鉄道車両用制振装置
【課題】車体における乗り心地を悪化させることがなく、経済性に優れる鉄道車両用制振装置を提供する。
【解決手段】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３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、予め決められた通常回転速度にて回転駆動されてタンク７からロッド側室５へ液体を供給するポンプ１２とを有するアクチュエータＡｆ，Ａｒを備え車体の振動を抑制する鉄道車両用制振装置１において、モータ１５の目標回転速度と実際の回転速度の速度偏差に基づいて、区間種類が明り区間であるかトンネル区間を判断する区間判断手段を備えた。
【解決手段】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３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、予め決められた通常回転速度にて回転駆動されてタンク７からロッド側室５へ液体を供給するポンプ１２とを有するアクチュエータＡｆ，Ａｒを備え車体の振動を抑制する鉄道車両用制振装置１において、モータ１５の目標回転速度と実際の回転速度の速度偏差に基づいて、区間種類が明り区間であるかトンネル区間を判断する区間判断手段を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用制振装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
より詳しくは、この鉄道車両用制振装置は、鉄道車両の台車と車体の一方に連結されるシリンダと、当該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と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、ロッド側室へ液体を供給するポンプと、ロッド側室を上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、上記したポンプ、第一開閉弁、第二開閉弁および可変リリーフ弁を駆動することで、伸縮双方へ推力を発揮することができ、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６５７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そして、鉄道車両用制振装置は、アクチュエータの発生すべき推力を推力指令値として求め、アクチュエータの推力を推力指令値通りに制御するようにして、車体の振動を抑制するようにしている。
【０００６】
この推力指令値には、制御ゲインを用いて求める等とされる。たとえば、スカイフック制御の場合、制御ゲインであるスカイフックゲインを車体の横方向の速度に乗じることで推力指令値が求められる。このように、推力指令値を求める際には、加速度や速度等を検知して、これに制御ゲインを乗じることで推力指令値を求めるのである。
【０００７】
一方、鉄道車両は、一回の営業走行で明り区間（非トンネル区間）とトンネル区間を含む路線を走行しなくてはならない場合がほとんどであり、明り区間とトンネル区間では車体の振動モードが異なるため、一回の営業走行で振動モードが異なる区間を走行しなければならない。また、明り区間内であっても直線区間と曲線区間では車体の振動状況が異なる。
【０００８】
したがって、上記制御ゲインを一定のまま、推力指令値を求めてアクチュエータを制御すると、推力指令値が振動モードに適したものとならず、車体の振動を効果的に抑制できずに、乗心地を良好に保つことができない悪化させてしまう場合がある。そこで、従来の鉄道車両用制振装置では、鉄道車両の車両モニタ装置等から鉄道車両の走行中の区間がどのような区間であるかの情報や走行位置の情報を得て、これらと制御ゲインとを関連付けるテーブルを参照して、最適な制御ゲインを選択するようにしていた。
【０００９】
このように車両モニタ装置等から鉄道車両が走行中の区間種類や走行位置といった情報を得るためには、鉄道車両用制振装置を車両モニタ装置に接続するためのインターフェースが必要であり、また、在来線のように車両情報伝送設備の整っていない鉄道車両については、上記情報を得ることができず鉄道車両用制振装置を搭載することが難しいといった問題がある。
【００１０】
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、鉄道車両側から走行位置情報や走行中の区間種類情報を得ることなく、鉄道車両の走行中の区間種類を判断することができる鉄道車両用制振装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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の一方に連結されるシリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、上記シリンダ内に挿入されて上記ピストンと上記台車と車体の他方に連結されるロッドと、上記シリンダ内に上記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、上記ロッド側室と上記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、上記ピストン側室と上記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、上記タンクから上記ロッド側室へ液体を供給するポンプと、当該ポンプを駆動するモータとを有するアクチュエータを備え、上記モータを一定の回転速度で駆動し、当該アクチュエータに出力させるべき推力を推力指令値として求め、上記アクチュエータを制御して車体の振動を抑制する鉄道車両用制振装置において、上記モータの目標回転速度と実際の回転速度の速度偏差に基づいて、上記鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間であるかトンネル区間を判断する区間判断手段を備えたこと特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の鉄道車両用制振装置によれば、区間判断手段がモータの目標回転速度と実際の回転速度の速度偏差に基づいて、鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間であるかトンネル区間を判断するようになっているから、車両モニタ装置等の他の機器から鉄道車両の走行位置情報や区間種類情報を得ずとも区間種類を判断することができる。
【００１３】
したがって、鉄道車両用制振装置によれば、車両モニタ装置等の他の機器から鉄道車両の走行位置情報や区間種類情報を得る必要がないので、車両モニタ装置等に接続するためのインターフェースが不要となり、在来線のように車両情報伝送設備の整っていない鉄道車両であっても容易に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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平面図である。
【図２】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詳細図である。
【図３】一実施の形態の鉄道車両用制振装置におけるコントローラの制御ブロック図である。
【図４】区間判断手段における区間種類の判断内容を説明するための図である。
【図５】一実施の形態の鉄道車両用制振装置におけるコントローラの指令演算部の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、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、前側の台車Ｔｆと車体Ｂとの間に対として介装される前側のアクチュエータＡｆと、後側の台車Ｔｒと車体Ｂとの間に介装される後側のアクチュエータＡｒと、これら両方のアクチュエータＡｆ，Ａｒをアクティブ制御するコントローラＣとを備えて構成されている。アクチュエータＡｆ，Ａｒは、詳細には、鉄道車両の場合、車体Ｂの下方に垂下されるピンＰに連結され、車体Ｂと前後の台車Ｔｆ，Ｔｒとの間で対を成して並列に介装されている。
【００１６】
そして、これら前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒ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、この場合、コントローラＣは、前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒを制御して上記車体Ｂの横方向の振動を抑制するようになっている。
【００１７】
コントローラＣは、本実施の形態にあっては、車体Ｂの振動を抑制する制御を行う際に、車体Ｂの車体の前部Ｂｆの車両進行方向に対して水平横方向の横方向加速度αｆと、車体Ｂの車体の後部Ｂｒの車両進行方向に対して水平横方向の横方向加速度αｒとを検知し、これらの横方向加速度αｆと横方向加速度αｒに基づいて前後の台車Ｔｆ，Ｔｒの直上における車体中心Ｇ周りの角加速度であるヨー加速度ωを求めるとともに、横方向加速度αｆと横方向加速度αｒに基づいて車体Ｂの中心Ｇの水平横方向の加速度であるスエー加速度βを求め、ヨー加速度ωとスエー加速度βに基づいて、前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒで個々に発生すべき推力である推力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求め、当該推力指令値Ｆｆ，Ｆｒ通りの推力を前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒに発生させるべくフィードバック制御することで車体Ｂの上記横方向の振動を抑制するようになっている。
【００１８】
つづいて、前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒの具体的な構成について説明する。これらアクチュエータＡｆ，Ａｒは、同じ構成であるので、説明の重複を避けるため、便宜上、前側のアクチュエータＡｆの構成のみを説明し、後側のアクチュエータＡｒについての具体的な説明を省略することとする。なお、図示したところでは、アクチュエータＡｆもアクチュエータＡｒも二つずつ設けられているが、各アクチュエータＡｆ，Ａｒの一つに対して一つのコントローラＣを設けることも可能である。
【００１９】
アクチュエータＡｆは、図２に示すように、鉄道車両の台車Ｔｆ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Ｔｆ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、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、タンク７からロッド側室５へ液体を供給するポンプ１２と、当該ポンプ１２を駆動するモータ１５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。
【００２０】
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Ａｆを伸長作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Ａｆを収縮作動させることができるようになっている。
【００２１】
以下、アクチュエータＡｆ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、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。
【００２２】
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、上述のように液体が充填されている。
【００２３】
また、このアクチュエータＡｆ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るようになっており、アクチュエータＡｆの変位量に対する液体量も伸縮両側で同じとなる。
【００２４】
詳しくは、アクチュエータＡｆ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Ａｆ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Ａｆ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Ａｆ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の圧力が同じとなって制御が簡素となり、加えて変位量に対する液体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Ａｆ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。
【００２５】
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Ａｆを鉄道車両における車体Ｂと台車Ｔｆとの間に介装することができるようになっている。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
