JPH0538911A - 鉄道車両のアクテイブ制御による振動抑制方法 - Google Patents

鉄道車両のアクテイブ制御による振動抑制方法

Info

Publication number
JPH0538911A
JPH0538911A JP21794191A JP21794191A JPH0538911A JP H0538911 A JPH0538911 A JP H0538911A JP 21794191 A JP21794191 A JP 21794191A JP 21794191 A JP21794191 A JP 21794191A JP H0538911 A JPH0538911 A JP H0538911A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
control
equation
vehicle body
vehicle
vibration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP21794191A
Other languages
English (en)
Inventor
Koichiro Ishihara
広一郎 石原
Osamu Torii
修 鳥居
Tomoshi Koizumi
智志 小泉
Toshiaki Hirata
都史彰 平田
Toshiaki Matsui
敏明 松井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Industries Ltd filed Critical Sumitomo Metal Industries Ltd
Priority to JP21794191A priority Critical patent/JPH0538911A/ja
Publication of JPH0538911A publication Critical patent/JPH0538911A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Vehicle Body Suspensions (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉄道車両の振動のアクテイブ制御を行なうに
当り制御効果をより高める。 【構成】 LQ制御理論を適用し、そのときの評価関数
とその重みが一定条件を満足し、図10の斜線領域にあ
って、車両の乗り心地線図に基いて人間の体感する周波
数の加速度を選択的に抑制する。 【効果】 体感上決定された乗り心地線図に適応するよ
うに制御することにより、乗り心地が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、体感上決定された乗
り心地線図に適応するように周波数の加速度を制御し、
乗り心地の向上を図った鉄道車両のアクテイブ制御によ
る振動抑制方法に関する。
【0002】
【従来の技術】鉄道車両の車体に発生する左右振動に
は、図6に示すように車体11の中心に揺動中心Oy
あるヨーイング、図7に示す車体11の下方に揺動中心
lがある下心ローリング、および図8に示す車体11
の上方に揺動中心Ouがある上心ローリングの3種類が
ある。前記左右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56−17754号公報の「車
両の振動制御装置」および特開昭59−156860号
公報の「車両の振動制御装置」等が知られている。その
構成は、図9に示すように、車体11(車体前部11
f、車体後部11rで示す)を支持するばね12f、1
2rの間に設置された複動形空気圧シリンダ13f、1
3rを空気圧サーボ弁15f、15rで駆動する方式と
なっており、該空気圧サーボ弁への制御入力は、前記車
体11に設置された加速度検知計16f、16r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2あるいは数3の形のアナログ補修回
路17f、17rにて決定される。
【0004】
【数8】
【0005】
【数9】
【0006】前記3種類の左右振動は、それぞれ異なっ
た固有振動数を持つため、前記アナログ補修回路17
f、17rをそれぞれの左右振動の固有振動数で最適な
ゲイン、位相を持つように設計すれば、常に左右振動を
抑制することができる。なお、図中の18は空気源を示
す。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】鉄道車両はレールの不
整により上下動、左右動、ローリングおよびヨーイング
の振動加速度を受けている。これを二次ばねである空気
ばねで高周波成分を遮断したり、左右動ダンパ、ヨーイ
ングダンパで運動エネルギーを熱エネルギーに変えて車
体になるべく伝達しないように工夫している。しかし、
パッシブな系では、固定された共振周波数を無くするこ
とはできない。また積極的に振動を抑制することは不可
能である。
【0008】したがって、鉄道車両の振動抑制において
は、アクテイブ制御を取り入れることが乗り心地の飛躍
的な向上に不可欠である。しかし、アクテイブ制御はア
クチュエータを高周波の外乱に対してもリアルタイムで
高速に作動させる必要があり、センサーによる外乱のサ
ンプリングから制御器内の演算をとおしてアクチュエー
タを作動させるまでの時間が短いほど良好な制御が得ら
れ、これが重要となる。
【0009】最近、強力な制御理論として注目をあびて
いるLQ制御理論は状態変数の多次元のマトリックス演
