鉄道車両用振動制御装置
【課題】装置の大型化やコスト上昇を招くことなく、大きな超過遠心加速度に効果的に対処できる鉄道車両用振動制御装置を提供する。
【解決手段】車体１と該車体を弾性支持する台車２との間に介装され、該車体および台車の左右方向の相対変位を制御するアクチュエータ４と、前記車体の左右方向の振動加速度を検出する加速度検出手段８と、該加速度検出手段の検出結果に基づいて前記アクチュエータを制御するコントローラ１０とからなる鉄道車両用振動制御装置において、鉄道車両が曲線区間を走行していることを検出するストロークセンサ９とを設け、鉄道車両が曲線区間を走行していることをストローク９が検知した場合に、アクチュエータ４の出力を抑制する。
【解決手段】車体１と該車体を弾性支持する台車２との間に介装され、該車体および台車の左右方向の相対変位を制御するアクチュエータ４と、前記車体の左右方向の振動加速度を検出する加速度検出手段８と、該加速度検出手段の検出結果に基づいて前記アクチュエータを制御するコントローラ１０とからなる鉄道車両用振動制御装置において、鉄道車両が曲線区間を走行していることを検出するストロークセンサ９とを設け、鉄道車両が曲線区間を走行していることをストローク９が検知した場合に、アクチュエータ４の出力を抑制する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の左右方向の振動を抑制する振動制御装置に係り、特に曲線区間走行時に発生する超過遠心加速度に有効に対処し得る鉄道車両用振動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両用振動制御装置は、一般に加速度センサにて車体の振動加速度を検出して、その検出結果をコントローラにて車体の振動を低減するように補償し、該補償結果に基づいて車体−台車間に設置されたアクチュエータを制御する構成となっていた。しかし、この従来一般の振動制御装置では、車両が曲線区間を高速で走行して車体に超過遠心加速度が作用すると、作動原理上、向心加速度を検出する加速度センサの特性によりアクチュエータが車体を外軌側へ移動させるように作動し、車体の左右動を規制するストッパに強く押付けられる。このため、超過遠心加速度が発生している間は、台車を介して伝達される軌道外乱が主因の加振により、車体に衝撃的な加速度が発生し、乗り心地が著しく悪化するという問題があった。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載のものでは、変位計にて車体と台車との相対変位を検出し、相対変位が所定値を超えると、該変位を抑制する方向にアクチュエータを制御し、車体と左右動ストッパとの接触を回避するようにしていた。また、特許文献２に記載のものでは、加速度制御用アクチュエータとは別に変位制御用アクチュエータを設置し、加速度制御と変位制御とを併用して、良好な乗り心地を確保するようにしていた。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２７５０５３号公報
【特許文献２】特開平６−２７８６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、最近は鉄道車両の高速化に伴って、超過遠心加速度が益々増大する傾向にあり、上記特許文献１、２に記載されるようにアクチュエータを積極的に制御する方式では、むしろ余計な振動が発生し、良好な乗り心地を安定して確保することが困難である、という問題があった。また、特許文献１に記載の制御方式では、アクチュエータを加速度制御と相対変位制御とに共用するため、大型のアクチュエータが必要になり、一方、特許文献２に記載の制御方式では、変位制御用アクチュエータの増設が必要になり、何れも装置の大型化並びにコスト上昇が避けられない、という問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、装置の大型化やコスト上昇を招くことなく、大きな超過遠心加速度に効果的に対処できる鉄道車両用振動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、車体と該車体を弾性支持する台車との間に介装され、該車体および台車の左右方向の相対変位を制御するアクチュエータと、前記車体の左右方向の振動加速度を検出する加速度検出手段と、該加速度検出手段の検出結果に基づいて前記アクチュエータを制御するコントローラとからなる鉄道車両用振動制御装置において、車両走行状況を用いて鉄道車両が曲線区間を走行していることを検出する曲走検出手段を備え、前記コントローラは、鉄道車両が曲線区間を走行していることを前記曲走検出手段が検知した場合に、前記アクチュエータの出力を抑制することを特徴とする
【０００８】
このように構成した鉄道車両用振動制御装置においては、車両が曲線区間を通過している場合には、アクチュエータの出力を抑制するので、大きな超過遠心加速度が発生しても、車体が左右動規制ストッパに強く押付けられることはなくなり、その上、余計な振動発生が抑制される。
また，前記アクチュエータと並列に配置された減衰係数切替式油圧ダンパを備え、アクチュエータの出力を抑制すると共に、油圧ダンパの減衰係数を高くすると，更に余計な振動発生が抑制される。
【０００９】
本発明において、上記車両走行情報としては、車体と台車との左右方向の相対変位を検出するストロークセンサの変位情報を用いることができる。このようにストロークセンサの変位情報を用いる場合は、キロ程（地点）情報のように通信手段を経ることなく、直接情報を取込むことができるので、入手困難になる事態は避けられ、装置に対する信頼性が向上する。
【００１０】
本発明において、上記曲線区間は、曲線の曲率が徐々に変化する曲線入口側および曲線出口側の緩和曲線区間と曲率が一定の円曲線区間とを含んでおり、本発明は、前記した緩和曲線区間を対象に、下記のごとき種々の態様でコントローラによるアクチュエータの制御を行うことができる。
【００１１】
（１）鉄道車両が緩和曲線区間を通過中のみ前記アクチュエータの出力を抑制すること、
（２）鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間を通過中は前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過中は該アクチュエータの出力を徐々に増加させること、
（３）鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間の入口に向うに従って前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過した後に該アクチュエータの出力を徐々に増加させること、
（４）鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間を通過中は前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過した後に該アクチュエータの出力を徐々に増加させること、
【００１２】
