(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダと、当該シリンダに液圧を供給する液圧ポンプと、当該液圧ポンプを駆動するモータとを備え、上記車体を上記台車に対して傾斜させるアクチュエータにおいて、
上記モータを駆動するための制御指令を生成する制御指令生成部と、
上記車体の振動あるいは上記車体の上記台車に対する振動のうち、所定周波数帯における振動の振幅に基づいて、上記モータへ供給する電流量を制限する電流リミット値を演算するリミット値調整部と、
上記制御指令と上記電流リミット値とに基づいて、上記モータを駆動するモータ駆動部とを備えたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
上記リミット値調整部は、上記車体の振動あるいは上記車体の上記台車に対する振動のうち、所定周波数帯における振動の振幅を得、当該振幅に対して漸減する重み付けを行って上記電流リミット値を求めることを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
上記リミット値調整部は、アクチュエータの目標変位と、アクチュエータの実際の変位との偏差が閾値を越える場合、上限側の電流リミット値を最大値とするとともに下限側の電流リミット値を最小値とする請求項１または２に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
上記車体に作用する加速度を検知することで当該車体の振動を得ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項５】
上記シリンダ内の圧力を検知することで上記車体の振動を得ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項６】
アクチュエータの変位を検知することで上記車体の振動を得ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項７】
上記制御指令生成部で生成される制御指令から上記車体の振動を得ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【請求項８】
アクチュエータの目標変位とアクチュエータの実際の変位との偏差から上記車体の振動を得ることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両が曲線区間を走行する場合、車体には曲線区間の曲率中心とは反対側に向く遠心力が作用する。この遠心力は、車両の走行速度が高くなればなるほど大きくなる。そこで、鉄道車両の軌道では、曲率中心側の内側レールと反対側の外側レールにカントと呼ばれる高低差を設けて、上記遠心力を緩和し、曲線走行時の鉄道車両の速度向上を図っている。
【０００３】
しかしながら、カント量（各レールの高低差量）は一旦設定されると変更することができず、走行速度が異なる鉄道車両が走行する線区では、高速走行する鉄道車両になればなるほど、カント量が不足して超過遠心力が鉄道車両に作用して、乗り心地が悪化してしまうといった問題がある。
【０００４】
そこで、近年では、振子式の車体傾斜装置や台車と車体との間に設けた気体バネを用いて車体を台車に対して傾斜させる車体傾斜装置を搭載するようにし、上記カント量不足による超過遠心力を緩和するため、鉄道車両が曲線区間を走行する際に、台車に対して車体を曲率中心側に傾けるようにして乗り心地の悪化を抑制することで、曲線区間での高速走行を実現している。
【０００５】
このような車体傾斜装置にあっては、具体的にはたとえば、車体と台車との間に空気圧で駆動される直動型のアクチュエータを介装し、このアクチュエータを伸縮させることで車体を台車に対して傾斜させるようになっている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１５４４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記アクチュエータは、その駆動を大きな圧縮性を持つ圧縮空気を利用して行うため、推力と応答性が不十分となって狙った車体傾斜角の確保が難しく、乗り心地を充分に向上することが難しいという問題があり、これを解消するには、アクチュエータには、空気圧ではなく、液圧で駆動するものを採用することが考えられる。
【０００７】
ところが、アクチュエータの作動流体を液体とする場合、今度は、液体の圧縮性の小ささ故にアクチュエータの見掛け上の剛性が高くなって、この車体傾斜用に供されるアクチュエータを介して台車における車体進行方向に対する左右方向の振動が車体に伝達されてしまい、車両における乗り心地を悪化させてしまう虞がある。なお、アクチュエータの見掛け上の剛性とは、作動流体を含めたアクチュエータ全体の伸縮方向の剛性であり、作動流体の圧縮性が小さくなればなるほど上記の見掛け上の剛性は高くなる傾向を示すことになる。
【０００８】
