JPH08207765A

JPH08207765A - 鉄道車両の振動制御装置

Info

Publication number: JPH08207765A
Application number: JP7042500A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Ishihara; 広一郎石原; Tomoshi Koizumi; 智志小泉; Toshiaki Matsui; 敏明松井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-02-06
Filing date: 1995-02-06
Publication date: 1996-08-13
Anticipated expiration: 2015-11-06
Also published as: JP3107133B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】鉄道車両の車体に発生する振動を、その振動特
性に応じて制御特性を変え、常に最適状態で制御する鉄
道車両の振動制御装置を提供する。【構成】鉄道車両の車体と台車間に設置した流体アクチ
ュエータ、流体アクチュエータを駆動する制御弁、車体
の振動を検知する検知計、検知計の出力から制御弁への
制御入力を決定する制御器から構成され、車体に発生す
る振動をアクティブに制御する機能を有する鉄道車両の
振動制御装置または該制御装置を有する編成列車におい
て、車両のトンネル内走行とトンネル外走行を地点検知
により区別し、振動制御装置内の制御特性をリアルタイ
ムに選択切り換える機能と、パンタ付き車両と最後尾車
両を検知して区別し、当該車両の制御特性を編成列車中
の他車両の制御特性と異なるように設定する機能のいず
れか一方または両方を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両の車体に発生
する振動を、その振動特性に応じて制御特性を変え、常
に最適状態で制御する鉄道車両の振動制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両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わせて流体ア
クチュエータを設置し、該車体の振動に対し逆位相の制
御力を発生させる方法（特開昭５６−１７７５４号公報
等）が知られている。

【０００３】一方、鉄道車両が曲線路を通過する際に
は、車体に遠心加速度が加わるので、この影響を軽減
し、振動制御能力の低下を防ぐ手段が必要で、そのため
の振動制御装置として特開昭５７−１１１６３号公報の
「車両の振動制御装置」が提案されている。この装置
は、車体と台車の間に設置された流体アクチュエータを
サーボ弁で駆動し振動を抑制するものである。

【０００４】また、鉄道車両に発生する振動を抑制する
装置において、車両の軌道上の位置を検知する装置を備
えたものがある（特公平５−８０３８５号公報）。この
装置は、軌道の凹凸の不整データと位置とを直接関係付
けたデータを、予め測定により得ておき、そのデータと
車両位置を参照して予見制御を加味したフィードバック
制御を行なうものである。この技術の対象は、軌道不整
による車体振動だけであり、他の原因による振動は含ま
れていない。また、軌道の凹凸の詳細データと位置との
関係について、多量のデータを予め軌道測定車等により
測定しておく必要がある。そして、その多量のデータを
制御装置内に記憶しておくため装置が複雑化することは
避けられない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記のごとく、従来の
鉄道車両に発生する振動を抑制する方法としては、種々
の方法が提案されており、それぞれ振動抑制に効果をあ
げている。また、特公平５−８０３８５号公報の発明
は、特定の原因すなわち軌道不整による振動の抑制に効
果をあげている。しかし、列車の走行中に発生する周波
数の異なる全ての振動に対処して振動を抑制する鉄道車
両の振動制御装置は見られなかった。

【０００６】本発明は、前記の現状に鑑み、編成列車の
走行中に発生する異なる周波数の振動に対応し、制御効
果の高い制御データを選択して車体の振動を抑制するこ
とにより、乗り心地の向上を図った鉄道車両の振動制御
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】前記目的を達成するた
め、本発明は次の三つの鉄道車両の振動制御装置からな
る。（１）鉄道車両の車体と台車間に設置した流体アクチ
ュエータ、該流体アクチュエータを駆動する制御弁、車
体の振動を検知する検知計、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制御器から構成され、車体
に発生する振動をアクティブに制御する機能を有する鉄
道車両の振動制御装置において、車両のトンネル内走行
とトンネル外走行を地点検知により区別し、振動制御装
置内の制御特性をリアルタイムに選択切り換える機能を
有することを特徴とする。

【０００８】（２）鉄道車両の車体と台車間に設置し
た流体アクチュエータ、該流体アクチュエータを駆動す
る制御弁、車体の振動を検知する検知計、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制御器から構
成され、車体に発生する振動をアクティブに制御する機
能を有する鉄道車両の振動制御装置を装備した編成列車
において、パンタ付き車両と最後尾車両を検知して区別
し、当該車両の制御特性を編成列車中の他車両の制御特
性と異なるように設定する機能を有することを特徴とす
る。