このアクチュエータＡｆにあっては、モータ１５を一定の回転速度で駆動して、ポンプ１２を定速回転させ一定流量の液体を吐出させ、当該液体をロッド側室５へ供給するようにしてある。そして、アクチュエータＡｆを伸長作動させる際には、第一開閉弁９を開きつつ第二開閉弁１１を開閉させることによってロッド側室５内の圧力を調節し、逆に収縮作動させる際には第二開閉弁１１を開きつつ第一開閉弁９を開閉させることによってロッド側室５内の圧力を調節することで、上記した推力指令値Ｆｆが指示する通りの推力を得ることが可能である。伸長作動時には、ロッド側室５とピストン側室６とが連通状態におかれ、ピストン側室６内の圧力はロッド側室５の圧力と同じとなるため、このアクチュエータＡｆにあっては、伸長作動時も収縮作動時もロッド側室５の圧力をコントロールすることで推力をコントロールすることができる。なお、第一開閉弁９および第二開閉弁１１は、開弁圧を調節可能であって開閉機能を備えた可変リリーフ弁とされてもよい。この場合には、第一開閉弁９或いは第二開閉弁１１を伸縮作動時に開閉作動させるのではなく、開弁圧を調節することでアクチュエータＡｆの推力を調節することも可能である。
【００３２】
上記のように、アクチュエータＡｆの推力調節が可能ではあるが、より簡単に推力調節が可能なように、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１にあっては、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１と、この排出通路２１の途中に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁２２とを設けている。
【００３３】
可変リリーフ弁２２は、この実施の形態では、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。
【００３４】
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（開弁圧）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。
【００３５】
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。
【００３６】
したがって、排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けることで、アクチュエータＡｆを伸縮作動させる際に、ロッド側室５内の圧力は可変リリーフ弁２２の開弁圧に調節され、ロッド側室５の圧力は可変リリーフ弁２２の開弁圧を調節することで容易に調節することができる。このように排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けることで、アクチュエータＡｆの推力を調節するために必要なセンサ類が不要となり、第一開閉弁９と第二開閉弁１１の高速で開閉させたり、第一開閉弁９および第二開閉弁１１を開閉機能付きの可変リリーフ弁としたりする必要もなくなるので、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することができる。
【００３７】
なお、可変リリーフ弁２２は、与える電流量で開弁圧を比例的に変化させることができる比例電磁リリーフ弁を用いることで開弁圧の制御が簡単となるが、開弁圧を調節できるリリーフ弁であれば比例電磁リリーフ弁に限定されるものではない。
【００３８】
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の開閉状態に関わらず、アクチュエータＡｆ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Ａｆのシステム全体を保護するようになっている。このように、排出通路２１と可変リリーフ弁２２を設けることでシステムの保護も可能となる。
【００３９】
さらに、この実施の形態のアクチュエータＡｆは、ダンパ回路Ｄを備えており、このダンパ回路Ｄは、第一開閉弁９および第二開閉弁１１が閉弁している場合に、アクチュエータＡｆをダンパとして機能させる。ダンパ回路Ｄ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を備えている。また、この実施の形態の場合には、アクチュエータＡｆが、排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを備えているので、可変リリーフ弁２２が減衰弁として機能するようになっている。
【００４０】
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、この整流通路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、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、この吸込通路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。
【００４１】
このように構成されたダンパ回路Ｄは、アクチュエータＡｆにおける第一開閉弁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せる。そして、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ので、アクチュエータＡｆが外力によって伸縮させられると、必ずシリンダ２から液体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で足りなくなる液体は吸込通路１９を介してタンク７からシリンダ２内へ供給される。この液体の流れに対して上記可変リリーフ弁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圧力制御弁として機能するので、アクチュエータＡｆは、パッシブなユニフロー型のダンパとして機能することになる。なお、可変リリーフ弁２２と排出通路２１とを設けない場合には、別途、ロッド側室５とタンク７とを接続する通路と、この通路の途中に減衰弁とを設けてダンパ回路Ｄを構成するようにしてもよい。また、アクチュエータＡｆ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Ａｆ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。
【００４２】
上記のように構成されたアクチュエータＡｆ，Ａｒに所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、たとえば、コントローラＣは、モータ１５を回転させてポンプ１２からシリンダ２内へ液体を供給しつつ、各アクチュエータＡｆ，Ａｒの第一開閉弁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２中左方へ押されアクチュエータＡｆ，Ａｒ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に与える電流量で決まる可変リリーフ弁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Ａｆ，Ａｒ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側の受圧面積差に上記した可変リリーフ弁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。
【００４３】
これに対して、アクチュエータＡｆ，Ａｒに所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、コントローラＣは、モータ１５を回転させてポンプ１２からロッド側室５内へ液体を供給しつつ、各アクチュエータＡｆ，Ａｒの第一開閉弁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２中右方へ押されアクチュエータＡｆ，Ａｒ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の電流量を調節することで、アクチュエータＡｆは、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に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。
【００４４】
また、このアクチュエータＡｆ，Ａｒ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。
【００４５】
なお、このアクチュエータＡｆ，Ａｒ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。
【００４６】
また、このアクチュエータＡｆ，Ａｒ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Ａｆ，Ａｒ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。
【００４７】
したがって、アクチュエータＡｆ，Ａｒ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。
【００４８】
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Ａｆ，Ａｒ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。
【００４９】
つづいて、コントローラＣは、図１から図３に示すように、車体前側としての車体前部Ｂｆの車両進行方向に対して水平横方向の前側の横方向加速度αｆを検出する前側加速度センサ４０と、車体後側としての車体後部Ｂｒの車両進行方向に対して後側の水平横方向の横方向加速度αｒを検出する後側加速度センサ４１と、横方向加速度αｆと横方向加速度αｒ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４２，４３と、バンドパスフィルタ４２，４３で濾過した横方向加速度αｆと横方向加速度αｒを処理して、各アクチュエータＡｆ，Ａｒのモータ１５、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、可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ制御指令を出力する制御部４４とを備えて構成されていて、各アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力を制御するようになっている。なお、バンドパスフィルタ４２，４３で横方向加速度αｆと横方向加速度αｒ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することができる。
【００５０】
制御部４４は、前側加速度センサ４０で検知した前側の横方向加速度αｆと後側加速度センサ４１で検知した後側の横方向加速度αｒに基づいて前後の台車Ｔｆ，Ｔｒの直上における車体中心Ｇ周りのヨー加速度ωを求めるヨー加速度演算部４４ａと、横方向加速度αｆと横方向加速度αｒに基づいて車体Ｂの中心Ｇのスエー加速度βを求めるスエー加速度演算部４４ｂと、鉄道車両の走行中の区間種類を判断する区間判断手段としての区間判断部４４ｃと、ヨー加速度ωとスエー加速度βと区間判断部４４ｃの判断結果に基づいて前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒで個々に発生すべき推力である推力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求める指令演算部４４ｄと、推力指令値Ｆｆ，Ｆｒに基づいてモータ１５、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、可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃを駆動する駆動部４４ｅとを備えて構成されている。
【００５１】
なお、コントローラ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、前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、バンドパスフィルタ４２，４３と、バンドパスフィルタ４２，４３で濾過した横方向加速度αｆと横方向加速度αｒを取り込んでアクチュエータＡｆ，Ａｒ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、上記プログラムに基づいた処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置と、上記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、コントローラＣの制御部４４における各部は、ＣＰＵが上記処理を行うためのプログラムを実行することで実現することができる。また、バンドパスフィルタ４２，４３は、上記ＣＰＵがプログラムを実行することで実現されてもよい。
【００５２】
