CN110316210B - 铁道车辆用减振装置 - Google Patents
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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)与转向架(T1、T2)之间的致动器(A1、A2),和控制致动器(A1、A2)的控制器(C),由控制器(C)来估算所述致动器(A1、A2)的推力,根据估算推力即估算出的推力,和指示推力即向致动器(A1、A2)发出的指令所指示出的推力来校正控制参数,并使用控制参数来控制致动器(A1、A2)。
Description
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转向架之间的复动型致动器和控制致动器的控制器,有时还设有抑制相对于车辆行驶方向的左右方向振动的铁道车辆用减振装置。
这种铁道车辆用减振装置,如日本专利JP2013-
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致动器,由此来抑制车身的左右活动。
发明内容
可是,当维护时铁道车辆用控制装置的控制器和致动器有时分别安装在与此前一直以来所搭载的铁道车辆不同的铁道车辆上。即,构成铁道车辆用减振装置的某控制器和某致动器,经维护后未必按相同的组合来构成铁道车辆用减振装置,而与具有不同控制器的致动器组成一组构成铁道车辆用减振装置。
在此,控制器向致动器输出指令信号。但每个产品会在指令信号上产生误差。为此,将控制器和致动器组成一组构成铁道车辆用减振装置时,针对向每个铁道车辆用减振装置所发挥的推力所要达到的推力,会出现大小不均的问题。
因此,本发明的目的是,提供一种不局限于控制器和致动器的组合而能够发挥出所要求的推力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转向架之间的致动器和控制致动器的控制器,由控制器来估算致动器的推力,根据估算推力即估算出的推力和指示推力即向致动器发出的指令所指示出的推力来校正控制参数,并使用控制参数来控制致动器。
附图说明
图1是搭载有实施方式一中的铁道车辆用减振装置的铁道车辆俯视图。
图2是实施方式一中的致动器的详细图。
图3是实施方式一中的铁道车辆用减振装置的控制器的控制方框图。
图4是实施方式一中的铁道车辆用减振装置的控制器的校正部的控制方框图。
图5是估算控制器中的致动器推力的处理流程图的一个示例。
图6是说明电机转矩与致动器推力之间的关系的图。
图7是校正控制器中的控制参数的处理流程图的一个示例。
图8是实施方式一的第一变形例中的铁道车辆用减振装置控制器的控制方框图。
图9是在实施方式一的第一变形例中获得铁道车辆用减振装置控制器电流指令的处理流程图的一个示例。
具体实施方式
以下,根据图示的实施方式对本发明进行说明。实施方式一中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,在结构上具备分别设置在车辆前后的转向架T1、T2与车身B之间的致动器A1、A2和控制器C。而且,本例中的铁道车辆用减振装置1利用分别设置在铁道车辆前后的致动器A1、A2所发挥的推力,抑制车身B相对于车辆行驶方向的水平横向的振动。
在本例中,如图2所示,致动器A1、A2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,一端与活塞3相连,与此同时,另一端与铁道车辆的转向架T1、T2相连的连杆4;
具备在缸体2内,用活塞3来进行划分的连杆侧室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,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,并构成为单连杆型的致动器。
此外,在本例中,在所述连杆侧室5和活塞侧室6内,作为工作流体,充填有工作油,并在油箱7内除工作油外,还充填有气体。此外,对油箱7内无需特意将气体压缩来进行充填以形成为加压状态。此外,工作流体除工作油外,也可使用其他流体。
流体压力回路HC具备设置在连通连杆侧室5和活塞侧室6的第一通道8中途的第一开关阀9,和设置在连通活塞侧室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;用第二开关阀11将第二通道10形成为连通状态,关闭第一开关阀9后驱动泵12的话,缸体主体Cy会收缩。
以下,对致动器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,安装有环状的连杆导引件14。此外,在所述连杆导引件14内插入有插入到缸体2内并滑动自如地连杆4。该连杆4将一端向缸体2外凸出,并使缸体2内的其他端与插入到缸体2内且可自由滑动的活塞3相连。
此外,连杆导引件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,从而缸体2内就保持住密闭状态。而且,在缸体2内,在用活塞3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,在该缸体主体Cy中,连杆4的截面积形成为活塞3截面积的二分之一,使得活塞3的连杆侧室5侧的受压面积成为活塞侧室6侧的受压面积的二分之一。因此,在伸长工作时和收缩工作时,使连杆侧室5的压力变为相同的话,伸缩时产生的推力均变得相等,相对于缸体主体Cy的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伸长工作时,形成连通连杆侧室5和活塞侧室6的状态。于是,连杆侧室5内和活塞侧室6内的压力变为相等,致动器A1、A2产生的推力量为,在活塞3上的连杆侧室5侧与活塞侧室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收缩工作时,切断连杆侧室5与活塞侧室6的连通,形成为使活塞侧室6与油箱7连通的状态。于是,致动器A1、A2产生的推力量为,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,致动器A1、A2所产生的推力的值为,在伸缩时,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,控制该致动器A1、A2的推力时,在伸长工作以及收缩工作时均控制连杆侧室5的压力即可。此外,本例中的致动器A1、A2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,在伸长侧和收缩侧,连杆侧室5的压力变为相同,从而轻易进行控制。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,响应性变得相同这样的优点。此外,即使不将活塞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,也可使用连杆侧室5的压力来控制致动器A1、A2伸缩两侧的推力,这点是一样的。
