JP4391889B2 - 鉄道車両の制振システム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両の車体に発生する横振れ等を制振する制振システムの改良に関するものである。

従来、この種の鉄道車両の制振システムとして、台車と車体との間にセミアクティブダンパを介装し、車体左右振動検出用の加速度センサを設置し、このセミアクティブダンパの減衰力をこの加速度センサの検出値に応じて制御するものがある（特許文献１参照）。
特開２００１−２７１８７２号公報

ところで、従来の鉄道車両の制振システムは、セミアクティブダンパに備えられる電磁比例リリーフ弁、アンロード弁等は耐用作動時間に限界があるため、鉄道車両の横振れが小さい低中速走行時（高速巡航時以外の走行時）にこれら電磁比例リリーフ弁、アンロード弁の作動を停止して、セミアクティブダンパのメンテナンス頻度を減らしたいという要求があった。

本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであり、車速に応じて減衰力制御の停止、開始を切り換えられる鉄道車両の制振システムを提供することを目的とする。

本発明は、台車と車体との間にセミアクティブダンパを介装し、このセミアクティブダンパの減衰力を車体の振れに応じて制御する鉄道車両の制振システムに適用する。

そして、車速が設定値以上に上昇するのに応じて作動する車速検知スイッチと、この車速検知スイッチが作動するのに伴って電圧を増減するアナログ信号回路と、このアナログ信号回路から入力されるアナログ入力信号の電圧が第一閾値以下に低下するか、あるいはこのアナログ入力信号の電圧が第二閾値以上に上昇するかを判定してセミアクティブダンパの減衰力制御停止、開始の切り換える制御手段とを備えたことを特徴とするものとした。

本発明によると、車速が設定値以上に上昇する走行時に車体の振れが大きい走行時、車速検知スイッチが作動するのに伴ってセミアクティブダンパの減衰力制御を行い、車体の振れを抑制する。車速が設定値より低下した走行時、車速検知スイッチが作動するのに伴ってセミアクティブダンパの減衰力制御を停止し、セミアクティブダンパをパッシブダンパとして機能させる。こうして鉄道車両の振れが小さい低中速走行時等に、セミアクティブダンパの減衰力制御を停止することにより、セミアクティブダンパの減衰力を調節する弁等が劣化することを抑え、セミアクティブダンパのメンテナンス頻度を減らすことができる。

車速検知スイッチが作動するのに伴って電圧を増減するアナログ信号回路を設け、このアナログ信号回路から入力されるアナログ入力信号の電圧に応じてセミアクティブダンパの減衰力制御の停止、開始を切り換える構成としたため、アナログ入力信号の電圧に生じるバラツキやノイズ等の外乱の影響を受けて、減衰力制御停止、開始の切り換えを過敏に行うことが回避され、制御動作を安定させることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

まず、図１に本発明が適用可能な鉄道車両の制振システムの一例を示す。この鉄道車両の制振システムは車輪が軸支される台車１の上に、エアばね９を介して車体２が支持され、対のセミアクティブダンパ３，４が台車１と車体２との間の左右振動に応じて伸縮するように介装される。このセミアクティブダンパ３，４は、制振コントローラ６からの信号に応じて減衰力の大きさを切り換える電磁比例リリーフ弁、減衰力の発生方向（伸／圧）を切り換えるアンロード弁等を備えている。

制振コントローラ６は車体２に設置された左右振動検出用の加速度センサ５の信号Ｇを入力し、セミアクティブダンパ３、４が発生する減衰力の大きさ及び発生方向（伸／圧）を制御する。

車体２に横方向からの外力（例えばトンネル内ですれちがった対向車両からの風圧）等が作用したときに、制振コントローラ６はこの外力によって車体２が加速される方向に強い減衰力を与える一方で、外力とは反対方向に弱い減衰力を与えるようにセミアクティブダンパ３，４の減衰力を制御することにより、車体２の振動を抑制するようになっている。

