JP5255780B2 - Railway vehicle vibration control device - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両の振動制御装置に関し、特にスカイフック制御によるフルアクティブ制振を行うものに関する。 The present invention relates to a railway vehicle vibration control device, and more particularly to a device that performs full active vibration suppression by skyhook control.
従来、鉄道車両(以下、単に車両という場合がある)の振動制御方法として、車体と台車との間にアクチュエータを設置するとともに車体に加速度センサを設置し、この加速度センサから出力される加速度信号を積分して振動速度を求め、この振動速度に対し逆位相の速度で台車に対し車体を駆動するようアクチュエータを制御するいわゆるスカイフック制御が広く知られている(例えば特許文献1参照)。 Conventionally, as a vibration control method for a railway vehicle (hereinafter sometimes simply referred to as a vehicle), an actuator is installed between the vehicle body and the carriage, an acceleration sensor is installed on the vehicle body, and an acceleration signal output from the acceleration sensor is used. So-called skyhook control is widely known in which the vibration speed is obtained by integration and the actuator is controlled so as to drive the vehicle body with respect to the carriage at a speed opposite to the vibration speed (see, for example, Patent Document 1).
また、一般に走行条件によって卓越する振動モード(振動の方向と周波数)が異なるためそれに応じたフルアクティブ制御則に切り替える技術が知られている。例えば、明かり区間(非トンネル区間)とトンネル区間とで制御周波数帯を切り替える技術(例えば特許文献2参照)や、台車に対し車体を上下方向及び左右方向に駆動するアクチュエータを備える振動制御装置において、直線走行ではピッチング主体の制御をし、曲線走行ではローリング主体の制御をする技術(例えば特許文献3参照)が知られている。
線路の曲線部分(以下、曲線線路という)には、通過する車両に対する遠心力の影響を低減するためにカントが設けられるが、最大のカント量は車両の内軌側への転覆を防止する観点から決定されるので、一般的に高速鉄道では車両がカント量不足の状態で走行する場合が多い。このような場合、車体には超過遠心力が作用し、車体は台車に対して外軌側に振り出される。ここで、上述の従来技術のように、スカイフック制御を行っている場合には、車体に設置された加速度センサがそのセンシング用の質量に作用するこの超過遠心力を内軌側への加速度として検出する。このため、アクチュエータによって車体が台車に対し外軌側へさらに振り出され、台車に対する車体の変位がさらに拡大する。これにより、台車に対する車体の左右方向への変位を制限するストッパに車両が当たるいわゆるストッパ当たりが誘発されて、却って乗り心地が低下するという知見を本発明者等は得た。 The curved portion of the track (hereinafter referred to as the curved track) is provided with a cant to reduce the influence of centrifugal force on the passing vehicle, but the maximum cant amount is to prevent the vehicle from overturning to the inner track side. Therefore, in general, in a high-speed railway, there are many cases where the vehicle travels in a state where the amount of cant is insufficient. In such a case, excessive centrifugal force acts on the vehicle body, and the vehicle body is swung out to the outer gauge side with respect to the carriage. Here, when skyhook control is performed as in the prior art described above, this excess centrifugal force acting on the sensing mass by the acceleration sensor installed on the vehicle body is used as the acceleration toward the inner gauge side. To detect. For this reason, the actuator further swings the vehicle body toward the outer gauge side with respect to the carriage, further increasing the displacement of the vehicle body relative to the carriage. As a result, the present inventors have found that the so-called stopper hitting of the vehicle against the stopper that restricts the displacement of the vehicle body in the left-right direction relative to the carriage is induced, and the ride comfort is reduced.
また、上述の従来技術では、曲線線路を検知するためには、曲線線路の位置を記録したデータベースと車両の走行地点検知手段とが必要である。高精度な車両の走行地点情報をリアルタイムに入手できる路線は、デジタルATCなどを採用した一部の新幹線(登録商標)等に限られており、ほとんどの在来線では車輪の回転速度を積分して走行距離を得る必要がある。曲線線路のデータベースを作成するためには試験列車による計測などの多大な手間を要するので、曲線線路のデータベースが存在する路線は一部の幹線等に限られている。その一方、一般的に鉄道車両は様々な路線で柔軟に運用されるので、上述の従来技術は、曲線線路のデータベースを存在しない路線を車両が走行する場合には適用することができない。また、車輪の回転速度により走行距離を得る方式では、雨天時等における車輪のスリップや駅での着発番線変更等により、走行距離が容易にずれる。また、曲線線路走行時であっても、低速走行時等、超過遠心力がほとんど作用しない場合には、車体は直線と同様の振動特性を示す。すなわち、曲線では直線よりロール振動が大きくなることやヨー振動の周波数が高くなることが知られている。ロール振動が大きくなるのは、超過遠心力によるロールモーメントの作用による。また、ヨー振動の周波数が高くなる理由は以下の通りである。空気バネは構造上、中立位置で最も柔らくなる特性を持っているが、曲線では超過遠心力によって車体が外軌側に変位するとともに、超過遠心力によるロールモーメントで内軌側の空気バネが持ち上がるため、バネ定数が大きくなり、その結果、車体の固有振動数が高くなる。これらの現象は超過遠心力が直接的な原因であって、走行線路が曲線であっても、車両が低速である、あるいは速度に応じたカントが設定されている、などの理由により超過遠心力が作用しなければ、車体の振動特性は直線と同様である。この場合、直線線路走行時に直線線路走行時における制御則(以下、直線制御則という)をそのまま用いる方が望ましいが、上述の従来技術では走行地点情報によって強制的に曲線線路走行時の制御則(以下、曲線制御則という)が適用されるので、制振性能が劣る。 Moreover, in the above-mentioned prior art, in order to detect a curved track, a database in which the position of the curved track is recorded and a vehicle travel point detecting means are necessary. Routes where high-accuracy vehicle location information can be obtained in real time are limited to some Shinkansen (registered trademark), etc. that use digital ATC, etc., and most conventional lines integrate the rotational speed of the wheel. It is necessary to get mileage. Creating a curved line database requires a great deal of labor, such as measurement by a test train, so the routes on which the curved line database exists are limited to some trunk lines and the like. On the other hand, since a railway vehicle is generally operated flexibly on various routes, the above-described conventional technology cannot be applied when a vehicle travels on a route that does not have a curved line database. Further, in the method of obtaining the travel distance by the rotational speed of the wheel, the travel distance is easily shifted due to wheel slip in rainy weather or the like, or by changing the arrival / departure number at the station. Further, even when traveling on a curved line, when the excess centrifugal force hardly acts, such as when traveling at a low speed, the vehicle body exhibits vibration characteristics similar to a straight line. That is, it is known that the roll vibration becomes larger and the frequency of the yaw vibration becomes higher than the straight line in the curve. The roll vibration increases due to the action of the roll moment due to the excessive centrifugal force. The reason why the frequency of yaw vibration becomes high is as follows. The air spring has the characteristic that it is softest at the neutral position due to its structure, but in the curve, the vehicle body is displaced to the outer gauge side due to excessive centrifugal force, and the air spring on the inner gauge side is caused by the roll moment due to excess centrifugal force. As a result of the lifting, the spring constant increases, and as a result, the natural frequency of the vehicle body increases. These phenomena are directly caused by excessive centrifugal force. Even if the running track is curved, the vehicle is slow, or the cant corresponding to the speed is set. If does not act, the vibration characteristics of the vehicle body are similar to a straight line. In this case, it is desirable to use the control law during straight line travel (hereinafter referred to as a straight line control law) as it is during straight line travel. Hereinafter, the vibration control performance is inferior because a curve control law is applied.
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、曲線線路走行時におけるストッパ当たりを防止可能な鉄道車両の振動制御装置を提供することを第1の目的とする。 The present invention has been made to solve such problems, and a first object of the present invention is to provide a vibration control device for a railway vehicle capable of preventing contact with a stopper during traveling on a curved line.
