JP7079642B2 - 鉄道車両 - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両に関する。

鉄道車両の走行時の安全性などを確保するため、車体或いは走行装置にセンサを設置し、走行状態の異常の有無や台車部品などの劣化を監視する装置が開発されている（例えば、特許文献１）。例えば特許文献１に記載の装置は、鉄道車両に設置された加速度センサを備えており、加速度センサで検出される加速度の特定周波数帯の信号を所定時間毎に積分することで、得られた積分値と所定時間前の積分値との差に基づいて車両の状態を判定している。

特開２００２－２１１４００号公報

特許文献１に記載の装置は、加速度センサによって鉄道車両に生じた振動を検出している。このように、加速度センサによって振動を検出することで、加速度センサからの検出信号データから各車両の乗り心地を判定する手法が考えられる。しかしながら、このような手法によって、鉄道車両に生じた振動に基づく乗り心地の悪化が検知できたとしても、悪化した乗り心地を改善するのは容易ではない。また、鉄道車両の乗り心地は、部品の経年劣化及び車体に乗車した乗客の状況など様々な原因によって刻々と変化する。また、鉄道車両の乗り心地の要求レベルは、車両の走行形態によっても異なってくる。

本発明は、様々な状況に応じて所望の乗り心地を提供できる鉄道車両を提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る鉄道車両は、車両の車体と台車枠との間、及び、台車枠と車輪との間の少なくとも一方に設けられ、印加される電圧に応じて粘性が変化する粘性ダンパと、粘性ダンパに印加する電圧を制御する制御手段と、を備える。

この鉄道車両では、印加される電圧に応じて粘性が変化する粘性ダンパが設けられており、制御手段によって当該粘性ダンパに印加する電圧が制御される。このため、部品の経年劣化、乗客の増減、及び鉄道車両の走行形態の変更といった状況に応じて、ダンパ特性を制御することができる。したがって、この鉄道車両では、様々な状況に応じて所望の乗り心地を提供できる。

粘性ダンパは、磁気粘性流体を用いたダンパ又は電気粘性流体を用いたダンパであってもよい。磁気粘性流体又は電気粘性流体を用いた粘性ダンパは、電界又は磁界が印加された場合に粒子鎖が形成されるという特有の性質を利用して減衰力を発生させる。このため、磁気粘性流体又は電気粘性流体を用いた粘性ダンパは、一般的なダンパに比べて寿命が長い。したがって、当該鉄道車両は、長期間に渡って所望の乗り心地を提供できる。

車体の重さを検出する重量検出手段を更に備えていてもよく、制御手段は、重量検出手段によって検出される車体の重さの増加量に基づいて、粘性ダンパに印加する電圧を制御してもよい。車両の振動は車体の重さによって変化する。このため、例えば、乗客が多い場合と少ない場合とで、車両に生じる振動が異なるおそれがある。上記鉄道車両は、重量検出手段によって検出された検出結果によって粘性ダンパに印加する電圧を制御するため、車体の重さによらずに、所望の乗り心地を提供できる。

車両の車両種別又は当該車両が走行する走行区間の種別の少なくとも１つを取得する取得手段を更に備えてもよく、制御手段は、車両種別又は走行区間の種別に応じて粘性ダンパで異なる減衰力が発生するように、粘性ダンパに印加する電圧を制御してもよい。この場合、上記鉄道車両は、車両種別又は走行区間の種別に応じて、粘性ダンパに適確な減衰力を発生させることができる。

車両に設けられた加速度センサを更に備えてもよく、制御手段は、車両に設けられた加速度センサからの検出信号データに基づいて、当該車両に設けられた粘性ダンパに印加する電圧を制御してもよい。この場合、上記鉄道車両は、加速度センサによって検出された鉄道車両の振動に応じて粘性ダンパに適確な減衰力を発生させて、乗り心地を改善することができる。

加速度センサは、車両の心皿の直上に配置されていてもよい。この場合、加速度センサによって、鉄道車両に生じる振動の正確性を向上することができる。

粘性ダンパ及び加速度センサは、複数の車両において台車毎に設けられており、制御手段は、複数の車両に設けられた加速度センサからの検出信号データに基づいて、各台車に設けられた粘性ダンパに印加する電圧を制御してもよい。この場合、上記鉄道車両は、複数の車両の各々において、他の車両で生じる振動を考慮して所望の乗り心地を提供することができる。例えば、複数の車両の乗り心地レベルを均一にすることができる。

加速度センサからの検出信号データをフーリエ変換し、周波数毎の加速度に関する特性データを算出する第１の算出手段と、第１の算出手段によって算出された特性データと予め取得された単位データとの間のマハラノビスの距離を算出する第２の算出手段と、マハラノビスの距離を予め設定された閾値と比較する比較手段と、比較手段における比較結果に応じて、車両の乗り心地レベルを判定する判定手段と、を更に備えてもよい。制御手段は、判定手段によって判定された乗り心地レベルに基づいて、粘性ダンパに印加する電圧を制御してもよい。鉄道車両の振動には、乗客が心地よいと感じる周波数と不快と感じる周波数とが含まれている。上記鉄道車両では、鉄道車両が走行している状態で、周波数毎の乗り心地に対する寄与度の違いを考慮した乗り心地レベルの判定が容易かつ適確に実行され得る。このため、上記鉄道車両は、部品の経年劣化などによって乗り心地レベルが悪化した場合にも、容易かつ適確に所望の乗り心地を確保できる。

