JP4085368B2 - 車体振動抑制装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両等の車両に用いられる車体振動抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車体振動抑制装置の一例として、本願発明者等が特開２００１−１０３２４号公報で提案した車体振動抑制装置がある。
この車体振動抑制装置は鉄道車両に適用可能であり、この車体振動抑制装置２０について、図２０に示す鉄道車両２１に適用した場合を例にして説明する。図２０に示す鉄道車両２１は、レール２２に移動可能に載置される前方、後方の台車２３，２３Ａと、台車２３，２３Ａに緩衝部材２４を介して水平方向の変位及び上下動可能に載置される車体２５とを備えている。車体２５の下面部の左側前方部、左側後方部にはそれぞれ車体側取付部材２６が固定され、台車２３，２３Ａの上面部の右側には台車側取付部材２７が固定されている。台車２３，２３Ａに対応する２組の車体側、台車側取付部材２６，２７間には減衰力可変型の油圧ダンパ２８，２８Ａ（セミアクティブサスペンション機構）が介装されている。図２０中、３１は横加速度センサ、４５はコントローラである。
以下、台車２３，２３Ａ及び油圧ダンパ２８，２８Ａを含め、台車２３，２３Ａに対応して同等に設けられる部材については、便宜上、台車２３側の部材を対象にして説明する。
【０００３】
この車体振動抑制装置２０は、減衰力可変型の油圧ダンパ２８の減衰力を調整することにより車体２５の振動抑制をするものであり、いわゆるセミアクティブサスペンション制御を行っている。この場合、左右絶対速度に基づいて後述するスカイフックダンパ理論に基づくスカイフックダンパの減衰力（スカイフック減衰力）を演算し、このスカイフック減衰力と等価になるように、油圧ダンパ２８を制御する（スカイフックダンパ理論に基づく制御を行なう）ようにしている。
【０００４】
また、この装置は、給排油弁２９（低消費エネルギー型アクティブサスペンション機構）を設けており、油圧ダンパ２８がスカイフック減衰力を再現できない方向（後述する）に作動している場合に、給排油弁２９が作動され油圧ダンパ２８に対して給排油を行ない、所望の減衰力（制振力）を得られるように補償する。
【０００５】
ここで、前記スカイフックダンパ理論に基づく制御及び油圧ダンパのスカイフック減衰力を再現できない方向について、図２１〜図２３に基づいて、以下に説明する。なお、以下の説明では、便宜上、自動車の上下動の制振を行なう場合を例にするが、鉄道車両２１の左右動の制振を行なう場合にも同様のものとなる。
【０００６】
前記スカイフックダンパ理論に基づく制御は、例えば図２１に示すスカイフックシステム６と、図２２に示すセミアクティブシステム８とを対比し、セミアクダンパ７の減衰力Ｆ1 （減衰係数）がスカイフックシステム６のスカイフックダンパ５の減衰力ＦS に近いもの（同等が望ましい）になるように次の演算を行い、セミアクダンパ７の減衰力（減衰係数）を調整する制御をいう。
ここで、スカイフックシステム６は、車体１と路面２〔車軸〕との間にばね定数がＫのばね３を介装し、車体１（ばね上）と空４との間に減衰係数がＣS のスカイフックダンパ５を介装して構成される。また、セミアクティブシステム８は、車体１（ばね上）と車軸〔路面２（ばね下）〕との間にばね３及び減衰係数可変型のセミアクティブショックアブソーバ（油圧ダンパ。以下、セミアクティブダンパという。）７〔減衰係数Ｃ1 〕を介装して構成される。
【０００７】
この場合、Ｓ′（Ｓ′−Ｘ）＞０〔Ｓ′：車体１の上下絶対速度、Ｘ：車軸（ばね下）の上下絶対速度〕
であるなら、Ｆ1 ＝−ＣS Ｓ′＝−Ｃ1 （Ｓ′−Ｘ）
〔Ｆ1 ：セミアクティブダンパ７の減衰力〕
すなわち、Ｃ1 ＝ＣS Ｓ′／（Ｓ′−Ｘ）となるようにセミアクティブダンパ７の減衰係数Ｃ1 を調整する。
【０００８】
また、Ｓ′（Ｓ′−Ｘ）＜０であるなら、Ｆ1 ＝０、すなわち、Ｃ1 ＝０となるようにセミアクティブダンパ７の減衰係数Ｃ1 を調整する。
【０００９】
ここで、スカイフックダンパ理論に基づく制御によりセミアクティブダンパ７が発生する減衰力、及び車体１の上下絶対速度等を示すと、例えば図２３のようになる。図２３中、Ｓ、Ｓ′、Ｂ、ＦS 及びＦ1 は次の内容を示す。
【００１０】
Ｓ ：車体１の上下絶対変位
Ｓ′：車体１の上下絶対速度
Ｂ ：セミアクティブダンパ７のピストン速度
ＦS ：スカイフックダンパ５の減衰力
Ｆ1 ：セミアクティブダンパ７の減衰力
【００１１】
また、図２３に示すように、セミアクティブダンパ７の発生する減衰力Ｆ1 は、概ねスカイフックシステム６のスカイフックダンパ５の減衰力ＦS を再現することになるが、スカイフックダンパ５の減衰力ＦS のうち斜線部ｄ〔ピストン速度Ｂの方向とスカイフックダンパ５の減衰力ＦS （上下絶対速度Ｓ′と１８０°異なる位相）の方向とが同じ方向（スカイフックダンパ５のスカイフック減衰力を再現できない方向。加振する方向）になっている部分（なお、時間で示せば時間Ｔの領域となる）〕では対応した大きさにはなっていない。これは、前記斜線部ｄでは、スカイフックダンパ５の減衰力ＦS は上向きの力（縮み減衰力）を要求しているのに対して、セミアクティブダンパ７は伸び行程にあり、縮み減衰力を発生できず（すなわち、セミアクティブダンパ７は、その伸縮に逆らう方向にしか減衰力を発生できず）、伸び側減衰力を最低値（０）に設定することにより起こるものである。
また、縮み側減衰力についても同様である。この場合、斜線部ｄに代る斜線部ｅでスカイフックダンパ５の減衰力ＦS を再現し得ないものになる。斜線部ｅに対応する時間も斜線部ｄの場合と同様に時間Ｔで示す。
【００１２】
そして、前記図２０に示す従来技術では、図２３の時間Ｔの時間領域（斜線部ｄ又は斜線部ｅに対応した部分）、すなわち、油圧ダンパ２８がスカイフック減衰力を再現できない方向に作動している場合に、上述したように給排油弁２９を作動して油圧ダンパ２８に対して給排油（図２３符号ｄ´及びｅ´で示す）を行なって、所望の制振力〔理想とするスカイフック減衰力〕が得られるようにしている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術は、セミアクティブサスペンション制御〔油圧ダンパ２８〕及びアクティブサスペンション制御（給排油弁２９）を組合せ、いわゆるハイブリッド型サスペンションを構成しており、エネルギー消費を抑えて所望の減衰力を発生することができ、便利なものとなっている。
しかしながら、上述した従来技術は、（１）アクティブシステムが高圧の油圧式であるため、機器（ポンプ、流量制御弁、アキュムレータ）が複雑であり、油圧機器の信頼性／耐久性の確保、性能維持、保守、油性状の管理、油圧配管を有することによる車両搭載性の悪さ等の問題点を有しており、その改善を図ることが望まれている。
【００１４】
また、上述した従来技術は、（２）セミアクティブダンパ７（油圧ダンパ２８）がスカイフック減衰力を再現できない方向に作動している場合、すなわちセミアクティブダンパ７（油圧ダンパ２８）の制御力がゼロとなっている時にのみ、アクティブサスペンション（給排油弁２９）が作動しており、セミアクティブダンパが制振側に働いており、ピストンの低速領域などで、油の圧縮性、取付ゴムブッシュの影響により、力不足等が発生する場合その補助は行なえない。
また、（３）油圧ダンパ２８（図２２ではセミアクティブダンパ７）がスカイフック減衰力を再現できない方向に作動している場合に生じ得る加振力〔必要とされる方向と逆方向の伸縮方向での動きに伴う力（後述する図９の加振力ｓ１２参照）〕をキャンセルすることができず、その分、スカイフック減衰力の再現性が低下する。
【００１５】
なお、上記問題点の改善を図るために、車体２５の振動抑制を電磁力ダンパのみを用いて行うことが考えられる。しかしながら、（４）電磁力ダンパのみで車体、特に鉄道車両のように重い車体の振動抑制を行なう場合、多大な電流が必要とされ、消費エネルギーが過大となる上、発熱量が増加することになる。また、（５）電磁力ダンパのみにより制振制御を行なう場合、ショート、断線などのフェイル時に対処することが難しくなる（フェイルセーフ性が悪くなる）。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、良好な制振効果を発揮できる車体振動抑制装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明に係る車体振動抑制装置は、鉄道車両の車体と台車との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車体と前記台車との間に介装された電磁力ダンパとを設け、該電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせる電磁力ダンパ作動制御部を設けたことを特徴とする。
請求項２記載の発明に係る車体振動抑制装置は、車両の車体側と車輪側との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車体側と車輪側との間に介装された電磁力ダンパとを別個に並列に設け、該電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせる電磁力ダンパ作動制御部を設けたことを特徴とする。
請求項３記載の発明に係る車体振動抑制装置は、連結された車両と車両との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車両と車両との間に介装された電磁力ダンパとを設け、該電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせる電磁力ダンパ作動制御部を設けたことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１から３までのいずれかに記載の構成において、前記油圧ダンパが車体を制振する方向で作用する場合は、電磁力ダンパが発生する力を小さく若しくはゼロとし、油圧ダンパが車体を加振する方向で作用する場合は、電磁力ダンパが発生する力を大きくして車体の振動を抑制することを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１から３までのいずれかに記載の構成において、スカイフックダンパ理論に基づいて定められるスカイフック減衰力から前記油圧ダンパが発生している力を減算して得られる差分力が発生するように電磁力ダンパを調整する電磁力演算部を設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１から５までのいずれかに記載の構成において、電磁力ダンパと該電磁力ダンパに電流を供給する電源とを接続する回路のフェイルが検出された場合、電磁力ダンパへの通電を停止させる電磁力ダンパ通電停止手段を備えたことを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記台車は、前記車体の前後側に夫々配置された第１、第２台車の２つの台車からなり、前記第１台車に対応して設けられる前記電磁力ダンパ及び前記油圧ダンパについて、前記第１台車の略中央部に設けた車体側取付部材を中心にして、前記車体の進行方向に対して左右方向の一方に前記電磁力ダンパが設けられ、他方に前記油圧ダンパが設けられ、前記第２台車に対応して設けられる前記電磁力ダンパ及び前記油圧ダンパについて、前記第２台車の略中央部に設けた車体側取付部材を中心にして、前記車体の進行方向に対して前記左右方向の一方に前記油圧ダンパが設けられ、他方に前記電磁力ダンパが設けられたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施の形態に係る車体振動抑制装置３０を図１ないし図７、図２０及び図２３に基づいて説明する。図１ないし図３において、鉄道車両２１は、レール２２に移動可能に載置される２台の台車２３，２３Ａ〔以下、図１左側（前方）の台車２３を第１台車２３、図１右側（後方）の台車２３Ａを第２台車２３Ａという。〕と、第１、第２台車２３，２３Ａに緩衝部材２４（図２０参照）を介して水平方向及び上下動可能に載置される車体２５とを備えている。
【００２０】
車体２５の下面部における第１台車２３の略中央部に対応した部分には車体側取付部材（以下、車体側前方取付部材という。）２６が固定されている。車体２５の下面部における第２台車２３Ａの略中央部に対応した部分には車体側取付部材２６（以下、車体側後方取付部材という。）２６Ａが固定されている。車体２５の第１台車２３及び第２台車２３Ａにそれぞれに対応した部分には左右方向の加速度を検出する加速度センサ（以下、便宜上、それぞれ、第１、第２加速度センサという。）３１，３１Ａが別個に設けられている。
【００２１】
車体側前方取付部材２６と第１台車２３の右側台車枠３２との間には、減衰力可変型の油圧ダンパ２８が介装されている。また、車体側前方取付部材２６と第１台車２３の左側台車枠３３との間には電磁力ダンパ３４が介装されている。この場合、油圧ダンパ２８と車体側前方取付部材２６との間、油圧ダンパ２８と右側台車枠３２との間には、図示しないピン付きのゴムブシュ構造が設けられており、車体２５と第１台車２３とはそれぞれ絶縁され、油圧ダンパ２８のこじれ又はねじれ等をゴムの変形で逃げるようにしている。また、同様に、電磁力ダンパ３４と車体側前方取付部材２６との間、電磁力ダンパ３４と右側台車枠３２との間には、図示しないピン付きのゴムブシュ構造が設けられており、車体２５と第１台車２３とはそれぞれ絶縁されており、電磁力ダンパ３４のこじれ又はねじれ等をゴムの変形で逃げるようにしている。油圧ダンパ２８及び電磁力ダンパ３４は、上述したように配置されることにより、第１台車２３と車体２５との間に並列に介装されたものになっている。そして、車体２５が図２上側（進行方向に対して右側）に動く（振動する）と、油圧ダンパ２８は縮み、電磁力ダンパ３４は伸びることとなる。
【００２２】
また、車体側後方取付部材２６Ａと第２台車２３Ａの左側台車枠３３Ａとの間には、減衰力可変型の油圧ダンパ２８Ａが介装されている。また、車体側後方取付部材２６Ａと第２台車２３Ａの右側台車枠３２Ａとの間には電磁力ダンパ３４Ａが介装されている。油圧ダンパ２８Ａ及び電磁力ダンパ３４Ａは、上述したように配置されることにより、第２台車２３Ａと車体２５との間に並列に介装されたものになっている。
図３に示されるように、第１台車２３の油圧ダンパ２８及び電磁力ダンパ３４の配列関係は、第２台車２３Ａの油圧ダンパ２８Ａ及び電磁力ダンパ３４Ａの配列関係と左右反対となっている。
【００２３】
第２台車２３Ａの油圧ダンパ２８Ａは、第１台車２３の油圧ダンパ２８と同等特性を有している。又、第２台車２３Ａの電磁力ダンパ３４Ａは、第１台車２３の電磁力ダンパ３４と同等特性を有している。