【０００９】（３）鉄道車両の車体と台車間に設置し
た流体アクチュエータ、該流体アクチュエータを駆動す
る制御弁、車体の振動を検知する検知計、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制御器から構
成され、車体に発生する振動をアクティブに制御する機
能を有する鉄道車両の振動制御装置を装備した編成列車
において、車両のトンネル内走行とトンネル外走行を地
点検知により区別し、振動制御装置内の制御特性をリア
ルタイムに選択切り換える機能と、パンタ付き車両と最
後尾車両を検知して区別し、当該車両の制御特性を編成
列車中の他車両の制御特性と異なるように設定する機能
を有することを特徴とする。

【００１０】

【作用】鉄道車両の走行中に、車体が左右方向に振動し
乗り心地を低下させる要因としては、次の二つに大別さ
れる。（イ）図１に示すように、軌道２８の狂いに起因し
て、輪軸２７→一次ばね系（軸ばね２６）→台車枠２９
→二次ばね系（空気ばね４）→車体１の振動となる車両
の下方からのばね系を介した振動の伝播によるもの。

【００１１】（ロ）図２に示すように、車両が高速走
行する場合、空気の車両回りの流れの圧力により、車体
１が直接振動するもの。

【００１２】前記（イ）と（ロ）の振動形態は、主要な
振動周波数が異なっており、それぞれを区分して考える
ことができる。すなわち、（イ）の軌道の狂いに起因す
るばね系の固有振動数（ヨーイング：１．５Ｈｚ、上心
ローリング：１．２Ｈｚ、下心ローリング：０．８Ｈｚ
付近）は、０．５〜２Ｈｚの範囲にある。また、（ロ）
の空気の流れによる周波数は、３〜６Ｈｚの高周波側に
ある。

【００１３】特に、トンネル内においては、車体とトン
ネル内壁との間の空気の挙動により、高速走行すると車
体に脈動する圧力が加わり、図３に示すように、トンネ
ル外の振動に比べ、周波数が大きくなることがわかっ
た。

【００１４】トンネル外での振動は、図５（Ａ）に示す
ように、下心ローリング共振点ａ、上心ローリング共振
点ｂ及びヨーイング共振点ｃは周波数０．５〜２Ｈｚの
範囲にあり、低周波側の振動が主である。

【００１５】これに対し、トンネル内での振動は、図６
（Ａ）に示すように、周波数０．５〜２Ｈｚの振動ａ、
ｂ、ｃの外に、周波数３〜６Ｈｚの高周波側に車体の空
力による振動ｄが加わり、振動が増加する。

【００１６】前記のごとく、トンネル外では周波数０．
５〜２Ｈｚの振動が主であるのに対し、トンネル内では
低周波振動の外に３〜６Ｈｚの高周波振動が加わること
になるから、これらの周波数に注目して集中して振動制
御する制御設計を行なえばよい。

【００１７】

【数１】

【００１８】例えば、Ｈ∞制御では、周波数０．５〜２
Ｈｚに大きな比重を置いた重みＷ₁と周波数３〜６Ｈｚ
に大きな比重を置いた重みＷ₂のそれぞれにより制御用
データＡ₁とＡ₂を作製しておけばよい。

【００１９】したがって、トンネル外での振動に対して
は、図５（Ｂ）に示すように、周波数０．５〜２Ｈｚに
大きな比重を置いた重みＷ₁により作製された制御用デ
ータＡ₁で制御を行ない、トンネル内での振動に対して
は、図６（Ｂ）に示すように、周波数０．５〜２Ｈｚと
周波数３〜６Ｈｚの両方に大きな比重を置いた重みＷ₂
とにより作製された制御用データＡ₂で制御を行なう。

【００２０】また、パンタ付き車両３０においては、図
４（Ａ）に示すように、車両の高速化に伴い車高が低く
なり、これに従いパンタ３３を取り囲むパンタカバー３
４が巨大化し、走行時に受ける風圧が大きく、また後方
にあってはパンタカバー３４から剥離する空気流がカル
マン渦３２を発生し、パンタ付き車両特有の振動を起こ
している。この場合の振動周波数は、例えば２Ｈｚ前後
が大きくなるため、２Ｈｚに大きな比重を置いた重みＷ
₃と制御用データＡ₃を作製する。