単位データは、正常な鉄道車両が正常な線路を走行した際の特性データであり、異なる時間又は異なる走行区間で加速度センサから出力された複数の検出信号データのそれぞれをフーリエ変換した周波数毎の加速度に関するデータを含んでもよい。この場合、鉄道車両と線路との双方の劣化、及び、時間の違い又は走行区間の違いによる加速度センサの検出結果のばらつきを考慮して、乗り心地レベルを判定することができる。

本発明によれば、様々な状況に応じて所望の乗り心地を提供できる鉄道車両を提供する。

本発明の実施形態に係る鉄道車両の全体構成を説明するための図である。 図１に示した台車の周辺部分の構造を説明するための図である。 図１に示した鉄道車両の一部のブロック図である。 図１に示した鉄道車両の一部のブロック図である。 加速度センサからの検出信号データの一例を示す図である。 加速度センサからの検出信号データの一例を示す図である。 周波数毎の加速度に関する特性データの一例を示す図である。 周波数毎の加速度に関する特性データの一例を示す図である。 図１に示した鉄道車両の一部のブロック図である。 乗り心地レベルの判定の比較例を説明するための図である。 乗り心地レベルの判定の比較例を説明するための図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。

まず、図１を参照して、鉄道車両の物理的構成について説明する。図１は、鉄道車両の全体構成を説明するための図である。鉄道車両１は、図１に示されているように、複数の車両２０によって構成されている。鉄道車両１は、車両２０に設けられた各種機器によって、各車両２０に加わる振動を検出し、乗り心地を制御する。鉄道車両１は、各車両２０に、台車２１と、加速度センサ２３と、演算ユニット２４と、中継ユニット２５と、統括ユニット２６とを有する。

加速度センサ２３は、各車両２０の振動を検出する部分である。演算ユニット２４は、主として車両２０の乗り心地レベルを判定する部分である。ここで、「乗り心地レベル」とは、乗り心地の良し悪しを示す度合いである。中継ユニット２５は、各演算ユニット２４の判定結果を中継して、統括ユニット２６に向けて送信する部分である。統括ユニット２６は、各演算ユニット２４から受信した判定結果の報知や記録を行う部分である。

台車２１は、各車両２０に２つ配置されている。各台車２１は、車両２０の車体３１に設けられており、台車枠３２と４つの車輪３３を有している。１つの台車枠３２に、左右対称に２つずつ車輪３３が設けられている。

加速度センサ２３は、図１に示されているように、鉄道車両１の台車２１の直上に配置されている。本実施形態では、加速度センサ２３は、複数の車両２０において台車２１毎に設けられている。具体的には、加速度センサ２３は、心皿の直上（車両２０の床上、床中、又は床下における台車２１の回転中心に対応する位置）に配置されている。加速度センサ２３は、車両２０の妻部２７，２８（車両２０の長手方向の端部を構成する妻構体によって構成される部分）に配置されていてもよいし、妻近傍の側壁（例えば側構体）又は、妻近傍の天井（例えば屋根構体）に配置されていてもよい。

演算ユニット２４は、車両２０の一方の妻部２７に配置されている。演算ユニット２４は、運転台などを有する乗務員室を備えた車両２０の少なくとも１つ（例えば、先頭車両２０及び後尾車両２０）のみに設けられていてもよい。中継ユニット２５は、例えば車両２０の他方の妻部２８に配置されている。統括ユニット２６は、例えば鉄道車両１の先頭車両２０及び後尾車両２０にそれぞれ配置されている。統括ユニット２６は、運転台などを有する乗務員室を備えた車両２０の少なくとも１つのみに設けられていてもよい。演算ユニット２４、中継ユニット２５、及び統括ユニット２６は、車内と車外のいずれに配置されてもよい。

次に、図２を参照して、台車２１の周辺部分の構造について説明する。各台車２１は、振動抑制機構３５，３６と、振動抑制機構３５，３６を制御する制御手段３７とを有している。

図２では、振動抑制機構３５が車輪３３と台車枠３２との間に設けられており、振動抑制機構３６が車体３１と台車枠３２との間に設けられている。振動抑制機構３５は、１つの車輪３３と台車枠３２とを連結しており、車輪３３から台車枠３２に伝達される振動を抑制する。振動抑制機構３６は、台車枠３２と車体３１とを連結しており、台車枠３２から車体３１に伝達される振動を抑制する。制御手段３７は、車体３１の床下に設けられており、振動抑制機構３５，３６と電気的に接続されている。制御手段３７は、演算ユニット２４又は中継ユニット２５と共に、各車両２０毎に妻部２７，２８に設けられていてもよいし、統括ユニット２６と共に先頭車両２０及び後尾車両２０に設けられていてもよい。

図２には、振動抑制機構３５及び振動抑制機構３６のモデルが示されている。振動抑制機構３５は、１つのバネ４１（軸バネ）と１つの粘性ダンパ４２（軸ダンパ）とを有している。バネ４１と粘性ダンパ４２とは、互いに並列に構成されている。すなわち、バネ４１及び粘性ダンパ４２は、それぞれ車輪３３と台車枠３２とに接続されている。