ところで、セミアクティブダンパ３，４に備えられる電磁比例リリーフ弁、アンロード弁等は耐用作動時間に限界があるため、鉄道車両の振れが小さい低中速走行時（高速巡航時以外の走行時）にこれら電磁比例リリーフ弁、アンロード弁の作動を停止して、セミアクティブダンパ３，４のメンテナンス頻度を減らしたいという要求がある。

そこで、例えば鉄道車両の高速巡航が行われているか否かを判定する設定値を例えば２３０Ｋｍ／ｈと設定し、制振コントローラ６は車速が設定値以上でセミアクティブダンパ３，４の減衰力制御を行い、制振コントローラ６は車速がより低い場合にセミアクティブダンパ３，４の減衰力制御を停止し、セミアクティブダンパ３，４をパッシブダンパとして機能させる。

本発明は、車速が設定値（２３０Ｋｍ／ｈ）以上に上昇するのに応じてＯＮ・ＯＦＦ作動する車速検知スイッチ（１１）と、この車速検知スイッチ１１がＯＮ・ＯＦＦ作動するのに伴って電圧を増減するアナログ信号回路１０と、このアナログ信号回路１０からＡ／Ｄコンバータ１６に入力されるアナログ入力信号の電圧が第一閾値（例えば１．５Ｖ）以下に低下するか、あるいはこのアナログ入力信号の電圧が第二閾値（例えば３．５Ｖ）以上に上昇するかを判定してセミアクティブダンパ３，４の減衰力制御の停止、開始を切り換える制御手段（ＣＰＵ１７）とを備え、アナログ入力信号の電圧が第一閾値（１．５Ｖ）と第二閾値（３．５Ｖ）の間で増減しても減衰力制御の停止、開始を切り換えない構成としたことを要旨とする。

以下、本発明の具体的な実施形態につき図２以下に示した制振システムの構成を説明する。

図２は制振システムの回路構成を示す。鉄道車両に搭載される車両コントローラ７には車速に応じてＯＮ・ＯＦＦする車速スイッチ８が設けられる。この車速スイッチ８は車速が設定値（２３０Ｋｍ／ｈ）以上でＯＮとなり、この設定値より低い場合にＯＦＦとなる。

制振コントローラ６は車速に応じてＯＮ・ＯＦＦする車速検知スイッチ１１を備える。この車速検知スイッチ１１のコイル１２は車両コントローラ７の車速スイッチ８と信号線１３で結ばれ、車速スイッチ８がＯＮ・ＯＦＦするのに連動して車速検知スイッチ１１がＯＮ・ＯＦＦするようになっている。

制振コントローラ６は車速スイッチ８とプルアップ抵抗１４が介装されるアナログ信号回路１０を備え、アナログ信号回路１０の電圧がオペレーションアンプ１５を介してＡ／Ｄコンバータ１６に入力される構成とする。

車速が設定値（２３０Ｋｍ／ｈ）より低い場合に、車速スイッチ８がＯＦＦとなり、これに伴って車速検知スイッチ１１が開成（ＯＦＦ）することによってアナログ信号回路１０の電圧がプルアップされ、５Ｖの電圧がＡ／Ｄコンバータ１６に入力される。

車速が設定値（２３０Ｋｍ／ｈ）以上の場合に、車速スイッチ８がＯＮとなり、これに伴って車速検知スイッチ１１が閉成（ＯＮ）することによってアナログ信号回路１０がグランドされ、Ａ／Ｄコンバータ１６に入力される電圧が０Ｖになる。

制振コントローラ６のＣＰＵ（中央演算処理装置）１７はこのＡ／Ｄコンバータ１６に入力されるアナログ入力信号を読み込み、このアナログ入力信号に応じてセミアクティブダンパ３，４の減衰力制御の開始、停止を切り換える。

ＣＰＵ１７はこのＡ／Ｄコンバータ１６に入力されるアナログ入力信号の電圧が第一閾値（例えば１．５Ｖ）以下に低下することを判定すると、セミアクティブダンパ３，４の減衰力制御を開始する一方、このアナログ入力信号の電圧が第二閾値（例えば３．５Ｖ）以上に上昇することを判定すると、セミアクティブダンパ３，４の減衰力制御を停止する制御を行う。