以下、便宜上、第１、第２台車２３，２３Ａ、油圧ダンパ２８，２８Ａ及び電磁力ダンパ３４，３４Ａを含め、第１、第２台車２３，２３Ａで共通的に設けられる部材については、適宜、第１台車２３側の部材で代表させて、重複した記載は行なわずに説明する。これと同様に、後述する他の実施の形態についても、適宜、重複した記載を避けて説明する。
【００２４】
油圧ダンパ２８は、図４の指示電流―減衰力特性及び図５のピストン速度―減衰力特性を有しており、いわゆる減衰力伸縮反転型とされている。すなわち、指示電流値をＩ１〜Ｉ２（Ｉ１＞Ｉ２）とすることで伸び側の減衰力が大きい範囲で可変とする一方、縮み側減衰力を小さくする（なお、ゼロとしてもよい。）ようにしている。さらに、指示電流値をＩ２〜Ｉ３（Ｉ２＞Ｉ３）とすることで縮み側の減衰力が大きい範囲で可変とする一方、伸び側減衰力を小さくする（なお、ゼロとしてもよい。）ようにしている。そして、この油圧ダンパ２８は、上述した減衰力特性を有することから、伸び側の減衰力又は縮み側の減衰力を小さな値（又は値ゼロ）に固定することができるものになっている。
油圧ダンパ２８（２８Ａ）の基本的な構成については、便宜上、後述する第４実施の形態（図１４及び図１５参照）で説明する。
【００２５】
電磁力ダンパ３４は、図６に示すように、指示電流値に応じて伸び側の力、縮み側の力を任意に発生できるようになっている。
油圧ダンパ２８のアクチュエータ２８ａには電流調整部４０を介して電源４１が接続されており油圧ダンパ２８のアクチュエータ２８ａへの電流（指示電流）を調整し得るようにしている。又、同様に電磁力ダンパ３４には電流調整部４２を介して電源４１が接続されており電磁力ダンパ３４への電流（指示電流）を調整し得るようにしている。また、電磁力ダンパ３４及び電源４１を接続する回路４３には、この回路４３のショート、断線などのフェイルを検出するフェイル検出手段４４が設けられている。
電磁力ダンパ３４（３４Ａ）の基本的な構成については、便宜上、後述する第４実施の形態（図１３参照）で説明する。また、電磁力ダンパ３４（３４Ａ）には、ストロークセンサが備えられており、コイルに対する磁石の相対位置（又は磁石に対するコイルの相対位置）を検出するようにしている。なお、このストロークセンサについては、便宜上、後述する第４実施の形態（図１２参照）で説明する。
【００２６】
前記第１、第２加速度センサ３１，３１Ａ、油圧ダンパ２８，２８Ａ用の電流調整部４０、電磁力ダンパ３４，３４Ａ用の電流調整部４１、フェイル検出手段４４及び電源４１にはコントローラ４５が接続されており、第１、第２加速度センサ３１，３１Ａのセンサ信号などに応じて、スカイフック演算等を含む図７の演算処理を行なって制振制御を行なうようにしている。
【００２７】
このように構成された車体振動抑制装置３０の作用を、コントローラ４５の演算内容と共に、図７に基づいて以下に説明する。
コントローラ４５は電源４１が投入されると、演算を開始し(ステップｆ１)、初期設定を行なう(ステップｆ２)。次に、制御周期が経過したか否かを判定する(ステップｆ３)。制御周期が経過していない場合はステップｆ３でＮｏと判定し、上流に戻り再度ステップｆ３の判定を行なう。
ステップｆ３の判定において、Ｙｅｓ（制御周期が経過した）と判定すると、前制御周期における演算結果に基づく指示電流の出力などの出力処理(ステップｆ４)、第１加速度センサ３１のセンサ信号（実際には、第２加速度センサ３１Ａのセンサ信号も入力するが、上述したように、便宜上、第１台車２３側のみを対象にして説明する。）等の入力(ステップｆ５)を順次、実施する。
【００２８】
ステップｆ５に続いて、第１加速度センサ３１のセンサ信号に基づいて左右方向の絶対速度を演算しスカイフック減衰力を求める等のスカイフック演算を行なう(ステップｆ６)。ステップｆ６で求めたスカイフック減衰力に基づいて、油圧ダンパ２８の目標減衰力を決定する(ステップｆ７)。ステップｆ７に続いて、油圧ダンパ２８は、加振作用（図２３の時間Ｔの領域）を発揮するか否〔制振作用を発揮する〕かの判定を行なう(ステップｆ８)。
【００２９】
ステップｆ８でＹｅｓ（加振作用を発揮する）と判定すると、電磁力ダンパ３４がスカイフック減衰力を発揮するように電磁力ダンパ３４に指示電流を供給し（電磁力ダンパ３４にスカイフック減衰力を設定し）〔ステップｆ９〕、ステップｆ３に戻る。
また、ステップｆ８でＮｏ（制振作用を発揮する）と判定すると、電磁力ダンパ３４への通電を停止し（電磁力ダンパ３４を開放し）〔ステップｆ１０〕、ステップｆ３に戻る。
【００３０】
また、回路４３にフェイルが発生した場合には、このフェイルをフェイル検出手段４４が検出し、ステップｆ１０と同様に電磁力ダンパ３４への通電が停止され、油圧ダンパ２８による単独制御に切り替えられる。なお、回路４３にフェイルが検出された場合には、自動復旧又は修理などにより回路４３が正常な状態になったことが確認されるまで電磁力ダンパ３４への通電停止が継続される。
【００３１】
この車体振動抑制装置３０では、油圧ダンパ２８が加振作用をするとき、即ち、油圧ダンパ２８ではスカイフック減衰力を発生できないときに、この発生できないスカイフック減衰力を電磁力ダンパ３４が分担して補い、油圧ダンパ２８の制振作用時のスカイフック減衰力と合わせて理想的なスカイフック減衰力を確保するようにしている。
そして、上述したように理想的なスカイフック減衰力を確保する上で、電磁力ダンパ３４がその一部を分担するので、その分、油圧ダンパ２８の負担が減ることになる。このため、油圧ダンパ２８に用いられるポンプ等の部材及び給排油系統を小型軽量にでき、ひいては装置全体の小型軽量化及び鉄道車両２１への搭載性の向上を図ることができる。また、各部材及び及び給排油系統を小型化できることから保守し易くなる。また、小型化に伴い使用する油量が少なくなり管理し易くなる。
【００３２】
油圧ダンパ２８が加振作用を発揮する場合には、電磁力ダンパ３４がスカイフック減衰力を発揮するように制御され〔ステップｆ９〕、スカイフックダンパ理論に基づくスカイフック減衰力を、油圧ダンパ２８が加振作用をする領域をも含む広範囲にわたって発揮するので、制振性ひいては乗り心地の向上を図ることができる。
【００３３】
また、電磁力ダンパ３４は、油圧ダンパ２８が加振作用を発揮する場合にのみ作動され、油圧ダンパ２８が制振作用を発揮する場合には、通電が停止される（開放される）。このため、消費エネルギーは少なくて済む上、発熱量を抑制できる。
また、前記回路４３にフェイルが発生した場合は、電磁力ダンパ３４への通電が停止され、電磁力ダンパ３４の予想外の挙動を回避することができると共に、油圧ダンパ２８が制振制御を行うので、制振制御の停止を招くことがなく、良好なフェイルセーフ性を確保できる。
【００３４】
また、第１台車２３の油圧ダンパ２８は、車体２５の前方において車体２５の右側に配置され、第２台車２３Ａの油圧ダンパ２８Ａは、車体２５の後方において車体２５の左側に配置されており、油圧ダンパ２８，２８Ａを車体２５の左右同一側に配置させていない。このため、第１台車２３の電磁力ダンパ３４の回路４３及び第２台車２３Ａの電磁力ダンパ３４の回路４３にフェイルが同時に発生して、上述したように、両電磁力ダンパ３４，３４Ａが開放されて、第１台車２３の油圧ダンパ２８及び第２台車２３Ａの油圧ダンパ２８Ａが作動する場合、車体２５の左右側でバランスよく制振制御されるので、良好な走行安定性を確保することができる。
【００３５】
次に、本発明の第２実施の形態に係る車体振動抑制装置を図８のフローチャート及び図９の波形図に基づいて説明する。
この第２実施の形態は、図８に示すように、ステップｆ１〜ｆ７までの処理は前記第１実施の形態（図７）と同等である。そして、ステップｆ７に続いて、スカイフックダンパ理論に基づいて定められるスカイフック減衰力（目標となるスカイフック減衰力）から前記油圧ダンパ２８が発生している力（油圧ダンパ力）を減算して〔（スカイフック減衰力）−（油圧ダンパ力）〕、この減算により得られる力（差分力）が発生するように電磁力ダンパ３４を調整し(ステップｆ１１)、ステップｆ３に戻る。本実施の形態では、ステップｆ１１が電磁力演算部を構成している。
【００３６】
この場合、油圧ダンパ力では、目標減衰力、図示しない油圧ダンパ速度検出器（ピストン速度検出器）の検出値に基づいて推定される推定減衰力、ダンパ力センサ値、又は油圧ダンパ２８のシリンダ圧力からの換算により得られる減衰力値を用いるようにする。
【００３７】
この第２実施の形態に係る車体振動抑制装置の作用を図９に基づいて説明する。図９に示すように、レール２２が左右方向に変位（変位ｓ１で示す）すると、車体２５はｓ３に示すように変位する。この時、油圧ダンパ２８はｓ２に示すように変位する。
また、車体２５の左右速度、油圧ダンパ２８のシリンダとピストンの相対速度はそれぞれ、ｓ５及びｓ４に示すようになる。スカイフック減衰力は、車体２５の左右速度ｓ５と位相が１８０°ずれて、大きさがこれに比例するものであるから、ｓ６で示されるようになる。
【００３８】
また、油圧ダンパ２８の油圧ダンパ力はｓ７に示すようになり、油圧ダンパ２８が制振力を発生する（制振側に働く）場合は、スカイフック減衰力ｓ６と同等の大きさの値ｓ１１となる。また、油圧ダンパ２８が加振力を発生する（加振側に働く）場合は、減衰力を小さい値（以下、加振力という。）ｓ１２として振動伝達を最小に抑えている。言い換えると、値ｓ１２を示す領域（前記図２３の時間Ｔの領域に相当する。）では、油圧ダンパ２８はスカイフック減衰力ｓ６を再現（模擬）できていない。
【００３９】
一方、この第２実施の形態の電磁力ダンパ３４が発生する力はｓ１０に示すものになる。なお、前記第１実施の形態（図７のフローチャート）における電磁力ダンパ３４の発生力（制御力）はｓ９に示すものになる。この制御力ｓ９は、加振力ｓ１２をキャンセルできないため、スカイフック減衰力ｓ６に比して歪５０を発生することになる。このため、第１実施の形態の油圧ダンパ２８の減衰力と電磁力ダンパ３４の制御力ｓ９の合力を求めると、スカイフック減衰力ｓ６に対して歪５０を有する波形の制御力（以下、第１実施形態制御力という。）ｓ１３となる。
【００４０】
なお、この第１実施形態制御力ｓ１３は、歪５０を有しているものの、上述したように、油圧ダンパ２８が加振作用を発揮する場合には電磁力ダンパ３４が分担して補うようにして得られるものであることから、油圧ダンパ２８のみにより得られる油圧ダンパ力ｓ７と異なり、制御できない領域（図２３の時間Ｔの領域）がなくなり、その分、上述したようにスカイフック減衰力の再現をより近い形で果たすことができる。
【００４１】
また、この第２実施の形態の電磁力ダンパ３４の発生力（制御力）ｓ１０は、スカイフック減衰力ｓ６から油圧ダンパ力はｓ７を減算する（ｓ６−ｓ７）ことにより得られるものであり、加振力ｓ１２が考慮されているので、油圧ダンパ２８の減衰力と電磁力ダンパ３４の発生力ｓ１０の合力を求めると、スカイフック減衰力ｓ６と同等の波形の制御力（以下、第２実施形態制御力という。）ｓ１４となる。第２実施形態制御力ｓ１４を第１実施形態制御力ｓ１３と比較して明らかなように、この第２実施の形態によれば、スカイフック減衰力ｓ６を、より精度高く再現（模擬）できることになる。
【００４２】
次に、本発明の第３実施の形態に係る車体振動抑制装置３０を図１０のフローチャート及び図１１の波形図に基づいて説明する。
この第３実施の形態は、図１０に示すように、ステップｆ１〜ｆ５までの処理は、前記第１、第２実施の形態と同等である。そして、ステップｆ５に続いて、図示しない車速センサが検出する車速Ｋが油圧ダンパ２８による制御（セミアクティブ制御）を必要とする車速（セミアクティブイネーブル車速Ｋ１）以上であるか否か〔Ｋ≧Ｋ１？〕を判定する(ステップｆ１２)。
【００４３】
ステップｆ１２でＮｏ（Ｋ＜Ｋ１。セミアクティブイネーブル車速Ｋ１未満である）と判定すると、油圧ダンパ２８の減衰力を固定する(ステップｆ１４)と共に、電磁力ダンパ３４を開放し消費エネルギーの低減を図り、発熱しやすい電磁力ダンパ３４の放熱を行なって冷却させ (ステップｆ１５)、ステップｆ３に戻る。
【００４４】
ステップｆ１２でＹｅｓ（Ｋ≧Ｋ１。セミアクティブイネーブル車速Ｋ１以上である）と判定すると、車速が電磁力ダンパ２８による制御（アクティブ制御）を必要とする車速（アクティブイネーブル車速Ｋ２）以上であるか否か〔Ｋ≧Ｋ２？〕を判定する(ステップｆ１３)。
ステップｆ１３でＮｏ（Ｋ＜Ｋ２。アクティブイネーブル車速Ｋ２未満である）と判定すると、スカイフック演算を行ない(ステップｆ１６)、油圧ダンパ２８の目標減衰力を求める演算（セミアクティブ制御演算）を行ない(ステップｆ１７)、さらに、この車速において、電磁力ダンパ３４を開放して油圧ダンパ２８のみによる車体２５の制振を行ない(ステップｆ１８)、ステップｆ３に戻る。なお、上述したステップｆ１８による車体２５の制振の際には、電磁力ダンパ３４は開放され放熱（冷却）状態となる。
【００４５】
ステップｆ１３でＹｅｓ（Ｋ≧Ｋ２）と判定する、即ち、アクティブ制御が必要であると判定した場合、スカイフック演算を行ない(ステップｆ１９)、油圧ダンパ２８の目標減衰力を求める演算（セミアクティブ制御演算）を行ない(ステップｆ２０)、さらにステップｆ２０に続いて、スカイフックダンパ理論に基づいて定められるスカイフック減衰力（目標となるスカイフック減衰力）から前記油圧ダンパ２８が発生している力（油圧ダンパ力）を減算して〔（スカイフック減衰力）−（油圧ダンパ力）〕、この減算により得られる力（差分力）が発生するように電磁力ダンパ３４を調整し(ステップｆ２１)、ステップｆ３に戻る。本実施の形態では、ステップｆ２１が電磁力演算部を構成している。
本実施の形態では、上述したようにステップｆ１２及びステップｆ１３の判定により、電磁力ダンパ３４の作動を低車速域（車速ｋ１未満又は車速Ｋ２未満）では行なわず(ステップｆ１５、ステップｆ１８)、高車速域（車速Ｋ２を超える車速領域）でのみ行なう (ステップｆ２０)ようにしており、ステップｆ１２，ｆ１３，ｆ１５，ｆ１８，ｆ２０が電磁力ダンパ作動制御部を構成している。
【００４６】
この第３実施の形態に係る車体振動抑制装置の作用を、図１１に基づいて説明する。
鉄道車両２１の車速Ｋがセミアクティブイネーブル車速Ｋ１より低い時間Ｔａまでは、油圧ダンパ２８及び電磁力ダンパ３４は共に作動しておらず、この車体振動抑制装置３０はパッシブダンパの状態にある。車速Ｋが上昇し、時間Ｔａにセミアクティブイネーブル車速Ｋ１を超えると油圧ダンパ２８は、セミアク制御オンとなり、積極的に車体２５の振動を低減させ始める。しかし、車速Ｋがセミアクティブイネーブル車速Ｋ１を超えた程度の車速領域（アクティブイネーブル車速Ｋ２に達していない車速領域）ではアクティブ制御までは必要でなく電磁力ダンパ３４は開放状態とされ、放熱（冷却）状態にある。
【００４７】
