(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と、
前記車体の一方の端部を支持する第１の台車と、
前記車体の他方の端部を支持する第２の台車と
を備える鉄道車両であって、
前記車体と前記第１の台車とを前記車体の長手方向に沿って接続する第１の接続部材と、
前記車体と前記第２の台車とを前記車体の長手方向に沿って接続する第２の接続部材と
を有し、
前記第１の接続部材の軌道からの取付け高さと前記第２の接続部材の軌道からの取付け高さとが異なり、前記第１の接続部材の軌道からの取付け高さが前記第１の台車の重心位置より下方であれば前記第２の接続部材の軌道からの取付け高さは前記第２の台車の重心位置より上方であり、また、前記第１の接続部材の軌道からの取付け高さが前記第１の台車の重心位置より上方であれば前記第２の接続部材の軌道からの取付け高さは前記第２の台車の重心位置より下方である
ことを特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
請求項１に記載の鉄道車両であって、
前記第１の接続部材は、
前記車体の下面から垂下する第１の中心ピンと前記第１の台車に備えられる第１の横梁とを接続する第１の牽引リンクであり、
前記第２の接続部材は、
前記車体の下面から垂下する第２の中心ピンと前記第２の台車に備えられる第２の横梁とを接続する第２の牽引リンクである
ことを特徴とする鉄道車両。
【請求項３】
請求項１に記載の鉄道車両であって、
前記第１の接続部材は、
前記車体の下面から垂下する第１のヨーダンパ車体受けと前記第１の台車の幅方向の端部に備えられる第１のヨーダンパ台車受けとを接続する第１のヨーダンパ装置であり、
前記第２の接続部材は、
前記車体の下面から垂下する第２のヨーダンパ車体受けと前記第２の台車の幅方向の端部に備えられる第２のヨーダンパ台車受けとを接続する第２のヨーダンパ装置である
ことを特徴とする鉄道車両。
【請求項４】
請求項３に記載の鉄道車両であって、
前記第１のヨーダンパ装置は、第１の上部ヨーダンパ装置および第１の下部ヨーダンパ装置を高さ方向に積み重ねて構成され、
前記第２のヨーダンパ装置は、第２の上部ヨーダンパ装置および第２の下部ヨーダンパ装置を高さ方向に積み重ねて構成され、
前記第１の上部ヨーダンパ装置および前記第１の下部ヨーダンパ装置は、前記車体と前記第１の台車との間に生じる減衰力の大きさを調整可能とし、
前記第２の上部ヨーダンパ装置および前記第２の下部ヨーダンパ装置は、前記車体と前記第２の台車との間に生じる減衰力の大きさを調整可能とする
ことを特徴とする鉄道車両。
【請求項５】
請求項３に記載の鉄道車両であって、
前記第１のヨーダンパ車体受けおよび前記第１のヨーダンパ台車受けは、前記第１のヨーダンパ装置の高さ方向の取り付け位置を変更する高さ調整機構を有し、
前記第２のヨーダンパ車体受けおよび前記第２のヨーダンパ台車受けは、前記第２のヨーダンパ装置の高さ方向の取り付け位置を変更する高さ調整機構を有する
ことを特徴とする鉄道車両。
【請求項６】
請求項４に記載の鉄道車両であって、
前記第１の上部ヨーダンパ装置および前記第１の下部ヨーダンパ装置による減衰力が前記第１のヨーダンパ車体受けに作用する点の軌道からの高さ位置と、前記第２の上部ヨーダンパ装置および前記第２の下部ヨーダンパ装置による減衰力が前記第２のヨーダンパ車体受けに作用する点の軌道からの高さ位置とが異なる
ことを特徴とする鉄道車両。
【請求項７】
請求項６に記載の鉄道車両であって、
当該鉄道車両の走行速度を検出する走行速度検出装置と、
前記第１の上部ヨーダンパ装置および前記第１の下部ヨーダンパ装置並びに前記第２の上部ヨーダンパ装置および前記第２の下部ヨーダンパ装置それぞれの減衰力を制御する制御装置と
を備え、
前記制御装置は、前記走行速度検出装置からの前記走行速度に基づいて、前記第１の上部ヨーダンパ装置および前記第１の下部ヨーダンパ装置並びに前記第２の上部ヨーダンパ装置および前記第２の下部ヨーダンパ装置それぞれの減衰力を演算し、当該それぞれの減衰力を指令値として、前記第１の上部ヨーダンパ装置および前記第１の下部ヨーダンパ装置並びに前記第２の上部ヨーダンパ装置および前記第２の下部ヨーダンパ装置を個別に制御する
ことを特徴とする鉄道車両。
【請求項８】
請求項７に記載の鉄道車両であって、
前記第１の上部ヨーダンパ装置および前記第１の下部ヨーダンパ装置並びに前記第２の上部ヨーダンパ装置および前記第２の下部ヨーダンパ装置それぞれは、減衰力検出装置を備え、当該減衰力検出装置の検出出力を前記制御装置へフィードバックする
ことを特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体の上下方向の曲げ振動を低減する台車サスペンション機構を備える鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両の車体の上下方向の曲げ振動は、乗心地に大きく影響する。一般に、車体の上下方向の一次曲げ振動（以下、「車体一次曲げ振動」という）の固有振動数は、１０Ｈｚ付近に存在することが多い。上下振動に対して人間の感度が高い周波数領域は、４〜８Ｈｚとされており、車体一次曲げ振動の固有振動数が、この人間の感度が高い周波数帯域に近いため、車体一次曲げ振動の程度が大きい場合に、乗客は不快を感じやすい。したがって、車体一次曲げ振動を低減することは、乗心地を改善して快適性を向上するために重要である。【０００３】