緩和曲線区間は、超過遠心加速度が漸増、漸減する区間であり、この区間では車体の振動加速度と過渡状態にある超過遠心加速度とが重畳し、０．５Ｈｚ前後の周波数で車体を左右に大きく揺動させるようにアクチュエータの制御力が補償される場合あり、乗り心地が著しく悪化する。したがって、上記（１）〜（４）項に記載のように緩和曲線区間を対象にアクチュエータを制御する場合は、超過遠心加速度対策として特に有用となる。また、（２）〜（４）項に記載のようにアクチュエータの出力を徐々に低下または増加させる場合は、制御の切替えに伴う衝撃が緩和され、乗り心地はより一層改善される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る鉄道車両用振動制御装置によれば、装置の大型化やコスト上昇を招くことなく、大きな超過遠心加速度に効果的に対処でき、その利用価値は大なるものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１および図２は、本発明の第１の実施形態としての鉄道車両用振動制御装置を示したものである。図中、１は車体、２は台車であり、車体１は空気ばね３を介して台車２上に支持されている。車体１と台車２との相互間には、車体１の前位および後位に位置して左右方向のアクチュエータ４と左右方向の減衰切替式油圧ダンパ５とが各一対配設されている。アクチュエータ４および油圧ダンパ５は、車体１の下部に突設した中心ピン６と台車２の枠２ａに立設した支柱７，７との間に相互に並列となるように配置されている。また、車体１の前位および後位には、車体１の左右方向の振動加速度を検出する加速度センサ（加速度検出手段）８が配設され、さらに、アクチュエータ４には、車体１と台車２との相対変位を検出するストロークセンサ（変位計）９が付設されている。なお、車体１と台車２との相互間には、車体１の左右動を規制するストッパ（左右動規制ストッパ）が設けられているが、これについては図示を省略している。
【００１６】
一方、別途、コントローラ１０が設けられており、該コントローラ１０には、前記加速度センサ８から加速度信号が、前記ストロークセンサ９から変位信号がそれぞれ入力されるようになっている。コントローラ１０は、後述の制御ブロック図（図３）に従って信号処理を行い、前記アクチュエータ４に制御力信号を、前記油圧ダンパ５に減衰係数切替信号をそれぞれ送出する。
【００１７】
図３は、コントローラ１０による制御ブロック図を示したものである。なお、ここでは車体の左右振動の抑制制御のためにスカイフック制御を適用している。車体の前位および後位の加速度センサ８の加速度検出結果ａ１，ａ２は、速度推定器１１にて積分処理されて前・後位左右速度ｖ１、ｖ２に変換される。その後、車体の振動モードはヨー（首振り）とスエー（並進）とに分解され、車体のヨー運動による左右速度ｖ１−ｖ２はヨー制御器１２に、車体のスエー並進速度ｖｓはスエー制御器１３にそれぞれ入力される。ヨー制御器１２、スエー制御器１３はそれぞれの振動モードに合せて振動を低減させるように前記アクチュエータ４の出力を制御する。なお、スカイフック制御の詳細については周知であるので、ここでは省略する。
【００１８】
一方、ローパスフィルタ１４と、曲線判定器１５とゲイン演算器１６とからなる直線／ゲイン演算器１７が設けられている。直線／ゲイン演算器１７は、車体の前位および後位のストロークセンサ９のストローク検出結果ｓ１、ｓ２をローパスフィルタ１４を介して取込むことで、ストロークの定常成分のみを抽出する。そして、曲線判定器１５にて直線／曲線の判定を行った後、ゲイン演算器１６内のヨーゲイン演算器１６ａにてヨーゲインｇｙを、スエーゲイン演算器１６ｂにてスエーゲインｇｓをそれぞれ決定する。このとき、曲線区間では直線区間に対し制御ゲインを低下させる。
【００１９】
また、上記曲線判定器１５は、前位ストローク、後位ストロークよりそれぞれ個別に曲線判定を行っているが、曲線入口、出口では超過遠心加速度に伴う前位ストローク、後位ストロークの変化に時間差が生じる。そのため、例えば、曲線入口では、C#data１は曲線を示し、C#data２は直線を示しているような時間が存在し得ることになる。この場合、曲線入口、出口ではゲインの低下度合いが緩やかになる。
【００２０】
その後、乗算器１８にてヨー制御器１２の出力にヨーゲイン演算器１６ａの出力ｇｙを、スエー制御器１３の出力にスエーゲイン演算器１６ｂの出力ｇｓを乗じて、ヨーに対する制御力、スエーに対する制御力を求め、さらにリミッタ１９を通して車体の前位および後位のアクチュエータ４の制御力（出力）ｕ１、ｕ２を出力する。なお、特に図示していないが、左右振動の抑制制御は、速度ゼロの場合も含めて常時行っても良いし、あるい速度閾値（例えば、１５０ｋｍ／ｈ）以上の場合に行ってもよい。
【００２１】
図４は、制御フローを示したものである。制御演算は、サンプリング時間毎に、まず、ステップＳ１で車体の前・後位の左右加速度を読込み、次のステップＳ２で速度推定器１１により車体の前・後位の左右速度に変換する。さらに、ステップＳ３で車体のヨー運動による前・後位の車体速度と車体のスエー（並進）速度ｖｓとを算出する。
【００２２】
一方、直線／ゲイン演算器１７にストロークセンサ９のストローク検出結果ｓ１、ｓ２を取込み、まず、ステップＳ４でローパスフィルタ１４によりローパス処理を行う。次いで、車体の前・後位のストロークを曲線判定器１５に入力する（Ｓ５、Ｓ６）。曲線判定器１５は、ストロークセンタをストロークゼロとしたとき、後述する変数「曲線データ」を出力するが、例えば、ストロークが設定された正の閾値より大きいときには、０＜曲線データ＜１（例えば、右曲線）、負の閾値より小さいときには、−１＜曲線データ＜０（（直線）を出力する。なお、この閾値には一定のヒステリシスを設けるのが望ましく、例えば、直線から曲線への切替閾値ｓ１，−ｓ１、曲線から直線への切替閾値ｓ２，−ｓ２をそれぞれ個別に設ける。一例として、ｓ１＝１５ｍｍ、ｓ２＝１２ｍｍなどとする。また、ここでは、前位ストロークによる曲線判定器１５の出力（曲線データ）をC#data１、後位ストロークによる曲線判定器１５の出力（曲線データ）をC#data２とする。なお、曲線判定器１５での処理フローの詳細については、図５に基づいて後に詳述する。
【００２３】
ゲイン演算器１６は、入力（曲線データC#data１、C#data２）が０のときには直線と判断して１を出力し、０以外の時には、予め設定された曲線でのゲイン比から計算されるヨーゲインｇｙ、スエーゲインｇｓを出力する（Ｓ７）。なお、このゲイン演算器１６での処理フローの詳細については、図６に基づいて後に詳述する。
【００２４】
次に、ステップＳ８において、乗算器１８によりヨー制御器１２の出力にヨーゲイン演算器１２ａの出力ｇｙを、スエー制御器１３の出力にスエーゲイン演算器２５ｂの出力ｇｓをそれぞれ乗ずる処理を行う。そして、次のステップＳ９において、曲線判定器１５の判定結果が０以外の場合、すなわち曲線と判定した場合は、ステップＳ１０において減衰係数切替式油圧ダンパ５の減衰係数を「高」に切替え、一方、ステップＳ９において、曲線判定器１５の判定結果が０の場合、すなわち直線と判定した場合は、ステップＳ１１において減衰係数切替式油圧ダンパ５の減衰係数を「低」に切替える。その後は、ステップＳ１２において制御力の範囲チェックを行い、さらに、次のステップＳ１３にて車体の前位および後位のアクチュエータ４の制御力ｕ１、ｕ２を算出し、ステップＳ１４において前記制御力を出力する。
なお，ここではアクチュエータの出力を抑制すると共に、油圧ダンパの減衰係数を高くする場合について説明している。
【００２５】
ここで、曲線判定器１５での処理フローの詳細を図５に基づいて説明する。ただし、処理フローは所定のサンプリング時間で繰り返されるものとする。まず、車両が直線から右曲線へ進入する場合を考えると、曲線、直線の判定結果である変数「曲線データ」がゼロよりも大きいか（Ｓ２１）、小さいか（Ｓ３０）を判断する。この場合、直線時曲線データはゼロであるので、次いで、ストロークが直線から曲線への切替閾値ｓ１より大きいか（Ｓ３９）、小さいか（Ｓ４０）を判断する。
【００２６】
右曲線に進入した後、しばらくはストロークの値が閾値ｓ１よりも小さいので、その間は、ステップＳ４１にて曲線データをゼロとする。その後、ストロークが初めて閾値ｓ１を越えると、曲線データ＝delta#d（例えば、delta#d＝０．１）とし、曲線データにゼロ以外の正の値が代入される（Ｓ４２）。
【００２７】
