JP2009137421A - Actuator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉄道車両の車体と台車との間に介装されて車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータの改良に関する。 The present invention relates to an improvement of an actuator that is interposed between a vehicle body and a carriage of a railway vehicle and tilts the vehicle body with respect to the carriage.
鉄道車両が曲線区間を走行する場合、車体には曲線区間の曲率中心とは反対側に向く遠心力が作用する。この遠心力は、車両の走行速度が高くなればなるほど大きくなる。そこで、鉄道車両の軌道では、曲率中心側の内側レールと反対側の外側レールにカントと呼ばれる高低差を設けて、上記遠心力を緩和し、曲線走行時の鉄道車両の速度向上を図っている。 When the railway vehicle travels in a curved section, a centrifugal force directed to the side opposite to the curvature center of the curved section acts on the vehicle body. This centrifugal force increases as the traveling speed of the vehicle increases. Therefore, in the railroad track, a height difference called Kant is provided on the inner rail on the opposite side of the center of curvature and the outer rail on the opposite side to alleviate the centrifugal force, thereby improving the speed of the railcar during curve driving. .
しかしながら、カント量(各レールの高低差量)は一端設定されると変更することができず、走行速度が異なる鉄道車両が走行する線区では、高速走行する鉄道車両になればなるほど、カント量が不足して超過遠心力が鉄道車両に作用して、乗心地が悪化してしまうといった問題がある。 However, the cant amount (the difference in height between the rails) cannot be changed once it is set. In a line area where a railway vehicle with a different traveling speed travels, the higher the railway vehicle travels, the greater the cant amount. There is a problem that the excessive centrifugal force acts on the railway vehicle and the ride comfort deteriorates.
そこで、近年では、振子式の車体傾斜装置や台車と車体との間に設けた気体バネを用いて車体を台車に対して傾斜させる車体傾斜装置を搭載するようにし、上記カント量不足による超過遠心力を緩和するため、鉄道車両が曲線区間を走行する際に、台車に対して車体を曲率中心側に傾けるようにして乗り心地の悪化を抑制することで、曲線区間での高速走行を実現している。 Therefore, in recent years, a pendulum type vehicle body tilting device or a vehicle body tilting device that tilts the vehicle body with respect to the cart using a gas spring provided between the cart and the vehicle body is mounted. In order to reduce the force, when the railway vehicle travels in a curved section, the body is tilted toward the center of curvature with respect to the carriage to suppress the deterioration of ride comfort, thereby realizing high-speed traveling in the curved section. ing.
このような車体傾斜装置にあっては、具体的にはたとえば、車体と台車との間に空気圧で駆動される直動型のアクチュエータを介装し、このアクチュエータを伸縮させることで車体を台車に対して傾斜させるようになっている(たとえば、特許文献1参照)。
しかしながら、上記アクチュエータは、その駆動を大きな圧縮性を持つ圧縮空気を利用して行うため、推力と応答性が不十分となって狙った車体傾斜角の確保が難しく、乗り心地を充分に向上することが難しいという問題があり、これを解消するには、アクチュエータには、空気圧ではなく、液圧で駆動するものを採用することが考えられる。 However, since the actuator is driven by using compressed air having a large compressibility, the thrust and the response are insufficient, and it is difficult to secure the target vehicle body inclination angle, and the riding comfort is sufficiently improved. In order to solve this problem, it is conceivable to employ an actuator that is driven not by air pressure but by hydraulic pressure.
ところが、アクチュエータの作動流体を液体とする場合、今度は、液体の圧縮性の小ささ故にアクチュエータの見掛け上の剛性が高くなって、この車体傾斜用に供されるアクチュエータを介して台車における車体進行方向に対する左右方向の振動が車体に伝達されてしまい、車両における乗り心地を悪化させてしまう虞がある。なお、アクチュエータの見掛け上の剛性とは、作動流体を含めたアクチュエータ全体の伸縮方向の剛性であり、作動流体の圧縮性が小さくなればなるほど上記の見掛け上の剛性は高くなる傾向を示すことになる。 However, when the working fluid of the actuator is a liquid, the apparent rigidity of the actuator is increased due to the low compressibility of the liquid, and the vehicle body travels in the carriage via the actuator that is used for tilting the vehicle body. There is a risk that the vibration in the left-right direction with respect to the direction is transmitted to the vehicle body and the riding comfort of the vehicle is deteriorated. The apparent rigidity of the actuator is the rigidity in the expansion and contraction direction of the entire actuator including the working fluid, and the above-mentioned apparent rigidity tends to increase as the compressibility of the working fluid decreases. Become.
そこで、本発明は上記不具合を改善するために創案されたものであって、その目的とするところは、液圧式であっても車両における乗り心地を向上することが可能なアクチュエータを提供することである。 Therefore, the present invention was devised in order to improve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an actuator that can improve riding comfort in a vehicle even if it is hydraulic. is there.
上記した目的を達成するため、本発明の課題解決手段におけるアクチュエータは、鉄道車両の車体と台車との間に介装されるシリンダとシリンダに液圧を供給するモータで駆動される液圧ポンプとを備え、車体を台車に対して傾斜させるアクチュエータであって、車体の振動あるいは車体の台車に対する振動のうち、所定周波数帯における振動の振幅に基づいて、モータへ供給する電流量を制限する電流リミット値を調節するとした。 In order to achieve the above-described object, an actuator in the problem solving means of the present invention includes a cylinder interposed between a vehicle body and a carriage of a railway vehicle, and a hydraulic pump driven by a motor that supplies hydraulic pressure to the cylinder. An actuator for tilting the vehicle body relative to the carriage, and limiting a current amount supplied to the motor based on an amplitude of vibration in a predetermined frequency band of vibration of the vehicle body or vibration of the vehicle body relative to the carriage Suppose you want to adjust the value.