特許文献１には、車体一次曲げ振動低減を目的に、車体と台車の前後方向を結合する部材の特性を適切に設定することで、車体一次曲げ振動を低減する方法が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２０３１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の方法は、台車と車体とを結合する部材を介して台車が車体に対して前後方向に変位する振動モードが、車体一次曲げ振動を低減する動吸振器（ダイナミックダンパ）として作用するモードであり、この台車の前後方向振動の固有振動数を車体一次曲げ振動の振動数と一致させた場合に、車体一次曲げ振動の振幅を低減できることを明らかにしている。【０００６】
また、特許文献１に記載の方法は、車体一次曲げ振動を低減するために、車体一次曲げ振動の固有振動数と台車の前後方向の固有振動数を一致させ、そのための条件である台車と車体との間の牽引装置やヨーダンパなどの取り付け部のゴム剛性の最適値を、数式によって導出している。【０００７】
実際の鉄道車両では、編成を構成する各号車によって、窓および乗降に供される側引き戸の配置また車両の床下に取付けられる機器の配置や重量などが異なるため、各号車の車体一次曲げ振動の固有振動数は同じではなく、１〜２Ｈｚ程度の差異を有する。【０００８】
このため、特許文献１に記載の数式に基づいて、乗り心地の改善を目的として、車体一次曲げ振動の固有振動数に台車の前後振動の固有振動数を一致させるために、牽引装置やヨーダンパの取り付け部のゴム剛性の適正値を算定することにより、各号車に対応する複数のゴム剛性の適正値が算出される。【０００９】
各号車によって牽引装置やヨーダンパの取り付け部のゴム剛性が複数存在すると、牽引装置やヨーダンパの予備品等を管理するコストが大きくなるだけでなく、所定のゴム剛性を有する牽引装置およびヨーダンパを、編成をなす各車両に確実に取り付けるための製造工数も大きくなりやすい。【００１０】
そこで、本発明の目的は、編成を構成する各号車が備える牽引装置およびヨーダンパの取り付け部のゴム剛性を各号車によって変更することなく、車体一次曲げ振動を低減して乗り心地を向上させる鉄道車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、車体と、車体の一方の端部を支持する第１の台車と、車体の他方の端部を支持する第２の台車とを有する鉄道車両であって、車体と第１の台車とを車体の長手方向に沿って接続する第１の接続部材と、車体と第２の台車とを車体の長手方向に沿って接続する第２の接続部材とを備え、第１の接続部材の軌道からの取付け高さと第２の接続部材の軌道からの取付け高さとが異なることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る鉄道車両によれば、編成を構成する各号車に備えられる牽引装置およびヨーダンパの取り付け部のゴム剛性を各号車によって変更することなく、車体一次曲げ振動を低減して乗り心地を向上させる鉄道車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施例１に係る鉄道車両の側面図である。
【図２】図２は、前位台車および後位台車のヨーダンパ装置が各台車の重心位置より下方に取り付けられる場合に、車体の一次曲げ振動が抑制されない様子を示す模式図である。
【図３】図３は、前位台車のヨーダンパ装置が前位台車の重心位置より下方に取り付けられ、後位台車のヨーダンパ装置が後位台車の重心位置より上方に取り付けられる場合に、車体の一次曲げ振動が抑制される様子を示す模式図である。
【図４】図４は、ヨーダンパ装置の高さ方向の取り付け位置が車体の長手方向中央部の上下方向に対する振動加速パワースペクトル密度に及ぼす影響を示すシミュレーション結果を示す図である。
【図５】図５は、実施例１における別形態の鉄道車両の側面図である。
【図６】図６は、実施例２に係る鉄道車両の側面図である。
【図７】図７は、実施例３に係る鉄道車両の側面図である。
【図８】図８は、実施例４に係る鉄道車両の側面図である。
【図９】図９は、実施例４によって２段に重ねて備えられるヨーダンパ装置の減衰力を独立して制御する場合に、車体に作用する減衰力の力学的な作用高さを調整できる原理を説明する概念図である。
【図１０】図１０は、実施例４によって、鉄道車両の走行速度に基づき前位台車および後位台車に備えられるヨーダンパ装置の減衰力を制御する方法を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る実施の形態を、図を参照して説明する。以下の説明に当たり、供する方向を定義する。図に示す車体１において、長手方向（前後方向、進行方向、レール方向）をＸ方向、幅方向（枕木方向）をＹ方向および高さ方向をＺ方向とする。なお単に、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向と記す場合がある。
【実施例１】
【００１５】
図１は、実施例１に係る鉄道車両の側面図である。鉄道車両は、乗客等が乗車する車体１と、車体１の両端部を支持する台車１６および台車１７などを有する。
