(57)【要約】【課題】シンプルな制御方法で、走行区間、走行速度に対して、車体上下振動を低減し、上下乗心地を向上させる鉄道車両の振動制御システムを提供する。【解決手段】鉄道車両の振動制御システムは、車両の現在の走行位置を検知する地点検知手段５０と、車両が走行する軌道および制御指令の情報が記録された軌道制御データ６０と、車体と台車間の上下方向の減衰力を変更する空気ばねの絞り可変手段３０と、前記絞り可変手段３０を制御する制御装置４０を備えている。地点検知手段５０から得られる現在の走行位置の情報と、軌道情報データ６０から得られる軌道区間データを制御装置４０が照合して、車両が減衰力を変更すべき所定の軌道区間を走行している場合には、制御装置４０が軌道制御データ６０に制御指令として記録されている目標値を用いて絞り可変手段３０を制御して、車体、台車間の上下方向の減衰力を変更する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の現在の走行位置を検知する地点検知手段と、前記車両が走行する軌道区間及び当該軌道区間に対応した制御指令についての情報が記録された軌道制御データと、前記車両の車体と台車間に配置され、前記車体と前記台車間の上下方向の減衰力を付与する減衰力付与手段と、前記減衰力付与手段を制御して減衰力制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記地点検知手段から得られる前記車両の現在の走行位置について前記軌道制御データに記録されている前記軌道区間を照合し、照合された前記軌道区間に対応した前記軌道制御データに記録されている前記制御指令に基づいて前記減衰力付与手段を制御することを特徴とする車両の振動制御システム。
【請求項２】
請求項１記載の車両の振動制御システムにおいて、
前記減衰力付与手段は、前記減衰力の大きさを変更する減衰可変手段を備えており、
前記軌道制御データは、前記減衰可変手段に対する前記制御指令として、所定の前記減衰力に対応した基準目標値とともに、前記軌道区間において求められる前記減衰力に対応した目標値を定めており、
前記制御装置は、前記軌道区間の照合によって前記車両が走行している前記軌道区間が前記減衰力を変更すべき軌道区間であるとの判断に応じて、前記減衰力制御の前記目標値を前記基準目標値から当該軌道区間に対応した前記目標値に変更して前記減衰可変手段を制御することを特徴とする車両の振動制御システム。
【請求項３】
請求項２記載の車両の振動制御システムにおいて、
前記減衰可変手段は、空気ばねの絞り径を変更する絞り径可変手段であることを特徴とする車両の振動制御システム。
【請求項４】
請求項３記載の車両の振動制御システムにおいて、
前記制御装置は、低周波数の車体上下加速度が大きい走行区間では前記空気ばね絞り径を小さい値に設定し、高周波数の車体上下加速度が大きい走行区間では前記空気ばね絞り径を大きい値に設定して、前記絞り径可変手段を制御することを特徴とする車両の振動制御システム。
【請求項５】
請求項３記載の車両の振動制御システムにおいて、
前記制御装置は、長波長の上下軌道不整が大きい走行区間では前記空気ばね絞り径を小さい値に設定し、短波長の上下軌道不整が大きい走行区間では前記空気ばね絞り径を大きい値に設定して、前記絞り径可変手段を制御することを特徴とする車両の振動制御システム。
【請求項６】
請求項２記載の車両の振動制御システムにおいて、
前記減衰可変手段は減衰力を変更可能な可変減衰ダンパで構成されており、前記可変減衰ダンパは、前記車体と前記台車間の上下方向に配置されていることを特徴とする車両の振動制御システム。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項記載の車両の振動制御システムにおいて、
前記軌道制御データに記録される前記軌道区間はトンネル区間であることを特徴とする車両の振動制御システム。
【請求項８】
請求項１〜６のいずれか一項記載の車両の振動制御システムにおいて、
前記軌道制御データに記録される前記軌道区間は橋梁区間であることを特徴とする車両の振動制御システム。
【請求項９】
請求項１〜６のいずれか一項記載の車両の振動制御システムにおいて、
前記軌道制御データに記録される前記軌道区間は縦又は横の曲線区間であることを特徴とする車両の振動制御システム。
【請求項１０】
車両の現在の走行速度を検出する速度検出手段と、前記車両が走行する速度区分及び当該速度区分に対応した制御指令についての情報が記録された速度制御データと、前記車両の車体と台車間に配置され、前記車体と前記台車間の上下方向の減衰力を付与する減衰力付与手段と、前記減衰力付与手段を制御して減衰力制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記速度検出手段から得られる前記車両の現在の走行速度について前記軌道制御データに記録されている前記速度区分を照合し、照合された前記速度区分に対応した前記軌道制御データに記録されている前記制御指令に基づいて前記減衰力付与手段を制御することを特徴とする車両の振動制御システム。
【請求項１１】
請求項１０記載の車両の振動制御システムにおいて、
前記減衰力付与手段は、前記減衰力の大きさを変更する減衰可変手段を備えており、
前記速度制御データは、前記減衰可変手段に対する前記制御指令として、所定の前記減衰力に対応した基準目標値とともに、前記速度区分において求められる前記減衰力に対応した目標値を定めており、