すなわち、オペレーションアンプ１５からＡ／Ｄコンバータ１６に入力されるアナログ入力信号の電圧が０〜５Ｖの間で変化することに対応して、セミアクティブダンパ３，４の減衰力制御を開始する第一閾値（１．５Ｖ）を、セミアクティブダンパ３，４の減衰力制御を停止する第二閾値（３．５Ｖ）より所定のヒステリシス値（２Ｖ）だけ低く設定する。

図３のフローチャートは、アナログ入力信号の電圧に応じてセミアクティブダンパ３，４の減衰力制御の開始、停止を切り換えるルーチンを示しており、ＣＰＵ１７において一定周期毎に実行される。

まず、ステップ１にて、アナログ入力信号の電圧が第一閾値以下か否かを判定する。

ここで、アナログ入力信号の電圧が第一閾値（１．５Ｖ）以下と判定された場合、ステップ２に進み、セミアクティブダンパ３，４の減衰力制御を開始する。

一方、アナログ入力信号の電圧が第一閾値（１．５Ｖ）より高いと判定された場合、ステップ３に進み、アナログ入力信号の電圧が第二閾値（３．５Ｖ）以上か否かを判定する。

ここで、アナログ入力信号の電圧が第二閾値以上と判定された場合、ステップ４に進み、セミアクティブダンパ３，４の減衰力制御を停止する。

一方、アナログ入力信号の電圧が第二閾値（３．５Ｖ）より低いと判定された場合、セミアクティブダンパ３，４の減衰力制御を続ける。

図４のタイミングチャートは、アナログ入力信号の電圧に応じてセミアクティブダンパ３，４の減衰力制御の開始、停止を切り換える例を示している。

まず、車速が設定値（２３０Ｋｍ／ｈ）より低い走行時において、車速スイッチ８と車速検知スイッチ１１がそれぞれＯＦＦとなっており、アナログ信号回路１０からオペレーションアンプ１５を介してＡ／Ｄコンバータ１６に入力される電圧が５Ｖとなっている。これにより、セミアクティブダンパ３，４の減衰力制御が停止され、セミアクティブダンパがパッシブダンパとして機能する。

上記の運転状態から車速が設定値（２３０Ｋｍ／ｈ）以上に上昇すると、車速スイッチ８と車速検知スイッチ１１がそれぞれＯＮに切換わり、アナログ信号回路１０からオペレーションアンプ１５を介してＡ／Ｄコンバータ１６に入力されるアナログ入力信号の電圧が５Ｖから０Ｖへと低下する。このとき、アナログ入力信号の電圧が第一閾値（１．５Ｖ）以下に低下したことが判定されるのに伴ってセミアクティブダンパ３，４の減衰力制御が開始される。

上記の運転状態から車速が再び設定値（２３０Ｋｍ／ｈ）より低下すると、車速スイッチ８と車速検知スイッチ１１がそれぞれＯＦＦに切換わり、アナログ信号回路１０からオペレーションアンプ１５を介してＡ／Ｄコンバータ１６に入力されるアナログ入力信号の電圧が０Ｖから５Ｖへと上昇する。このとき、アナログ入力信号の電圧が第二閾値（３．５Ｖ）以上に上昇したことが判定されるのに伴ってセミアクティブダンパ３，４の減衰力制御が停止され、セミアクティブダンパがパッシブダンパとして機能する。

制振システムは以上のように構成され、鉄道車両の横振れが大きい高速巡航が行われている走行時、制振コントローラ６は車速が設定値（２３０Ｋｍ／ｈ）以上に上昇していることを判定してセミアクティブダンパ３，４の減衰力制御を行い、車体２に生じる横振れを抑制する。

鉄道車両の横振れが小さい低中速走行時、制振コントローラ６は車速が設定値（２３０Ｋｍ／ｈ）より低下していることを判定してセミアクティブダンパ３，４の減衰力制御を停止する。これにより、電磁比例リリーフ弁、アンロード弁等が劣化することを抑え、セミアクティブダンパ３，４のメンテナンス頻度を減らすことができる。

