JP5151252B2 - Body posture control method and railway vehicle - Google Patents
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Description
本発明は、特に曲線通過時における電磁弁の作動回数を低減可能な車体の姿勢制御方法、及びこの車体の姿勢制御を、従来よりも少ない電磁弁で行うことができる鉄道車両に関するものである。 The present invention relates to a vehicle body attitude control method that can reduce the number of actuations of an electromagnetic valve, particularly when passing through a curve, and a railway vehicle that can perform the vehicle body attitude control with fewer electromagnetic valves than in the past.
曲線通過時、鉄道車両の車体は超過遠心力によって外軌側に傾き、乗心地が悪くなる場合がある。特に曲線通過時の速度が速い場合は、超過遠心力が増大してさらなる乗心地の悪化を招く。そこで、曲線通過時、車体を内軌側に傾斜させることにより超過遠心力を抑制して乗心地の悪化を防ごうとした車体の傾斜制御が各種開発されている。 When passing a curve, the body of the railway vehicle may be tilted to the outer gauge side due to excessive centrifugal force, resulting in poor ride comfort. In particular, when the speed at the time of passing through the curve is high, the excess centrifugal force increases to cause further deterioration in riding comfort. Therefore, various types of vehicle body tilt control have been developed to suppress excessive centrifugal force and prevent deterioration of riding comfort by tilting the vehicle body toward the inner track side when passing a curve.
このような車体傾斜制御では、車体を支持する左右の空気ばねへの給排気により車体傾斜するもの、車体と台車間にころ軸受などの特別な機構を設けて車体傾斜するもの、アンチローリング装置を利用して車体傾斜するもの等、様々な方法が提案されている。 In such vehicle body tilt control, the vehicle body tilts by supply / exhaust to the left and right air springs that support the vehicle body, the vehicle body tilts by providing a special mechanism such as a roller bearing between the vehicle body and the carriage, and the anti-rolling device Various methods have been proposed, such as using the vehicle to incline.
このうち、空気ばねに給排気して車体傾斜を行なうものとしては、例えば図2のような、車体1と台車2の間に配置した左右の空気ばね3a,3bと空気源4の間を2系列の配管5a,5bで接続した構成が採られている。
Among these, the one that inclines and exhausts the air spring to incline the vehicle body is, for example, 2 between the left and
そして、このうちの一方の配管5aの途中には、高さセンサ6a,6bの検出値に基づいて空気ばね3a,3bへの給排気を行う給気弁7a,7bと排気弁8a,8bを設置している。
In the middle of one of the
また、他方の配管5bの途中には、空気ばね3a,3bの高さを調整する高さ調整弁9a,9bをそれぞれ設置すると共に、この高さ調整弁9a,9bと空気ばね3a,3bの間に切換電磁弁10a,10bを設置している。なお、両空気ばね3a,3bは連通管11で連通され、この連通管11の途中には差圧弁12が設置されている。
Further,
このような姿勢制御装置では、図2(b)に示す車体1の傾斜制御中は、空気ばね3a,3bの高さを零に保つ高さ調整弁9a,9bは、傾斜制御を妨げる働きをするため、これを無効にするための切換電磁弁10a,10bを動作させることが一般的である。
In such a posture control device, during the inclination control of the vehicle body 1 shown in FIG. 2 (b), the
例えば特許文献1では、高さ調整弁9a,9bを無効にする切換電磁弁10a,10bを、ノーマルオープンタイプの電磁弁で構成する技術が開示されている。
しかしながら、特許文献1で開示された構成の場合、万が一、切換電磁弁が故障すると、高さ調整弁による空気ばねの高さ調整が行えなくなって、安全性が損なわれる可能性がある。従って、実際の構成では、これを多重化するなどして、故障する確率を減らしているので、電磁弁の数が増加して重量増加の原因となっていた。 However, in the case of the configuration disclosed in Patent Document 1, if the switching solenoid valve breaks down, the height adjustment of the air spring by the height adjustment valve cannot be performed, and safety may be impaired. Therefore, in the actual configuration, the probability of failure is reduced by multiplexing the same, and thus the number of solenoid valves increases, causing an increase in weight.
本発明が解決しようとする問題点は、空気ばねへの給排気による従来の車体の姿勢制御において、故障する確率を減らして安全性を確保するには、電磁弁の数が増加して重量が増加すると言う点である。 The problem to be solved by the present invention is that in the conventional posture control of the vehicle body by supplying and exhausting air springs, in order to reduce the probability of failure and ensure safety, the number of solenoid valves increases and the weight increases. It is a point to increase.
