JPH08253143A

JPH08253143A - 鉄道車両の振動制御装置

Info

Publication number: JPH08253143A
Application number: JP5854195A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Higaki; 博檜垣; Michio Sehata; 美智夫瀬畑; Kazuhiro Makino; 和宏牧野; Yutaka Kakehi; 豊掛樋; Motosane Hiraishi; 元実平石; Kuniyoshi Hara; 邦芳原
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-03-17
Filing date: 1995-03-17
Publication date: 1996-10-01

Abstract

(57)【要約】【目的】直線走行においてはピッチングおよびヨ−イン
グ振動、高速曲線走行においてはヨ−イングおよびロ−
リング振動に対して有効に振動を抑制する振動制御装置
を提供する。【構成】走行位置と、走行速度と、曲線情報を入力とし
た制御パラメ−タ判別手段とを有し、上下方向の振動制
御対象を曲線走行時においてはロ−リング振動主体、直
線走行時においてはピッチング振動主体に切り換え制御
したものである。【効果】曲線走行においてはヨ−イングおよびロ−リン
グ振動に対して有効に振動を抑制し振動制御性能を向上
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両の上下、左右
方向の振動抑制を軌道条件に応じて効果的に行うのに適
した鉄道車両の振動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の鉄道車両の振動制御装置として
は、特開昭５６ー１７７５４号の「車両の振動制御装
置」等が知られている。その構成例を図７に示す。車体
１と台車４ｆの間に設置された流体圧作動機構３ｆ１、
３ｆ２、３ｆ３はそれぞれ制御弁５ｆ１、５ｆ２、５ｆ
３で駆動される。その制御弁への制御入力は、車体１に
設置された加速度検知計６ｆ１、６ｆ２、６ｆ３の出力
を用いて、図８に示す動アンプ９、補償回路１０、増幅
器１１から構成される制御器７により決定される。ま
た、振動制御装置の稼働状態制御については、特開昭５
５ー１０２７７１公報に示されるように、予め記憶した
軌道不整量および軌道状態によって生じる振動が許容値
を越える場合にのみ車両の振動制御を行い、振動制御に
よるエネルギ消費の節約を図る方法が知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、予め
記憶装置に記憶した軌道に関する情報と走行速度に基づ
いて、車両の振動制御を行う条件を決めている。鉄道車
両の車体に発生する上下、左右、前後方向の振動は、図
９に示すように、上下動ａ、ピッチングｂ、ヨ−イング
ｃ、左右動ｄ、ロ−リングｅ、前後動ｆの基本振動から
なっており、高速走行においては、直線路ではピッチン
グｂおよびヨ−イングｃが、曲線通過時においてはヨ−
イングｃおよびロ−リングｅが過大となりやすい。ここ
で、曲線走行においては、振動乗心地の悪化に加えて、
ヨ−イングｃ、ロ−リングｅ等が合成された車体左右振
動に起因した動的な輪重抜け成分の増加による走行安全
性の悪化が問題となる。これらの課題に対してエネルギ
−消費量が過大とならないように効果的に制御を行うこ
とが必要である。

【０００４】本発明の目的とするところは、高速直線走
行においてはピッチングおよびヨ−イング振動に対し
て、高速曲線走行においてはヨ−イングおよびロ−リン
グ振動に対して、エネルギ−消費量が過大とならないよ
うに効果的に振動制御性能を向上できる鉄道車両の振動
制御装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、鉄道車両の車体と台車間に上下、左右方向に設置し
た流体圧作動機構と、該流体圧作動機構を駆動する制御
弁と、前記車体の上下、左右方向の振動加速度を検知す
る加速度計と、該加速度計の出力から前記制御弁への制
御入力を決定する制御器からなる鉄道車両の振動制御装
置において、制御器は車両の走行位置を算出する走行位
置算出手段と、走行速度を検出する走行速度検出器と、
曲線情報を出力する曲線情報出力装置と、前記走行位置
算出手段、前記走行速度検出器の検出結果、前記曲線情
報出力装置が出力する曲線情報を入力とした制御パラメ
−タ判別手段とを有し、該判別手段の結果に基づき上下
方向の振動制御対象を曲線走行時においてはロ−リング
振動を主体とし、直線走行時においては上下動・ピッチ
ング振動を主体としたものである。