台車１６（１７）は、Ｘ方向に沿って備えられると共にＹ方向に隔置された一対の側梁、Ｙ方向に沿って備えられると共に側梁のＸ方向の中心部を接続する横梁７４（図５、参照）を有する台車枠１１、車輪と車軸からなる輪軸１３、輪軸１３を回動可能に保持する軸箱体１２および軸箱体１２を台車枠１１に弾性支持する軸ばね装置１４などから構成される。【００１６】
車体１と台車１６（１７）は、Ｘ方向に沿って備えられる牽引リンク７２（７３）（図５、参照）と、Ｘ方向に沿って備えられるヨーダンパ装置４によって接続される。牽引リンク７２（７３）は、車体１の床面を成す台枠の下面から垂下する中心ピン７１（図５、参照）と台車１６（１７）の台車枠１１の横梁７４とを接続している。ヨーダンパ装置４は、車体１の下面からＺ方向に延伸するヨーダンパ車体受け３の下端部と台車１６（１７）のＹ方向の端部に備えられるヨーダンパ台車受け６を接続する。すなわち、牽引リンク７２（７３）およびヨーダンパ装置４は、車体１と台車１６（１７）を車体１の長手方向に接続する接続部材である。【００１７】
台車枠１１をなす横梁のＹ方向の両端部の上面には、車体１をＺ方向に弾性支持する空気ばね８が備えられる。空気ばね８は、袋状のベローズを備え、このベローズには空気加圧手段（図示なし）から高圧空気が供給される。【００１８】
車体１と台車枠１１（台車１６、１７）とは、牽引装置７、ヨーダンパ装置４および空気ばね８によって、Ｘ方向に弾性支持されている。すなわち、牽引装置７、ヨーダンパ装置４および空気ばね８は、Ｘ方向のばねとして作用する。【００１９】
台車１６のヨーダンパ装置４は、軌道（レールの上面）１０からＨの高さ位置に、台車１７のヨーダンパ装置４は軌道１０からＩの高さ位置に、ヨーダンパ装置４の長手方向を車体１のＸ方向に沿う態様で配置されている。すなわち、ヨーダンパ装置４は、車体１と台車１６（１７）の間でＸ方向に振動を減衰させる部材として機能する。【００２０】
以上の構成によって、台車１６（１７）は、車体１に対して、空気ばね８、牽引装置７およびヨーダンパ装置４によって、Ｘ方向に弾性支持されている。特に、ヨーダンパ装置４は、Ｘ方向の振動エネルギを消費して振動レベルを低減することができる。さらに、台車１６（１７）は、軌道１０のＺ方向の不整に対して、軸ばね装置１４が軸箱支持装置１２の上下方向の変位を許容できるので、軌道１０のＺ方向の不整に追従できる。【００２１】
図２は、前位台車および後位台車のヨーダンパ装置が、共に各台車の重心位置より下方に取り付けられる場合であって、車体の一次曲げ振動が抑制されない様子を示す模式図である。【００２２】
車体２０は、台車枠２１と輪軸２３とを有する台車２６（２７）に空気ばね２８を介して支持される。ヨーダンパ装置２４は、車体２０のヨーダンパ車体受け８３と台車２６（２７）のヨーダンパ台車受け８６を接続する。また、車体一次曲げ振動が励起されやすい加振条件は、軌道１０のＺ方向の不整を模擬する正弦波の２波長分の長さが台車２６と台車２７との間の距離Ｌに等しい場合である（図３も同様）。【００２３】
以下に、図２を参照して、車体一次曲げ振動が励起されやすい加振条件下において、台車２６（前位台車）および台車２７（後位台車）のヨーダンパ装置２４が、高さ寸法Ｊのヨーダンパ車体受け８３に取り付けられる場合（台車２６および台車２７のヨーダンパ装置２４は軌道１０から同じ高さ位置Ｈに取り付けられる場合）に、車体一次曲げ振動が抑制されない様子を説明する。【００２４】
車体２０が凹凸の軌道を走行すると、軌道１０が台車２６（２７）をＸ方向およびＺ方向に加振するため、車体２０は、車体２０と台車２６（２７）との間の結合部材である、ヨーダンパ装置２４、空気バネ２８および牽引装置（図示しない）を介して加振される。【００２５】
台車２６および台車２７が、同位相で＋Ｚ方向に加振される場合、車体２０には、空気バネ２８を介して車体２０のＸ方向の両端部に＋Ｚ方向の加振力２００が作用する。この加振力２００は、車体２０の一次曲げ振動の節３００よりも外側（Ｘ方向の端部側）の位置に＋Ｚ方向に作用するので、車体２０は、車体２０のＸ方向の中央部が＋／−Ｚ方向に振動する車体一次曲げ振動１００が生じる。この車体一次曲げ振動１００の振幅が−Ｚ方向の振れたとき、車体２０は、−Ｚ方向（下向き）の凸形状に変形して、車体２０の床面にＸ方向の引っ張り力１０２が生じると共に、車体２０の屋根面のＸ方向の圧縮力１０１が生じる。【００２６】
さらに、軌道１０の凹凸によって、台車２６（２７）は、台車の重心９０を中心に時計回りにピッチング振動１１０（Ｘ−Ｚ面内の振動）をする。ヨーダンパ装置２４は、台車２６（２７）の重心９０よりＺ方向下方に接続されているため、台車２６（２７）が時計回りのピッチング振動１１０するとき、台車２６の台車枠２１はヨーダンパ装置２４を車両２０の進行方向の反対方向（−Ｘ方向）に押す。一方、台車２７の台車枠２１はヨーダンパ装置２４を車両２０の進行方向の反対方向（−Ｘ方向）にヨーダンパ装置２４を引っ張る。【００２７】
−Ｘ方向に押される（あるいは、−Ｘ方向に引っ張られる）ヨーダンパ装置２４は、−Ｘ方向の速度を変換して得られる減衰力でヨーダンパ車体受け８３を−Ｘ方向に押す。−Ｘ方向に押されるヨーダンパ車体受け８３は、車体２０の床面に−Ｘ方向の減衰力２０１を伝える。【００２８】
台車２６および台車２７のピッチング振動１１０に起因する加振力２０１は、共に、車体２０の床面を−Ｘ方向に押すため、車体一次曲げ振動１００に起因する車体２０の床面の引っ張り力１０２は低減しない。すなわち、車体一次曲げ振動は抑制されないことになる。【００２９】
