・Ｐ（Ａは、ピストン３の受圧面積）が成り立つ関係にある。また、ポンプ１２が低回転速度Ｌで回転する際の圧力オーバーライドΔＰＬと、ポンプ１２が高回転速度Ｈで回転する際の圧力オーバーライドΔＰＨは予め把握可能な値である。よって、前記の或る電流量の供給を受けている電磁リリーフ弁２２の開弁圧をＰｏとすると、ポンプ１２が低回転速度Ｌで回転駆動している場合には、制御力Ｆは、Ｆ＝Ａ・（Ｐｏ＋ΔＰＬ）の関係にあり、ポンプ１２が高回転速度Ｈで回転駆動している場合には、制御力Ｆは、Ｆ＝Ａ・（Ｐｏ＋ΔＰＨ）の関係にある。さらに、開弁圧Ｐｏと電磁リリーフ弁２２へ供給する電流量Ｉとは比例関係にあり、Ｐｏ＝Ｋ・Ｉ（Ｋは定数）が成り立つ関係にある。以上から、電流量演算部４２３は、ポンプ１２が低回転速度Ｌで回転駆動している場合には、電流量ＩをＩ＝｛Ｆ／Ａ−ΔＰＬ｝／Ｋで求めればよく、ポンプ１２が高回転速度Ｈで回転駆動している場合には、電流量ＩをＩ＝｛Ｆ／Ａ−ΔＰＨ｝／Ｋで求めればよい。つまり、本例では、電流量演算部４２３は、回転速度決定部４２２が決定した回転速度Ｒｍが低回転速度Ｌであると低回転速度Ｌに対応した計算式を用いて、他方、回転速度Ｒｍが高回転速度Ｈであると高回転速度Ｈに対応した計算式を用いて電流量Ｉを求めるのである。

なお、ポンプ１２は、回転速度Ｒｍが低くなるとポンプ効率（回転速度Ｒｍに対する吐出流量）が低下する傾向にあり、回転速度ＲｍとΔＰＬの比と、回転速度ＲｍとΔＰＨの比が等しくない場合、本例のように回転速度Ｒｍが低回転速度Ｌと高回転速度Ｈの二段階で切換わる場合には、計算式を二つ持っておくと、正確にアクチュエータＡの推力を制御できる。なお、計算式を二つ用意せずに、高低いずれか一方の回転速度に対応する計算式を一つ用意して、他方の回転速度に対応する電流量Ｉを求めてもよい。その場合には、予め、一方の回転速度に応じた電流量と他方の回転速度に応じた電流量の比から係数を求め、一方の回転速度に対応する計算式で求めた電流量に前記係数を乗じて、簡便に電流量Ｉを求めてもよい。

リリーフ弁制御部４２５は、本例では、電磁リリーフ弁２２の図示しないソレノイドを駆動するドライバとされていて、電流量演算部４２３では、電流量Ｉの入力を受けて電磁リリーフ弁２２へ電流量Ｉが指示する電流量の電流を供給する。

モータドライバ４２６は、モータ１５へ電流を供給してポンプ１２を駆動する。モータドライバ４２６は、本例では、モータ１５をＰＷＭ制御して、ポンプ１２の回転速度が回転速度Ｒｍとなるように駆動する。したがって、モータドライバ４２６は、回転速度Ｒｍに低回転速度Ｌが選択されている場合にはモータ１５へポンプ１２を低回転速度Ｌで回転させるように電流供給し、回転速度Ｒｍに高回転速度Ｈが選択されている場合にはモータ１５へポンプ１２を高回転速度Ｈで回転させるように電流供給する。

なお、制御部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が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、バンドパスフィルタ４１で濾波した横方向加速度ａを取り込んでアクチュエータＡを制御するのに必要な処理に使用されるプログラムが格納されるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、前記プログラムに基づいた処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等の演算装置と、前記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置とを備えて構成されればよく、制御部Ｃの制御処理部４２における各部は、ＣＰＵの前記プログラムの実行により実現できる。また、バンドパスフィルタ４１は、前記ＣＰＵのプログラムの実行により実現されてもよい。

このように鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両の車両速度が第一閾値α未満から第一閾値α以上となるととポンプ１２の回転速度Ｒｍを低回転速度Ｌから高回転速度Ｈへ切換え、車両速度が第二閾値β以上から第二閾値β未満となるとポンプ１２の回転速度Ｒｍを高回転速度Ｈから低回転速度Ｌへ切換える。よって、鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両の車両速度が低く走行音が小さな状況ではポンプ１２の回転速度Ｒｍを低くし、鉄道車両の車両速度が高く走行音が大きくなる状況ではとポンプ１２の回転速度Ｒｍを高くできる。