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、液圧式であっても車両における乗り心地を向上することが可能なアクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段におけるアクチュエータは、鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダと、当該シリンダに液圧を供給する液圧ポンプと、当該液圧ポンプを駆動するモータとを備え、上記車体を上記台車に対して傾斜させるアクチュエータにおいて、上記モータを駆動するための制御指令を生成する制御指令生成部と、上記車体の振動あるいは上記車体の上記台車に対する振動のうち、所定周波数帯における振動の振幅に基づいて、上記モータへ供給する電流量を制限する電流リミット値を演算するリミット値調整部と、上記制御指令と上記電流リミット値とに基づいて、上記モータを駆動するモータ駆動部とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアクチュエータによれば、所定周波数帯における振動の振幅に基づいて、モータへ供給する電流量を制限するリミット値を調節するので、外乱によって乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車に作用しても、台車側へ入力された振動が車体側へ伝播することを抑制することができ、液圧式のアクチュエータを車体傾斜に用いても車両における乗り心地を向上することができるのである。
【００１１】
また、換言すれば、車両における乗り心地を向上することができるので、アクチュエータの作動流体を液体たる作動油とすることができ、推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。図２は、一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。図３は、一実施の形態のアクチュエータにおける制御ブロック図である。図４は、変位信号における所定周波数帯の振動成分の振幅と、当該振幅に対して重み付けを行う係数との関係を示す図である。図５は、一実施の形態におけるアクチュエータのモータを制御する制御部における電流リミット値を制御するフローチャートの一例を示す図である。図６は、一実施の形態の一変形例におけるアクチュエータの制御ブロック図である。
【００１３】
一実施の形態におけるアクチュエータＡは、図１および図２に示すように、鉄道車両の車体Ｂと台車Ｗとの間に介装されるシリンダＣと、シリンダＣに液圧を供給するモータＭで駆動される油圧ポンプ１と、モータＭを制御する制御部２０とを備えて構成されている。
【００１４】
このアクチュエータＡにあっては、シリンダＣを油圧ポンプ１から供給する液圧で駆動することができるようになっており、本実施の形態では、具体的には、液圧でシリンダＣを駆動するためアクチュエータ回路５を備えている。
【００１５】
以下、各部について詳細に説明すると、シリンダＣは、容器２と、容器２内に摺動自在に挿入されて容器２内に一方室Ｒ１および他方室Ｒ２の二つの圧力室を区画するピストン３と、ピストン３に連結されて容器２内に移動自在に挿入されるロッド４とを備えて構成され、一方室Ｒ１および他方室Ｒ２内には液体としての作動油が充填され、この実施の形態の場合、いわゆる両ロッド型の油圧シリンダとされている。なお、本実施の形態にあっては、シリンダＣの作動には使用される液体は作動油とされているが、液体はアクチュエータＡの作動に適するものであればよい。
【００１６】
そして、油圧ポンプ１は、シリンダＣをアクチュエータとして動作させるアクチュエータ回路５中に組み込まれ、アクチュエータ回路５は、ループ通路６と、ループ通路６中に設けた二つのソレノイド切換弁７，８と、ループ通路６から分岐する二つの分岐通路９，１０と、分岐通路９，１０のうち低圧側をアキュムレータ１１に連通する低圧選択弁１２とを備えて構成されている。
【００１７】
詳細には、油圧ポンプ１は、シリンダＣの一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するループ通路６の途中に設けられ、この場合、モータＭによって駆動される双方向吐出型のポンプとして構成されている。なお、油圧ポンプ１で生じる漏れ油圧はアキュムレータ１１で回収されるようになっている。
【００１８】
また、ループ通路６の途中であって、油圧ポンプ１と一方室Ｒ１との間には、ノーマルクローズのソレノイド切換弁７が介装され、さらに、油圧ポンプ１と他方室Ｒ２との間にも、ノーマルクローズのソレノイド切換弁８が介装されている。
【００１９】
ソレノイド切換弁７は、油圧ポンプ１と一方室Ｒ１とを連通する連通ポジションと、油圧ポンプ１から一方室Ｒ１への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ７ａと、遮断ポジションを採るようにバルブ７ａを附勢するバネ７ｂと、通電時にバルブ７ａをバネ７ｂに対向して連通ポジションに切換えるソレノイド７ｃとを備えて構成され、他方のソレノイド切換弁８は、油圧ポンプ１と他方室Ｒ２とを連通する連通ポジションと、油圧ポンプ１から他方室Ｒ２への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ８ａと、遮断ポジションを採るようにバルブ８ａを附勢するバネ８ｂと、通電時にバルブ８ａをバネ８ｂに対向して連通ポジションに切換えるソレノイド８ｃとを備えて構成されている。
