(57)【要約】【課題】  台車の振動を抑制しつつ、車体の曲げ振動を抑制するサスペンション制御装置を提供する。【解決手段】  車体２の下側には台車３iを設けると共に、台車３iの左右方向の両側には、ヨーダンパ１３ijをそれぞれ設ける。車体２には、曲げ振動を検出するための加速度センサ１４〜１６と、前後方向の振動を検出するための加速度センサ１７とを設ける。台車３iには、前後方向の振動を検出する加速度センサ１８i，１９iを設ける。制御装置２０は、加速度センサ１４〜１７，１８i，１９iからの検出信号Ｇ1〜Ｇ8を用いて、車体２の曲げ振動を考慮した状態方程式を用いて最適フィードバックを得る。制御装置２０は、車体２の曲げ振動の固有値範囲で、他の周波数範囲に比べて、ヨーダンパ１３ijの減衰力を小さくするように制御する。【選択図】      図１
2014198522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の台車と車体との間に設けられ前記鉄道車両に加わるヨー方向の減衰力を調整可能なヨーダンパと、前記台車の振動を検出する台車振動検出手段と、前記台車振動検出手段によって検出した前記台車の前後方向の振動を減衰させる減衰力指令値を求めて前記ヨーダンパを制御する制御装置とからなるサスペンション制御装置であって、
前記制御装置は、
前記車体の曲げ振動の固有値範囲では、前記ヨーダンパの減衰力を小さくするように制御することを特徴とするサスペンション制御装置。
【請求項２】
前記車体の曲げ振動を検出する車体振動検出手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記台車振動検出手段によって検出した前記台車の前後方向の振動と、前記車体振動検出手段によって検出した前記車体の曲げ振動とを減衰させる減衰力指令値を求めて前記ヨーダンパを制御することを特徴とする請求項１に記載のサスペンション制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記台車振動検出手段によって検出した前記台車の前後方向の振動または前記減衰力指令値について、前記車体の曲げ振動の固有値範囲を減衰させるフィルタを備え、前記車体の曲げ振動の固有値範囲以外の周波数帯で前記ヨーダンパの減衰力を制御することを特徴とする請求項１に記載のサスペンション制御装置。
【請求項４】
前記鉄道車両の走行速度を検出する走行速度検出手段をさらに備え、
前記制御装置は、前記走行速度検出手段の検出値が所定の閾値以上のときには、前記車体の曲げ振動の固有値範囲であっても、前記ヨーダンパの減衰力を大きくするように制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のサスペンション制御装置。
【請求項５】
前記制御装置は、前記台車振動検出手段の検出値が所定の閾値以上のときには、前記車体の曲げ振動の固有値範囲であっても、前記ヨーダンパの減衰力を大きくするように制御することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のサスペンション制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の振動等を低減するのに好適に用いられるサスペンション制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速走行時の台車の安定性と車両の走行安全性を高めるために、近年の高速鉄道車両では台車にヨーダンパが取付けられている。ヨーダンパは、その粘性が高いほど高速走行時の安定性が高まる。その一方で、在来線区間や車両基地内等のように軌道の曲率が大きい区間を走行するときは、ヨーダンパは、台車が線路に合わせて回転するのを阻害するよう作用する。このため、車両の横圧が上昇して、軌道や車輪の損傷やキシリ音が発生する可能性がある。
【０００３】
この対策として、減衰力可変式のヨーダンパが採用される場合がある。このヨーダンパは、在来線軌道や車両基地内の走行時に減衰力をソフトにして使用する。減衰力は速度に依存し、高速走行時の減衰力は常にハードである。また、地点によって減衰力を可変させるという構成も知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、減衰力可変式のヨーダンパには、前述のように速度や地点に応じて減衰力を変えるものと、台車のヨー振動を検知し、このヨー振動を打ち消すように減衰力を連続的にまたは段階的に可変するものがある。後者は前者と比較して最大減衰力の大きいダンパを使用できるため、効果的にヨー振動を抑えることができ、車両の更なる高速化に貢献できる。
【０００５】
ところで、近年の鉄道の高速化と、それに伴う車両の軽量化等により、車両の剛性の低下が原因と見られる縦方向の車体の弾性振動が問題となることが増えている。この車体の弾性振動のうち、特に車体の１次曲げ振動の固有値は、人間が上下振動を敏感に感じる周波数帯（４〜８Ｈｚ）に近いため、乗り心地を悪化させる原因になっている。
【０００６】
この弾性振動に対する対策として、各種の方法が考案されている。主たる対策方法として、特許文献３のように車体の上下方向の台車−車体間の振動伝達を断つように上下方向のサスペンションの硬さを制御するもの、特許文献４のように車体曲げ振動の固有値周辺の加速度信号を不感帯として車体の振動を制御するもの、特許文献５のように車体の曲げ振動を直接打ち消すものがある。また、特許文献２のように台車の前後方向の振動に着目して、台車をダイナミックダンパとして作用させる方法等もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２８２０５９号公報
【特許文献２】特開２００４−２０３１７１号公報
【特許文献３】特開２００５−１４５３１２号公報
【特許文献４】特開平６−２３９２３１号公報
【特許文献５】特開２０００−８８０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、台車の安定性向上のためにヨーダンパを用いる場合、ヨーダンパが台車の振動を抑えるために発生する力が、車体側では車体の振動を励起させる力として作用し、結果として車体の曲げ振動を悪化させることがある。
【０００９】
また、前述したように、軌道からの上下方向の入力が車体を上下方向に揺すり、車体の曲げ振動を励起させる。車体の軽量化と高速化、左右方向の乗り心地の向上に伴って、この車体曲げ振動が問題になることが増えている。
【００１０】
本発明は、上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、台車の振動を抑制しつつ、車体の曲げ振動を抑制するサスペンション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】
【００１１】
上述した課題を解決するため、本発明は、鉄道車両の台車と車体との間に設けられ前記鉄道車両に加わるヨー方向の減衰力を調整可能なヨーダンパと、前記台車の振動を検出する台車振動検出手段と、前記台車振動検出手段によって検出した前記台車の前後方向の振動を減衰させる減衰力指令値を求めて前記ヨーダンパを制御する制御装置とからなるサスペンション制御装置であって、前記制御装置は、前記車体の曲げ振動の固有値範囲では、前記ヨーダンパの減衰力を小さくするように制御することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、台車の振動を抑制しつつ、車体の曲げ振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１，第５の実施の形態によるサスペンション制御装置が適用された鉄道車両を示す正面図である。
【図２】図１中の台車およびヨーダンパを上側からみた平面図である。
【図３】第１の実施の形態による鉄道車両のシミュレーションモデル図である。
【図４】第１の実施の形態による鉄道車両のヨーダンパを示すシミュレーションモデル図である。