前記制御装置は、前記速度区分の照合によって前記車両が走行している前記速度区分が前記減衰力を変更すべき速度区分であるとの判断に応じて、前記減衰力制御の前記目標値を前記基準目標値から当該速度区分に対応した前記目標値に変更して前記減衰可変手段を制御することを特徴とする車両の振動制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両、特に鉄道車両の上下方向、ロール方向の振動を制御する振動制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両の上下方向の振動を制御する技術として特許文献１に記載されている車両制振装置がある。この車両制振装置では、加速度センサなどで車体上下振動、台車上下振動を検出し、検出した加速度振動信号を信号処理装置で信号処理をして、制御装置で最適な減衰力を発生させるように空気ばねの絞り径及び軸ダンパの弁を制御しており、こうした制御によって、車体上下振動を低減している。
【０００３】
一般に、鉄道車両は、走行中に軌道からの上下方向の不整入力に応答して上下方向に振動し、この上下方向の振動により上下方向の乗心地が決まる。車両が走行する軌道状況に応じて軌道から車両への加振入力の大きさや周波数が異なるため、車体の上下方向の応答特性や周波数特性が軌道状況により異なる。例えば、軌道から高周波の高低狂い入力の振幅が大きい軌道では車体の高周波の上下振動が大きくなる。また、橋梁に敷設された軌道では車両への長波長、低周波数の入力が大きくなるため、車体の低周波の上下振動が大きくなる。また、車両のロール方向に関しては、曲線軌道を通過中の緩和曲線におけるロール方向のねじり入力に応答して、車体のロール方向の振動が大きくなることがある。
【０００４】
これらの場合、軌道から車両への入力は異なるが、車両そのものは変わらないため、車両のパラメータをある軌道状況において当該軌道からの上下方向入力に対して最適に設計したとしても、その他の状況の走行軌道では、上下方向やロール方向の乗心地を良い状態で保てないという問題がある。
【０００５】
鉄道車両の走行中の振動発生状況に応じて、上下振動を制御する技術として、特許文献１に記載されているセミアクティブ制御による技術がある。セミアクティブ制御では、空気ばね及び軸ダンパの減衰力を制御することにより、車体の上下振動は低減されるが、制御系が複雑であるという問題があり、加速度センサにより検知した信号をもとに制御をするため、センサが故障した場合や、センサから検出された信号のノイズが大きい場合には、加速度信号が正確にフィードバックされないため、正しく制御されず、上下乗心地を悪化させてしまう可能性がある。また、車両が走行する軌道からの入力条件によっては、制御効果が低く上下方向の振動を十分に低減できない場合もある。
【０００６】
また、鉄道車両の走行中の振動発生状況に応じて、上下振動を制御する技術として、フルアクティブ制御による技術がある。フルアクティブ制御は、車両が走行中の車体上下加速度を検出し、検出した車体上下加速度に応じて、車体の上下方向にアクチュエータで上下力を加えることにより、車体上下加速度を低減するものである。フルアクティブ制御では、前記セミアクティブ制御と同じで、センサが故障した場合やセンサから検出された信号のノイズが大きい場合には、制御が正しく実施されない問題があり、また、制御をするために力を発生するアクチュエータや、アクチュエータを駆動するための空圧、油圧等の駆動源を必要としており、制御システム及び制御装置が複雑になり、かつ重くなるという問題がある。また、アクチュエータを駆動するために外部からエネルギーを供給する必要があり、振動を制御するためにエネルギー消費量が大きくなるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２８１９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記したように、車両の振動の制御は走行区間や走行速度区分に依存するものではないため、振動制御パラメータを一部の軌道状況や特定の走行速度に対して最適に設定しても、他の軌道状況の走行区間や速度区分では車両の振動が効果的に抑制されないという問題がある。
そこで、車両の上下振動の制御を軌道の走行区間や走行速度に応じて、車両の上下方向の減衰力を変更する点で解決すべき課題がある。
本発明の目的は、これらの課題に対して、シンプルな制御方法で、走行区間、走行速度に対して、車体上下振動、ロール振動を低減し、上下乗心地、ロール乗心地を向上させる鉄道車両の振動制御システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するために、本発明の鉄道車両の振動制御システムは、車両の現在の走行位置を検知する地点検知手段と、前記車両が走行する軌道区間及び当該軌道区間に対応した制御指令についての情報が記録された軌道制御データと、前記車両の車体と台車間に配置され、前記車体と前記台車間の上下方向の減衰力を付与する減衰力付与手段と、前記減衰力付与手段を制御して減衰力制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記地点検知手段から得られる前記車両の現在の走行位置について前記軌道制御データに記録されている前記軌道区間を照合し、照合された前記軌道区間に対応した前記軌道制御データに記録されている前記制御指令に基づいて前記減衰力付与手段を制御することを特徴とする。
また、前記減衰力付与手段は、前記減衰力の大きさを変更する減衰可変手段を備えており、前記軌道制御データは、前記減衰可変手段に対する前記制御指令として、所定の前記減衰力に対応した基準目標値とともに、前記軌道区間において求められる前記減衰力に対応した目標値を定めており、前記制御装置は、前記軌道区間の照合によって前記車両が走行している前記軌道区間が前記減衰力を変更すべき軌道区間であるとの判断に応じて、前記減衰力制御の前記目標値を前記基準目標値から当該軌道区間に対応した前記目標値に変更して前記減衰可変手段を制御することができる。
