(57)【要約】【課題】台車のヨー振動を減衰させながら軌道への攻撃性を最小限に抑えることが可能な鉄道車両用減衰力可変式ヨーダンパ装置を提供する。【解決手段】台車の回転（ヨー振動）を抑制するための第１制御力指令値と台車を特定の方向へ回転し易くするための第２制御力指令値とを地点情報に基づいて重み付けして加算することにより減衰力指令値が求められるので、曲線軌道通過時には、台車を軌道の向きに沿って回転し易くするような方向への第２制御力指令値が積極的に加算されるため、第１制御力指令値のみが出力される従来制御と比較して、軌道及び車輪への攻撃性を低減することができる。【選択図】図２
2013208989.tif 000002
【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減衰力を調整可能なヨーダンパと、該ヨーダンパの減衰力を制御する制御装置と、前記台車のヨー角加速度を検出するヨー角加速度検出手段と、走行地点情報に基づいて前記台車の現在位置を算出する現在位置算出手段とを備える鉄道車両用減衰力可変式ヨーダンパ装置であって、
前記制御装置は、前記現在位置算出手段の算出結果と前記ヨー角加速度検出手段の検出結果とに基づいて減衰力指令値を算出することを特徴とする鉄道車両用減衰力可変式ヨーダンパ装置。
【請求項２】
前記減衰力指令値は、前記現在位置算出手段の算出結果と前記ヨー角加速度検出手段の検出結果とを前記現在位置算出手段の算出結果に基づいて重み付けして加算することにより算出されることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用減衰力可変式ヨーダンパ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両用減衰力可変式ヨーダンパ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両においては、高速走行時における台車の蛇行動（ヨー振動）を減衰させる減衰力可変式ヨーダンパ装置を備えるものが知られている。例えば、特許文献１の鉄道車両用減衰力可変式ヨーダンパ装置（以下、ヨーダンパ装置）は、高速走行時にはヨーダンパの減衰力を高めて走行安定性を確保し、曲率半径が小さい曲線軌道の通過時には減衰力を開放するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２８２０５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のヨーダンパ装置においては、曲線軌道進入時に、台車が軌道に合わせてヨー軸回りに回転するのを阻害するようにヨーダンパが働くため、台車に作用する横力が上昇して軌道への攻撃性が高まる。そして、このような軌道に対する攻撃性は、鉄道車両の曲線軌道進入時の速度が高まるほど増大する。
【０００５】
そこで本発明は、台車のヨー振動を減衰させながら軌道への攻撃性を最小限に抑えることが可能な鉄道車両用減衰力可変式ヨーダンパ装置を提供することを課題としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の鉄道車両用減衰力可変式ヨーダンパ装置は、鉄道車両の車体と台車との間に介装される減衰力を調整可能なヨーダンパと、該ヨーダンパの減衰力を制御する制御装置と、前記台車のヨー角加速度を検出するヨー角加速度検出手段と、走行地点情報に基づいて前記台車の現在位置を算出する現在位置算出手段とを備える鉄道車両用減衰力可変式ヨーダンパ装置であって、前記制御装置は、前記現在位置算出手段の算出結果と前記ヨー角加速度検出手段の検出結果とに基づいて減衰力指令値を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、台車のヨー振動を減衰させながら軌道への攻撃性を最小限に抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態における減衰力可変式ヨーダンパ装置の概略構成を示す図である。
