(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、該車体の前部と後部に離間して配置されて該車体を左右上下方向に変位可能に支持する第１及び第２台車とを有する鉄道車両における前記車体の振動を制御する振動制御装置であって、
前記車体と前記第１及び前記第２台車との間にそれぞれ連結されて、これらの振動を制御する第１台車側及び第２台車側減衰力可変ダンパと、前記車体の前部側及び後部側の振動状態を検出する第１及び第２検出手段と、前記第１台車側及び第２台車側減衰力可変ダンパの減衰力を制御して前記車体の振動を抑制するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記鉄道車両の走行中に、前記第１台車側または第２台車側減衰力可変ダンパの一方の制御を停止し、他方の制御を続行して、この間の前記第１検出手段と前記第２検出手段との検出値を比較することにより、前記振動制御装置の健全性を判定する自己診断モードを有していることを特徴とする鉄道車両用振動制御装置。
【請求項２】
前記第１台車側及び第２台車側減衰力可変ダンパは、左右方向の変位に対し減衰力を発生する減衰力可変ダンパであ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】
前記第１台車側及び第２台車側減衰力可変ダンパは、上下方向の変位に対し減衰力を発生する減衰力可変ダンパであ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の振動を抑制するための鉄道車両用振動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両は、軌道の不整、空気力加振による外乱等によって車体の上下、左右に様々な振動を生じるが、近年、高速運行化に伴い、これらの振動の抑制の要求が高まっており、特に、車体の左右方向の振動の抑制は、乗り心地及び走行安定性の両面から重要な課題の１つとなっている。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１に記載されているように、走行中の車体の左右方向の振動を抑制するための鉄道車両用振動制御装置が種々提案されている。この鉄道車両用振動制御装置は、輪軸が装着された台車によって車体が左右方向に変位可能に支持され、車体と台車との間に減衰係数が調整可能な減衰力可変ダンパ及びアクチュエータが連結されている。また、車体の左右方向の加速度を検出する横加速度センサ及び台車と車体との変位を検出する変位センサ等の走行中の車両状態を検出する各種センサが設けられ、これらのセンサの検出に基づいて、コントローラによって減衰力可変ダンパの減衰力及びアクチュエータの推力を制御することによって車体の振動を抑制する。
【０００４】
また、鉄道車両用振動制御装置は、車両運行上、アクチュエータ、減衰力可変ダンパ、加速度センサ、変位センサ等のシステム構成要素の健全性すなわち正常な作動を随時診断可能な自己診断機能を備えることが望まれている。そこで、上記特許文献１に記載された鉄道車両用振動制御装置では、コントローラは、自己診断モードにおいて、停車中に、車体の前後の一方の台車のアクチュエータを停止し、他方の台車のアクチュエータを作動させて車体を加振し、ストロークセンサによって検出した車体と台車との相対変位を所定の基準値と比較することにより、アクチュエータの健全性、ひいてはシステムの健全性を診断するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３３７９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に記載された技術は、健全性を診断する際、アクチュエータによって車体を加振する必要があるため、アクチュエータを備えていな所謂セミアクティブダンパ制御を行なう振動制御装置には適用することができない。また、停車中でなければ健全性を診断することが出来なかった。また、より簡単かつ確実に健全性の診断を行うことができる振動制御装置が望まれている。