図３は、前位台車のヨーダンパ装置が前位台車の重心位置より下方に取り付けられ、後位台車のヨーダンパ装置が後位台車の重心位置より上方に取り付けられる場合に、車体の一次曲げ振動が抑制される様子を示す模式図である。【００３０】
以下に、図３を参照して、車体一次曲げ振動が励起されやすい加振条件下において、台車２６（前位台車）のヨーダンパ装置２４が高さ寸法Ｊのヨーダンパ車体受け８３に取り付けられ（軌道１０からヨーダンパ装置２４までの高さ寸法Ｈ）、台車２７（後位台車）のヨーダンパ装置２４が高さ寸法Ｋのヨーダンパ車体受け８３（軌道１０からヨーダンパ装置２４までの高さ寸法Ｉ）に取り付けられている場合に、車体一次曲げ振動が抑制される作用を説明する。【００３１】
ここで、車体２０が車体一次曲げ振動が励起しやすい条件下を走行する場合に、車体２０に生じる一次曲げ振動に起因して、車体２０が−Ｚ方向に凸に変形した時に車体２０の床面にＸ方向の引っ張り力１０２が生じると共に、車体２０の屋根面にＸ方向の圧縮力１０１が生じるところまでは、先の図２の説明と同様である。【００３２】
台車２６が台車の重心９０の周りにピッチング振動１１０をすると、ヨーダンパ装置２４は台車の重心９０よりも低い位置にあるので、台車２６の台車枠２１はヨーダンパ装置２４を−Ｘ方向に押す。一方、台車２７が台車の重心９０の周りにピッチング振動１１０をすると、ヨーダンパ装置２４は台車の重心９０よりも高い位置にあるので、台車２７の台車枠２１はヨーダンパ装置２４をＸ方向に押す。【００３３】
−Ｘ方向に押されるヨーダンパ装置２４は、−Ｘ方向の速度を変換して得た減衰力でヨーダンパ車体受け８３を−Ｘ方向に押す。−Ｘ方向に押されるヨーダンパ車体受け８３は、車体２０の床面に−Ｘ方向の減衰力２０１を伝える。一方、＋Ｘ方向に押されるヨーダンパ装置２４は、＋Ｘ方向の速度を変換して得た減衰力でヨーダンパ車体受け８３を＋Ｘ方向に押す。＋Ｘ方向に押されるヨーダンパ車体受け８３は、車体２０の床面に＋Ｘ方向の減衰力２０２を伝える。【００３４】
車体２０の床面には、台車２６のピッチング振動１１０に起因する−Ｘ方向の減衰力２０１と台車２７のピッチング振動１１０に起因する＋Ｘ方向の減衰力２０２が発生して、車体２０の床面をＸ方向に沿って圧縮する圧縮力が生じる。この圧縮力は、車体２０を＋Ｚ方向に凸形状に変形させる力（上方に凸となる車体一次曲げ）と同じ作用を奏する。【００３５】
したがって、この圧縮力は、車体一次曲げ振動１００の振幅が−Ｚ方向の振れた時に車体２０の床面に生じるＸ方向に沿う引っ張り力１０２を打ち消す方向に作用するため、あるいは、下方に凸の車体一次曲げ振動を打ち消す逆位相の上方に凸の車体一次曲げ振動を生じる作用を有するため、結果的に車体一次曲げ振動が低減される。【００３６】
以上のように、車体２０と台車２６（２７）の間の振動伝達経路であるヨーダンパ装置２４の軌道１０からの取付け高さＨ（Ｉ）は、台車から車体に伝わる振動の位相を変える要素である。よって、この取り付け高さＨ（Ｉ）を前後の台車の台車重心の軌道１０からの高さを考慮して変えることで、車体一次曲げ振動を打ち消す逆位相の車体一次曲げを奏する力を生じるため、車体一次曲げ振動を低減できる。【００３７】
図４に、ヨーダンパ装置の高さ方向の取り付け位置が車体の長手方向中央部の上下方向に対する振動加速パワースペクトル密度に及ぼす影響を示すシミュレーション結果を示す図である。台車２６と台車２７との間のＸ方向寸法Ｌ内に、正弦波で模擬される軌道１０のＺ方向の凹凸が２波長分存在する場合の加振条件において（図２および図３、参照）、車体２０の台車２６のヨーダンパ装置の軌道からの取り付け高さ位置を台車の重心位置より下方とし、台車２７のヨーダンパ装置の軌道からの取り付け高さ位置を台車の重心位置の上方とした場合に、車体一次曲げ振動が低減される作用を記した（図３、参照）。【００３８】
実線６０は、従来の鉄道車両の車体中央部の上下方向に対する振動加速度のシミュレーションによるパワースペクトル密度（ＰＳＤ）であり、台車２６および台車２７の軌道からヨーダンパ装置の取り付け位置が同じ場合である。一方、点線６１は、本発明による鉄道車両の車体中央部の上下方向に対する振動加速度のシミュレーションによるパワースペクトル密度（ＰＳＤ）である。すなわち、台車２６のヨーダンパ装置の軌道からの取り付け高さ位置が台車２６の重心位置より下方にあり、台車２７のヨーダンパ装置の軌道からの取り付け高さ位置が台車２７の重心位置より上方にある場合である。【００３９】
乗客の快適性に大きな影響を及ぼす車体一次曲げ振動に起因する速度Ｖで走行する鉄道車両が、上述した条件の軌道１０を走行する時、軌道１０が車両２０を加振する加振周波数Ｆ［Ｈｚ］は、２×Ｖ／Ｌから導かれる。本発明によれば、この加振周波数Ｆで加振される結果生じる車体一次曲げ振動を低減できるので、図４に示すように周波数Ｆにおけるパワースペクトル密度（ＰＳＤ）波形を低減できることを確認した。【００４０】
以上のように、前位台車と後位台車とでヨーダンパ装置の取り付け高さ位置を変更することによって車体の上下振動を低減できる周波数Ｆは、前後の台車の距離Ｌと鉄道車両の走行速度Ｖで一義的に決定される。このため、同一編成内で、台車間の距離Ｌが同じであれば、いずれの号車においても同様の振動低減効果が期待できるので、台車と車体とを締結する締結要素のゴム剛性を適切に設定して台車の前後方向の振動を動吸振器として利用しなくても、車体一次曲げ振動を低減して乗り心地を向上させる鉄道車両を提供することができる。【００４１】
