CN110293988A - 铁道车辆用减振装置 - Google Patents

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小川贵之
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Kayaba Industry Co Ltd
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    • B61RAILWAYS
    • B61FRAIL VEHICLE SUSPENSIONS, e.g. UNDERFRAMES, BOGIES OR ARRANGEMENTS OF WHEEL AXLES; RAIL VEHICLES FOR USE ON TRACKS OF DIFFERENT WIDTH; PREVENTING DERAILING OF RAIL VEHICLES; WHEEL GUARDS, OBSTRUCTION REMOVERS OR THE LIKE FOR RAIL VEHICLES
    • B61F5/00Constructional details of bogies; Connections between bogies and vehicle underframes; Arrangements or devices for adjusting or allowing self-adjustment of wheel axles or bogies when rounding curves
    • B61F5/02Arrangements permitting limited transverse relative movements between vehicle underframe or bolster and bogie; Connections between underframes and bogies
    • B61F5/22Guiding of the vehicle underframes with respect to the bogies
    • B61F5/24Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes
    • B61F5/245Means for damping or minimising the canting, skewing, pitching, or plunging movements of the underframes by active damping, i.e. with means to vary the damping characteristics in accordance with track or vehicle induced reactions, especially in high speed mode

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Abstract

本发明的铁道车辆用减振装置(1)具备安装在铁道车辆车身(B)与台车(T1、T2)之间的执行器(A1、A2)和,控制执行器(A1、A2)的控制部(C),在台车(T1、T2)的振动达到规定振动以上时,控制部(C)变更对执行器(A1、A2)进行控制的控制参数以缩小执行器(A1、A2)的推力。

Description

铁道车辆用减振装置
技术领域
本发明涉及铁道车辆用减振装置。
技术背景
在铁道车辆上装备有安装在车身与台车之间的复动型执行器和控制执行器的控制部,有时还设有抑制相对于车身行驶方向的左右方向振动的铁道车辆用减振装置。
这样的铁道车辆用减振装置,例如,日本专利JP 2013-1304A所公开的那样,检测铁道车辆车身的摇摆加速度和偏摆加速度,并采用加速度反馈的方式来控制执行器,由此来抑制车身的左右活动。
发明内容
在所述的铁道车辆用减振装置中,其执行器正常且根据设计规格来发挥功能时,便可获得所希望的减振效果。但是,因执行器的经年老化和设置在执行器上的阀的初始设定不良或执行器内的工作液体温度变得极低等理由,而使得执行器的推力变得过大,也有可能会无法获得所希望的减振效果。这样一来,无法获得所希望的减振效果时,铁道车辆上的乘坐舒适性就会变差。
因此,本发明的目的是,提供一种即使存在有执行器经年老化和初始设定不良或工作液体温度变化的情况,也可提高铁道车辆上的乘坐舒适性的铁道车辆用减振装置。
本发明涉及的铁道车辆用减振装置具备安装在铁道车辆车身与台车之间的执行器和控制执行器的控制部,铁道车辆的特定频带的振动达到规定振动以上时,控制部变更对执行器进行控制的控制参数以缩小执行器的推力。
附图说明
图1是搭载有铁道车辆用减振装置的铁道车辆俯视图。
图2是执行器的详细图。
图3是铁道车辆用减振装置上的控制部的控制方框图。
图4是铁道车辆用减振装置上的控制部的控制运算部的控制方框图。
图5是控制运算部上的偏摆抑制力运算部的控制方框图。
图6是控制运算部上的摇摆抑制力运算部的控制方框图。
图7是控制运算部上的控制力运算部的控制方框图。
图8是铁道车辆用减振装置上的控制部的异常判断部的控制方框图。
图9是表示铁道车辆用减振装置上的控制部的执行器的异常判断和控制参数变更处理的流程图的一例的图。
具体实施方式
以下,根据图示出的实施方式来对本发明进行说明。实施方式一的铁道车辆用减振装置1在本例中,作为铁道车辆车身B的减振装置使用。如图1所示,在结构上具备在车辆前后的台车T1、T2与车身B之间分别设置的执行器A1、A2和控制部C。而且,在本例中的铁道车辆用减振装置1中,使用分别设置在铁道车辆前后的执行器A1、A2所发出的推力,抑制车身B相对于车辆行驶方向的水平横向振动。
执行器A1、A2在本例中,如图2所示,具备:与车身B相连的缸体2;插入到缸体2内,可自由滑动的活塞3;插入到缸体2内,与活塞3和铁道车辆的台车T1、T2相连的连杆4;具备在缸体2内,用活塞3来划分的连杆侧室5和活塞侧室6的缸体主体Cy;储存工作油的油箱7;从油箱7吸取工作油,然后向连杆侧室5供给工作油的泵12;驱动泵12的电机15;控制缸体主体Cy的伸缩切换和推力所需的流体压力回路HC,并作为单活塞杆型的执行器构成。
此外,在上述连杆侧室5和活塞侧室6内,在本例中,作为工作液体,充填有工作油,并在油箱7内除了有工作油外还充填有气体。此外,油箱7无需特意充填压缩气体来形成加压状态。此外,工作液体除工作油以外也可使用其他液体。
流体压力回路HC具备设在连通连杆侧室5和活塞侧室6的第一通道8中途的第一开关阀9和设在连通活塞侧室6和油箱7的第二通道10中途的第二开关阀11。
而且,基本上使用第一开关阀9来将第一通道8形成为连通状态,关闭第二开关阀11后,驱动泵12的话,缸体主体Cy会伸长,使用第二开关阀11来将第二通道10形成为连通状态,关闭第一开关阀9驱动泵12的话,缸体主体Cy会収缩。
以下,对执行器A1、A2的各部进行详细说明。缸体2呈圆柱形。该图2中的右端被外盖13所封闭。在图2中的左端安装有环状的活塞杆导引件14。此外,在上述活塞杆导引件14内,插入有插入到缸体2内,可自由移动的连杆4,连杆4可自由滑动。该连杆4使一端向缸体2外凸出,并使缸体2内的其他端与插入到缸体2内,可自由滑动的活塞3相连。
