JP2006137294A - 鉄道車両の振動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明の目的は、鉄道車両の高速化に対応して、液圧源及び装置自体をコンパクト化でき、車両の乗心地を向上させることにある。
【解決手段】 台車上にばねを介して支持された車体と台車との間に、前記空気ばねに併設して設けられた液圧アクチュエータと、該液圧アクチュエータを動作させる液圧媒体を供給する液圧源と、該液圧源から該液圧アクチュエータへ供給される液圧媒体と、該液圧媒体を制御する電動モータと、車体の振動加速度を検知する加速度検知手段と、加速度検知手段の検知結果を制御入力として車体の振動を抑制するよう制御入力を補償して、該電動モータを制御する制御器とから構成し、前記液圧式アクチュエータの各液圧室を絞り手段を介して連通し、電動モータ、双方向性ポンプからなる液圧式アクチュエータを複数配置し、個別に制御するように構成したことである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、車両の乗り心地を改善するための振動制御装置に係り、特に電動モータ、双方向性ポンプと液圧式アクチュエータを用いた鉄道車両の振動制御装置の制御方法に関するものである。

従来の鉄道車両の振動制御装置は、特許文献１に記載のように、台車上にばねを介して支持された車体と台車との間に、前記空気ばねに併設して設けられた液圧式アクチュエータと、該液圧式アクチュエータを動作させる液圧媒体を供給する液圧源と、液圧源から液圧式アクチュエータへ供給される液圧媒体を制御するサーボ弁と、車体の振動加速度を検知する加速度検知手段と、加速度検知手段の検知結果を制御入力として車体の振動を抑制するように制御入力を補償してサーボ弁を制御する制御器とから構成し、前記液圧式アクチュエータの各液圧室を絞り手段を介して連通している。

また、特許文献２に記載のように、車体を支持する空気ばねに流体作動機構としての複動形空気圧シリンダを併設し、車体の振動を検知する加速度検知計、該検知計の出力から制御弁への制御入力を制御する制御器を有し、制御弁を介して複動形空気圧シリンダの圧力を制御する振動制御装置とは別個に減衰力発生機構として減衰力切換え可能なオイルダンパを設けたものが公知である。
特開昭６０−２２９８５８号公報 特開平４−２８７７６３号公報

上記の前者の従来技術においては、サーボ弁を介して液圧式アクチュエータを制御するため、サーボ弁と液圧式アクチュエータを繋ぐ液圧配管系や、サーボ弁と液圧源を繋ぐ液圧配管系が必要な構成である。また、サーボ弁駆動のため液圧源に比較的大きな容量が必要であったため、現状台車構造でのスペースの確保が難しく、装置自体の重量も増加する傾向にあり、高速化に対応して軽量化する傾向に反していた。

後者の従来技術においては、複動形空気圧シリンダの圧力を制御する振動制御装置とは別個に減衰力発生機構として減衰力切換え可能なオイルダンパを設けている。このため、高速化に伴い軌道からの加振力が大きくなって車体乗り心地が悪化するため、現状速度と同等の乗り心地確保のためには振動制御装置の複動形空気圧シリンダ等において、さらに大きな制御力を発生させる必要が生じてきた。また、制御系フェール時の乗り心地確保のためには、通常使われている左右動ダンパでの減衰特性を確保できる構造を併せ持つことが最低限必要であった。

以上のことから、油圧サーボ弁と液圧式アクチュエータの構成では、油圧サーボ弁駆動のため液圧源が比較的大きな容量が必要となるため装置自体が大きくなり、また、配管系が長くなるために装置自体の重量軽減やメンテナンス性が劣っていた。さらに、高速化に伴う軌道からの加振力増大に対しても車体乗り心地が悪化しないように、現状速度と同等の乗り心地確保の観点から、複動形空気圧シリンダ等の制御力をさらに増加させる必要が生じて、装置自体の大型化、スペース確保の観点及び制御系フェール時の乗り心地確保のための左右動ダンパ特性の確保が困難という問題が発生していた。

本発明の目的は、鉄道車両の高速化に伴う車体左右の乗り心地向上のために、台車と車体間に複数のコンパクトな装置を配置し、乗り心地の悪化を防ぐだけの十分な制御力を発揮でき、さらにフェール時でも従来のダンパ並みの減衰特性を維持できる振動制御装置を提供することにある。