図５は、実施例１における別形態の鉄道車両の側面図である。車体１の床面のＸ方向の両端部には、−Ｚ方向に垂下する態様で中心ピン７１が備えられ、この中心ピン７１周りに台車１６（１７）が水平面内で旋回する。台車１６（１７）の駆動力やブレーキ力は、台車１６（１７）と中心ピン７１を接続する牽引リンク７２（７３）を介して車体１へ伝えられる。【００４２】
中心ピン７１は、＋Ｚ方向の上端部にフランジ部（図示しない）を有し、このフランジ部が車体１の床面である台枠を構成すると共にＹ方向に沿って備えられる枕梁７６に固定される。【００４３】
牽引リンク７２（７３）はＸ方向に沿って備えられる部材であり、牽引リンク７２（７３）の一方の端部に備えられるゴムブッシュを介して中心ピン７１に接続され、その他方の端部に備えられるゴムブッシュを介して、台車１６（１７）を構成すると共にＹ方向に沿って備えられる横梁７４に接続される。【００４４】
中心ピン７１と牽引リンク７２（７３）等は牽引装置７０を構成し、図示はしないが図５に示す鉄道車両はヨーダンパ装置や空気バネなども備える。【００４５】
牽引装置７０は、前述したヨーダンパ装置と同様に、台車１６（１７）のピッチング等の振動が車体１に伝わる振動伝達経路を構成する。台車１６の牽引リンク７２は、軌道１０から＋Ｚ方向の高さＨの位置に固定されており、台車１７の牽引リンク７３は軌道１０から＋Ｚ方向の高さＩの位置に固定される。【００４６】
以上のように、台車と車体とを締結する締結要素のゴム剛性を適切に設定して台車の前後方向の振動を動吸振器として利用しなくても、前位台車および後位台車の牽引リンク７２（７３）の取り付け高さを異にすることによって、車体一次曲げ振動を低減して乗り心地を向上させる鉄道車両を提供することができる。
【実施例２】
【００４７】
図６は、実施例２に係る鉄道車両の側面図であり、実施例２に係る鉄道車両は、減衰力切り替え機構を有するヨーダンパ装置を高さ方向に２段に配置した構成を備える。
車体１は、台車５７および５８に支持され、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４４および４５は、台車５７（５８）の台車枠１１のＹ方向の両端部のヨーダンパ台車受け４６と車体１に接続するヨーダンパ車体受け４３とを接続すると共に、Ｚ方向に積み重ねる構造を備える。減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４４は、軌道１０から高さ寸法Ｈの位置に備えられ、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４５は、軌道１０から高さ寸法Ｉの位置に備えられる。【００４８】
減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４４（４５）は、ヨーダンパ内部に設けられたピストンが動作した時に、抵抗力を得るために設けている流路を、例えば電磁弁などで切り替えて制御することで、減衰力の大きさを任意に制御できる。【００４９】
次に、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４４（４５）の減衰力切り替え制御方法について説明する。台車５７の減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４４を減衰力が得られる作動状態とし、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４５を減衰力が得られない非作動状態とする。同時に、台車５８の減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４４を減衰力が得られない非作動状態とし、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４５を減衰力が得られる作動状態とする。これにより、実施例１と同様に、前位台車と後位台車とでヨーダンパ装置の取り付け高さ位置を変更することと同等の状態を構成することができる。【００５０】
上述した制御方法によって減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４４（４５）の動作状態を切り替えることによって、台車と車体とを締結する締結要素のゴム剛性を適切に設定して台車の前後方向の振動を動吸振器として利用しなくても、車体一次曲げ振動を低減して乗り心地を向上させる鉄道車両を提供することができる。【００５１】
さらに、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４４（４５）が動作しない非動作状態を設けることができるので、減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４４（４５）の交換周期を延伸することができる。減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置４４（４５）の動作状態と非動作状態との切り替えタイミングは、鉄道車両の進行方向が変わるときに切り替えてもよい。