また、本発明は、車両が超過遠心力が作用しない状態で曲線線路を走行する場合に直線制御則を適用することが可能な鉄道車両の振動制御装置を提供することを第2の目的とする。 It is a second object of the present invention to provide a railway vehicle vibration control device capable of applying a linear control law when the vehicle travels on a curved line in a state where excessive centrifugal force does not act. .
上記課題を解決するために、鉄道車両の振動制御装置は、車体と前位台車及び後位台車との間に設けられ、前位発生力指令及び後位発生力指令に従った力で車体を各台車に対し左右方向に相対的に駆動するための前位及び後位アクチュエータと、車体の前位側及び後位側にそれぞれ設けられ、前位及び後位における車体の左右方向の加速度を検出し、前位及び後位車体左右加速度検出信号を出力する前位車体左右加速度センサ及び後位車体左右加速度センサと、各アクチュエータの左右方向における駆動ストロークを検出するストロークセンサと、各ストロークセンサによって検出される駆動ストロークに基づいて鉄道車両が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを判定する判定手段と、各車体左右加速度検出信号に基づいて、前位及び後位における車体の左右方向の速度を推定し、推定車体前位左右速度及び推定車体後位左右速度を出力する車体左右速度推定手段と、推定車体前位左右速度と逆位相の前位単独制御スカイフック指令値と、推定車体後位左右速度と逆位相の後位単独制御スカイフック指令値と、推定車体前位左右速度及び推定車体後位左右速度に基づいて得られるヨー方向の成分となる推定ヨー振動速度と逆位相のヨー制御スカイフック指令値とを演算し、当該演算結果に基づいて、前位及び後位発生力指令として各前記アクチュエータに出力する発生力指令生成手段とを備え、発生力指令生成手段は、判定手段の判定結果に基づいて、直線走行状態の場合には、前位単独制御スカイフック指令値と後位単独制御スカイフック指令値とを発生力指令として出力し、曲線走行状態の場合には、ヨー制御スカイフック指令値を発生力指令として出力する。 In order to solve the above-mentioned problems, a vibration control device for a railway vehicle is provided between a vehicle body and a front carriage and a rear carriage, and the vehicle body is driven by a force in accordance with a front generation force command and a rear generation force command. Front and rear actuators for driving each cart relative to the left and right direction, and the front and rear side of the vehicle body, respectively, detect the left and right acceleration of the vehicle body at the front and rear positions. The front and rear vehicle body left and right acceleration sensors that output the front and rear vehicle body left and right acceleration detection signals, the stroke sensor that detects the drive stroke in the left and right direction of each actuator, and each stroke sensor detect Determination means for determining whether the railway vehicle is in a straight traveling state or a curved traveling state based on the driven stroke, and on the basis of each vehicle body lateral acceleration detection signal, Estimating a lateral direction of the velocity of the vehicle body in the rear position, and the vehicle lateral speed estimating means for outputting an estimated vehicle body front position right speed and estimated vehicle after position right speed, pre-position single control of the estimated vehicle body front position right speed and reverse phase This is the component in the yaw direction obtained based on the skyhook command value, the rear single control skyhook command value in reverse phase with the estimated vehicle rear left / right speed, the estimated vehicle body front left / right speed and the estimated vehicle body rear left / right speed. An estimated yaw vibration speed and a yaw control skyhook command value having an opposite phase are calculated, and based on the calculation result, generated force command generating means for outputting to each actuator as a front and rear generated force command, Based on the determination result of the determination means, the generated force command generating means outputs the front single control skyhook command value and the rear single control skyhook command value as generated force commands in the case of a straight traveling state. And, in the case of the curve traveling state, and outputs the yaw control skyhook command value as generated force command.
振動制御装置において、発生力指令生成手段は、推定車体前位左右速度と、推定車体後位左右速度と逆位相となる逆位相推定車体後位左右速度とを加算してヨー制御スカイフック指令値を算出してもよい。In the vibration control device, the generated force command generation means adds the estimated vehicle body front left / right speed and the reverse phase estimated vehicle body rear left / right speed opposite in phase to the estimated vehicle body rear left / right speed to calculate the yaw control skyhook command value. May be calculated.
本発明は上記のように構成され、第1に、鉄道車両の振動制御装置において、曲線線路走行時におけるストッパ当たりを防止することができるという効果を奏する。 The present invention is configured as described above, and firstly, in the vibration control device for a railway vehicle, there is an effect that it is possible to prevent the stopper from hitting when running on a curved line.
第2に、鉄道車両の振動制御装置において、車両が超過遠心力が作用しない状態で曲線線路を走行する場合に直線制御則を適用することできるという効果を奏する。 Secondly, in the vibration control device of a railway vehicle, there is an effect that the linear control law can be applied when the vehicle travels on a curved line in a state where excessive centrifugal force does not act.
以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。以下では、全ての図を通じて同一又は相当する要素に同一の符号を付して、その重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Below, the same code | symbol is attached | subjected to the element which is the same or it corresponds through all the figures, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1に係る鉄道車両の振動制御装置が組み込まれた鉄道車両を上下方向から見た場合における構成を示す模式図である。図2は図1の鉄道車両を前後方向から見た場合における構成を示す模式図である。図3は図1における制御器の制御動作を示すフローチャートである。なお、図2では図1における制御器及び加速度センサの図示を省略している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration when a railway vehicle incorporating a railway vehicle vibration control apparatus according to