返回来,在封闭连杆4图2中的左端和缸体2右端的外盖13上,具有未图示的安装部,从而可将该致动器A1、A2安装在铁道车辆上的转向架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,由此来连通连杆侧室5和活塞侧室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,在通电时取连通位置;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,其具备敞开第二通道10以连通活塞侧室6和油箱7的连通位置,和阻隔第二通道10以切断活塞侧室6与油箱7之间的连通的阻隔位置。而且,该第二开关阀11,在通电时取连通位置;不通电时取阻隔位置。
泵12由控制器C所控制,使用以规定的转数来旋转的电机15进行驱动,在本实施方式中,使用仅向一个方向排出工作油的齿轮泵。而且,泵12的排出口经由供给通道16与连杆侧室5连通,与此同时,吸入口连通油箱7。泵12用电机15来驱动时,从油箱7吸入工作油,然后向连杆侧室5供给工作油。
如上所述,泵12受到控制,以一定的转数旋转,因为仅向一个方向排出工作油,没有旋转方向的切换动作。因此,完全不存在切换旋转时排出量会出现变化这一问题。而且,泵12的旋转方向总是为同一方向。因此,对作为驱动泵12驱动源的电机15,也不要求其具有针对旋转切换的高响应性,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流向泵12的工作油逆流的止回阀17。此外,电机15从被控制器C控制的没有图示的变换回路处获得电力供给而进行驱动。
而且,本例中的流体压力回路HC除了具有上述结构外,还具备连接连杆侧室5和油箱7的排出通道21,和设置在排出通道21中途的可变更开阀压力的电磁安全阀22。
电磁安全阀22在本例中为比例电磁安全阀,可根据所供给的电流量来调节开阀压力,将电流量置于最大时开阀压力置于最小;不供给电流时开阀压力置于最大。
就这样,设置排出通道21和电磁安全阀22后,使缸体主体Cy伸缩动作时,可将连杆侧室5内的压力调节成电磁安全阀22的开阀压力,可使用供给给电磁安全阀22的电流量来控制致动器A1、A2的推力。设有排出通道21和电磁安全阀22后,就无需使用调节致动器A1、A2推力所需的传感器类;由于可调节泵12的排出流量,因此,也无需高度控制电机15。因此,铁道车辆用减振装置1就变得廉价,可在硬件方面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,或是将第一开关阀9设为阻隔位置;将第二开关阀11设为连通位置时,就不管泵12的驱动情况如何,致动器A1、A2可仅对伸长或收缩中的一方发出阻尼力。因此,例如,在铁道车辆转向架T1、T2的振动作用下,发挥阻尼力的方向为起振车身B的方向时,为避免在这种方向上发挥阻尼力,可将致动器A1、A2设为具有单侧功能的减振器。因此,该致动器A1、A2可容易地实现基于卡诺普理论的半有源控制。为此,也可作为半有源减振器发挥功能。
此外,使用根据供给给电磁安全阀22的电流量,成比例地使开阀压力出现变化的比例电磁安全阀的话,可容易控制开阀压力,但电磁安全阀22若是可调节开阀压力的电磁安全阀,则不局限于比例电磁安全阀。
而且,不管第一开关阀9和第二开关阀11的开闭状态如何,对缸体主体Cy有伸缩方向的过大输入,连杆侧室5的压力成为超出开阀压力的状态时,敞开排出通道21。这样一来,连杆侧室5的压力变为在开阀压力以上时,电磁安全阀22就会将连杆侧室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,保护致动器A1、A2的整个系统。因此,若设有排出通道21和电磁安全阀22,能够保护系统。
而且,本例中的致动器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;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,本例中的致动器A1、A2,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内被推出。针对从缸体2内排出的工作油的流动,由电磁安全阀22发出阻力,因此,在第一开关阀9和第二开关阀11关闭的状态下,本例中的致动器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,并被设定在仅容许工作油从活塞侧室6朝向连杆侧室5流动的单向通行通道上。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,被设定在仅容许工作油从油箱7朝向活塞侧室6流动的单向通行通道上。此外,整流通道18将第一开关阀9的阻隔位置设为止回阀时,能够集约在第一通道8上,对于吸入通道19也是将第二开关阀11的阻隔位置设为止回阀时,能够集约在第二通道10上。
如此构成的致动器A1、A2,即使第一开关阀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,也会将连杆侧室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在外力的作用下伸缩时,工作油必然会从缸体2排出,并通过排出通道21向油箱7返回,在缸体2内变得不足的工作油通过吸入通道19,从油箱7向缸体2内供给。针对该工作油的流动,所述电磁安全阀22成为阻力,将缸体2内的压力调节为开阀压力,因此,致动器A1、A2作为被动式单向型减振器发挥功能。
此外,在无法向致动器A1、A2的各设备通电等发生故障时,第一开关阀9和第二开关阀11分别取阻隔位置,电磁安全阀22作为其开阀压力被固定在最大量上的压力控制阀发挥功能。因此,发生这样的故障时,致动器A1、A2会自动地向被动减振器模式移动,并作为被动减振器发挥功能。
接下来,使致动器A1、A2发挥出所希望的伸长方向推力时,控制器C基本上是使电机15旋转,在从泵12向缸体2内供给工作油的同时,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,致动器A1、A2发挥伸长方向的推力。连杆侧室5内和活塞侧室6内的压力超出电磁安全阀22的开阀压力时,电磁安全阀22会打开,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内的压力被根据向电磁安全阀22供给的电流量所确定的电磁安全阀22的开阀压力所控制。而且,致动器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,乘以由电磁安全阀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。
相反,使致动器A1、A2发出所希望的收缩方向的推力时,控制器C使电机15旋转,在从泵12向连杆侧室5内供给工作油的同时,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,活塞3被向图2中的右方按压,致动器A1、发挥收缩方向的推力。而且,与上述一样,调节电磁安全阀22的电流量后,致动器A1、A2会发挥乘以活塞3上的连杆侧室5侧的受压面积和由电磁安全阀22控制的连杆侧室5内的压力的收缩方向的推力。