本発明の目的は、車軸に固定された車輪と、該車軸の両端に取付けられた軸箱体と、該軸箱体上に軸ばねを介して台車枠を配置した台車上に、空気ばねを介して支持された車体と台車との間に、前記空気ばねに併設して設けられた液圧式アクチュエータと、該液圧式アクチュエータの各液圧室を絞り手段を介して連通させ、該液圧式アクチュエータを動作させる液圧媒体を供給する液圧源と、該液圧源から該液圧式アクチュエータへ供給される液圧媒体と、該液圧媒体を制御する電動モータと、車体の振動加速度を検知する加速度検知手段と、加速度検知手段の検知結果を制御入力として車体の振動を抑制するよう制御入力を補償して、該電動モータにより双方向ポンプを介して液圧式アクチュエータを制御する制御器とから構成した鉄道車両の振動制御装置において、前記電動モータ等からなる液圧式アクチュエータを複数配置したことにより達成される。

また、前記制御器により前記複数の液圧式アクチュエータを個々に駆動することである。さらに、前記液圧式アクチュエータの両室を連通動作あるいは締切動作を行なう切換弁を設けたことである。また、前記液圧式アクチュエータの絞り径を可変可能としたことである。また、台車側に取付けられた左右加速度計と、該加速度計の検出結果を制御器に入力し、前記複数の液圧式アクチュエータを個々に駆動することである。さらに、予め記憶された曲線情報と走行時の速度情報を基に、曲線通過時の超過遠心加速度を演算し、該超過遠心加速度信号に基づき演算した振動制御装置への入力信号によりセンタリング制御を行なうことである。また、液圧式アクチュエータの両室に取り付けた圧力検知手段を設け、該圧力検知手段の検出結果の信号を演算し、前記振動制御装置にフィードバックするようにしたことである。

上述した手段によれば、鉄道車両の高速化に伴う車体左右の乗り心地向上のために、台車と車体間に複数のコンパクトな装置を配置し、乗り心地の悪化を防ぐだけの十分な制御力を発揮でき、さらにフェール時でも従来のダンパ並みの減衰特性を維持できる効果が得られる。

本発明によれば、鉄道車両の高速化に伴う車体左右の乗り心地向上のために、台車と車体間に複数のコンパクトな装置を配置し、乗り心地の悪化を防ぐだけの十分な制御力を発揮でき、かつフェール時でも従来のダンパ並みの減衰特性を維持できる効果が得られるものである。

本発明による車両用振動制御装置の一実施例を図１及び図２によって説明する。

台車１上に空気ばね２を介して支持された車体３と台車１との間に、前記空気ばね２に併設して設けられた複数の液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂと、液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂを動作させる液圧媒体を供給する液圧源１７と、液圧源１７から液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂへ供給される液圧媒体と、液圧媒体を制御する電動モータ１６と、車体の振動加速度を検知する加速度検知手段１０と、加速度検知手段１０の検知結果を制御入力として車体の振動を抑制するよう制御入力を補償し、電動モータ１６により双方向ポンプ１５を介して液圧式アクチュエータ９を、指令８ａ、８ｂにより制御する制御器１１から構成している。

前記液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂは、台車１と車体３の間の左右に併設され、電動モータ１６が取り付けられているモータ側を車体３に配置している。４は車輪、５は車軸、６は軸箱、７は軸ばねである。液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂの各液圧室は、絞り手段１４を介して連通している。液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂにおいて、シリンダ１２内部のピストン１には絞り手段１４が内臓された状態で伸縮動作を行う。絞り手段１４の絞り径の寸法は、固定としている。液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂと双方向ポンプ１５とを繋ぐ電磁弁ブロック１８には、液圧媒体の供給を遮断する遮断手段１９を設けている。液圧源１７は、与圧をかけたアキュムレータからなり、液圧の圧縮性を補償するために少量のタンク容量での流量供給や圧力供給ができるものである。

このような構成において、液圧源１７（アキュムレータ），電動モータ１６、双方向ポンプ１５及びアキュムレータが一体であるため、大きな油圧源がなく装置自体がコンパクトになり、装置自体の重量軽減が図られることになる。また、従来のサーボ弁方式におけるアクチュエータとサーボ弁間の油圧配管やサーボ弁と油圧源との油圧配管が必要ないため、液圧源１７と液圧アクチュエータ９ａ，９ｂとを電磁弁ブロック１８で繋ぐため漏れ等に関するメンテナンス性が向上する。さらに、台車１側からの衝撃的な振動に対しては、液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂの各液圧室を絞り手段１４を介して連通しているため、台車１から車体３に伝わる振動のうち、電動モータ１６で制御可能な周波数以上の振動は、絞り手段１４を振動の抑制可能な絞り径とすることで、台車１からの衝撃的な振動成分や高周波数成分に対して車体３側が敏感に反応しないことになる。また、電動モータ側を車体３側に取付けて配置することにより、台車１からの直接の振動をピストン部で吸収できることになる。

