(57)【要約】【課題】ピストンロッドの伸縮を迅速に検知できるコンパクトな鉄道車両の振動抑制装置を提供する。【解決手段】鉄道車両では、車体の横振れを抑制するため台車と車体間にセミアクティブダンパと称する振動抑制装置が設けられている。これは、車体の振動情報とダンパのピストンロッドの伸縮情報を得てオンロードかアンロードを判断し、オンロード時にロッド側室から油タンクへのオイルの流れを適宜コントロールするようにしたものである。本発明は、ヘッド側室４ａから第２チェック弁８を介して油タンク７へ連通する流路２８と並列に別流路２７を設け、別流路２７に小型の第３チェック弁２４を設けるとともに第３チェック弁２４の動作を検知する検知手段２５を付設し、ピストンロッド５の伸縮を迅速に検知するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体と台車間に設けられ、シリンダのヘッド側室とロッド側室を第１チェック弁を介して連通するとともにヘッド側室と油タンクを第２チェック弁を介して連通し、ロッド側室から油タンクへの流路をオンロード時とアンロード時の２経路とした鉄道車両の振動抑制装置において、ピストンロッドの伸縮を検知するため、該ヘッド側室と油タンクを第２チェック弁を介して連通する流路と並列に小型の第３チェック弁を介して連通する別流路を設け、かつ、第３チェック弁の動作を検知する検知手段を付設したことを特徴とする鉄道車両の振動抑制装置。
【請求項２】
前記第３チェック弁とこれの動作を検知する検知手段を一体にしてシリンダに着脱可能としたことを特徴とする請求項１記載の鉄道車両の振動抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両の走行において発生する車体の横揺れを抑制し、乗り心地を向上させるための振動抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両では、一般に台車と車体の間に空気バネが設けられ、台車からの振動を緩和して乗り心地を良くしているが、空気バネは振動を減衰させることができないので、振動が持続したり、外乱に対して共振する問題がある。そこで、この空気ばねの横方向振動を減衰させるために台車と車体間にダンパと称する振動抑制装置が設けられている。
【０００３】
この振動抑制装置には、種々のものがあるが、近年、横方向振動の程度によって、制振度合いを変動可能にしたいわゆるセミアクティブダンパが開発され、実用化されている（例えば、特許文献１、特許文献２）。
これらの振動抑制装置は、シリンダのヘッド側室とロッド側室をチェック弁を介して連通するとともに、ロッド側室から油タンクへの流路を複数としてそれぞれの流路に絞りと高速電磁弁を設けて振動状態に適応したダンパ定数の流路に切り換え、車体の横振れを抑制するようにしている。なお、ダンパ定数は、シリンダのピストンロッドの移動速度と車体の横方向加速度から求めた目標制御力に基づいて設定している。
【０００４】
この振動抑制装置は、ダンパ定数を変えることによって車体の多様な振動状態に対応しているが、高速電磁弁を多数必要とし、油圧回路の構成も複雑となり、装置が大型で重量も大きいという難点がある。そこで、高速電磁弁の数を大幅に少なくし、制御系も簡素にしたものも開発されている（例えば、特許文献３、特許文献４）。
【０００５】
これらは、ロッド側室から油タンクへの流路をオンロード時とアンロード時の２経路とし、車体左右方向の加速度とピストンロッドの伸縮を検知してオンロードかアンロードかを判断し、該流路を高速電磁弁で切換えるようにしたものである。
【０００６】
この振動抑制装置の構成は、特許文献３では図５に示すように、シリンダ３のヘッド側室４ａをピストン５に設けた第１チェック弁５ａを介してロッド側室６ａと連通するとともに、ヘッド側室４ａを第２チェック弁８を介して油タンク７に接続し、ロッド側室６ａはフェールセーフ弁４２と高速電磁弁４１を介して油タンク７へ還流するように接続している。
【０００７】
そして、高速電磁弁４１の前にオリフィス４５を有する流路４７を油タンク７へ接続している。なお、４３は高圧リリーフ弁、１５はリリーフ弁である。
フェールセーフ弁４２のソレノイドＳＯＬ２は常時ＯＮとなっており、オンロードの信号が出された場合は、高速電磁弁４１のソレノイドＳＯＬ１がＯＦＦになり、ロッド側室６ａのオイルは流路抵抗の大きいオリフィス４５を通り、アンロードの信号が出された場合はソレノイドＳＯＬ１がＯＮになり、オリフィスのない流路４６を通るようにしている。
【０００８】
