アクチュエータ
【課題】液圧式であっても車両における乗り心地を向上することが可能なアクチュエータを提供することである。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段における鉄道車両の車体Ｂと台車Ｗとの間に介装されるシリンダＣと、シリンダＣに液圧を供給するモータＭで駆動される液圧ポンプ１と、シリンダ位置をフィードバックしてモータＭを制御する制御部２０とを備え、車体Ｂを台車Ｗに対して傾斜させるアクチュエータＡにおいて、制御部２０内に生成或いは帰還される制御信号を濾過するローパスフィルタ２５を設けた。
【解決手段】上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段における鉄道車両の車体Ｂと台車Ｗとの間に介装されるシリンダＣと、シリンダＣに液圧を供給するモータＭで駆動される液圧ポンプ１と、シリンダ位置をフィードバックしてモータＭを制御する制御部２０とを備え、車体Ｂを台車Ｗに対して傾斜させるアクチュエータＡにおいて、制御部２０内に生成或いは帰還される制御信号を濾過するローパスフィルタ２５を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両が曲線区間を走行する場合、車体には曲線区間の曲率中心とは反対側に向く遠心力が作用する。この遠心力は、車両の走行速度が高くなればなるほど大きくなる。そこで、鉄道車両の軌道では、曲率中心側の内側レールと反対側の外側レールにカントと呼ばれる高低差を設けて、上記遠心力を緩和し、曲線走行時の鉄道車両の速度向上を図っている。
【０００３】
しかしながら、カント量（各レールの高低差量）は一端設定されると変更することができず、走行速度が異なる鉄道車両が走行する線区では、高速走行する鉄道車両になればなるほど、カント量が不足して超過遠心力が鉄道車両に作用して、乗心地が悪化してしまうといった問題がある。
【０００４】
そこで、近年では、振子式の車体傾斜装置や台車と車体との間に設けた気体バネを用いて車体を台車に対して傾斜させる車体傾斜装置を搭載するようにし、上記カント量不足による超過遠心力を緩和するため、鉄道車両が曲線区間を走行する際に、台車に対して車体を曲率中心側に傾けるようにして乗り心地の悪化を抑制することで、曲線区間での高速走行を実現している。
【０００５】
このような車体傾斜装置にあっては、具体的にはたとえば、車体と台車との間に空気圧で駆動される直動型のアクチュエータを介装し、このアクチュエータを伸縮させることで車体を台車に対して傾斜させるようになっている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１５４４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記アクチュエータは、その駆動を大きな圧縮性を持つ圧縮空気を利用して行うため、推力と応答性が不十分となって狙った車体傾斜角の確保が難しく、乗り心地を充分に向上することが難しいという問題があり、これを解消するには、アクチュエータには、空気圧ではなく、液圧で駆動するものを採用することが考えられる。
【０００７】
ところが、アクチュエータの作動流体を液体とする場合、今度は、液体の圧縮性の小ささ故にアクチュエータの見掛け上の剛性が高くなって、この車体傾斜用に供されるアクチュエータを介して台車における車体進行方向に対する左右方向の振動が車体に伝達されてしまい、車両における乗り心地を悪化させてしまう虞がある。なお、アクチュエータの見掛け上の剛性とは、作動流体を含めたアクチュエータ全体の伸縮方向の見掛け上の剛性であり、作動流体の圧縮性が小さくなればなるほど上記見掛け上の剛性は高くなる傾向を示すことになる。
【０００８】
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、液圧式であっても車両における乗り心地を向上することが可能なアクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段におけるアクチュエータは、鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダとシリンダに液圧を供給するモータで駆動される液圧ポンプと、シリンダ位置をフィードバックしてモータを制御する制御部とを備え、車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータにおいて、制御部内に生成される制御信号を濾過するローパスフィルタを設けた。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアクチュエータによれば、制御部で生成或いは帰還される制御信号を濾過するローパスフィルタを備えているので、外乱によって乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車に作用しても、台車側へ入力された振動が車体側へ伝播することを抑制することができ、液圧式のアクチュエータを車体傾斜に用いても車両における乗り心地を向上することができるのである。
【００１１】
また、換言すれば、車両における乗り心地を向上することができるので、アクチュエータの作動流体を作動油等の液体とすることができ、推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。図２は、一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。図３は、一実施の形態のアクチュエータにおける制御ブロック図である。
【００１３】
一実施の形態におけるアクチュエータＡは、図１および図２に示すように、鉄道車両の車体Ｂと台車Ｗとの間に介装されるシリンダＣと、シリンダＣに液圧を供給するモータＭで駆動される油圧ポンプ１と、モータＭを制御する制御部２０とを備えて構成されている。
【００１４】
このアクチュエータＡにあっては、シリンダＣを油圧ポンプ１から供給する液圧で駆動することができるようになっており、本実施の形態では、具体的には、液圧でシリンダＣを駆動するためアクチュエータ回路５を備えている。
【００１５】
以下、各部について詳細に説明すると、シリンダＣは、容器２と、容器２内に摺動自在に挿入されて容器２内に一方室Ｒ１および他方室Ｒ２の二つの圧力室を区画するピストン３と、ピストン３に連結されて容器２内に移動自在に挿入されるロッド４とを備えて構成され、一方室Ｒ１および他方室Ｒ２内には液体としての作動油が充填され、この実施の形態の場合、いわゆる両ロッド型の油圧シリンダとされている。なお、本実施の形態にあっては、シリンダＣの作動には使用される液体は作動油とされているが、液体はアクチュエータＡの作動に適するものであればよい。
【００１６】
そして、油圧ポンプ１は、シリンダＣをアクチュエータとして動作させるアクチュエータ回路５中に組み込まれ、アクチュエータ回路５は、ループ通路６と、ループ通路６中に設けた二つのソレノイド切換弁７，８と、ループ通路６から分岐する二つの分岐通路９，１０と、分岐通路９，１０のうち低圧側をアキュムレータ１１に連通する低圧選択弁１２とを備えて構成されている。
【００１７】
詳細には、油圧ポンプ１は、シリンダＣの一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するループ通路６の途中に設けられ、この場合、モータＭによって駆動される双方向吐出型のポンプとして構成されている。なお、油圧ポンプ１で生じる漏れ油圧はアキュムレータ１１で回収されるようになっている。
【００１８】
また、ループ通路６の途中であって、油圧ポンプ１と一方室Ｒ１との間には、ノーマルクローズのソレノイド切換弁７が介装され、さらに、油圧ポンプ１と他方室Ｒ２との間にも、ノーマルクローズのソレノイド切換弁８が介装されている。
【００１９】
ソレノイド切換弁７は、油圧ポンプ１と一方室Ｒ１とを連通する連通ポジションと、油圧ポンプ１から一方室Ｒ１への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ７ａと、遮断ポジションを採るようにバルブ７ａを附勢するバネ７ｂと、通電時にバルブ７ａをバネ７ｂに対向して連通ポジションに切換えるソレノイド７ｃとを備えて構成され、他方のソレノイド切換弁８は、油圧ポンプ１と他方室Ｒ２とを連通する連通ポジションと、油圧ポンプ１から他方室Ｒ２への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ８ａと、遮断ポジションを採るようにバルブ８ａを附勢するバネ８ｂと、通電時にバルブ８ａをバネ８ｂに対向して連通ポジションに切換えるソレノイド８ｃとを備えて構成されている。
