(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車輪を軸支する台車と、該台車に支持される車体とを備える車両を少なくとも２両前後に連結してなる列車であって、且つ該２両の内の後方車両は、シリンダと、該シリンダ内にて摺動されるピストンとを具備し外部の指令に基づいて所定量の力を発生可能な流体作動手段を備え、上記シリンダ及び上記ピストンの内、一方が上記車体に、他方が上記台車に支持されることにより上記車体と上記台車との左右方向の相対変位を制御する列車に用いられる振動抑制装置において、
上記流体作動手段の発生する力を変化させる発生力変更手段と、
上記２両の車両の内、前方車両の車体についてその左右方向の加速度を検出する前方加速度検出手段と、
該前方加速度検出手段による検出結果に基づいて上記前方車両の車体の左右方向の速度を求め、該求めた速度と予め設定された負の制御ゲインとの積に応じた値を前方指令信号として出力する前方制御手段と、
上記２両の車両の内、後方車両の車体についてその左右方向の加速度を検出する後方加速度検出手段と、
該後方加速度検出手段による検出結果に基づいて上記後方車両の車体の左右方向の速度を求め、該求めた速度と予め設定された負の制御ゲインとの積に応じた値を後方指令信号として出力する後方制御手段と、
該後方指令信号と上記前方指令信号とに関し、所定の重みを付けた上で両者の平均値を算出し、この重み付き平均値を、上記流体作動手段が発生すべき力を示す制御信号として出力する指令値合成手段と、
少なくとも該指令値合成手段の出力した制御信号に基づいて、上記流体作動手段の発生力を求め、該発生力に基づいて上記発生力変更手段に対して信号を出力する発生力設定手段と、
上記後方加速度検出手段により検出された加速度と上記後方制御手段により出力された後方指令信号との位相差を検出する位相差検出手段と、
を備え、
上記指令値合成手段は、上記位相差検出手段により検出された位相差が大きいほど、上記前方指令信号の重みを上記後方指令信号に比べて大きくして、上記重み付き平均値を算出する
ことを特徴とする振動抑制装置。
【請求項２】
車輪を軸支する台車と、該台車に支持される車体とを備える車両を少なくとも２両前後に連結してなる列車であって、且つ該２両の内の後方車両は、シリンダと、該シリンダ内にて摺動されるピストンとを具備し外部の指令に基づいて所定量の力を発生可能な流体作動手段を備え、上記シリンダ及び上記ピストンの内、一方が上記車体に、他方が上記台車に支持されることにより上記車体と上記台車との左右方向の相対変位を制御する列車に用いられる振動抑制装置において、
上記流体作動手段の発生する力を変化させる発生力変更手段と、
上記２両の車両の内、前方車両の車体についてその左右方向の加速度を検出する前方加速度検出手段と、
該前方加速度検出手段による検出結果に基づいて上記前方車両の車体の左右方向の速度を求め、該求めた速度と予め設定された負の制御ゲインとの積に応じた値を前方指令信号として出力する前方制御手段と、
上記２両の車両の内、後方車両の車体についてその左右方向の加速度を検出する後方加速度検出手段と、
該後方加速度検出手段による検出結果に基づいて上記後方車両の車体の左右方向の速度を求め、該求めた速度と予め設定された負の制御ゲインとの積に応じた値を後方指令信号として出力する後方制御手段と、
該後方指令信号と上記前方指令信号とに関し、所定の重みを付けた上で両者の平均値を算出し、この重み付き平均値を、上記流体作動手段が発生すべき力を示す制御信号として出力する指令値合成手段と、
少なくとも該指令値合成手段の出力した制御信号に基づいて、上記流体作動手段の発生力を求め、該発生力に基づいて上記発生力変更手段に対して信号を出力する発生力設定手段と、
上記前方加速度検出手段により検出された加速度と上記後方加速度検出手段により検出された加速度との位相差を検出する位相差検出手段と、
を備え、
上記指令値合成手段は、上記位相差検出手段により検出された位相差が大きいほど、上記前方指令信号の重みを上記後方指令信号に比べて小さくして、上記重み付き平均値を算出する
ことを特徴とする振動抑制装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両において車体の台車に対する左右方向の変位、ヨーイングといった横方向の挙動を抑制し、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】
鉄道車両において、車体は台車によって支持されており、この両者間には、空気ばね（若しくはコイルばね）が介装され、車体が台車から受ける衝撃を吸収していた。すなわち、路線の不整による振動や、曲線区間を走行する際に受ける遠心力による外周方向への移動を、空気ばねによって防いでいる。こうすることにより衝撃は吸収され、乗り心地は向上するが、空気ばね自体の振動が発生して車体が振動し、乗客に不快感を与えてしまう。この空気ばねの横方向振動を減衰させるために左右動ダンパを設けたり、積極的に横方向に力を発生させるアクチュエータを設けたりして、乗り心地を改善させることが試みられている。
【０００３】