オンロードかアンロードかの判断は、車体左右方向の加速度を検知する加速度検知手段の信号とシリンダ３のピストンロッド６の伸縮を検知するロッド伸縮検知手段の信号に基づいている。このロッド伸縮検知手段は通常、ピストンロッド６の側面に磁性体ビット４８を埋め込み、これを磁気センサ４９で検知するようにしている。
【０００９】
また、特許文献４では、オンロードかアンロードかの判断を行うピストンロッド６の伸縮の検知を、ヘッド側室４ａが圧力のある状態か負圧であるかを判断してピストンロッド６が伸びたか縮んだかを検知している。この手段はシリンダ３のヘッド側壁４に設けた油タンク７からヘッド側室４ａへ連通する第２チェック弁８の動作を検知するか、ヘッド側壁４ａに圧力センサを設けてヘッド側室４ａ内の油圧を検知することによっている。これにより、前記のロッド伸縮検知手段を用いたものより装置を小型にするとともに制御も簡素にしている。
【００１０】
【特許文献１】特開平８−９９６３４号公報。
【特許文献２】特開平９−３０１１６４号公報。
【特許文献３】特開平２０００−１７７５８６号公報。
【特許文献４】特開平２０００−１８５６５０号公報。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記第２チェック弁８の動作を検知する手段は、具体的には第２チェック弁８の弁体の移動を近接センサなどで検知しているが、第２チェック弁８は多量のオイルが通過するので、大型で作動時の弁体の移動量も大きい。このため、弁体が所定の位置まで移動するのに時間を要し検知遅れが生ずるという問題がある。また、近接センサなどの検知手段も大型のものになってしまい、シリンダ３へ内蔵することは困難である。さらに、検知手段に異常が発生した場合には、シリンダ３を分解しなければならないという欠点もある。
【００１２】
そこで、本発明は、ピストンロッドの伸縮を迅速に検知できるコンパクトな鉄道車両の振動抑制装置を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の振動抑制装置では次の手段を採った。
即ち、車体と台車間に設けられ、シリンダのヘッド側室とロッド側室を第１チェック弁を介して連通するとともにヘッド側室と油タンクを第２チェック弁を介して連通し、ロッド側室から油タンクへの流路をオンロード時とアンロード時の２経路とした鉄道車両の振動抑制装置において、ピストンロッドの伸縮を検知するため、該ヘッド側室と油タンクを第２チェック弁を介して連通する流路と並列に小型の第３チェック弁を介して連通する別流路を設け、かつ、第３チェック弁の動作を検知する検知手段を付設したことを特徴としている。
【００１４】
本発明による振動抑制装置は、シリンダのロッド側室から油タンクへの流路を、オンロードかアンロードの２段切換えで行うものに適用される。
オンロードかアンロードかの判断は車体の加速度の情報とピストンロッドの伸縮情報によって行うが、本発明ではピストンロッドの伸縮の検知を、ヘッド側室が圧力のある状態か負圧の状態であるかを判断してピストンロッドが伸びたか縮んだかを間接的に検知する。
【００１５】
別流路に設けられる第３チェック弁は油タンクからシリンダのヘッド側室へオイルを送るためのものではないので、できるだけ小型のものを使用するのが望ましい。また、第３チェック弁の動作の検知手段は第３チェック弁の開閉を行う弁体の移動を検知するもので、近接センサを使用するのがよい。
【００１６】
小型の第３チェック弁は、弁体の移動量が小さいので即座に検知でき、検知手段も小型にできる。
また、請求項２に記載のように、第３チェック弁とこれの動作を検知する検知手段を一体にしてカートリッジ式にしてシリンダに着脱可能とすれば、作動不良などの故障時に新しいものと交換するなど、修復が短時間でできる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の振動抑制装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は上記従来技術で説明した図５に対応するもので、同じものの符号は同一にしている。
【００１８】
シリンダ３のロッド側室６ａは流路１７からフェールセーフ弁１３と高速電磁弁１２と高圧リリーフ弁１１を並列に介して流路１８から油タンク７へ還流するように接続されている。そして、フェールセーフ弁１３の吐出側はオリフィス１４とリリーフ弁１５が並列に設けられている。なお、ロッド側室６ａから油タンク７への油圧回路１０はユニットにまとめられ、シリンダ３に取り付けられている。
【００１９】