【図５】図１中の台車、ヨーダンパおよび加速度センサの配置関係を示す説明図である。
【図６】車体が曲げ振動している状態を示す説明図である。
【図７】（ａ）は台車が前後方向に並進振動している状態を示す説明図であり、（ｂ）は台車がヨー方向に振動している状態を示す説明図である。
【図８】車体曲げ加速度ＰＳＤ、台車ヨー角加速度ＰＳＤおよび減衰力ＰＳＤを示す特性線図である。
【図９】本発明の第２，第６の実施の形態によるサスペンション制御装置が適用された鉄道車両を示す正面図である。
【図１０】車体曲げ加速度ＰＳＤ、台車ヨー角加速度ＰＳＤおよびノッチフィルタゲインの周波数特性を示す特性線図である。
【図１１】図９中の制御装置を示すブロック図である。
【図１２】第１の変形例による制御装置を示すブロック図である。
【図１３】第２の変形例による制御装置を示すブロック図である。
【図１４】第３の変形例による制御装置を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態によるサスペンション制御装置が適用された鉄道車両を示す正面図である。
【図１６】図１５中の制御装置が実行するヨーダンパの制御プログラムを示す流れ図である。
【図１７】本発明の第４の実施の形態によるサスペンション制御装置が適用された鉄道車両を示す正面図である。
【図１８】図１７中の制御装置が実行するヨーダンパの制御プログラムを示す流れ図である。
【図１９】本発明の第５の実施の形態による制御装置が実行するヨーダンパの制御プログラムを示す流れ図である。
【図２０】本発明の第６の実施の形態による制御装置が実行するヨーダンパの制御プログラムを示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態によるサスペンション制御装置を、添付図面に従って詳細に説明する。
【００１５】
図１ないし図８は本発明の第１の実施の形態を示している。図１において、鉄道車両１は、例えば乗客、乗員等が乗車する車体２と、車体２の下側に設けられた前側および後側の台車３1，３2とを備えている。なお、以下では、前台車３1と後台車３2を総称するときには、台車３iという。
【００１６】
図２に示すように、台車３iは、台車枠５、空気ばね６、輪軸７、軸箱１０、牽引リンク１１等を備えている。前台車３1と後台車３2は、車体２の前部側と後部側とに離間して配置され、各台車３1，３2にはそれぞれ４個の車輪８が設けられている。鉄道車両１は、各車輪８が左，右のレール４（一方のみ図示）上を回転することによりレール４に沿って、例えば前進時に矢示Ａ方向に走行駆動される。
【００１７】
台車枠５は、例えばＨ字状をなす枠体によって構成されている。具体的には、台車枠５は、左右方向に離間して設けられた右側梁５Ａおよび左側梁５Ｂと、これらの側梁５Ａ，５Ｂを連結する２本の中央横梁５Ｃ，５Ｄとにより大略構成されている。
【００１８】
空気ばね６は、台車枠５の左右方向の両側にそれぞれ設けられ、台車３iに対して車体２を上下方向に弾性的に支持する。この空気ばね６は、車体２と台車枠５との間の上下方向の振動を低減させる。
【００１９】
輪軸７は、左，右の車輪８と、これら２個の車輪８を連結する車軸９とによって構成されている。輪軸７は、台車枠５の前，後にそれぞれ配置され、軸箱１０の主軸受け（図示せず）によって回転可能に支持される。
【００２０】
軸箱１０は、輪軸７に車体２と台車３iの加重を伝達する主軸受けのハウジングである。この軸箱１０は、軸ばねおよび軸ダンパ（いずれも図示せず）によって台車枠５の側梁５Ａ，５Ｂに連結されている。
【００２１】
牽引リンク１１は、車体２に設けられた中心ピン１２と台車３iの中央横梁５Ｃ，５Ｄとの間に設けられている。この牽引リンク１１は、例えば上からみてＺ字状のリンク機構により構成され、車体２と台車３iとの間で前後方向に加わる牽引力や制動力を伝達する。また、牽引リンク１１は、台車３iに対して車体２が上下方向、左右方向、ヨー（台車旋回）方向、およびピッチング方向に相対変位する（動く）ことを許容するように、ゴムブッシュ等を用いて構成される。そして、牽引リンク１１は、車体２と台車３iとの間で牽引力や制動力を伝達できるように、車体２の中心ピン１２と台車３iの中央横梁５Ｃ，５Ｄとの間を連結している。なお、牽引リンク１１は、上からみてＩ字状のリンク機構によって構成してもよく、他のリンク機構によって構成してもよい。
【００２２】
ヨーダンパ１３11およびヨーダンパ１３12は、前台車３1の台車枠５の右側と左側にそれぞれ位置して車体２と前台車３1との間に設けられる。ヨーダンパ１３21およびヨーダンパ１３22は、後台車３2の台車枠５の右側と左側にそれぞれ位置して車体２と後台車３2との間に設けられる。なお、以下では、前部右側、前部左側、後部右側、後部左側のヨーダンパ１３11，１３12，１３21，１３22を総称するときには、ヨーダンパ１３ijという。
【００２３】
ヨーダンパ１３ijは、例えばゴムブッシュ等を介して車体２と台車３iにそれぞれ連結される。このヨーダンパ１３ijは、減衰力を個別に調整可能なシリンダ装置（例えば、セミアクティブダンパと呼ばれる減衰力調整式の油圧緩衝器）を用いて構成される。ヨーダンパ１３ijは、例えば比例ソレノイド等からなる減衰力調整バルブ（図示せず）を備え、この減衰力調整バルブは、台車３iの振動を低減するため減衰力特性をハードな特性とソフトな特性との間で任意な特性に調整する。
【００２４】
即ち、ヨーダンパ１３ijは、車体２に対する台車３iの水平方向の回転（ヨーイング）を左右方向でそれぞれ個別に緩衝して低減させるように、後述の制御装置２０から個別に出力される制御信号（指令電流）に従って減衰力が可変に制御される。これにより、ヨーダンパ１３ijは、台車３iの前後方向の振動を抑えるための制御力を発生させる。
【００２５】
なお、ヨーダンパ１３ijは、ハードな特性とソフトな特性との間で減衰力特性を連続的に調整する構成でもよく、２段階または複数段階で調整可能な構成であってもよい。
【００２６】
加速度センサ１４は、車体２の床面に設けられ、車体２の前側部に配置される。加速度センサ１５は、車体２の床面に設けられ、進行方向の中央付近に配置される。加速度センサ１６は、車体２の床面に設けられ、車体２の後側部に配置される。これらの加速度センサ１４〜１６は、車体２の１次曲げモードを算出するために使用されるものであり、それぞれの位置で上下方向の加速度を検出する。加速度センサ１７は、車体２の中央付近に配置され、車体２の前後方向の加速度を検出する。このとき、加速度センサ１４〜１７は、車体２の振動を検出する車体振動検出手段を構成する。
【００２７】
加速度センサ１８1は、前台車３1のうち、進行方向（Ｘ方向）の中央に位置して、右側端部に配置され、加速度センサ１８2は、後台車３2のうち、進行方向（Ｘ方向）の中央に位置して、右側端部に配置される。また、加速度センサ１９1は、前台車３1のうち、進行方向（Ｘ方向）の中央に位置して、左側端部に配置され、加速度センサ１９2は、後台車３2のうち、進行方向（Ｘ方向）の中央に位置して、左側端部に配置される。加速度センサ１８1，１９1は、それぞれの位置で前台車３1の前後方向の加速度を検出し、加速度センサ１８2，１９2は、それぞれの位置で後台車３2の前後方向の加速度を検出する。
【００２８】
このとき、加速度センサ１８1，１８2，１９1，１９2は、台車３1，３2の振動を検出する台車振動検出手段を構成する。なお、以下では、右側の加速度センサ１８1，１８2を総称するときには、加速度センサ１８iという。また、左側の加速度センサ１９1，１９2を総称するときには、加速度センサ１９iという。
【００２９】
制御装置２０は、例えばマイクロコンピュータ等により構成され、その入力側には加速度センサ１４〜１７，１８i，１９iが接続されている。また、制御装置２０の出力側には、鉄道車両１の前部右側、前部左側、後部右側、後部左側にそれぞれ配置された４個のヨーダンパ１３ijが接続されている。そして、制御装置２０は、加速度センサ１４〜１７，１８i，１９iからの検出信号に基づいて４個のヨーダンパ１３ijの減衰力指令信号を生成し、各ヨーダンパ１３ijの減衰力を可変に制御する。
