JPH05221315A - 鉄道車両のアクティブサスペンション装置 - Google Patents
鉄道車両のアクティブサスペンション装置Info
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- JPH05221315A JPH05221315A JP6546991A JP6546991A JPH05221315A JP H05221315 A JPH05221315 A JP H05221315A JP 6546991 A JP6546991 A JP 6546991A JP 6546991 A JP6546991 A JP 6546991A JP H05221315 A JPH05221315 A JP H05221315A
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- vertical vibration
- control
- vehicle body
- car body
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Abstract
(57)【要約】
【目的】車体の静荷重を支持する空気ばねの共振が原因
で発生する上下振動の抑制を図る。 【構成】 車体を支持する空気ばね２０、上下振動を抑
制する流体アクチュエータ２２、その流体アクチュエー
タを制御する制御弁３１、３２、３３、３４、加速度検
知計２３、相対変位検知計２４、前記制御弁への制御入
力を決定する多変数ディジタル制御器から構成され、車
体に発生する上下振動を能動的に制御する。 【効果】 車体に発生する上下振動を効率よく抑制でき
る。
で発生する上下振動の抑制を図る。 【構成】 車体を支持する空気ばね２０、上下振動を抑
制する流体アクチュエータ２２、その流体アクチュエー
タを制御する制御弁３１、３２、３３、３４、加速度検
知計２３、相対変位検知計２４、前記制御弁への制御入
力を決定する多変数ディジタル制御器から構成され、車
体に発生する上下振動を能動的に制御する。 【効果】 車体に発生する上下振動を効率よく抑制でき
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、鉄道車両の車体に発
生する振動のうち、特に車体の静荷重を支持する空気ば
ねの共振が原因となって発生する上下方向の振動抑制に
適した鉄道車両のアクティブサスペンション装置に関す
る。
生する振動のうち、特に車体の静荷重を支持する空気ば
ねの共振が原因となって発生する上下方向の振動抑制に
適した鉄道車両のアクティブサスペンション装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】鉄道車両の車体に発生する振動を抑制す
る方法としては、車体と台車の間に振動方向に合せて流
体アクチュエータを設置し、該車体の振動に対し逆位相
の制御力を発生させるのが一般的である。
る方法としては、車体と台車の間に振動方向に合せて流
体アクチュエータを設置し、該車体の振動に対し逆位相
の制御力を発生させるのが一般的である。
【０００３】従来の鉄道車両のアクティブサスペンショ
ン装置としては、特開昭５６ー１７７５４号の「車両の
振動制御装置」等が知られている。その構成は、図６に
示すように、車体１を支持するばね２と並列に設置され
た流体アクチュエータ３をサーボ弁５で駆動する方式と
なっており、該サーボ弁５への制御入力は、前記車体１
に設置された加速度検知計６の出力を用いて、積分、一
次進み、一次遅れおよびゲイン要素から構成される数１
の形のアナログ補償回路７にて決定される。図中の４は
台車、８は流体源を示す。
ン装置としては、特開昭５６ー１７７５４号の「車両の
振動制御装置」等が知られている。その構成は、図６に
示すように、車体１を支持するばね２と並列に設置され
た流体アクチュエータ３をサーボ弁５で駆動する方式と
なっており、該サーボ弁５への制御入力は、前記車体１
に設置された加速度検知計６の出力を用いて、積分、一
次進み、一次遅れおよびゲイン要素から構成される数１
の形のアナログ補償回路７にて決定される。図中の４は
台車、８は流体源を示す。
【０００４】
【数１】
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、サ
ーボ弁への制御入力を決定する補償回路は車体、ばね、
流体アクチュエータ、サーボ弁、加速度検出計から構成
される制御対象を１入力１出力の伝達関数モデルで記述
し、これに古典制御理論を適用して設計されたものであ
るため、例えば複数の検知計を用いて制御を行ないたい
場合には制御対象が多出力モデルとなり、さらに各出力
間には干渉が存在するため、古典制御理論による補償回
路の設計がきわめて困難となり、より高度な制御の実現
性に問題があった。
ーボ弁への制御入力を決定する補償回路は車体、ばね、