さらに、車速Ｋが上昇し、時間Ｔｂにアクティブイネーブル車速Ｋ２を超えると油圧ダンパ２８は、アクティブ制御が必要となり、電磁力ダンパ３４も制御がオンとなり、装置全体としてはアクティブサスペンション制御となる。
また、走行中も、時間Ｔｃ〜Ｔｄの時間領域に示すように車速Ｋが低下してＫ１〜Ｋ２の車速領域（Ｋ１＜Ｋ＜Ｋ２）になると、電磁力ダンパ３４は開放され、放熱（冷却）状態になる。
一般に鉄道車両では、低車速に比して高車速の方が振動しやすいが、本実施の形態では、電磁力ダンパ３４の作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせるため、振動の発生に対して電磁力ダンパ３４を使用する機会が多くなり、その分、電磁力ダンパ３４の有効利用を図ることができる。
【００４８】
また、低車速域においては、電磁力ダンパ３４への通電は停止されるので、消費エネルギーの低減及び電磁力ダンパ３４の冷却を効率的に行うことができる。また、この実施の形態においても、フェイル検出手段４４が回路４３のフェイルを検出した場合、電磁力ダンパ３４への通電を停止して、車体２５の振動の制振を油圧ダンパ２８で行なうようにしている。フェイル発生時には、電磁力ダンパ３４を停止して油圧ダンパ２８に制振作用を発揮させるので、フェイルセーフ性の向上を図ることができる。
【００４９】
次に、本発明の第４実施の形態に係る車体振動抑制装置を図１２〜図１９に基づいて説明する。なお、図１〜図１１に示す部材、部分と同等の部材、部分は同一の符号を用い、その説明は、適宜省略する。
この第４実施の形態では、前記第１実施の形態に比して、図７に示す演算制御を行うコントローラ４５(図１)に代えて、図１２に示すように、後述する図１９に示す演算制御を行うコントローラ４５Ａを設けたこと、減衰力―ストローク速度特性が前記第１実施の形態のものと異なる油圧ダンパ２８（２８Ａ）〔減衰力―ストローク速度特性が異なるが、便宜上、第１実施の形態と同一の符号で示す。〕を設けたこと、及びコントローラ４５Ａに車両の現在位置を示す地点情報Ｄ１、現在時刻を示す時刻情報Ｄ２が入力されること、車速センサ６１を設けたことが大きく異なっている。
この第４実施の形態では、車体振動抑制装置が新幹線車両に用いられる場合を例にする。
【００５０】
電磁力ダンパ３４（３４Ａ）及び油圧ダンパ２８（２８Ａ）は、前記第１実施の形態で用いたものと同等のものが用いられている。ここで、それぞれの基本的な構成について説明する。
電磁力ダンパ３４（３４Ａ）は、略有底の二重筒状の基準ヨーク１０１を有している。この基準ヨーク１０１は、一端側に底部１０３を有する大径の外側ヨーク１０４と、この外側ヨーク１０４の一端側の底部１０３に形成された孔１０２の縁部から立上るようにして外側ヨーク１０４と一体的に設けられた筒状のセンターヨーク１０５とから大略構成されている。センターヨーク１０５は、外側ヨーク１０４の軸方向に沿って延び、先端側（図１３右側）が後述するボビン１０６の底部１１５に臨んでいる。
【００５１】
外側ヨーク１０４は、底部１０３を介してセンターヨーク１０５に連接する外側ヨーク本体１０８と、外側ヨーク本体１０８の先端部に嵌合して外側ヨーク本体１０８と一体化された筒状の外側ヨーク補助部１０９とから大略構成されている。外側ヨーク本体１０８及び外側ヨーク補助部１０９は略同等長さに設定されており、両者の嵌合部１０が外側ヨーク１０４の略中心位置になるようにしている。
【００５２】
外側ヨーク補助部１０９の嵌合部１０の内側及び外側ヨーク補助部１０９の先端部（図１３右側）の内側には、それぞれ、ボビン本体１１３（後述する）の外周部に摺動するドライメタル１１１が設けられている。ドライメタル１１１は、ボビン本体１１３に対してかじりやこじりを起こすことなく低摩擦で摺動することを可能とする特性を有している。ドライメタル１１１の外気側には塵埃の内部への侵入防止のために図示しないシール部材が設けられている。外側ヨーク１０４とセンターヨーク１０５との間には、前記ボビン１０６が挿入されている。ボビン１０６は、円板状の底部１１５と、底部１１５を嵌合するようにしてこの底部１１５から直立して設けられた筒状の前記ボビン本体１１３とから大略構成されている。
【００５３】
ボビン本体１１３の内周側には、先端部（図１３中左側）からボビン本体１１３の略中央部分までの範囲にわたって、略円筒状に形成されたコイル１２２が設けられている。コイル１２２は、Ｙ結線されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相のコイル群からなり、電流調整部〔電磁力ダンパドライバ〕４２（４２Ａ）を介してコントローラ４５Ａに接続されている。一方、センターヨーク１０５の外周部には、複数個のリング状の永久磁石１２４が、コイル１２２との間にギャップ（符号省略）を形成させた状態で、センターヨーク１０５の基端部の近傍部分（図１３中左側）から先端部（図１３中右側）までの範囲にわたって設けられている。そして、複数個の永久磁石１２４は、図１３に示すように、外周側（コイル１２２側）の磁極が、軸方向に交互に異なる（Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、 … ）ように、予め着磁されている。
【００５４】
この構成の電磁力ダンパ３４（３４Ａ）は、大略、永久磁石１２４とコイル１２２との間にギャップを形成した状態で、基準ヨーク１０１の外側ヨーク１０４とセンターヨーク１０５との間の環状空間部に、ボビン１０６の筒状のボビン本体１１３が挿入され、ボビン１０６がドライメタル１１１を介して外側ヨーク１０４に摺動可能とされており、基準ヨーク１０１に対し相対伸縮可能になっている。
【００５５】
ボビン１０６（永久磁石１２４）が、基準ヨーク１０１（コイル１２２）に対してストロークすれば、フレミング右手則によりコイル１２２には起電力が発生する。すなわち、電磁力ダンパ３４（３４Ａ）は、発電機として動作し、コイル１２２の端子端を抵抗などのエネルギー消費部材を介して接続すれば、コイル１２２ひいてはエネルギー消費部材に電流が流れ、前記ボビン１０６（永久磁石１２４）及び基準ヨーク１０１（コイル１２２）の相対変位エネルギーが消費される。この結果、この電磁力ダンパ３４（３４Ａ）は、ストローク速度に応じた減衰力を発生することになる。
【００５６】
また、コイル１２２と永久磁石１２４との相対的な位置関係（電気角）をストロークセンサ６０（６０Ａ）により求めることが可能である。そして、この相対的な位置関係（電気角）に応じて、コイル１２２に電流を流せば、この電磁力ダンパ３４（３４Ａ）はモータ（アクチュエータ）〔３相同期モータ〕として機能し、コイル１２２への通電により前記永久磁石１２４との間に生じる電磁力によって推進力を得ることになる。
【００５７】
第４実施の形態の油圧ダンパ２８は、図１４及び図１５に示すように、シリンダボア２０１及びリザーバ室２０２を有し両端側が閉塞された略筒状のダンパ本体２０３と、シリンダボア２０１及びリザーバ室２０２に連通してダンパ本体２０３に設けられる流路調整機構２０４とから大略構成されている。ダンパ本体２０３は、シリンダボア２０１内に摺動可能に収納されて、シリンダボア２０１を第１、第２室２０５，２０６に画成するピストン２０７と、一端側がピストン２０７に連結されたピストンロッド２０８とを有している。ピストンロッド２０８の他端側は、ダンパ本体２０３の一端部（図１４左側）に形成した孔（符号省略）をシール状態で挿通されて外部に突出されている。ピストンロッド２０８が車体側前方取付部材２６（車体２５側）に取付けられ、ダンパ本体２０３が第１台車２３の右側台車枠３２に取付けられている。この取付け関係は反対にしてもよい。前記ピストン２０７及びピストンロッド２０８については、断面積の比が２：１になるように径寸法が定められている。
【００５８】
リザーバ室２０２は、シリンダボア２０１に沿うようにして、ダンパ本体２０３の一端部から他端部（以下、底板という。）２１０まで延びて形成されている。ダンパ本体２０３の底板２１０には、一端部がリザーバ室２０２に連通し、他端部がダンパ本体２０３の外部に開口する通路（底板通路）２１５が形成されている。底板２１０には、底板通路２１５と第２室２０６を連通する孔２１６が形成され、この孔２１６に対面するようにして第２室２０６側には、逆止弁（底板逆止弁）２１７が設けられている。ピストン２０７には第１、第２室２０５，２０６を連通する孔２１８が形成され、この孔２１８に対面するようにして第１室２０５側には、逆止弁（ピストン逆止弁）２１９が設けられている。
【００５９】
流路調整機構２０４は、第１室２０５及び底板通路２１５に連通するように設けられたリリーフ弁機構２３０と、このリリーフ弁機構２３０に並列するように設けられたオリフィス機構２３１とを備えている。リリーフ弁機構２３０は、直列に接続された伸び行程用リリーフ弁２３２及び縮み行程用リリーフ弁２３３から大略構成されている。伸び行程用リリーフ弁２３２及び縮み行程用リリーフ弁２３３は、油圧がある一定の圧力（リリーフ圧力）に達すると開弁するようになっており、減衰力の上がり過ぎを防ぐ。オリフィス機構２３１は、直列に接続された伸び行程用可変オリフィス２３４及び縮み行程用可変オリフィス２３５から大略構成されている。伸び行程用、縮み行程用リリーフ弁２３２，２３３の接続部（符号省略）と伸び行程用、縮み行程用可変オリフィス２３４，２３５の接続部（符号省略）とは連通され、両接続部はさらに連通路２３６を介して第２室２０６に連通されている。
【００６０】
第４実施の形態の油圧ダンパ２８は、伸び行程時には、図１４に示すようにピストン逆止弁２１９が閉弁し、第１室２０５の油圧が上昇する（第１室２０５が圧力室となる）。すると、伸び行程用可変オリフィス２３４と伸び行程用リリーフ弁２３２に作動油が流れ、減衰力が発生する。このとき、伸び行程用可変オリフィス２３４の絞りを変えると減衰力を任意に変更できる。なお、作動油は第２室２０６に供給されると共に、ピストン２０７及びピストンロッド２０８の体積分の作動油がリザーバ室２０２から第２室２０６に供給され、次の行程に備える。
【００６１】
また、縮み行程時には、図１５に示すように底板逆止弁２１７が閉弁すると共にピストン逆止弁２１９が開弁し、第２室２０６の油圧が上昇する（第２室２０６が圧力室となる）。すると、縮み行程用可変オリフィス２３５と縮み行程用リリーフ弁２３３に作動油が流れ、減衰力が発生する。このとき、縮み行程用可変オリフィス２３５の絞りを変えると減衰力を任意に変更できる。なお、作動油はリザーバ室２０２に戻され、次の行程に備える。
【００６２】
ピストン２０７及びピストンロッド２０８については、断面積の比が２：１になるように設定されているので、ピストンロッド２０８、ピストン２０７の伸縮による可変オリフィス（伸び行程用、縮み行程用可変オリフィス２３４，２３５）への作動油の通過流量及びリリーフ弁（伸び行程用、縮み行程用リリーフ弁２３２，２３３）への作動油の通過流量が同等になる。このため、伸び行程及び縮み行程とも同等の減衰力特性を得ることができる。
【００６３】
第４実施の形態の油圧ダンパ２８は、図１６に示す減衰力―ストローク特性を有しており、縮み側減衰力を制御している場合は、伸び側減衰力が最低（アンロード）となり、一方、伸び側減衰力を制御している場合は縮み側減衰力が最低（アンロード）となる減衰力反転式とされている。このため、例えば、縮み側減衰力を縮み行程用可変オリフィス２３５によって可変制御している場合は、伸び行程用可変オリフィス２３４は絞りを常に最大〔絞り径を最大とし、絞りが開放された状態〕とし、伸び側減衰力をアンロード状態とするように制御される。
【００６４】
上述した可変オリフィス（伸び行程用、縮み行程用可変オリフィス２３４，２３５）の絞り調整については、比例ソレノイドを用いて行うことが可能であり、このように構成することにより減衰力を連続的に可変制御することができるようになる。なお、減衰力を連続的に可変制御する必要がなければ，可変オリフィス（伸び行程用、縮み行程用可変オリフィス２３４，２３５）を多段の電磁弁（オン／オフ弁）等に置き換えて、減衰力を多段切換することができる。
【００６５】
この第４実施の形態では、上述したように車体振動抑制装置が新幹線車両に用いられるが、その新幹線車両における車速と車体の左右振動レベルとの関係を図示すると、例えば、図１７に示すようになる。すなわち、車速がおよそ200Km/hまでは車体の左右振動レベルは車速に比例して略直線的に増加し、200Km/hを超える車速では、車体の左右振動レベルが急激に増加する特性を有する。
【００６６】
この第４実施の形態では、電磁力ダンパのみでの振動抑制に伴う消費エネルギーの過大及び発熱量の増加を回避するため、後述するように車速などに応じて、油圧ダンパのみでの振動抑制と、電磁力ダンパ及び油圧ダンパを共に用いる振動制御（便宜上、両ダンパ併用制御という。）とを選択的に実行するようにしている。そして、油圧ダンパのみでの振動抑制及び両ダンパ併用制御による車体の左右振動加速度（車体共振周波数付近の）の低減度合いは、図１９に示すようになる。すなわち、上述したように車速が200Km/hを超えると、車体の左右振動レベルが急激に増加するが、前記車速が200Km/hを超える範囲では、油圧ダンパのみでの振動抑制及び両ダンパ併用制御のいずれの振動制御の場合も、左右振動加速度の低減度合い、ひいては制御効果が大きい。この場合、油圧ダンパのみでの振動抑制及び両ダンパ併用制御について比較すると、両ダンパ併用制御の方が車速の大きさによらず制御効果が大きく、両者に差があるものになっている。特に、車速が大きい領域で、両者（両ダンパ併用制御による左右振動の低減度合い、油圧ダンパのみでの振動抑制による左右振動の低減度合い）の差がより顕著になる。
【００６７】
一方、車速が200Km/h以下では、両者（両ダンパ併用制御による左右振動の低減度合い、油圧ダンパのみでの振動抑制による左右振動の低減度合い）の差は小さい。これは、車速が200Km/h以下では、図１７に示されるように車体の左右振動レベルがあまり大きくないために、制御効果に差が出にくいためである。
【００６８】
また、電磁力ダンパ３４は、連続して大きな力を出していると、コイルが過熱しやすいという課題がある。このため、コイルの熱を放熱しやすい構造にする必要がある。しかし、スペース上の制約がある等のことから、ヒートシンク等を設けにくく、放熱性を大きくすることが難しい。また、制御効果を得るために大きな力を出していると、消費電力も増大してしまうという課題がある。
【００６９】
本実施の形態では、電磁力ダンパ３４が有する上記課題を解決するように、上述したように、車速などに応じて、油圧ダンパのみでの振動抑制と、両ダンパ併用制御とを選択的に実行するようにしている。
ここで、本実施の形態のコントローラ４５Ａの制御内容を図１９に基づいて説明する。この説明に合わせて、油圧ダンパのみでの振動抑制又は両ダンパ併用制御の選択の判定条件を説明する。
