JP3778950B2

JP3778950B2 - Snake behavior control device for railcar bogie

Info

Publication number: JP3778950B2
Application number: JP01793493A
Authority: JP
Inventors: 都史彰平田; 尚志根来
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-01-07
Filing date: 1993-01-07
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2021-05-24
Also published as: JPH06199236A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、鉄道車両台車に特有の不安定現象である蛇行動を抑制し、鉄道車両の安定限界速度を飛躍的に向上させることのできる鉄道車両台車の蛇行動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現用されている鉄道車両台車は、ほとんどが２軸ボギーを採用しており、それぞれの形式や各部の構造には数多くの種類があるが、台車としての基本構造や構成はほぼ同じであり、一般に台車枠、揺れ枕装置、ばね装置、軸受軸箱、軸箱支持装置、輪軸、基礎ブレーキ装置等によって構成される。その台車としての基本構造は図１０Ａ、Ｂに示すように、台車枠１、車軸２、車輪３、軸箱４、一次ばね５および二次ばね６より構成される。そして、車輪３には曲線路の通過を容易にするために、踏面勾配θが付けられた円錐輪が用いられている。
【０００３】
そのため、レールに接する踏面位置によって踏面半径が異なり、更に車輪は使用摩耗により不整斉となる。また、２本のレールは施設上からも、保守上からも幾何学的に誤差を免れない。これらが原因となり、車輪の左右中心は線路中心に対し偏位した位置で転走する。その上、転走時に受ける抵抗は、左右車輪で異なり踏面においてすべりを生じ、一方の車輪は他方の車輪より多く進むか、あるいは遅く進むため、車輪には遅れまたは進みの走行角が生じ最大値に達した後は、逆に進みまたは遅れの走行角の最大値に達して１サイクル（図１１に蛇行の波長Ｌで示す）を終わる。このサイクルを繰り返したときの輪軸中心の転送軌跡は、一定の波長並びに振幅をもった曲線を描き、いわゆる蛇行軌道曲線となる。よって、鉄道車両の走行速度が高くなるにつれて、輪軸の蛇行の振動数は大きくなり、ある速度で一次ばねの固有振動数と一致する。その結果、台車全体が大きく蛇行するようになり、鉄道車両の安定走行が維持できなくなる。この現象は、蛇行動と呼ばれており、また蛇行動の発生する走行速度を安定限界速度と呼ぶ。
【０００４】
上記のごとく、蛇行動は本質的には避けられない現象であるが、安定限界速度を向上させることは可能である。その、安定限界速度を向上させるための従来方法としては、一次ばね（軸ばね）のばね定数を大きくして固有振動数を大きくする方法や、図１２に示すように、車体８と台車枠１との間にヨーダンパ９を設置し、蛇行動を減衰させる方法がある。
【０００５】
また、鉄道車両の乗り心地の向上を目的になされた発明に輪軸ヨー角制御装置付鉄道用車両（特開平３−２５８６５５号公報）がある。これは図１３に示すように、台車枠１と輪軸との間に流体アクチュエータ１０を設置し、記憶装置１１に予め蓄積しておいた軌道不整等に関する情報を外部からの信号（速度信号、ＡＴＳ信号、異常信号、非常停止信号等）に従い随時読み出し、制御器１２で制御入力を計算し、前記流体アクチュエータ１０に入力する構成となっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の内、一次ばねのばね定数を大きくして固有振動数を大きくする方法やヨーダンパを用いる方法は、容易に実現でき蛇行動の抑制効果もあるが、軌道不整を台車枠や車体に振動として伝えやすくなり、通常走行時の乗り心地が悪化する。
一方、特開平３−２５８６５５号公報の「輪軸ヨー角制御装置付鉄道用車両」は、通常走行時の乗り心地の向上には効果があるが、不安定現象である蛇行動の抑制に効果的であるとはいえない。
【０００７】
この発明は、上記のごとく従来技術には乗り心地を維持したまま蛇行動を抑制し得る制御装置は出現していない現状に鑑みて、通常走行時の乗り心地を悪化させずに、高速走行時に発生する蛇行動を抑制し、安定限界速度を向上させることのできる鉄道車両台車の蛇行動制御装置を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明の鉄道車両台車の蛇行動制御装置は、鉄道車両台車の台車枠と輪軸との間に設置して輪軸にヨー方向の制御力を発生させるための流体アクチュエータと、該輪軸の振動加速度を検知するセンサと、該センサからの検知信号に基づいてヨー角加速度を算出して前記輪軸に発生させるヨー方向の制御力信号を作成し、かつ前記流体アクチュエータを前後軸で同時に又は個別に制御する一つ又は二つの安定化制御器とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、この発明の蛇行動制御装置において、該安定化制御器は、最適レギュレータ理論によって得られるフィードバックゲインを用いて制御信号を求めることができる。
【００１２】
【作用】
図１は、請求項１の発明により、前後輪軸を個別に制御する蛇行動制御装置の構成を示したものである。流体アクチュエータ１０は、台車枠１と軸箱４との間に車軸２に対し垂直方向に設置され、輪軸７にヨー方向の制御力を発生させる。軸箱４にはセンサ１３が取付けられ、輪軸７の左右方向およびヨー方向の振動を検知する。上記センサからの信号は安定化制御器１４に入力され、輪軸７の運動を安定化させるための制御信号ｕ_Fおよび制御信号ｕ_Rを計算する。これらの制御信号は、制御弁１５に入力され、上記流体アクチュエータ１０をヨー方向に駆動する。
【００１３】
図２は、請求項２の発明により、前後輪軸を一体に制御する蛇行動制御装置の構成を示したものである。この場合には、台車枠１を介して生じる前後輪軸間の干渉を考慮するために、台車枠１にもセンサ１３を設置し、台車枠１の運動も考慮して設計した一つの安定化制御器１４を用いている。
【００１４】
図１あるいは図２における安定化制御器１４の構成図を図３に示す。制御対象（図１の場合には輪軸７の運動、図２の場合には輪軸７および台車枠１の運動）の内部状態に注目して１式のようなモデルを作成する。
【００１５】
【数１】
１式