【０００６】

【作用】上記構成において、曲線走行時においては、左
右方向の振動制御によるヨ−イング振動およびロ−リン
グ振動抑制に加えて、上下方向の振動制御によるロ−リ
ング振動抑制効果が相乗して作用する。これにより曲線
走行における動的輪重抜けのうちヨ−イング振動および
ロ−リング振動等が合成された車体左右振動に起因した
動的な輪重抜け成分を効果的に低減するように作用す
る。また、高速直線走行においては上下方向の振動制御
によるピッチング振動抑制および左右方向の振動制御に
よるヨ−イング振動抑制効果の組合せにより、総合的に
乗心地が改善できる。さらに、高速直線走行あるいは高
速曲線走行に応じて上下振動の制御対象を絞ることによ
り、不必要な振動成分に対する制御出力が小さく抑えら
れ、エネルギ−消費量が過大とならないように作用す
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明による鉄道車両の振動制御装置
の第１実施例の構成および動作を図１から図４によって
説明する。図１は本発明による鉄道車両の振動制御装置
の第１実施例における前位台車部であり、添字ｆは前位
側を意味する。

【０００８】図１において、１は振動制御の対象である
車体で、空気バネ２を介して台車４ｆに支持されてい
る。３ｆ１および３ｆ２は前記車体１と台車４ｆとの間
の空気バネ近傍位置に車体上下方向に設置した流体圧作
動機構、３ｆ３は前記車体１と台車４ｆとの間に車体左
右方向に設置した流体圧作動機構、６ｆ１および６ｆ２
は前記流体圧作動機構３ｆ１および３ｆ２の直上の車体
床面に上下方向に設置した振動加速度計、６ｆ３は前記
流体圧作動機構３ｆ３の直上の車体床面に左右方向に設
置した振動加速度計、５ｆ１、５ｆ２、５ｆ３は流体圧
供給源８からの流体エネルギ−の供給により流体圧作動
機構３ｆ１、３ｆ２、３ｆ３を駆動するサ−ボ弁であ
る。ここで、サーボ弁５は比例制御弁等の制御弁で構成
してもよい。７ｆ３は、加速度計６ｆ３の検出結果を入
力としてゲインおよび位相を補償した後制御弁５ｆ３へ
制御信号を出力する動アンプ９と補償回路１０と増幅器
１１からなる左右方向振動制御用コントローラであり、
アナログまたはデジタルコントローラからなる。７は上
下方向振動制御用コントローラであり、前記加速度計６
ｆ１、６ｆ２の検出結果を入力として動アンプ９ｆ１、
９ｆ２、補償回路１０ｆ、１０ｆ２、増幅器１１ｆ１、
１１ｆ２によりゲインおよび位相を補償した後サーボ弁
５ｆ１、５ｆ２へ制御信号を出力する。１２は車両の走
行位置を算出する走行位置算出手段、１３は走行速度を
検出する走行速度検出器、１４は曲線情報を出力する曲
線情報出力装置、１５は前記走行位置算出手段１２、前
記走行速度検出器１３の検出結果、前記曲線情報出力装
置１４の出力する曲線情報を入力とする制御パラメ−タ
判別手段であり、マイクロコンピュ−タ（以下ＭＰＵと
いう）よりなる。１６ａは動アンプ９ｆ１の出力と動ア
ンプ９ｆ２の出力を加算平均し、上下振動成分のうち上
下動・ピッチング振動成分を抽出する演算器、１６ｂは
動アンプ９ｆ２の出力から動アンプ９ｆ１の出力を減算
平均し、上下振動成分のうちロ−リング振動成分を抽出
する演算器、２０は極性変換器、１７ｆ１、１７ｆ２は
制御パラメ−タ判別手段１５の判別結果により、補償回
路１０ｆ１、１０ｆ２への入力として、演算器１６ａに
よる上下動・ピッチング振動成分を用いるか演算器１６
ｂによるロ−リング振動成分を用いるかの切り替えスイ
ッチである。