【００７０】
コントローラ４５Ａは、図１９に示すように、所定のサンプリング周期（本実施の形態では１０ｍｓ）毎に処理を行ない、まず、車速センサ６１からの車両速度情報（車速）を取り込み(ステップｆ３１)、これに続いて、地点情報Ｄ１の取り込み(ステップｆ３２)、現在時刻情報Ｄ２の取り込み(ステップｆ３３)を順次行なう。
ステップｆ３３に続いて、車速が200Km/h以上か否かを判定する(ステップｆ３４)。車速が200Km/h以上である（Ｙｅｓ）と判定すると、両ダンパ併用制御を選択して実行する(ステップｆ３５)。
【００７１】
車速が200Km/h未満である（Ｎｏ）と判定すると、駅に停車中であるか否かを車速センサ６１の検出値がゼロ（０）であるか否かにより判定する(ステップｆ３６)。なお、駅等に停車している場合、後続車両の通過待ちや、対向する車両とのすれ違い等が起こる場合がある。この際、停車している車両と通過車両、あるいはすれ違い車両とは、速度差が大きいため、停車している車両には大きな左右振動が発生することが知られている。従って、駅等に車両が停車している場合（車速が０の場合）、両ダンパ併用制御を用いた方が左右振動の抑制に有効なものとなる。
車両の停車に対して上記事情があることに基づき、ステップｆ３６の判定を行ない、このステップｆ３６で、停車中（例えば駅に停車中）である（Ｙｅｓ）と、判定すると、ステップｆ３５に進んで両ダンパ併用制御〔油圧ダンパ＋電磁力ダンパで左右振動を制御〕を選択して実行する。
【００７２】
また、ステップｆ３６で駅に停車中でない（Ｎｏ）と判定すると、地点情報Ｄ１に基づいて、車両がポイントを通過するタイミングであるか否かを判定する(ステップｆ３７)。駅構内へ車両が進入する場合、車速が小さくてもポイントの通過を伴うと大きな左右振動を生じる。ポイントの通過と左右振動の発生には上記対応関係があることに基づき、上記ステップｆ３７の判定を行なう。そして、このステップｆ３７で、ポイント通過タイミングである（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップｆ３５に進んで両ダンパ併用制御を選択して実行する。
【００７３】
また、ステップｆ３７でポイント通過タイミングでない（Ｎｏ）と判定すると、地点情報Ｄ１に基づいて、車両がトンネルを通過するタイミングであるか否かを判定する(ステップｆ３８)。車両がトンネルを通過する際も、車両には大きな左右振動が生じることが知られている。トンネルの通過と左右振動の発生には上記対応関係があることに基づき、上記ステップｆ３８の判定を行なう。そして、このステップｆ３８で、トンネル通過タイミングである（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップｆ３５に進んで両ダンパ併用制御を選択して実行する。
【００７４】
また、ステップｆ３８でトンネル通過タイミングでない（Ｎｏ）と判定すると、地点情報Ｄ１及び現在時刻情報Ｄ２に基づいて、車両がすれ違いであるか否かを判定する(ステップｆ３９)。車両がすれ違う場合、たとえ車両が200Km/h以下で走行していても、車両には大きな左右振動が生じることが知られている。車両のすれ違いと左右振動の発生には上記対応関係があることに基づき、上記ステップｆ３９の判定を行なう。そして、このステップｆ３９で、車両すれ違いタイミングである（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップｆ３５に進んで両ダンパ併用制御を選択して実行する。また、ステップｆ３９で車両すれ違いタイミングでない（Ｎｏ）と判定すると、油圧ダンパのみでの振動抑制〔油圧ダンパのみで左右振動を制御〕を実行する(ステップｆ４０)。
【００７５】
この第４実施の形態では、車両に大きな左右振動が生じると予想されるような場合には、両ダンパ併用制御(ステップｆ３５)を実行して、左右振動を確実に抑制する。また、車両に大きな左右振動が発生する虞が少ないときは、油圧ダンパのみでの振動抑制を実行する(ステップｆ４０)。このため、発生する左右振動の大きさに適切に対処した振動制御を行うことができる。また、上述した制御を行うことにより、電磁力ダンパ３４，３４Ａの作動は、車両に大きな左右振動が発生する虞が少ないとき（例えば低車速域での走行時）には行なわれず、車両に大きな左右振動が生じると予想されるような場合（例えば高車速域での走行時）にのみ行なわれるので、振動抑制を電磁力ダンパ３４，３４Ａを常に用いて行なう場合に比して、消費エネルギーが少なくて済む上、発熱量を抑制できる。また、低車速に比して振動しやすい高車速時に電磁力ダンパを使用する機会が多くなり、その分、電磁力ダンパ３４，３４Ａの有効利用を図ることができる。
【００７６】
なお、上記各実施の形態では、油圧ダンパ２８，２８Ａが反転型である場合を例にしたが、これに限らず、非反転型、多段切換型、２段切換式セミアクティブシステムを適用するようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、鉄道の横揺れ用の装置について記載したが、これに限らず、鉄道の上下振動用や、車両間に設けられるダンパに用いてもよく、さらに、自動車の上下振動にも適用することができる。
【００７７】
【発明の効果】
請求項１、請求項４から請求項７に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、鉄道車両の車体と台車との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車体と前記台車との間に介装された電磁力ダンパとを設けたので、油圧ダンパ及び電磁力ダンパが車体の振動抑制を分担して果たすようにすることにより、油圧ダンパの負担を減らして、油圧ダンパに用いられるポンプ等の部材及び給排油系統を小型軽量にでき、ひいては装置全体の小型軽量化及び鉄道車両への搭載性の向上を図ることが可能となる。
さらに、電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせるので、振動抑制を電磁力ダンパを常に用いて行なう場合に比して、消費エネルギーが少なくて済む上、発熱量を抑制できる。また、低車速に比して振動しやすい高車速時に電磁力ダンパを使用する機会が多くなり、その分、電磁力ダンパの有効利用を図ることができる。
【００７８】
請求項２、請求項４から請求項６に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、車両の車体側と車輪側との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車体側と車輪側との間に介装された電磁力ダンパとを別個に並列に設けたので、油圧ダンパ及び電磁力ダンパが車体の振動抑制を分担して果たすようにすることにより、油圧ダンパの負担を減らして、油圧ダンパに用いられるポンプ等の部材及び給排油系統を小型軽量にでき、ひいては装置全体の小型軽量化及び車両への搭載性の向上を図ることが可能となる。
さらに、電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせるので、振動抑制を電磁力ダンパを常に用いて行なう場合に比して、消費エネルギーが少なくて済む上、発熱量を抑制できる。また、低車速に比して振動しやすい高車速時に電磁力ダンパを使用する機会が多くなり、その分、電磁力ダンパの有効利用を図ることができる。
【００７９】
請求項３、請求項４から６に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、連結された車両と車両との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車両と車両との間に介装された電磁力ダンパとを設けたので、油圧ダンパ及び電磁力ダンパが車体の振動抑制を分担して果たすようにすることにより、油圧ダンパの負担を減らして、油圧ダンパに用いられるポンプ等の部材及び給排油系統を小型軽量にでき、ひいては装置全体の小型軽量化及び車両への搭載性の向上を図ることが可能となる。
さらに、電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせるので、振動抑制を電磁力ダンパを常に用いて行なう場合に比して、消費エネルギーが少なくて済む上、発熱量を抑制できる。また、低車速に比して振動しやすい高車速時に電磁力ダンパを使用する機会が多くなり、その分、電磁力ダンパの有効利用を図ることができる。
【００８０】
請求項４に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、上記効果に加えて、油圧ダンパが車体を加振する方向で作用する場合に、電磁力ダンパが発生する力を大きくして車体の振動を抑制するので、車体制振を行なう上で油圧ダンパでは不足となる制御力を電磁力ダンパが補うことができ、良好な制振性を確保することができる。請求項７に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、上記効果に加えて、スカイフックダンパ理論に基づいて定められるスカイフック減衰力から前記油圧ダンパが発生している力を減算して得られる差分力が発生するように電磁力ダンパを調整するので、油圧ダンパが車体を加振する方向で作用する場合における当該加振力を前記差分力がキャンセルするように構成することにより、スカイフック減衰力の再現性を向上して良好な制振性を確保することが可能となる。
【００８１】
請求項６に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、上記効果に加えて、電磁力ダンパと該電磁力ダンパに電流を供給する電源とを接続する回路のフェイルが検出された場合、電磁力ダンパへの通電を停止させる電磁力ダンパ通電停止手段を備えたので、前記回路のフェイルが検出された場合、電磁力ダンパへの通電を停止し、車体振動の制振を油圧ダンパで行なうようにすることが可能であり、これによりフェイルセーフ性の向上を図ることができる。
請求項７に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、前記台車は、前記車体の前後側に夫々配置された第１、第２台車の２つの台車からなり、前記第１台車に対応して設けられる前記電磁力ダンパ及び前記油圧ダンパについて、前記第１台車の略中央部に設けた車体側取付部材を中心にして、前記車体の進行方向に対して左右方向の一方に前記電磁力ダンパが設けられ、他方に前記油圧ダンパが設けられ、前記第２台車に対応して設けられる前記電磁力ダンパ及び前記油圧ダンパについて、前記第２台車の略中央部に設けた車体側取付部材を中心にして、前記車体の進行方向に対して左右方向の一方に前記電油圧ダンパが設けられ、他方に前記電磁力ダンパが設けられたので、上記効果に加えて、前記両電磁力ダンパについて、その制御回路のフェイルなどに起因する開放に際しても、前記両油圧ダンパの作動により車体の左右側でバランスよく制振制御が行われ、良好な走行安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る車体振動抑制装置が用いられる鉄道車両を模式的に示す側面図である。
【図２】図１の第１台車における車体振動抑制装置を模式的に示す平面図である。
【図３】第１実施の形態における油圧ダンパ及び電磁力ダンパの配置状態を模式的に示す平面図である。
【図４】図２の油圧ダンパの電流―減衰力特性を示す図である。
【図５】図２の油圧ダンパのピストン速度―減衰力特性を示す図である。
【図６】図２の電磁力ダンパの電流―発生力特性を示す図である。
【図７】図１のコントローラの制御内容を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施の形態に係る車体振動抑制装置のコントローラの制御内容を示すフローチャートである。
【図９】第２実施の形態の作用を説明するための各種発生力等を時間対応させて示す図である。
【図１０】本発明の第３実施の形態に係る車体振動抑制装置のコントローラの制御内容を示すフローチャートである。
【図１１】第３実施の形態の作用を説明するための車速及び各種発生力等を時間対応させて示す図である。
【図１２】本発明の第４実施の形態に係るコントローラを含む制御回路を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第４実施の形態に係る電磁力ダンパを示す断面図である。
【図１４】本発明の第４実施の形態に係る油圧ダンパの伸び行程時の油圧回路を模式的に示す図である。
【図１５】図１４の油圧ダンパの縮み行程時の油圧回路を模式的に示す図である。
【図１６】図１５の油圧ダンパの減衰力―ストローク速度特性を示す図である。
【図１７】車速と車体の左右振動レベルと関係を示す図である。
【図１８】油圧ダンパ単独の場合及び電磁力ダンパ及び油圧ダンパの場合のそれぞれの場合における、車速と左右振動の低減度合との関係を示す図である。
【図１９】図１２のコントローラの制御内容を示すフローチャートである。
【図２０】従来の一例の車体振動抑制装置を用いた鉄道車両の前方部分を模式的に示す背面図である。
【図２１】スカイフックダンパ理論を説明するためのスカイフックシステムを模式的に示す図である。
【図２２】スカイフックダンパ理論を説明するためのセミアクティブシステムを模式的に示す図である。
【図２３】スカイフックシステム、セミアクティブシステムの作用を模式的に示すための波形図である。
【符号の説明】
２３ 第１台車
２５ 車体
２８ 油圧ダンパ
３０ 車体振動抑制装置
３４ 電磁力ダンパ
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両等の車両に用いられる車体振動抑制装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車体振動抑制装置の一例として、本願発明者等が特開２００１−１０３２４号公報で提案した車体振動抑制装置がある。
この車体振動抑制装置は鉄道車両に適用可能であり、この車体振動抑制装置２０について、図２０に示す鉄道車両２１に適用した場合を例にして説明する。図２０に示す鉄道車両２１は、レール２２に移動可能に載置される前方、後方の台車２３，２３Ａと、台車２３，２３Ａに緩衝部材２４を介して水平方向の変位及び上下動可能に載置される車体２５とを備えている。車体２５の下面部の左側前方部、左側後方部にはそれぞれ車体側取付部材２６が固定され、台車２３，２３Ａの上面部の右側には台車側取付部材２７が固定されている。台車２３，２３Ａに対応する２組の車体側、台車側取付部材２６，２７間には減衰力可変型の油圧ダンパ２８，２８Ａ（セミアクティブサスペンション機構）が介装されている。図２０中、３１は横加速度センサ、４５はコントローラである。
