JP2003118571A - 鉄道車両の振動抑制装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】保守点検作業が容易にでき、既存の車両への搭
載が簡便なコンパクトで経済的な鉄道車両の振動抑制装
置を提供する。 【解決手段】鉄道車両には、車体の横振れを抑制するた
め台車２と車体９間に外周に油タンク７を備えたシリン
ダ３からなるダンパ基体１が設けられている。これには
ロッド側室６ａから油タンク７への流路を複数として高
速電磁弁を備えたロッド側油圧回路が付設され、車体の
振動情報に基づいてロッド側室から油タンクへのオイル
の流れを制御している。本発明は、ロッド側油圧回路１
０をオンロード時とアンロード時の２経路とし、車体の
加速度を検知する加速度計３６と、ピストンロッドの伸
縮を検知する伸縮センサ２５と、これらの信号から振動
状態を判断して高速電磁弁１２を作動させる制御コント
ローラ３０とをダンパ基体１に直接付設したものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の走行に
おいて発生する車体の横揺れを抑制し、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】鉄道車両では、一般に台車と車体の間に
空気バネが設けられ、台車からの振動を緩和して乗り心
地を良くしているが、空気バネは振動を減衰させること
ができないので、振動が持続したり、外乱に対して共振
する問題がある。そこで、この空気ばねの横方向振動を
減衰させるために台車と車体間にダンパと称する振動抑
制装置が設けられている。

【０００３】この振動抑制装置には、種々のものがある
が、近年、横方向振動の程度によって、制振度合いを変
動可能にした、いわゆるセミアクティブダンパが開発さ
れ（例えば、特開平８−９９６３４号や特開平９−３０
１１６４号公報）、実用化されている。

【０００４】これらの振動抑制装置は、図６に示すよう
に、シリンダの外周に油タンクを備えたダンパ基体１
に、複数の流路とそれぞれの流路に絞りと高速電磁弁を
備えたロッド側室から油タンクへ連通するロッド側油圧
回路４０と、ピストンロッドの移動速度を検知するスト
ロークセンサ５２と、高速電磁弁を作動させるための電
源を接続する中継コネクタ５３が付設されている。

【０００５】そして、図４に示すように、上記ロッド側
油圧回路４０などを付設したダンパ基体１を台車２と車
体９間に取り付け、車体９の台車２付近に車体の横方向
加速度を検知する加速度計５１を設け、車体９のほぼ中
央部に車体の振動状態に適応したダンパ定数の流路に切
り換える制御コントローラ５０を設けている。なお、ダ
ンパ定数は、シリンダのピストンロッドの移動速度と車
体の横方向加速度から求めた目標制御力に基づいて設定
している。

【０００６】この振動抑制装置は、ダンパ定数を変える
ことによって車体の多様な振動状態に対応しているが、
高速電磁弁を多数必要とし、油圧回路が複雑となり、ロ
ッド側油圧回路４０が大型で重量も大きいという難点が
ある。そこで、高速電磁弁の数を大幅に少なくし、制御
系も簡素にしたものも開発されている（例えば、特開２
０００−１７７５８６号公報）。

【０００７】これは、ロッド側室から油タンクへの流路
をオンロード時とアンロード時の２経路とし、車体左右
方向の加速度とピストンロッドの伸縮を検知してオンロ
ードかアンロードかを判断し、該流路を高速電磁弁で切
換えるようにしている。このロッド側油圧回路４０は、
図５に示すように、シリンダ３のロッド側室６ａからフ
ェールセーフ弁４２と高速電磁弁４１を介して油タンク
７へ還流するように接続し、高速電磁弁４１の前にオリ
フィス４５を有する流路４７を油タンク７へ接続してい
る。なお、４３は高圧リリーフ弁、１５はリリーフ弁で
ある。また、ボトム側室４ａは油タンク７とチェック弁
８を介して連通されている。

【０００８】制御時にはフェールセーフ弁４２のソレノ
イドＳＯＬ２は常時ＯＮとなっており、オンロードの信
号が出された場合は、高速電磁弁４１のソレノイドＳＯ
Ｌ１がＯＦＦになり、ロッド側室６ａのオイルは流路抵
抗の大きいオリフィス４５を通り、アンロードの信号が
出された場合はソレノイドＳＯＬ１がＯＮになり、オリ
フィスのない流路４６を通るようにしている。

