特開 2023-59526 鉄道車両用制振装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023059526

(43)【公開日】2023-04-27

(54)【発明の名称】鉄道車両用制振装置

(51)【国際特許分類】

   B61F 5/24 20060101AFI20230420BHJP

   F15B 11/028 20060101ALI20230420BHJP

   F16F 9/32 20060101ALI20230420BHJP

   F16F 9/46 20060101ALI20230420BHJP

【ＦＩ】

B61F5/24 F

F15B11/028 A

F16F9/32 T

F16F9/46

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021169587

(22)【出願日】2021-10-15

(71)【出願人】

【識別番号】000000929

【氏名又は名称】ＫＹＢ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100122323

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 憲

(72)【発明者】

【氏名】青木 淳

(72)【発明者】

【氏名】小川 貴之

(72)【発明者】

【氏名】小林 将之

【テーマコード（参考）】

3H089

3J069

【Ｆターム（参考）】

3H089AA03

3H089BB10

3H089BB17

3H089CC01

3H089DA02

3H089DA14

3H089DB03

3H089DB33

3H089DB43

3H089EE36

3H089FF10

3H089GG02

3H089JJ20

3J069AA50

3J069AA64

3J069EE02

3J069EE32

3J069EE35

(57)【要約】

【課題】アクチュエータに外乱が入力されてもアクチュエータに目標推力と誤差の少ない推力を発揮させ得る鉄道車両用制振装置を提供する。
【解決手段】鉄道車両用制振装置１は、シリンダ２と、シリンダ２内に移動可能に挿入されるピストン３と、シリンダ２内に移動可能に挿入されるとともにピストン３に連結されるロッド４と、シリンダ２内に流体を供給可能なポンプ１２と、ポンプを駆動するモータ１５と、圧力オーバーライド特性を具備するとともに供給される電流量に応じてシリンダ２内の圧力を調整する圧力制御弁２２とを有するアクチュエータＡと、圧力制御弁２２の開弁圧を調整してアクチュエータＡが発生する推力を制御するコントローラＣとを備え、コントローラＣは、アクチュエータＡに発生させる目標推力Ｆｒｅｆと、ポンプ１２の回転数Ｒｐとに基づいて、圧力制御弁２２へ与える目標電流量Ｉｒｅｆを求める。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダと、前記シリンダ内に前記シリンダの軸方向へ移動可能に挿入されるピストンと、前記シリンダ内に前記シリンダの軸方向へ移動可能に挿入されるとともに前記ピストンに連結されるロッドと、前記シリンダ内に流体を供給可能なポンプと、前記ポンプを駆動するモータと、圧力オーバーライド特性を具備するとともに供給される電流量に応じて開弁圧を変更可能であって前記シリンダ内の圧力を調整する圧力制御弁とを有するアクチュエータと、
前記圧力制御弁の開弁圧を調整して前記アクチュエータが発生する推力を制御するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記アクチュエータに発生させる目標推力と、前記ポンプの回転数とに基づいて、前記圧力制御弁へ与える目標電流量を求める
ことを特徴とする鉄道車両用制振装置。

【請求項2】

前記コントローラは、前記モータが有する回転位置センサが検知する前記モータのロータの回転位置から前記ポンプの回転数を把握する
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両用制振装置。

【請求項3】

前記コントローラは、
前記ポンプを基準回転数で駆動しつつ、前記圧力制御弁へ与える電流量を調整して、前記アクチュエータの前記推力を制御するとともに、
前記基準回転数を含んだ回転数帯域における複数の異なる指定回転数に対して、それぞれ設定された複数の関数を有し、
前記関数は、前記目標推力をパラメータとして前記目標電流量を求める関数であって、
前記コントローラは、前記圧力制御弁が供給される電流量の増加に伴い開弁圧を減少させる場合、前記ポンプの回転数以上であって値が最も近い指定回転数に対応する関数を利用して前記目標電流量を求め、前記圧力制御弁が供給される電流量の増加に伴い開弁圧を増加させる場合、前記ポンプの回転数以下であって値が最も近い指定回転数に対応する関数を利用して前記目標電流量を求める
ことを特徴とする請求項１または２に記載の鉄道車両用制振装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両用制振装置の改良に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、鉄道車両の制振用途に利用される鉄道車両用制振装置は、鉄道車両の車体と台車との間に水平に介装されて、車体の進行方向に対して左右方向の振動を抑制する目的で使用されている。そして、鉄道車両用制振装置は、アクチュエータとアクチュエータを制御するコントローラとを備えており、アクチュエータが発生する推力で車体の振動を抑制する。

【0003】

このような鉄道車両用制振装置におけるアクチュエータは、たとえば、シリンダと、シリンダ内に移動自在に挿入されるロッドと、シリンダ内に移動可能に挿入されるとともにロッドに連結されるとともにシリンダ内を作動油が充填されたロッド側室とピストン側室とに区画するピストンと、作動油を貯留するタンクと、ロッド側室とピストン側室とを連通する第１通路に設けた第１開閉弁と、ピストン側室とタンクとを連通する第２通路に設けた第２開閉弁と、ロッド側室へ作動油を供給するポンプと、ポンプを駆動するモータと、ロッド側室とタンクとを連通する排出通路と、排出通路に設けた開弁圧を変更可能な比例電磁リリーフ弁と、ピストン側室からロッド側室へ向かう作動油の流れのみを許容する整流通路と、タンクからピストン側室へ向かう作動油の流れのみを許容する吸込通路とを備えている（たとえば、特許文献１参照）。第１開閉弁と第２開閉弁とはアクチュエータの推力の方向の切り換えのために使用され、比例電磁リリーフ弁はアクチュエータの推力の調整のために使用される。

【0004】

比例電磁リリーフ弁は、コントローラからの通電量に比例して開弁圧を変化させてシリンダ内の圧力を調整できる。そして、アクチュエータの推力がシリンダ内の圧力に比例して変化するため、コントローラは、比例電磁リリーフ弁へ供給する電流量の適切に制御することで、アクチュエータの推力を制御している。

【0005】

詳細には、コントローラは、車体の加速度を検知して、当該加速度からアクチュエータに発揮させる目標推力を求め、ポンプを一定の回転数（回転速度）で回転させるようにモータを制御しつつ、第１開閉弁、第２開閉弁および比例電磁リリーフ弁を制御して、アクチュエータに目標推力通りの推力を発揮させようにしている。

【0006】

ここで、比例電磁リリーフ弁は、作動油の通過流量の増加に伴って抵抗が増える圧力オーバーライド特性を有しているため、通過流量に変動があると、シリンダ内の圧力が変動してアクチュエータの推力も変動する。

【0007】

そこで、従来の鉄道車両用制振装置では、コントローラは、アクチュエータの伸縮速度を検知して、伸縮速度からシリンダから排出される作動油流量を把握して、ポンプから吐出される作動油の流量とシリンダ内から排出される作動油の流量との合計流量が一定となるようにポンプの回転数を調節し、シリンダ内の圧力変動を低減させてアクチュエータに目標推力通りの推力を発揮させるようにしている（たとえば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１１－２０２６７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

従来の鉄道車両用制振装置では、コントローラは、アクチュエータの伸縮速度に応じてポンプの回転数を都度調節することで、アクチュエータに作用する外乱による流量変動の影響を取り除き、比例電磁リリーフ弁を通過する作動油量を一定に保つことで、アクチュエータの推力を目標推力となるように制御する。

【0010】

よって、従来の鉄道車両用制振装置では、コントローラは、加速度から求めた目標推力のみをパラメータとして比例電磁リリーフ弁の電流量を求める関数に、目標推力を代入して当該電流量を求めて、比例電磁リリーフ弁に求めた電流量の電流を供給している。

【0011】

ところが、アクチュエータに作用する外乱の影響によってポンプの回転数が変動し、また、モータの目標回転数に対する追従性に限界があるため、従来の鉄道車両用制振装置では、アクチュエータに外乱が作用すると、比例電磁リリーフ弁を通過する作動油量が変動してしまい、目標推力とアクチュエータが実際に発生する推力との間に少なからぬ差が生じてしまうという問題があった。

【0012】

そこで、本発明は、アクチュエータに外乱が入力されてもアクチュエータに目標推力と誤差の少ない推力を発揮させ得る鉄道車両用制振装置の提供を目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0013】