次のサンプリング時間では、ステップＳ２１からステップＳ２２に進み、ここでは曲線から直線への切替閾値ｓ２よりも小さくないので、ステップＳ２３、Ｓ２４へ進み、例えば、曲線データ＝delta#d＝０．１とすれば、曲線データは０．１ずつインクリメントされていく。この曲線データのインクリメント処理により曲線データ（C#data１、C#data２）は１になるまで徐々に大きくなるが、曲線データは１よりも大きい値はとらない（Ｓ２６、Ｓ２７）。
【００２８】
続いて、車両が右曲線から直線へ進んで行く際は、ステップＳ２１からステップＳ２２ヘ進み、ストロークが曲線から直線への切替閾値ｓ２よりも小さくなるかを監視し、ストロークがｓ２よりも小さくなった場合には、ステップＳ２５へ進み、例えば、曲線データ＝−delta#d＝−０．１）となり、−０．１ずつインクリメント（０．１ずつデクリメント）されていく。この曲線データ（C#data１、C#data２）は０になるまで徐々に小さくなるが、曲線データは０よりも小さい値はとらない（Ｓ２８、Ｓ２９）。
【００２９】
一方、車両が直線から左曲線へ進入する場合を考えると、左曲線に進入した後しばらくは、ストロークの値は閾値−ｓ１よりも大きいので、その間は、ステップＳ４１にて曲線データ＝０とする。その後、ストロークが初めて閾値−ｓ１を越えて小さくなると、例えば、曲線データ＝−delta#d＝−０．１）とし、変数の曲線データにゼロ以外の負の値が代入される（Ｓ４３）。
【００３０】
次のサンプリング時間では、曲線データは、負の値であってステップＳ２１からステップ３０、Ｓ３１に進む。この場合、曲線から直線への切替閾値−ｓ２よりも大きくないので、ステップＳ３２、Ｓ３３へと進み、例えば、曲線データ＝−delta#d＝−０．１とすれば、曲線データは−０．１ずつインクリメント（０．１ずつデクリメント）されていく。この曲線データのインクリメント処理により曲線データ（C#data１、C#data２）は−１になるまで徐々に小さくなるが、曲線データは−１よりも小さい値はとらない（Ｓ３５、Ｓ３６）。
【００３１】
続いて、車両が左曲線から直線へ進んで行く際は、ステップＳ２１からステップＳ３０、Ｓ３１ヘ進み、ストロークが曲線から直線への切替閾値−ｓ２よりも大きくなるかを監視し、ストロークが−ｓ２よりも大きくなった場合には、ステップＳ３４へ進み、例えば、曲線データ＝delta#d＝０．１となり、０．１ずつインクリメントされていく。この曲線データ（C#data１、C#data２）は０になるまで徐々に小さくなるが、曲線データは０よりも小さい値はとらない（Ｓ２８、Ｓ２９）。
【００３２】
次に、ゲイン演算器１６での処理フローの詳細を図６に基づいて説明する。曲線でのゲイン比は、[曲線ゲイン／直線ゲイン]＜１となるように設定されるもので、ヨーゲインｇｙ、スエーゲインｇｓを個別に設定するため、ヨーの曲線ゲイン比ｒｙ、スエーの曲線ゲイン比ｒｓをそれぞれ設けていて、０＜ｒｙ＜１、０＜ｒｓ＜１の範囲で設定される。ヨーゲインｇｙ、スエーゲインｇｓは、前位ストロークと後位ストロークから判定した曲線判定器１５の出力（曲線データC#data１、C#data２）とヨーの曲線ゲイン比ｒｙ、およびスエーの曲線ゲイン比ｒｓを用いて、それぞれ算出される（Ｓ５１、Ｓ５２）。
【００３３】
このように、車両が曲線区間を通過していることを曲線判定器１５が検出すると、ゲイン演算器１６が直線時の制御ゲインに比べてゲインを減じるように曲線ゲイン比を出力するので、アクチュエータ４の出力が抑制される。したがって、超過遠心加速度が発生しても、アクチュエータ４によって車体１が左右動規制ストッパに強く押付けられることはなくなり、結果として車体１に衝撃的な加速度が発生することもなくなって、曲線区間の乗り心地が良好となる。本第１の実施形態においては特に、アクチュエータ４と並列に減衰係数切替式油圧ダンパ５を配置し、車両が曲線区間を通過しているときには油圧ダンパ５の減衰係数を「高」に切替えるので、車体１が左右動規制ストッパに押付けられることはほとんどなくなり、曲線区間の乗り心地がきわめて良好となる。
【００３４】
前記第１の実施形態では、ストロークセンサ９により車体１と台車２との相対移動を検知し、この検知結果が、超過遠心加速度によりある一定値以上となったときに曲線区間であると判断し、制御ゲインを下げてアクチュエータ４の出力（制御力）を抑制する制御を行ったが、本発明は、緩和曲線区間に制御範囲を限定してアクチュエータ４の制御力を抑制する制御を行ってもよい。
【００３５】
図７は、緩和曲線区間に制御範囲を限定した本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、加速度センサ８の加速度検出結果の処理系は、前出図３に示したものと同じであるので、ここでは、直線／曲線ゲイン演算器１７の処理系のみを示しかつ同一構成要素に同一符号を付すこととする。本第２の実施形態においては、ストロークセンサ９のストローク検出結果（前位加速度ａ１、後位加速度ａ２）を直線／曲線ゲイン演算器１７内のローパスフィルタ１４に取込んで、一定の定常成分のみを抽出した後、ハイパスフィルタ１４´に取込み、前記定常成分を取除く処理を行う。ハイパスフィルタ１４´のカットオフ周波数は、例えば、０．２Ｈｚなどとする。すると、緩和曲線区間での超過遠心加速度の漸増、漸減に伴い、ストローク検出結果（車体１と台車２との相対変位）も漸増、漸減するが、このストロークが漸増、漸減する間のみ変位として抽出することができる。この場合、直線／曲線ゲイン演算器１７内の曲線判定器１５は、緩和曲線区間のみ曲線区間と判断することとなり、円曲線区間は曲線区間と判断されない。この結果、アクチュエータ４の制御力を抑制する区間を緩和曲線区間に限定することができる。
【００３６】
前記第１、第２では、曲線区間の検出をストロークセンサ９のストローク検出結果に基づいて判断したが、本発明は、ストロークに代えて、キロ程（地点）情報を取込み、現在地点と既知の曲線位置情報とから曲線区間走行を判定するようにしてもよい。
【００３７】
図８は、キロ程（地点）情報を取込んで曲線区間走行を判定する本発明の第３の実施形態を示したものである。なお、加速度センサ８の加速度検出結果の処理系は、前出図３に示したものと同じであるので、ここでは、直線／曲線ゲイン演算器の処理系のみを示すこととする。本第３の実施形態において、直線／曲線ゲイン演算器１７は、１つの曲線判定器１５´を備えており、この曲線判定器１５´は、キロ程（地点）情報を取込み、曲線データベース２０内の地点−曲線マップデータを用いて曲線区間走行を判定するようになっている。
【００３８】
本第３の実施形態において、走行区間と制御ゲインおよび減衰係数切替タイミングとの関係は、例えば、図９に示すように設定する。すなわち、直線時のゲインを１としたとき、曲線入口側の緩和曲線通過中は制御ゲイン（ヨーゲインｇｙ、スエーゲインｇｓ）を徐々に下げ、円曲線区間ではゲインをｇｃ（ｇｃ＜１）と一定にし、曲線出口側の緩和曲線通過中は制御ゲインを徐々に上げていく。
【００３９】
ここで、キロ程情報は、例えば、シリアル通信を経由して得ることができるが、この場合は、通信のサンプリング間隔がコントローラ１０の制御周期に比べて遅い場合がある（例えば、キロ程は５０ｍｓ毎に更新され、制御のサンプリング周期５ｍｓの場合など）。このような場合は、キロ程情報をローパスフィルタを介して取込むことで滑らかな曲線にする。なお、ローパスフィルタ処理による遅れが発生するが、等速度運動時は遅れ時間が一定になるので、これを用いて遅れを補正すればよい。
【００４０】
前記第３の実施形態では、曲線区間走行を検出してアクチュエータ４の制御力（出力）を制御するのは、曲線区間入口側の緩和曲線の始まりから曲線区間出口側の緩和曲線の終わりまでの区間内である。緩和曲線区間では、超過遠心加速度が漸増、漸減する区間であり、車体１の振動加速度と過渡状態にある超過遠心加速度とが重畳し、０．５Ｈｚ前後の周波数で車体を左右に大きく揺動させるようにアクチュエータ４の制御力が補償される場合あり、この場合は、乗り心地が著しく悪化する場合がある。
【００４１】