つづいて、横方向加速度αｆ，αｒは、たとえば、図１中車体Ｂの中央を左右に通る軸を基準として上方側へ向く方向となる場合に、正の符号を採り、反対に、図１中車体Ｂの中央を左右に通る軸を基準として下方側へ向く方向となる場合に、負の符号を採るように設定され、ヨー加速度演算部４４ａは、前側の横方向加速度αｆと後側の横方向加速度αｒの差を２で割ることで前後の台車Ｔｆ，Ｔｒのそれぞれの直上における車体中心Ｇ周りのヨー加速度ωを求め、スエー加速度演算部４４ｂは、横方向加速度αｆと横方向加速度αｒの和を２で割って車体Ｂの中心Ｇのスエー加速度βを求める。前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１の設置箇所は、ヨー加速度ωを求める都合上、前側加速度センサ４０にあっては車体Ｂの中心Ｇを含む前後方向または対角方向に沿う線上であって前側アクチュエータＡｆの近傍に配置されるとよく、後側加速度センサ４１にあっても車体Ｂの中心Ｇを含む前後方向または対角方向に沿う線上であって後側アクチュエータＡｒの近傍に配置されるとよいが、中心Ｇと前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１の距離と位置関係と横方向加速度αｆ，αｒとからヨー加速度ωを求めることができるので前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１を任意に設定することも可能である。その場合、ヨー加速度ωは、横方向加速度αｆと横方向加速度αｒの差を２で割って求めるのではなく、上記横方向加速度αｆと横方向速度αｒの差と、車体Ｂの中心Ｇと各加速度センサ４０，４１との距離、位置関係からヨー加速度ωを得るようにすればよい。具体的には、前側加速度センサ４０と車体Ｂの中心Ｇとの前後方向距離Ｌｆと、前側加速度センサ４１と車体Ｂの中心Ｇとの前後方向距離Ｌｒとすると、ヨー加速度ωは、ω＝（αｆ−αｒ）／（Ｌｆ＋Ｌｒ）で計算できる。本実施の形態では、ヨー加速度ωを前側加速度センサ４０と前側加速度センサ４１で加速度を検知して求めているが、ヨー加速度センサを用いて検知するようにしてもよい。
【００５３】
区間判断部４４ｃは、モータ１５の目標回転速度Ｖｒｅｆと実際の回転速度Ｖの速度差である速度偏差εに基づいて、鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間であるかトンネル区間を判断するようになっている。明り区間は、いわゆる、トンネル以外の区間のことであり、非トンネル区間の総称である。
【００５４】
以下、区間判断部４４ｃにおける判断について詳細に説明するが、この判断の説明の前に、制御部４４がモータ１５を一定回転速度で駆動するための制御内容について少々説明する。このモータ１５の駆動は、制御部４４における駆動部４４ｅによって行われており、モータ１５は、駆動部４４ｅによって一定回転速度で回転駆動されるようになっている。
【００５５】
具体的には、制御部４４は、モータ１５の回転速度をレゾルバやホール素子等で構成されるモータ１５における図外のロータの回転位置を検出する回転位置センサ４５を用いてセンシングしており、駆動部４４ｅは、この回転位置センサ４５で検知した回転位置から回転速度Ｖを得て、この回転速度Ｖをフィードバックしてモータ１５を制御している。より詳細には、駆動部４４ｅは、モータ１５を一定回転速度で駆動するために検知したモータ１５の回転速度Ｖをフィードバックするために回転速度Ｖを負帰還する速度ループと、速度ループ内に設けた電流ループとモータ１５の図外の巻線へ電圧を印加するための図外のドライバとを備えている。速度ループでは、上記したモータ１５の一定回転速度を目標回転速度Ｖｒｅｆとし、この目標回転速度Ｖｒｅｆと回転速度Ｖの速度偏差εをＰＩ補償やＰＩＤ補償する等して目標電流値を求め、これを図示しない電流ループへ入力する。電流ループでは、モータ１５に流れる実電流をフィードバックして最終的に上記ドライバへ与える電圧指令値を生成し、駆動部４４ｅは、ドライバを通じてモータ１５内の図外の巻線へ電圧を印加してモータ１５を制御するようになっている。
【００５６】
このように駆動部４４ｅでは、モータ１５を一定回転速度で駆動するようになっているのであるが、鉄道車両がトンネル区間を走行する場合、車体Ｂ周りの空気の流れの乱れによって車体Ｂに大きな外力が作用する。そのため、車体Ｂは、トンネル区間走行中では明り区間走行中よりも大きな振幅で振動する。
【００５７】
この車体Ｂに作用する外力は、アクチュエータＡｆ，Ａｒにも作用し、ロッド側室５内の圧力に変動が生じたり、車体Ｂの振動を抑制するためにアクチュエータＡｆ，Ａｒに出力させる推力も大きく変動したりするため、これらがポンプ１２の吐出圧力に影響し、ポンプ１２の回転速度も振動的になる。ポンプ１２の回転速度が振動的となると、当然に、これに接続されるモータ１５の回転速度もトンネル区間では、明り区間に比較して振動的となって、実際の回転速度Ｖと目標回転速度Ｖｒｅｆの速度偏差εは、トンネル区間走行中では、明り区間走行中よりも大きくなる傾向にある。
【００５８】
したがって、目標回転速度Ｖｒｅｆとモータ１５の実際の回転速度Ｖとの差である速度偏差εの絶対値が大きい場合に、鉄道車両がトンネル区間を走行中であると判断することができる。
【００５９】
そこで、区間判断部４４ｃは、目標回転速度Ｖｒｅｆとモータ１５の実際の回転速度Ｖとの差である速度偏差εの絶対値が速度閾値Ｖｂを超えると、鉄道車両がトンネル区間を走行中であると判断し、速度偏差εの絶対値が速度閾値Ｖｂ以下である場合には、鉄道車両が明り区間を走行中であると判断する。この場合の速度閾値Ｖｂは、実際に鉄道車両を走行させて明り区間走行中の速度偏差εのデータとトンネル区間走行中の速度偏差εのデータを実験的に収集して、上記判断に最適となるように設定すればよく、たとえば、トンネル区間走行中の速度偏差εの平均値や平均値−標準偏差×ａ（ａ＝１，２）で演算される値や期待値としたり、明り区間走行中の速度偏差εの上限値や平均値＋標準偏差×ａ（ａ＝１，２）で演算される値としたりすることもできる。なお、目標回転速度Ｖｒｅｆは、図３に示すように、都度、駆動部４４ｅから得るようにしてもよいし、他から得てもよいし、さらには、予め区間判断部４４ｃで記憶しておくようにしてもよい。
【００６０】
このように、鉄道車両用制振装置１では、鉄道車両の走行位置をモニタせずとも区間種類を判断することができるので、他の装置から走行位置情報を入手する必要がない。
【００６１】
ところで、区間判断部４４ｃは、上記の如くの判断によって、鉄道車両が走行中の区間種類を判断することができるが、目標回転速度Ｖｒｅｆと一回のサンプリングで得た回転速度Ｖとの速度偏差εの絶対値が速度閾値Ｖｂを超えるとトンネル区間であると判断する場合、何らかの外乱によって車体Ｂが大きく振動してもトンネル区間であると判断し、トンネル区間の走行中でも速度偏差εが速度閾値Ｖｂ以下では明り区間と判断することになる。より区間種類の判断の正確度を向上するためには、速度偏差εの二乗平均平方根を求め、当該二乗平均平方根が所定の速度閾値Ｖｂを超えると鉄道車両の走行中の区間がトンネル区間であると判断し、速度閾値Ｖｂ以下であると当該走行中の区間を明り区間であると判断する。この場合の速度閾値Ｖｂは、速度偏差εの二乗平均平方根の値から区間種類を判断するために設定されるものであるから、上記した速度偏差εの絶対値に対して設定される速度閾値Ｖｂと同じ値に設定されるとは限らない。速度偏差εの二乗平均平方根は、予め決められた個数の速度偏差εの二乗の総和を上記個数で割った値の平方根を求めることで得ることができる。速度偏差εの二乗平均平方根を得るための速度偏差εの個数は、サンプリングタイム、制御周波数や区間判断部４４ｃにおける判断に要する時間に応じて任意に設定されるが、たとえば、０．５秒間から２秒間にサンプリングされる個数に設定される。
【００６２】
このように、速度偏差εの二乗平均平方根を判断に用いることで、瞬間的に速度偏差εの絶対値が大きくなったり小さくなったりしても、速度偏差εの二乗平均平方根に与える影響は小さくなるから、この速度偏差εの二乗平均平方根と速度閾値Ｖｂとを比較することで、何らかの外乱によって瞬間的に車体Ｂが大きく振動してもトンネル区間で判断されにくくなり、トンネル区間の走行中に速度偏差εが瞬間的に速度閾値Ｖｂ以下となっても明り区間と判断されにくくなるので、鉄道車両の走行中の区間種類をより正確に判断することができる。なお、この速度偏差εの二乗平均平方根を用いて判断する場合、速度閾値Ｖｂは、実際に鉄道車両を走行させて明り区間走行中の速度偏差εの二乗平均平方根のデータとトンネル区間走行中の速度偏差εの二乗平均平方根のデータを実験的に収集して、上記判断に最適となるように設定すればよく、たとえば、トンネル区間走行中の速度偏差εの二乗平均平方根の平均値や平均値−標準偏差×ａ（ａ＝１，２）で演算される値や期待値としたり、明り区間走行中の速度偏差εの二乗平均平方根の上限値や平均値＋標準偏差×ａ（ａ＝１，２）で演算される値としたりすることもできる。
【００６３】
なお、区間判断部４４ｃでの判断において、トンネル区間であると判断された後、明り区間と判断するためには、複数回連続して明り区間であると判断されることを要するようにしてもよい。
【００６４】
以上のように、区間判断部４４ｃは、鉄道車両が走行中の区間種類が明り区間であるかトンネル区間であるかを判断することができるが、この実施の形態では、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値が推力閾値を超えるか否かをも判定していて、明り区間が直線区間であるか曲線区間であるか、さらに、鉄道車両用制振装置１に異常があるか否かをも判断することができるようになっている。
【００６５】
詳しくは、区間判断部４４ｃは、速度偏差εを用いた上記の区間種類判断に加えて、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値が推力閾値Ｆｃを超えるか否かも判定している。アクチュエータＡｆ，Ａｒが実際に出力している推力は、モータＭの図示しない出力シャフトのトルクを観測することで得ることができる。モータ１５の出力シャフトはポンプ１２の入力軸に連結されており、ポンプ１２の吐出圧がロッド側室５の圧力となっているため、モータ１５の出力シャフトのトルクを観測することで、アクチュエータＡｆ，Ａｒとトルクとの関係を予め得ておけば、アクチュエータＡｆ，Ａｒが出力している推力を得ることができる。なお、上記したトルクには、ポンプ１２の可動部における動摩擦力による成分が含まれているため、この成分が無視できなければ演算によって除去するようにすればよい。無論、可変リリーフ弁２２の開弁圧を制御しているので、可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量によっても推定することができる。また、モータ１５のトルクは、モータ１５に流れる電流に比例する関係にあるから、モータ１５に流れる電流を観測してアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力を得てもよい。
【００６６】
そして、区間判断部４４ｃは、図４に示すように、鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間と判断する場合であって、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値が推力閾値Ｆｃを超える場合、区間種類を曲線区間であると判断（図４中領域Ｙ）し、そうでなければ、つまり、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値が推力閾値以下である場合、区間種類を直線区間であると判断（図４中領域Ｗ）する。一般に曲線区間では、車体Ｂにはカントによっては緩和できない超過遠心加速度と称される定常加速度が作用するが、この定常加速度によって生じる車体Ｂの振動の周波数帯は、そもそも乗心地を向上するために抑制したい車体Ｂの振動の周波数帯に近いため、バンドパスフィルタ４２，４３で完全に定常加速度を除去することが難しく、結果、曲線区間では外乱による車体Ｂの振動に定常加速度が重畳される。したがって、直線区間におけるアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値よりも曲線区間におけるアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値の方が大きくなる傾向にある。そして、推力閾値は、たとえば、実際に鉄道車両を走行させて明り区間中の直線区間を走行中のアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力のデータと明り区間中の曲線区間を走行中のアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力のデータを実験的に収集して、上記判断に最適となるように設定すればよく、たとえば、曲線区間走行中のアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値における下限値や平均値−標準偏差×ａ（ａ＝１，２）で演算される値や期待値としたり、直線区間走行中のアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値における上限値や平均値＋標準偏差×ａ（ａ＝１，２）で演算される値としたりすることもできる。
【００６７】
