JPH03148370A - 鉄道車両の空気ばね制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、空気ばね付き台車を有する鉄道車両の空気
ばねの内圧変動を、電磁弁を用いた電子制御により抑制
した制御方法に関する。

従来の技術 空気ばね付き台車を有する鉄道車両は、個々の空気ばね
高さを連結棒を用いて機械的に検知し、その動きを高さ
調整弁のレバーに伝えて弁の開閉を行ない、高さの修正
、内圧の調整を行なってい。

た。

この高さ調整弁は、空気ばね高さを個々に調整するもの
であり、車両がカント逓減区間で停車した場合は、高さ
調整弁が自動的に働き、各空気ばね高さを＝定に保とう
とするため、次のようなメカニズムにより内圧の低下が
生じ、輪重抜けが発生することがあった。

すなわち、カント逓減区間では内軌側と外軌側のレール
高さが異なり軌道ねじれを生じているため、車両がカン
ト逓減区間に停車すれば、前後台車は異なる頼斜角で傾
くので、高さ調整弁の作動により、第８図に示すように
、前台車（９）　と後台車（１０）では反対方向のモー
メントが働き、両者が釣合う角度に車体は傾斜する。そ
のため、前後台車の片方の対角線上に位置する空気ばね
の内圧が低下し、他方の対角線上に位置する空気ばねの
内圧との間に不均一が生じ（第５図参照）、各車輪の負
担する荷重に不均一が生じる。その結果、輪重変動が大
きく、荷重分担の少ない車輪は、いわゆる輪重抜けを生
じ、車両の再起動時に脱線する。

危険がある。

従来の空気ばね制御においても、輪重変動を少しでもす
くなくするために、左右空気ばねの間を差圧弁で接続し
ているが、設定差圧値を超える左右空気ばねの内圧差が
生じた場合には差圧弁が連通するが、カント区間でのカ
ント負けを防止する観点から、この設定差圧をあまり小
さくできず、また前後台車間では設定差圧値の２倍の圧
力差を許容しているため、輪重変動を十分に小さくでき
なかった。

発明が解決しようとする課題 上記のごとく、従来の空気ばね付き台車を有する鉄道車
両は、機械的な方法で各空気ばねごとに高さ調整を行う
とともに、左右空気ばねの閏を差圧弁で接続して内圧の
不均一を防止してはいるが、十分な制御はできなかった
。

また、カント逓減区間では空気ばねの内圧変動に起因す
る輪重抜けが発生するので、車両の脱線を防止し、安全
を確保するため空気ばねの内圧変動を小さく押える必要
がある。

また、空気ばねの内圧制御においては、制御の目標値に
迅速に収束させるため、目標値からのずれの大きさに応
じて空気流量を換えて給排気する必要−がある。

この発明は、上記間厘点を排除し、空気ばねの内圧変動
、輪重変動を小さく押える制御を安定して行いうる鉄道
車両の空気ばね制御方法を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するため、この発明は、空気ばね台車を
有する鉄道車両において、前後台車の各空気ばねに、連
続的に計測する高さ検出器、圧力計および給気弁と排気
弁を設け、各高さ検出器および圧力計の検出信号を制御
器に入力し、前後台車の対角線上にある空気ばれ内圧の
和の差の絶対値の設定差圧または前後台車の同じ側の前
後空気ばね内圧の差の絶対値の設定差圧、左右空気ばね
間の設定平均高さと比較演算して、制御器からの制御信
号により各給気弁および排気弁を開閉操作して、各空気
ばねの内圧を設定差圧内に納まるよ。

うに制御する方法において、各給気弁および排気弁と空
気ばねとを接続する配管途中に、絞９最の異なる電磁弁
の複数を並列して設け、給排気する必要空気量に応じて
開閉する電磁弁の組合せを換えて各弁の給排気を行なう
ことにある。

作　　　用　　　　　　　　 第３図に示すように、前台車（９）の空気ばね（１）　
（２）と後台車（１０）め空気ぼね（３）　（４）のそ
れぞれの内圧をＰ＝　、Ｐｇ　、Ｐ−、Ｐ４とし、また
ばね高さをｈｆｉ−、ｈ雪、ｈｓ、、Ｎ番とし、前後台
車の空気ばねの内圧の差の絶対値が設定差圧ΔＰ、より
小さい、すなわち、 １Ｐｓ　　Ｐｕｇ＜ΔＰ。

ＩＰ蓄−Ｐ＠１〈ΔＰ。

を満足するように空気ばねの内圧制御を行うか、また仲
、前後台車の対角線上にある空気ばねの内圧の和の差の
絶対値が設定差圧ΔＰ、より小さい、すなわち、　　　
　 ｌ　（Ｉｓ　十Ｐ４　Ｊ　　　（ＰＩ　＋Ｐｓ　）　ｌ
　＜ΔＰ。

を満足するように空気ばねの内圧制御を行えば、空気ば
ねの内圧変動を小さく押えることができる。

また、カント区間においては、左右空気ばねの内圧に差
がなければ、第７図に示すように、前台車（９）、後台
車（１０）ともに内軌側に向けてモーメントが発生しカ
ント負けが起る。