流体アクチュエータ、サーボ弁、加速度検出計から構成
される制御対象を１入力１出力の伝達関数モデルで記述
し、これに古典制御理論を適用して設計されたものであ
るため、例えば複数の検知計を用いて制御を行ないたい
場合には制御対象が多出力モデルとなり、さらに各出力
間には干渉が存在するため、古典制御理論による補償回
路の設計がきわめて困難となり、より高度な制御の実現
性に問題があった。
【０００６】この発明は、かかる現状にかんがみ、複数
の検知出力を利用できる制御器を用いることにより、良
好な振動制御性能を有する鉄道車両のアクティブサスペ
ンション装置を提供するものである。
の検知出力を利用できる制御器を用いることにより、良
好な振動制御性能を有する鉄道車両のアクティブサスペ
ンション装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】 制御対象を記述するモ
デルとして、従来の伝達関数モデルに代り、制御対象の
内部状態を表現するいくつかの状態変数に関する連立１
階微分方程式（以下状態方程式と記す）モデルを用いる
ことにより、多入力多出力の制御対象も容易に記述で
き、前記状態方程式モデルに現代制御理論を適用するこ
とで、各入出力間の干渉を考慮した制御器を設計でき
る。さらに、制御器をディジタル化してマイクロコンピ
ュータ等に組み込むことによって制御器の信頼性、保守
性も向上する。この発明は、前記知見に基いて完成され
たものである。
デルとして、従来の伝達関数モデルに代り、制御対象の
内部状態を表現するいくつかの状態変数に関する連立１
階微分方程式（以下状態方程式と記す）モデルを用いる
ことにより、多入力多出力の制御対象も容易に記述で
き、前記状態方程式モデルに現代制御理論を適用するこ
とで、各入出力間の干渉を考慮した制御器を設計でき
る。さらに、制御器をディジタル化してマイクロコンピ
ュータ等に組み込むことによって制御器の信頼性、保守
性も向上する。この発明は、前記知見に基いて完成され
たものである。
【０００８】前記目的を達成するため、この発明の鉄道
車両のアクティブサスペンション装置は、車体の静荷重
を支持する空気ばね、該車体の上下振動を抑制するため
の流体アクチュエータ、該流体アクチュエータを制御す
るための制御弁、前記車体の上下振動を検知するための
検知計および該検知計の出力から前記制御弁への制御入
力を決定する多変数ディジタル制御器から構成され、前
記車体に発生する上下振動を能動的に制御する機能を有
するのである。
車両のアクティブサスペンション装置は、車体の静荷重
を支持する空気ばね、該車体の上下振動を抑制するため
の流体アクチュエータ、該流体アクチュエータを制御す
るための制御弁、前記車体の上下振動を検知するための
検知計および該検知計の出力から前記制御弁への制御入
力を決定する多変数ディジタル制御器から構成され、前
記車体に発生する上下振動を能動的に制御する機能を有
するのである。
【０００９】
【作用】車体に設けた加速度検知計の出力と、車体と台
車の間に設けた上下相対変位検知計の出力をＡ／Ｄ変換
装置でディジタル信号に変換してマイクロコンピュータ
に入力する。そして、マイクロコンピュータ内に構成さ
れた多変数ディジタル制御器で計算された制御入力をＤ
／Ａ変換装置でアナログ信号に変換して制御弁に入力し
て流体アクチュエータを制御する。
車の間に設けた上下相対変位検知計の出力をＡ／Ｄ変換
装置でディジタル信号に変換してマイクロコンピュータ
に入力する。そして、マイクロコンピュータ内に構成さ
れた多変数ディジタル制御器で計算された制御入力をＤ
／Ａ変換装置でアナログ信号に変換して制御弁に入力し
て流体アクチュエータを制御する。
【００１０】上記制御弁による流体アクチュエータの駆
動機構の一例として、比例流量制御弁による複動形空気
圧シリンダの駆動機構を図１に基いて説明すれば、複動
形空気圧シリンダ９が中立状態にある場合には、比例流
量制御弁１１、１２、１３、１４はある開度で開放さ
れ、空気源１０から一定の流量で空気を流す。このとき
複動形空気圧シリンダ９内の圧力は給排気の比例流量制
御弁の開度比で決り、開度比が大きいほど圧力は高くな
る。この事実を利用すると、例えば比例流量制御弁１３
に正の制御入力電圧を加えて開度を大きくし、一方比例
流量制御弁１１に同じ大きさの正の制御入力電圧を加え
て開度を大きくすれば、複動形空気圧シリンダ９の下側
空気室の圧力は高くなり、一方上側空気室の圧力は低く
なるので複動形空気圧シリンダ９には図において上向き
の力が発生することになる。上記および実施例におい
て、比例流量制御弁の代りに比例圧力制御弁またはサー
ボ弁を用いてもよいし、また複動形空気圧シリンダの代
りに他の空気圧アクチュエータあるいは油圧アクチュエ
ータを用いてもよい。
動機構の一例として、比例流量制御弁による複動形空気
圧シリンダの駆動機構を図１に基いて説明すれば、複動