振動抑制機構３６は、空気バネであり、３つのバネ４３，４４，４５と１つの粘性ダンパ４６とを有している。バネ４３と粘性ダンパ４６とは、互いに並列に構成されており、いずれもバネ４４に直列に接続されている。バネ４３と，粘性ダンパ４６と，バネ４４とは、バネ４５に対して並列に構成されている。すなわち、バネ４３及び粘性ダンパ４６は、台車枠３２及びバネ４４に接続されている。バネ４４は、バネ４３、粘性ダンパ４６、及び車体３１に接続されている。バネ４５は、台車枠３２と車体３１に接続されている。

このように、振動抑制機構３５，３６は、バネと粘性ダンパとを直列又は並列に接続することで構成されている。これにより、振動抑制機構３５，３６は鉄道車両１に外力が加わった際に所望の減衰振動を行う。この結果、乗り心地を損なうことなく、車体３１に生じる振動が抑制される。

粘性ダンパ４２，４６は、いずれも電気粘性流体（ＥＲ流体）を用いた粘性ダンパ、所謂、ＥＲダンパである。電気粘性流体は、電界が印加されると粒子鎖を形成し、粘性が増加する。ＥＲダンパは、この電気粘性流体の作用によって、印加される電圧が増加するほど減衰力が増加し、印加される電圧が減少するほど減衰力が減少する。換言すれば、粘性ダンパ４２，４６は、印加される電圧に応じて粘性が変化する。本実施形態では、粘性ダンパ４２及び粘性ダンパ４６は、それぞれ制御手段３７に電気的に接続されている。制御手段３７は、粘性ダンパ４２及び粘性ダンパ４６に印加する電圧を制御する。

粘性ダンパ４２，４６は、磁気粘性流体（ＭＲ流体）を用いた粘性ダンパ、所謂、ＭＲダンパであってもよい。ＭＲ流体は、磁界が印加されると粘性が増加する。ＭＲダンパも、ＥＲダンパと同様に、印加される電圧が増加するほど減衰力が増加し、印加される電圧が減少するほど減衰力が減少する。

本実施形態では、粘性ダンパ４２，４６は、複数の車両２０において台車２１毎に設けられている。粘性ダンパ４２，４６は、振動抑制機構３５，３６のいずれか一方に設けられていてもよい。すなわち、電気粘性流体又は磁気粘性流体を用いた粘性ダンパ４２，４６は、車体３１と台車枠３２との間、及び、台車枠３２と車輪３３との間の少なくとも一方に設けられていればよい。

次に、図３を参照して、加速度センサ２３、演算ユニット２４、及び中継ユニット２５の機能的構成について説明する。図３は、鉄道車両１の一部である加速度センサ２３、演算ユニット２４及び中継ユニット２５を示している。

加速度センサ２３は、車両２０の振動に応じて生ずる車両２０の上下方向、左右方向及び前後方向の加速度をそれぞれ検出する。加速度センサ２３で検出された加速度は、逐次、演算ユニット２４へ送信される。

演算ユニット２４は、図３に示されているように、受信部５１と、状態演算部５２と、単位空間データベース５３と、通信部５４とを有している。受信部５１は、同一車両２０に設けられた少なくとも１つの加速度センサ２３からの検出信号データを受信する。受信部５１は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの近距離無線通信によって互いに情報通信可能に接続されている。当該接続は、無線に限らず、有線であってもよい。

状態演算部５２は、受信部５１で受信された加速度センサ２３からの検出信号データに基づいて、車両２０の状態を判定する。本実施形態では、状態演算部５２は、ＭＴＳ（Mahalanobis-Taguchi System）によって、車両２０の乗り心地レベルを判定する。具体的には、状態演算部５２は、単位空間データベース５３を参照してマハラノビスの距離を算出し、算出されたマハラノビスの距離と閾値とを比較することで車両２０の乗り心地レベルを判定する。状態演算部５２は、乗り心地レベルの判定結果を通信部５４へ出力する。

単位空間データベース５３は、ＭＴＳに用いられる予め取得された単位データ（単位空間データ）を格納している。単位データは、正常な鉄道車両１が正常な線路を走行した際の特性データである。単位データは、加速度センサ２３から出力されたｎ個の検出信号データのそれぞれを高速フーリエ変換したものであり、周波数毎の加速度に関するｎ個のデータである。換言すれば、単位データは、加速度に関する情報を周波数毎に示すデータである。

単位データは、例えば、ｍ個の鉄道車両ＩＤと単位データとが路線ＩＤ毎及び時刻毎に予め格納されている。ここで、鉄道車両ＩＤ及び路線ＩＤは、それぞれ、鉄道車両の車両種別と路線の種別を示す。物理的に同一の鉄道車両１が異なる時間に別の用途で使われる場合があるため、このような場合を考慮して、異なる鉄道車両ＩＤが物理的に同一の鉄道車両１に付されてもよい。例えば、朝は特急快速として利用されていた鉄道車両１が昼は普通列車として利用される場合や乗客を乗せていた鉄道車両１が回送列車として走行する場合がある。鉄道車両ＩＤは、回送列車、普通列車、快速列車、及び特急列車などの鉄道車両１の走行形態を示すものであってもよいし、普通車及びグリーン車などの各車両２０の等級を示すものであってもよい。

