JP4191013B2 - Damping device and vehicle with damping function - Google Patents

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JP4191013B2 JP2003387439A JP2003387439A JP4191013B2 JP 4191013 B2 JP4191013 B2 JP 4191013B2 JP 2003387439 A JP2003387439 A JP 2003387439A JP 2003387439 A JP2003387439 A JP 2003387439A JP 4191013 B2 JP4191013 B2 JP 4191013B2
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Description

本発明は、揺れを抑える機能を備えた車両に関し、特に、車両に発生する上下方向の縦揺れを制振する制振装置及びこのような制振機能を備えた制振機能付き車両に関する。   The present invention relates to a vehicle having a function of suppressing shaking, and more particularly, to a vibration control device that suppresses vertical vertical vibration generated in the vehicle and a vehicle with a vibration control function having such a vibration control function.

近年、鉄道車両の高速化に伴い、乗り心地向上のために様々な工夫がなされるようになった。乗り心地に影響を与える要因として、車両の揺れがあげられる。この車両の揺れは、車両の縦方向に生じる縦振動と、横方向に生じる横振動とに大きく分けることができる。   In recent years, with the speeding up of railway vehicles, various ideas have been made to improve riding comfort. As a factor that affects the ride comfort, the vehicle shakes. This vehicle shake can be broadly divided into longitudinal vibration that occurs in the longitudinal direction of the vehicle and lateral vibration that occurs in the lateral direction.

このうち、横振動の低減に関しては、従来から多くの対策が施されており、鉄道車両の横振れ制振用ダンパ及び制振システム等が知られている。   Of these, many countermeasures have been conventionally taken to reduce the lateral vibration, and a lateral vibration damping damper and a damping system for a railway vehicle are known.

しかし、近年の鉄道の高速化、それに伴う車両の軽量化等により、剛性の低下が原因とみられる縦方向の車体の弾性振動が問題となることが多くなってきた。この車体の弾性振動(特に1次曲げ振動)は、8〜11Hzの周波数帯域付近に位置することが多く、この帯域は、人間が最も敏感に上下振動を感じる帯域4〜8Hzに近いため、乗り心地を悪化させる要因となる。   However, due to the recent increase in the speed of railways and the accompanying reduction in weight of vehicles, the elastic vibration of the vehicle body in the vertical direction, which seems to be caused by a decrease in rigidity, has become a problem. The elastic vibration (especially the primary bending vibration) of this body is often located near the frequency band of 8 to 11 Hz, and this band is close to the band of 4 to 8 Hz where humans feel the vertical vibration most sensitively. It becomes a factor to deteriorate comfort.

この弾性振動に対する対策として、台車−車体間の結合力を小さくすることがあげられる。しかし、結合力を小さくするために上下方向にサスペンションを柔らかくすると、高速走行車両では、カーブを曲がる時に左右方向の遠心力により車体外傾が大きく成り過ぎたり、高低差のある場所を走行中に、上下方向の遠心力による低周波加振が台車−車体間の空気ばねの共振を引き起こしたりすることが予測されるため、サスペンションを極端に柔らかくすることは好ましくない。   As a countermeasure against this elastic vibration, it is possible to reduce the coupling force between the carriage and the vehicle body. However, if the suspension is softened in the vertical direction in order to reduce the coupling force, in high-speed running vehicles, the vehicle body leans excessively due to the centrifugal force in the left-right direction when turning a curve, or while traveling in a place with a height difference Since it is predicted that low-frequency excitation due to the centrifugal force in the vertical direction will cause resonance of the air spring between the carriage and the vehicle body, it is not preferable to make the suspension extremely soft.

よって、従来は、上下振動対策として、車体の構造減衰を大きくする方法や、台車をダイナミックダンパとして作用させる方法、さらに車体−台車間に制御用アクチュエータを備えたアクティブサスペンションやセミアクティブサスペンション等が提案されている。   Therefore, conventionally, as a countermeasure against vertical vibration, a method of increasing the structural damping of the vehicle body, a method of causing the cart to act as a dynamic damper, and an active suspension or semi-active suspension with a control actuator between the vehicle body and the cart are proposed. Has been.

例えば、車体−台車間にフルアクティブサスペンションを設置して上記弾性振動をおさえるものとして、例えば、下記非特許文献1に開示された「鉄道車両用動揺防止制御システム」が知られている。
「上下系アクティブ制振制御装置の開発」、平成10年鉄道技術連合シンポジウム、上林賢治郎他
For example, a “railway vehicle anti-sway control system” disclosed in the following Non-Patent Document 1 is known as one that suppresses the elastic vibration by installing a full active suspension between a vehicle body and a carriage.
"Development of active vibration control system for upper and lower systems", 1998 Railway Technology Union Symposium, Kenjiro Uebayashi and others

図15は、上記非特許文献1に開示された上下系アクティブ制振制御装置のシステム構成を概略的に示すイメージ図である。同図に示すように、車体100、台車枠200及び軸箱300から構成された車両において、車体−台車間には空気ばね400及び油圧アクチュエータ410が設置され、台車枠−軸箱間には軸バネ500が設置されている。また、油圧アクチュエータ410は、サーボモータ411、油圧ポンプ412、サーボ弁413、バイパス弁414及びシャットオフ弁415からなる油圧ユニットを備えている。車体100には、車体上下加速度計600が設けられ、台車枠200には、台車上下加速度計700が設けられている。そして、上記油圧ユニットは、両加速度計600,700の測定値を基にして、車体−台車間の上下方向振動を抑制するように油圧アクチュエータ410を制御するよう構成されている。 FIG. 15 is an image diagram schematically showing a system configuration of the upper and lower active vibration control apparatus disclosed in Non-Patent Document 1. As shown in the figure, in a vehicle composed of a vehicle body 100, a carriage frame 200, and a shaft box 300, an air spring 400 and a hydraulic actuator 410 are installed between the vehicle body and the carriage, and a shaft is provided between the carriage frame and the axle box. A spring 500 is installed. The hydraulic actuator 410 includes a hydraulic unit including a servo motor 411, a hydraulic pump 412, a servo valve 413, a bypass valve 414, and a shut-off valve 415. The vehicle body 100 is provided with a vehicle body vertical accelerometer 600, and the vehicle frame 200 is provided with a vehicle vertical accelerometer 700. The hydraulic unit is configured to control the hydraulic actuator 410 so as to suppress the vertical vibration between the vehicle body and the carriage based on the measurement values of the two accelerometers 600 and 700.

また、車体−台車間にセミアクティブサスペンションを設置して上下弾性振動等を抑えるものとして、例えば、下記特許文献1に開示されたものが知られている。
特開2003−72544号公報
Also, for example, one disclosed in Patent Document 1 below is known as a semi-active suspension installed between a vehicle body and a carriage to suppress vertical elastic vibration and the like.
JP 2003-72544 A

図16は、上記特許文献1に開示されたセミアクティブ方式の上下方向サスペンションシステムを有する鉄道車両の台車部の構成を概略的に示す図である。同図に示すように、図示しない車体と台車枠200間には、可変減衰ダンパ内蔵型空気ばね410が設置され、台車枠200と軸箱300間には軸ばね500が設けられている。軸箱300は、輪軸330を支持し、輪軸330は、車輪310及び車軸320を備えている。また、図示しない車体には、最低3つの加速度センサが設置されている。そして、このセンサの出力から、車体の上下方向振動を抑制するように、可変減衰ダンパ(内蔵型空気ばね410)の減衰力を制御するよう構成されている。 FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of a bogie part of a railway vehicle having the semi-active vertical suspension system disclosed in Patent Document 1. In FIG. As shown in the figure, a variable damping damper built-in air spring 410 is installed between a vehicle body (not shown) and the carriage frame 200, and a shaft spring 500 is provided between the carriage frame 200 and the axle box 300. The axle box 300 supports an axle 330, and the axle 330 includes a wheel 310 and an axle 320. In addition, at least three acceleration sensors are installed on a vehicle body (not shown). And it is comprised from the output of this sensor to control the damping force of the variable damping damper (built-in air spring 410) so as to suppress the vertical vibration of the vehicle body.

しかしながら、上記非特許文献1や上記特許文献1に開示されている制振システムでは、車体−台車間に制振用のアクチュエータないしは可変減衰ダンパを装備しているため、振動制御の効果が台車枠の振動状態に依存してしまうことがあり、車体の上下振動を十分に抑制できないケースも生じ得る。特に、台車枠の振動が大きくなるような箇所では、制振制御の効果が十分に得られ難いことがある。   However, since the vibration damping system disclosed in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 is equipped with a vibration-damping actuator or a variable damping damper between the vehicle body and the carriage, the effect of the vibration control is reduced by the carriage frame. Depending on the vibration state of the vehicle, there may be a case where the vertical vibration of the vehicle body cannot be sufficiently suppressed. In particular, it may be difficult to sufficiently obtain the effect of vibration suppression control at a location where the vibration of the bogie frame becomes large.

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、車体の上下振動を十分に抑制することが可能な制振装置及び制振機能付き車両を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide a vibration damping device and a vehicle with a vibration damping function that can sufficiently suppress vertical vibrations of a vehicle body.

上記課題を解決するために、本発明に係る制振機能付き車両は、車体と、前記車体を支える複数の台車枠と、前記台車枠を支える軸箱及び輪軸と、を備えた車両において、前記台車枠の上下方向の振動を検出するために前記各台車枠にそれぞれ設けられた加速度センサと、前記台車枠−軸箱間に設けられた可変減衰ダンパと、前記各加速度センサの出力に基づいて、前記各台車枠の上下方向の振動を低減させるように、前記可変減衰ダンパの減衰力を制御するコントロール手段と、を備えたことを特徴とする。 In order to solve the above problems, a vehicle with a vibration damping function according to the present invention includes a vehicle body, a plurality of carriage frames that support the vehicle body, and an axle box and a wheel shaft that support the carriage frame. Based on the acceleration sensor provided in each cart frame for detecting the vertical vibration of each cart frame, the variable damping damper provided between the cart frame and the axle box, and the output of each acceleration sensor And a control means for controlling the damping force of each variable damping damper so as to reduce the vertical vibration of each carriage frame .