【００３０】
具体的には、制御装置２０は、加速度センサ１４〜１７，１８i，１９iからの検出信号に基づいて、車体２と台車３iとの間に設けられたヨーダンパ１３ijへの減衰力指令値を算出し、各ヨーダンパ１３ijのソレノイドに指令電流を流す。これにより、車体２の曲げ振動と、台車３iのヨー振動が減衰され、車体２の乗り心地と台車３iの安定性を向上させることができる。
【００３１】
なお、制御装置２０は、減衰力指令値を算出する前段階として、例えば加速度取得処理、ローパスフィルタ処理（以下、ＬＰＦ処理という）、ハイパスフィルタ処理（以下、ＨＰＦ処理という）、位相補償器の処理等を行う。具体的には、加速度取得処理では、例えばＡＤ変換器等を用いて、アナログ信号からなる加速度センサ１４〜１７，１８i，１９iの検出信号をデジタル信号に変換すると共に、各種の演算処理を施して、それぞれの加速度Ｇ1〜Ｇ8を取得する。ＬＰＦ処理では、加速度Ｇ1〜Ｇ8の信号から高周波ノイズを除去する。ＨＰＦ処理では、加速度Ｇ1〜Ｇ8の信号からオフセット成分を除去する。位相補償器の処理では、ＬＰＦ処理、ＨＰＦ処理によって悪化した信号の位相特性を改善する。
【００３２】
ここで、車体２の１次曲げモードと台車３iの前後振動に関して説明する。図６は、車体２の１次曲げモードを概念的に示す図であり、車体２の中央を腹とする１次曲げ運動を表している。また、図７は、台車３iの前後振動を車体２の直上から透視してみた概念図である。図７（ａ）は台車３iの前後並振モードを表し、図７（ｂ）は台車３iのヨーイングモードを表している。制御装置２０は、これらの前後並振モードおよびヨーイングモードを含めて、台車３iの前後方向の振動を減衰させるように、ヨーダンパ１３ijを制御する。
【００３３】
車体２の曲げ振動は、台車３iを支持点として車体２を両端支持の梁としてみたときに現れる弾性振動であり、高次まである振動モードのうち、本発明では車体２の１次の振動モードに注目する。車体２の１次曲げは、主にレール４（軌道）の上下狂いが輪軸７→台車３i→車体２と伝わって励起されるものである。また、台車３iの前後振動も１次曲げに作用する。
【００３４】
次に、前述した構成を有する鉄道車両１において、加速度センサ１４〜１７，１８i，１９iの出力に基づいて、ヨーダンパ１３ijの減衰力を制御するときの制御則について説明する。
【００３５】
制御装置２０での減衰力指令値の算出に当っては、車体２の前後並振モード・上下並振モード・曲げモードと、前台車３1の上下並振モード・前後並振モード・ヨーモードと、後台車３2の上下並振モード・前後並振モード・ヨーモードと、右前ヨーダンパ１３11の前後動モードと、左前ヨーダンパ１３12の前後動モードと、右後ヨーダンパ１３21の前後動モードと、左後ヨーダンパ１３22の前後動モードとの１３自由度で鉄道車両１をモデル化し、２６次の状態方程式を用いて最適フィードバックを求めた。
【００３６】
次に、状態方程式の算出方法について説明する。図３は、本実施の形態における鉄道車両１をシミュレーション用にモデリングしたモデル図である。図中の右方向（矢示Ａ方向）が本モデルの進行方向であり、進行方向にＸ軸、車体２の上下方向にＺ軸、車体２の左右方向にＹ軸を取っている。本モデルでは、車体２の１次曲げ振動を考慮するために、車体２は梁として扱い、台車３iは剛体として扱う。
【００３７】
モデリングで用いる主な記号は表１の通りである。なお、特に注記しない限り、ｉ＝１は前台車、ｉ＝２は後台車、ｊ＝１は台車右側、ｊ＝２は台車左側、ｈ＝１は台車前側、ｈ＝２は台車後側に対応する。また、式中のドットは、時間ｔによる１階微分（ｄ／ｄｔ）を意味する。ドットが２つであれば２階微分（ｄ2／ｄｔ2）を意味する。
【００３８】
【表１】
2014198522.tif 000003
【００３９】
まず、車体２のモデリングについて説明する。車体２のモデリングに関して、車体２の梁としてのモデルは、例えば特許文献３の車体モデルと同様に、以下に示す通りである。
【００４０】
車体２を両端自由の一様な弾性はりと仮定し、慣性、内部粘性、曲げ剛性を考慮すると、車体２の長手方向の位置ｘにおける微小な車体２の上下変位ｚ（ｘ，ｔ）に対して、以下の数１の式が成り立つ。
【００４１】
【数１】
2014198522.tif 000004
【００４２】
ここで、ｆk（ｔ）は、位置Ｌkで車体２の上下方向に加わる外力であり、δ（ｘ）は、デルタ関数である。数１の式は、車体２の各モードの変位をｑBm（ｍ≧１）として、モード解析法により、以下の数２の式のように展開される。
【００４３】
【数２】
2014198522.tif 000005
【００４４】
但し、車体２の上下並進変位をｚBとし、ピッチング変位をθBとしている。ここで、車体２の１次曲げよりも高次のモード（ｍ＞３）を無視すると、車体２について、各モード（ｍ＝１，２，３）で、以下の数３〜数５の式が成り立つ。
【００４５】
【数３】
2014198522.tif 000006
【００４６】
【数４】
2014198522.tif 000007
【００４７】
【数５】
2014198522.tif 000008
【００４８】
但し、ｆAizは、位置ＬTCiでの空気ばね６による支持力である。また、ω，ζは、以下の数６の式で定義される。
【００４９】
【数６】
2014198522.tif 000009
【００５０】
また、数５の式の曲げモード固有関数は、以下の数７の式で表される。
【００５１】
【数７】
2014198522.tif 000010
【００５２】
ここで、Ｘ＝λｘ／Ｌであり、λは、振動数方程式である以下の数８の式の１次曲げモードに対応する根である。
【００５３】
【数８】
2014198522.tif 000011
【００５４】
次に、車体２の結合力のモデリングについて説明する。車体２の結合力に関しては、軸箱１０の支持部、車体２の支持部、牽引リンク１１、ヨーダンパ１３ijについてそれぞれ以下の数９〜数１１の式ように数式化する。
【００５５】
【数９】
2014198522.tif 000012
【００５６】
【数１０】
2014198522.tif 000013
【００５７】
【数１１】
2014198522.tif 000014
【００５８】
また、ヨーダンパ１３ijに関しては、ヨーダンパ１３ijの１本毎に図４のようにモデル化する。このとき、ヨーダンパ１３ijの前後力は、数１２および数１３の式のように数式化する。
【００５９】
【数１２】
2014198522.tif 000015
【００６０】
【数１３】
2014198522.tif 000016
【００６１】
但し、ヨーダンパ１３ijの車体側変位ｘDBijおよび台車側変位ｘDRijは、以下の数１４および数１５の式に示す通りである。
【００６２】
【数１４】
2014198522.tif 000017
【００６３】
【数１５】
2014198522.tif 000018
【００６４】
また、ここでヨーダンパ１３ijが車体２に伝える力ｆDBijは、セミアクティブ制御時にはcDij＝０とし、セミアクティブダンパの発生力をＦij≠０とする。一方、パッシブダンパ時にはcDij≠０とし、セミアクティブダンパの発生力をＦij＝０とする。このとき、車体２の支持部における上下力は、以下の数１６の式に示す通りになる。
【００６５】
【数１６】
2014198522.tif 000019
【００６６】
次に、運動方程式について説明する。１３自由度のモデルに対する運動方程式は、以下の数１７〜数２２の式に示す通りになる。
【００６７】
【数１７】
2014198522.tif 000020
【００６８】
【数１８】
2014198522.tif 000021
【００６９】
【数１９】
2014198522.tif 000022
【００７０】
【数２０】
2014198522.tif 000023
【００７１】
【数２１】
2014198522.tif 000024
【００７２】
【数２２】
2014198522.tif 000025
【００７３】