【００２０】
さらに、分岐通路９は、ループ通路６の途中であってソレノイド切換弁７と油圧ポンプ１との間から分岐し、他方の分岐通路１０は、ループ通路６の途中であってソレノイド切換弁８と油圧ポンプ１との間から分岐しており、これら分岐通路９，１０のうち、低圧側が低圧選択弁１２によってアキュムレータ１１へ連通される。
【００２１】
低圧選択弁１２は、分岐通路９をアキュムレータ１１に連通する一方側連通ポジションと、分岐通路１０をアキュムレータ１１に連通する他方側連通ポジションと、分岐通路９，１０の双方をアキュムレータ１１に連通する双方連通ポジションとを備えたバルブ１２ａと、バルブ１２ａを他方側連通ポジションに切換えるように分岐通路９の圧力を作用させるパイロット通路１２ｂと、バルブ１２ａを一方側連通ポジションに切換えるように分岐通路１０の圧力を作用させるパイロット通路１２ｃとを備え、中立位置では双方連通ポジションを採るように構成されている。
【００２２】
したがって、分岐通路９側の圧力が分岐通路１０側の圧力を上回ると、低圧選択弁１２は、他方側連通ポジションを採って分岐通路１０をアキュムレータ１１に連通し、反対に、分岐通路１０側の圧力が分岐通路９側の圧力を上回ると、低圧選択弁１２は、一方側連通ポジションを採って分岐通路９をアキュムレータ１１に連通する。
【００２３】
すなわち、ソレノイド切換弁７，８をそれぞれ連通ポジションとして、油圧ポンプ１を一方室Ｒ１へ油圧を供給するように駆動すると、一方室Ｒ１内に油圧が供給されてシリンダＣにおけるロッド４が、図１および図２中、右方へ推進され、車体Ｂを反時計周りに傾斜させることができ、反対に、ソレノイド切換弁７，８をそれぞれ連通ポジションとして、油圧ポンプ１を他方室Ｒ２へ油圧を供給するように駆動すると、他方室Ｒ２内に油圧が供給されてシリンダＣにおけるロッド４が、図１および図２中、左方へ推進され、車体Ｂを時計周りに傾斜させることができる。つまり、当該アクチュエータＡを、車体を傾斜させるアクチュエータとして機能させることができる。
【００２４】
そして、油圧ポンプ１を一方室Ｒ１へ油圧を供給するように駆動する場合、油圧ポンプ１は、低圧側となる他方室Ｒ２から、あるいは、低圧選択弁１２によって選択される分岐通路１０を介してアキュムレータ１１から、あるいは、その両方から作動油を吸い込んで、一方室Ｒ１側へ作動油を吐出する。反対に、油圧ポンプ１を他方室Ｒ２へ油圧を供給するように駆動する場合、油圧ポンプ１は、低圧側となる一方室Ｒ１から、あるいは、低圧選択弁１２によって選択される分岐通路９を介してアキュムレータ１１から、あるいは、その両方から作動油を吸い込んで、他方室Ｒ２側へ作動油を吐出する。
【００２５】
したがって、油圧ポンプ１は、作動油の圧縮等による体積減少が生じても、アキュムレータ１１から作動油の供給を受け、問題なく一方室Ｒ１および他方室Ｒ２のうち希望する圧力室へ油圧を供給することができる。
【００２６】
また、シリンダＣの推力発生方向が逆転する折には、一方室Ｒ１の圧力と他方室Ｒ２の圧力の高低が逆転するので、低圧選択弁１２は、一旦中立位置の双方連通ポジションを経由して切換わり、分岐通路９，１０を一度アキュムレータ１１に連通して一方室Ｒ１および他方室Ｒ２内の蓄圧を防止することができる。
【００２７】
なお、低圧選択弁１２は、作動油の温度上昇による内圧増大の防止、作動油の温度低下による負圧の防止、およびシリンダＣの製作加工誤差による一方室Ｒ１と他方室Ｒ２の容積差によるアキュムレータ１１からの作動油の供給等のために設けられている。
【００２８】
また、この実施の形態の場合、アクチュエータＡの変位（シリンダＣにおける容器２に対するロッド４の変位）をセンシングするストロークセンサ３０を備えており、ストロークセンサ３０で検知するアクチュエータＡの変位に基づいて、後述の制御部２０によって、油圧ポンプ１を駆動するモータＭが制御されるようになっている。
【００２９】
なお、本実施の形態におけるアクチュエータＡでは、失陥時その他においてシリンダＣをダンパとして機能させるダンパ回路１３を備えており、このダンパ回路１３について説明すると、ダンパ回路１３は、シリンダＣ内の二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通する流路１４を備えており、この流路１４は、減衰力発生要素１５とソレノイド切換弁１６とが設けられるメイン流路１４ａと、一方室Ｒ１からメイン流路１４ａに向かう流れのみを許容する一方側上流路１４ｂと、他方室Ｒ２からメイン流路１４ａに向かう流れのみを許容する他方側上流路１４ｃと、メイン流路１４ａから一方室Ｒ１へ向かう流れのみを許容する一方側下流路１４ｄと、メイン流路１４ａから他方室Ｒ２へ向かう流れのみを許容する他方側下流路１４ｅとを備えて構成されている。