此外,活塞杆导引件14的外周与缸体2之间,使用未图示的密封构件来进行了密封。通过这种方式,缸体2内就保持住密封状态。而且,在缸体2内,在用活塞3来划分的连杆侧室5和活塞侧室6内,如上所述,充填有工作油。
此外,该缸体主体Cy将连杆4的截面积形成为活塞3截面积的二分之一,活塞3的连杆侧室5侧的受压面积形成为活塞侧室6侧的受压面积的二分之一。因此,伸长动作时和収缩动作时,使连杆侧室5的压力变为相同的话,在伸缩双方产生的推力就会相等,缸体主体Cy的相对于位移量的工作油量也在伸缩两侧变为相同。
详细而言,使缸体主体Cy伸长动作时,形成连杆侧室5和活塞侧室6连通的状态。于是,连杆侧室5内和活塞侧室6内的压力就会变得相等。执行器A1、A2产生的推力量为,在活塞3上的连杆侧室5侧和活塞侧室6侧的受压面积差上乘以所述压力后所获得的值。相反,使缸体主体Cy収缩动作时,就会切断连杆侧室5和活塞侧室6之间的连通,形成为使活塞侧室6与油箱7连通的状态。于是,执行器A1、A2所产生的推力值为,乘以连杆侧室5内的压力和活塞3上的连杆侧室5侧的受压面积后所获得的值。
总之,执行器A1、A2的产生推力在伸缩双方均会成为在活塞3截面积的二分之一上,乘以连杆侧室5的压力后所获得的值。因此,需控制该执行器A1、A2的推力时,对于伸长动作和収缩动作,控制连杆侧室5的压力即可。此外,在本例中的执行器A1、A2中,已将活塞3的连杆侧室5侧的受压面积设定为活塞侧室6侧受压面积的二分之一。因此,在伸缩两侧产生相同的推力时,在伸长侧和収缩侧,连杆侧室5的压力会变得相同,因此,可简单地进行控制。而且,相对于位移量的工作油量也变得相同,因此,具有在伸缩两侧响应性变得相同这一优点。此外,即使不将活塞3的连杆侧室5侧的受压面积设为活塞侧室6侧的受压面积的二分之一,也可使用连杆侧室5的压力来控制执行器A1、A2伸缩两侧的推力。这方面是一样的。
返回来,在封闭连杆4的图2中的左端和缸体2右端的外盖13上,具备未图示的安装部,并可将该执行器A1、A2安装在铁道车辆上的台车T1、T2与车身B之间。
而且,连杆侧室5和活塞侧室6由第一通道8所连通,在该第一通道8的中途设有第一开关阀9,该第一通道8在缸体2外连通连杆侧室5和活塞侧室6,但也可设置在活塞3上。
第一开关阀9为电磁开关阀,具备敞开第一通道8,连通连杆侧室5与活塞侧室6的连通位置,和阻隔第一通道8,切断连杆侧室5与活塞侧室6之间的连通的阻隔位置。而且,该第一开关阀9通电时,取连通位置;不通电时,取阻隔位置。
接下来,活塞侧室6和油箱7由第二通道10所连通,在该第二通道10的中途设有第二开关阀11。第二开关阀11为电磁开关阀,具备敞开第二通道10,由此来连通活塞侧室6和油箱7的连通位置,和阻隔第二通道10,切断活塞侧室6与油箱7之间的连通的阻隔位置。而且,该第二开关阀11通电时,取连通位置;不通电时,取阻隔位置。
泵12由电机15所驱动,为仅向一个方向排出工作油的泵。而且,泵12的排出口由供给通道16与连杆侧室5连通,并吸入口连通油箱7,泵12由电机15驱动后,从油箱7吸取工作油,然后向连杆侧室5供给工作油。
如上所述,泵12仅向一个方向排出工作油而已,不会有旋转方向的切换动作。因此,完全不存在进行旋转切换时,排出量会出现变化这一问题。由此可使用廉价的齿轮泵等。而且,泵12的旋转方向总是为同一方向。因此,即使对于作为驱动泵12的驱动源的电机15,也不要求其具有针对旋转切换的高度响应性。这样一来,电机15也可使用廉价的电机。此外,在供给通道16的中途设有阻止从连杆侧室5向泵12流动的工作油逆流的止回阀17。
而且,本例中的流体压力回路HC除了具有所述的结构外,还具备连接连杆侧室5和油箱7的排出通道21,和可变更设在排出通道21中途的开阀压力的可变安全阀22。
可变安全阀22在本例中为比例电磁安全阀,并被设为,可根据所供给的电流量来调节开阀压力,电流量为最大时开阀压力为最小,不供给电流时,将开阀压力为最大。
这样一来,设有排出通道21和可变安全阀22后,使缸体主体Cy伸缩动作时,便可将连杆侧室5内的压力调节为可变安全阀22的开阀压力,可根据将执行器A1、A2的推力向可变安全阀22供给的电流量来进行控制。设有排出通道21和可变安全阀22后,就变得无需设置调节执行器A1、A2推力所需的传感器类,也无需为了要对泵12的排出流量进行调节而高度地控制电机15。因此,铁道车辆用减振装置1就会变得廉价。可在硬件和软件方面构建起牢固的系统。
此外,将第一开关阀9设为连通位置,将第二开关阀11设为阻隔位置时,或将第一开关阀9设为阻隔位置,将第二开关阀11设为连通位置时,则不管泵12的驱动情况如何,均可仅对伸长或収缩中的一方,由执行器A1、A2来发出阻尼力。因此,例如,发挥阻尼力的方向为因铁道车辆的台车T1、T2振动而使车身B起振的方向时,为避免向这种方向发出阻尼力,可将执行器A1、A2设为单侧功能的减振器。因此,该执行器A1、A2可容易地实现基于卡诺普理论的半有源控制,因此,也可作为半有源减振器发挥功能。
此外,使用根据供给可变安全阀22的电流量,使开阀压力成比例地变化的比例电磁安全阀的话,开阀压力的控制就会变得简单,但可变安全阀22若是可调节开阀压力的可变安全阀,就不局限于比例电磁安全阀。
而且,可变安全阀22不管第一开关阀9和第二开关阀11的开闭状态如何,在缸体主体Cy上,因存在有伸缩方向的过大输入而成为连杆侧室5的压力超过开阀压力的状态时,就会敞开排出通道21。这样一来,连杆侧室5的压力变为开阀压力以上时,可变安全阀22将连杆侧室5内的压力向油箱7排出,因此,可防止缸体2内的压力变得过大,由此来保护执行器A1、A2的整个系统。因此,设有排出通道21和可变安全阀22后,也能够保护系统。
而且,本例中的执行器A1、A2上的流体压力回路HC具备仅容许工作油从活塞侧室6朝向连杆侧室5流动的整流通道18,和仅容许工作油从油箱7朝向活塞侧室6流动的吸入通道19。因此,在本例中的执行器A1、A2中,在第一开关阀9和第二开关阀11关闭的状态下,缸体主体Cy伸缩时,工作油从缸体2内被挤出。针对从缸体2内排出的工作油的流动,可变安全阀22施加阻力。因此,在第一开关阀9和第二开关阀11关闭的状态下,本例中的执行器A1、A2作为单向型减振器发挥功能。
更详细而言,整流通道18连通活塞侧室6和连杆侧室5,在中途设有止回阀18a,被设定为仅容许工作油从活塞侧室6朝向连杆侧室5流动的单向通行的通道。而且,吸入通道19连通油箱7和活塞侧室6,在中途设有止回阀19a,被设定为仅容许工作油从油箱7朝向活塞侧室6流动的单向通行的通道。此外,整流通道18将第一开关阀9的阻隔位置设为止回阀的话,便可集约在第一通道8上,即使对于吸入通道19,将第二开关阀11的阻隔位置设为止回阀的话,也可集约在第二通道10上。
在如此构成的执行器A1、A2中,即使其第一开关阀9和第二开关阀11均取阻隔位置,在整流通道18、吸入通道19和排出通道21上,也会使连杆侧室5、活塞侧室6和油箱7以串珠方式连通。此外,整流通道18、吸入通道19和排出通道21被设定为单向通行的通道。因此,缸体主体Cy在外力作用下伸缩时,工作油必然会从缸体2排出,然后通过排出通道21,向油箱7返回,在缸体2内变得不足的工作油,则通过吸入通道19从油箱7向缸体2得到供给。针对该工作油的流动,上述可变安全阀22变为阻力,将缸体2内的压力调节为开阀压力,因此,执行器A1、A2作为被动式单向型减振器发挥功能。