本実施形態では、単位データは、周波数毎の加速度を示すデータ、すなわち、加速度の周波数特性（加速度の周波数スペクトル）を示すデータである。単位データは、加速度に関する情報を示すデータであればこれに限定されない。単位データは、例えば、周波数毎のＰＳＤ（Power Spectral Density、パワースペクトル密度関数）を示すデータ、すなわち、ＰＳＤの周波数特性（ＰＳＤの周波数スペクトル）であってもよい。

通信部５４は、隣接する中継ユニット２５との間で、状態演算部５２で判定された車両２０の状態（乗り心地レベルの判定結果）などの情報について送受信を行う部分である。通信部５４は、隣接する車両２０及び同一車両２０に配置されている中継ユニット２５と、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの近距離無線通信によって互いに情報通信可能に接続されている。当該接続は、無線に限らず、有線であってもよい。通信部５４は、隣接する中継ユニット２５を介して統括ユニット２６から鉄道車両ＩＤ及び路線ＩＤの少なくとも１つを受信（取得）した場合には、受信した鉄道車両ＩＤ及び路線ＩＤの少なくとも１つを状態演算部５２に出力する。通信部５４で受信される路線ＩＤは、鉄道車両１が現在走行している路線のＩＤであってもよいし、今後走行する予定の路線のＩＤであってもよい。

中継ユニット２５は、機能的な構成要素として、例えば通信部６１を有している。通信部６１は、隣接する演算ユニット２４、又は統括ユニット２６との間の送受信を中継する部分である。通信部６１は、隣接する車両２０及び同一車両２０に配置されている演算ユニット２４又は統括ユニット２６と、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの近距離無線通信によって互いに情報通信可能に接続されている。当該接続は、無線に限らず、有線であってもよい。

次に、図４を参照して、統括ユニット２６の機能的構成について詳細に説明する。図４は、鉄道車両１の一部である統括ユニット２６を示している。

統括ユニット２６は、通信部７１と、報知部７２と、判定結果格納部７３とを有している。通信部７１は、鉄道車両１の外部に位置する車両基地３及び隣接する中継ユニット２５との間で情報の送受信（通信）を行う部分である。通信部７１は、車両２０に配置された中継ユニット２５に対して、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの近距離無線通信によって互いに情報通信可能に接続されている。当該接続は、無線に限らず、有線であってもよい。

通信部７１は、例えば判定結果受信部７４と、ＩＤ受信部７５とを含んでいる。判定結果受信部７４は、隣接する中継ユニット２５から受け取った判定結果を報知部７２と判定結果格納部７３とにそれぞれ出力する。また、ＩＤ受信部７５は、鉄道車両ＩＤ及び路線ＩＤの少なくとも１つを車両基地３から受信し、中継ユニット２５を介して各演算ユニット２４にそれぞれ送信する。鉄道車両ＩＤ及び路線ＩＤの少なくとも１つを送信する車両基地３は、例えば駅構内や各電車区内に位置している。車両基地３から送信される路線ＩＤは、現在走行している路線のＩＤであってもよいし、今後走行する予定の路線のＩＤであってもよい。

報知部７２は、通信部７１から受け取った判定結果を報知する部分である。報知部７２は、例えばディスプレイを備え、鉄道車両１の走行時に車両２０毎の判定結果を表示する。判定結果格納部７３は、判定結果を格納する部分である。判定結果格納部７３には、例えば通信部７１が判定結果を受け取った時刻と判定結果とが関連付けられて格納される。

次に、演算ユニット２４における鉄道車両１の状態を判定する手法について詳細に説明する。状態演算部５２は、図３に示されているように、第１の算出部５６（第１の算出手段）と、第２の算出部５７（第２の算出手段）と、比較部５８（比較手段）と、判定部５９（判定手段）とを有する。

第１の算出部５６は、受信部５１で受信された加速度センサ２３からの検出信号データを高速フーリエ変換することで、周波数毎の加速度に関する特性データを算出する。本実施形態では、第１の算出部５６は、加速度センサ２３によって異なる時間に（異なる走行区間で）加速度センサ２３から出力された複数の検出信号データをそれぞれ高速フーリエ変換した後に平均することで上記特性データを算出する。

例えば、第１の算出部５６は、８つの異なる走行区間毎に加速度センサ２３から８つの検出信号データを取得し、８つの検出信号データをそれぞれ高速フーリエ変換する。第１の算出部５６は、高速フーリエ変換された８つのデータを平均することで特性データを算出する。第１の算出部５６は、加速度センサから出力された、上下方向、左右方向、及び前後方向の検出信号データから、それぞれ上記特性データを算出する。

本実施形態では、第１の算出部５６は、周波数毎の加速度を示す特性データ、すなわち、加速度の周波数特性を算出する。第１の算出部５６によって算出される特性データは、加速度に関する情報を示すデータであればこれに限定されない。例えば、第１の算出部５６は、単位空間データベース５３に格納されている単位データが周波数毎のＰＳＤのデータである場合に、周波数毎のＰＳＤを示す特性データ、すなわち、ＰＳＤの周波数特性を算出してもよい。

