CN111469877B - 铁路车辆用减震装置 - Google Patents

Abstract

铁路车辆用减震装置(1)具备：致动器(A)，其具备插入在铁路车辆车体(B)与转向架(T)之间并且通过供应工作液体能够进行伸缩的缸体主体(Cy)、当正向旋转时通过供应通道(16)向缸体主体(Cy)供应工作液体的泵(12)、以及设置在供应通道(16)的中途并且比泵(12)更靠近缸体主体(Cy)侧，仅允许工作液体从泵(12)流到缸体主体(Cy)的止回阀(17)；旋转位置传感器(43)，其用于检测泵(12)的反向旋转；以及反向旋转抑制装置(C)，其用于在泵(12)停止工作中，旋转位置传感器(43)检测到泵(12)反向旋转时，抑制泵(12)的反向旋转。

Description

铁路车辆用减震装置

[技术领域]

本发明涉及铁路车辆用减震装置的改进。

[背景技术]

至今，以下这种类型的铁路车辆用减震装置是众所周知的，例如，为抑制铁路车辆相对于车体行进方向的左右震动，可以通过将其插入在车体和转向架之间进行使用。

更具体地说，例如，如同JP2010-65797A中所公开的内容一般，铁路车辆用减震装置具备：缸体；可滑动地插入缸体内并将缸体内部分成杆侧室和活塞侧室的活塞；具备插入缸体内部并连接到活塞的杆的缸体主体；箱体；设置在连通杆侧室和活塞侧室的第一通道的中途的第一开闭阀；设置在连通活塞侧室和箱体的第二通道的中途的第二开闭阀；设置在连通箱体和杆侧室的供应通道并将液压油供应到杆侧室的泵；驱动泵的电机；设置在供应通道的中途并且比泵更靠近杆侧室，仅允许液压油从箱体流到杆侧室的止回阀；将杆侧室连接至箱体的排出通道；设置在该排出通道中途并且能够改变开阀压力的可变溢流阀；仅允许液体从箱体流到活塞侧室的吸入通道；以及仅允许液体从活塞侧室流向杆侧室的整流通道。

在如此构造的铁路车辆用减震装置中，在将液压油从泵供应给缸体的同时，通过控制第一开闭阀和第二开闭阀的开启和关闭，来使缸体主体伸缩并作为致动器发挥作用，可以主动抑制车辆的震动。另外，由于铁路车辆用减震装置在供应通道中设置止回阀可以防止液压油从缸体内部回流到泵，因此在停止泵的工作，且关闭第一开闭阀和第二开闭阀的状态下，能够将缸体主体作为无源减震器发挥作用。

[发明内容]

如上所述，由于供应通道上设有止回阀，因此传统的铁路车辆用减震装置也可以作为无源减震器发挥作用。但是，液压油中的污垢卡在止回阀或附着在阀体上，当无法关闭止回阀时，则缸体内的液压油不通过可变溢流阀而是通过供应通道流入箱体。

若发生此种情况，即便试图将缸体主体作为无源减震器发挥作用，由于液压油不会经受太大的阻力就能流经泵和止回阀，因此铁路车辆用减震装置在无源减震器模式下无法产生出预期阻尼力，并且无法充分地抑制车体的震动。

因此，本发明的目的在于提供一种即使在止回阀中发生异常也能够提高铁路车辆的乘坐舒适性的铁路车辆用减震装置。

本发明的铁路车辆用减震装置具备：致动器，其具备插入在铁路车辆车体与转向架之间并且通过供应工作液体能够进行伸缩的缸体主体、当正向旋转时通过供应通道向缸体主体供应工作液体的泵、驱动泵的电机、以及设置在供应通道的中途并且比泵更靠近缸体主体侧，仅允许工作液体从泵流到缸体主体的止回阀；检测装置，用于检测泵的反向旋转；反向旋转抑制装置，用于在泵停止工作中，检测装置检测到泵的反向旋转时，能够抑制泵的反向旋转。

[附图说明]

图1是配备有一实施方式中的铁路车辆用减震装置的铁路车辆的截面图。

图2是一实施方式中的铁路车辆用减震装置的致动器的回路图。

图3是一实施方式中的铁路车辆用减震装置的控制部的控制框图。

图4是示出用于确定电机电流值的程序一例的流程图。

图5是示出反向旋转抑制装置的第一变形例的图。

图6是示出反向旋转抑制装置的第二变形例的图。

[具体实施方式]

下面将基于附图中所示的实施方式说明本发明。在本实施方式中，一实施方式中的铁路车辆用减震装置1作为铁路车辆车体B的减震装置使用，并且如图1所示，构成为具备设置在转向架T和车体B之间的致动器A和控制器C。而且，本实施方式中的铁路车辆用减震装置1通过由致动器A产生的推力来抑制相对于车辆行进方向的车体B在水平横向上的震动。

在本实施方式中，如图2所示，致动器A具备：插入在铁路车辆车体B与转向架T之间并且通过供应工作液体能够进行伸缩的缸体主体Cy、当正向旋转时通过供应通道16向缸体主体Cy供应工作液体的泵12、驱动泵12的电机15、以及设置在供应通道16的中途并且比泵12更靠近缸体主体Cy侧，仅允许工作液体从泵12流到缸体主体Cy的止回阀17、以及液压回路HC。

缸体主体Cy具备：连接铁路车辆的转向架T和车体B两者中之一的缸体2；可滑动地插入缸体2内的活塞3；插入缸体2内并且一端与活塞3连接的同时，另一端与转向架T和车体B两者中另一个连接的杆4；通过活塞3将缸体2内部分隔的杆侧室5和活塞侧室6；以及用于存储工作液体的箱体7。因此，在本实施方式中，致动器A被构成为单杆型致动器。

此外，在本实施实施中，杆侧室5和活塞侧室6填充有液压油以用作工作液体，与此同时箱体7中除液压油之外，还填充有气体。此外，箱体7内部不需要通过压缩气体后填充以达到加压状态。另外，除液压油外，工作液体也可以使用其他液体。

供应通道16连接缸体主体Cy中的杆侧室5和箱体7。泵12设置在供应通道16中并且由电机15驱动，以用作仅沿一个方向排出液压油的泵。而且，泵12的排出口12b通过供应通道16与杆侧室5连通的同时，吸入口12a与箱体7连通，当由电机15驱动时，泵12从箱体7中吸入液压油，并且将液压油供应到杆侧室5。