本発明は、曲線通過時、空気ばねへの給排気による車体の姿勢制御に際し、少ない電磁弁数として装置の重量減及びコンパクト化を図りつつ、故障の発生率も少なくすることを可能にするために、以下の構成を採用している。 The present invention makes it possible to reduce the occurrence rate of a failure while reducing the weight and size of the device with a small number of solenoid valves when controlling the posture of the vehicle body by supplying and exhausting air to and from an air spring when passing a curve. In addition, the following configuration is adopted.
すなわち、本発明は、
台車の左右に設けられた空気ばねへの給排気により、曲線通過時、車体の姿勢制御を行う車体姿勢制御装置を備えた鉄道車両であって、
前記空気ばねと空気源の間を、
途中に、高さセンサの検出値に基づいて前記空気ばねへの給排気を行う給気弁と排気弁を設置した一方の配管と、
途中に、前記空気ばねの高さを調整する高さ調整弁のみを設置した他方の配管の2系列の配管で接続し、
曲線通過時は、車体を台車に対して水平に保つように制御するようにしたことを主要な特徴としている。この本発明の鉄道車両の場合には、切換電磁弁を設置する必要がなくなるので、重量が軽減し、コンパクト化が図れる。
That is, the present invention
A railcar equipped with a vehicle body posture control device that controls the posture of a vehicle body when passing a curve by supplying and exhausting air springs provided on the left and right of the carriage,
Between the air spring and the air source,
On the way, one of the pipes provided with an air supply valve and an exhaust valve for supplying and exhausting air to the air spring based on the detection value of the height sensor,
In the middle, connected by two lines of piping of the other pipe provided with only the height adjustment valve for adjusting the height of the air spring,
The main feature is that the vehicle body is controlled to be level with respect to the carriage when passing the curve . In the case of the railway vehicle of the present invention, it is not necessary to install a switching electromagnetic valve, so that the weight is reduced and the size can be reduced.
本発明では、曲線通過時に切換電磁弁を作動させない、或いは切換電磁弁を設置しないので、故障が発生する確率が低下し、或いは電磁弁数の削減による重量軽減とコンパクト化が図れる。 In the present invention, since the switching electromagnetic valve is not operated or the switching electromagnetic valve is not installed when passing through the curve, the probability of occurrence of a failure is reduced, or the weight can be reduced and the size can be reduced by reducing the number of electromagnetic valves.
以下、本発明の新しい着想から課題解決に至るまでの過程と共に、本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, the form for implementing this invention is demonstrated with the process from the new idea of this invention to a problem solution.
鉄道車両が曲線を通過する際には、車体は遠心力により外軌側に傾く。この際、通常の傾斜制御では、先に説明したように、空気ばねへの給排気により、車体を内軌側に傾けることで遠心力を低減している。 When the railway vehicle passes the curve, the vehicle body tilts to the outer gauge side due to centrifugal force. At this time, in the normal tilt control, as described above, the centrifugal force is reduced by tilting the vehicle body toward the inner track side by supplying and exhausting air to the air spring.
しかしながら、走行速度によっては、車体を内軌側に傾けなくても、外軌側に傾く分を補正し、車体を台車に対して水平に保つだけでも十分な効果が得られる。このような制御を行う場合、高さ調整弁は機能していても良い。 However, depending on the traveling speed, even if the vehicle body is not inclined toward the inner track side, a sufficient effect can be obtained simply by correcting the inclination of the vehicle body toward the outer track side and keeping the vehicle body level with respect to the carriage. When performing such control, the height adjustment valve may function.
本発明はこのような新しい着想に基づいてなされたものである。
例えば、ある新幹線(登録商標)の路線では曲線半径とカント量は下記表1のように規定されている。
The present invention has been made based on such a new idea.
For example, in a certain Shinkansen (registered trademark) route, the curve radius and the cant amount are defined as shown in Table 1 below.
仮に車体が常にレール面に水平であった場合、乗客に作用する遠心加速度α(m/s2)は下記(1)式で計算できる。
α=(v2/R)−(C/G)・g…(1)
(1)式において、vは走行速度(m/s)、Rは曲線半径(m)、Cはカント(m)、Gは軌間(mm)、gは重力加速度(m/s2)である。
If the vehicle body is always horizontal to the rail surface, the centrifugal acceleration α (m / s 2 ) acting on the passenger can be calculated by the following equation (1).
α = (v 2 / R) − (C / G) · g (1)
In the equation (1), v is a traveling speed (m / s), R is a curve radius (m), C is a cant (m), G is a gauge (mm), and g is a gravitational acceleration (m / s 2 ). .
この(1)式から前記遠心加速度αが規定された乗り心地基準(例えば0.8m/s2)となる走行速度を計算すると、前記表1の右欄に示すように、現行の走行速度よりもかなり速い速度になる。つまり、実際には車体を台車に対して水平に保つだけでもかなりの速度向上が期待できることが分かる。 From this equation (1), when the traveling speed at which the centrifugal acceleration α is defined as a defined riding comfort standard (for example, 0.8 m / s 2 ) is calculated, as shown in the right column of Table 1, the current traveling speed is calculated. Will be much faster. In other words, it can be seen that a substantial speed improvement can be expected simply by keeping the vehicle body level with respect to the carriage.