【００３０】
一方側上流路１４ｂは、途中に一方室Ｒ１からメイン流路１４ａへ向かう作動油の流れのみを許容する逆止弁１７ａを備え、この逆止弁１７ａによって一方側上流路１４ｂを一方室Ｒ１からメイン流路１４ａへ向かう一方通行の通路としている。他方側上流路１４ｃ、一方側下流路１４ｄ、他方側下流路１４ｅの途中にも同様に、それぞれ逆止弁１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが設けられ、それぞれ上記した通りの一方通行の通路となるように設定されている。
【００３１】
本実施の形態にあっては、このように流路１４が構成されることで、作動油は、メイン流路１４ａを一方側上流路１４ｂおよび他方側上流路１４ｃに接続されている方を上流として、一方側下流路１４ｄおよび他方側下流路１４ｅに接続されている下流側へ流れることになり、メイン流路１４ａも一方通行とされている。
【００３２】
また、メイン流路１４ａの下流は、接続流路１４ｆを介して上述のアキュムレータ１１に接続され、メイン流路１４ａの下流の圧力はアキュムレータ１１と同圧となるように設定されている。
【００３３】
そして、メイン流路１４ａの途中に設けられる減衰力発生要素１５は、自身の上流側の圧力に応じて流路面積を調節する減衰バルブ１５ａと、当該減衰バルブ１５ａに並列配置される固定絞り１５ｂとで構成され、メイン流路１４ａの上流側の圧力が低いときには、減衰バルブ１５ａが開かず、作動油に固定絞り１５ｂを通過させ、流量が増加して固定絞り１５ｂによる圧力損失が大きくなり上流側の圧力が減衰バルブ１５ａのクラッキング圧を上回るようになると、減衰バルブ１５ａが開いて作動油は減衰バルブ１５ａをも介してメイン流路１４ａの下流側へ流れるようになる。
【００３４】
このように、減衰力発生要素１５は、作動油がメイン流路１４ａを流れる際に、この流れに減衰バルブ１５ａと固定絞り１５ｂとで抵抗を与えて、シリンダＣの伸縮を抑制する減衰力を発揮させる発生源として機能する。
【００３５】
さらに、ソレノイド切換弁１６は、ノーマルオープンの切換弁とされ、メイン流路１４ａを開放する連通ポジションと、メイン流路１４ａを遮断する遮断ポジションとを備えたバルブ１６ａと、連通ポジションを採るようにバルブ１６ａを附勢するバネ１６ｂと、通電時にバルブ１６ａをバネ１６ｂに対向して遮断ポジションに切換えるソレノイド１６ｃとを備えて構成されている。
【００３６】
ここで、ソレノイド切換弁７，８が遮断ポジションであってアクチュエータ回路５側でシリンダＣを駆動しない状態を考えると、ソレノイド切換弁１６が遮断ポジションを採ると、メイン流路１４ａが遮断状態に維持され、シリンダＣの一方室Ｒ１と他方室Ｒ２との連通が断たれた状態となるので、シリンダＣは伸縮不能なロック状態とされる。他方、いわゆる失陥時にあって、ソレノイド切換弁７，８が遮断ポジションを採るとともにソレノイド切換弁１６が連通ポジションを採る場合には、メイン流路１４ａが開放状態に維持され、シリンダＣが外力によって強制的に伸縮させられると、作動油は流路１４を介して、一方室Ｒ１から他方室Ｒ２へ、あるいは、他方室Ｒ２から一方室Ｒ１へと移動可能となり、また、上記移動に際して必ずメイン流路１４ａの減衰力発生要素１５を通過するので、シリンダＣは外力による強制伸縮に対して伸縮を抑制する減衰力を発揮し、シリンダＣをダンパとして機能させることができるようになる。
【００３７】
また、このダンパ回路１３では、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するリリーフ流路１８と、リリーフ流路１８の途中に設けたリリーフ弁１９とを備えている。
【００３８】
リリーフ流路１８は、具体的には、減衰力発生要素１５およびソレノイド切換弁１６を迂回してメイン流路１４ａの上流と下流を連通することによって、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通している。
【００３９】
そして、ソレノイド切換弁１６の開閉に関わらず、シリンダＣに伸縮方向の過大な入力があって、一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２内の圧力が所定圧を超える異常高圧となると、リリーフ弁１９が開放動作して、異常高圧となった一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２の一方の圧力を低圧側の他方へ逃がして、アクチュエータＡのシステム全体を保護するようになっている。また、作動油の体積が減少する場合には、ソレノイド切換弁７，８が連通ポジション、遮断ポジションを問わずに一方室Ｒ１および他方室Ｒ２とアキュムレータ１１との連通を許容するのでアキュムレータ１１から一方室Ｒ１および他方室Ｒ２に作動油が供給されることになる。このように、この実施の形態のアクチュエータＡでは、上記回路構成を採用することで、温度変化による作動油の体積補償される。このように、ソレノイド切換弁７，８における遮断ポジションにおいて、ループ通路６を遮断していても温度低下に伴う体積補償を行うことを可能とするためアキュムレータ１１から一方室Ｒ１および他方室Ｒ２へ向かう流れを許容するようにしているが、当該体積補償をアクチュエータ回路５において行わない場合には、遮断ポジションにおいてループ通路６における双方向の流れを遮断するようにしてもよい。