しかし、例えば第７図の状態で第６図に示すように外軌
側の空気ばね（２）　（４）の内圧Ｐ雪、Ｐａが低く、
内軌側の空気ばね（ＩＯ２）の内圧Ｐ鳳、Ｐｓが高いカ
ント区間では、十分に左右空気ばね内圧の間に差を発生
させ、カント負は現象の発生を防止することができる。

空気ばね高さ制御は、連続的に計測できる高さ検出器、
例えば第４図に示すロータリエンコーダ（５）　　を車
体側に取着し、そのロータリエンコーダ回転角を計るレ
バー（１６）を台車側に取着した装置により、高さを角
度に変換しデジタル信号として制御器に入力することに
より、ばね高さを連続的に検知し、車両が軌道の平坦部
、カント区間あるいはカント逓減区間のいずれにあるか
を迅速に判断することができ、その車体位置に応じて微
妙な。

高さ制御が行われる。すなわち、車両がカント逓減区間
にある場合は、次の２式を満足するように制御する。

ｌ　　ｈｉ＋ｈｓｌ ただし、Δｈｅは設定高さに対する不感帯幅、上記２式
全満足していないとき、制御器からの出力により弁が開
閉操作され高さ制御が行われる。

上記のごとく、カント逓減区間では、空気ばねの左右平
均高さを所定範囲内に納める制御を行うことにより、車
体を安定状態に保つことができる。

また、平坦部、カント区間では、各空気ばねの高さがΔ
ｈ、内に納まるように個々に制御することにより、車体
の傾きをより正確に制御することができる。

上記空気ばねの内圧制御における各給気弁および排気弁
により給排気する際、そのときの給排気する必要空気量
の変動に従って、絞り量の異なる複数の電磁弁の中から
所要の電磁弁を組合せて開閉し、空気流量を微細に調整
することにより、空気ばねの内圧変動を小さく押えると
ともに滑らかな制御を行うことができる。

実施例 この発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図に示すように、鉄道車両の前台車（９）　と後台
車（１０）の左右側に設けた空気ばね（１）　（２）お
上び（３）　（４）の夫々に、高さ検出器として第４図
に示す要領でロータリエンコーダ（５）　を設置し、ま
た圧力計（１７）を設ける。

また、元空気溜（６）　と各空気ばね（１）〜（４）の
間を接続した配管（７）の途中に、給気弁（１１）　（
１２）（１３）　（１４）を設けるとともに、他に設け
た排気管に排気弁（２１）　（２２）　（２３）　（２
４）を設ける。さらにこれら給気弁と排気弁と各空気ば
ねの間の配管に電磁弁群（１８）を設置する。そして、
各ロータリエンコーダ（５）および各圧力計（１７）の
検出信号を制御器（８）。

に入力するように配線し、また各給気弁、排気弁および
各電磁弁群を開閉する制御器（８）　からの出力（電圧
あるいは電流）を伝えるための配線をする。

上記電磁弁群（１８）は、第２図に示すように、複数（
図面には４個を示す）の開口面積の異なる電磁弁（１ｇ
−１）　（１８−２）　（１８−３）　（１ｇ−４）を
並列してなり、その中から任意の弁を組合せて開閉する
ることにより最終開口面積を段階的に調整できるように
構成されており、給排気する必要空気量１こ応じて開閉
する弁の組合せを制御器からの出力信号により自動的に
操作する。

この発明による空気ばねの電子制御は、先に記載したと
おり、前後台車の各空気ばねの内圧と高さを連続して検
知し、車両がどのような軌道上にあるかを判断し、前台
車（９）と後台車（ｌＯ）の同側にある前後空気ばね（
１）　（３）および（２）　（４）の内圧のの差の絶対
値ＩＰＩ−ｐａｌおよびＩＰ冨−Ｐ、１が設定差圧ΔＰ
、を超えているときは、制御器（８）から各弁へ制御信
号を流して各弁の開閉を行ない、前後空気ばねの内圧の
差が左右いずれの側も設定差圧内に納まるように制御し
、かつ車両がカント逓減区間にあれば、前台車後台車の
左右空気ばね（１）　（２）および（３）　（４）の高
さの平均が設定高さ内に納まるように制御する。

また、前後台車の対角線上にある空気ばねの内圧の和の
差の絶対値 ｌ　　（ＰＩ　　＋Ｐ４　　）　　　　ＣＰｘ　　十Ｐ
ｓ　　）　　１が設定差圧ΔＰ、内に納める制御を採用
しているときに、この絶対値がΔＰ、を超えているとき
は、上記と同様にして各弁の開閉を行なう。

また、車両がカント区間にあれば、各空気ばねの高さを
Δｈ、内に納まるように個々に制御するので自然に内軌
側空気ばねの内圧が外軌側空気ばねの内圧より高くなり
左右空気ばねの内圧の間に差が発生し、カント負は現象
の発生を防止する。

