JP4048391B2

JP4048391B2 - 鉄道車両の振動制御方法

Info

Publication number: JP4048391B2
Application number: JP32942497A
Authority: JP
Inventors: 佳之丸山; 尚志根来; 浩一佐々木; 博之加藤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date: 1997-11-12
Filing date: 1997-11-12
Publication date: 2008-02-20
Anticipated expiration: 2017-11-12
Also published as: JPH11139310A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両が左右方向に変位する際、ストッパ当たりを防止して振動制御する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の車体と台車の間は、ばねやダンパ等の緩衝器で連結されており、車体は台車に対し左右方向の変位が許容されている。しかし、その左右方向変位は、建築限界を侵さないように台車との間に左右方向の動きを規制するため左右動ストッパが装着されている。そして、車体と左右動ストッパとの間には、通常ストッパの左右側に均等の隙間が設けられている。
【０００３】
通常、車両の走行中に車体振動が発生すると、直線区間では車体と左右動ストッパとの隙間により、台車から車体への直接振動の伝達は防止されているが、曲線区間では超過遠心力により高速時は外軌側へ、低速時は内軌側へ定常変位を生じ、隙間が左右均等でなくなり、左右動ストッパに接触しやすくなる。そして、左右動ストッパに接触し続けるか、または左右動ストッパに衝撃的に当たる場合には台車振動が直接車体へ伝達され、乗客の乗り心地を悪くする。
【０００４】
前記ストッパ当たりによる乗り心地の低下を防止するため、従来は左右動ストッパの左右の隙間を更に拡大する方法、左右動ストッパの材質を柔らかくして接触時の衝撃を緩和する方法、及び空気ばねの左右剛性を高くして車体の変位を抑制する方法等が行われているが、いずれもなんらかの欠点がある。また、これらの欠点を改善したものとして、振動制御装置を有する車両において、曲線通過時の検知信号により求めた制御出力を前記振動制御装置内の流体アクチュエータに出力して車体を中立位置に保持する方法（特開平８−２６１１０号公報参照）が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記振動制御装置内の流体アクチュエータを使って曲線通過時の車体を中立位置に保持する方法によれば、曲線区間通過時も直線区間走行時と同様の乗り心地が得られるが、振動制御のための流体アクチュエータを併用するため、本来の制御効果の低下や消費エネルギーの増加を来たす恐れがある。
【０００６】
本発明は、前記従来法に見られる欠点を排除するため、振動制御用の流体アクチュエータを併用することなく、曲線通過時のストッパ当たりを防止し得る鉄道車両の振動制御方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の鉄道車両の振動制御方法は、車体の静荷重を支持する空気ばねを備えた鉄道車両の車体と台車との間に、車体の進行方向に交差する左右方向の変位を規制するストッパと、振動制御用の流体アクチュエータとを有し、前記流体アクチュエータに供給される作動流体を制御するための制御弁、車体の振動を検知するための検知機構及び該検知機構の出力から前記制御弁への制御入力を決定する制御器とを備えた鉄道車両の振動制御装置において、左右方向に作動する減衰力切り替え可能なダンパを前記流体アクチュエータに併設し、曲線通過を検知するセンサの検知信号をもとに、直線走行時はダンパを低減衰状態に保持し、曲線通過時はダンパを高減衰状態に切り替えて制御することによりストッパ当たりを防止することを特徴とする。
【０００８】
また、前記振動制御方法において、ダンパの減衰力に見合った制御データを選択して制御演算を行いダンパの減衰力の切り替えを行なうことを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
車体に設置した加速度センサにより車体に作用している左右振動加速度を検出し、０．５Ｈｚ程度のローパスフィルタを用いて定常成分（超過遠心加速度）を検出するか、あるいは角度検出機構により台車のボギー角を検出して、その検出信号を制御器に入力して、直線区間走行か曲線区間通過かを判断するなどの方法により、直線走行区間と曲線走行区間で台車と車体の間に設けた左右動ダンパの減衰力を切り替える。その左右動ダンパの減衰力は、曲線区間通過時は鉄道車両用として一般的に使用されている２０ｋｇｆ／ｃｍ／ｓ程度か、あるいは少しかための３０ｋｇｆ／ｃｍ／ｓ程度を使用し、直線区間走行時は曲線区間通過時の半分の１０ｋｇｆ／ｃｍ／ｓ程度を使用するように切り替える。
【００１０】
前記のごとく、鉄道車両が曲線区間を通過する際は、左右動ダンパの減衰力は通常どおりか、またはそれより高い状態で、振動制御が行われるので、振幅が押えられストッパ当たりを防止できる。また、鉄道車両が直線区間を走行する際は、左右動ダンパの減衰力は曲線区間通過時の半分程度に低く押さえているため、振動制御用のアクチュエータに対し抵抗として働く左右動ダンパの影響を少なくすることにより、振動制御装置の制振効果を高め、同時に消費エネルギーの節約ができる。更に、ストッパ当たりの防止を左右動ダンパの減衰力の切り替えのみで行なうため、振動制御用のアクチュエータが発生する駆動力が少なくてすみ、消費エネルギーも節減できる。そして、車両は曲線区間においても直線区間と同様にストッパ当たりを防止して走行できるから、曲線区間通過時の乗り心地を低下させることがない。