此外,发生无法向执行器A1、A2的各设备通电的这种故障时,第一开关阀9和第二开关阀11分别取阻隔位置,可变安全阀22作为其开阀压力被固定在最大量上的压力控制阀来发挥功能。因此,处于这样的失效状态时,执行器A1、A2会自动地向被动减振器模式过渡,并作为被动减振器发挥功能。
接下来,使执行器A1、A2发挥所希望的伸长方向的推力时,控制部C基本上是使电机15旋转,从泵12向缸体2内供给工作油,并将第一开关阀9设为连通位置,将第二开关阀11设为阻隔位置。这样一来,连杆侧室5和活塞侧室6就被处于连通状态,工作油从泵12向两者供给,活塞3被向图2中的左方按压,执行器A1、A2发挥出伸长方向的推力。连杆侧室5内和活塞侧室6内的压力超过可变安全阀22的开阀压力时,可变安全阀22打开,工作油通过排出通道21,向油箱7排出。因此,连杆侧室5内和活塞侧室6内的压力受根据向可变安全阀22供给的电流量所确定的可变安全阀22的开阀压力所控制。而且,执行器A1、A2发挥出具有在活塞3上的活塞侧室6侧和连杆侧室5侧的受压面积差上,乘以由可变安全阀22所控制的连杆侧室5内和活塞侧室6内的压力后所获得的值的伸长方向的推力。
对此,使执行器A1、A2发挥出所希望的収缩方向的推力时,控制部C使电机15旋转,从泵12向连杆侧室5内供给工作油,并将第一开关阀9设为阻隔位置,将第二开关阀11设为连通位置。这样一来,活塞侧室6和油箱7在被处于连通状态的同时,工作油从泵12向连杆侧室5供给,因此,活塞3被向图2中的右方按压,执行器A1、A2发挥出収缩方向的推力。而且,如上所述,调节可变安全阀22的电流量的话,执行器A1、A2会发挥乘以活塞3上的连杆侧室5侧的受压面积和受可变安全阀22控制的连杆侧室5内的压力的収缩方向的推力。
此外,执行器A1、A2不仅作为执行器发挥功能,不管电机15的驱动情况如何,仅在第一开关阀9和第二开关阀11开闭时,也可作为减振器发挥功能。此外,将执行器A1、A2从执行器向减振器切换时,不会出现麻烦且急剧的第一开关阀9和第二开关阀11切换动作,因此,可提供响应性和可靠性高的系统。
此外,本例中的执行器A1、A2被设定为单连杆型,因此,与双连杆型的执行器相比,容易确保拥有行程长度,执行器的全长变短,在铁道车辆上的搭载性得到提高。
此外,来自本例中的执行器A1、A2上的泵12的工作油供给和伸缩动作所带来的工作油流动,依次通过连杆侧室5、活塞侧室6,最终向油箱7回流。因此,即使在连杆侧室5或活塞侧室6内有气体混入,在缸体主体Cy伸缩动作的作用下,也会独立地向油箱7排出,因此,可阻止产生推进力响应性变差这一现象。因此,生产执行器A1、A2时,不强行进行在油中进行的麻烦的组装和真空环境下的组装,工作油也变得无需高度除气,因此,生产效率可获得提高且可降低生产成本。而且,即使在连杆侧室5或活塞侧室6内有气体混入,气体在缸体主体Cy伸缩动作的作用下,也会独立地向油箱7排出,因此,变得无需频繁地进行恢复性能所需的维护,可减轻保养方面上的劳力和成本负担。
接下来,如图3所示,控制部C具备:检测作为车身前侧的车身前部Bf横向加速度α1的前侧加速度传感器41f;检测作为车身后侧的车身后部Br横向加速度α2的后侧加速度传感器41r;求取前后执行器A1、A2应输出的控制力F1、F2的控制运算部44;判断执行器A1、A2异常的异常判断部45;变更控制运算部44求取控制力F1、F2时所用控制参数的变更部46;根据控制力F1、F2来驱动电机15、第一开关阀9、第二开关阀11、可变安全阀22的驱动部47。
前侧加速度传感器41f和后侧加速度传感器41r以将图1中车身B的中央位置向左右贯穿的轴为基准,成为朝向上方侧的方向时,将横向加速度α1,α2检测为正值;相反,成为朝向图1中下方侧的方向时检测为负值。
以下,对控制部C的各部进行详细说明。如图4所示,控制运算部44具备:求取抑制车身B偏摆方向振动的偏摆抑制力fω的偏摆抑制力运算部50;求取抑制车身B摇摆方向振动的摇摆抑制力fβ的摇摆抑制力运算部51;求取各执行器A1、A2应发挥出的控制力F1、F2的控制力运算部55。
如图5所示,偏摆抑制力运算部50具备:根据横向加速度α1,α2来求取偏摆加速度ω的偏摆加速度运算部501;对偏摆加速度ω进行滤波的第一直线区间用带通滤波器502;对偏摆加速度ω进行滤波的第一曲线区间用带通滤波器503;直线区间用偏摆控制部504;曲线区间用偏摆控制部505;在直线区间用偏摆控制部504所求出的直线区间用偏摆抑制力fωs上乘以直线区间用增益Gs1的增益乘法部506;在曲线区间用偏摆控制部505所求出的曲线区间用偏摆抑制力fωc上乘以曲线区间用增益Gc1的增益乘法部507;求取最终偏摆抑制力fω的选择部508。
偏摆加速度运算部501用2来除前侧的横向加速度α1和后侧的横向加速度α2的差,以求取前侧台车T1和后侧台车T2的各自正上方上的车身中心G周围的偏摆加速度ω。偏摆加速度运算部501将以车身中心G设为中心,使车身B以顺时针方向旋转的方向上的偏摆加速度ω设为正值;将与其相反方向的偏摆加速度ω求取为负值。对于前侧加速度传感器41f的设置位置,为了要便于求取偏摆加速度ω,而在包含车身B的车身中心G在内的前后方向或沿对角方向的线上,布置在前侧执行器A1的近邻即可。此外,对于后侧加速度传感器41r的设置位置,在包含车身B的车身中心G在内的前后方向或沿对角方向的线上,布置在后侧执行器A2的近邻即可。但是,由于可根据车身中心G与前侧加速度传感器41f之间的距离和位置关系,及车身中心G与后侧加速度传感器41r之间的距离和位置关系,及横向加速度α1,α2来求取偏摆加速度ω,因此,也可将前侧加速度传感器41f和后侧加速度传感器41r设置在任意位置上。此时,偏摆加速度ω的求取方式并非是用2来除横向加速度α1和横向加速度α2的差,而是使得可根据上述横向加速度α1和横向加速度α2的差,及车身B的车身中心G与各加速度传感器41f,41r之间的距离、位置关系来获取偏摆加速度ω即可。具体而言,将前侧加速度传感器41f与车身B的车身中心G之间的前后方向距离设为Lf,将后侧加速度传感器41r与车身B的车身中心G之间的前后方向距离设为Lr时,偏摆加速度ω可用ω=(α1-α2)/(Lf+Lr)来计算。在本例中,尽管是用前侧加速度传感器41f和后侧加速度传感器41r来检测加速度,以求取偏摆加速度ω的,但也可使用偏摆加速度传感器来检测。
第一直线区间用带通滤波器502是为了要提取偏摆加速度ω上的铁道车辆在直线区间上行驶时的车身B共振频带成分而设置的。受台车T1、T2弹性支撑的车身B在直线区间行驶时,通常不与将车身B相对于的台车T1、T2的横向移动限制在限制范围内的未图示的止动器相接触。因此,车身B的共振频率处于1Hz到1.5Hz之间。因此,第一直线区间用带通滤波器502对偏摆加速度运算部501所求出的偏摆加速度ω进行滤波,以提取从偏摆加速度ω所含的1Hz到1.5Hz的频带成分。
第一曲线区间用带通滤波器503是为了要提取偏摆加速度ω上的铁道车辆在曲线区间内行驶时的车身B共振频带成分而设置的。受台车T1、T2弹性支撑的车身B在曲线区间行驶时,估计其与车身B未图示的所述止动器相接触。车身B只要与止动器相接触,与此相应,车身B的共振频率就会比在直线区间行驶时要高,处于2Hz到3Hz之间。因此,第一曲线区间用带通滤波器503对偏摆加速度运算部501所求出的偏摆加速度ω进行滤波,以提取从偏摆加速度ω所含的2Hz到3Hz的频带成分。