上記制御において、電磁弁（１８−１）　（１８−２）
　（１８−３）（１ｇ−４）の有効開口面積を例えば０
．５、ｌ、２．４腸膳３、給気弁と排気弁の有効開口面
積を−１０■♂とした場合、最終開口面積は０．５閤１
１　ピッチで０．５゜〜７．５＋ｓａ＋”の間ｉ５段階
の調整ができることになる。

このようにして、電磁弁の開閉の組合せによ吟、弁開口
の微細調整により必要空気量に応じて給排気が行われる
。

次に、この発明の空気ばね電子制卿方法を鉄道車両（長
さ２０ｍ）に実施し、カント１０５膳■を有する曲率半
径１５０ｍの白線路（カント逓減率γ−１７２７５）で
試験を行なった。この際の内圧の許容差圧は０．４Ｋｇ
／　ｃ＋＋＋”　、高さ制御の不感帯幅は±５■■とし
た。

試験は、５Ｋｍ／ｈ走行中およびカント区間、カント逓
減区間における代表地点に車両を停止して行なった。ま
た、内圧制御によって車両が安定するまでの時間も測定
した。なお、比較のため、電磁弁群（１８）がなく給気
弁と排気弁のみからなる電子制御法（比較例という）お
よび従来の高さ調整弁を用いた方法（従来例という：左
右差圧弁の差圧設定値１．２Ｋｇ／ｃｍ”　）でも試験
をした。その結果を第１表に示す。

この結果より、こめ発明の実施によれば、空気。

ばねの内圧変動を低く押えことができ、また制御の収束
が速く、安定した制御ができることがわかる。

（以下余白） １１　　　４１　　　１　　　　ｆｆ　　　　ＭＭＩ発
明の効果 この発明は、鉄道車両の空気ばねの内圧と高さを連続的
に検出して電気信号化して制御器に入力し、車両が軌道
の平坦部、カント区間およびカント逓減区間のいずれに
あるかを判断し、前後台車の対角線上にある空気ばね内
圧の和の差の絶対値が設定差圧内に納まるように制御す
るか、あるシーは、−後台車の同じ側にある前後空気ば
ねの内圧の差の絶対値が設定差圧内に納まるように制御
し、かつカント逓減区崗では前後台車の左右空気ばね。

高さの平均が設定高さ内に納まるように制御し、平坦部
、カント区間では各空気ばねの高さがー々に設定高さ内
に納まるように電ｊ制御するから、常に滑らかで安定し
た制御ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の空気ばね制御方法を実施するための
装置を設けた鉄道車両用空気ばね装置を示す説明図、第
２図はｉｌ図中の電磁弁群（１８）の詳細を示す説明図
、第３図はこの発明の実施において各空気ばねの内圧（
Ｐ、〜Ｐ４）および高さ（ｈ＋−ｈ４）を示した説明図
、第４図はロータリエンコーダの説明図、第５図は車両
がカント逓減区間にある際の空気ばね内圧の高低を示す
説明図、第６図は車両がカント区間にある際の空気ばね
内圧の高低を示す説明図、第７図は車両がカント区間に
ある際の前台車（ａ図）および後台車（ｂ図）に作用す
るモーメントを示す説明図、第８図は車両がカント逓減
区間にある際、車体の前部と後部に発生するモーメント
を示す説明図であり、ａ図はカント逓減区間と車体との
関係を、ｂ図は車体前部のモーメントを、Ｃ図は車体後
部のモーメントを、それぞれ示す。 １〜４・・・空気ばね ５・・・ロータリエンコーダ ６・一元空気溜　　　　　　７・・・配管８・−・制御
器　　　　　　　９・−前台車１０・−・後台車 １１〜１４−・−給気弁　　　　　１５・・−車体１７
・・・圧力計　　　　　　　１８−・−電磁弁群２１〜
２４−・排気弁 第２図 第３図 一［ｌ：Ｉ二：：　　Ｐ：ｈＩ：ｕ、。 第５図 第６図 第７図 （ａ）　　　　　（ｂ） 第８図 （ａ） １５車体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　空気ばね台車を有する鉄道車両の前後台車の各空気
   ばねに、連続的に計測する高さ検出器、圧力計および給
   気弁と排気弁を設け、各高さ検出器および圧力計の検出
   信号を制御器に入力し、前後台車の対角線上にある空気
   ばね内圧の和の差の絶対値の設定差圧、または前後台車
   の同じ側の前後空気ばね内圧の差の絶対値の設定差圧、
   左右空気ばね間の設定平均高さと比較演算して、制御器
   からの制御信号により各給気弁および排気弁を開閉操作
   して、各空気ばねの内圧を設定差圧内に納まるように制
   御する方法において、各給気弁および排気弁と空気ばね
   とを接続する配管途中に、絞り量の異なる電磁弁の複数
   を並列して設け、給排気する必要空気量に応じて開閉す
   る電磁弁の組合せを換えて各弁の給排気を行なうことを
   特徴とする鉄道車両の空気ばね制御方法。