(57)【要約】【課題】  立位の人体の乗り心地を向上させることができるサスペンション制御装置を提供する。【解決手段】  左右動ダンパ６F，６Rは、車体２と台車３F，３Rとの間に設けられる。加速度センサ７F，７Rは、車体２の左右方向の加速度を検出する。コントローラ８の入力側は、加速度センサ７F，７Rに接続される。コントローラ８の出力側は、左右動ダンパ６F，６Rに接続される。コントローラ８は、加速度センサ７F，７Rによって検出された車体２の左右方向の加速度から、車体２内の立位の乗客の運動を推定する。コントローラ８は、この推定結果に基づいて、左右動ダンパ６F，６Rによる制御力を調整する。【選択図】      図１
2015120419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の車体と台車との間に設けられる制御ダンパと、
前記車体に設けられ、前記車体の振動を検出する振動検出手段と、
前記制御ダンパへの制御指令を出すコントローラと、を備えたサスペンション制御装置であって、
前記コントローラには、前記車体に乗車している立位の人の重心変動を推定する重心変動推定手段を備え、
前記重心変動推定手段による推定値と前記振動検出手段の検出値とから制御指令を求めることを特徴とする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、例えば鉄道車両等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】
従来の鉄道の振動制御装置では、車両の乗り心地を向上するために、車体の左右振動低減を制御目標にスカイフック制御やＨ∞制御等の演算を行い、これら制御演算から求められる制御指令値を基にダンパやアクチュエータを制御するシステムが実用化されている。これらの振動制御装置は、床の左右振動を効果的に低減することができる。
【０００３】
また、鉄道や自動車の分野においては、車両の上下方向の乗り心地を向上するために、車体の上下振動低減を制御目標にスカイフック制御やＨ∞制御等の演算を行い、これらの制御演算から求められる制御指令値を基にダンパやアクチュエータを制御するシステムが実用化されている。これらの振動制御装置は、床の上下振動を効果的に低減することができる。
【０００４】
さらに、上下方向の振動低減に注目したシステムにおいては、自動車の座席に着座した人間の体の振動を抑えることに注目した制御方法が考案されている（例えば、特許文献１参照）。このような制御方法には、着座した人体を質点とばねとダンパの組合せで表現し、人間の頭部における振動を最小化するように制御器を構成したものがある。また、これと同様に着座姿勢の乗員の左右方向の振動を低減することも考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２１５０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、鉄道車両の乗客は立位で乗車することが多い。立位の人体は、着座時と異なり人体が車体にホールドされていないため、人間が無意識に姿勢制御を行わない限り倒れてしまう。このように、立位の人体は、座位の人体に比べて、不安定な状態にある。
【０００７】
つり革につかまっていない立位の乗客にとって、車体と人体の接点は足元のみである。このとき、特に車体の左右の振動が乗客に対しては人体の重心回りのモーメントとして作用するため、左右の振動を受けると、人体には転倒する方向に力が作用する。
【０００８】
一度床から左右の振動が入力された立位の人体は、直後に床の左右振動が収まったとしても、そのままでは転倒してしまう。実際は人間の無意識のバランス制御により転倒までは至らないことが多いが、左右の振動入力が大きいと踏ん張りきれずに、大きな移動が生じることがある。
【０００９】
一方、着座している人体は座席の背もたれを介して車体にホールドされているため、床の左右振動が収まることで、人体の振動も収束する。つまり、立位と座位で人体の振る舞いが全く異なり、立位の場合、車体の横揺れ低減が必ずしも人体の安定に直結しない。そのため、立位の人間に対する乗り心地向上を試みる場合、従来の振動制御の対象や方法は最適ではなかった。
【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、立位の人体の乗り心地を向上させることができ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、車両の車体と台車との間に設けられる制御ダンパと、前記車体に設けられ、前記車体の振動を検出する振動検出手段と、前記制御ダンパへの制御指令を出すコントローラと、を備えたサスペンション制御装置であって、前記コントローラには、前記車体に乗車している立位の人の重心変動を推定する重心変動推定手段を備え、前記重心変動推定手段による推定値と前記振動検出手段の検出値とから制御指令を求めることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、立位の人体の乗り心地を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１，第６，第７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全体構成図である。
【図２】第１の実施の形態による鉄道車両の運動モデルを示す説明図である。
【図３】第１の実施の形態に適用される人体の運動モデルを示す説明図である。
【図４】第１の実施の形態によるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図５】人間の左右加速度の時間変化を示す特性線図である。
【図６】車体の左右加速度の時間変化を示す特性線図である。
【図７】制御入力の時間変化を示す特性線図である。
【図８】第２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全体構成図である。
【図９】第２の実施の形態による鉄道車両の運動モデルを示す説明図である。
【図１０】第３，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全体構成図である。
【図１１】第３の実施の形態による鉄道車両の運動モデルを示す説明図である。
【図１２】第３の実施の形態に適用される人体の運動モデルとしての台車型倒立振子を示す説明図である。
【図１３】第３の実施の形態に適用される車体の床面が傾斜したときの台車型倒立振子を示す説明図である。
【図１４】第４の実施の形態に適用される人体の運動モデルとしてばね要素と減衰要素を備えた倒立振子を示す説明図である。
【図１５】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全体構成図である。
【図１６】図１５中の鉄道車両に進行方向に対して斜めに傾斜した状態で立位の乗客が乗車した状態を示す全体構成図である。
【図１７】立位の乗客が進行方向に直交した状態となったときの人体の運動モデルを示す説明図である。
【図１８】立位の乗客が片足を踏み出して進行方向に直交した状態となったときの人体の運動モデルを示す説明図である。