如上所述，由于泵12仅沿一个方向排出液压油而不切换旋转方向，因此不存在切换旋转方向时排出量发生变化的问题，并且可以使用廉价的齿轮泵等，也可以使用活塞泵。而且，由于泵12的旋转方向总是朝向相同的方向，因此不要求作为用于驱动泵12的驱动源的电机15对旋转切换具有高响应性，相应地电机15也可以使用价格便宜的产品。此外，止回阀17设置在供应通道16的中途并且比泵12更靠近缸体主体Cy侧。止回阀17仅允许来自泵12的液压油流向杆侧室5，防止液压油从杆侧室5逆流到泵12。

液压回路HC具备：设置在连通杆侧室5和活塞侧室6的第一通道8的中途的第一开闭阀9；设置在连通活塞侧室6和箱体7的第二通道10的中途的第二开闭阀11；连接杆侧室5和箱体7的排出通道21；设置在排出通道21的中途并且能够改变开阀压力的可变溢流阀22；仅允许液压油从活塞侧室6流向杆侧室5的整流通道18；以及仅允许液压油从箱体7流向活塞侧室6的吸入通道19。

而且，基本上，当第一开闭阀9与第一通道8连通，关闭第二开闭阀11并且驱动泵12时，缸体主体Cy延伸，当第二开闭阀11与第二通道10连通，关闭第一开闭阀9并且驱动泵12时，缸体主体Cy收缩。像这样，在驱动泵12并且供应液压油到缸体主体Cy的状态下，致动器A根据第一开闭阀9和第二开闭阀11的开启关闭状态而进行伸缩，并且作为致动器发挥作用(致动器模式)。

下面将详细地说明致动器A的各部分。缸体2为圆筒状，如图2所示的右端由盖子13封闭，并且环形的杆引导件14安装在如图2所示的左端。另外，可移动地插入缸体2内的杆4可滑动地插入杆引导件14中。此杆4的一端伸出至缸体2的外部，缸体2内的另一端与可滑动地插入在缸体2内的活塞3连接。

此外，杆引导件14的外周和缸体2之间通过图中未示出的密封构件密封，由此缸体2内保持密封状态。而且，如上所述，在通过活塞3将缸体2内部分隔而形成的杆侧室5和活塞侧室6中填充有液压油。

另外，在此缸体主体Cy的情况下，杆4的横截面积为活塞3的横截面积的一半，活塞3的杆侧室5侧的受压面积为活塞侧室6侧的受压面积的一半。因此，如果使当杆侧室5的压力在延伸操作时和收缩操作时相等，则伸缩两者中所产生的推力也相等，并且液压油量相对于缸体主体Cy的位移量在伸缩两侧中也相等。

详细地说，当缸体主体Cy延伸操作时，杆侧室5和活塞侧室6彼此连通。如此一来，杆侧室5和活塞侧室6中的压力相等，致动器A产生推力，该推力为活塞3的杆侧室5侧和活塞侧室6侧之间的受压面积差乘以所述压力而获得的推力。与此相反，当缸体主体Cy收缩操作时，杆侧室5和活塞侧室6彼此断开，将活塞侧室6连通到箱体7中。如此一来，致动器A产生推力，该推力为杆侧室5内的压力乘以活塞3的杆侧室5侧的受压面积而获得的推力。

总之，致动器A产生的推力为通过伸缩两种操作将活塞3的横截面积的一半乘以杆侧室5的压力后而获得的值。因此，当控制致动器A的推力时，可以通过控制杆侧室5的压力以进行延伸操作和收缩操作两种操作。另外，在本例的致动器A中，由于将活塞3的杆侧室5侧的受压面积设定为活塞侧室6侧的受压面积的一半，并且当伸缩两侧产生相等推力时，杆侧室5的压力在延伸侧和收缩侧是相同的，因此简化了控制。此外，由于相对于位移量的液压油量相同，因此具有伸缩两侧的响应性相同的优点。此外，即使未将活塞3的杆侧室5侧的受压面积设定为活塞侧室6侧的受压面积的一半，可以通过杆侧室5压力来控制致动器A在伸缩两侧的推力这一点不会改变。

返回之前的说明，在封闭如图2所示的杆4左端和缸体2右端的盖子13上设置有图中未示出的安装部，可以将此致动器A插入在铁路车辆中的转向架T和车体B之间。

而且，杆侧室5和活塞侧室6通过第一通道8彼此连通，并且第一开闭阀9设置在此第一通道8的中途。此第一通道8在缸体2外侧连通杆侧室5和活塞侧室6，但也可以设置在活塞3中。

第一开闭阀9是电磁开闭阀，其具备打开第一通道8以将杆侧室5和活塞侧室6彼此连通的连通位置、以及切断第一通道8以切断杆侧室5与活塞侧室6的连通的切断位置。而且，此第一开闭阀9在通电时处于连通位置，在未通电时处于切断位置。

接下来，活塞侧室6和箱体7通过第二通道10彼此连通，并且第二开闭阀11设置在此第二通道10的中途。第二开闭阀11是电磁开闭阀，其具备打开第二通道10以将活塞侧室6和箱体7彼此连通的连通位置、以及切断第二通道10以切断活塞侧室6和箱体7的连通的切断位置。而且，此第二开闭阀11在通电时处于连通位置，在未通电时处于切断位置。

而且，设置在连接杆侧室5和箱体7的排出通道21的可变溢流阀22是比例电磁溢流阀，可以根据所供应的电流量来调节开阀压力，当将电流量设为最大值时，开阀压力最小，并且当没有供应电流时，开阀压力最大。

像这样，当设置排出通道21和可变溢流阀22时，当对缸体主体Cy实施伸缩操作之际，可将杆侧室5内的压力调至可变溢流阀22的开阀压力，并且可以通过供应至可变溢流阀22的电流量来控制致动器A的推力。当设置排出通道21和可变溢流阀22时，不再需要为调节致动器A推力所需的传感器等，并且不需要为调节泵12的排出流量而高度控制电机15。因此，铁路车辆用减震装置1价格廉价，并且在硬件和软件方面都可以构建牢固的系统。