【００２１】更に、図４（Ｂ）に示すように、最後尾車
両３１では、後方に発生するカルマン渦３２と、後続車
両の結合がないことから、図７（Ａ）に示すように、下
心ローリング共振点ａ、上心ローリング共振点ｂに比べ
ヨーイング共振点ｃが大きく（周波数１．５Ｈｚ）、こ
れを特に強く押さえることを考慮した重みＷ₄と制御用
データＡ₄を製作すればよい。そして、図７（Ｂ）に示
すように、重みＷ₄と制御用データＡ₄により制御する。

【００２２】前記のごとく、パッシブな車体の振動特性
は、トンネルの外と内とで違うので、図５（Ｂ）、図６
（Ｂ）からわかるように、Ｈ∞制御の重みＷ₁、Ｗ₂を特
に振動ゲインの大きい周波数に合わせて集中的に重くす
ることによって、制御の結果は飛躍的にその周波数で良
くなる。したがって、リアルタイムで制御設計を変更で
きるようにしておけば、その時々の最適な制御を実施可
能であることがわかる。

【００２３】また、最後尾車両についても同様で、図７
（Ａ）に示すように、パッシブな車体の振動は、他の中
間車両｛図５（Ａ）｝と異なる特性を有するので、最後
尾車両用の制御データを備えておけばよい。ただし、進
行方向が逆になった場合には先頭車両となるので、進行
方向信号により最後尾車両であるか否かを判断する機能
を制御装置に持たせる必要がある。更に、パンタ付き車
両では、制御装置を装着する際に、パンタ付き車両用の
制御データを制御器内にメモリし、使用すればよい。以
上のごとくすることにより、車両位置や車両の種類に応
じた最適な制御を実現できる。

【００２４】なお、本発明は、鉄道車両の車体と台車間
に設置した流体アクチュエータ、該流体アクチュエータ
を駆動する制御弁、車体の振動を検知する検知計、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制御
器から構成され、車体に発生する振動をアクティブに制
御する機能を有する振動制御装置であれば、構造上、制
約を受けることはない。

【００２５】

【実施例】本発明の実施において使用する車体傾斜制御
装置の一例を図８に示す。台車に空気ばね４により支持
された車体１と前台車２、後台車３の間の左右方向に設
置した複動型空圧シリンダ１９（前台車側）、２０（後
台車側）及び比例圧力制御弁１５、１６（前台車側）、
１７、１８（後台車側）からなる流体アクチュエータ
と、車体１の左右振動加速度を検知する左右振動加速度
計７、８または車体１と台車２、３との間の左右相対変
位を検知する左右変位計２２、２３と、これらの左右振
動加速度計または左右変位計の出力及び地点検知装置６
の信号から前記流体アクチュエータへの制御出力を決定
する制御器９からなる。５は左右動ダンパ、２１は空気
源である。

【００２６】前記装置において、地点検知装置６により
検知された検知信号が制御器９に入力されると、車体の
左右振動加速度計７、８で検知した左右振動加速度、車
体１と台車２、３との間の左右変位計２２、２３で検知
した左右相対変位が制御器９に入力される。制御器９内
では、入力された左右振動加速度、左右相対変位がＡ／
Ｄ変換装置１０でディジタル化され、ローパスフィルタ
１１を通して動揺のみを抽出する。そして、これらの検
出信号は制御量演算装置１２に入力される。一方、制御
量演算装置１２に地点検出信号が入力されると、トンネ
ン内か、トンネル外か、あるいは最後尾車両か、パンタ
付き車両かの判断に基づいて、それぞれに対応した制御
用データＡ₁、Ａ₂、Ａ₃、Ａ₄の１つが選定され、その制
御データを基に制御出力が演算され、Ｄ／Ａ変換装置１
３にてアナログ化され、増幅装置１４を通して各比例圧
力制御弁１５、１６、１７、１８に出力する。すると、
前記制御出力に基づいて各比例圧力制御弁が給排気し、
複動型空圧シリンダ１９、２０が駆動され、車体１の傾
斜制御が行なわれる。