【０００７】
本発明は、アクチュエータの作動を必要とせず、より簡単かつ確実に健全性の診断を行なうことができる鉄道車両用振動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するために、本発明に係る鉄道車両用振動制御装置は、車体と、該車体の前部及び後部に配置されて該車体を左右方向に変位可能に支持する第１及び第２台車と、前記車体と前記第１及び前記第２台車との間にそれぞれ連結されて、これらの左右方向の振動を制御する減衰力可変ダンパと、前記車体の前部側及び後部側の振動状態を検出する第１及び第２検出手段と、前記減衰力可変ダンパの減衰力を制御して前記車体の左右方向の振動を抑制するコントローラとを備え、
前記コントローラは、当該車両の走行中に、前記車体の前後の台車の一方の前記減衰力可変ダンパの制御を停止し、他方の前記減衰力可変ダンパの制御を続行して、この間の前記第１検出手段と前記第２検出手段との検出値を比較することにより、当該制御装置の健全性を判定する自己診断モードを有していることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る鉄道車両用振動制御装置によれば、アクチュエータの作動を必要とせず、より簡単かつ確実に健全性の診断を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態に係る鉄道車両用振動制御装置の概略図である。
【図２】図１に示す鉄道車両用振動制御装置が装着される鉄道車両の前後の台車を示す平面図である。
【図３】図１に示す鉄道車両用振動制御装置のコントローラによる制御を示すブロック図である。
【図４】図１に示す鉄道車両用振動制御装置のコントローラによる自己診断モードの制御を示すフローチャートである。
【図５】本発明の他の実施形態に係る鉄道車両用振動制御装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２に示すように、本発明に係る鉄道車両用振動制御装置が適用された鉄道車両１は、車体２の前部及び後部に、それぞれ輪軸３が装着された第１及び第２台車である台車４が取付けられている。なお、図２において、車体２の前部に設けられた各要素については、その符号の末尾に符号Ｆを付し、車体２の後部に設けられた各要素については、その符号を末尾にＲを付して、適宜これらを区別して説明する。
【００１２】
台車４は、車体２に対して、鉛直軸回りに回動可能であり、また、上下方向及び左右方向に一定の変位が可能なように連結されており、空気バネ５によって車体２を支持している。なお、空気バネ５に替えてコイルバネなどを用いても良い。車体２と台車４との間には、減衰力可変ダンパ６、７が連結されている。減衰力可変ダンパ６、７は、車体２に固定された中心ピン８と台車４に固定された支柱９、１０との間にそれぞれ結合されており、車体２と台車４との左右方向の相対変位に対して、減衰力可変ダンパ６、７がストロークして減衰力を作用させるようになっている。一方の減衰力可変ダンパ６には、車体２と台車４との間の左右方向の相対変位を検出するストロークセンサ１１が設けられている。更に、車体２には、車体２の前部及び後部それぞれの左右方向の加速度を検出する第１及び第２検出手段である加速度センサ１２が設けられ、また、ストロークセンサ１１及び加速度センサ１２からの入力信号に基づいて減衰力可変ダンパ６、７の減衰力を制御するコントローラ１３が設けられている。
なお、減衰力可変ダンパ６、７のダンパの何れか一方をパッシブダンパとしてもよい。この場合、各ダンパは、伸縮方向に同様の減衰力特性を持つことが望ましい。
【００１３】