【図１９】第８，第９の実施の形態によるコントローラの構成を示すブロック図である。
【図２０】乗客の足裏にかかる圧力とＺＭＰとの関係を示す説明図である。
【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４は本発明の第１の実施の形態を示している。図１および図２において、鉄道車両１（車両）は、例えば乗客Ｐ0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３F，３Rとを備えている。これらの台車３F，３Rは、車体２の前部側と後部側とに離間して配置される。また、各台車３F，３Rには、車軸の両端に車輪４が設けられた輪軸が２個ずつ取付けられる。このため、各台車３F，３Rには、それぞれ４個の車輪４が設けられている。鉄道車両１は、各車輪４が左，右のレール（図示せず）上を回転することにより、レールに沿って走行駆動する。なお、以下では、前側の台車３Fおよび後側の台車３Rを総称するときには、台車３iという。
【００１６】
車体２と各台車３F，３Rとの間には、複数の空気ばね５FL，５FR，５RL，５RRが設けられる。空気ばね５FL，５FRは、台車３Fの左右方向の両側にそれぞれ配置される。空気ばね５RL，５RRは、台車３Rの左右方向の両側にそれぞれ配置される。これらの空気ばね５FL，５FR，５RL，５RRは、台車３F，３Rに対して車体２を上下方向に弾性的に支持する。
【００１７】
また、車体２と各台車３F，３Rとの間には、車体２の左右方向の振動を抑えるための制御力を発生させる制御ダンパとしての減衰力可変ダンパ６F，６R（以下、左右動ダンパ６F，６Rという）が設けられる。左右動ダンパ６F，６R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。左右動ダンパ６F，６R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、車体２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。
【００１８】
即ち、左右動ダンパ６F，６Rは、台車３F，３Rに対する車体２の左右方向の振動を緩衝して低減させるように、後述のコントローラ８から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、左右動ダンパ６F，６Rは、車体２の左右方向の振動を抑えるための制御力ｕを発生させる。
【００１９】
なお、左右動ダンパ６F，６R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。以下では、左右動ダンパ６F，６Rを総称するときには、左右動ダンパ６iという。
【００２０】
加速度センサ７F，７Rは、車体２の前側および後側にそれぞれ位置して設けられる。これらの加速度センサ７F，７Rは、ヨーやスウェー等の車体２の左右方向の運動を検出する。このとき、加速度センサ７F，７Rは、車体２の振動を検出する振動検出手段を構成する。以下では、加速度センサ７F，７Rを総称するときには、加速度センサ７iという。
【００２１】
コントローラ８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７F，７Rが接続されている。また、コントローラ８の出力側には、鉄道車両１の前側と後側にそれぞれ配置された２個の左右動ダンパ６F，６Rが接続されている。そして、コントローラ８は、加速度センサ７F，７Rからの検出信号に基づいて、車体２の中に乗車している立位の乗客Ｐ0の運動を低減させるように左右動ダンパ６iの減衰力指令信号を生成し、左右動ダンパ６iの減衰力を制御する。
【００２２】
具体的には、コントローラ８は、加速度センサ７F，７Rが出力する加速度の検出信号から車体２の中に乗車している立位の乗客Ｐ0の運動を取得する。そして、コントローラ８は、後述の制御則に従って左右動ダンパ６iが発生すべき制御力ｕを演算し、左右動ダンパ６iのソレノイドに指令電流を流す。これにより、左右動ダンパ６iに任意の減衰力を発生させて車体２の左右方向の振動を制御し、車体２に乗車している立位の乗客Ｐ0の運動を低減させることができる。即ち、立位の乗客Ｐ0の乗り心地を向上させることができる。
【００２３】
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７iの出力に基づいて、左右動ダンパ６iの減衰力を制御するときの制御則について説明する。
【００２４】
本発明の第１の実施の形態における鉄道車両１の運動モデルを図２に示す。第１の実施の形態においては鉄道車両１を、図２に示すような左右の運動方向のみに着目した１／２車体モデルで近似する。
【００２５】
図２中の紙面奥行き方向が本モデルの進行方向であり、車体２の左右方向にＹ軸をとっている。本モデルでは、車体２の弾性振動は考慮せず、車体２および台車３F，３Rはいずれも剛体として扱う。
【００２６】
モデリングで用いる主な記号は、以下の表１に示す通りである。なお、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。
【００２７】
【表１】
2015120419.tif 000003
【００２８】
まず、車両１のモデリングについて説明する。車体２と台車３iの運動方程式は次式で表される。
【００２９】
【数１】
2015120419.tif 000004
【００３０】
【数２】
2015120419.tif 000005
【００３１】
これらから、次の状態方程式が得られる。
【００３２】
【数３】
2015120419.tif 000006
【００３３】
次に、立位の人体（乗客Ｐ0）が無意識に行うバランスを取る制御や、人体の運動について説明する。
【００３４】
立位の人体の運動モデルは、例えば技術文献１（杉原知道，「最良重心−ZMPレギュレータに基づく二脚運動の立位可安定性と踏み出し」，第１４回ロボティクスシンポジウム，pp.435-440）に記載されたように、例えば人体の重心ｘまわりに発生するトルクとゼロモーメントポイントｘz周りに発生するトルクに着目した図３のような運動モデルで表現される。
【００３５】
ここで、ゼロモーメントポイント（以下、ＺＭＰという）とは、左右の足裏にかかる圧力（床反力）の圧力中心、即ち、左右の足裏にかかる力を１つの力に置き換えて考えるときに、仮想的に力がかかっているとみなされる点（作用点）のことをいう。ＺＭＰの位置は、左右の足の位置内［ｘzmin，ｘzmax］に拘束される。ＺＭＰにおける力のつり合いの方程式は、次式で表される。
【００３６】
【数４】
2015120419.tif 000007
【００３７】
また、人体の重心回りの運動方程式は、次式で表される。
【００３８】
【数５】
2015120419.tif 000008
【００３９】
数５の式に、数４の式を代入すると、数６の式のようになる。
【００４０】
【数６】
2015120419.tif 000009
【００４１】