【図２】第１実施形態における制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施形態における重み付けマップ格納部に格納された重み付けマップの出力の一例を示す図である。
【図４】軌道上を走行する鉄道車両の車体と台車とを上空から見たときの透視図であり、（Ａ）は直線軌道走行時、（Ｂ）は曲線軌道走行時を示す。
【図５】（Ａ）は第１重み付け係数及び第２重み付け係数がそれぞれ０．５に設定された鉄道車両が曲線軌道へ進入したときの、台車の回転の角加速度を時系列で表す波形であり、（Ｂ）及び（Ｃ）は（Ａ）に対応する第１及び第２制御力、（Ｄ）は第１制御力と第２制御力とを重み付けして加算した合成制御力の波形であり、（Ｅ）は重み付けマップに基づいて重み付けが変化する第１実施形態における制御力の波形であり、（Ｆ）は従来制御においてヨーダンパが発生する制御力の波形である。
【図６】第２実施形態における制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【図７】第３実施形態における重み付けマップ格納部に格納された重み付けマップの出力の一例を示す図である。
【図８】第４実施形態における制御装置の概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を添付した図を参照して説明する。
図１に、第１実施形態の概略構成を示す。この図に示されるように、ヨーダンパ装置は車体１と台車２との間に介装されるヨーダンパ３を有し、該ヨーダンパ３は台車２のヨー運動を抑制するための制御力（減衰力）を発生する。
【００１０】
ヨーダンパ装置は、台車２のヨー角加速度を検出するヨー角加速度検出部４（ヨー角加速度検出手段）と、地上設備あるいはGPS（Global Positioning System）等から取得した鉄道車両の走行地点情報から台車２の現在位置（地点）を算出する現在位置算出部５（現在位置算出手段）と、ヨー角加速度検出部４の検出結果及び現在位置算出部５の算出結果に基づいてヨーダンパ３の制御力（減衰力）を制御するための減衰力指令値を算出する制御装置６とを有する。なお、車体１は、台車２との間に介装される空気ばね７によって弾性支持される。
【００１１】
図２に示されるように、制御装置６は、第１制御力指令値を演算するための第１ブロック８と、第２制御力指令値を演算するための第２ブロック９とを有する。ここで、第１制御力指令値は、台車２のヨーを抑制するような制御力（減衰力）を発生させるための信号であり、第２制御力指令値は、台車２をヨー軸回りに特定の方向へ回転し易くするような制御力（減衰力）を発生させる信号である。また、制御装置６は、重み付けマップ格納部１０に格納された重み付けマップ（図３参照）に基づいて第１制御力指令値と第２制御力指令値とを重み付けして加算する加算部１１を有する。
【００１２】
重み付けマップ格納部１０には、各地点（現在位置）と、第１制御力指令値に乗算される第１重み付け係数及び第２制御力指令値に乗算される第２重み付け係数とを対応させた重み付けマップが格納されている。なお、第１重み付け係数及び第２重み付け係数は、第１制御力指令値と第２制御力指令値との出力比率を決定するパラメータである。また、図２において符号１９で示されるのは、加算部１１から出力される減衰力指令信号（減衰力指令値）に対応する電流をヨーダンパ３へ出力する電流出力部である。
【００１３】
第１ブロック８は、ヨーダンパ３をスカイフック制御するための構成であり、ヨー角加速度検出部４から出力されたヨー角加速度信号に含まれる高周波ノイズを除去するためのローパスフィルタ１２と、該ヨー角加速度信号に含まれる定常成分を除去するためのハイパスフィルタ１３と、該ハイパスフィルタ１３によって処理されたヨー角加速度信号の位相遅れを補償する位相補償部１４と、該ヨー角加速度信号を積分処理して得られたヨー角速度信号に基づいてスカイフック制御を行うための演算を行う振動制御部１５とを含む。なお、振動制御部１５で行われる処理は従来技術の処理と同一である。
【００１４】