本発明のアクチュエータによれば、所定周波数帯における振動の振幅に基づいて、モータへ供給する電流量を制限するリミット値を調節するので、外乱によって乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車に作用しても、台車側へ入力された振動が車体側へ伝播することを抑制することができ、液圧式のアクチュエータを車体傾斜に用いても車両における乗り心地を向上することができるのである。 According to the actuator of the present invention, the limit value for limiting the amount of current supplied to the motor is adjusted based on the amplitude of vibration in a predetermined frequency band, so that vibration in the frequency band that deteriorates riding comfort due to disturbance acts on the carriage. Even so, it is possible to suppress the vibration input to the carriage side from propagating to the vehicle body side, and the ride comfort in the vehicle can be improved even if a hydraulic actuator is used for vehicle body tilting.
また、換言すれば、車両における乗り心地を向上することができるので、アクチュエータの作動流体を液体たる作動油とすることができ、推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができるのである。 In other words, the ride comfort in the vehicle can be improved, so that the working fluid of the actuator can be liquid working oil, the lack of propulsive force can be eliminated, and the response of the vehicle body tilt can be improved. It can be done.
以下、図に示した実施の形態に基づき、本発明を説明する。図1は、一実施の形態におけるアクチュエータの液圧回路を示す図である。図2は、一実施の形態におけるアクチュエータを鉄道車両の車体と台車との間に介装した状態を示す図である。図3は、一実施の形態のアクチュエータにおける制御ブロック図である。図4は、変位信号における所定周波数帯の振動成分の振幅と、当該振幅に対して重み付けを行う係数との関係を示す図である。図5は、一実施の形態におけるアクチュエータのモータを制御する制御部における電流リミット値を制御するフローチャートの一例を示す図である。図6は、一実施の形態の一変形例におけるアクチュエータの制御ブロック図である。 The present invention will be described below based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a hydraulic circuit of an actuator according to an embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating a state in which the actuator according to the embodiment is interposed between the vehicle body and the carriage of the railway vehicle. FIG. 3 is a control block diagram of the actuator according to the embodiment. FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the amplitude of a vibration component in a predetermined frequency band in the displacement signal and a coefficient for weighting the amplitude. FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a flowchart for controlling the current limit value in the control unit that controls the motor of the actuator according to the embodiment. FIG. 6 is a control block diagram of an actuator in a modification of the embodiment.
一実施の形態におけるアクチュエータAは、図1および図2に示すように、鉄道車両の車体Bと台車Wとの間に介装されるシリンダCと、シリンダCに液圧を供給するモータMで駆動される油圧ポンプ1と、モータMを制御する制御部20とを備えて構成されている。
As shown in FIGS. 1 and 2, the actuator A in one embodiment includes a cylinder C interposed between a vehicle body B and a carriage W of a railway vehicle, and a motor M that supplies hydraulic pressure to the cylinder C. The
このアクチュエータAにあっては、シリンダCを油圧ポンプ1から供給する液圧で駆動することができるようになっており、本実施の形態では、具体的には、液圧でシリンダCを駆動するためアクチュエータ回路5を備えている。
In this actuator A, the cylinder C can be driven by the hydraulic pressure supplied from the
以下、各部について詳細に説明すると、シリンダCは、容器2と、容器2内に摺動自在に挿入されて容器2内に一方室R1および他方室R2の二つの圧力室を区画するピストン3と、ピストン3に連結されて容器2内に移動自在に挿入されるロッド4とを備えて構成され、一方室R1および他方室R2内には液体としての作動油が充填され、この実施の形態の場合、いわゆる両ロッド型の油圧シリンダとされている。なお、本実施の形態にあっては、シリンダCの作動には使用される液体は作動油とされているが、液体はアクチュエータAの作動に適するものであればよい。