【００１０】
この鉄道車両の振動制御システムによれば、制御装置は、地点検知手段で検知された現在の走行位置に対応する軌道区間を軌道制御データに記録されている軌道区間の中から照合し、更に、制御装置は、照合された軌道区間に対応して当該軌道制御データに記録されている制御指令に基づいて、車両の車体と台車間に配置されている減衰力付与手段による上下方向の減衰力制御を行う。これにより、軌道区間の軌条状況に応じて軌道から上下方向の力が車両に入力されても、減衰力付与手段によってその入力に対応した上下方向の減衰力の変更制御が行われることになり、車体、台車間の上下方向の減衰力が適正化される。その結果、車体の上下加速度、ロール振動を低減し、上下乗心地、ロール乗心地を良くすることができる。
【００１１】
また、本発明の鉄道車両の振動制御システムは、車両の現在の走行速度を検出する速度検出手段と、前記車両が走行する速度区分及び当該速度区分に対応した制御指令についての情報が記録された速度制御データと、前記車両の車体と台車間に配置され、前記車体と前記台車間の上下方向の減衰力を付与する減衰力付与手段と、前記減衰力付与手段を制御して減衰力制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記速度検出手段から得られる前記車両の現在の走行速度について前記軌道制御データに記録されている前記速度区分を照合し、照合された前記速度区分に対応した前記軌道制御データに記録されている前記制御指令に基づいて前記減衰力付与手段を制御することを特徴とする。
また、前記減衰力付与手段は、前記減衰力の大きさを変更する減衰可変手段を備えており、前記速度制御データは、前記減衰可変手段に対する前記制御指令として、所定の前記減衰力に対応した基準目標値とともに、前記速度区分において求められる前記減衰力に対応した目標値を定めており、前記制御装置は、前記速度区分の照合によって前記車両が走行している前記速度区分が前記減衰力を変更すべき速度区分であるとの判断に応じて、前記減衰力制御の前記目標値を前記基準目標値から当該速度区分に対応した前記目標値に変更して前記減衰可変手段を制御することができる。
【００１２】
この鉄道車両の振動制御システムによれば、制御装置は、速度検出手段で検知された現在の走行速度の速度区分を軌道制御データに記録されている速度区分の中から照合し、更に、制御装置は、照合された速度区分に対応して当該軌道制御データに記録されている制御指令に基づいて、車両の車体と台車間に配置されている減衰力付与手段による上下方向の減衰力制御を行う。これにより、車両が走行する速度区分に応じて軌道から上下方向の力が車両に入力されても、減衰力付与手段によってその入力に対応した上下方向の減衰力の変更制御が行われることになり、車体、台車間の上下方向、ロール方向の減衰力が適正化される。その結果、車体の上下加速度、ロール振動を低減し、上下乗心地、ロール乗心地を良くすることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明の鉄道車両の振動制御システムによれば、走行する軌道の走行区間又は車両の走行速度に対応して、減衰力付与手段である空気ばねの絞り径等の切り替えを行うことにより、車体と台車間の上下方向の減衰力を変更するというシンプルな制御により、車体と台車間の上下方向やロール方向の減衰力を適正化するので、車体と台車間での上下方向の減衰力の変更制御について信頼性を確保でき、また、車体の上下加速度やロール振動を低減し、上下乗心地やロール乗心地が良い状態で車両を走行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態の例を示す鉄道車両の振動制御システムのシステム構成図である。
【図２】本発明の実施形態の空気ばね及び空気ばねの絞り径可変手段を示す図である
【図３】本発明の第１実施形態の動作、信号処理の流れを示すフロー図である。
【図４】空気ばねの上下変位応答倍率と加振周波数の関係の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態（トンネルが軌道区間）の動作の時刻歴波形、タイミングチャートを示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態（橋梁が軌道区間）の動作の時刻歴波形、タイミングチャートを示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態（縦曲線が軌道区間）の動作の時刻歴波形、タイミングチャートを示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態（曲線が軌道区間）の動作の時刻歴波形、タイミングチャートを示す図である。
【図９】本発明の第１実施形態の実測の車体上下加速度を用いて空気ばね絞り径の制御区間を設定する方法を示す図である。
【図１０】本発明の第１実施形態の実測の軌道不整データを用いて空気ばね絞り径の制御区間を設定する方法を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態の例を示す鉄道車両の振動制御システムのシステム構成図である。
【図１２】本発明の第２実施形態の動作、信号処理の流れを示すフロー図である。
【図１３】本発明の第２実施形態の動作の時刻歴波形、タイミングチャートを示す図である。