【００２０】
さらに、分岐通路９は、ループ通路６の途中であってソレノイド切換弁７と油圧ポンプ１との間から分岐し、他方の分岐通路１０は、ループ通路６の途中であってソレノイド切換弁８と油圧ポンプ１との間から分岐しており、これら分岐通路９，１０のうち、低圧側が低圧選択弁１２によってアキュムレータ１１へ連通される。
【００２１】
低圧選択弁１２は、分岐流路９をアキュムレータ１１に連通する一方側連通ポジションと、分岐流路１０をアキュムレータ１１に連通する他方側連通ポジションと、分岐流路９，１０の双方をアキュムレータ１１に連通する双方連通ポジションとを備えたバルブ１２ａと、バルブ１２ａを他方側連通ポジションに切換えるように分岐流路９の圧力を作用させるパイロット通路１２ｂと、バルブ１２ａを一方側連通ポジションに切換えるように分岐流路１０の圧力を作用させるパイロット通路１２ｃとを備え、中立位置では双方連通ポジションを採るように構成されている。
【００２２】
したがって、分岐流路９側の圧力が分岐流路１０側の圧力を上回ると、低圧選択弁１２は、他方側連通ポジションを採って分岐流路１０をアキュムレータ１１に連通し、反対に、分岐流路１０側の圧力が分岐流路９側の圧力を上回ると、低圧選択弁１２は、一方側連通ポジションを採って分岐流路９をアキュムレータ１１に連通する。
【００２３】
すなわち、ソレノイド切換弁７，８をそれぞれ連通ポジションとして、油圧ポンプ１を一方室Ｒ１へ油圧を供給するように駆動すると、一方室Ｒ１内に油圧が供給されてシリンダＣにおけるロッド４が、図１および図２中、右方へ推進されてシリンダＣが収縮し、車体Ｂを反時計周りに傾斜させることができ、反対に、ソレノイド切換弁７，８をそれぞれ連通ポジションとして、油圧ポンプ１を他方室Ｒ２へ油圧を供給するように駆動すると、他方室Ｒ２内に油圧が供給されてシリンダＣにおけるロッド４が、図１および図２中、左方へ推進されてシリンダＣが伸長し、車体Ｂを時計周りに傾斜させることができる。つまり、当該アクチュエータＡを、車体を傾斜させるアクチュエータとして機能させることができる。
【００２４】
そして、油圧ポンプ１を一方室Ｒ１へ油圧を供給するように駆動する場合、油圧ポンプ１は、低圧側となる他方室Ｒ２から、あるいは、低圧選択弁１２によって選択される分岐流路１０を介してアキュムレータ１１から、あるいは、その両方から作動油を吸い込んで、一方室Ｒ１側へ作動油を吐出する。反対に、油圧ポンプ１を他方室Ｒ２へ油圧を供給するように駆動する場合、油圧ポンプ１は、低圧側となる一方室Ｒ１から、あるいは、低圧選択弁１２によって選択される分岐流路９を介してアキュムレータ１１から、あるいは、その両方から作動油を吸い込んで、他方室Ｒ２側へ作動油を吐出する。
【００２５】
したがって、油圧ポンプ１は、作動油の圧縮等による体積減少が生じても、アキュムレータ１１から作動油の供給を受け、問題なく一方室Ｒ１および他方室Ｒ２のうち希望する圧力室へ油圧を供給することができる。
【００２６】
また、シリンダＣの推力発生方向が逆転する折には、一方室Ｒ１の圧力と他方室Ｒ２の圧力の高低が逆転するので、低圧選択弁１２は、一端中立位置の双方連通ポジションを経由して切換わり、分岐流路９，１０を一度アキュムレータ１１に連通する。
【００２７】
なお、低圧選択弁１２は、作動油の温度上昇による内圧増大の防止、作動油の温度低下による負圧の防止、およびシリンダＣの製作加工誤差による一方室Ｒ１と他方室Ｒ２の容積差によるアキュムレータからの作動油の供給等のために設けられている。
【００２８】
また、この実施の形態の場合、シリンダ位置（シリンダＣにおける容器２に対するロッド４の変位）をセンシングするストロークセンサ３０を備えており、ストロークセンサ３０で検知するシリンダ位置に基づいて、位置フィードバック制御を行う制御部２０によって、油圧ポンプ１を駆動するモータＭが制御されるようになっている。
【００２９】
なお、本実施の形態におけるアクチュエータＡでは、失陥時その他においてシリンダＣをダンパとして機能させるダンパ回路１３を備えており、このダンパ回路１３について説明すると、ダンパ回路１３は、シリンダＣ内の二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通する流路１４を備えており、この流路１４は、減衰力発生要素１５とソレノイド切換弁１６とが設けられるメイン流路１４ａと、一方室Ｒ１からメイン流路１４ａに向かう流れのみを許容する一方側上流路１４ｂと、他方室Ｒ２からメイン流路１４ａに向かう流れのみを許容する他方側上流路１４ｃと、メイン流路１４ａから一方室Ｒ１へ向かう流れのみを許容する一方側下流路１４ｄと、メイン流路１４ａから他方室Ｒ２へ向かう流れのみを許容する他方側下流路１４ｅとを備えて構成されている。
【００３０】
一方側上流路１４ｂは、途中に一方室Ｒ１からメイン流路１４ａへ向かう作動油の流れのみを許容する逆止弁１７ａを備え、この逆止弁１７ａによって一方側上流路１４ｂを一方室Ｒ１からメイン流路１４ａへ向かう一方通行の通路としている。他の他方側上流路１４ｃ、一方側下流路１４ｄ、他方側下流路１４ｅの途中にも同様に、それぞれ逆止弁１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが設けられ、それぞれ上記した通りの一方通行の通路となるように設定されている。
【００３１】
本実施の形態にあっては、このように流路１４が構成されることで、作動油は、メイン流路１４ａを一方側上流路１４ｂおよび他方側上流路１４ｃに接続されている方を上流として、一方側下流路１４ｄおよび他方側下流路１４ｅに接続されている下流側へ流れることになり、メイン流路１４ａも一方通行とされている。
【００３２】
また、メイン流路１４ａの下流は、接続通路１４ｆを介して上述のアキュムレータ１１に接続され、メイン流路１４ａの下流の圧力はアキュムレータ１１と同圧となるように設定されている。
【００３３】
そして、メイン流路１４ａの途中に設けられる減衰力発生要素１５は、自身の上流側の圧力に応じて流路面積を調節する減衰バルブ１５ａと、当該減衰バルブ１５ａに並列配置される固定絞り１５ｂとで構成され、メイン流路１４ａの上流側の圧力が低いときには、減衰バルブ１５ａが開かず、作動油に固定絞り１５ｂを通過させ、流量が増加して固定絞り１５ｂによる圧力損失が大きくなり上流側の圧力が減衰バルブ１５ａのクラッキング圧を上回るようになると、減衰バルブ１５ａが開いて作動油は減衰バルブ１５ａをも介してメイン流路１４ａの下流側へ流れるようになる。
【００３４】
このように、減衰力発生要素１５は、作動油がメイン流路１４ａを流れる際に、この流れに減衰バルブ１５ａと固定絞り１５ｂとで抵抗を与えて、シリンダＣの伸縮を抑制する減衰力を発揮させる発生源として機能する。
【００３５】
さらに、ソレノイド切換弁１６は、ノーマルオープンの切換弁とされ、メイン流路１４ａを開放する連通ポジションと、メイン流路１４ａを遮断する遮断ポジションとを備えたバルブ１６ａと、連通ポジションを採るようにバルブ１６ａを附勢するバネ１６ｂと、通電時にバルブ１６ａをバネ１６ｂに対向して遮断ポジションに切換えるソレノイド１６ｃとを備えて構成されている。
【００３６】
ここで、アクチュエータ回路５側でシリンダＣを駆動しない状態を考えると、ソレノイド切換弁１６が遮断ポジションを採り、ソレノイド切換弁７，８が遮断ポジションであれば、メイン流路１４ａが遮断状態に維持され、シリンダＣの一方室Ｒ１と他方室Ｒ２との連通が断たれた状態となるので、シリンダＣは伸縮不能なロック状態とされる。他方、いわゆる失陥時にあって、ソレノイド切換弁７，８が遮断ポジションを採るとともにソレノイド切換弁１６が連通ポジションを採る場合には、メイン流路１６ａが開放状態に維持され、シリンダＣが外力によって強制的に伸縮させられると、作動油は流路１４を介して、一方室Ｒ１から他方室Ｒ２へ、あるいは、他方室Ｒ２から一方室Ｒ１へと移動可能となり、また、上記移動に際して必ずメイン流路１４ａの減衰力発生要素１５を通過するので、シリンダＣは外力による強制伸縮に対して伸縮を抑制する減衰力を発揮し、シリンダＣをダンパとして機能させることができるようになる。