前記した目的を達成するため、本発明の鉄道車両用制振装置は、シリンダと、シリンダ内にシリンダの軸方向へ移動可能に挿入されるピストンと、シリンダ内にシリンダの軸方向へ移動可能に挿入されるとともにピストンに連結されるロッドと、シリンダ内に流体を供給可能なポンプと、ポンプを駆動するモータと、圧力オーバーライド特性を具備するとともに供給される電流量に応じて開弁圧を変更可能であってシリンダ内の圧力を調整する圧力制御弁とを有するアクチュエータと、圧力制御弁の開弁圧を調整してアクチュエータが発生する推力を制御するコントローラとを備え、コントローラは、アクチュエータに発生させる目標推力と、ポンプの回転数とに基づいて、圧力制御弁へ与える目標電流量を求める。

【0014】

このように構成された鉄道車両用制振装置では、コントローラがポンプの回転数を監視して、ポンプの実際の吐出流量に応じてアクチュエータに目標推力通りに推力を発揮させるために最適な目標電流量を求めることができる。

【0015】

また、鉄道車両用制振装置におけるコントローラは、モータが有する回転位置センサが検知するモータのロータの回転位置からポンプの回転数を把握してもよい。このように構成された鉄道車両用制振装置によれば、ポンプの回転数の検知にあたってモータが備えている回転位置センサを利用しているので、わざわざポンプの回転数を検知するセンサを設けなくて済み、コストを低減できる。

【0016】

さらに、鉄道車両用制振装置は、コントローラがポンプを基準回転数で駆動しつつ、圧力制御弁へ与える電流量を調整して、アクチュエータの推力を制御するとともに、基準回転数を含んだ回転数帯域における複数の異なる指定回転数に対して、それぞれ設定された複数の関数を有し、関数が目標推力をパラメータとして目標電流量を求める関数であって、コントローラが、圧力制御弁が供給される電流量の増加に伴い開弁圧を減少させる場合、ポンプの回転数以上であって値が最も近い指定回転数に対応する関数を利用して目標電流量を求め、圧力制御弁が供給される電流量の増加に伴い開弁圧を増加させる場合、ポンプの回転数以下であって値が最も近い指定回転数に対応する関数を利用して目標電流量を求めてもよい。

【0017】

このように構成された鉄道車両用制振装置によれば、アクチュエータが実際に発生する推力は、必ず、コントローラが求めた目標推力以下になるので、アクチュエータが車体の振動を抑制するために必要な目標推力を超える推力を発生して車体を加振して振動抑制能力を低下させてしまうこともない。

【発明の効果】

【0018】

本発明の鉄道車両用制振装置によれば、アクチュエータに外乱が入力されてもアクチュエータに目標推力と誤差の少ない推力を発揮させ得る。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】鉄道車両に設置した一実施の形態における鉄道車両用制振装置を示す図である。

【図2】一実施の形態の鉄道車両用制振装置におけるアクチュエータの回路図である。

【図3】一実施の形態の鉄道車両用制振装置における圧力制御弁の圧力流量特性図である。

【図4】一実施の形態の鉄道車両用制振装置におけるコントローラの構成図である。

【図5】圧力制御弁に供給する電流量とアクチュエータの推力との関係を示した図である。

【図6】一実施の形態の鉄道車両用制振装置におけるコントローラの処理手順を示したフローチャートである。

【図7】供給される電流量の増加に伴って開弁圧を減少させる圧力制御弁を利用する場合における圧力制御弁へ供給する電流量とアクチュエータの推力との関係を示した図である。

【図8】供給される電流量の増加に伴って開弁圧を増加させる圧力制御弁を利用する場合における圧力制御弁へ供給する電流量とアクチュエータの推力との関係を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。一実施の形態における鉄道車両用制振装置１は、図１に示すように、アクチュエータＡと、アクチュエータＡを制御するコントローラＣとを備えて構成されている。アクチュエータＡは、一端が鉄道車両Ｔにおける車体Ｂの下方に垂下されるピンＰｉに連結されるとともに他端が台車Ｗに連結されて、車体Ｂと台車Ｗとの間に水平に介装されており、車体Ｂに水平横方向の推力を作用させ得る。

【0021】

そして、この鉄道車両用制振装置１は、基本的には、コントローラＣがアクティブ制御によってアクチュエータＡが発生する推力を制御して車体Ｂの車両進行方向に対する水平横方向の振動を抑制するようになっている。具体的には、鉄道車両用制振装置１では、コントローラＣは、車体Ｂの車両進行方向に対して水平横方向の加速度αに基づいてアクチュエータＡが発生すべき目標推力Ｆｒｅｆを求め、アクチュエータＡが発生する推力を目標推力Ｆｒｅｆとなるように制御して車体Ｂの水平横方向の振動を抑制する。

【0022】

以下、鉄道車両用制振装置１の各部について詳細に説明する。まず、アクチュエータＡについて説明する。アクチュエータＡは、図２に示すように、シリンダ２と、シリンダ２内に摺動自在に挿入されるピストン３と、シリンダ２内に挿入されてピストン３に連結されるロッド４と、シリンダ２内にピストン３で区画したロッド側室５とピストン側室６と、タンク７と、ロッド側室５とピストン側室６とを連通する第一通路８の途中に設けた第一開閉弁９と、ピストン側室６とタンク７とを連通する第二通路１０の途中に設けた第二開閉弁１１と、シリンダ２内におけるロッド側室５へ流体を供給するポンプ１２と、ポンプ１２を駆動するモータ１５と、ロッド側室５とタンク７とを連通する排出通路２１と、排出通路２１に設けられてシリンダ２内の圧力を調整する圧力制御弁２２とを備えており、片ロッド型のアクチュエータとして構成されている。また、ロッド側室５とピストン側室６には流体として作動油等の液体が充填されるとともに、タンク７には、液体のほかに気体が充填されている。なお、本実施の形態のアクチュエータＡは、液体を作動流体とする液圧アクチュエータとされているが、気体を作動流体とする空圧アクチュエータとされてもよい。

【0023】

そして、アクチュエータＡは、第一開閉弁９で第一通路８を連通状態とするとともに第二開閉弁１１を閉じた状態でポンプ１２を駆動すると伸長方向に推力を発生し、第二開閉弁１１で第二通路１０を連通状態とするとともに第一開閉弁９を閉じた状態でポンプ１２を駆動すると、収縮方向に推力を発生する。

【0024】

以下、アクチュエータＡの各部について詳細に説明する。シリンダ２は筒状であって、その図２中右端は蓋１３によって閉塞され、図２中左端には環状のロッドガイド１４が取り付けられている。また、前記ロッドガイド１４内には、シリンダ２内に移動自在に挿入されるロッド４が摺動自在に挿入されている。このロッド４は、一端をシリンダ２外へ突出させており、シリンダ２内の他端を同じくシリンダ２内に摺動自在に挿入されているピストン３に連結してある。

【0025】

なお、ロッド４の外周とシリンダ２との間は図示を省略したシール部材によってシールされており、これによりシリンダ２内は密閉状態に維持されている。そして、シリンダ２内にピストン３によって区画されるロッド側室５とピストン側室６には、上述のように液体として作動油が充填されている。

【0026】

ロッド４の図２中左端とシリンダ２の右端を閉塞する蓋１３には、図示しない取付部を備えており、図外の取付部によって、アクチュエータＡを鉄道車両Ｔにおける車体Ｂと台車Ｗとの間に介装することができる。

【0027】

そして、ロッド側室５とピストン側室６とは、第一通路８によって連通されており、この第一通路８の途中には、第一開閉弁９が設けられている。この第一通路８は、シリンダ２外でロッド側室５とピストン側室６とを連通しているが、ピストン３に設けられてもよい。

【0028】

第一開閉弁９は、この実施の形態の場合、電磁開閉弁とされており、第一通路８を開放してロッド側室５とピストン側室６とを連通する連通ポジション９ｂと、ロッド側室５とピストン側室６との連通を遮断する遮断ポジション９ｃとを備えたバルブ９ａと、遮断ポジション９ｃを採るようにバルブ９ａを附勢するばね９ｄと、通電時にバルブ９ａをばね９ｄに対抗して連通ポジション９ｂに切り換えるソレノイド９ｅとを備えて構成されている。

【0029】

つづいて、ピストン側室６とタンク７とは、第二通路１０によって連通されており、この第二通路１０の途中には、第二開閉弁１１が設けられている。第二開閉弁１１は、この実施の形態の場合、電磁開閉弁とされており、第二通路１０を開放してピストン側室６とタンク７とを連通する連通ポジション１１ｂと、ピストン側室６とタンク７との連通を遮断する遮断ポジション１１ｃとを備えたバルブ１１ａと、遮断ポジション１１ｃを採るようにバルブ１１ａを附勢するばね１１ｄと、通電時にバルブ１１ａをばね１１ｄに対抗して連通ポジション１１ｂに切り換えるソレノイド１１ｅとを備えて構成されている。