例えば、空気アクチュエータのようなアクチュエータを用いて左右方向の振動を抑制する際には、アクチュエータが有する遅れにどのように対応するかが課題となる。鉄道車両のような不規則に外力が加わる制御対象において遅れを、補償するには予見制御が有効であるが、これには、制御に必要な物理量（特に制御対象の加速度、変位等）の未来値が必要となる。この一例の概要を図７に示す。
【０００４】
図７は、前方車両の左右方向の加速度に基づき、後方車両の備える流体作動手段の発生力を制御する制御系を表すブロック図である。流体作動手段は、後方車両の車体と台車との間に介装され、左右方向（つまり本図面の法線方向）に力を発生して両者の相対移動を制御可能にされている。この発生力を生じさせるのが発生力変更手段であり、通常、圧力源や制御弁等から構成される。また、この発生力変更手段に対して発生力を指定するのが発生力設定手段である。発生力設定手段は、前方車両の左右方向加速度から制御手段が発生させた制御信号に基づいて、発生すべき力を算出する。
【０００５】
一般に、連結された２台の車両の各挙動は、後方車両の方が振幅は大きいものの、振動数は互いに共通となる。図７の制御系はこれを利用し、前方の車両の加速度を後方車両の未来値として用いるのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７に示した制御系では、次のような問題点がある。すなわち、振動数が同じであっても、位相は一般に異なるため、もし、前方車両の位相と後方車両の位相とが逆位相であると、上記の方法は使用できなくなる。また、前方車両と後方車両とで条件が大きく異なる場合（例えば、諸元が違う、荷重条件が異なる等）にも上記の方法は不適切である。
【０００７】
本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、流体作動手段を用いて鉄道車両の横方向の振動抑制を行なう装置において、時間遅れを補償し、好適に制御可能にすることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためになされた本発明の請求項１に記載の振動抑制装置は、図１に例示するように、車輪を軸支する台車と、該台車に支持される車体とを備える車両を少なくとも２両前後に連結してなる列車であって、且つ該２両の内の後方車両は、シリンダと該シリンダ内にて摺動されるピストンとを具備し外部の指令に基づいて所定量の力を発生可能な流体作動手段を備え、上記シリンダ及び上記ピストンの内、一方が上記車体に、他方が上記台車に支持されることにより上記車体と上記台車との左右方向の相対変位を制御する列車に用いられるものであり、上記流体作動手段の発生する力を変化させる発生力変更手段と、上記２両の車両の内、前方車両の車体についてその左右方向の加速度を検出する前方加速度検出手段と、該前方加速度検出手段による検出結果に基づいて上記前方車両の車体の左右方向の速度を求め、該求めた速度と予め設定された負の制御ゲインとの積に応じた値を前方指令信号として出力する前方制御手段と、上記２両の車両の内、後方車両の車体についてその左右方向の加速度を検出する後方加速度検出手段と、該後方加速度検出手段による検出結果に基づいて上記後方車両の車体の左右方向の速度を求め、該求めた速度と予め設定された負の制御ゲインとの積に応じた値を後方指令信号として出力する後方制御手段と、該後方指令信号と上記前方指令信号とに関し、所定の重みを付けた上で両者の平均値を算出し、この重み付き平均値を、上記流体作動手段が発生すべき力を示す制御信号として出力する指令値合成手段と、少なくとも該指令値合成手段の出力した制御信号に基づいて、上記流体作動手段の発生力を求め、該発生力に基づいて上記発生力変更手段に対して信号を出力する発生力設定手段と、上記後方加速度検出手段により検出された加速度と上記後方制御手段により出力された後方指令信号との位相差を検出する位相差検出手段と、を備え、上記指令値合成手段が、上記位相差検出手段により検出された位相差が大きいほど、上記前方指令信号の重みを上記後方指令信号に比べて大きくして、上記重み付き平均値を算出することを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の振動抑制装置は、基本的には請求項１に記載の振動抑制装置と同じ構成要素を具備している。そして、請求項１と異なるのが、位相差検出手段および指令値合成手段の機能である。即ち、請求項２に記載の発明では、位相差検出手段は、前方加速度検出手段により検出された加速度と後方加速度検出手段により検出された加速度との位相差を検出する。そして、指令値合成手段は、位相差検出手段により検出された位相差が大きいほど、上記前方指令信号の重みを上記後方指令信号に比べて小さくして、上記重み付き平均値を算出することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の振動抑制装置は、前方の車両に、その車体に掛かる左右方向の加速度を検出する前方加速度検出手段を設け、一方、後方の車両にも同様に、後方加速度検出手段を備えている。そしてこれら夫々の検出結果に基づいて、前方制御手段及び後方制御手段が、夫々前方指令信号及び後方指令信号を出力する。指令値合成手段は、これら両指令信号の重み付き平均値を算出し、これを制御信号として出力する。