また、本発明に係る制振機能付き車両は、車体と、前記車体を支える複数の台車枠と、前記台車枠を支える軸箱及び輪軸と、を備えた車両において、前記台車枠の上下方向の振動を検出するために前記各台車枠にそれぞれ設けられた加速度センサと、強制的な駆動力を発生させて前記車体の上下振動を低減させるために、前記台車枠−軸箱間に設けられたアクチュエータと、前記各加速度センサの出力に基づいて、前記各台車枠の上下方向の振動を低減させるように、前記アクチュエータの駆動力を制御するためのコントロール手段と、を備えたことを特徴とする。 Further, the vehicle with a vibration damping function according to the present invention is a vehicle including a vehicle body, a plurality of carriage frames that support the vehicle body, an axle box and a wheel shaft that supports the carriage frame, and the vertical direction of each carriage frame. An acceleration sensor provided on each carriage frame for detecting the vibration of the carriage, and between the carriage frame and the axle box for generating a forcible driving force to reduce the vertical vibration of the vehicle body. And a control means for controlling the driving force of each actuator so as to reduce the vertical vibration of each carriage frame based on the output of each acceleration sensor. And

また、本発明に係る制振装置は、車体と、前記車体を支える複数の台車枠と、前記台車枠を支える軸箱及び輪軸と、を備えた車両において、前記車体の上下振動を低減させるための制振装置であって、前記台車枠の上下方向の振動を検出するために前記各台車枠にそれぞれ設けられた加速度センサと、前記台車枠−軸箱間に設けられた可変減衰ダンパと、前記各加速度センサの出力に基づいて、前記各台車枠の上下方向の振動を低減させるように、前記可変減衰ダンパの減衰力を制御するコントロール手段と、を備えたことを特徴とする。 The vibration damping device according to the present invention is a vehicle including a vehicle body, a plurality of carriage frames that support the vehicle body, and an axle box and a wheel shaft that supports the carriage frame, in order to reduce vertical vibrations of the vehicle body. a damping device, an acceleration sensor in which the respectively provided to each bogie frame in order to detect the vibration in the vertical direction of the bogie frame, the bogie frame - a variable damping damper disposed between the axle box And control means for controlling the damping force of each variable damping damper so as to reduce the vertical vibration of each carriage frame based on the output of each acceleration sensor.

また、本発明に係る制振装置は、車体と、前記車体を支える複数の台車枠と、前記台車枠を支える軸箱及び輪軸と、を備えた車両において、前記車体の上下振動を低減させるための制振装置であって、前記台車枠の上下方向の振動を検出するために前記各台車枠にそれぞれ設けられた加速度センサと、強制的な駆動力を発生させて前記車体の上下振動を低減させるために、前記台車枠−軸箱間に設けられたアクチュエータと、前記各加速度センサの出力に基づいて、前記各台車枠の上下方向の振動を低減させるように、前記アクチュエータの駆動力を制御するコントロール手段と、を備えたことを特徴とする。 The vibration damping device according to the present invention is a vehicle including a vehicle body, a plurality of carriage frames that support the vehicle body, and an axle box and a wheel shaft that supports the carriage frame, in order to reduce vertical vibrations of the vehicle body. of a vibration damping device, wherein an acceleration sensor provided respectively to the each bogie frame in order to detect the vibration in the vertical direction of the truck frame, the vertical vibration of the vehicle body by generating a forcible driving force In order to reduce the driving force of each actuator so as to reduce the vertical vibration of each bogie frame based on the actuator provided between the bogie frame and the axle box and the output of each acceleration sensor. And a control means for controlling.

本発明に係る制振装置及び制振機能付き車両によれば、車体の上下振動を十分に抑制することが可能となる。   According to the vibration damping device and the vehicle with the vibration damping function according to the present invention, it is possible to sufficiently suppress the vertical vibration of the vehicle body.

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について詳細に説明する。図1は、本実施の形態に係る鉄道車両の構成を概略的に示す図である。同図に示すように、本鉄道車両は、主として、車体10、台車20により構成されている。台車20は、車体10の前後に前台車20−1と後台車20−2が設けられている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a railway vehicle according to the present embodiment. As shown in the figure, the railway vehicle is mainly composed of a vehicle body 10 and a carriage 20. The carriage 20 is provided with a front carriage 20-1 and a rear carriage 20-2 before and after the vehicle body 10.

まず、本実施の形態に係る車両の基となる従来の台車構成について説明する。従来の台車構成は、図1中の可変減衰ダンパ51の位置に、代わりに軸ダンパ59が設置されている。各台車20は、台車枠21、台車枠21と車体10とを連結する空気ばね41、車輪と車軸からなる輪軸31、輪軸31に車体・台車の加重を伝達する主軸受けのハウジングである軸箱30、台車枠21と軸箱30を連結する軸ばね50及び軸ダンパ59とを備えている。また、軸箱30は、各台車20の前側に前側軸箱30−1,30−3、後側に後側軸箱30−2,30−4が設置されており、輪軸31、軸ばね50、軸ダンパ59も各軸箱30に対応して設けられている。なお、同図は、進行方向右側面から見た図であるため、車両右側の軸箱30、軸ばね50及び軸ダンパ59のみを示しているが、車両左側にも同様に軸箱、軸ばね及び軸ダンパが設けられている。また、車体10と台車枠21は、図示しないヨーダンパ、牽引リンクによっても連結されている。空気ばね41は、車体−台車枠間の縦振動を低減させるべく作用し、ヨーダンパは、台車20の水平方向の回転(ヨーイング)を抑えるべく作用する。また、牽引リンクは、台車20の前後方向の駆動力を車体10に伝える役割を果たしている。軸ダンパ59は、上下方向の振動を減衰させて乗り心地を向上させるべく作用する。   First, a description will be given of a conventional cart configuration that is the basis of a vehicle according to the present embodiment. In the conventional cart configuration, a shaft damper 59 is installed instead of the position of the variable damping damper 51 in FIG. Each bogie 20 includes a bogie frame 21, an air spring 41 that connects the bogie frame 21 and the vehicle body 10, a wheel shaft 31 that includes wheels and axles, and a shaft box that is a housing of a main bearing that transmits the weight of the vehicle body / bogie to the wheel shaft 31. 30, a shaft spring 50 and a shaft damper 59 for connecting the bogie frame 21 and the shaft box 30 are provided. The axle box 30 is provided with front axle boxes 30-1 and 30-3 on the front side of each carriage 20, and rear axle boxes 30-2 and 30-4 on the rear side. The shaft damper 59 is also provided corresponding to each shaft box 30. Since this figure is a view seen from the right side of the traveling direction, only the axle box 30, the axle spring 50 and the axle damper 59 on the right side of the vehicle are shown, but the axle box and the axle spring are similarly shown on the left side of the vehicle. And a shaft damper. The vehicle body 10 and the bogie frame 21 are also connected by a not-shown yaw damper and traction link. The air spring 41 acts to reduce the longitudinal vibration between the vehicle body and the carriage frame, and the yaw damper acts to suppress the horizontal rotation (yawing) of the carriage 20. Further, the tow link plays a role of transmitting the driving force in the front-rear direction of the carriage 20 to the vehicle body 10. The shaft damper 59 acts to attenuate the vibration in the vertical direction and improve the riding comfort.

続いて、図1に示す本実施の形態に係る車両の構成について説明するが、本車両は、上述したように、軸ダンパ59に代えて、可変減衰ダンパ51を設置している。この可変減衰ダンパ51は、減衰力が可変であり、後で詳細に説明するように、乗り心地を向上させるように、その減衰力が制御される。この可変減衰ダンパ51を、台車枠21と軸箱30の間に設置し、台車20及び車体10の上下振動を低減させるように構成したことが本実施の形態に係る鉄道車両の特徴となっている。なお、従来の鉄道車両は、上述した軸ダンパが装着された車両と、されていない車両とが存在する。よって、従来の車両に本発明を適用する場合には、軸ダンパが装着されている車両に対しては、可変減衰ダンパへの置き換えを行う、装着されていない車両に対しては、追加で可変減衰ダンパを装着すれば良い。   Subsequently, the configuration of the vehicle according to the present embodiment shown in FIG. 1 will be described. As described above, the vehicle is provided with the variable damping damper 51 in place of the shaft damper 59. The variable damping damper 51 has a variable damping force, and the damping force is controlled so as to improve riding comfort, as will be described in detail later. The variable damping damper 51 is installed between the carriage frame 21 and the axle box 30 to reduce the vertical vibrations of the carriage 20 and the vehicle body 10 as a feature of the railway vehicle according to the present embodiment. Yes. Note that conventional railway vehicles include vehicles equipped with the above-described shaft dampers and vehicles that are not. Therefore, when the present invention is applied to a conventional vehicle, the vehicle is replaced with a variable damping damper for a vehicle equipped with a shaft damper, and additionally variable for a vehicle not equipped. A damping damper may be installed.

また、可変減衰ダンパ51としては、電磁比例リリーフ弁を用いたタイプや、高速切替電磁弁を用いたタイプ等が使用される。図2は、電磁比例リリーフ弁を用いてバイフロー回路により可変減衰ダンパを構成した場合の油圧回路を示す図である。絞り弁53は、内部を流れる流体に流動抵抗を与えるものであり、その前後の圧力差は、電磁比例リリーフ弁52によって制御される。電磁比例リリーフ弁52は、あくまでもリリーフ弁であるので、絞り弁53に流体が流れることによって発生する圧力差以上に圧力を高くすることはできない。可変減衰ダンパの減衰力は、この圧力差にシリンダ55の受圧面積をかけたものとなる。具体的には、シリンダ55のロッド側の圧力と受圧面積をP1、A1、反ロッド側の圧力と受圧面積をP2、A2とすると、減衰力は、|A2*P2−A1*P1|となる。なお、力の向きは、ダンパの伸張方向の逆向きである。 As the variable damping damper 51, a type using an electromagnetic proportional relief valve, a type using a high-speed switching electromagnetic valve, or the like is used. FIG. 2 is a diagram illustrating a hydraulic circuit when a variable damping damper is configured by a biflow circuit using an electromagnetic proportional relief valve. The throttle valve 53 gives flow resistance to the fluid flowing inside, and the pressure difference before and after the throttle valve 53 is controlled by the electromagnetic proportional relief valve 52. Since the electromagnetic proportional relief valve 52 is a relief valve to the last, the pressure cannot be made higher than the pressure difference generated by the fluid flowing through the throttle valve 53. The damping force of the variable damping damper is obtained by multiplying this pressure difference by the pressure receiving area of the cylinder 55. Specifically, if the pressure and pressure receiving area on the rod side of the cylinder 55 are P 1 and A 1 , and the pressure and pressure receiving area on the opposite rod side are P 2 and A 2 , the damping force is | A 2 * P 2 − A 1 * P 1 | The direction of the force is opposite to the extension direction of the damper.