【００１６】
ここで、ｔは時間、ｘ（ｔ）は内部状態のベクトル、ｕ（ｔ）は制御信号のベクトル、ｙ（ｔ）はセンサ出力のベクトルである。
【００１７】
上記モデルを基にして、安定化制御器１４は２式に示すオブザーバ１６と３式に示す状態フィードバック１７から構成される。
【００１８】
【数２】
２式

【００１９】
３式
ｕ（ｔ）＝Ｆｘ_E（ｔ）
【００２０】
オブザーバ１６は、センサ出力ｙ（ｔ）から内部状態の推定値ｘ_E（ｔ）を求めるものであり、行列Ｋは推定速度を決定するパラメータである。状態フィードバック１７は上記オブザーバで得られた内部状態を用いて、制御対象を安定化させる制御信号ｕ（ｔ）を計算する。
フィードバックゲインＦは、公知の制御理論である最適レギュレータ理論により得られる。すなわち、３式の状態フィードバックを行ったとき、内部状態ｘ（ｔ）と制御信号ｕ（ｔ）に関する下記４式の評価関数Ｊを最小にするフィードバックゲインＦを採用する。
【００２１】
【数３】
４式

ここで、行列Ｑおよび行列Ｒは適当な重みである。
【００２２】
【実施例】
実施例１
請求項１の発明の実施による図１に示した前後輪軸を個別に制御する蛇行動制御装置に基づいて説明する。輪軸７の振動を検知するセンサとして、図４に示すように加速度計１８を設置し、軸箱４の左右および前後方向の振動加速度ａ_F1、ａ_F2、ａ_F3、ａ_F4、ａ_R1、ａ_R2、ａ_R3、ａ_R4を検知する。
【００２３】
上記センサ出力は、図５に示すようにＡ／Ｄ変換装置１９でディジタル値に変換され、制御用コンピュータ２０に入力される。この制御用コンピュータ２０内では、先ずセンサ出力変換部２１で下記５式に示す演算を行い、輪軸左右振動加速度ａ_FL、ａ_RLおよび輪軸ヨー角加速度ａ_FY、ａ_RYを計算する。
【００２４】
５式
ａＦＬ＝（ａ_F1＋ａ_F2）／２
ａＲＬ＝（ａ_R1＋ａ_R2）／２
ａＦＹ＝（ａ_F3−ａ_F4）／２ｂ₁
ａＲＹ＝（ａ_R3−ａ_R4）／２ｂ₁
ただし、ｂ₁は輪軸７の中心から加速度計１８までの距離である。上記の結果を用いて、安定化制御計算部２２で輪軸７に発生させるヨー方向の制御力に相当する制御信号ｕＦおよびｕＲを計算する。上記安定化制御計算部は２式および３式に示した安定化制御器１４を下記６式および７式に示すようにディジタル化し、さらにソフトウェア化したものである。
【００２５】
６式
ｘ_E（ｋ＋１）＝Ｄ_Dｘ_E（ｋ）＋Ｂ_Dｕ（ｋ）＋Ｋ_Dｙ（ｋ）
７式
ｕ（ｋ）＝Ｆ_Dｘ_E（ｋ）
ただし、ｋ＝０、１、２、…はディジタル化された時間を表す。
上記により求められた制御信号は、Ｄ／Ａ変換装置２３でアナログ値に変換された後、制御弁１５に入力される。
【００２６】
実施例２
請求項２の発明の実施による図２に示した前後輪軸を同時に制御する蛇行動制御装置に基づいて説明する。輪軸７および台車枠１の振動を検知するセンサとして、図６に示すように加速度計１８を設置し、軸箱４の左右および前後方向の振動加速度ａ_F1、ａ_F2、ａ_F3、ａ_F4、ａ_R1、ａ_R2、ａ_R3、ａ_R4、更に、輪軸中心上における台車枠１の左右方向の振動加速度ａ_F5、ａ_R5を検知する。