【００１１】
発生力設定手段は、少なくともこの制御信号に基づいて、流体作動手段の発生すべき力を求め、発生力変更手段に対して信号を発生する。なお、流体作動手段は、後方車両の車体と、台車との間に介装されて、両者の左右方向の挙動を制御する。
更に、位相差検出手段を備えており、後方加速度検出手段による検出結果（後方車両の車体における左右方向の加速度）と後方制御手段により出力された後方指令信号との位相差を検出する。この位相差は、不規則に加わる外力や、乗客数等によって変化する。
そして、指令値合成手段は、この位相差が大きくなるほど、前方指令信号の重みを大きくして、重み付き平均値を算出する。これは次のようなことを意図している。すなわち、後方車体の加速度（すなわち制御結果）と後方指令信号との位相差が小さいときには、後方車両の加速度に基づいて制御を行なえば、通常のフィードバック制御に近い状態にできる。一方、位相差が大きく、後方車両の加速度をフィードバックさせないほうがよい場合には、前方指令信号に対する依存度を高め、予見制御に近い状態にできる。
【００１２】
つまり、請求項１に記載の振動抑制装置は、制御対象となる後方車両の挙動と、その後方車両の未来の挙動を示す前方車両の挙動とに基づいて、流体作動手段の発生力を制御する。具体的には、後方車体の加速度と後方指令信号との位相差が大きいほど前方指令信号の重みを大きくして重み付き平均値を算出する。このため、単に前方車両の挙動を未来値として用いた場合に比べ、制御対象の挙動も反映させた制御を行なうことができる。もし走行線区の状況や各車両の乗客数に特徴があり、後方車両の挙動を元に制御を行なった方が良い場合には、予め後方指令信号の重みを大きくすれば良い。また前方車両の挙動が未来値として使用するに耐え、また流体作動手段の応答遅れが大きい（例えば１秒程度）であれば、前方指令信号の重みを大きくすれば良い。
【００１３】
従い、請求項１に記載の振動抑制装置によれば、制御系等の遅れを補償し、適切なタイミングにて発生力を変化させることができ、また、制御系等の遅れが変動しても常に適切な制御ができる。
【００１４】
一方、請求項２に記載の振動抑制装置においては、位相差検出手段が前方車両における車体の左右方向の加速度と後方車両における車体の左右方向の加速度との位相差を検出し、その位相差が大きいほど前方指令信号の重みを小さくする。このようにしても、請求項１と同様の効果が得られる。
【００１６】
【実施例】
以下に本発明に関する実施例を図面と共に説明する。
まず、図２は本発明の振動抑制装置が適用される列車を示す平面図であり、車体、台車、ダンパ等の位置関係を明確にするために、車体を透視し、また車体を台車に支持する機構等は省略した概略図となっている。
【００１７】
以下、この列車は矢印Ａ方向に進行されるものとし、車両２を後方車両２、車両２’を前方車両２’ともいう。本図に示すように、後方車両２は、車体４と、車体４の前後を支持する台車６ａ，６ｂと、各台車６ａ，６ｂに懸架された車輪１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄとを主に構成されている。車体４には、台車６ａ，６ｂによって支持される位置に夫々Ｇセンサ１２ａ，１２ｂが設けられている。これらＧセンサ１２ａ，１２ｂによって、車体４の左右方向の加速度を検出可能にされている。
【００１８】
そして更に、台車６ａ及び台車６ｂには、車体４を支持する位置の前後に、本発明の流体作動手段としての左右動ダンパ１４ａ，１４ｂ及び１４ｃ，１４ｄがそれぞれ配置されている。これら左右動ダンパ（以下、単にダンパともいう）１４ａ〜１４ｄは、シリンダ内にて摺動可能に配置されたピストンにてそのシリンダ内を２室に分割し、その２室に充満されたオイルを、ピストンに設けられた流路を介してやりとりすることにより、ピストンのシリンダに対する振動を減衰させるもので、ピストンの摺動方向を車体の左右方向に平行にしてシリンダは車体４側に、ピストンはロッドを介して台車６ａ，６ｂに固定されている。すなわち、ダンパ１４ａ〜１４ｄは、車体４と台車６ａ，６ｂとの左右方向の相対振動を減衰させるものである。
【００１９】
なお各左右動ダンパ１４ａ〜１４ｄには、上記２室を連絡する油圧回路が外部に設けられており、この油圧回路の有する複数のソレノイドバルブ（後述）をＯＮ／ＯＦＦすることにより、減衰係数（いわゆるダンパ定数）を変化可能にされている。この油圧回路はダンパ定数を変更するのみであるが、ダンパ１４ａ〜１４ｄのピストンがシリンダに対して相対移動することによりダンパ定数に応じて異なる減衰力を発生させるので、この油圧回路は本発明の発生力変更手段に相当する。
【００２０】
