(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を軸支する台車と、該台車上に設けられる車体と、該車体に生じる振動を抑制するためのダンパとを備える鉄道車両において、
前記ダンパは、周辺の磁場に応じて粘性が変化する磁気粘性流体を有して前記粘性の変化に伴って減衰力を変化させる磁気粘性流体ダンパであり、
前記車体の絶対加速度を検出する加速度センサと、
該加速度センサからの検出信号が入力されるハイパスフィルタを有し、且つ、該ハイパスフィルタの出力信号に基づいて、前記車体に生じる振動を抑制する減衰力を前記磁気粘性流体ダンパに生じさせるよう前記磁気粘性流体の粘性を制御すべく、磁場を形成するための電流値を示す電気信号を出力する制御装置と、
該制御装置が出力した電気信号に基づいて、前記磁場を形成する電流を出力するドライバと
前記磁気粘性流体の粘性を決定する磁場を形成すべく、車両に予め備えられた無停電電源系統から給電されて電流を出力する定電流発生器と、前記ドライバ及び無停電電源のうち何れか一方の出力を選択する出力選択部と
を備え、
前記制御装置は、該制御装置が出力する電気信号が示す電流値と前記ドライバが出力する電流の出力値とを比較する比較手段と、該比較手段での比較の結果に応じ、前記ドライバ及び定電流発生器の何れを選択すべきかを示す指示信号を前記出力選択部へ出力する指示手段とを有し、
前記出力選択部は、前記ドライバが出力する電流に異常が発生した場合に、前記制御装置が有する指示手段からの指示信号によって前記定電流発生器の出力を選択するように構成されている
ことを特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
車輪を軸支する台車と、該台車上に設けられる車体と、該車体に生じる振動を抑制するためのダンパとを備える鉄道車両において、
前記ダンパは、周辺の電場に応じて粘性が変化する電気粘性流体を有して前記粘性の変化に伴って減衰力を変化させる電気粘性流体ダンパであり、
前記車体の絶対加速度を検出する加速度センサと、
該加速度センサからの検出信号が入力されるハイパスフィルタを有し、且つ、該ハイパスフィルタの出力信号に基づいて、前記車体に生じる振動を抑制する減衰力を前記電気粘性流体ダンパに生じさせるよう前記電気粘性流体の粘性を制御すべく、電場を形成するための電圧値を示す電気信号を出力する制御装置と、
該制御装置が出力した電気信号に基づいて、前記電場を形成する電圧を出力するドライバと
前記電気粘性流体の粘性を決定する電場を形成すべく、車両に予め備えられた無停電電源系統から給電されて電圧を出力する定電圧発生器と、前記ドライバ及び無停電電源のうち何れか一方の出力を選択する出力選択部と
を備え、
前記制御装置は、該制御装置が出力する電気信号が示す電圧値と前記ドライバが出力する電圧の出力値とを比較する比較手段と、該比較手段での比較の結果に応じ、前記ドライバ及び定電圧発生器の何れを選択すべきかを示す指示信号を前記出力選択部へ出力する指示手段とを有し、
前記出力選択部は、前記ドライバが出力する電圧に異常が発生した場合に、前記制御装置が有する指示手段からの指示信号によって前記定電圧発生器の出力を選択するように構成されている
ことを特徴とする鉄道車両。
【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、特に、磁気粘性流体又は電気粘性流体を有するダンパを備えた鉄道車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両には、走行時における乗客の乗り心地の向上を図るため、特に、鉄道車両の進行方向に対する左右方向の振動を抑制又は制御することが望まれている。そこで、レール上を回動する車輪を軸支する台車と、該台車上に設けられる車体とからおおまかに構成される鉄道車両には、空気バネ及び左右動ダンパ等が備えられている。前記空気バネは主として、台車に生じる上下左右方向の振動が車体へ伝達されるのを抑制するための緩衝装置として用いられている。また、前記左右動ダンパは、車体の左右方向への振動を抑制するために用いられている。なお、本文中ではこれらをパッシブなダンパと呼称する。