【００１１】
【実施例】
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。図１は、本発明を実施するための振動制御装置を備えた車両の説明図である。車体７は空気ばね９により台車８に支持されており、車体７と台車８の間には、複動式空気圧シリンダ４とストッパ５のストッパ当たりを防止するための、減衰力の切り替えが可能な左右動ダンパ３が設置される。その減衰力の切り替えは、車体に設けた加速度センサ１で検知した車体振動の検知信号を制御器２に入力して、ここでデータと比較して曲線区間か直線区間かを判断し、その結果に基づいて制御信号を左右動ダンパ３に入力して行われる。また、作動流体として空気を使用する場合、前記複動式空気圧シリンダ４への空気の供給は制御弁６を介して行われるが、加速度センサ１で検知した車体振動の検知信号を制御器２に入力して、ここで制御量を演算し、図示しない空気源から送られる空気を制御弁６で制御して供給するように構成される。
【００１２】
前記減衰力の切り替えが可能な左右動ダンパ３の一例を図２に示す。ダンパ内には２つの絞り１０、１１があって、減衰力を発生させるが、さらに油室とシリンダ左室との間に電磁弁１２が設けられており、この電磁弁１２の開閉により発生する減衰力の切り替えができる構造からなる。
【００１３】
前記装置において、加速度センサ１で車体の振動を検知し、制御器２で制御量を演算して、空気源から送られる空気を制御弁６で制御することにより、複動式空気圧シリンダ４に力を発生させると共に、加速度センサ１で検知した加速度の大きさや振動数によって車体の振動が抑制される。
【００１４】
前記振動制御の動作と同時に、加速度センサ１で検知した検知信号が制御器２に入力されると、データと比較して曲線区間か直線区間かを判断し、曲線区間の場合には減衰力が大きくなるように、また直線区間の場合には減衰力が小さくなるように、制御信号が左右動ダンパ３に出力され、減衰力の切り替えが行われる。
【００１５】
また、予め制御器２にダンパの減衰力に対応した制御データを入力しておき、曲線区間通過かどうかを判断して、曲線通過中なら高減衰用制御データを選択し、また曲線通過中でない場合には低減衰用制御データを選択して制御演算を行い減衰力の切り替えが行うことができる。前記した左右動ダンパの減衰力切り替え制御のフローチャートを図３に示す。
【００１６】
また、使用する制御データに関しては、図４に示すように、一般に減衰が小さい場合には、減衰が高い場合に比べ共振周波数が低くなり、応答は共振付近で大きく、高周波域では小さくなる。そこで、制御については、低減衰用の制御データとしては、低周波域での高減衰用の制御データは、比較的高減衰域での制御効果が得られるように設定する。例えば、制御則としてＨ∞制御を用いるならば、低減衰用制御データでは共振周波数付近の制御重みを大きくし、高減衰用の制御データとしては高周波側での制御重みを大きくしたデータを使用する。
【００１７】
【発明の効果】
本発明の実施によれば、車体振動制御用アクチュエータを併用することなく、曲線区間通過時のストッパ当たりを防止することができ、乗り心地を低下することがない。また、特開平８−２６１１０号公報に開示された従来の方法では、流体アクチュエータにより車体の中立位置への保持のため５００ｋｇｆ程度の出力が必要となるが、これは振動制御自体に必要とされる出力と同程度か、やや大きい値となっており、消費エネルギーの著しい増加が発生する。また、場合によっては、振動制御に必要となる出力が十分に得られなくなる恐れがあり、アクチュエータの大型化が必要となることもある。一方、本発明では、ダンパの減衰力による車体振幅の低減によりストッパ当たりを回避するため流体アクチュエータを使用する方法に対して外部からエネルギーを投入する必要がないため、消費エネルギーを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施による鉄道車両の振動制御装置の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の実施における左右動ダンパの一例を示す説明図である。
【図３】本発明の実施による左右動ダンパの減衰力の切り替え制御のフローチャートである。
【図４】制御データの減衰力の違いによる振動を比較して示すグラフである。
【符号の説明】
１加速度センサ
２制御器
３左右動ダンパ
４複動式空気圧シリンダ
５ストッパ
６制御弁
７車体
８台車
９空気ばね
１０、１１絞り
１２電磁弁

Claims

車体の静荷重を支持する空気ばねを備えた鉄道車両の車体と台車との間に、車体の進行方向に交差する左右方向の変位を規制するストッパと、振動制御用の流体アクチュエータとを有し、前記流体アクチュエータに供給される作動流体を制御するための制御弁、車体の振動を検知するための検知機構及び該検知機構の出力から前記制御弁への制御入力を決定する制御器とを備えた鉄道車両の振動制御装置において、左右方向に作動する減衰力切り替え可能なダンパを前記流体アクチュエータに併設し、曲線通過を検知するセンサの検知信号をもとに、直線走行時はダンパを低減衰状態に保持し、曲線通過時はダンパを高減衰状態に切り替えて制御することによりストッパ当たりを防止することを特徴とする鉄道車両の振動制御方法。
ダンパの減衰力に見合った制御データを選択して制御演算を行い減衰力の切り替えを行なうことを特徴とする請求項1記載の鉄道車両の振動制御方法。