此外，当第一开闭阀9处于连通位置且第二开闭阀11处于切断位置时，或者当第一开闭阀9处于切断位置且第二开闭阀11处于连通位置时，无论泵12的驱动状态如何，致动器A可以仅对延伸或者收缩中的任意一方产生阻尼力。因此，例如，当产生阻尼力的方向是因铁路车辆的转向架T震动而使车体B震动的方向时，可以将致动器A设置为单效减震器以使其在此方向上不产生阻尼力。因此，此致动器A基于Karnopp理论可以很容易地实现半主动控制，因此还可以作为半主动减震器发挥作用。此外，在本实施方式中的铁路车辆用减震装置1中，当致动器A作为半主动减震器发挥作用时，停止泵12的工作并且不向缸体主体Cy供应液压油，而是根据想要产生阻尼力的伸缩方向，仅开启第一开闭阀9和第二开闭阀11中的一个(半主动模式)。

此外，当使用通过施加到可变溢流阀22的电流量成比例地改变开阀压力的比例电磁溢流阀时，开阀压力的控制变得简单，但只要是可以调节开阀压力的可变溢流阀即可，并不限定于比例电磁溢流阀。另外，排出通道21中也可以设置压力控制阀以取代可变溢流阀22。

而且，无论第一开闭阀9和第二开闭阀11的开闭状态如何，当可变溢流阀22在缸体主体Cy的伸缩方向上具有过量的输入，并且杆侧室5的压力超过开阀压力时，打开排出通道21。像这样，当杆侧室5的压力不小于开阀压力时，由于可变溢流阀22将杆侧室5的压力排出至箱体7，因此防止缸体2内的压力过大以保护致动器A的整个系统。因此，当设置排出通道21和可变溢流阀22时，也可以保护系统。

而且，本例中的致动器A中的液压回路HC具备：仅允许液压油从活塞侧室6流到杆侧室5的整流通道18、以及仅允许液压油从箱体7流到活塞侧室6的吸入通道19。因此，在本例的致动器A中，当缸体主体Cy在第一开闭阀9和第二开闭阀11关闭的状态下进行伸缩时，从缸体2中挤出液压油。由于可变溢流阀22相对于从缸体2中排出的液压油的流动提供阻力，因此当第一开闭阀9和第二开闭阀11处于关闭状态时，本例中的致动器A作为单流型减震器发挥作用。

更详细地说，整流通道18连通活塞侧室6和杆侧室5，中途设有止回阀18a，并且被设置为仅允许液压油从活塞侧室6流向杆侧室5的单向通道。而且，吸入通道19连通箱体7和活塞侧室6之间，中途设有止回阀19a，并且被设置为仅允许液压油从箱体7流向活塞侧室6的单向通道。此外，将第一开闭阀9的切断位置作为止回阀时，整流通道18可以汇集到第一通道8中，将第二开闭阀11的切断位置作为止回阀时，吸入通道19可以汇集到第二通道10中。

在如此构造的致动器A中，即使第一开闭阀9和第二开闭阀11都处于切断位置，整流通道18、吸入通道19和排出通道21也可以依次与杆侧室5、活塞侧室6和箱体7连通。另外，整流通道18、吸入通道19和排出通道21设置为单向通道。因此，当缸体主体Cy因外力而进行伸缩时，液压油必然会从缸体2排出并通过排出通道21返回到箱体7，当缸体2中液压油量不足时，液压油还可以通过吸入通道19从箱体7供应到缸体2中。由于可变溢流阀22相对于此液压油的流动提供阻力并且将缸体2内的压力调至开阀压力，因此致动器A作为无源单流型减震器发挥作用。

另外，当出现致动器A无法向各设备供电的故障时，第一开闭阀9和第二开闭阀11分别处于切断位置，可变溢流阀22作为用于保持开阀压力处于最大值的压力控制阀发挥作用。因此，在这种故障期间，致动器A可以自动地作为无源减震器发挥作用。另外，在本实施方式中的铁路车辆用减震装置1中，当致动器A作为无源减震器发挥作用时，停止泵12的工作以停止液压油的供应，停止向第一开闭阀9和第二开闭阀11停止通电(无源减震器模式)。

接下来，当使致动器A在期望的延伸方向上产生推力时，控制器C基本上在使电机15旋转并且将液压油从泵12供应到缸体2内的同时，将第一开闭阀9设在连通位置上，第二开闭阀11设在切断位置上。如此一来，杆侧室5和活塞侧室6彼此连通，并且从泵12向两者供应液压油，当如图2所示向左推动活塞3时，致动器A在延伸方向上产生推力。当杆侧室5和活塞侧室6中的压力超过可变溢流阀22的开阀压力时，可变溢流阀22打开，液压油通过排出通道21排出到箱体7。因此，杆侧室5内和活塞侧室6内的压力被调控为通过施加到可变溢流阀22的电流量来确定的可变溢流阀22的开阀压力。而且，致动器A产生推力，该推力为通过将活塞3中的活塞侧室6侧和杆侧室5侧之间的受压面积差，乘以由可变溢流阀22控制的杆侧室5内和活塞侧室6内的压力而获得的在延伸方向上的推力。

对此，当致动器A在期望的收缩方向上产生推力时，控制器C在使电机15旋转并将液压油从泵12供应至杆侧室5的同时，将第一开闭阀9设在切断位置上，将第二开闭阀11设在连通位置上。如此一来，由于活塞侧室6和箱体7在处于彼此连通的状态的同时，将液压油从泵12供应到杆侧室5，因此如图2所示向右推动活塞3，致动器A在收缩方向上产生推力。而且，如上所述，当调节可变溢流阀22的电流量时，致动器A产生推力，该推力为通过将活塞3中的杆侧室5侧的受压面积乘以由可变溢流阀22控制的杆侧室5内的压力而获得的在收缩方向上的推力。

另外，致动器A不仅可以作为致动器发挥作用，而且无论电机15的驱动状态如何，仅通过第一开闭阀9和第二开闭阀11的开闭就可以作为减震器发挥作用。另外，当将致动器A从致动器切换到减震器时，不需要在第一开闭阀9和第二开闭阀11之间进行麻烦且急速的切换操作，因此可以提供一种具有高响应性和可靠性的系统。