以上より、明り区間であっても、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値が推力閾値Ｆｃを超えることで、鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両が走行している区間の種類が明り区間中のうち曲線区間であるか、直線区間であるかを判断することができる。
【００６８】
また、区間判断部４４ｃは、鉄道車両の走行中の区間種類がトンネル区間と判断する場合であって、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値が推力閾値Ｆｃ以下の場合、鉄道車両用制振装置１が失陥していると判断（図４中領域Ｚ）する。トンネル区間では、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値は大きくなるため、当該絶対値が推力閾値Ｆｃよりも大きい場合には、トンネル区間を走行中であって鉄道車両用制振装置１が正常に機能していると考えられ（図４中領域Ｘ）、反対に、当該絶対値が推力閾値Ｆｃ以下の場合には、トンネル区間を走行中であってもアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力が小さくなってことから、鉄道車両用制振装置１が失陥状態であると判断（図４中領域Ｚ）することができる。失陥と判断される場合、そのまま車体Ｂの振動を抑制する制御を継続すると、車体Ｂを加振してしまったり、車両における乗り心地を悪化させたりする可能性があるため、鉄道車両用制振装置１は、モータ１５、第一開閉弁９、第二開閉弁１１および可変リリーフ弁２２への電力供給を停止して上述のダンパ回路Ｄを有効にし、アクチュエータＡｆ，Ａｒをパッシブなダンパとして機能させる。このように失陥時にはアクチュエータＡｆ，Ａｒをパッシブなダンパとして機能させることで、失陥時においてもアクチュエータＡｆ，Ａｒに減衰力を発揮させて車体Ｂの振動を抑制することができる。
【００６９】
なお、上記した直線区間と曲線区間の別と失陥の判断は、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の代わりにアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力指令値Ｆｆ，Ｆｒを用いても同様に行うことができる。
【００７０】
次に、指令演算部４４ｄは、この実施の形態では、図５に示すように、Ｈ∞制御器４４ｄ１，４４ｄ２を含んで構成されており、ヨー加速度演算部４４ａが演算したヨー加速度ωから車体Ｂのヨーを抑制するヨー指令値Ｆωを演算するＨ∞制御器４４ｄ１と、スエー加速度演算部４４ｂが演算したスエー加速度βから車体Ｂのスエーを抑制するスエー指令値Ｆβを演算するＨ∞制御器４４ｄ２と、ヨー指令値Ｆωとスエー指令値Ｆβとを加算して前側のアクチュエータＡｆが出力すべき推力を指示する推力指令値Ｆｆを求める加算器４４ｄ３と、スエー指令値Ｆβからヨー指令値Ｆωを減算して後側のアクチュエータＡｒが出力すべき推力を指示する推力指令値Ｆｒを求める減算器４４ｄ４とを備えて構成されている。
【００７１】
Ｈ∞制御器４４ｄ１，４４ｄ２は、直線区間走行用の制御ゲイン、曲線区間用の制御ゲイン、トンネル区間用の制御ゲインを保有しており、上記した区間判断部４４ｃの判断結果に応じて、対応する制御ゲインを選択してヨー指令値Ｆωとスエー指令値Ｆβを演算する。
【００７２】
なお、ヨー指令値Ｆωを演算する際に使用される制御ゲインは、直線区間用よりも曲線区間用を大きくし、さらに、曲線区間用よりもトンネル区間用を大きくするといったように、それぞれの区間に最適となる値に設定しておくとよい。また、スエー指令値Ｆβを演算する際に使用される制御ゲインについても同様にそれぞれの区間に最適となる値に設定されるが、曲線区間ではスエー加速度βに定常加速度が含まれているので直線区間用の制御ゲインよりも曲線区間用の制御ゲインを小さくしておくとよく、さらに、トンネル区間用の制御ゲインは直線区間用の制御ゲインよりも大きくしておくとよい。
【００７３】
上記した指令演算部４４ｄでは、Ｈ∞制御を行うようになっているので、車体Ｂに入力される振動の周波数によらず高い制振効果を得ることができ、高いロバスト性を得ることができる。なお、このことは、Ｈ∞制御以外の制御を用いることを否定するものではない。したがって、たとえば、横方向加速度αｆ，αｒから横方向速度を得て、横方向速度にスカイフック減衰係数を乗じて推力指令値を求めるスカイフック制御を用いて前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒを制御することもできる。また、制御にあたって、ヨー加速度ωとスエー加速度βから、前側のアクチュエータＡｆと後側のアクチュエータＡｒとを関連させてその推力を制御するようにしているが、前側のアクチュエータＡｆと後側のアクチュエータＡｒの制御を独立させて制御することも可能である。
【００７４】
そして、駆動部４４ｅでは、推力指令値Ｆｆ，Ｆｒ通りに各アクチュエータＡｆ，Ａｒに推力を発揮させるべく、これらアクチュエータＡｆ，Ａｒへ制御指令を与える。具体的には、駆動部４４ｅは、推力指令値Ｆｆ，Ｆｒから、モータ１５、各アクチュエータＡｆ，Ａｒの第一開閉弁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へ与えるべき制御指令を求めて当該制御指令を出力することになる。また、推力指令値Ｆｆ，Ｆｒから制御指令を求める際、現在アクチュエータＡｆ，Ａｒが出力している推力をフィードバックして制御指令を求めてもよい。
【００７５】
より詳細には、駆動部４４ｅは、上記のように、推力指令値Ｆｆ，Ｆｒから各アクチュエータＡｆ，Ａｒの第一開閉弁９のソレノイド９ｅ、第二開閉弁１１のソレノイド１１ｅ、可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ与えるべき制御指令を求めて当該制御指令を出力する。
【００７６】
かくして、この鉄道車両用制振装置１は、区間判断手段である区間判断部４４ｃによって鉄道車両が走行中である区間種類が明り区間かトンネル区間のいずれかであるかを判断し、この判断結果に基づいて、鉄道車両が走行中である区間種類に適した制御ゲインを選択して推力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求めてアクチュエータＡｆ，Ａｒを制御することで、区間種類によって異なる振動モードで振動する鉄道車両の車体Ｂを効果的に制振することができるのである。
【００７７】
したがって、この鉄道車両用制振装置１によれば、区間判断手段である区間判断部４４ｃがモータ１５の目標回転速度Ｖｒｅｆと実際の回転速度Ｖの速度差である速度偏差εに基づいて、鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間であるかトンネル区間を判断するようになっているから、車両モニタ装置等の他の機器から鉄道車両の走行位置情報や区間種類情報を得ずとも区間種類を判断することができる。
【００７８】
また、鉄道車両用制振装置１によれば、車両モニタ装置等の他の機器から鉄道車両の走行位置情報や区間種類情報を得る必要がないので、車両モニタ装置等に接続するためのインターフェースが不要となり、在来線のように車両情報伝送設備の整っていない鉄道車両であっても容易に搭載することができる。
【００７９】
さらに、この実施の形態では、区間判断手段である区間判断部４４ｃは、明り区間をさらに直線区間と曲線区間とに分けて判断することができるので、より区間種類に適した制御ゲインの選択が可能となり、鉄道車両の車体Ｂをより一層効果的に制振することができる。
【００８０】
そして、区間判断手段である区間判断部４４ｃは、鉄道車両の走行中の区間種類がトンネル区間と判断する場合であって、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力或いは推力指令値が推力閾値以下の場合、鉄道車両用制振装置１が失陥した状態であると判断するので、失陥状態で車体Ｂの振動を抑制する制御を継続してしまうことがない。また、アクチュエータＡｆ，Ａｒがダンパとして機能できる場合には、失陥であると判断した際に、アクチュエータＡｆ，Ａｒをパッシブなダンパとすることで失陥しても車体Ｂの振動を減衰力で抑制することができる。
【００８１】
また、速度偏差εの二乗平均平方根を求め、当該二乗平均平方根が所定の速度閾値Ｖｂを超えると上記鉄道車両の走行位置をトンネル区間であると判断し、上記速度閾値Ｖｂ以下であると当該走行位置を明り区間であると判断する場合には、鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両の走行中の区間種類をより正確に判断することができ、区間種別が頻繁に入れ替わるような判断が防止され、車体Ｂの振動モードにより適した制御ゲインの安定的に選択して車体Ｂの振動を安定的に抑制することができる。
【００８２】
さらに、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、曲線区間であると判断する場合、スエー指令値Ｆωを求める際の制御ゲインを明り区間であって曲線区間ではない場合の制御ゲインよりも低くするので、バンドパスフィルタ４１，４２では除去しがたい定常加速度の影響を低減して、曲線区間走行中の鉄道車両における乗心地を飛躍的に向上することができる。
【００８３】
なお、上記したところでは、一つのコントローラＣで複数のアクチュエータＡｆ，Ａｒを制御するようにしているが、アクチュエータＡｆ，Ａｒ毎にコントローラＣを設けて制御するようにしてもよいことは当然である。
【００８４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、鉄道車両等の制振に利用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
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
１０ 第二通路
１１ 第二開閉弁
１２ ポンプ
１５ モータ
１６ 供給通路
１７ 逆止弁
１８ 整流通路
１９ 吸込通路
２１ 排出通路
２２ 可変リリーフ弁
４４ｃ 区間判断手段としての区間判断部
Ａｆ 前側のアクチュエータ
Ａｒ 後側のアクチュエータ
Ｂ 車体
Ｔｆ，Ｔｒ 台車
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用制振装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
より詳しくは、この鉄道車両用制振装置は、鉄道車両の台車と車体の一方に連結されるシリンダと、当該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と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、ロッド側室へ液体を供給するポンプと、ロッド側室を上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、上記したポンプ、第一開閉弁、第二開閉弁および可変リリーフ弁を駆動することで、伸縮双方へ推力を発揮することができ、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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−６５７９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そして、鉄道車両用制振装置は、アクチュエータの発生すべき推力を推力指令値として求め、アクチュエータの推力を推力指令値通りに制御するようにして、車体の振動を抑制するようにしている。
【０００６】
この推力指令値には、制御ゲインを用いて求める等とされる。たとえば、スカイフック制御の場合、制御ゲインであるスカイフックゲインを車体の横方向の速度に乗じることで推力指令値が求められる。このように、推力指令値を求める際には、加速度や速度等を検知して、これに制御ゲインを乗じることで推力指令値を求めるのである。
【０００７】
一方、鉄道車両は、一回の営業走行で明り区間（非トンネル区間）とトンネル区間を含む路線を走行しなくてはならない場合がほとんどであり、明り区間とトンネル区間では車体の振動モードが異なるため、一回の営業走行で振動モードが異なる区間を走行しなければならない。また、明り区間内であっても直線区間と曲線区間では車体の振動状況が異なる。
【０００８】
したがって、上記制御ゲインを一定のまま、推力指令値を求めてアクチュエータを制御すると、推力指令値が振動モードに適したものとならず、車体の振動を効果的に抑制できずに、乗心地を良好に保つことができない悪化させてしまう場合がある。そこで、従来の鉄道車両用制振装置では、鉄道車両の車両モニタ装置等から鉄道車両の走行中の区間がどのような区間であるかの情報や走行位置の情報を得て、これらと制御ゲインとを関連付けるテーブルを参照して、最適な制御ゲインを選択するようにしていた。
【０００９】
このように車両モニタ装置等から鉄道車両が走行中の区間種類や走行位置といった情報を得るためには、鉄道車両用制振装置を車両モニタ装置に接続するためのインターフェースが必要であり、また、在来線のように車両情報伝送設備の整っていない鉄道車両については、上記情報を得ることができず鉄道車両用制振装置を搭載することが難しいといった問題がある。
【００１０】