図1及び図2に示すように、例えば、鉄道車両100は車体1を備えている。車体1の前部及び後部には、それぞれ、前位台車2A及び後位台車2Bが配設されている。前位台車2A及び後位台車2Bの中央部の両側部には1対の空気バネ4,4がそれぞれ配設されていて、車体1はこれらの2対の空気バネ4,4によって前位台車2A及び後位台車2B上に支持されている。前位台車2A及び後位台車2Bには、それぞれ、所要の輪軸3が配設されていて、前位台車2A及び後位台車2Bは、それぞれ、これらの輪軸3によって線路(図示せず)上に支持される。また、前位台車2A及び後位台車2Bと車体1との間には、それぞれ、アクチュエータ5が配設されている。各アクチュエータ5は、各台車2A,2Bの中央部にそれぞれ配設されていて、入力される発生力指令に応じて車体1をその左右方向に駆動する。特に図2に示すように、このアクチュエータ5は、各台車2A,2Bに固定された支持部材10と車体1に固定された支持部材11とにそれぞれその本体部(固定部:図示せず)及び作動部(可動部:図示せず)がゴムブッシュもしくは球面軸受等を介して固定されている。アクチュエータ5は、例えばリニアモータで構成されている。このリニアモータでは、固定子及び可動子がそれぞれ本体部及び作動部を構成する。アクチュエータ5は、この他、空圧シリンダ、油圧シリンダ等で構成することができる。アクチュエータ5は、その作動部が車体1の左右方向に移動可能なように配設される。そして、このアクチュエータ5と空気バネ4とが左右方向のバネ系を構成する。また、車両100の適所には、台車2A,2Bに対する車体1の左右方向への変位を許容範囲内に制限するストッパが配設されている。ここでは、車体1の下面に車体側当接部材42が配設され、この車体側当接部材42を、それぞれ所定の間隔を有して挟むように1対の台車側当接部材41,41が配設されている。この1対の台車側当接部材41と車体側当接部材42とがストッパ43を構成している。これにより、車体1の左右方向への変位が、1対の台車側当接部材41と車体側当接部材42との間隔(上記所定の間隔の2倍)の範囲内に制限される。
As shown in FIGS. 1 and 2, for example, the
各台車2A,2Bと車体1との間にはそれぞれストロークセンサ6が配設されている。このストロークセンサ6は、上述の各台車2A,2Bに固定された支持部材10と車体1に固定された支持部材11との間に、各台車2A,2Bに対する車体1のその左右方向における相対的な変位を検出可能なように配設されている。ストロークセンサ6は、作動トランス、過電流式変位センサ、静電容量式変位センサ等の公知の変位センサで構成される。もちろん、多くのリニアモータなどのように、アクチュエータ自身がストロークセンサを内蔵する場合は、そのセンサを用いることができる。各台車2A,2Bに対する車体1のその左右方向における相対的な変位は、上述のアクチュエータ5の作動部の変位、すなわち、アクチュエータ5の作動部のストローク(以下、アクチュエータのストロークという)と一致するので、このストロークセンサ6は、アクチュエータ5のストロークを検出することになる。
また、車体1の前部及び後部には車体1の左右方向の加速度(以下、車体左右加速度という)を検出可能なように車体左右加速度センサ7,7が配設されている。車体左右加速度センサ7の構造は周知であるのでここでは簡単に説明する。車体左右加速度センサ7は、質量(mass:図示せず)と、この質量を収容するケース(図示せず)とを備えている。そして、質量は梁構造(図示せず)によってケースに柔に支持されており、梁に設置した変位センサ(図示せず)よって梁の変位が検出され、ひいては当該加速度が検出される。車体1の適所には前位台車2A及び後位台車2Bに対応させて一対の制御器8,8が配設されている。各制御器8は、マイコン等の演算器を有している。前側の制御器(以下、前位制御器という)8には、車体1の前側に配置された車体左右加速度センサ7の検出信号(車体左右加速度)及びストロークセンサ6の検出信号(アクチュエータのストローク)が入力され、車体1の前側に配置されたアクチュエータ5に対し前位制御器8の発生力指令が入力される。また、後側の制御器(以下、後位制御器という)8には、車体1の後側に配置された車体左右加速度センサ7及びストロークセンサ6の検出信号が入力され、車体1の後側に配置されたアクチュエータ5に対し後位制御器8の発生力指令が入力される。これにより、車体1の振動が制御される。
In addition, vehicle body
そして、前位及び後位制御器8,8、車体左右加速度センサ7,7、ストロークセンサ6,6、アクチュエータ5,5が本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置(以下、単に振動制御装置という場合がある)を構成している。
The front and
次に、制御器8の振動制御を説明する。前位制御器8及び後位制御器8は、本実施の形態ではそれぞれ独立して振動制御を行うが、その制御内容は同じであるので、以下では、両者をまとめて制御器8としてその振動制御を説明する。この振動制御は、制御器8の内部メモリ(図示せず)に記憶された振動制御プログラムをその演算部(図示せず)が実行することにより、遂行される。
Next, vibration control of the
図3に示すように、制御器8は、まず、ストロークセンサ6の検出信号からアクチュエータ5のストローク(台車2A,2Bに対する車体1のその左右方向における相対的な変位)を取得する(ステップS1)。
As shown in FIG. 3, the
次いで、制御器8は、車体左右加速度センサ7の検出信号から車体左右加速度を取得する(ステップS2)。
Next, the
次いで、制御器8は、この車体左右加速度に基づいて直線制御則による発生力指令を演算し(ステップS3)、これを保存する(ステップS4)。一方、これと並行して、車体左右加速度に基づいて曲線制御則による発生力指令を演算し(ステップS5)、これを保存する(ステップS6)。
Next, the
次いで、アクチュエータ5のストロークがその中立位置から所定範囲内にあるか否かにより、車両100が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを判定する(ステップS7)。
Next, it is determined whether the
そして、車両100が直線走行状態にあると判定すると、保存していた直線制御則による発生力指令をアクチュエータ5に出力する(ステップS10)。一方、車両100が曲線走行状態にあると判定すると、保存していた曲線制御則による発生力指令をアクチュエータ5に出力する(ステップS8)。
If it is determined that the
これにより、アクチュエータ5が入力された発生力指令に応じた速度で車体1を台車2A,2Bに対し相対的に駆動する(ステップS9)。
As a result, the
このようにして、制御器8は、ストロークセンサ6の出力に基づいて車両100が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを判定し、それに応じて、直線制御則によるスカイフック制御の発生力指令又は曲線制御則によるスカイフック制御の発生力指令をアクチュエータ5に出力して、車体1の振動を抑制する。
In this way, the
次に、この制御器8による直線制御則及び曲線制御則を詳しく説明する。
Next, the straight line control law and the curve control law by the
図4は図1の鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。図5は図4における速度推定フィルタの周波数特性を示すグラフである。 FIG. 4 is a functional block diagram showing a functional configuration of the vibration control device for the railway vehicle of FIG. FIG. 5 is a graph showing frequency characteristics of the speed estimation filter in FIG.
図4に示すように、制御器8には上述の振動制御を実現するための回路が構成されている。この回路は、ソフトウエア、アナログ回路、論理回路等によって具現化されている。
As shown in FIG. 4, the
制御器8は、速度推定フィルタ22を備えている。車体左右加速度センサ7から出力される車体左右加速度の検出信号は、この速度推定フィルタ22を通過させられ、それによって推定車体左右速度に変換される。この推定車体左右速度はスカイフックゲイン回路23に入力される。スカイフックゲイン回路23はこの推定車体左右速度を、その位相を反転して所定の程度に増幅して発生力に変換し、これを発生力リミッタ24に出力する。発生力リミッタ24はスカイフックゲイン回路23の出力を所定の範囲に制限してこれを発生力指令としてアクチュエータ5に出力する。この発生力指令に従って力をアクチュエータ5が発生することによって、上述の推定車体左右速度が打ち消される。
The
また、制御器8は、直線/曲線判定器21を有している。一方、スカイフックゲイン回路23はそのゲインを調整可能に構成されており、発生力リミッタ24は、その許容範囲(上限値及び下限値の間の範囲)を調整可能に構成されている。直線/曲線判定器21は、ストロークセンサ6から出力されるアクチュエータ5のストロークの検出信号を入力されて、アクチュエータ5のストロークがその中立位置から所定範囲内にあるか否かにより、車両100が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを判定する。
In addition, the
ここで、スカイフック制御は、車体1に対し左右方向に作用する加速度を打ち消す方向に、アクチュエータ5に駆動力を発生させるので、車両100が直線線路を走行している時には、アクチュエータ5のストロークはほぼ中立位置にある。また、車両100が曲線線路を走行している時であっても、低速で走行する場合や緩和曲線を走行している場合、すなわち、超過遠心力がほとんど作用しない場合には、アクチュエータ5のストロークはほぼ中立位置にある。そして、車両100が曲線線路を所定の超過遠心力が作用する状態で走行している場合に、アクチュエータ5のストロークは中立位置から大きく離れる。従って、直線/曲線判定器21は、車両100が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを、超過遠心力の大小に応じて適切に判定することができる。つまり、車両100が、超過遠心力が作用しない状態で曲線線路を走行する場合には、直線制御則を適用することができる。その結果、曲線線路における無用な曲線制御則への切り替えによる制振性能の低下(乗り心地の低下)が防止される。
Here, since the skyhook control generates a driving force in the
直線/曲線判定器21は、車両100が直線走行状態にあると判定すると、スカイフックゲイン回路23のゲインを調整せず、かつ発生力リミッタ24の許容範囲を調整しない。これにより、特にその値を制限されない発生力指令が発生力リミッタ24から出力される。これが、本実施の形態における直線制御則による発生力指令となる。一方、直線/曲線判定器21は、車両100が曲線走行状態にあると判定すると、スカイフックゲイン回路23のゲインを減少させ、かつ発生力リミッタ24の許容範囲を狭くする。これにより、その値を制限された発生力指令が発生力リミッタ24から出力される。これが、本実施の形態における曲線制御則による発生力指令となる。
If the straight line /
速度推定フィルタ22は、図5に示すような所定のゲイン−周波数特性を有するバンドパスフィルタで構成されている。この速度推定フィルタ22では、通過周波数帯の上限周波数(以下、通過上限周波数という)fhを越える周波数帯が制御周波数帯として設定されており、この制御周波数帯が−20dB/decという所定のゲイン−周波数特性を有している。すなわち、速度推定フィルタ22は、通過上限周波数fh以上の周波数を持つ加速度入力に対しては、1次の積分器として作用し、正確な速度が出力される。つまり、この速度推定フィルタ22は、積分器とハイパスフィルタを合成したものに相当する。また、通過周波数帯の下限周波数(以下、通過下限周波数という)flより低い低周波数帯は、車体左右加速度センサ7のドリフトを除去するために、十分ゲインを下げることが必要である。速度推定フィルタ22は、本実施形態では直線制御則に適合するように構成されており、車両100の直線走行状態における制振性能を重視する観点から、通過上限周波数fhは、0.5Hzより十分低く、好ましくは0.2Hz以下に設定される(この理由は後述する)。
The
次に、以上のように構成された本実施形態による鉄道車両の振動制御装置の動作を比較例と対比しつつ説明する。 Next, the operation of the railway vehicle vibration control apparatus according to the present embodiment configured as described above will be described in comparison with a comparative example.