図５及び図６は、加速度センサ２３からの検出信号データの一例として、上下方向の加速度の時間特性を示している。縦軸は加速度を示しており、横軸は時間を示している。図７及び図８は、第１の算出部５６によって算出された特性データの一例として、上下方向の加速度に関する特性データを示している。縦軸は加速度を対数で示しており、横軸は周波数を対数で示している。図５及び図７は、乗り心地が正常な状態の検出信号データ、及び当該検出信号データに基づいて算出された特性データを示している。図６及び図８は、乗り心地が異常な状態の検出信号データ、及び当該検出信号データに基づいて算出された特性データを示している。

第２の算出部５７は、第１の算出部５６によって算出された特性データと単位空間データベース５３に格納されている単位データとの間のマハラノビスの距離を算出する。本実施形態では、第１の算出部５６が、上下方向、左右方向、及び前後方向の検出信号データからそれぞれ特性データを算出している。このため、第２の算出部５７は、上下方向、左右方向、及び前後方向の特性データに基づいて、それぞれマハラノビスの距離を算出する。

本実施形態では、第２の算出部５７は、演算ユニット２４が設けられている鉄道車両１の鉄道車両ＩＤ、及び当該鉄道車両１が走行する路線ＩＤの少なくとも１つを取得し、これらに基づいて、単位空間データベース５３から、マハラノビスの距離を算出するための単位データを抽出する。第２の算出部５７は、通信部５４から鉄道車両１の鉄道車両ＩＤ及び当該鉄道車両１が走行する路線ＩＤの少なくとも１つを取得する。この場合、第２の算出部５７は、抽出された単位データと、第１の算出部５６によって算出された特性データとを用いてマハラノビスの距離を算出する。すなわち、第２の算出部５７は、通信部５４で取得された情報に応じた単位データに基づいてマハラノビスの距離を算出する。第２の算出部５７によって抽出される単位データは、ユーザによって設定されていてもよい。マハラノビスの距離は、各車両２０に設けられた演算ユニット２４の第２の算出部５７によって車両２０毎に算出されてもよいし、１つの第２の算出部５７によって、先頭車両２０から後尾車両２０までの全ての車両２０についてまとめて算出されてもよい。

第２の算出部５７は、例えば、鉄道車両ＩＤから普通車両かグリーン車両かを判定する。第２の算出部５７は、普通車両であると判定した場合には、普通車両に対応する単位データを単位空間データベース５３から抽出し、普通車両に対応する単位データを用いてマハラノビスの距離を算出する。第２の算出部５７は、グリーン車両であると判定した場合には、グリーン車両に対応する単位データを単位空間データベース５３から抽出し、グリーン車両に対応する単位データを用いてマハラノビスの距離を算出する。第２の算出部５７は、普通列車、快速列車、及び特急列車などの走行形態に応じて、異なる単位データを抽出して、走行形態に応じたマハラノビスの距離を算出してもよい。

比較部５８は、第２の算出部５７によって算出されたマハラノビスの距離を、予め設定された閾値と比較する。具体的には、比較部５８は、第２の算出部５７によって算出されたマハラノビスの距離が閾値以上であるか否か判定する。本実施形態では、比較部５８は、上下方向、左右方向、及び前後方向のマハラノビスの距離について、それぞれ比較を行う。

本実施形態では、比較部５８が用いる閾値は「４」であり、比較部５８は、算出されたマハラノビスの距離が「４」以上であるか否かを判定する。判定部５９は、比較部５８における比較結果に応じて車両２０の乗り心地レベルを判定する。本実施形態では、比較部５８は、演算ユニット２４が設けられている鉄道車両１の鉄道車両ＩＤ及び当該鉄道車両１が走行する路線ＩＤの少なくとも１つを取得し、これらに基づいて上記閾値を決定する。比較部５８は、通信部５４から鉄道車両１の鉄道車両ＩＤ及び当該鉄道車両１の路線ＩＤの少なくとも１つを取得する。すなわち、比較部５８は、通信部５４で取得された情報に応じて閾値を決定する。上記閾値は、ユーザによって設定されてもよい。

判定部５９は、比較部５８における比較結果に応じて、鉄道車両１の乗り心地レベルを判定する。本実施形態では、判定部５９は、上下方向、左右方向、及び前後方向についてそれぞれ乗り心地レベルを判定する。判定部５９は、例えば、比較部５８においてマハラノビスの距離が「４」以上であると判定された場合に、乗り心地レベルが不良であると判定する。例えば、図７に示した特性データでは、第２の算出部５７によって、「４」未満のマハラノビスの距離が導出される。この場合、判定部５９は、乗り心地レベルは良好であると判定する。図８に示した特性データでは、第２の算出部５７によって、「４」以上のマハラノビスの距離が導出される。この場合、判定部５９は、乗り心地レベルが不良であると判定する。鉄道車両１の乗り心地レベルの判定は、各車両２０に設けられた演算ユニット２４の判定部５９によって車両２０毎に算出されてもよいし、１つの判定部５９によって、先頭車両２０から後尾車両２０までの全ての車両２０についてまとめて判定されてもよい。