此外,致动器A1、A2不仅是作为致动器发挥功能,而且,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,它也可作为减振器发挥功能。此外,将致动器A1、A2从致动器切换为减振器时,第一开关阀9和第二开关阀11不会出现麻烦且急剧的切换动作,因此,可提供响应性和可靠性高的系统。
此外,本例中的致动器A1、A2被设定为单连杆型。因此,与双连杆型的致动器相比,容易确保拥行程长度,致动器的全长变短,在铁道车辆上的搭载性得到提高。
此外,来自本例中致动器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,最終向油箱7回流。为此,即使连杆侧室5或活塞侧室6内有气体混入,也会在缸体主体Cy的伸缩动作作用下,独立地向油箱7排出。因此,可阻止产生推力时的响应性恶化。因此,生产致动器A1、A2时,不强行进行在油中进行的麻烦的组装和在真空环境下的组装,工作油也变得无需高度除气。因此,生产效率得到提高,与此同时,还可降低生产成本。而且,即使连杆侧室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。可减轻保养方面的劳力和成本负担。
而且,如此构成的致动器A1、A2如图1所示,其缸体2均与垂下于铁道车辆车身B下方的销P相连,连杆4与前后转向架T1、T2相连,被设置在车身B与前后转向架T1、T2之间。此外,尽管没有图示出来,但泵12、电机15和流体压力回路HC是安装在缸体2上,需要采用配线方式与被设置在车身B上的控制器C和图外的电源连接起来。因此,将相对车身B不会向左右方向相对移动的缸体2向车身B侧联结在一起。
更详细而言,前侧致动器A1被布置在相对于车身B,位于铁道车辆行驶方向左侧,即图1中销P的下侧;后侧致动器A2被布置在相对于车身B,位于铁道车辆行驶方向的右侧,即图1中销P的上侧。因此,前侧致动器A1被设置为,伸长时使车身B向图1中的上侧位移;另一个后侧致动器A2被设置为,伸长时使车身B向图1中的下侧位移。
在上述布置即安装位置中,前侧致动器A1伸长,后侧致动器A2以与前侧致动器A1相同的速度收缩时,图1中朝向上侧的摇摆加速度就会作用在车身B上。相反,前侧致动器A1收缩,后侧致动器A2以与前侧致动器A1相同的速度伸长时,图1中朝向下侧的摇摆加速度就会作用在车身B上。即,前侧致动器A1和后侧致动器A2以相反相位伸缩时,仅摇摆加速度作用在车身B上。此外,前侧致动器A1和后侧致动器A2均以相同的相位伸长时,在图1中,在车身B上,以车身中心G为中心,按顺时针方向旋转的偏摆加速度起作用。相反,前侧致动器A1和后侧致动器A2均按相同的相位收缩时,在图1中,在车身B上,以车身中心G为中心,按逆时针方向旋转的偏摆加速度起作用。即,前侧致动器A1和后侧致动器A2均以相同的相位伸缩时,仅偏摆加速度作用在车身B上。
接下来,如图3所示,控制器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;
求取前后方向上的致动器A1、A2应输出的控制力F1、F2后,驱动电机15、第一开关阀9、第二开关阀11、电磁安全阀22的控制部44;
校正控制部44求取控制力F1、F2时使用的控制参数的校正部45。
前侧加速度传感器41f被设置在车身B的前侧,检测车身前部Bf相对于车辆行驶方向的横向的加速度α1;后侧加速度传感器41r被设置在车身B的后侧,检测车身后部Br相对于的车辆行驶方向的横向的加速度α2。
前侧加速度传感器41f和后侧加速度传感器41r将朝向图1中左侧方向的前侧和后侧加速度α1,α2检测为正值;相反,将朝向图1中右侧方向的前侧和后侧加速度α1,α2检测为负值。
控制部44具备:
求取前后方致动器A1、A2应输出的控制力F1、F2的控制力运算部44a;
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、电磁安全阀22的驱动部44b。
控制力运算部44a在本例中,根据前侧和后侧的加速度α1,α2来求取作为车身B的车身中心G的水平横向加速度的摇摆加速度,和作为前后转向架T1、T2正上方上的车身中心G周围的角加速度的偏摆加速度。而且,控制力运算部44a在本实施方式中,用的是H∞控制器,根据摇摆加速度和偏摆加速度来求取应由各致动器A1、A2各自产生的控制力F1、F2。具体而言,控制力运算部44a根据摇摆加速度和偏摆加速度来求取抑制车身B摇摆方向的振动的摇摆抑制力和抑制车身B偏摆方向的振动的偏摆抑制力。而且,控制力运算部44a还用2来除加上了摇摆加速度和偏摆加速度后的值,以求取前侧致动器A1的控制力F1;用2来除从摇摆抑制力中减去了偏摆抑制力的值,以求取后侧致动器A2的控制力F2。控制力运算部44a为使如此求出的控制力F1、F2向前后方向上的各致动器A1、A2发挥,将所求出的控制力F1、F2向驱动部44b输出。控制力运算部44a所输出的控制力F1、F2的符号被设定为,使前后的各致动器A1、A2发挥伸长方向上的推力时,取正的符号;使前后的各致动器A1、A2发出收缩方向的推力时,取负的符号。此外,控制力运算部44a所输出的控制力F1、F2的值即级别为指示出控制力F1、F2大小的值。因此,作为控制器C向致动器A1、A2发出的指令所指示出的推力的指示推力,成为控制力运算部44a所求出的控制力F1、F2。
驱动部44b具备驱动电机15、第一开关阀9、第二开关阀11和电磁安全阀22的驱动器回路。驱动部44b根据控制力运算部44a所求出的控制力F1、F2,控制向各致动器A1、A2上的电机15、第一开关阀9、第二开关阀11和电磁安全阀22供给的电流量,并按控制力F1、F2使各致动器A1、A2发挥推力。更具体而言,控制力F1、F2的符号为正时,驱动部44b为使各致动器A1、A2伸长,使第一开关阀9打开的同时,使第二开关阀11关闭。相反,控制力F1、F2的符号为负时,驱动部44b为使各致动器A1、A2收缩,使第一开关阀9关闭的同时,打开第二开关阀11。
此外,驱动部44b根据控制力F1、F2的大小来调节向电磁安全阀22供给的电流量,并调节各致动器A1、A2的推力。如上所述,致动器A1、A2的推力调节由电磁安全阀22进行。因此,驱动部44b根据控制力F1、F2所指示出的推力大小来求取成为向电磁安全阀22发出的电流指令的目标电流,并调节成,使向电磁安全阀22流动的电流量成为目标电流。驱动部44b根据控制力F1、F2来求取目标电流时,在控制力F1、F2上乘以电流增益,以求取目标电流。采用本实施方式时,电磁安全阀22在不通电时,将开阀压力设为最大,因此,诱导为,越是增大电流增益,电磁安全阀22的开阀压力就越低。此外,在驱动部44b的处理中,所用的电流增益在初始设定上被设定为1,但该值会由后述的校正部45合适地进行校正。
此外,驱动部44b驱动时,按预先确定的规定旋转速度来使电机15等速旋转,并使一定流量的工作油从泵12排出。由驱动部44b来监控电机15的电流和转数。反馈转数,在调节向电机15供给的电流量的同时,等速旋转驱动电机15和泵12。