次に、異常検知時の動作状況について説明する。
液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂと液圧源１７とを繋ぐ電磁弁ブロック１８において、液圧媒体の供給を遮断する遮断手段１９を設け、前記遮断手段１９を締切ることにより、液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂの各液圧室は絞り手段１４を介して連通するため、車体３と台車１間に減衰作用が発生した状態でのパッシブ状態に保持できることになる。
さらに、前記液圧アクチュエータの片側が故障した場合にも、その故障側の遮断手段１９を締切ることにより、片側での振動制御になるが通常のダンパ以上の制振効果が得られることになる。

以上のように、高速走行時に対応した軽量・小型化が可能で、さらに絞り機構の作用により異常時のフェイルセイフ性向上と、高周波振動に対して悪影響がないため、車体３での良好な振動状態を維持でき、かつ振動制御性能を効果が得られる。

次に、アクチュエータの動作状況について説明する。複数の液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂは、台車１と車体３の左右方向に２つ併設されており、通常は２つの液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂとして使用し、高速走行時の車体振動の増加に対応して、有効な制御力を発揮できることになる。しかしながら、低速走行時や線区により予め軌道状態が分かっている場合には、前記液圧式アクチュエータ９ａを制御に使用し、前記液圧式アクチュエータ９ｂの遮断手段１９を締切ることにより減衰を生かして、通常ダンパとして使用可能である。これにより、制御装置の省エネ化が図れ、また、使用頻度を下げることにより、メンテナンス周期を上げることが可能となる。

なお、速度は軸に取付けられた速度発電機のパルス信号を用いても、運転台での速度モニタ信号を用いてもよい。また、車体の加速度を検知する加速度検知手段１０の検出結果の大きさにより決定してもよい。

次に本発明の他の実施例を図３、図４により説明する。同図において、前記一実施例と同一符号は同一部材を示すものである。本実施例の前記一実施例との相違点は、制御しない片側の液圧式アクチュエータ９ｂに、両室を連通する連通手段２４を設けたことである。該連通手段は、図２に示した固定穴径や図３に示した可変絞り径であってもよい。該固定穴径及び可変絞り径は、減衰抵抗にならないように大きくしたものである。

動作について説明する。アクチュエータ９ａは振動制御状態のままである。制御しない片側の液圧式アクチュエータ９ｂは、電磁弁ブロック１の電磁弁（締切手段）１９でポンプ１５との連通を遮断し、フェール状態とする。このフェール状態では、絞り手段１４によって減衰が発生し、アクチュエータ９ａは振動制御に大きな力（エネルギー）が必要となる。このとき、アクチュエータ９ｂがフェール状態と同時に連通手段２４を切り換えて、固定オリフィスあるいは可変オリフィス（図示せず）の状態にして、前記アクチュエータ９ｂのダンパ力をなくすことが可能となる。

これにより、片側の液圧式アクチュエータ９ｂがダンパ作用時と、片側液圧式アクチュエータ９ａが振動制御時において、前記液圧式アクチュエータ９ｂのダンパとして作用した場合の反力をなくし、制御用の液圧式アクチュエータ９ａのみによる制御となるため、制御力をダンパ力に抵抗させて出力しないので、少ない制御力で振動を抑制できることになる。このため、省エネやメンテナンス性の向上が期待できる。

図５の実施例について説明する。同図において、前記一実施例と同一符号は同一部材を示すものである。本実施例の前記一実施例との相違点は、台車側に取付けられた加速度計２５と、該加速度計２５の検出結果を制御器１１に入力し、前記複数の液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂを個々に駆動するようにしたことである。

これにより、軌道側に近い軸箱あるいは台車側の振動を検出することで、走行時の軌道状態を正確に把握できることになる。検知した加速度の大きさにより前述したように複数の液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂを個々に駆動あるいはダンパに切り替えることによって、軌道不整の大きい地点での車体振動を効率よく制御でき、不整量の少ない地点では片側の振動制御に切り替えることにより、省エネが可能となる。

図６の実施例について説明する。同図において、前記一実施例と同一符号は同一部材を示すものである。本実施例の前記一実施例との相違点は、予め記憶された曲線情報２６と走行時の速度情報を基に、曲線通過時の超過遠心加速度８ａｓを演算し、該超過遠心加速度信号８ｂｓに基づき、請求項１に記載のそれぞれの液圧式アクチュエータ９ａ，９ｂの入力信号として、センタリング制御を行なうようにしたものである。