【００２７】
実施例１と同様に、上記センサ出力は、図７に示すようにＡ／Ｄ変換装置１９でディジタル値に変換され、制御用コンピュータ２０に入力される。この制御用コンピュータ２０内では、先ずセンサ出力変換部２１で下記８式に示す演算を行い、輪軸左右振動加速度ａ_FL、ａ_RLおよび輪軸ヨー角加速度ａ_FY、ａ_RY、更に台車中心上における台車左右振動加速度ａ_TL、台車ヨー角加速度ａ_TYを計算する。
【００２８】
８式
ａ_FL＝（ａ_F1＋ａ_F2）／２
ａ_RL＝（ａ_R1＋ａ_R2）／２
ａ_FY＝（ａ_F3−ａ_F4）／２ｂ₁
ａ_RY＝（ａ_R3−ａ_R4）／２ｂ₁
ａ_TL＝（ａ_F5＋ａ_F6）／２
ａ_TY＝（ａ_F5−ａ_F6）／２ｂ₂
【００２９】
ただし、ｂ₂は台車中心から加速度計１８までの距離である。上記の結果を用いて、安定化制御計算部２２で輪軸７および台車枠１を安定化させるために発生させるヨー方向の制御力に相当する制御信号ｕ_Fおよびｕ_Rを計算する。そして、上記で求めた制御信号は、Ｄ／Ａ変換装置２３でアナログ値に変換され、制御弁１５に入力される。
【００３０】
実施例３
請求項２の発明の実施による図２に示した前後輪軸を同時に制御する蛇行動制御装置に基づいた他の実施例について説明する。輪軸７と台車枠１の振動を検知するセンサとして、図６に示す加速度計１８に図８に示す変位計２４を追加し、軸箱４の左右および前後方向の振動加速度および輪軸中心上における台車枠１の左右方向の振動加速度ａ_F1、ａ_F2、ａ_F3、ａ_F4、ａ_F5、ａ_R1、ａ_R2、ａ_R3、ａ_R4、ａ_R5に加えて、軸箱４と台車枠１との間の左右および前後方向の相対変位ｄ_F1、ｄ_F2、ｄ_F3、ｄ_F4、ｄ_R1、ｄ_R2、ｄ_R3、ｄ_R4を検知する。
【００３１】
実施例２と同様に、上記センサ出力は、図９に示すようにＡ／Ｄ変換装置１９でディジタル値に変換され、制御用コンピュータ２０に入力される。この制御用コンピュータ２０内では、先ずセンサ出力変換部２１で上記８式に加え、下記９式を使って左右相対変位ｄ_FL、ｄ_RLおよびヨー相対角度ｄ_FY、ｄ_RYを計算する。
【００３２】
９式
ｄ_FL＝（ｄ_F1＋ｄ_F2）／２
ｄ_RL＝（ｄ_R1＋ｄ_R2）／２
ｄ_FY＝（ｄ_F3−ｄ_F4）／２ｂ₃
ｄ_RY＝（ｄ_R3−ｄ_R4）／２ｂ₃
【００３３】
ただし、ｂ₃は台車中心から変位計２４までの距離である。上記の結果を用いて、安定化制御計算部２２で輪軸７および台車枠１を安定化させるために発生させるヨー方向の制御力に相当する制御信号ｕ_Fおよびｕ_Rを計算する。この実施例では、上記安定化制御計算部において２式のオブザーバの代わりに下記１０式に示す最小次元オブザーバを用いた。
【００３４】
【数４】
１０式