Hereinafter, each part will be described in detail. The cylinder C includes a
そして、油圧ポンプ1は、シリンダCをアクチュエータとして動作させるアクチュエータ回路5中に組み込まれ、アクチュエータ回路5は、ループ通路6と、ループ通路6中に設けた二つのソレノイド切換弁7,8と、ループ通路6から分岐する二つの分岐通路9,10と、分岐通路9,10のうち低圧側をアキュムレータ11に連通する低圧選択弁12とを備えて構成されている。
The
詳細には、油圧ポンプ1は、シリンダCの一方室R1と他方室R2とを連通するループ通路6の途中に設けられ、この場合、モータMによって駆動される双方向吐出型のポンプとして構成されている。なお、油圧ポンプ1で生じる漏れ油圧はアキュムレータ11で回収されるようになっている。
Specifically, the
また、ループ通路6の途中であって、油圧ポンプ1と一方室R1との間には、ノーマルクローズのソレノイド切換弁7が介装され、さらに、油圧ポンプ1と他方室R2との間にも、ノーマルクローズのソレノイド切換弁8が介装されている。
A normally closed
ソレノイド切換弁7は、油圧ポンプ1と一方室R1とを連通する連通ポジションと、油圧ポンプ1から一方室R1への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ7aと、遮断ポジションを採るようにバルブ7aを附勢するバネ7bと、通電時にバルブ7aをバネ7bに対向して連通ポジションに切換えるソレノイド7cとを備えて構成され、他方のソレノイド切換弁8は、油圧ポンプ1と他方室R2とを連通する連通ポジションと、油圧ポンプ1から他方室R2への流れのみを許容する遮断ポジションとを備えたバルブ8aと、遮断ポジションを採るようにバルブ8aを附勢するバネ8bと、通電時にバルブ8aをバネ8bに対向して連通ポジションに切換えるソレノイド8cとを備えて構成されている。
The
さらに、分岐通路9は、ループ通路6の途中であってソレノイド切換弁7と油圧ポンプ1との間から分岐し、他方の分岐通路10は、ループ通路6の途中であってソレノイド切換弁8と油圧ポンプ1との間から分岐しており、これら分岐通路9,10のうち、低圧側が低圧選択弁12によってアキュムレータ11へ連通される。
Further, the branch passage 9 is branched from the
低圧選択弁12は、分岐流路9をアキュムレータ11に連通する一方側連通ポジションと、分岐流路10をアキュムレータ11に連通する他方側連通ポジションと、分岐流路9,10の双方をアキュムレータ11に連通する双方連通ポジションとを備えたバルブ12aと、バルブ12aを他方側連通ポジションに切換えるように分岐流路9の圧力を作用させるパイロット通路12bと、バルブ12aを一方側連通ポジションに切換えるように分岐流路10の圧力を作用させるパイロット通路12cとを備え、中立位置では双方連通ポジションを採るように構成されている。
The low-
したがって、分岐流路9側の圧力が分岐流路10側の圧力を上回ると、低圧選択弁12は、他方側連通ポジションを採って分岐流路10をアキュムレータ11に連通し、反対に、分岐流路10側の圧力が分岐流路9側の圧力を上回ると、低圧選択弁12は、一方側連通ポジションを採って分岐流路9をアキュムレータ11に連通する。
Therefore, when the pressure on the branch flow path 9 side exceeds the pressure on the
すなわち、ソレノイド切換弁7,8をそれぞれ連通ポジションとして、油圧ポンプ1を一方室R1へ油圧を供給するように駆動すると、一方室R1内に油圧が供給されてシリンダCにおけるロッド4が、図1および図2中、右方へ推進され、車体Bを反時計周りに傾斜させることができ、反対に、ソレノイド切換弁7,8をそれぞれ連通ポジションとして、油圧ポンプ1を他方室R2へ油圧を供給するように駆動すると、他方室R2内に油圧が供給されてシリンダCにおけるロッド4が、図1および図2中、左方へ推進され、車体Bを時計周りに傾斜させることができる。つまり、当該アクチュエータAを、車体を傾斜させるアクチュエータとして機能させることができる。
That is, when the
そして、油圧ポンプ1を一方室R1へ油圧を供給するように駆動する場合、油圧ポンプ1は、低圧側となる他方室R2から、あるいは、低圧選択弁12によって選択される分岐流路10を介してアキュムレータ11から、あるいは、その両方から作動油を吸い込んで、一方室R1側へ作動油を吐出する。反対に、油圧ポンプ1を他方室R2へ油圧を供給するように駆動する場合、油圧ポンプ1は、低圧側となる一方室R1から、あるいは、低圧選択弁12によって選択される分岐流路9を介してアキュムレータ11から、あるいは、その両方から作動油を吸い込んで、他方室R2側へ作動油を吐出する。
When the
したがって、油圧ポンプ1は、作動油の圧縮等による体積減少が生じても、アキュムレータ11から作動油の供給を受け、問題なく一方室R1および他方室R2のうち希望する圧力室へ油圧を供給することができる。
Therefore, even if the volume of the
また、シリンダCの推力発生方向が逆転する折には、一方室R1の圧力と他方室R2の圧力の高低が逆転するので、低圧選択弁12は、一端中立位置の双方連通ポジションを経由して切換わり、分岐流路9,10を一度アキュムレータ11に連通して一方室R1および他方室R2内の蓄圧を防止することができる。
Further, when the thrust generation direction of the cylinder C is reversed, the pressure in the one chamber R1 and the pressure in the other chamber R2 are reversed, so that the low
なお、低圧選択弁12は、作動油の温度上昇による内圧増大の防止、作動油の温度低下による負圧の防止、およびシリンダCの製作加工誤差による一方室R1と他方室R2の容積差によるアキュムレータからの作動油の供給等のために設けられている。
The low
また、この実施の形態の場合、アクチュエータAの変位(シリンダCにおける容器2に対するロッド4の変位)をセンシングするストロークセンサ30を備えており、ストロークセンサ30で検知するアクチュエータAの変位に基づいて、後述の制御部20によって、油圧ポンプ1を駆動するモータMが制御されるようになっている。
Further, in the case of this embodiment, a