本発明の第４の実施形態においては、例えば、図１０に示すように、直線時のゲインを１としたとき、直線部から曲線入口側の緩和曲線に向って制御ゲイン（ヨーゲインｇｙ、スエーゲインｇｓ）を徐々に下げ、円曲線区間ではゲインをｇｃと一定にし、曲線出口側の緩和曲線を通過後は制御ゲインを徐々に上げていく。
【００４２】
一方、上記した緩和曲線区間で乗り心地が大きく損われるのは、曲線出口側の緩和曲線である場合が多いので、例えば、図１１に示すように、曲線入口側の緩和曲線では、曲線入口から制御ゲインを徐々に下げ、曲線出口側の緩和曲線のみで、制御ゲインを上げるタイミングを遅く調整しても良い。曲線出口側の緩和曲線のみで、制御ゲインを上げるタイミングを遅く調整するには、必ずしもキロ程と曲線データベース２０に依らずに可能であり、前記ストロークセンサ９の検出結果からストロークが漸増する区間を曲線出口側の緩和曲線と判断し制御ゲインを調整しても良い。
【００４３】
ここで、ストロークセンサ９を用いる場合、その直線走行時の値（ゼロ点）は、通常ある一定の範囲内に収まるようになる。しかし、車両検査などでアクチュエータ４を車両から切離し、あるいは車体１と台車２とを切離した場合、ストロークセンサ９のゼロ点がずれる場合がある。このことは、絶対位置検出形のストロークセンサを使用した場合に問題となる。
【００４４】
そこで、（１）直線走行する、（２）ある一定以上の速度（例えば、１８０ｋｍ／ｈ）でアクティブ制御する、という条件を満たす適当な区間を抽出し、キロ程情報、速度情報、路線データベース情報等から前記抽出区間を（１）、（２）を満足するように走行している場合に、ある一定の時間（例えば、１０秒）のストローク検出結果を記録し、その平均値をストロークセンサのゼロ点として更新するような制御を付加しても良い。
【００４５】
なお、上記各実施形態では、車両が曲線区間を通過しているときには油圧ダンパ５の減衰係数を「高」に切替えるようにしたが、本発明は、油圧ダンパ５の減衰係数は一定として、アクチュエータ４の出力のみを抑制するようにしてもよいものである。超過遠心加速度が発生しても、アクチュエータ４によって車体１が左右動規制ストッパに強く押付けられることはないので、車体１に衝撃的な加速度が発生することもなくなって、曲線区間の乗り心地が良好となる。
【００４６】
さらに、前記各実施の形態においては、アクチュエータの出力の抑制・増加をゲインを増加・減少によって行うものを示した。この場合、ゲインを増加させても実際のアクチュエータの制御状態によって出力値は、増加する場合も減少する場合もあるが、本発明におけるアクチュエータの出力の抑制・増加は、その傾向すなわち、同じセンサ入力があったときの出力値を小さく、または、大きくするもので、実際の走行中の出力値を小さくまたは大きくするものではない。
【００４７】
なお、ゲインを変化させる方法以外にも、たとえば、アクチュエータへの出力値Ｕ1に対し、その上限値を規制する上限値規制手段を設けて、曲線区間でこの上限値を下げることで、アクチュエータの出力の抑制することも可能である。さらに、ゲインと上限値の両方を調整してもよい。
【００４８】
また、上記アクチュエータ４の種類は任意であり、空気圧アクチュエータや油圧アクチュエータであっても、電磁式アクチュエータであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態としての鉄道車両用振動制御装置を模式的に示す正面図である。
【図２】本第１の実施形態としての振動制御装置の要部構造を模式的に示す平面図である。
【図３】本第１の実施形態における制御系を示す制御ブロック図である。
【図４】本第１の実施形態における制御フローを示すフロー図である。
【図５】本第１の実施形態における制御系を構成する曲線判定器の制御フローを示すフロー図である。
【図６】本第１の実施形態における制御系を構成するゲイン演算器の制御フローを示すフロー図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における制御系を示す制御ブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における制御系を示す制御ブロック図である。
【図９】本第３の実施形態における走行区間と制御ゲインおよび減衰係数切替タイミングとの関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施形態における走行区間と制御ゲインおよび減衰係数切替タイミングとの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施形態における走行区間と制御ゲインおよび減衰係数切替タイミングとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１ 車体
２ 台車
４ アクチュエータ
５ 減衰係数切替式油圧ダンパ
８ 左右方向の加速度センサ
９ ストロークセンサ（変位検知手段）
１０ コントローラ
１４ ローパスフィルタ
１５、１５´ 曲線判定器
１６ ゲイン演算器
１７ 直線／曲線ゲイン演算器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の左右方向の振動を抑制する振動制御装置に係り、特に曲線区間走行時に発生する超過遠心加速度に有効に対処し得る鉄道車両用振動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両用振動制御装置は、一般に加速度センサにて車体の振動加速度を検出して、その検出結果をコントローラにて車体の振動を低減するように補償し、該補償結果に基づいて車体−台車間に設置されたアクチュエータを制御する構成となっていた。しかし、この従来一般の振動制御装置では、車両が曲線区間を高速で走行して車体に超過遠心加速度が作用すると、作動原理上、向心加速度を検出する加速度センサの特性によりアクチュエータが車体を外軌側へ移動させるように作動し、車体の左右動を規制するストッパに強く押付けられる。このため、超過遠心加速度が発生している間は、台車を介して伝達される軌道外乱が主因の加振により、車体に衝撃的な加速度が発生し、乗り心地が著しく悪化するという問題があった。
【０００３】
そこで、特許文献１に記載のものでは、変位計にて車体と台車との相対変位を検出し、相対変位が所定値を超えると、該変位を抑制する方向にアクチュエータを制御し、車体と左右動ストッパとの接触を回避するようにしていた。また、特許文献２に記載のものでは、加速度制御用アクチュエータとは別に変位制御用アクチュエータを設置し、加速度制御と変位制御とを併用して、良好な乗り心地を確保するようにしていた。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−２７５０５３号公報
【特許文献２】特開平６−２７８６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、最近は鉄道車両の高速化に伴って、超過遠心加速度が益々増大する傾向にあり、上記特許文献１、２に記載されるようにアクチュエータを積極的に制御する方式では、むしろ余計な振動が発生し、良好な乗り心地を安定して確保することが困難である、という問題があった。また、特許文献１に記載の制御方式では、アクチュエータを加速度制御と相対変位制御とに共用するため、大型のアクチュエータが必要になり、一方、特許文献２に記載の制御方式では、変位制御用アクチュエータの増設が必要になり、何れも装置の大型化並びにコスト上昇が避けられない、という問題もあった。