【００３５】
最小次元オブザーバの特徴は、センサ出力の利用により状態推定の冗長度を減らせることであり、内部状態の数をｎ、センサ出力の数をｍとすると、２式のオブザーバは（ｎ−ｍ）次元となる。したがって、制御計算量を減らすことができる。そして、上記で求めた制御信号は、Ｄ／Ａ変換装置２３でアナログ値に変換され、制御弁１５に入力される。
【００３６】
【発明の効果】
この発明は、通常走行時の乗り心地を悪化せずに、高速走行時に発生する蛇行動を抑制し、安定限界速度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明により、前後輪軸を個別に制御する蛇行動制御装置の構成を示す説明図である。
【図２】請求項２の発明により、前後輪軸を同時に制御する蛇行動制御装置の構成を示す説明図である。
【図３】この発明の実施例で使用する安定化制御器の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施例１における加速度計の配置を示す説明図である。
【図５】この発明の実施例１における制御計算のブロック図である。
【図６】この発明の実施例２における加速度計の配置を示す説明図である。
【図７】この発明の実施例２における制御計算のブロック図である。
【図８】この発明の実施例３における変位計の配置を示す説明図である。
【図９】この発明の実施例３における制御計算のブロック図である。
【図１０】鉄道車両台車の基本構成を示す説明図で、Ａは平面図、Ｂは正面図ある。
【図１１】鉄道車両における輪軸の蛇行動を示す説明図である。
【図１２】鉄道車両におけるヨーダンパの配置を示す説明図である。
【図１３】従来の輪軸ヨー角度制御装置を有する鉄道車両台車の説明図である。
【符号の説明】
１台車枠
２車軸
３車輪
４軸箱
５一次ばね
６二次ばね
７輪軸
８車体
９ヨーダンパ
１０流体アクチュエータ
１１記憶装置
１２制御器
１３センサ
１４安定化制御器
１５制御弁
１６オブザーバ
１７状態フィードバック
１８加速度計
１９Ａ／Ｄ変換装置
２０制御用コンピュータ
２１センサ出力変換部
２２安定化制御計算部
２３Ｄ／Ａ変換装置
２４変位計
Ｆ状態フィードバックゲイン
Ｋオブザーバの推定速度を決定するパラメータ行列
ｋディジタル化した時間
ａ_F1、ａ_F2、ａ_R1、ａ_R2 軸箱の左右方向の振動加速度
ａ_F3、ａ_F4、ａ_R3、ａ_R4 軸箱の前後方向の振動加速度
ａ_F5、ａ_R5 輪軸中心上における台車枠の左右方向の振動加速度
ａ_FL、ａ_RL 輪軸左右振動加速度
ａ_FY、ａ_RY 輪軸ヨー角加速度
ａ_TL 台車左右振動加速度
ａ_TY 台車ヨー角加速度
ｄ_F1、ｄ_F2、ｄ_R1、ｄ_R2 軸箱と台車枠との間の左右方向の相対変位
ｄ_F3、ｄ_F4、ｄ_R3、ｄ_R4 軸箱と台車枠との間の前後方向の相対変位
ｕ_F、ｕ_R 制御信号
ｄ_FL、ｄ_RL 左右相対変位
ｄ_FY、ｄ_RY ヨー相対角度[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a snake behavior control device for a railway vehicle trolley that can suppress the snake behavior that is an unstable phenomenon peculiar to the railway vehicle trolley and can dramatically improve the stability limit speed of the railway vehicle.
[0002]
[Prior art]
Most railcar trolleys currently in use employ two-axis bogies, and there are many types of structures and parts, but the basic structure and configuration of the trolley are almost the same. It consists of a bogie frame, a swing pillow device, a spring device, a bearing shaft box, a shaft box support device, a wheel shaft, a basic brake device, and the like. As shown in FIGS. 10A and 10B, the basic structure of the carriage is constituted by a carriage frame 1, an axle 2, a wheel 3, an axle box 4, a primary spring 5 and a secondary spring 6. In order to facilitate the passage of the curved road, the wheel 3 is a conical ring with a tread gradient θ.
[0003]
Therefore, the radius of the tread differs depending on the position of the tread contacting the rail, and the wheels become irregular due to wear. In addition, the two rails are subject to geometric errors from both the facilities and maintenance. Due to these reasons, the left and right centers of the wheels roll at a position deviated from the center of the track. In addition, the resistance received during rolling differs between the left and right wheels, causing slip on the tread, and one wheel travels more than the other or travels slower, so that the wheel has a delayed or advanced travel angle and the maximum value. On the contrary, the maximum value of the traveling angle of the advance or delay is reached and one cycle (indicated by the meandering wavelength L in FIG. 11) is completed. The transfer locus at the center of the wheel axis when this cycle is repeated draws a curve having a constant wavelength and amplitude, and becomes a so-called meandering orbit curve. Therefore, as the traveling speed of the railway vehicle increases, the frequency of the meandering of the wheel shaft increases and coincides with the natural frequency of the primary spring at a certain speed. As a result, the entire bogie will meander significantly, making it impossible to maintain stable travel of the railway vehicle. This phenomenon is called snake behavior, and the traveling speed at which snake behavior occurs is called the stability limit speed.
[0004]
As described above, snake behavior is essentially an unavoidable phenomenon, but it is possible to improve the stability limit speed. As a conventional method for improving the stability limit speed, a method of increasing the natural frequency by increasing the spring constant of the primary spring (shaft spring), or a vehicle body 8 and a bogie frame 1 as shown in FIG. There is a method of damping the snake behavior by installing a yo-yo damper 9 between them.
[0005]