但し、実際には、遠心力で台車が外軌側に傾くため、この遠心力による台車の傾きを考慮した遠心加速度α’(m/s2)を計算しなければならないが、これは、簡易的に下記(2)式で計算できる。
α’={1+(mgh/4bk)}・α…(2)
(2)式において、mは車体重量(kg)、hは車体重心〜台車重心間の距離(m)、bは軸ばね(車軸と台車を結ぶばね要素)の枕木方向の取付け間距離(m)、kは軸ばねの上下剛性(N/m)である。
However, in actuality, since the carriage tilts to the outer gauge side due to the centrifugal force, it is necessary to calculate the centrifugal acceleration α ′ (m / s 2 ) in consideration of the inclination of the carriage due to the centrifugal force. Therefore, it can be calculated by the following equation (2).
α ′ = {1+ (mgh / 4bk)} · α (2)
In equation (2), m is the weight of the vehicle body (kg), h is the distance between the vehicle body center of gravity and the center of gravity of the carriage (m), b is the distance between the installation of the shaft springs (spring elements connecting the axle and the carriage) in the sleeper direction ), K is the vertical stiffness (N / m) of the shaft spring.
よって、始めに乗り心地基準として、曲線通過時に許容する遠心加速度α0を決定し、台車の傾きを考慮した遠心加速度α’が、前記決定した許容遠心加速度α0となるように、(2)式から遠心加速度αを決定する。 Therefore, first, the centrifugal acceleration α0 allowed when passing the curve is determined as a riding comfort standard, and the centrifugal acceleration α ′ considering the inclination of the carriage becomes the determined allowable centrifugal acceleration α0 from the equation (2). The centrifugal acceleration α is determined.
このようにして遠心加速度αが決定されると、車体を台車に対して水平にした場合に遠心加速度αを基準値以下とできる曲線通過速度は、前記(1)式から求めることができる。そして、この速度で曲線を通過するのであれば、車体は水平に保つだけでよいため、切換電磁弁は必要でなくなる。 When the centrifugal acceleration α is determined in this way, a curve passing speed that allows the centrifugal acceleration α to be equal to or less than a reference value when the vehicle body is level with respect to the carriage can be obtained from the equation (1). If the vehicle passes the curve at this speed, the vehicle body only needs to be kept horizontal, so that the switching solenoid valve is not necessary.
図1は本発明の鉄道車両を説明する図であり、図1中、図2と同一符号は同一部品を示し、詳細な説明を省略する。 FIG. 1 is a diagram for explaining a railway vehicle according to the present invention. In FIG. 1, the same reference numerals as those in FIG. 2 denote the same components, and a detailed description thereof will be omitted.
すなわち、図1に示す本発明の鉄道車両は、図2に示した従来の鉄道車両に搭載された車体の姿勢制御装置のうち、高さ調整弁9a,9bと空気ばね3a,3bの間に設置された切換電磁弁10a,10bをなくした構成である。
That is, the railway vehicle according to the present invention shown in FIG. 1 is provided between the
このような構成の図1に示した本発明の鉄道車両では、直線走行時と曲線通過時の姿勢制御は、以下のように行う。 In the railway vehicle of the present invention shown in FIG. 1 having such a configuration, posture control during straight running and passing through a curve is performed as follows.
先ず、直線走行時は、水平状態を維持すべく、他方の配管5bを通り、高さ調整弁9a,9bを介して空気ばね3a,3bに給排気を行って、車体1の高さを制御する。この直線走行時の姿勢制御は、従来と同じである。
First, during straight running, the height of the vehicle body 1 is controlled by supplying and exhausting air to the
一方、車両の曲線通過を認識した場合は、曲線の進入開始時に、車体1が台車2に対して水平状態を維持するように制御する。すなわち、曲線通過時、車体1は外軌側に傾くので、他方の配管5bから高さ調整弁9a,9bを介して空気ばね3a,3bに給排気することで、水平制御すれば良い。
On the other hand, when the vehicle has passed the curve, the vehicle body 1 is controlled so as to maintain the horizontal state with respect to the carriage 2 at the start of the curve entry. That is, since the vehicle body 1 is inclined toward the outer gauge side when passing through the curve, the horizontal control may be performed by supplying and exhausting air from the
また、前記高さ調整弁9a,9bを介した給排気に加えて、例えば一方の配管5aを通り、外軌側の給気弁7a又は7bから外軌側の空気ばね3a又は3bへの給気を行っても良い。このような姿勢制御では、高さ調整弁9a,9bの不感帯となる範囲を給気弁7a,7bで制御できるので、よりきめの細かい姿勢制御が行えるようになる。
In addition to air supply / exhaust via the
これが本発明の鉄道車両の場合の車体の姿勢制御である。
この本発明の鉄道車両では、切換電磁弁を設置する必要がなくなるので、その分、重量が軽減でき、またコンパクト化が図れる。
This is the attitude control of the vehicle body in the case of the railway vehicle of the present invention.