接下来,如图4所示,校正部45具备:
估算前后致动器A1、A2所输出推力的推力估算部45a;
根据将推力估算部45a所估算出的估算推力与控制力F1、F2进行比较后的结果来校正控制参数的参数校正部45b。
推力估算部45a具备:
根据电机15的电流来求取电机15转矩的转矩检测部45a1;
除去转矩检测部45a1所检测到的转矩高频成分的低通滤波器45a2;
根据经低通滤波器45a2处理后的转矩和摩擦转矩来求取前后各致动器A1、A2的估算推力的推力运算部45a3。
控制器C按着图5所示的步骤来求取前后各致动器A1、A2的估算推力。首先,控制器C驱动泵12,使第一开关阀9和第二开关阀11打开,与此同时,向驱动部44b发出指令,以将电磁安全阀22的开阀压力置于最小,即为步骤S1。这样一来,打开第一开关阀9和第二开关阀11时,各致动器A1、A2被卸载,但即使泵12被驱动,也不会发挥推力,也不会伸长及收缩。而且,这样一来,在对各致动器A1、A2进行卸载的同时,在预先确定的暖机运转时间段内,继续驱动泵12,以充分对致动器A1、A2进行暖机。
过了暖气运转时间,且控制部44对各致动器A1、A2进行卸载后,继续驱动泵12,推力估算部45a进行求取泵12摩擦转矩的处理,即为步骤S2。在此,电机15为使泵12等速旋转,而由驱动部44b来进行电流控制。各致动器A1、A2处于卸载状态时,泵12所排出的工作油通过第一通道8和第二通道10返回到油箱7。因此,泵12会成为在不受到缸体2内的压力阻力而旋转的状态。因此,电机15使泵12等速旋转时,发出的转矩大体上等于伴随着泵12旋转而产生的动摩擦所带来的阻力部分的摩擦转矩。电机15采用预先确定的旋转速度来驱动,若监控流动到电机15的电流,则根据流动到电机15的电流和旋转速度及电机15的特性,便可获得电机15所发挥的转矩。驱动电机15时,由于驱动部44b是由未图示的电流传感器来监控电机15的电流的。因此,转矩检测部45a1可用电流传感器来把握流动到电机15的电流。因此,推力估算部45a在步骤S2的处理中,根据卸载各致动器A1、A2时的电机15的电流值来求取泵12的摩擦转矩。
而且,获得摩擦转矩后,接着,控制器C为使得铁道车辆在停车时,在外力没有作用在车身B上的状态下,使向各致动器A1、A2发挥出预先确定的规定推力,并而进行向偏摆方向起振的偏摆起振,使得仅偏摆加速度作用于车身B上,即为步骤S3。即,控制部44为使车身B偏摆起振,而将控制力F1、F2向各致动器A1、A2输出。为使得仅将偏摆加速度作用在车身B上而起振时,以相同相位,使前侧致动器A1和后侧致动器A2按相同频率、相同振幅的正弦波伸缩即可。因此,控制部44交替地对第一开关阀9和第二开关阀11进行开闭,并为使各致动器A1、A2发挥出预先确定的规定推力而向电磁安全阀22通电。
这样一来,在各致动器A1、A2可发挥推力的状态下,向连杆侧室5供给工作油的泵12会承受连杆侧室5的压力阻力。推力估算部45a在该状态下,由转矩检测部45a1来检测电机15的转矩,即为步骤S4,并对经检测的转矩的高频成分用低通滤波器45a2来进行处理,即为步骤S5,以将干扰除去。
泵12对抗连杆侧室5的压力,由电机15来进行等速旋转驱动。因此,电机15的转矩成为对抗连杆侧室5压力的转矩和泵12的摩擦转矩的合力。对于泵12所承受的压力,电机15需要输出的转矩可预先根据泵12的效率等来把握。如上所述,可根据流到电机15的电流来把握电机15的转矩。因此,在该情况下,在转矩检测部45a1所检测到的电机15转矩中,含有已用步骤S2检测到的摩擦转矩。此外,根据电机15的转矩除去了摩擦转矩的转矩和各致动器A1、A2的推力,如图6所示,大体上存在有比例关系。尽管各致动器A1、A2的推力为0,但电机15的转矩不会变为0。其原因是,存在有泵12驱动所需的摩擦转矩。摩擦转矩决定了电机15的转矩与各致动器A1、A2推力之间的特性线和与横轴之间的交点,并作为相对于所述特性线的横轴偏移量来对待。因此,摩擦转矩变化后,所述特性线在图6中向左右方向移动。但泵12的使用期限变长时,就会产生滑动部会有磨损,摩擦转矩会减少这一倾向。因此,泵12的使用期限变长时,特性线就会移动到图6中的原点侧。此外,电机15的转矩和各致动器A1、A2的推力之间的关系可使用最小二乘法近似地用函数来表现,推力运算部45a3根据使用函数并用低通滤波器45a2来处理后的电机15转矩来求取各致动器A1、A2的推力,即为步骤S6。可根据电机15的转矩来把握的仅仅是各致动器A1、A2的推力大小,因此,在该步骤S6的处理中,推力估算部45a参照控制力F1、F2的符号来判断各致动器A1、A2的伸缩方向,并确定估算推力的符号。由于各致动器A1、A2是采用正弦波来伸缩的。因此,各致动器A1、A2若正常,则控制器C所求出的估算推力也用正弦波来推移。
此外,电机15的转矩处于摩擦转矩以下时,将各致动器A1、A2的推力看作是0。0近邻的值的各致动器A1、A2的估算推力不对控制参数的校正带来影响。因此,电机15的转矩在摩擦转矩以下时,就不存在各致动器A1、A2正确地对实际输出的推力的值进行估算的意义。因此,电机15的转矩在摩擦转矩以下时,将各致动器A1、A2的推力看作0的话,各致动器A1、A2的推力估算的运算就会变得容易了。
推力估算部45a至少用正弦波来将各致动器A1、A2运转一个周期以上的行程,在规定时间内求取各致动器A1、A2的估算推力,获得所需样本数的估算推力的话,便结束估算推力的处理。规定时间可任意设定,设定为各致动器A1、A2的行程周期的整数倍即可。
此外,推力估算部45a使车身B偏摆起振时,以与包括车身B和支撑车身B的弹簧的弹簧质点系统的共振频率有偏差的频率来使各致动器A1、A2作出行程。这样一来,车身B的振幅就不会被过度激发。因此,各致动器A1、A2的行程量缩小。发出产品时鉴定各致动器A1、A2的推力时,进行在不使各致动器A1、A2伸缩的情况下,使之发挥推力的试验。尽管在被搭载在铁道车辆上的状态下,车身B会活动,但以与包括车身B和支撑车身B的弹簧的弹簧质点系统的共振频率有偏差的频率来使各致动器A1、A2作出行程,便可抑制车身B的活动。可在接近发出产品时的试验的状态下来估算推力。各致动器A1、A2行程的频率越是比所述共振频率越高,则车身B的振动振幅就会变得越小。因此,获得估算推力时,以高速方式来使各致动器A1、A2作出行程也可。
此外,为使得仅摇摆加速度作用在车身B上,而使车身B摇摆起振时,由于存在车身B是用弹簧所支撑这一关系,车身B会滚动。车身B滚动的话,各致动器A1、A2会承受车身B的滚动,由此来伸缩,并在各致动器A1,A内,流量会出现变动,因此,难以正确地估算推力。与此相对,偏摆起振时,振动时使沿车身中心G周围旋转,在车身B的前方和后方交错地被各致动器A1、A2所按压。因此,车身B的滚动可得到抑制。因此,如本实施方式中的铁道车辆用减振装置1那样,使车身B偏摆起振,估算各致动器A1、A2推力的话,在实际当中,便可获得极为近似于各致动器A1、A2所发挥的推力的估算推力。此外,也可使车身B摇摆起振,由此来估算各致动器A1、A2的推力。