そして、これらの運動方程式とヨーダンパ１３ijの運動方程式により、２６個の状態量を持ち、１６個の外乱入力と４個の制御入力（ヨーダンパ１３ijの発生減衰力）をもつ次の状態方程式を得ることができる。
【００７４】
【数２３】
2014198522.tif 000026
【００７５】
但し、状態ベクトルｘr、外乱入力ｗ、制御入力ｕのベクトルは以下の数２４〜数２６の式に示す通りである。
【００７６】
【数２４】
2014198522.tif 000027
【００７７】
【数２５】
2014198522.tif 000028
【００７８】
【数２６】
2014198522.tif 000029
【００７９】
この状態方程式を用いて最適フィードバックを得るには、一般的な現代制御理論の通り、状態方程式に対して以下の数２７の式で表せる評価関数Ｊを最小にするように、状態フィードバックＫを与えればよい。
【００８０】
【数２７】
2014198522.tif 000030
【００８１】
以上の制御則によれば、車体２の曲げ振動と、台車３iの前後振動を同時に抑制することができ、乗り心地と台車３iの安定性を同時に向上することができる。
【００８２】
なお、本システムを実現するに当って、各加速度センサ１４〜１７によって検出する加速度をＧ1（車体前部、Ｚ方向）,Ｇ2（車体中央、Ｚ方向）,Ｇ3（車体後部、Ｚ方向）,Ｇ4（車体中央、Ｘ方向）とする。また、加速度センサ１８i，１９iによって検出する加速度をＧ5（前台車右部、Ｘ方向）,Ｇ6（前台車左部、Ｘ方向），Ｇ7（後台車右部、Ｘ方向）,Ｇ8（後台車左部、Ｘ方向）とする。このとき、状態ベクトルｘrの加速度成分は、それぞれ以下の数２８〜数３２の式のように求められる。状態量は、これらの加速度センサ１４〜１７，１８i，１９iによる情報から求めてもよく、適当な状態オブザーバを設計して推定してもよい。
【００８３】
【数２８】
2014198522.tif 000031
【００８４】
【数２９】
2014198522.tif 000032
【００８５】
【数３０】
2014198522.tif 000033
【００８６】
【数３１】
2014198522.tif 000034
【００８７】
【数３２】
2014198522.tif 000035
【００８８】
但し、ｄs1は加速度Ｇ5，Ｇ6を検出する加速度センサ１８1，１９1の取付け間隔であり、ｄs2は加速度Ｇ7，Ｇ8を検出する加速度センサ１８2，１９2の取付け間隔である。また、加速度センサ１４〜１７，１８i，１９i等の配置構成は、前述した状態ベクトルｘrを求めることができれば、適宜変更可能である。
【００８９】
次に、前述した制御則における振動制御結果として、車体２の曲げ加速度のパワースペクトル密度（以下、ＰＳＤという）と、台車３iのヨー角加速度のＰＳＤとを図８に示す。
【００９０】
図８において、実線が台車３iの振動と車体２の曲げ振動の両方を制御する第１の実施の形態による制御則を適用した場合を示し、破線が第１の比較例として台車３iの振動のみを制御する制御則を適用した場合を示し、二点鎖線が第２の比較例として減衰力固定の油圧ダンパをヨーダンパ１３ijに使用した場合を示し、一点鎖線が第３の比較例としてヨーダンパ１３ijを省いた場合を示している。
【００９１】
図８に示すように、第１の実施の形態では、台車３iの振動のみを制御する第１の比較例に比べて、車体２の曲げ振動が、ヨーダンパ１３ijを省いた第３の比較例と同程度まで低下する。また、第１の実施の形態では、減衰力固定のヨーダンパ１３ijに使用した第２の比較例およびヨーダンパ１３ijを省いた第３の比較例に比べて、台車３iの振動が、台車３iの振動のみを制御する第１の比較例と同程度まで低下する。
【００９２】
このように、第１の実施の形態では、台車３iの振動を低減するためにヨーダンパ１３ijの減衰力を制御しても、車体２の曲げ振動が増加することはない。即ち、第１の実施の形態では、台車３iのヨー振動を抑えつつ、車体２の曲げ振動の悪化を抑制することができる。この結果、車体２の１次曲げ振動と台車３iのヨー振動をそれぞれ低減することができる。
【００９３】
また、図８中に、ヨーダンパ１３ijの減衰力のＰＳＤも併せて示す。図８に示すように、第１の実施の形態では、台車３iの振動のみを制御する第１の比較例に比べて、車体２の曲げ振動を考慮することで車体２の曲げの固有値周辺の周波数帯域では、ヨーダンパ１３ijの減衰力が小さくなっている。
【００９４】
かくして、本実施の形態では、車体２の曲げ振動を考慮した状態方程式を用いて最適フィードバックを得るから、制御装置２０は、車体２の曲げ振動の固有値範囲では、他の周波数範囲に比べて、ヨーダンパ１３ijの減衰力を小さくすることができる。このため、車体２の曲げ振動を悪化させずに、台車３iの振動を低減することができる。この結果、車両１の軽量化、台車３iの安定化、車両１の高速化、乗り心地の向上を両立させることができる。
【００９５】
第１の実施の形態では、車体２を単純な梁として考慮したが、車体２の捻じれも考慮した運動方程式において、車体２の中心を腹として曲がる１次曲げの成分に加えて、車体２の中心が捻じれる運動モードに対してもヨーダンパ１３ijを用いてその振動を抑制してもよい。
【００９６】
次に、図９ないし図１１は本発明の第２の実施の形態を示している。第２の実施の形態の特徴は、車体の１次曲げの固有値周辺の周波数帯の信号を出力しないようなフィルタを設け、車体の１次曲げの固有値周辺の周波数範囲では、ヨーダンパの減衰力を小さくするように制御したことにある。なお、第２の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００９７】
第２の実施の形態による鉄道車両３１は、第１の実施の形態による鉄道車両１とほぼ同様に、車体２、台車３i、ヨーダンパ１３ij、加速度センサ１８i，１９i、制御装置３２等を備える。
【００９８】
但し、車体２の１次曲げモードを算出するのに利用する加速度センサ１４〜１６と、車体２の前後方向の加速度を検出する加速度センサ１７とが省かれている点で、第１の実施の形態による鉄道車両１とは異なる。
【００９９】
また、制御装置３２は、後述の制御則に従って、加速度センサ１８i，１９iによって検出した加速度Ｇ5〜Ｇ8から、ヨーダンパ１３ijが発生すべき制御力を演算し、ヨーダンパ１３ijに任意の減衰力を発生させる。
【０１００】
次に、第２の実施の形態による鉄道車両３１において、加速度センサ１８i，１９iの出力に基づいて、ヨーダンパ１３ijの減衰力を制御するときの制御則について説明する。
【０１０１】
制御装置３２は、加速度センサ１８i，１９iによって検出した加速度Ｇ5〜Ｇ8に基づいて、車体２と台車３iとの間に設けられたヨーダンパ１３ijへの減衰力指令値を算出し、各ヨーダンパ１３ijのソレノイドに指令電流を流す。これにより、台車３iの前後振動が減衰され、台車３iの安定性を向上させることができる。
【０１０２】
具体的な制御則は様々なものが使用できるが、第２の実施の形態では、スカイフック制御を用いる。本制御則では、車体２の振動モードを考慮していないため、第１の実施の形態とは異なり、車体２に設けられた加速度センサ１４〜１７が不要となり、システムの構成を簡略化することができる。
【０１０３】
しかし、例えば特許文献２のように、台車３iの前後振動の固有値が車体２の１次曲げ振動の固有値と一致するように設計された車両においては、ヨーダンパ１３ijによって台車３iの振動を抑制すると、１次曲げ振動に対する台車３iのダイナミックダンパ効果が薄れることがある。このため、１次曲げ振動が悪化する虞れがある。
【０１０４】
そこで、第２の実施の形態による制御装置３２は、車体２の１次曲げの固有値周辺の周波数成分の台車３iの振動だけは抑制しないようにする。具体的には、制御装置３２は、加速度センサ１８i，１９iによって検出した加速度Ｇ5〜Ｇ8の信号に対して、車体２の１次曲げの固有値周辺の周波数帯の信号を出力しないようなノッチフィルタ３６を設ける。これにより、車体２の１次曲げ固有値付近では、台車３iが振動してダイナミックダンパとして作用し、結果として車体２の１次曲げの悪化を防止できる。さらに、車体２の１次曲げ固有値付近以外の周波数帯では、台車３iの振動はヨーダンパ１３ijの制御によって抑えられるため、車体２の安定性も確保できる。