以下、台車２３，２３Ａ及び油圧ダンパ２８，２８Ａを含め、台車２３，２３Ａに対応して同等に設けられる部材については、便宜上、台車２３側の部材を対象にして説明する。
【０００３】
この車体振動抑制装置２０は、減衰力可変型の油圧ダンパ２８の減衰力を調整することにより車体２５の振動抑制をするものであり、いわゆるセミアクティブサスペンション制御を行っている。この場合、左右絶対速度に基づいて後述するスカイフックダンパ理論に基づくスカイフックダンパの減衰力（スカイフック減衰力）を演算し、このスカイフック減衰力と等価になるように、油圧ダンパ２８を制御する（スカイフックダンパ理論に基づく制御を行なう）ようにしている。
【０００４】
また、この装置は、給排油弁２９（低消費エネルギー型アクティブサスペンション機構）を設けており、油圧ダンパ２８がスカイフック減衰力を再現できない方向（後述する）に作動している場合に、給排油弁２９が作動され油圧ダンパ２８に対して給排油を行ない、所望の減衰力（制振力）を得られるように補償する。
【０００５】
ここで、前記スカイフックダンパ理論に基づく制御及び油圧ダンパのスカイフック減衰力を再現できない方向について、図２１〜図２３に基づいて、以下に説明する。なお、以下の説明では、便宜上、自動車の上下動の制振を行なう場合を例にするが、鉄道車両２１の左右動の制振を行なう場合にも同様のものとなる。
【０００６】
前記スカイフックダンパ理論に基づく制御は、例えば図２１に示すスカイフックシステム６と、図２２に示すセミアクティブシステム８とを対比し、セミアクダンパ７の減衰力Ｆ1 （減衰係数）がスカイフックシステム６のスカイフックダンパ５の減衰力ＦS に近いもの（同等が望ましい）になるように次の演算を行い、セミアクダンパ７の減衰力（減衰係数）を調整する制御をいう。
ここで、スカイフックシステム６は、車体１と路面２〔車軸〕との間にばね定数がＫのばね３を介装し、車体１（ばね上）と空４との間に減衰係数がＣS のスカイフックダンパ５を介装して構成される。また、セミアクティブシステム８は、車体１（ばね上）と車軸〔路面２（ばね下）〕との間にばね３及び減衰係数可変型のセミアクティブショックアブソーバ（油圧ダンパ。以下、セミアクティブダンパという。）７〔減衰係数Ｃ1 〕を介装して構成される。
【０００７】
この場合、Ｓ′（Ｓ′−Ｘ）＞０〔Ｓ′：車体１の上下絶対速度、Ｘ：車軸（ばね下）の上下絶対速度〕
であるなら、Ｆ1 ＝−ＣS Ｓ′＝−Ｃ1 （Ｓ′−Ｘ）
〔Ｆ1 ：セミアクティブダンパ７の減衰力〕
すなわち、Ｃ1 ＝ＣS Ｓ′／（Ｓ′−Ｘ）となるようにセミアクティブダンパ７の減衰係数Ｃ1 を調整する。
【０００８】
また、Ｓ′（Ｓ′−Ｘ）＜０であるなら、Ｆ1 ＝０、すなわち、Ｃ1 ＝０となるようにセミアクティブダンパ７の減衰係数Ｃ1 を調整する。
【０００９】
ここで、スカイフックダンパ理論に基づく制御によりセミアクティブダンパ７が発生する減衰力、及び車体１の上下絶対速度等を示すと、例えば図２３のようになる。図２３中、Ｓ、Ｓ′、Ｂ、ＦS 及びＦ1 は次の内容を示す。
【００１０】
Ｓ ：車体１の上下絶対変位
Ｓ′：車体１の上下絶対速度
Ｂ ：セミアクティブダンパ７のピストン速度
ＦS ：スカイフックダンパ５の減衰力
Ｆ1 ：セミアクティブダンパ７の減衰力
【００１１】
また、図２３に示すように、セミアクティブダンパ７の発生する減衰力Ｆ1 は、概ねスカイフックシステム６のスカイフックダンパ５の減衰力ＦS を再現することになるが、スカイフックダンパ５の減衰力ＦS のうち斜線部ｄ〔ピストン速度Ｂの方向とスカイフックダンパ５の減衰力ＦS （上下絶対速度Ｓ′と１８０°異なる位相）の方向とが同じ方向（スカイフックダンパ５のスカイフック減衰力を再現できない方向。加振する方向）になっている部分（なお、時間で示せば時間Ｔの領域となる）〕では対応した大きさにはなっていない。これは、前記斜線部ｄでは、スカイフックダンパ５の減衰力ＦS は上向きの力（縮み減衰力）を要求しているのに対して、セミアクティブダンパ７は伸び行程にあり、縮み減衰力を発生できず（すなわち、セミアクティブダンパ７は、その伸縮に逆らう方向にしか減衰力を発生できず）、伸び側減衰力を最低値（０）に設定することにより起こるものである。
また、縮み側減衰力についても同様である。この場合、斜線部ｄに代る斜線部ｅでスカイフックダンパ５の減衰力ＦS を再現し得ないものになる。斜線部ｅに対応する時間も斜線部ｄの場合と同様に時間Ｔで示す。
【００１２】
そして、前記図２０に示す従来技術では、図２３の時間Ｔの時間領域（斜線部ｄ又は斜線部ｅに対応した部分）、すなわち、油圧ダンパ２８がスカイフック減衰力を再現できない方向に作動している場合に、上述したように給排油弁２９を作動して油圧ダンパ２８に対して給排油（図２３符号ｄ´及びｅ´で示す）を行なって、所望の制振力〔理想とするスカイフック減衰力〕が得られるようにしている。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術は、セミアクティブサスペンション制御〔油圧ダンパ２８〕及びアクティブサスペンション制御（給排油弁２９）を組合せ、いわゆるハイブリッド型サスペンションを構成しており、エネルギー消費を抑えて所望の減衰力を発生することができ、便利なものとなっている。
しかしながら、上述した従来技術は、（１）アクティブシステムが高圧の油圧式であるため、機器（ポンプ、流量制御弁、アキュムレータ）が複雑であり、油圧機器の信頼性／耐久性の確保、性能維持、保守、油性状の管理、油圧配管を有することによる車両搭載性の悪さ等の問題点を有しており、その改善を図ることが望まれている。
【００１４】
また、上述した従来技術は、（２）セミアクティブダンパ７（油圧ダンパ２８）がスカイフック減衰力を再現できない方向に作動している場合、すなわちセミアクティブダンパ７（油圧ダンパ２８）の制御力がゼロとなっている時にのみ、アクティブサスペンション（給排油弁２９）が作動しており、セミアクティブダンパが制振側に働いており、ピストンの低速領域などで、油の圧縮性、取付ゴムブッシュの影響により、力不足等が発生する場合その補助は行なえない。
また、（３）油圧ダンパ２８（図２２ではセミアクティブダンパ７）がスカイフック減衰力を再現できない方向に作動している場合に生じ得る加振力〔必要とされる方向と逆方向の伸縮方向での動きに伴う力（後述する図９の加振力ｓ１２参照）〕をキャンセルすることができず、その分、スカイフック減衰力の再現性が低下する。
【００１５】
なお、上記問題点の改善を図るために、車体２５の振動抑制を電磁力ダンパのみを用いて行うことが考えられる。しかしながら、（４）電磁力ダンパのみで車体、特に鉄道車両のように重い車体の振動抑制を行なう場合、多大な電流が必要とされ、消費エネルギーが過大となる上、発熱量が増加することになる。また、（５）電磁力ダンパのみにより制振制御を行なう場合、ショート、断線などのフェイル時に対処することが難しくなる（フェイルセーフ性が悪くなる）。
【００１６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、良好な制振効果を発揮できる車体振動抑制装置を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明に係る車体振動抑制装置は、鉄道車両の車体と台車との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車体と前記台車との間に介装された電磁力ダンパとを設け、該電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせる電磁力ダンパ作動制御部を設けたことを特徴とする。
請求項２記載の発明に係る車体振動抑制装置は、車両の車体側と車輪側との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車体側と車輪側との間に介装された電磁力ダンパとを別個に並列に設け、該電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせる電磁力ダンパ作動制御部を設けたことを特徴とする。
請求項３記載の発明に係る車体振動抑制装置は、連結された車両と車両との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車両と車両との間に介装された電磁力ダンパとを設け、該電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせる電磁力ダンパ作動制御部を設けたことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１から３までのいずれかに記載の構成において、前記油圧ダンパが車体を制振する方向で作用する場合は、電磁力ダンパが発生する力を小さく若しくはゼロとし、油圧ダンパが車体を加振する方向で作用する場合は、電磁力ダンパが発生する力を大きくして車体の振動を抑制することを特徴とする。
請求項５記載の発明は、請求項１から３までのいずれかに記載の構成において、スカイフックダンパ理論に基づいて定められるスカイフック減衰力から前記油圧ダンパが発生している力を減算して得られる差分力が発生するように電磁力ダンパを調整する電磁力演算部を設けたことを特徴とする。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１から５までのいずれかに記載の構成において、電磁力ダンパと該電磁力ダンパに電流を供給する電源とを接続する回路のフェイルが検出された場合、電磁力ダンパへの通電を停止させる電磁力ダンパ通電停止手段を備えたことを特徴とする。
請求項７記載の発明は、請求項１に記載の構成において、前記台車は、前記車体の前後側に夫々配置された第１、第２台車の２つの台車からなり、前記第１台車に対応して設けられる前記電磁力ダンパ及び前記油圧ダンパについて、前記第１台車の略中央部に設けた車体側取付部材を中心にして、前記車体の進行方向に対して左右方向の一方に前記電磁力ダンパが設けられ、他方に前記油圧ダンパが設けられ、前記第２台車に対応して設けられる前記電磁力ダンパ及び前記油圧ダンパについて、前記第２台車の略中央部に設けた車体側取付部材を中心にして、前記車体の進行方向に対して前記左右方向の一方に前記油圧ダンパが設けられ、他方に前記電磁力ダンパが設けられたことを特徴とする。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の第１実施の形態に係る車体振動抑制装置３０を図１ないし図７、図２０及び図２３に基づいて説明する。図１ないし図３において、鉄道車両２１は、レール２２に移動可能に載置される２台の台車２３，２３Ａ〔以下、図１左側（前方）の台車２３を第１台車２３、図１右側（後方）の台車２３Ａを第２台車２３Ａという。〕と、第１、第２台車２３，２３Ａに緩衝部材２４（図２０参照）を介して水平方向及び上下動可能に載置される車体２５とを備えている。
【００２０】
車体２５の下面部における第１台車２３の略中央部に対応した部分には車体側取付部材（以下、車体側前方取付部材という。）２６が固定されている。車体２５の下面部における第２台車２３Ａの略中央部に対応した部分には車体側取付部材２６（以下、車体側後方取付部材という。）２６Ａが固定されている。車体２５の第１台車２３及び第２台車２３Ａにそれぞれに対応した部分には左右方向の加速度を検出する加速度センサ（以下、便宜上、それぞれ、第１、第２加速度センサという。）３１，３１Ａが別個に設けられている。
【００２１】
車体側前方取付部材２６と第１台車２３の右側台車枠３２との間には、減衰力可変型の油圧ダンパ２８が介装されている。また、車体側前方取付部材２６と第１台車２３の左側台車枠３３との間には電磁力ダンパ３４が介装されている。この場合、油圧ダンパ２８と車体側前方取付部材２６との間、油圧ダンパ２８と右側台車枠３２との間には、図示しないピン付きのゴムブシュ構造が設けられており、車体２５と第１台車２３とはそれぞれ絶縁され、油圧ダンパ２８のこじれ又はねじれ等をゴムの変形で逃げるようにしている。また、同様に、電磁力ダンパ３４と車体側前方取付部材２６との間、電磁力ダンパ３４と右側台車枠３２との間には、図示しないピン付きのゴムブシュ構造が設けられており、車体２５と第１台車２３とはそれぞれ絶縁されており、電磁力ダンパ３４のこじれ又はねじれ等をゴムの変形で逃げるようにしている。油圧ダンパ２８及び電磁力ダンパ３４は、上述したように配置されることにより、第１台車２３と車体２５との間に並列に介装されたものになっている。そして、車体２５が図２上側（進行方向に対して右側）に動く（振動する）と、油圧ダンパ２８は縮み、電磁力ダンパ３４は伸びることとなる。
【００２２】
また、車体側後方取付部材２６Ａと第２台車２３Ａの左側台車枠３３Ａとの間には、減衰力可変型の油圧ダンパ２８Ａが介装されている。また、車体側後方取付部材２６Ａと第２台車２３Ａの右側台車枠３２Ａとの間には電磁力ダンパ３４Ａが介装されている。油圧ダンパ２８Ａ及び電磁力ダンパ３４Ａは、上述したように配置されることにより、第２台車２３Ａと車体２５との間に並列に介装されたものになっている。
図３に示されるように、第１台車２３の油圧ダンパ２８及び電磁力ダンパ３４の配列関係は、第２台車２３Ａの油圧ダンパ２８Ａ及び電磁力ダンパ３４Ａの配列関係と左右反対となっている。
【００２３】
第２台車２３Ａの油圧ダンパ２８Ａは、第１台車２３の油圧ダンパ２８と同等特性を有している。又、第２台車２３Ａの電磁力ダンパ３４Ａは、第１台車２３の電磁力ダンパ３４と同等特性を有している。
以下、便宜上、第１、第２台車２３，２３Ａ、油圧ダンパ２８，２８Ａ及び電磁力ダンパ３４，３４Ａを含め、第１、第２台車２３，２３Ａで共通的に設けられる部材については、適宜、第１台車２３側の部材で代表させて、重複した記載は行なわずに説明する。これと同様に、後述する他の実施の形態についても、適宜、重複した記載を避けて説明する。
【００２４】
油圧ダンパ２８は、図４の指示電流―減衰力特性及び図５のピストン速度―減衰力特性を有しており、いわゆる減衰力伸縮反転型とされている。すなわち、指示電流値をＩ１〜Ｉ２（Ｉ１＞Ｉ２）とすることで伸び側の減衰力が大きい範囲で可変とする一方、縮み側減衰力を小さくする（なお、ゼロとしてもよい。）ようにしている。さらに、指示電流値をＩ２〜Ｉ３（Ｉ２＞Ｉ３）とすることで縮み側の減衰力が大きい範囲で可変とする一方、伸び側減衰力を小さくする（なお、ゼロとしてもよい。）ようにしている。そして、この油圧ダンパ２８は、上述した減衰力特性を有することから、伸び側の減衰力又は縮み側の減衰力を小さな値（又は値ゼロ）に固定することができるものになっている。
油圧ダンパ２８（２８Ａ）の基本的な構成については、便宜上、後述する第４実施の形態（図１４及び図１５参照）で説明する。
【００２５】
