JPH05213195A - 鉄道車両のアクティブ制御による振動抑制方法 - Google Patents
鉄道車両のアクティブ制御による振動抑制方法Info
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- JPH05213195A JPH05213195A JP8964491A JP8964491A JPH05213195A JP H05213195 A JPH05213195 A JP H05213195A JP 8964491 A JP8964491 A JP 8964491A JP 8964491 A JP8964491 A JP 8964491A JP H05213195 A JPH05213195 A JP H05213195A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 鉄道車両の振動のアクティブ制御を行なうに
当り制御効果をより高める。 【構成】 一編成列車の先頭車両か、対象車両に対する
先行車両の振動を周波数解析し、その周波数の半値幅内
にＨ■制御の重みが最大値を有し、かつその半値幅内の
重みは最大値から−１０ｄＢ以内になる分析となるよう
に決定したＨ■制御を施す。 【効果】 効果的な振動抑制を行なうことにより制御効
果をより高めることができる。
当り制御効果をより高める。 【構成】 一編成列車の先頭車両か、対象車両に対する
先行車両の振動を周波数解析し、その周波数の半値幅内
にＨ■制御の重みが最大値を有し、かつその半値幅内の
重みは最大値から−１０ｄＢ以内になる分析となるよう
に決定したＨ■制御を施す。 【効果】 効果的な振動抑制を行なうことにより制御効
果をより高めることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、鉄道車両の列車編成
とＨ■制御理論に特有な振動抑制周波数の効率的な選択
の長所を生かして行なう鉄道車両のアクティブ制御によ
る振動抑制方法に関する。
とＨ■制御理論に特有な振動抑制周波数の効率的な選択
の長所を生かして行なう鉄道車両のアクティブ制御によ
る振動抑制方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄道車両の車体に発生する左右振動に
は、図１１に示すように車体１１の中心に揺動中心Ｏy
があるヨーイング、図１２に示す車体１１の下方に揺動
中心Ｏlがある下心ローリング、および図１３に示す車
体１１の上方に揺動中心Ｏuがある上心ローリングの３
種類がある。前記左右振動を抑制する方法としては、車
体と台車の間に振動方向に合せてアクチュエータを設置
し、該車体の振動に対し逆位相の制御力を発生させるの
が一般的である。
は、図１１に示すように車体１１の中心に揺動中心Ｏy
があるヨーイング、図１２に示す車体１１の下方に揺動
中心Ｏlがある下心ローリング、および図１３に示す車
体１１の上方に揺動中心Ｏuがある上心ローリングの３
種類がある。前記左右振動を抑制する方法としては、車
体と台車の間に振動方向に合せてアクチュエータを設置
し、該車体の振動に対し逆位相の制御力を発生させるの
が一般的である。
【０００３】従来の鉄道車両のアクティブサスペンショ
ン装置としては、特開昭５６−１７７５４号公報の「車
両の振動制御装置」および特開昭５９−１５６８６０号
公報の「車両の振動制御装置」等が知られている。その
構成は、図１４に示すように、車体１１（車体前部１１
f、車体後部１１rで示す）を支持するばね１２f、１２r
の間に設置された複動形空気圧シリンダ１３f、１３rを
空気圧サーボ弁１５f、１５rで駆動する方式となってお
り、該空気圧サーボ弁への制御入力は、前記車体１１に
設置された加速度検知計１６f、１６rの出力を用いて、
積分、一次進み、一次遅れおよびゲイン要素から構成さ
れる数１あるいは数２の形のアナログ補修回路１７f、
１７rにて決定される。
ン装置としては、特開昭５６−１７７５４号公報の「車
両の振動制御装置」および特開昭５９−１５６８６０号
公報の「車両の振動制御装置」等が知られている。その
構成は、図１４に示すように、車体１１（車体前部１１
f、車体後部１１rで示す）を支持するばね１２f、１２r
の間に設置された複動形空気圧シリンダ１３f、１３rを
空気圧サーボ弁１５f、１５rで駆動する方式となってお
り、該空気圧サーボ弁への制御入力は、前記車体１１に
設置された加速度検知計１６f、１６rの出力を用いて、
積分、一次進み、一次遅れおよびゲイン要素から構成さ
れる数１あるいは数２の形のアナログ補修回路１７f、
１７rにて決定される。
【０００４】