なお、本実施の形態におけるアクチュエータAでは、失陥時その他においてシリンダCをダンパとして機能させるダンパ回路13を備えており、このダンパ回路13について説明すると、ダンパ回路13は、シリンダC内の二つの圧力室R1,R2を連通する流路14を備えており、この流路14は、減衰力発生要素15とソレノイド切換弁16とが設けられるメイン流路14aと、一方室R1からメイン流路14aに向かう流れのみを許容する一方側上流路14bと、他方室R2からメイン流路14aに向かう流れのみを許容する他方側上流路14cと、メイン流路14aから一方室R1へ向かう流れのみを許容する一方側下流路14dと、メイン流路14aから他方室R2へ向かう流れのみを許容する他方側下流路14eとを備えて構成されている。
The actuator A according to the present embodiment includes a
一方側上流路14bは、途中に一方室R1からメイン流路14aへ向かう作動油の流れのみを許容する逆止弁17aを備え、この逆止弁17aによって一方側上流路14bを一方室R1からメイン流路14aへ向かう一方通行の通路としている。他の他方側上流路14c、一方側下流路14d、他方側下流路14eの途中にも同様に、それぞれ逆止弁17b,17c,17dが設けられ、それぞれ上記した通りの一方通行の通路となるように設定されている。
The one-side
本実施の形態にあっては、このように流路14が構成されることで、作動油は、メイン流路14aを一方側上流路14bおよび他方側上流路14cに接続されている方を上流として、一方側下流路14dおよび他方側下流路14eに接続されている下流側へ流れることになり、メイン流路14aも一方通行とされている。
In the present embodiment, since the
また、メイン流路14aの下流は、接続通路14fを介して上述のアキュムレータ11に接続され、メイン流路14aの下流の圧力はアキュムレータ11と同圧となるように設定されている。
The downstream of the
そして、メイン流路14aの途中に設けられる減衰力発生要素15は、自身の上流側の圧力に応じて流路面積を調節する減衰バルブ15aと、当該減衰バルブ15aに並列配置される固定絞り15bとで構成され、メイン流路14aの上流側の圧力が低いときには、減衰バルブ15aが開かず、作動油に固定絞り15bを通過させ、流量が増加して固定絞り15bによる圧力損失が大きくなり上流側の圧力が減衰バルブ15aのクラッキング圧を上回るようになると、減衰バルブ15aが開いて作動油は減衰バルブ15aをも介してメイン流路14aの下流側へ流れるようになる。
The damping
このように、減衰力発生要素15は、作動油がメイン流路14aを流れる際に、この流れに減衰バルブ15aと固定絞り15bとで抵抗を与えて、シリンダCの伸縮を抑制する減衰力を発揮させる発生源として機能する。
Thus, the damping
さらに、ソレノイド切換弁16は、ノーマルオープンの切換弁とされ、メイン流路14aを開放する連通ポジションと、メイン流路14aを遮断する遮断ポジションとを備えたバルブ16aと、連通ポジションを採るようにバルブ16aを附勢するバネ16bと、通電時にバルブ16aをバネ16bに対向して遮断ポジションに切換えるソレノイド16cとを備えて構成されている。
Further, the
ここで、ソレノイド切換弁7,8が遮断ポジションであってアクチュエータ回路5側でシリンダCを駆動しない状態を考えると、ソレノイド切換弁16が遮断ポジションを採ると、メイン流路14aが遮断状態に維持され、シリンダCの一方室R1と他方室R2との連通が断たれた状態となるので、シリンダCは伸縮不能なロック状態とされる。他方、いわゆる失陥時にあって、ソレノイド切換弁7,8が遮断ポジションを採るとともにソレノイド切換弁16が連通ポジションを採る場合には、メイン流路14aが開放状態に維持され、シリンダCが外力によって強制的に伸縮させられると、作動油は流路14を介して、一方室R1から他方室R2へ、あるいは、他方室R2から一方室R1へと移動可能となり、また、上記移動に際して必ずメイン流路14aの減衰力発生要素15を通過するので、シリンダCは外力による強制伸縮に対して伸縮を抑制する減衰力を発揮し、シリンダCをダンパとして機能させることができるようになる。
Here, considering that the
また、このダンパ回路13では、一方室R1と他方室R2とを連通するリリーフ流路18と、リリーフ流路18の途中に設けたリリーフ弁19とを備えている。
In addition, the
リリーフ流路18は、具体的には、減衰力発生要素15およびソレノイド切換弁16を迂回してメイン流路14aの上流と下流を連通することによって、一方室R1と他方室R2とを連通している。
Specifically, the
そして、ソレノイド切換弁16の開閉に関わらず、シリンダCに伸縮方向の過大な入力があって、一方室R1あるいは他方室R2内の圧力が所定圧を超える異常高圧となると、リリーフ弁19が開放動作して、異常高圧となった一方室R1あるいは他方室R2の一方の圧力を低圧側の他方へ逃がして、アクチュエータAのシステム全体を保護するようになっている。また、作動油の体積が減少する場合には、ソレノイド切換弁7,8が連通ポジション、遮断ポジションを問わずに一方室R1および他方室R2とアキュムレータ11との連通を許容するのでアキュムレータ11から一方室R1および他方室R2に作動油が供給されることになる。このように、この実施の形態のアクチュエータAでは、上記回路構成を採用することで、温度変化による作動油の体積補償される。このように、ソレノイド切換弁7,8における遮断ポジションにおいて、ループ通路6を遮断していても温度低下に伴う体積補償を行うことを可能とするためアキュムレータ11から一方室R1および他方室R2へ向かう流れを許容するようにしているが、当該体積補償をアクチュエータ回路5において行わない場合には、遮断ポジションにおいてループ通路6における双方向の流れを遮断するようにしてもよい。
Regardless of whether the
つづいて、アクチュエータAにおけるモータMを制御する制御部20は、図3に示すように、車体Bの走行状態から車体傾斜角度の目標値を決定する図外の上位装置から入力されるアクチュエータAの目標変位X*とストロークセンサ30が出力する実際の変位Xとの偏差εを演算する偏差演算部21と、偏差演算部21が演算した偏差εに基づいてアクチュエータAを制御する制御指令Eを生成する制御指令生成部22と、電流リミット値を調節するリミット値調整部23と、制御指令生成部22から出力される制御指令Eを受け取ってアクチュエータAにおける油圧ポンプ1のモータMを駆動するモータ駆動部24と、を備えて構成されている。すなわち、制御部20は、アクチュエータAの変位XをフィードバックしてアクチュエータAの変位を制御するようになっている。
Subsequently, as shown in FIG. 3, the