【００４０】
つづいて、アクチュエータＡにおけるモータＭを制御する制御部２０は、図３に示すように、車体Ｂの走行状態から車体傾斜角度の目標値を決定する図外の上位装置から入力されるアクチュエータＡの目標変位Ｘ＊とストロークセンサ３０が出力する実際の変位Ｘとの偏差εを演算する偏差演算部２１と、偏差演算部２１が演算した偏差εに基づいてアクチュエータＡを制御する制御指令Ｅを生成する制御指令生成部２２と、電流リミット値を調節するリミット値調整部２３と、制御指令生成部２２から出力される制御指令Ｅを受け取ってアクチュエータＡにおける油圧ポンプ１のモータＭを駆動するモータ駆動部２４と、を備えて構成されている。すなわち、制御部２０は、アクチュエータＡの変位ＸをフィードバックしてアクチュエータＡの変位を制御するようになっている。
【００４１】
また、変位フィードバック制御おいて実際の制御対象となるのは、モータＭとなるので、制御指令生成部２２は、具体的には、目標変位Ｘ＊と実際の変位Ｘの偏差εをとった後、この偏差εに基づいて比例積分動作あるいは比例積分微分動作によって目標モータ回転数指令でなる制御指令を生成し、目標モータ回転数指令とモータＭの実際の回転数との偏差である回転数偏差を演算し、この回転数偏差を速度ループに入力して目標速度指令でなる制御指令を生成し、目標速度指令を電流ループに入力して最終的にはモータＭを駆動する目標電流指令でなる制御指令を生成し、この目標電流指令でなる制御指令Ｅをモータ駆動部２４へ出力することになる。このような処理を制御指令生成部２２に実行させることで、アクチュエータＡの実際の変位Ｘを目標変位Ｘ＊に精度よく追随させることができるが、目標変位Ｘ＊と実際の変位Ｘの偏差εから比例積分動作あるいは比例積分微分動作によって直接的に目標電流指令でなる制御指令Ｅを生成することも可能である。
【００４２】
そして、モータ駆動部２４は、図示はしないが、モータＭを駆動する駆動回路を備え、モータＭを実際に駆動するため電流量を示す制御指令Ｅを受け取ると、制御指令通りの電流量をモータＭへ駆動回路を介して供給する。
【００４３】
なお、このアクチュエータＡは、モータＭを制御する指令系統とは別に各ソレノイド切換弁７，８，１６を駆動する図示しない指令系統が出力する制御指令に基づいて各ソレノイド切換弁７，８，１６を駆動する図示しないソレノイドドライバを備えており、たとえば、シリンダＣを伸縮させて車体Ｂを傾斜させることが必要な場合に、たとえば、図外の上位装置から出力される目標変位Ｘ＊と実際の変位ＸとからシリンダＣの駆動が必要であることを判断して各ソレノイド切換弁７，８を連通ポジションに切換える。また、ソレノイド切換弁１６は、アクチュエータＡが正常動作している場合、原則的には、通電状態とされる。
【００４４】
なお、この実施の形態においては、モータＭを正転させる場合には、供給電流は正の値を持ち、モータＭを逆転させる場合には、供給電流は負の値を持つものとされている。そして、電流リミット値は、モータＭを正転させるときの正の制限値とモータＭを逆転させるときの負の制限値の両方側で設定され、便宜上、モータＭを正転させるときにおける制限値は正の値を持って電流値の上限を規制するので上限電流リミット値とし、モータＭを逆転させるときにおける制限値は負の値を持って電流値の下限を規制するので下限電流リミット値と称呼する。
【００４５】
つづいて、リミット値調整部２３は、ストロークセンサ３０が出力する変位信号から乗り心地を悪化させる所定周波数帯における成分を抽出するバンドパスフィルタ２５と、バンドパスフィルタ２５で抽出した所定周波数帯成分における変位信号の振幅に基づいて電流リミット値を演算するリミット値演算部２６とを備えており、リミット値演算部２６が演算した電流リミット値はモータ駆動部２４へ入力され、当該モータ駆動部２４がモータＭへ与える電流量が上限および下限の電流リミット値の範囲内に制限されることになる。
【００４６】
すなわち、この実施の形態の場合、アクチュエータＡの変位を検知することで車体Ｂの台車Ｗに対する振動を検知しており、アクチュエータＡの振動状況に応じて電流リミット値を調節するようになっている。
【００４７】
このリミット値調整部２３における処理について詳細に説明すると、まず、バンドパスフィルタ２５は、所定周波数帯成分、具体的にはたとえば、１Ｈｚ程度から１０Ｈｚ程度となる周波数帯における振動成分のみをストロークセンサ３０が出力する変位信号から抽出する。
【００４８】