【数１】
【０００５】
【数２】
【０００６】前記３種類の左右振動は、それぞれ異なっ
た固有振動数を持つため、前記アナログ補修回路１
７f、１７rをそれぞれの左右振動の固有振動数で最適な
ゲイン、位相を持つように設計すれば、常に左右振動を
抑制することができる。なお、図中の１８は空気源を示
す。
た固有振動数を持つため、前記アナログ補修回路１
７f、１７rをそれぞれの左右振動の固有振動数で最適な
ゲイン、位相を持つように設計すれば、常に左右振動を
抑制することができる。なお、図中の１８は空気源を示
す。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】鉄道車両はレールの不
整により上下動、左右動、ローリングおよびヨーイング
の振動加速度を受けている。これを二次ばねである空気
ばねで高周波成分を遮断したり、左右動ダンパ、ヨーイ
ングダンパで運動エネルギーを熱エネルギーに変えて車
体になるべく伝達しないように工夫している。しかし、
パッシブな系では、固定された共振周波数を無くするこ
とはできない。また積極的に振動を抑制することは不可
能である。
整により上下動、左右動、ローリングおよびヨーイング
の振動加速度を受けている。これを二次ばねである空気
ばねで高周波成分を遮断したり、左右動ダンパ、ヨーイ
ングダンパで運動エネルギーを熱エネルギーに変えて車
体になるべく伝達しないように工夫している。しかし、
パッシブな系では、固定された共振周波数を無くするこ
とはできない。また積極的に振動を抑制することは不可
能である。
【０００８】したがって、鉄道車両の振動抑制において
は、アクティブ制御を取り入れることが乗り心地の飛躍
的な向上に不可欠である。しかし、アクティブ制御はア
クチュエータを高周波の外乱に対してもリアルタイムで
高速に作動させる必要があり、センサーによる外乱のサ
ンプリングから制御器内の演算をとおしてアクチュエー
タを作動させるまでの時間が短いほど良好な制御が得ら
れ、これが重要となる。
は、アクティブ制御を取り入れることが乗り心地の飛躍
的な向上に不可欠である。しかし、アクティブ制御はア
クチュエータを高周波の外乱に対してもリアルタイムで
高速に作動させる必要があり、センサーによる外乱のサ
ンプリングから制御器内の演算をとおしてアクチュエー
タを作動させるまでの時間が短いほど良好な制御が得ら
れ、これが重要となる。
【０００９】最近、強力な制御理論として注目をあびて
いる現代制御理論やＨ■制御理論は状態変数の多次元の
マトリックス演算を行なう必要があり、いかに低次元の
重み分布を求めて、効率的な演算で制御効果をあげるか
が問題である。また、逆に車両編成という鉄道の性格
上、フィード・フォワードが比較的実施しやすい環境に
あり、これをうまく利用すれば制御の向上が望めるのも
事実である。
いる現代制御理論やＨ■制御理論は状態変数の多次元の
マトリックス演算を行なう必要があり、いかに低次元の
重み分布を求めて、効率的な演算で制御効果をあげるか
が問題である。また、逆に車両編成という鉄道の性格
上、フィード・フォワードが比較的実施しやすい環境に
あり、これをうまく利用すれば制御の向上が望めるのも
事実である。
【００１０】しかし、制御理論として採用しようとして
いるＨ■制御は重みの最大値近傍の周波数域では相当抑
制効果があるものの、少し周波数がずれると極端に効果
が落ちる性質があり、全周波数域に渡って振動抑制効果
を発揮させるのは難しい。
いるＨ■制御は重みの最大値近傍の周波数域では相当抑
制効果があるものの、少し周波数がずれると極端に効果
が落ちる性質があり、全周波数域に渡って振動抑制効果
を発揮させるのは難しい。
【００１１】この発明は、かかる現状にかんがみ、鉄道
車両の振動のアクティブ制御を行なうに当り、制御効果
をより高め乗り心地の向上を図れる振動抑制方法を提供
するものである。
車両の振動のアクティブ制御を行なうに当り、制御効果
をより高め乗り心地の向上を図れる振動抑制方法を提供
するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】Ｈ■制御は、制御系の伝
達関数Ｇのゲイン‖Ｇ‖の周波数領域でのピーク値をあ
る一定値γ以下に押える制御であることは既知である。
すなわち、‖Ｇ（ｊω）‖＜γであり、ボード線図では
図１に実線で示すようになる。
達関数Ｇのゲイン‖Ｇ‖の周波数領域でのピーク値をあ
る一定値γ以下に押える制御であることは既知である。
すなわち、‖Ｇ（ｊω）‖＜γであり、ボード線図では
図１に実線で示すようになる。
【００１３】しかし、重み係数Ｗの分布を図２のように