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、鉄道車両側から走行位置情報や走行中の区間種類情報を得ることなく、鉄道車両の走行中の区間種類を判断することができる鉄道車両用制振装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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の一方に連結されるシリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、上記シリンダ内に挿入されて上記ピストンと上記台車と車体の他方に連結されるロッドと、上記シリンダ内に上記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、上記ロッド側室と上記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、上記ピストン側室と上記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、上記タンクから上記ロッド側室へ液体を供給するポンプと、当該ポンプを駆動するモータとを有するアクチュエータを備え、上記モータを一定の回転速度で駆動し、当該アクチュエータに出力させるべき推力を推力指令値として求め、上記アクチュエータを制御して車体の振動を抑制する鉄道車両用制振装置において、上記モータの目標回転速度と実際の回転速度の速度偏差に基づいて、上記鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間であるかトンネル区間を判断する区間判断手段を備えたこと特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の鉄道車両用制振装置によれば、区間判断手段がモータの目標回転速度と実際の回転速度の速度偏差に基づいて、鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間であるかトンネル区間を判断するようになっているから、車両モニタ装置等の他の機器から鉄道車両の走行位置情報や区間種類情報を得ずとも区間種類を判断することができる。
【００１３】
したがって、鉄道車両用制振装置によれば、車両モニタ装置等の他の機器から鉄道車両の走行位置情報や区間種類情報を得る必要がないので、車両モニタ装置等に接続するためのインターフェースが不要となり、在来線のように車両情報伝送設備の整っていない鉄道車両であっても容易に搭載することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】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平面図である。
【図２】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詳細図である。
【図３】一実施の形態の鉄道車両用制振装置におけるコントローラの制御ブロック図である。
【図４】区間判断手段における区間種類の判断内容を説明するための図である。
【図５】一実施の形態の鉄道車両用制振装置におけるコントローラの指令演算部の制御ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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、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、前側の台車Ｔｆと車体Ｂとの間に対として介装される前側のアクチュエータＡｆと、後側の台車Ｔｒと車体Ｂとの間に介装される後側のアクチュエータＡｒと、これら両方のアクチュエータＡｆ，Ａｒをアクティブ制御するコントローラＣとを備えて構成されている。アクチュエータＡｆ，Ａｒは、詳細には、鉄道車両の場合、車体Ｂの下方に垂下されるピンＰに連結され、車体Ｂと前後の台車Ｔｆ，Ｔｒとの間で対を成して並列に介装されている。
【００１６】
そして、これら前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒ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、この場合、コントローラＣは、前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒを制御して上記車体Ｂの横方向の振動を抑制するようになっている。
【００１７】
コントローラＣは、本実施の形態にあっては、車体Ｂの振動を抑制する制御を行う際に、車体Ｂの車体の前部Ｂｆの車両進行方向に対して水平横方向の横方向加速度αｆと、車体Ｂの車体の後部Ｂｒの車両進行方向に対して水平横方向の横方向加速度αｒとを検知し、これらの横方向加速度αｆと横方向加速度αｒに基づいて前後の台車Ｔｆ，Ｔｒの直上における車体中心Ｇ周りの角加速度であるヨー加速度ωを求めるとともに、横方向加速度αｆと横方向加速度αｒに基づいて車体Ｂの中心Ｇの水平横方向の加速度であるスエー加速度βを求め、ヨー加速度ωとスエー加速度βに基づいて、前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒで個々に発生すべき推力である推力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求め、当該推力指令値Ｆｆ，Ｆｒ通りの推力を前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒに発生させるべくフィードバック制御することで車体Ｂの上記横方向の振動を抑制するようになっている。
【００１８】
つづいて、前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒの具体的な構成について説明する。これらアクチュエータＡｆ，Ａｒは、同じ構成であるので、説明の重複を避けるため、便宜上、前側のアクチュエータＡｆの構成のみを説明し、後側のアクチュエータＡｒについての具体的な説明を省略することとする。なお、図示したところでは、アクチュエータＡｆもアクチュエータＡｒも二つずつ設けられているが、各アクチュエータＡｆ，Ａｒの一つに対して一つのコントローラＣを設けることも可能である。
【００１９】
アクチュエータＡｆは、図２に示すように、鉄道車両の台車Ｔｆ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Ｔｆ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、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、タンク７からロッド側室５へ液体を供給するポンプ１２と、当該ポンプ１２を駆動するモータ１５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。
【００２０】
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Ａｆを伸長作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Ａｆを収縮作動させることができるようになっている。
【００２１】
以下、アクチュエータＡｆ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、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。
【００２２】
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、上述のように液体が充填されている。
【００２３】
また、このアクチュエータＡｆ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るようになっており、アクチュエータＡｆの変位量に対する液体量も伸縮両側で同じとなる。
【００２４】
詳しくは、アクチュエータＡｆ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Ａｆ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Ａｆ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Ａｆ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の圧力が同じとなって制御が簡素となり、加えて変位量に対する液体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Ａｆ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。
【００２５】
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Ａｆを鉄道車両における車体Ｂと台車Ｔｆとの間に介装することができるようになっている。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
このアクチュエータＡｆにあっては、モータ１５を一定の回転速度で駆動して、ポンプ１２を定速回転させ一定流量の液体を吐出させ、当該液体をロッド側室５へ供給するようにしてある。そして、アクチュエータＡｆを伸長作動させる際には、第一開閉弁９を開きつつ第二開閉弁１１を開閉させることによってロッド側室５内の圧力を調節し、逆に収縮作動させる際には第二開閉弁１１を開きつつ第一開閉弁９を開閉させることによってロッド側室５内の圧力を調節することで、上記した推力指令値Ｆｆが指示する通りの推力を得ることが可能である。伸長作動時には、ロッド側室５とピストン側室６とが連通状態におかれ、ピストン側室６内の圧力はロッド側室５の圧力と同じとなるため、このアクチュエータＡｆにあっては、伸長作動時も収縮作動時もロッド側室５の圧力をコントロールすることで推力をコントロールすることができる。なお、第一開閉弁９および第二開閉弁１１は、開弁圧を調節可能であって開閉機能を備えた可変リリーフ弁とされてもよい。この場合には、第一開閉弁９或いは第二開閉弁１１を伸縮作動時に開閉作動させるのではなく、開弁圧を調節することでアクチュエータＡｆの推力を調節することも可能である。
【００３２】
上記のように、アクチュエータＡｆの推力調節が可能ではあるが、より簡単に推力調節が可能なように、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１にあっては、ロッド側室５とタンク７とを接続する排出通路２１と、この排出通路２１の途中に設けた開弁圧を変更可能な可変リリーフ弁２２とを設けている。
【００３３】
可変リリーフ弁２２は、この実施の形態では、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。
【００３４】
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（開弁圧）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。
【００３５】
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。
【００３６】
したがって、排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けることで、アクチュエータＡｆを伸縮作動させる際に、ロッド側室５内の圧力は可変リリーフ弁２２の開弁圧に調節され、ロッド側室５の圧力は可変リリーフ弁２２の開弁圧を調節することで容易に調節することができる。このように排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを設けることで、アクチュエータＡｆの推力を調節するために必要なセンサ類が不要となり、第一開閉弁９と第二開閉弁１１の高速で開閉させたり、第一開閉弁９および第二開閉弁１１を開閉機能付きの可変リリーフ弁としたりする必要もなくなるので、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することができる。
【００３７】
なお、可変リリーフ弁２２は、与える電流量で開弁圧を比例的に変化させることができる比例電磁リリーフ弁を用いることで開弁圧の制御が簡単となるが、開弁圧を調節できるリリーフ弁であれば比例電磁リリーフ弁に限定されるものではない。
【００３８】
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の開閉状態に関わらず、アクチュエータＡｆ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Ａｆのシステム全体を保護するようになっている。このように、排出通路２１と可変リリーフ弁２２を設けることでシステムの保護も可能となる。
【００３９】
さらに、この実施の形態のアクチュエータＡｆは、ダンパ回路Ｄを備えており、このダンパ回路Ｄは、第一開閉弁９および第二開閉弁１１が閉弁している場合に、アクチュエータＡｆをダンパとして機能させる。ダンパ回路Ｄ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を備えている。また、この実施の形態の場合には、アクチュエータＡｆが、排出通路２１と可変リリーフ弁２２とを備えているので、可変リリーフ弁２２が減衰弁として機能するようになっている。