此外，由于本例的致动器A被设为单杆型，因此与双杆型致动器相比更容易确保行程长度，并且致动器的总长度缩短，在铁路车辆上的可安装性得到改善。

另外，本例的致动器A中，来自泵12的液压油供应以及利用伸缩操作所实现的液压油流动依次流经杆侧室5和活塞侧室6，最终返回到箱体7。因此，即使在杆侧室5或活塞侧室6中混入气体，也可以通过缸体主体Cy的伸缩操作将其自动地排出到箱体7中，因此可以防止产生推力时的响应性的恶化。因此，当制造致动器A时，不需要在复杂的油中或真空环境下组装，也不需要进行高度的液压油脱气，因此可以在提高生产性的同时降低制造成本。而且，即使在杆侧室5或活塞侧室6中混入气体，通过缸体主体Cy的伸缩操作将气体独立地排出到箱体7中，因此不需要频繁地维护以恢复性能，可以从维护方面减少人工和成本负担。

接下来，将对控制器C进行说明。如图3所示，控制器C构成为具备：加速度传感器40，用于检测相对于车辆行驶方向车体B在水平横向上的横向加速度a；带通滤波器41，用于去除包括在横向加速度a中的曲线行驶期间的稳定加速度、漂移分量以或噪声；以及控制处理部42，用于处理由带通滤波器41进行滤波后的横向加速度a，并且向致动器A中的电机15、第一开闭阀9、第二开闭阀11和可变溢流阀22输出控制指令；其用于控制致动器A的推力。此外，由于通过带通滤波器41去除包括在横向加速度a中的曲线行驶期间的稳定加速度，因此可以仅对破坏乘坐舒适性的震动进行抑制。

如图3所示，控制处理部42构成为具备：模式选择部421，用于选择致动器A是作为致动器模式、半主动模式还是作为无源减震器模式发挥作用；控制力计算部422，用于根据由加速度传感器40所检测的横向加速度a来求出作为由致动器A所应产生的推力的控制力F；电机控制部423，用为了为通过监控电机15的转速来控制电机15，而获得对施加到电机15的电流进行指示的电流指令I；溢流阀电流值计算部424，用于根据控制力F来求出施加到可变溢流阀22的溢流阀电流值IR；开闭阀驱动部425，用于通过接收控制力F的输入对第一开闭阀9和第二开闭阀11进行切换驱动；溢流阀驱动部426，用于通过接收溢流阀电流值IR的输入对供应给可变溢流阀22的电流量进行控制；电机驱动器427，用作通过接收电流指令I的输入按照电流指令I向电机15供应电流并驱动电机15的驱动部；以及异常信号发送部428。

模式选择部421用于选择致动器A是作为致动器模式、半主动模式还是作为无源减震器模式发挥作用。模式选择部421用于通过图中未示出的管理铁路车辆的监控装置获得铁路车辆的行驶地点信息，并且选择致动器A的模式。在本实施方式中，例如，模式选择部421在车体B的震动变得强烈的隧道区段中选择致动器模式，在曲线区段中选择半主动模式，并在光亮区段(隧道外)且直线区段中选择无源减震器模式。如上所述，模式选择部421在选择模式时，可以将模式与行驶区段相关联，也可以将模式与除行驶区段之外的行驶速度相关联，也可以将模式与行驶区段和行驶速度两者相关联。另外，上述各模式与行驶区段的关联仅是一个示例，本发明并不限于此。当将模式与行驶区段和行驶速度两者相关联时，例如，当行驶速度不大于50km/h时，无论哪个区段均可以设定无源减震器模式；当行驶速度超过50km/h时，则当行驶区段为隧道区段与曲线区段时将模式设定为致动器模式，在其他区段则设定为半主动模式。在将模式与行驶区段和行驶速度两者相关联的情况下，上述示例也仅是示例性的，本发明并不限于此。

在本例中，控制力计算部422是H∞控制器，为抑制车体B的震动从横向加速度a中求出应对由致动器A输出的推力进行指示的控制力F。此外，控制力F根据方向给出正号或负号，并且符号表示应对致动器A输出的推力的方向。当接收控制力F的输入时，开闭阀驱动部425根据控制力F的符号向第一开闭阀9和第二开闭阀11供电或者停止供电，并驱动开闭阀。更详细地说，当致动器A的延伸方向为正、收缩方向为负时，开闭阀驱动部425对第一开闭阀9和第二开闭阀11进行以下操作。当控制力F的符号为正时，致动器A产生推力的方向是延伸方向，因此开闭阀驱动部425将第一开闭阀9设在连通位置上的同时，将第二开闭阀11设在切断位置上。如此一来，液压油从泵12供应到杆侧室5和活塞侧室6双方，并且致动器A在延伸方向上产生推力。另一方面，当控制力F的符号为负时，由于致动器A产生推力的方向是收缩方向，因此开闭阀驱动部425将第一开闭阀9设在切断位置上的同时，将第二开闭阀11设在连通位置上。如此一来，仅将液压油从泵12供应到杆侧室5，并且活塞侧室6和箱体7彼此连通，因此致动器A在收缩方向上产生推力。

此外，在本例中，控制力计算部422仅从横向加速度a中求出控制力F，但是也可以根据车体B的摇摆加速度和横摆加速度来分别计算用于抑制车体B在摇摆方向上的震动的控制力与用于抑制车体在横摆方向上的震动的控制力，然后相加后求出控制力F。另外，控制力计算部422可以是一种用于执行天棚控制的控制器，其通过从横向加速度a获得车体B速度后乘以天棚增益来求出控制力F。此外，控制力计算部422根据由模式选择部421选择的模式从多个控制增益中选择并使用适当的控制增益，也由于其具有多个求出控制力F的控制规则，因此也可以根据所述模式选择并使用最佳的控制规则来求出控制力F。在这种情况下，例如，控制力计算部422可以从模式选择部421获得当前选择模式的相关信息，并选择控制增益或控制规则。