【０００６】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、装置の大型化やコスト上昇を招くことなく、大きな超過遠心加速度に効果的に対処できる鉄道車両用振動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明は、車体と該車体を弾性支持する台車との間に介装され、該車体および台車の左右方向の相対変位を制御するアクチュエータと、前記車体の左右方向の振動加速度を検出する加速度検出手段と、該加速度検出手段の検出結果に基づいて前記アクチュエータを制御するコントローラとからなる鉄道車両用振動制御装置において、車両走行状況を用いて鉄道車両が曲線区間を走行していることを検出する曲走検出手段を備え、前記コントローラは、鉄道車両が曲線区間を走行していることを前記曲走検出手段が検知した場合に、前記アクチュエータの出力を抑制することを特徴とする
【０００８】
このように構成した鉄道車両用振動制御装置においては、車両が曲線区間を通過している場合には、アクチュエータの出力を抑制するので、大きな超過遠心加速度が発生しても、車体が左右動規制ストッパに強く押付けられることはなくなり、その上、余計な振動発生が抑制される。
また，前記アクチュエータと並列に配置された減衰係数切替式油圧ダンパを備え、アクチュエータの出力を抑制すると共に、油圧ダンパの減衰係数を高くすると，更に余計な振動発生が抑制される。
【０００９】
本発明において、上記車両走行情報としては、車体と台車との左右方向の相対変位を検出するストロークセンサの変位情報を用いることができる。このようにストロークセンサの変位情報を用いる場合は、キロ程（地点）情報のように通信手段を経ることなく、直接情報を取込むことができるので、入手困難になる事態は避けられ、装置に対する信頼性が向上する。
【００１０】
本発明において、上記曲線区間は、曲線の曲率が徐々に変化する曲線入口側および曲線出口側の緩和曲線区間と曲率が一定の円曲線区間とを含んでおり、本発明は、前記した緩和曲線区間を対象に、下記のごとき種々の態様でコントローラによるアクチュエータの制御を行うことができる。
【００１１】
（１）鉄道車両が緩和曲線区間を通過中のみ前記アクチュエータの出力を抑制すること、
（２）鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間を通過中は前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過中は該アクチュエータの出力を徐々に増加させること、
（３）鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間の入口に向うに従って前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過した後に該アクチュエータの出力を徐々に増加させること、
（４）鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間を通過中は前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過した後に該アクチュエータの出力を徐々に増加させること、
【００１２】
緩和曲線区間は、超過遠心加速度が漸増、漸減する区間であり、この区間では車体の振動加速度と過渡状態にある超過遠心加速度とが重畳し、０．５Ｈｚ前後の周波数で車体を左右に大きく揺動させるようにアクチュエータの制御力が補償される場合あり、乗り心地が著しく悪化する。したがって、上記（１）〜（４）項に記載のように緩和曲線区間を対象にアクチュエータを制御する場合は、超過遠心加速度対策として特に有用となる。また、（２）〜（４）項に記載のようにアクチュエータの出力を徐々に低下または増加させる場合は、制御の切替えに伴う衝撃が緩和され、乗り心地はより一層改善される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る鉄道車両用振動制御装置によれば、装置の大型化やコスト上昇を招くことなく、大きな超過遠心加速度に効果的に対処でき、その利用価値は大なるものがある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１および図２は、本発明の第１の実施形態としての鉄道車両用振動制御装置を示したものである。図中、１は車体、２は台車であり、車体１は空気ばね３を介して台車２上に支持されている。車体１と台車２との相互間には、車体１の前位および後位に位置して左右方向のアクチュエータ４と左右方向の減衰切替式油圧ダンパ５とが各一対配設されている。アクチュエータ４および油圧ダンパ５は、車体１の下部に突設した中心ピン６と台車２の枠２ａに立設した支柱７，７との間に相互に並列となるように配置されている。また、車体１の前位および後位には、車体１の左右方向の振動加速度を検出する加速度センサ（加速度検出手段）８が配設され、さらに、アクチュエータ４には、車体１と台車２との相対変位を検出するストロークセンサ（変位計）９が付設されている。なお、車体１と台車２との相互間には、車体１の左右動を規制するストッパ（左右動規制ストッパ）が設けられているが、これについては図示を省略している。
【００１６】
一方、別途、コントローラ１０が設けられており、該コントローラ１０には、前記加速度センサ８から加速度信号が、前記ストロークセンサ９から変位信号がそれぞれ入力されるようになっている。コントローラ１０は、後述の制御ブロック図（図３）に従って信号処理を行い、前記アクチュエータ４に制御力信号を、前記油圧ダンパ５に減衰係数切替信号をそれぞれ送出する。
【００１７】
図３は、コントローラ１０による制御ブロック図を示したものである。なお、ここでは車体の左右振動の抑制制御のためにスカイフック制御を適用している。車体の前位および後位の加速度センサ８の加速度検出結果ａ１，ａ２は、速度推定器１１にて積分処理されて前・後位左右速度ｖ１、ｖ２に変換される。その後、車体の振動モードはヨー（首振り）とスエー（並進）とに分解され、車体のヨー運動による左右速度ｖ１−ｖ２はヨー制御器１２に、車体のスエー並進速度ｖｓはスエー制御器１３にそれぞれ入力される。ヨー制御器１２、スエー制御器１３はそれぞれの振動モードに合せて振動を低減させるように前記アクチュエータ４の出力を制御する。なお、スカイフック制御の詳細については周知であるので、ここでは省略する。
【００１８】
一方、ローパスフィルタ１４と、曲線判定器１５とゲイン演算器１６とからなる直線／ゲイン演算器１７が設けられている。直線／ゲイン演算器１７は、車体の前位および後位のストロークセンサ９のストローク検出結果ｓ１、ｓ２をローパスフィルタ１４を介して取込むことで、ストロークの定常成分のみを抽出する。そして、曲線判定器１５にて直線／曲線の判定を行った後、ゲイン演算器１６内のヨーゲイン演算器１６ａにてヨーゲインｇｙを、スエーゲイン演算器１６ｂにてスエーゲインｇｓをそれぞれ決定する。このとき、曲線区間では直線区間に対し制御ゲインを低下させる。
【００１９】
また、上記曲線判定器１５は、前位ストローク、後位ストロークよりそれぞれ個別に曲線判定を行っているが、曲線入口、出口では超過遠心加速度に伴う前位ストローク、後位ストロークの変化に時間差が生じる。そのため、例えば、曲線入口では、C#data１は曲線を示し、C#data２は直線を示しているような時間が存在し得ることになる。この場合、曲線入口、出口ではゲインの低下度合いが緩やかになる。
【００２０】
その後、乗算器１８にてヨー制御器１２の出力にヨーゲイン演算器１６ａの出力ｇｙを、スエー制御器１３の出力にスエーゲイン演算器１６ｂの出力ｇｓを乗じて、ヨーに対する制御力、スエーに対する制御力を求め、さらにリミッタ１９を通して車体の前位および後位のアクチュエータ４の制御力（出力）ｕ１、ｕ２を出力する。なお、特に図示していないが、左右振動の抑制制御は、速度ゼロの場合も含めて常時行っても良いし、あるい速度閾値（例えば、１５０ｋｍ／ｈ）以上の場合に行ってもよい。
【００２１】