【０００９】一方、制御コントローラ５０は、例えばＤ
Ｃ１００Ｖの車両電源をブレーカを介して取り込み、変
圧してノイズフィルタなどにより安定化し、高速電磁弁
作動用（ＤＣ２４Ｖ）、加速度計５１用（ＤＣ±１５
Ｖ）およびストロークセンサ５２用（ＤＣ２４Ｖ）の電
源としてそれぞれへ供給するとともに、加速度計５１と
ストロークセンサ５２の検知信号を得て、オンロードか
アンロードかを判断し、高速電磁弁４１のソレノイドＳ
ＯＬ１をＯＮまたはＯＦＦに作動させている。

【００１０】なお、加速度計の信号はアナログ出力型が
使用されており、制御コントローラ内で絶縁処理とＡＤ
変換を行っている。また、ストロークセンサ５２は、ピ
ストンロッド６の側面に磁性体ビット４８を埋め込み、
これを磁気センサで検知するようにしている。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来の
振動抑制装置は車体の中央部に制御コントローラを設け
て、各ダンパ基体および加速度計とは電源ケーブルと信
号線で接続している。このため、保守や点検を行う場合
にはロッド側油圧回路を付設したダンパ基体の交換や点
検の外に、制御コントローラおよび加速度計も同時に交
換や点検を行う作業が付帯し煩雑となっている。また、
性能確認の試験を試験場で行う場合は実車と同様のケー
ブルやコネクタなどを別途用意して接続しなければなら
ず、煩雑で広いスペースを必要とする。

【００１２】さらに、既に運行している車両にこの振動
抑制装置を搭載する場合には、制御コントローラおよび
加速度計の設置場所の設計、制御コントローラとダンパ
および加速度検知器とのケーブルの引き通しの設計、制
御コントローラと車両電源装置間のケーブルの引き通し
の設計を行い、車両を改造して組付け、試験を行うこと
となり、時間もかかり費用が嵩むという問題がある。

【００１３】また、制御コントローラにはＤＣ１００Ｖ
の車両電源をロッド側油圧回路の高速電磁弁へ供給する
電圧（ＤＣ２４Ｖ）に変換するための大型の電源ボード
を備え、また、アナログ方式で出力される加速度検知器
の信号を取り込むため基盤への実装表面積の大きいアナ
ログ同期絶縁アンプやＡＤ変換器を備えており、大型で
重量の大きなものとなっている。

【００１４】さらには、ダンパ基体に接続する制御コン
トローラからの電源および信号の接続ケーブルのコネク
タはピン数が多く、大型で重いものとなっている。そこ
で、本発明は、保守点検作業が容易にでき、既存の車両
への搭載が簡便なコンパクトで経済的な鉄道車両の振動
抑制装置を提供することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の振動抑制装置では次の手段を採った。即
ち、 外周に油タンクを備えたシリンダのボトム側室と
ロッド側室をチェック弁を介して連通するとともに油タ
ンクとボトム側室をチェック弁を介して連通したダンパ
基体を車体と台車間に設け、該ダンパ基体に複数の流路
と該流路を切り換える高速電磁弁を備えたロッド側室か
ら油タンクへ連通するロッド側油圧回路を付設し、車体
の振動状態とピストンロッドの伸縮を検知して該高速電
磁弁を切り換えるようにした鉄道車両の振動抑制装置に
おいて、該ロッド側油圧回路はオンロード時とアンロー
ド時の２経路とし、車体の加速度を検知する加速度計
と、ピストンロッドの伸縮を検知する伸縮センサと、車
体側に備えた電源に接続され該加速度計と伸縮センサの
信号から振動状態を判断して該高速電磁弁を作動させる
制御コントローラを該ダンパ基体に付設したことを特徴
としている。

【００１６】本発明の振動抑制装置は、ロッド側油圧回
路の外に、装置を構成する加速度計、伸縮センサおよび
制御コントローラをダンパ基体に付設したもので、車体
側からは電源ケーブルを接続するだけである。ここで、
ダンパ基体は外周に油タンクを備えたシリンダのボトム
側室とロッド側室をチェック弁を介して連通するととも
に油タンクとボトム側室をチェック弁を介して連通した
ものを指しており、シリンダと一体的に構成されてい
る。