また、更なる乗り心地の向上を図るため、特開平8-82338号公報などにおいて、ダンパを用いて鉄道車両の振動を制御するセミアクティブサスペンション装置に関する提案がなされている。前記公開公報を初めとする従来のセミアクティブサスペンション装置では、鉄道車両の振動を抑制すべく減衰力を発生させるための減衰力可変ダンパとして、油圧ダンパが用いられている。
【０００３】
ところで、前記油圧ダンパは、鉄道車両を構成する車体の速度と、該車体及び該車体を載せる台車の相対速度などに基づいて、適切な減衰力を発生させるため、コンピュータ，バルブ駆動回路，及び油圧回路等によって制御され、その減衰力が数段階に切り替えられる。即ち、例えば車体に設けられた速度センサと、台車及び車体間に設けられた変位センサとから夫々検出された信号に基づいて前記コンピュータは適切な減衰力の値を算出し、算出した減衰力を示す信号を前記バルブ駆動回路へ出力する。前記信号の入力を受け付けたバルブ駆動回路はこれに基づき、油圧回路が有する複数のバルブ及び絞り弁を駆動させ、その結果、油圧ダンパの減衰力は数段階に切り替えられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記油圧回路は、前述したようにバルブ及び絞り弁を複数有していてその構成は比較的複雑であり、そのメンテナンスも容易ではない。また、これに加えて一般に高価であるため、現時点での用途としては新幹線の鉄道車両に凡そ限定されており、低価格な他の鉄道車両への適用は困難となっている。
【０００５】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、上述したような従来の技術と比較して同等以上の制振性能を確保すると共に、構成が簡便でメンテナンスも容易であり、更に、安価なセミアクティブサスペンション装置を適用した鉄道車両を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る鉄道車両は、車輪を軸支する台車と、該台車上に設けられる車体と、該車体に生じる振動を抑制するためのダンパとを備える鉄道車両において、前記ダンパは、周辺の磁場に応じて粘性が変化する磁気粘性流体を有して前記粘性の変化に伴って減衰力を変化させる磁気粘性流体ダンパであり、前記磁気粘性流体の粘性を制御すべく、磁場を形成するための電流値を示す電気信号を出力する制御装置と、該制御装置が出力した電気信号に基づいて電流を出力するドライバとを備える。
【０００７】
このような構成とすることにより、電磁コイル等を用いて磁気粘性流体の周辺磁場を変化させるだけで前記磁気粘性流体の粘性が変化し、ダンパにて発生される減衰力を変化させることが可能である。従って、前記油圧回路等の複雑な回路が不要であり、メンテナンスが容易で安価なセミアクティブサスペンション装置を適用した鉄道車両を実現することができる。
【０００８】
また、前記磁気粘性流体の粘性を決定する磁場を形成すべく、車両に予め備えられた無停電電源系統から給電されて電流を出力する定電流発生器と、前記ドライバ及び無停電電源のうち何れか一方の出力を選択する出力選択部とを更に備え、前記制御装置は、該制御装置が出力する電気信号が示す電流値と前記ドライバが出力する電流の出力値とを比較する比較手段と、該比較手段での比較の結果に応じ、前記ドライバ及び定電流発生器の何れを選択すべきかを示す指示信号を前記出力選択部へ出力する指示手段とを備える。
【０００９】
このような構成とすることにより、特に、前記制御装置に異常が発生したときに、自動的に前記出力選択部が前記定電流発生器からの出力を選択するように構成することにより、前記制御装置又はドライバがフェイルして電気信号が出力されなくなった場合であっても、比較手段での比較結果に基づき、無停電電源系統から確実に給電される定電流発生器からの出力を選択するように、指示手段から出力選択部へ指示がなされるため、パッシブなダンパ並みの制振性能を持たせることができ、走行時における乗客の乗り心地が極端に悪化することを防止することができる。