直线区间用偏摆控制部504使用的是H∞控制器。根据第一直线区间用带通滤波器502所提取出的偏摆加速度ω的共振频带成分来对抑制车身B偏摆方向振动的直线区间用偏摆抑制力fωs进行运算。第一直线区间用带通滤波器502所提取出的偏摆加速度ω的共振频带成分是直线区间行驶时车身B偏摆方向的共振频带的振动加速度。因此,直线区间用偏摆控制部504所求取的直线区间用偏摆抑制力fωs成为了适合于抑制直线区间行驶时的车身B偏摆方向振动的抑制力。此外,尽管直线区间用偏摆控制部504执行利用了相对于频率进行加权的权重函数的H∞控制,但在本实施方式中,拥有多个模式的权重函数,使用由后述的变更部46选择的模式来对直线区间用偏摆抑制力fωs进行运算。
曲线区间用偏摆控制部505使用的是H∞控制器。根据第一曲线区间用带通滤波器503所提取出的偏摆加速度ω的共振频带成分来对可抑制车身B偏摆方向振动的曲线区间用偏摆抑制力fωc进行运算。第一曲线区间用带通滤波器503所提取出的偏摆加速度ω的共振频带成分是曲线区间行驶时的车身B偏摆方向的共振频带的振动加速度。因此,曲线区间用偏摆控制部505所求取的曲线区间用偏摆抑制力fωc成为了适合于抑制曲线区间行驶时的车身B偏摆方向振动的抑制力。此外,尽管曲线区间用偏摆控制部505执行利用了相对于频率进行加权的权重函数的H∞控制,但在本实施方式中,拥有多个模式的权重函数。使用由后述的变更部46选择的模式来对曲线区间用偏摆抑制力fωc进行运算。
增益乘法部506在直线区间用偏摆控制部504所求出的直线区间用偏摆抑制力fωs上乘以直线区间用增益Gs1并输出。增益乘法部507在曲线区间用偏摆控制部505所求出的曲线区间用偏摆抑制力fωc上乘以曲线区间用增益Gc1并输出。此外,直线区间用增益Gs1和曲线区间用增益Gc1尽管在初始设定上设定为1,但该值可由后述的变更部46合适地进行变更。
而且,由选择部508来判定铁道车辆在行驶过程中的路线是直线区间还是曲线区间,并将乘上了直线区间用增益Gs1的直线区间用偏摆抑制力fωs和乘上了曲线区间用增益Gc1的曲线区间用偏摆抑制力fωc两者中的其中一个,选择为最终偏摆抑制力fω。选择部508判定为铁道车辆正在行驶的路线是直线区间时,将乘上了直线区间用增益Gs1的直线区间用偏摆抑制力fωs选择为最终偏摆抑制力fω。另一方面,选择部508判定为铁道车辆正在行驶的路线是曲线区间时,将乘上了曲线区间用增益Gc1的曲线区间用偏摆抑制力fωc选择为最终偏摆抑制力fω。关于判定铁道车辆是否为正在曲线区间内行驶,当摇摆加速度运算部511根据横向加速度α1,α2所求出的摇摆加速度β内所含的恒定加速度的绝对值超过了所规定的曲线判定阈值时,选择部508判定为铁道车辆正在行驶的路线在曲线区间内。恒定加速度为铁道车辆在曲线区间内行驶时,在车身B上恒定地起作用的超过离心力,在曲线区间内行驶时,该超过离心力会变大,因此,可根据摇摆加速度β来判断铁道车辆是否正在曲线区间内行驶。此外,选择部508从设置在铁道车辆上的车辆监控装置处获得行驶地点信息,由此来判定铁道车辆是否正在曲线区间内行驶也可。
如图6所示,摇摆抑制力运算部51具备:根据横向加速度α1,α2来求取摇摆加速度β的摇摆加速度运算部511;对摇摆加速度β进行滤波的第二直线区间用带通滤波器512;对摇摆加速度β进行滤波的第二曲线区间用带通滤波器513;直线区间用摇摆控制部514;曲线区间用摇摆控制部515;在直线区间用摇摆控制部514所求出的直线区间用摇摆抑制力fβs上乘以直线区间用增益Gs2的增益乘法部516;在曲线区间用摇摆控制部515所求出的曲线区间用摇摆抑制力fβc上乘以曲线区间用增益Gc2的增益乘法部517;求取最终摇摆抑制力fβ的选择部518。
摇摆加速度运算部511用2来除横向加速度α1与横向加速度α2的和,以求取车身B的车身中心G的摇摆加速度β。此外,摇摆加速度运算部511所求出的摇摆加速度β也被输入到选择部508,518内。摇摆加速度运算部511以将图1中车身B的中央位置向左右方向贯穿的轴为基准,将朝向上方侧方向的摇摆加速度β求取为正值;将相反方向的摇摆加速度β求取为负值。
第二直线区间用带通滤波器512是为了要提取摇摆加速度β中的铁道车辆在直线区间内行驶时的车身B共振频带成分而设置的。容许第二直线区间用带通滤波器512通过的频带与第一直线区间用带通滤波器502一样,被设定为1Hz到1.5Hz的频带。因此,第二直线区间用带通滤波器512对摇摆加速度运算部511所求出的摇摆加速度β进行滤波,以提取从摇摆加速度β内所含的1Hz到1.5Hz的频带成分。
第二曲线区间用带通滤波器513为了要提取摇摆加速度β中的铁道车辆在曲线区间内行驶时的车身B共振频带成分而设置的。容许第二曲线区间用带通滤波器513通过的频带与第一曲线区间用带通滤波器503一样,被设定为2Hz到3Hz的频带。因此,第二曲线区间用带通滤波器513对摇摆加速度运算部511所求出的摇摆加速度β进行滤波,以提取从摇摆加速度β内所含的2Hz到3Hz的频带成分。
直线区间用摇摆控制部514使用的是H∞控制器。根据第二直线区间用带通滤波器512所提取出的摇摆加速度β的共振频带成分来对抑制车身B摇摆方向振动的直线区间用摇摆抑制力fβs进行运算。第二直线区间用带通滤波器512所提取出的摇摆加速度β的共振频带成分是直线区间行驶时车身B摇摆方向的共振频带的振动加速度。因此,直线区间用摇摆控制部514所求取的直线区间用摇摆抑制力fβs成为了适用于抑制直线区间行驶时车身B摇摆方向振动的抑制力。此外,尽管直线区间用摇摆控制部514执行利用了相对于频率进行加权的权重函数的H∞控制。但在本实施方式中,拥有多个模式的权重函数。使用由后述的变更部46选择的模式来对直线区间用摇摆抑制力fβs进行运算。
曲线区间用摇摆控制部515使用的是H∞控制器。根据第二曲线区间用带通滤波器513所提取出的摇摆加速度β的共振频带成分来对可抑制车身B摇摆方向振动的曲线区间用摇摆抑制力fβc进行运算。第二曲线区间用带通滤波器513所提取出的摇摆加速度β的共振频带成分是曲线区间行驶时车身B摇摆方向的共振频带的振动加速度。因此,曲线区间用摇摆控制部515所求取的曲线区间用摇摆抑制力fβc成为了适合于抑制曲线区间行驶时车身B摇摆方向的振动的抑制力。此外,尽管曲线区间用摇摆控制部515执行利用了相对于频率进行加权的权重函数的H∞控制。但在本实施方式中,拥有多个模式的权重函数。使用由后述的变更部46选择的模式来对曲线区间用摇摆抑制力fβc进行运算。
增益乘法部516在直线区间用摇摆控制部514所求出的直线区间用摇摆抑制力fβs上乘以直线区间用增益Gs2并输出。增益乘法部517在曲线区间用摇摆控制部515所求出的曲线区间用摇摆抑制力fβc上乘以曲线区间用增益Gc2并输出。此外,直线区间用增益Gs2和曲线区间用增益Gc2在初始设定上,被设定为1。但该值可由后述的变更部46合适地进行变更。
而且,由选择部518来判定铁道车辆正在行驶的路线是直线区间还是曲线区间,并将乘上了直线区间用增益Gs2的直线区间用摇摆抑制力fβs和乘上了曲线区间用增益Gc2的曲线区间用摇摆抑制力fβc两者中的其中一个选择为最终偏摆抑制力fω。选择部518判定为铁道车辆正在行驶的路线是直线区间时,将乘上了直线区间用增益Gs2的直线区间用摇摆抑制力fβs选择为最终摇摆抑制力fβ。另一方面,选择部518判定为铁道车辆正在行驶的路线是曲线区间时,将乘上了曲线区间用增益Gc2的曲线区间用摇摆抑制力fβc选择为最终摇摆抑制力fβ。判定选择部518上的铁道车辆是否正在曲线区间内行驶时,该判定方式与选择部508一样。