【００４０】
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、この整流通路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、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、この吸込通路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。
【００４１】
このように構成されたダンパ回路Ｄは、アクチュエータＡｆにおける第一開閉弁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せる。そして、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ので、アクチュエータＡｆが外力によって伸縮させられると、必ずシリンダ２から液体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で足りなくなる液体は吸込通路１９を介してタンク７からシリンダ２内へ供給される。この液体の流れに対して上記可変リリーフ弁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圧力制御弁として機能するので、アクチュエータＡｆは、パッシブなユニフロー型のダンパとして機能することになる。なお、可変リリーフ弁２２と排出通路２１とを設けない場合には、別途、ロッド側室５とタンク７とを接続する通路と、この通路の途中に減衰弁とを設けてダンパ回路Ｄを構成するようにしてもよい。また、アクチュエータＡｆ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Ａｆ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。
【００４２】
上記のように構成されたアクチュエータＡｆ，Ａｒに所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、たとえば、コントローラＣは、モータ１５を回転させてポンプ１２からシリンダ２内へ液体を供給しつつ、各アクチュエータＡｆ，Ａｒの第一開閉弁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２中左方へ押されアクチュエータＡｆ，Ａｒ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に与える電流量で決まる可変リリーフ弁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Ａｆ，Ａｒ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側の受圧面積差に上記した可変リリーフ弁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。
【００４３】
これに対して、アクチュエータＡｆ，Ａｒに所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、コントローラＣは、モータ１５を回転させてポンプ１２からロッド側室５内へ液体を供給しつつ、各アクチュエータＡｆ，Ａｒの第一開閉弁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２中右方へ押されアクチュエータＡｆ，Ａｒ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の電流量を調節することで、アクチュエータＡｆは、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に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。
【００４４】
また、このアクチュエータＡｆ，Ａｒ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。
【００４５】
なお、このアクチュエータＡｆ，Ａｒ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。
【００４６】
また、このアクチュエータＡｆ，Ａｒ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Ａｆ，Ａｒ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。
【００４７】
したがって、アクチュエータＡｆ，Ａｒ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。
【００４８】
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Ａｆ，Ａｒ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。
【００４９】
つづいて、コントローラＣは、図１から図３に示すように、車体前側としての車体前部Ｂｆの車両進行方向に対して水平横方向の前側の横方向加速度αｆを検出する前側加速度センサ４０と、車体後側としての車体後部Ｂｒの車両進行方向に対して後側の水平横方向の横方向加速度αｒを検出する後側加速度センサ４１と、横方向加速度αｆと横方向加速度αｒ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４２，４３と、バンドパスフィルタ４２，４３で濾過した横方向加速度αｆと横方向加速度αｒを処理して、各アクチュエータＡｆ，Ａｒのモータ１５、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、可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ制御指令を出力する制御部４４とを備えて構成されていて、各アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力を制御するようになっている。なお、バンドパスフィルタ４２，４３で横方向加速度αｆと横方向加速度αｒ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することができる。
【００５０】
制御部４４は、前側加速度センサ４０で検知した前側の横方向加速度αｆと後側加速度センサ４１で検知した後側の横方向加速度αｒに基づいて前後の台車Ｔｆ，Ｔｒの直上における車体中心Ｇ周りのヨー加速度ωを求めるヨー加速度演算部４４ａと、横方向加速度αｆと横方向加速度αｒに基づいて車体Ｂの中心Ｇのスエー加速度βを求めるスエー加速度演算部４４ｂと、鉄道車両の走行中の区間種類を判断する区間判断手段としての区間判断部４４ｃと、ヨー加速度ωとスエー加速度βと区間判断部４４ｃの判断結果に基づいて前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒで個々に発生すべき推力である推力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求める指令演算部４４ｄと、推力指令値Ｆｆ，Ｆｒに基づいてモータ１５、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、可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃを駆動する駆動部４４ｅとを備えて構成されている。
【００５１】
なお、コントローラ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、前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１が出力する信号を取り込むためのＡ／Ｄ変換器と、バンドパスフィルタ４２，４３と、バンドパスフィルタ４２，４３で濾過した横方向加速度αｆと横方向加速度αｒを取り込んでアクチュエータＡｆ，Ａｒ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、上記プログラムに基づいた処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）などの演算装置と、上記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、コントローラＣの制御部４４における各部は、ＣＰＵが上記処理を行うためのプログラムを実行することで実現することができる。また、バンドパスフィルタ４２，４３は、上記ＣＰＵがプログラムを実行することで実現されてもよい。
【００５２】
つづいて、横方向加速度αｆ，αｒは、たとえば、図１中車体Ｂの中央を左右に通る軸を基準として上方側へ向く方向となる場合に、正の符号を採り、反対に、図１中車体Ｂの中央を左右に通る軸を基準として下方側へ向く方向となる場合に、負の符号を採るように設定され、ヨー加速度演算部４４ａは、前側の横方向加速度αｆと後側の横方向加速度αｒの差を２で割ることで前後の台車Ｔｆ，Ｔｒのそれぞれの直上における車体中心Ｇ周りのヨー加速度ωを求め、スエー加速度演算部４４ｂは、横方向加速度αｆと横方向加速度αｒの和を２で割って車体Ｂの中心Ｇのスエー加速度βを求める。前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１の設置箇所は、ヨー加速度ωを求める都合上、前側加速度センサ４０にあっては車体Ｂの中心Ｇを含む前後方向または対角方向に沿う線上であって前側アクチュエータＡｆの近傍に配置されるとよく、後側加速度センサ４１にあっても車体Ｂの中心Ｇを含む前後方向または対角方向に沿う線上であって後側アクチュエータＡｒの近傍に配置されるとよいが、中心Ｇと前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１の距離と位置関係と横方向加速度αｆ，αｒとからヨー加速度ωを求めることができるので前側加速度センサ４０と後側加速度センサ４１を任意に設定することも可能である。その場合、ヨー加速度ωは、横方向加速度αｆと横方向加速度αｒの差を２で割って求めるのではなく、上記横方向加速度αｆと横方向速度αｒの差と、車体Ｂの中心Ｇと各加速度センサ４０，４１との距離、位置関係からヨー加速度ωを得るようにすればよい。具体的には、前側加速度センサ４０と車体Ｂの中心Ｇとの前後方向距離Ｌｆと、前側加速度センサ４１と車体Ｂの中心Ｇとの前後方向距離Ｌｒとすると、ヨー加速度ωは、ω＝（αｆ−αｒ）／（Ｌｆ＋Ｌｒ）で計算できる。本実施の形態では、ヨー加速度ωを前側加速度センサ４０と前側加速度センサ４１で加速度を検知して求めているが、ヨー加速度センサを用いて検知するようにしてもよい。
【００５３】
区間判断部４４ｃは、モータ１５の目標回転速度Ｖｒｅｆと実際の回転速度Ｖの速度差である速度偏差εに基づいて、鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間であるかトンネル区間を判断するようになっている。明り区間は、いわゆる、トンネル以外の区間のことであり、非トンネル区間の総称である。
【００５４】
以下、区間判断部４４ｃにおける判断について詳細に説明するが、この判断の説明の前に、制御部４４がモータ１５を一定回転速度で駆動するための制御内容について少々説明する。このモータ１５の駆動は、制御部４４における駆動部４４ｅによって行われており、モータ１５は、駆動部４４ｅによって一定回転速度で回転駆動されるようになっている。
【００５５】
具体的には、制御部４４は、モータ１５の回転速度をレゾルバやホール素子等で構成されるモータ１５における図外のロータの回転位置を検出する回転位置センサ４５を用いてセンシングしており、駆動部４４ｅは、この回転位置センサ４５で検知した回転位置から回転速度Ｖを得て、この回転速度Ｖをフィードバックしてモータ１５を制御している。より詳細には、駆動部４４ｅは、モータ１５を一定回転速度で駆動するために検知したモータ１５の回転速度Ｖをフィードバックするために回転速度Ｖを負帰還する速度ループと、速度ループ内に設けた電流ループとモータ１５の図外の巻線へ電圧を印加するための図外のドライバとを備えている。速度ループでは、上記したモータ１５の一定回転速度を目標回転速度Ｖｒｅｆとし、この目標回転速度Ｖｒｅｆと回転速度Ｖの速度偏差εをＰＩ補償やＰＩＤ補償する等して目標電流値を求め、これを図示しない電流ループへ入力する。電流ループでは、モータ１５に流れる実電流をフィードバックして最終的に上記ドライバへ与える電圧指令値を生成し、駆動部４４ｅは、ドライバを通じてモータ１５内の図外の巻線へ電圧を印加してモータ１５を制御するようになっている。
【００５６】
このように駆動部４４ｅでは、モータ１５を一定回転速度で駆動するようになっているのであるが、鉄道車両がトンネル区間を走行する場合、車体Ｂ周りの空気の流れの乱れによって車体Ｂに大きな外力が作用する。そのため、車体Ｂは、トンネル区間走行中では明り区間走行中よりも大きな振幅で振動する。
【００５７】