2つの電磁比例リリーフ弁52は、図示しないコントロールユニットに接続されており、電磁比例リリーフ弁52−2は、可変減衰ダンパが縮む際の減衰力を制御し、電磁比例リリーフ弁52−1は、可変減衰ダンパが伸びる際の減衰力を制御するように構成されている。アキュムレータ54は、ダンパが伸縮して流体に過不足が生じた際に、過不足分の流体を供給・回収するために用いられる。このようなバイフロー回路によって構成された可変減衰ダンパによれば、応答速度を向上できるといった利点がある。なお、常に片効きダンパとして作用させる場合、この2つの電磁比例リリーフ弁52−1,52−2を一つのソレノイドで制御する構成をとることも可能である。具体的には、減衰力制御特性を、ダンパの伸びと縮みの行程で、減衰力が反転するように構成すると共に、伸び側の減衰力が大きい値で可変であるとき、縮み側減衰力を小さい値で固定とし、縮み側の減衰力が大きい値で可変であるとき、伸び側減衰力を小さい値で固定とするように構成する。このように、ソレノイド1個で伸び縮み両方の減衰力を制御できる弁を使用すると、低コストに可変減衰ダンパを構成できる。   The two electromagnetic proportional relief valves 52 are connected to a control unit (not shown), the electromagnetic proportional relief valve 52-2 controls the damping force when the variable damping damper contracts, and the electromagnetic proportional relief valve 52-1 The variable damping damper is configured to control a damping force when the damper is extended. The accumulator 54 is used to supply / recover the excess / deficiency fluid when the damper expands / contracts to cause excess / deficiency of the fluid. According to the variable damping damper configured by such a biflow circuit, there is an advantage that the response speed can be improved. When always acting as a one-effect damper, it is possible to adopt a configuration in which the two electromagnetic proportional relief valves 52-1 and 52-2 are controlled by a single solenoid. Specifically, the damping force control characteristic is configured so that the damping force is reversed in the stroke of the extension and contraction of the damper, and when the damping force on the expansion side is variable with a large value, the damping side damping force is changed. When the damping force on the contraction side is variable with a large value, the expansion side damping force is fixed at a small value. As described above, when a valve that can control both damping forces by one solenoid is used, a variable damping damper can be configured at low cost.

また、図3は、電磁比例リリーフ弁を用いてユニフロー回路により可変減衰ダンパを構成した場合の油圧回路を示す図である。電磁比例リリーフ弁52及び絞り弁53の作用は、図2に示したバイフロー回路のタイプと同様である。但し、ユニフロー回路のタイプでは、共通の電磁比例リリーフ弁52により、ダンパの伸び及び縮みの減衰力制御が行われる。力の発生方向を規定するために、伸側アンロード弁57−1及び縮側アンロード弁57−2が使用される。ダンパが伸びる際に、伸側アンロード弁57−1をONにすると、シリンダ55のロッド側と反ロッド側の圧力差は0になり、減衰力は発生しない。一方、OFFにすると、絞り弁53前後の圧力差は、電磁比例リリーフ弁52によって制御される。縮側アンロード弁57−2の作用も同様である。このユニフロー回路による可変減衰ダンパは、早い応答性が要求される場合には不向きであるが、伸びと縮みの両方の行程で同じ電磁比例リリーフ弁を用いるので、両行程での電磁比例リリーフ弁による特性の差が出ず、調整が容易であるという利点がある。   FIG. 3 is a diagram showing a hydraulic circuit when a variable damping damper is configured by a uniflow circuit using an electromagnetic proportional relief valve. The operations of the electromagnetic proportional relief valve 52 and the throttle valve 53 are the same as those of the biflow circuit type shown in FIG. However, in the uniflow circuit type, damping force control of the extension and contraction of the damper is performed by the common electromagnetic proportional relief valve 52. In order to define the direction of force generation, the expansion side unload valve 57-1 and the compression side unload valve 57-2 are used. If the extension side unload valve 57-1 is turned on while the damper is extended, the pressure difference between the rod side and the non-rod side of the cylinder 55 becomes zero, and no damping force is generated. On the other hand, when turned OFF, the pressure difference before and after the throttle valve 53 is controlled by the electromagnetic proportional relief valve 52. The operation of the compression side unload valve 57-2 is the same. The variable damping damper using this uniflow circuit is not suitable when a quick response is required, but the same proportional proportional relief valve is used for both the expansion and contraction strokes. There is an advantage that there is no difference in characteristics and adjustment is easy.

また、図4は、高速切替電磁弁56を用いて、絞り弁53の組み合わせを替えることによって、減衰力を制御するよう構成された可変減衰ダンパの油圧回路を示す図である。3つの高速切替電磁弁56を切り替えることにより、6通りの絞り弁53の組み合わせができる。よって、ダンパのピストン速度と後述するダンパへの減衰力指令値によって、最適な絞り弁53の組み合わせをコントローラ側で選定し、該当する高速切替電磁弁56を駆動して圧力制御を行う。なお、アンロード弁57の作用については、図4に示したユニフロータイプの場合と同様であり、リリーフ弁52−5は、最大減衰力を規定するために用いられる。但し、本タイプでは、ダンパのストロークを測定するためのストロークセンサ(図示せず)が必要となるため、コスト的には不利である。   FIG. 4 is a diagram showing a hydraulic circuit of a variable damping damper configured to control the damping force by changing the combination of the throttle valves 53 by using the high-speed switching electromagnetic valve 56. By switching the three high-speed switching electromagnetic valves 56, six combinations of throttle valves 53 can be made. Therefore, the optimum throttle valve 53 combination is selected on the controller side based on the damper piston speed and the damping force command value to be described later, and the corresponding high-speed switching solenoid valve 56 is driven to perform pressure control. The operation of the unload valve 57 is the same as that of the uniflow type shown in FIG. 4, and the relief valve 52-5 is used to define the maximum damping force. However, this type is disadvantageous in terms of cost because it requires a stroke sensor (not shown) for measuring the stroke of the damper.

なお、可変減衰ダンパ51は、コントロールユニットの電源をOFF(停止)した場合に、既存のパッシブダンパ(軸ダンパ)の特性を示すものを使用すると良い。例えば、可変減衰ダンパ51の制御系に異常が発生したとしても、コントロールユニットの電源を切ることによって、現状のパッシブダンパの場合と同等の乗り心地を維持することが可能だからである。上記ユニフロー回路やバイフロー回路により構成された可変減衰ダンパであれば、バルブ電流が0の時にリリーフ圧力がパッシブ特性を持つような電磁比例リリーフ弁を使用すれば、実現できる。また、減衰力可変用の弁と、パッシブ用の弁とを切替可能な切替弁を設け、電源OFF時にパッシブ用の弁に切り替わるように構成された可変減衰ダンパによっても実現できる。   Note that the variable damping damper 51 may be one that exhibits the characteristics of an existing passive damper (shaft damper) when the control unit is powered off (stopped). For example, even if an abnormality occurs in the control system of the variable damping damper 51, it is possible to maintain the same riding comfort as that of the current passive damper by turning off the power of the control unit. The variable damping damper configured by the uniflow circuit or the biflow circuit can be realized by using an electromagnetic proportional relief valve whose relief pressure has a passive characteristic when the valve current is zero. Further, it can be realized by a variable damping damper that is provided with a switching valve that can switch between a damping force variable valve and a passive valve and that is switched to the passive valve when the power is turned off.

さらに、本実施の形態に係る鉄道車両においては、台車枠21又は車体10の少なくとも一方に、台車枠21又は車体10の上下方向の加速度を測定するための、加速度センサが設けられている。加速度センサの設置位置は、可変減衰ダンパ51を制御する制御則により異なるため、後述の制御則の説明の箇所で、加速度センサの設置位置を併せて説明する。この加速度センサの出力から、台車枠21や車体10の上下並進モード、ピッチングモード、1次曲げモード等を算出することができる。   Furthermore, in the railway vehicle according to the present embodiment, at least one of the bogie frame 21 and the vehicle body 10 is provided with an acceleration sensor for measuring the vertical acceleration of the bogie frame 21 or the vehicle body 10. Since the installation position of the acceleration sensor differs depending on the control law for controlling the variable damping damper 51, the installation position of the acceleration sensor will be described together in the description of the control law described later. From the output of the acceleration sensor, the vertical translation mode, pitching mode, primary bending mode, etc. of the bogie frame 21 and the vehicle body 10 can be calculated.

ここで、上下並進モード、ピッチングモード、1次曲げモードについて説明する。図5は、上下並進モード、ピッチングモード、1次曲げモードを、概念的に示す図であり、車両の側方から見た図である。図5(a)は、上下並進(バウンシング)モードを示し、上下方向に平行な運動を表している。図5(b)は、ピッチングモードを示し、車体の前後が、上下に逆相で動く運動を表している。図5(c)は、1次曲げモードを示し、車体中央を腹とする1次の曲げ運動を表している。   Here, the vertical translation mode, the pitching mode, and the primary bending mode will be described. FIG. 5 is a diagram conceptually showing the up / down translation mode, the pitching mode, and the primary bending mode, as viewed from the side of the vehicle. FIG. 5A shows a vertical translation (bouncing) mode, which represents a motion parallel to the vertical direction. FIG. 5B shows a pitching mode, in which the front and rear of the vehicle body move up and down in opposite phases. FIG. 5C shows a primary bending mode and shows a primary bending motion with the center of the vehicle body as an abdomen.

次に、上記構成を有する鉄道車両において、加速度センサの出力から可変減衰ダンパを制御する際の制御則について説明する。本実施の形態では、一例として、台車枠振動の情報のみによりセミアクティブ制御を行う制御則1と、台車枠振動と車体振動の両方の情報によりセミアクティブ制御を行う制御則2との二通りの制御則によりシミュレーションを行った。   Next, a control law for controlling the variable damping damper from the output of the acceleration sensor in the railway vehicle having the above configuration will be described. In the present embodiment, as an example, there are two types of control law 1 that performs semi-active control based only on information on bogie frame vibration and control law 2 that performs semi-active control based on information on both bogie frame vibration and vehicle body vibration. The simulation was performed by the control law.