【図１４】本発明の第２実施形態の動作の時刻歴波形、タイミングチャートを示す図である。
【図１５】本発明の実施形態の空気ばね及び減衰可変手段を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明による車両の振動制御システムの実施形態を説明する。
【実施例１】
【００１６】
本発明の第１の実施形態を、図１及び図２を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による鉄道車両の振動制御システムのシステム構成図である。図２は、図１に示す鉄道車両の振動制御システムのシステム構成に用いられる空気ばねの詳細構造を示す図である。
【００１７】
本発明の鉄道車両の振動制御システム２０は鉄道車両１に配置され、鉄道車両１は車体２、台車枠３、輪軸４を備えている。車体２は、各台車枠３に対して空気ばね１０により弾性支持されている。本発明の鉄道車両の振動制御システム２０は、主として、各空気ばね１０の絞り径を変更する絞り径可変手段３０と、絞り径可変手段３０を制御する制御装置４０と、現在の走行位置を検出する地点検知手段５０と、鉄道車両が走行する軌道データ及び制御情報が記録された軌道制御データ６０とから構成されている。
【００１８】
図２には、空気ばね１０の詳細構造が示されている。空気ばね１０は、主として、ベローズ１１、ストッパゴム１２、絞り１３、補助タンク１４、及び絞り径可変手段３０により構成されている。ベローズ１１はその内部に空気室１５を構成しており、空気室１５の内部には圧縮空気が蓄圧されており、空気の圧縮性により車体を弾性支持している。空気室１５と補助タンク１４の間は絞り１３によって接続されており、空気室１５と補助タンク１４間を空気が移動する時の絞り効果により、車体２と台車枠３間に上下方向の減衰力を発生し、振動減衰作用をもたらす。空気ばね１０は、車体の弾性支持手段であると同時に、絞り１３の作用による上下方向振動に対する減衰力を与える減衰力付与手段としての機能を備えている。
【００１９】
絞り径可変手段３０は、例えば図示しない電磁駆動装置及び当該電磁駆動装置によって駆動される絞り変更機構から構成されており、制御装置４０からの指令に基づいて電磁駆動装置を駆動し、絞り変更機構を移動させて絞り１３の大きさを変更して、空気ばね１０の上下方向に発生する減衰力を制御する。ここで、絞り径可変手段３０は、電磁駆動装置により駆動するものとしたが、電動モータ、油圧、空圧等の他の手段により駆動して絞り変更機構を移動させるように構成しても良い。
【００２０】
図１において、地点検知手段５０はＡＴＣ（Automatic Train Control ：自動列車制御装置）又はＤ−ＡＴＣ（Digital Automatic Train Control ：デジタル自動列車制御装置）から構成されており、地点検知手段５０は走行中の鉄道車両１の現在の走行位置を検知して、検知した走行位置情報を制御装置４０に送る。ここで、地点検知手段５０はＧＰＳ等の絶対位置を検出する装置で構成して、走行中の鉄道車両１の絶対位置を検出して、車両の現在の走行位置（区間）を検知しても良い。また、地点検知手段５０は、ＡＴＳ（Automatic Train Stop: 自動列車停止装置）と速度発電機で構成し、鉄道車両１の走行中にＡＴＳの地上子を検知して、更に速度発電機のパルス情報を積算して距離補正を行うことにより、車両の現在の走行位置（区間）を検知するように構成しても良い。
【００２１】
軌道制御データ６０には、鉄道車両１が走行する路線の空気ばね絞り径を変更する軌道区間についてのデータ、即ち、軌道区間の始点、終点等の制御区間データ、及び各軌道区間における制御指令として空気ばね絞り径の目標値が記録されている。
制御装置４０は、地点検知手段５０から送られる鉄道車両１の現在の走行位置情報と軌道制御データ６０に記録されている制御区間データを比較・照合し、制御指令として空気ばね絞り径の目標値を算出し、その目標値に基づいて絞り径可変手段３０を駆動し、空気ばねの絞り径を制御する。
【００２２】
次に本発明による鉄道車両の振動制御システムの動作、処理の流れを図３のフローチャートを用いて説明する。
まず、地点検知手段５０は、鉄道車両の現在の走行位置を検知し、走行位置の情報を制御装置４０に送る（ステップＳ１）。
次に、制御装置４０は、ステップＳ１で得られた現在の走行位置と軌道制御データ６０に記録されている制御区間データを比較、照合する（ステップＳ２）。
次に、制御装置４０は、比較照合した結果に基づき、空気ばね絞りを変更制御する軌道区間か、変更制御しない軌道区間を走行しているかを判定する（ステップＳ３）。
ここで、Ｓ３の判定において、鉄道車両が変更制御をしない軌道区間を走行していると判断される場合は、空気ばね絞り径を通常の値Ａに設定する。
【００２３】
Ｓ３の判定において、鉄道車両が空気ばね絞り径を変更制御する軌道区間を走行していると判断される場合は、軌道制御データ６０に記録されているその軌道区間の空気ばね絞り径の目標値を空気ばね絞り径の制御指令値として設定して、絞り可変手段３０に送る（ステップＳ４）。絞り可変手段３０は、制御装置４０からの制御指令値に基づき、空気ばね絞り径を変更して、空気ばねの減衰力の制御を行う（ステップＳ５）。
【００２４】
ここで、空気ばね絞り径の目標値については、例えば以下のようにして設定される。図４に、空気ばねの上下変位応答倍率と加振周波数の関係の一例を示す。図４は、空気ばね絞り径をパラメータとした場合の周波数応答特性を示している。図４に示すように、低周波数の１Ｈｚ付近では、空気ばね絞り径が小さい場合に空気ばねの上下応答倍率は小さい。一方、高周波数の５Ｈｚ以上では、空気ばね絞り径が大きい場合に空気ばねの上下応答倍率は小さい。空気ばねはこのような絞り径に応じた周波数応答特性を備えているので、一般には、低周波領域では空気ばねの絞り径を小さく設定し、高周波領域では空気ばねの絞り径を大きく設定することにより、上下変位応答倍率が小さくなって、上下乗心地を向上できることが解る。