当致动器A作为致动器发挥作用时，电机控制部423以预定的转速驱动泵12，并且当致动器A作为半主动减震器或无源减震器发挥作用时，停止泵12的工作。更详细地说，电机控制部423从旋转位置传感器43和电流传感器44接收所述旋转位置和所述电流量的输入，其中位置传感器43是检测电机15未图示的转子的旋转位置的检测装置，电流传感器44用作检测电机15未图示的绕组中流通的电流量。而且，电机控制部423通过微分旋转位置来求出电机15的转速，并监控所求得的电机15的转速和流向电机15的电流量。而且，电机控制部423具备速度环路和电流环路，当致动器A作为致动器发挥作用时，通过反馈电机15的转速和电流量以预定的转速来驱动电机15，从而求出应施加到电机15的电流指令I。

另一方面，当致动器A作为半主动减震器或无源减震器发挥作用时，电机控制部423将电流指令I设定为0以停止向电机15通电，当从旋转位置传感器43所检测到的旋转位置求得的转速表示电机15的反向旋转时，执行控制以使电机15的转速为0。由于图中未示出的电机15的转子与泵12的驱动轴相连接，因此当电机15反向旋转时，泵12也反向旋转。也就是说，当致动器A作为半主动减震器或无源减震器发挥作用并检测到泵12的反向旋转时，电机控制部423反馈电机15的转速，并且执行电机15的速度反馈控制以使电机15的转速变为0。

更具体地说，电机控制部423通过速度反馈控制求得电流指令I，以使电机15的转速变为0。当电机控制部423以这种方式获得电流指令I时，泵12的转速被控制为0，并且泵12的反向旋转得到抑制。

当停止泵12的工作并且致动器A作为无源减震器发挥作用的情况下，当第一开闭阀9和第二开闭阀11处于切断位置、止回阀17工作正常、并且利用外力伸缩缸体主体Cy时，液压油通过排出通道21从缸体主体Cy排出到箱体7，并且由于可变溢流阀22对液压油流动提供阻力，因此致动器A可以通过可变溢流阀22产生阻尼力。但是，当致动器A用作无源减震器的情况下，当止回阀17异常无法关闭时，则从缸体主体Cy排出的液压油流经止回阀17和泵12后，经由供应通道16排出到箱体7中。当缸体主体Cy的伸缩速度极低并且流经泵12的液压油流量较小时，液压油绕过可变溢流阀22而是流经泵12的泄漏间隙到达箱体7。因此，当致动器A用作无源减震器模式并且止回阀17有异常时，在缸体主体Cy以极低的速度伸缩的情况下无法产生阻尼力。另外，当缸体主体Cy的伸缩速度增快并且流经泵12的液压油的流量增多时，当液压油绕过可变溢流阀22流经泵12之际，液压油使泵12反向旋转并且流向箱体7。当液压油流经泵12之际，通过泵12相对于液压油流动呈反向旋转时所产生的摩擦而给出阻力，但是小于可变溢流阀22的阻力。因此，当用作无源减震器模式并且止回阀17有异常时，即使缸体主体Cy以超过极低速度的速度进行伸缩，致动器A也无法产生较大的阻尼力。即使处于半主动模式，当止回阀17有异常，则缸体主体Cy中的液压油将经由止回阀17和泵12排出到箱体7，因此即使在想要产生阻尼力的方向上，致动器A也无法如预期那样产生阻尼力。

像这样，当止回阀17有异常时，则在停止泵12的状态下使致动器A产生阻尼力时，泵12因液压油的流动而反向旋转。对此，当致动器A作为半主动减震器或无源减震器发挥作用的情况下，当旋转位置传感器43检测到泵12的反向旋转时，电机控制部423执行控制操作以使电机15的转速为0。当控制器C以这种方式控制电机15以抑制泵12的反向旋转时，从缸体主体Cy排出的液压油很难流经泵12，而是通过推开可变溢流阀22流经排出通道21并排出到箱体7。如此一来，杆侧室5内的压力被调节直至达到可变溢流阀22的开阀压力，致动器A产生足够的阻尼力以抑制车体B的震动。如此一来，即使在止回阀17中发现异常，本实施方式中的铁路车辆用减震装置1也在半主动模式和无源减震器模式下使致动器A产生必要且足够的阻尼力，并可以改善铁路车辆的乘坐舒适性。

此外，当电机15是无刷电机时，通常设有对用于检测电机15的电角度的旋转变压器或霍尔元件等进行检测的传感器，此传感器可以作为旋转位置传感器43使用。当致动器A作为致动器发挥作用时，泵12的预定转速可以预先确定为最佳值，即应用铁路车辆用减震装置1的铁路车辆的减震的最佳值。也就是说，电机控制部423以预定转速作为目标转速，基于电机15的转速与目标转速之间的偏差获得目标电流值，并且基于目标电流值与实际上流向电机15的电流量之间的偏差，来获求出应给予电机15的电流指令I。另一方面，在本实施方式中，当致动器A作为半主动减震器或无源减震器发挥作用时，电机控制部423停止泵12的驱动，当泵12停止工作而泵12反向旋转的情况下，通过速度反馈控制求得电流指令I以使泵12的转速为0。如上所述，在本实施方式中，检测到泵12反向旋转的检测装置是用于检测电机15的转子的旋转位置的旋转位置传感器43，由于通过作用于电机15的扭矩也可以检测到电机15的反向旋转，因此也可以是扭矩传感器。另外，检测装置也可以直接检测泵12的旋转位置或转速。而且，在本实施方式中，用于抑制泵12的反向旋转的反向旋转抑制装置具备用于控制电机15的控制器C，当旋转位置传感器43检测到泵12的反向旋转时，控制器C执行速度反馈控制以使电机15的速度为0。

另外，在停止向电机15通电的过程中，当从旋转位置传感器43获得的转速显示电机15反向旋转时，电机控制部423将异常信号输出到异常信号发送部428。异常信号发送部428将错误信号发送到比铁路车辆用减震装置1更上位的外部装置，例如用于监控铁路车辆信息的、图中未示出的车辆监控装置或上位控制装置等。当接收到错误信号时，外部装置通过在监控器上显示或从扬声器输出警报来通知铁路车辆操作人员铁路车辆用减震装置1中存在异常。