第２ブロック９は、上述したように、台車２をヨー軸回りに特定の方向へ回転し易くするようにヨーダンパ３を制御するための構成であり、現在位置算出部５から出力された台車２の地点情報信号（以下、地点情報）に対応して台車２が回転すべき方向を出力する台車目標方向生成部１６と、該台車目標方向生成部１６から出力された台車目標方向信号に予め設定されたゲインを乗算して第２制御力指令値を出力する増幅部１７とを含む。
【００１５】
台車目標方向生成部１６は、予め決定された各地点と軌道２０の曲率とを対応させた軌道曲率マップを保有しており、これにより、各地点に対応する、台車２が車体１に対して回転すべき方向を台車目標方向信号として出力し、特に、第１実施形態では、各地点に対応する、台車２が車体１に対して回転すべき目標角度(±deg)が台車目標方向信号として出力される。
【００１６】
次に、第１実施形態の作用を説明する。
まず、第１実施形態との比較のため、スカイフック制御のみによるヨーダンパ３の制御を説明する。ここで、スカイフック制御のみによるヨーダンパ３の制御とは、第１実施形態の制御装置６における第１ブロック８に関連する制御のみによるヨーダンパ３の制御に相当する。
【００１７】
図４（Ａ）及び（Ｂ）（以下、図４）に示されるのは、軌道２０上を走行する鉄道車両を上空から見たときの車体１と台車２１、２２との透視図である。なお、鉄道車両の進行方向は図４における上方向であり、以下の説明において、図４における上下方向を前後方向、図４における左右方向を左右方向と定義する。また、“回転”とは、上空から見たときの車体１に対する各台車２１、２２のヨー軸回りのヨー運動である。
【００１８】
図４に示されるように、鉄道車両は、車体１の前側に配置された台車２１の左側に配置されるヨーダンパ３１及び右側に配置されるヨーダンパ３２、並びに車体１の後側に配置された台車２２の左側に配置されるヨーダンパ３３及び右側に配置されるヨーダンパ３４を備える。図４（Ａ）に示されるように、鉄道車両が直線軌道２０を通過している時（以下、直線軌道通過時）には、車体１の向きと各台車２１、２２の向きとが同一である。
【００１９】
これに対して、鉄道車両が曲線軌道２０を通過している時（以下、曲線軌道通過時）には、車体１の向きと各台車２１、２２の向きとが異なる。例えば、図４（Ｂ）に示されるように、右曲線の軌道２０においては、台車２１は時計回り方向へ回転しようとし、台車２２は反時計回り方向へ回転しようとする。従来のスカイフック制御のみによる制御では、台車２１、２２の回転（ヨー運動）を阻害するように働くため、結果として台車２１、２２が軌道２０を攻撃することになる。
【００２０】
図４（Ｂ）における状況では、ヨーダンパ３１とヨーダンパ３４とを縮み側ソフト／伸び側ハード、ヨーダンパ３２とヨーダンパ３３とを縮み側ハード／伸び側ソフトとなるように減衰力指令値を出力することにより、台車２１は時計回り方向へ、台車２２は反時計回り方向へ転舵し易くなり、これにより台車２１、２２の軌道２０に対する攻撃性を低減することができる。
【００２１】
そこで、第１実施形態では、ヨー振動の高周波成分である台車２１、２２の蛇行動を抑制しつつ、台車２１、２２の軌道２０に対する攻撃性を低減するため、制御装置６は、曲線軌道通過時における台車２１、２２の特定方向への回転を許容するように各ヨーダンパ３１〜３４の制御力（減衰力）を制御する。そして、各ヨーダンパ３１〜３４を制御するために出力される減衰力指令値は、台車２１、２２の回転（ヨー振動）を抑制するための第１制御力指令値と台車２１、２２を特定の方向へ回転し易くするための第２制御力指令値とを地点情報に基づいて重み付けして加算することにより求められる。
【００２２】
図３に示されるのは、第１実施形態における重み付けマップ格納部１０（図２参照）に格納される重み付けマップ及び台車目標方向生成部１６に格納される軌道曲率マップの一例である。この図に示されるように、第１実施形態において、第１重み付け係数と第２重み付け係数との合計は１であり、第１制御力指令値と第２制御力指令値とは１０段階で重み付けされている。
【００２３】