振動抑制装置１６ａ〜１６ｄは、そのときの車体４の挙動に応じて、ダンパ１４ａ〜１４ｄのダンパ定数を変化させるもので、ダンパ１４ａ〜１４ｄ毎に設けられている。そして振動抑制装置１６ａ，１６ｂは、対応するダンパ１４ａ，１４ｂの近傍に設けられたＧセンサ１２ａの検出した加速度と、前方車両２’においてＧセンサ１２ａに対応する位置に設けられたＧセンサ１２ａ’の検出した加速度とに基づいて、対応するダンパ１４ａ，１４ｂに指令値を発生するようにされている。同様に、振動抑制装置１６ｃ，１６ｄは、Ｇセンサ１２ｂの検出した加速度と、Ｇセンサ１２ｂ’の検出した加速度とに基づいて、対応するダンパ１４ｃ，１４ｄに指令値を発生するようにされている。
【００２１】
なお前方車両２’は車両２の上記構造とまったく同じであるため、説明を省略する。
次に、振動抑制装置１６ａ〜１６ｄの構成について、図３を用いて説明する。なお、４体の振動抑制装置１６ａ〜１６ｄは、互いに同じ構成からなり、同じ作用をするため、振動抑制装置１６ａにて代表させて説明する。
【００２２】
図３は、振動抑制装置１６ａの構成をブロック線図にて表したものである。すなわち、振動抑制装置１６ａは、Ｇセンサ１２ａ，１２ａ’から出力された加速度信号を夫々増幅して所定の電圧値として出力するＧアンプ１８，１８’と、Ｇアンプ１８，１８’の出力した電圧値（アナログ信号）をデジタル信号に夫々変換するＡ／Ｄ変換器２０，２０’と、Ａ／Ｄ変換器２０，２０’の出力したデジタル信号の高周波成分をカットする波形フィルタ処理部２２と、波形フィルタ処理部２２が出力した信号に重力加速度ｇを乗して実加速度にする補正部２４と、この実加速度を積分して車体４の左右方向の速度を算出する積分部２６と、積分部２６により算出された後方車両２の車体速度ｖに基づいて後方指令信号ｓを発生させる後方制御部２８と、同じく積分部２６により算出された前方車両２’の車体速度ｖ’に基づいて前方指令信号ｓ’を発生させる前方制御部２８’と、後方車両２に関して補正部２４の出力した信号（以下、後方実加速度という）に対する後方指令信号ｓの位相差を検出する位相差検出部３０と、位相差検出部３０の検出結果に基づき設定される重みに従って後方指令信号ｓと前方指令信号ｓ’との重み付き平均値を算出し、この算出値を制御入力信号ｕとして出力する指令値合成部３２と、ダンパ１４ａのシリンダに対するピストンの速度Ｖｂｔｆに対応する信号を発生させる速度検出部３４と、制御入力信号ｕとピストン速度Ｖｂｔｆとからダンパ１４ａの発生すべきダンパ定数を設定するダンパ定数設定部３６と、ダンパ１４ａをアンロードにすべきかオンロードにすべきかを制御入力信号ｕ及びピストン速度Ｖｂｔｆの各値から判定するアンロード・オンロード判定部３８と、ダンパ定数設定部３６及びアンロード・オンロード判定部３８からの信号入力に基づいて、ダンパ１４ａに設けられた複数の油圧回路（図示せず）の有する複数のソレノイドバルブ４０を駆動するソレノイドドライバ４２とから構成されている。
【００２３】
なお、本図において２点鎖線にて囲まれた各構成の行なう処理はソフトウェアにて実現されている。すなわち、２点鎖線にて囲まれた部分は、ハードウェア的には、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、水晶発振子、及びこれらを連絡するバスライン（何れも図示せず）とからなる周知のコンピュータシステムとして構成されている。そして、上記作用を実現する処理がプログラムとしてＲＯＭ内に格納されており、ＣＰＵが、このプログラムに従って、演算処理を行なったり、Ｇセンサ１２ａ，１２ａ’からの出力信号をＲＡＭに格納したりすることにより、ソレノイドドライバ４２に出力する信号を発生させる。
【００２４】
次に、以上の振動抑制装置１６ａを構成する各部の内、特に重要な構成について補足説明を行なう。まず、後方制御部２８は、積分部２６により算出された後方速度ｖに所定の制御ゲイン（負符号付）を乗して後方指令信号ｓを発生させるものである。後方指令信号ｓは、後方制御部２８において制御ゲインに負符号を付けた上で、後方速度ｖに乗されるので、後方速度ｖと逆方向を向いた力を表す信号となる。一方、前方制御部２８’は、後方制御部２８が後方速度ｖに関して行なう上記の処理を前方速度ｖ’に関して行ない、前方指令信号ｓ’を発生させる。なお、前方指令信号ｓ’は、前方速度ｖ’と逆方向を向いた力、つまり前方車両４’の横方向の挙動に抗する力を表す信号であるが、振動抑制装置１６ａにおいては、後方車両４の挙動を予測する信号として用いられる。
【００２５】
位相差検出部３０は、後方車両２に関して補正部２４の出力した後方実加速度に対する後方指令信号ｓの位相差を検出する。
【００２６】
指令値合成部３２は、位相差検出部３０の検出結果に基づき設定される重みに従い後方指令信号ｓと前方指令信号ｓ’とから、時刻ｔにおいて次式にて示されるような重み付き平均値ｕ（ｔ）を算出する。
ｕ（ｔ）＝Ａ×ｓ（ｔ）＋Ｂ×ｓ’（ｔ−Ｌ／Ｖ＋ＴＤ）……（１）
ここでＡ，Ｂは共に０以上１以下の実数で、位相差検出部３０の検出結果に応じて何れも変動する。またＬは、Ｇセンサ１２ａとＧセンサ１２ａ’との間の距離、Ｖは車両の走行速度、ＴＤは振動抑制装置１６ａ全体の遅れを表す。
【００２７】
式（１）において仮にＡ＝１且つＢ＝０とおくと、従来より試験的に行なわれてきた通常のスカイフック制御となる。すなわち、ダンパ１４ａが取り付けられている車両２の、その時点における左右方向の速度ｖ（後方速度）に基づいてダンパ１４ａのダンパ定数を切り換える制御（以下、通常制御という）となる。