車両速度が低い状況では、ポンプ１２の回転速度Ｒｍを低くできるので、ポンプ１２、モータ１５およびシリンダ本体Ｃｙが車内に発する騒音の音量を小さくでき、乗客に騒音を知覚させずに済む。また、車両速度が低い状況では、車体Ｂの振動も小さくなる傾向であり、シリンダ本体Ｃｙで必要となる流量も少なくて済むため、ポンプ１２の回転速度Ｒｍを低くしてもアクチュエータＡは車体Ｂの振動を充分に抑制する推力を発揮できる。

車両速度が高い状況では、ポンプ１２の回転速度Ｒｍを高くするが、走行音の音量が大きくなるため、ポンプ１２、モータ１５およびシリンダ本体Ｃｙが発する騒音を乗客に知覚させずに済む。また、車両速度が高い状況では、車体Ｂの振動が激しくなる傾向となるが、ポンプ１２の回転速度Ｒｍも高くなるのでアクチュエータＡは車体Ｂの振動を充分に抑制できる推力を発揮できる。

以上のように、本発明の鉄道車両用制振装置１は、アクチュエータＡと、ポンプ１２を制御する制御部Ｃとを備えて、鉄道車両の車両速度に基づいて前記ポンプの回転速度Ｒｍを制御するので、車体Ｂの振動抑制効果を損なわず、かつ、乗客に騒音を知覚させない。よって、本発明の鉄道車両用制振装置１は、車両における乗り心地を向上できる。

なお、ポンプ１２の回転速度Ｒｍの制御に当たり、車内に騒音量を検知するセンサを設けて騒音量が一定レベルを超える場合にポンプ１２の回転速度Ｒｍを高くするといった方法も考えられる。しかしながら、このような方法の場合、車両が高速で走っていても騒音量が低くなる場合があり、そうなってしまうと、アクチュエータＡが大きな推力を発揮する必要があってもポンプ１２の回転速度Ｒｍが低いままとなって振動抑制効果を充分に得られない場合がある。その点、本発明のように、車両速度に基づいてポンプ１２の回転速度Ｒｍを決するようにすれば、車体Ｂの振動抑制効果と騒音の知覚抑制効果の両立を果たせる。

また、本例の鉄道車両用制振装置１では、車両速度が第一閾値α未満ではポンプ１２の回転速度Ｒｍを予め設定される低回転速度Ｌとし、車両速度が第一閾値α以上ではポンプ１２の回転速度Ｒｍを予め設定される高回転速度Ｈとする。このように本例の鉄道車両用制振装置１では、高低の二段階にポンプ１２の回転速度Ｒｍを切換えるようにしている。よって、ポンプ１２の回転速度Ｒｍを指示する信号は、ハイローの二種類となって、この信号にノイズが重畳してもポンプ１２の回転速度Ｒｍの制御に影響を与えづらくなるため、ノイズに強いロバスト性の高い制御を実現できる。なお、ポンプ１２の回転速度Ｒｍの切換えに際して、車両速度が増加すると三段階以上の段階的にポンプ１２の回転速度Ｒｍを増加させてもよい。この場合、回転速度Ｒｍの段階毎に電流量Ｉを求める計算式を用意しておき、電流量演算部４２３で電流量Ｉを求めればよい。また、車両速度が第一閾値α以上となると、車両速度に比例させてポンプ１２の回転速度Ｒｍを低回転速度Ｌから高回転速度Ｈまで変更するようにしてもよい。この場合、電流量Ｉを求める式をＩ＝｛Ｆ／Ａ−Ｘ｝／Ｋとして、回転速度ＲｍをパラメータとしてＸの値を変更すればよく、Ｘについてはマップ演算により求める等として、電流量演算部４２３で電流量Ｉを求めればよい。

さらに、本例の鉄道車両用制振装置１では、車両速度が第一閾値α未満から第一閾値α以上となるとポンプ１２の回転速度Ｒｍを低回転速度Ｌから高回転速度Ｈとし、車両速度が第一閾値αより低い第二閾値β以上から第二閾値β未満となるとポンプ１２の回転速度Ｒｍを高回転速度Ｈから低回転速度Ｌとする。つまり、ポンプ１２の回転速度Ｒｍの変化は、車両速度に対してヒステリシスを持っている。このように鉄道車両用制振装置１を構成すると、車両速度が第一閾値α或いは第二閾値βの付近で振動的に推移しても、低回転速度Ｌと高回転速度Ｈが高周波で切換わるハンチングが生じない。ハンチングの発生が防止されるので、ポンプ１２の回転速度Ｒｍの振動的な変化が抑制され、アクチュエータＡの推力が振動的に変化してしまうのを防止でき、車両における乗り心地を一層向上できる。また、ハンチングが生ないので、ポンプ１２の回転速度Ｒｍの切換動作が頻繁せず、ポンプ１２およびポンプ１２を駆動するモータ１５の劣化を早めて経済性が損なわれるといった問題も生じない。