通信部５４は、判定部５９で乗り心地レベルが不良と判定された場合（比較部５８が第２の算出部５７によって算出されたマハラノビスの距離が閾値以上であると判断した場合）に、その判定結果と第１の算出部５６で算出された特性データとを、隣接する中継ユニット２５を介して統括ユニット２６に送信する。この場合、統括ユニット２６の通信部７１は、鉄道車両１の外部に位置する車両基地３に判定部５９で乗り心地レベルが不良であることを示すデータを送信（通知）する。通信部５４は、直接、統括ユニット２６との間、又は、車両基地３との間で情報の送受信を行ってもよい。例えば、通信部５４は、判定部５９で乗り心地レベルが不良と判定された場合に、その判定結果と第１の算出部５６で算出された特性データとを、直接、統括ユニット２６又は車両基地３に送信してもよい。

次に、図９を参照して、振動抑制機構３５，３６を制御する制御手段３７について詳細に説明する。制御手段３７は、機能的な構成要素として、例えば、通信部８１（取得手段）と、重量検出部８２（重量検出手段）と、電圧演算部８３とを有している。

通信部８１は、演算ユニット２４の通信部５４との間で情報の送受信を行う部分である。通信部８１は、同一車両２０に配置されている演算ユニット２４と、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの近距離無線通信によって互いに情報通信可能に接続されている。当該接続は、無線に限らず、有線であってもよい。通信部８１は、直接、統括ユニット２６又は車両基地３との間で情報の送受信を行ってもよい。

通信部８１は、演算ユニット２４から各種情報、例えば、鉄道車両ＩＤ、路線ＩＤ、及び、判定部５９で判定された乗り心地レベルの判定結果などを受信（取得）する。通信部８１は、受信した各種情報を電圧演算部８３に出力する。

重量検出部８２は、車体３１の重さを検出する部分である。例えば、重量検出部８２は、バネ４１，４３，４４，４５及び粘性ダンパ４２，４６が車体３１から受けている力を振動抑制機構３５，３６から取得して、車体３１の重さを算出する。重量検出部８２は、検出された車体３１の重さを電圧演算部８３に出力する。

電圧演算部８３は、重量検出部８２で検出された車体３１の重さの増加量、通信部８１から取得された車両種別（鉄道車両ＩＤ）、走行区間の種別（路線ＩＤ）、及び乗り心地レベルの判定結果に基づいて、粘性ダンパ４２，４６の各々に印加する電圧を演算する。制御手段３７は、電圧演算部８３で演算された電圧を粘性ダンパ４２，４６の各々に印加する。電圧演算部８３は、車体３１の重さの増加量、車両種別、走行区間の種別、及び、乗り心地レベルの判定結果などの情報のうちいずれか１つから粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を演算してもよいし、それらの複数の情報を考慮して粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を演算してもよい。

電圧演算部８３は、重量検出部８２から車体３１の重さを取得すると、車体３１の重さの増加量を算出する。例えば、電圧演算部８３は、取得された車体３１の重さと予め設定された車体３１の基準重量との差分を算出することで、車体３１の重さの増加量を算出する。電圧演算部８３は、車体３１の重さの増加量に応じて粘性ダンパ４２，４６で異なる減衰力が発生するように、粘性ダンパ４２，４６の各々に印加する電圧を演算する。例えば、電圧演算部８３は、車体３１の重さが増加したと判定した場合、粘性ダンパ４２，４６による減衰力が増加するように、粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を演算する。

電圧演算部８３は、通信部８１から車両種別（鉄道車両ＩＤ）及び走行区間の種別（路線ＩＤ）を取得すると、取得された車両種別又は走行区間の種別に応じて粘性ダンパ４２，４６で異なる減衰力が発生するように、粘性ダンパ４２，４６の各々に印加する電圧を演算する。例えば、電圧演算部８３は、鉄道車両ＩＤから回送列車か乗客が乗車する列車か否かを判定する。電圧演算部８３は、乗客が乗車する列車であると判定された場合には、回送列車であると判定された場合よりも粘性ダンパ４２，４６による減衰力が増加するように、粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を演算する。電圧演算部８３は、鉄道車両ＩＤに基づいて、各車両２０毎の粘性ダンパ４２，４６で異なる減衰力が生じるように、粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を演算してもよい。

電圧演算部８３は、通信部８１から乗り心地レベルの判定結果を取得すると、取得された乗り心地レベルに応じて粘性ダンパ４２，４６で異なる減衰力が発生するように、粘性ダンパ４２，４６の各々に印加する電圧を演算する。すなわち、電圧演算部８３は、車両２０に設けられた加速度センサ２３からの検出信号データに基づいて、粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を演算する。例えば、電圧演算部８３は、複数の車両２０に設けられた加速度センサ２３からの検出信号データから判定された各車両２０の乗り心地レベルに基づいて、当該複数の車両２０の乗り心地レベルが均一になるように、各台車２１に設けられた粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を演算する。