这样一来,在规定时间内,已被抽样的估算推力和控制部44在所述偏摆起振过程中向各致动器A1、A2发出的指示推力,被依次输入到参数校正部45b内。参数校正部45b根据已被抽样的估算推力来校正控制参数。控制器C根据图7所示的步骤来校正控制参数。
首先,控制器C针对各致动器A1、A2来求取所获得的估算推力的单振幅最大值,即为步骤S11。各致动器A1、A2的估算推力取正值时,表示的是伸长方向的推力;各致动器A1、A2的估算推力取负值时,表示的是收缩方向的推力。在步骤S11的处理中,控制器C求取作为单振幅最大值的各致动器A1、A2估算推力上的伸长侧的振幅最大值和收缩侧的振幅最大值。这样一来,单振幅最大值便为伸长侧振幅的最大值和收缩侧振幅的最大值,均取正值。接下来,控制器C针对各致动器A1、A2,用2来除两个估算推力上的单振幅最大值之和,以求取估算推力上的单振幅最大值的平均值Ae,即为步骤S12。
而且,控制器C求取估算推力时,控制部44针对各致动器A1、A2来求取控制力F1、F2的单振幅最大值,即为步骤S13,其中,控制力F1、F2的单振幅最大值为,为使得使车身B偏摆起振,而向各致动器A1、A2输出了的指令所指示出的指示推力。向各致动器A1、A2施加的控制力F1、F2取正值时,表示的是伸长方向的推力;向各致动器A1、A2施加的控制力F1、F2取负值时,表示的是收缩方向的推力。在步骤S13的处理中,控制器C求取作为控制力F1、F2单振幅最大值的各致动器A1、A2指示推力上的伸长侧的振幅最大值和收缩侧的振幅最大值。这样一来,单振幅最大值便是伸长侧的振幅最大值和收缩侧的振幅最大值,均取正值。接下来,控制器C针对各致动器A1、A2,用2来除两个指示推力上的单振幅最大值之和,以求取指示推力上的单振幅最大值的平均值Ai,即为步骤S14。
而且,控制器C还针对各致动器A1、A2来求取估算推力的单振幅最大值的平均值Ae与指示推力的单振幅最大值的平均值Ai之间的偏差ε,即为步骤S15。控制器C将用步骤S15来求出的偏差ε的绝对值与阈值δ进行比较,由此来判断偏差ε的绝对值是否超过阈值δ,即为步骤S16。阈值δ可根据使车身B起振时的推力任意设定。偏差ε的绝对值超过阈值δ时,致动器A1、A2当中,偏差ε的绝对值超过阈值δ的致动器成为了没有相对于指示推力发挥出所希望推力的状态。对于与这种估算推力和指示推力有背离的致动器,必须要变更控制参数。
因此,偏差ε的绝对值超过阈值δ时,控制器C将估算推力的单振幅最大值的平均值Ae与指示推力的单振幅最大值的平均值Ai进行比较,由此来判断平均值Ae是否比平均值Ai要大,即为步骤S17。根据步骤S15来进行的步骤S17的处理方式是,针对各致动器A1、A2来求取估算推力的单振幅最大值的平均值Ae和指示推力的单振幅最大值的平均值Ai。
而且,平均值Ae比平均值Ai要大时,控制器C为使得各致动器A1、A2的推力缩小,而对在各致动器A1、A2当中,平均值Ae变得比平均值Ai大的,致动器控制中所用的控制参数进行校正,即为步骤S18。在本实施方式中,控制器C将电磁安全阀22的电流增益作为控制参数,在电流增益的当前值上加上预先确定的加算值,由此来更新电流增益的值,以用于下次的各致动器A1、A2控制。越是增大电流增益,则电磁安全阀22的开阀压力就会越低。因此,这样一来,电流增益的值被更新后,在下次控制时被诱导至致动器所发挥的推力降低的方向。
另一方面,平均值Ae比平均值Ai小时,控制器C为使得各致动器A1、A2的推力变大,而对在各致动器A1、A2当中,平均值Ae变得比平均值Ai小的,致动器的控制上所用的控制参数进行校正,即为步骤S19。在本实施方式中,控制器C将电磁安全阀22的电流增益作为控制参数,在电流增益的当前值上减去预先确定的减法值,由此来更新电流增益的值,以用于下次的各致动器A1、A2控制。电流增益越小,电磁安全阀22的开阀压力就会越高。因此,这样一来,电流增益的值被更新后,下次控制时被诱导至致动器所发挥推力增大的方向。
步骤S18,S19的处理结束后,判断作为校正了控制参数后的次数的校正次数是否超过预先确定的次数阈值,即为步骤S20。校正次数在次数阈值以下时,控制器C利用校正后的控制参数来使车身B偏摆起振,并估算各致动器A1、A2的推力,之后,返回到步骤S11的处理。在此情况下,在求取估算推力的处理当中,摩擦转矩已被求出。因此,步骤S1,S2的处理便可省略。此外,校正次数超过次数阈值时,为避免无法从变更控制参数的处理中脱离,而中止控制参数的变更处理。次数阈值可任意设定。
此外,在本实施方式中,控制参数为获得向电磁安全阀22赋予的目标电流时所用的电流增益。但也可以是在求取控制力F1、F2的过程中被使用,并可使控制力F1、F2变大或变小的参数。此外,参数校正部45b也可为在求取控制力F1、F2的过程中被使用,并校正使控制力F1、F2变大或变小的参数和电流增益这两者。
此外,通过步骤S16的判断,偏差ε的绝对值在阈值δ以下时,致动器A1、A2这两者会相对于指示推力来发出所希望的推力。与这种估算推力和指示推力无背离时,对各致动器A1、A2进行控制时就无需变更控制参数,因此,控制器C向步骤S21的处理移动。
在步骤S21的处理中,控制器C针对各致动器A1、A2来求取两个估算推力上的单振幅最大值的差d,由此来判断差d是否超过振幅差阈值γ。而且,差d超过振幅差阈值γ时,对于各致动器A1、A2当中,差d超过了振幅差阈值γ的致动器,控制器C将其判断为有出错,而向监控铁道车辆信息的,未图示的车辆监控装置输出“出错”信号,即为步骤S22。如上所述,两个单振幅最大值是各致动器A1、A2伸长侧的振幅最大值和收缩侧的振幅最大值,两者的差d有较大不同时,就表示致动器A1、A2的第一开关阀9或第二开关阀11上有异常。例如,第一开关阀9关闭后无法切换时,致动器A1、A2可向伸长侧发挥推力,但不能向收缩侧发挥推力;第一开关阀9打开后无法切换时,致动器A1、A2可向收缩侧发挥推力,但不能向伸长侧发挥推力。此外,第二开关阀11关闭后无法切换时,致动器A1、A2可向伸长侧发挥推力,但不能向收缩侧发挥推力;第二开关阀11打开后无法切换时,致动器A1、A2可向收缩侧发挥推力,但不能向伸长侧发挥推力。致动器A1、A2出现这种故障模式时,两个单振幅最大值的差d会变大。因此,可检测致动器A1、A2的异常。
另一方面,在步骤S21的判断上,差d在振幅差阈值γ以下时,各致动器A1、A2均为正常,因此,控制器C使校正控制参数的处理结束。进行以上处理后,控制器C校正控制各致动器A1、A2的控制参数并存储在控制器C内未图示的存储装置内,以使进行控制时可利用到这些参数。
这样一来,在铁道车辆用减振装置1中,为使得致动器A1、A2可相对于控制器C的指示推力,为按着指示推力来发挥推力而校正,控制参数,即,控制器C可预先为使得致动器A1、A2的推力符合指示推力,而校正对致动器A1、A2进行控制时使用的控制参数。
如上所述,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和转向架T1、T2之间的致动器A1、A2;
控制致动器A1、A2的控制器C。
由控制器C来估算致动器A1、A2的推力,并根据作为所估算出的推力的估算推力和作为向致动器A1、A2发出的指令所指示的推力的指示推力来校正控制参数,使用控制参数来控制致动器A1、A2。