Moreover, there is a railway vehicle (Japanese Patent Laid-Open No. 3-258655) with an wheel yaw angle control device as an invention made for the purpose of improving the riding comfort of the railway vehicle. As shown in FIG. 13, a fluid actuator 10 is installed between the carriage frame 1 and the wheel shaft, and information on track irregularities or the like previously stored in the storage device 11 is transmitted from an external signal (speed signal, ATS). Signal, an abnormal signal, an emergency stop signal, etc.) are read as needed, a control input is calculated by the controller 12 and input to the fluid actuator 10.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Among the above-mentioned prior arts, the method of increasing the natural frequency by increasing the spring constant of the primary spring and the method of using a yaw damper can be easily realized and have the effect of suppressing the serpentine behavior. It becomes easier to convey as vibration, and the ride comfort during normal driving deteriorates.
On the other hand, “Railway Vehicle with Wheel Yaw Angle Control Device” disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-258655 is effective in improving riding comfort during normal driving, but effective in suppressing snake behavior that is an unstable phenomenon. It cannot be said.
[0007]
As described above, in view of the present situation that the control device capable of suppressing the snake behavior while maintaining the riding comfort has not appeared in the prior art, the present invention does not deteriorate the riding comfort during normal driving, and at the time of high speed driving. The present invention provides a snake behavior control device for a railway vehicle carriage that can suppress the generated snake behavior and improve the stability limit speed.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a snake behavior control device for a railway vehicle bogie according to the present invention is provided between a bogie frame of a railway vehicle bogie and a wheel shaft, and a fluid actuator for generating a control force in the yaw direction on the wheel shaft; A sensor for detecting the vibration acceleration of the wheel shaft, a yaw angular acceleration is calculated based on a detection signal from the sensor, and a control force signal in the yaw direction to be generated on the wheel shaft is generated. And one or two stabilization controllers that are controlled simultaneously or individually.
[0009]
Further, in the hunting oscillation control apparatus of the invention, the stabilization controller may determine the control signal using the feedback gain obtained by optimal regulator theory.
[ 0012 ]
[Action]
FIG. 1 shows the configuration of a snake behavior control device for individually controlling front and rear wheel axles according to the invention of claim 1. The fluid actuator 10 is installed between the carriage frame 1 and the axle box 4 in a direction perpendicular to the axle 2 and generates a control force in the yaw direction on the wheel shaft 7. A sensor 13 is attached to the axle box 4 and detects vibrations of the wheel shaft 7 in the left-right direction and the yaw direction. A signal from the sensor is input to the stabilization controller 14 to calculate a control signal u _F and a control signal u _R for stabilizing the movement of the wheel shaft 7. These control signals are input to the control valve 15 to drive the fluid actuator 10 in the yaw direction.
[ 0013 ]
FIG. 2 shows a configuration of a snake behavior control device for integrally controlling front and rear wheel shafts according to the invention of claim 2. In this case, in order to consider the interference between the front and rear wheel shafts that occurs through the carriage frame 1, a sensor 13 is also installed in the carriage frame 1, and one stabilization control designed in consideration of the movement of the carriage frame 1. A container 14 is used.
[ 0014 ]
A configuration diagram of the stabilization controller 14 in FIG. 1 or FIG. 2 is shown in FIG. A model like the one set is created by paying attention to the internal state of the object to be controlled (the movement of the wheel shaft 7 in the case of FIG. 1, the movement of the wheel shaft 7 and the carriage frame 1 in the case of FIG. 2).
[ 0015 ]
[Expression 1]
1 set