【０１０５】
制御装置３２の制御ブロックを図１１に示す。制御装置３２は、加速度取得部３３、ローパスフィルタ３４（以下、ＬＰＦ３４という）、ハイパスフィルタ３５（以下、ＨＰＦ３５という）、ノッチフィルタ３６、位相補償器３７、振動制御器３８、電流出力部３９を備える。
【０１０６】
加速度取得部３３は、例えばＡＤ変換器等からなり、アナログ信号からなる加速度センサ１８i，１９iの検出信号をデジタル信号に変換すると共に、各種の演算処理によって加速度Ｇ5〜Ｇ8に変換して取得する。ＬＰＦ３４は、時間変化する加速度Ｇ5〜Ｇ8の信号から高周波ノイズを除去する。ＨＰＦ３５は、加速度Ｇ5〜Ｇ8の信号からオフセット成分を除去する。
【０１０７】
ノッチフィルタ３６は、バンドエリミネーションフィルタからなり、図１０に示すように、車体２の１次曲げ固有値付近の周波数帯の信号を、他の周波数帯の信号に比べて減衰させる。このノッチフィルタ３６は、例えばマイクロコンピュータ等からなる制御装置３２内のソフトウエア処理によって実現される。このノッチフィルタ３６によって、加速度Ｇ5〜Ｇ8の信号の強度は、車体２の１次曲げ固有値付近の周波数帯の成分が他の周波数帯の成分よりも低下する。
【０１０８】
位相補償器３７は、各フィルタ３４〜３６によって悪化した位相特性を改善する。振動制御器３８は、台車３iの加速度Ｇ5〜Ｇ8の信号を台車３iの速度信号に変換した後にスカイフック制御則に基づいて振動制御演算を行う。電流出力部３９は、振動制御器３８の演算した減衰力指令値に基づいてヨーダンパ１３ijに指令電流を出力する。
【０１０９】
制御装置３２の制御則は、前述した通りであり、次に、前述した制御則における振動制御結果として、車体２の曲げ加速度のＰＳＤと、台車３iのヨー角加速度のＰＳＤとを図１０に示す。
【０１１０】
図１０において、実線がノッチフィルタ３６を用いて台車３iの振動を制御する第２の実施の形態による制御則を適用した場合を示し、破線が第４の比較例としてノッチフィルタ３６を省いて台車３iの振動を制御する制御則を適用した場合を示し、二点鎖線が第２の比較例として減衰力固定の油圧ダンパをヨーダンパ１３ijに使用した場合を示し、一点鎖線が第３の比較例としてヨーダンパ１３ijを省いた場合を示している。
【０１１１】
図１０に示すように、第２の実施の形態では、ノッチフィルタ３６を省いて台車３iの振動を制御する第４の比較例および減衰力固定のヨーダンパ１３ijに使用した第２の比較例に比べて、車体２の曲げ振動を低下させることできる。
【０１１２】
また、第２の実施の形態では、減衰力固定のヨーダンパ１３ijに使用した第２の比較例およびヨーダンパ１３ijを省いた第３の比較例に比べて、台車３iの振動を、ノッチフィルタ３６を省いて台車３iの振動を制御する第４の比較例と同程度まで低下させることできる。このように、第２の実施の形態では、車体２の１次曲げ振動と台車３iのヨー振動をそれぞれ低減できることが分かる。第２の実施の形態では、制御装置３２の制御によって、台車３iのヨー振動が低減でき、かつ車体２の１次曲げ振動がノッチフィルタ３６を省いたときに比べて改善される。
【０１１３】
かくして、このように構成される第２の実施の形態による鉄道車両３１でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、制御装置３２は、加速度センサ１８i，１９iによって検出した台車３iの前後方向の振動について、車体２の曲げ振動の固有値範囲を除去するノッチフィルタ３６を備えるから、車体２の１次曲げの固有値周辺の周波数成分の台車３iの振動だけは抑制せずに、他の周波数帯の振動を抑制することができる。これにより、台車３iの振動を抑えるときでも、車体２の曲げ固有値周辺の制御力の発生を避けることができ、車体２の曲げ振動を悪化させることがなく、台車３iの安定化と乗り心地の向上を両立させることができる。
【０１１４】
なお、第２の実施の形態では、ノッチフィルタ３６は、振動制御器３８の前段側に設け、加速度Ｇ5〜Ｇ8の信号にフィルタ処理を行う構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１２に示す第１の変形例による制御装置４１のように、車体２の１次曲げ固有値付近の周波数帯の信号を減衰させるノッチフィルタ４２を、振動制御器３８の後段側に設け、振動制御器３８が出力した減衰力指令値に対してフィルタ処理を行う構成としてもよい。
【０１１５】
また、第２の実施の形態では、制御装置３２は、加速度センサ１８i，１９iを設置した各点の振動を抑制する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１３に示す第２の変形例のように、台車３iのヨー振動を抑制する制御装置４３に適用してもよい。この場合、制御装置４３は、加速度取得部３３の後段にヨー角加速度抽出部４４を接続して設けると共に、ヨー角加速度抽出部４４と振動制御器４５との間には、車体２の１次曲げ固有値付近の周波数帯の信号を減衰させるノッチフィルタ４６を接続して設ける。これにより、制御装置４３は、ヨー角加速度抽出部４４によって台車３iのヨー運動を抽出すると共に、振動制御器４５は、抽出した台車３iのヨー振動を抑える減衰力指令値を出力する。
【０１１６】
さらに、図１４に示す第３の変形例による制御装置４７のように、第２の変形例と第１の変形例とを組み合わせてもよい。この場合、車体２の１次曲げ固有値付近の周波数帯の信号を減衰させるノッチフィルタ４８を、振動制御器４５の後段側に設け、振動制御器４５が出力した減衰力指令値に対してフィルタ処理を行う。
【０１１７】
また、第２の実施の形態および第２の変形例では、ノッチフィルタ３６，４６はＬＰＦ３４およびＨＰＦ３５よりも後段側に設けたが、ＬＰＦ３４およびＨＰＦ３５よりも前段側に設けてもよく、ＬＰＦ３４とＨＰＦ３５との間に設けてもよい。ＬＰＦ３４およびＨＰＦ３５をハードウエアのフィルタ回路によって構成する場合には、ノッチフィルタ３６，４６はＬＰＦ３４およびＨＰＦ３５よりも後段側に設けた方がよい。
【０１１８】
さらに、前記第２の実施の形態では、振動制御器４５は、スカイフック制御則によって減衰力指令値を演算する構成としたが、本発明はこれに限らず、例えばＬＱＧ制御則、Ｈ∞制御則等のような他の制御則に基づいて減衰力指令値を演算してもよい。この構成は、第１ないし第３の変形例にも適用することができる。
【０１１９】
次に、図１５および図１６は本発明の第３の実施の形態を示している。第３の実施の形態の特徴は、鉄道車両の走行速度が所定の閾値以上であるときには、車体の曲げ振動の固有値範囲であっても、ヨーダンパの減衰力を大きくするように制御したことにある。なお、第３の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１２０】
第３の実施の形態による鉄道車両５１は、第１の実施の形態による鉄道車両１とほぼ同様に、車体２、台車３i、ヨーダンパ１３ij、加速度センサ１４〜１７，１８i，１９i、制御装置５２等を備える。これに加えて、鉄道車両５１は、その走行速度Ｖを検出する走行速度検出手段としての速度センサ５３をさらに備える。速度センサ５３は、走行速度を直接的に検出するものでもよく、例えば車輪８の回転速度等から間接的に検出するものでもよい。
【０１２１】
制御装置５２は、第１の実施の形態よる制御装置２０とほぼ同様に構成され、加速度センサ１４〜１７，１８i，１９iによって検出した加速度Ｇ1〜Ｇ8に基づいて、ヨーダンパ１３ijの減衰力を制御する。このため、制御装置５２は、鉄道車両５１の走行速度Ｖが所定の閾値Ｖ0よりも低いとき（Ｖ＜Ｖ0）には、車体２の曲げ振動の固有値範囲で、ヨーダンパ１３ijの減衰力を小さくするように制御する。このとき、閾値Ｖ0は、乗り心地の快適性よりも台車３iの安定性を優先する走行速度Ｖの下限値であり、例えば実験的に求められる値である。
【０１２２】