なお、可変減衰ダンパは、(1)ダンパ内の流体の流れの速度の2乗に比例してダンパ内圧が上昇する、(2)このダンパ内圧に対し、電磁比例リリーフ弁等を制御して、任意の圧力に減圧可能である、(3)発生力は、ダンパ内圧と受圧面積の積で表される、といった条件を満たす電磁比例リリーフ弁タイプを想定し、非線形システムとした。   The variable damping damper (1) increases the damper internal pressure in proportion to the square of the fluid flow speed in the damper. (2) Controls the electromagnetic proportional relief valve etc. against this damper internal pressure. Assuming an electromagnetic proportional relief valve type that satisfies the following conditions: (3) The generated force is expressed by the product of the damper internal pressure and the pressure receiving area.

そして、電磁比例リリーフ弁は、指令urijに対して、弁の動作udijが、下式(1)なる1次遅れ特性を持つものとしている。但し、i=1(前台車),2(後台車)、j=1(前側軸),2(後側軸)である。式中のドットは、時間tによる1階微分(d/dt)を意味し、以降の式でも同じである。なお、ドットが2つであれば2階微分(d2/dt2)を意味する

Figure 0004191013
The proportional electromagnetic relief valve, to the command u rij, the operation u dij of the valve, it is assumed to have a primary delay characteristic comprising the following formula (1). However, i = 1 (front cart), 2 (rear cart), j = 1 (front shaft), and 2 (rear shaft). The dots in the equation mean first-order differentiation (d / dt) by time t, and the same applies to the following equations. If there are two dots, it means the second derivative (d 2 / dt 2 ).
Figure 0004191013

また、可変減衰ダンパの減衰力は、油の流れの速度(ピストン速度)vdijの2乗に比例して立ち上がり、上式(1)の遅れを持つ電磁比例リリーフ弁によって理想的にリリーフするものとしている。絞り弁の開度をcd、比例リリーフの傾きをkd、とすれば、減衰力fdijは、下式(2)で表される。

Figure 0004191013
The damping force of the variable damping damper rises in proportion to the square of the oil flow speed (piston speed) v dij and is ideally relieved by the electromagnetic proportional relief valve with the delay of the above equation (1). It is said. Assuming that the opening of the throttle valve is c d and the inclination of the proportional relief is k d , the damping force f dij is expressed by the following equation (2).
Figure 0004191013

(1)制御則1(台車枠振動の情報のみによる制御)
台車枠の上下加速度のみを計測し、台車毎に台車枠の上下振動制御を行う方法である。車体への上下振動の伝達経路となっている台車枠の上下振動を低減させることにより、車体の上下振動を低減させるという制御方法である。具体的な制御則は様々なものが使用できるが、本実施の形態では、スカイフック制御を用いている。本制御則では、車体の振動モードを考慮していないため、車体の振動を計測する加速度センサが不要となり、コントロールユニットの回路構成も簡単になることから、コスト低減において有利である。
(1) Control law 1 (control based only on bogie frame vibration information)
In this method, only the vertical acceleration of the carriage frame is measured, and the vertical vibration control of the carriage frame is performed for each carriage. In this control method, the vertical vibration of the vehicle body is reduced by reducing the vertical vibration of the bogie frame that is a transmission path of the vertical vibration to the vehicle body. Various specific control rules can be used, but in this embodiment, skyhook control is used. Since this control law does not consider the vibration mode of the vehicle body, an acceleration sensor for measuring the vibration of the vehicle body is not required, and the circuit configuration of the control unit is simplified, which is advantageous in cost reduction.

図6は、制御則1を適用する場合の、加速度センサ60−1,60−2及びコントロールユニット70−1,70−2の配置を概略的に示す図である。これら加速度センサ60及びコントロールユニット70及び可変減衰ダンパ51により制振装置が構成される。なお、図中右側を進行方向としている。   FIG. 6 is a diagram schematically showing the arrangement of the acceleration sensors 60-1 and 60-2 and the control units 70-1 and 70-2 when the control law 1 is applied. The acceleration sensor 60, the control unit 70, and the variable damping damper 51 constitute a vibration damping device. In the figure, the right side is the traveling direction.

同図に示すように、前台車枠21−1及び後台車枠21−2の中央部分に、それぞれ加速度センサ60−1,60−2が設置されている。この加速度センサ60は、台車枠の上下方向の加速度d2Ti/dt2を検出する。また、車体10には、前台車枠21−1用と後台車枠21−2用の2つのコントロールユニット70−1,70−2が設置されている。加速度センサ60−1の出力は、コントロールユニット70−1に送られ、加速度センサ60−2の出力は、コントロールユニット70−2に送られる。コントロールユニット70−1は、この出力値から、前台車枠21−1と軸箱30−1,30−2間に設けられた可変減衰ダンパ51への減衰力指令値ur1jを算出し、各可変減衰ダンパ51へと送信する。コントロールユニット70−2は、同じく、後台車枠21−2と軸箱30−3,30−4間に設けられた可変減衰ダンパ51への減衰力指令値ur2jを算出し、各可変減衰ダンパ51へと送信する。 As shown in the figure, acceleration sensors 60-1 and 60-2 are installed in the central portions of the front bogie frame 21-1 and the rear bogie frame 21-2, respectively. The acceleration sensor 60 detects the acceleration d 2 z Ti / dt 2 in the vertical direction of the carriage frame. The vehicle body 10 is provided with two control units 70-1 and 70-2 for the front bogie frame 21-1 and the rear bogie frame 21-2. The output of the acceleration sensor 60-1 is sent to the control unit 70-1, and the output of the acceleration sensor 60-2 is sent to the control unit 70-2. The control unit 70-1 calculates a damping force command value u r1j to the variable damping damper 51 provided between the front bogie frame 21-1 and the axle boxes 30-1 and 30-2 from the output value, Transmit to the variable damping damper 51. Similarly, the control unit 70-2 calculates a damping force command value ur2j to the variable damping damper 51 provided between the rear carriage frame 21-2 and the axle boxes 30-3 and 30-4, and each variable damping damper. To 51.

各可変減衰ダンパ51は、この減衰力指令値urijに基づいて、減衰力の制御を行い。これにより、台車枠の上下振動が低減され、よって車体における乗り心地を向上させることができる。 Each variable damping damper 51 controls the damping force based on the damping force command value urij . Thereby, the vertical vibration of the bogie frame is reduced, and thus the ride comfort in the vehicle body can be improved.

コントロールユニット70においては、まず、出力値から、上記台車枠21の上下方向加速度を積分して、台車枠の上下並進速度dzTi/dtを求める。ここで、添え字Tは、台車に関する値であることを意味している。次に、この速度値を下式(3)に代入して、減衰力指令値urijを算出する。

Figure 0004191013
In the control unit 70, first, the vertical acceleration of the carriage frame 21 is integrated from the output value to obtain the vertical translation speed dz Ti / dt of the carriage frame. Here, the subscript T means a value related to the carriage. Next, this velocity value is substituted into the following equation (3) to calculate the damping force command value u rij .
Figure 0004191013

ここで、Csは、いわゆるスカイフックゲインである。この減衰力指令値urijは、コントロールユニット70−1,70−2により、前台車枠21−1及び後台車枠21−2用とで独立して算出される。そして、前台車枠21−1と前側軸箱30−1及び後側軸箱30−2との間に設置された4つの可変減衰ダンパ51には、同じ減衰力指令値ur1jが与えられ、後台車枠21−2と前側軸箱30−3及び後側軸箱30−4との間に設置された4つの可変減衰ダンパ51には、同じ減衰力指令値ur2jが与えられる。 Here, C s is a so-called skyhook gain. The damping force command value u rij is calculated independently for the front bogie frame 21-1 and the rear bogie frame 21-2 by the control units 70-1 and 70-2. The same damping force command value ur1j is given to the four variable damping dampers 51 installed between the front bogie frame 21-1, the front axle box 30-1 and the rear axle box 30-2. The same damping force command value ur2j is given to the four variable damping dampers 51 installed between the rear bogie frame 21-2, the front axle box 30-3, and the rear axle box 30-4.

なお、ここでは、各台車枠に1つの加速度センサを配置したが、より多くのセンサを台車枠に配置することにより、他の運動モードの加速度を得ることができ、これら他の運動モードも考慮した制御が可能になる。例えば、各台車枠の前後に1個ずつの加速度センサを配置すると、台車枠の上下並進モードの振動とピッチングモードの振動が得られる。この際の制御則としては、例えば、上述したスカイフック制御をピッチングモードにも適用して、上下並進モードのスカイフックゲインと合成すれば良い。特に、車体−台車枠を結んでいる牽引リンクやヨーダンパの取り付け位置の高さが、台車枠のピッチング中心の高さと大きく異なっている場合には、このようにピッチングモードを制御することで、車体の上下振動を低減することが可能である。   Here, one acceleration sensor is arranged in each bogie frame, but by locating more sensors in the bogie frame, accelerations of other motion modes can be obtained, and these other motion modes are also taken into consideration. Control becomes possible. For example, if one acceleration sensor is arranged before and after each bogie frame, vibrations in the vertical translation mode and pitching mode of the bogie frame can be obtained. As a control law at this time, for example, the above-described skyhook control may be applied to the pitching mode and combined with the skyhook gain in the vertical translation mode. In particular, when the height of the mounting position of the traction link or the yaw damper that connects the vehicle body and the bogie frame is greatly different from the height of the pitching center of the bogie frame, by controlling the pitching mode in this way, It is possible to reduce vertical vibration.

(2)制御則2(台車枠振動と車体振動の両方の情報による制御)
続いて、台車枠振動加速度に加えて、車体の振動加速度も計測して制御を行う方法について説明する。具体的な制御則については、制御則1の場合と同様に様々な制御則を適用することができるが、本実施の形態においては、最適制御法によってコントローラを設計し、これをセミアクティブ制御に適用した。
(2) Control law 2 (control based on information on both bogie frame vibration and vehicle body vibration)
Next, a method for controlling by measuring the vibration acceleration of the vehicle body in addition to the bogie frame vibration acceleration will be described. As for the specific control law, various control laws can be applied as in the case of the control law 1. However, in this embodiment, the controller is designed by the optimal control method, and this is changed to semi-active control. Applied.