選択してＨ■制御を行なうと、図３に実線で示すように
重みＷの大の所で選択的にシャープに振動抑制効果が上
がることがわかった。
選択してＨ■制御を行なうと、図３に実線で示すように
重みＷの大の所で選択的にシャープに振動抑制効果が上
がることがわかった。
【００１４】また、鉄道車両の振動は軌道不整によると
ころが大きいので、先行車両の振動の高速フーリエ変換
により、図１に示す制御無の外乱の周波数分布を知れば
（ωPSD max）、それに一致するように後続車両の制御用
の重み分布（ωW max=ωPSD max）を決定でき、図３に実
線で示すように制御効果大（ゲインの小の所）の所のみ
を利用した制御ができる。
ころが大きいので、先行車両の振動の高速フーリエ変換
により、図１に示す制御無の外乱の周波数分布を知れば
（ωPSD max）、それに一致するように後続車両の制御用
の重み分布（ωW max=ωPSD max）を決定でき、図３に実
線で示すように制御効果大（ゲインの小の所）の所のみ
を利用した制御ができる。
【００１５】この発明は上記知見に基いて完成されたも
のであり、車両の振動を抑制し乗り心地の向上を図るた
めのアクティブ制御付き台車の制御方法において、一編
成列車の先頭車両か、あるいは対象車両の前方に位置す
る車両の振動を解析し、その周波数の半値幅内にＨ■制
御の重みが最大値を有し、かつその半値幅内の重みは最
大値から−１０ｄＢ以内になる分布となるように決定し
たＨ■制御を施すのである。
のであり、車両の振動を抑制し乗り心地の向上を図るた
めのアクティブ制御付き台車の制御方法において、一編
成列車の先頭車両か、あるいは対象車両の前方に位置す
る車両の振動を解析し、その周波数の半値幅内にＨ■制
御の重みが最大値を有し、かつその半値幅内の重みは最
大値から−１０ｄＢ以内になる分布となるように決定し
たＨ■制御を施すのである。
【００１６】
【作用】上記のごとく、Ｈ■制御は重み分布の決定が重
要であり、重み大の所の周波数の振動が選択的かつ効果
的に抑制される。したがって、先行車両の振動を解析
し、振動のパワースペクトル密度の最大となる周波数域
に重みが大きくなるように決定することにより後続車両
のＨ■制御の効果を高めうる。
要であり、重み大の所の周波数の振動が選択的かつ効果
的に抑制される。したがって、先行車両の振動を解析
し、振動のパワースペクトル密度の最大となる周波数域
に重みが大きくなるように決定することにより後続車両
のＨ■制御の効果を高めうる。
【００１７】すなわち、図４に示すように、先行車両
（無制御車両の方がレールによる外乱を忠実に表現して
いるという点で望ましいが、特に限定はしない）車体振
動加速度のパワースペクトル密度の半値幅（ωPSD l〜ω
PSD h間）内に重みの最大Ｗmaxが存在し、すなわち、 ωPSD l≦ωW max≦ωPSD h ……１式 かつ、その間の重みが最大値から−１０ｄＢ以上である
条件、すなわち、 Ｗ（ω）≧Ｗmax−１０ｄＢ ……２式 （ただし、ωPSD l≦ω≦ωPSD h） により、十分な効果が期待できる。これを図示すると、
Ｗは図５の斜線で示す範囲にあればよい。
（無制御車両の方がレールによる外乱を忠実に表現して
いるという点で望ましいが、特に限定はしない）車体振
動加速度のパワースペクトル密度の半値幅（ωPSD l〜ω
PSD h間）内に重みの最大Ｗmaxが存在し、すなわち、 ωPSD l≦ωW max≦ωPSD h ……１式 かつ、その間の重みが最大値から−１０ｄＢ以上である
条件、すなわち、 Ｗ（ω）≧Ｗmax−１０ｄＢ ……２式 （ただし、ωPSD l≦ω≦ωPSD h） により、十分な効果が期待できる。これを図示すると、
Ｗは図５の斜線で示す範囲にあればよい。
【００１８】図４、図５に示すように、先行車両のパワ
ースペクトル密度の最大値を０．１〜２０Ｈｚ間の周波
数域内に限定したのは、この範囲以外のレール不整によ
る車体振動は本来少ないこと、また、２０Ｈｚを超える
高周波数のアクティブ制御はアクチュエータの応答性、
計算速度等を考慮すると現状では不可能といって差支え
ないからである。
ースペクトル密度の最大値を０．１〜２０Ｈｚ間の周波
数域内に限定したのは、この範囲以外のレール不整によ
る車体振動は本来少ないこと、また、２０Ｈｚを超える
高周波数のアクティブ制御はアクチュエータの応答性、
計算速度等を考慮すると現状では不可能といって差支え
ないからである。
【００１９】図４のデータは、ある一定の保守規定の元
で維持されているレール上を走行する場合、あらかじめ
いくつかのパターンに分類しておくことで可能である。
その各パターンに応じて代表的な重み分布を決定し、デ
ータベース化しておけば、リアルタイムで上記１式、２