【００１７】ダンパ基体に振動抑制装置の全ての機器を
付設するには、それぞれの機器が軽量でコンパクトであ
ることが望ましい。本発明では、ロッド側油圧回路はシ
リンダのロッド側室から油タンクへの流路を、オンロー
ドかアンロードの２段切換えで行う軽量で簡素なものと
することによって、小型軽量にしている。なお、２経路
の意味は、それ以外の流路がないことを意味するもので
はなく、電気系統の故障などで無通電状態の時にロッド
側室のオイルを油タンクへ還流するフェールセーフ流路
は必要である。

【００１８】また、高速電磁弁はＯＮのときに比例方式
で通過流量を変化させて制振力を変えるようにしたもの
を使用することは可能であるが、アンプ回路が複雑とな
るばかりでなく温度補償などを必要とし、制御コントロ
ーラが大きくなるので望ましくない。

【００１９】伸縮センサはピストンロッドが伸長してい
るか縮小しているかを検知するもので、ピストンロッド
の伸縮速度は検知しない。この構成はボトム側室の圧力
の正負を検知するのが簡便で小型にできる。加速度計は
アナログ出力型のものを直接ダンパ基体に付設してもよ
いが、請求項２に記載のように、デジタル出力型のもの
を使用し、前記制御コントローラを収納する制御ケース
に内装すれば加速度計の収納ケースを必要とせず、ＡＤ
変換の必要もなく、また、絶縁処理も同一基盤上なの
で、一段と小型軽量にできる。

【００２０】制御コントローラへ電源を車体側から供給
する必要があるが、高速電磁弁の使用電圧（例えばＤＣ
２４Ｖ）へ変換したものを供給するようにすれば、制御
コントローラの電圧変換部がより簡素化される。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下本発明の振動抑制装置の実施
の形態を図面に基づいて説明する。図３は振動抑制装置
全体の外観を示すもので、ダンパ基体１にピストンロッ
ド６の伸縮を検知するための伸縮センサ２５と、ロッド
側油圧回路１０と、制御コントローラ３０と、電源の中
継コネクタ３８が搭載されている。また、ダンパ基体１
の両端には台車２に固定される取付金具２１と車体９に
固定される取付金具２２が設けられている（逆向きにし
てもよい）。なお、２３は電源ケーブルで車体側で電圧
変換されたＤＣ２４Ｖが供給される。

【００２２】ダンパ基体１の構成は、従来の技術（図
５）で説明したものと同様である。すなわち、シリンダ
３の外周に油タンク７を備え、シリンダ３のボトム側室
４ａは、ピストン５に設けたチェック弁５ａを介してロ
ッド側室６ａと連通されるとともに、ボトム側壁４から
チェック弁８を備えた流路２８によって油タンク７に接
続されている。なお、ボトム側室４ａの断面積はピスト
ンロッド６の断面積の２倍に設定され、ピストンロッド
６の伸長時と圧縮時のストロークに対してシリンダ３か
ら排出されるオイル量は同一となっている。

【００２３】伸縮センサ２５は油タンク７からボトム側
室４ａへの流路２８と並列に別流路２７を設け、別流路
２７に設けたチェック弁２５ａの作動を近接センサ２５
ｂで検知しており、ボトム側室４ａが圧力のある状態か
負圧の状態であるかを検知することによってピストンロ
ッド６ａの伸縮を検出している。

【００２４】ロッド側油圧回路１０は、ロッド側室６ａ
から設けられた流路１７に、フェールセーフ弁１３と高
速電磁弁１２と高圧リリーフ弁１１が並列に設けられ、
これらの吐出側は流路１８を介して油タンク７へ接続さ
れている。また、フェールセーフ弁１３の吐出側にはオ
リフィス１４とリリーフ弁１５が並列に設けられてい
る。

【００２５】この油圧回路において、制御コントローラ
３０からオンロードの信号が出された場合は、高速電磁
弁１２のソレノイドＳＯＬ１がＯＦＦの状態となり、高
速電磁弁１２は閉鎖され、また、フェールセーフ弁１３
は通電時はオリフィス１４側へは閉鎖されているので、
ロッド側室６ａのオイルは流路１７を通って高圧リリー
フ弁１１を作動させて流路１８へ還流する。なお、この
高圧リリーフ弁１１の特性は、オンロード時の制振力が
ピストンロッド６の速度によらず一定に発生するものを
使用している。また、クラッキング荷重調整機構の設定
を変更することにより、制振力を任意に変更可能となっ
ている。