そして、本例の鉄道車両用制振装置１では、鉄道車両の走行地点がポンプ１２の回転速度Ｒｍを高速とすべき地点である場合、ポンプ１２の回転速度Ｒｍを車両速度によらずポンプ１２の回転速度Ｒｍを高速で回転させる。このように構成された鉄道車両用制振装置１では、走行地点が回転速度Ｒｍを高速とすべき地点である振動抑制重視区間である場合には高速で回転させるので、アクチュエータＡに大きな推力を発揮させる必要がある状況ではポンプ１２が高速で回転させられて、確実に車体Ｂの振動を抑制できる。

また、本例の鉄道車両用制振装置１では、シリンダ本体Ｃｙ内の圧力を調節する電磁リリーフ弁２２を備え、電磁リリーフ弁２２へ与える電流量をポンプ１２の回転速度Ｒｍに基づく圧力オーバーライドを用いて求めるようになっている。このように構成された鉄道車両用制振装置１にあっては、ポンプ１２のポンプ効率の変化によらず、正確にアクチュエータＡの推力を制御できる。

以上、本発明の好ましい実施の形態を詳細に説明したが、特許請求の範囲から逸脱しない限り、改造、変形、および変更が可能である。

１・・・鉄道車両用制振装置、１２・・・ポンプ、２２・・・電磁リリーフ弁、Ａ・・・アクチュエータ、Ｃ・・・制御部、Ｃｙ・・・シリンダ本体

Claims (7)

1. 作動流体の供給により伸縮するシリンダ本体と前記シリンダ本体へ作動流体を供給するポンプとを有して鉄道車両に設置されるアクチュエータと、
   前記ポンプを制御する制御部とを備え、
   前記ポンプの回転速度に対して設定される低回転速度と、
   前記ポンプの回転速度に対して設定される前記低回転速度より高速の高回転速度とが予め設けられ、
   前記制御部は、鉄道車両の車両速度に基づいて前記ポンプの回転速度を前記低回転速度と前記高回転速度とのいずれかに切換える
   ことを特徴とする鉄道車両用制振装置。
2. 前記車両速度に対して設定される第一閾値が予め設けられ、
   前記制御部は、
   前記車両速度が前記第一閾値以上から前記第一閾値未満となると前記ポンプの回転速度を前記高回転速度から前記低回転速度へ切換え、
   前記車両速度が前記第一閾値未満から前記第一閾値以上となると前記ポンプの回転速度を前記低回転速度から前記高回転速度へ切換える
   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。
3. 作動流体の供給により伸縮するシリンダ本体と前記シリンダ本体へ作動流体を供給するポンプとを有して鉄道車両に設置されるアクチュエータと、
   前記ポンプを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、鉄道車両の車両速度に基づいて前記ポンプの回転速度を制御し、前記車両速度が増加すると段階的に前記ポンプの回転速度を増加させる
   ことを特徴とする鉄道車両用制振装置。
4. 作動流体の供給により伸縮するシリンダ本体と前記シリンダ本体へ作動流体を供給するポンプとを有して鉄道車両に設置されるアクチュエータと、
   前記ポンプを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、鉄道車両の車両速度に基づいて前記ポンプの回転速度を制御し、前記車両速度の増加に比例して前記ポンプの回転速度を増加させる
   ことを特徴とする鉄道車両用制振装置。
5. 前記車両速度に対して設定される第一閾値と、
   前記車両速度に対して設定される前記第一閾値より低い第二閾値とが予め設けられ、
   前記制御部は、
   前記車両速度が前記第一閾値未満から前記第一閾値以上となると前記ポンプの回転速度を前記低回転速度から前記高回転速度へ切換え、
   前記車両速度が前記第二閾値以上から前記第二閾値未満となると前記ポンプの回転速度を前記高回転速度から前記低回転速度へ切換える
   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。
6. 前記制御部に前記鉄道車両の走行地点情報が入力され、
   前記鉄道車両の走行地点に対して前記ポンプを高速で回転させる区間が設定され、
   前記制御部は、前記鉄道車両が前記区間を走行していると判断した場合、前記ポンプの回転速度を前記車両速度によらず前記ポンプを高速で回転させる
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の鉄道車両用制振装置。
7. 前記シリンダ本体内の圧力を調節する電磁リリーフ弁を備え、
   前記制御部は、前記シリンダ本体が出力する推力を前記電磁リリーフ弁へ与える電流量によって制御し、前記電流量を前記ポンプの回転速度に基づく圧力オーバーライドを用いて求める
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の鉄道車両用制振装置。