【0030】

ポンプ１２は、モータ１５によって駆動されるようになっており、ポンプ１２は、一方向のみに液体を吐出するポンプとされており、その吐出口は供給通路１６によってロッド側室５へ連通され、吸込口はタンク７に通じて、モータ１５によって駆動されると、タンク７から液体を吸込んでロッド側室５へ液体を供給する。

【0031】

前述のようにポンプ１２は、一方向のみに液体を吐出するのみで回転方向の切り換え動作がないので、回転切り換え時に吐出量変化するといった問題は皆無であり、安価なギアポンプ等を使用することができる。さらに、ポンプ１２の回転方向が常に同一方向であるので、ポンプ１２を駆動する駆動源であるモータ１５にあっても回転切り換えに対する高い応答性が要求されず、その分、モータ１５も安価なものを使用することができる。なお、供給通路１６の途中には、ロッド側室５からポンプ１２への液体の逆流を阻止する逆止弁１７を設けてある。

【0032】

また、この実施の形態の場合、ロッド側室５とタンク７とが排出通路２１を通じて接続されており、この排出通路２１の途中に開弁圧を変更可能な圧力制御弁２２が設けられている。

【0033】

圧力制御弁２２は、排出通路２１の途中に設けた弁体２２ａと、排出通路２１を遮断するように弁体２２ａを附勢するばね２２ｂと、通電時にばね２２ｂに対抗する推力を発生する比例ソレノイド２２ｃとを備えて構成された可変リリーフ弁とされており、比例ソレノイド２２ｃに流れる電流量を調節することで開弁圧を調節できる。なお、圧力制御弁２２は、上流側の圧力を調整可能であれば可変リリーフ弁以外の弁であってもよい。

【0034】

圧力制御弁２２は、弁体２２ａに作用させる排出通路２１の上流となるシリンダ２内におけるロッド側室５の圧力がリリーフ圧（開弁圧）を超えると、当該排出通路２１を開放させる方向に弁体２２ａを推す前記圧力に起因する推力と比例ソレノイド２２ｃによる推力との合力が、排出通路２１を遮断させる方向へ弁体２２ａを附勢するばね２２ｂの附勢力に打ち勝つようになって、弁体２２ａを後退させて排出通路２１を開放するようになっている。

【0035】

また、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量の調整によって比例ソレノイド２２ｃが弁体２２ａに与える推力を調整でき、圧力制御弁２２は、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量を最大とすると開弁圧を最小とし、反対に、比例ソレノイド２２ｃに全く電流を供給しないと開弁圧を最大とする。このように、圧力制御弁２２は、供給される電流量の増加に伴い開弁圧を減少させる。また、圧力制御弁２２は、図３に示すように、液体の流れに対して一定の流路抵抗を持っており、通過流量に比例する圧力流量特性（圧力オーバーライド特性）を備えている。このように圧力制御弁２２は、比例ソレノイド２２ｃへ供給する電流量の調整によって図中の上限特性から下限特性の変化幅で圧力流量特性を変化させ得る。

【0036】

なお、圧力制御弁２２は、第一開閉弁９および第二開閉弁１１の開閉状態に関わらず、アクチュエータＡに伸縮方向の過大な入力があって、ロッド側室５の圧力が開弁圧を超える状態となると、開弁して排出通路２１を通じてロッド側室５とタンク７とを連通するので、ロッド側室５内の圧力が過剰となるのを防止してアクチュエータＡのシステム全体を保護する役割を担っている。

【0037】

また、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１におけるアクチュエータＡは、ピストン側室６とロッド側室５とを連通する整流通路１８と、タンク７とピストン側室６とを連通する吸込通路１９とを備えている。

【0038】

整流通路１８は、途中に逆止弁１８ａを備えており、ピストン側室６からロッド側室５へ向かう液体の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。さらに、吸込通路１９は、途中に逆止弁１９ａを備えていて、タンク７からピストン側室６へ向かう液体の流れのみを許容する一方通行の通路に設定されている。なお、整流通路１８は、第一開閉弁９の遮断ポジション９ｃを逆止弁とすることで第一通路８に集約することができ、吸込通路１９についても、第二開閉弁１１の遮断ポジション１１ｃを逆止弁とすることで第二通路１０に集約することができる。

【0039】

このように構成されたアクチュエータＡに所望の伸長方向の推力を発揮させる場合、第一開閉弁９を連通ポジション９ｂとし第二開閉弁１１を遮断ポジション１１ｃとしてモータ１５を一定回転させつつポンプ１２からシリンダ２内へ液体を供給する。このようにすると、ロッド側室５とピストン側室６とが連通状態におかれてロッド側室５とピストン側室６とにポンプ１２から液体が供給され、ピストン３が図２中左方へ押されアクチュエータＡは伸長方向の推力を発揮する。そして、シリンダ２内におけるロッド側室５およびピストン側室６の圧力が圧力制御弁２２の開弁圧を上回ると、圧力制御弁２２が開弁して液体が排出通路２１を介してタンク７へ移動する。圧力制御弁２２は、圧力オーバーライド特性を備えているので、ロッド側室５内およびピストン側室６内の圧力は、圧力制御弁２２に与えられた電流量で定まる開弁圧に圧力制御弁２２を通過する流量に応じた圧力オーバーライド分の圧力を加算した圧力値に一致するように調整される。そして、アクチュエータＡは、ピストン３におけるピストン側室６側とロッド側室５側の受圧面積差に前記した圧力制御弁２２によって調整される前記圧力値を乗じた値の伸長方向の推力を発揮する。

【0040】

これに対して、アクチュエータＡに所望の収縮方向の推力を発揮させる場合、第一開閉弁９を遮断ポジション９ｃとし第二開閉弁１１を連通ポジション１１ｂとし、モータ１５を一定回転させつつポンプ１２からロッド側室５内へ液体を供給する。このようにすると、ピストン側室６とタンク７が連通状態におかれるとともにロッド側室５にポンプ１２から液体が供給されるので、ピストン３が図２中右方へ押されアクチュエータＡは収縮の推力を発揮する。前記したところと同様に、圧力制御弁２２の電流量を調節することで、アクチュエータＡは、ピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積と圧力制御弁２２によって調整される前記圧力値を乗じた収縮方向の推力を発揮する。

【0041】

なお、このアクチュエータＡの場合、ロッド４の断面積をピストン３の断面積の二分の一にして、ピストン３のロッド側室５側の受圧面積がピストン側室６側の受圧面積の二分の一となるようになっており、伸長駆動時と収縮駆動時とでロッド側室５の圧力を同じにすると、伸縮の双方で発生される推力が等しくなり、アクチュエータＡの変位量に対する流量も伸縮両側で同じとなる。

【0042】

詳しくは、アクチュエータＡを伸長駆動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６を連通させた状態となってロッド側室５内とピストン側室６内の圧力が等しくなって、ピストン３におけるロッド側室５側とピストン側室６側の受圧面積差にロッド側室５内の圧力を乗じた推力を発生し、反対に、アクチュエータＡを収縮駆動させる場合、ロッド側室５とピストン側室６との連通が断たれてピストン側室６をタンク７に連通させた状態となるので、ロッド側室５内の圧力とピストン３におけるロッド側室５側の受圧面積を乗じた推力を発生することになり、アクチュエータＡの発生推力は伸縮の双方でピストン３の断面積の二分の一に圧力制御弁２２によって調整されるロッド側室５内の圧力を乗じた値となる。したがって、このアクチュエータＡの推力を制御する場合、伸長駆動時と収縮駆動時とで推力の大きさが同じであれば圧力制御弁２２へ与える電流量も同じになるので、アクチュエータＡの制御が簡素となり、加えてアクチュエータＡの変位量に対する流量も同じとなるので伸縮両側で応答性が同じとなる利点がある。

【0043】

また、本実施の形態のアクチュエータＡは、整流通路１８および吸込通路１９とを備えているので、第一開閉弁９と第二開閉弁１１がともに遮断ポジション９ｃ，１１ｃを採ると、整流通路１８および吸込通路１９と排出通路２１で、ロッド側室５、ピストン側室６およびタンク７が数珠繋ぎに連通されて、ユニフロー型のダンパとして機能する。したがって、アクチュエータＡの各機器への通電が不能となるようなフェール時には、第一開閉弁９と第二開閉弁１１のバルブ９ａ，１１ａがばね９ｄ，１１ｄに押圧されて、それぞれ遮断ポジション９ｃ，１１ｃを採り、圧力制御弁２２は、開弁圧が最大に固定された圧力制御弁として機能するので、アクチュエータＡは、自動的に、パッシブダンパとして機能する。