ここで、ｘは左右方向の重心の位置、ｘzは左右方向のＺＭＰの位置、ｚは重心の上下方向の位置、ｚzは上下方向のＺＭＰの位置、ｇは重力加速度、ｍは立位乗客Ｐ0の質量、Ｉyは立位乗客Ｐ0の慣性モーメントである。また、ωを次式で定義する。
【００４２】
【数７】
2015120419.tif 000010
【００４３】
これにより、人間の左右運動に関する運動方程式は、次式で表される。
【００４４】
【数８】
2015120419.tif 000011
【００４５】
図２で示したように、左右方向のみにしか変位しない車体２上に人間が存在すると仮定すると、ｚは一定、かつ、ｚz＝０と仮定できる。この仮定に基づいて、人間の左右運動に関して次の状態方程式を得ることができる。
【００４６】
【数９】
2015120419.tif 000012
【００４７】
続いて、立位の人間がバランスをとるために無意識に行っている姿勢制御について、技術文献１を参考に検討する。
【００４８】
重心およびＺＭＰは、人間がバランスを取る動作の中で位置が変化していくものである。このため、固定点（重心参照点）ｘrefを基準に人間の動きを検討できるように、重心およびＺＭＰの位置を重心参照点ｘrefに対する相対位置として次式の通りに定義し直す。但し、重心参照点ｘrefは、人体が直立して静止している場合の人体の重心位置にとる。
【００４９】
【数１０】
2015120419.tif 000013
【００５０】
続いて、ＺＭＰを、ゲインｋ1，ｋ2を用いて次のように定義する。
【００５１】
【数１１】
2015120419.tif 000014
【００５２】
数１１の式中の左辺部分（χzの上に「〜」が付されたもの）を模擬ＺＭＰと呼ぶ。数１１の式によると、人体の重心ｘが重心参照点ｘrefから離れているほど模擬ＺＭＰは人体の重心ｘと反対側の位置に設定されることを意味する。即ち、模擬ＺＭＰはχ−χzをゼロに近付ける方向に定義される。
【００５３】
数８、数１０の式より、χ−χzがゼロに近付くことは人間の左右方向の加速度（横加速度）がゼロに近付くことを意味する。即ち、模擬ＺＭＰは、立位の人間がバランスを取るために無意識に行っている姿勢制御を簡易的に表現したものである。
【００５４】
但し、この模擬ＺＭＰは、ＺＭＰの位置が左右の足の位置内［ｘzmin，ｘzmax］に拘束されることが考慮されておらず、必ずしも実際の支持状態と一致しない。そのため、ＺＭＰの拘束条件を考慮し、ＺＭＰを次のように表す。
【００５５】
【数１２】
2015120419.tif 000015
【００５６】
これが、立位の人間がバランスをとるために無意識に行っている姿勢制御を、数式上で表現する場合に、操作目標（目標ＺＭＰ）となる値である。人間が無意識に行うバランス制御は、実ＺＭＰを目標ＺＭＰに追従させるようなフィードバック制御と見ることができる。このフィードバックが成立しているとき、数９、数１０、数１１、数１２の式から重心のダイナミクスは、次の状態方程式で表される自律システムとなる。
【００５７】
【数１３】
2015120419.tif 000016
【００５８】
状態Ｓ２における極をωｑ1，ωｑ2に配置すると、ｋ1，ｋ2は次のように表される。
【００５９】
【数１４】
2015120419.tif 000017
【００６０】
支持状態を変えない乗客Ｐ0にとっては、重心の参照位置ｘrefは、車体変位ｙ2となる。そのため、数１３の式の外乱は、車体の左右加速度となる。
【００６１】
次に、図１、図２の構成を有する鉄道車両１において、加速度センサ７iの出力から左右動ダンパ６iの減衰力を制御する際の制御則について説明する。
【００６２】
数３の式で表される車体２の状態方程式と、数１３の式で表される姿勢制御を含む人体の状態方程式とを組み合わせてまとめると、次の状態方程式が得られる。
【００６３】
【数１５】
2015120419.tif 000018
【００６４】
続いて、ＬＱ制御に基づいて、この状態方程式を用いて制御則を導出する。このとき、例えば状態方程式に対して次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を与えてあげればよい。
【００６５】
【数１６】
2015120419.tif 000019
【００６６】
【数１７】
2015120419.tif 000020
【００６７】
但し、数１６および数１７の式中のベクトルｐは、以下の通りとする。
【００６８】
【数１８】
2015120419.tif 000021
【００６９】
そして、数１７の式が人体と車体２の振動を制御するための制御器である。以上の制御則によれば、制御対象を車体２の左右振動と、車体２上で立位姿勢を保とうと体を動かすことも考慮された乗客Ｐ0とし、各左右動ダンパ６iの制御力ｕを決定するため、車体２の左右振動の抑制と立位乗客Ｐ0にとっての乗り心地向上を両立させることができる。
【００７０】
なお、状態フィードバックＫは前述のＬＱ制御に限らず、ＬＱＧ制御やＨ∞制御等の各種制御理論から求めてよい。
【００７１】
次に、第１の実施の形態における制御系の構成について、制御系のブロック図を図４に示す。
【００７２】
車両１には軌道狂いや横風などの外乱と制御サスペンション（左右動ダンパ６i）による制御力ｕが入力され、乗客Ｐ0には車体２の左右方向の加速度が入力される。また、コントローラ８は、車両挙動を取得する車両挙動取得手段９、車両挙動取得手段９で取得した車体２の挙動を基に立位乗客Ｐ0の挙動を推定する立位乗客挙動推定用のオブザーバ１０、乗客Ｐ0と車体２の振動を低減するための制御演算を行う制御器１１を備える。
【００７３】
前述した加速度センサ７F，７Rを含めて車両挙動を演算する部分が車両挙動取得手段９に相当し、数１３の式を演算する部分が立位乗客挙動推定用のオブザーバ１０に相当する。即ち、オブザーバ１０が、車両１の動きから車体２に乗車している立位乗客Ｐ0の重心変動を推定する重心変動推定手段を構成している。数１７の式を演算する部分が振動を抑制するための制御器１１である。このように、本発明の特徴は、立位の乗客Ｐ0がバランスを取る動きを推定するオブザーバ１０を備えたことにある。また、本発明の特徴は、オブザーバ１０に、立位の乗客が無意識に行っているバランスを取るための制御を組み込んだことにある。
【００７４】
次に、上述した制御則における振動制御の効果を確認するために、レールの分岐点を通過するときの乗客Ｐ0および車体２の左右方向（横方向）加速度をシミュレーションに基づいて検討した。その結果を図５乃至図７に示す。ここで、図５は乗客Ｐ0の左右方向の加速度を示し、図６は車体２の左右方向の加速度（横加速度）を示し、図７は左右動ダンパ６iに対する制御入力を示している。シミュレーション結果における破線は、比較例として、車体の振動のみの低減を狙った制御則（スカイフック制御）によるものであり、実線は本発明を適用した場合の制御則によるものである。それぞれ左右動ダンパ６iは、任意の制御力ｕを発生可能なアクティブサスペンションと仮定した。
【００７５】
図６に示すように、車体２の左右方向の加速度（横加速度）の最大値は、本発明と比較例で同等である。一方、図５に示すように、本発明のほうが、比較例に比べて、乗客Ｐ0の左右方向の加速度の最大値が２０〜３０％低減できている。また、図７に示すように、図５、図６の制御効果を少ない制御力ｕで得られていることが分かる。