図４は、制御フローを示したものである。制御演算は、サンプリング時間毎に、まず、ステップＳ１で車体の前・後位の左右加速度を読込み、次のステップＳ２で速度推定器１１により車体の前・後位の左右速度に変換する。さらに、ステップＳ３で車体のヨー運動による前・後位の車体速度と車体のスエー（並進）速度ｖｓとを算出する。
【００２２】
一方、直線／ゲイン演算器１７にストロークセンサ９のストローク検出結果ｓ１、ｓ２を取込み、まず、ステップＳ４でローパスフィルタ１４によりローパス処理を行う。次いで、車体の前・後位のストロークを曲線判定器１５に入力する（Ｓ５、Ｓ６）。曲線判定器１５は、ストロークセンタをストロークゼロとしたとき、後述する変数「曲線データ」を出力するが、例えば、ストロークが設定された正の閾値より大きいときには、０＜曲線データ＜１（例えば、右曲線）、負の閾値より小さいときには、−１＜曲線データ＜０（（直線）を出力する。なお、この閾値には一定のヒステリシスを設けるのが望ましく、例えば、直線から曲線への切替閾値ｓ１，−ｓ１、曲線から直線への切替閾値ｓ２，−ｓ２をそれぞれ個別に設ける。一例として、ｓ１＝１５ｍｍ、ｓ２＝１２ｍｍなどとする。また、ここでは、前位ストロークによる曲線判定器１５の出力（曲線データ）をC#data１、後位ストロークによる曲線判定器１５の出力（曲線データ）をC#data２とする。なお、曲線判定器１５での処理フローの詳細については、図５に基づいて後に詳述する。
【００２３】
ゲイン演算器１６は、入力（曲線データC#data１、C#data２）が０のときには直線と判断して１を出力し、０以外の時には、予め設定された曲線でのゲイン比から計算されるヨーゲインｇｙ、スエーゲインｇｓを出力する（Ｓ７）。なお、このゲイン演算器１６での処理フローの詳細については、図６に基づいて後に詳述する。
【００２４】
次に、ステップＳ８において、乗算器１８によりヨー制御器１２の出力にヨーゲイン演算器１２ａの出力ｇｙを、スエー制御器１３の出力にスエーゲイン演算器２５ｂの出力ｇｓをそれぞれ乗ずる処理を行う。そして、次のステップＳ９において、曲線判定器１５の判定結果が０以外の場合、すなわち曲線と判定した場合は、ステップＳ１０において減衰係数切替式油圧ダンパ５の減衰係数を「高」に切替え、一方、ステップＳ９において、曲線判定器１５の判定結果が０の場合、すなわち直線と判定した場合は、ステップＳ１１において減衰係数切替式油圧ダンパ５の減衰係数を「低」に切替える。その後は、ステップＳ１２において制御力の範囲チェックを行い、さらに、次のステップＳ１３にて車体の前位および後位のアクチュエータ４の制御力ｕ１、ｕ２を算出し、ステップＳ１４において前記制御力を出力する。
なお，ここではアクチュエータの出力を抑制すると共に、油圧ダンパの減衰係数を高くする場合について説明している。
【００２５】
ここで、曲線判定器１５での処理フローの詳細を図５に基づいて説明する。ただし、処理フローは所定のサンプリング時間で繰り返されるものとする。まず、車両が直線から右曲線へ進入する場合を考えると、曲線、直線の判定結果である変数「曲線データ」がゼロよりも大きいか（Ｓ２１）、小さいか（Ｓ３０）を判断する。この場合、直線時曲線データはゼロであるので、次いで、ストロークが直線から曲線への切替閾値ｓ１より大きいか（Ｓ３９）、小さいか（Ｓ４０）を判断する。
【００２６】
右曲線に進入した後、しばらくはストロークの値が閾値ｓ１よりも小さいので、その間は、ステップＳ４１にて曲線データをゼロとする。その後、ストロークが初めて閾値ｓ１を越えると、曲線データ＝delta#d（例えば、delta#d＝０．１）とし、曲線データにゼロ以外の正の値が代入される（Ｓ４２）。
【００２７】
次のサンプリング時間では、ステップＳ２１からステップＳ２２に進み、ここでは曲線から直線への切替閾値ｓ２よりも小さくないので、ステップＳ２３、Ｓ２４へ進み、例えば、曲線データ＝delta#d＝０．１とすれば、曲線データは０．１ずつインクリメントされていく。この曲線データのインクリメント処理により曲線データ（C#data１、C#data２）は１になるまで徐々に大きくなるが、曲線データは１よりも大きい値はとらない（Ｓ２６、Ｓ２７）。
【００２８】
続いて、車両が右曲線から直線へ進んで行く際は、ステップＳ２１からステップＳ２２ヘ進み、ストロークが曲線から直線への切替閾値ｓ２よりも小さくなるかを監視し、ストロークがｓ２よりも小さくなった場合には、ステップＳ２５へ進み、例えば、曲線データ＝−delta#d＝−０．１）となり、−０．１ずつインクリメント（０．１ずつデクリメント）されていく。この曲線データ（C#data１、C#data２）は０になるまで徐々に小さくなるが、曲線データは０よりも小さい値はとらない（Ｓ２８、Ｓ２９）。
【００２９】
一方、車両が直線から左曲線へ進入する場合を考えると、左曲線に進入した後しばらくは、ストロークの値は閾値−ｓ１よりも大きいので、その間は、ステップＳ４１にて曲線データ＝０とする。その後、ストロークが初めて閾値−ｓ１を越えて小さくなると、例えば、曲線データ＝−delta#d＝−０．１）とし、変数の曲線データにゼロ以外の負の値が代入される（Ｓ４３）。
【００３０】
次のサンプリング時間では、曲線データは、負の値であってステップＳ２１からステップ３０、Ｓ３１に進む。この場合、曲線から直線への切替閾値−ｓ２よりも大きくないので、ステップＳ３２、Ｓ３３へと進み、例えば、曲線データ＝−delta#d＝−０．１とすれば、曲線データは−０．１ずつインクリメント（０．１ずつデクリメント）されていく。この曲線データのインクリメント処理により曲線データ（C#data１、C#data２）は−１になるまで徐々に小さくなるが、曲線データは−１よりも小さい値はとらない（Ｓ３５、Ｓ３６）。
【００３１】
続いて、車両が左曲線から直線へ進んで行く際は、ステップＳ２１からステップＳ３０、Ｓ３１ヘ進み、ストロークが曲線から直線への切替閾値−ｓ２よりも大きくなるかを監視し、ストロークが−ｓ２よりも大きくなった場合には、ステップＳ３４へ進み、例えば、曲線データ＝delta#d＝０．１となり、０．１ずつインクリメントされていく。この曲線データ（C#data１、C#data２）は０になるまで徐々に小さくなるが、曲線データは０よりも小さい値はとらない（Ｓ２８、Ｓ２９）。
【００３２】
次に、ゲイン演算器１６での処理フローの詳細を図６に基づいて説明する。曲線でのゲイン比は、[曲線ゲイン／直線ゲイン]＜１となるように設定されるもので、ヨーゲインｇｙ、スエーゲインｇｓを個別に設定するため、ヨーの曲線ゲイン比ｒｙ、スエーの曲線ゲイン比ｒｓをそれぞれ設けていて、０＜ｒｙ＜１、０＜ｒｓ＜１の範囲で設定される。ヨーゲインｇｙ、スエーゲインｇｓは、前位ストロークと後位ストロークから判定した曲線判定器１５の出力（曲線データC#data１、C#data２）とヨーの曲線ゲイン比ｒｙ、およびスエーの曲線ゲイン比ｒｓを用いて、それぞれ算出される（Ｓ５１、Ｓ５２）。
【００３３】
このように、車両が曲線区間を通過していることを曲線判定器１５が検出すると、ゲイン演算器１６が直線時の制御ゲインに比べてゲインを減じるように曲線ゲイン比を出力するので、アクチュエータ４の出力が抑制される。したがって、超過遠心加速度が発生しても、アクチュエータ４によって車体１が左右動規制ストッパに強く押付けられることはなくなり、結果として車体１に衝撃的な加速度が発生することもなくなって、曲線区間の乗り心地が良好となる。本第１の実施形態においては特に、アクチュエータ４と並列に減衰係数切替式油圧ダンパ５を配置し、車両が曲線区間を通過しているときには油圧ダンパ５の減衰係数を「高」に切替えるので、車体１が左右動規制ストッパに押付けられることはほとんどなくなり、曲線区間の乗り心地がきわめて良好となる。
【００３４】
前記第１の実施形態では、ストロークセンサ９により車体１と台車２との相対移動を検知し、この検知結果が、超過遠心加速度によりある一定値以上となったときに曲線区間であると判断し、制御ゲインを下げてアクチュエータ４の出力（制御力）を抑制する制御を行ったが、本発明は、緩和曲線区間に制御範囲を限定してアクチュエータ４の制御力を抑制する制御を行ってもよい。