車速が設定値（２３０Ｋｍ／ｈ）以上に上昇するのに応じて車速検知スイッチ１１がＯＮ・ＯＦＦ作動し、これに伴ってアナログ信号回路１０からＡ／Ｄコンバータ１６に入力されるアナログ入力信号の電圧が増減する。ＣＰＵ１７はアナログ信号回路１０からＡ／Ｄコンバータ１６に入力されるアナログ入力信号の電圧が第一閾値（１．５Ｖ）以下に低下するか、あるいはこのアナログ入力信号の電圧が第二閾値（３．５Ｖ）以上に上昇するかを判定してセミアクティブダンパ３，４の減衰力制御の停止、開始を切り換える。こうして、ＣＰＵ１７はアナログ入力信号の電圧が第一閾値（１．５Ｖ）と第二閾値（３．５Ｖ）の間で増減しても減衰力制御の停止、開始を切り換えない構成としたため、アナログ入力信号の電圧に生じるバラツキやノイズ等の外乱の影響を受けて、減衰力制御停止、開始の切り換えを過敏に行うことが回避され、制御動作を安定させることができる。

これに対してアナログ入力信号の電圧０Ｖに低下するか、あるいはこのアナログ入力信号の電圧が５Ｖに上昇するかを判定してセミアクティブダンパ３，４の減衰力制御の停止、開始を切り換えることも考えられるが、この場合、アナログ入力信号の電圧に生じるバラツキやノイズ等の外乱の影響を受けて、減衰力制御停止、開始の切り換えを過敏に行う可能性があり、制御動作を安定させることが難しい。

本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。

本発明は、車速に応じて減衰力制御の停止、開始を切り換えられる鉄道車両の制振システム等に利用できる。

本発明の実施の形態を示す鉄道車両の制振システムの構成図。 同じく制振システムの回路構成図。 同じく制御内容を示すフローチャート。 同じく制御動作を示すタイミングチャート。

符号の説明

３，４ セミアクティブダンパ
６ 制振コントローラ
７ 車両コントローラ
８ 車速スイッチ
１０ アナログ信号回路
１１ 車速検知スイッチ
１５ オペレーションアンプ
１６ Ａ／Ｄコンバータ
１７ ＣＰＵ（制御手段）

Claims (4)

1. 台車と車体との間にセミアクティブダンパを介装し、
   このセミアクティブダンパの減衰力を車体の振れに応じて制御する鉄道車両の制振システムにおいて、
   車速が設定値以上に上昇するのに応じて作動する車速検知スイッチと、
   この車速検知スイッチが作動するのに伴って電圧を増減するアナログ信号回路と、
   このアナログ信号回路から入力されるアナログ入力信号の電圧に応じて車速が設定値以上に上昇するのに伴って前記セミアクティブダンパの減衰力制御を開始し、車速が設定値よりに低下するのに伴って前記セミアクティブダンパの減衰力制御を停止する制御手段とを備えたことを特徴とする鉄道車両の制振システム。
2. 前記制御手段はアナログ入力信号の電圧が第一閾値以下に低下するか、あるいはこのアナログ入力信号の電圧が第二閾値以上に上昇するかを判定して前記セミアクティブダンパの減衰力制御の開始、停止を切り換える構成としたことを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両の制振システム。
3. 車速が設定値以上に上昇するのに伴って前記車速検知スイッチが閉成してアナログ入力信号の電圧が低下し、車速が設定値よりに低下するのに伴って前記車速検知スイッチが開成してアナログ入力信号の電圧が上昇する構成としたことを特徴とする請求項２に記載の鉄道車両の制振システム。
4. 前記制御手段はこのアナログ信号回路から入力されるアナログ入力信号の電圧が第一閾値以下に低下することを判定して前記セミアクティブダンパの減衰力制御を開始し、このアナログ入力信号の電圧が第二閾値以上に上昇することを判定して前記セミアクティブダンパの減衰力制御を停止する構成としたことを特徴とする請求項３に記載の鉄道車両の制振システム。

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