【００３７】
また、このダンパ回路１３では、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するリリーフ流路１８と、リリーフ流路１８の途中に設けたリリーフ弁１９とを備えている。
【００３８】
リリーフ流路１８は、具体的には、減衰力発生要素１５およびソレノイド切換弁１６を迂回してメイン流路１４ａの上流と下流を連通することによって、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通している。
【００３９】
そして、ソレノイド切換弁１６の開閉に関わらず、シリンダＣに伸縮方向の過大な入力があって、一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２内の圧力が所定圧を超える異常高圧となると、リリーフ弁１９が開放動作して、異常高圧となった一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２の一方の圧力を低圧側の他方へ逃がして、アクチュエータＡのシステム全体を保護するようになっている。また、作動油の体積が減少する場合には、ソレノイド切換弁７，８が連通ポジション、遮断ポジションを問わずに一方室Ｒ１および他方室Ｒ２とアキュムレータ１１との連通を許容するのでアキュムレータ１１から一方室Ｒ１および他方室Ｒ２に作動油が供給されることになる。
【００４０】
このように、この実施の形態のアクチュエータＡでは、上記回路構成を採用することで、温度変化による作動油の体積補償される。このように、ソレノイド切換弁７，８における遮断ポジションにおいて、ループ通路６を遮断していても温度低下に伴う体積補償を行うことを可能とするためアキュムレータ１１から一方室Ｒ１および他方室Ｒ２へ向かう流れを許容するようにしているが、当該体積補償をアクチュエータ回路５において行わない場合には、遮断ポジションにおいてループ通路６における双方向の流れを遮断するようにしてもよい。
【００４１】
つづいて、モータＭを制御する制御部２０は、図３に示すように、位置ループ２１と、位置ループ２１が生成出力する速度指令信号Ｖ＊が入力される速度ループ２２と、速度ループ２２が生成出力する電流指令信号Ｉ＊が入力される電流ループ２３と、電流ループ２３が生成出力する制御指令信号Ｅを受け取ってアクチュエータＡにおける油圧ポンプ１のモータＭを制御指令通りに駆動するモータ駆動部２４とを備えて構成されている。
【００４２】
そして、位置ループ２１は、車体Ｂの走行状態から車体傾斜角度の目標値を決定する図外の上位装置から入力されるシリンダＣの位置指令信号Ｘ＊とストロークセンサ３０が出力する実際のシリンダ位置信号Ｘとの偏差を演算し偏差信号εＸを生成する偏差演算部２１ａと、偏差信号εＸの入力を受けて比例積分動作或いは比例積分微分動作によって速度指令信号Ｖ＊を生成する速度指令生成部２１ｂとを備えており、この位置ループ２１で生成或いは帰還される制御信号は、偏差信号εＸ、シリンダ位置信号Ｘおよび速度指令信号Ｖ＊となる。
【００４３】
速度ループ２２は、位置ループ２１から入力される速度指令信号Ｖ＊とモータＭ内に設けたロータ位置を検出する図示しない回転位置センサから得られるモータＭの実際の速度信号Ｖとの偏差を演算し偏差信号εｖを生成する偏差演算部２２ａと、偏差信号εｖの入力を受けて比例積分動作或いは比例積分微分動作によって電流指令信号Ｉ＊を生成する電流指令生成部２２ｂとを備えており、この速度ループ２２で生成或いは帰還される制御信号は、偏差信号εｖ、速度信号Ｖおよび電流指令信号Ｉ＊となる。
【００４４】
電流ループ２３は、速度ループ２２から入力される電流指令信号Ｉ＊とモータＭ内に設けたコイルに流れる電流を検出する図示しない電流センサから得られるモータＭに実際の電流信号Ｉとの偏差を演算し偏差信号εＩを生成する偏差演算部２３ａと、偏差信号εＩの入力を受けて、比例動作、或いは積分動作、或いは比例積分微分動作によって制御指令信号Ｅを生成する制御指令生成部２３ｂとを備えており、この電流ループ２３で生成或いは帰還される制御信号は、偏差信号εＩ、電流信号Ｉおよび制御指令信号Ｅとなる。
【００４５】
モータ駆動部２４は、図示はしないが、モータＭを駆動する駆動回路を備え、モータＭを実際に駆動するため電流量を示す制御指令信号Ｅを受け取ると、制御指令通りの電流量をモータＭへ駆動回路を介して供給する。
【００４６】
なお、このアクチュエータＡは、モータＭを制御する指令系統とは別に各ソレノイド切換弁７，８，１６を駆動する図示しない指令系統が出力する制御指令に基づいて各ソレノイド切換弁７，８，１６を駆動するソレノイドドライバ２６を備えている。
【００４７】
そして、たとえば、シリンダＣを伸縮させて車体Ｂを傾斜させることが必要な場合に、たとえば、図外の上位装置から出力される位置指令信号Ｘ＊と実際のシリンダ位置信号ＸとからシリンダＣの駆動が必要であることを判断して各ソレノイド切換弁７，８を連通ポジションに切換える。なお、ソレノイド切換弁１６は、アクチュエータＡが正常動作している場合、原則的には、通電状態とされる。
【００４８】
ここで、鉄道車両が走行中に、外乱によって車体Ｂに伝達されると乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車Ｗに作用する場合、モータＭの制御応答性が高いため当該振動に対してアクチュエータＡの見掛け上の剛性が高くなって、台車Ｗに作用した振動を車体Ｂへ伝達してしまうことになる。換言すれば、乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車Ｗに作用する場合、車体Ｂへ台車Ｗに作用した振動を伝達させないようにするには、アクチュエータＡの見掛け上の剛性を低くすれば良いことになる。
【００４９】
そして、制御部２０では、シリンダ位置をフィードバックする位置フィードバック制御を行ってモータＭを制御しているため、上位装置から入力されるシリンダＣの位置指令信号Ｘ＊と実際のシリンダ位置信号Ｘとの偏差を求め、この偏差を基本として最終的には制御指令を生成しモータＭを制御するが、シリンダＣが車体Ｂと台車Ｗとの間に介装されているため上記台車Ｗに作用する振動によって、ストロークセンサ３０が検知したシリンダ位置信号Ｘには、上記した乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が重畳される。
【００５０】
したがって、シリンダ位置信号Ｘから端を発して最終的に得られる制御指令信号Ｅから乗り心地を悪化させる周波数帯の振動成分を除去してやれば、乗り心地を悪化させる周波数帯の振動に対してアクチュエータＡにおける制御応答が抑制され、乗り心地を悪化させる周波数帯の振動に対してアクチュエータＡの見掛け上の剛性を低くすることができることになる。
【００５１】
詳しくは、たとえば、鉄道車両が曲線区間を走行中であって上位装置が車体Ｂの台車Ｗに対する傾斜角度をある一定角度として位置指令信号Ｘ＊がある値αで一定しているとき、実際のシリンダ位置信号Ｘが乗り心地を悪化させる周波数帯の振動を含み振幅の中心が当該ある値αとなるような場合、シリンダ位置信号Ｘから振動を除去すれば、振動除去後のシリンダ位置信号Ｘが上記ある値αで一定し、上記位置ループ２１の偏差演算部２１ａが出力する偏差信号εＸの値が０となり、速度ループ２２および電流ループ２３においても偏差が生じない理想的な状態では、最終的な制御指令信号Ｅの値も０となり、モータＭはトルクを発生せずシリンダＣが入力される外力で容易に伸縮せしめられ易くなる状態となり、アクチュエータＡの見掛け上の剛性が低くなる。
【００５２】
このように、アクチュエータＡの見掛け上の剛性が低くなると、台車Ｗに入力された振動に対してアクチュエータＡが伸縮して、車体Ｂ側への振動伝播を絶縁することができるようになる。
【００５３】
そこで、この発明では、上記制御部２０で生成或いは帰還される制御信号を濾過するローパスフィルタ２５を備えている。なお、図示したところでは、ローパスフィルタ２５は、トルク指令となる電流指令信号Ｉ＊を濾過できるよう、速度ループ２２と電流ループ２３との間に介装されている。
【００５４】