接下来，溢流阀电流值计算部424根据如上所述分别获得的控制力F来求出要提供给可变溢流阀22的溢流阀电流值IR。在这里，开阀压力与供应的电流量成比例地变化，可变溢流阀22具有压力增量特性，即压力损失随着流经流量的增加而增加。当选择致动器模式时，电机15的转速以预定的转速等速旋转，流经可变溢流阀22的液压油量可以在一定程度上进行预估，因此溢流阀电流值计算部424考量了压力增量，求出所述溢流阀电流值IR。另一方面，在半主动模式和无源减震器模式中，由于泵12停止工作，因此不必考虑来自泵12的流量，因此可以在不考量压力增量的情况下求出溢流阀电流值IR。

此外，在本例中，溢流阀驱动部426是用于驱动可变溢流阀22的图中未用符号示出的螺线管的驱动器，接收溢流阀电流值IR的输入并按照溢流阀电流值IR将相应的电流量提供给可变溢流阀22。

尽管图中未示出，但是电机驱动器427具备用于驱动电机15的驱动回路和用于控制驱动回路中的开关的控制部，并且向电机15提供由电流指令I指示的电流。在本实施方式中，电机驱动器427接收电流指令I的输入，执行电机15的PWM控制，驱动电机15以使流过电机15的电流量变为由电流指令I指示的电流量，并驱动泵12旋转。

使用如图4中所示的流程图对上述控制器C的处理进行说明。首先，控制器C参考致动器A的模式来判断所选模式是否是致动器模式(步骤F1)。当所选模式为致动器模式时，控制器C以预定转速驱动泵12(步骤F2)，并进一步求出控制力F以控制第一开闭阀9、第二开闭阀11、以及可变溢流阀22(步骤F3)。

另一方面，当所选模式不是致动器模式而是半主动模式或无源减震器模式时，控制器C判断所选模式是否是半主动模式(步骤F4)。而且，当所选模式为半主动模式时，控制器C判断泵12是否正在反向旋转(步骤F5)。当泵12没有反向旋转时，则止回阀17正常工作，因此控制器C不向电机15供电(步骤F6)，并进一步求出控制力F以控制第一开闭阀9、第二开闭阀11以及可变溢流阀22(步骤F7)。另一方面，当在步骤F5中判断泵12正在反向旋转时，则止回阀17有异常并且处于无法切断供应通道16的状态中，因此控制器C反馈电机15的转速，并执行控制以使电机15的转速为0(步骤F8)。而且，移至步骤F7，控制器C求出控制力F以控制第一开闭阀9、第二开闭阀11、以及可变溢流阀22。

当在步骤F4中判断所选模式不是半主动模式而是无源减震器模式时，控制器C判断泵12是否正在反向旋转(步骤F9)。当泵12没有反向旋转时，则止回阀17工作正常，因此控制器C停止向电机15通电(步骤F10)，并且进一步停止向第一开闭阀9和第二开闭阀11通电，关闭阀门求出控制力F以控制可变溢流阀22的开阀压力(步骤F11)。另一方面，当在步骤F9中判断泵12正在反向旋转时，则止回阀17有异常并且无法切断供应通道16，因此控制器C反馈电机15的转速，并执行控制以使电机15的转速为0(步骤F12)。而且，移至步骤F11，控制器C求出控制力F以控制可变溢流阀22的开阀压力，停止向第一开闭阀9和第二开闭阀11通电，并关闭阀门。

此外，虽然图中未示出，但具体来说，例如控制器C作为硬件资源，可以构成为具备：用于获取加速度传感器40及各传感器43和44所输出的信号的A/D转换器、对通过收进带通滤波器41滤波过的横向加速度a来控制致动器A所需的处理的程序进行存储的ROM(ReadOnly Memory)等存储装置、执行上述程序处理的CPU(Central Processing Unit)等计算装置、以及用于为CPU提供存储区域的RAM(Random Access Memory)等存储装置，控制器C的控制处理部42中的各部分都可以通过执行CPU的所述程序来实现。另外，带通滤波器41可以通过执行所述CPU的程序来实现。

如上所述，铁路车辆用减震装置1具备：致动器A，其具备插入在铁路车辆车体B与转向架T之间并且通过供应液压油(工作液体)能够进行伸缩的缸体主体Cy、当正向旋转时通过供应通道16向缸体主体Cy供应液压油的泵12、以及设置在供应通道16的中途并且比泵12更靠近缸体主体Cy侧，仅允许液压油从泵12流到缸体主体Cy的止回阀17；旋转位置传感器(检测装置)43，其用于检测泵12的反向旋转；以及控制器(反向旋转抑制装置)C，其用于在泵12停止工作中，旋转位置传感器(检测装置)43检测到泵12反向旋转时，抑制泵12的反向旋转。

由于如此构造的铁路车辆用减震装置1可以检测泵12的反向旋转，因此可以识别止回阀17的异常。而且，当铁路车辆用减震装置1检测到泵12的反向旋转并且识别出止回阀17的异常时，抑制泵12的反向旋转，并且对从缸体主体Cy侧流经止回阀17并想要流经泵12的液压油的流动施加阻力以防止液压油流经泵12。如此，根据本实施方式的铁路车辆用减震装置1，当停止泵12的工作并识别出止回阀17的异常时，抑制泵12的反向旋转并且对液压油的流动施加阻力，因此，即使止回阀17发生异常，致动器A也可以如预期产生必要且足够的阻尼力，可以提高铁路车辆的乘坐舒适性。

另外，在本实施方式的铁路车辆用减震装置1中，反向旋转抑制装置具备用于控制电机15的控制器C，当旋转位置传感器(检测装置)43检测到泵12的反向旋转时，控制器C执行速度反馈控制以使电机15的速度为0。当止回阀17异常时，可以积极地驱动泵12正向旋转以将液压油供应到缸体主体Cy，当第一开闭阀9和第二开闭阀11未打开时致动器A将自主伸缩，因此当致动器A作为半主动减震器或无源减震器发挥作用时，必须高度控制第一开闭阀9和第二开闭阀11。对此，在本实施方式的铁路车辆用减震装置1中，控制器C执行速度反馈控制以使电机15的转速为0，可以抑制泵12的反向旋转而并非使泵12正向旋转，因此具有如下优点，即简化了当致动器A作为半主动减震器或无源减震器发挥作用时的控制。另外，当控制器C执行速度反馈控制以使电机15的转速为0时，液压油不从泵12侧供应到缸体主体Cy，因此当缸体主体Cy伸缩时只要不影响流经可变溢流阀22的液压油即可，因此具有致动器A可以产生的阻尼力基本上等同于止回阀17处于正常状态时所产生的阻尼力的优点。即使控制器C执行用于反馈泵12的旋转位移的位移反馈控制以使泵12的旋转位移为0时，也可以同样享受这些优点。当控制器C执行控制以使泵12的旋转位移为0时，可以抑制泵12欲反向旋转时在反向旋转方向上的位移，另外，也不会使泵12沿正向旋转方向位移。因此，即使控制器C执行用于反馈泵12的旋转位移的位移反馈控制以使泵12的旋转位移为0时，也可以简化致动器A作为半主动减震器或无源减震器发挥作用时的控制。此外，当缸体主体Cy伸缩时只要不影响流经可变溢流阀22的液压油即可，致动器A所产生的阻尼力几乎等同于止回阀17处于正常状态时产生的阻尼力。