形空気圧シリンダ９が中立状態にある場合には、比例流
量制御弁１１、１２、１３、１４はある開度で開放さ
れ、空気源１０から一定の流量で空気を流す。このとき
複動形空気圧シリンダ９内の圧力は給排気の比例流量制
御弁の開度比で決り、開度比が大きいほど圧力は高くな
る。この事実を利用すると、例えば比例流量制御弁１３
に正の制御入力電圧を加えて開度を大きくし、一方比例
流量制御弁１１に同じ大きさの正の制御入力電圧を加え
て開度を大きくすれば、複動形空気圧シリンダ９の下側
空気室の圧力は高くなり、一方上側空気室の圧力は低く
なるので複動形空気圧シリンダ９には図において上向き
の力が発生することになる。上記および実施例におい
て、比例流量制御弁の代りに比例圧力制御弁またはサー
ボ弁を用いてもよいし、また複動形空気圧シリンダの代
りに他の空気圧アクチュエータあるいは油圧アクチュエ
ータを用いてもよい。
【００１１】また、多変数ディジタル制御器の一構成例
を図２に基いて説明すれば、ローパスフィルタ１６は高
周波数域で制御入力を制限することにより、制御弁が追
従できない遮断周波数以上の周波数領域での余分な制御
を抑制する。状態フィードバックゲイン１７は制御対象
１５の内部状態をフィードバックする。状態フィードバ
ックゲイン１７の内容により前記制御器の制御性能が決
定する。しかし、実際には制御対象１５の内部状態全部
が検知できる場合は少ないので状態推定器１８を用いて
検知出力から内部状態を推定する。
を図２に基いて説明すれば、ローパスフィルタ１６は高
周波数域で制御入力を制限することにより、制御弁が追
従できない遮断周波数以上の周波数領域での余分な制御
を抑制する。状態フィードバックゲイン１７は制御対象
１５の内部状態をフィードバックする。状態フィードバ
ックゲイン１７の内容により前記制御器の制御性能が決
定する。しかし、実際には制御対象１５の内部状態全部
が検知できる場合は少ないので状態推定器１８を用いて
検知出力から内部状態を推定する。
【００１２】
【実施例】この発明の実施による鉄道車両のアクティブ
サスペンション装置の一例を図３に基いて説明する。車
体１９を支持する空気ばね２０と並列して設置した複動
形空気圧シリンダ２２を比例流量制御弁３１、３２、３
３、３４および空気源３５からなる駆動装置に接続す
る。そして、各比例流量制御弁はマイクロコンピュータ
２６、Ｄ／Ａ変換装置２７を経て入力される制御信号に
より開閉操作するように設けられる。
サスペンション装置の一例を図３に基いて説明する。車
体１９を支持する空気ばね２０と並列して設置した複動
形空気圧シリンダ２２を比例流量制御弁３１、３２、３
３、３４および空気源３５からなる駆動装置に接続す
る。そして、各比例流量制御弁はマイクロコンピュータ
２６、Ｄ／Ａ変換装置２７を経て入力される制御信号に
より開閉操作するように設けられる。
【００１３】一方、車体１９に設けた加速度検知計２３
および車体１９と台車２１との間に設けた相対変位検知
計２４からの検知信号はＡ／Ｄ変換装置２５を経てマイ
クロコンピュータ２６に入力するように設ける。マイク
ロコンピュータ２６内には状態推定器２８、状態フィー
ドバックゲイン２９およびローパスフィルタ３０からな
る多変数ディジタル制御器が構成されている。
および車体１９と台車２１との間に設けた相対変位検知
計２４からの検知信号はＡ／Ｄ変換装置２５を経てマイ
クロコンピュータ２６に入力するように設ける。マイク
ロコンピュータ２６内には状態推定器２８、状態フィー
ドバックゲイン２９およびローパスフィルタ３０からな
る多変数ディジタル制御器が構成されている。
【００１４】上記多変数ディジタル制御器の設計は、以
下の説明にしたがって、まず連続系の制御器を設計し、
その後該制御器を制御周期１０ｍｓｅｃで離散化する方
法により行なった。ローパスフィルタ３０には固有振動
数ωo、減衰率ξの二次遅れフィルタを用いた。
下の説明にしたがって、まず連続系の制御器を設計し、
その後該制御器を制御周期１０ｍｓｅｃで離散化する方
法により行なった。ローパスフィルタ３０には固有振動
数ωo、減衰率ξの二次遅れフィルタを用いた。
【００１５】
【数２】
【００１６】状態フィードバックゲイン２９は上記ロー
パスフィルタ３０を含めた制御対象に最適レギュレータ
理論を適用して、数３に示す加速度¨ｚ、速度◆ｚ、相
対変位Δｚおよび数１に示す制御入力ｕの重み付き２乗
積分Ｊが最小となるように設計した。
パスフィルタ３０を含めた制御対象に最適レギュレータ
理論を適用して、数３に示す加速度¨ｚ、速度◆ｚ、相
対変位Δｚおよび数１に示す制御入力ｕの重み付き２乗
積分Ｊが最小となるように設計した。
【００１７】
【数３】
【００１８】状態推定器２８には、状態推定誤差の２乗
平均を最小とするように設計されたカルマンフィルタを
用いた。
平均を最小とするように設計されたカルマンフィルタを
用いた。
【００１９】上記のように構成されたアクティブサスペ