【0044】

なお、モータ１５を停止させてポンプ１２を駆動しない場合、アクチュエータＡは、第一開閉弁９と第二開閉弁１１とのいずれか一方のみを開弁させる状態では、伸長時或いは収縮時のみ減衰力を発生することができる。このようにすると、アクチュエータＡは、所望する方向へのみ減衰力を発揮できるので、セミアクティブダンパとして機能できる。

【0045】

つづいて、コントローラＣは、アクチュエータＡをアクティブ制御するため、図４に示すように、車体Ｂの水平横方向の加速度αを検知する加速度センサ４０と、演算処理装置４１と、演算処理装置４１からの制御指令を受けて第一開閉弁９、第二開閉弁１１、圧力制御弁２２およびモータ１５を駆動する駆動装置４２とを備えている。

【0046】

加速度センサ４０は、車体Ｂに設置されており、所定のサンプリング周期で車体Ｂの水平横方向の加速度αを検知する。演算処理装置４１は、加速度センサ４０が検知した加速度αおよびモータ１５の回転位置を取り込み駆動装置４２へ与える制御指令を生成する。

【0047】

駆動装置４２は、第一開閉弁９、第二開閉弁１１、圧力制御弁２２およびモータ１５をそれぞれ駆動するための４つのドライバ回路と各ドライバ回路を制御する制御ユニットとを備えており、演算処理装置４１から受け取った制御指令に従って第一開閉弁９、第二開閉弁１１、圧力制御弁２２およびモータ１５を駆動する。また、圧力制御弁２２は、比例ソレノイド２２ｃに流れる電流量を検知する図外の電流センサを備えており、駆動装置４２は、電流センサで検知した電流量を取り込んで演算処理装置４１から圧力制御弁２２の目標電流量を指示する制御指令に従って比例ソレノイド２２ｃの電流量が当該目標電流量となるように電流供給を行う。駆動装置４２におけるドライバ回路は、ソレノイド９ｅ，１１ｅ、比例ソレノイド２２ｃおよびモータ１５の駆動に適する回路構成を備えていればよい。なお、比例ソレノイド２２ｃに流れる電流を検知する図外の電流センサは、駆動装置４２におけるドライバ回路に設けられていてもよい。

【0048】

また、モータ１５は、図示はしないが、三相の巻線を備えたステータと、ステータに対して相対回転可能であってポンプ１２に接続されるロータと、巻線に流れる電流量を検知する電流センサと、ステータに対するロータの回転位置を検知するレゾルバ等の回転位置センサ５３とを備えている。なお、電流センサは、駆動装置４２におけるドライバ回路に設けられていてもよい。

【0049】

そして、駆動装置４２は、前記電流センサで検知した電流量と回転位置センサ５３が検知したロータの回転位置を取り込んで演算処理装置４１からモータ１５の目標電流量を指示する制御指令に従って巻線の電流量が当該目標電流量となるように電流供給を行う。

【0050】

演算処理装置４１は、詳細には、図４に示すように、加速度センサ４０が検知した加速度αに基づいてアクチュエータＡに発生させるべき目標推力Ｆｒｅｆを求める目標推力演算部４１ａと、モータ１５の回転位置センサ５３が検知したロータの回転位置からモータ１５の回転数Ｒを求める回転数演算部４１ｂと、目標推力Ｆｒｅｆとモータ１５の回転数Ｒとに基づいて比例ソレノイド２２ｃへ与える目標電流量Ｉｒｅｆを求める目標電流量演算部４１ｃと、目標推力Ｆｒｅｆに基づいて第一開閉弁９および第二開閉弁１１への通電を指示する制御指令を生成する開閉弁制御部４１ｄと、モータ１５の回転数Ｒをモニタしてモータ１５を所定の回転数Ｒｒｅｆで回転駆動させる制御指令を生成するモータ制御部４１ｅとを備えている。なお、モータ制御部４１ｅは、アクチュエータＡをアクチュエータとして推力を発生させる場合には常時モータ１５を所定の回転数Ｒｒｅｆで回転駆動させるように制御する。

【0051】

目標推力演算部４１ａは、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１の場合、Ｈ∞制御器とされており、加速度αから抽出した鉄道車両Ｔの車体Ｂにおける共振周波数帯の成分を抽出し、抽出した加速度αの前記共振周波数帯の成分に対して周波数で重みづけを行って車体Ｂの振動を抑制する目標推力Ｆｒｅｆを求める。目標推力Ｆｒｅｆの値の符号は、アクチュエータＡが出力すべき推力の方向を示し、目標推力Ｆｒｅｆの値の数値は、アクチュエータＡが出力すべき推力の大きさを示す。なお、目標推力演算部４１ａは、車体Ｂの横方向の加速度αのみから目標推力Ｆｒｅｆを求めているが、車体Ｂのスエー加速度とヨー加速度とに基づいて、車体Ｂのスエー方向の振動を抑制する制御力とヨー方向の振動を抑制する制御力を別々に求め、これらを加算して目標推力Ｆｒｅｆを求めてもよい。また、目標推力演算部４１ａは、加速度αから車体Ｂの速度を求めてスカイフックゲインを乗じて目標推力Ｆｒｅｆを求めるスカイフック制御を行う制御器であってもよい。さらに、目標推力演算部４１ａは、目標推力Ｆｒｅｆを求めるための制御則を複数保有し鉄道車両の走行状況に応じて最適な制御則を選択して使用して目標推力Ｆｒｅｆを求めてもよい。

【0052】

なお、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、目標推力Ｆｒｅｆの値の符号が正である場合にアクチュエータＡに伸長方向に推力を出力させることを示し、負である場合にアクチュエータＡに収縮方向に推力を出力させることを示している。よって、開閉弁制御部４１ｄは、目標推力演算部４１ａが求めた目標推力Ｆｒｅｆの符号が正である場合、第一開閉弁９のみに通電する制御指令を生成して駆動装置４２に出力する。駆動装置４２は、当該制御指令を受け取ると第一開閉弁９のみに通電して第一開閉弁９を開弁させ、第二開閉弁１１には通電せずに第二開閉弁１１を閉弁させる。他方、開閉弁制御部４１ｄは、目標推力演算部４１ａが求めた目標推力Ｆｒｅｆの符号が負である場合、第二開閉弁１１のみに通電する制御指令を生成して駆動装置４２に出力する。駆動装置４２は、当該制御指令を受け取ると第二開閉弁１１のみに通電して第二開閉弁１１を開弁させ、第一開閉弁９には通電せずに第一開閉弁９を閉弁させる。なお、目標推力Ｆｒｅｆの符号とアクチュエータＡの推力の発生方向は、アクチュエータＡがピンＰに対して左右何れに設置されているか、および加速度センサ４０の車体Ｂへの設置方向によって、変化するので、アクチュエータＡの設置箇所と加速度センサ４０の設置方向によって目標推力Ｆｒｅｆの正負とアクチュエータＡの推力の方向とが前記したところと異なる場合がある。

【0053】

つづいて、回転数演算部４１ｂは、モータ１５の回転位置センサ５３が検知したロータの回転位置を微分して角速度を求めてから、角速度に３０／πを乗じて回転数Ｒを求める。モータ制御部４１ｅは、回転数演算部４１ｂからモータ１５の回転数Ｒを得て、予め設定される所定の回転数Ｒｒｅｆでモータ１５を回転駆動させる制御指令を生成して駆動装置４２へ入力する。より、詳しくは、モータ制御部４１ｅは、所定の回転数Ｒｒｅｆと回転数演算部４１ｂが求めたモータ１５の実際の回転数Ｒとの偏差を求め、比例微分積分補償或いは比例積分補償等の補償を行って駆動装置４２がモータ１５へ供給するべき電流量を指示する制御指令を生成し、駆動装置４２へ当該制御指令を与える。

【0054】

駆動装置４２は、モータ制御部４１ｅから制御指令を受け取ると、ドライバ回路を通じて当該制御指令が指示する電流量をモータ１５の巻線へ供給する。なお、駆動装置４２における図外の制御ユニットは、モータ１５の電流センサで検知した巻線に流れる実際の電流量と目標電流量との偏差を求め、比例微分積分補償或いは比例積分補償等の補償を行って、モータ１５の巻線に流れる電流量を目標電流量に追従させるようＰＷＭ駆動する。また、駆動装置４２におけるモータ１５への通電を制御する制御ユニットは、三相の巻線に適切なタイミングで通電するために回転位置センサ５３で検知するロータの回転位置を取り込んでいる。

