JP6794244B2 - Vibration control device for railway vehicles - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両の台車と車体間に設けたセミアクティブ制振用ダンパと、当該セミアクティブ制振用ダンパを制御する制御コントローラとを備えた鉄道車両の制振装置に関する。 The present invention relates to a vibration damping device for a railway vehicle including a semi-active vibration damping damper provided between a bogie and a vehicle body of the railway vehicle and a control controller for controlling the semi-active vibration damping damper.
一般に、鉄道車両では、乗客の乗り心地を良くするため、台車と車体との間に空気ばね等を設けるとともに、空気ばね等の制振性を高める制振装置を搭載している。鉄道車両の制振装置として、台車と車体間に設けたセミアクティブ制振用ダンパと、当該セミアクティブ制振用ダンパを制御する制御コントローラとを備えた装置が、例えば、特許文献1に開示されている。
Generally, in a railroad vehicle, in order to improve the riding comfort of passengers, an air spring or the like is provided between the bogie and the vehicle body, and a vibration damping device such as an air spring is installed to improve the vibration damping property. As a vibration damping device for a railroad vehicle, for example,
上記特許文献1に開示された鉄道車両の制振装置100は、図7に示すように、台車101と車体102間に設けたセミアクティブ制振用ダンパ103と、車体102に設けた加速度センサ104と、加速度センサ104からの検出信号に基づいてセミアクティブ制振用ダンパ103を制御する制御コントローラ105とを備えている。セミアクティブ制振用ダンパ103は、左右の空気ばね106、106の間に配置されている。加速度センサ104は、車体102の左右方向の加速度を検出する。
As shown in FIG. 7, the railroad vehicle
しかしながら、上記鉄道車両の制振装置100では、図8に示すように、加速度センサ104から得られる車体102の地面に対する左右方向における絶対速度(図左側への速度:プラス(+)、図右側への速度:マイナス(−))のプラス・マイナス(±)と、油圧シリンダ200の伸縮方向から、セミアクティブ制振用ダンパ103のアンロードとオンロードとを切り替える方法を採っているので、車体102の左右方向(左右並進方向又はヨー方向)への振動に対する制振制御しかできず、車体102のロール方向への振動に対する制振制御ができなかった。
However, in the
すなわち、車体102が左右方向(左右並進方向又はヨー方向)の振動を行う場合、例えば、車体102が図左側(+側)に移動し、車体102の地面に対する左右方向の絶対速度がプラス(+)のとき、制振側に荷重を出すために、油圧シリンダ200が伸び側で、セミアクティブ制振用ダンパ103をオンロードとする。つまり、車体102の左右方向(左右並進方向又はヨー方向)への振動に対するセミアクティブ制振用ダンパ103のアンロードとオンロードの切り替えは、車体102の地面に対する左右方向の絶対速度がプラス(+)のとき、シリンダ伸びにはオンロードとし、シリンダ縮みにはアンロードとする。
That is, when the
一方、図9に示すように、車体102がロール方向の振動を行う場合、例えば、車体102が図左側(+側)に回転し、車体102の地面に対する左右方向の絶対速度が+(プラス)のとき、制振側に荷重を出すためには、油圧シリンダ200が短縮側でオンロードとする必要がある。つまり、車体102のロール方向への振動に対するセミアクティブ制振用ダンパ103のアンロードとオンロードの切り替えは、車体102の地面に対する左右方向の絶対速度がプラス(+)のとき、シリンダ伸びにはアンロードとし、シリンダ縮みにはオンロードとする必要がある。
On the other hand, as shown in FIG. 9, when the
したがって、上記鉄道車両の制振装置100では、車体102が左右並進方向又はヨー方向へ振動を行う場合と、車体102がロール方向へ振動を行う場合とでは、セミアクティブ制振用ダンパ103のアンロードとオンロードの切り替え条件が逆となるので、車体102の左右方向(左右並進方向又はヨー方向)への振動に対する制振制御しかできず、車体102のロール方向への振動に対する制振制御ができなかった。そのため、車体102のロール方向への振動に対する制振制御を簡単に実現でき、鉄道車両に対する乗客の乗り心地を更に向上させることが求められていた。
Therefore, in the
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、車体のロール方向への振動に対する制振制御が可能な、又は、車体のロール方向への振動に対する制振制御と車体の左右並進方向若しくはヨー方向への振動に対する制振制御とを簡単な方法で両立させることが可能な鉄道車両の制振装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and is capable of damping control against vibration in the roll direction of the vehicle body, or vibration damping control against vibration in the roll direction of the vehicle body and left-right translation of the vehicle body. It is an object of the present invention to provide a vibration damping device for a railroad vehicle, which can easily achieve both vibration damping control for vibration in a directional direction or a yaw direction.