【００１０】
また、本発明に係る鉄道車両は、車輪を軸支する台車と、該台車上に設けられる車体と、該車体に生じる振動を抑制するためのダンパとを備える鉄道車両において、前記ダンパは、周辺の電場に応じて粘性が変化する電気粘性流体を有して前記粘性の変化に伴って減衰力を変化させる電気粘性流体ダンパであり、前記電気粘性流体の粘性を制御すべく、電場を形成するための電圧値を示す電気信号を出力する制御装置と、該制御装置が出力した電気信号に基づいて電流を出力するドライバとを備える。
【００１１】
このような構成とすることにより、電極対等を用いて電気粘性流体の周辺電場を変化させるだけで前記電気粘性流体の粘性が変化し、ダンパにて発生される減衰力を変化させることが可能である。従って、前記油圧回路等の複雑な回路が不要であり、メンテナンスが容易で安価なセミアクティブサスペンション装置を適用した鉄道車両を実現することができる。
【００１２】
また、前記電気粘性流体の粘性を決定する電場を形成すべく、車両に予め備えられた無停電電源系統から給電されて電圧を出力する定電圧発生器と、前記ドライバ及び無停電電源のうち何れか一方の出力を選択する出力選択部とを更に備え、前記制御装置は、該制御装置が出力する電気信号が示す電圧値と前記ドライバが出力する電圧の出力値とを比較する比較手段と、該比較手段での比較の結果に応じ、前記ドライバ及び定電圧発生器の何れを選択すべきかを示す指示信号を前記出力選択部へ出力する指示手段とを備える。
【００１３】
このような構成とすることにより、特に、前記制御装置に異常が発生したときに、自動的に前記出力選択部が前記定電圧発生器からの出力を選択するように構成することにより、前記制御装置又はドライバがフェイルして電気信号が出力されなくなった場合であっても、比較手段での比較結果に基づき、無停電電源系統から確実に給電される定電圧発生器からの出力を選択するように、指示手段から出力選択部へ指示がなされるため、パッシブなダンパ並みの制振性能を持たせることができ、走行時における乗客の乗り心地が極端に悪化することを防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照しながら具体的に詳述する。図１は、セミアクティブサスペンション装置が適用された本発明に係る鉄道車両の実施の形態の構成を示す模式図である。図において１は、下部に車輪を軸支する台車であり、該台車１の上側には乗客及び乗員が搭乗する車体２が、所定間隔を有して備えられている。また、鉄道車両の進行方向を正面方向とした場合に、台車１と車体２との間における両脇には、空気バネ４が、その上端及び下端を夫々車体２及び台車１に接触して設けられている。該空気バネ４は、台車１と車体２との間に生じる垂直方向及び水平方向の振動を吸収するためのものである。
【００１５】
台車１と車体２との夫々には、棒状のダンパ支持部材１ａ，２ａが設けられている。該ダンパ支持部材１ａ，２ａは、進行方向における位置が略一致し、左右方向に所定間隔を有して位置し、前記ダンパ支持部材１ａは台車１の上部に立設し、前記ダンパ支持部材２ａは車体２の下部に垂設されている。該ダンパ支持部材１ａ，２ａの間には、減衰力を調節することができる減衰力可変ダンパとして、磁気粘性流体（Magneto-Rheological Fluid:MRF）ダンパ（以下、ＭＲＦダンパ、という）３が、その長手方向を左右方向と略一致させた状態で介装されている。該ＭＲＦダンパ３は、台車１と車体２との間に生じる左右方向の振動を抑制するためのものである。
【００１６】