如图7所示,控制力运算部55具备根据偏摆抑制力fω和摇摆抑制力fβ来求取前侧执行器A1和后侧执行器A2控制力F1、F2的控制力计算部551、盲区处理部552和限制器553。
控制力计算部551用2来除加上了偏摆抑制力fω和摇摆抑制力fβ的值,以求取前侧执行器A1的控制力F1。此外,控制力计算部551用2来除从摇摆抑制力fβ当中减去了偏摆抑制力fω的值,以求取后侧执行器A2的控制力F2。而且,控制力F1、F2利用盲区处理部552来进行盲区处理,处理成控制力F1、F2的绝对值为不足控制力下限值γ,并将控制力F1、F2设为0。此外,超过上限值时,会被限制器553限制在上限值上,控制力F1、F2被输入到驱动部47。此外,在盲区处理部552的处理上所用的控制力下限值γ在初始设定上被设定为0,但该值可由后述的变更部46合适地进行变更。
驱动部47具备驱动电机15、第一开关阀9、第二开关阀11和可变安全阀22的驱动器回路。驱动部47根据控制力F1、F2来控制向各执行器A1、A2上的电机15、第一开关阀9、第二开关阀11和可变安全阀22供给的电流量,并根据控制力F1、F2来使各执行器A1、A2发出推力。
如上所述,执行器A1、A2的推力调节是由可变安全阀22来进行的。因此,驱动部47根据控制力F1、F2所指示出的推力大小来求取供给给可变安全阀22的目标电流,并将向可变安全阀22流动的电流量调节成目标电流。驱动部47根据控制力F1、F2来求取目标电流时,在控制力F1、F2所指示出的推力上乘以控制增益,以求取目标电流。在本实施方式中,由于可变安全阀22在不通电时,将开阀压力设为最大。因此,诱导为,越是增大控制增益,可变安全阀22的开阀压力就越低。此外,在驱动部47的处理上,所用的控制增益尽管在初始设定上被设定为1。但该值可由后述的变更部46合适地进行变更。
就这样,铁道车辆用减振装置1可在铁道车辆的行驶区间内求取最合适的控制力F1、F2。由执行器A1、A2来发挥控制力F1、F2,以抑制车身B的振动。
接下来,由异常判断部45来监控台车T1、T2的振动,判断执行器A1、A2是否有异常。在本实施方式中,异常判断部45对前侧加速度传感器41f所检测到的横向加速度α1和后侧加速度传感器41r所检测到的横向加速度α2进行处理,由此来提取特定频带的振动。具体而言,异常判断部45将特定频带作为台车T1、T2的共振频带和车身B自身弹性振动的共振频带,对横向加速度α1,α2进行处理,由此来提取台车T1、T2共振频带的振动和车身B弹性振动的共振频带的振动。尽管未图示,但车身B受安装在台车T1、T2之间的弹簧弹性支撑,它相对于台车T1、T2向左右方向振动。除此之外,形成为箱形的车身B自身具有弹性。因此,会相对于某频率的振动来进行共振。在本书中,根据外部输入,在自身所具备的弹性的作用下,将车身B自身的振动设为弹性振动。该弹性振动的共振频带位于比因车身B受弹簧支撑而导致的1Hz前后方向上的车身B共振频带要高的高频区内。此外,在本实施方式中,特定频带被设定为因车身B相对于台车T1、T2受弹簧弹性支撑而导致的比作为车身B相对于台车T1、T2向横向振动时的共振频带的1Hz前后方向上的频带要高的高频率带。但是,设定为需监控振动情况的频带即可,需监控车身B的左右方向振动时,设定为因车身B受弹簧支撑而导致出现的车身B共振频带即1Hz周边的频带也可。
如图8所示,异常判断部45具备:根据横向加速度α1,α2来提取台车T1、T2共振频带的加速度的滤波器451;根据横向加速度α1,α2来提取车身B弹性振动共振频带的加速度的滤波器452;求取台车T1、T2共振频带的加速度和车身B弹性振动共振频带的加速度的波高值的波高值运算部453;根据波高值运算部453所求出的各加速度上的波高值来判断执行器A1、A2异常的判断部454;存储部455。
在本实施方式中,为了要对执行器A1、A2进行控制而具备有前侧加速度传感器41f和后侧加速度传感器41r。因此,根据横向加速度α1,α2来求取台车T1、T2的振动。但也可对台车T1、T2的加速度进行直接检测;也可根据执行器A1、A2的行程来检测台车T1、T2的振动。异常判断部45是根据台车T1、T2振动的大小来判断执行器A1、A2异常的,因此,检测可识别台车T1、T2振动大小的物理量即可。
滤波器451使用的是带通滤波器,根据横向加速度α1,α2,从作为台车T1、T2共振频带的10Hz中提取15Hz左右的频带的加速度。尽管前侧加速度传感器41f和后侧加速度传感器41r所检测的横向加速度α1,α2是车身B的横向加速度。但台车T1、T2的振动被传递到正上方的车身B上。因此,从横向加速度α1,α2提取台车T1、T2的共振频带振动的话,就能获得台车T1、T2的振动信息。
在本实施方式中,车身B自身的弹性振动的共振频带位于23Hz的周边。因此,滤波器452使用的是带通滤波器,其以作为车身B弹性振动的共振频带的23Hz为中心,从横向加速度α1,α2中提取前后1Hz左右的频带的加速度。前侧加速度传感器41f和后侧加速度传感器41r所检测的横向加速度α1,α2是车身B的横向加速度。因此,用滤波器452来处理的话,便可提取车身B自身弹性振动的共振频带的加速度成分。
由波高值运算部453来求取由滤波器451,452分别处理过的横向加速度α1,α2的波高值。所求出的波高值在波高值阈值以上时,判断部454判断为数值异常,检测到数值异常的次数达到规定次数时,执行器A1、A2判断为异常。波高值阈值有两种,即,涉及到针对台车T1、T2共振频带的振动加速度所设定的台车振动的异常检测用波高值阈值,和涉及到针对车身B自身弹性振动的共振频带的振动加速度所设定的车身弹性振动的异常检测用波高值阈值。与涉及到台车振动的波高值阈值和涉及到车身弹性振动的波高值阈值分开,被独立地进行设定。因此,检测数值异常时,判断部454在对涉及到台车振动的波高值达到涉及到台车振动的波高值阈值以上时的次数进行计数的同时,对涉及到车身弹性振动的波高值达到涉及到车身弹性振动的波高值阈值以上时的次数进行计数。而且,判断部454将涉及到车振动的波高值达到涉及到台车振动的波高值阈值以上时的次数设为涉及到台车振动的数值异常的次数;将涉及到车身弹性振动的波高值达到涉及到车身弹性振动的波高值阈值以上时的次数设为涉及到车身弹性振动的数值异常的次数,各数值异常的次数当中的任何一个达到规定次数时,判断为执行器A1、A2异常。
如上所述,判断部454将特定频带设为台车T1、T2的共振频带和车身B自身弹性振动的共振频带,在涉及到台车振动的波高值达到涉及到台车振动的波高值阈值以上后,判断为台车T1、T2的振动在规定振动以上;涉及到车身弹性振动的波高值达到涉及到车身弹性振动的波高值阈值以上后,判断为车身B自身的弹性振动在规定振动以上。
此外,对数值异常进行检测时,为防止出现误检测,涉及到台车振动的波高值在预先确定的时间内达到预先确定的次数以上;涉及到台车振动的波高值达到波高值阈值以上时,判断部454会将其作为触发器,设为涉及到台车振动的数值异常。涉及到车身弹性振动的波高值在预先确定的时间内达到预先确定的次数以上;涉及到车身弹性振动的波高值达到波高值阈值以上时,判断部454会将其作为触发器,设为涉及到车身弹性振动的数值异常也可。