このローパスフィルタ２５は、制御信号に含まれる車両における乗り心地を悪化させる振動成分を取り除くように設定されており、所定のカットオフ周波数以上の周波数成分を制御信号から取り除く。そして、このローパスフィルタ２５におけるカットオフ周波数は、アクチュエータＡを介して車体Ｂへ伝達されると乗り心地を悪化させるような周波数帯の振動を除去できれば任意に設定されればよいが、たとえば、車体Ｂに作用すると乗り心地を悪化させる周波数帯であるとされる約１Ｈｚ以上の振動成分を制御信号から除去できるよう、０．５Ｈｚ程度に設定されるとよく、車体傾斜のためのアクチュエータＡの制御周波数範囲は０．５Ｈｚ程度以下であるので、乗り心地を悪化させる振動成分のみを取り除くことができる。
【００５５】
そして、このローパスフィルタ２５でトルク指令となる電流指令信号Ｉ＊を濾過すると、電流指令信号Ｉ＊から車体Ｂに伝達されると乗り心地を悪化させる周波数帯以上の振動成分が除去され、これによって、上記乗り心地を悪化させる振動に対してモータＭの応答性が低下し、乗り心地を悪化させる振動に対するアクチュエータＡの見掛け上の剛性が低くなって、台車Ｗから車体Ｂへの振動の伝達を抑制することができる。
【００５６】
したがって、本実施の形態のアクチュエータＡでは、制御部２０で生成或いは帰還される制御信号を濾過するローパスフィルタ２５を備えているので、外乱によって乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車Ｗに作用しても、台車Ｗ側へ入力された振動が車体Ｂ側へ伝播することを抑制することができ、液圧式のアクチュエータＡを車体傾斜に用いても車両における乗り心地を向上することができるのである。
【００５７】
また、換言すれば、車両における乗り心地を向上することができるので、アクチュエータＡの作動流体を作動油等の液体とすることができ、推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができるのである。
【００５８】
また、上記した制御部２０において乗り心地を悪化させる振動が重畳される制御信号となるのは、偏差信号εＸ、シリンダ位置信号Ｘ、速度指令信号Ｖ＊、偏差信号εｖ、速度信号Ｖ、電流指令信号Ｉ＊、偏差信号εＩ、電流信号Ｉおよび制御指令信号Ｅであり、これら制御信号のうち、いずれかの信号をローパスフィルタで濾過すれば、乗り心地を悪化させる振動に対するアクチュエータＡの見掛け上の剛性が低くすることができる。
【００５９】
なお、台車Ｗが外乱によって加振される場合、乗り心地を悪化させる周波数帯の振動成分がモータＭから検出される速度信号Ｖ、電流信号Ｉにも重畳されているため、ローパスフィルタ２５で電流ループ２３に入力される電流指令信号Ｉ＊を濾過すると、モータＭに実際に流れる電流が濾過後の電流指令信号Ｉ＊に速やかに追随するので、振動抑制効果が高くなる。
【００６０】
なお、本実施の形態の制御部２０は、ハードウェア資源としては、図示はしないが、ストロークセンサ３０が出力するアナログの電圧でなる変位信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、変位信号と上位装置からの目標変位とを取り込み、上記各部の処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｓｓｅｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、上記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、上記各部の処理を行うためＣＰＵが実行するアプリケーションやオペレーティングシステム等のプログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、アクチュエータドライバ２４とを備えて構成されており、制御部２０の各部における構成は、ＣＰＵが各部の処理を行うためアプリケーションプログラムを実行することで実現されている。
【００６１】
なお、ローパスフィルタ２５は、この場合、ＣＰＵによる処理で実現されるとしているが、ローパスフィルタ２５が介装される手前までの処理がアナログ回路によって実行させるのであれば、ローパスフィルタ２５はアナログ信号を処理するフィルタとされてもよい。
【００６２】
なお、上記したところでは、車体傾斜の手法として、いわゆる振子式といわれる手法を採用する鉄道車両に、本実施の形態のアクチュエータＡを適用しているが、車体Ａと台車Ｗの間の左右のそれぞれに、二つのアクチュエータを縦置きに設置して、各アクチュエータを駆動して車体Ｂを傾斜させるような場合にも、本発明のアクチュエータＡを適用することが可能であるのは当然である。
【００６３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】一実施の形態におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。
【図２】一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。
【図３】一実施の形態のアクチュエータにおける制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 液圧源たる油圧ポンプ
２ 容器
３ ピストン
４ ロッド
５ アクチュエータ回路
６ ループ通路
７，８，１６ ソレノイド切換弁
７ａ，８ａ，１６ａ バルブ
７ｂ，８ｂ，１６ｂ バネ
７ｃ，８ｃ，１６ｃ ソレノイド
９，１０ 分岐通路
１１ アキュムレータ
１２ 低圧選択弁
１３ ダンパ回路
１４ 流路
１４ａ メイン流路
１４ｂ 一方側上流路
１４ｃ 他方側上流路
１４ｄ 一方側下流路
１４ｅ 他方側下流路
１４ｆ 接続通路
１５ 減衰力発生要素
１５ａ 減衰バルブ
１５ｂ 固定絞り
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ 逆止弁
１８ リリーフ流路
１９ リリーフ弁
２０ 制御部
２１ 位置ループ
２１ａ，２２ａ，２３ａ 偏差演算部
２１ｂ 速度指令生成部
２２ 速度ループ
２２ｂ 電流指令生成部
２３ 電流ループ
２３ｂ 制御指令生成部
２４ モータ駆動部
２５ ローパスフィルタ
２６ ソレノイドドライバ
３０ ストロークセンサ
Ａ アクチュエータ
Ｂ 車体
Ｃ シリンダ
Ｒ１ 圧力室たる一方室
Ｒ２ 圧力室たる他方室
Ｗ 台車
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両が曲線区間を走行する場合、車体には曲線区間の曲率中心とは反対側に向く遠心力が作用する。この遠心力は、車両の走行速度が高くなればなるほど大きくなる。そこで、鉄道車両の軌道では、曲率中心側の内側レールと反対側の外側レールにカントと呼ばれる高低差を設けて、上記遠心力を緩和し、曲線走行時の鉄道車両の速度向上を図っている。
【０００３】
しかしながら、カント量（各レールの高低差量）は一端設定されると変更することができず、走行速度が異なる鉄道車両が走行する線区では、高速走行する鉄道車両になればなるほど、カント量が不足して超過遠心力が鉄道車両に作用して、乗心地が悪化してしまうといった問題がある。
【０００４】
そこで、近年では、振子式の車体傾斜装置や台車と車体との間に設けた気体バネを用いて車体を台車に対して傾斜させる車体傾斜装置を搭載するようにし、上記カント量不足による超過遠心力を緩和するため、鉄道車両が曲線区間を走行する際に、台車に対して車体を曲率中心側に傾けるようにして乗り心地の悪化を抑制することで、曲線区間での高速走行を実現している。
【０００５】
このような車体傾斜装置にあっては、具体的にはたとえば、車体と台車との間に空気圧で駆動される直動型のアクチュエータを介装し、このアクチュエータを伸縮させることで車体を台車に対して傾斜させるようになっている（たとえば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１５４４３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記アクチュエータは、その駆動を大きな圧縮性を持つ圧縮空気を利用して行うため、推力と応答性が不十分となって狙った車体傾斜角の確保が難しく、乗り心地を充分に向上することが難しいという問題があり、これを解消するには、アクチュエータには、空気圧ではなく、液圧で駆動するものを採用することが考えられる。
【０００７】