また、前記支持部材１ａ，２ａ間には前記ＭＲＦダンパ３に並んで変位センサ１１が介装され、前記車体２には加速度センサ２１及び制御ボックス１００が備えられている。前記変位センサ１１は台車１と車体２との間に生じる相対的な位置の変位を検出するものであり、信号ケーブルＬ２を介して制御ボックス１００との間で接続されている。前記加速度センサ２１は、車体の絶対加速度（特に、左右方向の絶対加速度）を検出するものであり、図示しない信号ケーブルを介して制御ボックス１００との間で接続されている。また、前記制御ボックス１００は、内部に後述するドライバ，定電流／定電圧発生器等を格納し、前記変位センサ１１及び加速度センサ２１から入力された情報に基づいてＭＲＦダンパ３の減衰力を制御するためのものであり、該ＭＲＦダンパ３へ電流を供給するための給電ケーブルＬ１を介して前記ＭＲＦダンパ３との間で接続されている。
【００１７】
図２は前記ＭＲＦダンパ３の最も単純な構成例を示す模式図である。図において３１は、両端が閉じられた円筒形状をなすシリンダであり、該シリンダ３１の一端にはピストンロッド３２が挿通される孔が設けられ、他端には円環形状の軸受部３３Ｒが取り付けられている。前記孔を挿通するピストンロッド３２は、中空の棒状を成しており、そのシリンダ３１外に位置する側の一端には円環形状の軸受部３３Ｌが取り付けられ、シリンダ３１内に位置する側の他端には、シリンダ３１の内径と同一径をなす円柱形状のピストンヘッド３４が取り付けられている。
【００１８】
前記ピストンロッド３２，軸受部３３Ｌ，及びピストンヘッド３４（以下、三者を合わせてピストン３０、という）は、ピストンヘッド３４がシリンダ３１内を摺動することにより、該シリンダ３１の軸方向へ往復動作することができる。また、前記シリンダ３１の内部空間は、前記ピストンヘッド３４によって軸受部３３Ｒ側の第１室３５Ｒと、軸受部３３Ｌ側の第２室３５Ｌとに分けられており、夫々の空間内には磁気粘性流体が収容されている。なお、前記第１室３５Ｒの一部には膜を隔てて空気（Ａｉｒ）が収容されている。
【００１９】
また、前記ピストンヘッド３４には、前記第１室３５Ｒと第２室３５Ｌとを繋ぐ通路であるオリフィス３６が設けられており、磁気粘性流体は、オリフィス３６を通じて前記第１室３５Ｒ及び第２室３５Ｌの間を流動することができる。また、オリフィス３６の外側には、該オリフィス３６と同軸をなすコイル３７が設けられ、該コイル３７の給電ケーブル端子３８は中空のピストンロッド３２の内部を通じてＭＲＦダンパ３の外部へ設けられている。
【００２０】
磁気粘性流体は一般に、油の中に磁性体粒子を混ぜた流体であり、磁気を帯びると固まる性質がある。従って、上述したようなＭＲＦダンパ３の場合、給電ケーブル端子３８へ印加する電流値を調整することにより、ＭＲＦダンパ３の減衰力を無段階に調整することができる。即ち、給電ケーブル端子３８へ印加された電流はコイル３７に流され、コイル３７の内側には印加された電流値に応じた磁場が形成される。オリフィス３６内を流動する磁気粘性流体は、コイル３７の内側にて形成された磁場の影響でその粘性が変化し、オリフィス３６を通過する場合の抵抗の度合いが変化する。従って、第１室３５Ｒ及び第２室３５Ｌ間にて磁気粘性流体の流動の容易さが変化するため、ＭＲＦダンパ３の減衰力は変化する。図３は、コイル３７に流れる電流とＭＲＦダンパ３に発生する減衰力との関係を示す図表である。図３に示すとおり、電流と減衰力とは略線形であることがわかる。なお図３では、コイル３７に流れる電流が０のときに減衰力がほとんど０となるようにオリフィス３６の開口径が定められているＭＲＦダンパ３の特性について示している。
【００２１】
また、上述した磁気粘性流体の他、電気粘性流体を用いることも可能である。図４は、電気粘性流体（Electro-Rheological Fluid:ERF）を用いたダンパである電気粘性流体ダンパ（以下、ＥＲＦダンパ、という）３ａの構成を示す模式図である。なお、ＭＲＦダンパ３と同一の構成からなる部分については、図２に示したものと同符号を付してある。即ち、シリンダ３１，ピストンロッド３２，軸受部３３Ｒ，３３Ｌ，第１室３５Ｒ，第２室３５Ｌ，オリフィス３６，給電ケーブル端子３８は、ＭＲＦダンパ３とＥＲＦダンパ３ａとで同一の構成となっている。