これにより、曲線走行時での超過遠心加速度の発生においても、前記液圧アクチュエータ９ａ，９ｂの制御力により、ストッパ当りを防止できるだけの制御力を発生できるため、曲線２６でのストッパ当たり解消による乗り心地向上や、車体重心の内軌への移動が可能になるため、内軌側の輪重抜け増加を抑制できることになる。なお、複数の液圧アクチュエータ９ａ，９ｂを用いているため、液圧アクチュエータ９ａをセンタリング用とし、液圧アクチュエータ９ｂを振動制御用として使用可能な構成となる。当然のことながら、性能向上のために、３本以上で構成しても良い。このように、複数の液圧式アクチュエータを用いることで、１本当たりのセンタリング制御力は小さくなり、省エネやアクチュエータのコンパクト化が図れることになる。

図７の実施例について説明する。同図において、前記一実施例と同一符号は同一部材を示すものである。本実施例の前記一実施例との相違点は、液圧式アクチュエータの両室に取り付けた圧力検知手段２７ａ、２７ｂを設け、該圧力検知手段の検出結果の信号を演算し、前記振動制御装置にフィードバックするようにしたことである。

これにより、前記圧力検知手段の検出結果の信号を演算して、前記振動制御装置にフィードバックすることにより、特に微小振幅に対する応答性を改善でき、ポンプ回転時の静摩擦力の解消が可能となる。また、振動制御帯域での必要な制御力が確保できることになり、外乱に対しても、抵抗力が少なくなるため、必要な制御力の確保が可能となり、悪影響がなくなる効果が得られる。

以上の構成は、左右方向の振動制御について述べたものであるが、上下方向にも適用可能である。

本発明の一実施例の鉄道車両の振動制御装置。 図１の液圧式アクチュエータ部の概観図。 本発明の一実施例の鉄道車両の振動制御装置。 本発明の一実施例の鉄道車両の振動制御装置。 本発明の一実施例の鉄道車両の振動制御装置。 本発明の一実施例の鉄道車両の振動制御装置。 本発明の一実施例の鉄道車両の振動制御装置。

符号の説明

１…台車、２…空気ばね、３…車体、９ａ，９ｂ…複数の液圧式アクチュエータ、１０…加速度検知手段、１１…制御器、１２…シリンダ、１３…ピストン、１４…絞り手段、１５…双方向ポンプ、１６…電動モータ、１７…液圧源、１…電磁弁ブロック、１９…電磁弁（遮断手段）、２０…左右動ダンパ、２７ａ、２７ｂ…圧力検知手段。

Claims (8)

1. 車軸に固定された車輪と、該車軸の両端に取付けられた軸箱体と、該軸箱体上に軸ばねを介して台車枠を配置した台車上に、空気ばねを介して支持された車体と台車との間に、前記空気ばねに併設して設けられた液圧式アクチュエータと、該液圧式アクチュエータの各液圧室を絞り手段を介して連通させ、該液圧式アクチュエータを動作させる液圧媒体を供給する液圧源と、該液圧源から該液圧式アクチュエータへ供給される液圧媒体と、該液圧媒体を制御する電動モータと、車体の振動加速度を検知する加速度検知手段と、加速度検知手段の検知結果を制御入力として車体の振動を抑制するよう制御入力を補償して、該電動モータにより双方向ポンプを介して液圧式アクチュエータを制御する制御器とから構成した鉄道車両の振動制御装置において、
   前記電動モータ、双方向性ポンプからなる液圧式アクチュエータを複数配置したことを特徴とする鉄道車両の振動制御装置。
2. 請求項１において、前記制御器により前記複数の液圧式アクチュエータを個々に駆動することを特徴とする鉄道車両の振動制御装置。
3. 請求項１において、前記液圧式アクチュエータにおける前記電動モータ側を車体側に配置したことを特徴とする鉄道車両の振動制御装置。
4. 請求項１において、前記液圧式アクチュエータの両室を連通動作あるいは締切動作を行なう切換弁を設けたことを特徴とする鉄道車両の振動制御装置。
5. 請求項４において、前記液圧式アクチュエータの絞り径を可変可能としたことを特徴とする鉄道車両の振動制御装置。
6. 請求項１において、台車側あるいは車体側に取付けられた左右加速度計と、該加速度計の検出結果を制御器に入力し、前記複数の液圧式アクチュエータを個々に駆動することを特徴とする鉄道車両の振動制御装置。
7. 予め記憶された曲線情報と走行時の速度情報を基に、曲線通過時の超過遠心加速度を演算し、該超過遠心加速度信号に基づき、請求項１に記載の振動制御装置への入力信号により、センタリング制御を行なうことを特徴とする鉄道車両の振動制御装置。
8. 請求項１において、前記液圧式アクチュエータの両室に取り付けた圧力検知手段を設け、該圧力検知手段の検出結果の信号を演算し、前記振動制御装置にフィードバックすることを特徴とする鉄道車両の振動制御装置。

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