上記目的を達成するため、本発明に係る鉄道車両の制振装置は、以下の構成を備えている。
(1)鉄道車両の台車と車体間に設けたセミアクティブ制振用ダンパと、前記車体に設けた振動センサと、前記振動センサの検出信号に基づいて前記セミアクティブ制振用ダンパのオンロードとアンロードの切り替え制御を行う制御コントローラとを備えた鉄道車両の制振装置であって、
前記振動センサには、少なくとも前記車体のロール方向への振動を検出する第1センサを備え、前記制御コントローラは、前記第1センサの検出信号に基づいて第1荷重指令信号を算出し、当該第1荷重指令信号に基づいて前記セミアクティブ制振用ダンパの切り替え制御を行うことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the vibration damping device for a railway vehicle according to the present invention has the following configuration.
(1) A semi-active vibration damping damper provided between the bogie and the vehicle body of a railway vehicle, a vibration sensor provided on the vehicle body, and an on-road of the semi-active vibration damping damper based on a detection signal of the vibration sensor. It is a vibration damping device for railway vehicles equipped with a control controller that controls unload switching.
The vibration sensor includes at least a first sensor that detects vibration in the roll direction of the vehicle body, and the control controller calculates a first load command signal based on the detection signal of the first sensor, and the first load command signal is calculated. 1 It is characterized in that switching control of the semi-active vibration damping damper is performed based on a load command signal.
本発明においては、振動センサには、少なくとも車体のロール方向への振動を検出する第1センサを備え、制御コントローラは、第1センサの検出信号に基づいて第1荷重指令信号を算出し、当該第1荷重指令信号に基づいてセミアクティブ制振用ダンパの切り替え制御を行うので、少なくとも車体のロール方向への振動を簡単に低減することができる。その結果、車体のロール方向への振動に対する制振制御が可能な、鉄道車両の制振装置を提供することができる。なお、第1センサには、ジャイロセンサが好ましく、その検出信号には、車体のロール方向の角速度又は角加速度が好ましい。 In the present invention, the vibration sensor includes at least a first sensor that detects vibration in the roll direction of the vehicle body, and the control controller calculates a first load command signal based on the detection signal of the first sensor. Since the switching control of the semi-active vibration damping damper is performed based on the first load command signal, at least the vibration in the roll direction of the vehicle body can be easily reduced. As a result, it is possible to provide a vibration damping device for a railway vehicle, which can control vibration damping against vibration in the roll direction of the vehicle body. The first sensor is preferably a gyro sensor, and the detection signal is preferably an angular velocity or an angular acceleration in the roll direction of the vehicle body.
(2)(1)に記載された鉄道車両の制振装置において、
前記振動センサには、前記第1センサの他に、前記車体の左右並進方向又はヨー方向への振動を検出する第2センサを備え、前記制御コントローラは、前記第2センサの検出信号に基づいて第2荷重指令信号を算出し、前記第1荷重指令信号と前記第2荷重指令信号とを切り替えて前記セミアクティブ制振用ダンパの切り替え制御を行うことを特徴とする。
(2) In the vibration damping device for railway vehicles described in (1),
In addition to the first sensor, the vibration sensor includes a second sensor that detects vibration in the lateral translation direction or the yaw direction of the vehicle body, and the control controller is based on the detection signal of the second sensor. It is characterized in that a second load command signal is calculated and the first load command signal and the second load command signal are switched to control switching of the semi-active vibration damping damper.
本発明においては、振動センサには、第1センサの他に、車体の左右並進方向又はヨー方向への振動を検出する第2センサを備え、制御コントローラは、第2センサの検出信号に基づいて第2荷重指令信号を算出し、第1荷重指令信号と第2荷重指令信号とを切り替えてセミアクティブ制振用ダンパの切り替え制御を行うので、車体のロール方向への振動と車体の左右並進方向又はヨー方向への振動とをそれぞれ簡単に低減することができる。その結果、車体のロール方向への振動に対する制振制御と車体の左右並進方向若しくはヨー方向への振動に対する制振制御とを簡単な方法で両立させることが可能な鉄道車両の制振装置を提供することができる。なお、第2センサには、加速度センサが好ましく、その検出信号には、車体の左右方向の加速度又は絶対速度が好ましい。 In the present invention, the vibration sensor includes, in addition to the first sensor, a second sensor that detects vibration in the lateral translation direction or the yaw direction of the vehicle body, and the control controller is based on the detection signal of the second sensor. Since the second load command signal is calculated and the first load command signal and the second load command signal are switched to control the switching of the semi-active vibration damping damper, the vibration in the roll direction of the vehicle body and the left-right translation direction of the vehicle body are performed. Alternatively, vibration in the yaw direction can be easily reduced. As a result, we provide a vibration damping device for railway vehicles that can easily achieve both vibration damping control for vibration in the roll direction of the vehicle body and vibration damping control for vibration in the lateral translation direction or yaw direction of the vehicle body. can do. The second sensor is preferably an acceleration sensor, and the detection signal is preferably acceleration or absolute speed in the left-right direction of the vehicle body.