シリンダ３のヘッド側室４ａは、ピストン５に設けた第１チェック弁５ａを介してロッド側室６ａと連通され、ヘッド側室４ａは第２チェック弁８を備えた流路２８によって油タンク７に接続されている。そして、流路２８と並列に別流路２７が設けられ、この流路２７にはピストンロッド６の伸縮を検知するための伸縮センサ２０が設けられている。
【００２０】
伸縮センサ２０は、高速電磁弁１１の切換制御の判断要素の一つの情報であるピストンロッド６ａの伸縮を検出するためのもので、油タンク７からヘッド側室４ａへ連通する第３チェック弁２４とこの第３チェック弁２４の動作を検知する検知手段２５とからなり、ヘッド側室４ａが圧力のある状態か負圧の状態であるかを第３チェック弁２４の作動を検知することによって判断している。
【００２１】
この具体的な構成は図２および図３に示すように、シリンダ３の外周に油タンク７が形成され、ヘッド側室４ａのヘッド側壁４に第２チェック弁８が一体に組み込まれている。そして、ヘッド側壁４には第２チェック弁８が開放されたときに油が流通する複数の通孔２６が設けられており、この通孔２６は流路２８によって油タンク７と連通されている。また、中央部には第２チェック弁８の作動とは関係なくオイルが流通する別流路２７が設けられており、この別流路２７にはカートリッジにした伸縮センサ２０が取り付けられている。
【００２２】
伸縮センサ２０の構成は、シリンダ３にネジ２１ａで取り付けられるセンサ体２１内に第３チェック弁２４が内装され、これにホルダー２２に支持された検知手段２５が連接されている。この検知手段２５はいわゆる近接スイッチを用いている。また、第３チェック弁２４は小型のもので、弁体２４ａの移動距離は１ｍｍ以下のものを使用している。
【００２３】
なお、シリンダ３は、ピストンロッド６の末端が台車に、シリンダヘッド４は車体に固定されている（逆向きにしてもよい）。また、ヘッド側室４ａの断面積はピストンロッド６の断面積の２倍に設定され、ピストンロッド６の伸長時と圧縮時のストロークに対してシリンダ３から排出されるオイル量は同一となっている。
【００２４】
このように構成されているので、ピストンロッド６ａが縮み側へ移動したときは、ヘッド側壁４の通孔２６は第２チェック弁８によって塞がれ、また、別流路２７も第３チェック弁２４によって塞がれるので油タンク７との流路２８は遮断され、ヘッド側室４ａは高圧になる。そして、ヘッド側室４ａのオイルはピストン５に付設したチェック弁５ａを通ってロッド側室６ａへ流れる。
【００２５】
このとき、第３チェック弁２４の弁体２４ａはヘッド側室４ａの圧力によって検知手段２５側へ移動するので、検知手段２５がこれを検知し、ＯＮの信号を制御装置へ出力する。
一方、ピストンロッド６ａが伸び側へ移動したときは、ヘッド側室４ａは負圧になり第２チェック弁８と第３チェック弁２４が開口し、オイルが油タンク７から流路２８、通孔２６および別流路２７を通ってヘッド側室４ａへ流入する。
【００２６】
そして、このとき第３チェック弁２４の弁体２４ａはヘッド側室４ａ方向に移動するので検知手段２５はこれを検知し、ＯＦＦの信号を制御装置へ出力する。
なお、流路２８および第２チェック弁８は、オイルが油タンク７からヘッド室側４ａへ速やかに送られるように大きな径にしており、第３チェック弁２４はピストンロッド６の伸縮の検知用として、最も小型のものを使用している。
【００２７】
したがって、弁体２４ａが小型で移動距離も小さいので、ヘッド側室４ａが負圧になった瞬間に検知できる。
図１に戻り、この油圧回路において、制御装置からオンロードの信号が出された場合は、高速電磁弁１２のソレノイドＳＯＬ１がＯＦＦの状態となり、高速電磁弁１２は閉鎖され、また、フェールセーフ弁１３は通電時はオリフィス１４側へは閉鎖されているので、ロッド側室６ａのオイルは流路１７を通って高圧リリーフ弁１１を作動させて流路１８へ還流する。なお、この高圧リリーフ弁１１の特性は、オンロード時の制振力がピストンロッド６の速度によらず一定に発生するものを使用している。また、クラッキング荷重調整機構の設定を変更することにより、制振力を任意に変更可能となっている。
【００２８】
また、アンロードの信号が出された場合は、高速電磁弁１２のソレノイドＳＯＬ１がＯＮの状態となり、ロッド側室６ａのオイルは流路１７から高速電磁弁１２を通って流路１８から油タンク７へと還流する。
また、無通電状態になった場合はフェールセーフ弁１３のソレノイドＳＯＬ２がＯＦＦになるので、ロッド側室６ａのオイルは流路１７からフェールセーフ弁１３を通り、オリフィス１４を経由して油タンク７へと還流する。なお、ロッド側室６ａからの吐出流量が大きい場合はリリーフ弁１５が作動する。
【００２９】