【００２６】また、アンロードの信号が出された場合
は、高速電磁弁１２のソレノイドＳＯＬ１がＯＮの状態
となり、ロッド側室６ａのオイルは流路１７から高速電
磁弁１２を通って流路１８から油タンク７へと還流す
る。また、無通電状態になった場合はフェールセーフ弁
１３のソレノイドＳＯＬ２がＯＦＦになるので、ロッド
側室６ａのオイルは流路１７からフェールセーフ弁１３
を通り、オリフィス１４を経由して油タンク７へと還流
する。なお、ロッド側室６ａからの吐出流量が大きい場
合はリリーフ弁１５が作動する。

【００２７】制御コントローラ３０は電源安定部３１と
電圧変換部３２と指令演算部３２と指令増幅部３３とか
らなり、絶縁物で密閉された制御ケース３７内に収納し
た基盤に実装されている。そして、この基盤には車体の
左右方向の加速度を検出するデジタル出力型の加速度計
３６も設けられている。

【００２８】電源安定部３１は中継コネクタ３８を介し
て車体から供給される電源の電圧（ＤＣ２４Ｖ）を一定
に保持し、伸縮センサ２５、指令演算部３３および指令
増幅部３４へ供給している。また、電圧変換部３２は供
給されたＤＣ２４Ｖの電圧を変換（ＤＣ±１５Ｖ）して
加速度計３６へ供給している。

【００２９】指令演算部３３は、伸縮センサ２５と加速
度計３６の検出信号から演算しオンロードかアンロード
かを判定して指令増幅部３４へ指令するもので、その構
成は例えば図２に示すように、加速度計３６の信号を取
り入れ、補正部３３ａで重力加速度ｇを乗して実加速度
とし、積分部３３ｂで積分して車体の左右方向の速度を
算出する。そして、波形フィルタ処理部３３ｃで不要な
周波成分をカットしてアンロードかオンロードかを判定
するＵＯ判定部３３ｄに出力する。

【００３０】ＵＯ判定部３３ｄでは、算出された速度に
−１を乗して制御入力信号としている。なお、制御入力
信号は、１か０のビット信号に変換され、例えば制御入
力信号が負であれば０、正であれば１で速度の絶対値は
除かれる。一方、伸縮センサ２５からのピストンロッド
６の伸縮の検出信号は、ＵＯ判定部３３ｄに入力され、
制御信号（正負符号付き）に直し、前記制御入力速度信
号の方向（ビット）とピストンロッド６の移動の方向
（ビット）が等しい場合には、アンロードの判定がなさ
れ、ビットが異なる場合には、オンロードの判定がなさ
れる。

【００３１】なお、ダンパ基体１の近傍には誘導電動機
などノイズ発生源があり、指令演算部３３の出力に異常
が生じる可能性があるので、指令演算部３３には定期的
にリセットを行う回路を設けている。指令増幅部３４は
指令演算部３３の信号を増幅して高速電磁弁１２へ出力
する。

【００３２】加速度計３６は検知した加速度信号の出力
がデジタルＰＷＭ方式（ＯＮとＯＦＦの時間比がＤＵＴ
Ｙ比でアナログ量を表現する）のものであり、小型であ
るばかりでなく、フォトカプラで簡便にデジタル絶縁が
できる。中継コネクタ３８は、車体から制御コントロー
ラ３０の電圧安定部３１への電源ケーブル２３の受け渡
し、高速電磁弁１２およびフェールセーフ弁１３のソレ
ノイドＳＯＬ１，ＳＯＬ２と電圧安定部３１との電源ケ
ーブルの受け渡し、伸縮センサと電圧変換部３２との電
源ケーブルの受け渡しを行うためのもので、制御コント
ローラ３０をさらにコンパクトにできる。

【００３３】このように構成されているので、振動抑制
装置が一体的にコンパクトにまとまり、車両にこれを取
り付けるときは、取付金具２１を台車２に固定するとと
もに取付金具２２を車体９に固定し、車体側から電源ケ
ーブル２３を中継コネクタ３８へ接続するのみでよい。