【0055】

ここで、圧力制御弁２２の圧力流量特性とアクチュエータＡの推力との関係について詳細に説明する。図３中の一点鎖線で示すように、比例ソレノイド２２ｃにある電流量を与えた場合の圧力制御弁２２の圧力流量特性は、通過流量の増加に伴って圧力制御弁２２の上流側の圧力が上昇する圧力オーバーライド特性を備えている。

【0056】

演算処理装置４１におけるモータ制御部４１ｅは、アクチュエータＡに推力を発生させる場合には、モータ１５を所定の回転数Ｒｒｅｆで回転駆動するように制御するので、何ら外乱が無ければポンプ１２の吐出流量が一定となる。モータ１５のロータは、ポンプ１２の駆動軸に連結されており、ポンプ１２の回転数Ｒｐがモータ１５の回転数Ｒに比例した値となることから、モータ１５が一定の回転数Ｒｒｅｆで回転駆動されれば、ポンプ１２の回転数Ｒｐも一定となってポンプ１２の吐出流量が一定となる。なお、モータ１５が所定の回転数Ｒｒｅｆで回転している場合におけるポンプ１２の回転数を基準回転数Ｒｐｒｅｆとしており、コントローラＣは、ポンプ１２を基準回転数Ｒｐｒｅｆで回転駆動するように、常時、モータ１５を制御している。

【0057】

また、圧力制御弁２２を通過する液体の流量は、ポンプ１２の吐出流量とアクチュエータＡが伸縮することに伴ってシリンダ２内で出入りする流量とを合算した流量となる。アクチュエータＡが伸長する場合には、ロッド４がシリンダ２内から退出してポンプ１２から吐出された流量の一部がシリンダ２内に吸収されるので、圧力制御弁２２を通過する液体の流量はポンプ１２の吐出流量よりも少なくなる。反対に、アクチュエータＡが収縮する場合には、ロッド４がシリンダ２内へ侵入してシリンダ２内から液体が排出されるので、圧力制御弁２２を通過する液体の流量はポンプ１２の吐出流量よりも多くなる。よって、何ら外乱が無くポンプ１２の吐出流量が一定である場合、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量を一定にすると、圧力制御弁２２で調整されるシリンダ２内の圧力は、たとえば、図３中で上限特性とした場合に、アクチュエータＡの伸縮による流量変動分による圧力変動があるものの、凡そポンプ１２の吐出流量Ｑに対応する圧力Ｐを含んだ前記圧力変動の範囲内に収まる。ところが、アクチュエータＡが外乱で伸縮することによってポンプ１２の回転数が変動すると、圧力制御弁２２を通過する流量が大きく変動してシリンダ２内の圧力も同様に大きく変動してしまって、圧力制御弁２２で調整したシリンダ２内の圧力を前記圧力変動の範囲内に収めることができなくなって、アクチュエータＡの実際の推力と目標推力Ｆｒｅｆとの差が大きくなってしまう。

【0058】

圧力制御弁２２を通過する流量は、アクチュエータＡが伸縮しない場合、ポンプ１２の吐出流量が増加すると増加し、ポンプ１２の吐出流量が減少すると減少する。たとえば、図３の実線Ｕで示すように、比例ソレノイド２２ｃにある一定の電流量を供給した場合であって、アクチュエータＡが伸縮せず、ポンプ１２の回転数Ｒｐが一定でポンプ１２の吐出流量が値Ｑ１であった時に、シリンダ２内の圧力の値が圧力制御弁２２によって値Ｐ１となるとする。図３中の実線Ｕは、比例ソレノイド２２ｃにある一定の電流量を供給した場合の圧力制御弁２２の圧力流量特性を示している。ポンプ１２の吐出流量が値Ｑ２に増加すると、アクチュエータＡが伸縮しない場合であっても、圧力制御弁２２を通過する流量が増加するために、圧力制御弁２２の圧力オーバーライド特性によって、シリンダ２内の圧力が値Ｐ２に上昇する。他方、ポンプ１２の吐出流量が値Ｑ３に減少すると、アクチュエータＡが伸縮しない場合であっても、圧力制御弁２２を通過する流量が減少するために、圧力制御弁２２の圧力オーバーライド特性によって、シリンダ２内の圧力が値Ｐ３に下降する。よって、アクチュエータＡが外乱で伸縮することによってポンプ１２の回転数が変動すると、前述した通り、アクチュエータＡの実際の推力と目標推力Ｆｒｅｆとに差が生じてしまうのである。

【0059】

そこで、目標電流量演算部４１ｃは、目標推力Ｆｒｅｆとモータ１５の回転数Ｒとに基づいて比例ソレノイド２２ｃへ与える目標電流量Ｉｒｅｆを求めるようになっている。

【0060】

具体的には、目標電流量演算部４１ｃは、回転数演算部４１ｂからモータ１５の回転数Ｒを得て、当該回転数Ｒからポンプ１２の回転数を把握する。モータ１５のロータは、ポンプ１２の駆動軸に連結されているので、ポンプ１２の回転数は、モータ１５の回転数Ｒに比例した値となる。モータ１５とポンプ１２との間に減速機が設置されている場合、減速機の減速比をβとすると、ポンプ１２の回転数Ｒｐ＝Ｒ／βを演算することで求めることができる。減速比の値βは、実際に使用する減速機の仕様により既知であるので、目標電流量演算部４１ｃは、回転数演算部４１ｂが求めたモータ１５の回転数Ｒを得て、ポンプ１２の回転数Ｒｐを回転数Ｒと減速比βとから前記演算を行って把握できる。なお、目標電流量演算部４１ｃは、モータ１５のロータが減速機を介さずにポンプ１２の駆動軸に連結されている場合には、モータ１５の回転数Ｒをそのままポンプ１２の回転数Ｒｐとするか、或いは、減速比βの値を１として演算を行って回転数Ｒｐを求めればよい。

【0061】

また、目標電流量演算部４１ｃは、ポンプ１２の基準回転数Ｒｐｒｅｆを含んだ回転数帯域における複数の異なる指定回転数に対して、それぞれ設定された複数の関数を保有している。回転数帯域は、外乱によってアクチュエータＡが伸縮した際にポンプ１２の回転数が変動する可能性のある範囲に設定されており、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、ポンプ１２の基準回転数Ｒｐｒｅｆが１３００ｒｐｍに設定されていて、前記回転数帯域は、１１００ｒｐｍから１５００ｒｐｍに設定されている。回転数帯域は、外乱によってアクチュエータＡが伸縮した際にポンプ１２の回転数が変動する可能性のある範囲に設定されればよいので、前記した具体的な数値は実際の鉄道車両用制振装置１の仕様に応じて適宜変更できる。

【0062】

そして、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、ポンプ１２の基準回転数Ｒｐｒｅｆである１３００ｒｐｍを含んだ前記回転数帯域の範囲で、１３００ｒｐｍを中心として１００ｒｐｍ刻みの１１００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍ、１３００ｒｐｍ、１４００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍの合計５つの回転数をそれぞれ指定回転数に指定している。複数の指定回転数の１つには、基準回転数Ｒｐｒｐｍを指定するのが好ましい。

【0063】

よって、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、指定された５つの指定回転数に対してそれぞれ関数が設定されている。関数は、具体的には、アクチュエータＡが伸縮しないこととして、つまり、アクチュエータＡの伸縮による流量変動の影響が無いとして、対応する指定回転数でポンプ１２を回転駆動した際に比例ソレノイド２２ｃに供給される電流量とアクチュエータＡの推力との関係を数式化したものである。前述した通り、圧力制御弁２２に供給する電流量によって圧力制御弁２２の開弁圧を調整して、シリンダ２内におけるロッド側室５内の圧力を調整でき、アクチュエータＡの推力はピストン３のロッド側室５側の受圧面積にロッド側室５内の圧力を乗じた値になる。よって、アクチュエータＡの伸縮による流量変動の影響が無い場合、アクチュエータＡの推力は、圧力制御弁２２に供給する電流量によって制御されるシリンダ２内の圧力に比例する関係にあり、前記関数は、この関係を関数化したものである。

【0064】

アクチュエータＡの伸縮による流量変動の影響が無いとして、ポンプ１２の基準回転数Ｒｐｒｅｆである１３００ｒｐｍで駆動する場合に、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量とアクチュエータＡの推力との関係は、比例ソレノイド２２ｃへ供給する電流量の増加に伴って圧力制御弁２２の開弁圧が低下するため、図５に示した特性線Ｌ１となる。よって、指定回転数が１３００ｒｐｍである場合の関数は、図５中の特性線の切片の電流値をＩａとし、特性線の傾きをａ１とすると、目標推力Ｆｒｅｆをパラメータとして、目標電流量Ｉｒｅｆ＝ａ１×Ｆｒｅｆ＋Ｉａ１で表すことができる。なお、圧力制御弁２２の開弁圧の減少と比例ソレノイド２２ｃの電流量の増加とが厳密に比例しない場合、１次関数の近似式を関数としてもよい。また、関数は、１次関数でなくともよく、目標推力Ｆｒｅｆから目標電流量Ｉｒｅｆを求め得る関数であればよい。