ところが、アクチュエータの作動流体を液体とする場合、今度は、液体の圧縮性の小ささ故にアクチュエータの見掛け上の剛性が高くなって、この車体傾斜用に供されるアクチュエータを介して台車における車体進行方向に対する左右方向の振動が車体に伝達されてしまい、車両における乗り心地を悪化させてしまう虞がある。なお、アクチュエータの見掛け上の剛性とは、作動流体を含めたアクチュエータ全体の伸縮方向の見掛け上の剛性であり、作動流体の圧縮性が小さくなればなるほど上記見掛け上の剛性は高くなる傾向を示すことになる。
【０００８】
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、液圧式であっても車両における乗り心地を向上することが可能なアクチュエータを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段におけるアクチュエータは、鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダとシリンダに液圧を供給するモータで駆動される液圧ポンプと、シリンダ位置をフィードバックしてモータを制御する制御部とを備え、車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータにおいて、制御部内に生成される制御信号を濾過するローパスフィルタを設けた。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のアクチュエータによれば、制御部で生成或いは帰還される制御信号を濾過するローパスフィルタを備えているので、外乱によって乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車に作用しても、台車側へ入力された振動が車体側へ伝播することを抑制することができ、液圧式のアクチュエータを車体傾斜に用いても車両における乗り心地を向上することができるのである。
【００１１】
また、換言すれば、車両における乗り心地を向上することができるので、アクチュエータの作動流体を作動油等の液体とすることができ、推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図１は、一実施の形態におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。図２は、一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。図３は、一実施の形態のアクチュエータにおける制御ブロック図である。
【００１３】
一実施の形態におけるアクチュエータＡは、図１および図２に示すように、鉄道車両の車体Ｂと台車Ｗとの間に介装されるシリンダＣと、シリンダＣに液圧を供給するモータＭで駆動される油圧ポンプ１と、モータＭを制御する制御部２０とを備えて構成されている。
【００１４】
このアクチュエータＡにあっては、シリンダＣを油圧ポンプ１から供給する液圧で駆動することができるようになっており、本実施の形態では、具体的には、液圧でシリンダＣを駆動するためアクチュエータ回路５を備えている。
【００１５】
以下、各部について詳細に説明すると、シリンダＣは、容器２と、容器２内に摺動自在に挿入されて容器２内に一方室Ｒ１および他方室Ｒ２の二つの圧力室を区画するピストン３と、ピストン３に連結されて容器２内に移動自在に挿入されるロッド４とを備えて構成され、一方室Ｒ１および他方室Ｒ２内には液体としての作動油が充填され、この実施の形態の場合、いわゆる両ロッド型の油圧シリンダとされている。なお、本実施の形態にあっては、シリンダＣの作動には使用される液体は作動油とされているが、液体はアクチュエータＡの作動に適するものであればよい。
【００１６】
そして、油圧ポンプ１は、シリンダＣをアクチュエータとして動作させるアクチュエータ回路５中に組み込まれ、アクチュエータ回路５は、ループ通路６と、ループ通路６中に設けた二つのソレノイド切換弁７，８と、ループ通路６から分岐する二つの分岐通路９，１０と、分岐通路９，１０のうち低圧側をアキュムレータ１１に連通する低圧選択弁１２とを備えて構成されている。
【００１７】
詳細には、油圧ポンプ１は、シリンダＣの一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するループ通路６の途中に設けられ、この場合、モータＭによって駆動される双方向吐出型のポンプとして構成されている。なお、油圧ポンプ１で生じる漏れ油圧はアキュムレータ１１で回収されるようになっている。
【００１８】
また、ループ通路６の途中であって、油圧ポンプ１と一方室Ｒ１との間には、ノーマルクローズのソレノイド切換弁７が介装され、さらに、油圧ポンプ１と他方室Ｒ２との間にも、ノーマルクローズのソレノイド切換弁８が介装されている。
【００１９】
ソレノイド切換弁７は、油圧ポンプ１と一方室Ｒ１とを連通する連通ポジションと、油圧ポンプ１から一方室Ｒ１への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ７ａと、遮断ポジションを採るようにバルブ７ａを附勢するバネ７ｂと、通電時にバルブ７ａをバネ７ｂに対向して連通ポジションに切換えるソレノイド７ｃとを備えて構成され、他方のソレノイド切換弁８は、油圧ポンプ１と他方室Ｒ２とを連通する連通ポジションと、油圧ポンプ１から他方室Ｒ２への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ８ａと、遮断ポジションを採るようにバルブ８ａを附勢するバネ８ｂと、通電時にバルブ８ａをバネ８ｂに対向して連通ポジションに切換えるソレノイド８ｃとを備えて構成されている。
【００２０】
さらに、分岐通路９は、ループ通路６の途中であってソレノイド切換弁７と油圧ポンプ１との間から分岐し、他方の分岐通路１０は、ループ通路６の途中であってソレノイド切換弁８と油圧ポンプ１との間から分岐しており、これら分岐通路９，１０のうち、低圧側が低圧選択弁１２によってアキュムレータ１１へ連通される。
【００２１】
低圧選択弁１２は、分岐流路９をアキュムレータ１１に連通する一方側連通ポジションと、分岐流路１０をアキュムレータ１１に連通する他方側連通ポジションと、分岐流路９，１０の双方をアキュムレータ１１に連通する双方連通ポジションとを備えたバルブ１２ａと、バルブ１２ａを他方側連通ポジションに切換えるように分岐流路９の圧力を作用させるパイロット通路１２ｂと、バルブ１２ａを一方側連通ポジションに切換えるように分岐流路１０の圧力を作用させるパイロット通路１２ｃとを備え、中立位置では双方連通ポジションを採るように構成されている。
【００２２】
したがって、分岐流路９側の圧力が分岐流路１０側の圧力を上回ると、低圧選択弁１２は、他方側連通ポジションを採って分岐流路１０をアキュムレータ１１に連通し、反対に、分岐流路１０側の圧力が分岐流路９側の圧力を上回ると、低圧選択弁１２は、一方側連通ポジションを採って分岐流路９をアキュムレータ１１に連通する。
【００２３】
すなわち、ソレノイド切換弁７，８をそれぞれ連通ポジションとして、油圧ポンプ１を一方室Ｒ１へ油圧を供給するように駆動すると、一方室Ｒ１内に油圧が供給されてシリンダＣにおけるロッド４が、図１および図２中、右方へ推進されてシリンダＣが収縮し、車体Ｂを反時計周りに傾斜させることができ、反対に、ソレノイド切換弁７，８をそれぞれ連通ポジションとして、油圧ポンプ１を他方室Ｒ２へ油圧を供給するように駆動すると、他方室Ｒ２内に油圧が供給されてシリンダＣにおけるロッド４が、図１および図２中、左方へ推進されてシリンダＣが伸長し、車体Ｂを時計周りに傾斜させることができる。つまり、当該アクチュエータＡを、車体を傾斜させるアクチュエータとして機能させることができる。
【００２４】
そして、油圧ポンプ１を一方室Ｒ１へ油圧を供給するように駆動する場合、油圧ポンプ１は、低圧側となる他方室Ｒ２から、あるいは、低圧選択弁１２によって選択される分岐流路１０を介してアキュムレータ１１から、あるいは、その両方から作動油を吸い込んで、一方室Ｒ１側へ作動油を吐出する。反対に、油圧ポンプ１を他方室Ｒ２へ油圧を供給するように駆動する場合、油圧ポンプ１は、低圧側となる一方室Ｒ１から、あるいは、低圧選択弁１２によって選択される分岐流路９を介してアキュムレータ１１から、あるいは、その両方から作動油を吸い込んで、他方室Ｒ２側へ作動油を吐出する。
【００２５】