この車体Ｂに作用する外力は、アクチュエータＡｆ，Ａｒにも作用し、ロッド側室５内の圧力に変動が生じたり、車体Ｂの振動を抑制するためにアクチュエータＡｆ，Ａｒに出力させる推力も大きく変動したりするため、これらがポンプ１２の吐出圧力に影響し、ポンプ１２の回転速度も振動的になる。ポンプ１２の回転速度が振動的となると、当然に、これに接続されるモータ１５の回転速度もトンネル区間では、明り区間に比較して振動的となって、実際の回転速度Ｖと目標回転速度Ｖｒｅｆの速度偏差εは、トンネル区間走行中では、明り区間走行中よりも大きくなる傾向にある。
【００５８】
したがって、目標回転速度Ｖｒｅｆとモータ１５の実際の回転速度Ｖとの差である速度偏差εの絶対値が大きい場合に、鉄道車両がトンネル区間を走行中であると判断することができる。
【００５９】
そこで、区間判断部４４ｃは、目標回転速度Ｖｒｅｆとモータ１５の実際の回転速度Ｖとの差である速度偏差εの絶対値が速度閾値Ｖｂを超えると、鉄道車両がトンネル区間を走行中であると判断し、速度偏差εの絶対値が速度閾値Ｖｂ以下である場合には、鉄道車両が明り区間を走行中であると判断する。この場合の速度閾値Ｖｂは、実際に鉄道車両を走行させて明り区間走行中の速度偏差εのデータとトンネル区間走行中の速度偏差εのデータを実験的に収集して、上記判断に最適となるように設定すればよく、たとえば、トンネル区間走行中の速度偏差εの平均値や平均値−標準偏差×ａ（ａ＝１，２）で演算される値や期待値としたり、明り区間走行中の速度偏差εの上限値や平均値＋標準偏差×ａ（ａ＝１，２）で演算される値としたりすることもできる。なお、目標回転速度Ｖｒｅｆは、図３に示すように、都度、駆動部４４ｅから得るようにしてもよいし、他から得てもよいし、さらには、予め区間判断部４４ｃで記憶しておくようにしてもよい。
【００６０】
このように、鉄道車両用制振装置１では、鉄道車両の走行位置をモニタせずとも区間種類を判断することができるので、他の装置から走行位置情報を入手する必要がない。
【００６１】
ところで、区間判断部４４ｃは、上記の如くの判断によって、鉄道車両が走行中の区間種類を判断することができるが、目標回転速度Ｖｒｅｆと一回のサンプリングで得た回転速度Ｖとの速度偏差εの絶対値が速度閾値Ｖｂを超えるとトンネル区間であると判断する場合、何らかの外乱によって車体Ｂが大きく振動してもトンネル区間であると判断し、トンネル区間の走行中でも速度偏差εが速度閾値Ｖｂ以下では明り区間と判断することになる。より区間種類の判断の正確度を向上するためには、速度偏差εの二乗平均平方根を求め、当該二乗平均平方根が所定の速度閾値Ｖｂを超えると鉄道車両の走行中の区間がトンネル区間であると判断し、速度閾値Ｖｂ以下であると当該走行中の区間を明り区間であると判断する。この場合の速度閾値Ｖｂは、速度偏差εの二乗平均平方根の値から区間種類を判断するために設定されるものであるから、上記した速度偏差εの絶対値に対して設定される速度閾値Ｖｂと同じ値に設定されるとは限らない。速度偏差εの二乗平均平方根は、予め決められた個数の速度偏差εの二乗の総和を上記個数で割った値の平方根を求めることで得ることができる。速度偏差εの二乗平均平方根を得るための速度偏差εの個数は、サンプリングタイム、制御周波数や区間判断部４４ｃにおける判断に要する時間に応じて任意に設定されるが、たとえば、０．５秒間から２秒間にサンプリングされる個数に設定される。
【００６２】
このように、速度偏差εの二乗平均平方根を判断に用いることで、瞬間的に速度偏差εの絶対値が大きくなったり小さくなったりしても、速度偏差εの二乗平均平方根に与える影響は小さくなるから、この速度偏差εの二乗平均平方根と速度閾値Ｖｂとを比較することで、何らかの外乱によって瞬間的に車体Ｂが大きく振動してもトンネル区間で判断されにくくなり、トンネル区間の走行中に速度偏差εが瞬間的に速度閾値Ｖｂ以下となっても明り区間と判断されにくくなるので、鉄道車両の走行中の区間種類をより正確に判断することができる。なお、この速度偏差εの二乗平均平方根を用いて判断する場合、速度閾値Ｖｂは、実際に鉄道車両を走行させて明り区間走行中の速度偏差εの二乗平均平方根のデータとトンネル区間走行中の速度偏差εの二乗平均平方根のデータを実験的に収集して、上記判断に最適となるように設定すればよく、たとえば、トンネル区間走行中の速度偏差εの二乗平均平方根の平均値や平均値−標準偏差×ａ（ａ＝１，２）で演算される値や期待値としたり、明り区間走行中の速度偏差εの二乗平均平方根の上限値や平均値＋標準偏差×ａ（ａ＝１，２）で演算される値としたりすることもできる。
【００６３】
なお、区間判断部４４ｃでの判断において、トンネル区間であると判断された後、明り区間と判断するためには、複数回連続して明り区間であると判断されることを要するようにしてもよい。
【００６４】
以上のように、区間判断部４４ｃは、鉄道車両が走行中の区間種類が明り区間であるかトンネル区間であるかを判断することができるが、この実施の形態では、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値が推力閾値を超えるか否かをも判定していて、明り区間が直線区間であるか曲線区間であるか、さらに、鉄道車両用制振装置１に異常があるか否かをも判断することができるようになっている。
【００６５】
詳しくは、区間判断部４４ｃは、速度偏差εを用いた上記の区間種類判断に加えて、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値が推力閾値Ｆｃを超えるか否かも判定している。アクチュエータＡｆ，Ａｒが実際に出力している推力は、モータＭの図示しない出力シャフトのトルクを観測することで得ることができる。モータ１５の出力シャフトはポンプ１２の入力軸に連結されており、ポンプ１２の吐出圧がロッド側室５の圧力となっているため、モータ１５の出力シャフトのトルクを観測することで、アクチュエータＡｆ，Ａｒとトルクとの関係を予め得ておけば、アクチュエータＡｆ，Ａｒが出力している推力を得ることができる。なお、上記したトルクには、ポンプ１２の可動部における動摩擦力による成分が含まれているため、この成分が無視できなければ演算によって除去するようにすればよい。無論、可変リリーフ弁２２の開弁圧を制御しているので、可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量によっても推定することができる。また、モータ１５のトルクは、モータ１５に流れる電流に比例する関係にあるから、モータ１５に流れる電流を観測してアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力を得てもよい。
【００６６】
そして、区間判断部４４ｃは、図４に示すように、鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間と判断する場合であって、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値が推力閾値Ｆｃを超える場合、区間種類を曲線区間であると判断（図４中領域Ｙ）し、そうでなければ、つまり、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値が推力閾値以下である場合、区間種類を直線区間であると判断（図４中領域Ｗ）する。一般に曲線区間では、車体Ｂにはカントによっては緩和できない超過遠心加速度と称される定常加速度が作用するが、この定常加速度によって生じる車体Ｂの振動の周波数帯は、そもそも乗心地を向上するために抑制したい車体Ｂの振動の周波数帯に近いため、バンドパスフィルタ４２，４３で完全に定常加速度を除去することが難しく、結果、曲線区間では外乱による車体Ｂの振動に定常加速度が重畳される。したがって、直線区間におけるアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値よりも曲線区間におけるアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値の方が大きくなる傾向にある。そして、推力閾値は、たとえば、実際に鉄道車両を走行させて明り区間中の直線区間を走行中のアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力のデータと明り区間中の曲線区間を走行中のアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力のデータを実験的に収集して、上記判断に最適となるように設定すればよく、たとえば、曲線区間走行中のアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値における下限値や平均値−標準偏差×ａ（ａ＝１，２）で演算される値や期待値としたり、直線区間走行中のアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値における上限値や平均値＋標準偏差×ａ（ａ＝１，２）で演算される値としたりすることもできる。
【００６７】
以上より、明り区間であっても、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値が推力閾値Ｆｃを超えることで、鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両が走行している区間の種類が明り区間中のうち曲線区間であるか、直線区間であるかを判断することができる。
【００６８】
また、区間判断部４４ｃは、鉄道車両の走行中の区間種類がトンネル区間と判断する場合であって、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値が推力閾値Ｆｃ以下の場合、鉄道車両用制振装置１が失陥していると判断（図４中領域Ｚ）する。トンネル区間では、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の絶対値は大きくなるため、当該絶対値が推力閾値Ｆｃよりも大きい場合には、トンネル区間を走行中であって鉄道車両用制振装置１が正常に機能していると考えられ（図４中領域Ｘ）、反対に、当該絶対値が推力閾値Ｆｃ以下の場合には、トンネル区間を走行中であってもアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力が小さくなってことから、鉄道車両用制振装置１が失陥状態であると判断（図４中領域Ｚ）することができる。失陥と判断される場合、そのまま車体Ｂの振動を抑制する制御を継続すると、車体Ｂを加振してしまったり、車両における乗り心地を悪化させたりする可能性があるため、鉄道車両用制振装置１は、モータ１５、第一開閉弁９、第二開閉弁１１および可変リリーフ弁２２への電力供給を停止して上述のダンパ回路Ｄを有効にし、アクチュエータＡｆ，Ａｒをパッシブなダンパとして機能させる。このように失陥時にはアクチュエータＡｆ，Ａｒをパッシブなダンパとして機能させることで、失陥時においてもアクチュエータＡｆ，Ａｒに減衰力を発揮させて車体Ｂの振動を抑制することができる。
【００６９】
なお、上記した直線区間と曲線区間の別と失陥の判断は、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力の代わりにアクチュエータＡｆ，Ａｒの推力指令値Ｆｆ，Ｆｒを用いても同様に行うことができる。
【００７０】
次に、指令演算部４４ｄは、この実施の形態では、図５に示すように、Ｈ∞制御器４４ｄ１，４４ｄ２を含んで構成されており、ヨー加速度演算部４４ａが演算したヨー加速度ωから車体Ｂのヨーを抑制するヨー指令値Ｆωを演算するＨ∞制御器４４ｄ１と、スエー加速度演算部４４ｂが演算したスエー加速度βから車体Ｂのスエーを抑制するスエー指令値Ｆβを演算するＨ∞制御器４４ｄ２と、ヨー指令値Ｆωとスエー指令値Ｆβとを加算して前側のアクチュエータＡｆが出力すべき推力を指示する推力指令値Ｆｆを求める加算器４４ｄ３と、スエー指令値Ｆβからヨー指令値Ｆωを減算して後側のアクチュエータＡｒが出力すべき推力を指示する推力指令値Ｆｒを求める減算器４４ｄ４とを備えて構成されている。
【００７１】
Ｈ∞制御器４４ｄ１，４４ｄ２は、直線区間走行用の制御ゲイン、曲線区間用の制御ゲイン、トンネル区間用の制御ゲインを保有しており、上記した区間判断部４４ｃの判断結果に応じて、対応する制御ゲインを選択してヨー指令値Ｆωとスエー指令値Ｆβを演算する。
【００７２】
なお、ヨー指令値Ｆωを演算する際に使用される制御ゲインは、直線区間用よりも曲線区間用を大きくし、さらに、曲線区間用よりもトンネル区間用を大きくするといったように、それぞれの区間に最適となる値に設定しておくとよい。また、スエー指令値Ｆβを演算する際に使用される制御ゲインについても同様にそれぞれの区間に最適となる値に設定されるが、曲線区間ではスエー加速度βに定常加速度が含まれているので直線区間用の制御ゲインよりも曲線区間用の制御ゲインを小さくしておくとよく、さらに、トンネル区間用の制御ゲインは直線区間用の制御ゲインよりも大きくしておくとよい。
【００７３】
上記した指令演算部４４ｄでは、Ｈ∞制御を行うようになっているので、車体Ｂに入力される振動の周波数によらず高い制振効果を得ることができ、高いロバスト性を得ることができる。なお、このことは、Ｈ∞制御以外の制御を用いることを否定するものではない。したがって、たとえば、横方向加速度αｆ，αｒから横方向速度を得て、横方向速度にスカイフック減衰係数を乗じて推力指令値を求めるスカイフック制御を用いて前後のアクチュエータＡｆ，Ａｒを制御することもできる。また、制御にあたって、ヨー加速度ωとスエー加速度βから、前側のアクチュエータＡｆと後側のアクチュエータＡｒとを関連させてその推力を制御するようにしているが、前側のアクチュエータＡｆと後側のアクチュエータＡｒの制御を独立させて制御することも可能である。