図7は、制御則2を適用する場合の、加速度センサ60及びコントロールユニット70の配置を概略的に示す図である。加速度センサ60、コントロールユニット70及び可変減衰ダンパ51により制振装置が構成される。なお、図中右側が進行方向である。   FIG. 7 is a diagram schematically showing the arrangement of the acceleration sensor 60 and the control unit 70 when the control law 2 is applied. The acceleration sensor 60, the control unit 70, and the variable damping damper 51 constitute a vibration damping device. In the figure, the right side is the direction of travel.

同図に示すように、各台車枠21の中央に加速度センサ60−1,60−2が配置されると共に、車体床面の前側部、中央部、後側部に、それぞれ加速度センサ60−3,60−4,60−5が配置されている。また、車体10に設けられたコントロールユニット70に、全ての加速度センサ60からの出力値が集められる。コントロールユニット70は、この出力値から、台車枠21と軸箱30間に設けられた可変減衰ダンパ51への減衰力指令値urijを算出し、各可変減衰ダンパ51へと送信する。各可変減衰ダンパ51は、この減衰力指令値urijに基づいて、減衰力の制御を行い、これにより、車体10の上下振動が減衰され、車体10における乗り心地を向上させることができる。 As shown in the figure, acceleration sensors 60-1 and 60-2 are arranged at the center of each bogie frame 21, and acceleration sensors 60-3 are respectively provided at the front side, the center, and the rear side of the vehicle body floor. , 60-4, 60-5 are arranged. Further, output values from all the acceleration sensors 60 are collected in the control unit 70 provided in the vehicle body 10. The control unit 70 calculates a damping force command value urij to the variable damping damper 51 provided between the carriage frame 21 and the axle box 30 from this output value, and transmits it to each variable damping damper 51. Each variable damping damper 51 controls the damping force based on the damping force command value urij , whereby the vertical vibration of the vehicle body 10 is attenuated and the riding comfort in the vehicle body 10 can be improved.

コントロールユニット70での減衰力指令値の算出にあたっては、本鉄道車両をモデリングして得られた、32個の状態量を持ち、8個の外乱入力と、4個の制御入力を持つ線形システムの状態方程式(下式(4):算出方法については後述)を用いた。但し、全状態変数を観測(推定)するのは実際には困難であるため、車体−台車枠間の前後方向結合要素特性による影響を無視し、車体の上下振動への影響が大きく、ある程度推定が可能と思われる、台車枠の上下並進モード、車体の上下並進モード、ピッチングモード、1次曲げモードからなる10次の低次元化された状態方程式(式(5))を用いて、最適フィードバックを求めた。

Figure 0004191013
Figure 0004191013
In calculating the damping force command value in the control unit 70, a linear system having 32 state quantities, 8 disturbance inputs, and 4 control inputs, obtained by modeling this railway vehicle. The equation of state (the following equation (4): the calculation method will be described later) was used. However, since it is actually difficult to observe (estimate) all the state variables, the influence of the longitudinal coupling characteristics between the vehicle body and the bogie frame is ignored, and the effect on the vertical vibration of the vehicle body is large. Optimal feedback using the 10th-order reduced-order state equation (Equation (5)) consisting of the vertical and horizontal translation modes of the bogie frame, the vertical translation mode of the vehicle body, the pitching mode, and the primary bending mode. Asked.
Figure 0004191013
Figure 0004191013

ここで、ベクトルxWijは、輪軸の前後方向変位、zWijは、輪軸の上下方向変位、xTiは、台車枠の前後方向変位、zTiは、台車枠の上下方向変位、θTiは、台車枠のピッチング変位、xDiは、ヨーダンパの前後方向変位、xBは、車体の前後方向変位、zBは、車体の上下方向変位、qBは、車体の1次曲げモードの変位、fdijは、可変減衰ダンパの発生力である。なお、上述したように、i=1(前台車),2(後台車)、j=1(前側軸),2(後側軸)である。 Here, the vector x Wij is the wheel shaft longitudinal displacement, z Wij is the wheel shaft vertical displacement, x Ti is the cart frame longitudinal displacement, z Ti is the cart frame vertical displacement, and θ Ti is Pitching displacement of the carriage frame, x Di is the longitudinal displacement of the yaw damper, x B is the longitudinal displacement of the vehicle body, z B is the vertical displacement of the vehicle body, q B is the displacement of the primary bending mode of the vehicle body, f dij is the generated force of the variable damping damper. As described above, i = 1 (front carriage), 2 (rear carriage), j = 1 (front axle), and 2 (rear axle).

そして、コントロールユニットにおいては、状態方程式(5)で表されるシステムに対して、下式(6)で表される評価関数、

Figure 0004191013
を最小にするような状態フィードバック(式(7))、
Figure 0004191013
によって可変減衰ダンパへの指令uを計算する。すなわち、ベクトルuは、[ur11,ur12,ur21,ur22]Tとなる。なお、状態ベクトルxrのなかに観測できない状態変数がある場合には、適当な状態オブザーバを設計して推定すれば良い。 And in the control unit, the evaluation function represented by the following equation (6) for the system represented by the state equation (5),
Figure 0004191013
State feedback (equation (7)) that minimizes
Figure 0004191013
To calculate the command u to the variable damping damper. That is, the vector u is a [u r11, u r12, u r21, u r22] T. When there is a state variable which can not be observed among the state vector x r it may be estimated by designing a suitable state observer.

このような制御則2によれば、車体の1次曲げモードを考慮して、可変減衰ダンパの制御を行っており、より車体での乗り心地を向上させることができる。なお、制御則1の場合と同様に、加速度センサ等の配置構成について、適宜変更可能であることはいうまでもない。   According to the control law 2 as described above, the variable damping damper is controlled in consideration of the primary bending mode of the vehicle body, and the riding comfort on the vehicle body can be further improved. Needless to say, as in the case of the control law 1, the arrangement configuration of the acceleration sensor and the like can be appropriately changed.

ここで、上記状態方程式(4)の算出方法について説明する。図8は、本実施の形態における鉄道車両をシミュレーションのためにモデリングしたモデル図である。図中右側が、本モデルの進行方向であり、進行方向にx軸、図中上下方向にz軸、図中紙面に垂直な方向にy軸をとっている。本モデルは、はりとしての車体10と、剛体としての台車枠21の上下振動に加えて、車体前後、台車枠前後・ピッチング、輪軸31前後等の各自由度を扱うことにより、車体−台車間の結合要素である牽引リンク43やヨーダンパ42の影響を扱うことが出来るようにしたモデルである。   Here, a method of calculating the state equation (4) will be described. FIG. 8 is a model diagram obtained by modeling the railway vehicle in this embodiment for simulation. The right side in the figure is the traveling direction of this model, which is the x axis in the traveling direction, the z axis in the vertical direction in the figure, and the y axis in the direction perpendicular to the paper surface in the figure. In this model, in addition to vertical vibrations of the vehicle body 10 as a beam and the bogie frame 21 as a rigid body, the degree of freedom such as the vehicle body front and rear, the vehicle frame front and rear and pitching, and the wheel shaft 31 front and rear are handled. This is a model that can handle the influence of the traction link 43 and the yaw damper 42, which are the coupling elements of.

また、セミアクティブサスペンション(可変減衰ダンパ)を取り扱うためには、時刻歴シミュレーションが必要になる。このため、減衰要素の表現は、複素ばねではなく、粘性減衰を用いることにした。   Further, in order to handle a semi-active suspension (variable damping damper), a time history simulation is required. For this reason, the damping element is expressed using viscous damping, not a complex spring.

まず、図8を参照しながら、本モデリングで使用する主な記号を下記表1に示す。

Figure 0004191013
車両のモデリングに関して、a.車体のモデル、b.結合力のモデル、c.運動方程式の順で説明する。 First, referring to FIG. 8, the main symbols used in this modeling are shown in Table 1 below.
Figure 0004191013
Regarding vehicle modeling: a. Body model, b. A model of binding force, c. It explains in order of the equation of motion.

a.車体のモデル
車体を両端自由の一様な弾性はりと仮定し、慣性、内部粘性、曲げ剛性を考慮すると、車体の長手方向xの位置における微小な車体上下変位z(x,t)に対して、下式(8)が成り立つ。

Figure 0004191013
a. Model of the car body Assuming that the car body is a uniform elastic beam free at both ends, and considering the inertia, internal viscosity, and bending rigidity, the vehicle body is subject to a small car body vertical displacement z (x, t) at the position in the longitudinal direction x. The following equation (8) holds.
Figure 0004191013

ここに、fk(t)は、位置lkで車体の上下方向に加わる外力であり、δ(x)は、デルタ関数である。
式(8)は、車体の各モードの変位をqBm(m≧1)として、モード解析法により、下式(9)のように展開される。

Figure 0004191013
Here, f k (t) is an external force applied in the vertical direction of the vehicle body at the position l k , and δ (x) is a delta function.
Equation (8) is developed as the following equation (9) by the mode analysis method with the displacement of each mode of the vehicle body as q Bm (m ≧ 1).
Figure 0004191013

但し、車体の上下並進変位をzB、ピッチング変位をθBとしている。ここで、車体の1次曲げよりも高次のモード(m>3)を無視すると、車体について、各モード(m=1,2,3)で、下式(10)〜(12)が成り立つ。

Figure 0004191013
但し、fAizは、位置lTCiでの空気ばねによる支持力であり、また、ω,ζは、下式(13)で定義される。 However, the vertical translational displacement of the vehicle body is z B , and the pitching displacement is θ B. Here, if the higher order modes (m> 3) than the primary bending of the vehicle body are ignored, the following equations (10) to (12) are established for the vehicle body in each mode (m = 1, 2, 3). .
Figure 0004191013
However, f Aiz is a supporting force by the air spring at the position l TCi , and ω and ζ are defined by the following expression (13).