【００２８】
これとは逆に、式（１）においてＡ＝０且つＢ＝１とおくと、通常制御を前方車両２’の左右方向の速度ｖ’に基づいて行なう制御となる。但し式（１）では、単純にｓ’（ｔ）とせず、ｓ’（ｔ−Ｌ／Ｖ＋ＴＤ）として、時間の補償を行なっている。Ｌ／Ｖは、車両２，２’の走行する軌道上の同一地点を、Ｇセンサ１２ａ’が通ってからＧセンサ１２ａが通るまでの時間に相当する。従い（ｔ−Ｌ／Ｖ）は、現時点ｔにおいて後方車両２が通過している箇所を、前方車両２’が通過した時刻を表す。これにＴＤを加えて（ｔ−Ｌ／Ｖ＋ＴＤ）とすると、振動抑制装置１６ａの遅れ分ＴＤを前倒ししたことになる。ｓ’（ｔ−Ｌ／Ｖ＋ＴＤ）を用いて制御することは予見制御をすることになり、振動抑制装置１６ａの遅れ分ＴＤを補償して制御入力信号ｕを発生することができる。
【００２９】
なお、このｓ’（ｔ−Ｌ／Ｖ＋ＴＤ）は、指令信号ｓ’（ｔ）の過去の値を示しているが、この値は一定サンプリング毎に上記コンピュータシステムのＲＡＭ内に蓄積されて行き、所定時間経過すると逐一破棄されていくものとする。また、予見制御用の信号としてｓ’（ｔ−Ｌ／Ｖ＋ＴＤ）を用いることは、車両２，２’の走行する軌道上の同一地点における、車体４及び車体４’の横方向の各振動は、振動数だけでなく位相も等しいという前提に基づいている。この前提は、横方向の振動の原因となる外力として次のようなものが考えられることから、一般によく成立する。すなわち、こうした外力としては、軌道をなすレールの継ぎ目が引き起こす衝撃力、軌道の屈曲箇所に車両がさしかかったときに発生する遠心力、またはトンネルから車両が抜け出たときの横風による力等が考えられ、これらの力は、何れも発生する地点が決まっており、各車両がその地点にさしかかると発生されるので、位相もよく一致する。
【００３０】
つまり、指令値合成部３２は、式（１）のように、通常制御による指令信号ｓ（ｔ）と予見制御による指令信号ｓ’（ｔ−Ｌ／Ｖ＋ＴＤ）との重み係数Ａ，Ｂ付きの平均値を算出し、この値を制御入力信号ｕとして出力する。これらの重み係数Ａ，Ｂは共に、位相差検出部３０の検出結果に応じて図４に示すように変化される。
【００３１】
図４は、横軸に位相差検出部３０により検出された後方車両２の実加速度と後方指令信号ｓとの位相差、縦軸に重み係数の値をとり、Ａを実線、Ｂを破線にてプロットしたもので、ファジー制御におけるメンバシップ関数に相当するものである。この図から判るように、位相差が０°のときにはＡ＝１且つＢ＝０となり、位相差が１８０°のときにはＡ＝１且つＢ＝０となり、それ以外の位相差のときにはＡ，Ｂは、夫々を直線補間した値となる。つまり、指令値合成部３２によれば、位相差ゼロの状態では通常制御となり、正反対の位相を呈する状態では前方車両２’の挙動に完全に依存した予見制御となる。そして位相差が０°と１８０°との間の状態では、位相差が大きくなるほど、予見制御の依存度を高めたものを制御入力信号ｕとして出力する。
【００３２】
図３に戻り、アンロード・オンロード判定部３８は、制御入力信号ｕの方向とダンパ１４ａのピストン速度Ｖｂｔｆの方向とから、ダンパ１４ａに減衰力を発生させるか否かを判断する部分である。指令値合成部３２は、車体４の横方向速度に抗する方向の減衰力をダンパ１４ａに発生させる指令を出すものであるが、ダンパ１４ａはその性質上、ピストンの移動方向と同じ方向には減衰力を発生できない。このため、制御入力信号ｕの方向（符号）とピストン速度Ｖｂｔｆの方向（符号）が等しい場合には、ダンパ１４ａに減衰力を発生させない（アンロード）ようにソレノイドドライバ４２に指令信号を発生する。一方、符号が異なる場合には、制御入力信号ｕに基づき、ダンパ定数設定部３６の発生するソレノイドバルブ４０のＯＮ／ＯＦＦパターンに従って、減衰力を発生する（オンロード）ようにする。なお、実際にはダンパ１４ａは、アンロード状態においてもわずかな減衰力を発生させる。
【００３３】
ダンパ定数設定部３６は、ソレノイドドライバ４２に対してどのソレノイドバルブ４０をＯＮし、どのソレノイドバルブ４０をＯＦＦするかを、指令するものであるが、実際にダンパ定数設定部３６からの指令によりＯＮ／ＯＦＦされるのは、ダンパ１４ａの油圧回路が有する複数のソレノイドバルブ４０の内、２つのみである（以下、この２つのソレノイドバルブ４０をＳＯＬ１、ＳＯＬ３という）。これらＳＯＬ１、ＳＯＬ３をＯＮ／ＯＦＦすることにより、ダンパ１４ａは以下の［表１］に示すような減衰係数、所謂ダンパ定数を発生させる。
【００３４】
【表１】
0003828199.tif 000002
【００３５】
このダンパ定数に、ピストン速度Ｖｂｔｆを乗したものが減衰力となるが、減衰力はピストン速度Ｖｂｔｆに比例せず、図５に示したような曲線となる。すなわち、図５は、ダンパ定数がＰ１〜Ｐ４である各場合においてピストン速度Ｖｂｔｆに応じて発揮される減衰力Ｆを一点鎖線にて表し、更にこれら各１点鎖線を略中心として全量域をダンパ定数Ｐ１〜Ｐ４に対応する４つの領域に区分したものであり、バルブパターンＭＡＰと呼ばれる。