また、変位フィードバック制御おいて実際の制御対象となるのは、モータMとなるので、制御指令生成部22は、具体的には、目標変位X*と実際の変位Xの偏差εをとった後、この偏差εに基づいて比例積分動作あるいは比例積分微分動作によって目標モータ回転数指令でなる制御指令を生成し、目標モータ回転数指令とモータMの実際の回転数との偏差である回転数偏差を演算し、この回転数偏差を速度ループに入力して目標速度指令でなる制御指令を生成し、目標速度指令を電流ループに入力して最終的にはモータMを駆動する目標電流指令でなる制御指令を生成し、この目標電流指令でなる制御指令Eをモータ駆動部24へ出力することになる。このような処理を制御指令生成部22に実行させることで、アクチュエータAの実際の変位Xを目標変位X*に精度よく追随させることができるが、目標変位X*と実際の変位Xの偏差εから比例積分動作あるいは比例積分微分動作によって直接的に目標電流指令でなる制御指令Eを生成することも可能である。
In addition, since the actual control target in the displacement feedback control is the motor M, the control
そして、モータ駆動部24は、図示はしないが、モータMを駆動する駆動回路を備え、モータMを実際に駆動するため電流量を示す制御指令Eを受け取ると、制御指令通りの電流量をモータMへ駆動回路を介して供給する。
Although not shown, the
なお、このアクチュエータAは、モータMを制御する指令系統とは別に各ソレノイド切換弁7,8,16を駆動する図示しない指令系統が出力する制御指令に基づいて各ソレノイド切換弁7,8,16を駆動する図示しないソレノイドドライバを備えており、たとえば、シリンダCを伸縮させて車体Bを傾斜させることが必要な場合に、たとえば、図外の上位装置から出力される目標変位X*と実際の変位XとからシリンダCの駆動が必要であることを判断して各ソレノイド切換弁7,8を連通ポジションに切換える。また、ソレノイド切換弁16は、アクチュエータAが正常動作している場合、原則的には、通電状態とされる。
The actuator A is connected to each
なお、この実施の形態においては、モータMを正転させる場合には、供給電流は正の値を持ち、モータMを逆転させる場合には、供給電流は負の値を持つものとされている。そして、電流リミット値は、モータMを正転させるときの正の制限値とモータMを逆転させるときの負の制限値の両方側で設定され、便宜上、モータMを正転させるときにおける制限値は正の値を持って電流値の上限を規制するので上限電流リミット値とし、モータMを逆転させるときにおける制限値は負の値を持って電流値の下限を規制するので下限電流リミット値と称呼する。 In this embodiment, when the motor M is rotated forward, the supply current has a positive value, and when the motor M is rotated reversely, the supply current has a negative value. . The current limit value is set on both the positive limit value when the motor M is rotated forward and the negative limit value when the motor M is rotated reversely. For convenience, the limit value when the motor M is rotated forward Since the upper limit of the current value is regulated with a positive value, the upper limit current limit value is set. When the motor M is reversely rotated, the limit value has a negative value to limit the lower limit of the current value. Call it.
つづいて、リミット値調整部23は、ストロークセンサ30が出力する変位信号から乗り心地を悪化させる所定周波数帯における成分を抽出するバンドパスフィルタ25と、バンドパスフィルタ25で抽出した所定周波数帯成分における変位信号の振幅に基づいて電流リミット値を演算するリミット値演算部26とを備えており、リミット値演算部26が演算した電流リミット値はモータ駆動部24へ入力され、当該モータ駆動部24がモータMへ与える電流量が上限および下限の電流リミット値の範囲内に制限されることになる。
Subsequently, the limit
すなわち、この実施の形態の場合、アクチュエータAの変位を検知することで車体Bの台車Wに対する振動を検知しており、アクチュエータAの振動状況に応じて電流リミット値を調節するようになっている。 That is, in this embodiment, the vibration of the vehicle body B relative to the carriage W is detected by detecting the displacement of the actuator A, and the current limit value is adjusted according to the vibration state of the actuator A. .
このリミット値調整部23における処理について詳細に説明すると、まず、バンドパスフィルタ25は、所定周波数帯成分、具体的にはたとえば、1Hz程度から10Hz程度となる周波数帯における振動成分のみをストロークセンサ30が出力する変位信号から抽出する。
The processing in the limit
つづいて、リミット値演算部26は、変位信号の所定周波数帯における振動成分の振幅を求め、当該振幅に対して漸減する重み付けを行って、上限および下限の電流リミット値±I*を演算するようになっている。具体的には、振幅Lの大きさに応じて最大値から最小値にまで漸減する係数αを図4に示すマップを利用するなどして求め、当該係数αにモータMで許容される正の最大電流値Imaxを積算して電流リミット絶対値を求めて、モータMに供給される電流量の上限である上限電流リミット値I*と、電流リミット絶対値の符号を反転してモータMに供給される電流量の下限である下限電流リミット値−I*とを演算する。
Subsequently, the limit
なお、係数αは、モータMで許容される正の最大電流値Imaxに積算されるので、この場合、0≦α≦1の範囲の係数となり、振幅Lの増大によって、最小値である0に向けて漸減することになる。 The coefficient α is integrated with the positive maximum current value I max allowed by the motor M. In this case, the coefficient α is a coefficient in the range of 0 ≦ α ≦ 1, and the minimum value 0 is obtained by increasing the amplitude L. It will be gradually reduced toward.