【００３５】
図７は、緩和曲線区間に制御範囲を限定した本発明の第２の実施形態を示したものである。なお、加速度センサ８の加速度検出結果の処理系は、前出図３に示したものと同じであるので、ここでは、直線／曲線ゲイン演算器１７の処理系のみを示しかつ同一構成要素に同一符号を付すこととする。本第２の実施形態においては、ストロークセンサ９のストローク検出結果（前位加速度ａ１、後位加速度ａ２）を直線／曲線ゲイン演算器１７内のローパスフィルタ１４に取込んで、一定の定常成分のみを抽出した後、ハイパスフィルタ１４´に取込み、前記定常成分を取除く処理を行う。ハイパスフィルタ１４´のカットオフ周波数は、例えば、０．２Ｈｚなどとする。すると、緩和曲線区間での超過遠心加速度の漸増、漸減に伴い、ストローク検出結果（車体１と台車２との相対変位）も漸増、漸減するが、このストロークが漸増、漸減する間のみ変位として抽出することができる。この場合、直線／曲線ゲイン演算器１７内の曲線判定器１５は、緩和曲線区間のみ曲線区間と判断することとなり、円曲線区間は曲線区間と判断されない。この結果、アクチュエータ４の制御力を抑制する区間を緩和曲線区間に限定することができる。
【００３６】
前記第１、第２では、曲線区間の検出をストロークセンサ９のストローク検出結果に基づいて判断したが、本発明は、ストロークに代えて、キロ程（地点）情報を取込み、現在地点と既知の曲線位置情報とから曲線区間走行を判定するようにしてもよい。
【００３７】
図８は、キロ程（地点）情報を取込んで曲線区間走行を判定する本発明の第３の実施形態を示したものである。なお、加速度センサ８の加速度検出結果の処理系は、前出図３に示したものと同じであるので、ここでは、直線／曲線ゲイン演算器の処理系のみを示すこととする。本第３の実施形態において、直線／曲線ゲイン演算器１７は、１つの曲線判定器１５´を備えており、この曲線判定器１５´は、キロ程（地点）情報を取込み、曲線データベース２０内の地点−曲線マップデータを用いて曲線区間走行を判定するようになっている。
【００３８】
本第３の実施形態において、走行区間と制御ゲインおよび減衰係数切替タイミングとの関係は、例えば、図９に示すように設定する。すなわち、直線時のゲインを１としたとき、曲線入口側の緩和曲線通過中は制御ゲイン（ヨーゲインｇｙ、スエーゲインｇｓ）を徐々に下げ、円曲線区間ではゲインをｇｃ（ｇｃ＜１）と一定にし、曲線出口側の緩和曲線通過中は制御ゲインを徐々に上げていく。
【００３９】
ここで、キロ程情報は、例えば、シリアル通信を経由して得ることができるが、この場合は、通信のサンプリング間隔がコントローラ１０の制御周期に比べて遅い場合がある（例えば、キロ程は５０ｍｓ毎に更新され、制御のサンプリング周期５ｍｓの場合など）。このような場合は、キロ程情報をローパスフィルタを介して取込むことで滑らかな曲線にする。なお、ローパスフィルタ処理による遅れが発生するが、等速度運動時は遅れ時間が一定になるので、これを用いて遅れを補正すればよい。
【００４０】
前記第３の実施形態では、曲線区間走行を検出してアクチュエータ４の制御力（出力）を制御するのは、曲線区間入口側の緩和曲線の始まりから曲線区間出口側の緩和曲線の終わりまでの区間内である。緩和曲線区間では、超過遠心加速度が漸増、漸減する区間であり、車体１の振動加速度と過渡状態にある超過遠心加速度とが重畳し、０．５Ｈｚ前後の周波数で車体を左右に大きく揺動させるようにアクチュエータ４の制御力が補償される場合あり、この場合は、乗り心地が著しく悪化する場合がある。
【００４１】
本発明の第４の実施形態においては、例えば、図１０に示すように、直線時のゲインを１としたとき、直線部から曲線入口側の緩和曲線に向って制御ゲイン（ヨーゲインｇｙ、スエーゲインｇｓ）を徐々に下げ、円曲線区間ではゲインをｇｃと一定にし、曲線出口側の緩和曲線を通過後は制御ゲインを徐々に上げていく。
【００４２】
一方、上記した緩和曲線区間で乗り心地が大きく損われるのは、曲線出口側の緩和曲線である場合が多いので、例えば、図１１に示すように、曲線入口側の緩和曲線では、曲線入口から制御ゲインを徐々に下げ、曲線出口側の緩和曲線のみで、制御ゲインを上げるタイミングを遅く調整しても良い。曲線出口側の緩和曲線のみで、制御ゲインを上げるタイミングを遅く調整するには、必ずしもキロ程と曲線データベース２０に依らずに可能であり、前記ストロークセンサ９の検出結果からストロークが漸増する区間を曲線出口側の緩和曲線と判断し制御ゲインを調整しても良い。
【００４３】
ここで、ストロークセンサ９を用いる場合、その直線走行時の値（ゼロ点）は、通常ある一定の範囲内に収まるようになる。しかし、車両検査などでアクチュエータ４を車両から切離し、あるいは車体１と台車２とを切離した場合、ストロークセンサ９のゼロ点がずれる場合がある。このことは、絶対位置検出形のストロークセンサを使用した場合に問題となる。
【００４４】
そこで、（１）直線走行する、（２）ある一定以上の速度（例えば、１８０ｋｍ／ｈ）でアクティブ制御する、という条件を満たす適当な区間を抽出し、キロ程情報、速度情報、路線データベース情報等から前記抽出区間を（１）、（２）を満足するように走行している場合に、ある一定の時間（例えば、１０秒）のストローク検出結果を記録し、その平均値をストロークセンサのゼロ点として更新するような制御を付加しても良い。
【００４５】
なお、上記各実施形態では、車両が曲線区間を通過しているときには油圧ダンパ５の減衰係数を「高」に切替えるようにしたが、本発明は、油圧ダンパ５の減衰係数は一定として、アクチュエータ４の出力のみを抑制するようにしてもよいものである。超過遠心加速度が発生しても、アクチュエータ４によって車体１が左右動規制ストッパに強く押付けられることはないので、車体１に衝撃的な加速度が発生することもなくなって、曲線区間の乗り心地が良好となる。
【００４６】
さらに、前記各実施の形態においては、アクチュエータの出力の抑制・増加をゲインを増加・減少によって行うものを示した。この場合、ゲインを増加させても実際のアクチュエータの制御状態によって出力値は、増加する場合も減少する場合もあるが、本発明におけるアクチュエータの出力の抑制・増加は、その傾向すなわち、同じセンサ入力があったときの出力値を小さく、または、大きくするもので、実際の走行中の出力値を小さくまたは大きくするものではない。
【００４７】
なお、ゲインを変化させる方法以外にも、たとえば、アクチュエータへの出力値Ｕ1に対し、その上限値を規制する上限値規制手段を設けて、曲線区間でこの上限値を下げることで、アクチュエータの出力の抑制することも可能である。さらに、ゲインと上限値の両方を調整してもよい。
【００４８】
また、上記アクチュエータ４の種類は任意であり、空気圧アクチュエータや油圧アクチュエータであっても、電磁式アクチュエータであっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態としての鉄道車両用振動制御装置を模式的に示す正面図である。
【図２】本第１の実施形態としての振動制御装置の要部構造を模式的に示す平面図である。
【図３】本第１の実施形態における制御系を示す制御ブロック図である。
【図４】本第１の実施形態における制御フローを示すフロー図である。
【図５】本第１の実施形態における制御系を構成する曲線判定器の制御フローを示すフロー図である。
【図６】本第１の実施形態における制御系を構成するゲイン演算器の制御フローを示すフロー図である。
【図７】本発明の第２の実施形態における制御系を示す制御ブロック図である。
【図８】本発明の第３の実施形態における制御系を示す制御ブロック図である。