在如此构成的铁道车辆用减振装置1中,根据估算推力和指示推力来校正控制参数,并使用控制参数来控制致动器A1、A2。因此,控制器C和致动器A1、A2即使有产品误差,也能做到最优化,使得可使在控制器C上使用的控制参数向实际被组合的致动器A1、A2按着指示推力发挥推力。因此,发出产品时,即使使用存在有产品误差的控制器C和致动器A1、A2来构成铁道车辆用减振装置1,致动器A1、A2也可按着指示推力来发挥推力。此外,即使在维护时,也会针对与此前一直以来所搭载的铁道车辆不同的铁道车辆,分别替代控制器C和致动器A1、A2,在控制器C上使用的控制参数也会被最优化在全新成组的致动器A1、A2上。因此,铁道车辆用减振装置1可按所望而发挥推力。
如上所述,根据本发明涉及的铁道车辆用减振装置1,可在不局限于控制器C和致动器A1、A2组合而发挥出所希望的推力。此外,铁道车辆用减振装置1与在控制致动器A1、A2的推力过程中采用反馈控制方式来校正控制参数的装置不同,它预先进行校正,使得使控制器C所使用的控制参数符合致动器A1、A2的控制。因此,可从控制的初始阶段开始来提高在车辆上的乘坐舒适性,且也无需担心出现控制振荡。
此外,在本实施方式中,尽管是由控制器C来控制两个致动器A1、A2的,但使控制器C也可仅控制一个致动器。在此情况下,例如,控制器C为使得可根据设有致动器的转向架正上方的车身B横向加速度来降低该加速度,而进行使得致动器发挥推力的控制,并校正用于该控制的控制参数即可。
此外,在本实施方式中的铁道车辆用减振装置1中,控制器C根据在规定时间内求出的估算推力的单振幅最大值的平均值Ae与可在规定时间内向致动器A1、A2发出的指示推力的单振幅最大值的平均值Ai的比较结果,来校正所述控制参数。如此构成的铁道车辆用减振装置1由于使用的是估算推力的单振幅最大值的平均值Ae和指示推力的单振幅最大值的平均值Ai,因此,对控制参数进行校正时,可判断出应该增大还是应该缩小致动器A1、A2的推力。因此,根据本实施方式中的铁道车辆用减振装置1,能够校正控制参数使得可在短时间内使致动器A1、A2的推力符合指示推力而。
而且,在本实施方式中的铁道车辆用减振装置1中,当估算推力的单振幅最大值的平均值Ae与指示推力的单振幅最大值的平均值Ai之间的偏差ε超过阈值δ时,由控制器C来校正控制参数。因此,根据本实施方式中的铁道车辆用减振装置1,通过估算推力的单振幅最大值的平均值Ae与指示推力的单振幅最大值的平均值Ai之间的偏差ε来校正控制参数。因此,相对于指示推力,估算推力即使存在有时间延迟所导致的相位偏差,也无需进行校正相位差这样的滤波处理等处理,它可简单地校正控制参数。
此外,在本实施方式中的铁道车辆用减振装置1中,在规定时间内,被估算出的估算推力伸长侧的单振幅最大值与收缩侧的单振幅最大值的差d超过振幅差阈值γ时,控制器C会判断为致动器A1、A2有异常。因此,可在进行控制参数校正处理的同时检测致动器A1、A2的异常。
而且,在本实施方式中的铁道车辆用减振装置1中,其致动器A1、A2由电机15来驱动,控制器C根据电机15的转矩来估算致动器的推力。根据如此构成的铁道车辆用减振装置1,可根据电机15的电流来估算致动器A1、A2的推力,无需设置仅用于估算致动器A1、A2推力的传感器,以此变得廉价。此外,在本实施方式中,尽管致动器A1、A2是从由电机15驱动的泵12处获得工作油即工作流体的供给而进行伸缩的,但致动器A1、A2也可以为包括电机以及将电机旋转运动转换为直线运动的进给螺旋机构等运动转换机构的致动器。就这样,即使结构是致动器A1、A2,也由于运动转换机构所形成的减速比是已知的,因此,若监控电机15的转矩,便可对致动器A1、A2的推力进行估算。
而且,在本实施方式中的铁道车辆用减振装置1中,其致动器A1、A2具有:电机15和由电机15驱动的泵12,接受来自泵12的工作流体的供给发挥推力,控制器C根据电机15的转矩和泵12的摩擦转矩来估算致动器A1、A2的推力。泵12的摩擦转矩根据泵12的使用时间,会出现下降和变动。但是,如此构成的铁道车辆用减振装置1是加上泵12的摩擦转矩后估算致动器A1、A2推力的,因此,可不受致动器A1、A2的经年老化影响,正确地估算致动器A1、A2的推力。
此外,在本实施方式中的铁道车辆用减振装置1中,致动器A1、A2具有:
缸体2;
插入到缸体2内,并可移动的活塞3;
在插入到缸体2内的同时,与活塞3相连的连杆4;
在缸体2内,由活塞3划分的连杆侧室5和活塞侧室6;
油箱7;
可从油箱7吸取工作油即工作流体,由此向连杆侧室5供给工作油即工作流体的泵12;
驱动泵12的电机15;
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;
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;
设在连接连杆侧室5和油箱7的排出通道21中途的电磁安全阀22;
仅容许工作油即工作流体从活塞侧室6朝向连杆侧室5流动的整流通道18;
仅容许工作油即工作流体从油箱7朝向活塞侧室6流动的吸入通道19,
控制参数是在向电磁安全阀22发出的电流指令中的电流增益。如此构成的铁道车辆用减振装置1可通过电磁安全阀22的电流控制来调整致动器A1、A2的推力,这设为向电磁安全阀22发出的电流指令中的电流增益。因此,采用电流增益的校正,便可容易地调节致动器A1、A2推力的大小。
而且,在本实施方式中的铁道车辆用减振装置1中,其致动器A1、A2被分别安装在车身B与车身B前后方向上的转向架T1、T2之间,控制器C对致动器A1、A2的推力进行估算时,使用车身B前后致动器A1、A2来使车身B向偏摆方向起振。如此构成的铁道车辆用减振装置1在估算致动器A1、A2的推力时,使车身B向偏摆方向起振。因此,车身B的滚动便可得到抑制,在实际当中可获得极为接近于致动器A1、A2所发挥的推力的估算推力。
此外,在本实施方式中的铁道车辆用减振装置1中,估算致动器A1、A2的推力时,控制器C按与车身B的共振频率不同的频率来使车身B起振。如此构成的铁道车辆用减振装置1,其致动器A1、A2使车身B起振时的车身B活动可得到抑制。因此,即使在被搭载在铁道车辆的状态下,也可在近似于发出产品时的试验的状态下来估算致动器A1、A2的推力。因此,可更为正确地估算致动器A1、A2的推力。
此外,如上所述,对控制参数进行校正时,通过将某个规定的指示推力与相对于该指示推力的致动器A1、A2的估算推力进行比较,从而校正控制参数。因此,针对所述的规定指示推力进行调整以使优化控制参数。因此,控制器C所指令的推力成为与所述规定的指示推力相同的值时,致动器A1、A2就会发出与所述规定的指示推力相同的值的推力。若电磁安全阀22的开阀压力相对于从控制器C供给过来的电流量,为线形,则对控制参数进行校正时,控制器C即使发出与所述指示推力不同值的推力指令,致动器A1、A2的推力也会变为符合控制器C所指令出的推力。但是,电磁安全阀22的开阀压力相对于电流量为非线形时,即使针对一个指示推力来将控制参数做到最优化,在推力调整的整个范围内,有时也会形成致动器A1、A2的推力与所指令出的推力的差增大的分段。而且,所指令出的推力指示出极小的推力时,比致动器A1、A2的推力所指令出的推力要大的话,就有可能会激发铁道车辆上的转向架T1、T2振动和车身B自身弹性振动。转向架T1、T2的共振频带比车身B相对于转向架T1、T2向横向振动时的共振频带要高。此外,车身B自身的弹性振动的共振频带也比转向架T1、T2的共振频带更高。因此,转向架T1、T2振动和车身B自身弹性振动的共振频带的振幅较小。而且,为了要抑制转向架T1、T2和车身B自身的共振频带的振动,控制器C使致动器A1、A2发出的推力较小。因此,指示出所指令的推力为极小的推力时,致动器A1、A2的推力比指令出的推力要大的话,就会激发转向架T1、T2振动和车身B自身振动。