【００７６】
以上より、人間が無意識に行うバランスを取る制御を考慮することで、車体２の運動と人間（立位乗客Ｐ0）の乗り心地を向上することができることが分かる。
【００７７】
かくして、第１の実施の形態では、コントローラ８は、車両１の動きから立位乗客Ｐ0の挙動を推定する立位乗客挙動推定用のオブザーバ１０を備え、このオブザーバ１０による推定値と加速度センサ７F，７Rの検出値とに基づいて制御指令を求めた。このため、立位の乗客Ｐ0がバランスを取る動きを考慮して、車体２の左右方向の振動を制御することができ、立位の乗客Ｐ0の乗り心地を向上させることができる。
【００７８】
即ち、第１の実施の形態では、従来の車体２の運動方程式に加えて、人間が無意識に行うバランスを取る制御を考慮することで、車体２の運動と人間の乗り心地の両方を向上することができる。
【００７９】
なお、第１の実施の形態では、数６の式から数８の式を導出する過程で、人体の重心周りの傾きθyの変化率（ｄ2θy／ｄｔ2）をゼロと仮定し、人体の左右方向のみの運動に着目した。しかし、本発明はこれに限るものではなく、人体の傾きを考慮して人体の運動を定義してもよい。
【００８０】
さらに、第１の実施の形態では、人間が無意識に行うバランス制御をＺＭＰという指標を基に定義したが、本発明はこれに限るものではなく、例えば人間がバランスを取るための動作パターンを予め計算しておく方法等のように、人間がバランスを取るための動作を予測できるものであれば、いかなる方法を用いてもよい。
【００８１】
次に、図８および図９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、車体の前方と後方の各点に乗客が立っていることを前提に運動方程式およびオブザーバを構築し、各乗客の乗り心地を向上させるように制御器を構成したことにある。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。
【００８２】
第２の実施の形態による鉄道車両２１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３F，３R、左右動ダンパ６F，６R、加速度センサ７F，７R、コントローラ２２等を備える。
【００８３】
但し、コントローラ２２は、後述の制御則に従って、加速度センサ７F，７Rによって検出した加速度に基づいて、左右動ダンパ６F，６Rが発生すべき制御力ｕを演算し、左右動ダンパ６F，６Rに任意の減衰力を発生させる。この点で、第１の実施の形態によるコントローラ８とは異なる。
【００８４】
次に、第２の実施の形態による鉄道車両２１において、加速度センサ７F，７Rの出力に基づいて、左右動ダンパ６F，６Rの減衰力を制御するときの制御則について説明する。
【００８５】
第２の実施の形態における鉄道車両２１の運動モデルを図９に示す。第２の実施の形態では、図８の構成の鉄道車両２１を、左右の運動方向のみに着目した１／１車体モデルで近似する。１／１車両モデルを用いると、車両１のスェー、ヨー、車両前端部の乗客Ｐ0、車両後端部の乗客Ｐ0の振動を考慮することができる。
【００８６】
なお、本モデルにおいても、第１の実施の形態と同様に、車体２の弾性振動は考慮せず、車体２および台車３iはいずれも剛体として扱う。また、モデリングで用いる主な記号は表２に示す通りである。
【００８７】
【表２】
2015120419.tif 000022
【００８８】
まず、車両２１のモデリングについて説明する。図８と図９の車体２と台車３iの運動方程式に基づいて、次の状態方程式を得られる。
【００８９】
【数１９】
2015120419.tif 000023
【００９０】
数１９に示す車体２の状態方程式に、数１３に示す姿勢制御を含む人体の状態方程式を組み合わせることによって、次の状態方程式を得る。
【００９１】
【数２０】
2015120419.tif 000024
【００９２】
【数２１】
2015120419.tif 000025
【００９３】
ここで、Ｓ１Ｆは車体２の前側に乗っている乗客Ｐ0についての拘束条件であり、Ｓ１Ｒは車体２の後側に乗っている乗客Ｐ0についての拘束条件である。Ｓ１Ｆ，Ｓ１Ｒは、数１２の式で定義した状態Ｓ１の範囲である。同様に、Ｓ２Ｆ，Ｓ２Ｒは、数１２の式で定義した状態Ｓ２の範囲であり、Ｓ３Ｆ，Ｓ３Ｒは、数１２の式で定義した状態Ｓ３の範囲である。
【００９４】
第１の実施の形態と同様に、この状態方程式を用いて制御則を導出するためには、例えば、状態方程式に対して数１６の式で表せる評価関数Ｊを最小にするように、数１７の式に示す状態フィードバックＫを与えてあげればよい。但し、数１６および数１７中のベクトルｐは、以下の通りとする。そして、数１７の式が人体（乗客Ｐ0）と車体２の振動を制御するための制御器である。また、第２の実施の形態によるコントローラ２２でも、第１の実施の形態と同様に、数１３の式を演算する部分が重心変動推定手段に相当する。
【００９５】
【数２２】
2015120419.tif 000026
【００９６】
以上の制御則によれば、制御対象を車体２のヨー、スウェーと、車体２上で立位姿勢を保持しようと体を動かすことも考慮された車両前側および車両後側の乗客Ｐ0とし、各左右動ダンパ６iの制御力ｕを決定する。このため、車体２の振動モードの抑制と、立位乗客Ｐ0にとっての乗り心地向上を両立することができる。
【００９７】
かくして、第２の実施の形態では、第１の実施の形態による車体２の運動方程式に加えて、車体２の前側と後側のそれぞれにおいて、人間が無意識に行うバランスを取る制御を考慮することで、車体２の運動と人間（立位乗客Ｐ0）の乗り心地の両方を乗客Ｐ0の乗車位置に拘らず向上することができる。
【００９８】
次に、図１０ないし図１３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、車体の左右方向の動きと上下方向の動きの両方を用いて、立位の乗客の運動を抑えることにある。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。
【００９９】
第３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３F，３R、左右方向の減衰力（制御力ｕy）を発生する左右動ダンパ６F，６R、左右方向の加速度を検出する加速度センサ７F，７R、コントローラ３４等を備える。これに加えて、鉄道車両３１は、車体２の上下方向の振動を抑えるための制御力ｕzを発生させる制御ダンパとしての減衰力可変ダンパ３２FL，３２FR，３２RL，３２RR（以下、上下動ダンパ３２FL，３２FR，３２RL，３２RRという）と、車体２の右側および左側に配置されローリングやバウンシング等の車体２の上下方向の加速度を検出する加速度センサ３３L，３３Rとを備える。
【０１００】