ンション装置の周波数特性として、軌道の上下不整に対
する車体の上下振動の応答倍率のゲイン特性ｇaを図４
に示す。比較のためあげた車体、台車および空気ばねの
みで構成された受動的サスペンション装置のゲイン特性
ｇpと比べると空気ばねの共振点付近の周波数領域で応
答倍率が著しく小さくなっていることがわかる。上記多
変数ディジタル制御器の設計は、以下の説明にしたがっ
て、まず連続系の制御器を設計し、その後該制御器を制
御周期１０ｍｓｅｃで離散化する方法により行なった。
ンション装置の周波数特性として、軌道の上下不整に対
する車体の上下振動の応答倍率のゲイン特性ｇaを図４
に示す。比較のためあげた車体、台車および空気ばねの
みで構成された受動的サスペンション装置のゲイン特性
ｇpと比べると空気ばねの共振点付近の周波数領域で応
答倍率が著しく小さくなっていることがわかる。上記多
変数ディジタル制御器の設計は、以下の説明にしたがっ
て、まず連続系の制御器を設計し、その後該制御器を制
御周期１０ｍｓｅｃで離散化する方法により行なった。
【００２０】また、制御系の一巡伝達関数のゲイン特性
を図５に示す。検知出力として加速度のみを用いた場合
にはゲイン特性はｇ1となり、低周波ゲインがかなり小
さい。しかし、相対変位を加えるとゲイン特性はｇ2と
なり、低周波ゲインが大きくなるので、低周波特性（定
常特性を含む）がさらに良くなることがわかる。この例
からわかるように、検知出力の数を増やすことにより、
より良好な制御ができる。
を図５に示す。検知出力として加速度のみを用いた場合
にはゲイン特性はｇ1となり、低周波ゲインがかなり小
さい。しかし、相対変位を加えるとゲイン特性はｇ2と
なり、低周波ゲインが大きくなるので、低周波特性（定
常特性を含む）がさらに良くなることがわかる。この例
からわかるように、検知出力の数を増やすことにより、
より良好な制御ができる。
【００２１】
【発明の効果】上記のごとく、この発明は多変数ディジ
タル制御器を使うことにより、複数の検知出力を用いて
より良好な制御が実現できる。
タル制御器を使うことにより、複数の検知出力を用いて
より良好な制御が実現できる。
【図１】この発明の実施における比例流量制御弁を用い
た複動形空気圧シリンダの駆動機構の一例を示す説明図
である。
た複動形空気圧シリンダの駆動機構の一例を示す説明図
である。
【図２】この発明の実施における多変数ディジタル制御
器の構成の一例を示す説明図である。
器の構成の一例を示す説明図である。
【図３】この発明の実施による鉄道車両のアクティブサ
スペンション装置のブロック図である。
スペンション装置のブロック図である。
【図４】この発明装置の軌道の上下不整に対する車体の
上下振動の応答倍率のゲイン特性ｇaを示すグラフであ
る。
上下振動の応答倍率のゲイン特性ｇaを示すグラフであ
る。
【図５】この発明装置の制御系の一巡伝達関数のゲイン
特性を示すグラフである。
特性を示すグラフである。
１、１９ 車体 ２ ばね ３ 流体アクチュエータ ４、２１ 台車 ５ サーボ弁 ６、２３ 加速度検知計 ７ アナログ補償回路 ８ 流体源 ９、２２ 複動形空気圧シリンダ １０ 空気源 １１、１２、１３、１４ 比例流量制御弁 １５ 制御対象 １６、３０ ローパスフィルタ １７、２９ 状態フィードバックゲイン １８、２８ 状態推定器 ２０ 空気ばね ２４ 相対変位検知計 ２５ Ａ／Ｄ変換装置 ２６ マイクロコンピュータ ２７ Ｄ／Ａ変換装置 ３１、３２、３３、３４ 比例流量制御弁
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成５年２月２２日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】追加
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施における比例流量制御弁を用い
た複動形空気圧シリンダの駆動機構の一例を示す説明図
である。
た複動形空気圧シリンダの駆動機構の一例を示す説明図
である。
【図２】この発明の実施における多変数ディジタル制御
器の構成の一例を示す説明図である。
器の構成の一例を示す説明図である。
【図３】この発明の実施による鉄道車両のアクティブサ
スペンション装置のブロック図である。
スペンション装置のブロック図である。
【図４】この発明装置の軌道の上下不整に対する車体の
上下振動の応答倍率のゲイン特性ｇaを示すグラフであ
る。
上下振動の応答倍率のゲイン特性ｇaを示すグラフであ
る。
【図５】この発明装置の制御系の一巡伝達関数のゲイン
特性を示すグラフである。
特性を示すグラフである。
【図６】従来の鉄道車両の振動制御装置の説明図であ
る 。
る 。