[ 0016 ]
Here, t is time, x (t) is an internal state vector, u (t) is a control signal vector, and y (t) is a sensor output vector.
[ 0017 ]
Based on the above model, the stabilization controller 14 is composed of an observer 16 shown in Formula 2 and a state feedback 17 shown in Formula 3.
[ 0018 ]
[Expression 2]
2 sets

[ 0019 ]
Formula 3 u (t) = Fx _E (t)
[ 0020 ]
The observer 16 obtains an estimated value x _E (t) of the internal state from the sensor output y (t), and the matrix K is a parameter that determines the estimated speed. The state feedback 17 calculates a control signal u (t) for stabilizing the controlled object, using the internal state obtained by the observer.
The feedback gain F is obtained by an optimal regulator theory that is a known control theory. That is, when the state feedback of the three formulas is performed, the feedback gain F that minimizes the evaluation function J of the following four formulas regarding the internal state x (t) and the control signal u (t) is employed.
[ 0021 ]
[Equation 3]
4 sets

Here, the matrix Q and the matrix R are appropriate weights.
[ 0022 ]
【Example】
Example 1
A description will be given based on the snake behavior control device for individually controlling the front and rear wheel shafts shown in FIG. 1 according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, an accelerometer 18 is installed as a sensor for detecting the vibration of the wheel shaft 7, and vibration accelerations a _F1 , a _F2 , a _F3 , a _F4 , a _R1 , a _R2 , _aR3 , and _aR4 are detected.
[ 0023 ]
The sensor output is converted into a digital value by the A / D converter 19 as shown in FIG. In the control computer 20, first, the sensor output conversion unit 21 performs the calculation shown in the following equation (5) to calculate the wheel shaft lateral vibration accelerations a _FL and a _RL and the wheel shaft yaw angular accelerations a _FY and a _RY .
[ 0024 ]
Formula 5 aFL = (a _F1 + a _F2 ) / 2
aRL = (a _R1 + a _R2 ) / 2
a FY = (a _F3 -a _F4 ) / 2b ₁
aRY = (a _R3 −a _R4 ) / 2b ₁
Here, b ₁ is the distance from the center of the wheel shaft 7 to the accelerometer 18. Using the above results, the control signals uF and uR corresponding to the control force in the yaw direction generated on the wheel shaft 7 by the stabilization control calculation unit 22 are calculated. The stabilization control calculation unit is obtained by digitizing the stabilization controller 14 shown in