因此,电磁安全阀22的开阀压力相对于所供给的电流量具有非线形的特性时,针对不同值的多个指示推力来设定最合适的控制参数,并根据控制器C在实际当中所指令出的推力来使用适合该指令推力的控制参数,由此向电磁安全阀22供给电流即可。
因此,实施方式一中的第一变形例中的铁道车辆用减振装置1上的控制器C1,作为适合使产生不同值的推力的控制参数,预先准备有适合0.5kN的推力的电流增益GL、适合1kN的推力的电流增益GM和适合3kN的电流增益GH这三个电流增益GL、GM、GH,并根据控制力F1、F2的值,从三个电流增益GL、GM、GH当中来选择最合适的电流增益,由此来求取电流指令。为此,铁道车辆用减振装置1上的控制器C1如图8所示,具备:由驱动部44b从电流增益GL、GM、GH当中选择适合控制力F1、F2的电流增益的电流增益选择部44b1;由电流增益选择部44b1所选择出的电流增益乘以控制力F1、F2,由此来求取作为电流指令的目标电流的电流指令运算部44b2;按着电流指令运算部44b2所求出的目标电流,向电磁安全阀22供给电流的驱动器44b3。
详细而言,针对控制力F1、F2所指示出的推力,设置三个分段。驱动部44b从电流增益GL、GM、GH中,利用与控制力F1、F2所指示出的推力所属的分段相应的电流增益来求取目标电流。分段为不足0.75kN的低分段和0.75kN以上,不足2.5kN的中分段及2.5kN以上的高分段这三个分段。最优化为0.5kN的指示推力的电流增益GL与低分段相关;最优化为1kN的指示推力的电流增益GM与中分段相关;最优化为3kN的指示推力的电流增益GH与高分段相关。
而且,由电流增益选择部44b1来判断控制力运算部44a所求出的控制力F1、F2属于低分段、中分段、高分段中的哪一个分段,并选择电流增益GL、GM、GH当中与所述控制力F1、F2所属分段相关的电流增益。此外,电流指令运算部44b2乘以选择为控制力F1、F2后的电流增益,以求取目标电流。例如,如图9所示,由驱动部44b来判断控制力F1,F2是否不足0.75kN,即为步骤S31,控制力F1、F2不足0.75kN时,将与0.5kN的指示推力相应的电流增益GL乘以控制力F1、F2,以求取目标电流,即为步骤S32。此外,控制力F1、F2在0.75kN以上时,由驱动部44b来判断控制力F1、F2是否不足2.5kN,即为步骤S33,控制力F1、F2不足2.5kN时,将与1kN的指示推力相应的电流增益GM乘以控制力F1、F2,以求取目标电流,即为步骤S34。此外,控制力F1、F2在2.5kN以上时,驱动部44b将与3kN的指示推力相应的电流增益GH乘以控制力F1、F2,以求取目标电流,即为步骤S35。
这样一来,驱动部44b求出目标电流后,控制力F1、F2较低时,使用适合较低推力的电流增益GL来求取目标电流;控制力F1、F2为中等程度时,使用适合中等程度推力的电流增益GM来求取目标电流;控制力F1、F2较高时,使用适合高推力的电流增益GH来求取目标电流。
驱动器44b3按着电流指令运算部44b2所求出的电流指令,向电磁安全阀22供给电流,使电机15按所述的规定旋转速度等速旋转。与此同时,针对第一开关阀9和第二开关阀11,根据控制力F1、F2的符号来供给电流。
而且,在实施方式一中的第一变形例中的铁道车辆用减振装置1中,其三个电流增益GL、GM、GH使用控制器C1来进行以下的校正。具体而言,例如,首先,求出泵12的摩擦转矩后,用预先确定的三个不同值的指示推力来驱动各致动器A1、A2,由此来使车身B偏摆起振。而且,针对三个不同值的指示推力来检测电机15的转矩,由此来估算各致动器A1、A2的推力。即,控制器C1进行图5中所示的步骤S1到步骤S2的处理,求出摩擦转矩后,针对每个指示推力,反复进行从步骤S3到步骤S6的处理,由此来获取与三个指示推力相应的估算推力。在本实施方式中,将指示推力作为0.5kN、1kN和3kN。因此,推力估算部45a在变更指示推力的同时,反复进行步骤S3到步骤S6的处理,并使用0.5kN的指示推力来驱动各致动器A1、A2,并根据使车身B偏摆起振时获得的电机15的转矩来求取各致动器A1、A2的估算推力;使用1kN的指示推力来驱动各致动器A1、A2,并根据使车身B偏摆起振时获得的电机15的转矩来求取各致动器A1、A2的估算推力;而且,使用3kN的指示推力来驱动各致动器A1、A2,并根据使车身B偏摆起振时获得的电机15的转矩来求取各致动器A1、A2的估算推力。
对于如此所获得的不同指示推力的估算推力,控制部44在所述偏摆起振过程中,与向各致动器A1、A2发出的指示推力相关联,并被依次输入到参数校正部45b内。参数校正部45b根据针对不同的指示推力被抽样后的估算推力来求取适合各指示推力的输出的控制参数。具体而言,参数校正部45b作为各指示推力的控制参数来校正电流增益GL、GM、GH。
各指示推力的控制参数的求取方法,是将各指示推力和针对各指示推力所获得的估算推力,进行从图7所示的步骤S11到步骤S22的处理,针对各自的指示推力进行校正使得控制参数优化。具体而言,控制器C1进行从步骤S11到步骤S22的处理,根据针对0.5kN的指示推力所获得的估算推力来求取单振幅最大值的平均值Ae,并求取指示推力的单振幅最大值的平均值Ai。当平均值Ae与平均Ai的差ε超过δ时,若Ae>Ai,则为使得各致动器A1、A2的推力变小而校正与0.5kN的推力相应的电流增益GL;若非Ae>Ai,则为使得各致动器A1、A2的推力变大而校正与0.5kN的推力相应的电流增益GL。此外,控制器C1若仅进行控制参数校正,则进行从步骤S11到步骤S19的处理即可。但在本实施方式中,通过进行从步骤S20到步骤S22的处理,也检测致动器A1、A2的异常。
此外,控制器C1进行从步骤S11到步骤S22的处理,根据针对1kN的指示推力所获得的估算推力来求取单振幅最大值的平均值Ae,求取指示推力的单振幅最大值的平均值Ai,当平均值Ae与平均Ai的差ε超过δ时,若Ae>Ai,则为使得各致动器A1、A2的推力变小而校正与1kN的推力相应的电流增益GM;若非Ae>Ai,则为使得各致动器A1、A2的推力变大而校正与1kN的推力相应的电流增益GM。而且,控制器C1进行从步骤S11到步骤S22的处理,根据针对3kN的指示推力所获得的估算推力来求取单振幅最大值的平均值Ae,并求取指示推力的单振幅最大值的平均值Ai,平均值Ae与平均Ai的差ε超过δ时,若Ae>Ai,则为使得各致动器A1、A2的推力变小而校正与3kN的推力相应的电流增益GH;若非Ae>Ai,则为使得各致动器A1、A2的推力变大而校正与3kN的推力相应的电流增益GH。此外,在本实施方式中,控制器C1即使对与1kN和3kN的指示推力相应的控制参数进行校正时,也是分别进行步骤S20至步骤S22的处理,以检测致动器A1、A2的异常。