台车T1、T2的振动或车身B自身的弹性振动达到规定振动以上时,异常判断部45会将其作为数值异常来向变更部46输出数值异常信号。此外,判断部455对数值异常进行检测后,异常判断部45便与所检测到的波高值和检测到数值异常的日期与时间、行驶路线区域、行驶地点关联起来,并使之存储在存储部455内。并对于异常检测次数,也向存储部455存储。被存储的异常检测次数达到规定次数时,判断部455判断为执行器A1、A2有异常。此外,在本实施方式中,尽管规定次数被设为三次,但可任意设定。就这样,铁道车辆用减振装置1将检测到数值异常的日期和时间、行驶路线区域、行驶地点关联起来,并存储异常的数值。因此,可为后面的数值异常分析发挥作用。此外,铁道车辆用减振装置1检测数值异常时,每次都将与检测到数值异常的日期和时间、行驶路线区域、行驶地点关联起来的异常数值输出到车辆监控设备也可。
台车T1、T2的振动或车身B自身的弹性振动变大的原因可认为是,抑制高频率振幅的较小振动时的执行器A1、A2的推力变得过大,从而激发起台车T1、T2振动和车身B自身弹性振动。此外,执行器A1、A2的推力之所以会变得过大,可认为存在以下原因,即,执行器A1、A2经年老化导致悬架参数有变化、对可变安全阀22的阀体施力的弹簧其初始荷载过大这一初始设定不良、执行器A1、A2内的工作油温度低所导致的粘度增加引起推力过多。在这些情况下,调整执行器A1、A2的控制参数,以减小执行器A1、A2的推力。就这样,降低执行器A1、A2的推力后,便可抑制台车T1、T2振动。
因此,变更部46从检测到台车T1、T2的振动在规定振动以上的异常判断部45处接到数值异常信号后,就会变更控制运算部44求取控制力F1、F2时所用的控制参数。此外,变更部46在对涉及到台车T1、T2振动的异常进行判断的同时,从检测到车身B弹性振动在规定振动以上的异常判断部45处接到数值异常信号后,就会变更控制运算部44求取控制力F1、F2时所用的控制参数。以下,根据图9所示的流程图来对异常判断部45和变更部46的处理进行说明。
首先,如上所述,异常判断部45检测涉及到台车振动的数值异常,即为步骤S1,之后,执行变更部46的控制参数的变更处理。变更部46从异常判断部45处接到涉及到台车振动的数值异常信号后,向驱动部47输出被动模式过渡信号,并将执行器A1、A2作为被动减振器来发挥功能,即为步骤S2。驱动部47接到紧急指令后,停止电机15,由此停止向第一开关阀9、第二开关阀11和可变安全阀22通电。这样一来,向电机15、第一开关阀9、第二开关阀11和可变安全阀22的通电被停止后,如上所述,执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能。此外,被动模式过移动信号也可从异常判断部45被输入到驱动部47。执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能后,若台车T1、T2正常,则台车T1、T2的振动激发就会收敛,并会向稳定方向发展。因此,台车T1、T2的振动会变小。因此,在该铁道车辆用减振装置1中,在其台车T1、T2的振动变大后,暂且使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能,由此来缩小台车T1、T2的振动。
此外,变更部46在接到数值异常信号后,变更在作为控制参数直线区间用偏摆控制部504、曲线区间用偏摆控制部505、直线区间用摇摆控制部514和曲线区间用摇摆控制部515上所用的各权重函数、在增益乘法部506,507,516,517上所用的各增益Gs1,Gs2,Gc1,Gc2、在盲区处理部552上所用的控制力下限值γ,即为步骤S3。变更部46也可全部变更这些控制参数。但在本实施方式中,是分阶段来变更部分控制参数,最终变更全部控制参数。
具体而言,在本实施方式中,异常判断部45第一次检测数值异常后,变更部46设定为比设定盲区的控制力下限值γ的当前值要大的值。与此同时,将可变安全阀22的控制增益设定为比当前值要大的值。执行器A1、A2内的工作油的温度降低,粘度增加时和可变安全阀22的弹簧初始荷载比设计值要大时,可变安全阀22上的压力损失会变大。因此,即使要使执行器A1、A2发出低推力,推力也会变大,从而会激发台车T1、T2振动。这样一来,增大设定盲区的控制力下限值γ的值后,控制力F1、F2指示出低推力时,将执行器A1、A2的推力置于0。此外,还诱导为,若增大可变安全阀22的控制增益,则供给给可变安全阀22的电流量增加。因此,可变安全阀22的开阀压力会降低。因此,通过变更使变更部46的控制力下限值γ和可变安全阀22的控制增益增加的话,控制运算部44所求取的控制力F1、F2即使不变化,可变安全阀22上的压力损失也会下降,且执行器A1、A2的推力也会下降。与此同时,控制力F1、F2指示出极低的力时,执行器A1、A2不发挥推力。因此,可抑制激发台车T1、T2振动。
针对由异常判断部45进行的第一次数值异常检测变更控制参数后,变更部46向驱动部47输出进行一般控制所需的复原信号。驱动部47接到复原信号后,根据控制运算部44所输出的控制力F1、F2,向电机15、第一开关阀9、第二开关阀11和可变安全阀22通电。因此,执行器A1、A2从作为被动减振器来发挥功能的被动减振器模式恢复为作为执行器来发挥功能的执行器模式,并发挥抑制车身B振动的推力,即为步骤S4。此外,控制运算部44利用由变更部46所变更了的控制参数,依次求取控制力F1、F2,驱动部47则利用已变更的控制参数来调节可变安全阀22的电流。即,由异常判断部45来检测出数值异常后,由变更部46来变更控制参数。控制部C利用变更后的控制参数来控制执行器A1,A2。此外,该铁道车辆用减振装置1,在其台车T1、T2的振动增大后,暂且使执行器A1、A2作为被动减振器来发挥功能,并缩小台车T1、T2的振动。之后,使执行器A1、A2作为执行器来发挥功能。因此,可有效地抑制台车T1、T2振动。
接着,在本实施方式中,如上所述,变更部46变更控制参数后,异常判断部45检测第二次数值异常,即为步骤S5,之后,变更部46再进一步变更控制参数以缩小执行器A1、A2的推力。此外,变更部46将被动模式过渡信号向驱动部47输出,并使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能,即为步骤S6。在本实施方式中,变更部46将设定盲区的控制力下限值γ进一步设定为更大的值,将可变安全阀22的控制增益进一步设定为更大的值。而且,变更部46将在增益乘法部506,507,516,517中所用的各增益Gs1,Gs2,Gc1,Gc2变更为比当前值要小的值。此外,变更部46将在直线区间用偏摆控制部504、曲线区间用偏摆控制部505、直线区间用摇摆控制部514和曲线区间用摇摆控制部515中所用的各权重函数,从曾在初期用到的权重函数变更为使得执行器A1、A2的推力变小的权重函数。对于该权重函数的变更,预先已将多个模式的权重函数存储在控制部C中,变更部46按指定所用权重函数此一方式来进行变更,即为步骤S7。
此外,变更部46针对由异常判断部45来进行的第二次数值异常检测,变更控制参数之后,向驱动部47输出进行一般控制所需的复原信号。驱动部47接到复原信号后,根据控制运算部44所输出的控制力F1、F2,向电机15、第一开关阀9、第二开关阀11和可变安全阀22通电。因此,执行器A1、A2从作为被动减振器发挥功能的被动减振器模式恢复为作为执行器发挥功能的执行器模式,并发出抑制车身B振动的推力,即为步骤S8。因此,变更变更部46的控制参数后,控制运算部44所求取的控制力F1、F2就会变小,执行器A1、A2的推力会下降。因此,可抑制激发台车T1、T2振动。