(3)(2)に記載された鉄道車両の制振装置において、
前記制御コントローラは、前記第1荷重指令信号の大きさと前記第2荷重指令信号の大きさとを比較し、大きい方の荷重指令信号を選択して前記セミアクティブ制振用ダンパの切り替え制御を行うことを特徴とする。
(3) In the vibration damping device for railway vehicles described in (2),
The control controller compares the magnitude of the first load command signal with the magnitude of the second load command signal, selects the larger load command signal, and performs switching control of the semi-active vibration damping damper. It is characterized by.
本発明においては、制御コントローラは、第1荷重指令信号の大きさと第2荷重指令信号の大きさとを比較し、大きい方の荷重指令信号を選択してセミアクティブ制振用ダンパの切り替え制御を行うので、車体のロール方向への振動と車体の左右並進方向又はヨー方向への振動とを振動の大きい方から優先的に低減することができる。その結果、車体のロール方向への振動と車体の左右並進方向若しくはヨー方向への振動とをより効率的に低減させる制振制御が可能な鉄道車両の制振装置を提供することができる。 In the present invention, the control controller compares the magnitude of the first load command signal with the magnitude of the second load command signal, selects the larger load command signal, and controls the switching of the semi-active vibration damping damper. Therefore, the vibration in the roll direction of the vehicle body and the vibration in the left-right translation direction or the yaw direction of the vehicle body can be preferentially reduced from the larger vibration. As a result, it is possible to provide a vibration damping device for a railway vehicle capable of damping control that more efficiently reduces vibration in the roll direction of the vehicle body and vibration in the left-right translation direction or yaw direction of the vehicle body.
(4)(2)又は(3)に記載された鉄道車両の制振装置において、
前記制御コントローラは、前記鉄道車両の走行地点における線路情報により、前記第1センサの検出信号及び前記第2センサの検出信号から、それぞれ特定の周波数の信号を排除した上で、前記第1荷重指令信号及び前記第2荷重指令信号をそれぞれ算出することを特徴とする。
(4) In the vibration damping device of the railway vehicle described in (2) or (3).
The control controller removes signals of specific frequencies from the detection signal of the first sensor and the detection signal of the second sensor based on the track information at the traveling point of the railroad vehicle, and then the first load command. It is characterized in that the signal and the second load command signal are calculated respectively.
本発明においては、制御コントローラは、鉄道車両の走行地点における線路情報により、第1センサの検出信号及び第2センサの検出信号から、それぞれ特定の周波数の信号を排除した上で、第1荷重指令信号及び第2荷重指令信号をそれぞれ算出するので、例えば、鉄道車両が曲線区間を走行するときの車体の遠心力に伴う特定の振動を予め除いた状態で、第1荷重指令信号及び第2荷重指令信号を算出することができる。そのため、車体におけるロール方向の振動と左右並進方向又はヨー方向の振動とを、より精度よく判断して、その制振効果を高めることができる。 In the present invention, the control controller excludes signals of specific frequencies from the detection signals of the first sensor and the detection signals of the second sensor based on the track information at the traveling point of the railroad vehicle, and then the first load command. Since the signal and the second load command signal are calculated respectively, for example, the first load command signal and the second load are obtained in a state where specific vibrations due to the centrifugal force of the vehicle body when the railroad vehicle travels on a curved section are removed in advance. The command signal can be calculated. Therefore, it is possible to more accurately determine the vibration in the roll direction and the vibration in the left-right translation direction or the yaw direction in the vehicle body, and enhance the vibration damping effect.
本発明によれば、車体のロール方向への振動に対する制振制御が可能な、又は、車体の左右並進方向若しくはヨー方向への振動に対する制振制御と車体のロール方向への振動に対する制振制御とを簡単な方法で両立させることが可能な鉄道車両の制振装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to control the vibration of the vehicle body in the roll direction, or to control the vibration in the lateral translation direction or the yaw direction of the vehicle body and the vibration control in the roll direction of the vehicle body. It is possible to provide a vibration damping device for a railroad vehicle that can achieve both of these in a simple manner.
次に、本発明の実施形態に係る鉄道車両の制振装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。はじめに、本実施形態に係る鉄道車両の制振装置の全体構成を説明し、制御コントローラにおける荷重指令信号の算出、選定方法を説明した上で、セミアクティブ制振用ダンパのオンロードとアンロードの動作方法を説明する。また、本実施形態による車体の制振効果に対するシミュレーション結果についても説明する。 Next, the vibration damping device for a railway vehicle according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, the overall configuration of the vibration damping device for the railway vehicle according to this embodiment is explained, the calculation and selection method of the load command signal in the control controller is explained, and then the on-loading and unloading of the semi-active vibration damping damper are performed. The operation method will be described. In addition, the simulation result for the vibration damping effect of the vehicle body according to this embodiment will also be described.