算を行なう必要があり、いかに効果的な評価関数を決定
して、効率的な演算で制御効果をあげるかが問題であ
る。また、一般に使用されている鉄道車両用の乗り心地
線図は3〜12Hzで特に厳しい条件となっており周波
数依存性がある。
【0010】この発明は、かかる現状にかんがみ、鉄道
車両の振動のアクテイブ制御を行なうに当り、体感上決
定された乗り心地線図に適応するように周波数の加速度
を制御し、乗り心地の向上を図れる振動抑制方法を提供
するものである。
【0011】
【課題を解決するための手段】LQ制御において、制御
したい物理量を評価関数内へ持ち込むことにより、各物
理量の目標値(この発明においては振動加速度を零に制
御する)へ最適に誘導することができる。また、評価関
数内へアクチュエータの出力信号(この発明の場合は電
圧)を導入することによって、出力値をなるべく小さく
して実現可能な範囲内での最適制御を可能とすることが
できる。このことは、LQ制御において一般に周知のこ
とがらである。
【0012】本発明者らは、評価関数内へ実際に導入す
る物理量の選定と、その各物理量に乗じる重みの最適値
の範囲を見い出すべく研究した。そして、その際に乗り
心地線図との関係を重視し、体感上の効果が得られるよ
うに研究開発した結果、満足できるものが得られること
が判明した。
【0013】人間の感覚を統計処理した結果に基いた鉄
道車両の乗り心地線図は、図2に示すように、振動数3
〜12Hzで加速度を低く押えなければ、体感上良くな
いとされている。すなわち、乗り心地係数1の線より小
さい加速度に押えれば体感上良い。例えば、振動数0.
4Hzでは加速度は0.08gであつてもよいが、振動
数4Hzでは加速度は0.02g以下でなければ良くな
い。
【0014】制御のないパッシブな空気ばね付き台車の
振動、特にヨーイングは、図3中のP0に示すように、
周波数が0.5〜2Hzにピークを有する特性があり、
この範囲は制御を特に強くする必要がある。
【0015】また、左右動(前台車と後台車の振動の位
相が同じで、図4中のP1のように1Hz付近にピーク
がある)は、上下方向の振動を伴い、この上下動はロー
リングとなって現れるが、このローリングは図5に示す
ように、上心ロール(図5中のP3)と下心ロール(図
5中のP2)の共振周波数が近接して現れ、この両者を
ともに効果的に抑制することが必要となる。
【0016】そこで、本発明者らは、評価関数として、
ヨーイング動と左右動を意識して、これらの振動を顕著
に表現するため、車体左右加速度、左右速度および台車
と車体間の相対変位を導入し、またローリング動に着目
して車体の上下加速度、上下速度および上下変位を導入
し、両者を合せさらに出力信号を付加することにより、
上記目的に合致する方式が構成できることを見い出し
た。そして、試験を繰り返し実施することにより、各物
理量に乗ずべき重みを試行錯誤的に選択・調査すること
で、具体的な制御のための数値を得ることができ、乗り
心地線図の乗り心地の非常に良い範囲に納まる制御が実
現できることがわかった。
【0017】この発明は、上記知見に基いて完成された
もので、空気ばね付き台車を有する車両の振動を抑制し
乗り心地の向上を図るためのアクテイブ制御付き台車の
制御方法において、LQ制御理論を適用し、そのときの
評価関数とその重みが下記(1)、(2)の条件を満足
し、車両の乗り心地線図に基いて人間の体感する周波数
の加速度を選択的に制御するのである。
【0018】(1) LQ制御における評価関数Jとし
て数10を選定する。
【0019】
【数10】
【0020】(2) 数10における重みh1、α、ω
n1をおよびh2、β、ωn2を以下のとおり選定する。た
だし、umaxは制御出力uの最大値である。
【0021】
【数11】
【0022】
【数12】
【0023】
【数13】
【0024】
【数14】
【0025】
【数15】
【0026】
【数16】
【0027】
【作用】LQ制御における評価関数J内の各項は2次形
式(2乗の形)をしており、それらが和の形で現れる。
制御は理想的にはこの評価関数の各項を零に収束させる
ことを目標としている。すなわち、J→0になれば理想
的であるが、現実には零に近い値になるに止まる。
【0028】このとき各項に乗じる重みが大のものほ
ど、他の項に比較して優先的に目標値に近づけけられ、
順位づけられることになる。ただし、加速度、速度、お
よび変位は他のものと完全に独立しておらず、時間的な
積分あるいは微分により関係づけられており、重みのき
きかたが必ずしも単純には決らず、重みをあらかじめ決
定することはほとんど不可能である。
【0029】この発明においては、純粋なヨーイング、
左右動のみの制御用評価項として数17を選択し、ロー
リング動の評価項として数18を選び、両者の和を評価
の全体として採用することにより、ヨーイング、左右動
およびローリング動に対して効果のある制御を行なう。
【0030】
【数17】
【0031】
【数18】
【0032】また、各重みの定量的な範囲については、
実験を通して得られた経験に基くものであり、特に理論
的な裏付けはないが、現状の車両の質量、慣性モーメン
ト、寸法あるいは空気ばねの上下、左右方向のばね定数
などの物理量に対応して出てくる振動挙動を上記LQ制
御理論の評価関数の構成に基き最適な範囲を推定するこ
とにより、制御性能を高く保持することが可能となる。
【0033】数10における各重みの範囲を限定したの
は次の理由による。数11および数12としたのは、そ
れぞれ107を超えた値では、加速度に乗じる重みとし