【００２２】
ＥＲＦダンパ３ａが備えるピストンヘッド３４ａは、内部に設けられたオリフィス３６に対し、前記コイル３７に替わって電極対３７ａが設けられている。該電極対３７ａは、オリフィス３６を間に挟むようにしてその両極が設置されており、給電ケーブル端子３８と接続されている。また、第１室３５Ｒには、前記磁気粘性流体に替わって電気粘性流体が収容されている。
【００２３】
前記電気粘性流体には大別して分散系及び均一系の２種類があり、分散系は、絶縁油に誘電性の微粒子を分散させた流体であり、均一系は、液晶のように電界で分子が配向し異方性を示す物質からなる流体である。何れの系であっても、周辺の電場（電界）により粘性が変化する流体である。
【００２４】
従って、上述したようなＥＲＦダンパ３ａの場合、給電ケーブル端子３８へ印加する電圧値を調整することにより、ＥＲＦダンパ３の減衰力を無段階に調整することができる。即ち、給電ケーブル端子３８へ印加された電圧は電極対３７ａに加えられ、電極対３７ａの両極間には印加された電圧に応じた電場が形成される。オリフィス３６内を流動する電気粘性流体は、電極対３７ａの両極間にて形成された電場の影響でその粘性が変化し、オリフィス３６を通過する場合の抵抗の度合いが変化する。従って、第１室３５Ｒ及び第２室３５Ｌ間にて電気粘性流体の流動の容易さが変化するため、ＥＲＦダンパ３ａの減衰力は変化する。また、ＥＲＦダンパ３ａの場合もＭＲＦダンパ３と同様に、電極対３７ａに印加される電圧とＥＲＦダンパ３ａに生じる減衰力とは略線形関係にある。
【００２５】
なお、図２及び図４に示した最も単純なＭＲＦダンパ３及びＥＲＦダンパ３ａは、その特性上シリンダ３１の端部（第１室３５側の端部）に空気室が備えられた構造となっている。よって、前記空気室に蓄えられた空気の影響により、自然に伸長する性質を有している。しかしその伸長力はわずかなものであるため、実際に鉄道車両に装着する場合には、空気バネの作用によってＭＲＦダンパ３は適切な変位だけ押し込まれた状態で釣り合わせることが可能である。或いは、ダンパの構造を若干変更することによって、自然に伸長する性質を除去することも可能である。
【００２６】
図５は、図１にて説明した制御ボックス１００の内部構成を示すブロック図である。該制御ボックス１００内には、加速度センサ２１及び変位センサ１１にて検出された情報を含む信号の入力を受け付ける制御装置１１０と、該制御装置１１０から出力された信号の入力を受け付けるドライバ１０３と、無停電電源系統から給電される定電流／定電圧発生器１０５と、前記制御装置１１０から出力された信号に基づいて前記ドライバ１０３及び定電流／定電圧発生器１０５のうちの何れか一方の出力を制御ボックス１００の外部へ出力するｃ接点（出力選択部）１０４とが格納されている。
【００２７】
また、前記制御装置１１０は、ハイパスフィルタ１０１と、積分器１０２と、減衰力算出手段１１１と、比較指示手段１１２とを備えている。
【００２８】
ハイパスフィルタ１１０は、後述するように、制御装置１１０が加速度センサ２１から入力を受け付けた信号から、所望の周波数帯域の信号のみを抽出する。なお、ハイパスフィルタ１１０に替えて、バンドパスフィルタを用いてもよい。積分器１０２は、前記ハイパスフィルタ１０１にて抽出された信号の積分処理を行う。
【００２９】
減衰力算出手段１１１は、前記積分器１０２にて積分処理された信号と、制御装置１１０が変位センサ１１から入力を受け付けた信号とに基づいて減衰力を算出し、算出した減衰力を示す信号は前記ドライバ１０３へ入力される。比較指示手段１１２は、前記減衰力算出手段１１１にて算出された減衰力を示す値（電流値又は電圧値）と、ドライバ１０３が出力する電流値又は電圧値とを比較し、前記ｃ接点１０４を駆動させる信号を出力する。
【００３０】