Equations

2 and 3 as shown in

Equations

6 and 7 below, and further converting it into software.
[ 0025 ]
Formula 6 x _E (k + 1) = D _D x _E (k) + B _D u (k) + K _D y (k)
Formula 7 u (k) = F _D x _E (k)
Here, k = 0, 1, 2,... Represents the digitized time.
The control signal obtained as described above is converted into an analog value by the D / A converter 23 and then input to the control valve 15.
[ 0026 ]
Example 2
A description will be given based on the snake behavior control apparatus for simultaneously controlling the front and rear wheel shafts shown in FIG. As a sensor for detecting vibration of the wheel shaft 7 and the truck frame 1, established the accelerometer 18 as shown in FIG. 6, the vibration acceleration a _F1 of the lateral and longitudinal directions axle box _{_{4, a F2, a F3,}} a F4, a _R1 , a _R2 , a _R3 , a _R4 , and vibration accelerations a _F5 , a _R5 in the left-right direction of the carriage frame 1 on the center of the wheel axis are detected.
[ 0027 ]
As in the first embodiment, the sensor output is converted into a digital value by the A / D converter 19 as shown in FIG. In this control computer 20, first, the sensor output conversion unit 21 performs the calculation shown in the following eight formulas, and the wheel shaft lateral vibration accelerations a _FL and a _RL and the wheel shaft yaw angular acceleration a _FY and a _RY , and further, the cart on the center of the cart. The lateral vibration acceleration a _TL and the carriage yaw angular acceleration a _TY are calculated.
[ 0028 ]
Formula 8 a _FL = (a _F1 + a _F2 ) / 2
a _RL = (a _R1 + a _R2 ) / 2
a _FY = (a _F3 -a _F4 ) / 2b ₁
a _RY = (a _R3 −a _R4 ) / 2b ₁
a _TL = (a _F5 + a _F6 ) / 2
a _TY = (a _F5 -a _F6 ) / 2b ₂
[ 0029 ]
Where b ₂ is the distance from the center of the carriage to the accelerometer 18. Using the above results, the control signals u _F and u _R corresponding to the control force in the yaw direction generated in order to stabilize the wheel shaft 7 and the carriage frame 1 are calculated by the stabilization control calculation unit 22. The control signal obtained above is converted into an analog value by the D / A converter 23 and input to the control valve 15.
[ 0030 ]
Example 3
Another embodiment based on the snake behavior control apparatus for simultaneously controlling the front and rear wheel shafts shown in FIG. 2 according to the invention of claim 2 will be described. A displacement meter 24 shown in FIG. 8 is added to the accelerometer 18 shown in FIG. 6 as a sensor for detecting the vibrations of the wheel shaft 7 and the carriage frame 1, and the left and right and longitudinal vibration accelerations of the axle box 4 and the cart on the center of the wheel axis. The vibration acceleration in the horizontal direction of the frame 1 a _F1 , a _F2 , a _F3 , a _F4 , a _F5 , a _R1 , a _R2 , a _R3 , a _R4 , a _R5 , the shaft box 4 and the bogie frame 1 Relative displacements d _F1 , d _F2 , d _F3 , d _F4 , d _R1 , d _R2 , d _R3 , and d _R4 between the left and right and front and rear directions are detected.
[ 0031 ]
As in the second embodiment, the sensor output is converted into a digital value by the A / D conversion device 19 and input to the control computer 20 as shown in FIG. In the control computer 20, first, the sensor output conversion unit 21 calculates the left and right relative displacements d _FL and d _RL and the yaw relative angles d _FY and d _RY using the following nine expressions in addition to the above eight expressions.
[ 0032 ]
Formula 9 d _FL = (d _F1 + d _F2 ) / 2
d _RL = (d _R1 + d _R2 ) / 2
d _FY = (d _F3 -d _F4 ) / 2b ₃
d _RY = (d _R3 −d _R4 ) / 2b ₃
[ 0033 ]
Here, b ₃ is the distance from the center of the carriage to the displacement meter 24. Using the above results, the control signals u _F and u _R corresponding to the control force in the yaw direction generated in order to stabilize the wheel shaft 7 and the carriage frame 1 are calculated by the stabilization control calculation unit 22. In this embodiment, the minimum dimension observer shown in the following equation 10 is used in place of the two observers in the stabilization control calculation unit.
[ 0034 ]
[Expression 4]
10 formulas