【００２５】
以上の空気ばね絞り径の周波数応答特性を考慮して、空気ばね絞り径を変更する軌道区間を選定する。
例えば、トンネルでは、トンネル以外の区間である明かり区間に比べて、上下の高周波振動が大きくなる場合が多い。そこで、トンネルで、かつ上下方向の高周波数振動が大きい区間では、この区間を制御区間、即ち、上下方向の減衰力を変更すべき軌道区間であると選定して、空気ばね絞り径の目標値を通常の値Ａより大きな絞り径の値Ｂに設定する。
【００２６】
また、橋梁では、橋梁以外の区間に比べて、上下の低周波振動が大きくなる場合が多い。そこで、橋梁で、かつ上下低周波数振動が大きい区間では、この区間を制御区間、即ち、上下方向の減衰力を変更すべき軌道区間であると選定して、空気ばね絞り径の目標値を通常の値Ａより小さい絞り径の値Ｃに設定する。
【００２７】
また、勾配が変化する縦曲線の部分では、上下方向の遠心加速度が発生することにより上下方向の入力があり、これに伴い上下方向の低周波の振動加速度が増加する。そこで、縦曲線区間でかつ上下加速度が大きい区間では、この区間を制御区間、即ち、上下方向の減衰力を変更すべき軌道区間であると選定して、空気ばね絞り径の目標値を通常の値Ａより小さい絞り径の値Ｄに設定する。
【００２８】
また、平面内の曲線、即ち横曲線では、緩和曲線においてロール方向の軌道のねじり入力があり、これに伴い、ロール方向の低周波の車体振動が増加する。そこで、曲線で、かつロール方向の車体振動（ロール変位、ロール角速度、ロール角加速度）が大きい区間では、この区間を制御区間、即ち、上下方向の減衰力を変更すべき軌道区間であると選定して、空気ばね絞り径の目標値を通常の値Ａより小さい絞り径の値Ｅに設定する。
【００２９】
図３に示したフローチャートの動作の時刻歴応答波形及びタイミングチャートの一例を図５〜図９に示す。図５はトンネル区間の走行時の状況、図６は橋梁区間の走行時の状況、図７は縦曲線区間の走行時の状況、図８は曲線区間の走行時の状況を示す図である。
【００３０】
まず、図５を用いて、トンネル走行時の上下振動の制御状況を説明する。図５において、グラフ５ａはトンネル区間の軌道情報、グラフ５ｂは空気ばね絞り径の目標値、グラフ５ｃは空気ばね絞り径を制御する場合の車体床面の上下加速度、グラフ５ｄは参考データとして、空気ばね絞り径を制御しない場合の車体床面の上下加速度の時刻歴波形である。
【００３１】
グラフ５ａにおいて、トンネルＩの軌道区間は、上下振動が大きいために空気ばね絞り径を変更制御する制御区間であるとして、始点と終点の位置情報が制御区間データとして軌道制御データ６０に記録されている。また、トンネルＪの軌道区間は、ここでは上下振動が小さいため空気ばね絞り径についての変更制御をしない非制御区間として設定する。グラフ５ｂにおいて、トンネルＩの軌道区間は制御区間であるため、空気ばね絞り径の目標値は大きい絞り径値Ｂとして設定し、トンネルＪの軌道区間は非制御区間であるため、空気ばね絞り径は通常の絞り径値Ａとして設定する。軌道制御データ６０には、制御指令のデータとして、制御区間であるトンネルＩの軌道区間における空気ばね絞り径の目標値Ｂが記録されている。
【００３２】
次にグラフ５ｃ（制御時）とグラフ５ｄ（非制御時）を比較して、上下振動の制御効果を説明する。車両が走行中、非制御時には、グラフ５ｄに示すように、トンネルＡ走行時において高周波数の車体床面上下加速度が大きい。これに対して、制御時には、空気ばね絞り径を大きい値に切り替えることにより、非制御時に比べて、高周波数の車体床面上下加速度が低減され（グラフ５ｃにおいて破線丸にて図示）、上下乗心地が良い状態で走行する。トンネルＪの走行に関しては、空気ばね絞り径を切り替えないため、特に制御時と非制御時の上下振動特性は変わらない。
【００３３】
次に、図６を用いて、橋梁走行時の上下振動の制御状況を説明する。図６において、グラフ６ａは橋梁の軌道情報、グラフ６ｂは空気ばね絞り径の目標値、グラフ６ｃは空気ばね絞り径を制御する場合の車体床面の上下加速度、グラフ６ｄは参考データとして、空気ばね絞り径を制御しない場合の車体床面の上下加速度の時刻歴波形である。
【００３４】
グラフ６ａにおいて、橋梁Ｋの軌道区間は、上下振動が大きいため空気ばね絞り径についての変更制御を行う制御区間であるとして、始点と終点の位置情報が制御区間データとして軌道制御データ６０に記録されている。また、橋梁Ｌの軌道区間は、ここでは上下振動が小さいため空気ばね絞り径の変更制御をしない非制御区間として設定する。グラフ６ｂにおいて、橋梁Ｋの軌道区間は制御区間であるため、空気ばね絞り径の目標値は小さい絞り径値Ｃとして設定し、橋梁Ｌの軌道区間は非制御区間であるため、空気ばね絞り径の通常の絞り径値Ａとして設定する。軌道制御データ６０には、制御指令のデータとして、制御区間である橋梁Ｋの軌道区間における空気ばね絞り径の目標値Ｃが記録されている。
【００３５】
次にグラフ６ｃ（制御時）とグラフ６ｄ（非制御時）を比較して、上下振動の制御効果を説明する。車両が走行中、非制御時には、グラフ６ｄに示すように、橋梁Ｋ走行時において低周波数の車体床面上下加速度が大きい。これに対して、制御時には、空気ばね絞り径を小さい値に切り替えることにより、非制御時に比べて低周波数の車体床面上下加速度が低減され（グラフ６ｃにおいて破線丸にて図示）、上下乗心地が良い状態で走行する。橋梁Ｌの走行に関しては、空気ばね絞り径を切り替えないため、特に制御時と非制御時の上下振動特性は変わらない。