上下動ダンパ３２FL，３２FRは、前側の台車３Fの左側と右側にそれぞれ位置して、車体２と台車３Fとの間に設けられる。上下動ダンパ３２RL，３２RRは、後側の台車３Rの左側と右側にそれぞれ位置して、車体２と台車３Rとの間に設けられる。これらの上下動ダンパ３２FL，３２FR，３２RL，３２RRは、左右動ダンパ６iとほぼ同様に、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。このため、上下動ダンパ３２FL，３２FR，３２RL，３２RR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、車体２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。
【０１０１】
即ち、上下動ダンパ３２FL，３２FR，３２RL，３２RRは、ローリングやバウンシング等のような車体２の上下方向の振動を緩衝して低減させるように、後述のコントローラ３４から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、上下動ダンパ３２FL，３２FR，３２RL，３２RRは、車体２の上下方向の振動を抑えるための制御力ｕzを発生させる。
【０１０２】
なお、上下動ダンパ３２FL，３２FR，３２RL，３２RR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。以下では、上下動ダンパ３２FL，３２FR，３２RL，３２RRを総称するときには、上下動ダンパ３２ijという。
【０１０３】
加速度センサ３３L，３３Rは、例えば車体２の進行方向の中央付近に位置して左側と右側にそれぞれ配設される。これらの加速度センサ３３L，３３Rは、ローリングやバウンシング等の車体２の上下方向の運動を検出する。このとき、加速度センサ３３L，３３Rは、加速度センサ７F，７Rと共に、車体２の振動を検出する振動検出手段を構成する。以下では、加速度センサ３３L，３３Rを総称するときには、加速度センサ３３jという。
【０１０４】
コントローラ３４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７F，７Rおよび加速度センサ３３L，３３Rが接続されている。また、コントローラ３４の出力側には、鉄道車両３１に設けられた２個の左右動ダンパ６F，６Rと４個の上下動ダンパ３２FL，３２FR，３２RL，３２RRが接続されている。そして、コントローラ３４は、加速度センサ７iが出力する左右方向の加速度と、加速度センサ３３jが出力する上下方向の加速度とに基づいて、車体２の中に乗車している立位の乗客Ｐ0の発生する力や運動を得て、後述の制御則に従って左右動ダンパ６iと上下動ダンパ３２ijが発生すべき制御力ｕy，ｕzを演算し、各ダンパ６i，３２ijに任意の減衰力を発生させる。
【０１０５】
次に、第３の実施の形態による鉄道車両３１において、加速度センサ７F，７R，３３L，３３Rの出力に基づいて、左右動ダンパ６F，６Rの減衰力と上下動ダンパ３２FL，３２FR，３２RL，３２RRの減衰力とを制御するときの制御則について説明する。
【０１０６】
第３の実施の形態における鉄道車両３１の運動モデルを図１１に示す。第３の実施の形態では、図１０の鉄道車両３１を、車体２の左右方向とロール方向に着目した１／２車体モデルで近似する。モデリングで用いる主な記号は表３の通りである。
【０１０７】
【表３】
2015120419.tif 000027
【０１０８】
まず、車両３１のモデリングについて説明する。図１１の車体２と台車３iの運動方程式は次式で表される。
【０１０９】
【数２３】
2015120419.tif 000028
【０１１０】
【数２４】
2015120419.tif 000029
【０１１１】
【数２５】
2015120419.tif 000030
【０１１２】
これらから、次の状態方程式が得られる。
【０１１３】
【数２６】
2015120419.tif 000031
【０１１４】
次に、立位の人体（乗客Ｐ0）が無意識に行うバランスを取る制御や、人体の運動について説明する。第３の実施の形態では、人間が無意識に行うバランス制御を台車型倒立振子の制御に置き換えて説明する。
【０１１５】
図１２に示すような平面内に拘束された台車型倒立振子の運動方程式は、台車Ｐ2の質量が無視できるという仮定の元に、次式で表される。
【０１１６】
【数２７】
2015120419.tif 000032
【０１１７】
但し、θは倒立振子Ｐ1と鉛直軸とのなす角であり、Ｌは軸長であり、ｘcは水平軸上の台車Ｐ2の位置である。先端位置[ｘ，ｚ]は次式で表される。
【０１１８】
【数２８】
2015120419.tif 000033
【０１１９】
【数２９】
2015120419.tif 000034
【０１２０】
数２８、数２９の式を数２７に代入すると、次式のようになる。
【０１２１】
【数３０】
2015120419.tif 000035
【０１２２】
また、θは十分小さい値と仮定すると、数２８および数２９に基づいて、θとｚは以下のように近似することができる。
【０１２３】
【数３１】
2015120419.tif 000036
【０１２４】
【数３２】
2015120419.tif 000037
【０１２５】
これらを数３０の式に代入すると、次式を得る。
【０１２６】
【数３３】
2015120419.tif 000038
【０１２７】
ここで、数３３の式と第１の実施の形態における数８の式が同じ形をしていることが分かる。即ち、ＺＭＰｘzを台車Ｐ2の位置ｘcに置き換えて考えることで、人間のバランスに関する問題は、台車型倒立振子のバランス問題と考えることができる。
【０１２８】
次に、車体２の上に乗っている乗客Ｐ0のバランス制御を、台車型倒立振子の制御として検討するために、傾斜路面上での台車型倒立振子の制御について図１３に示すような台車型倒立振子モデルにおいて検討する。
【０１２９】
図１３において台車Ｐ2の質量が無視でき、また、振子Ｐ1の回転部（台車Ｐ2上の振子Ｐ1の支持部）に粘性が存在しないと仮定すると、システムの運動エネルギーＫ、位置エネルギーＰ、散逸関数Ｖは、次式に示すようになる。但し、式中の主な記号は、表４に示す通りである。
【０１３０】
【数３４】
2015120419.tif 000039
【０１３１】
【数３５】
2015120419.tif 000040
【０１３２】
【数３６】
2015120419.tif 000041
【０１３３】
【表４】
2015120419.tif 000042
【０１３４】
また、このシステムに対するラグランジュ方程式は、次のようになる。
【０１３５】
【数３７】
2015120419.tif 000043
【０１３６】
【数３８】
2015120419.tif 000044
【０１３７】
φがほぼ０であるとして、数３４、数３５、数３６の式を、数３７、数３８の式に代入して原点近傍で線形化して整理すると、次の状態方程式が得られる。
【０１３８】
【数３９】
2015120419.tif 000045
【０１３９】
また、操作量ｆは、φとθがいずれもほぼ０である場合に、次の運動方程式で近似できる。
【０１４０】
【数４０】
2015120419.tif 000046
【０１４１】
よって、式３９の式は、次式にまとめられる。
【０１４２】
【数４１】
2015120419.tif 000047
【０１４３】
第１の実施の形態と同様に、台車型倒立振子の台車Ｐ2の位置を、参照点ｘrefに対する相対位置として次式の通りに定義し直す。