ては大きすぎて過敏となり制御が発散してしまうからで
ある。また、数12および数15としたのは、零にした
い制御量と出力信号uの最大値umaxとの相対的な大小
関係から、十分に大きな重みを制御量に乗じておく必要
があるからで、この発明においては10以上で乗り心地
線図上で乗り心地が非常に良い範囲内に納まる制御結果
が得られることがわかった。ωn1およびωn2は、固有角
振動数を選択することが望ましく、固有角振動数は0.
1π〜10πの間にある。
【0034】
【実施例】この発明の実施例を図面に基いて説明する。
アクテイブ制御付き台車の構成を図1に示す。各車両の
車体8に左右振動加速度計1、上下振動加速度計2を設
け、また台車と車体の間に左右相対変位計3、左右アク
チュエータ用シリンダ5を設けるとともに、台車の左右
側に上下変位計4を設ける。そして、車体の底には制御
器(図面省略)を設ける。なお、図中の6はアクチュエ
ータ圧力計、7はアクチュエータに供給される空気の流
量計である。
【0035】上記装置は、この発明を実施するのに必要
なもっとも簡単な構成であり、さらに上下変位計4に並
列して上下アクチュエータを設け、または左右動、ヨー
イング、ローリングに対する各ダンパを組合せて併用す
ることもできる。
【0036】上記車両の各振動加速度計、相対変位計、
上下変位計からの出力により車両の振動を周波数分析
し、各重みを決定し、LQ制御理論による演算を制御器
で行ない、その制御信号によりアクチュエータを作動し
て車両の振動を制御、抑制する。
【0037】重み係数としては、 h1=104、 α=0.1、 ωn1=1.6π h2=104、 β=0.1、 ωn2=2.8π を用いた。また、出力信号uはアクチュエータに取付け
た流量弁への出力電圧とし最大出力umax=10Vであ
る。
【0038】上記による制御結果の一例として、図10
の乗り心地線図に制御なしの場合(破線区域で示した)
と比較してこの発明の場合を斜線区域で示した。この結
果より、制御なしの比較例では一部乗り心地の悪い範囲
にあるが、この発明の実施によれば、乗り心地が非常に
良い領域に振動の加速度が納まることがわかる。
【0039】
【発明の効果】上記のごとく、この発明は鉄道車両のア
クテイブ制御を行なうに際し、体感上限定された乗り心
地に対応するように制御することにより、体感上大きく
感じる周波数領域の振動を抑制し乗り心地を向上でき
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明を実施するための車両における制御装
置の配置の概略を示す説明図である。
【図2】車両の乗り心地線図である。
【図3】パッシブ状態でのヨーイング動の振動特性を示
す線図である。
【図4】パッシブ状態での左右動の振動特性を示す線図
である。
【図5】パッシブ状態でのローリング動の振動特性を示
す線図である。
【図6】ヨーイング動の説明図である。
【図7】下心ローリング動の説明図である。
【図8】上心ローリング動の説明図である。
【図9】従来の車両のアクテイブサスペンション装置の
一例を示す説明図である。
【図10】この発明の実施例における乗り心地線図であ
る。
【符号の説明】
1 左右振動加速度計 2 上下振動加速度計 3 左右相対変位計 4 上下変位計 5 左右アクチュエータ用シリンダ 6 アクチュエータ圧力計 7 流量計 8 車体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 平田 都史彰 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 松井 敏明 大阪府大阪市此花区島屋5丁目1番109号 住金デザインアンドエンジニアリング株 式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 空気ばね付き台車を有する車両の振動を
    抑制し乗り心地の向上を図るためのアクテイブ制御付き
    台車の制御方法において、LQ制御理論を適用し、その
    ときの評価関数とその重みが下記(1)、(2)の条件
    を満足し、車両の乗り心地線図に基いて人間の体感する
    周波数の加速度を選択的に制御することを特徴とする鉄
    道車両のアクテイブ制御による振動抑制方法。 (1) LQ制御における評価関数Jとして数1を選定
    する。 【数1】 (2) 数1における重みh1、α、ωn1およびh2
    β、ωn2を以下のとおり選定する。ただし、ここでu
    maxは制御出力uの最大値を示す。 【数2】 【数3】 【数4】 【数5】 【数6】 【数7】
JP21794191A 1991-08-02 1991-08-02 鉄道車両のアクテイブ制御による振動抑制方法 Pending JPH0538911A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21794191A JPH0538911A (ja) 1991-08-02 1991-08-02 鉄道車両のアクテイブ制御による振動抑制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP21794191A JPH0538911A (ja) 1991-08-02 1991-08-02 鉄道車両のアクテイブ制御による振動抑制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH0538911A true JPH0538911A (ja) 1993-02-19