図6は比較例の振動制御に関する構成を示す機能ブロック図である。比較例は、車両が直線走行状態であるか曲線走行状態であるかに関わらず制御器8が単一の発生力指令を出力するよう構成されている点で本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置と異なり、その他の点は本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置と同じである。
FIG. 6 is a functional block diagram showing a configuration related to vibration control of a comparative example. In the comparative example, the vibration of the railway vehicle according to the present embodiment is configured such that the
図7は車両の曲線走行状態におけるスカイフック制御の発生力指令の方向を示す模式図であって、(a)は車体に空気外力が作用した場合におけるスカイフック制御の発生力指令の方向を示す図、(b)は曲線走行時に車体左右加速度センサに超過遠心力が作用した場合におけるスカイフック制御の発生力指令の方向を示す図である。 FIG. 7 is a schematic diagram showing the direction of the generated force command of the skyhook control in a curved traveling state of the vehicle, and (a) shows the direction of the generated force command of the skyhook control when an external air force acts on the vehicle body. FIG. 4B is a diagram showing the direction of the generated force command for the skyhook control when an excessive centrifugal force is applied to the vehicle body lateral acceleration sensor during curve traveling.
図7(a)及び図1を参照すると、例えば、直線走行時に車体1に、空気外力がその左右方向に作用した場合、車体1はこの空気外力と同じ方向に変位する。すると、車体左右加速度センサ7ではそのケースが車体1とともに変位する一方、その質量は慣性によりその運動状態(直線移動)を維持しようとするので、その変位センサが当該質量のケースに対する変位を検出して、これを空気外力と同じ方向の加速度として検出する。これにより、制御器8では、空気外力と同じ方向の推定車体左右速度が得られ、これに基づいて、この推定車体左右速度と反対方向の発生力指令が出力される。一方、図7(b)及び図1を参照すると、曲線走行時に超過遠心力が車体1に作用した場合、車体1は曲線線路13に拘束されて曲線運動をする。すると、車体左右加速度センサ7では、そのケースが車体1とともに曲線運動をするのに対し、その質量がその慣性により曲線線路13の接線方向に直線運動をしようとして、見掛け上、超過遠心力が当該質量に作用する。この場合、車体左右加速度センサ7におけるケースに対する質量の相対的変位の方向は図7(a)の場合と同じであるので、結局、制御器8からは、曲線線路13の内軌13Bから外軌13Aに向かう方向の発生力指令が出力される。これにより、アクチュエータ5によって車体1が台車2A,2Bに対し外軌側へさらに振り出される。これは本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置においても比較例においても同様である。
Referring to FIGS. 7A and 1, for example, when an external air force acts on the
次に、この超過遠心力が作用する状態(カント不足の状態)における振動制御をより詳しく説明する。ここでは、曲線線路が左カーブである場合を例に取って説明する。 Next, the vibration control in a state where the excess centrifugal force acts (a state where the cant is insufficient) will be described in more detail. Here, a case where the curved line is a left curve will be described as an example.
図8は、比較例におけるスカイフック制御を示す図であって、(a)は車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、(b)はアクチュエータのストロークの経時変化を示すグラフ、(c)は推定車体左右速度の経時変化を示すグラフ、(d)は発生力指令の経時変化を示すグラフである。図9は、本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置における振動制御を示す図であって、(a)は車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、(b)はアクチュエータのストロークの経時変化を示すグラフ、(c)は推定車体左右速度の経時変化を示すグラフ、(d)は発生力指令の経時変化を示すグラフである。図8(a)〜図8(d)並びに図9(a)〜図9(d)において、縦軸の上方向が外軌から内軌へ向かう方向を示し、縦軸の下方向が内軌から外軌へ向かう方向を示す。 8A and 8B are diagrams showing skyhook control in a comparative example, in which FIG. 8A is a graph showing the time-dependent change in vehicle lateral acceleration, FIG. 8B is a graph showing the time-dependent change in actuator stroke, and FIG. FIG. 6D is a graph showing a change with time in the vehicle body left-right speed , and FIG. 8D is a graph showing a change with time in the generated force command. FIG. 9 is a diagram showing vibration control in the railway vehicle vibration control apparatus according to the present embodiment, where (a) is a graph showing the time-dependent change in the lateral acceleration of the vehicle body, and (b) is the time-dependent change in the stroke of the actuator. (C) is a graph showing the change over time of the estimated vehicle body left-right speed , and (d) is a graph showing the change over time of the generated force command. 8 (a) to 8 (d) and FIGS. 9 (a) to 9 (d), the upward direction of the vertical axis indicates the direction from the outer gauge to the internal gauge, and the downward direction of the vertical axis indicates the internal gauge. Shows the direction from to the outer gauge.
図8に示すように、比較例においては、車体左右加速度は、曲線線路の入口緩和曲線において直線的に増大し、本曲線において一定値を維持し、出口緩和曲線において直線的に減少する。車体左右加速度の方向は、外軌から内軌に向かう方向である。 As shown in FIG. 8, in the comparative example, the vehicle body lateral acceleration increases linearly in the entrance relaxation curve of the curved line, maintains a constant value in the main curve, and decreases linearly in the exit relaxation curve. The direction of the vehicle body lateral acceleration is a direction from the outer gauge toward the inner gauge.