【０１４４】
【数４２】
2015120419.tif 000048
【０１４５】
すると、数４１の式は、以下のように表すことができる。
【０１４６】
【数４３】
2015120419.tif 000049
【０１４７】
続いて、台車位置χcを、ゲインｋを用いて次のように定義する。
【０１４８】
【数４４】
2015120419.tif 000050
【０１４９】
このχcを模擬台車位置と呼び、立位の人体がバランスを取るために無意識に行っている姿勢制御を、台車方倒立振子を用いて模擬したものである。
【０１５０】
ＺＭＰの制御と台車型倒立振子の制御と等価とみなすには、台車型倒立振子の制御においても模擬台車位置を人間の左右の足の位置［ｘcmin，ｘcmax］に拘束する必要がある。拘束条件および数４４の式を考慮すると、数４３の式は、次の状態方程式となる。
【０１５１】
【数４５】
2015120419.tif 000051
【０１５２】
数４５の式で定義した人体の状態方程式と、数２６の式で定義した車体の状態方程式とをｙ2＝ｘref，θ2＝φとしてまとめる。例えばＬＱ制御によれば、これらから得た制御器用の状態方程式に対して、第１の実施の形態と同様に、数１６の式で表される評価関数Ｊを最小にするように、数１７の式における状態フィードバックＫを与えてあげればよい。そして、数１７の式が人体（乗客Ｐ0）と車体２の振動を制御するための制御器である。
【０１５３】
以上の制御則によれば、制御対象を左右方向とロール方向に自由度を持つ車体２と、この車体２上で立位姿勢を保とうと体を動かすことも考慮された乗客Ｐ0とし、上下動ダンパ３２ijおよび左右動ダンパ６iの制御力ｕz，ｕyを決定する。このため、車体２の左右動およびロールの制御と、立位乗客Ｐ0にとっての乗り心地向上を両立することができる。特に、第３の実施の形態では、上下動ダンパ３２ijおよび左右動ダンパ６iの両方を用いて、立位乗客Ｐ0にとっての乗り心地向上を図ることができる。
【０１５４】
なお、数４５の式は、拘束条件毎に次数が異なる式となっている。実際に制御装置に組み込む際には次数を統一するために、例えば数４０の式を数４６の式のように記述し、数４５の式を次数のそろった形として数４７の式にまとめてもよい。
【０１５５】
【数４６】
2015120419.tif 000052
【０１５６】
【数４７】
2015120419.tif 000053
【０１５７】
このとき、Ａの値は、Ａ≒０とみなせる値で、かつ０による割り算によって演算が破綻することのない程度の大きさのものを選定する。
【０１５８】
第３の実施の形態によるコントローラ３４では、数４５または数４７の式を演算する部分が重心変動推定手段に相当する。
【０１５９】
かくして、第３の実施の形態でも、第１の実施の形態と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、車体の上下方向と左右方向の両方の動きを同時に制御することから、第１の実施の形態と比較して、人体の運動量低減において高い効果を得ることができる。
【０１６０】
なお、第３の実施の形態では、第１の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、他の実施の形態に適用してもよい。
【０１６１】
次に、図１０および図１４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、立位の人間がバランスを取るために無意識に行っている姿勢制御を、ばね要素と減衰要素に支えられた倒立振子として模擬したことにある。なお、第４の実施の形態では、前述した第３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。
【０１６２】
第４の実施の形態による鉄道車両４１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３F，３R、左右方向の減衰力を発生する左右動ダンパ６F，６R、左右方向の加速度を検出する加速度センサ７F，７R、コントローラ４２等を備える。但し、コントローラ４２は、図１４に示す人体モデルを前提に左右動ダンパ６F，６Rを制御する。この点で、第１の実施の形態と異なる。
【０１６３】
次に、立位の人体（乗客Ｐ0）が無意識に行うバランスを取る制御や、人体の運動について説明する。第４の実施の形態では、人間が無意識に行うバランス制御をばね要素Ｓと減衰要素Ｄに支えられた倒立振子Ｐ1の制御に置き換えて説明する。図１４の運動モデルにおける力の釣り合いは、次式に示す通りとなる。但し、式中の主な記号は、表５に示す通りである。
【０１６４】
【数４８】
2015120419.tif 000054
【０１６５】
【数４９】
2015120419.tif 000055
【０１６６】
【数５０】
2015120419.tif 000056
【０１６７】
【表５】
2015120419.tif 000057
【０１６８】
数４９、数５０の式は、それぞれ次のようにまとめられる。
【０１６９】
【数５１】
2015120419.tif 000058
【０１７０】
【数５２】
2015120419.tif 000059
【０１７１】
数５１、数５２の式を数４８の式に代入して、次の状態方程式を得る。
【０１７２】
【数５３】
2015120419.tif 000060
【０１７３】
数５３の式で定義した人体の状態方程式と、数３、数１８、数２６の式等で定義した車体２の状態方程式とをまとめる。例えばＬＱ制御によれば、これらから得た制御器用の状態方程式に対して、第１の実施の形態と同様に、数１６の式で表される評価関数Ｊを最小にするように、数１７の式における状態フィードバックＫを与えてあげればよい。そして、数１７の式が人体（乗客Ｐ0）と車体２の振動を制御するための制御器である。第４の実施の形態によるコントローラ４２では、数５３の式を演算する部分が重心変動推定手段に相当する。
【０１７４】
以上の制御則によれば、制御対象を車体２と車体２上で振子Ｐ1に例えられた立位姿勢を保とうとする乗客Ｐ0とし、左右動ダンパ６iの制御力ｕを決定する。このため、車体２の振動制御と、立位乗客Ｐ0にとっての乗り心地向上を両立させることができる。
【０１７５】
なお、第４の実施の形態では、第３の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、第１，第２の実施の形態に適用してもよい。
【０１７６】
次に、図１５ないし図１８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、乗客が進行方向に限らず任意の方向を向いて立っていることを前提に、人体の動きをモデル化することにある。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。
【０１７７】
第５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３F，３R、左右動ダンパ６F，６R、加速度センサ７F，７R、コントローラ５２等を備える。但し、コントローラ５２は、図１７および図１８に示す人体モデルを前提に左右動ダンパ６F，６Rを制御する。この点で、第１の実施の形態と異なる。