次に、鉄道車両１の作用効果について説明する。鉄道車両１では、制御手段３７が電圧演算部８３で演算された電圧を粘性ダンパ４２，４６に印加する。粘性ダンパ４２，４６は、印加される電圧に応じて粘性が変化する。このため、鉄道車両１は、乗客の増減、及び鉄道車両の走行形態の変更といった状況に応じて、ダンパ特性を制御することができる。例えば、部品が経年劣化していること又は乗客が少ないことなどが判定された場合、車体３１が安定せずに車両２０の振動が増加するおそれがある。この場合、制御手段３７は、粘性ダンパ４２，４６による減衰力が増加するように、粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を制御することができる。したがって、鉄道車両１では、様々な状況に応じて所望の乗り心地を提供できる。

粘性ダンパ４２，４６は、磁気粘性流体を用いたダンパ又は電気粘性流体を用いたダンパである。磁気粘性流体又は電気粘性流体を用いた粘性ダンパは、電界又は磁界が印加された場合に粒子鎖が形成されるという特有の性質を利用して減衰力を発生させる。このため、磁気粘性流体又は電気粘性流体を用いた粘性ダンパは、一般的なダンパに比べて寿命が長い。したがって、当該鉄道車両１は、長期間に渡って所望の乗り心地を提供できる。

車体３１の重さを検出する重量検出部８２を備えている。制御手段３７は、重量検出部８２によって検出される車体３１の重さの増加量に基づいて、粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を制御する。車両２０の振動は車体の重さによって変化する。このため、例えば、乗客が多い場合と少ない場合とで、車両２０に生じる振動が異なるおそれがある。鉄道車両１は、重量検出部８２によって検出された検出結果によって粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を制御するため、車体３１の重さによらずに、所望の乗り心地を提供できる。

車両２０の車両種別又は当該車両２０が走行する走行区間の種別の少なくとも１つを取得する通信部８１を備えている。制御手段３７は、車両種別又は走行区間の種別に応じて粘性ダンパ４２，４６で異なる減衰力が発生するように、粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を制御する。この場合、上記鉄道車両１は、車両種別又は走行区間の種別に応じて、粘性ダンパ４２，４６に適確な減衰力を発生させることができる。例えば、回送列車であると判定された場合よりも乗客が乗車する車両であると判定された場合の方が粘性ダンパ４２，４６による減衰力が増加するように、粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を制御することができる。

車両２０に設けられた加速度センサ２３を備えている。制御手段３７は、車両２０に設けられた加速度センサ２３からの検出信号データに基づいて、当該車両２０に設けられた粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を制御する。このため、鉄道車両１は、加速度センサ２３によって検出された鉄道車両１の振動に応じて粘性ダンパ４２，４６に適確な減衰力を発生させて、乗り心地を改善することができる。

加速度センサ２３は、車両２０の心皿の直上に配置されている。このため、加速度センサ２３によって、鉄道車両１に生じる振動の正確性を向上することができる。

粘性ダンパ４２，４６及び加速度センサ２３は、複数の車両２０に設けられており、制御手段３７は、複数の車両２０に設けられた加速度センサ２３からの検出信号データに基づいて、各車両２０に設けられた粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を制御する。このため、鉄道車両１は、複数の車両２０の各々において、他の車両２０で生じる振動を考慮して所望の乗り心地を提供することができる。例えば、複数の車両２０の乗り心地レベルを均一にすることができる。

鉄道車両の振動には、乗客が心地よいと感じる周波数と不快と感じる周波数とが含まれている。すなわち、周波数によって乗り心地に対する寄与度が異なる。このため、例えば、図１０及び図１１で示されているように、鉄道車両に生じる振動の周波数成分の違いを考慮した乗り心地の基準線と特性データとを比較して、乗り心地レベルを判定することが考えられる。図１０は、乗り心地の基準線（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）と乗り心地が正常な状態の特性データ（ｅ）とを示している。図１１は、乗り心地の基準線（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）と乗り心地が異常な状態の特性データ（ｆ）とを示している。基準線（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順で、より良い乗り心地に対応している。例えば、基準線（ａ）は普通車両の乗り心地の基準を示す基準線であり、基準線（ｂ）はグリーン車両の乗り心地の基準を示す基準線である。

特性データが上述した基準線を上回るほど、当該特性データが得られた車両２０の乗り心地が悪いことを示している。例えば、図１０において、特性データ（ｅ）は、乗り心地が正常な状態（乗り心地が良好な状態）の特性データであるため、基準線（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）のいずれよりも下に位置している。一方、図１１において、特性データ（ｆ）の一部が（ｂ）及び（ｃ）の基準線よりも上に位置している。このため、特性データ（ｆ）が取得された鉄道車両１は、特性データ（ｅ）が取得された鉄道車両１よりも乗り心地が悪いことが分かる。しかしながら、この手法では、特性データがどの位置でどの程度だけ基準線を上回った場合に乗り心地が不良と判定するのが適切かを判断し難い。

本実施形態に係る鉄道車両１では、第１の算出部５６によって算出された周波数毎の加速度に関する特性データと予め取得された単位データとの間のマハラノビスの距離が算出される。算出されたマハラノビスの距離は、所望の周波数範囲について単位データとの周波数毎の違いを考慮した単一のデータである。鉄道車両１では、このようにして算出されたマハラノビス距離と閾値とが比較されることで鉄道車両の乗り心地レベルが判定されている。このように、鉄道車両１では、マハラノビスの距離を用いて判定が行われることにより、鉄道車両１が走行している状態で、周波数毎の乗り心地に対する寄与度の違いを考慮した乗り心地レベルの判定を容易かつ適確に実行できる。