<本制振装置の全体構成>
まず、本実施形態に係る鉄道車両の制振装置の全体構成について、図1、図2を用いて説明する。図1に、本発明の実施形態に係る鉄道車両の制振装置の全体構成図を示す。図2に、図1に示す制振装置を構成するセミアクティブ制振用ダンパの回路構成図を示す。
<Overall configuration of this vibration damping device>
First, the overall configuration of the vibration damping device for a railway vehicle according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows an overall configuration diagram of a vibration damping device for a railway vehicle according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 shows a circuit configuration diagram of a semi-active vibration damping damper constituting the vibration damping device shown in FIG.
図1に示すように、本実施形態に係る鉄道車両1の制振装置10には、鉄道車両1の台車3と車体2間に設けた空気ばね4、4及びセミアクティブ制振用ダンパ5と、当該セミアクティブ制振用ダンパ5を制御する制御コントローラ6とを備えている。セミアクティブ制振用ダンパ5は、左右の空気ばね4、4の間に配置されている。車体2には、制御コントローラ6に接続された振動センサ7として、車体2のロール方向の振動を検出する第1センサ71と、車体2の左右並進方向又はヨー方向の振動を検出する第2センサ72とを備えている。第1センサ71には、車体2のロール方向の角速度を検出するジャイロセンサを用いている。第2センサ72には、車体2の左右水平方向の加速度を検出する加速度センサを用いている。ここで、ロール方向の角速度及び左右水平方向の加速度について、図左側への速度をプラス(+)で表し、図右側への速度をマイナス(−)で表す。なお、制御コントローラ6には、鉄道車両1の走行地点に設置された地上子9から位置信号が伝達され、各位置信号に対応した線路8の情報(例えば、曲線区間の曲率、分岐の有無等)が記憶されている。
As shown in FIG. 1, the
また、図1、図2に示すように、上記セミアクティブ制振用ダンパ5は、台車3と車体2間に左右方向へ水平状に配置された油圧シリンダ20と、油圧シリンダ20の作動油を制御する油圧回路30とから構成されている。油圧シリンダ20は、シリンダチューブ21とロッド22とを備え、シリンダチューブ21は台車3に連結され、ロッド22は車体2に連結されている。油圧シリンダ20は、シリンダチューブ21をロッド22が連結されたピストン25によってヘッド側室23とロッド側室24とに区分されている。また、ピストン25には、両室を連通する流路が形成され、当該流路にヘッド側室23からロッド側室24の方向のみに作動油が流れるようにチェック弁26が設けられている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the semi-active
また、油圧回路30は、以下のように構成されている。すなわち、油圧シリンダ20のヘッド側室23には、流路313を介してオイルタンク38が接続され、この流路313上にヘッド側室23からオイルタンク38への流れを止めるチェック弁39が設けられている。オイルタンク38は、シリンダチューブ21の外周側に固定されている。また、ロッド側室24に接続された流路31には、フィルタ32を介して第1比例リリーフ弁33と第2比例リリーフ弁34とが直列に設けられ、オイルタンク38に接続されている。また、流路31は、第1比例リリーフ弁33と第2比例リリーフ弁34との間で流路311が分岐し、その流路311がヘッド側室23に接続されている。第1比例リリーフ弁33及び第2比例リリーフ弁34は、ノーマルクローズタイプの電磁比例リリーフ弁であって、制御コントローラ6からの荷重指令信号に従いリリーフ圧を開度調整によって変化させたオンロード制御が行われ、全開状態にすることでアンロード制御を構成するようになっている。
Further, the
また、油圧回路30には、更に、無通電状態などのフェイル時にロッド側室24とオイルタンク38とを連通するパッシブ回路が構成されている。パッシブ回路は、流路31から流路312が分岐してオイルタンク38へ接続され、そこにフェイルセーフ弁35とオリフィス36とが直列に設けられ、更にリリーフ弁37が、オリフィス36と並列に接続されている。フェイルセーフ弁35は、ノーマルオープンの電磁開閉弁であって、フェイル時にはオリフィス36を介して油圧シリンダ20のロッド側室24とオイルタンク38とが連通するようになっている。そして、ロッド側室24からの吐出流量が大きい場合には、リリーフ弁37が作動することとなる。
Further, the
<荷重指令信号の算出、選定方法>
次に、本実施形態に係る鉄道車両の制振装置の制御コントローラにおける荷重指令信号の算出、選定方法を、図1、図3を用いて説明する。図3に、図1に示す制振装置を構成する制御コントローラが荷重指令信号を算出し、セミアクティブ制振用ダンパに指令するブロック図を示す。
<Calculation and selection method of load command signal>
Next, a method of calculating and selecting a load command signal in the control controller of the vibration damping device of the railway vehicle according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 3. FIG. 3 shows a block diagram in which the control controller constituting the vibration damping device shown in FIG. 1 calculates a load command signal and commands the semi-active vibration damping damper.