[ 0035 ]
The feature of the minimum dimension observer is that the redundancy of state estimation can be reduced by using the sensor output. When the number of internal states is n and the number of sensor outputs is m, the two observers are (nm). It becomes a dimension. Therefore, the amount of control calculation can be reduced. The control signal obtained above is converted into an analog value by the D / A converter 23 and input to the control valve 15.
[ 0036 ]
【The invention's effect】
The present invention can suppress the snake behavior that occurs during high-speed driving and improve the stability limit speed without deteriorating the riding comfort during normal driving.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a configuration of a snake behavior control device for individually controlling front and rear wheel axles according to the invention of claim 1;
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a snake behavior control device for simultaneously controlling front and rear wheel axles according to the invention of claim 2;
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a stabilization controller used in the embodiment of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view showing the arrangement of accelerometers in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram of control calculation in Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing the arrangement of accelerometers in Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram of control calculation in Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 8 is an explanatory view showing the arrangement of displacement meters in Embodiment 3 of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram of control calculation in Embodiment 3 of the present invention.
FIGS. 10A and 10B are explanatory views showing a basic configuration of a railway vehicle bogie, in which A is a plan view and B is a front view.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a snake behavior of a wheel shaft in a railway vehicle.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing the arrangement of a yaw damper in a railway vehicle.
FIG. 13 is an explanatory diagram of a railway vehicle bogie having a conventional wheel axis yaw angle control device.
[Explanation of symbols]
1 Bogie frame 2 Axle 3 Wheel 4 Shaft box 5 Primary spring 6 Secondary spring 7 Wheel shaft 8 Car body 9 Yaw damper 10 Fluid actuator 11 Storage device 12 Controller 13 Sensor 14 Stabilization controller 15 Control valve 16 Observer 17 State feedback 18 Accelerometer 19 A / D converter 20 Control computer 21 Sensor output converter 22 Stabilization control calculator 23 D / A converter 24 Displacement meter F State feedback gain K Parameter matrix for determining the estimated speed of the observer k Digitized time a _F1, the left and right a _F2, a _R1, a _R2 lateral direction of the vibration acceleration a of the axle box _{_{_{F3, a F4, a R3,}}} a R4 axle box in the front-rear direction of the vibration acceleration a _F5, a _R5 bogie frame in Wajiku centered on direction of the vibration acceleration a _FL, a _RL wheel axis lateral vibration acceleration a _FY, a _RY wheelset yaw angular acceleration a _TL bogie lateral vibration acceleration a _TY bogie yaw angle Speed d _F1, longitudinal relative between the d _F2, d _R1, d _R2 lateral direction of relative displacement between the axle box and the bogie frame _{_{_{d F3, d F4, d R3}}} , d R4 axle box and the bogie frame Displacement u _F , u _R Control signals d _FL , d _RL Left and right relative displacement d _FY , d _RY Yaw relative angle

Claims

A fluid actuator that is installed between a bogie frame and a wheel shaft of a railway vehicle bogie to generate a control force in the yaw direction on the wheel shaft; a sensor that detects vibration acceleration in the left and right and front and rear directions of the wheel shaft; and Two stabilizations that calculate the yaw angular acceleration based on the detected signal and generate a control force signal in the yaw direction to be generated on the wheel axis, and control the fluid actuator individually on the front and rear axes with the control force signal A snake behavior control apparatus for a railway vehicle carriage, comprising: a controller.

A fluid actuator installed between a bogie frame and a wheel shaft of a railway vehicle bogie to generate a yaw control force on the wheel shaft, a sensor for detecting vibration acceleration in the left and right and front and rear directions of the wheel shaft, A sensor that detects vibration acceleration in the left-right direction, a yaw angular acceleration is calculated based on a detection signal from the sensor, and a control force signal in the yaw direction that is generated on the wheel shaft is generated, and the fluid actuator is A snake-behavior control device for a railway vehicle bogie characterized by comprising one stabilization controller that is controlled by the control force signal at the same time.