另外，在本实施方式中的铁路车辆用减震装置1具备用于致动器A控制缸体主体Cy伸缩的液压回路HC，当液压回路HC将液压油从泵12供应到缸体主体Cy时，致动器A作为致动器发挥作用，当停止从泵12向缸体主体Cy供应液压油时，致动器A被切换为半主动减震器和无源减震器中的至少一个模式来发挥作用。根据如上所述构造的铁路车辆用减震装置1，当致动器A作为半主动减震器或无源减震器发挥作用时，致动器A如预期般产生阻尼力可以充分抑制车体的震动。

而且，在本实施方式的铁路车辆用减震装置1中，当旋转位置传感器(检测装置)43检测到泵12的反向旋转时，控制器C将异常信号发送到车辆监控器或上位控制装置等外部装置。根据如此构造的铁路车辆用减震装置1，当检测到止回阀17异常时，发送异常信号到外部装置，因此可以实时向操作人员通知止回阀17的异常并且使其认识到维护的必要性。

另外，在本实施方式的铁路车辆用减震装置1中，缸体主体Cy具有：缸体2；可滑动地插入缸体2中的活塞3；插入缸体2内并与活塞3连接的杆4；通过活塞3将缸体2内部分隔的杆侧室5和活塞侧室6；以及用于储存液压油并与泵12的吸入口12a相连接的箱体7，供应通道16连通杆侧室5，同时液压回路HC具备：连通杆侧室5和活塞侧室6的第一通道8；设置在第一通道8中的第一开闭阀9；连通活塞侧室6和箱体7的第二通道10；设置在第二通道10的第二开闭阀11；将杆侧室5连接到箱体7的排出通道21；以及设置在排出通道21中途并且可以改变开阀压力的可变溢流阀22。在如此构造的铁路车辆用减震装置1中，利用第一开闭阀9和第二开闭阀11的开闭，致动器A除致动器之外还可以作为半主动减震器发挥作用，同时可以通过调节可变溢流阀22的开阀压力控制致动器A的推力。因此，根据本实施方式的铁路车辆用减震装置1，不再需要为调节致动器A的推力所需的传感器等，也不再需要为调节泵12的排出流量而高度控制电机15，并且铁路车辆用减震装置1价格更廉价。

而且，在本实施方式的铁路车辆用减震装置1中，液压回路HC具备仅允许液压油从箱体7流到活塞侧室6的吸入通道19、以及仅允许液压油从活塞侧室6流到杆侧室5的整流通道18。根据如此构造的铁路车辆用减震装置1，当停止泵12的工作并且关闭第一开闭阀9和第二开闭阀11时，致动器A可以自动作为单向型无源减震器发挥作用。此外，当通过停止供电来预先关闭第一开闭阀9和第二开闭阀11时，即使在故障期间，致动器A也可以自动作为无源减震器发挥作用。

此外，如图5所示，反向旋转抑制装置也可以由在抑制电机15的转子15a旋转和允许旋转之间切换的电磁制动器30构成。电磁制动器30具备：设置在转子15a上的制动转子31；相对于电机15的壳体15b进行固定设置并且在其内部具备线圈32a的定子32；可靠近或远离制动转子31的的摩擦板33；用于使摩擦板33抵靠制动转子31的弹簧34。而且，当电磁制动器30向线圈32a通电时，线圈32a吸引摩擦板33并使其远离制动转子31以允许制动转子31自由旋转，另一方面当切断线圈32a的通电时，摩擦板33在弹簧34的推力下与制动转子31紧密接触以抑制制动转子31的旋转。像这样，电磁制动器30在通电时允许电机15的转子15a旋转，并且在非通电时阻止电机15的转子15a旋转。如此，即使将反向旋转抑制装置用作电磁制动器30，在止回阀17异常时也能够通过阻止电机15的旋转来抑制泵12的反向旋转。因此，根据将反向旋转抑制装置用作电磁制动器30的铁路车辆用减震装置1，即使止回阀17产生异常，致动器A也可以如预期地产生必要且足够的阻尼力，以提高铁路车辆的乘坐舒适性。此外，当停止泵12的通电并且检测到止回阀17的异常时，则可以停止电磁制动器30的通电以抑制泵12的反向旋转，当泵12停止工作时，也可以停止向电磁制动器30供电。另外，电磁制动器30可以在通电时抑制电机15的转子15a的旋转，在非通电时允许转子15a的自由旋转。此外，只要定子32相对于电机15的壳体15b固定即可，其可以固定在壳体15b上，也可以设置在别处。另外，电磁制动器30可以设置为在不通过电机15的情况下直接抑制泵12的旋转。

此外，如图6所示，反向旋转抑制装置可以构成为具备用于通过使电机15的绕组短路来抑制电机15旋转的短路回路60。短路回路60嵌入在驱动回路50中，该驱动回路50用于驱动设置在电机驱动器427内的电机15。如图6所示，为了驱动电机15，驱动回路50具备：分别对应连接电机15的三相绕组U、V、W的三个桥臂51、52、53、用于向各桥臂51、52、53供电的电源54、以及插入在各桥臂51、52、53和电源54之间的继电器55。另一方面，短路回路60具备用于使各个绕组U、V、W短路的旁路61、以及设置在旁路61的中途的短路开关62、以及电阻器63。