【０１７８】
第１の実施の形態では、図１および図３に示すように、乗客Ｐ0が車両の進行方向を向いて立っていることを前提に人体の左右方向の動きをＺＭＰでモデル化した。これに対し、第５の実施の形態では、例えば図１５および図１７に示すように、乗客Ｐ0が進行方向に対して左側または右側を向いて立っていることを前提に、人体の前後方向の動きをＺＭＰでモデル化する。
【０１７９】
第１の実施の形態では、ＺＭＰの拘束条件を図３に示すように、人間の左右の足の位置としていた。これに対し、第５の実施の形態では、図１７中のモデルに示すように、ＺＭＰの拘束条件を人体のつま先から踵までとして定義する。
【０１８０】
具体的には、図１７に示すように、人体が両足を揃えて立っている場合の拘束条件は、両足のつま先から踵までとなる。また、図１８のように、人体が片方の足を踏み出して立っている場合の拘束条件は、前側の足つま先から後側の足の踵までとなる。
【０１８１】
このような拘束条件を適用することによって、第１の実施の形態による制御を、図１５に示すように、乗客が進行方向に対して直交した左側または右側を向いて立っている場合にも適用できる。
【０１８２】
なお、図１８に示すように、人体が片方の足を踏み出して立っている状態は、乗客が進行方向と０度、９０度以外の角度をなして立っていることと等価である。車体２の左右方向の揺れに対する乗客の安定性を向上するようにダンパの制御を行う場合には、乗客の前後方向の運動には注目しなくてよい。このため、斜めを向いて立っている乗客を、図１８に示すような平面の運動モデルとして記述してよい。従って、乗客の向きに応じて拘束条件を変更することによって、第１の実施の形態による制御を、図１６のように乗客が進行方向に対して斜め側を向いて立っている場合にも適用できる。即ち、進行方向を含めた任意の方向を向いて乗客が立っている場合にも、第５の実施の形態を適用することができる。
【０１８３】
第５の実施の形態によるコントローラ５２でも、第１の実施の形態と同様に、数１３の式を演算する部分が重心変動推定手段に相当する。また、第５の実施の形態では、第１の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、他の実施の形態に適用してもよい。
【０１８４】
次に、図１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、制御対象とする車両における立位乗客の「平均的な身長、体重、向いている方向」を制御に用いる人体のモデルとして用いることにある。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。
【０１８５】
第６の実施の形態による鉄道車両６１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３F，３R、左右動ダンパ６F，６R、加速度センサ７F，７R、コントローラ６２等を備える。但し、コントローラ６２は、立位乗客の「平均的な身長、体重、向いている方向」を制御に用いる人体のモデルとし、この人体モデルを前提に左右動ダンパ６F，６Rを制御する。この点で、第１の実施の形態と異なる。
【０１８６】
第１ないし第５の実施の形態では、１人または２人の人体（乗客Ｐ0）が特定の方向を向いていることを前提に乗客をモデル化した。これに対し、実際の鉄道車両においては異なる質量や身長を持つ複数の乗客が各々ばらばらの方向を向いて乗車している。
【０１８７】
第６の実施の形態では、制御対象とする車両６１における立位乗客Ｐ0の「平均的な身長、体重、向いている方向」を制御に用いる人体のモデルとして用いる。例えば、制御対象とする車両６１が通勤電車で、扉の近くに立位乗客Ｐ0が集中し、その多くが成人であったとする。そして、扉近くの立位乗客Ｐ0の多くが扉の方向、即ち進行方向と９０度をなして立っているとする。
【０１８８】
このような車両６１では、人体モデルを乗客Ｐ0の平均身長と体重とし、また立位乗客Ｐ0の向きを図１５のように定義することで、立位乗客Ｐ0の乗り心地を効果的に向上することができる。
【０１８９】
また、制御対象とする車両６１がグリーン車などの指定席車両で、乗客Ｐ0が立位になるタイミングが車両６１内を移動するときが主だったとする。このような車両６１では立位乗客Ｐ0の向きを図１のように定義することで、立位乗客Ｐ0の乗り心地を効果的に向上することができる。
【０１９０】
なお、人体モデルは、前述したように車両６１の種類に応じて決定してもよく、例えばカメラ等によって車両６１内の立位乗客をモニタリングし、実際に乗車している立位乗客の「平均的な身長、体重、向いている方向」を特定してもよい。
【０１９１】
第６の実施の形態によるコントローラ６２でも、第１の実施の形態と同様に、数１３の式を演算する部分が重心変動推定手段に相当する。また、第６の実施の形態では、第１の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、他の実施の形態に適用してもよい。
【０１９２】
次に、図１は本発明の第７の実施の形態を示している。第７の実施の形態の特徴は、車体の横揺れの大きさや立位乗客の人数に合わせて、立位乗客の横揺れの低減のための制御ゲインと、車体の横揺れ低減のための制御ゲインとの重みを調整することにある。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。
【０１９３】
第７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３F，３R、左右動ダンパ６F，６R、加速度センサ７F，７R、コントローラ７２等を備える。但し、コントローラ７２は、車体２の横揺れや立位乗客Ｐ0の人数に合わせて、立位乗客Ｐ0の横揺れの低減のための制御ゲインと、車体２の横揺れ低減のための制御ゲインとの重みを調整する。この点で、第１の実施の形態と異なる。
【０１９４】
例えば高速鉄道車両においてトンネルを通過するときには、車体２への外乱入力が増加し、車体２の横揺れが大きく悪化する。このような場合は、人体の揺れの低減よりも車体２の横揺れの低減に左右動ダンパ６F，６Rの持てる力を集中する必要がある。また、乗車率が低く、立位乗客Ｐ0が見られないような車両においては、立位乗客Ｐ0の乗り心地を良くする必要はない。
【０１９５】
これらの点を考慮して、コントローラ７２は、車体２の横揺れが通常より大きくなる場合や立位乗客Ｐ0が少ない場合に、立位乗客Ｐ0の横揺れの低減のための制御ゲインよりも、車体２の横揺れ低減のための制御ゲインの重みを増やす。
【０１９６】
具体的には、数１６の式で表される評価関数Ｊでゲインを決定する際に、車体２と乗客Ｐ0の振動低減の重みの異なる複数通りのパラメータを準備しておく。そして、車体２の横揺れや立位乗客Ｐ0の人数に合わせて最適な重みのパラメータを選択する。
【０１９７】
なお、車体２の横揺れが通常より大きくなることの判定は、予め横揺れが大きくなる区間を記憶しておいてもよく、車体２の加速度センサ７iの情報から判断してもよい。また、立位乗客Ｐ0の有無の判定に関しても、車体２に設けた車重センサ（図示せず）によって推定してもよく、車体２の内部をカメラ（図示せず）等でモニタリングして直接測定してもよい。以上より、鉄道車両７１の乗り心地を効果的に向上することができる。