上記説明したピストンロッド６の伸縮の検出信号は、別途検出した車体の左右方向の加速度の検出信号と併せて処理され高速電磁弁１２の切換えを判断しＳＯＬ１へＯＮまたはＯＦＦの信号を出力する。これを図４で説明する。
ピストンロッド６の伸縮の検出信号は、上記したように伸縮センサ２０の検知手段２５から送られてきた信号を伸縮判断部３７で制御信号（正負符号付き）に直している。そして、車体の加速度の検出信号を処理した入力速度信号とから、制振力を発生させるか否かをアンロード・オンロード判定部３８で判定し、高速電磁弁１２のソレノイドＳＯＬ１へ指令するソレノイドドライバ３９へ信号が出力される。
【００３０】
ここで、伸縮判断部３７から出力される信号は、１か０のビット信号で、例えばピストンロッド６が伸びた場合は１、縮んだ場合は０として出力される。
一方、車体の左右方向の加速度は、車体に設けられたＧセンサ３１で検出され、Ｇアンプ３２で増幅し、Ａ／Ｄ変換器３３でデジタル信号に変換してから、補正部３４で重力加速度ｇを乗して実加速度とし、積分部３５で積分して車体の左右方向の速度を算出する。そして、波形フィルタ処理部３６で不要な周波成分をカットしてアンロード・オンロード判定部３８に出力される。
【００３１】
アンロード・オンロード判定部３８では、算出された速度に所定の制御ゲイン＝−Ｋを乗して制御入力信号としている。なお、制御入力信号は、１か０のビット信号に変換され、例えば制御入力信号が負であれば０、正であれば１で速度の絶対値は除かれる。
【００３２】
制御入力速度信号の方向（ビット）とピストンロッド６の移動の方向（ビット）が等しい場合には、アンロードの判定がなされ、ビットが異なる場合には、オンロードの判定がなされる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ピストンロッドの伸縮を検知するため、該ヘッド側室と油タンクを第２チェック弁を介して連通する流路と並列に小型の第３チェック弁を介して連通する別流路を設け、かつ、第３チェック弁の動作を検知する検知手段を付設したので、従来のヘッド側壁に設けた油タンクからヘッド側室へ連通する第２チェック弁の動作を検知するものに比べ、検知遅れがなく、装置全体を小型のものにできる。また、請求項２に記載のように第３チェック弁とこれの動作を検知する検知手段を一体にしてシリンダに着脱可能にすれば、制振装置全体としてコンパクトにまとまり、故障時などにおける作業が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の鉄道車両の振動抑制装置の実施の形態の構成を示す回路図である。
【図２】同  振動抑制装置のピストンロッドの伸縮センサの取付状態を示す正面図である。
【図３】同  図２の伸縮センサの詳細を示す正面図である。
【図４】同  制振制御の流れを示すブロック図である。
【図５】従来の振動抑制装置の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１…振動抑制装置            ３…シリンダ
４…ヘッド側壁          ４ａ…ヘッド側室
５…ピストン                  ５ａ…第１チェック弁
６…ピストンロッド        ６ａ…ロッド側室
７…油タンク            ８…第２チェック弁
１０…油圧回路          １１…高圧リリーフ弁
１２…高速電磁弁        １３…フェイルセーフ弁
１４…オリフィス        １５…リリーフ弁
１６…フィルタ          １７，１８…流路
２０…伸縮センサ        ２１…センサ体
２１ａ…ネジ            ２２…ホルダー
２３…キャップ          ２４…第３チェック弁
２４ａ…弁体            ２５…検知手段
２６…通孔              ２７…別流路
２８…流路              ３１…Ｇセンサ
３２…Ｇアンプ          ３３…Ａ／Ｄ変換器
３４…補正部            ３５…積分部
３６…波形フィルタ処理部
３７…伸縮判断部
３８…アンロード・オンロード判定部
３９…ソレノイドドライバ
４１…高速電磁弁        ４２…フェイルセーフ弁
４３…高圧リリーフ弁    ４４，４５…オリフィス
４６，４７…流路        ４８…磁性体ビット
４９…磁気センサ
【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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