つづいて、リミット値演算部２６は、変位信号の所定周波数帯における振動成分の振幅を求め、当該振幅に対して漸減する重み付けを行って、上限および下限の電流リミット値±Ｉ＊を演算するようになっている。具体的には、振幅Ｌの大きさに応じて最大値から最小値にまで漸減する係数αを図４に示すマップを利用するなどして求め、当該係数αにモータＭで許容される正の最大電流値Ｉｍａｘを積算して電流リミット絶対値を求めて、モータＭに供給される電流量の上限である上限電流リミット値Ｉ＊と、電流リミット絶対値の符号を反転してモータＭに供給される電流量の下限である下限電流リミット値−Ｉ＊とを演算する。
【００４９】
なお、係数αは、モータＭで許容される正の最大電流値Ｉｍａｘに積算されるので、この場合、０≦α≦１の範囲の係数となり、振幅Ｌの増大によって、最小値である０に向けて漸減することになる。
【００５０】
また、図４に示した例では、振幅ＬがＬ１未満では、係数αは最大値である１を採るとともに、Ｌ２を超えると任意の最小値βとなり、振幅ＬがＬ１以上Ｌ２以下の範囲では、係数αが任意の最小値βまで比例的に減少するようになっているが、漸減することには、振幅Ｌの増加に対して係数αが、比例的、反比例的、指数関数的、段階的、あるいはこれらの任意の組み合わせによって減少することも含まれる。
【００５１】
さらに、上記したところでは、上限電流リミット値Ｉ＊と下限電流リミット値−Ｉ＊を求めるのに、一旦、係数αを求めて、当該係数αに最大電流値Ｉｍａｘを掛け合わせるようにしているが、振幅Ｌに対して重み付けした正の上限電流リミット値Ｉ＊をマップ化しておき、振幅Ｌから直接的に上限電流リミット値Ｉ＊を求めるとともに、符号を反転して負の下限電流リミット値−Ｉ＊を求めてもよい。また、係数αに任意の値γを掛け合わせる場合には、係数αは０≦α≦Ｉｍａｘ／γの範囲で振幅Ｌの増加に対して漸減するように設定されればよい。
【００５２】
すなわち、リミット値調整部２３では、外乱によって車体Ｂに伝達されると乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車Ｗに作用する場合、これをバンドパスフィルタ２５で当該周波数帯の振動成分を抽出し、リミット値演算部２６で上限および下限の電流リミット値±Ｉ＊を求めて、モータ駆動部２４がモータＭへ出力する電流量の上限および下限を制限する。
【００５３】
このように本実施の形態のアクチュエータＡでは、モータＭへ出力する電流量の上限および下限をリミット値演算部２６で求めた上限および下限の電流リミット値±Ｉ＊に制限するが、モータＭの電流量を制限するということは、モータＭの出力トルクを制限するということである。
【００５４】
そして、モータＭの出力トルクを制限して小さくすると、シリンダＣに外力が入力された場合に、当該外力によって伸縮せしめられ易くなるので、これにより、アクチュエータＡの見掛け上の剛性を低くすることが可能となるのである。
【００５５】
すなわち、この実施の形態におけるアクチュエータＡでは、モータＭの電流量を制限することで、アクチュエータＡの見掛け上の剛性を制御することができるのである。
【００５６】
ここで、鉄道車両が走行中に、車体Ｂに伝達されると乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が外乱によって台車Ｗに作用する場合、アクチュエータＡの見掛け上の剛性が高いと、台車Ｗに作用した振動を車体Ｂへ伝達してしまうことになるため、本実施の形態では、そのような場合には、外乱によってアクチュエータＡの伸縮を可能とするため、上限および下限の電流リミット値±Ｉ＊を０に近づける、つまり、電流リミット値の絶対値を小さくして、モータＭへ供給される電流量を制限しモータＭの発生トルクを小さくする。
【００５７】
すると、アクチュエータＡの見掛け上の剛性が低くなって、台車Ｗに入力された振動に対してアクチュエータＡが伸縮しやすくなり、車体Ｂ側への振動伝播を絶縁することができるようになる。
【００５８】
したがって、本実施の形態のアクチュエータＡでは、所定周波数帯における振動の振幅に基づいて、モータＭへ供給する電流リミット値±Ｉ＊を調節するので、外乱によって乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車Ｗに作用しても、台車Ｗ側へ入力された振動が車体Ｂ側へ伝播することを抑制することができ、液圧式のアクチュエータＡを車体傾斜に用いても車両における乗り心地を向上することができるのである。
【００５９】
また、換言すれば、車両における乗り心地を向上することができるので、アクチュエータＡの作動流体を液体たる作動油とすることができ、推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができるのである。
【００６０】
また、振幅Ｌが大きくなると漸減するよう重み付けを行って正負の電流リミット値±Ｉ＊を求めるようになっているので、上記周波数帯の振動の振幅Ｌが大きく乗り心地の悪化が懸念される場合には、よりアクチュエータＡの見掛け上の剛性を低くして振動絶縁性を高め、反対に、上記周波数帯の振動の振幅Ｌが小さい場合には、制御部２０による車体傾斜のためのアクチュエータＡの制御を優先させて上位装置で演算される目標変位Ｘ＊に対してアクチュエータＡの実際の変位Ｘの追随性を満足させる程度のアクチュエータＡの見掛け上の剛性を確保することができる。