電磁力ダンパ３４は、図６に示すように、指示電流値に応じて伸び側の力、縮み側の力を任意に発生できるようになっている。
油圧ダンパ２８のアクチュエータ２８ａには電流調整部４０を介して電源４１が接続されており油圧ダンパ２８のアクチュエータ２８ａへの電流（指示電流）を調整し得るようにしている。又、同様に電磁力ダンパ３４には電流調整部４２を介して電源４１が接続されており電磁力ダンパ３４への電流（指示電流）を調整し得るようにしている。また、電磁力ダンパ３４及び電源４１を接続する回路４３には、この回路４３のショート、断線などのフェイルを検出するフェイル検出手段４４が設けられている。
電磁力ダンパ３４（３４Ａ）の基本的な構成については、便宜上、後述する第４実施の形態（図１３参照）で説明する。また、電磁力ダンパ３４（３４Ａ）には、ストロークセンサが備えられており、コイルに対する磁石の相対位置（又は磁石に対するコイルの相対位置）を検出するようにしている。なお、このストロークセンサについては、便宜上、後述する第４実施の形態（図１２参照）で説明する。
【００２６】
前記第１、第２加速度センサ３１，３１Ａ、油圧ダンパ２８，２８Ａ用の電流調整部４０、電磁力ダンパ３４，３４Ａ用の電流調整部４１、フェイル検出手段４４及び電源４１にはコントローラ４５が接続されており、第１、第２加速度センサ３１，３１Ａのセンサ信号などに応じて、スカイフック演算等を含む図７の演算処理を行なって制振制御を行なうようにしている。
【００２７】
このように構成された車体振動抑制装置３０の作用を、コントローラ４５の演算内容と共に、図７に基づいて以下に説明する。
コントローラ４５は電源４１が投入されると、演算を開始し(ステップｆ１)、初期設定を行なう(ステップｆ２)。次に、制御周期が経過したか否かを判定する(ステップｆ３)。制御周期が経過していない場合はステップｆ３でＮｏと判定し、上流に戻り再度ステップｆ３の判定を行なう。
ステップｆ３の判定において、Ｙｅｓ（制御周期が経過した）と判定すると、前制御周期における演算結果に基づく指示電流の出力などの出力処理(ステップｆ４)、第１加速度センサ３１のセンサ信号（実際には、第２加速度センサ３１Ａのセンサ信号も入力するが、上述したように、便宜上、第１台車２３側のみを対象にして説明する。）等の入力(ステップｆ５)を順次、実施する。
【００２８】
ステップｆ５に続いて、第１加速度センサ３１のセンサ信号に基づいて左右方向の絶対速度を演算しスカイフック減衰力を求める等のスカイフック演算を行なう(ステップｆ６)。ステップｆ６で求めたスカイフック減衰力に基づいて、油圧ダンパ２８の目標減衰力を決定する(ステップｆ７)。ステップｆ７に続いて、油圧ダンパ２８は、加振作用（図２３の時間Ｔの領域）を発揮するか否〔制振作用を発揮する〕かの判定を行なう(ステップｆ８)。
【００２９】
ステップｆ８でＹｅｓ（加振作用を発揮する）と判定すると、電磁力ダンパ３４がスカイフック減衰力を発揮するように電磁力ダンパ３４に指示電流を供給し（電磁力ダンパ３４にスカイフック減衰力を設定し）〔ステップｆ９〕、ステップｆ３に戻る。
また、ステップｆ８でＮｏ（制振作用を発揮する）と判定すると、電磁力ダンパ３４への通電を停止し（電磁力ダンパ３４を開放し）〔ステップｆ１０〕、ステップｆ３に戻る。
【００３０】
また、回路４３にフェイルが発生した場合には、このフェイルをフェイル検出手段４４が検出し、ステップｆ１０と同様に電磁力ダンパ３４への通電が停止され、油圧ダンパ２８による単独制御に切り替えられる。なお、回路４３にフェイルが検出された場合には、自動復旧又は修理などにより回路４３が正常な状態になったことが確認されるまで電磁力ダンパ３４への通電停止が継続される。
【００３１】
この車体振動抑制装置３０では、油圧ダンパ２８が加振作用をするとき、即ち、油圧ダンパ２８ではスカイフック減衰力を発生できないときに、この発生できないスカイフック減衰力を電磁力ダンパ３４が分担して補い、油圧ダンパ２８の制振作用時のスカイフック減衰力と合わせて理想的なスカイフック減衰力を確保するようにしている。
そして、上述したように理想的なスカイフック減衰力を確保する上で、電磁力ダンパ３４がその一部を分担するので、その分、油圧ダンパ２８の負担が減ることになる。このため、油圧ダンパ２８に用いられるポンプ等の部材及び給排油系統を小型軽量にでき、ひいては装置全体の小型軽量化及び鉄道車両２１への搭載性の向上を図ることができる。また、各部材及び及び給排油系統を小型化できることから保守し易くなる。また、小型化に伴い使用する油量が少なくなり管理し易くなる。
【００３２】
油圧ダンパ２８が加振作用を発揮する場合には、電磁力ダンパ３４がスカイフック減衰力を発揮するように制御され〔ステップｆ９〕、スカイフックダンパ理論に基づくスカイフック減衰力を、油圧ダンパ２８が加振作用をする領域をも含む広範囲にわたって発揮するので、制振性ひいては乗り心地の向上を図ることができる。
【００３３】
また、電磁力ダンパ３４は、油圧ダンパ２８が加振作用を発揮する場合にのみ作動され、油圧ダンパ２８が制振作用を発揮する場合には、通電が停止される（開放される）。このため、消費エネルギーは少なくて済む上、発熱量を抑制できる。
また、前記回路４３にフェイルが発生した場合は、電磁力ダンパ３４への通電が停止され、電磁力ダンパ３４の予想外の挙動を回避することができると共に、油圧ダンパ２８が制振制御を行うので、制振制御の停止を招くことがなく、良好なフェイルセーフ性を確保できる。
【００３４】
また、第１台車２３の油圧ダンパ２８は、車体２５の前方において車体２５の右側に配置され、第２台車２３Ａの油圧ダンパ２８Ａは、車体２５の後方において車体２５の左側に配置されており、油圧ダンパ２８，２８Ａを車体２５の左右同一側に配置させていない。このため、第１台車２３の電磁力ダンパ３４の回路４３及び第２台車２３Ａの電磁力ダンパ３４の回路４３にフェイルが同時に発生して、上述したように、両電磁力ダンパ３４，３４Ａが開放されて、第１台車２３の油圧ダンパ２８及び第２台車２３Ａの油圧ダンパ２８Ａが作動する場合、車体２５の左右側でバランスよく制振制御されるので、良好な走行安定性を確保することができる。
【００３５】
次に、本発明の第２実施の形態に係る車体振動抑制装置を図８のフローチャート及び図９の波形図に基づいて説明する。
この第２実施の形態は、図８に示すように、ステップｆ１〜ｆ７までの処理は前記第１実施の形態（図７）と同等である。そして、ステップｆ７に続いて、スカイフックダンパ理論に基づいて定められるスカイフック減衰力（目標となるスカイフック減衰力）から前記油圧ダンパ２８が発生している力（油圧ダンパ力）を減算して〔（スカイフック減衰力）−（油圧ダンパ力）〕、この減算により得られる力（差分力）が発生するように電磁力ダンパ３４を調整し(ステップｆ１１)、ステップｆ３に戻る。本実施の形態では、ステップｆ１１が電磁力演算部を構成している。
【００３６】
この場合、油圧ダンパ力では、目標減衰力、図示しない油圧ダンパ速度検出器（ピストン速度検出器）の検出値に基づいて推定される推定減衰力、ダンパ力センサ値、又は油圧ダンパ２８のシリンダ圧力からの換算により得られる減衰力値を用いるようにする。
【００３７】
この第２実施の形態に係る車体振動抑制装置の作用を図９に基づいて説明する。図９に示すように、レール２２が左右方向に変位（変位ｓ１で示す）すると、車体２５はｓ３に示すように変位する。この時、油圧ダンパ２８はｓ２に示すように変位する。
また、車体２５の左右速度、油圧ダンパ２８のシリンダとピストンの相対速度はそれぞれ、ｓ５及びｓ４に示すようになる。スカイフック減衰力は、車体２５の左右速度ｓ５と位相が１８０°ずれて、大きさがこれに比例するものであるから、ｓ６で示されるようになる。
【００３８】
また、油圧ダンパ２８の油圧ダンパ力はｓ７に示すようになり、油圧ダンパ２８が制振力を発生する（制振側に働く）場合は、スカイフック減衰力ｓ６と同等の大きさの値ｓ１１となる。また、油圧ダンパ２８が加振力を発生する（加振側に働く）場合は、減衰力を小さい値（以下、加振力という。）ｓ１２として振動伝達を最小に抑えている。言い換えると、値ｓ１２を示す領域（前記図２３の時間Ｔの領域に相当する。）では、油圧ダンパ２８はスカイフック減衰力ｓ６を再現（模擬）できていない。
【００３９】
一方、この第２実施の形態の電磁力ダンパ３４が発生する力はｓ１０に示すものになる。なお、前記第１実施の形態（図７のフローチャート）における電磁力ダンパ３４の発生力（制御力）はｓ９に示すものになる。この制御力ｓ９は、加振力ｓ１２をキャンセルできないため、スカイフック減衰力ｓ６に比して歪５０を発生することになる。このため、第１実施の形態の油圧ダンパ２８の減衰力と電磁力ダンパ３４の制御力ｓ９の合力を求めると、スカイフック減衰力ｓ６に対して歪５０を有する波形の制御力（以下、第１実施形態制御力という。）ｓ１３となる。
【００４０】
なお、この第１実施形態制御力ｓ１３は、歪５０を有しているものの、上述したように、油圧ダンパ２８が加振作用を発揮する場合には電磁力ダンパ３４が分担して補うようにして得られるものであることから、油圧ダンパ２８のみにより得られる油圧ダンパ力ｓ７と異なり、制御できない領域（図２３の時間Ｔの領域）がなくなり、その分、上述したようにスカイフック減衰力の再現をより近い形で果たすことができる。
【００４１】
また、この第２実施の形態の電磁力ダンパ３４の発生力（制御力）ｓ１０は、スカイフック減衰力ｓ６から油圧ダンパ力はｓ７を減算する（ｓ６−ｓ７）ことにより得られるものであり、加振力ｓ１２が考慮されているので、油圧ダンパ２８の減衰力と電磁力ダンパ３４の発生力ｓ１０の合力を求めると、スカイフック減衰力ｓ６と同等の波形の制御力（以下、第２実施形態制御力という。）ｓ１４となる。第２実施形態制御力ｓ１４を第１実施形態制御力ｓ１３と比較して明らかなように、この第２実施の形態によれば、スカイフック減衰力ｓ６を、より精度高く再現（模擬）できることになる。
【００４２】
次に、本発明の第３実施の形態に係る車体振動抑制装置３０を図１０のフローチャート及び図１１の波形図に基づいて説明する。
この第３実施の形態は、図１０に示すように、ステップｆ１〜ｆ５までの処理は、前記第１、第２実施の形態と同等である。そして、ステップｆ５に続いて、図示しない車速センサが検出する車速Ｋが油圧ダンパ２８による制御（セミアクティブ制御）を必要とする車速（セミアクティブイネーブル車速Ｋ１）以上であるか否か〔Ｋ≧Ｋ１？〕を判定する(ステップｆ１２)。
【００４３】
ステップｆ１２でＮｏ（Ｋ＜Ｋ１。セミアクティブイネーブル車速Ｋ１未満である）と判定すると、油圧ダンパ２８の減衰力を固定する(ステップｆ１４)と共に、電磁力ダンパ３４を開放し消費エネルギーの低減を図り、発熱しやすい電磁力ダンパ３４の放熱を行なって冷却させ (ステップｆ１５)、ステップｆ３に戻る。
【００４４】
ステップｆ１２でＹｅｓ（Ｋ≧Ｋ１。セミアクティブイネーブル車速Ｋ１以上である）と判定すると、車速が電磁力ダンパ２８による制御（アクティブ制御）を必要とする車速（アクティブイネーブル車速Ｋ２）以上であるか否か〔Ｋ≧Ｋ２？〕を判定する(ステップｆ１３)。
ステップｆ１３でＮｏ（Ｋ＜Ｋ２。アクティブイネーブル車速Ｋ２未満である）と判定すると、スカイフック演算を行ない(ステップｆ１６)、油圧ダンパ２８の目標減衰力を求める演算（セミアクティブ制御演算）を行ない(ステップｆ１７)、さらに、この車速において、電磁力ダンパ３４を開放して油圧ダンパ２８のみによる車体２５の制振を行ない(ステップｆ１８)、ステップｆ３に戻る。なお、上述したステップｆ１８による車体２５の制振の際には、電磁力ダンパ３４は開放され放熱（冷却）状態となる。
【００４５】
ステップｆ１３でＹｅｓ（Ｋ≧Ｋ２）と判定する、即ち、アクティブ制御が必要であると判定した場合、スカイフック演算を行ない(ステップｆ１９)、油圧ダンパ２８の目標減衰力を求める演算（セミアクティブ制御演算）を行ない(ステップｆ２０)、さらにステップｆ２０に続いて、スカイフックダンパ理論に基づいて定められるスカイフック減衰力（目標となるスカイフック減衰力）から前記油圧ダンパ２８が発生している力（油圧ダンパ力）を減算して〔（スカイフック減衰力）−（油圧ダンパ力）〕、この減算により得られる力（差分力）が発生するように電磁力ダンパ３４を調整し(ステップｆ２１)、ステップｆ３に戻る。本実施の形態では、ステップｆ２１が電磁力演算部を構成している。
本実施の形態では、上述したようにステップｆ１２及びステップｆ１３の判定により、電磁力ダンパ３４の作動を低車速域（車速ｋ１未満又は車速Ｋ２未満）では行なわず(ステップｆ１５、ステップｆ１８)、高車速域（車速Ｋ２を超える車速領域）でのみ行なう (ステップｆ２０)ようにしており、ステップｆ１２，ｆ１３，ｆ１５，ｆ１８，ｆ２０が電磁力ダンパ作動制御部を構成している。
【００４６】
この第３実施の形態に係る車体振動抑制装置の作用を、図１１に基づいて説明する。
鉄道車両２１の車速Ｋがセミアクティブイネーブル車速Ｋ１より低い時間Ｔａまでは、油圧ダンパ２８及び電磁力ダンパ３４は共に作動しておらず、この車体振動抑制装置３０はパッシブダンパの状態にある。車速Ｋが上昇し、時間Ｔａにセミアクティブイネーブル車速Ｋ１を超えると油圧ダンパ２８は、セミアク制御オンとなり、積極的に車体２５の振動を低減させ始める。しかし、車速Ｋがセミアクティブイネーブル車速Ｋ１を超えた程度の車速領域（アクティブイネーブル車速Ｋ２に達していない車速領域）ではアクティブ制御までは必要でなく電磁力ダンパ３４は開放状態とされ、放熱（冷却）状態にある。
【００４７】
さらに、車速Ｋが上昇し、時間Ｔｂにアクティブイネーブル車速Ｋ２を超えると油圧ダンパ２８は、アクティブ制御が必要となり、電磁力ダンパ３４も制御がオンとなり、装置全体としてはアクティブサスペンション制御となる。
また、走行中も、時間Ｔｃ〜Ｔｄの時間領域に示すように車速Ｋが低下してＫ１〜Ｋ２の車速領域（Ｋ１＜Ｋ＜Ｋ２）になると、電磁力ダンパ３４は開放され、放熱（冷却）状態になる。
一般に鉄道車両では、低車速に比して高車速の方が振動しやすいが、本実施の形態では、電磁力ダンパ３４の作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせるため、振動の発生に対して電磁力ダンパ３４を使用する機会が多くなり、その分、電磁力ダンパ３４の有効利用を図ることができる。
【００４８】
また、低車速域においては、電磁力ダンパ３４への通電は停止されるので、消費エネルギーの低減及び電磁力ダンパ３４の冷却を効率的に行うことができる。また、この実施の形態においても、フェイル検出手段４４が回路４３のフェイルを検出した場合、電磁力ダンパ３４への通電を停止して、車体２５の振動の制振を油圧ダンパ２８で行なうようにしている。フェイル発生時には、電磁力ダンパ３４を停止して油圧ダンパ２８に制振作用を発揮させるので、フェイルセーフ性の向上を図ることができる。