式の条件を満足するＷをそのつど計算し決定する必要は
なく、メモリーの呼びだしだけで制御することができ、
演算時間を短縮することが可能である。
で維持されているレール上を走行する場合、あらかじめ
いくつかのパターンに分類しておくことで可能である。
その各パターンに応じて代表的な重み分布を決定し、デ
ータベース化しておけば、リアルタイムで上記１式、２
式の条件を満足するＷをそのつど計算し決定する必要は
なく、メモリーの呼びだしだけで制御することができ、
演算時間を短縮することが可能である。
【００２０】
【実施例】この発明の実施例を図面に基いて説明する。
アクティブ制御付き台車の構成を図６、図７に示す。各
車両の車体３１に左右振動加速度計２１、上下振動加速
度計２２を設け、また台車と車体の間に左右相対変位計
２３、アクチュエータ用シリンダ２５を設けるととも
に、台車の左右側に上下変位計２４を設ける。そして、
車体の底には制御器２６を設ける。なお、図中の２８は
制御信号用の配線、２９はアクチュエータ圧力計、３０
はアクチュエータに供給される空気の流量計である。
アクティブ制御付き台車の構成を図６、図７に示す。各
車両の車体３１に左右振動加速度計２１、上下振動加速
度計２２を設け、また台車と車体の間に左右相対変位計
２３、アクチュエータ用シリンダ２５を設けるととも
に、台車の左右側に上下変位計２４を設ける。そして、
車体の底には制御器２６を設ける。なお、図中の２８は
制御信号用の配線、２９はアクチュエータ圧力計、３０
はアクチュエータに供給される空気の流量計である。
【００２１】上記装置は、この発明を実施するのに必要
な最も簡単な構成であり、さらに上下変位計２４に並列
して上下アクチュエータを設け、または左右動、ヨーイ
ング、ローリングに対する各ダンパを組合せて併用する
こともできる。
な最も簡単な構成であり、さらに上下変位計２４に並列
して上下アクチュエータを設け、または左右動、ヨーイ
ング、ローリングに対する各ダンパを組合せて併用する
こともできる。
【００２２】上記列車の先頭車両の各振動加速度計、相
対変位計、上下変位計からの出力により車両の振動を周
波数解析し、図８のフローチャートに示す要領でＨ■制
御理論による演算を制御器２６で行ない、その制御信号
によりアクチュエータを作動して車両の振動を制御、抑
制する。
対変位計、上下変位計からの出力により車両の振動を周
波数解析し、図８のフローチャートに示す要領でＨ■制
御理論による演算を制御器２６で行ない、その制御信号
によりアクチュエータを作動して車両の振動を制御、抑
制する。
【００２３】上記Ｈ■制御は、状態変数として左右加速
度、左右相対変位、アクチュエータ内圧、流量弁開口面
積、開口面積変化量を用い、重みは左右加速度、左右相
対変位、信号出力に対して付加した。ただし、左右加速
度の重みにのみ周波数依存の分布を与え、他の重みは一
定値とした。また、左右加速度に対する重みの型式は次
の数３で与えるものとした。
度、左右相対変位、アクチュエータ内圧、流量弁開口面
積、開口面積変化量を用い、重みは左右加速度、左右相
対変位、信号出力に対して付加した。ただし、左右加速
度の重みにのみ周波数依存の分布を与え、他の重みは一
定値とした。また、左右加速度に対する重みの型式は次
の数３で与えるものとした。
【００２４】
【数３】
【００２５】例えば、ωn＝２．２π、ξ1＝０．３、ξ
2＝２のときの分布は図９に示すようになり、ωnの値に
より最大値を示す周波数が決まり、その結果図１０に示
すようにアクティブ制御により振動制御の効果の大きい
周波数域が決まる。図１０はこの発明により一両の車両
にＨ■制御を加えた結果であり、振動低減に大きな効果
のあることがわかる。なお、この際の条件は、車両にヨ
ーイングモードのｓｉｎ波加振（振幅±６ｍｍ）を加え
たものである。
2＝２のときの分布は図９に示すようになり、ωnの値に
より最大値を示す周波数が決まり、その結果図１０に示
すようにアクティブ制御により振動制御の効果の大きい
周波数域が決まる。図１０はこの発明により一両の車両
にＨ■制御を加えた結果であり、振動低減に大きな効果
のあることがわかる。なお、この際の条件は、車両にヨ
ーイングモードのｓｉｎ波加振（振幅±６ｍｍ）を加え
たものである。
【００２５】
【発明の効果】上記のごとく、この発明は鉄道車両のア
クティブ制御を行なうに際し、より高い制御効果が得ら
れるようにしてＨ■制御を施すから、効果的な振動抑制
により乗り心地を向上できる。
クティブ制御を行なうに際し、より高い制御効果が得ら
れるようにしてＨ■制御を施すから、効果的な振動抑制
により乗り心地を向上できる。