前記ドライバ１０３は、減衰力算出手段１１１にて算出された減衰力を示す信号の入力を受け付け、受け付けた信号に基づいて電流又は電圧を出力する。なお、該ドライバ１０３の出力（電流又は電圧）は、前記比較指示手段１１１へ入力され、また、その出力端子はｃ接点１０４の一方の入力端子をなしている。
【００３１】
また、前記定電流／定電圧発生器１０５は、鉄道車両が備える無停電電源系統から電力の供給を受け付けて定電流又は定電圧を発生するためのものであり、その出力端子は、前記ｃ接点１０４の他方の入力接点をなしている。なお、鉄道車両には予め電子機器用の無停電電源系統が備えられており、少なくとも鉄道車両が走行している間は、前記無停電電源系統から前記定電流／定電圧発生器１０５へ確実に給電されることが保証されている。
【００３２】
また、前記ｃ接点１０４の出力端子は、ＭＲＦダンパ３が備えるコイル３７の入力端子３８、又は、ＥＲＦダンパ３ａが備える電極対３７ａの入力端子３８に接続されている。前記ｃ接点１０４の２つの入力接点は、前記比較指示手段１１２から出力された信号に基づき駆動される。なお、本実施の形態においてｃ接点は通常、定電流／定電圧発生器１０５側の入力端子が出力端子と接続された状態となっている。
【００３３】
次に、上述したような構成をなす制御ボックス１００内での動作について説明する。初めに、制御ボックス１００内へは、車体２に設けられた加速度センサ２１にて検出された該車体２の絶対加速度を示す信号が入力され、入力された信号に基づいてハイパスフィルタ１０１は信号の抽出を行う。車体２の振動を制御する際に必要となる加速度の周波数は、０．１〜１０Ｈｚ程度の周波数帯域の信号であるが、加速度センサ２１にて検出され、制御ボックス１００まで送信されてきた信号には外乱が含まれ、より広い周波数帯域の信号が含まれている。特に、加速度センサ２１の取り付け時の微小な傾きなどによって生じる直流成分は、速度推定に影響を及ぼす。従って、前記ハイパスフィルタ１０１により直流成分を除去し、所望の周波数帯域の信号のみを抽出する。
【００３４】
積分器１０２は、ハイパスフィルタ１０１にて抽出された信号の積分処理を行うことにより車体２の速度を取得する。
【００３５】
次に、積分器１０２にて取得された速度を示す信号と、変位センサ１１にて検出された台車１及び車体２の相対変位を示す信号とを用い、セミアクティブサスペンション装置での公知の制御則に基づいて、減衰力算出手段１１１にて適切な減衰力が算出される。
【００３６】
図６，７は、前記制御則を説明するための説明図である。なお図６，７では、鉄道車両の進行方向に対する左右方向を向いて一方向を正とするｘ軸が示されており、ｘ軸方向における台車１の速度をｖ１，車体２の速度をｖ２と仮定する。
【００３７】
ここで、ｖ２＞０であり、かつ、台車１を基準としたときの車体２の相対速度をｖａとしてｖａ＝ｖ２−ｖ１＞０である場合（図６）、車体２は、台車１に比して大きい速度でｘ軸の正方向へ変位していることがわかる。従ってこの場合、車体２の左右方向の振動を抑制するために、ダンパ３の減衰力を大きくし、台車１及び車体２の間の結合を強固にする。
【００３８】
他方、ｖ２＞０であり、かつ、相対速度ｖａがｖａ＝ｖ２−ｖ１＜０の関係にある場合（図７）、台車１は、車体２に比して大きい速度でｘ軸の正方向へ変位していることがわかる。ここで仮に、台車１及び車体２の間の結合を強固にすると、ｘ軸の正方向へより大きな速度で変位する台車１により車体２が同方向へ引っ張られてしまい、かえって車体２は左右方向へ大きく振動してしまう。従ってこの場合、車体２の左右方向の振動を抑制するために、ダンパ３の減衰力を小さくし（０でもよい）、台車１及び車体２の間の結合を弱める。
【００３９】
このように、セミアクティブサスペンション装置を用いる場合の制御則は、車体２の速度ｖ２と、台車１を基準としたときの車体２の相対速度ｖａとに基づいて行われる。即ち、ｖ２及びｖａの符号が同一である場合は減衰力を大きくなるように制御し、ｖ２及びｖａの符号が異なる場合は減衰力を小さくなるように制御する。また、速度ｖ２及び相対速度ｖａの大きさに応じた重み付けを行って減衰力の値を適宜制御することも可能である。以上が、ｖ２及びｖａを取得して車体２の振動を抑制する公知の制御則である。