一方、アクチュエータ5のストロークは、図8(b)に示すように、車体左右加速度と反対の方向に、該車体左右加速度の経時変化に対応するように経時変化する。なお、アクチュエータ5のストロークは、アクチュエータ5が作動した場合と、アクチュエータが作動しないで空気バネ4のみが車体1に作用した場合とで、後述のようにストッパ当たりの発生の有無が異なるなどの差はあるが、内軌から外軌へ向かう方向を示すという点において差はない。従って、本グラフの表記上、両者を区別する必要はないので、ここでは両者を区別しないで取り扱う。
On the other hand, as shown in FIG. 8B, the stroke of the
このため、制御器8において得られる推定車体左右速度は、図8(c)に示すように、曲線線路の入口緩和曲線において外軌から内軌に向かう方向に急速に増大し、本曲線においてそれが急速にゼロにまで減少した後、出口緩和曲線において外軌から内軌に向かう方向に急速に増大し、曲線退出後にそれが急速に減少するように経時変化する。この推定車体左右速度が、本曲線において0に戻るのは速度推定フィルタ22によって車体左右加速度信号のドリフトを除去する効果によるものである。
For this reason, as shown in FIG. 8 (c), the estimated vehicle body left-right speed obtained by the
これにより、制御器8から出力される発生力指令は、図8(d)に示すように、曲線線路の入口緩和曲線において内軌から外軌に向かう方向に急速に増大し、本曲線においてそれが急速にゼロにまで減少した後、出口緩和曲線において外軌から内軌に向かう方向に急速に増大し、曲線退出後にそれが急速に減少するように経時変化する。
As a result, the generated force command output from the
その結果、車体1は、図8(b)に示すように、超過遠心力によって台車2A,2Bに対して外軌側に振り出され、さらに、図8(d)に示すような速度でアクチュエータ5によって台車2A,2Bに対し外軌側へ振り出されて台車2A,2Bに対する車体1の変位がさらに拡大する。これにより、入口緩和曲線から本曲線前半部にかけてストッパ当たりが誘発されて乗り心地が低下する。このストッパ当たりとは、図2において車体側当接部材42が台車側当接部材41に当たることを意味する。
As a result, as shown in FIG. 8 (b), the
これに対し、本実施の形態の振動制御装置における曲線制御則においては、図9(a)〜図9(c)に示すように、車体左右加速度、ストローク、及び推定車体左右速度の経時変化は比較例と全く同じであるが、図9(d)に示すように、発生力指令(実線で示す)が比較例における発生力指令(破線で示す)に比べて制限(低減)される。よって、アクチュエータ5による車体1の台車2A,2Bに対する外軌側への振り出しが抑制されて、ストッパ当たりが防止され、ひいては乗り心地の低下が防止される。
On the other hand, in the curve control law in the vibration control apparatus of the present embodiment, as shown in FIGS. 9A to 9C, changes in the vehicle body lateral acceleration, stroke, and estimated vehicle body lateral speed with time are as follows. Although exactly the same as the comparative example, as shown in FIG. 9D, the generated force command (shown by a solid line) is limited (reduced) compared to the generated force command (shown by a broken line) in the comparative example. Accordingly, the
以上に説明したように、本実施の形態によれば、曲線制御則においてスカイフック制御の発生力指令を制限することにより、アクチュエータ5による車体1の台車2A,2Bに対する外軌側への振り出しを抑制してストッパ当たりを防止することができる。また、アクチュエータ5のストロークに基づいて車両100が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを判定することにより、曲線線路における無用な曲線制御則への切り替えによる制振性能の低下を防止することができる。
As described above, according to the present embodiment, by restricting the generated force command of the skyhook control in the curve control law, the
なお、上述の説明では、直線/曲線判定器21が、車両100が曲線走行状態にあると判定した場合に、スカイフックゲイン回路23のゲインと発生力リミッタ24の許容範囲との双方を小さくしたが、それらのいずれかを小さくしてもよい。
In the above description, when the straight line /
(実施の形態2)
図10は、本発明の実施の形態2に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a functional block diagram showing a functional configuration of the railcar vibration control apparatus according to the second embodiment of the present invention.
本実施の形態では、制御器8が、直線制御則用の速度推定フィルタ22Aと曲線制御則用の速度推定フィルタ22Bと切替器25とを備えている。そして、速度推定フィルタ22Aと速度推定フィルタ22Bとに、それぞれ、車体左右加速度センサ7から出力される検出信号が入力され、速度推定フィルタ22Aの出力と速度推定フィルタ22Bの出力とが切替器25によって選択的にスカイフックゲイン回路23に入力される。これ以外の点は実施の形態1と同様である。
In the present embodiment, the
このように構成された本実施の形態の振動制御装置では、車体左右加速度センサ7で検出される車体左右加速度が速度推定フィルタ22Aによって直線制御則用の推定車体左右速度に変換され出力される。一方、車体左右加速度センサ7で検出される車体左右加速度が速度推定フィルタ22Bによって曲線制御則用の推定車体左右速度に変換され出力される。そして、直線/曲線判定器21が、車両100が直線走行状態にあると判定した場合には、切替器25によって速度推定フィルタ22Aからの直線制御則用の推定車体左右速度をスカイフックゲイン回路に23に入力する。これにより、発生力リミッタ24から直線制御則用の発生力指令がアクチュエータ5に出力される。一方、直線/曲線判定器21が、車両100が曲線走行状態にあると判定した場合には、切替器25によって速度推定フィルタ22Bからの曲線制御則用の推定車体左右速度をスカイフックゲイン回路23に入力する。これにより、発生力リミッタ24から曲線制御則用の発生力指令がアクチュエータ5に出力される。
In vibration control apparatus thus configured present embodiment is the vehicle lateral acceleration detected by the vehicle body
次に、本実施の形態の振動制御装置の効果を説明する。図11は旧国鉄が定めた、車両の乗り心地レベルを計算するために周波数で重み付けを行うフィルタの重み−振動数(周波数)特性を示すグラフである。 Next, the effect of the vibration control device of the present embodiment will be described. FIG. 11 is a graph showing the weight-frequency (frequency) characteristics of a filter weighted by frequency to calculate the ride comfort level of the vehicle, as defined by the former JNR.
図11には、左右乗り心地に対しては0.5Hzの振動の影響が最も大きいことが示されている。従って、直線線路における制振性能を高めるためには、速度推定フィルタの通過上限周波数fhを0.5Hzよりも十分低くすることが望ましく、0.2Hz以下にすることがさらに好ましい。一方、速度推定フィルタの通過下限周波数flは、車体左右加速度センサ7の検出信号におけるドリフトを除去できる範囲内で、車体左右加速度センサの性能に応じて可能な限り低くすることが好ましい。そこで、本実施の形態では、直線制御則用の速度推定フィルタ22Aの通過上限周波数fh及び通過下限周波数flがこのように設定されている。なお、実施の形態1の速度推定フィルタ22は、直線制御則及び曲線制御則に共通して用いるので、同様の理由で通過上限周波数fh及び通過下限周波数flがこれと同様に設定されている。これにより、直線線路における乗り心地が向上する。
FIG. 11 shows that the influence of vibration at 0.5 Hz is the largest on the left / right riding comfort. Therefore, in order to increase the damping performance in the linear line, it is desirable to pass the upper limit frequency f h of the speed estimation filter well below 0.5 Hz, still more preferably below 0.2 Hz. On the other hand, it is preferable that the lower limit pass frequency f 1 of the speed estimation filter be as low as possible according to the performance of the vehicle body lateral acceleration sensor within a range in which the drift in the detection signal of the vehicle body
一方、曲線線路においては、超過遠心力の影響が0.1〜0.2Hzに現れる。そこで、本実施の形態では、この0.1〜0.2Hzの信号を除くために、曲線制御則用の速度推定フィルタ22Bの通過下限周波数flが0.3Hz以上に設定されており、これに伴って通過上限周波数fhがそれ以上、すなわち、0.3Hz以上に設定されている。これにより、直線/曲線判定器21が、車両100が曲線走行状態にあると判定すると、速度推定フィルタ22Bで推定された推定車体左右速度に基づいて発生力指令が出力されるが、この発生力指令からは超過遠心力の影響が除かれている。従って、ストッパ当たりを防止することができる。その結果、曲線制御則においては、軌道不整及び空力外乱に対する制振性能は多少低下するが、ストッパ当たりによる衝撃的な加速度が発生する場合と比較して乗り心地の低下が少ないので、相対的に乗り心地を向上させることができる。
On the other hand, in the curved line, the influence of excess centrifugal force appears at 0.1 to 0.2 Hz. Therefore, in the present embodiment, in order to exclude the 0.1 to 0.2 Hz signal, the lower limit pass frequency f 1 of the
(実施の形態3)
図12は、本発明の実施の形態3に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。
(Embodiment 3)
FIG. 12 is a functional block diagram showing a functional configuration of the railway vehicle vibration control apparatus according to the third embodiment of the present invention.