また、図4に示した例では、振幅LがL1未満では、係数αは最大値である1を採るとともに、L2を超えると任意の最小値βとなり、振幅LがL1以上L2以下の範囲では、係数αが任意の最小値βまで比例的に減少するようになっているが、漸減することには、振幅Lの増加に対して係数αが、比例的、反比例的、指数関数的、段階的、あるいはこれらの任意の組み合わせによって減少することも含まれる。 Further, in the example shown in FIG. 4, the amplitude L is less than L 1, with the coefficient α assumes a 1 is the maximum value, any minimum value β becomes exceeds L 2, the amplitude L is L 1 or L 2 In the following range, the coefficient α decreases proportionally to an arbitrary minimum value β. However, in order to decrease gradually, the coefficient α is proportional, inversely proportional, or exponential with respect to an increase in the amplitude L. It also includes decreasing by function, stepwise, or any combination thereof.
さらに、上記したところでは、上限電流リミット値I*と下限電流リミット値−I*を求めるのに、一端、係数αを求めて、当該係数αに最大電流値Imaxを掛け合わせるようにしているが、振幅Lに対して重み付けした正の上限電流リミット値I*をマップ化しておき、振幅Lから直接的に上限電流リミット値I*を求めるとともに、符号を反転して負の下限電流リミット値−I*を求めてもよい。また、係数αに任意の値γを掛け合わせる場合には、係数αは0≦α≦Imax/γの範囲で振幅Lの増加に対して漸減するように設定されればよい。 Furthermore, in the place described above, to determine the upper current limit value I * and the lower current limit value -I *, end, seeking factor alpha, so that multiplies the maximum current value I max on the coefficient alpha but leave mapped positive upper current limit value obtained by weighting the amplitude L I *, directly with obtaining the upper current limit value I * from the amplitude L, negative lower current limit value by inverting the sign -I * may be obtained. When the coefficient α is multiplied by an arbitrary value γ, the coefficient α may be set so as to gradually decrease with respect to the increase in the amplitude L in the range of 0 ≦ α ≦ I max / γ.
すなわち、リミット値調整部23では、外乱によって車体Bに伝達されると乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車Wに作用する場合、これをバンドパスフィルタ25で当該周波数帯の振動成分を抽出し、リミット値演算部26で上限および下限の電流リミット値±I*を求めて、アクチュエータドライバ24がモータMへ出力する電流量の上限および下限を制限する。
That is, in the limit
このように本実施の形態のアクチュエータAでは、モータMへ出力する電流量の上限および下限をリミット値演算部26で求めた上限および下限の電流リミット値±I*に制限するが、モータMの電流量を制限するということは、モータMの出力トルクを制限するということである。
As described above, in the actuator A of the present embodiment, the upper limit and lower limit of the amount of current output to the motor M are limited to the upper and lower current limit values ± I * obtained by the limit
そして、モータMの出力トルクを制限して小さくすると、シリンダCに外力が入力された場合に、当該外力によって伸縮せしめられ易くなるので、これにより、アクチュエータAの見掛け上の剛性を低くすることが可能となるのである。 When the output torque of the motor M is limited and reduced, when an external force is input to the cylinder C, the motor M can be easily expanded and contracted by the external force. Thus, the apparent rigidity of the actuator A can be reduced. It becomes possible.
すなわち、この実施の形態におけるアクチュエータAでは、モータMの電流量を制限することで、アクチュエータAの見掛け上の剛性を制御することができるのである。 That is, in the actuator A in this embodiment, the apparent rigidity of the actuator A can be controlled by limiting the amount of current of the motor M.
ここで、鉄道車両が走行中に、車体Bに伝達されると乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が外乱によって台車Wに作用する場合、アクチュエータAの見掛け上の剛性が高いと、台車Wに作用した振動を車体Bへ伝達してしまうことになるため、本実施の形態では、そのような場合には、外乱によってアクチュエータAの伸縮を可能とするため、上限および下限の電流リミット値±I*を0に近づける、つまり、電流リミット値の絶対値を小さくして、モータMへ供給される電流量を制限しモータMの発生トルクを小さくする。 Here, when vibrations in a frequency band that deteriorates the ride comfort when acting on the carriage W due to disturbance when the railway vehicle is traveling while the railway vehicle is traveling, if the apparent rigidity of the actuator A is high, the carriage W In this embodiment, since the applied vibration is transmitted to the vehicle body B, in such a case, the actuator A can be expanded and contracted by a disturbance, so the upper and lower limit current limit values ± I. * Is brought close to 0, that is, the absolute value of the current limit value is decreased, the amount of current supplied to the motor M is limited, and the generated torque of the motor M is decreased.
すると、アクチュエータAの見掛け上の剛性が低くなって、台車Wに入力された振動に対してアクチュエータAが伸縮しやすくなり、車体B側への振動伝播を絶縁することができるようになる。 Then, the apparent rigidity of the actuator A becomes low, the actuator A can easily expand and contract with respect to the vibration input to the carriage W, and the vibration propagation to the vehicle body B side can be insulated.
したがって、本実施の形態のアクチュエータAでは、所定周波数帯における振動の振幅に基づいて、モータへ供給する電流リミット値±I*を調節するので、外乱によって乗り心地を悪化させる周波数帯の振動が台車Wに作用しても、台車W側へ入力された振動が車体B側へ伝播することを抑制することができ、液圧式のアクチュエータAを車体傾斜に用いても車両における乗り心地を向上することができるのである。 Therefore, in the actuator A of the present embodiment, the current limit value ± I * supplied to the motor is adjusted based on the amplitude of vibration in a predetermined frequency band. Even if it acts on W, it is possible to suppress the vibration input to the cart W side from propagating to the vehicle body B side, and to improve the riding comfort in the vehicle even if the hydraulic actuator A is used for tilting the vehicle body. Can do it.