而且,如上所述,变更部46针对异常判断部45的第二次数值异常检测,变更控制参数后,接下来,异常判断部45检测第三次数值异常,即为步骤S9,之后,异常判断部45将执行器A1、A2判断为异常,中止控制部C上的执行器A1、A2控制,并使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能,即为步骤S10。异常判断部45已将涉及到台车振动的数值异常的检测次数存储在存储部454中,检测到异常的次数达到三次时,台车T1、T2的振动就不会收敛。因此,在中止控制部C的执行器A1、A2控制的同时,判断为执行器A1、A2有异常,即为步骤S11,并将“错误”信号输出到车辆监控设备。
此外,异常判断部45输出“错误”信号后也监控台车T1、T2的振动,即使使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能,台车T1、T2振动的波高值在波高值阈值以上时,也判断为台车T1、T2有异常。
此外,即使将铁道车辆用减振装置1重新起动,变更部46所变更的控制参数也被设为有效。控制部C根据变更后的控制参数来控制执行器A1、A2。此外,控制部C重新起动时,读入数值异常次数,若台车T1、T2的振动数值异常次数在三次以上,则不控制执行器A1、A2,且不向电机15、第一开关阀9、第二开关阀11和可变安全阀22通电,在此状态下,使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能。
这样一来,本发明涉及的铁道车辆用减振装置1具备安装在铁道车辆车身B与台车T1、T2之间的执行器A1、A2和控制执行器A1、A2的控制部C。台车T1、T2的振动达到规定振动以上后,控制部C变更控制执行器A1、A2的控制参数以缩小执行器A1、A2的推力。
因此,在本发明涉及的铁道车辆用减振装置1中,台车T1、T2的振动达到规定振动以上后,变更控制执行器A1、A2的控制参数以缩小执行器A1、A2的推力。因此,即使执行器A1、A2有经年老化和初始设定不良或工作油温度变化的现象,也可降低执行器A1、A2的推力,由此来抑制激发台车T1、T2的振动。如上所述,根据本发明涉及的铁道车辆用减振装置1,则即使执行器A1、A2有经年老化和初始设定不良或工作油温度变化的现象,也可提高铁道车辆上的乘坐舒适性。
此外,产生出涉及到台车振动的异常后,变更部46尽管是按所述步骤来使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能,并变更控制参数,但对于涉及到车身弹性振动的异常的产生,也会按与图9所示的所述步骤相同的步骤来变更所述的控制参数。即,异常判断部45检测涉及到车身弹性振动的数值异常后,即为步骤S1,变更部46对变更部46的控制参数执行变更处理。而且,变更部46从异常判断部45处接到涉及到车身弹性振动的数值异常信号后,向驱动部47输出被动模式过渡信号,并使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能,即为步骤S2。执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能后,用执行器A1、A2来使车身B起振的现象就会消失。因此,车身B自身的弹性振动就不会被激发,弹性振动会收敛,并向稳定方向发展,车身B的弹性振动变小。因此,该铁道车辆用减振装置1,在其车身B自身的弹性振动增大后,暂且使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能,由此来缩小车身B自身的弹性振动。
此外,变更部46接到涉及到车身弹性振动的数值异常信号后,与接到涉及到台车振动的数值异常信号后的情况一样,变更作为控制参数的,在直线区间用偏摆控制部504、曲线区间用偏摆控制部505、直线区间用摇摆控制部514和曲线区间用摇摆控制部515中所用的各权重函数、在增益乘法部506,507,516,517中所用的各增益Gs1,Gs2,Gc1,Gc2、在盲区处理部552中所用的控制力下限值γ,即为步骤S3。变更部46也可变更所有的这些控制参数。但在本实施方式中,是分阶段来变更部分控制参数,最终变更全部控制参数。
变更部46在将设定盲区的控制力下限值γ设定为比当前值要大的值,并使可变安全阀22的控制增益变得比当前值要大,即为步骤S3。之后,向驱动部47输出复原信号,使执行器A1、A2从被动减振器模式恢复为执行器模式,即为步骤S4。而且,如上所述,变更部46变更控制参数后,异常判断部45检测涉及到车身弹性振动的第二次数值异常,即为步骤S5,之后,使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能,即为步骤S6。变更部46与检测涉及到台车振动的第二次数值异常的情况一样,接下来,变更控制参数以缩小执行器A1、A2的推力,即为步骤S7。之后,变更部46向驱动部47输出复原信号,使执行器A1、A2从被动减振器模式恢复为执行器模式,即为步骤S8。
而且,变更部46针对异常判断部45的涉及到车身弹性振动的第二次数值异常的检测,如上所述,在变更控制参数后,接下来,异常判断部45检测涉及到车身弹性振动的第三次数值异常时,即为步骤S9,异常判断部45将执行器A1、A2判断为异常,中止控制部C上的执行器A1、A2的控制,使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能,即为步骤S10。异常判断部45已使数值异常的检测次数存储在存储部454中,检测到异常的次数达到三次后,车身弹性振动不会收敛。因此,中止控制部C的执行器A1、A2控制,并判断为执行器A1、A2有异常,即为步骤S11,并将“错误”信号输出到车辆监控设备。
此外,异常判断部45输出“错误”信号后,也监控车身弹性振动,即使使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能,车身弹性振动的波高值在波高值阈值以上时,也判断为车身B自身上有异常。
控制部C同时进行两种处理,即,针对涉及到车振动的波高值达到涉及到台车振动的波高值阈值以上时的数值异常处理,和针对涉及到车身弹性振动的波高值达到涉及到车身弹性振动的波高值阈值以上时的数值异常处理,两种处理中的任何一种的数值异常次数达到三次后,异常判断部45判断为执行器A1、A2有异常,并将“错误”信号输出到车辆监控设备。
此外,至于异常判断部45,若涉及到台车振动的波高值达到涉及到台车振动的波高值阈值以上时的数值异常次数,和涉及到车身弹性振动的波高值达到涉及到车身弹性振动的波高值阈值以上时的数值异常次数的合计次数达到三次时,异常判断部45判断为执行器A1、A2有异常,并将执行器A1、A2作为被动减振器,也可将“错误”信号输出到车辆监控设备。此时,即使是在台车T1、T2的,涉及到振动的数值异常检测,和在涉及到车身弹性振动的数值异常检测,只要变更部46进行变更使得根据控制参数的当前值来能缩小执行器A1、A2的推力即可。而且,属于将执行器A1、A2作为被动减振器来输出“错误”信号的条件的数值异常次数也可设定为大于三次的次数。
此外,即使使铁道车辆用减振装置1重新起动,变更部46所变更了的控制参数也是有效的。控制部C根据变更后的控制参数来控制执行器A1、A2。此外,控制部C在重新起动时读入数值异常次数,若涉及到车身弹性振动的数值异常次数在三次以上,则不对执行器A1、A2进行控制,且不向电机15、第一开关阀9、第二开关阀11和可变安全阀22通电,在此状态下,使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能。