【００４０】
本実施の形態に係る減衰力制御手段１１１は、上記制御則に従い、積分器１０２にて取得された車体２の速度と、変位センサ１１にて検出された相対変位のうち特に正負の符号とに基づいて減衰力を算出する。
【００４１】
減衰力算出手段１１１にて算出された減衰力を示す信号はドライバ１０３へ出力される。ドライバ１０３は、減衰力算出手段１１１から入力された信号に基づき、ＭＲＦダンパ３又はＥＲＦダンパ３ａへ出力すべき電流又は電圧を発生させる。ドライバ１０３にて発生した電流又は電圧はｃ接点１０４の一方の入力接点へ出力され、また、発生した前記電流又は電圧の値は、比較指示手段１１２によって計測される。
【００４２】
他方、無停電電源系統から給電される定電流／定電圧発生器１０５では、供給された電力に基づいて定電流又は定電圧が発生され、発生された定電流又は定電圧はｃ接点の他方の入力接点へ出力される。
【００４３】
ここで比較指示手段１１２は、減衰力算出手段１１１にて算出された減衰力の値と、ドライバ１０３が出力した電流又は電圧の値とを比較する。即ち、比較指示手段１１２は、減衰力算出手段１１１にて算出された減衰力をＭＲＦダンパ３又はＥＲＦダンパ３ａにて発生させるための電流又は電圧が、ドライバ１０３から正確に供給され得るか否かを判別する。
【００４４】
この結果、ドライバ１０３から出力される電流又は電圧が、減衰力算出手段にて算出された所望の減衰力を発生させることができると判別した場合は、通常は定電流／定電圧発生器１０５側となっているｃ接点１０４の入力接点をドライバ１０３側となるように駆動し、前記電流又は電圧が所望の減衰力を発生させることができないと判別した場合は、ｃ接点１０４の入力接点を定電流／定電圧発生器１０５側のまま維持する。なお、上述したように通常ｃ接点１０４が定電流／定電圧発生器１０５側となるようにしておくことにより、制御装置１１０が停止した場合であっても前記入力端子は定電流／定電圧発生器１０５側で維持されるため、ＭＲＦダンパ３への電流の供給が断たれることがない。
【００４５】
このようにしてＭＲＦダンパ３へ電流が供給された場合は、磁気粘性流体の粘性が変化して所望の減衰力が発生し、また、ＥＲＦダンパ３ａへ電圧が印加された場合は、電気粘性流体の粘性が変化して所望の減衰力が発生する。
【００４６】
なお、前述したように油圧回路を用いて油圧ダンパの減衰力を切り替えていた従来のセミアクティブサスペンション装置では、減衰力の切り替えは数段階であったのに対し、本実施の形態に示すようにＭＲＦダンパ３又はＥＲＦダンパ３ａを用いた場合は、減衰力を無段階に調節することができるため、よりきめ細かな制御が可能となる。
【００４７】
ところで、車両２の乗り心地をより快適にすべく振動を制御するためには、制御できる減衰力の範囲、即ち制御代を可及的に広く設けることが必要であり、ダンパが発生し得る最小の減衰力を可及的に０に近づけることが望ましい。また、オリフィス３６の開口径の大きさは、ＭＲＦダンパ３及びＥＲＦダンパ３ａにて発生する減衰力を決定する要素の一つである。従って、前記オリフィス３６の開口径は可及的に大きく設定することが望ましい。
【００４８】
しかし仮に定電流／定電圧発生器１０５が存在しない場合、制御装置１１０にてフェイル等が発生すると同時に、ＭＲＦダンパ３及びＥＲＦダンパ３ａには電流／電圧が供給されなくなるため、最小の減衰力しか発生しなくなる。即ち、図３にて示したような電流−減衰力特性を有するＭＲＦダンパ３の場合、制御装置１１０がフェイルするとその減衰力はほとんど０となる。そして、制御装置１１０がフェイルしている状態にて台車１が激しく振動した場合、相対左右変位を制限する図示しない左右動ストッパを介して台車１と車体２とが当たり、車体２に大きな衝撃が発生するため、乗り心地が極端に悪化する。
【００４９】