Figure 0004191013
また、上式(12)の曲げモード固有関数は、下式(14)で表される。
Figure 0004191013
ここで、X=λx/lであり、λは、振動数方程式である下式(15)の1次曲げモードに対応する根である。
Figure 0004191013
Figure 0004191013
The bending mode eigenfunction of the above equation (12) is expressed by the following equation (14).
Figure 0004191013
Here, X = λx / l, and λ is a root corresponding to the primary bending mode of the following equation (15) which is a frequency equation.
Figure 0004191013

b.結合力のモデル化
軸箱支持部、車体支持部、牽引リンク、ヨーダンパについて、それぞれ伝達力を数式化する。ここで、軸箱支持部の上下方向は、軸ばね剛性kWijz、軸ダンパ減衰cWijzを考慮する。但し、セミアクティブ制御時には、cWijz=0とし、セミアクティブダンパの発生力をfdijとする。また、前後方向については、軸ばねの前後剛性kWijx、減衰cWijxを考慮する。
b. Coupling force modeling For each axle box support, vehicle body support, traction link, and yaw damper, the transmission force is formulated into a formula. Here, in the vertical direction of the shaft box support portion, the shaft spring rigidity k Wijz and the shaft damper damping c Wijz are considered. However, at the time of semi-active control, c Wijz = 0 and the generated force of the semi-active damper is f dij . In the longitudinal direction, the longitudinal spring stiffness k Wijx and the damping c Wijx of the shaft spring are taken into consideration.

そして、軸箱支持部の前後の発生力fWijx、上下の発生力fWijzは、それぞれ下式(16)、(17)で表される(複合は、j=1,2の順である)。

Figure 0004191013
The front and rear generation force f Wijx the axle box support, the upper and lower generation force f Wijz is the following formula, respectively (16), expressed in (17) (composite, in the order of j = 1, 2) .
Figure 0004191013

また、車体支持部に関して、空気ばねの前後剛性及び減衰は、牽引リンクやヨーダンパに比べて十分小さいため無視し、上下方向のみ考慮する。そして、空気ばねを、ばね剛性kAiz、減衰cAizからなる2要素モデルとすると、車体支持部の上下方向発生力fAizは、下式(18)で表される(複合は、i=1,2の順である)。

Figure 0004191013
Further, regarding the vehicle body support portion, the longitudinal stiffness and damping of the air spring are sufficiently small as compared with the traction link and the yaw damper, and are ignored and only the vertical direction is considered. When the air spring is a two-element model composed of spring stiffness k Aiz and damping c Aiz , the vertical direction generated force f Aiz of the vehicle body support portion is expressed by the following equation (18) (composite is i = 1). , 2 in this order).
Figure 0004191013

また、牽引リンクの前後方向伝達力fLiは、取り付けゴムの剛性kLRiと粘性減衰cLRiを考慮し、下式(19)で表される。

Figure 0004191013
The longitudinal transmission force f Li of the traction link is expressed by the following equation (19) in consideration of the rigidity k LRi and the viscous damping c LRi of the mounting rubber.
Figure 0004191013

また、ヨーダンパの車体側前後力fDBi及び台車側前後力fDRiは、ヨーダンパの車体及び台車側の変位を、それぞれxDBi、xDRiとおき、図9のようにモデル化すると、下式(20)〜(24)で表される(複合は、i=1,2の順である)。

Figure 0004191013
Further, the vehicle body side longitudinal force f DBi and the vehicle side longitudinal force f DRi of the yaw damper are respectively expressed as x DBi and x DRi and the displacements of the body side and the vehicle side of the yaw damper are modeled as shown in FIG. 20) to (24) (composites are in the order of i = 1, 2).
Figure 0004191013

c.運動方程式
続いて、運動方程式を導出する。まず、輪軸の前後については、下式(25)が成り立つ。

Figure 0004191013
c. Equation of motion Next, the equation of motion is derived. First, the following formula (25) holds for the front and rear of the wheel shaft.
Figure 0004191013

また、台車枠の前後、上下、ピッチングについては、それぞれ下式(26)〜(28)が成り立つ。

Figure 0004191013
In addition, the following formulas (26) to (28) are established for the front and rear, the top and bottom, and the pitching of the bogie frame.
Figure 0004191013

また、車体の前後、上下、ピッチング、1次曲げについては、それぞれ下式(29)〜(32)が成り立つ(複合は、i=1,2の順である)。

Figure 0004191013
Further, the following formulas (29) to (32) are established for the front and rear, the top and bottom, the pitching, and the primary bending of the vehicle body (composites are in the order of i = 1 and 2).
Figure 0004191013

そして、これらの運動方程式と、ヨーダンパの運動方程式(24)により、上述の式(4)で表される、32個の状態量を持ち、8個の外乱入力と4個の制御入力を持つ線形システムが得られる。   Based on these equations of motion and the equation of motion of the yaw damper (24), the linearity having 32 state quantities, 8 disturbance inputs and 4 control inputs expressed by the above equation (4). A system is obtained.

次に、上記制御則1及び制御則2による実時間シミュレーション結果について説明する。輪軸への上下変位、速度外乱としては、新幹線電車の軸箱加速度を積分し、軸箱上下速度及び変位を求め、これを走行速度300[km/h]に相当する位相差で入力した。また、主要パラメータは、下記表2の通り設定した。

Figure 0004191013
Next, real-time simulation results based on the control law 1 and the control law 2 will be described. As the vertical displacement and speed disturbance to the wheel axis, the shaft box acceleration of the Shinkansen train was integrated to obtain the shaft box vertical speed and displacement, and this was input with a phase difference corresponding to a traveling speed of 300 [km / h]. The main parameters were set as shown in Table 2 below.
Figure 0004191013

また、可変減衰ダンパについては、1輪軸あたりcd=1.57×106[N/(m/s)2]、kd=4.905[N/(m/s)]、最大減衰力1.08×104[N]とした。この減衰力は、既存のパッシブダンパでは、ピストン速度0.15[m/s]時の1軸あたりの減衰力に相当し、現実的な設定となっている。なお、バルブの応答遅れは10[ms]とした。 As for the variable damping damper, c d = 1.57 × 10 6 [N / (m / s) 2 ], k d = 4.905 [N / (m / s)], and maximum damping force 1.08 × 10 4 per wheel axle. [N]. This damping force corresponds to the damping force per axis when the piston speed is 0.15 [m / s] in an existing passive damper, and is a realistic setting. The response delay of the valve was 10 [ms].

また、本シミュレーション結果としては、鉄道車両の乗り心地を評価する指標として一般的に使用されている乗り心地レベルLTを用いた。これは、車体振動加速度を、人間の振動感覚特性(乗り心地フィルタ)を用いて重み付けし、この実効値を閾値で正規化してdB単位で表示したものである。例えば、日本鉄道技術協会「乗り心地管理基準に関する報告書」(1979-1981)に詳細に説明されている。 As the present simulation results, using the ride level L T which is generally used as an index for evaluating the riding comfort of the railway vehicle. In this method, the vehicle body vibration acceleration is weighted using human vibration sensation characteristics (riding comfort filter), and the effective value is normalized with a threshold value and displayed in dB. For example, it is explained in detail in Japan Railway Technology Association "Report on Ride Comfort Management Standards" (1979-1981).

この乗り心地レベルLTの値が小さいほど、乗り心地が良いとされている。なお、上下系の振動については、4〜8[Hz]に最も大きな重み付けがなされており、この周波数帯域での振動を小さくすることが重要となる。よって、本実施の形態では、この特性に注意してコントローラの設計を行っている。 As the value of the ride level L T is small, ride comfort is good. In addition, about the vibration of the vertical system, 4 to 8 [Hz] is most heavily weighted, and it is important to reduce the vibration in this frequency band. Therefore, in this embodiment, the controller is designed with attention to this characteristic.

そして、台車枠のスカイフック制御を用いた制御則1では、パラメータはスカイフックゲインCsのみであるため、台車振動がある程度低減できる値とした。本シミュレーションでは、Cs=254,800[N/(m/s)]とした。 Then, the control law 1 with skyhook control of the bogie frame, parameters since only skyhook gain C s, bogie vibration is a value that can be reduced to some extent. In this simulation, C s = 254,800 [N / (m / s)].

また、最適制御則(LQR(Linear Quadratic Regulator))を用いた制御則2では、4〜8[Hz]付近に大きなパワーを持つ車体の1次曲げ振動、及び台車枠の上下振動を重視して、式(6)のパラメータであるベクトルQ,Rを下記式(33),(34)とした。

Figure 0004191013
In Control Law 2 using the optimal control law (LQR (Linear Quadratic Regulator)), the primary bending vibration of the vehicle body with a large power in the vicinity of 4 to 8 [Hz] and the vertical vibration of the bogie frame are emphasized. The vectors Q and R, which are parameters of the equation (6), are represented by the following equations (33) and (34).
Figure 0004191013

まず、シミュレーション結果に基づいて、乗り心地の改善効果について説明する。図10は、前台車直上の車体床面における上下方向加速度PSD(Power spectral density)を示す図である。また、図11は、車体中央床面における上下方向加速度PSDを示す図である。両図とも、制御則1及び制御則2による結果を示すと共に、比較対象として、制御なしの場合(パッシブダンパ)の結果を示している。また、図中凡例には、LT値を併記してある。図10では、制御なしの場合は、LT=86.9[dB]、制御則1の場合は、LT=84.7[dB]、制御則2の場合は、LT=83.7[dB]となった。図11では、制御なしの場合は、LT=86.4[dB]、制御則1の場合は、LT=83.5[dB]、制御則2の場合は、LT=82.8[dB]となった。また、図12は、前台車枠における上下並進加速度PSDを示す図である。 First, the riding comfort improvement effect will be described based on the simulation results. FIG. 10 is a diagram showing vertical acceleration PSD (Power spectral density) on the vehicle body floor surface directly above the front carriage. FIG. 11 is a diagram showing the vertical acceleration PSD on the center floor of the vehicle body. Both figures show the results of control law 1 and control law 2 and, as a comparison target, the results of the case without control (passive damper). Further, in the figure legends, it is shown together L T value. In FIG. 10, L T = 86.9 [dB] without control, L T = 84.7 [dB] with control law 1, and L T = 83.7 [dB] with control law 2. . In FIG. 11, L T = 86.4 [dB] without control, L T = 83.5 [dB] with control law 1, and L T = 82.8 [dB] with control law 2. . FIG. 12 is a diagram showing the vertical translational acceleration PSD in the front bogie frame.