したがって、油圧ポンプ１は、作動油の圧縮等による体積減少が生じても、アキュムレータ１１から作動油の供給を受け、問題なく一方室Ｒ１および他方室Ｒ２のうち希望する圧力室へ油圧を供給することができる。
【００２６】
また、シリンダＣの推力発生方向が逆転する折には、一方室Ｒ１の圧力と他方室Ｒ２の圧力の高低が逆転するので、低圧選択弁１２は、一端中立位置の双方連通ポジションを経由して切換わり、分岐流路９，１０を一度アキュムレータ１１に連通する。
【００２７】
なお、低圧選択弁１２は、作動油の温度上昇による内圧増大の防止、作動油の温度低下による負圧の防止、およびシリンダＣの製作加工誤差による一方室Ｒ１と他方室Ｒ２の容積差によるアキュムレータからの作動油の供給等のために設けられている。
【００２８】
また、この実施の形態の場合、シリンダ位置（シリンダＣにおける容器２に対するロッド４の変位）をセンシングするストロークセンサ３０を備えており、ストロークセンサ３０で検知するシリンダ位置に基づいて、位置フィードバック制御を行う制御部２０によって、油圧ポンプ１を駆動するモータＭが制御されるようになっている。
【００２９】
なお、本実施の形態におけるアクチュエータＡでは、失陥時その他においてシリンダＣをダンパとして機能させるダンパ回路１３を備えており、このダンパ回路１３について説明すると、ダンパ回路１３は、シリンダＣ内の二つの圧力室Ｒ１，Ｒ２を連通する流路１４を備えており、この流路１４は、減衰力発生要素１５とソレノイド切換弁１６とが設けられるメイン流路１４ａと、一方室Ｒ１からメイン流路１４ａに向かう流れのみを許容する一方側上流路１４ｂと、他方室Ｒ２からメイン流路１４ａに向かう流れのみを許容する他方側上流路１４ｃと、メイン流路１４ａから一方室Ｒ１へ向かう流れのみを許容する一方側下流路１４ｄと、メイン流路１４ａから他方室Ｒ２へ向かう流れのみを許容する他方側下流路１４ｅとを備えて構成されている。
【００３０】
一方側上流路１４ｂは、途中に一方室Ｒ１からメイン流路１４ａへ向かう作動油の流れのみを許容する逆止弁１７ａを備え、この逆止弁１７ａによって一方側上流路１４ｂを一方室Ｒ１からメイン流路１４ａへ向かう一方通行の通路としている。他の他方側上流路１４ｃ、一方側下流路１４ｄ、他方側下流路１４ｅの途中にも同様に、それぞれ逆止弁１７ｂ，１７ｃ，１７ｄが設けられ、それぞれ上記した通りの一方通行の通路となるように設定されている。
【００３１】
本実施の形態にあっては、このように流路１４が構成されることで、作動油は、メイン流路１４ａを一方側上流路１４ｂおよび他方側上流路１４ｃに接続されている方を上流として、一方側下流路１４ｄおよび他方側下流路１４ｅに接続されている下流側へ流れることになり、メイン流路１４ａも一方通行とされている。
【００３２】
また、メイン流路１４ａの下流は、接続通路１４ｆを介して上述のアキュムレータ１１に接続され、メイン流路１４ａの下流の圧力はアキュムレータ１１と同圧となるように設定されている。
【００３３】
そして、メイン流路１４ａの途中に設けられる減衰力発生要素１５は、自身の上流側の圧力に応じて流路面積を調節する減衰バルブ１５ａと、当該減衰バルブ１５ａに並列配置される固定絞り１５ｂとで構成され、メイン流路１４ａの上流側の圧力が低いときには、減衰バルブ１５ａが開かず、作動油に固定絞り１５ｂを通過させ、流量が増加して固定絞り１５ｂによる圧力損失が大きくなり上流側の圧力が減衰バルブ１５ａのクラッキング圧を上回るようになると、減衰バルブ１５ａが開いて作動油は減衰バルブ１５ａをも介してメイン流路１４ａの下流側へ流れるようになる。
【００３４】
このように、減衰力発生要素１５は、作動油がメイン流路１４ａを流れる際に、この流れに減衰バルブ１５ａと固定絞り１５ｂとで抵抗を与えて、シリンダＣの伸縮を抑制する減衰力を発揮させる発生源として機能する。
【００３５】
さらに、ソレノイド切換弁１６は、ノーマルオープンの切換弁とされ、メイン流路１４ａを開放する連通ポジションと、メイン流路１４ａを遮断する遮断ポジションとを備えたバルブ１６ａと、連通ポジションを採るようにバルブ１６ａを附勢するバネ１６ｂと、通電時にバルブ１６ａをバネ１６ｂに対向して遮断ポジションに切換えるソレノイド１６ｃとを備えて構成されている。
【００３６】
ここで、アクチュエータ回路５側でシリンダＣを駆動しない状態を考えると、ソレノイド切換弁１６が遮断ポジションを採り、ソレノイド切換弁７，８が遮断ポジションであれば、メイン流路１４ａが遮断状態に維持され、シリンダＣの一方室Ｒ１と他方室Ｒ２との連通が断たれた状態となるので、シリンダＣは伸縮不能なロック状態とされる。他方、いわゆる失陥時にあって、ソレノイド切換弁７，８が遮断ポジションを採るとともにソレノイド切換弁１６が連通ポジションを採る場合には、メイン流路１６ａが開放状態に維持され、シリンダＣが外力によって強制的に伸縮させられると、作動油は流路１４を介して、一方室Ｒ１から他方室Ｒ２へ、あるいは、他方室Ｒ２から一方室Ｒ１へと移動可能となり、また、上記移動に際して必ずメイン流路１４ａの減衰力発生要素１５を通過するので、シリンダＣは外力による強制伸縮に対して伸縮を抑制する減衰力を発揮し、シリンダＣをダンパとして機能させることができるようになる。
【００３７】
また、このダンパ回路１３では、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通するリリーフ流路１８と、リリーフ流路１８の途中に設けたリリーフ弁１９とを備えている。
【００３８】
リリーフ流路１８は、具体的には、減衰力発生要素１５およびソレノイド切換弁１６を迂回してメイン流路１４ａの上流と下流を連通することによって、一方室Ｒ１と他方室Ｒ２とを連通している。
【００３９】
そして、ソレノイド切換弁１６の開閉に関わらず、シリンダＣに伸縮方向の過大な入力があって、一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２内の圧力が所定圧を超える異常高圧となると、リリーフ弁１９が開放動作して、異常高圧となった一方室Ｒ１あるいは他方室Ｒ２の一方の圧力を低圧側の他方へ逃がして、アクチュエータＡのシステム全体を保護するようになっている。また、作動油の体積が減少する場合には、ソレノイド切換弁７，８が連通ポジション、遮断ポジションを問わずに一方室Ｒ１および他方室Ｒ２とアキュムレータ１１との連通を許容するのでアキュムレータ１１から一方室Ｒ１および他方室Ｒ２に作動油が供給されることになる。
【００４０】
このように、この実施の形態のアクチュエータＡでは、上記回路構成を採用することで、温度変化による作動油の体積補償される。このように、ソレノイド切換弁７，８における遮断ポジションにおいて、ループ通路６を遮断していても温度低下に伴う体積補償を行うことを可能とするためアキュムレータ１１から一方室Ｒ１および他方室Ｒ２へ向かう流れを許容するようにしているが、当該体積補償をアクチュエータ回路５において行わない場合には、遮断ポジションにおいてループ通路６における双方向の流れを遮断するようにしてもよい。
【００４１】
つづいて、モータＭを制御する制御部２０は、図３に示すように、位置ループ２１と、位置ループ２１が生成出力する速度指令信号Ｖ＊が入力される速度ループ２２と、速度ループ２２が生成出力する電流指令信号Ｉ＊が入力される電流ループ２３と、電流ループ２３が生成出力する制御指令信号Ｅを受け取ってアクチュエータＡにおける油圧ポンプ１のモータＭを制御指令通りに駆動するモータ駆動部２４とを備えて構成されている。
【００４２】
そして、位置ループ２１は、車体Ｂの走行状態から車体傾斜角度の目標値を決定する図外の上位装置から入力されるシリンダＣの位置指令信号Ｘ＊とストロークセンサ３０が出力する実際のシリンダ位置信号Ｘとの偏差を演算し偏差信号εＸを生成する偏差演算部２１ａと、偏差信号εＸの入力を受けて比例積分動作或いは比例積分微分動作によって速度指令信号Ｖ＊を生成する速度指令生成部２１ｂとを備えており、この位置ループ２１で生成或いは帰還される制御信号は、偏差信号εＸ、シリンダ位置信号Ｘおよび速度指令信号Ｖ＊となる。
【００４３】
速度ループ２２は、位置ループ２１から入力される速度指令信号Ｖ＊とモータＭ内に設けたロータ位置を検出する図示しない回転位置センサから得られるモータＭの実際の速度信号Ｖとの偏差を演算し偏差信号εｖを生成する偏差演算部２２ａと、偏差信号εｖの入力を受けて比例積分動作或いは比例積分微分動作によって電流指令信号Ｉ＊を生成する電流指令生成部２２ｂとを備えており、この速度ループ２２で生成或いは帰還される制御信号は、偏差信号εｖ、速度信号Ｖおよび電流指令信号Ｉ＊となる。