この事態は、制御代を広めるべく最小の減衰力を低くするに従い極端になる。そこで、減衰力の最小値を適宜値になるよう予めオリフィス３６の開口径の大きさを設定しておくことが考えられるが、このようにすると制御代が狭くなり、より快適な乗り心地を実現することが困難となる。
【００５０】
従って、本実施の形態に係る鉄道車両では、前述したように減衰力算出手段１１１にて算出された減衰力の値とドライバ１０３から出力された電流の値とを比較した結果に応じ、選択的に定電流／定電圧発生器１０５からの出力電流をＭＲＦダンパ３へ供給する。そして、パッシブなダンパと同等の減衰力を発生させ得るように、前記定電流／定電圧発生器１０５の出力電流値を予め設定しておく。なお、この減衰力は、前記制御代の略中間値となる。このようにすることにより、制御装置１１０がフェイルした場合であっても、ドライバ１０３に替わる定電流／定電圧発生器１０５からの出力電流により、制御代の略中間値の減衰力がＭＲＦダンパ３にて発生されるため、パッシブなダンパを使用した場合と同様の乗り心地を確保することができる。
【００５１】
なお、定電流／定電圧発生器１０５の出力電流は、ＭＲＦダンパ３の制御代の略中間値を確保できる値に限定されるわけではなく、その他の適宜値を設定することができることは言うまでもない。
【００５２】
このように本実施の形態に係る鉄道車両によれば、ＭＲＦダンパ３又はＥＲＦダンパ３ａと、制御装置１１０と、ドライバ１０３とを備えるため、比較的構成が簡便でメンテナンスも容易となり、また、減衰力を無段階に制御することができる。また、定電流／定電圧発生器１０５と、ｃ接点１０４とを更に備えるため、最低限必要となるＭＲＦダンパ３への供給電流を確保することができ、制御装置１１０がフェイルした場合であっても、乗り心地が極端に悪化することを防止することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明によれば、従来の技術と比較して同等以上の制振性能を確保すると共に、構成が簡便でメンテナンスも容易であり、更に安価なセミアクティブサスペンション装置を適用した鉄道車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】セミアクティブサスペンション装置が適用された本発明に係る鉄道車両の実施の形態の構成を示す模式図である。
【図２】本実施の形態に係るＭＲＦダンパの構成を示す模式図である。
【図３】コイルに流れる電流とＭＲＦダンパに発生する減衰力との関係を示す図表である。
【図４】本実施の形態に係るＥＲＦダンパの構成を示す模式図である。
【図５】図１にて説明した制御ボックスの内部構成を示すブロック図である。
【図６】セミアクティブサスペンション装置での制御則を説明するための説明図である。
【図７】セミアクティブサスペンション装置での制御則を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１  台車
２  車体
３  ＭＲＦダンパ（磁気粘性流体ダンパ）
３ａ  ＥＲＦダンパ（電気粘性流体ダンパ）
４  空気バネ
１１  変位センサ
２１  加速度センサ
３０  ピストン
３１  シリンダ
３２  ピストンロッド
３３Ｒ，Ｌ  軸受部
３４，３４ａ  ピストンヘッド
３５Ｒ  第１室
３５Ｌ  第２室
３６  オリフィス
３７  コイル
３７ａ  電極対
３８  給電ケーブル端子
１００  制御ボックス
１０１  ハイパスフィルタ
１０２  積分器
１０３  ドライバ
１０４  ｃ接点
１０５  定電流／定電圧発生器
１１０  制御装置
１１１  減衰力算出手段
１１２  比較指示手段
【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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【図７】
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