制御則1のシミュレーション結果について見ると、図12に示すように、台車枠の上下振動加速度が、3〜10[Hz]付近で全般的に低減していることが分かる。この結果、図10及び図11に示すように、車体の上下加速度も同帯域で同様に低減していることが分かる。そして、乗り心地レベルLTは、制御なしの場合と比較して、車体中央で3[dB]程度、前台車直上で2[dB]程度改善しており、制御則1により、体感できる程度に乗り心地が向上していることが分かる。 Looking at the simulation result of the control law 1, it can be seen that the vertical vibration acceleration of the bogie frame generally decreases in the vicinity of 3 to 10 [Hz] as shown in FIG. As a result, as shown in FIGS. 10 and 11, it can be seen that the vertical acceleration of the vehicle body is similarly reduced in the same band. Then, the ride comfort level L T, as compared with the case without control, the vehicle body center at 3 [dB] or so, and then 2 [dB] much better in the previous carriage just above, the control law 1, to the extent that can experience It can be seen that ride comfort is improved.

また、制御則2のシミュレーション結果について見ると、5〜7[Hz]の周波数帯域で、車体中央の上下方向振動が、制御なしと比較して若干大きくなっている(図11参照)。これは、アクチュエータが可変減衰ダンパ(セミアクティブダンパ)であることや、低次元化コントローラを使用しているため、式(4)の全ての状態量を使用していないといったモデル化誤差の影響であると考えられる。しかし、乗り心地レベルで重視されている9[Hz]付近(車体の1次曲げモードが大きなパワーを持つ周波数帯域)を大幅に低減しており、その結果、LT値は、制御なしの場合と比較して、車体中央で3.5[dB]程度、前台車直上で3[dB]改善しており、制御則1よりもさらに乗り心地が向上していることが分かる。 Further, looking at the simulation result of the control law 2, in the frequency band of 5 to 7 [Hz], the vertical vibration at the center of the vehicle body is slightly larger than that without control (see FIG. 11). This is due to the effects of modeling errors such as the fact that the actuator is a variable damping damper (semi-active damper) and that a low-order controller is used, and not all the state quantities in equation (4) are used. It is believed that there is. However, has been greatly reduced 9 [Hz] around which is emphasized by the ride comfort level (frequency band having a large power body of the first bending mode), as a result, L T value in the case of no control Compared to the control law 1, the improvement is about 3.5 [dB] and 3 [dB] just above the front carriage.

ここで、乗り心地レベルLTの改善にどの周波数帯域が寄与しているかを調べるために、加速度PSDに乗り心地フィルタの重みをかけ、オクターブバンド毎に積分した結果(振動パワー)を図13に示す。図13(a)は、前台車直上の車体床面における振動パワー分布を示す図であり、図13(b)は、車体中央床面における振動パワー分布を示す図である。同図に示すように、制御なしのLT値は、8[Hz]帯の振動パワーが支配的で、特に車体中央ではこれが顕著になっている。これに対して、制御則1の場合は、8[Hz]帯の振動パワーを半分に低減できており、制御則2の場合は、8[Hz]帯の振動パワーを約1/3に低減できており、これがLT値の低減に貢献していることが分かる。 Here, in order to determine which frequency band to improve the ride comfort level L T is contributing, multiplied by the weight of the ride filter acceleration PSD, integrating the results for each octave band (vibration power) in FIG. 13 Show. FIG. 13A is a diagram showing the vibration power distribution on the vehicle body floor surface directly above the front carriage, and FIG. 13B is a diagram showing the vibration power distribution on the vehicle body center floor surface. As shown in the figure, the LT value without control is dominated by vibration power in the 8 [Hz] band, and this is particularly noticeable at the center of the vehicle body. On the other hand, in the case of control law 1, the vibration power in the 8 [Hz] band can be reduced to half, and in the case of control law 2, the vibration power in the 8 [Hz] band is reduced to about 1/3. are made, it can be seen that this contributes to the reduction of L T values.

なお、制御則2を適用した場合の可変減衰ダンパの動作状況について検証したが、可変減衰ダンパの発生力は1本あたり最大で5[kN]程度となり、現実的な値であることが分かった。
以上、本実施の形態に係る制振機能付き鉄道車両について詳細に説明したが、台車枠と軸箱間に可変減衰ダンパを設置し、車体での乗り心地を向上させるべく、この可変減衰ダンパの減衰力を制御した本実施の形態によれば、従来の鉄道車両と比較して、乗り心地を向上させることできる。特に、制御則1を適用した場合には、簡単な構成で乗り心地を向上させることができ、制御則2を適用した場合には、制御則1よりもさらに乗り心地レベルを向上させることができる。
In addition, although the operation state of the variable damping damper when the control law 2 was applied was verified, the generating force of the variable damping damper was about 5 [kN] per one, and it was found to be a realistic value. .
As described above, the railway vehicle with the vibration damping function according to the present embodiment has been described in detail. However, in order to improve the riding comfort in the vehicle body by installing a variable damping damper between the bogie frame and the axle box, According to the present embodiment in which the damping force is controlled, the riding comfort can be improved as compared with a conventional railway vehicle. In particular, when the control law 1 is applied, the ride comfort can be improved with a simple configuration, and when the control law 2 is applied, the ride comfort level can be further improved than the control law 1. .

なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、可変減衰ダンパの制御則に関して、適宜、所定の制御則に変更可能であるのはいうまでもない。制御則2では、LQRコントローラをそのまま適用しているが、可変減衰ダンパの非線形性をある程度考慮した制御則に変更したり、低次元化についてさらに性能を向上させた制御則に変更したりすることができる。
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, it goes without saying that the control law of the variable damping damper can be appropriately changed to a predetermined control law. In Control Law 2, the LQR controller is applied as it is, but it is necessary to change to a control law that takes into account the nonlinearity of the variable damping damper to some extent, or to change to a control law that further improves performance for lowering the dimensions. Can do.

また、本実施の形態では、鉄道車両を例にとって説明したが、これに限らず、車体、台車枠、軸箱から構成される車両であれば、本発明を適用可能である。 In the present embodiment, a railway vehicle has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to any vehicle including a vehicle body, a carriage frame, and a axle box.

また、本実施の形態では、セミアクティブサスペンション(可変減衰ダンパ)を用いているが、振動低減効果の面でより有利であるアクティブサスペンションを代わりに用いることができる。セミアクティブサスペンションは、可変減衰ダンパの減衰力を制御するだけなのに対して、アクティブサスペンションは、駆動力を発生するアクチュエータを使用し、車体の振動状況に応じてアクチュエータの発生力を制御することで、積極的に振動を低減させようとするものである。アクチュエータとしては、例えば、リニアモータ、油圧シリンダ、電油アクチュエータ、空気圧シリンダ等が使用される。このアクティブサスペンションは、線形制御則が使用できるため、セミアクティブサスペンションと比べて、制御系設計の見通しが立ちやすいというメリットがある。   In this embodiment, a semi-active suspension (variable damping damper) is used, but an active suspension that is more advantageous in terms of vibration reduction effect can be used instead. The semi-active suspension only controls the damping force of the variable damping damper, while the active suspension uses an actuator that generates driving force, and controls the generating force of the actuator according to the vibration situation of the vehicle body, It is intended to actively reduce vibration. As the actuator, for example, a linear motor, a hydraulic cylinder, an electro-hydraulic actuator, a pneumatic cylinder, or the like is used. Since this active suspension can use a linear control law, there is a merit that the prospect of the control system design is easier than the semi-active suspension.

以下、アクティブサスペンションを用いた場合の構成について詳細に説明する。基本的な鉄道車両の構成自体は、上述したセミアクティブサスペンションと同様である。但し、アクティブサスペンションの場合には、制御系に異常が発生した際に、逆に車体を加振してしまうケースも考えられるため、異常が発生した際に制御を切れば通常の状態に戻るよう構成することが必要である。   Hereinafter, the configuration when the active suspension is used will be described in detail. The basic railcar configuration itself is the same as the semi-active suspension described above. However, in the case of an active suspension, there may be a case where the vehicle body is vibrated on the contrary if an abnormality occurs in the control system. It is necessary to configure.

図14に、アクティブサスペンションを採用した際の、台車枠21と軸箱30との間の構成の一例を概略的に示す。図14(a)は、台車枠−軸箱間に、アクチュエータ58と軸ばね50に加えて、軸ダンパ59を配置した構成を示している。アクチュエータ58としては、リニアモータ等が用いられる。アクティブサスペンションに異常が発生した場合には、図示しないコントロールユニットの電源を切り、アクチュエータ58が制御力を発生しないようにする。この場合は、軸ダンパ59がパッシブダンパとして機能するため、現状と同等の乗り心地を維持することが可能である。 FIG. 14 schematically shows an example of a configuration between the carriage frame 21 and the axle box 30 when the active suspension is employed. FIG. 14A shows a configuration in which a shaft damper 59 is arranged in addition to the actuator 58 and the shaft spring 50 between the carriage frame and the shaft box. As the actuator 58, a linear motor or the like is used. When an abnormality occurs in the active suspension, the control unit (not shown) is turned off so that the actuator 58 does not generate control force. In this case, since the shaft damper 59 functions as a passive damper, it is possible to maintain the same riding comfort as the current situation.

図14(b)は、台車枠−軸箱間に、アクチュエータ58としての電油アクチュエータと軸ばね50を配置した構成を示している。この電油アクチュエータは、ダンパとしての機能も有しており、内蔵している弁を切り替えることにより、アクチュエータとして作用するか、軸ダンパとして作用するかを切り替え可能に構成されている。
図14に示す構成のように、アクチュエータの駆動が切られた際に、軸ダンパとして作用する部材を配置しておけば、たとえアクチュエータの制御系に異常が発生したとしても、安定した乗り心地を維持することが可能である。
FIG. 14B shows a configuration in which an electro-hydraulic actuator as the actuator 58 and the shaft spring 50 are arranged between the carriage frame and the shaft box. This electro-hydraulic actuator also has a function as a damper, and is configured to be able to switch between acting as an actuator and acting as a shaft damper by switching a built-in valve.
If a member that acts as a shaft damper is arranged when the actuator is turned off as shown in FIG. 14 , even if an abnormality occurs in the control system of the actuator, a stable riding comfort can be obtained. It is possible to maintain.

続いて、アクティブサスペンションの制御則の例について幾つか簡単に説明する。まず、上述したセミアクティブサスペンションの制御則1の場合と同様に、台車枠の振動のみに着目し、台車枠ごとに制御する方法が挙げられる。図6に示したように、各台車枠に1つずつ加速度センサを設置した場合には、台車枠の上下並進のみを制御することができる。また各台車枠の前方及び後方に2つの加速度センサを設置した場合には、台車枠の上下並進及びピッチングを制御することができる。   Next, some examples of active suspension control rules will be briefly described. First, as in the case of the control law 1 of the semi-active suspension described above, a method of controlling for each carriage frame by paying attention only to the vibration of the carriage frame can be mentioned. As shown in FIG. 6, when one acceleration sensor is installed in each bogie frame, only the vertical translation of the bogie frame can be controlled. When two acceleration sensors are installed in front of and behind each bogie frame, vertical translation and pitching of the bogie frame can be controlled.