【００３６】
このバルブパターンＭＡＰは、テーブル化されて上記コンピュータシステムのＲＯＭ内に予め格納されており、ダンパ定数設定部３６は、バルブパターンＭＡＰを参照し、制御入力信号ｕとピストン速度Ｖｂｔｆとからダンパ定数を設定し、ソレノイドドライバ４２に対して信号を出力する。例えば、ダンパ定数設定部３６が、減衰力として４００ｋｇｆを発生させる旨の制御入力信号ｕを指令値合成部３２から受け取り、またそのときのピストン速度Ｖｂｔｆが１０ｃｍ／ｓｅｃである旨の信号を速度検出部３４から受け取った場合には、ダンパ定数をＰ２にするために、ソレノイドドライバ４２に対してＳＯＬ１をＯＦＦ、ＳＯＬ３をＯＮするような指令を出力する。なお、この説明にて明らかなように、制御入力信号ｕは、ダンパ１４ａが発生すべき減衰力に相当する。そして速度検出部３４、バルブパターンＭＡＰ、及びダンパ定数設定部３６が、本発明の発生力設定手段に相当する。
【００３７】
ここで、ＳＯＬ１、ＳＯＬ３を有する油圧回路、速度検出部３４、及びダンパ１４ａについて図６を用いて説明する。図６は、これら三者を一体に構成したセミアクティブダンパ装置５０の概略構成図である。
まず、ダンパ１４ａは上記したように、シリンダ５２と、シリンダ５２内にて摺動可能に配置されたピストン５４と、ピストン５４に固定されたロッド５６とを主に構成され、ロッド５６の末端５６ａは台車６ａに固定され、シリンダ５２のヘッド５２ａは、車体４に固定されている。そしてピストン５４によって２室５８，６０に分割されたシリンダ５２内部にはオイルが充満され、この２室５８，６０（以下、５８をロッド側、６０をヘッド側という）はピストンに設けられたチェック弁６２を介して連通されている。
【００３８】
油圧回路は、ヘッド側６０に接続されたヘッド経路６４、ロッド側５８に接続されたロッド経路６６、ロッド経路６６に接続され主オリフィス６８を介してヘッド経路６４へとオイルを還流させる主流路７０と、主流路７０に並列に配置された支流路でありＳＯＬ１及び第１オリフィス７２を介してヘッド経路６４へとオイルを還流させる第１支流路７４と、同じく主流路７０に並列に配置された支流路でありＳＯＬ３及び第２オリフィス７６を介してヘッド経路６４へとオイルを還流させる第２支流路７８とを備えている。また、ヘッド経路６４にはベースチェック弁７９が介装されており、オイルの逆流を防いでいる。なお、第２オリフィス７６の流路径は、第１オリフィス７２の流路径よりも大きくされている。
【００３９】
また、この油圧回路は、上記の主流路７０、第１支流路７４、第２支流路７８の他にも、ＳＯＬ２を介してヘッド経路６４へとオイルを還流させるアンロード用経路８０や、無通電状態（フェイル時ともいう）において三方弁ＳＯＬ４及び第３オリフィス８２を介してヘッド経路６４へとオイルを還流させるフェイル用経路８４を備えている。なお、三方弁ＳＯＬ４は、オンロード状態においてＯＮされ、第３オリフィス８２側にオイルが流れこまないようにされる。
【００４０】
この油圧回路において、ＳＯＬ１，ＳＯＬ３を共にＯＦＦにしておくと、オイルは、ロッド経路６６から主流路７０の主オリフィス６８のみを通ってヘッド経路６４へと還流するため、流路抵抗が大きく、ダンパ１４ａのダンパ定数は大きくなる。これがＰ４の状態である。また、ＳＯＬ１をＯＮ、ＳＯＬ３をＯＦＦにしておくと、オイルは、ロッド経路６６から主流路７０の主オリフィス６８、及び第１支流路７４の第１オリフィス７２を通って、ヘッド経路６４へと還流するため、ダンパ定数はＰ４よりもやや小さくなる。これがＰ３の状態である。これとは逆にＳＯＬ１をＯＦＦ、ＳＯＬ３をＯＮにすると、オイルはロッド経路６６から主流路７０の主オリフィス６８及び第２支流路７８の第２オリフィス７６を通ってヘッド経路６４へと還流する。第２オリフィス７６の流路径は、第１オリフィス７２の流路径よりも大きくされているため、ダンパ定数はＰ３よりもやや小さくなる。これがＰ２の状態である。そして、ＳＯＬ１，ＳＯＬ３を共にＯＮにしておくと、オイルは、ロッド経路６６から主流路７０の主オリフィス６８、第１支流路７４の第１オリフィス７２、及び第２支流路７８の第２オリフィス７６の計３個のオリフィスを通ってヘッド経路６４へと還流するため、ダンパ定数はＰ２よりも更に小さくなる。これがＰ１の状態である。
【００４１】
アンロード用経路８０は、既述したアンロード・オンロード判定部３８によってアンロード状態にすべきであるという信号が発せられたときに、ＳＯＬ２がＯＮされることによりオイルが流れる経路である。このアンロード用経路８０にはオリフィスがないため、流路抵抗は極めて小さく、ＳＯＬ２がＯＮされると、ＳＯＬ１、ＳＯＬ３の状態に関わらず、ダンパ１４ａは極めて小さなダンパ定数を呈する。一方、フェイル用経路８４には、第３オリフィス８２があるので、アンロード状態よりも大きなダンパ定数を呈する。これらアンロード状態及びフェイル時における減衰力とピストン速度Ｖｂｔｆとの関係は、図５のバルブパターンＭＡＰに併記したようになる。
【００４２】
以上のように、油圧回路は、ＳＯＬ１、ＳＯＬ３がＯＮ／ＯＦＦされることにより、ダンパ１４ａのダンパ定数を４段階に切り替える他、アンロード状態、フェイル時におけるダンパ定数を図５に示した所定値に保つようにしている。