【0065】

同様に、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、ポンプ１２を１１００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍ、１４００ｒｐｍおよび１５００ｒｐｍで駆動する場合に、比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量とアクチュエータＡの推力との関係は、図５に示すように、特性線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５となっている。なお、特性線Ｌ２は、ポンプ１２の回転数を１１００ｒｐｍとした場合、特性線Ｌ３は、ポンプ１２の回転数を１２００ｒｐｍとした場合、特性線Ｌ４は、ポンプ１２の回転数を１４００ｒｐｍとした場合、特性線Ｌ５は、ポンプ１２の回転数を１５００ｒｐｍとした場合の特性を示している。よって、指定回転数を１１００ｒｐｍ、１２００ｒｐｍ、１４００ｒｐｍ、１５００ｒｐｍとした場合の関数は、それぞれ特性線Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５の軌跡を描く関数に設定されればよい。なお、ロッド４の断面積をピストン３の断面積の二分の一に設定しない場合、アクチュエータＡが伸長方向に推力を発生する場合と、収縮方向に推力を発生する場合とで、圧力制御弁２２に同じ電流量を供給しても推力に差が生じるから、伸長方向に推力を発生する場合の関数と収縮方向に推力を発生する場合の関数とを用意しておけばよい。

【0066】

そして、たとえば、アクチュエータＡの目標推力Ｆｒｅｆを値Ｆ１とすると、ポンプ１２を基準回転数Ｒｐｒｅｆである１３００ｒｐｍで回転駆動させた場合では目標電流量Ｉｒｅｆを値Ｉ１に設定すればよいところ、ポンプ１２の回転数Ｒｐが１２００ｒｐｍになると、圧力制御弁２２を通過する流量が低下するので、比例ソレノイド２２ｃへ供給する電流量をＩ１より小さいＩ３にする必要がある。同様に、アクチュエータＡの目標推力Ｆｒｅｆを値Ｆ１とすると、ポンプ１２の回転数Ｒｐが１１００ｒｐｍになると、圧力制御弁２２を通過する流量がさらに低下するので、比例ソレノイド２２ｃへ供給する電流量をＩ３よりもさらに小さいＩ２にする必要がある。

【0067】

他方、アクチュエータＡの目標推力Ｆｒｅｆを値Ｆ１とすると、ポンプ１２の回転数Ｒｐが１４００ｒｐｍになると、圧力制御弁２２を通過する流量が１３００ｒｐｍでポンプ１２が回転していた場合よりも増加するので、比例ソレノイド２２ｃへ供給する電流量をＩ１よりも大きなＩ４にする必要がある。同様に、アクチュエータＡの目標推力Ｆｒｅｆを値Ｆ１とすると、ポンプ１２の回転数Ｒｐが１５００ｒｐｍになると、圧力制御弁２２を通過する流量が１３００ｒｐｍでポンプ１２が回転していた場合よりもさらに増加するので、比例ソレノイド２２ｃへ供給する電流量をＩ４よりもさらに大きいＩ５にする必要がある。

【0068】

よって、各特性線の傾きの符号はマイナスであるので、指定回転数が減ると特性線の傾きが増加するとともに特性線が電流値軸と交わる切片の値が減少し、指定回転数が増えると特性線の傾きが減少するとともに特性線が電流値の軸と交わる切片の値が増加する関係にある。以上より、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、各指定回転数に対して設定される関数を目標電流量Ｉｒｅｆ＝ａＮ×Ｆｒｅｆ＋ＩａＮ（添え字Ｎは１から５までの整数）で表現すると、ａ５＜ａ４＜ａ１＜ａ３＜ａ２およびＩａ２＜Ｉａ３＜Ｉａ１＜Ｉａ４＜Ｉａ５の関係を満たす。なお、ａの添え字Ｎが１の場合は指定回転数が１３００ｒｐｍである場合の関数を、ａの添え字Ｎが２の場合は指定回転数が１１００ｒｐｍである場合の関数を、ａの添え字Ｎが３の場合は指定回転数が１２００ｒｐｍである場合の関数を、ａの添え字Ｎが４の場合は指定回転数が１４００ｒｐｍである場合の関数を、ａの添え字Ｎが５の場合は指定回転数が１５００ｒｐｍである場合の関数を、それぞれ示している。

【0069】

このように、目標電流量演算部４１ｃは、基準回転数Ｒｐｒｅｆを含んだ回転数帯域内に基準回転数Ｒｐｒｅｆである１３００ｒｐｍを中心として１００ｒｐｍ刻みで５つの指定回転数を設定して、５つの指定回転数毎にそれぞれ対応する関数を保有している。なお、指定回転数は、複数設定されればよく、その値は任意に設定でき、また、指定回転数同士の間隔も任意に設定できるが、アクチュエータＡの推力を目標推力Ｆｒｅｆに精度よく一致させる上では指定回転数の設定数を多くする方がよい。

【0070】

また、圧力制御弁２２が比例ソレノイド２２ｃに供給する電流量とアクチュエータＡの推力との関係を示す特性線の傾きが或る推力Ｆ０で変化する非線形な特性を持つ場合、０＜Ｆｒｅｆ≦Ｆ０の範囲で用いる関数とＦ０＜Ｆｒｅｆの範囲とで用いる関数とを各指定回転数に対して設定しておけばよい。また、関数は、特性線Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５の軌跡を描く関数であればよいので、前述した一次関数に限られない。

【0071】

そして、目標電流量演算部４１ｃは、モータ１５の回転数Ｒから実際のポンプ１２の回転数Ｒｐを把握し、把握した回転数Ｒｐ以上であって、かつ、最も値が近い回転数の指定回転数の関数を選択する。つまり、目標電流量演算部４１ｃは、把握したポンプ１２の回転数Ｒｐがいずれかの指定回転数と合致している場合、合致している指定回転数の関数を選択し、把握したポンプ１２の回転数Ｒｐがいずれの指定回転数とも合致していない場合、把握した回転数Ｒｐより高く、かつ、最も値が近い回転数の指定回転数の関数を選択する。

【0072】

よって、たとえば、目標電流量演算部４１ｃは、把握したポンプ１２の回転数Ｒｐが１４００ｒｐｍであれば、１４００ｒｐｍに設定されている指定回転数と合致するので、１４００ｒｐｍに対応する関数を選択する。また、たとえば、目標電流量演算部４１ｃは、把握したポンプ１２の回転数Ｒｐが１４１０ｒｐｍであれば、１４１０ｒｐｍより高く、かつ、最も値が近い回転数の指定回転数である１５００ｒｐｍに対応する関数を選択する。

【0073】

そして、目標電流量演算部４１ｃは、ポンプ１２の回転数Ｒｐの値に基づいて複数の指定回転数に対応した関数から１つの関数を選択した後、目標推力演算部４１ａが求めた目標推力Ｆｒｅｆの絶対値をパラメータとして選択した関数のＦｒｅｆに代入して目標電流量Ｉｒｅｆを演算する。なお、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１において、目標電流量演算部４１ｃが目標推力Ｆｒｅｆの絶対値を関数に入力するのは、アクチュエータＡの推力の出力方向については第一開閉弁９および第二開閉弁１１によって制御し、圧力制御弁２２の開弁圧のみの調整でアクチュエータＡの推力を調節しているからである。

【0074】

前述したように、目標電流量演算部４１ｃは、関数を選択して目標推力Ｆｒｅｆを選択した関数に代入して目標電流量Ｉｒｅｆを求めると、比例ソレノイド２２ｃへ供給する電流量を目標電流量Ｉｒｅｆとするように指示する制御指令を駆動装置４２へ与える。駆動装置４２は、目標電流量演算部４１ｃから制御指令を受け取ると、ドライバ回路を通じて当該制御指令が指示する目標電流量Ｉｒｅｆを比例ソレノイド２２ｃへ供給する。なお、駆動装置４２における図外の制御ユニットは、比例ソレノイド２２ｃに流れる電流量を検知する図外の電流センサで検知した電流量と目標電流量Ｉｒｅｆとの偏差を求め、比例微分積分補償或いは比例積分補償等の補償を行って、比例ソレノイド２２ｃに流れる電流量を目標電流量Ｉｒｅｆに追従させるようＰＷＭ駆動する。