【図９】本第３の実施形態における走行区間と制御ゲインおよび減衰係数切替タイミングとの関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施形態における走行区間と制御ゲインおよび減衰係数切替タイミングとの関係を示すグラフである。
【図１１】本発明の第２の実施形態における走行区間と制御ゲインおよび減衰係数切替タイミングとの関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５０】
１ 車体
２ 台車
４ アクチュエータ
５ 減衰係数切替式油圧ダンパ
８ 左右方向の加速度センサ
９ ストロークセンサ（変位検知手段）
１０ コントローラ
１４ ローパスフィルタ
１５、１５´ 曲線判定器
１６ ゲイン演算器
１７ 直線／曲線ゲイン演算器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と該車体を弾性支持する台車との間に介装され、該車体および台車の左右方向の相対変位を制御するアクチュエータと、前記車体の左右方向の振動加速度を検出する加速度検出手段と、該加速度検出手段の検出結果に基づいて前記アクチュエータを制御するコントローラとからなる鉄道車両用振動制御装置において、車両走行状況を用いて鉄道車両が曲線区間を走行していることを検出する曲走検出手段を備え、前記コントローラは、鉄道車両が曲線区間を走行していることを前記曲走検出手段が検知した場合に、前記アクチュエータの出力を抑制することを特徴とする鉄道車両用振動制御装置。
【請求項２】
車両走行情報として、車体と台車との左右方向の相対変位を検出するストロークセンサの変位情報を用いることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項３】
前記アクチュエータと並列に配置された減衰係数切替式の油圧ダンパを設け、前記コントローラは、鉄道車両が曲線区間を走行していることを前記曲走検出手段が検知した場合に、前記油圧ダンパの減衰力を高くすることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項４】
前記コントローラは、鉄道車両が緩和曲線区間を通過中のみ前記アクチュエータの出力を抑制することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項５】
前記コントローラは、鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間を通過中は前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過中は該アクチュエータの出力を徐々に増加させることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項６】
前記コントローラは、鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間に向うに従って前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過した後に該アクチュエータの出力を徐々に増加させることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項７】
前記コントローラは、鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間を通過中は前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間の出口を通過した後に該アクチュエータの出力を徐々に増加させることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項８】
前記アクチュエータの出力の増減は、ゲインの増減により行うことを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項１】
車体と該車体を弾性支持する台車との間に介装され、該車体および台車の左右方向の相対変位を制御するアクチュエータと、前記車体の左右方向の振動加速度を検出する加速度検出手段と、該加速度検出手段の検出結果に基づいて前記アクチュエータを制御するコントローラとからなる鉄道車両用振動制御装置において、車両走行状況を用いて鉄道車両が曲線区間を走行していることを検出する曲走検出手段を備え、前記コントローラは、鉄道車両が曲線区間を走行していることを前記曲走検出手段が検知した場合に、前記アクチュエータの出力を抑制することを特徴とする鉄道車両用振動制御装置。
【請求項２】
車両走行情報として、車体と台車との左右方向の相対変位を検出するストロークセンサの変位情報を用いることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項３】
前記アクチュエータと並列に配置された減衰係数切替式の油圧ダンパを設け、前記コントローラは、鉄道車両が曲線区間を走行していることを前記曲走検出手段が検知した場合に、前記油圧ダンパの減衰力を高くすることを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項４】
前記コントローラは、鉄道車両が緩和曲線区間を通過中のみ前記アクチュエータの出力を抑制することを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項５】
前記コントローラは、鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間を通過中は前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過中は該アクチュエータの出力を徐々に増加させることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項６】
前記コントローラは、鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間に向うに従って前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過した後に該アクチュエータの出力を徐々に増加させることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項７】
前記コントローラは、鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間を通過中は前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間の出口を通過した後に該アクチュエータの出力を徐々に増加させることを特徴とする請求項１乃至３いずれかに記載の鉄道車両用振動制御装置。
【請求項８】
前記アクチュエータの出力の増減は、ゲインの増減により行うことを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の鉄道車両用振動制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２４７３３３（Ｐ２００８−２４７３３３Ａ）
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−９４３０８（Ｐ２００７−９４３０８）
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１０月１６日（２００８．１０．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月３０日（２００７．３．３０）
【出願人】（０００００５１０８）株式会社日立製作所 (27,607)
【Ｆターム（参考）】
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