ここで、地点６〜１０は、相対的に曲率が大きい曲線軌道２０を走行中の区間であり、この区間では、車体１（図４参照）の向きと台車２（２１、２２）の向きとの間の角度差が大きくなる。このため、台車目標方向生成部１６の出力、すなわち、目標角度が大きくなる。一方、車体１の向きと台車２の向きとの間の角度差の変化量は地点５〜６の区間で大きく、地点６〜１０の区間では小さいため、第１実施形態では、地点６〜１０の区間における台車２を特定の方向へ回転し易くするための第２重み付け係数は、台車２の回転を抑制するための第１重み付け係数よりも小さく設定される。
【００２４】
このように、第１実施形態では、第２制御力指令値（台車目標方向）はその地点の軌道２０の曲率によって決定され、第１重み付け係数と第２重み付け係数との比率は軌道２０の曲率の変化量に応じて決定される。そして、第２制御力指令値及び第２重み付け係数は、地点情報やセンサ信号等の取得周期による偏差を考慮して、曲線軌道２０の手前から変化させるように設計されている。
【００２５】
なお、曲線軌道２０への進入時における台車２の軌道２０への攻撃性は鉄道車両の速度にも依存することから、速度検出部１８（図２参照）によって鉄道車両の速度情報を取得し、鉄道車両の速度を考慮した重み付けマップを重み付けマップ格納部１０に格納してもよい。この場合、鉄道車両が高速で走行しているときには、台車２を安定させるため第１制御力指令値の重要度が増えるので、第２制御力指令値の重み（比率）が大きくなるのは短時間であり、且つ第２制御力指令値の重み（比率）の絶対値は、低速で走行しているときの第２制御力指令値の重みと比較して大きくなる。
【００２６】
また、図５（Ａ）に示されるのは、第１重み付け係数及び第２重み付け係数をそれぞれ０．５に設定し、鉄道車両が曲線軌道２０へ進入したときの台車２の回転の角加速度を時系列で示す波形である。また、図５（Ｂ）及び（Ｃ）は図５（Ａ）に対応する第１及び第２制御力、図５（Ｄ）は第１制御力と第２制御力とを重み付けして加算した合成制御力の波形である。ここで、制御力とは、制御装置６から出力される制御力指令値に基づいてヨーダンパ３が発生する減衰力である。さらに、図５（Ｅ）は、第１実施形態における制御力の波形、すなわち、重み付けマップに基づいて重み付けが変化するときの制御力の波形である。なお、図５（Ｆ）は、従来のスカイフック制御のみの制御（以下、従来制御）においてヨーダンパ３が発生する制御力の波形である。
【００２７】
図５から理解できるように、従来制御では、曲線軌道通過時における台車２の特定方向への回転を許容するような制御力が出力されていないため、ヨーダンパ３は台車２を回転し難くする方向へ相対的に大きい制御力（減衰力）を発生し、その結果、台車２の軌道２０への攻撃性が増大する。これに対して、第１実施形態における制御では、鉄道車両が曲線軌道２０へ進入するタイミングに合わせて台車２を回転し易くする方向へヨーダンパ３の制御力（減衰力）が調節されるため、台車２のヨー振動を抑制しつつ、台車２の軌道２０に対する攻撃性を低減することができる。
【００２８】
第１実施形態によれば、台車２の回転（ヨー振動）を抑制するための第１制御力指令値と台車２を特定の方向へ回転し易くするための第２制御力指令値とを地点情報に基づいて重み付けして加算することにより減衰力指令値が求められるので、曲線軌道通過時には、台車２を軌道２０の向きに沿って回転し易くするような方向への第２制御力指令値が積極的に加算されるため、第１制御力指令値のみが出力される従来制御と比較して、軌道２０及び車輪への攻撃性を低減することができる。また、車両速度、地点情報等によって制御力（減衰力）が調節されるだけの制御と比較して、より効果的に台車２の回転（ヨー振動）を低減することが可能であり、延いては、軌道２０及び車輪に対する攻撃性の低減と台車２のヨー振動の抑制とを両立させることができる。
【００２９】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を添付した図を参照して説明する。なお、上述した第１実施形態と同一又は相当の構成には同一の名称及び符号を付与するとともにその詳細な説明を省略する。
【００３０】