但し、制御装置５２は、速度センサ５３によって検出した鉄道車両５１の走行速度Ｖが所定の閾値Ｖ0以上であるとき（Ｖ≧Ｖ0）には、車体２の曲げ振動の固有値範囲であっても、ヨーダンパ１３ijの減衰力を大きくするように制御する。この点で、第３の実施の形態による制御装置５２は、第１の実施の形態による制御装置２０とは異なる。
【０１２３】
制御装置５２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部（図示せず）を有し、この記憶部には、図１６に示すヨーダンパ１３ijの制御プログラム等が格納されている。そして、制御装置５２は、この制御プログラムを所定の制御周期毎に実行することによって、減衰力指令値に応じた指令電流をヨーダンパ１３ijのソレノイドに出力する。これにより、ヨーダンパ１３ijは、台車３iの振動を低減する。
【０１２４】
次に、制御装置５２が制御周期毎に実行するヨーダンパ１３ijの制御プログラムについて図１６を用いて説明する。
【０１２５】
まず、制御装置５２は、ステップ１で、加速度センサ１４〜１７，１８i，１９iの検出信号を用いて加速度Ｇ1〜Ｇ8を取得する。ステップ２で、これらの加速度Ｇ1〜Ｇ8の信号に対して、前処理としてＬＰＦ処理、ＨＰＦ処理、位相補償器の処理を行う。ステップ３では、速度センサ５３の検出信号を用いて鉄道車両５１の走行速度Ｖを取得する。
【０１２６】
続くステップ４では、走行速度Ｖが予め決められた所定の閾値Ｖ0よりも低い（Ｖ＜Ｖ0）か否かを判定する。ステップ４で「ＹＥＳ」と判定したときには、鉄道車両５１は低速走行しているから、ステップ５に移行して、台車３iの振動制御用のパラメータおよび車体２の曲げ振動制御用のパラメータを設定する。
【０１２７】
一方、ステップ４で「ＮＯ」と判定したときには、鉄道車両５１は高速走行しているから、ステップ６に移行して、車体２の曲げ振動制御用のパラメータを省いて、台車３iの振動制御用のパラメータを設定する。即ち、ステップ６では、車体２の曲げモードの変位ｑが生じても、この変位ｑがヨーダンパ１３ijの制御に反映されないようにする。
【０１２８】
続くステップ７では、ステップ５またはステップ６で設定したパラメータを用いて、振動制御の演算を行い、減衰力指令値を算出する。最後に、ステップ８では、減衰力指令値に対応した指令電流をヨーダンパ１３ijに出力する。
【０１２９】
かくして、このように構成される第３の実施の形態による鉄道車両５１でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、第３の実施の形態では、鉄道車両５１の走行速度Ｖに応じて車体２の曲げ振動を低減する度合いを切替える。即ち、制御装置５２は、鉄道車両５１が低速走行しているときには、車体２の曲げ振動の固有値範囲で、ヨーダンパ１３ijの減衰力を小さくするように制御する。このため、鉄道車両５１が低速走行しているときには、乗り心地と台車３iの安定性を両立させることができる。
【０１３０】
一方、制御装置５２は、鉄道車両５１が高速走行しているときには、車体２の曲げ振動の固有値範囲であっても、低速走行しているときに比べて、ヨーダンパ１３ijの減衰力を大きくするように制御する。このため、鉄道車両５１が高速走行しているときには、乗り心地の快適性よりも台車３iの安定性を優先させることができる。
【０１３１】
なお、車体２の曲げ振動は走行速度Ｖが高いほど増加する。このため、制御の切替えは台車３iの安定性に支障のでる走行速度Ｖのみで実施し、台車３iの安定性に支障のでない速度帯では、できる限り車体２の曲げ振動を考慮した制御則とすることが望ましい。
【０１３２】
通常、安定性に支障が出る速度帯は営業運転では使われない。このため、制御の切替えが営業運転中に行われることは稀だと考えられる。しかしながら、第３の実施の形態では、例えば営業速度以上の速度での走行試験、営業運転中における台車３iの蛇行動を励起するような予期せぬ軌道狂い等のように、特殊な状況下での台車３iの安定性を確保することができる。
【０１３３】
また、第３の実施の形態では、走行速度Ｖに応じてパラメータを切替える場合を例に挙げて説明したが、パラメータの切替えに限るものではない。例えば制御入力中の車体曲げ加速度（ｄ2ｑB／ｄｔ2）を強制的に０（零）にマスクする（ｄ2ｑB／ｄｔ2＝０）というように、車体２の曲げに対して制御がかからないようにできるのであれば、いかなる手段も採用することができる。
【０１３４】
また、第３の実施の形態では、車体２の曲げ制御の有無を走行速度Ｖに応じて２通りで切替える場合を例に挙げて説明したが、走行速度Ｖに応じて複数段階または連続的にパラメータを切替えてもよい。
【０１３５】
次に、図１７および図１８は本発明の第４の実施の形態を示している。第４の実施の形態の特徴は、鉄道車両の走行速度に応じてノッチフィルタの効き具合を切替えることにある。なお、第４の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１３６】
第４の実施の形態による鉄道車両６１は、第２の実施の形態による鉄道車両３１とほぼ同様に、車体２、台車３i、ヨーダンパ１３ij、加速度センサ１８i，１９i、制御装置６２等を備える。これに加えて、鉄道車両６１は、その走行速度Ｖを検出する走行速度検出手段としての速度センサ６３をさらに備える。速度センサ６３は、第３の実施の形態による速度センサ５３とほぼ同様である。
【０１３７】
制御装置６２は、第２の実施の形態よる制御装置３２とほぼ同様に構成される。この制御装置６２は、加速度センサ１８i，１９iによって検出した加速度Ｇ5〜Ｇ8に基づいて、ヨーダンパ１３ijの減衰力を制御する。具体的には、制御装置６２は、鉄道車両６１の走行速度Ｖが所定の閾値Ｖ0よりも低いとき（Ｖ＜Ｖ0）には、車体２の曲げ振動の固有値範囲で、ヨーダンパ１３ijの減衰力を小さくするように制御する。
【０１３８】
但し、制御装置６２は、速度センサ６３によって検出した鉄道車両６１の走行速度Ｖが所定の閾値Ｖ0以上であるとき（Ｖ≧Ｖ0）には、車体２の曲げ振動の固有値範囲であっても、ヨーダンパ１３ijの減衰力を大きくするように制御する。この点で、第４の実施の形態による制御装置６２は、第２の実施の形態による制御装置３２とは異なる。
【０１３９】
制御装置６２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部（図示せず）を有し、この記憶部には、図１８に示すヨーダンパ１３ijの制御プログラム等が格納されている。そして、制御装置６２は、この制御プログラムを所定の制御周期毎に実行することによって、減衰力指令値に応じた指令電流をヨーダンパ１３ijのソレノイドに出力する。これにより、ヨーダンパ１３ijは、台車３iの振動を低減する。
【０１４０】
次に、制御装置６２が制御周期毎に実行するヨーダンパ１３ijの制御プログラムについて図１８を用いて説明する。
【０１４１】
まず、制御装置６２は、ステップ１１で、加速度センサ１８i，１９iの検出信号を用いて加速度Ｇ5〜Ｇ8を取得する。ステップ１２で、これらの加速度Ｇ5〜Ｇ8の信号に対して、前処理としてＬＰＦ処理、ＨＰＦ処理、位相補償器の処理を行う。ステップ１３では、速度センサ６３の検出信号を用いて鉄道車両６１の走行速度Ｖを取得する。
【０１４２】
続くステップ１４では、走行速度Ｖが予め決められた所定の閾値Ｖ0よりも低い（Ｖ＜Ｖ0）か否かを判定する。ステップ１４で「ＹＥＳ」と判定したときには、鉄道車両６１は低速走行しているから、ステップ１５に移行する。ステップ１５では、加速度Ｇ5〜Ｇ8の信号に対して、第２の実施の形態によるノッチフィルタ３６と同様なフィルタ処理を行い、車体２の１次曲げ固有値付近の周波数帯の信号を、他の周波数帯の信号に比べて減衰させる。このため、第４の実施の形態では、ステップ１５の処理が、本発明のフィルタに相当する。ノッチフィルタの処理が終了するとステップ１６に移行する。
【０１４３】
一方、ステップ１４で「ＮＯ」と判定したときには、鉄道車両６１は高速走行している。このため、車体２の曲げ振動を考慮したノッチフィルタの処理を行わず、そのままステップ１６に移行する。
【０１４４】