【実施例３】
【００５２】
図７は、実施例３に係る鉄道車両の側面図であり、実施例３に係る鉄道車両は、ヨーダンパ装置の高さ方向の取り付け位置を変更できる装置を備える。【００５３】
ヨーダンパ装置５４は、車体１の床面をなす台枠下面に固定されたヨーダンパ車体受５３が備えるスライダ機構５５ａと、台車枠１１に固定されたヨーダンパ台車受け５６が備えるスライダ機構５５ｂとの間に備えられる。スライダ機構５５ａ（５５ｂ）は、例えばラックアンドピニオン機構やリニアモータ機構で構成され、ヨーダンパ車体受け５３の軌道１０からの取り付け高さ（位置）Ｈを任意に変更できる。【００５４】
すなわち、スライダ機構５５ａ（５５ｂ）は高さ調整機構を有し、ヨーダンパ装置５４のレール上面からの取り付け高さＨを、車体一次曲げ振動を打ち消す取り付け高さ（振動減衰機能が作用する高さ）に設定することにより、車体一次曲げ振動を低減して乗り心地レベルを向上することができる。
【実施例４】
【００５５】
図８は、実施例４に係る鉄道車両の側面図であり、実施例４に係る鉄道車両は、鉄道車両の速度に基づいて、高さ方向に２段に備えられたヨーダンパ装置の減衰力を切り替える構成を有する。なお、図８では、実施例１から実施例３で説明した部材と同様の部材には同一の符号を付し、その詳細な説明については省略する。【００５６】
実施例４に係る鉄道車両用の台車は、鉄道車両の車体と台車との間に設けられ鉄道車両に作用する減衰力を調整可能なヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０、鉄道車両の走行速度を検出する速度検出装置１６０並びに速度検出装置１６０によって検出した鉄道車両の走行速度に基づき車体一次曲げ振動を抑制させる減衰力指令値を算出してヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０の減衰力を個別に制御する制御装置１５０を備える。【００５７】
さらに、ヨーダンパ装置４７と４９は、レール上面から第１の高さＨ１となる高さに取り付けられ、一方、ヨーダンパ装置４８と５０は、レール上面から第１の高さＨ１とは異なる第２の高さＩ１となる高さに取り付けられている。【００５８】
ヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０は、例えばゴムブッシュのような弾性体を介して車体１のヨーダンパ車体受け６３と台車枠１１のヨーダンパ台車受け６６とに連結されている。また、ヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０は、例えばヨーダンパ内部に減衰力調整弁（図示せず）を備えることにより減衰力可変機能を有し、ヨーダンパが生じる減衰力を高減衰力から低減衰力との間で任意の減衰力に個別に調整することができる。【００５９】
このため、ヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０は、後述する制御装置１５０から各ヨーダンパ装置に個別に出力される、車体一次曲げ振動を抑制させる減衰力指令値の制御信号に従って、減衰力を可変に制御できる。【００６０】
なお、ヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０は、高減衰力から低減衰力との間で減衰力を連続的に調整できる構成であることが望ましいが、ステップ状に複数段階で調整可能とする構成であってもよい。【００６１】
また、ヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０は、ヨーダンパ装置の減衰力を検出する減衰力検出装置（図示しない）として、例えばひずみゲージなどを備えるか、もしくは、ヨーダンパ装置の伸縮速度を検出する伸縮速度検出装置（図示しない）として、例えばストロークセンサなどを備え、それぞれの出力を制御装置１５０にフィードバックすることにより減衰力を高精度に調整する構成としてもよい。【００６２】
速度検出装置１６０は、鉄道車両に搭載される速度センサなどにより構成され、鉄道車両の走行速度を検出する。速度センサとしては、例えば、鉄道車両の台車の輪軸に取り付けられた速度発電機などの、短時間当たりの輪軸回転数に応じた電圧から走行速度を算出する装置を用いてもよいし、ＧＰＳなどの装置を用いてもよい。【００６３】
制御装置１５０は、速度検出装置１６０で検出した走行速度を入力信号とし、ヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０に対して制御信号を出力する。この制御装置１５０は、走行速度の入力信号に基づいて、車体一次曲げ振動を低減するためのヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０の減衰力指令値を算出する演算機能と、算出した減衰力指令値からヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０の減衰力を可変に調整する制御機能を備える。【００６４】
実施例４によれば、速度検出装置１６０で検出した走行速度に基づいてヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０の減衰力を個別に制御することで、車体１に作用する減衰力を任意の大きさに調整できる。それと共に、この減衰力の力学的な作用高さを、ヨーダンパ装置４７と４９の取り付け高さＨ１およびヨーダンパ装置４８と５０の取り付け高さＩ１の間の任意の高さに調整することができる。【００６５】