【００３６】
次に、図７を用いて、縦曲線走行時の上下振動の制御状況を説明する。図７において、グラフ７ａは縦曲線の軌道情報、グラフ７ｂは空気ばね絞り径の目標値、グラフ７ｃは空気ばね絞り径を制御する場合の車体床面の上下加速度、グラフ７ｄは参考データとして、空気ばね絞り径を制御しない場合の車体床面の上下加速度の時刻歴波形である。
【００３７】
グラフ７ａにおいて、縦曲線Ｍの軌道区間は、上下振動が大きいため空気ばね絞り径についての変更制御を行う制御区間であるとして、縦曲線Ｍの始点の手前の地点Ｓと縦曲線の終点通過後の地点Ｅの位置情報が制御区間データとして軌道制御データ６０に記録されている。グラフ７ｂにおいて、縦曲線Ｍの軌道区間は制御区間であるが、縦曲線Ｍに起因した車両上下振動の周波数は低周波数であるため、空気ばね絞り径の目標値は小さい絞り径値Ｄとして設定する。軌道制御データ６０には、制御指令のデータとして、制御区間である縦曲線Ｍの軌道区間における空気ばね絞り径の目標値Ｄが記録されている。
【００３８】
次にグラフ７ｃ（制御時）とグラフ７ｄ（非制御時）を比較して、上下振動の制御効果を説明する。車両が走行中、非制御時は縦曲線Ｍについての縦曲線進入時及び縦曲線通過後において、グラフ７ｄに示すように、上下方向の遠心力の入力の影響により車体上下加速度の振動成分が大きい。これに対して、制御時は空気ばね絞り径を小さい値に切り替えることにより上下方向の減衰が大きくなるため、非制御時に比べて、縦曲線進入時及び縦曲線通過後の車体上下加速度の振動成分を小さくして（グラフ７ｃにおいて破線丸にて図示）、上下乗心地が良い状態で走行する。
【００３９】
次に、図８を用いて、曲線走行時のロール振動の制御状況を説明する。図８において、グラフ８ａは横曲線Ｎの軌道情報の時刻歴波形であり、ここでは一例として公称カント（曲線線路における内外レール面の高低差）の値を示している。グラフ８ｂは空気ばね絞り径の目標値、グラフ８ｃは空気ばね絞り径を変更制御する場合の車体床面の車体ロール角速度、グラフ８ｄは参考データとして、空気ばね絞り径を変更制御しない場合の車体床面の車体ロール角速度の時刻歴波形である。
【００４０】
グラフ８ａにおいて横曲線Ｎは、ロール振動が大きいため空気ばね絞り径の変更制御区間であるとして、曲線Ｎの始点の手前の地点ＣＳと曲線Ｎの終点通過後の地点ＣＥの位置情報が制御区間データとして軌道制御データ６０に記録されている。グラフ８ｂにおいて、曲線Ｎの軌道区間は制御区間であるため、空気ばね絞り径の目標値は小さい絞り径値Ｅとして設定する。軌道制御データ６０には、制御指令データとして、制御区間である横曲線Ｎの軌道区間における空気ばね絞り径の目標値Ｅが記録されている。
【００４１】
次にグラフ８ｃ（制御時）とグラフ８ｄ（非制御時）を比較して、ロール振動の制御効果を説明する。車両が走行中、非制御時には、グラフ８ｄに示すように、入口緩和曲線及び出口緩和曲線において、軌道からロール方向のねじり入力により車体ロール角速度の振動成分が大きい。これに対して、制御時には空気ばね絞り径を小さい値に切り替えることにより、ロール方向の減衰が大きくなるため、非制御時に比べて、主に入口緩和曲線及び出口緩和曲線通過時の車体ロール角速度の振動成分を小さくして（グラフ８ｃにおいて破線丸にて図示）、ロール乗心地が良い状態で走行する。
【００４２】
以上説明した第１の実施形態の鉄道車両では、トンネル、橋梁、縦曲線、横曲線等の軌道区間における軌道入力に対応して空気ばね絞り径の切り替え制御を行い、空気ばねの減衰力を適正化する。このため、各軌道区間に対応して、車両のサスペンションが適正化されるので、車体の上下加速度、ロール振動を低減し、車両が走行する路線のどの軌道区間でも上下乗心地、ロール乗心地が良い状態に保って走行することができる。
【００４３】
また、第１の実施形態の制御装置では、加速度センサ等で走行中の車両の状態をオンラインで検知して信号をフィードバックするというような制御をしないで、測定された軌道情報又は実測の車体加速度データに基づいて予め制御指令を設定し、設定された指令に基づくシンプルな制御方法で空気ばね絞り径を制御する。このため、信頼性の高い状態で鉄道車両の上下方向振動を制御することができる。
【００４４】
本実施例では空気ばね絞り径の変更制御区間を、トンネル、橋梁、縦曲線、曲線等の軌道インフラ構造物の差で設定したが、以下に示すように実測データを元に空気ばね絞り径を変更する制御区間を設定しても良い。
例えば、図９に実測の車体上下加速度を用いて空気ばね絞り径の制御区間を設定する方法を示す。図９は実測の車体上下加速度のＰＳＤ（Power Spectrum Density: パワースペクトル密度）波形であり、実際に車両走行中の車体床面の上下加速度を加速度センサで測定して、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理を行うことにより、このＰＳＤ波形が得られる。図９に示す車体上下加速度の周波数特性９ａは低い周波数の１Ｈｚ付近の応答が大きい区間ＰＡの車体上下加速度ＰＳＤ波形であり、車体上下加速度の周波数特性９ｂは高い周波数の応答が大きい区間ＰＢの車体上下加速度ＰＳＤ波形である。
【００４５】
図９において、車体上下加速度ＰＳＤに対して、低周波数のしきい（閾）値ＴＡと高周波数のしきい値ＴＢを設定して、制御区間を設定する。
特性９ａにおいて、車体上下加速度ＰＳＤの値は、低周波数のしきい値ＴＡに対しては大きく、高周波数のしきい値ＴＢに対しては小さい特性を示す。この軌道区間ＰＡでは、低周波数の車体上下加速度の低減が必要であると判定し、図４示す空気ばねの上下変位応答倍率と加振周波数の関係から、この区間ＰＡを空気ばね絞り径を小さい値Ｃ９に設定する区間とする。