続くステップ１６では、ステップ１５によってノッチフィルタ処理を行った加速度Ｇ5〜8の信号、またはノッチフィルタ処理を行わない加速度Ｇ5〜8の信号を用いて、振動制御の演算を行い、減衰力指令値を算出する。最後に、ステップ１７では、減衰力指令値に対応した指令電流をヨーダンパ１３ijに出力する。
【０１４５】
かくして、このように構成される第４の実施の形態による鉄道車両６１でも、第１および第３の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【０１４６】
なお、第４の実施の形態では、第２の実施の形態による制御装置３２とほぼ同様な制御装置６２に適用した場合を例に挙げて説明したが、第１ないし第３の変形例による制御装置４１，４３，４７に適用してもよい。第４の実施の形態を第１，第３の変形例による制御装置４１，４７に適用する場合には、ステップ１６の振動制御演算をステップ１４の前に行えばよい。
【０１４７】
また、第４の実施の形態では、ノッチフィルタの処理の有無を走行速度Ｖに応じて２通りで切替える例を挙げたが、走行速度Ｖに応じて複数段階または連続的にノッチフィルタの処理を切替えてもよい。
【０１４８】
次に、図１および図１９は本発明の第５の実施の形態を示している。第５の実施の形態の特徴は、台車の振動が所定の閾値以上であるときには、車体の曲げ振動の固有値範囲であっても、ヨーダンパの減衰力を大きくするように制御したことにある。なお、第５の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１４９】
第５の実施の形態による鉄道車両７１は、第１の実施の形態による鉄道車両１とほぼ同様に、車体２、台車３i、ヨーダンパ１３ij、加速度センサ１４〜１７，１８i，１９i、制御装置７２等を備える。
【０１５０】
制御装置７２は、第１の実施の形態よる制御装置２０とほぼ同様に構成され、加速度センサ１４〜１７，１８i，１９iによって検出した加速度Ｇ1〜Ｇ8に基づいて、ヨーダンパ１３ijの減衰力を制御する。このため、制御装置７２は、台車３iの振動として、台車３iのヨー角加速度パワーＰが所定の閾値Ｐ0よりも小さいとき（Ｐ＜Ｐ0）には、車体２の曲げ振動の固有値範囲で、ヨーダンパ１３ijの減衰力を小さくするように制御する。
【０１５１】
このとき、台車３iのヨー角加速度パワーＰは、加速度センサ１８i，１９iからの検出信号（加速度Ｇ5〜Ｇ8）によって求められる。また、閾値Ｐ0は、乗り心地の快適性よりも台車３iの安定性を優先するヨー角加速度パワーＰの下限値であり、例えば実験的に求められる値である。
【０１５２】
但し、制御装置７２は、台車３iのヨー角加速度パワーＰが所定の閾値Ｐ0以上であるとき（Ｐ≧Ｐ0）には、車体２の曲げ振動の固有値範囲であっても、ヨーダンパ１３ijの減衰力を大きくするように制御する。この点で、第５の実施の形態による制御装置７２は、第１の実施の形態による制御装置２０とは異なる。
【０１５３】
制御装置７２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部（図示せず）を有し、この記憶部には、図１９に示すヨーダンパ１３ijの制御プログラム等が格納されている。そして、制御装置７２は、この制御プログラムを所定の制御周期毎に実行することによって、減衰力指令値に応じた指令電流をヨーダンパ１３ijのソレノイドに出力する。これにより、ヨーダンパ１３ijは、台車３iの振動を低減する。
【０１５４】
次に、制御装置７２が制御周期毎に実行するヨーダンパ１３ijの制御プログラムについて図１９を用いて説明する。
【０１５５】
まず、制御装置７２は、ステップ２１で、加速度センサ１４〜１７，１８i，１９iの検出信号を用いて加速度Ｇ1〜Ｇ8を取得する。ステップ２２で、これらの加速度Ｇ1〜Ｇ8の信号に対して、前処理としてＬＰＦ処理、ＨＰＦ処理、位相補償器の処理を行う。ステップ２３では、加速度センサ１８i，１９iによる加速度Ｇ5〜Ｇ8を用いて、前台車３1と後台車３2のヨー角加速度パワーＰをそれぞれ算出する。
【０１５６】
続くステップ２４では、前台車３1と後台車３2のヨー角加速度パワーＰのうち、大きい方が予め決められた所定の閾値Ｐ0よりも低い（Ｐ＜Ｐ0）か否かを判定する。ステップ２４で「ＹＥＳ」と判定したときには、台車３iの振動レベルが小さいから、ステップ２５に移行して、台車３iの振動制御用のパラメータおよび車体２の曲げ振動制御用のパラメータを設定する。
【０１５７】
一方、ステップ２４で「ＮＯ」と判定したときには、台車３iの振動レベルが大きいから、ステップ２６に移行して、車体２の曲げ振動制御用のパラメータを省いて、台車３iの振動制御用のパラメータを設定する。このステップ２６の処理は、前述した第３の実施の形態によるステップ６と同様である。
【０１５８】
続くステップ２７では、ステップ２５またはステップ２６で設定したパラメータを用いて、振動制御の演算を行い、減衰力指令値を算出する。最後に、ステップ２８では、減衰力指令値に対応した指令電流をヨーダンパ１３ijに出力する。
【０１５９】
かくして、このように構成される第５の実施の形態による鉄道車両７１でも、第１の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。また、第５の実施の形態では、台車３iの振動レベルに応じて車体２の曲げ振動を低減する度合いを切替える。即ち、制御装置７２は、台車３iの振動レベルが小さいときには、車体２の曲げ振動の固有値範囲で、ヨーダンパ１３ijの減衰力を小さくするように制御する。このため、台車３の振動レベルが小さいときには、乗り心地と台車３iの安定性を両立させることができる。
【０１６０】
一方、制御装置７２は、台車３iの振動レベルが大きいときには、車体２の曲げ振動の固有値範囲であっても、台車３iの振動レベルが小さいときに比べて、ヨーダンパ１３ijの減衰力を大きくするように制御する。このため、台車３iの振動レベルが大きいときには、乗り心地の快適性よりも台車３iの安定性を優先させることができる。
【０１６１】
なお、第５の実施の形態では、台車３iの振動に応じてパラメータを切替える場合を例に挙げて説明したが、パラメータの切替えに限るものではない。例えば制御入力中の車体曲げ加速度（ｄ2ｑB／ｄｔ2）を強制的に０（零）にマスクする（ｄ2ｑB／ｄｔ2＝０）というように、車体２の曲げに対して制御がかからないようにできるのであれば、いかなる手段も採用することができる。
【０１６２】
また、第５の実施の形態では、台車３iの振動に応じて２通りで切替える場合を例に挙げて説明したが、台車３iの振動に応じて複数段階または連続的にパラメータを切替えてもよい。
【０１６３】
次に、図９および図２０は本発明の第６の実施の形態を示している。第６の実施の形態の特徴は、台車の振動に応じてノッチフィルタの効き具合を切替えることにある。なお、第６の実施の形態では、前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【０１６４】
第６の実施の形態による鉄道車両８１は、第２の実施の形態による鉄道車両３１とほぼ同様に、車体２、台車３i、ヨーダンパ１３ij、加速度センサ１８i，１９i、制御装置８２等を備える。
【０１６５】
制御装置８２は、第２の実施の形態よる制御装置３２とほぼ同様に構成される。この制御装置８２は、加速度センサ１８i，１９iによって検出した加速度Ｇ5〜Ｇ8に基づいて、ヨーダンパ１３ijの減衰力を制御する。具体的には、制御装置８２は、台車３iの振動として、台車３iのヨー角加速度パワーＰが所定の閾値Ｐ0よりも小さいとき（Ｐ＜Ｐ0）には、車体２の曲げ振動の固有値範囲で、ヨーダンパ１３ijの減衰力を小さくするように制御する。
【０１６６】
但し、制御装置８２は、台車３iのヨー角加速度パワーＰが所定の閾値Ｐ0以上であるとき（Ｐ≧Ｐ0）には、車体２の曲げ振動の固有値範囲であっても、ヨーダンパ１３ijの減衰力を大きくするように制御する。この点で、第６の実施の形態による制御装置８２は、第２の実施の形態による制御装置３２とは異なる。
【０１６７】