【００７４】
そして、駆動部４４ｅでは、推力指令値Ｆｆ，Ｆｒ通りに各アクチュエータＡｆ，Ａｒに推力を発揮させるべく、これらアクチュエータＡｆ，Ａｒへ制御指令を与える。具体的には、駆動部４４ｅは、推力指令値Ｆｆ，Ｆｒから、モータ１５、各アクチュエータＡｆ，Ａｒの第一開閉弁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へ与えるべき制御指令を求めて当該制御指令を出力することになる。また、推力指令値Ｆｆ，Ｆｒから制御指令を求める際、現在アクチュエータＡｆ，Ａｒが出力している推力をフィードバックして制御指令を求めてもよい。
【００７５】
より詳細には、駆動部４４ｅは、上記のように、推力指令値Ｆｆ，Ｆｒから各アクチュエータＡｆ，Ａｒの第一開閉弁９のソレノイド９ｅ、第二開閉弁１１のソレノイド１１ｅ、可変リリーフ弁２２の比例ソレノイド２２ｃへ与えるべき制御指令を求めて当該制御指令を出力する。
【００７６】
かくして、この鉄道車両用制振装置１は、区間判断手段である区間判断部４４ｃによって鉄道車両が走行中である区間種類が明り区間かトンネル区間のいずれかであるかを判断し、この判断結果に基づいて、鉄道車両が走行中である区間種類に適した制御ゲインを選択して推力指令値Ｆｆ，Ｆｒを求めてアクチュエータＡｆ，Ａｒを制御することで、区間種類によって異なる振動モードで振動する鉄道車両の車体Ｂを効果的に制振することができるのである。
【００７７】
したがって、この鉄道車両用制振装置１によれば、区間判断手段である区間判断部４４ｃがモータ１５の目標回転速度Ｖｒｅｆと実際の回転速度Ｖの速度差である速度偏差εに基づいて、鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間であるかトンネル区間を判断するようになっているから、車両モニタ装置等の他の機器から鉄道車両の走行位置情報や区間種類情報を得ずとも区間種類を判断することができる。
【００７８】
また、鉄道車両用制振装置１によれば、車両モニタ装置等の他の機器から鉄道車両の走行位置情報や区間種類情報を得る必要がないので、車両モニタ装置等に接続するためのインターフェースが不要となり、在来線のように車両情報伝送設備の整っていない鉄道車両であっても容易に搭載することができる。
【００７９】
さらに、この実施の形態では、区間判断手段である区間判断部４４ｃは、明り区間をさらに直線区間と曲線区間とに分けて判断することができるので、より区間種類に適した制御ゲインの選択が可能となり、鉄道車両の車体Ｂをより一層効果的に制振することができる。
【００８０】
そして、区間判断手段である区間判断部４４ｃは、鉄道車両の走行中の区間種類がトンネル区間と判断する場合であって、アクチュエータＡｆ，Ａｒの推力或いは推力指令値が推力閾値以下の場合、鉄道車両用制振装置１が失陥した状態であると判断するので、失陥状態で車体Ｂの振動を抑制する制御を継続してしまうことがない。また、アクチュエータＡｆ，Ａｒがダンパとして機能できる場合には、失陥であると判断した際に、アクチュエータＡｆ，Ａｒをパッシブなダンパとすることで失陥しても車体Ｂの振動を減衰力で抑制することができる。
【００８１】
また、速度偏差εの二乗平均平方根を求め、当該二乗平均平方根が所定の速度閾値Ｖｂを超えると上記鉄道車両の走行位置をトンネル区間であると判断し、上記速度閾値Ｖｂ以下であると当該走行位置を明り区間であると判断する場合には、鉄道車両用制振装置１は、鉄道車両の走行中の区間種類をより正確に判断することができ、区間種別が頻繁に入れ替わるような判断が防止され、車体Ｂの振動モードにより適した制御ゲインの安定的に選択して車体Ｂの振動を安定的に抑制することができる。
【００８２】
さらに、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、曲線区間であると判断する場合、スエー指令値Ｆωを求める際の制御ゲインを明り区間であって曲線区間ではない場合の制御ゲインよりも低くするので、バンドパスフィルタ４１，４２では除去しがたい定常加速度の影響を低減して、曲線区間走行中の鉄道車両における乗心地を飛躍的に向上することができる。
【００８３】
なお、上記したところでは、一つのコントローラＣで複数のアクチュエータＡｆ，Ａｒを制御するようにしているが、アクチュエータＡｆ，Ａｒ毎にコントローラＣを設けて制御するようにしてもよいことは当然である。
【００８４】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、鉄道車両等の制振に利用可能である。
【符号の説明】
【００８６】
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
１０ 第二通路
１１ 第二開閉弁
１２ ポンプ
１５ モータ
１６ 供給通路
１７ 逆止弁
１８ 整流通路
１９ 吸込通路
２１ 排出通路
２２ 可変リリーフ弁
４４ｃ 区間判断手段としての区間判断部
Ａｆ 前側のアクチュエータ
Ａｒ 後側のアクチュエータ
Ｂ 車体
Ｔｆ，Ｔｒ 台車
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の台車と車体の一方に連結されるシリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、上記シリンダ内に挿入されて上記ピストンと上記台車と車体の他方に連結されるロッドと、上記シリンダ内に上記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、上記ロッド側室と上記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、上記ピストン側室と上記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、上記タンクから上記ロッド側室へ液体を供給するポンプと、当該ポンプを駆動するモータとを有するアクチュエータを備え、上記モータを一定の回転速度で駆動し、当該アクチュエータに出力させるべき推力を推力指令値として求め、上記アクチュエータを制御して車体の振動を抑制する鉄道車両用制振装置において、上記モータの目標回転速度と実際の回転速度の速度偏差に基づいて、上記鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間であるかトンネル区間を判断する区間判断手段を備えたこと特徴とする鉄道車両用制振装置。
【請求項２】
上記区間判断手段は、上記鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間と判断する場合であって、上記アクチュエータの推力或いは推力指令値が推力閾値を超える場合、上記区間種類を曲線区間であると判断す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。
【請求項３】
上記区間判断手段は、上記鉄道車両の走行中の区間種類がトンネル区間と判断する場合であって、上記アクチュエータの推力或いは推力指令値が推力閾値以下の場合、失陥と判断す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。
【請求項４】
上記速度偏差の二乗平均平方根を求め、当該二乗平均平方根が所定の速度閾値Ｖｂを超えると上記鉄道車両の走行位置をトンネル区間であると判断し、上記速度閾値Ｖｂ以下であると当該走行位置を明り区間であると判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鉄道車両用制振装置。
【請求項５】
上記車体の中心周りのヨー加速度と上記車体の水平横方向のスエー加速度を得て、ヨー加速度から車体のヨー振動を抑制するヨー推力指令値を求め、スエー加速度から車体のスエー振動を抑制するスエー指令値を求め、ヨー指令値とスエー指令値から上記推力指令値を演算してなり、上記区間判断手段が曲線区間であると判断する場合、スエー指令値を求める際の制御ゲインを明り区間であって曲線区間ではない場合の制御ゲインよりも低くすることを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両用制振装置。
【請求項６】
上記アクチュエータは、上記ロッド側室を上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、当該可変リリーフ弁の開弁圧を調節して上記アクチュエータの推力を制御す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。
【請求項７】
上記タンクから上記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、上記ピストン側室から上記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から６のいずれか一項に記載の鉄道車両用制振装置。
【請求項１】
鉄道車両の台車と車体の一方に連結されるシリンダと、当該シリンダ内に摺動自在に挿入されるピストンと、上記シリンダ内に挿入されて上記ピストンと上記台車と車体の他方に連結されるロッドと、上記シリンダ内に上記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、上記ロッド側室と上記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、上記ピストン側室と上記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、上記タンクから上記ロッド側室へ液体を供給するポンプと、当該ポンプを駆動するモータとを有するアクチュエータを備え、上記モータを一定の回転速度で駆動し、当該アクチュエータに出力させるべき推力を推力指令値として求め、上記アクチュエータを制御して車体の振動を抑制する鉄道車両用制振装置において、上記モータの目標回転速度と実際の回転速度の速度偏差に基づいて、上記鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間であるかトンネル区間を判断する区間判断手段を備えたこと特徴とする鉄道車両用制振装置。
【請求項２】
上記区間判断手段は、上記鉄道車両の走行中の区間種類が明り区間と判断する場合であって、上記アクチュエータの推力或いは推力指令値が推力閾値を超える場合、上記区間種類を曲線区間であると判断す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。
【請求項３】
上記区間判断手段は、上記鉄道車両の走行中の区間種類がトンネル区間と判断する場合であって、上記アクチュエータの推力或いは推力指令値が推力閾値以下の場合、失陥と判断す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。
【請求項４】
上記速度偏差の二乗平均平方根を求め、当該二乗平均平方根が所定の速度閾値Ｖｂを超えると上記鉄道車両の走行位置をトンネル区間であると判断し、上記速度閾値Ｖｂ以下であると当該走行位置を明り区間であると判断することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鉄道車両用制振装置。
【請求項５】
上記車体の中心周りのヨー加速度と上記車体の水平横方向のスエー加速度を得て、ヨー加速度から車体のヨー振動を抑制するヨー推力指令値を求め、スエー加速度から車体のスエー振動を抑制するスエー指令値を求め、ヨー指令値とスエー指令値から上記推力指令値を演算してなり、上記区間判断手段が曲線区間であると判断する場合、スエー指令値を求める際の制御ゲインを明り区間であって曲線区間ではない場合の制御ゲインよりも低くすることを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両用制振装置。
【請求項６】
上記アクチュエータは、上記ロッド側室を上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、当該可変リリーフ弁の開弁圧を調節して上記アクチュエータの推力を制御す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。
【請求項７】
上記タンクから上記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、上記ピストン側室から上記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から６のいずれか一項に記載の鉄道車両用制振装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１３０６（Ｐ２０１３−１３０６Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３６１６３（Ｐ２０１１−１３６１６３）
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２０日（２０１１．６．２０）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【Ｆターム（参考）】
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