控制器C1为了校正与针对0.5kN、1kN和3kN的各指示推力相对应的控制参数,反复进行从步骤S11到步骤S19的处理,完成各指示推力的控制参数校正后,进行步骤S20至步骤S22的处理,以检测致动器A1、A2的异常也可。此时的校正次数的计数也可针对各指示推力分别计数,然后与次数阈值进行比较,也可将各指示推力的校正次数的总和作为校正次数来与次数阈值进行比较。此外,各致动器A1、A2的单振幅最大值的差d与振幅差阈值γ之间的比较中,第一开关阀9或第二开关阀11上有异常时,即使是针对任何一个指示推力的估算推力也能获得同样的结果,因此,可使用各致动器A1、A2针对三个指示推力当中的任何一个指示推力的估算推力的单振幅最大值的差来进行则可。
而且,控制器C1作为针对0.5kN、1kN和3kN的指示推力的控制参数的电流增益GL、GM、GH得到校正并被更新,在下次控制时,驱动部44b会将最新的电流增益乘以控制力F1、F2所指示出的推力,有此来求取目标电流。
就这样,本实施方式中的第一变形例中的铁道车辆用减振装置1具有与多个指示推力相应的多个电流增益GL、GM、GH,并根据要使各致动器A1、A2输出的控制力F1、F2的值来选择电流增益,使用所选择的电流增益来获得电流指令。因此,即使有时控制开阀压力相对于被供给的电流量具有非线形特性的电磁安全阀22,电流增益也会因受到校正而得到最优化,可选择适合于控制器C1所指令出的推力的电流增益来获得电流指令。因此,根据如此构成的铁道车辆用减振装置1,则在推力的整个调整范围内,可将各致动器A1、A2所产生的推力按控制器C1所指令出的推力来控制。而且,当控制器C1所指令出的推力较低时,还可避免各致动器A1、A2所产生的推力变得过大这样的事态,可防止转向架T1、T2的振动和车身B自身的弹性振动激发。此外,此时,在多个点上的指示推力尽管已针对0.5kN、1kN和3kN这三个指示推力准备有电流增益GL、GM、GH,但在推力调整范围内,可针对哪个指示推力来准备电流增益,以及应准备的电流增益数可根据实际当中的电磁安全阀22的特性来合适地进行变更。
此外,在本实施方式中的第一变形例中的铁道车辆用减振装置1中,针对作为要使各致动器A1、A2输出的推力的控制力F1、F2设置多个分段,并针对各分段使电流增益GL、GM、GH相关联,使用已与控制力F1、F2所属分段相关联的电流增益来求取电流指令。如此构成的铁道车辆用减振装置1,通过预先针对向致动器A1、A2输出的推力设置好分段,从而针对每个分段设定最合适的电流增益GL、GM、GH。因此,能够以较少的电流增益数高效地将整个推力调整范围覆盖住,由此来控制致动器A1、A2,并能够防止激发转向架T1、T2的振动和车身B自身的弹性振动。
此外,针对推力调整范围内的最低推力与最高推力之间的一些推力设定好最合适的电流增益,若控制力F1、F2发出没有设定有最合适电流增益的推力指示时,在控制力F1、F2的上下上,选择已设定有最合适电流增益的推力,使用与该所选择出的推力相应的两个电流增益来进行线形插补,并求取与控制力F1、F2相应的电流增益,将所求出的电流增益乘以控制力F1、F2,由此来求取电流指令也可。
以上,详细地对本发明优选的实施方式进行了说明,但只要不超出权利要求书,均可进行改造、变形和变更。
本申请主张基于已于2018年3月28日向日本国专利厅申请的日本专利特愿2018-061536,和已于2018年11月1日向日本国专利厅申请日本专利特愿2018-206450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。
Claims (11)
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转向架之间的致动器;
控制所述致动器的控制器,
由所述控制器来估算所述致动器的推力,根据估算推力即估算出的推力,和指示推力即向所述致动器发出的指令所指示出的推力来校正控制参数,并使用所述控制参数来控制所述致动器。
2.根据权利要求1所述的铁道车辆用减振装置,其中,
所述控制器根据在规定时间内求出的所述估算推力的单振幅最大值的平均值与,在所述规定时间内向所述致动器发出的所述指示推力的单振幅最大值的平均值的比较结果,来校正所述控制参数。
3.根据权利要求2所述的铁道车辆用减振装置,其中,
当所述估算推力的单振幅最大值的平均值与所述指示推力的单振幅最大值的平均值之间的偏差超过阈值时,由所述控制器来校正所述控制参数。
4.根据权利要求2所述的铁道车辆用减振装置,其中,
当在所述规定时间估算出的所述估算推力伸长侧的单振幅最大值与收缩侧的单振幅最大值的差超过振幅差阈值时,所述控制器则判断为所述致动器有异常。
5.根据权利要求1所述的铁道车辆用减振装置,其中,
所述致动器由电机来驱动,
所述控制器根据所述电机的转矩来估算所述致动器的推力。
6.根据权利要求1至4的任一项所述的铁道车辆用减振装置,其中,
所述致动器具有电机和由所述电机驱动的泵,并接受来自所述泵的工作流体的供给发挥推力,
所述控制器根据所述电机的转矩和所述泵的摩擦转矩来估算所述致动器的推力。
7.根据权利要求6所述的铁道车辆用减振装置,其中,
所述致动器具有:
缸体;
滑动自如地插入到所述缸体内的活塞;
插入到所述缸体内并与所述活塞连结的连杆;
在所述缸体内,由所述活塞划分的连杆侧室和活塞侧室;
油箱;
可从所述油箱吸取工作流体,并向所述连杆侧室供给工作流体的泵;
驱动所述泵的所述电机;
将所述连杆侧室和所述活塞侧室连通的第一通道;
设在所述第一通道的第一开关阀;
将所述活塞侧室和所述油箱连通的第二通道;
设在所述第二通道的第二开关阀;
设在将所述连杆侧室和所述油箱连接的排出通道的电磁安全阀;
仅容许工作流体从所述活塞侧室朝向所述连杆侧室流动的整流通道;
仅容许工作流体从所述油箱朝向所述活塞侧室流动的吸入通道,
所述控制参数是向所述电磁安全阀发出的电流指令中的电流增益。
8.根据权利要求7所述的铁道车辆用减振装置,其中,
具有分别与多个指示推力相应的多个电流增益,
所述控制器根据要使所述致动器输出的推力来选择电流增益,使用所选择的所述电流增益求出所述电流指令。
9.根据权利要求8所述的铁道车辆用减振装置,其中,
对要使所述致动器输出的推力设置多个分段,并对每个分段使所述电流增益相关联,使用与要使所述致动器输出的推力所属的分段相关联的电流增益来求出电流指令。
10.根据权利要求1所述的铁道车辆用减振装置,其中,
所述致动器被分别安装在所述车身与所述车身前后的转向架之间,
所述控制器在对所述致动器的推力进行估算时,使用所述车身前后致动器来使所述车身向偏摆方向起振。
11.根据权利要求10所述的铁道车辆用减振装置,其中,
所述控制器以与所述车身的共振频率不同的频率来使所述车身起振。
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