【００６１】
さらに、上述のリミット値演算部２６では、上記処理によって正負の電流リミット値±Ｉ＊を求めるのとは別に、制御部２０における偏差演算部２１で演算される目標変位Ｘ＊と実際の変位Ｘの偏差εを取り込み、偏差εが所定の閾値以下である場合には、上記の如く求めた正負の電流リミット値±Ｉ＊を有効とし、モータ駆動部２４がモータＭに供給する電流量が上記正負の電流リミット値±Ｉ＊で制限されることになる。
【００６２】
他方、偏差εが所定の閾値を超える場合には、正負の電流リミット値±Ｉ＊を上記処理によって得られた値ではなく、上限電流リミット値を正の値を持つ最大電流値Ｉｍａｘとするとともに、下限電流リミット値を負の値をもつ最小電流値Ｉｍｉｎとして、モータ駆動部２４がモータＭに供給する電流量の上限および下限が最大電流値Ｉｍａｘおよび最小電流値Ｉｍｉｎで制限されることになる。
【００６３】
すなわち、この場合、モータＭへは許容される最大および最小の電流量まで、電流供給することが可能となり、アクチュエータＡの見掛け上の剛性は高く維持されることになる。
【００６４】
なお、所定の閾値は、制御部２０による車体傾斜のためのアクチュエータＡの制御を優先させるか否かの判断を行うための基準であり、この閾値は、モータＭに供給される電流量を電流リミット値±Ｉ＊を調節することによって台車Ｗから車体Ｂへの振動伝達を抑制する制御を実施することで、目標変位Ｘ＊に対するアクチュエータＡの実際の変位Ｘの追随性が犠牲になって却って乗り心地を悪化させる場合には、制御部２０による車体傾斜のためのアクチュエータＡの制御を優先させることができるような値に設定される。
【００６５】
このように、リミット値演算部２６は、この実施の形態の場合、上限および下限の電流リミット値±Ｉ＊を求めることに加えて、目標変位Ｘ＊と実際の変位Ｘの偏差εを取り込み、偏差εが上記閾値を超える場合には、制御部２０による車体傾斜のためのアクチュエータＡの制御を優先させて上位装置で演算される目標変位Ｘ＊に対してアクチュエータＡの実際の変位Ｘの追随性を確保し、偏差εが上記閾値以下の場合には、台車Ｗから車体Ｂへの振動伝達の抑制する制御を優先するようになっているので、車体傾斜制御と車体Ｂへの振動絶縁とを高次元で両立してより一層乗り心地を向上することができるのである。
【００６６】
なお、本実施の形態の制御部２０は、ハードウェア資源としては、図示はしないが、ストロークセンサ３０が出力するアナログの電圧でなる変位信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、変位信号と上位装置からの目標変位とを取り込み、上記各部の処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、上記ＣＰＵに記憶領域を提供するＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、上記各部の処理を行うためＣＰＵが実行するアプリケーションやオペレーティングシステム等のプログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、モータ駆動部２４とを備えて構成されており、制御部２０の各部における構成は、ＣＰＵが各部の処理を行うためアプリケーションプログラムを実行することで実現されている。
【００６７】
なお、バンドパスフィルタ２５は、この場合、ＣＰＵによる処理で実現されるとしているが、ストロークセンサ３０が出力するアナログ信号を処理するフィルタとしてもよい。
【００６８】
つづいて、上述の制御部２０における上限および下限の電流リミット値±Ｉ＊を求める処理を図５に示した処理手順の一例に即して説明すると、ステップＳ１では、制御部２０は、ストロークセンサ３０が出力する変位信号から所定周波数帯の振動成分の変位信号を抽出する。
【００６９】
そして、ステップＳ２に移行して、制御部２０は、所定周波数帯の振動成分の変位信号における振幅Ｌを得る。なお、振幅Ｌは、所定周波数帯の振動成分の変位信号における任意周期内における最小値と最大値との差をとることで求めれば良いし、所定周波数帯の振動成分のパワースペクトルを演算することによって求めても良い。
【００７０】
つづき、ステップＳ３では、ステップＳ２で求めた振幅Ｌから係数αを求め、この係数αから上限電流リミット値Ｉ＊を求めるとともに、符号を反転して下限電流リミット値−Ｉ＊を演算する。
【００７１】
そして、ステップＳ４では、制御部２０における偏差演算部２１で演算する偏差εを読み込んで、偏差εが閾値以下である場合にはステップＳ５に移行してステップＳ３の演算結果をそのまま各電流リミット値±Ｉ＊とし、偏差εが閾値を超える場合にはステップＳ６に移行して上限電流リミット値Ｉ＊の値を最大電流値Ｉｍａｘとするとともに、下限電流リミット値−Ｉ＊の値を最小電流値Ｉｍｉｎとする。
【００７２】
最後に、ステップＳ７へ移行して、上限および下限の電流リミット値±Ｉ＊をモータ駆動部２４へ出力する。