図1、図3に示すように、制御コントローラ6は、第1センサ71の検出信号に基づいて車体2のロール方向の振動に対する第1荷重指令信号(ロール振動荷重指令)を算出する(ステップ:S1)。第1センサ71の検出信号は、例えば、車体2のロール角速度の信号である。また、第2センサ72の検出信号に基づいて車体2の左右並進方向又はヨー方向の振動に対する第2荷重指令信号(左右・ヨー振動荷重指令)を算出する(ステップ:S2)。第2センサ72の検出信号は、例えば、車体2の左右加速度の信号である。次に、第1荷重指令信号(ロール振動荷重指令)の大きさと第2荷重指令信号(左右・ヨー振動荷重指令)の大きさとを比較して、大きい方の荷重指令信号を選択し(ステップ:S3)、選択した荷重指令信号の振動を抑制するようにセミアクティブ制振用ダンパ5のアンロードとオンロードの切り替えを行うべくセミアク荷重指令を出す(ステップ:S4)。
As shown in FIGS. 1 and 3, the control controller 6 calculates a first load command signal (roll vibration load command) for vibration in the roll direction of the
なお、振動センサ7には、少なくとも車体2のロール方向への振動を検出する第1センサ71を備え、制御コントローラ6は、第1センサ71の検出信号に基づいて第1荷重指令信号を算出し、当該第1荷重指令信号に基づいてセミアクティブ制振用ダンパ5の切り替え制御を行ってもよい。この場合、少なくとも車体2のロール方向への振動を簡単に低減することができる。また、振動センサ7には、第1センサ71の他に、車体2の左右並進方向又はヨー方向への振動を検出する第2センサ72を備え、制御コントローラ6は、第2センサ72の検出信号に基づいて第2荷重指令信号を算出し、第1荷重指令信号と第2荷重指令信号とを適宜(例えば、所定時間毎に)切り替えてセミアクティブ制振用ダンパ5の切り替え制御を行ってもよい。この場合、車体2のロール方向への振動と車体2の左右並進方向又はヨー方向への振動とをそれぞれ簡単に低減することができる。
The
また、制御コントローラ6は、第1センサ71の検出信号及び第2センサ72の検出信号から、それぞれ特定の周波数の信号を、ハイパスフィルタ(HPF)回路等を用いて排除した上で(ステップ:S5)、ステップS1の第1荷重指令信号及びステップS2の第2荷重指令信号をそれぞれ算出してもよい。この場合、例えば、鉄道車両1が曲線区間を走行するときの車体2の遠心力に伴う特定の周波数の振動を予め除去した状態で、ステップS1の第1荷重指令信号及びステップS2の第2荷重指令信号を算出することができ、これによって、車体2におけるロール方向の振動と左右並進方向又はヨー方向の振動とを、より精度良く判断して、その制振効果を高めることができる。
Further, the control controller 6 excludes signals having specific frequencies from the detection signals of the
<セミアクティブ制振用ダンパのオンロードとアンロードの動作方法>
次に、本実施形態に係る鉄道車両の制振装置10において、セミアクティブ制振用ダンパ5のオンロードとアンロードの動作方法を、図1、図4、図5を用いて説明する。図4に、図1に示す制振装置を構成するセミアクティブ制振用ダンパの作動状態の回路図(オンロード、アンロード)を示し、(a)は油圧シリンダの伸長時にオンロードとなる回路図を示し、(b)は油圧シリンダの短縮時にアンロードとなる回路図を示す。図5に、図1に示す制振装置を構成するセミアクティブ制振用ダンパの作動状態の回路図(オンロード、アンロード)を示し、(a)は油圧シリンダの短縮時にオンロードとなる回路図を示し、(b)は油圧シリンダの伸長時にアンロードとなる回路図を示す。
<How to operate the on-load and unload of the semi-active damping damper>
Next, in the railroad vehicle
図1、図4(a)に示すように、油圧シリンダ20を伸長させる車体2左側への揺れを抑制する場合、第1比例リリーフ弁33の開度調整によって得られる制振荷重のオンロード制御が行われ、第2比例リリーフ弁34は全開状態に制御されてアンロードを構成している。従って、油圧シリンダ20のロッド22が伸びれば、図4(a)の太線で示すように作動油が流れる。すなわち、ロッド側室24内の作動油がピストン25によって流路31へ送り出され、第1比例リリーフ弁33を通り、更に抵抗の小さい流路311から油圧シリンダ20のヘッド側室23へと戻る。このとき、図3に示す第1荷重指令信号(ロール振動荷重指令)と第2荷重指令信号(左右・ヨー振動荷重指令)の内、大きい方の荷重指令信号を選択した制御コントローラ6からのセミアク荷重指令によって第1比例リリーフ弁33のリリーフ圧が制御され、油圧シリンダ20に発生する制振荷重が調整される。