【符号の説明】 １、１９ 車体 ２ ばね ３ 流体アクチュエータ ４、２１ 台車 ５ サーボ弁 ６、２３ 加速度検知計 ７ アナログ補償回路 ８ 流体源 ９、２２ 複動形空気圧シリンダ １０ 空気源 １１、１２、１３、１４ 比例流量制御弁 １５ 制御対象 １６、３０ ローパスフィルタ １７、２９ 状態フィードバックゲイン １８、２８ 状態推定器 ２０ 空気ばね ２４ 相対変位検知計 ２５ Ａ／Ｄ変換装置 ２６ マイクロコンピュータ ２７ Ｄ／Ａ変換装置 ３１、３２、３３、３４ 比例流量制御弁
Claims (1)
- 【請求項１】 車体の静荷重を支持する空気ばね、該車
体の上下振動を抑制するための流体アクチュエータ、該
流体アクチュエータを制御するための制御弁、前記車体
の上下振動を検知するための検知計および該検知計の出
力から前記制御弁への制御入力を決定する多変数ディジ
タル制御器から構成され、前記車体に発生する上下振動
を能動的に制御する機能を有することを特徴とする鉄道
車両のアクティブサスペンション装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6546991A JPH05221315A (ja) | 1991-03-05 | 1991-03-05 | 鉄道車両のアクティブサスペンション装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6546991A JPH05221315A (ja) | 1991-03-05 | 1991-03-05 | 鉄道車両のアクティブサスペンション装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05221315A true JPH05221315A (ja) | 1993-08-31 |
Family
ID=13288008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6546991A Pending JPH05221315A (ja) | 1991-03-05 | 1991-03-05 | 鉄道車両のアクティブサスペンション装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05221315A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100604380B1 (ko) * | 2004-12-30 | 2006-07-25 | 한국철도기술연구원 | 3차 현수기능을 갖는 철도차량용 대차 |
| US8079310B2 (en) * | 2009-11-25 | 2011-12-20 | LTK Consulting Services, Inc. | Vertical position compensating device for a vehicle |
| RU2531527C2 (ru) * | 2009-09-15 | 2014-10-20 | Бомбардье Транспортейшн Гмбх | Обнаружение неисправностей подвески железнодорожного вагона |
| WO2016072511A1 (ja) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Ｋｙｂ株式会社 | サスペンション装置およびサスペンション制御装置 |
-
1991
- 1991-03-05 JP JP6546991A patent/JPH05221315A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100604380B1 (ko) * | 2004-12-30 | 2006-07-25 | 한국철도기술연구원 | 3차 현수기능을 갖는 철도차량용 대차 |
| RU2531527C2 (ru) * | 2009-09-15 | 2014-10-20 | Бомбардье Транспортейшн Гмбх | Обнаружение неисправностей подвески железнодорожного вагона |
| US8079310B2 (en) * | 2009-11-25 | 2011-12-20 | LTK Consulting Services, Inc. | Vertical position compensating device for a vehicle |
| WO2016072511A1 (ja) * | 2014-11-07 | 2016-05-12 | Ｋｙｂ株式会社 | サスペンション装置およびサスペンション制御装置 |
| JP2016088359A (ja) * | 2014-11-07 | 2016-05-23 | Ｋｙｂ株式会社 | サスペンション装置およびサスペンション制御装置 |
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