【0075】

以上のように、コントローラＣは、モータ１５を駆動してポンプ１２を基準回転数Ｒｐｒｅｆで回転させるように制御しつつ、加速度αから求めた目標推力Ｆｒｅｆの符号により第一開閉弁９および第二開閉弁１１を切り換え制御する。さらに、コントローラＣは、ポンプ１２の回転数Ｒｐに応じて目標推力ＦｒｅｆをアクチュエータＡに発揮させる最適な関数を選択して目標推力Ｆｒｅｆから圧力制御弁２２へ供給すべき目標電流量Ｉｒｅｆを求めて、圧力制御弁２２の比例ソレノイド２２ｃに流れる電流量を目標電流量Ｉｒｅｆとなるように制御する。

【0076】

よって、圧力制御弁２２に供給される電流量は、コントローラＣによってポンプ１２の回転数Ｒｐに適した電流量に制御されるので、アクチュエータＡに外乱が入力されてポンプ１２の回転数Ｒｐが変動してもアクチュエータＡに目標推力Ｆｒｅｆと誤差の少ない推力を発揮させ得る。

【0077】

なお、演算処理装置４１は、ハードウェア資源としては、図示はしないが具体的にはたとえば、オペレーティングシステムおよびモータ１５、第一開閉弁９、第二開閉弁１１および圧力制御弁２２を制御するための他のプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、前記制御に必要なプログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶装置と、前記ＣＰＵ、加速度センサ４０および駆動装置４２とで信号をやり取りするためのインターフェースとを備えて構成されればよい。

【0078】

そして、コントローラＣにおける演算処理装置４１の目標推力演算部４１ａ、回転数演算部４１ｂ、目標電流量演算部４１ｃ、開閉弁制御部４１ｄおよびモータ制御部４１ｅの各部は、ＣＰＵが前記制御を行うプログラムを実行することで実現される。

【0079】

具体的に、演算処理装置４１の処理を図６に示したフローチャートに即して説明する。まず、演算処理装置４１は、加速度センサ４０が検知した加速度αを取り込んで、アクチュエータＡに発生させるべき目標推力Ｆｒｅｆを求める（ステップＳ１）。つづいて、演算処理装置４１は、モータ１５の回転位置センサ５３が検知したロータ５１の回転位置を微分してモータ１５の回転数Ｒを求める（ステップＳ２）。さらに、演算処理装置４１は、モータ１５の回転数Ｒからポンプ１２の回転数Ｒｐを求めて（ステップＳ３）、関数が設定されている５つの指定回転数のうちポンプ１２の回転数Ｒｐ以上であって、回転数Ｒｐに近い値の指定回転数の関数を選択する（ステップＳ４）。演算処理装置４１は、選択された指定回転数に設定された関数に、目標推力Ｆｒｅｆを代入して比例ソレノイド２２ｃへ供給する目標電流量Ｉｒｅｆを求める（ステップＳ５）。そして、演算処理装置４１は、モータ１５の回転数Ｒからモータ１５を制御するための制御指令、求めた目標推力Ｆｒｅｆの符号から第一開閉弁９および第二開閉弁１１を切り換え制御するための制御指令、および、目標電流量Ｉｒｅｆから圧力制御弁２２を制御するための制御指令をそれぞれ生成して、駆動装置４２へ出力する（ステップＳ６）。演算処理装置４１は、以上の処理手順を繰り返し実行することでアクチュエータＡの推力を制御する。

【0080】

以上のように、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１は、シリンダ２と、シリンダ２内にシリンダ２の軸方向へ移動可能に挿入されるピストン３と、シリンダ２内にシリンダ２の軸方向へ移動可能に挿入されるとともにピストン３に連結されるロッド４と、シリンダ２内に流体を供給可能なポンプ１２と、ポンプを駆動するモータ１５と、圧力オーバーライド特性を具備するとともに供給される電流量に応じて開弁圧を変更可能であってシリンダ２内の圧力を調整する圧力制御弁２２とを有するアクチュエータＡと、圧力制御弁２２の開弁圧を調整してアクチュエータＡが発生する推力を制御するコントローラＣとを備え、コントローラＣは、アクチュエータＡに発生させる目標推力Ｆｒｅｆと、ポンプ１２の回転数Ｒｐとに基づいて、圧力制御弁２２へ与える目標電流量Ｉｒｅｆを求める。

【0081】

このように構成された鉄道車両用制振装置１では、コントローラＣがポンプ１２の回転数Ｒｐを監視して、ポンプ１２の実際の吐出流量に応じてアクチュエータＡに目標推力Ｆｒｅｆ通りに推力を発揮させるために最適な目標電流量Ｉｒｅｆを求めることができる。よって、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１によれば、ポンプ１２の回転数ＲｐがアクチュエータＡに入力される外乱によって変動しても、その時のポンプ１２の吐出流量に応じて最適な目標電流量Ｉｒｅｆを求め得るので、アクチュエータＡに目標推力Ｆｒｅｆと誤差の少ない推力を発揮させ得る。

【0082】

また、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１におけるコントローラＣは、モータ１５が有する回転位置センサ５３が検知するモータ１５のロータ５１の回転位置からポンプ１２の回転数Ｒｐを把握するようになっている。このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、ポンプ１２の回転数Ｒｐの検知にあたってモータ１５が備えている回転位置センサ５３を利用しているので、わざわざポンプ１２の回転数Ｒｐを検知するセンサを設けなくて済み、コストを低減できる。

【0083】

つづいて、図７の縦軸を電流値として横軸を推力としたグラフ上に、指定回転数を１３００ｒｐｍとして当該指定回転数に設定された関数を線Ｘ１で示し、指定回転数を１４００ｒｐｍとして当該指定回転数に設定された関数を線Ｙ１で示す。線Ｘ１，Ｙ１は、前述したように、圧力制御弁２２に供給される電流量とアクチュエータＡの推力との関係を示している。アクチュエータＡの推力は、圧力制御弁２２により制御される上流側の圧力に比例する。圧力制御弁２２は、供給される電流量の増加によって開弁圧を減少させる特性となっているので、圧力制御弁２２に供給される電流量が増加するとアクチュエータＡの推力は減少する。アクチュエータＡに発揮させたい推力の値をＦｂとすると、１３００ｒｐｍに設定された関数では、目標電流値の値はＩｂ１となり、１４００ｒｐｍに設定された関数では、目標電流値の値はＩｂ２となる。

【0084】

ここで、コントローラＣが圧力制御弁２２の目標電流量Ｉｒｅｆを演算する際に検知したポンプ１２の回転数Ｒｐは、１３５０ｒｐｍであるとする。１３５０ｒｐｍでポンプ１２が回転する場合の圧力制御弁２２の電流値とアクチュエータＡの推力との関係は、図７のグラフ上で１３００ｒｐｍの関数と１４００ｒｐｍの関数との中間の線Ｚ１で示される。ポンプ１２の回転数Ｒｐが１３５０ｒｐｍである場合、１３００ｒｐｍの関数で求めた目標電流値Ｉｂ１の電流量を比例ソレノイド２２ｃへ供給すると、アクチュエータＡの推力は、推力Ｆｂより大きな推力Ｆｃとなる。他方、ポンプ１２の回転数Ｒｐが１３５０ｒｐｍである場合、１４００ｒｐｍの関数で求めた目標電流値Ｉｂ２の電流量を比例ソレノイド２２ｃへ供給すると、アクチュエータＡの推力は、推力Ｆｂより小さな推力Ｆｄとなる。推力Ｆｂは、アクチュエータＡに発生させたい推力であるので、目標推力Ｆｒｅｆとして捉えることができるから、ポンプ１２の回転数Ｒｐ以上であって値が最も近い指定回転数に対応する関数を利用して目標電流量Ｉｒｅｆを求めると、アクチュエータＡが実際に発生する推力Ｆｄは、目標推力Ｆｒｅｆ以下の値になる。

【0085】

このように、コントローラＣは、圧力制御弁２２が供給される電流量の増加に伴い開弁圧を減少させる場合、ポンプ１２の回転数Ｒｐ以上であって値が最も近い指定回転数に対応する関数を利用して目標電流量Ｉｒｅｆを求めると、アクチュエータＡが実際に発生する推力は、必ず目標推力Ｆｒｅｆ以下になる。