また、換言すれば、車両における乗り心地を向上することができるので、アクチュエータAの作動流体を液体たる作動油とすることができ、推進力不足を解消し、車体傾斜の応答性を向上させることができるのである。 In other words, since the ride comfort in the vehicle can be improved, the working fluid of the actuator A can be a liquid working oil, which eliminates the lack of propulsive force and improves the response of the vehicle body tilt. Can do it.
また、振幅Lが大きくなると漸減するよう重み付けを行って正負の電流リミット値±I*を求めるようになっているので、上記周波数帯の振動の振幅Lが大きく乗り心地の悪化が懸念される場合には、よりアクチュエータAの見掛け上の剛性を低くして振動絶縁性を高め、反対に、上記周波数帯の振動の振幅Lが小さい場合には、制御部20による車体傾斜のためのアクチュエータAの制御を優先させて上位装置で演算される目標変位X*に対してアクチュエータAの実際の変位Xの追随性を満足させる程度のアクチュエータAの見掛け上の剛性を確保することができる。
Further, since the positive and negative current limit values ± I * are obtained by weighting so as to gradually decrease as the amplitude L increases, the vibration amplitude L in the frequency band is large, and there is a concern about deterioration of riding comfort. In this case, the apparent rigidity of the actuator A is further lowered to improve the vibration insulation, and conversely, when the amplitude L of the vibration in the frequency band is small, the
さらに、上述のリミット値演算部26では、上記処理によって正負の電流リミット値±I*を求めるのとは別に、制御部20における偏差演算部21で演算される目標変位X*と実際の変位Xの偏差εを取り込み、偏差εが所定の閾値以下である場合には、上記の如く求めた正負の電流リミット値±I*を有効とし、モータ駆動部24がモータMに供給する電流量が上記正負の電流リミット値±I*で制限されることになる。
Further, in the limit
他方、偏差εが所定の閾値を超える場合には、正負の電流リミット値±I*を上記処理によって得られた値ではなく、上限電流リミット値を正の値を持つ最大電流値Imaxとするとともに、下限電流リミット値を負の値をもつ最小電流値Iminとして、アクチュエータドライバ24がモータMに供給する電流量の上限および下限が最大電流値Imaxおよび最小電流値Iminで制限されることになる。
On the other hand, when the deviation ε exceeds a predetermined threshold, the positive / negative current limit value ± I * is not the value obtained by the above processing, but the upper limit current limit value is set to the maximum current value I max having a positive value. At the same time, the lower limit current limit value is set to a minimum current value I min having a negative value, and the upper limit and the lower limit of the amount of current that the
すなわち、この場合、モータMへは許容される最大および最小の電流量まで、電流供給することが可能となり、アクチュエータAの見掛け上の剛性は高く維持されることになる。 That is, in this case, current can be supplied to the motor M up to the maximum and minimum current amounts allowed, and the apparent rigidity of the actuator A is maintained high.
なお、所定の閾値は、制御部20による車体傾斜のためのアクチュエータAの制御を優先させるか否かの判断を行うための基準であり、この閾値は、モータMに供給される電流量を電流リミット値±I*を調節することによって台車Wから車体Bへの振動伝達を抑制する制御を実施することで、目標変位X*に対するアクチュエータAの実際の変位Xの追随性が犠牲になって却って乗り心地を悪化させる場合には、制御部20による車体傾斜のためのアクチュエータAの制御を優先させることができるような値に設定される。
The predetermined threshold value is a reference for determining whether or not to give priority to the control of the actuator A for the vehicle body tilt by the
このように、リミット値演算部26は、この実施の形態の場合、上限および下限の電流リミット値±I*を求めることに加えて、目標変位X*と実際の変位Xの偏差εを取り込み、偏差εが上記閾値を超える場合には、制御部20による車体傾斜のためのアクチュエータAの制御を優先させて上位装置で演算される目標変位X*に対してアクチュエータAの実際の変位Xの追随性を確保し、偏差εが上記閾値以下の場合には、台車Wから車体Bへの振動伝達の抑制する制御を優先するようになっているので、車体傾斜制御と車体Bへの振動絶縁とを高次元で両立してより一層乗り心地を向上することができるのである。
Thus, in the case of this embodiment, the limit
なお、本実施の形態の制御部20は、ハードウェア資源としては、図示はしないが、ストロークセンサ30が出力するアナログの電圧でなる変位信号をデジタル信号に変換するA/D変換器と、変位信号と上位装置からの目標変位とを取り込み、上記各部の処理を実行するCPU(Central Prossesing Unit)と、上記CPUに記憶領域を提供するRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)と、上記各部の処理を行うためCPUが実行するアプリケーションやオペレーティングシステム等のプログラムを格納するROM(Read Only Memory)と、モータ駆動部24とを備えて構成されており、制御部20の各部における構成は、CPUが各部の処理を行うためアプリケーションプログラムを実行することで実現されている。
The
なお、バンドパスフィルタ25は、この場合、CPUによる処理で実現されるとしているが、ストロークセンサ30が出力するアナログ信号を処理するフィルタとしてもよい。
In this case, the band-
つづいて、上述の制御部20における上限および下限の電流リミット値±I*を求める処理を図5に示した処理手順の一例に即して説明すると、ステップS1では、制御部20は、ストロークセンサ30が出力する変位信号から所定周波数帯の振動成分の変位信号を抽出する。
Next, the processing for obtaining the upper and lower limit current limit values ± I * in the
そして、ステップS2に移行して、制御部20は、所定周波数帯の振動成分の変位信号における振幅Lを得る。なお、振幅Lは、所定周波数帯の振動成分の変位信号における任意周期内における最小値と最大値との差をとることで求めれば良いし、所定周波数帯の振動成分のパワースペクトルを演算することによって求めても良い。
And it transfers to step S2 and the
つづき、ステップS3では、ステップS2で求めた振幅Lから係数αを求め、この係数αから上限電流リミット値I*を求めるとともに、符号を反転して下限電流リミット値−I*を演算する。 Subsequently, in step S3, a coefficient α is obtained from the amplitude L obtained in step S2, an upper limit current limit value I * is obtained from the coefficient α, and the sign is inverted to calculate a lower limit current limit value −I * .