図12に示すように、本実施の形態では、制御器8が、速度推定フィルタ22から入力される推定車体左右速度を反転増幅してこれを出力するスカイフックゲイン回路23と、ストロークセンサ6の検出信号を反転増幅して発生力に変換し、これを出力するセンタリングゲイン回路27とを備えている。本実施の形態ではスカイフックゲイン回路23の出力をスカイフック指令値と呼び、センタリングゲイン回路27の出力をセンタリング指令値と呼ぶ。そして、このセンタリング指令値とスカイフック指令値とが加算器26で加算されて発生力リミッタ24に入力される。センタリングゲイン回路27と加算器26との間には、スイッチ28が設けられていて、直線/曲線判定器21は、車両100が直線走行状態にあると判定するとスイッチ28をオフし、車両100が曲線走行状態にあると判定するとスイッチ28をオンする。これにより、直線走行状態にあると判定されると、直線制御則として、スカイフック指令値のみからなる発生力指令がアクチュエータ5に出力されて通常のスカイフック制御が行われる。一方、曲線走行状態にあると判定されると、曲線制御則として、スカイフック指令値にセンタリング指令値が加算された発生力指令がアクチュエータ5に出力されて、以下に説明するように、ストッパ当たりが防止される。なお、スカイフック指令値とセンタリング指令値とを加算したものを発生力リミッタ24で制限するのではなく、スカイフック指令値とセンタリング指令値とをそれぞれ発生力リミッタで制限したものを加算するように構成してもよい。
As shown in FIG. 12, in the present embodiment, the
次に、以上のように構成された振動制御装置の動作を説明する。 Next, the operation of the vibration control device configured as described above will be described.
図13は、本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置における振動制御を示す図であって、(a)は車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、(b)はアクチュエータのストロークの経時変化を示すグラフ、(c)は推定車体左右速度の経時変化を示すグラフ、(d)はスカイフック指令値の経時変化を示すグラフ、(e)はセンタリング指令値の経時変化を示すグラフ、(f)は発生力指令の経時変化を示すグラフである。図13(a)〜図13(f)において、縦軸の上方向が外軌から内軌へ向かう方向を示し、縦軸の下方向が内軌から外軌へ向かう方向を示す。 FIG. 13 is a diagram showing vibration control in the railway vehicle vibration control apparatus according to the present embodiment, in which (a) is a graph showing the time-dependent change in the lateral acceleration of the vehicle body, and (b) is the time-dependent change in the actuator stroke. (C) is a graph showing the time-dependent change of the estimated vehicle left-right speed , (d) is a graph showing the time-dependent change of the skyhook command value, (e) is a graph showing the time-dependent change of the centering command value, (f) Is a graph showing the change over time of the generated force command. In FIG. 13A to FIG. 13F, the upward direction of the vertical axis indicates the direction from the outer gauge to the inner gauge, and the lower direction of the vertical axis indicates the direction from the inner gauge to the outer gauge.
本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置においては、図13(a)〜図13(c)に示すように、車体左右加速度、ストローク、及び推定車体左右速度の経時変化は実施の形態1の比較例と全く同じである。しかし、図13(d)に示すように、比較例における発生力指令と同じスカイフック指令がスカイフックゲイン回路23から出力される。一方、図13(e)に示すように、センタリング指令値がセンタリングゲイン回路27から出力される。このセンタリング指令値は、ストロークを反転増幅したものであるため、時間軸に対し、図13(b)に示すストロークの変化パターンと同じ変化パターンを有する(但し、次元は力である)。具体的には、センタリング指令値は、スカイフック指令値を基準値から一定値だけ偏倚させるような指令値となる。また、図13(b)には、直線/曲線判定器21が用いる直線か曲線かの判定閾値が例示されているが、直線/曲線判定器21は、ストロークセンサ6で検出されるストロークがこの判定閾値を超えると、車両100が曲線走行状態にあると判定する。そして、図13(f)に示すように、この直線/曲線判定器21が、曲線走行状態であると判定した期間の間、スカイフック指令値にセンタリング指令値が加算された発生力指令が出力される。センタリング指令値は、スカイフック指令値を外軌から内軌へ向かう方向に偏倚させるので、入口緩和曲線においては車体を外軌側にさらに振り出す方向の発生力指令は出力されず、車体と台車間の変位がさらに拡大するのが防止され、ひいてはストッパ当たりが防止される。なお、点線は、比較例の発生力指令を示す。センタリング制御は、枕バネの剛性を高くすることと同じ効果があるため、等価減衰定数が低下し、軌道不整及び空力外乱に対する制振性能は多少低下するが、ストッパ当たりによる衝撃的な加速度が発生する場合と比較して乗り心地の低下の程度が小さいため、結果として乗り心地を向上させることができる。
In the railway vehicle vibration control apparatus according to the present embodiment, as shown in FIGS. 13A to 13C, the vehicle body lateral acceleration, the stroke, and the estimated vehicle body lateral speed change with time. It is exactly the same as the comparative example. However, as shown in FIG. 13D, the same skyhook command as the generated force command in the comparative example is output from the
(実施の形態4)
図14は、本発明の実施の形態4に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。
(Embodiment 4)
FIG. 14 is a functional block diagram showing a functional configuration of a railway vehicle vibration control apparatus according to
図14に示すように、本実施の形態は、実施の形態3と比較すると、制御器8が、実施の形態3のセンタリングゲイン回路27に代えて、ストロークセンサ6で検出されるアクチュエータ5のストロークを微分する微分器29とこの微分器29の出力(推定ストローク速度)を反転増幅して発生力に変換し、これを出力するパッシブゲイン回路30とを備える点で相違し、その他の点は同じである。以下では、パッシブゲイン回路30の出力をパッシブ指令値と呼ぶ。ここでパッシブゲイン回路30、パッシブ指令値とは、オイルダンパ等のパッシブダンパ相当の発生力を模擬する制御を行うという意味である。
As shown in FIG. 14, in the present embodiment, compared with the third embodiment, the
この構成により、直線走行状態にあると判定されると、実施の形態3と同様に、直線制御則としてスカイフック指令値のみからなる発生力指令がアクチュエータ5に出力されて通常のスカイフック制御が行われる。一方、曲線走行状態にあると判定されると、曲線制御則として、スカイフック指令値にパッシブ指令値が加算された発生力指令がアクチュエータ5に出力されて、以下に説明するように、ストッパ当たりが防止される。なお、スカイフック指令値とパッシブ指令値とを加算したものを発生力リミッタ24で制限するのではなく、スカイフック指令値とパッシブ指令値とをそれぞれ発生力リミッタで制限したものを加算するように構成してもよい。
With this configuration, when it is determined that the vehicle is in a straight running state, a generated force command consisting only of a skyhook command value is output to the
次に、以上のように構成された振動制御装置の動作を説明する。 Next, the operation of the vibration control device configured as described above will be described.
図15は、本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置における振動制御を示す図であって、(a)は車体左右加速度の経時変化を示すグラフ、(b)はアクチュエータのストロークの経時変化を示すグラフ、(c)は推定車体左右速度の経時変化を示すグラフ、(d)はスカイフック指令値の経時変化を示すグラフ、(e)はパッシブ指令値の経時変化を示すグラフ、(f)は発生力指令の経時変化を示すグラフである。図15(a)〜図15(f)において、縦軸の上方向が外軌から内軌へ向かう方向を示し、縦軸の下方向が内軌から外軌へ向かう方向を示す。 FIG. 15 is a diagram showing vibration control in the railway vehicle vibration control apparatus according to the present embodiment, where (a) is a graph showing the time-dependent change in the lateral acceleration of the vehicle body, and (b) is the time-dependent change in the stroke of the actuator. (C) is a graph showing the change with time of the estimated vehicle body lateral speed , (d) is a graph showing the change with time of the skyhook command value, (e) is a graph showing the change with time of the passive command value, (f) Is a graph showing the change over time of the generated force command. In FIG. 15A to FIG. 15F, the upward direction of the vertical axis indicates the direction from the outer gauge to the inner gauge, and the lower direction of the vertical axis indicates the direction from the inner gauge to the outer gauge.