As shown in FIGS. 1 and 4A, on-road control of the damping load obtained by adjusting the opening degree of the first
ところで、車体2が左側へ振れている場合に、例えば軌道狂いなどによって台車3が同方向に車体2よりも速い速度で振れることがある。その際、セミアクティブ制振用ダンパ5が、台車3からの荷重をオンロード状態で受けたのでは、車体2の左側への揺れを増幅してしまう。そのため、上記セミアクティブ制振用ダンパ5では、油圧シリンダ20の短縮に対してアンロードを構成すべく、図4(b)の太線で示すように作動油が流れる。すなわち、ヘッド側室23内の作動油がピストン25によって流路311に押し出され、また負圧になったロッド側室24へチェック弁26からヘッド側室23内の作動油の一部が流れる。流路311に押し出された作動油は、全開状態の第2比例リリーフ弁34を通ってオイルタンク38へと流れる。そのため、車体2が左側へ振れている場合に、例えば軌道狂いなどによって台車3が同方向に車体2よりも速い速度で振れることがあっても、セミアクティブ制振用ダンパ5は、台車3からの荷重を逃すことができる。
By the way, when the
次に、図1、図5(a)に示すように、油圧シリンダ20を短縮させる車体2右側の揺れを抑制する場合には、第2比例リリーフ弁34の開度調整によって得られる制振荷重のオンロード制御が行われ、第1比例リリーフ弁33は全開状態に制御されアンロードを構成する。従って、油圧シリンダ20のロッド22が短縮すれば、図5(a)の太線で示すように作動油が流れる。すなわち、ヘッド側室23内の作動油がピストン25によって流路311に押し出され、また負圧になったロッド側室24へヘッド側室23内の作動油の一部がチェック弁26から流れる。このとき、第1比例リリーフ弁33が全開状態であり、流路31と流路311とが連通して等圧になっているため、流路311に流れた作動油は、第2比例リリーフ弁34を通ってオイルタンク38へと流れる。このとき、図3に示す第1荷重指令信号(ロール振動荷重指令)と第2荷重指令信号(左右・ヨー振動荷重指令)との内、大きい方の荷重指令信号を選択した制御コントローラ6からのセミアク荷重指令によって第2比例リリーフ弁34のリリーフ圧が制御され、油圧シリンダ20に発生する制振荷重が調整される。
Next, as shown in FIGS. 1 and 5A, when suppressing the shaking of the right side of the
そして、この場合でも軌道狂いなどによって、台車3が同方向に車体2よりも速い速度で振れることがある。しかし、セミアクティブ制振用ダンパ5は、伸長に対してはアンロードを構成しており、図5(b)の太線で示すように作動油が流れる。すなわち、ロッド側室24内の作動油がピストン25によって流路31へ送り出され、第1比例リリーフ弁33を通った作動油は、抵抗の小さい流路311からヘッド側室23へと流れる。また、容積の大きいヘッド側室23には、負圧によってオイルタンク38からの作動油も流れ込む。そのため、車体2が右側へ振れている場合に、例えば軌道狂いなどによって台車3が同方向に車体2よりも速い速度で振れることがあっても、セミアクティブ制振用ダンパ5は、台車3からの荷重を逃すことができる。
Even in this case, the
ところで、本実施形態のセミアクティブ制振用ダンパ5では、油圧シリンダ20が伸縮のいずれか一方の作動途中でオンロードとアンロードとを変化させる場合には、第1比例リリーフ弁33又は第2比例リリーフ弁34の一方を流れる作動油に作用する抵抗によって切り換えられる。油圧シリンダ20が伸長作動の場合には、図4(a)と図5(b)に示すように、第1比例リリーフ弁33を通る作動油の流れによってオンロードとアンロードとの制御が行われる。一方、油圧シリンダ20が短縮作動の場合には、図5(a)と図4(b)に示すように、第2比例リリーフ弁34を通る作動油の流れによってオンロードとアンロードとの制御が行われる。
By the way, in the semi-active
<車体の制振効果>
次に、本実施形態による車体の制振効果に対するシミュレーション結果について、図6を用いて説明する。図6に、図1に示す制振装置による制振効果を表すシミュレーション図を示す。
<Vibration damping effect of car body>
Next, the simulation result for the vibration damping effect of the vehicle body according to the present embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows a simulation diagram showing the vibration damping effect of the vibration damping device shown in FIG.