制御手段３７は、判定された乗り心地レベルに基づいて、粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を制御する。このため、部品の経年劣化などによって乗り心地レベルが悪化した場合にも、容易かつ適確に所望の乗り心地を確保できる。

第１の算出部５６は、異なる時間に加速度センサ２３から出力された複数の検出信号データのそれぞれをフーリエ変換した後に平均することで、特性データを算出する。このため、加速度センサ２３による誤検出の影響を低減することができる。

単位データは、正常な鉄道車両１が正常な線路を走行した際の特性データであり、異なる時間又は異なる走行区間で加速度センサ２３から出力された複数の検出信号データのそれぞれをフーリエ変換した周波数毎の加速度に関するデータを含んでいる。このため、鉄道車両１と線路との双方の劣化、及び、時間の違い又は走行区間の違いによる加速度センサ２３の検出結果のばらつきを考慮して、乗り心地レベルを判定することができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、状態演算部５２と、単位空間データベース５３とを中継ユニット２５にも配置し、車両２０の状態に異常があるか否かの判定に関する処理を演算ユニット２４と中継ユニット２５とで分担させるようにしてもよい。

本実施形態では、鉄道車両１に設けられた各種機器によって乗り心地レベルを判定したが、鉄道車両１の外部、例えば車両基地３において乗り心地レベルの判定を行ってもよい。この場合、各車両２０に設けられた加速度センサ２３からの検出信号データが鉄道車両１の外部へ送信される。

本実施形態では、電圧演算部８３は、ユーザが入力した情報に基づいて、粘性ダンパ４２，４６に印加する電圧を演算してもよい。例えば、電圧演算部８３は、通信部８１から取得された車両種別（鉄道車両ＩＤ）及び走行区間の種別（路線ＩＤ）を取得したが、ユーザが電圧演算部８３に、直接、車両種別又は走行区間の種別を入力してもよい。

１…鉄道車両、２０…車両、２３…加速度センサ、３１…車体、３２…台車枠、３３…車輪、３７…制御手段、４２，４６…粘性ダンパ、５６…第１の算出部、５７…第２の算出部、５８…比較部、５９…判定部、８１…通信部、８２…重量検出部。

Claims (9)

1. 車両の車体と台車枠との間、及び、前記台車枠と車輪との間の少なくとも一方に設けられ、印加される電圧に応じて粘性が変化する粘性ダンパと、
   前記粘性ダンパに印加する電圧を制御する制御手段と、
   前記車両の走行形態及び前記車両の等級の少なくとも一方を示す車両種別を取得する取得手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記取得手段によって取得された前記車両種別に応じて前記粘性ダンパで異なる減衰力が発生するように、前記粘性ダンパに印加する電圧を制御する、鉄道車両。
2. 前記粘性ダンパは、磁気粘性流体を用いたダンパ又は電気粘性流体を用いたダンパである、請求項１に記載の鉄道車両。
3. 前記車体の重さを検出する重量検出手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記重量検出手段によって検出される前記車体の重さの増加量に基づいて、前記粘性ダンパに印加する電圧を制御する、請求項１又は２に記載の鉄道車両。
4. 前記取得手段は、前記車両が走行する走行区間の種別を取得し、
   前記制御手段は、前記取得手段によって取得された前記車両種別及び前記走行区間の種別に応じて前記粘性ダンパで異なる減衰力が発生するように、前記粘性ダンパに印加する電圧を制御する、請求項１～３のいずれか一項に記載の鉄道車両。
5. 前記車両に設けられた加速度センサを更に備え、
   前記制御手段は、前記車両に設けられた前記加速度センサからの検出信号データに基づいて、当該車両に設けられた前記粘性ダンパに印加する電圧を制御する、請求項１～４のいずれか一項に記載の鉄道車両。
6. 前記加速度センサは、前記車両の心皿の直上に配置されている、請求項５に記載の鉄道車両。
7. 前記粘性ダンパ及び前記加速度センサは、複数の前記車両において台車毎に設けられており、
   前記制御手段は、前記複数の車両に設けられた前記加速度センサからの検出信号データに基づいて、各前記台車に設けられた前記粘性ダンパに印加する電圧を制御する、請求項５又は６に記載の鉄道車両。
8. 前記加速度センサからの検出信号データをフーリエ変換し、周波数毎の加速度に関する特性データを算出する第１の算出手段と、
   前記第１の算出手段によって算出された前記特性データと予め取得された単位データとの間のマハラノビスの距離を算出する第２の算出手段と、
   前記マハラノビスの距離を予め設定された閾値と比較する比較手段と、
   前記比較手段における比較結果に応じて、前記車両の乗り心地レベルを判定する判定手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記判定手段によって判定された前記乗り心地レベルに基づいて、前記粘性ダンパに印加する電圧を制御する、請求項５～７のいずれか一項に記載の鉄道車両。
9. 前記単位データは、正常な鉄道車両が正常な線路を走行した際の特性データであり、異なる時間又は異なる走行区間で前記加速度センサから出力された複数の前記検出信号データのそれぞれをフーリエ変換した周波数毎の加速度に関するデータを含む、請求項８に記載の鉄道車両。

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