【図１】Ｈ■制御の一般的特性を示すボード線図であ
る。
る。
【図２】重み係数の周波数に対する分布を示す線図であ
る。
る。
【図３】図２の重み係数を用いた場合のＨ■制御を示す
線図である。
線図である。
【図４】先行車両の振動を高速フーリエ解析した結果を
示す線図である。
示す線図である。
【図５】この発明の実施におけるＨ■制御の重みＷの決
定方法を示す線図である。
定方法を示す線図である。
【図６】この発明の実施にあたり用いたアクティブ制御
付き台車を有する車両の構成を示す列車一部の説明図で
ある。
付き台車を有する車両の構成を示す列車一部の説明図で
ある。
【図７】図６の車両における制御装置の配置の概略を示
す説明図である。
す説明図である。
【図８】この発明の一実施例におけるフローチャートで
ある。
ある。
【図９】この発明の実施における重みＷの一例を示す線
図である。
図である。
【図１０】この発明の実施による車両一両のヨーイング
加振時のＨ■制御の結果を示す線図である。
加振時のＨ■制御の結果を示す線図である。
【図１１】車両に発生するヨーイングの説明図である。
【図１２】車両に発生する下心ローリングの説明図であ
る。
る。
【図１３】車両に発生する上心ローリングの説明図であ
る。
る。
【図１４】従来の車両のアクティブサスペンション装置
の一例を示す説明図である。
の一例を示す説明図である。
２１ 左右振動加速度計 ２２ 上下振動加速度計 ２３ 左右相対変位計 ２４ 上下変位計 ２５ 左右アクチュエータ用シリンダ ２６ 制御器 ２７ 空気ばね ２８ 信号用配線 ２９ アクチュエータ圧力計 ３０ 流量計 ３１ 車体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ６０Ｇ 17/015 8817−3Ｄ Ｇ０５Ｄ 19/02 8914−3Ｈ // Ｆ１６Ｆ 9/50 9240−3Ｊ (72)発明者 平田 都史彰 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 車両の振動を抑制し乗り心地の向上を図
るためのアクティブ制御付き台車の制御方法において、
一編成列車の先頭車両か、あるいは対象車両の前方に位
置する車両の振動を周波数解析し、その周波数の半値幅
内にＨ■制御の重みが最大値を有し、かつその半値幅内
の重みは最大値から−１０ｄＢ以内になる分布となるよ
うに決定したＨ■制御を施すことを特徴とする鉄道車両
のアクティブ制御による振動抑制方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8964491A JPH05213195A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 鉄道車両のアクティブ制御による振動抑制方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8964491A JPH05213195A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 鉄道車両のアクティブ制御による振動抑制方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05213195A true JPH05213195A (ja) | 1993-08-24 |
Family
ID=13976482
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8964491A Pending JPH05213195A (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 鉄道車両のアクティブ制御による振動抑制方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05213195A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2009521902A (ja) * | 2005-12-23 | 2009-06-04 | エーエスエフ−キーストーン インコーポレイテッド | 列車監視システム |
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-
1991
- 1991-03-27 JP JP8964491A patent/JPH05213195A/ja active Pending
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