【００４４】
電流ループ２３は、速度ループ２２から入力される電流指令信号Ｉ＊とモータＭ内に設けたコイルに流れる電流を検出する図示しない電流センサから得られるモータＭに実際の電流信号Ｉとの偏差を演算し偏差信号εＩを生成する偏差演算部２３ａと、偏差信号εＩの入力を受けて、比例動作、或いは積分動作、或いは比例積分微分動作によって制御指令信号Ｅを生成する制御指令生成部２３ｂとを備えており、この電流ループ２３で生成或いは帰還される制御信号は、偏差信号εＩ、電流信号Ｉおよび制御指令信号Ｅとなる。
【００４５】
モータ駆動部２４は、図示はしないが、モータＭを駆動する駆動回路を備え、モータＭを実際に駆動するため電流量を示す制御指令信号Ｅを受け取ると、制御指令通りの電流量をモータＭへ駆動回路を介して供給する。
【００４６】
なお、このアクチュエータＡは、モータＭを制御する指令系統とは別に各ソレノイド切換弁７，８，１６を駆動する図示しない指令系統が出力する制御指令に基づいて各ソレノイド切換弁７，８，１６を駆動するソレノイドドライバ２６を備えている。
【００４７】
そして、たとえば、シリンダＣを伸縮させて車体Ｂを傾斜させることが必要な場合に、たとえば、図外の上位装置から出力される位置指令信号Ｘ＊と実際のシリンダ位置信号ＸとからシリンダＣの駆動が必要であることを判断して各ソレノイド切換弁７，８を連通ポジションに切換える。なお、ソレノイド切換弁１６は、アクチュエータＡが正常動作している場合、原則的には、通電状態とされる。
【００４８】
ここで、鉄道車両が走行中に、外乱によって車体Ｂに伝達されると乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車Ｗに作用する場合、モータＭの制御応答性が高いため当該振動に対してアクチュエータＡの見掛け上の剛性が高くなって、台車Ｗに作用した振動を車体Ｂへ伝達してしまうことになる。換言すれば、乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車Ｗに作用する場合、車体Ｂへ台車Ｗに作用した振動を伝達させないようにするには、アクチュエータＡの見掛け上の剛性を低くすれば良いことになる。
【００４９】
そして、制御部２０では、シリンダ位置をフィードバックする位置フィードバック制御を行ってモータＭを制御しているため、上位装置から入力されるシリンダＣの位置指令信号Ｘ＊と実際のシリンダ位置信号Ｘとの偏差を求め、この偏差を基本として最終的には制御指令を生成しモータＭを制御するが、シリンダＣが車体Ｂと台車Ｗとの間に介装されているため上記台車Ｗに作用する振動によって、ストロークセンサ３０が検知したシリンダ位置信号Ｘには、上記した乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が重畳される。
【００５０】
したがって、シリンダ位置信号Ｘから端を発して最終的に得られる制御指令信号Ｅから乗り心地を悪化させる周波数帯の振動成分を除去してやれば、乗り心地を悪化させる周波数帯の振動に対してアクチュエータＡにおける制御応答が抑制され、乗り心地を悪化させる周波数帯の振動に対してアクチュエータＡの見掛け上の剛性を低くすることができることになる。
【００５１】
詳しくは、たとえば、鉄道車両が曲線区間を走行中であって上位装置が車体Ｂの台車Ｗに対する傾斜角度をある一定角度として位置指令信号Ｘ＊がある値αで一定しているとき、実際のシリンダ位置信号Ｘが乗り心地を悪化させる周波数帯の振動を含み振幅の中心が当該ある値αとなるような場合、シリンダ位置信号Ｘから振動を除去すれば、振動除去後のシリンダ位置信号Ｘが上記ある値αで一定し、上記位置ループ２１の偏差演算部２１ａが出力する偏差信号εＸの値が０となり、速度ループ２２および電流ループ２３においても偏差が生じない理想的な状態では、最終的な制御指令信号Ｅの値も０となり、モータＭはトルクを発生せずシリンダＣが入力される外力で容易に伸縮せしめられ易くなる状態となり、アクチュエータＡの見掛け上の剛性が低くなる。
【００５２】
このように、アクチュエータＡの見掛け上の剛性が低くなると、台車Ｗに入力された振動に対してアクチュエータＡが伸縮して、車体Ｂ側への振動伝播を絶縁することができるようになる。
【００５３】
そこで、この発明では、上記制御部２０で生成或いは帰還される制御信号を濾過するローパスフィルタ２５を備えている。なお、図示したところでは、ローパスフィルタ２５は、トルク指令となる電流指令信号Ｉ＊を濾過できるよう、速度ループ２２と電流ループ２３との間に介装されている。
【００５４】
このローパスフィルタ２５は、制御信号に含まれる車両における乗り心地を悪化させる振動成分を取り除くように設定されており、所定のカットオフ周波数以上の周波数成分を制御信号から取り除く。そして、このローパスフィルタ２５におけるカットオフ周波数は、アクチュエータＡを介して車体Ｂへ伝達されると乗り心地を悪化させるような周波数帯の振動を除去できれば任意に設定されればよいが、たとえば、車体Ｂに作用すると乗り心地を悪化させる周波数帯であるとされる約１Ｈｚ以上の振動成分を制御信号から除去できるよう、０．５Ｈｚ程度に設定されるとよく、車体傾斜のためのアクチュエータＡの制御周波数範囲は０．５Ｈｚ程度以下であるので、乗り心地を悪化させる振動成分のみを取り除くことができる。
【００５５】
そして、このローパスフィルタ２５でトルク指令となる電流指令信号Ｉ＊を濾過すると、電流指令信号Ｉ＊から車体Ｂに伝達されると乗り心地を悪化させる周波数帯以上の振動成分が除去され、これによって、上記乗り心地を悪化させる振動に対してモータＭの応答性が低下し、乗り心地を悪化させる振動に対するアクチュエータＡの見掛け上の剛性が低くなって、台車Ｗから車体Ｂへの振動の伝達を抑制することができる。
【００５６】
したがって、本実施の形態のアクチュエータＡでは、制御部２０で生成或いは帰還される制御信号を濾過するローパスフィルタ２５を備えているので、外乱によって乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車Ｗに作用しても、台車Ｗ側へ入力された振動が車体Ｂ側へ伝播することを抑制することができ、液圧式のアクチュエータＡを車体傾斜に用いても車両における乗り心地を向上することができるのである。
【００５７】
また、換言すれば、車両における乗り心地を向上することができるので、アクチュエータＡの作動流体を作動油等の液体とすることができ、推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができるのである。
【００５８】
また、上記した制御部２０において乗り心地を悪化させる振動が重畳される制御信号となるのは、偏差信号εＸ、シリンダ位置信号Ｘ、速度指令信号Ｖ＊、偏差信号εｖ、速度信号Ｖ、電流指令信号Ｉ＊、偏差信号εＩ、電流信号Ｉおよび制御指令信号Ｅであり、これら制御信号のうち、いずれかの信号をローパスフィルタで濾過すれば、乗り心地を悪化させる振動に対するアクチュエータＡの見掛け上の剛性が低くすることができる。
【００５９】
なお、台車Ｗが外乱によって加振される場合、乗り心地を悪化させる周波数帯の振動成分がモータＭから検出される速度信号Ｖ、電流信号Ｉにも重畳されているため、ローパスフィルタ２５で電流ループ２３に入力される電流指令信号Ｉ＊を濾過すると、モータＭに実際に流れる電流が濾過後の電流指令信号Ｉ＊に速やかに追随するので、振動抑制効果が高くなる。
【００６０】
なお、本実施の形態の制御部２０は、ハードウェア資源としては、図示はしないが、ストロークセンサ３０が出力するアナログの電圧でなる変位信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、変位信号と上位装置からの目標変位とを取り込み、上記各部の処理を実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｓｓｅｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、上記ＣＰＵに記憶領域を提供するＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、上記各部の処理を行うためＣＰＵが実行するアプリケーションやオペレーティングシステム等のプログラムを格納するＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、アクチュエータドライバ２４とを備えて構成されており、制御部２０の各部における構成は、ＣＰＵが各部の処理を行うためアプリケーションプログラムを実行することで実現されている。