減衰力可変ダンパ６、７は、ソレノイドバルブ等の減衰力切換弁を有し、制御電流に応じて減衰力を少なくとも２段階に切換可能な油圧ダンパである。本実施形態では、減衰力可変ダンパ６、７は、コントローラ１３からの制御信号によって、減衰係数を高〜低の間で無段階に調整可能であり、制御電流を停止したとき、減衰係数が高となるもの（ノーマルハード）を使用している。なお、減衰力可変ダンパ６、７は、油圧ダンパ以外の形式のダンパ、例えば作動油を他の流体（水、空気など）に変更した流体式ダンパ、摩擦式ダンパ、モータを発電機として動作させることにより発生する減衰力を利用する、電磁式ダンパなどとしても良い。
【００１４】
コントローラ１３は、加速度センサ１２、その他の車両の走行状態を検出する各種センサの検出に基づいて、減衰力可変ダンパ６、７の減衰力を調整して、車体２の左右方向の振動（横揺れ）を抑制する振動制御を実行する。この振動制御では、いわゆるスカイフック理論に基づき、車体２の前後の台車４Ｆ、４Ｒに対して、加速度センサ１２Ｆ、１２Ｒが検出する左右方向の加速度及びストロークセンサ１１Ｆ、１１Ｒが検出する減衰力可変ダンパ６Ｆ、７Ｆ、６Ｒ、７Ｒのストロークに基いて、車体２の加振及び制振状態に応じて台車４Ｆ、４Ｒの左右方向の振動を吸収し、また、車体２の左右方向の振動を抑制するように、減衰力可変ダンパ６Ｆ、７Ｆ、６Ｒ、７Ｒの減衰力を制御する。これにより、軌道の不整による台車４Ｆ、４Ｒへの外乱の入力及び空気力加振による車体２への外乱の入力に対して、車体２の左右方向の振動を抑制して、乗り心地及び走行安定性を高め、高速走行を可能にする。なお、コントローラ１３による減衰力可変ダンパ６、７の減衰力制御は、上述のスカイフック制御に限らず、Ｈ∞制御などの現代制御や他の公知の振動制御理論に基づくものであっても良い。
【００１５】
また、コントローラ１３は、減衰力可変ダンパ６、７、ストロークセンサ１１及び加速度センサ１２を含む制御システムの健全性を診断する自己診断モードを備えている。以下、自己診断モードについて説明する。
図３を参照して、コントローラ１３は、上述のスカイフック制御を実行するスカイフック制御部１３Ａと、スカイフック制御部１３Ａによる演算結果に基づき、減衰力可変ダンパ６、７に制御電流を出力する制御電流出力部１３Ｂと、自己診断モードを実行する健全性判定部１３Ｃとを有している。コントローラ１３は、自己診断モードの実行を指令する外部スイッチ等の自己診断モード指令部１４からの指令信号によって自己診断モードを実行する。なお、自己診断モード指令部１４による指令のタイミングは、スイッチ等による車両運転者の指示、所定の時間間隔の経過あるいは一定の車両速度域での定期的な実行によるものとしても良い。更に、この判定結果を鉄道車両１の上位の制御装置からの指示によるものでもよい。
【００１６】
コントローラ１３は、自己診断モードでは、車両走行中おいて、一定時間（例えば１０秒程度）、前後の台車４Ｆ、４Ｒの一方の減衰力可変ダンパ６、７に対して制御電流の供給を停止し、他方の減衰力可変ダンパ６、７に対して振動制御を続行する。例えば、前台車４Ｆと前台車４Ｆに設置されている減衰力可変ダンパ６Ｆ、７Ｆに対して制御電流の供給を停止し、後台車４Ｒに設置されている減衰力可変ダンパ６Ｒ、７Ｒに対して振動制御を続行するようにする。この状態で、前方の台車４Ｆに対応する加速度センサ１２Ｆの検出加速度と、後方の台車４Ｒに対応する加速度センサ１２Ｒの検出加速度とを比較し、これらの検出加速度のピーク値の差が一定の閾値以上であれば、減衰力可変ダンパ６、７を制御することによる制御効果が一定以上あると判断できるので、制御システムは正常であると判定し、閾値未満であれば制御システムは異常であると判定する。そして、その判定結果をＬＥＤ表示器等の外部出力１５に表示する。更に、この判定結果を鉄道車両１の上位の制御装置に供給し、また、内部ログに記録しても良い。
【００１７】
コントローラ１３の健全性判定部１３Ｃによって実行される自己診断モードの制御フローについて図４を参照して説明する。