【０００９】以上の構成は、各台車と車体間に存在す
る。

【００１０】このような構成において、図２および図３
のように始発駅からの車両の走行位置Ｌを走行位置算出
手段１２により算出し、走行位置Ｌが次のｉ番目の曲線
入口からＬ１手前のＬＳｉの地点に到達したかどうかを
ＭＰＵ１５で判定する。ＬＳｉの地点に到達した時点に
おいて走行速度検出器１３の検出結果および曲線情報出
力装置１４の出力する曲線情報によりｉ番目の曲線通過
時の超過遠心加速度ｇｃｉを算出し、基準値ｇ０を超え
た場合は切り替えスイッチ１７ｆ１、１７ｆ２により補
償回路１０ｆ１、１０ｆ２への入力として演算器１６ｂ
の出力を用いることによりロ−リング振動を対象として
上下方向の振動制御を実行する。さらに、該曲線の出口
からＬ２通過したＬＥｉの地点に到達した時点におい
て、切り替えスイッチ１７ｆ１、１７ｆ２を元に戻して
上下動・ピッチング振動を対象として上下方向の振動制
御を続行する。なお、左右方向の振動制御は左右方向振
動制御用コントローラ７ｆ３により同時に実行される。

【００１１】これらの動作により、曲線走行時において
は、図４のように左右方向の振動制御によるロ−リング
振動抑制に加えて、上下方向の振動制御によるロ−リン
グ振動抑制効果が相乗して作用することを数値シュレ−
ションにより見出した。よって、本来の振動低減による
乗心地改善効果に加えて、高速曲線走行における動的な
輪重抜けのうちヨ−イング振動およびロ−リング振動等
が合成された車体左右振動に起因した動的な輪重抜け成
分を効果的に低減することが出来る。また、高速直線走
行においては上下方向の振動制御によるピッチング振動
抑制および左右方向の振動制御によるヨ−イング振動抑
制効果の組合せにより、総合的に乗心地を改善すること
ができる。さらに、高速直線走行あるいは高速曲線走行
に応じて上下振動の制御対象を絞ることにより、不必要
な振動成分に対する流体圧出力が小さく抑えられ、エネ
ルギ−消費量を節減しながら、より効果的な制御を行う
ことができる。

【００１２】次に、本発明による第２実施例を図５によ
って説明する。同図において、第１実施例と同一符号は
同一部材を示すものである。本実施例の第１実施例との
相違点は、車体床面の幅方向中央に上下方向に振動加速
度計６ｆ４および振動加速度計６ｆ４用の動アンプ９ｆ
４を設けた点であり、上下動・ピッチング振動の検出を
行うものである。１６ｃは動アンプ９ｆ２の出力から動
アンプ９ｆ４の出力を減算し、上下振動成分のうちロ−
リング振動成分を抽出する演算器、同じく１６ｄは動ア
ンプ９ｆ１の出力から動アンプ９ｆ４の出力を減算し、
上下振動成分のうちロ−リング振動成分を抽出する演算
器である。ここで、制御パラメ−タ判別手段１５の判別
結果により直線走行時においては、切り替えスイッチ１
７ｆ１、１７ｆ２を動アンプ９ｆ４に接続することによ
りピッチング振動に対する振動抑制を実行し、また、曲
線走行時においては図３のフロ−に従って切り替えスイ
ッチ１７ｆ１、１７ｆ２を演算器１６ｄ、１６ｃに接続
することにより上下動・ロ−リング振動に対する振動抑
制を実行出来る。なお、振動加速度計６ｆ１、動アンプ
９ｆ１、演算器１６ｄ、もしくは、振動加速度計６ｆ
２、動アンプ９ｆ２、演算器１６ｃのいずれかの組合せ
を省略し、その場合は演算器１６ｃもしくは演算器１６
ｄの極性を変換して切り替えスイッチ１７ｆ１もしくは
１７ｆ２への入力とすることも可能である。