【０１９８】
第７の実施の形態によるコントローラ７２でも、第１の実施の形態と同様に、数１３の式を演算する部分が重心変動推定手段に相当する。また、第７の実施の形態では、第１の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、他の実施の形態に適用してもよい。
【０１９９】
次に、図１９は本発明の第８の実施の形態を示している。第８の実施の形態の特徴は、人体の横揺れを、可視化技術を用いて直接観察することにある。なお、第８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。
【０２００】
第８の実施の形態による鉄道車両８１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３F，３R、左右動ダンパ６F，６R、加速度センサ７F，７R、コントローラ８２等を備える。第１の実施の形態によるコントローラ８は、人体の横揺れをオブザーバ１０で推定しているが、第８の実施の形態によるコントローラ８２は、立位乗客Ｐ0の横揺れを例えばカメラ等の可視化技術を用いて直接観察する。この点で、第１の実施の形態と異なる。
【０２０１】
この場合、例えばカメラの画像から人体の横揺れを抽出し制御に利用する。コントローラ８２は、図１９のブロック図に示す構成になる。即ち、コントローラ８２は、カメラ等の可視化装置と人体の挙動を解析する画像解析手段を含む立位乗客挙動取得手段８３により直接的に人体の横揺れを測定する。このとき、立位乗客挙動取得手段８３が、車両８１に乗車している立位乗客Ｐ0が車両８１の動きにより発生する反力を推定する重心変動推定手段を構成している。
【０２０２】
以上により、人間の横揺れの測定精度が高まり、一層の乗り心地向上効果が期待できる。
【０２０３】
なお、ここでいう可視化技術とは、可視光を扱う光学カメラでもよく、超音波による立体物の測位や、赤外線等の不可視光を扱う光学カメラ等、乗客の動きを観察できるものであればいかなるものでもよい。
【０２０４】
なお、第８の実施の形態では、第１の実施の形態に適用した場合を例に挙げて説明したが、他の実施の形態に適用してもよい。
【０２０５】
次に、図１９および図２０は本発明の第９の実施の形態を示している。第９の実施の形態の特徴は、ＺＭＰを直接観察することにある。なお、第９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。
【０２０６】
第９の実施の形態による鉄道車両９１は、第９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３F，３R、左右動ダンパ６F，６R、加速度センサ７F，７R、コントローラ９２等を備える。但し、第９の実施の形態によるコントローラ９２は、第８の実施の形態のように人体の横揺れを定量化するのに加えて、ＺＭＰを直接観察する。この点で、第８の実施の形態と異なる。
【０２０７】
第９の実施の形態による鉄道車両９１には、第８の実施の形態で説明した人の横揺れを直接観察する手段に加えて、車体２の床面に床圧力センサが敷き詰められている。即ち、コントローラ９２は、カメラ等の可視化装置と人体の挙動を解析する画像解析手段と、床圧力センサを含む重心変動推定手段としての立位乗客挙動取得手段９３により、直接的にＺＭＰを観察しつつ、人体の横揺れを測定する。
【０２０８】
図２０にＺＭＰの直接観察のイメージを示す。直接観察した足裏の圧力から左右の足裏にかかる圧力（床反力）の圧力中心、即ち、左右の足裏にかかる力を１つの力に置き換えて考えるときに、仮想的に力がかかっているとみなされる点を求める。これにより、人間の横揺れ（ｄ2ｘ／ｄｔ2）とＺＭＰｘzが分かるため、数８の式を用いれば、人間の重心位置（絶対位置）を完全に推定可能となる。
【０２０９】
以上により、観測量（制御入力）の測定精度が高まり、一層の乗り心地向上効果が期待できる。
【０２１０】
また、前記各実施の形態では、左右動ダンパ６iおよび上下動ダンパ３２ij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、より効果的に車体２の振動抑制と立位乗客の乗り心地向上を図ることができる。
【０２１１】
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、コントローラは、車両の動きから車体に乗車している立位乗客Ｐ0の重心変動を推定する重心変動推定手段を備え、前記重心変動推定手段による推定値と振動検出手段の検出値とから制御指令を求める。これにより、立位の人がバランスを取るために無意識に行っている姿勢制御を考慮して、車体の振動を制御することができる。このため、車体の振動の抑制と立位乗客にとっての乗り心地向上を両立させることができる。
【０２１２】
なお、本実施の形態では、ボギー台車式の車両を例に挙げて説明した。よって、車体と台車の相対運動を考慮しなければならないため、車体の動きから車体に乗車している立位乗客Ｐ0の重心変動を推定したが、車体と台車が剛で接続されている連接台車式の場合は台車の動きから乗車している立位乗客Ｐ0の重心変動を推定してもよい。
【符号の説明】
【０２１３】
１，２１，３１，４１，５１，６１，７１，８１，９１  鉄道車両
２  車体
３F，３R  台車
４  車輪
６F，６R  減衰力可変ダンパ（左右動ダンパ）
７F，７R，３３L，３３R  加速度センサ（振動検出手段）
８，２２，３４，４２，５２，６２，７２，８２，９２  コントローラ
９  車両挙動取得手段
１０  オブザーバ（重心変動推定手段）
１１  制御器
３２FL，３２FR，３２RL，３２RR  減衰力可変ダンパ（上下動ダンパ）
８３，９３  立位乗客挙動取得手段（重心変動推定手段）
【図１】
2015120419.tif 000061
【図２】
2015120419.tif 000062
【図３】
2015120419.tif 000063
【図４】
2015120419.tif 000064
【図５】
2015120419.tif 000065
【図６】
2015120419.tif 000066
【図７】
2015120419.tif 000067
【図８】
2015120419.tif 000068
【図９】
2015120419.tif 000069
【図１０】
2015120419.tif 000070
【図１１】
2015120419.tif 000071
【図１２】
2015120419.tif 000072
【図１３】
2015120419.tif 000073
【図１４】
2015120419.tif 000074
【図１５】
2015120419.tif 000075
【図１６】
2015120419.tif 000076
【図１７】
2015120419.tif 000077
【図１８】
2015120419.tif 000078
【図１９】
2015120419.tif 000079
【図２０】
2015120419.tif 000080