図6は、車体の振動に伴う左右加速度PSD(Power Spectral Density:パワースペクトル密度)と振動の周波数との相関図について、特許文献1の制振装置を用いて左右方向の振動に対してのみ制振制御を行った場合(X1)と、特許文献1の制振装置を用いてロール方向の振動に対してのみ制振制御を行った場合(X2)と、本実施形態に係る鉄道車両の制振装置10を用いて左右方向(左右並進方向又はヨー方向)の振動とロール方向の振動とを両方共に制振制御した場合(X3)と、を比較したシミュレーション図である。図6の縦軸には、左右加速度PSDを対数目盛で表し、横軸には、周波数を対数目盛で表している。一般に、鉄道車両の走行時に乗客の乗り心地に影響を与える周波数は、0.5〜2.0Hz付近であることが知られている。
FIG. 6 shows a correlation diagram between the left-right acceleration PSD (Power Spectral Density) associated with the vibration of the vehicle body and the vibration frequency, and controls only the vibration in the left-right direction by using the vibration damping device of
図6に示すように、左右方向の振動に対してのみ制振制御を行った場合(X1)には、1〜2Hz付近において左右加速度PSDが低下し、制振効果の改善がみられるが、0.5〜0.7Hz付近では左右加速度PSDが上昇し、制振効果が悪化する。また、ロール方向の振動に対してのみ制振制御を行った場合(X2)には、0.5〜0.7Hz付近において左右加速度PSDが僅かに低下し、制振効果の改善が若干みられるが、0.9〜1.2Hz付近では左右加速度PSDが大幅に上昇し、制振効果が悪化する。 As shown in FIG. 6, when the vibration damping control is performed only for the vibration in the left-right direction (X1), the left-right acceleration PSD decreases in the vicinity of 1 to 2 Hz, and the vibration damping effect is improved. In the vicinity of 0.5 to 0.7 Hz, the left-right acceleration PSD increases and the damping effect deteriorates. Further, when the vibration damping control is performed only for the vibration in the roll direction (X2), the left-right acceleration PSD slightly decreases in the vicinity of 0.5 to 0.7 Hz, and the vibration damping effect is slightly improved. However, in the vicinity of 0.9 to 1.2 Hz, the left-right acceleration PSD increases significantly and the damping effect deteriorates.
これに対して、本実施形態に係る鉄道車両1の制振装置10を用いて左右方向(左右併進方向又はヨー方向)の振動とロール方向の振動とを制振制御した場合(X3)には、0.5〜0.7Hz付近で左右加速度PSDが上昇するのをX1、X2より抑制できるとともに、0.9〜1.2Hz付近で左右加速度PSDが大幅に上昇するのも抑制できている。その結果、0.5〜2.0Hzにおいて左右加速度PSDを全体的に低減でき、鉄道車両1の走行時に乗客の乗り心地に影響を与える周波数である0.5〜2.0Hz付近において制振効果の改善がみられる。
On the other hand, when the
<作用効果>
以上、詳細に説明した本実施形態に係る鉄道車両1の制振装置10によれば、振動センサ7には、少なくとも車体2のロール方向への振動を検出する第1センサ71を備え、制御コントローラ6は、第1センサ71の検出信号に基づいて第1荷重指令信号を算出し、当該第1荷重指令信号に基づいてセミアクティブ制振用ダンパ5の切り替え制御を行うので、少なくとも車体2のロール方向への振動を簡単に低減することができる。その結果、車体2のロール方向への振動に対する制振制御が可能な、鉄道車両1の制振装置10を提供することができる。
<Effect>
According to the
また、本実施形態によれば、振動センサ7には、第1センサ71の他に、車体2の左右並進方向又はヨー方向への振動を検出する第2センサ72を備え、制御コントローラ6は、第2センサ72の検出信号に基づいて第2荷重指令信号を算出し、第1荷重指令信号と第2荷重指令信号とを切り替えてセミアクティブ制振用ダンパ5の切り替え制御を行うので、車体2のロール方向への振動と車体2の左右並進方向又はヨー方向への振動とをそれぞれ簡単に低減することができる。その結果、車体2のロール方向への振動に対する制振制御と車体2の左右並進方向若しくはヨー方向への振動に対する制振制御とを簡単な方法で両立させることが可能な鉄道車両1の制振装置10を提供することができる。
Further, according to the present embodiment, the
また、本実施形態によれば、制御コントローラ6は、第1荷重指令信号の大きさと第2荷重指令信号の大きさとを比較し、大きい方の荷重指令信号を選択してセミアクティブ制振用ダンパ5の切り替え制御を行うので、車体2のロール方向への振動と車体2の左右並進方向又はヨー方向への振動とを振動の大きい方から優先的に低減することができる。その結果、車体2のロール方向への振動と車体2の左右並進方向若しくはヨー方向への振動とをより効率的に低減させる制振制御が可能な鉄道車両1の制振装置10を提供することができる。
Further, according to the present embodiment, the control controller 6 compares the magnitude of the first load command signal with the magnitude of the second load command signal, selects the larger load command signal, and selects a semi-active vibration damping damper. Since the switching control of 5 is performed, the vibration of the
また、本実施形態によれば、制御コントローラ6は、鉄道車両1の走行地点における線路情報により、第1センサ71の検出信号及び第2センサ72の検出信号から、それぞれ特定の周波数の信号を排除した上で、第1荷重指令信号及び第2荷重指令信号をそれぞれ算出するので、例えば、鉄道車両1が曲線区間を走行するときの車体2の遠心力に伴う特定の振動を予め除いた状態で、第1荷重指令信号及び第2荷重指令信号を算出することができる。そのため、車体2におけるロール方向の振動と左右並進方向又はヨー方向の振動とを、より精度よく判断して、その制振効果を高めることができる。
Further, according to the present embodiment, the control controller 6 excludes signals of specific frequencies from the detection signals of the
<変形例>