これに対して特性９ｂにおいて、車体上下加速度ＰＳＤの値は、低周波数のしきい値ＴＡに対しては小さく、高周波数のしきい値ＴＢに対しては大きい特性を示す。この軌道区間ＭＢでは、高周波数の車体上下加速度の低減が必要であると判定し、空気ばねの上下変位応答倍率と加振周波数の関係から、この区間ＭＢを空気ばね絞り径を大きい値Ｂ９に設定する区間とする。
【００４６】
以上のように実測の車体上下加速度に基づいて、空気ばね絞り径の値及び絞りを切り替える制御区間を設定して、空気ばね絞り径を変更制御すればよい。図９は実測の車体上下加速度に基づいて制御区間を設定する一例であったが、車体ロール変位、車体ロール角速度、車体ロール角加速度等の実測のロール振動データに基づいても、同様に制御区間を設定することができる。
【００４７】
次に、図１０を参照して、実測の軌道不整データを用いて空気ばね絞り径の制御区間を設定する方法を説明する。図１０は実測の軌道の高低狂いのＰＳＤ波形であり、実際に検測車等により軌道の高低狂いを測定し、このＰＳＤ波形が得られる。図１０の特性１０ａは長波長域（周波数は小さい）の軌道の高低狂いが大きい区間ＰＣの軌道高低狂いＰＳＤ波形であり、特性１０ｂは短波長域（周波数は大きい）の軌道の高低狂いが大きい区間ＰＤの軌道高低狂いＰＳＤ波形である。
【００４８】
図１０の特性１０ａに関しては、長波長域の軌道の高低狂いが大きいため、低周波域の車両の上下応答加速度が大きくなる。これに対して、低周波数の車体上下加速度の低減が必要であると判定し、図４示す空気ばねの上下変位応答倍率と加振周波数の関係から、この区間ＰＣを空気ばね絞り径を小さい値Ｃ１０に設定する区間とする。
これに対し、図１０の特性１０ｂに関しては、短波長域の軌道の高低狂いが大きいため、高周波域の車両の上下応答加速度が大きくなる。高い周波数の車体上下加速度の低減が必要であると判定し、空気ばねの上下変位応答倍率と加振周波数の関係から、この区間ＰＤを空気ばね絞り径を大きい値Ｂ１０に設定する区間とする。
以上のように実測の軌道不整データに基づいて、空気ばね絞り径を切り替える区間を設定して、制御すればよい。
【００４９】
なお、本実施例では、空気ばね絞りを通常の値Ａに対して大きい値又は小さい値というように、空気ばね絞り径の値として２段階又は３段階の値に設定するものとしたが、各走行すべき軌道区間の状況に対応して空気ばね絞り径の値を多段階に設定して、空気ばね絞りを多段階制御するように構成することにより、上下乗心地又はロール乗心地をより向上することができる。
【実施例２】
【００５０】
次に、本発明の第２の実施形態を、図１１を用いて説明する。図１１において、本発明の第１の実施形態と同一の機能を有する部材に関しては同一符号を付している。
【００５１】
第２の実施形態における鉄道車両の振動制御システム２１は、主に、空気ばね１０の絞り径を変更する絞り径可変手段３０と、絞り径可変手段３０を制御する制御装置４１と、速度検出手段５１から構成される。速度検出手段５１は、鉄道車両１の走行中、車両の速度を検出し、速度情報を制御装置４１に送る。ここで、速度検出手段５１は、速度発電機等で構成すれば良い。空気ばね１０は、車体の弾性支持手段であると同時に、絞り１３の作用による上下方向振動に対する減衰力を与える減衰力付与手段としての機能を備えている。
【００５２】
制御装置４１は速度検出手段５１から送られる現在の走行速度をもとに空気ばね絞り径の目標値を算出し、絞り径可変手段３０を駆動し、空気ばねの絞り径を制御する。制御装置４１には、空気ばね絞り径を制御する速度情報及びその速度における空気ばねの絞り径の目標値が記録されている。ここで空気ばね絞り径を制御する速度情報及び空気ばね絞り径の目標値は、予め走行試験において車体上下振動又は車体ロール振動を測定し、速度に対する上下振動、ロール振動の時刻歴特性、周波数特性を把握した上で定めればよい。
【００５３】
第２の実施形態の動作、処理の流れを図１２のフローチャートを用いて説明する。まず、速度検出手段５０は、車両の現在の走行速度を検出し、走行速度の情報を制御装置４１に送る（ステップＳ２１）。
次に、制御装置４１は、送られてきた走行速度の情報と記録されている速度情報とに基づき、現在の走行速度が空気ばね絞りを変更制御する走行速度かどうかを判定する（ステップＳ２２）。
ここで、現在の走行速度が変更制御を要しない速度である場合は、空気ばね絞り径を通常の値Ａに設定する。
現在の走行速度が空気ばね絞り径を変更制御すべき速度である場合は、制御装置４１に記録されているその速度に応じた空気ばね絞り径の目標値を、空気ばね絞り径の制御指令値として設定して、絞り可変手段３０に送る（ステップＳ２３）。
絞り可変手段３０は、制御装置４１からの制御指令値に基づき、空気ばね絞り径を変更して、空気ばねの減衰力の制御を行う（ステップＳ２４）。
【００５４】
図１２のフローチャートに従った動作の時刻歴応答波形、及びタイミングチャートの一例を図１３及び図１４に示す。
まず、図１３を用いて、Ｖ１１ｋｍ／ｈ以上の高速走行時に高周波の車体上下振動が大きくなる場合に関して説明する。
【００５５】
図１３において、グラフ１３ａは横軸に距離を取るときの車両の速度、グラフ１３ｂは空気ばね絞り径の目標値、グラフ１３ｃは空気ばね絞り径を制御する場合の車体床面の上下加速度、グラフ１３ｄは参考データとして、空気ばね絞り径を制御しない場合の車体床面の上下加速度の時刻歴波形である。この場合、グラフ１３ｂに示すように車両が走行速度Ｖ１１ｋｍ／ｈ以下で走行している場合は、空気ばね絞り径の目標値を通常の値Ａ１として設定し、車両が走行速度Ｖ１１ｋｍ／ｈ以上で走行している場合は、空気ばね絞り径の目標値を通常の値Ａ１より大きな絞り径の値Ｂ１に設定する。