図２と図６とを比較して理解できるように、第２実施形態の制御装置６Ａは、台車目標方向生成部１６から出力される台車目標方向信号とヨー角度検出部２３から取得したヨー角度情報との偏差が０に近づくように第２制御力指令値を出力する台車角度制御部２４を備える点で、第１実施形態の制御装置６と異なる。制御装置６Ａは、ヨー角度検出２３から出力されたヨー角度信号に含まれる高周波ノイズを除去するローパスフィルタ２５を有する。また、台車角度制御部２４は、PI ( Proportional Integral ) 制御部等を含む。
【００３１】
第２実施形態のような減衰力可変式ヨーダンパ装置では、ヨーダンパ３に能動的な力を発生させることができないため、台車角度制御部２４においてPI制御部に含まれる積分項が発散してカウンタがオーバーフローする可能性があるが、これを防ぐため、積分累積値に上限を設けながら、台車２が目標位置（角度）で止まり易いように受動的に制御するように構成されている。
【００３２】
第２実施形態によれば、第２制御力指令値を生成するための第２ブロック９Ａにおいても、スカイフック制御のための第１制御力指令値を生成するための第１ブロック８のような台車２の蛇行動を抑制する効果を期待することができる。なお、ヨー角度は、ヨーダンパ３に取り付けられたアブソリュート式のストロークセンサの検出信号に基づいて算出してもよいし、車体１と台車２との間に取り付けられた角度センサによって直接測定してもよい。また、偏差の問題がなければ、ヨー角加速度検出部４の検出結果を２回積分することによりヨー角度を求めることができる。
【００３３】
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態を添付した図を参照して説明する。なお、上述した第１及び第２実施形態と同一又は相当の構成には同一の名称及び符号を付与するとともにその詳細な説明を省略する。
【００３４】
図７に示されるように、第３実施形態は、台車２の目標角度を、正面０°、左方向＋３°、右方向−３°の３値としている点で、第１実施形態と異なる。第３実施形態では、台車目標方向生成部１６から出力された台車目標方向信号（目標角度）に第２重み付け係数を乗じた値が、第１実施形態における対応する値と等しくなるように第２重み付け係数が設定されている。すなわち、第３実施形態における第２重み付け係数を乗算後の第２制御力指令値は第１実施形態における第２重み付け係数を乗算後の第２制御力指令値と等しい値である。なお、第３実施形態における第１制御力指令値は第１実施形態における第１制御力指令値と等しい値に設定される。
【００３５】
第３実施形態によれば、第１重み付け係数と第２重み付け係数との和が１とならないような重み付けにおいても第１実施形態と同等の効果を得ることができる。
【００３６】
［第４実施形態］
本発明の第４実施形態を添付した図を参照して説明する。なお、上述した第１乃至第３実施形態と同一又は相当の構成には同一の名称及び符号を付与するとともにその詳細な説明を省略する。
【００３７】
図８に示されるように、第４実施形態の制御装置６Ｂは、重み付けマップ格納部１０Ｂに、第１制御力指令値に乗算する第１重み付け係数と第２制御力指令値そのものとが格納されている点で、第１実施形態の制御装置６と異なる。第４実施形態では、第２制御力指令値が各地点毎（地点と車両速度毎）に一意に決定されることから、第２制御力指令値そのものをマップ化することにより、第１及び第３実施形態と同じ制御力指令値を出力しながら、制御装置６Ｂの演算処理の負荷を軽減することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  車体、２  台車、３  ヨーダンパ、４  ヨー角加速度検出部（ヨー角加速度検出手段）、５  現在位置検出部（現在位置算出手段）、６  制御装置
【図１】
2013208989.tif 000003
【図２】
2013208989.tif 000004
【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】
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【図８】
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