【００４９】
次に、本発明の第４実施の形態に係る車体振動抑制装置を図１２〜図１９に基づいて説明する。なお、図１〜図１１に示す部材、部分と同等の部材、部分は同一の符号を用い、その説明は、適宜省略する。
この第４実施の形態では、前記第１実施の形態に比して、図７に示す演算制御を行うコントローラ４５(図１)に代えて、図１２に示すように、後述する図１９に示す演算制御を行うコントローラ４５Ａを設けたこと、減衰力―ストローク速度特性が前記第１実施の形態のものと異なる油圧ダンパ２８（２８Ａ）〔減衰力―ストローク速度特性が異なるが、便宜上、第１実施の形態と同一の符号で示す。〕を設けたこと、及びコントローラ４５Ａに車両の現在位置を示す地点情報Ｄ１、現在時刻を示す時刻情報Ｄ２が入力されること、車速センサ６１を設けたことが大きく異なっている。
この第４実施の形態では、車体振動抑制装置が新幹線車両に用いられる場合を例にする。
【００５０】
電磁力ダンパ３４（３４Ａ）及び油圧ダンパ２８（２８Ａ）は、前記第１実施の形態で用いたものと同等のものが用いられている。ここで、それぞれの基本的な構成について説明する。
電磁力ダンパ３４（３４Ａ）は、略有底の二重筒状の基準ヨーク１０１を有している。この基準ヨーク１０１は、一端側に底部１０３を有する大径の外側ヨーク１０４と、この外側ヨーク１０４の一端側の底部１０３に形成された孔１０２の縁部から立上るようにして外側ヨーク１０４と一体的に設けられた筒状のセンターヨーク１０５とから大略構成されている。センターヨーク１０５は、外側ヨーク１０４の軸方向に沿って延び、先端側（図１３右側）が後述するボビン１０６の底部１１５に臨んでいる。
【００５１】
外側ヨーク１０４は、底部１０３を介してセンターヨーク１０５に連接する外側ヨーク本体１０８と、外側ヨーク本体１０８の先端部に嵌合して外側ヨーク本体１０８と一体化された筒状の外側ヨーク補助部１０９とから大略構成されている。外側ヨーク本体１０８及び外側ヨーク補助部１０９は略同等長さに設定されており、両者の嵌合部１０が外側ヨーク１０４の略中心位置になるようにしている。
【００５２】
外側ヨーク補助部１０９の嵌合部１０の内側及び外側ヨーク補助部１０９の先端部（図１３右側）の内側には、それぞれ、ボビン本体１１３（後述する）の外周部に摺動するドライメタル１１１が設けられている。ドライメタル１１１は、ボビン本体１１３に対してかじりやこじりを起こすことなく低摩擦で摺動することを可能とする特性を有している。ドライメタル１１１の外気側には塵埃の内部への侵入防止のために図示しないシール部材が設けられている。外側ヨーク１０４とセンターヨーク１０５との間には、前記ボビン１０６が挿入されている。ボビン１０６は、円板状の底部１１５と、底部１１５を嵌合するようにしてこの底部１１５から直立して設けられた筒状の前記ボビン本体１１３とから大略構成されている。
【００５３】
ボビン本体１１３の内周側には、先端部（図１３中左側）からボビン本体１１３の略中央部分までの範囲にわたって、略円筒状に形成されたコイル１２２が設けられている。コイル１２２は、Ｙ結線されるＵ相、Ｖ相及びＷ相の３相のコイル群からなり、電流調整部〔電磁力ダンパドライバ〕４２（４２Ａ）を介してコントローラ４５Ａに接続されている。一方、センターヨーク１０５の外周部には、複数個のリング状の永久磁石１２４が、コイル１２２との間にギャップ（符号省略）を形成させた状態で、センターヨーク１０５の基端部の近傍部分（図１３中左側）から先端部（図１３中右側）までの範囲にわたって設けられている。そして、複数個の永久磁石１２４は、図１３に示すように、外周側（コイル１２２側）の磁極が、軸方向に交互に異なる（Ｎ極、Ｓ極、Ｎ極、Ｓ極、 … ）ように、予め着磁されている。
【００５４】
この構成の電磁力ダンパ３４（３４Ａ）は、大略、永久磁石１２４とコイル１２２との間にギャップを形成した状態で、基準ヨーク１０１の外側ヨーク１０４とセンターヨーク１０５との間の環状空間部に、ボビン１０６の筒状のボビン本体１１３が挿入され、ボビン１０６がドライメタル１１１を介して外側ヨーク１０４に摺動可能とされており、基準ヨーク１０１に対し相対伸縮可能になっている。
【００５５】
ボビン１０６（永久磁石１２４）が、基準ヨーク１０１（コイル１２２）に対してストロークすれば、フレミング右手則によりコイル１２２には起電力が発生する。すなわち、電磁力ダンパ３４（３４Ａ）は、発電機として動作し、コイル１２２の端子端を抵抗などのエネルギー消費部材を介して接続すれば、コイル１２２ひいてはエネルギー消費部材に電流が流れ、前記ボビン１０６（永久磁石１２４）及び基準ヨーク１０１（コイル１２２）の相対変位エネルギーが消費される。この結果、この電磁力ダンパ３４（３４Ａ）は、ストローク速度に応じた減衰力を発生することになる。
【００５６】
また、コイル１２２と永久磁石１２４との相対的な位置関係（電気角）をストロークセンサ６０（６０Ａ）により求めることが可能である。そして、この相対的な位置関係（電気角）に応じて、コイル１２２に電流を流せば、この電磁力ダンパ３４（３４Ａ）はモータ（アクチュエータ）〔３相同期モータ〕として機能し、コイル１２２への通電により前記永久磁石１２４との間に生じる電磁力によって推進力を得ることになる。
【００５７】
第４実施の形態の油圧ダンパ２８は、図１４及び図１５に示すように、シリンダボア２０１及びリザーバ室２０２を有し両端側が閉塞された略筒状のダンパ本体２０３と、シリンダボア２０１及びリザーバ室２０２に連通してダンパ本体２０３に設けられる流路調整機構２０４とから大略構成されている。ダンパ本体２０３は、シリンダボア２０１内に摺動可能に収納されて、シリンダボア２０１を第１、第２室２０５，２０６に画成するピストン２０７と、一端側がピストン２０７に連結されたピストンロッド２０８とを有している。ピストンロッド２０８の他端側は、ダンパ本体２０３の一端部（図１４左側）に形成した孔（符号省略）をシール状態で挿通されて外部に突出されている。ピストンロッド２０８が車体側前方取付部材２６（車体２５側）に取付けられ、ダンパ本体２０３が第１台車２３の右側台車枠３２に取付けられている。この取付け関係は反対にしてもよい。前記ピストン２０７及びピストンロッド２０８については、断面積の比が２：１になるように径寸法が定められている。
【００５８】
リザーバ室２０２は、シリンダボア２０１に沿うようにして、ダンパ本体２０３の一端部から他端部（以下、底板という。）２１０まで延びて形成されている。ダンパ本体２０３の底板２１０には、一端部がリザーバ室２０２に連通し、他端部がダンパ本体２０３の外部に開口する通路（底板通路）２１５が形成されている。底板２１０には、底板通路２１５と第２室２０６を連通する孔２１６が形成され、この孔２１６に対面するようにして第２室２０６側には、逆止弁（底板逆止弁）２１７が設けられている。ピストン２０７には第１、第２室２０５，２０６を連通する孔２１８が形成され、この孔２１８に対面するようにして第１室２０５側には、逆止弁（ピストン逆止弁）２１９が設けられている。
【００５９】
流路調整機構２０４は、第１室２０５及び底板通路２１５に連通するように設けられたリリーフ弁機構２３０と、このリリーフ弁機構２３０に並列するように設けられたオリフィス機構２３１とを備えている。リリーフ弁機構２３０は、直列に接続された伸び行程用リリーフ弁２３２及び縮み行程用リリーフ弁２３３から大略構成されている。伸び行程用リリーフ弁２３２及び縮み行程用リリーフ弁２３３は、油圧がある一定の圧力（リリーフ圧力）に達すると開弁するようになっており、減衰力の上がり過ぎを防ぐ。オリフィス機構２３１は、直列に接続された伸び行程用可変オリフィス２３４及び縮み行程用可変オリフィス２３５から大略構成されている。伸び行程用、縮み行程用リリーフ弁２３２，２３３の接続部（符号省略）と伸び行程用、縮み行程用可変オリフィス２３４，２３５の接続部（符号省略）とは連通され、両接続部はさらに連通路２３６を介して第２室２０６に連通されている。
【００６０】
第４実施の形態の油圧ダンパ２８は、伸び行程時には、図１４に示すようにピストン逆止弁２１９が閉弁し、第１室２０５の油圧が上昇する（第１室２０５が圧力室となる）。すると、伸び行程用可変オリフィス２３４と伸び行程用リリーフ弁２３２に作動油が流れ、減衰力が発生する。このとき、伸び行程用可変オリフィス２３４の絞りを変えると減衰力を任意に変更できる。なお、作動油は第２室２０６に供給されると共に、ピストン２０７及びピストンロッド２０８の体積分の作動油がリザーバ室２０２から第２室２０６に供給され、次の行程に備える。
【００６１】
また、縮み行程時には、図１５に示すように底板逆止弁２１７が閉弁すると共にピストン逆止弁２１９が開弁し、第２室２０６の油圧が上昇する（第２室２０６が圧力室となる）。すると、縮み行程用可変オリフィス２３５と縮み行程用リリーフ弁２３３に作動油が流れ、減衰力が発生する。このとき、縮み行程用可変オリフィス２３５の絞りを変えると減衰力を任意に変更できる。なお、作動油はリザーバ室２０２に戻され、次の行程に備える。
【００６２】
ピストン２０７及びピストンロッド２０８については、断面積の比が２：１になるように設定されているので、ピストンロッド２０８、ピストン２０７の伸縮による可変オリフィス（伸び行程用、縮み行程用可変オリフィス２３４，２３５）への作動油の通過流量及びリリーフ弁（伸び行程用、縮み行程用リリーフ弁２３２，２３３）への作動油の通過流量が同等になる。このため、伸び行程及び縮み行程とも同等の減衰力特性を得ることができる。
【００６３】
第４実施の形態の油圧ダンパ２８は、図１６に示す減衰力―ストローク特性を有しており、縮み側減衰力を制御している場合は、伸び側減衰力が最低（アンロード）となり、一方、伸び側減衰力を制御している場合は縮み側減衰力が最低（アンロード）となる減衰力反転式とされている。このため、例えば、縮み側減衰力を縮み行程用可変オリフィス２３５によって可変制御している場合は、伸び行程用可変オリフィス２３４は絞りを常に最大〔絞り径を最大とし、絞りが開放された状態〕とし、伸び側減衰力をアンロード状態とするように制御される。
【００６４】
上述した可変オリフィス（伸び行程用、縮み行程用可変オリフィス２３４，２３５）の絞り調整については、比例ソレノイドを用いて行うことが可能であり、このように構成することにより減衰力を連続的に可変制御することができるようになる。なお、減衰力を連続的に可変制御する必要がなければ，可変オリフィス（伸び行程用、縮み行程用可変オリフィス２３４，２３５）を多段の電磁弁（オン／オフ弁）等に置き換えて、減衰力を多段切換することができる。
【００６５】
この第４実施の形態では、上述したように車体振動抑制装置が新幹線車両に用いられるが、その新幹線車両における車速と車体の左右振動レベルとの関係を図示すると、例えば、図１７に示すようになる。すなわち、車速がおよそ200Km/hまでは車体の左右振動レベルは車速に比例して略直線的に増加し、200Km/hを超える車速では、車体の左右振動レベルが急激に増加する特性を有する。
【００６６】
この第４実施の形態では、電磁力ダンパのみでの振動抑制に伴う消費エネルギーの過大及び発熱量の増加を回避するため、後述するように車速などに応じて、油圧ダンパのみでの振動抑制と、電磁力ダンパ及び油圧ダンパを共に用いる振動制御（便宜上、両ダンパ併用制御という。）とを選択的に実行するようにしている。そして、油圧ダンパのみでの振動抑制及び両ダンパ併用制御による車体の左右振動加速度（車体共振周波数付近の）の低減度合いは、図１９に示すようになる。すなわち、上述したように車速が200Km/hを超えると、車体の左右振動レベルが急激に増加するが、前記車速が200Km/hを超える範囲では、油圧ダンパのみでの振動抑制及び両ダンパ併用制御のいずれの振動制御の場合も、左右振動加速度の低減度合い、ひいては制御効果が大きい。この場合、油圧ダンパのみでの振動抑制及び両ダンパ併用制御について比較すると、両ダンパ併用制御の方が車速の大きさによらず制御効果が大きく、両者に差があるものになっている。特に、車速が大きい領域で、両者（両ダンパ併用制御による左右振動の低減度合い、油圧ダンパのみでの振動抑制による左右振動の低減度合い）の差がより顕著になる。
【００６７】
一方、車速が200Km/h以下では、両者（両ダンパ併用制御による左右振動の低減度合い、油圧ダンパのみでの振動抑制による左右振動の低減度合い）の差は小さい。これは、車速が200Km/h以下では、図１７に示されるように車体の左右振動レベルがあまり大きくないために、制御効果に差が出にくいためである。
【００６８】
また、電磁力ダンパ３４は、連続して大きな力を出していると、コイルが過熱しやすいという課題がある。このため、コイルの熱を放熱しやすい構造にする必要がある。しかし、スペース上の制約がある等のことから、ヒートシンク等を設けにくく、放熱性を大きくすることが難しい。また、制御効果を得るために大きな力を出していると、消費電力も増大してしまうという課題がある。
【００６９】
本実施の形態では、電磁力ダンパ３４が有する上記課題を解決するように、上述したように、車速などに応じて、油圧ダンパのみでの振動抑制と、両ダンパ併用制御とを選択的に実行するようにしている。
ここで、本実施の形態のコントローラ４５Ａの制御内容を図１９に基づいて説明する。この説明に合わせて、油圧ダンパのみでの振動抑制又は両ダンパ併用制御の選択の判定条件を説明する。
【００７０】
コントローラ４５Ａは、図１９に示すように、所定のサンプリング周期（本実施の形態では１０ｍｓ）毎に処理を行ない、まず、車速センサ６１からの車両速度情報（車速）を取り込み(ステップｆ３１)、これに続いて、地点情報Ｄ１の取り込み(ステップｆ３２)、現在時刻情報Ｄ２の取り込み(ステップｆ３３)を順次行なう。
ステップｆ３３に続いて、車速が200Km/h以上か否かを判定する(ステップｆ３４)。車速が200Km/h以上である（Ｙｅｓ）と判定すると、両ダンパ併用制御を選択して実行する(ステップｆ３５)。
【００７１】
車速が200Km/h未満である（Ｎｏ）と判定すると、駅に停車中であるか否かを車速センサ６１の検出値がゼロ（０）であるか否かにより判定する(ステップｆ３６)。なお、駅等に停車している場合、後続車両の通過待ちや、対向する車両とのすれ違い等が起こる場合がある。この際、停車している車両と通過車両、あるいはすれ違い車両とは、速度差が大きいため、停車している車両には大きな左右振動が発生することが知られている。従って、駅等に車両が停車している場合（車速が０の場合）、両ダンパ併用制御を用いた方が左右振動の抑制に有効なものとなる。
車両の停車に対して上記事情があることに基づき、ステップｆ３６の判定を行ない、このステップｆ３６で、停車中（例えば駅に停車中）である（Ｙｅｓ）と、判定すると、ステップｆ３５に進んで両ダンパ併用制御〔油圧ダンパ＋電磁力ダンパで左右振動を制御〕を選択して実行する。
【００７２】