【００３４】なお、上記実施の形態では車体と制御コン
トローラは電源ケーブルのみを接続したもので説明した
が、制御線を追加して例えば車体モニターと通信を行っ
てもよい。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ダンパ基体に、ロッド側室から油タンクへの流路をオン
ロード時とアンロード時の２経路としたロッド側油圧回
路と、車体の加速度を検知する加速度計と、ピストンロ
ッドの伸縮を検知する伸縮センサと、車体側に備えた電
源に接続され該加速度計と伸縮センサの信号から振動状
態を判断して該高速電磁弁を作動させる制御コントロー
ラとを付設したので、振動抑制装置全体がコンパクトに
まとまり、従来のように車体の中央部の制御コントロー
ラを設ける必要がなく、配線の引き回しなど設計および
組み立てが簡素になる。また、振動抑制装置が一体とな
っているので、保守や点検を行う場合や性能確認の試験
を試験場で行う場合は取り扱いが簡便となる。さらに、
既存の車両に取り付けるときは車体からは電源ケーブル
のみを接続すればよいので、車体の改造を伴わず極めて
簡便である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の鉄道車両の振動抑制装置の実施の形態
の構成を示す図である。

【図２】同 振動抑制装置の制御コントローラの構成を
示すブロック図である。

【図３】同 振動抑制装置全体を示す正面図である。

【図４】従来の振動抑制装置の配置を示す正面図であ
る。

【図５】同 ダンパ基体およびロッド側油圧回路の構成
を示す回路図である。

【図６】同 ロッド側油圧回路を付設したダンパ基体の
正面図である。

【符号の説明】

１…ダンパ基体 ２…台車 ３…シリンダ ４…ボトム側壁 ４ａ…ボトム側室 ５…ピストン ５ａ…チェック弁 ６…ピストンロッド ６ａ…ロッド側室 ７…油タンク ８…チェック弁 ９…車体 １０…ロッド側油圧回路 １１…高圧リリーフ弁 １２…高速電磁弁 １３…フェイルセーフ弁 １４…オリフィス １５…リリーフ弁 １６…フィルタ １７，１８…流路 ２１，２２…取付金具 ２３…電源ケーブル ２５…伸縮センサ ２５ａ…チェック弁 ２５ｂ…近接センサ ２７…別流路 ２８…流路 ３０…制御コントローラ ３１…電圧安定部 ３２…電圧変換部 ３３…指令演算部 ３３ａ…補正部 ３３ｂ…積分部 ３３ｃ…波形フィルタ処理部 ３３ｄ…アンロード・オンロード判定部 ３４…指令増幅部 ３６…加速度計 ３７…制御ケース ３８…中継コネクタ ４０…ロッド側油圧回路 ４１…高速電磁弁 ４２…フェイルセーフ弁 ４３…高圧リリーフ弁 ４４，４５…オリフィス ４６，４７…流路 ５０…制御コントローラ ５１…加速度計 ５２…ストロークセンサ ５３…中継コネクタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 谷川 安彦 愛知県名古屋市熱田区三本松町１番１号 日本車輌製造株式会社内 Ｆターム(参考） 3J048 AA06 AB08 AB11 BE03 EA36 3J069 AA50 DD48 EE02 EE63 EE64 EE65

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外周に油タンクを備えたシリンダのボトム
   側室とロッド側室をチェック弁を介して連通するととも
   に油タンクとボトム側室をチェック弁を介して連通した
   ダンパ基体を車体と台車間に設け、該ダンパ基体に複数
   の流路と該流路を切り換える高速電磁弁を備えたロッド
   側室から油タンクへ連通するロッド側油圧回路を付設
   し、車体の振動状態とピストンロッドの伸縮を検知して
   該高速電磁弁を切り換えるようにした鉄道車両の振動抑
   制装置において、該ロッド側油圧回路はオンロード時と
   アンロード時の２経路とし、車体の加速度を検知する加
   速度計と、ピストンロッドの伸縮を検知する伸縮センサ
   と、車体側に備えた電源に接続され該加速度計と伸縮セ
   ンサの信号から振動状態を判断して該高速電磁弁を作動
   させる制御コントローラとを該ダンパ基体に付設したこ
   とを特徴とする鉄道車両の振動抑制装置。
2. 【請求項２】前記加速度計はデジタル出力型で、前記制
   御コントローラを収納する制御ケースに内装したことを
   特徴とする請求項１記載の鉄道車両の振動抑制装置。