本実施の形態の鉄道車両の振動制御装置においては、図15(a)〜図15(d)に示すように、車体左右加速度、ストローク、推定車体左右速度、及びスカイフック指令値の経時変化は実施の形態3と全く同じである。しかし、本実施の形態では、図15(e)に示すように、パッシブ指令値がパッシブゲイン回路30から出力される。このパッシブ指令値は、ストロークを微分してさらに反転増幅したものであるため、時間軸に対し、図15(f)に示すように、入口緩和曲線において外軌から内軌に向かう方向に変化し、出口緩和曲線において内軌から外軌に向かう方向に変化する(但し、次元は力である)。また、図15(b)には、直線/曲線判定器21が用いる直線か曲線かの判定閾値が例示されているが、直線/曲線判定器21は、ストロークセンサ6で検出されるストロークがこの判定閾値を超えると、車両100が曲線走行状態にあると判定する。そして、図15(f)に示すように、この直線/曲線判定器21が、曲線走行状態であると判定した期間の間、スカイフック指令値にパッシブ指令値が加算された発生力指令が出力される。パッシブ指令値は、入口緩和曲線においては、内軌から外軌へ向かう方向にあるスカイフック指令値を減少させるので、入口緩和曲線において、車体と台車間の変位がさらに拡大するのが抑制され、ひいてはストッパ当たりが防止される。パッシブ制御は、オイルダンパ等のパッシブダンパを別途取り付けるのと同じ効果があるため、軌道不整及び空力外乱に対する制振性能は多少低下するが、ストッパ当たりによる衝撃的な加速度が発生する場合と比較して乗り心地の低下の程度が小さいため、結果として乗り心地を向上させることができる。
In the railway vehicle vibration control apparatus according to the present embodiment, as shown in FIGS. 15A to 15D, the vehicle body lateral acceleration, the stroke, the estimated vehicle body lateral velocity, and the skyhook command value change over time. This is exactly the same as in the third embodiment. However, in the present embodiment, a passive command value is output from the
(実施の形態5)
図16は本発明の実施の形態5に係る鉄道車両の振動制御装置が組み込まれた鉄道車両を上下方向から見た場合における構成を示す模式図である。
(Embodiment 5)
FIG. 16 is a schematic diagram showing a configuration when a railway vehicle incorporating a railway vehicle vibration control device according to
図16に示すように、実施の形態の振動制御装置は、実施の形態1の前位及び後位制御器8,8に代えて、車体1の前位側における振動と後位側における振動とを一括して制御する単一の制御器8を備えている。そして、実施の形態1において、前位側と後位側とで区別されていなかったセンサ及びアクチュエータが前位側用及び後位側用に区別されている。すなわち、車体1の前位側に配置されたセンサ及びアクチュエータを、それぞれ、前位車体左右加速度センサ7A、前位ストロークセンサ6A、及び前位アクチュエータ5Aと呼び、車体1の後位側に配置されたセンサ及びアクチュエータを、それぞれ、後位車体左右加速度センサ7B、後位ストロークセンサ6B、及び後位アクチュエータ5Bと呼ぶ。
As shown in FIG. 16, the vibration control apparatus of the embodiment replaces the front and
図17は、本発明の実施の形態5に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。 FIG. 17 is a functional block diagram showing a functional configuration of the railroad vehicle vibration control apparatus according to the fifth embodiment of the present invention.
図17に示すように、本実施の形態では、制御器8は、前位車体左右加速度センサの検出信号から前位推定車体左右速度を得る速度推定フィルタ22Fと、この速度推定フィルタ22Fで得られた前位推定車体左右速度を反転増幅して発生力に変換し、これを出力する単独制御スカイフックゲイン回路23Aを備えている。この単独制御スカイフックゲイン回路23Aの出力を前位単独制御スカイフック指令値と呼ぶ。また、制御器8は、後位車体左右加速度センサの検出信号から後位推定車体左右速度を得る速度推定フィルタ22Rと、この速度推定フィルタ22Rで得られた後位推定車体左右速度を反転増幅して発生力に変換し、これを出力する単独制御スカイフックゲイン回路23Bを備えている。この単独制御スカイフックゲイン回路23Bの出力を後位単独制御スカイフック指令値と呼ぶ。さらに、制御器8は、速度推定フィルタ22Fで得られた前位推定車体左右速度に速度推定フィルタ22Rで得られた後位推定車体左右速度を反転して加算する加減算器31とこの加減算器31の出力(推定ヨー振動速度)を増幅して発生力に変換し、これを出力するヨー制御スカイフックゲイン回路32とを備えている。このヨー制御スカイフックゲイン回路32の出力をヨー制御スカイフック指令値と呼ぶ。この構成により、加減算器31において、前位推定車体左右速度と後位推定車体左右速度とに含まれる車体1の振動のヨー成分のみが加算され、超過遠心力による加速度を含むラテラル成分がキャンセルされる。従って、ヨー制御スカイフック指令値は、超過遠心力の影響が排除されたものとなる。そして、単独制御スカイフックゲイン回路23Aから出力される前位単独制御スカイフック指令値とヨー制御スカイフックゲイン回路32から出力されるヨー制御スカイフック指令値とが切替器25Aにより選択的に発生力リミッタ24Aに入力され、発生力リミッタ24Aはこれを制限して前位発生力指令として前位アクチュエータ5Aに出力する。また、単独制御スカイフックゲイン回路23Bから出力される後位単独制御スカイフック指令値とヨー制御スカイフックゲイン回路32から出力されるヨー制御スカイフック指令値のインバータ33で反転されたものとが切替器25Bにより選択的に発生力リミッタ24Bに入力され、発生力リミッタ24Bはこれを制限して後位発生力指令として後位アクチュエータ5Bに出力する。そして、直線/曲線判定器21は、前位ストロークセンサ6A又は後位ストロークセンサ6Bの検出信号に基づいて、車両100が直線走行状態及び曲線走行状態のいずれにあるかを判定し、車両100が直線走行状態にあると判定した場合には、切替器25A,25Bによって、前位単独制御スカイフック指令値及び後位単独制御スカイフック指令値を、それぞれ、発生力リミッタ24A及び発生力リミッタ24Bに出力する。これにより、直線制御則として、通常のスカイフック制御が行われる。一方、直線/曲線判定器21は、車両100が曲線走行状態にあると判定した場合には、切替器25A,25Bによって、ヨー制御スカイフック指令値及びヨー制御スカイフック指令値を反転したものを、それぞれ、発生力リミッタ24A及び発生力リミッタ24Bに出力する。これにより、曲線制御則として、ヨー制御のスカイフック制御が行われる。その結果、このヨー制御では超過遠心力が排除されていることからストッパ当たりが防止される。ここで、前位加速度と後位加速度は、簡単な座標変換により、ヨー成分とラテラル成分に変換できる。仮に車体振動がヨー成分のみであれば、前位加速度と後位加速度は逆位相で、大きさは同じとなる。しかし、例えば高速車両では後位側の動揺が大きいことが知られているように、実際の車体振動はヨー成分とラテラル成分の両方を含んでいる。そのため、ストッパ当たりを考慮しなければ、ヨー成分とラテラル成分の両方を制御する方が、ヨー成分のみを制御するよりも制振性能は向上する。また、前位及び後位をそれぞれ制御することは、ヨー成分とラテラル成分を同じゲインに設定して制御することと等価であるため、やはり、ヨー成分のみを制御するよりも制振性能は向上する。しかしながらストッパ当たりを考慮した場合、曲線でヨー成分のみを制御することにより、ストッパ当たりによる衝撃的な加速度が発生する場合と比較して乗り心地の低下の程度を小さく抑えられるため、結果として乗り心地を向上させることができる。
As shown in FIG. 17, in the present embodiment, the
(実施の形態6)
図18は、本発明の実施の形態6に係る鉄道車両の振動制御装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。
(Embodiment 6)
FIG. 18 is a functional block diagram showing a functional configuration of the railroad vehicle vibration control apparatus according to the sixth embodiment of the present invention.