制御装置８２は、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなる記憶部（図示せず）を有し、この記憶部には、図２０に示すヨーダンパ１３ijの制御プログラム等が格納されている。そして、制御装置８２は、この制御プログラムを所定の制御周期毎に実行することによって、減衰力指令値に応じた指令電流をヨーダンパ１３ijのソレノイドに出力する。これにより、ヨーダンパ１３ijは、台車３iの振動を低減する。
【０１６８】
次に、制御装置８２が制御周期毎に実行するヨーダンパ１３ijの制御プログラムについて図２０を用いて説明する。
【０１６９】
まず、制御装置８２は、ステップ３１で、加速度センサ１８i，１９iの検出信号を用いて加速度Ｇ5〜Ｇ8を取得する。ステップ３２で、これらの加速度Ｇ5〜Ｇ8の信号に対して、前処理としてＬＰＦ処理、ＨＰＦ処理、位相補償器の処理を行う。ステップ２３では、加速度センサ１８i，１９iによる加速度Ｇ5〜Ｇ8を用いて、前台車３1と後台車３2のヨー角加速度パワーＰをそれぞれ算出する。
【０１７０】
続くステップ３４では、前台車３1と後台車３2のヨー角加速度パワーＰのうち、大きい方が予め決められた所定の閾値Ｐ0よりも低い（Ｐ＜Ｐ0）か否かを判定する。ステップ３４で「ＹＥＳ」と判定したときには、台車３iの振動レベルが小さいから、ステップ３５に移行する。ステップ３５では、加速度Ｇ5〜Ｇ8の信号に対して、第２の実施の形態によるノッチフィルタ３６と同様なフィルタ処理を行い、車体２の１次曲げ固有値付近の周波数帯の信号を、他の周波数帯の信号に比べて減衰させる。このため、第６の実施の形態では、ステップ３５の処理が、本発明のフィルタに相当する。ノッチフィルタの処理が終了するとステップ３６に移行する。
【０１７１】
一方、ステップ３４で「ＮＯ」と判定したときには、台車３iの振動レベルが大きい。このため、車体２の曲げ振動を考慮したノッチフィルタの処理を行わず、そのままステップ３６に移行する。
【０１７２】
続くステップ３６では、ステップ３５によってノッチフィルタ処理を行った加速度Ｇ5〜Ｇ8の信号、またはノッチフィルタ処理を行わない加速度Ｇ5〜Ｇ8の信号を用いて、振動制御の演算を行い、減衰力指令値を算出する。最後に、ステップ３７では、減衰力指令値に対応した指令電流をヨーダンパ１３ijに出力する。
【０１７３】
かくして、このように構成される第６の実施の形態による鉄道車両８１でも、第１および第５の実施の形態とほぼ同様の作用効果を得ることができる。
【０１７４】
なお、第６の実施の形態では、第２の実施の形態による制御装置３２とほぼ同様な制御装置８２に適用した場合を例に挙げて説明したが、第１ないし第３の変形例による制御装置４１，４３，４７に適用してもよい。第６の実施の形態を第１，第３の変形例による制御装置４１，４７に適用する場合には、ステップ３６の振動制御演算をステップ３４の前に行えばよい。
【０１７５】
また、第６の実施の形態では、ノッチフィルタの処理の有無を台車３iの振動に応じて２通りで切替える例を挙げたが、台車３iの振動に応じて複数段階または連続的にノッチフィルタの処理を切替えてもよい。
【０１７６】
また、前記第５および第６の実施の形態では、台車３iの振動に応じて、車体２の曲げ振動を抑制する乗り心地制御を行うか否かを切替える構成とした。本発明はこれに限らず、台車３iの振動に加えて、走行速度に応じて、車体２の曲げ振動を抑制する乗り心地制御を行うか否かを切替える構成としてもよい。即ち、第５の実施の形態に第３の実施の形態を組み合わせてもよく、第６の実施の形態に第４の実施の形態を組み合わせてもよい。
【０１７７】
また、前記各実施の形態では、ヨーダンパ１３ijがセミアクティブダンパである場合を例に挙げて説明したが、これに代えて、アクティブダンパ（電気アクチュエータ、油圧アクチュエータのいずれか）を用いるようにしてもよい。アクティブダンパを用いる場合には、より効果的に乗り心地と台車３iの安定性を向上させることができる。
【０１７８】
次に、前記各実施の形態に含まれる発明について記載する。本発明によれば、制御装置は、車体の曲げ振動の固有値範囲では、ヨーダンパの減衰力を小さくするように制御する。このとき、制御装置は、台車振動検出手段によって検出した台車の振動を減衰させるようにヨーダンパの減衰力を制御する。これにより、台車の振動を抑制して、台車を安定させることができる。一方、制御装置は、車体の曲げ振動の固有値範囲では、他の周波数範囲に比べて、ヨーダンパの減衰力を小さくする。このため、台車の振動を抑制するためにヨーダンパの減衰力を制御しても、車体の曲げ振動が増加することがなくなる。この結果、車体の曲げ振動を抑制して、乗り心地を向上することができるから、車両の軽量化と高速化を図ったときでも、台車の安定化と乗り心地の向上を両立させることができる。
【０１７９】
本発明によれば、車体の曲げ振動を検出する車体振動検出手段をさらに備え、制御装置は、台車振動検出手段によって検出した台車の前後方向の振動と、車体振動検出手段によって検出した車体の曲げ振動とを減衰させる減衰力指令値を求めてヨーダンパを制御する。これにより、制御装置は、車体の曲げ振動と台車の振動の両方を抑制するように、ヨーダンパを積極的に制御することができる。
【０１８０】
本発明によれば、制御装置は、台車振動検出手段によって検出した台車の前後方向の振動または減衰力指令値について、車体の曲げ振動の固有値範囲を減衰させるフィルタを備え、車体の曲げ振動の固有値範囲以外の周波数帯でヨーダンパの減衰力を制御する。これにより、台車の振動を抑えるときでも、車体の曲げ固有値周辺の制御力の発生を避けることで、車体の曲げ振動を悪化させることがなく、台車の安定化と乗り心地の向上を両立させることができる。
【０１８１】
本発明によれば、鉄道車両の走行速度を検出する走行速度検出手段をさらに備え、制御装置は、走行速度検出手段の検出値が所定の閾値以上のときには、車体の曲げ振動の固有値範囲であっても、ヨーダンパの減衰力を大きくするように制御する。このため、鉄道車両が低速走行しているときには、車体の曲げ振動を考慮しながら、台車の振動を抑制することができ、乗り心地の向上と台車の安定性を両立させることができる。一方、鉄道車両が高速走行しているときには、車体の曲げ振動を考慮せずに、台車の振動を抑制し、乗り心地の快適性よりも台車の安定性を優先させることができる。
【０１８２】
本発明によれば、制御装置は、台車振動検出手段の検出値が所定の閾値以上のときには、車体の曲げ振動の固有値範囲であっても、ヨーダンパの減衰力を大きくするように制御する。このため、台車の振動が小さいときには、車体の曲げ振動を考慮しながら、台車の振動を抑制することができ、乗り心地の向上と台車の安定性を両立させることができる。一方、台車の振動が大きいときには、車体の曲げ振動を考慮せずに、台車の振動を抑制し、乗り心地の快適性よりも台車の安定性を優先させることができる。
【符号の説明】
【０１８３】
１，３１，５１，６１，７１，８１  鉄道車両
２  車体
３i  台車
５  台車枠
６  空気ばね
８  車輪
１０  軸箱
１１  牽引リンク
１３ij  ヨーダンパ
１４〜１７  加速度センサ（車体振動検出手段）
１８i，１９i  加速度センサ（台車振動検出手段）
２０，３２，４１，４３，４７，５２，６２，７２，８２  制御装置
３６，４２，４６，４８  ノッチフィルタ（フィルタ）
５３，６３  速度センサ（走行速度検出手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2014198522.tif 000048
【図１４】
2014198522.tif 000049
【図１５】
2014198522.tif 000050
【図１６】
2014198522.tif 000051
【図１７】
2014198522.tif 000052
【図１８】
2014198522.tif 000053
【図１９】
2014198522.tif 000054
【図２０】
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