【0086】

そして、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、コントローラＣは、ポンプ１２を基準回転数Ｒｐｒｅｆで駆動しつつ、圧力制御弁２２へ与える電流量を調整してアクチュエータＡの推力を制御するとともに、基準回転数Ｒｐｒｅｆを含んだ回転数帯域における複数の異なる指定回転数に対してそれぞれ設定された複数の関数を有し、関数が目標推力Ｆｒｅｆをパラメータとして目標電流量Ｉｒｅｆを求める関数であって、コントローラＣは、圧力制御弁２２が供給される電流量の増加に伴い開弁圧を減少させる場合、ポンプ１２の回転数Ｒｐ以上であって値が最も近い指定回転数に対応する関数を利用して目標電流量Ｉｒｅｆを求める。このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、アクチュエータＡが実際に発生する推力は、必ず、コントローラＣが求めた目標推力Ｆｒｅｆ以下になるので、アクチュエータＡが車体Ｂの振動を抑制するために必要な目標推力Ｆｒｅｆを超える推力を発生して車体Ｂを加振して振動抑制能力を低下させてしまうこともない。

【0087】

なお、圧力制御弁２２が供給される電流量の増加に伴って開弁圧を増加させる場合、コントローラＣは、ポンプ１２の回転数Ｒｐ以下であって値が最も近い指定回転数に対応する関数を利用して目標電流量Ｉｒｅｆを求めればよい。図８の縦軸を電流値として横軸を推力としたグラフ上に、指定回転数を１３００ｒｐｍとして当該指定回転数に設定された関数を線Ｘ２で示し、指定回転数を１４００ｒｐｍとして当該指定回転数に設定された関数を線Ｙ２で示す。圧力制御弁２２は、供給される電流量の増加によって開弁圧を増加させる特性となっているので、圧力制御弁２２に供給される電流量が増加するとアクチュエータＡの推力も増加する。アクチュエータＡに発揮させたい推力の値をＦｂとすると、１３００ｒｐｍに設定された関数では、目標電流値の値はＩｂ３となり、１４００ｒｐｍに設定された関数では、目標電流値の値はＩｂ４となる。

【0088】

ここで、コントローラＣが圧力制御弁２２の目標電流量Ｉｒｅｆを演算する際に検知したポンプ１２の回転数Ｒｐは、１３５０ｒｐｍであるとする。１３５０ｒｐｍでポンプ１２が回転する場合の圧力制御弁２２の電流値とアクチュエータＡの推力との関係は、図８のグラフ上で１３００ｒｐｍの関数と１４００ｒｐｍの関数との中間の線Ｚ２で示される。ポンプ１２の回転数Ｒｐが１３５０ｒｐｍである場合、１３００ｒｐｍの関数で求めた目標電流値Ｉｂ３の電流量を比例ソレノイド２２ｃへ供給すると、アクチュエータＡの推力は、推力Ｆｂより小さな推力Ｆｅとなる。他方、ポンプ１２の回転数Ｒｐが１３５０ｒｐｍである場合、１４００ｒｐｍの関数で求めた目標電流値Ｉｂ４の電流量を比例ソレノイド２２ｃへ供給すると、アクチュエータＡの推力は、推力Ｆｂより大きな推力Ｆｆとなる。推力Ｆｂは、アクチュエータＡに発生させたい推力であるので、目標推力Ｆｒｅｆとして捉えることができるから、ポンプ１２の回転数Ｒｐ以下であって値が最も近い指定回転数に対応する関数を利用して目標電流量Ｉｒｅｆを求めると、アクチュエータＡが実際に発生する推力Ｆｅは、目標推力Ｆｒｅｆ以下の値になる。

【0089】

このように、コントローラＣは、圧力制御弁２２が供給される電流量の増加に伴い開弁圧を増加させる場合、ポンプ１２の回転数Ｒｐ以下であって値が最も近い指定回転数に対応する関数を利用して目標電流量Ｉｒｅｆを求めると、アクチュエータＡが実際に発生する推力は、必ず目標推力Ｆｒｅｆ以下になる。

【0090】

よって、このように構成された鉄道車両用制振装置１によれば、アクチュエータＡが実際に発生する推力は、必ず、コントローラＣが求めた目標推力Ｆｒｅｆ以下になるので、アクチュエータＡが車体Ｂの振動を抑制するために必要な目標推力Ｆｒｅｆを超える推力を発生して車体Ｂを加振して振動抑制能力を低下させてしまうこともない。

【0091】

なお、本実施の形態の鉄道車両用制振装置１では、コントローラＣは、圧力制御弁２２に供給する電流量の増加に伴って開弁圧が減少する場合には、ポンプ１２の回転数Ｒｐ以上であって回転数Ｒｐに最も近い値の指定回転数に設定された関数を選択し、或いは、圧力制御弁２２に供給する電流量の増加に伴って開弁圧が増加する場合には、ポンプ１２の回転数Ｒｐ以下であって回転数Ｒｐに最も近い値の指定回転数に設定された関数を選択して、目標電流量Ｉｒｅｆを求めているが、ポンプ１２の回転数Ｒｐに合致する指定回転数がない場合、以下のように目標電流量Ｉｒｅｆを求めてもよい。

【0092】

コントローラＣは、当該回転数Ｒｐより高く、かつ、最も値が近い指定回転数をＲ１として、この指定回転数Ｒ１に設定されている関数を用いて目標電流量を求めて、この値を第１目標電流量Ｉｒｅｆ１とする。また、コントローラＣは、当該回転数Ｒｐより低く、かつ、最も値が近い指定回転数をＲ２として、この指定回転数Ｒ２に設定されている関数を用いて目標電流量を求めて、この値を第２目標電流量Ｉｒｅｆ２とする。そして、コントローラＣは、第１目標電流量Ｉｒｅｆ１と第２目標電流量Ｉｒｅｆ２との値を線形補間して、ポンプ１２の回転数Ｒｐに適した最終的な目標電流量Ｉｒｅｆを求めて、圧力制御弁２２に当該目標電流量Ｉｒｅｆが指示する電流量を供給してもよい。具体的には、コントローラＣは、Ｉｒｅｆ＝｛１－（Ｒｐ－Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ１）｝×Ｉｒｅｆ２＋（Ｒｐ－Ｒ１）／（Ｒ２－Ｒ１）×Ｉｒｅｆ１を演算して、ポンプ１２の実際の回転数Ｒｐにより適した目標電流量Ｉｒｅｆを求めてもよい。

【0093】

また、ポンプ１２の基準回転数Ｒｐｒｅｆを含んだ回転数帯域において、ポンプ１２の回転数Ｒｐ、目標推力Ｆｒｅｆおよび目標電流量Ｉｒｅｆとの関係を予め３次元マップ化しておき、コントローラＣは、回転数Ｒｐと目標推力Ｆｒｅｆとの値をパラメータとしてマップ演算を行って目標電流量Ｉｒｅｆを求めてもよい。ただし、前述したように、ポンプ１２の基準回転数Ｒｐｒｅｆを含んだ回転数帯域において、複数の指定回転数を指定して、各指定回転数に対してそれぞれ関数を設定して、目標電流量Ｉｒｅｆを求める場合、コントローラＣでは、演算負荷が高いマップ演算を行う必要もなく、記憶容量の大きな３次元マップを記憶しておく必要もなく、記憶容量の少ない関数を用いて単純な計算で目標電流量Ｉｒｅｆを求めることができる利点がある。

【0094】

さらに、鉄道車両用制振装置のアクチュエータは、ポンプ１２が吐出する流体を４ポート３位置の方向切換弁を介してシリンダ２内のロッド側室５とピストン側室６の一方を選択して供給するとともにロッド側室５とピストン側室６の他方を方向切換弁を介してタンク７に連通するとともに、ポンプ１２から流体が供給されるシリンダ２内のロッド側室５とピストン側室６の一方の圧力を圧力制御弁２２で調整するように構成されてもよい。なお、このように構成された鉄道車両用制振装置では、第一開閉弁９、第二開閉弁１１、整流通路１８および吸込通路１９を廃止した構成を採用可能である。この場合の鉄道車両用制振装置にあっても、アクチュエータの推力の発生方向を方向切換弁によって切り換えでき、圧力制御弁２２へ供給する電流量に応じてシリンダ２内のロッド側室５内とピストン側室６内のうち流体を供給してる室内の圧力を調整してアクチュエータの推力を制御でき、アクチュエータに入力される外乱によってポンプ１２の回転数Ｒｐが変動してもアクチュエータに目標推力Ｆｒｅｆと誤差の少ない推力を発生させ得る。

【0095】

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。

【符号の説明】

【0096】

１・・・鉄道車両用制振装置、２・・・シリンダ、３・・・ピストン、４・・・ロッド、１２・・・ポンプ、１５・・・モータ、２２・・・圧力制御弁、５３・・・回転位置センサ、Ａ，Ａ１・・・アクチュエータ、Ｃ・・・コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】