また、上述したセミアクティブサスペンションの制御則2の場合と同様に、台車枠と車体の振動の両方を考慮する制御方法も挙げられる。図7に示したように、各台車枠に1つずつの加速度センサを設置すると共に、車体床面に3つの加速度センサを設置した場合には、台車枠の上下並進、車体の上下並進、ピッチング、1次曲げモードを検出して制御することができる。   Further, as in the case of the control law 2 for the semi-active suspension described above, a control method that considers both the bogie frame and the vibration of the vehicle body is also included. As shown in FIG. 7, when one acceleration sensor is installed on each bogie frame and three acceleration sensors are installed on the vehicle body floor surface, the bogie frame is vertically translated, the vehicle body is vertically translated, and the pitching is performed. The primary bending mode can be detected and controlled.

具体的な制御則としては、上記の何れも場合も振動加速度を検出してフィードバックすることになるが、スカイフック制御、最適制御、H∞最適制御等、適宜所望の制御則を用いることが可能である。そして、アクティブサスペンションの場合にも、上述したセミアクティブサスペンションの場合と同様に、車体の上下振動を抑制して、乗り心地を向上させることできる。   As a specific control law, vibration acceleration is detected and fed back in any of the above cases, but a desired control law such as skyhook control, optimal control, and H∞ optimal control can be used as appropriate. It is. In the case of the active suspension, as in the case of the semi-active suspension described above, the ride comfort can be improved by suppressing the vertical vibration of the vehicle body.

本発明の実施の形態に係る鉄道車両の構成を概略的に示す図である。1 is a diagram schematically showing a configuration of a railway vehicle according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係るバイフロータイプの油圧回路を示す図である。It is a figure which shows the biflow type hydraulic circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るユニフロータイプの油圧回路を示す図である。It is a figure which shows the uniflow type hydraulic circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るユニフロータイプの油圧回路を示す図である。It is a figure which shows the uniflow type hydraulic circuit which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る上下並進モード、ピッチングモード、1次曲げモードを概念的に示す図である。It is a figure which shows notionally the up-down translation mode, pitching mode, and primary bending mode which concern on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る制御則1を適用する場合の制振装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the damping device in the case of applying the control law 1 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る制御則2を適用する場合の制振装置の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure of the damping device in the case of applying the control law 2 which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る鉄道車両のシミュレーションモデル図である。It is a simulation model figure of a railway vehicle concerning an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る鉄道車両の車体−台車間のヨーダンパを表すシミュレーションモデル図である。It is a simulation model figure showing the yaw damper between the vehicle body of a railway vehicle and a bogie according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態に係る前台車直上の車体床面における上下方向加速度PSDのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the vertical direction acceleration PSD in the vehicle body floor surface just above the front trolley | bogie which concerns on embodiment of this invention.

本発明の実施の形態に係る車体中央床面における上下方向加速度PSDのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the vertical direction acceleration PSD in the vehicle body center floor based on Embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る前台車枠における上下並進加速度PSDのシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of the vertical translation acceleration PSD in the front bogie frame which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るシミュレーションによる振動パワーの分布結果を示す図である。It is a figure which shows the distribution result of the vibration power by the simulation which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態の変形例に係るアクティブサスペンションを採用した場合の台車枠−軸箱間の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the structure between a trolley | bogie frame and an axle box at the time of employ | adopting the active suspension which concerns on the modification of embodiment of this invention. 従来の上下系アクティブ制振制御装置のシステム構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the system configuration | structure of the conventional vertical system active vibration suppression control apparatus. 従来のセミアクティブ方式の上下方向サスペンションシステムを有する鉄道車両の台車部の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the trolley | bogie part of the rail vehicle which has the conventional semi-active type vertical suspension system.

符号の説明Explanation of symbols

10 車体
20 台車
21 台車枠
30 軸箱
31 車輪
32 輪軸
41 空気ばね
42 ヨーダンパ
43 牽引リンク
50 軸ばね
51 可変減衰ダンパ
58 アクチュエータ
60 加速度センサ
70 コントロールユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Car body 20 Bogie 21 Bogie frame 30 Shaft box 31 Wheel 32 Wheel shaft 41 Air spring 42 Yaw damper 43 Traction link 50 Shaft spring 51 Variable damping damper 58 Actuator 60 Acceleration sensor 70 Control unit

Claims (6)

車体と、前記車体を支える複数の台車枠と、前記台車枠を支える軸箱及び輪軸と、を備えた車両において、
前記台車枠の上下方向の振動を検出するために前記各台車枠にそれぞれ設けられた加速度センサと、
前記台車枠−軸箱間に設けられた可変減衰ダンパと、
前記各加速度センサの出力に基づいて、前記各台車枠の上下方向の振動を低減させるように、前記可変減衰ダンパの減衰力を制御するコントロール手段と、を備えたことを特徴とする制振機能付き車両。
In a vehicle including a vehicle body, a plurality of carriage frames that support the vehicle body, and an axle box and a wheel shaft that support the carriage frame,
An acceleration sensor provided respectively to the each bogie frame in order to detect the vibration in the vertical direction of the respective bogie frame,
A variable damping damper provided between the carriage frame and the axle box;
Control means for controlling the damping force of each variable damping damper so as to reduce the vertical vibration of each bogie frame based on the output of each acceleration sensor. Vehicle with function.
前記車体の1次曲げ振動を検出するように、前記車体に少なくとも3つ設置された加速度センサをさらに備え
前記コントロール手段は、前記車体に設置された加速度センサの出力に基づいて、さらに前記車体の1次曲げ振動を低減させるように前記可変減衰ダンパを制御することを特徴とする請求項1記載の制振機能付き車両。
In order to detect the primary bending vibration of the vehicle body, the vehicle further comprises at least three acceleration sensors installed on the vehicle body,
Said control means based on the output of the acceleration sensor installed in the vehicle body, further control of claim 1, wherein the controller controls the variable attenuation damper to reduce the primary bending vibration of the vehicle body Vehicle with vibration function.
車体と、前記車体を支える複数の台車枠と、前記台車枠を支える軸箱及び輪軸と、を備えた車両において、
前記台車枠の上下方向の振動を検出するために前記各台車枠にそれぞれ設けられた加速度センサと、
強制的な駆動力を発生させて前記車体の上下振動を低減させるために、前記台車枠−軸箱間に設けられたアクチュエータと、
前記各加速度センサの出力に基づいて、前記各台車枠の上下方向の振動を低減させるように、前記アクチュエータの駆動力を制御するためのコントロール手段と、を備えたことを特徴とする制振機能付き車両。
In a vehicle including a vehicle body, a plurality of carriage frames that support the vehicle body, and an axle box and a wheel shaft that support the carriage frame,
An acceleration sensor provided respectively to the each bogie frame in order to detect the vibration in the vertical direction of the respective bogie frame,
In order to reduce the vertical vibration of the vehicle body by generating a forced driving force, an actuator provided between the carriage frame and the axle box,
Control means for controlling the driving force of each actuator so as to reduce the vertical vibration of each carriage frame based on the output of each acceleration sensor. Vehicle with function.
前記車体の1次曲げ振動を検出するように、前記車体に少なくとも3つ設置された加速度センサをさらに備え
前記コントロール手段は、前記車体に設置された加速度センサの出力に基づいて、さらに前記車体の1次曲げ振動を低減させるように、前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項記載の制振機能付き車両。
In order to detect the primary bending vibration of the vehicle body, the vehicle further comprises at least three acceleration sensors installed on the vehicle body,
Said control means based on the output of the acceleration sensor installed in the vehicle body, so as to further reduce the primary bending vibration of the vehicle body, the damping of claim 3, wherein the controller controls the actuator Vehicle with function.
車体と、前記車体を支える複数の台車枠と、前記台車枠を支える軸箱及び輪軸と、を備えた車両において、前記車体の上下振動を低減させるための制振装置であって、
前記台車枠の上下方向の振動を検出するために前記各台車枠にそれぞれ設けられた加速度センサと、
前記台車枠−軸箱間に設けられた可変減衰ダンパと、
前記各加速度センサの出力に基づいて、前記各台車枠の上下方向の振動を低減させるように、前記可変減衰ダンパの減衰力を制御するコントロール手段と、を備えたことを特徴とする制振装置。
In a vehicle comprising a vehicle body, a plurality of carriage frames that support the vehicle body, and an axle box and a wheel shaft that support the carriage frame, a vibration damping device for reducing vertical vibrations of the vehicle body,
An acceleration sensor provided respectively to the each bogie frame in order to detect the vibration in the vertical direction of the respective bogie frame,
A variable damping damper provided between the carriage frame and the axle box;
Control means for controlling the damping force of each variable damping damper so as to reduce the vertical vibration of each bogie frame based on the output of each acceleration sensor. apparatus.
車体と、前記車体を支える複数の台車枠と、前記台車枠を支える軸箱及び輪軸と、を備えた車両において、前記車体の上下振動を低減させるための制振装置であって、
前記台車枠の上下方向の振動を検出するために前記各台車枠にそれぞれ設けられた加速度センサと、
強制的な駆動力を発生させて前記車体の上下振動を低減させるために、前記台車枠−軸箱間に設けられたアクチュエータと、
前記各加速度センサの出力に基づいて、前記各台車枠の上下方向の振動を低減させるように、前記アクチュエータの駆動力を制御するコントロール手段と、を備えたことを特徴とする制振装置。
In a vehicle comprising a vehicle body, a plurality of carriage frames that support the vehicle body, and an axle box and a wheel shaft that support the carriage frame, a vibration damping device for reducing vertical vibrations of the vehicle body,
An acceleration sensor provided respectively to the each bogie frame in order to detect the vibration in the vertical direction of the respective bogie frame,
In order to reduce the vertical vibration of the vehicle body by generating a forced driving force, an actuator provided between the carriage frame and the axle box,
And a control means for controlling the driving force of each actuator so as to reduce the vertical vibration of each carriage frame based on the output of each acceleration sensor.
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