図９は、実施例４によって２段に重ねて備えられるヨーダンパ装置の減衰力を独立して制御する場合に、車体に作用する減衰力の力学的な作用高さを調整できる原理を説明する概念図である。【００６６】
以下に、図９を用いて、台車３６に備えられたヨーダンパ装置４７（４８）の減衰力を個別に制御することで、車体１に作用する減衰力の力学的な作用高さを任意の高さに調整できる原理について説明する。なお、車体１は、図８に示すように台車３６と台車３７に支持されていることから、台車３６の力学的な作用高さを任意の高さに調整できる原理は、ヨーダンパ装置４９（５０）を備える台車３７についても成り立つので、台車３７についての原理の説明を省略する。【００６７】
ヨーダンパ装置４７（４８）は、車体のヨーダンパ車体受け９３の下端部と台車３６のヨーダンパ台車受け９６とを接続すると共に、Ｚ方向に積み重ねられる構造を有する。ここで、レール上面から高さＨ１に取り付けられたヨーダンパ装置４７の減衰力をＦＨ１、高さＩ１に取り付けられたヨーダンパ装置４８の減衰力をＦＩ１とし、車体の重心高さをＨＣＯＧとすると、ヨーダンパ装置４７および４８の減衰力により車体に作用する曲げモーメントＭは、以下の（数１）の式に示す通りとなる。【００６８】
【数１】
0006557407.tif 000002
また、減衰力ＦＨ１とＦＩ１との合力ＦＨ２（＝ＦＨ１＋ＦＩ１）が車体に作用する力学的な作用高さをＨ２とすると、曲げモーメントＭは、（数１）の式から以下の（数２）の式のように展開される。【００６９】
【数２】
0006557407.tif 000003
このとき、ヨーダンパ装置４７および４８の取り付け高さの差ΔＨから、ヨーダンパ装置４８の取り付け高さＩ１は、Ｈ１＋ΔＨで表すことができるため、力学的な作用高さＨ２は、（数２）の式から以下の（数３）の式に示す通りとなる。【００７０】
【数３】
0006557407.tif 000004
ここで、ヨーダンパ装置４７および４８の減衰力ＦＨ１およびＦＩ１は同符号であることから、（数３）の右辺第２項は常に正の値となるため、力学的な作用高さＨ２とヨーダンパ装置４７の取り付け高さＨ１との関係は、以下の（数４）の式に示す通りとなる。【００７１】
【数４】
0006557407.tif 000005
また、ヨーダンパ装置４７の取り付け高さＨ１は、Ｉ１−ΔＨで表すことができるため、力学的な作用高さＨ２は、（数２）の式から以下の（数５）の式に示す通りとなる。【００７２】
【数５】
0006557407.tif 000006
ここで、ヨーダンパ装置４７および４８の減衰力ＦＨ１およびＦＩ１は同符号であることから、（数５）の右辺第２項は常に正の値となるため、力学的な作用高さＨ２とヨーダンパ装置４８の取り付け高さＩ１との関係は、以下の（数６）の式に示す通りとなる。【００７３】
【数６】
0006557407.tif 000007
すなわち、（数４）および（数６）の式から、減衰力ＦＨ１およびＦＩ１の合力ＦＨ２が車体に作用する力学的高さＨ２を、ヨーダンパ装置４７の取り付け高さＨ１とヨーダンパ装置４８の取り付け高さＩ１との間の任意の高さに調整できることが分かる。【００７４】
また、車体一次曲げ振動を低減させる減衰力ＦＨ２と作用高さＨ２が与えられた場合、それらを実現するためのヨーダンパ装置４７および４８の減衰力ＦＨ１およびＦＩ１は、（数３）および（数５）から、以下の（数７）および（数８）の式に示す通りとなる。【００７５】
【数７】
0006557407.tif 000008
【数８】
0006557407.tif 000009
（数７）および（数８）に従い、ヨーダンパ装置４７および４８の減衰力ＦＨ１およびＦＩ１を制御することによって、車体に作用する減衰力ＦＨ２を任意の大きさに、また、その力学的な作用高さＨ２をヨーダンパ装置４７の取り付け高さＨ１とヨーダンパ装置４８の取り付け高さＩ１との間の任意の高さに調整することができる。【００７６】
また、台車３７においても、前述した原理と同様に、ヨーダンパ装置４９および５０の減衰力を制御することによって、車体に作用する減衰力を任意の大きさに、その力学的な作用高さをヨーダンパ装置４９の取り付け高さＨ１とヨーダンパ装置５０の取り付け高さＩ１の間の任意の高さに調整することができる。【００７７】
以上のとおり、ヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０の減衰力を個別に制御することによって、台車３６と台車３７とで、車体に作用する減衰力と、その力学的な作用高さを異なる値にすることができる。【００７８】
そのため、例えば鉄道車両の走行速度が高速から低速に変化し、車体一次曲げ振動を低減できる減衰力と作用高さの最適値が走行速度に応じて変化した場合においても、その最適値を実現することができ、実施例１で述べた原理と同様に、効果的に車体１次曲げ振動を低減することができる。【００７９】
図１０は、実施例４によって、鉄道車両の走行速度に基づき前位台車および後位台車に備えられるヨーダンパ装置の減衰力を制御する方法を示すフローチャートである。