【００７３】
以上、一連の判断処理が終了すると、引き続き、繰り返して同じ処理が実行されることになり、このようにして、制御部２０による上限および下限の電流リミット値±Ｉ＊の調節が継続して実施される。
【００７４】
なお、上記したところでは、車体Ｂの台車Ｗに対する振動を得るのに、シリンダＣに設けたストロークセンサ３０で変位を検知するようにしていたが、シリンダＣの一方室Ｒ１および他方室Ｒ２の圧力の変動にも車体Ｂの台車Ｗに対する振動成分が重畳されるので、図１に示すように、一方室Ｒ１内の圧力をセンシングする圧力センサ３１と、他方室Ｒ２内の圧力をセンシングする圧力センサ３２とを設け、圧力センサ３１，３２で一方室Ｒ１および他方室Ｒ２の圧力を検出して車体Ｂの台車Ｗに対する振動を得てもよい。また、変位フィードバック制御を行っているため、制御部２０における制御指令生成部２２中において生成される各制御指令、すなわち、目標モータ回転数指令、目標速度指令、目標電流指令にも車体Ｂの台車Ｗに対する振動が重畳されるので、これらの制御指令のうち、いずれかをモニタすることで車体Ｂの台車Ｗに対する振動を得てもよい。さらに、上述したように、変位フィードバック制御を行っているため、制御部２０における制御指令生成部２２に入力されるアクチュエータＡの目標変位Ｘ＊と実際の変位Ｘとの偏差εにも車体Ｂの台車Ｗに対する振動が重畳されているため、この偏差εから車体Ｂの台車Ｗに対する振動を得てもよい。またさらには、車体Ｂに加速度センサを取付けておき、直接的に車体Ｂの振動を検知するようにしてもよく、制御部２０への適用は上記と同様とすればよい。このように車体Ｂの台車Ｗに対する振動を得るには上記の如く複数の手段があり、上述の一実施の形態の制御部２０へ実際に適用する際には、これら他の手段で得た振動データを実際の変位Ｘの代わりにバンドパスフィルタ２５へ入力すればよく、たとえば、アクチュエータＡの目標変位Ｘ＊と実際の変位Ｘとの偏差εから振動を得る場合、具体的には、図６に示すように、偏差εそのものを直接にバンドパスフィルタ２５へ入力すればよい。そして、必要であれば、リミット値演算部２６における上限および下限の電流リミット値±Ｉ＊の演算に際しては、振動を得た手段に適するように重み付けの係数を適宜変更すればよい。
【００７５】
なお、上記したところでは、車体傾斜の手法として、いわゆる振子式といわれる手法を採用する鉄道車両に、本実施の形態のアクチュエータＡを適用しているが、車体Ａと台車Ｗの間の左右のそれぞれに、二つのアクチュエータを縦置きに設置して、各アクチュエータを駆動して車体Ｂを傾斜させるような場合にも、本発明のアクチュエータＡを適用することが可能であるのは当然である。
【００７６】
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】一実施の形態におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。
【図２】一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。
【図３】一実施の形態のアクチュエータにおける制御ブロック図である。
【図４】変位信号における所定周波数帯の振動成分の振幅と、当該振幅に対して重み付けを行う係数との関係を示す図である。
【図５】一実施の形態におけるアクチュエータのモータを制御する制御部における電流リミット値を制御するフローチャートの一例を示す図である。
【図６】一実施の形態の一変形例におけるアクチュエータの制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  液圧源たる油圧ポンプ
２  容器
３  ピストン
４  ロッド
５  アクチュエータ回路
６  ループ通路
７，８，１６  ソレノイド切換弁
７ａ，８ａ，１６ａ  バルブ
７ｂ，８ｂ，１６ｂ  バネ
７ｃ，８ｃ，１６ｃ  ソレノイド
９，１０  分岐通路
１１  アキュムレータ
１２  低圧選択弁
１３  ダンパ回路
１４  流路
１４ａ  メイン流路
１４ｂ  一方側上流路
１４ｃ  他方側上流路
１４ｄ 一方側下流路
１４ｅ  他方側下流路
１４ｆ  接続流路
１５  減衰力発生要素
１５ａ  減衰バルブ
１５ｂ  固定絞り
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ  逆止弁
１８  リリーフ流路
１９  リリーフ弁
２０  制御部
２１  偏差演算部
２２  制御指令生成部
２３  リミット値調整部
２４  モータ駆動部
２５  バンドパスフィルタ
２６  リミット値演算部
３０  ストロークセンサ
３１，３２  圧力センサ
Ａ  アクチュエータ
Ｂ  車体
Ｃ  シリンダ
Ｒ１  圧力室たる一方室
Ｒ２  圧力室たる他方室
Ｗ  台車
【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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