【００１３】次に、本発明による第３実施例を図６によ
って説明する。同図において、第２実施例と同一符号は
同一部材を示すものである。本実施例の第２実施例との
相違点は、切り替えスイッチ１７ｆ１、１７ｆ２に替え
て、ゲイン制御器２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび信号合
成器２２ａ、２２ｂを設けた点である。ロ−リング振動
成分を抽出する演算器１６ｃ、１６ｄの出力および、上
下動・ピッチング振動の検出を行う動アンプ９ｆ４の出
力はゲイン制御器２１ａ、２１ｂ、２１ｃに入力され
る。さらに、信号合成器２２ａ、２２ｂによりロ−リン
グ振動成分および上下動・ピッチング振動成分を合成
し、補償回路１０ｆ１、１０ｆ２に入力する。ここで、
制御パラメ−タ判別手段１５の判別結果によって、直線
走行時においては、ゲイン制御器２１ａ、２１ｂにより
ロ−リング振動成分に対するゲインを絞り、ゲイン制御
器２１ｃにより上下動・ピッチング振動成分に対するゲ
インを通常状態もしくは増幅するように実行する。一
方、曲線走行時においては、ゲイン制御器２１ａ、２１
ｂによりロ−リング振動成分に対するゲインを通常状態
もしくは増幅し、ゲイン制御器２１ｃにより上下動・ピ
ッチング振動成分に対するゲインを絞るように実行す
る。なお、ゲイン制御器２１ａ、２１ｂ、２１ｃおよび
信号合成器２２ａ、２２ｂは補償回路１０ｆ１、１０ｆ
２の後へ配することも可能であり、その際は補償回路１
０ｆ４を別途に設けることになる。本実施例によれば曲
線・直線区間によって完全に上下振動制御の制御対象を
切り換えるのでなく、ロ−リング振動成分および上下動
・ピッチング振動成分に対する制御ゲインを線形に応じ
て調整することが可能である。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、曲線走
行時においては、左右方向の振動制御によるヨ−イング
振動およびロ−リング振動抑制に加えて、上下方向の振
動制御によるロ−リング振動抑制効果が相乗し、これに
より曲線走行における動的な輪重抜けのうちヨ−イング
振動およびロ−リング振動等が合成された車体左右振動
に起因する動的な輪重抜け成分を効果的に低減すること
ができる。また、高速直線走行においては上下方向の振
動制御によるピッチング振動抑制および左右方向の振動
制御によるヨ−イング振動抑制効果の組合せにより、総
合的に乗心地が改善できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による鉄道車両の振動制御装置の第１実
施例の回路図である。

【図２】本発明による鉄道車両の振動制御装置の第１実
施例の記号説明図である。

【図３】本発明による鉄道車両の振動制御装置の第１実
施例の処理手順を示すフロ−チャ−トである。

【図４】本発明による鉄道車両の振動制御装置の第１実
施例の効果を示す数値解析結果である。

【図５】本発明による鉄道車両の振動制御装置の第２実
施例の回路図である。

【図６】本発明による鉄道車両の振動制御装置の第３実
施例の回路図である。

【図７】鉄道車両の振動制御装置の従来例を示す図であ
る。

【図８】鉄道車両の振動制御装置の従来例を示す図であ
る。

【図９】鉄道車両の基本振動を示す図である。

【符号の説明】

１・・・車体、４・・・台車、３・・・流体圧作動機構、６・・・振
動加速度計、５・・・制御弁、７・・・コントローラ、１２・・
・走行位置算出手段、１３・・・走行速度検出器、１４・・・
曲線情報出力装置、１５・・・マイクロコンピュ−タ

フロントページの続き (72)発明者掛樋豊山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者平石元実山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者原邦芳山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄道車両の車体と台車間に上下、左右方向
に設置した流体圧作動機構と、該流体圧作動機構を駆動
する制御弁と、前記車体の上下、左右方向の振動加速度
を検知する加速度計と、該加速度計の出力から前記制御
弁への制御入力を決定する制御器からなる鉄道車両の振
動制御装置において、該制御器は、車両の走行位置を算
出する走行位置算出手段と、走行速度を検出する走行速
度検出器と、曲線情報を出力する曲線情報出力装置と、
前記走行位置算出手段、前記走行速度検出器の検出結
果、前記曲線情報出力装置が出力する曲線情報を入力と
した制御パラメ−タ判別手段とを有し、該判別手段の結
果により曲線走行時および直線走行時における制御状態
を調整する機能を有することを特徴とする鉄道車両の振
動制御装置。