速度検出部３４は、ロッド５６の側面に、軸方向に等間隔にて埋めこまれた磁性体ビット９０と、磁性体ビット９０に対向して配置された磁気センサ９２と、磁気センサ９２からの電気信号を増幅する増幅装置９４とを備えている。
【００４３】
そしてピストン５４（ひいてはロッド５６）がシリンダ５２に対して移動すると、磁気センサ９２が磁性体ビット９０をカウントし、所定サンプリング時間内のカウント値からピストン速度Ｖｂｔｆを出力するようにされている。
以上の構成からなる振動抑制装置１６ａによれば、制御対象であるダンパ１４ａを備えた後方車両２よりも先んじた挙動を呈する前方車両２’に設けられたＧセンサ１２ａ’の検出信号に基づいて求められた指令信号ｓ’から、制御入力信号ｕを発生させるので、当該振動抑制装置１６ａ、ダンパ１４ａ、及び車体４等の有する遅れ要素を補償し、時々刻々、適切なタイミングにて制御を行なうことができる。また、車体４の振動と後方指令信号ｓとの位相差に鑑みて、指令値合成部３２が、前方指令信号ｓ’と後方車両２の加速度に基づいて求められた指令信号ｓとの重み付き平均値を制御入力信号ｕとして発生させ、しかも位相差が小さいときには後方指令信号ｓの重みを大きくし、位相差が大きいときには前方指令信号ｓの重みを大きくするので、信頼性の高い制御ができる。つまり、車体４の振動と後方指令信号ｓとの位相差が小さく、制御結果の遅れが無視できるような状態のときには、制御対象である後方車両２の加速度は、フィードバックさせる信号としての価値が高いので、この加速度に基づく後方指令信号ｓの依存度を高めた制御入力信号ｕにてダンパ定数を変化させる。一方、位相差が大きくなって、後方車両２の加速度をフィードバックさせる価値が低下すると、前方車両２’の加速度に基づく前方指令信号ｓ’に対する依存度を高めた制御入力信号ｕを用いた制御を行なう。従って、信頼性の高い制御ができる。
【００４４】
これと同じ制御方法を、振動抑制装置１６ｂ〜１６ｄにて行なうことにより、全てのダンパ１４ａ〜１４ｄにて適切に振動抑制を行ない、車体４の横方向の挙動を適正にすることができる。なお、当然のことながら、車両２，２’が矢印Ａ（図２参照）の逆方向に進むときには、車両２が前方車両、車両２’が後方車両となり、図示しない振動抑制装置１６ａ’（または振動抑制装置１６ｂ’）はＧセンサ１２ａにより検出された加速度（ここでは前方）とＧセンサ１２ａ’により検出された加速度（ここでは後方）とから、ダンパ１４ａ’（またはダンパ１４ｂ’）の制御を行なう。同様に、図示しない振動抑制装置１６ｃ’（または振動抑制装置１６ｄ’）は、Ｇセンサ１２ｂにより検出された加速度とＧセンサ１２ｂ’により検出された加速度とから、ダンパ１４ｃ’（またはダンパ１４ｄ’）の制御を行なう。
【００４５】
ところで、車体を台車に対して能動的に変位させて振動を抑制するアクチュエータを設け、これに対し所定の制御を行なうと、ノイズ等の予期せぬ外乱やその他の原因により制御不能に陥いった場合に、安定した走行が得られないことがある。この点、上記の振動抑制装置１６ａ〜１６ｄが誤動作を起こしても、左右動ダンパ１４ａ〜１４ｄのダンパ定数が不適切な値になるのみであり、振動抑制性能が劣化するだけで済む。
【００４６】
以上、本発明の一実施例である振動抑制装置１６ａ〜１６ｄについて説明してきたが、本発明は上記構成に限定されるものではなく様々な態様で実施しうる。
例えば、後方車両２の後ろに、同じ構成の車両（以下、第３車両という）が更に連結されている場合には、Ｇセンサ１２ａ（またはＧセンサ１２ｂ）の出力信号を、前方からの加速度信号として、第３車両の備える振動抑制装置が制御を行なえば良い。すなわち、この場合、車両２に設けられたＧセンサ１２ａの出力信号を前方にある車両からの加速度とし、これから導き出した指令信号と、当該第３車両自体が備えるＧセンサの出力信号から導き出した指令信号との重み付き平均値を求め、第３車両が備える左右動ダンパの制御を行なうようにすると良い。
【００４７】
これを発展させれば、４両以上の編成からなる列車についても適用でき、先頭車両以外の全ての車両について上記振動抑制装置を適用することにより、振動を適切に抑制できる。また、このように直前の車両にて検出された加速度信号を用いるのではなく、１両（若しくはそれ以上）跳ばした前方の車両の加速度信号を用いて行なったり、先頭車両にて検出された加速度信号を後方の全ての車両における振動抑制制御に用いたりしても良い。或は、前方にある１台の車両の加速度信号を用いるのではなく、複数台の車両から得られる加速度信号の重み付き平均値を求め、後方の車両における振動抑制制御に用いても良い。
【００４８】
また、指令値合成部３２の上記説明において、式（１）のｓ’（ｔ−Ｌ／Ｖ＋ＴＤ）は、走行する軌道上の同一地点における、車体４及び車体４’の横方向の各振動は位相が等しいという前提に基づいて設定された項であったが、この前提を満たさないような外力が働いて、同一地点における各車両の振動に位相差が存在する場合には、ＴＤにてその位相差分を補償すると良い。つまり、その位相差を予め試験走行にて測定して（若しくは本走行にて測定可能にして）、ＴＤに含めておくと、ｓ’（ｔ−Ｌ／Ｖ＋ＴＤ）は、前提を満たす場合と同様、正確にｓ（ｔ）を予見する信号となる。