ステップＳ１で自己診断モード指令部１４による自己診断モードの実行の要求の有無を判定し、要求が有る場合、ステップＳ２で現在実行中の振動制御モードを記憶してステップ３へ進み、要求がない場合、ルーチンを終了する。ステップＳ３で、前後の台車４Ｆ、４Ｒの一方の減衰力可変ダンパ６、７への制御電流の供給を停止し、他方の減衰力可変ダンパ６、７への制御電流の供給を続行し、ステップＳ４で一定時間（例えば１０秒程度）をカウントし、この間、ステップＳ５で車体前後の加速度センサ１２Ｆ、１２Ｒの検出加速度を取得する。ここで、ステップＳ４で一定時間カウントするステップは、短時間のサンプリングで判断することにより、ノイズなどを正常信号として判断する誤判定を防止するものである。よって、一定時間カウントするという手段の他、短時間のサンプリングの場合にはローパスフィルタを介することにより誤判定を防止するというようにしてもよい。
【００１８】
ステップＳ６で車体前後の加速度センサ１２Ｆ、１２Ｒの検出加速度を比較し、ステップＳ７で、これらの検出加速度のピーク値の差が一定の閾値以上であるか否かを判定する。検出加速度のピーク値の差が一定の閾値以上である場合、制御システムは正常であると判定して、ステップＳ８で外部出力１５により正常の表示を行い、検出加速度のピーク値の差が一定の閾値未満である場合、制御システムは異常であると判定して、ステップＳ９で外部出力１５により異常の表示を行なう。その後、ステップＳ１０で、ステップＳ２において記憶した振動制御モードに復帰してルーチンを終了する。
【００１９】
更に、上述の自己診断モードにおいて、前後の台車４Ｆ、４Ｒの減衰力可変ダンパ６、７に対する振動制御の停止及び続行の指令を入れ換えて、同様の判定を行なうことにより、制御システムの健全性診断の精度を高めることができる。また、上記実施形態において、制御システムの正常、異常の判定を行なう際、車体２の前後の加速度センサ１２Ｆ、１２Ｒの検出加速度のピーク値の差を用いる代りに、検出加速度の振動の波形に基づく実効値の差を用いても良い。あるいは、車体２の前後の加速度センサ１２Ｆ、１２Ｒの検出加速度に基づく車体２の前部及び後部の振動加速度の大きさから算出されるいわゆる乗心地レベルの差を用いても良い。また、上記実施形態では、車体の左右方向の振動を制御するものについて説明しているが、上下方向の振動を制御する制御システム、車体同士を接続する連結機と平行に車体間に設けられる車体間ダンパの減衰力を可変制御するシステムでも同様の判定を行なうことができる。
【００２０】
また、図５に示すように、車体−台車間に減衰可変ダンパ６、７に加えて、車体２の上下振動を抑制する減衰力可変ダンパ１５を用いた車体上下セミアクティブダンパシステムを備えたシステム構成としてもよい。なお、図５において、上記実施形態に対して、対応する部分には同じ符号を付してある。この構成とした場合には、上下方向の振動を制御する制御システムも備える。このように、左右方向に限らず、上下方向にも本発明は適用することができる。ここでは、上下方向、左右方向で別々に減衰力可変ダンパ６、７及び減衰力可変ダンパ１５を設ける例を示したが、これらを斜めに配置したダンパに置き換えて、１つのダンパによって上下、左右の振動を抑制するようにしてもよい。また、図５では左右方向の振動を減衰する減衰力可変ダンパ６、７を備えた図を示しているが、左右方向の振動を減衰する減衰力可変ダンパ６、７は省略してもよい。
【００２１】
また、台車の台車枠と輪軸との間に設けられる軸ダンパの減衰力を可変制御するシステム、車体と台車の台車枠との間に設けられるヨーダンパの減衰力を可変制御するシステム、などへの適用もできる。
なお、上記実施形態では、ストロークセンサを用いた例を示しているが、ストロークセンサに替えて、加速度センサ等から推定する等の手段としてもよい。
【符号の説明】
【００２２】
１  鉄道車両（車両）、２  車体、４  台車（第１及び第２台車）、６、７  減衰力可変ダンパ、１２  加速度センサ（第１及び第２検出手段）、１３  コントローラ
【図１】
0005704306.tif 000002
【図２】
0005704306.tif 000003
【図３】
0005704306.tif 000004
【図４】
0005704306.tif 000005
【図５】
0005704306.tif 000006