本実施の形態の振動制御装置は、制御器8の構成が異なる他は実施の形態5の振動制御装置と同じである。
The vibration control apparatus of the present embodiment is the same as the vibration control apparatus of the fifth embodiment except that the configuration of the
図18に示すように、本実施の形態では、制御器8は、実施の形態5と同様に、前位車体左右加速度センサの検出信号から前位推定車体左右速度を得る速度推定フィルタ22Fと、後位車体左右加速度センサの検出信号から後位推定車体左右速度を得る速度推定フィルタ22Rと、速度推定フィルタ22Fで得られた前位推定車体左右速度に速度推定フィルタ22Rで得られた後位推定車体左右速度を反転して加算する加減算器31Aと、この加減算器31Aの出力を増幅して発生力に変換し、これを出力するヨー制御スカイフックゲイン回路32と、前位ストロークセンサ6A又は後位ストロークセンサ6Bの検出信号に基づいて、車両100が直線走行状態及び曲線走行状態のいずれにあるかを判定する直線/曲線判定器21と、を備えている。そして、制御器8は、速度推定フィルタ22Fで得られた前位推定車体左右速度に速度推定フィルタ22Rで得られた後位推定車体左右速度を加算する加算器31Bと、この加算器31Bの出力を増幅して発生力に変換し、これを出力するラテラル制御スカイフックゲイン回路34を備えている。ラテラル制御スカイフックゲイン回路34の出力をラテラル制御スカイフック指令値と呼ぶ。そして、このラテラル制御スカイフック指令値とヨー制御スカイフック指令値とが加算器26で加算されて発生力リミッタ24に入力される。発生力リミッタ24は、これを制限して前位発生力指令として前位アクチュエータ5Aに出力する。また、発生力リミッタ24の出力はインバータ35で反転されて後位発生力指令として後位アクチュエータ5Bに出力される。また、ラテラル制御スカイフックゲイン回路34と加算器26との間には、スイッチ28が設けられていて、直線/曲線判定器21は、車両100が直線走行状態にあると判定するとスイッチ28をオンし、車両100が曲線走行状態にあると判定するとスイッチ28をオフする。これにより、直線走行状態にあると判定されると、直線制御則として、ヨー制御スカイフック指令値とラテラル制御スカイフック指令値とが加算された発生力指令がアクチュエータ5A,5Bに出力される。これは、実施の形態5で説明したように、車体1の前位と後位とをそれぞれ別個に制御することと等価であるから、これにより実質的に通常のスカイフック制御が行われる。
As shown in FIG. 18, in the present embodiment, as in the fifth embodiment, the
一方、曲線走行状態にあると判定されると、曲線制御則として、ヨー制御スカイフック指令値のみからなる発生力指令がアクチュエータ5A,5Bに出力されてヨー制御のスカイフック制御が行われる。
On the other hand, if it is determined that the vehicle is in a curved traveling state, a generated force command consisting only of the yaw control skyhook command value is output to the
その結果、実施の形態5と同様に、曲線制御則において、ストッパ当たりが防止され、制振性能は多少低下するが、ストッパ当たりによる衝撃的な加速度が発生する場合と比較して乗り心地の低下の程度が小さいため、結果として乗り心地を向上させることができる。 As a result, as in the fifth embodiment, in the curve control law, the contact with the stopper is prevented and the vibration control performance is somewhat deteriorated, but the riding comfort is reduced as compared with the case where shocking acceleration is generated by the stopper. As a result, the ride comfort can be improved.
本発明の鉄道車両の振動制御装置は、フルアクティブサスペンションを用いた鉄道車両の振動制御装置として有用である。 The railway vehicle vibration control apparatus of the present invention is useful as a railway vehicle vibration control apparatus using a full active suspension.
1 車体
2A,2B 台車
3 輪軸
4 空気バネ
5,5A,5B アクチュエータ
6,6A,6B ストロークセンサ
7,7A,7B 車体左右加速度センサ
8 制御器
10,11 支持部材
13A 外軌
13B 内軌
13 曲線線路
21 直線/曲線判定器
22,22A,22B,22F,22R 速度推定フィルタ
23 スカイフックゲイン回路
23A,23B 単独制御スカイフックゲイン回路
24,24A,24B 発生力リミッタ
25,25A,25B 切替器
26 加算器
27 センタリングゲイン回路
28 スイッチ
29 微分器
30 パッシブゲイン回路
31 加減算器
32 ヨー制御スカイフックゲイン回路
33,35 インバータ
34 ラテラル制御スカイフックゲイン回路
41 台車側当接部材
42 車体側当接部材
43 ストッパ
100 車両
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記車体と前記前位台車及び前記後位台車との間に設けられ、前位発生力指令及び後位発生力指令に従った力で前記車体を各前記台車に対し左右方向に相対的に駆動するための前位及び後位アクチュエータと、
前記車体の前位側及び後位側にそれぞれ設けられ、前位及び後位における前記車体の左右方向の加速度を検出し、前位及び後位車体左右加速度検出信号を出力する前位車体左右加速度センサ及び後位車体左右加速度センサと、
各前記アクチュエータの前記左右方向における駆動ストロークを検出するストロークセンサと、
各前記ストロークセンサによって検出される前記駆動ストロークに基づいて前記鉄道車両が直線走行状態にあるか曲線走行状態にあるかを判定する判定手段と、
各前記車体左右加速度検出信号に基づいて、前位及び後位における前記車体の左右方向の速度を推定し、推定車体前位左右速度及び推定車体後位左右速度を出力する車体左右速度推定手段と、
前記推定車体前位左右速度と逆位相の前位単独制御スカイフック指令値と、前記推定車体後位左右速度と逆位相の後位単独制御スカイフック指令値と、前記推定車体前位左右速度及び前記推定車体後位左右速度に基づいて得られるヨー方向の成分となる推定ヨー振動速度と逆位相のヨー制御スカイフック指令値とを演算し、当該演算結果に基づいて、前記前位及び後位発生力指令として各前記アクチュエータに出力する発生力指令生成手段とを備え、
前記発生力指令生成手段は、前記判定手段の判定結果に基づいて、
直線走行状態の場合には、前記前位単独制御スカイフック指令値と前記後位単独制御スカイフック指令値とを前記発生力指令として出力し、
曲線走行状態の場合には、前記ヨー制御スカイフック指令値を前記発生力指令として出力する、鉄道車両の振動制御装置。 A vibration control device used for a railway vehicle including a vehicle body, a front carriage, and a rear carriage,
Provided between the vehicle body, the front carriage and the rear carriage, and drives the vehicle body in the left-right direction with respect to each carriage with a force according to the front generation force command and the rear generation force command. Front and rear actuators for
Front body lateral acceleration provided on the front side and rear side of the vehicle body for detecting lateral acceleration of the vehicle body at the front and rear positions and outputting a front and rear body lateral acceleration detection signal A sensor and a rear vehicle body lateral acceleration sensor;
A stroke sensor for detecting a drive stroke in the left-right direction of each actuator;
Determining means for determining whether the railway vehicle is in a straight traveling state or a curved traveling state based on the driving stroke detected by each of the stroke sensors;
Vehicle body lateral velocity estimation means for estimating the vehicle body lateral velocity at the front and rear positions based on the vehicle body lateral acceleration detection signals and outputting the estimated vehicle body front lateral velocity and the estimated vehicle body rear lateral velocity; ,
A front single control skyhook command value in reverse phase with the estimated vehicle body front left and right speed, a rear single control skyhook command value in reverse phase with the estimated vehicle body rear left and right speed, the estimated vehicle body front left and right speed, and An estimated yaw vibration speed that is a component in the yaw direction obtained based on the estimated vehicle body rear left-right speed and a yaw control skyhook command value having an opposite phase are calculated, and the front and rear positions are calculated based on the calculation result. Generating force command generating means for outputting to each actuator as a generated force command,
The generated force command generation means is based on the determination result of the determination means.
In the case of a straight running state, the front single control skyhook command value and the rear single control skyhook command value are output as the generated force command,
A railroad vehicle vibration control device that outputs the yaw control skyhook command value as the generated force command in a curved traveling state.
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