【００４９】
また更に、各車両の横方向の振動は、後方車両の方が通常、振幅が大きくなり、これに対応して速度も一般に後方ほど大きくなる。特に最後尾車両では、その後方に車両が接続されていないので、振動速度の増大は顕著になる。これが原因で、制御入力信号ｕが適切に算出できない場合がある。例えば、位相差が９０度のときに制御入力信号ｕを式（１）にて算出すると、図４のメンバシップ関数によれば位相差が９０度のときにはＡ＝Ｂ＝０．５であることから、ｓとｓ’の重みは均等になる筈である。しかし、後方速度ｖの方が前方速度ｖ’よりも大きいので、ｓ自体が大きくなり、後方の加速度による信号の方が重みが大きくなる。そこで、最後尾の車両では、図４の２点鎖線にて示すようにＢを本来の値（破線）よりも大きくして、補償すると良い。
【００５０】
メンバシップ関数も図４に示したようなものでなくても良い。重み係数Ａは、図４では位相が０°から１８０°まで増加するに連れて１から０まで直線的に減少するようにされていたが、曲線状に減少されるようにしても良い。そしてこのときＢを、Ｂ＝１−Ａにて求めれば、式（１）をそのまま使って制御入力信号ｕを算出できる。Ａと位相差との関係を表す曲線を、図４の下方に膨らんだ形状にすれば、位相差がわずかに大きくなるだけで急速にｓの重みを減らすことになるため、位相差に敏感な制御ｕを行なうことができる。Ａ，Ｂを求める際には、適切な関数にてＡ，Ｂを表し、演算で重み係数を設定しても良いし、またバルブパターンＭＡＰと同様、テーブル化してＲＡＭ内に格納しておき、位相差に対応してこのテーブルを参照しＡ，Ｂを求めても良い。また走行線区や車両によっては、位相差が殆ど変化しない場合も起こりうる。そうした状況では、重み係数Ａ，Ｂを変化させず、一定にしても良い。この場合には、位相差検出部のない構成でも、取り除いた状態にて振動抑制装置を再構成すると良い。
【００５１】
位相差検出部３０に関しても、上記のように後方実加速度と後方指令信号ｓとの位相差を検出するのではなく、例えば、前方実加速度と後方実加速度との位相差を検出しても良い。この場合には位相差が大きくなるほど、制御入力信号ｕを算出するのに前方指令信号ｓを用いることの意義が失われるので、指令値合成部３２は、位相差が大きくなるほど前方指令信号ｓの重みを減らして重み付き平均値を算出するようにする。
【００５２】
また、上記例では振動抑制装置を、セミアクティブダンパ装置５０に適用したが、同様の制御を例えば空気アクチュエータ等のアクティブアクチュエータに適用しても良い。こうすれば、セミアクティブダンパの減衰力とは異なり、ピストンの移動方向と同じ方向の力が発揮できるため、更に効率よく、左右方向の振動を抑制したり、車体の台車に対する変位を防止したりすることができる。そして、ピストンの駆動力も、前方車両の備えるＧセンサ等の検出装置により検出された車体の挙動に応じて制御すると、振動抑制装置１６ａ〜１６ｄと同様、適切なタイミングにて駆動力を発揮できる。また、空気アクチュエータのように反応速度に難があるものに対して本振動抑制装置を適用すれば、反応速度の遅れを補償して良好な制御を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の振動抑制装置を例示するブロック図である。
【図２】  本発明の振動抑制装置が適用される車両の概略説明図である。
【図３】  実施例の振動抑制装置の構成を示すブロック図である。
【図４】  実施例の指令値合成部にて使用される重み係数の設定方法を示すメンバシップ関数である。
【図５】  左右動ダンパがピストン速度に応じて発生させる減衰力を、ダンパ定数毎に示したグラフである。
【図６】  外部からの指令を受けてダンパ定数を変更可能にされたセミアクティブダンパ装置の概略構成図である。
【図７】  従来の振動抑制装置を例示するブロック図である。
【符号の説明】
２…後方車両      ２’…前方車両      ４，４’…車体
６ａ，６ｂ…台車    １０ａ〜１０ｄ…車輪
１２ａ，１２ａ’，１２ｂ，１２ｂ’…Ｇセンサ
１４ａ〜１４ｄ，１４ａ’〜１４ｄ’…左右動ダンパ
１６ａ〜１６ｄ…振動抑制装置
２８…後方制御部      ２８’…前方制御部
３０…位相差検出部    ３２…指令値合成部
３４…速度検出部    ３６…ダンパ定数設定部
４０，ＳＯＬ１〜ＳＯＬ４…ソレノイドバルブ
４２…ソレノイドドライバ    ５０…セミアクティブダンパ装置
５２…シリンダ    ５４…ピストン    ５６…ロッド
６８…主オリフィス    ７０…主流路
７２…第１オリフィス    ７４…第１支流路
７６…第２オリフィス    ７８…第２支流路
９０…磁性体ビット    ９２…磁気センサ    ９４…増幅装置
Ｐ１〜Ｐ４…ダンパ定数
【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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