In the railway vehicle of the present invention, there is no need to install a switching electromagnetic valve, so that the weight can be reduced and the size can be reduced accordingly.
また、図2で説明した従来の姿勢制御装置を搭載した鉄道車両では、車両の曲線通過を認識した場合は、曲線の進入開始時に、車体1が台車2に対して水平状態を維持すべく以下のように制御すれば良い。 Further, in a railway vehicle equipped with the conventional attitude control device described in FIG. 2, when recognizing that the vehicle has passed a curve, the vehicle body 1 is maintained in a horizontal state with respect to the carriage 2 at the start of the curve entry. Control may be performed as follows.
すなわち、曲線通過時には、従来の傾斜制御と異なり、切換電磁弁10a,10bを閉じないで、高さ調整弁9a,9bを介した空気ばね3a,3bへの給排気によって、車体1が台車2に対して水平となるように姿勢制御するのである。
That is, when passing the curve, unlike the conventional tilt control, the vehicle body 1 is moved to the carriage 2 by supplying and exhausting air to the air springs 3a and 3b via the
これが本発明の車体の姿勢制御方法である。
この本発明の車体の姿勢制御方法では、曲線通過時に切換電磁弁10a,10bを作動させないので、切換電磁弁10a,10bの動作回数が減少し、故障が発生する確率が低下する。
This is the vehicle body posture control method of the present invention.
In the vehicle body posture control method of the present invention, the switching
この本発明の車体の姿勢制御方法においても、高さ調整弁9a,9bを介した給排気に加えて、例えば一方の配管5aを通り、給気弁7a,7b及び排気弁8a,8bを介して空気ばね3a,3bに給排気しても良い。
Also in the vehicle body posture control method of the present invention, in addition to the air supply / exhaust via the
また、車両の曲線通過速度が、前記(1)(2)式から得られる、車体1を台車2に対して水平にした場合に遠心加速度αを基準値以下とできる曲線通過速度よりも速いか遅いかを判断し、遅い場合には本発明の姿勢制御を行い、速い場合は従来の傾斜制御を行うようにしても良い。 Whether the vehicle's curve passing speed is faster than the curve passing speed obtained from the above formulas (1) and (2), which allows the centrifugal acceleration α to be below the reference value when the vehicle body 1 is horizontal with respect to the carriage 2. It may be determined whether it is slow, and if it is slow, the attitude control of the present invention may be performed, and if it is fast, the conventional tilt control may be performed.
なお、本発明は、曲線検知装置(図示省略)からの信号に基づき、高さ調整弁9a,9bなどの各弁にコントローラから制御信号を出力することにより行うことは言うまでもない。この曲線検知装置は、一般的に用いられている地上子からの信号と速度センサの信号とから検知するものや、加速度センサ又はジャイロセンサからの信号と速度センサの信号とから検知するもの等を使用する。
Needless to say, the present invention is performed by outputting a control signal from the controller to each valve such as the
本発明は上記の各例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば自由に変更が可能である。 The present invention is not limited to the above examples, and can be freely changed within the scope of the technical idea described in each claim.
1 車体
2 台車
3a,3b 空気ばね
4 空気源
5a,5b 配管
6a,6b 高さセンサ
7a,7b 給気弁
8a,8b 排気弁
9a,9b 高さ調整弁
10a,10b 切換電磁弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Car body 2
Claims (1)
前記空気ばねと空気源の間を、
途中に、高さセンサの検出値に基づいて前記空気ばねへの給排気を行う給気弁と排気弁を設置した一方の配管と、
途中に、前記空気ばねの高さを調整する高さ調整弁のみを設置した他方の配管の2系列の配管で接続し、
曲線通過時は、車体を台車に対して水平に保つように制御するようにしたことを特徴とする鉄道車両。 A railcar equipped with a vehicle body posture control device that controls the posture of a vehicle body when passing a curve by supplying and exhausting air springs provided on the left and right of the carriage ,
Between the air spring and the air source,
On the way, one of the pipes provided with an air supply valve and an exhaust valve for supplying and exhausting air to the air spring based on the detection value of the height sensor,
In the middle, connected by two lines of piping of the other pipe provided with only the height adjustment valve for adjusting the height of the air spring,
A railway vehicle characterized in that the vehicle body is controlled so as to be kept horizontal with respect to the carriage when passing a curve .
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