【００５６】
次に、グラフ１３ｃ（制御時）とグラフ１３ｄ（非制御時）を比較して、上下振動の制御効果を説明する。非制御時には、グラフ１３ｄに示すように、車両が速度Ｖ１１ｋｍ／ｈ以上で走行すると高周波の車体上下振動が大きくなっているが、制御時には、空気ばね絞り径を大きい値に切り替える効果により、非制御時に比べて高周波数の車体床面上下加速度が低減され（グラフ１３ｃにて破線丸で図示）、上下乗心地が良い状態で走行できる。空気ばね絞り径を大きな絞り径の値Ｂ１に設定することにより、図４に示した空気ばねの上下変位応答倍率と加振周波数の関係より、Ｖ１１ｋｍ／ｈ以上の高速走行時の上下高周波振動を低減することができる。
【００５７】
次に、図１４を用いて、速度Ｖ２１ｋｍ／ｈ以上速度Ｖ２２ｋｍ／ｈ以下の速度域において高周波の車体上下振動が大きくなる場合に関して説明する。
図１４において、グラフ１４ａは横軸に距離を取るときの車両の速度、グラフ１４ｂは空気ばね絞り径の目標値、グラフ１４ｃは空気ばね絞り径を制御する場合の車体床面の上下加速度、グラフ１４ｄは参考データとして、空気ばね絞り径を制御しない場合の車体床面の上下加速度の時刻歴波形である。この場合、グラフ１４ｂに示すように、車両が走行速度  速度Ｖ２１ｋｍ／ｈ以上速度Ｖ２２ｋｍ／ｈ以下の速度域で走行している場合は、空気ばね絞り径の目標値を通常の値Ａ２より大きな絞り径の値Ｂ２に設定し、他の速度域では空気ばね絞り径の目標値を通常の空気ばね絞り径Ａ２に設定する。
【００５８】
次にグラフ１４ｃ（制御時）とグラフ１４ｄ（非制御時）を比較して、上下振動の制御効果を説明する。非制御時には、車両が速度Ｖ２１ｋｍ／ｈ以上速度Ｖ２２ｋｍ／ｈ以下の速度域で走行している場合は、高周波の車体上下振動が大きくなる。例えば、この速度域で走行している場合の軌道からの加振入力周波数と車体の固有振動数が一致する場合に応答加速度が大きくなる場合がある。これに対して、制御時には空気ばね絞り径を大きい値Ｂ２に切り替え、車体・台車間の減衰を変更することにより、非制御時に比べて高周波数の車体床面上下加速度を低減し、上下乗心地が良い状態で走行することができる。
【００５９】
以上説明した第２の実施形態の鉄道車両では、走行速度に対応して空気ばね絞り径の切り替え制御を行い、空気ばねの減衰力を適正化する。このため、各走行速度に対応して、車両のサスペンションが適正化され、車体の上下加速度やロール振動を低減し、車両が走行するどの速度域でも上下乗心地やロール乗心地が良い状態に保って走行することができる。
【００６０】
なお、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態では、絞り可変手段３０を制御装置４０により制御することで空気ばね絞り径を変更して、車体、台車間の減衰力を変更するものとしたが、図１５に示すように、空気ばねと並列に車体２と台車枠３の間の上下方向に可変減衰ダンパ３１を配置し、走行区間、走行条件に対応して、可変減衰ダンパ３１の減衰力を変更して、車体、台車間の減衰力を変更するように構成しても、本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態と同等の効果が得られる。可変減衰ダンパ３１では、制御装置からの指令に応じて、ダンパの絞り弁の絞り又はダンパのリリーフ圧を変更するように構成して、ダンパの減衰力を変更するように構成すればよい。ここで図１５では、可変減衰ダンパ３１は空気ばねの外に並列に配置されるものとしたが、可変減衰ダンパ３１を空気ばね内部に配置するように構成しても、同等の効果が得られる。
【符号の説明】
【００６１】
１…鉄道車両                          ２…車体
３…台車枠                            ４…輪軸
１０…空気ばね                        １１…ベローズ
１２…ストッパゴム                    １３…絞り
１４…補助タンク                      １５…空気室
２０，２１…振動制御システム
３０…絞り可変手段                    ３１…可変減衰ダンパ
４０，４１…制御装置
５０…地点検知手段                    ５１…速度検出手段
６０…軌道制御データ
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２…空気ばね絞り径の目標値
Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍ，Ｎ…軌道区間
【図１】
2010285117.tif 000003
【図２】
2010285117.tif 000004
【図３】
2010285117.tif 000005
【図４】
2010285117.tif 000006
【図５】
2010285117.tif 000007
【図６】
2010285117.tif 000008
【図７】
2010285117.tif 000009
【図８】
2010285117.tif 000010
【図９】
2010285117.tif 000011
【図１０】
2010285117.tif 000012
【図１１】
2010285117.tif 000013
【図１２】
2010285117.tif 000014
【図１３】
2010285117.tif 000015
【図１４】
2010285117.tif 000016
【図１５】
2010285117.tif 000017