【００６１】
なお、ローパスフィルタ２５は、この場合、ＣＰＵによる処理で実現されるとしているが、ローパスフィルタ２５が介装される手前までの処理がアナログ回路によって実行させるのであれば、ローパスフィルタ２５はアナログ信号を処理するフィルタとされてもよい。
【００６２】
なお、上記したところでは、車体傾斜の手法として、いわゆる振子式といわれる手法を採用する鉄道車両に、本実施の形態のアクチュエータＡを適用しているが、車体Ａと台車Ｗの間の左右のそれぞれに、二つのアクチュエータを縦置きに設置して、各アクチュエータを駆動して車体Ｂを傾斜させるような場合にも、本発明のアクチュエータＡを適用することが可能であるのは当然である。
【００６３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】一実施の形態におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。
【図２】一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。
【図３】一実施の形態のアクチュエータにおける制御ブロック図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ 液圧源たる油圧ポンプ
２ 容器
３ ピストン
４ ロッド
５ アクチュエータ回路
６ ループ通路
７，８，１６ ソレノイド切換弁
７ａ，８ａ，１６ａ バルブ
７ｂ，８ｂ，１６ｂ バネ
７ｃ，８ｃ，１６ｃ ソレノイド
９，１０ 分岐通路
１１ アキュムレータ
１２ 低圧選択弁
１３ ダンパ回路
１４ 流路
１４ａ メイン流路
１４ｂ 一方側上流路
１４ｃ 他方側上流路
１４ｄ 一方側下流路
１４ｅ 他方側下流路
１４ｆ 接続通路
１５ 減衰力発生要素
１５ａ 減衰バルブ
１５ｂ 固定絞り
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ 逆止弁
１８ リリーフ流路
１９ リリーフ弁
２０ 制御部
２１ 位置ループ
２１ａ，２２ａ，２３ａ 偏差演算部
２１ｂ 速度指令生成部
２２ 速度ループ
２２ｂ 電流指令生成部
２３ 電流ループ
２３ｂ 制御指令生成部
２４ モータ駆動部
２５ ローパスフィルタ
２６ ソレノイドドライバ
３０ ストロークセンサ
Ａ アクチュエータ
Ｂ 車体
Ｃ シリンダ
Ｒ１ 圧力室たる一方室
Ｒ２ 圧力室たる他方室
Ｗ 台車
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダと、シリンダに液圧を供給するモータで駆動される液圧ポンプと、シリンダ位置をフィードバックしてモータを制御する制御部とを備え、車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータにおいて、制御部内に生成或いは帰還される制御信号を濾過するローパスフィルタを設けたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
制御部は、電流ループを備え、ローパスフィルタは電流偏差信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
制御部は、電流ループを備え、ローパスフィルタは帰還電流信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
制御部は、電流ループを備え、ローパスフィルタは電流ループが出力する制御指令信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
制御部は、電流ループを備え、ローパスフィルタは電流ループへ入力される速度指令信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
制御部は、速度ループを備え、ローパスフィルタは速度偏差信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
制御部は、速度ループを備え、ローパスフィルタは帰還速度信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
制御部は、速度ループを備え、ローパスフィルタは速度ループへ入力される位置指令信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
ローパスフィルタは、位置ループにおける位置偏差信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
ローパスフィルタは位置ループにおける帰還位置信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１】
鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダと、シリンダに液圧を供給するモータで駆動される液圧ポンプと、シリンダ位置をフィードバックしてモータを制御する制御部とを備え、車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータにおいて、制御部内に生成或いは帰還される制御信号を濾過するローパスフィルタを設けたことを特徴とするアクチュエータ。
【請求項２】
制御部は、電流ループを備え、ローパスフィルタは電流偏差信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項３】
制御部は、電流ループを備え、ローパスフィルタは帰還電流信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項４】
制御部は、電流ループを備え、ローパスフィルタは電流ループが出力する制御指令信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項５】
制御部は、電流ループを備え、ローパスフィルタは電流ループへ入力される速度指令信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項６】
制御部は、速度ループを備え、ローパスフィルタは速度偏差信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項７】
制御部は、速度ループを備え、ローパスフィルタは帰還速度信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項８】
制御部は、速度ループを備え、ローパスフィルタは速度ループへ入力される位置指令信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項９】
ローパスフィルタは、位置ループにおける位置偏差信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【請求項１０】
ローパスフィルタは位置ループにおける帰還位置信号を濾過することを特徴とする請求項１に記載のアクチュエータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００９−１３７４２２（Ｐ２００９−１３７４２２Ａ）
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−３１５５６７（Ｐ２００７−３１５５６７）
【出願日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
【公開日】平成２１年６月２５日（２００９．６．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１２月６日（２００７．１２．６）
【出願人】（００００００９２９）カヤバ工業株式会社 (2,151)
【出願人】（０００１７３７８４）財団法人鉄道総合技術研究所 (1,666)
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