以上、本実施形態の鉄道車両の制振装置10を詳細に説明したが、本発明はこれに限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。例えば、本実施形態では、第1センサ71には、車体2のロール方向の角速度を検出するジャイロセンサを用い、第2センサ72には、水平方向の加速度を検出する加速度センサを用いているが、必ずしもジャイロセンサや加速度センサに限る必要はない。例えば、第1センサ71として、ロール方向の振幅等を検出する振動センサでもよく、第2センサ72として、水平方向の振幅等を検出する振動センサでもよい。また、第1センサと第2センサとを別々に設ける必要はなく、両者が1つに合体されたものでもよい。
<Modification example>
Although the
本発明は、鉄道車両の台車と車体間に設けたセミアクティブ制振用ダンパと、当該セミアクティブ制振用ダンパを制御する制御コントローラとを備えた鉄道車両の制振装置として利用できる。 The present invention can be used as a vibration damping device for a railway vehicle including a semi-active vibration damping damper provided between the bogie and the vehicle body of the railway vehicle and a control controller for controlling the semi-active vibration damping damper.
1 鉄道車両
2 車体
3 台車
4 空気ばね
5 セミアクティブ制振用ダンパ
6 制御コントローラ
7 振動センサ
10 制振装置
20 油圧シリンダ
30 油圧回路
71 第1センサ
72 第2センサ
1
Claims (3)
前記振動センサには、少なくとも前記車体のロール方向への振動を検出する第1センサを備え、前記制御コントローラは、前記第1センサの検出信号に基づいて第1荷重指令信号を算出し、当該第1荷重指令信号に基づいて前記セミアクティブ制振用ダンパの切り替え制御を行うこと、
前記振動センサには、前記第1センサの他に、前記車体の左右並進方向又はヨー方向への振動を検出する第2センサを備え、前記制御コントローラは、前記第2センサの検出信号に基づいて第2荷重指令信号を算出し、前記第1荷重指令信号と前記第2荷重指令信号とを切り替えて前記セミアクティブ制振用ダンパの切り替え制御を行うことを特徴とする鉄道車両の制振装置。 On-road and unloading of the semi-active vibration damping damper provided between the bogie and the vehicle body of the railway vehicle, the vibration sensor provided on the vehicle body, and the detection signal of the vibration sensor. It is a vibration damping device for railway vehicles equipped with a control controller that performs switching control.
The vibration sensor includes at least a first sensor that detects vibration in the roll direction of the vehicle body, and the control controller calculates a first load command signal based on the detection signal of the first sensor, and the first load command signal is calculated. 1 Performing switching control of the semi-active vibration damping damper based on the load command signal ,
In addition to the first sensor, the vibration sensor includes a second sensor that detects vibration in the lateral translation direction or the yaw direction of the vehicle body, and the control controller is based on the detection signal of the second sensor. A railroad vehicle vibration damping device characterized in that a second load command signal is calculated and the first load command signal and the second load command signal are switched to control switching of the semi-active vibration damping damper .
前記制御コントローラは、前記第1荷重指令信号の大きさと前記第2荷重指令信号の大きさとを比較し、大きい方の荷重指令信号を選択して前記セミアクティブ制振用ダンパの切り替え制御を行うことを特徴とする鉄道車両の制振装置。 In the vibration damping device for a railway vehicle according to claim 1 ,
The control controller compares the magnitude of the first load command signal with the magnitude of the second load command signal, selects the larger load command signal, and performs switching control of the semi-active vibration damping damper. A vibration damping device for railway vehicles that features.
前記制御コントローラは、前記鉄道車両の走行地点における線路情報により、前記第1センサの検出信号及び前記第2センサの検出信号から、それぞれ特定の周波数の信号を排除した上で、前記第1荷重指令信号及び前記第2荷重指令信号をそれぞれ算出することを特徴とする鉄道車両の制振装置。 In the vibration damping device for a railway vehicle according to claim 1 or 2 .
The control controller removes signals of specific frequencies from the detection signal of the first sensor and the detection signal of the second sensor based on the track information at the traveling point of the railroad vehicle, and then the first load command. A railroad vehicle vibration damping device characterized in that a signal and the second load command signal are calculated respectively.
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