这样一来,本实施方式中的铁道车辆用减振装置1具备安装在车身B与台车T1、T2之间的执行器A1、A2和控制执行器A1、A2的控制部C。铁道车辆特定频带的振动达到规定振动以上时,控制部C变更控制执行器A1、A2的控制参数以缩小执行器A1、A2的推力。
因此,在本实施方式的铁道车辆用减振装置1中,铁道车辆特定频带的振动达到规定振动以上时,变更控制执行器A1、A2的控制参数以缩小执行器A1、A2的推力。因此,即使执行器A1、A2有经年老化和初始设定不良或工作油温度变化的现象,也可降低执行器A1、A2的推力,以抑制激发特定频带的振动。如上所述,根据本实施方式中的铁道车辆用减振装置1,则即使执行器A1、A2有经年老化和初始设定不良或工作油温度变化的现象,也可提高铁道车辆上的乘坐舒适性。
此外,在本实施方式的铁道车辆用减振装置1中,台车T1、T2的振动达到规定振动以上时,控制部C变更控制执行器A1、A2的控制参数以缩小执行器A1、A2的推力。因此,本实施方式中的铁道车辆用减振装置1,即使其执行器A1、A2有经年老化和初始设定不良或工作油温度变化的现象,也可降低执行器A1、A2的推力,以抑制激发台车T1、T2振动。
而且,在本实施方式的铁道车辆用减振装置1中,车身B自身的弹性振动达到规定振动以上时,控制部C为了能缩小执行器A1、A2的推力而变更控制执行器A1、A2的控制参数。因此,本发明涉及的铁道车辆用减振装置1即使其执行器A1、A2有经年老化和初始设定不良或工作油温度变化,也可降低执行器A1、A2的推力,由此来抑制激发车身B自身弹性振动。
此外,在本实施方式的铁道车辆用减振装置1中,将其特定频带作为台车T1、T2的共振频带和车身B弹性振动的共振频带的,因此,对执行器A1、A2的控制参数进行最优化。与此同时,除了有执行器A1、A2的异常判断外,还可判断台车T1、T2的异常和车身B自身的异常。但若针对需检测异常的铁道车辆部位的频带设定为特定频带,则可判断铁道车辆其他部位的异常。
此外,对于控制参数的变更,也可变更由控制部C来控制执行器A1、A2推力所需的全部控制参数。也可仅变更一部分降低执行器A1、A2的推力,由此来抑制台车T1、T2振动或车身弹性振动。而且,在所有控制参数当中,选择在第一次和第二次的数值异常的检测中成为变更对象的控制参数时,其若能消除台车T1、T2振动、车身B自身弹性振动的激发即可。
此外,在本实施方式中,尽管是检测车身B的偏摆加速度ω和摇摆加速度β,由此来控制设置在车身B前后的台车T1、T2上的执行器A1、A2,但控制部C根据车身B的横向加速度来求取一台台车T1(T2)的执行器A1(A2)的控制力也可。控制部C若是使用在求取执行器A1(A2)推力时可调节推力的控制参数来进行控制,则参照车身B的振动,不管使用怎样的控制侧来控制执行器A1(A2)也可,能够享有本发明的效果。
而且,在本实施方式中,尽管是使用加速度的波高值来识别台车T1、T2振动的大小和车身B自身弹性振动的。但这只是一个示例而已。只要是可识别振动大小的数值,则利用其他数值也可。例如,用加速度绝対值的平均值和一定时间内的最大加速度来识别也可。
此外,本实施方式中的铁道车辆用减振装置1,其控制部C即使是将控制参数按规定次数以上进行变更,台车T1、T2的振动和车身B自身的弹性振动达到规定振动以上时,也会将执行器A1、A2判断为异常。根据如此构成的铁道车辆用减振装置1,则即使变更控制执行器A1、A2所需的控制参数,当台车T1、T2的振动和车身B自身的弹性振动状态得不到改善时,对于执行器A1、A2,也会判断为有某些异常。因此,可正确判断执行器A1、A2的异常。
而且,本实施方式中的铁道车辆用减振装置1,其执行器A1、A2具有作为被动减振器发挥功能的被动减振器模式,控制部C即使将控制参数按规定次数以上变更,台车T1、T2的振动或车身B自身的弹性振动达到规定振动以上时,也会使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能。根据如此构成的铁道车辆用减振装置1,则执行器A1、A2被判断为异常时,可使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能。因此,可切实地抑制台车T1、T2振动和车身B自身弹性振动。
此外,本实施方式中的铁道车辆用减振装置1,即使使执行器A1、A2作为被动减振器发挥功能,台车T1、T2的振动或车身B自身的弹性振动达到规定振动以上时,也会将台车T1、T2或车身B自身判断为异常。如此构成的铁道车辆用减振装置1将执行器A1、A2设为被动减振器的话,台车T1、T2的振动和车身B自身的弹性振动应该会变小,但台车T1、T2的振动或车身B自身的弹性振动不会变小。因此,可判断台车T1、T2或车身B自身的弹性振动的异常。
而且,本实施方式中的铁道车辆用减振装置1,其控制部C存储台车T1、T2的振动达到规定振动以上时的次数,并根据上述次数来判断是使执行器A1、A2作为执行器发挥功能,还是作为被动减振器发挥功能。根据如此构成的铁道车辆用减振装置1,则可避免针对执行器A1、A2认为其有异常时,在重新起动后,将执行器A1、A2误认为正常,而使其作为执行器发挥功能,从而激发台车T1、T2振动和车身B自身弹性振动这一现象。
以上,详细地对本发明的优选实施方式进行了说明。但只要不超出权利要求书的范围,均可进行改造、变形和变更。
本申请主张基于已于2018年3月22日向日本国专利厅申请的日本专利特愿2018-053982,和已于2018年11月1日向日本国专利厅申请的日本专利特愿2018-206449的优先权,该申请的全部内容被编入到本说明书中,以供参照。
符号说明
1…铁道车辆用减振装置 A1、A2…执行器、
B…车身 C…控制部、
T1、T2…台车

Claims (7)

1.一种铁道车辆用减振装置,其具备;
安装在铁道车辆车身与台车之间的执行器;
控制所述执行器的控制部,
所述铁道车辆的特定频带的振动达到规定振动以上时,所述控制部变更对所述执行器进行控制的控制参数,以缩小所述执行器的推力。
2.根据权利要求1所述的铁道车辆用减振装置,其中,所述特定频带为所述台车的共振频带。
3.根据权利要求1所述的铁道车辆用减振装置,其中,所述特定频带为所述车身自身弹性振动的共振频带。
4.根据权利要求1所述的铁道车辆用减振装置,其中,
即使将所述控制参数按规定次数以上进行变更,当所述特定频带的振动达到所述规定振动以上时,所述控制部也将所述执行器判断为异常。
5.根据权利要求1所述的铁道车辆用减振装置,其中,
所述执行器具有作为被动减振器发挥功能的被动减振器模式,
即使将所述控制参数按规定次数以上变更,当所述特定频带的振动达到所述规定振动以上时,所述控制部也使所述执行器作为被动减振器发挥功能。
6.根据权利要求5所述的铁道车辆用减振装置,其中,
即使使所述执行器作为被动减振器发挥功能,当所述特定频带的振动达到所述规定振动以上时,所述控制部也将所述台车判断为异常。
7.根据权利要求5所述的铁道车辆用减振装置,其中,
所述控制部存储所述特定频带的振动达到规定振动以上时的次数,并根据所述次数来判断是使所述执行器作为执行器发挥功能,还是作为被动减振器发挥功能。
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