そして、ステップS4では、制御部20における偏差演算部21で演算する偏差εを読み込んで、偏差εが閾値以下である場合にはステップS5に移行してステップS3の演算結果をそのまま各電流リミット値±I*とし、偏差εが閾値を超える場合にはステップS6に移行して上限電流リミット値I*の値を最大電流値Imaxとするとともに、下限電流リミット値−I*の値を最小電流値Iminとする。
In step S4, the deviation ε calculated by the
最後に、ステップS7へ移行して、上限および下限の電流リミット値±I*をアクチュエータドライバ24へ出力する。
Finally, the process proceeds to step S7, and the upper and lower limit current limit values ± I * are output to the
以上、一連の判断処理が終了すると、引き続き、繰り返して同じ処理が実行されることになり、このようにして、制御部20による上限および下限の電流リミット値±I*の調節が継続して実施される。
As described above, when the series of determination processes is completed, the same process is repeatedly performed. In this way, the
なお、上記したところでは、車体Bの台車Wに対する振動を得るのに、シリンダCに設けたストロークセンサ30で変位を検知するようにしていたが、シリンダCの一方室R1および他方室R2の圧力の変動にも車体Bの台車Wに対する振動成分が重畳されるので、図1に示すように、一方室R1内の圧力をセンシングする圧力センサ31と、他方室R2内の圧力をセンシングする圧力センサ32とを設け、圧力センサ31,32で一方室R1および他方室R2の圧力を検出して車体Bの台車Wに対する振動を得てもよい。また、変位フィードバック制御を行っているため、制御部20における制御指令生成部22中において生成される各制御指令、すなわち、目標モータ回転数指令、目標速度指令、目標電流指令にも車体Bの台車Wに対する振動が重畳されるので、これらの制御指令のうち、いずれかをモニタすることで車体Bの台車Wに対する振動を得てもよい。さらに、上述したように、変位フィードバック制御を行っているため、制御部20における制御指令生成部22に入力されるアクチュエータAの目標変位X*と実際の変位Xとの偏差εにも車体Bの台車Wに対する振動が重畳されているため、この偏差εから車体Bの台車Wに対する振動を得てもよい。またさらには、車体Bに加速度センサを取付けておき、直接的に車体Bの振動を検知するようにしてもよく、制御部20への適用は上記と同様とすればよい。このように車体Bの台車Wに対する振動を得るには上記の如く複数の手段があり、上述の一実施の形態の制御部20へ実際に適用する際には、これら他の手段で得た振動データを実際の変位Xの代わりにバンドパスフィルタ25へ入力すればよく、たとえば、アクチュエータAの目標変位X*と実際の変位Xとの偏差εから振動を得る場合、具体的には、図6に示すように、偏差εそのものを直接にバンドパスフィルタ25へ入力すればよい。そして、必要であれば、リミット値演算部26における上限および下限の電流リミット値±I*の演算に際しては、振動を得た手段に適するように重み付けの係数を適宜変更すればよい。
In the above description, in order to obtain the vibration of the vehicle body B with respect to the carriage W, the displacement is detected by the
なお、上記したところでは、車体傾斜の手法として、いわゆる振子式といわれる手法を採用する鉄道車両に、本実施の形態のアクチュエータAを適用しているが、車体Aと台車Wの間の左右のそれぞれに、二つのアクチュエータを縦置きに設置して、各アクチュエータを駆動して車体Bを傾斜させるような場合にも、本発明のアクチュエータAを適用することが可能であるのは当然である。 In the above description, the actuator A according to the present embodiment is applied to a railway vehicle that employs a so-called pendulum method as a vehicle body tilting method. Naturally, the actuator A of the present invention can also be applied to a case where two actuators are installed vertically and the body B is tilted by driving each actuator.
以上で、本発明の実施の形態についての説明を終えるが、本発明の範囲は図示されまたは説明された詳細そのものには限定されないことは勿論である。 This is the end of the description of the embodiment of the present invention, but the scope of the present invention is of course not limited to the details shown or described.
1 液圧源たる油圧ポンプ
2 容器
3 ピストン
4 ロッド
5 アクチュエータ回路
6 ループ通路
7,8,16 ソレノイド切換弁
7a,8a,16a バルブ
7b,8b,16b バネ
7c,8c,16c ソレノイド
9,10 分岐通路
11 アキュムレータ
12 低圧選択弁
13 ダンパ回路
14 流路
14a メイン流路
14b 一方側上流路
14c 他方側上流路
14d 一方側下流路
14e 他方側下流路
14f 接続通路
15 減衰力発生要素
15a 減衰バルブ
15b 固定絞り
17a,17b,17c,17d 逆止弁
18 リリーフ流路
19 リリーフ弁
20 制御部
21 偏差演算部
22 制御指令生成部
23 リミット値調整部
24 モータ駆動部
25 バンドパスフィルタ
26 リミット値演算部
30 ストロークセンサ
31,32 圧力センサ
A アクチュエータ
B 車体
C シリンダ
R1 圧力室たる一方室
R2 圧力室たる他方室
W 台車
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