以下に、図１０を用いて、速度検出装置１６０からの走行速度信号に基づいて、ヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０の減衰力を制御する方法について説明する。【００８０】
ステップＳ１において、制御装置１５０は、速度検出装置１６０から鉄道車両の走行速度を取得する。【００８１】
ステップＳ２において、制御装置１５０は、取得した走行速度を入力とし、走行速度と車体一次曲げ振動を低減する減衰力および作用高さとの関係から、入力された走行速度に対して車体一次曲げ振動を低減する減衰力および作用高さ（前述したＦＨ２およびＨ２に相当）を、台車３６および３７でそれぞれ算出する。【００８２】
この走行速度と車体一次曲げ振動を低減する減衰力および作用高さとの関係は、あらかじめ、実験や数値シミュレーションなどによりデータベース化しておき、実際の走行時には、取得した走行速度に基づいてこのデータベースにアクセスすることにより、車体一次曲げ振動を低減する減衰力および作用高さを求めることが効率的である。【００８３】
ステップＳ３において、制御装置１５０は、算出した上記減衰力および作用高さに基づいて、（数７）および（数８）に従い、前側台車のヨーダンパ装置４７および４８（前述したＦＨ１およびＦＩ１に相当）と、後側台車のヨーダンパ装置４９および５０のそれぞれの減衰力指令値を算出する。【００８４】
ここで、ステップＳ２およびステップＳ３において、制御装置１５０は、取得した走行速度からヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０の減衰力指令値を算出する際に、あらかじめ走行速度と減衰力指令値との関係を、実験や数値シミュレーションなどによりデータベース化しておき、このデータベースに基づいて、走行速度からヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０の減衰力指令値を直接算出してもよい。【００８５】
ステップＳ４において、制御装置１５０は、算出したヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０に対して、算出した減衰力指令値をそれぞれ出力し、減衰力を個別に制御する。ここで、ヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０が、高減衰力から低減衰力との間で減衰力を連続的に調整する構成である場合では、減衰力指令値と一致するように減衰力を制御するが、複数段階で調整する構成である場合は、減衰力指令値に最も近い減衰力となるように該減衰力を制御すればよい。【００８６】
実施例４に係る鉄道車両用サスペンション装置が搭載された鉄道車両は、鉄道車両の走行速度が変化し、車体一次曲げ振動を低減できる減衰力および作用高さの最適値が変化した場合においても、ヨーダンパ装置４７、４８、４９および５０の減衰力を個別に制御することができる。これにより、前側台車３６側および後側台車３７側で、それぞれ車体一次曲げ振動を低減する減衰力と作用高さを実現することができるため、低速から高速までの広い走行速度の範囲において、車体一次曲げ振動を効果的に低減することができる。【００８７】
上記した各実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであるところ、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。さらに、各実施例の構成の一部について、その他の構成の追加、削除および置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１、２０…車体  １０…軌道  １１…台車枠  １２…軸箱体  １３…輪軸
３、４３、５３、６３、８３、９３…ヨーダンパ車体受け
６、４６、５６、６６、８６、９６…ヨーダンパ台車受け
４、２４、５４…ヨーダンパ装置
１６、１７、２６、２７、３６、３７、５７、５８…台車
２１…台車枠  ２３…輪軸
８、２８…空気ばね  １４…軸ばね装置  ５５ａ、５５ｂ…スライダ機構
４４、４５…減衰力切り替え機能付きヨーダンパ装置
４７、４８、４９、５０…減衰力可変機能付きヨーダンパ装置
６０…従来の鉄道車両の車体中央部の上下方向振動加速度のＰＳＤ
６１…本発明に係る鉄道車両の車体中央部の上下方向振動加速度のＰＳＤ
７０…牽引装置  ７１…中心ピン  ７２、７３…牽引リンク
７４…横梁（台車の台車枠）
７６…枕梁（車体の台枠）  ９０…台車の重心  １００…車体一次曲げ振動
１０１…車体に生じる圧縮力  １０２…車体に生じる引っ張り力
１１０…ピッチング振動  １５０…制御装置  １６０…速度検出装置
２０１…車体に生じる前後方向（−Ｘ方向）の減衰力
２０２…車体に生じる前後方向（＋Ｘ方向）の減衰力
２００…上下方向の加振力  ３００…車体一次曲げ振動の節
【図１】
0006557407.tif 000010
【図２】
0006557407.tif 000011
【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】
0006557407.tif 000016
【図８】
0006557407.tif 000017
【図９】
0006557407.tif 000018
【図１０】
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