在本实施方式中，电机15是三相无刷电机，并且用于驱动电机15的驱动回路50具备三个桥臂51、52、53，当电机15是无刷电机时，可以设置与绕组数量相对应的多个桥臂。另外，当电机15是DC有刷电机时，桥臂数量设为两个，并且将绕组两端与各个桥臂连接即可。此外，在电机15的情况下，如图所示，各个绕组U、V、W以Y形连接，但也可以是Δ形连接，当为Δ形连接时，只需将连接部分分别连接到相应的桥臂51、52、53上即可。

桥臂51由开关51a和51b串联连接而成，并且开关51a和51b连接电机15的绕组U的一端。桥臂52由开关52a和52b串联连接而成，并且开关52a和52b连接电机15的绕组V的一端。桥臂53由开关53a和53b串联连接而成，并且开关53a和53b连接电机15的绕组W的一端。

而且，这些桥臂51、52、53并联连接，各桥臂51、52、53的图6中的上侧的连接点经由继电器55连接到电源54，图6中的下侧连接点接地。而且，从电源54到驱动回路50的电流供应由继电器55启用或禁用，当停止电机15时，关闭继电器55以停止向驱动回路50供应电流。

根据如此构造的驱动回路50，例如，当开关51a和开关52b打开时，电流可以流向电机15的绕组U和V。驱动回路50通过适当地打开或关闭各个开关51a、51b、52a、52b、53a、53b，向绕组U、V、W通电并产生旋转磁场以驱动电机15的旋转。此外，作为开关51a、51b、52a、52b、53a、53b，例如，可以使用诸如MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field EffectTransister)等的开关元件。

另一方面，短路回路60与驱动回路50并联连接，并且具备旁路61、设置在旁路61上的短路开关62和电阻器63。在这种情况下，旁路61与各个桥臂51、52、53并联连接，并且短路开关62设置在此旁路61的中途。此短路开关62例如可以用作MOSFET，将漏电极和源电极连接在旁路61的中途，在电压施加到栅电极时打开开关，而在没有施加电压时关闭。

短路开关62通过电机控制部423执行开闭控制，当从旋转位置传感器43所检测到的电机15的旋转位置处获得泵12的旋转方向为反向旋转时打开。此外，当驱动电机15以使泵12正向旋转时，电机控制部423关闭短路开关62。当停止电机15时，无论泵12是否反向旋转，电机控制部423都可以打开短路开关62。

在如此构造的铁路车辆用减震装置1中，即使当泵12停止时泵12正在反向旋转，打开短路开关62，通过短路回路60，电机15的绕组U、V、W发生短路。在因泵12反向旋转，由于短路回路60而短路的电机15中产生反电动势，并进一步产生抑制泵12反向旋转的扭矩，以抑制泵12的反向旋转。如此，即使将反向旋转抑制装置用作电短路回路60，在止回阀17异常时也能够通过阻止电机15的旋转来抑制泵12的反向旋转。因此，根据将反向旋转抑制装置用作短路回路60的铁路车辆用减震装置1，即使止回阀17有异常，致动器A也能够如预期地产生必要且充分的阻尼力，以提高乘坐舒适性。此外，当停止向泵12通电并检测到止回阀17的异常时，可以打开短路开关62以抑制泵12的反向旋转，当泵12停止工作时，也可以打开短路开关62利用短路回路60使电机15的绕组U、V、W短路。

如上所述，反向旋转抑制装置可以通过控制电机15来抑制泵12的反向旋转，也可以通过制动来抑制泵12的反向旋转，并且也可以进一步地使电机15短路来抑制泵12的反向旋转，此外，也可以物理限制电机15或泵12的反向旋转。

尽管上面已经详细描述了本发明的优选实施方式，但是在不脱离权利要求的范围的情况下可以进行改造、变形和改变。

本申请要求基于2019年1月23日向日本国特许厅提交的专利申请2019-009497主张优先权，该申请的全部内容通过引用结合于本说明书中。

[符号说明]

1 铁路车辆用减震装置

2 缸体

3 活塞

4 杆

5 杆侧室

6 活塞侧室

7 箱体

8 第一通道

9 第一开闭阀

10 第二通道

11 第二开闭阀

12 泵

12a 吸入口

12b 排出口

13 盖子

14 杆引导件

15 电机

15a 转子

15b 壳体

16 供应通道

17 止回阀

18 整流通道

18a 止回阀

19 吸入通道

19a 止回阀

21 排出通道

22 可变溢流阀

30 电磁制动器

31 制动转子

32 定子

32a 线圈

33 摩擦板

34 弹簧

40 加速度传感器

41 带通滤波器

42 控制处理部

43 旋转位置传感器

44 电流传感器

50 驱动回路

51 桥臂

51a 开关

51b 开关

52 桥臂

52a 开关

52b 开关

53 桥臂

53a 开关

53b 开关

54 电源

55 继电器

60 短路回路

61 旁路

62 短絡用开关

63 电阻器

421 模式选择部

422 控制力计算部

423 电机控制部

424 溢流阀电流值计算部

425 开闭阀驱动部

426 溢流阀驱动部

427 电机驱动器

428 异常信号发送部

Claims (3)

1.一种铁路车辆用减震装置，

其具备：

致动器，其具备插入在铁路车辆车体与转向架之间并且通过供应工作液体能够进行伸缩的缸体主体、当正向旋转时通过供应通道向所述缸体主体供应所述工作液体的泵、驱动所述泵的电机、以及设置在所述供应通道的中途并且比所述泵更靠近所述缸体主体侧并且仅允许所述工作液体从所述泵流到所述缸体主体的止回阀；

检测装置，用于检测所述泵的反向旋转；

反向旋转抑制装置，用于在所述泵停止工作中，所述检测装置检测到所述泵的反向旋转时，抑制所述泵的反向旋转。

2.根据权利要求1所述的铁路车辆用减震装置，

所述反向旋转抑制装置具有用于控制所述电机的控制器，

当所述检测装置检测到所述泵的反向旋转时，所述控制器执行速度反馈控制以使所述电机的速度为0。

3.根据权利要求1所述的铁路车辆用减震装置，

所述反向旋转抑制装置具有用于控制所述电机的控制器，

当所述检测装置检测到所述泵的反向旋转时，所述控制器执行位移反馈控制以使所述电机的旋转位移为0。

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