Family

ID=16712111

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP21794191A Pending JPH0538911A (ja) 1991-08-02 1991-08-02 鉄道車両のアクテイブ制御による振動抑制方法

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH0538911A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007302204A (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Toyota Motor Corp 走行制御装置
JP2012521931A (ja) * 2009-03-30 2012-09-20 ボンバルディアー トランスポーテーション ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 横揺れ補償を有する車両
CN110316210A (zh) * 2018-03-28 2019-10-11 Kyb株式会社 铁道车辆用减振装置
JP2021039513A (ja) * 2019-09-02 2021-03-11 株式会社豊田中央研究所 車両特性最適化装置、車両特性最適化方法及びプログラム

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007302204A (ja) * 2006-05-15 2007-11-22 Toyota Motor Corp 走行制御装置
JP2012521931A (ja) * 2009-03-30 2012-09-20 ボンバルディアー トランスポーテーション ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング 横揺れ補償を有する車両
CN110316210A (zh) * 2018-03-28 2019-10-11 Kyb株式会社 铁道车辆用减振装置
CN110316210B (zh) * 2018-03-28 2023-10-20 Kyb株式会社 铁道车辆用减振装置
JP2021039513A (ja) * 2019-09-02 2021-03-11 株式会社豊田中央研究所 車両特性最適化装置、車両特性最適化方法及びプログラム

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Adaptive control of a vehicle-seat-human coupled model using quasi-zero-stiffness vibration isolator as seat suspension
JP3525954B2 (ja) 能動型エンジンマウント装置
JP3446959B2 (ja) 運動シーケンスを開ループ又は閉ループ制御可能なシャレを開ループ又は閉ループ制御する信号発生システム
Stribersky et al. Design and evaluation of a semi-active damping system for rail vehicles
JPH04500191A (ja) 運動の進行を減衰させる方法及び装置
Yu et al. Parallel active link suspension: A quarter-car experimental study
Maciejewski et al. Vibration control of an active horizontal seat suspension with a permanent magnet synchronous motor
JP2659032B2 (ja) サスペンションシステムの不快衝撃度を最小にする周波数成形方法
JP4429955B2 (ja) 車両制振装置
JPH0538911A (ja) 鉄道車両のアクテイブ制御による振動抑制方法
US5303155A (en) Method of generating control/regulation signals for a vehicle chassis
JPH08536B2 (ja) 車両の振動制御装置
JPH06219125A (ja) 自動車シャシの閉ループ制御および/または開ループ制御方法およびその方法を実施するための装置
JP2015104966A (ja) 車両のサスペンション装置
Rideout et al. Experimental testing and mathematical modeling of the interconnected hydragas suspension system
JPH05213195A (ja) 鉄道車両のアクティブ制御による振動抑制方法
Segla et al. Comparison of passive and semi-active horizontal platform suspensions
JPH05213196A (ja) 鉄道車両のアクティブ制御による振動抑制方法
Hrovat et al. An experimental comparison between semi–active and passive suspensions for air–cushion vehicles
JPH1086726A (ja) 磁気浮上式サスペンションユニット
Hac et al. Control of suspensions for vehicles with flexible bodies—Part II: Semi-active suspensions
JPH06278443A (ja) 開ループ制御または閉ループ制御可能なシャシを開ループ制御または閉ループ制御する信号を発生する方法および装置
Xu et al. Vibration control of electromagnetic damper system based on state observer and disturbance compensation
Yin et al. Research and development of an electromagnetic actuated active suspension
JP2013052698A (ja) 制振装置及び制振方法