また、ステップｆ３６で駅に停車中でない（Ｎｏ）と判定すると、地点情報Ｄ１に基づいて、車両がポイントを通過するタイミングであるか否かを判定する(ステップｆ３７)。駅構内へ車両が進入する場合、車速が小さくてもポイントの通過を伴うと大きな左右振動を生じる。ポイントの通過と左右振動の発生には上記対応関係があることに基づき、上記ステップｆ３７の判定を行なう。そして、このステップｆ３７で、ポイント通過タイミングである（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップｆ３５に進んで両ダンパ併用制御を選択して実行する。
【００７３】
また、ステップｆ３７でポイント通過タイミングでない（Ｎｏ）と判定すると、地点情報Ｄ１に基づいて、車両がトンネルを通過するタイミングであるか否かを判定する(ステップｆ３８)。車両がトンネルを通過する際も、車両には大きな左右振動が生じることが知られている。トンネルの通過と左右振動の発生には上記対応関係があることに基づき、上記ステップｆ３８の判定を行なう。そして、このステップｆ３８で、トンネル通過タイミングである（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップｆ３５に進んで両ダンパ併用制御を選択して実行する。
【００７４】
また、ステップｆ３８でトンネル通過タイミングでない（Ｎｏ）と判定すると、地点情報Ｄ１及び現在時刻情報Ｄ２に基づいて、車両がすれ違いであるか否かを判定する(ステップｆ３９)。車両がすれ違う場合、たとえ車両が200Km/h以下で走行していても、車両には大きな左右振動が生じることが知られている。車両のすれ違いと左右振動の発生には上記対応関係があることに基づき、上記ステップｆ３９の判定を行なう。そして、このステップｆ３９で、車両すれ違いタイミングである（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップｆ３５に進んで両ダンパ併用制御を選択して実行する。また、ステップｆ３９で車両すれ違いタイミングでない（Ｎｏ）と判定すると、油圧ダンパのみでの振動抑制〔油圧ダンパのみで左右振動を制御〕を実行する(ステップｆ４０)。
【００７５】
この第４実施の形態では、車両に大きな左右振動が生じると予想されるような場合には、両ダンパ併用制御(ステップｆ３５)を実行して、左右振動を確実に抑制する。また、車両に大きな左右振動が発生する虞が少ないときは、油圧ダンパのみでの振動抑制を実行する(ステップｆ４０)。このため、発生する左右振動の大きさに適切に対処した振動制御を行うことができる。また、上述した制御を行うことにより、電磁力ダンパ３４，３４Ａの作動は、車両に大きな左右振動が発生する虞が少ないとき（例えば低車速域での走行時）には行なわれず、車両に大きな左右振動が生じると予想されるような場合（例えば高車速域での走行時）にのみ行なわれるので、振動抑制を電磁力ダンパ３４，３４Ａを常に用いて行なう場合に比して、消費エネルギーが少なくて済む上、発熱量を抑制できる。また、低車速に比して振動しやすい高車速時に電磁力ダンパを使用する機会が多くなり、その分、電磁力ダンパ３４，３４Ａの有効利用を図ることができる。
【００７６】
なお、上記各実施の形態では、油圧ダンパ２８，２８Ａが反転型である場合を例にしたが、これに限らず、非反転型、多段切換型、２段切換式セミアクティブシステムを適用するようにしてもよい。
また、上記各実施の形態では、鉄道の横揺れ用の装置について記載したが、これに限らず、鉄道の上下振動用や、車両間に設けられるダンパに用いてもよく、さらに、自動車の上下振動にも適用することができる。
【００７７】
【発明の効果】
請求項１、請求項４から請求項７に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、鉄道車両の車体と台車との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車体と前記台車との間に介装された電磁力ダンパとを設けたので、油圧ダンパ及び電磁力ダンパが車体の振動抑制を分担して果たすようにすることにより、油圧ダンパの負担を減らして、油圧ダンパに用いられるポンプ等の部材及び給排油系統を小型軽量にでき、ひいては装置全体の小型軽量化及び鉄道車両への搭載性の向上を図ることが可能となる。
さらに、電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせるので、振動抑制を電磁力ダンパを常に用いて行なう場合に比して、消費エネルギーが少なくて済む上、発熱量を抑制できる。また、低車速に比して振動しやすい高車速時に電磁力ダンパを使用する機会が多くなり、その分、電磁力ダンパの有効利用を図ることができる。
【００７８】
請求項２、請求項４から請求項６に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、車両の車体側と車輪側との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車体側と車輪側との間に介装された電磁力ダンパとを別個に並列に設けたので、油圧ダンパ及び電磁力ダンパが車体の振動抑制を分担して果たすようにすることにより、油圧ダンパの負担を減らして、油圧ダンパに用いられるポンプ等の部材及び給排油系統を小型軽量にでき、ひいては装置全体の小型軽量化及び車両への搭載性の向上を図ることが可能となる。
さらに、電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせるので、振動抑制を電磁力ダンパを常に用いて行なう場合に比して、消費エネルギーが少なくて済む上、発熱量を抑制できる。また、低車速に比して振動しやすい高車速時に電磁力ダンパを使用する機会が多くなり、その分、電磁力ダンパの有効利用を図ることができる。
【００７９】
請求項３、請求項４から６に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、連結された車両と車両との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車両と車両との間に介装された電磁力ダンパとを設けたので、油圧ダンパ及び電磁力ダンパが車体の振動抑制を分担して果たすようにすることにより、油圧ダンパの負担を減らして、油圧ダンパに用いられるポンプ等の部材及び給排油系統を小型軽量にでき、ひいては装置全体の小型軽量化及び車両への搭載性の向上を図ることが可能となる。
さらに、電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせるので、振動抑制を電磁力ダンパを常に用いて行なう場合に比して、消費エネルギーが少なくて済む上、発熱量を抑制できる。また、低車速に比して振動しやすい高車速時に電磁力ダンパを使用する機会が多くなり、その分、電磁力ダンパの有効利用を図ることができる。
【００８０】
請求項４に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、上記効果に加えて、油圧ダンパが車体を加振する方向で作用する場合に、電磁力ダンパが発生する力を大きくして車体の振動を抑制するので、車体制振を行なう上で油圧ダンパでは不足となる制御力を電磁力ダンパが補うことができ、良好な制振性を確保することができる。請求項７に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、上記効果に加えて、スカイフックダンパ理論に基づいて定められるスカイフック減衰力から前記油圧ダンパが発生している力を減算して得られる差分力が発生するように電磁力ダンパを調整するので、油圧ダンパが車体を加振する方向で作用する場合における当該加振力を前記差分力がキャンセルするように構成することにより、スカイフック減衰力の再現性を向上して良好な制振性を確保することが可能となる。
【００８１】
請求項６に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、上記効果に加えて、電磁力ダンパと該電磁力ダンパに電流を供給する電源とを接続する回路のフェイルが検出された場合、電磁力ダンパへの通電を停止させる電磁力ダンパ通電停止手段を備えたので、前記回路のフェイルが検出された場合、電磁力ダンパへの通電を停止し、車体振動の制振を油圧ダンパで行なうようにすることが可能であり、これによりフェイルセーフ性の向上を図ることができる。
請求項７に記載の発明に係る車体振動抑制装置によれば、前記台車は、前記車体の前後側に夫々配置された第１、第２台車の２つの台車からなり、前記第１台車に対応して設けられる前記電磁力ダンパ及び前記油圧ダンパについて、前記第１台車の略中央部に設けた車体側取付部材を中心にして、前記車体の進行方向に対して左右方向の一方に前記電磁力ダンパが設けられ、他方に前記油圧ダンパが設けられ、前記第２台車に対応して設けられる前記電磁力ダンパ及び前記油圧ダンパについて、前記第２台車の略中央部に設けた車体側取付部材を中心にして、前記車体の進行方向に対して左右方向の一方に前記電油圧ダンパが設けられ、他方に前記電磁力ダンパが設けられたので、上記効果に加えて、前記両電磁力ダンパについて、その制御回路のフェイルなどに起因する開放に際しても、前記両油圧ダンパの作動により車体の左右側でバランスよく制振制御が行われ、良好な走行安定性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る車体振動抑制装置が用いられる鉄道車両を模式的に示す側面図である。
【図２】図１の第１台車における車体振動抑制装置を模式的に示す平面図である。
【図３】第１実施の形態における油圧ダンパ及び電磁力ダンパの配置状態を模式的に示す平面図である。
【図４】図２の油圧ダンパの電流―減衰力特性を示す図である。
【図５】図２の油圧ダンパのピストン速度―減衰力特性を示す図である。
【図６】図２の電磁力ダンパの電流―発生力特性を示す図である。
【図７】図１のコントローラの制御内容を示すフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施の形態に係る車体振動抑制装置のコントローラの制御内容を示すフローチャートである。
【図９】第２実施の形態の作用を説明するための各種発生力等を時間対応させて示す図である。
【図１０】本発明の第３実施の形態に係る車体振動抑制装置のコントローラの制御内容を示すフローチャートである。
【図１１】第３実施の形態の作用を説明するための車速及び各種発生力等を時間対応させて示す図である。
【図１２】本発明の第４実施の形態に係るコントローラを含む制御回路を示すブロック図である。
【図１３】本発明の第４実施の形態に係る電磁力ダンパを示す断面図である。
【図１４】本発明の第４実施の形態に係る油圧ダンパの伸び行程時の油圧回路を模式的に示す図である。
【図１５】図１４の油圧ダンパの縮み行程時の油圧回路を模式的に示す図である。
【図１６】図１５の油圧ダンパの減衰力―ストローク速度特性を示す図である。
【図１７】車速と車体の左右振動レベルと関係を示す図である。
【図１８】油圧ダンパ単独の場合及び電磁力ダンパ及び油圧ダンパの場合のそれぞれの場合における、車速と左右振動の低減度合との関係を示す図である。
【図１９】図１２のコントローラの制御内容を示すフローチャートである。
【図２０】従来の一例の車体振動抑制装置を用いた鉄道車両の前方部分を模式的に示す背面図である。
【図２１】スカイフックダンパ理論を説明するためのスカイフックシステムを模式的に示す図である。
【図２２】スカイフックダンパ理論を説明するためのセミアクティブシステムを模式的に示す図である。
【図２３】スカイフックシステム、セミアクティブシステムの作用を模式的に示すための波形図である。
【符号の説明】
２３ 第１台車
２５ 車体
２８ 油圧ダンパ
３０ 車体振動抑制装置
３４ 電磁力ダンパ
Claims (7)
- 鉄道車両の車体と台車との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車体と前記台車との間に介装された電磁力ダンパとを設け、該電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせる電磁力ダンパ作動制御部を設けたことを特徴とする車体振動抑制装置。
- 車両の車体側と車輪側との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車体側と車輪側との間に介装された電磁力ダンパとを別個に並列に設け、該電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせる電磁力ダンパ作動制御部を設けたことを特徴とする車体振動抑制装置。
- 連結された車両と車両との間に介装された減衰力可変の油圧ダンパと、前記車両と車両との間に介装された電磁力ダンパとを設け、該電磁力ダンパの作動を低車速域では行なわせず高車速域でのみ行なわせる電磁力ダンパ作動制御部を設けたことを特徴とする車体振動抑制装置。
- 請求項１から３までのいずれかに記載の構成において、前記油圧ダンパが車体を制振する方向で作用する場合は、電磁力ダンパが発生する力を小さく若しくはゼロとし、油圧ダンパが車体を加振する方向で作用する場合は、電磁力ダンパが発生する力を大きくして車体の振動を抑制することを特徴とする車体振動抑制装置。
- 請求項１から３までのいずれかに記載の構成において、スカイフックダンパ理論に基づいて定められるスカイフック減衰力から前記油圧ダンパが発生している力を減算して得られる差分力が発生するように電磁力ダンパを調整する電磁力演算部を設けたことを特徴とする車体振動抑制装置。
- 請求項１から５までのいずれかに記載の構成において、電磁力ダンパと該電磁力ダンパに電流を供給する電源とを接続する回路のフェイルが検出された場合、電磁力ダンパへの通電を停止させる電磁力ダンパ通電停止手段を備えたことを特徴とする車体振動抑制装置。
- 請求項１に記載の構成において、
前記台車は、前記車体の前後側に夫々配置された第１、第２台車の２つの台車からなり、
前記第１台車に対応して設けられる前記電磁力ダンパ及び前記油圧ダンパについて、前記第１台車の略中央部に設けた車体側取付部材を中心にして、前記車体の進行方向に対して左右方向の一方に前記電磁力ダンパが設けられ、他方に前記油圧ダンパが設けられ、
前記第２台車に対応して設けられる前記電磁力ダンパ及び前記油圧ダンパについて、前記第２台車の略中央部に設けた車体側取付部材を中心にして、前記車体の進行方向に対して前記左右方向の一方に前記油圧ダンパが設けられ、他方に前記電磁力ダンパが設けられたことを特徴とする車体振動抑制装置。
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