【００２７】実施例１前記制御装置を使って請求項１に記載の発明を実施する
場合のフローチャートを図９に示す。地点検知装置６に
より地点が検知されると、軌道データと比較してトンネ
ル内か否かを判断し、ｙｅｓの場合はトンネル内用制御
データＡ₂を使用し、ｎｏの場合はトンネル外用制御デ
ータＡ₁を使用して検知信号を制御量演算装置１２に入
力すると共に、各左右振動加速度計及び左右変位計で検
知したセンサ値を入力してＨ∞制御演算を行ない、制御
出力が行なわれる。

【００２８】実施例２前記制御装置を使って請求項２、３に記載の発明を実施
する場合のフローチャートを図１０に示す。車両種類の
検知装置により、先ずパンタ付き車両か否かを検知し、
ｙｅｓの場合はパンタ付き車両用制御データＡ₃を使っ
て信号を制御量演算装置１２に入力すると共に、センサ
値を入力してＨ∞制御演算を行ない、制御出力が行なわ
れる。また、ｎｏの場合は引き続き中間車両か否かを検
知し、ｙｅｓの場合は先頭車両、中間車両用の制御デー
タＡ₁を使って実施例１と同様にして制御が行なわれ
る。そして、ｎｏの場合は最後尾車両か否かを判断す
る。この場合には進行方向信号を加味して判断される。
ｙｅｓの場合は最後尾車両用制御データＡ₄を使ってＨ
∞制御演算を行ない、制御出力が行なわれる。また、ｎ
ｏの場合は先頭車両、中間車両用の制御データＡ₁を使
って実施例１と同様にして制御が行なわれる。

【００２９】

【発明の効果】この発明の車体傾斜制御装置によれば、
通常のトンネル外の車体振動特性の異なるトンネル内で
も、トンネル外と同様の制御効果を達成できる。また、
パンタ付き車両や最後尾車両のように空力特性の特殊な
車両も制御効果の良い最適な制御ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】軌道不整による車両ばね系を介した振動伝播を
表す説明図である。

【図２】車体に直接作用する空気の流れによる空力学的
力を表す説明図である。

【図３】トンネル内とトンネル外での車体に生じる振動
を比較して示すグラフである。

【図４】（Ａ）はパンタ付き車両に生じる空気の流れの
カルマン渦を示す編成列車の一部斜視図、（Ｂ）は最後
尾車両に生じる空気の流れのカルマン渦を示す編成列車
の一部斜視図である。

【図５】（Ａ）はトンネル外でのパッシブな車両の振動
を示すグラフ、（Ｂ）はトンネル外でのＨ∞制御の重み
と制御効果を示すグラフである。

【図６】（Ａ）はトンネル内でのパッシブな車両の振動
を示すグラフ、（Ｂ）はトンネル内でのＨ∞制御の重み
と制御効果を示すグラフである。

【図７】（Ａ）は最後尾車両のパッシブな車両の振動を
示すグラフ、（Ｂ）は最後尾車両のＨ∞制御の重みと制
御効果を示すグラフである。

【図８】本発明の実施例において使用する車体傾斜制御
装置の制御系の一例を示す説明図である。

【図９】請求項１に記載の発明の実施によりトンネル内
とトンネル外を識別するための制御フローチャートであ
る。

【図１０】請求項２及び３に記載の発明の実施によりパ
ンタ付き車両、最後尾車両を識別するための制御フロー
チャートである。

【符号の説明】

１車体２前台車３後台車４空気ばね５左右動ダンパ６地点検知装置７、８左右振動加速度計９制御器１０Ａ／Ｄ変換装置１１ローパスフィルタ１２制御量演算装置１３Ｄ／Ａ変換装置１４増幅装置１５、１６、１７、１８比例圧力制御弁１９、２０複動型空圧シリンダ２１空気源２２、２３左右変位計２６軸ばね２７輪軸２８軌道２９台車枠３０パンタ付き車両３１最後尾車両３２カルマン渦３３パンタ３４パンタカバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄道車両の車体と台車間に設置した流体
アクチュエータ、該流体アクチュエータを駆動する制御
弁、車体の振動を検知する検知計、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制御器から構成さ
れ、車体に発生する振動をアクティブに制御する機能を
有する鉄道車両の振動制御装置において、車両のトンネ
ル内走行とトンネル外走行を地点検知により区別し、振
動制御装置内の制御特性をリアルタイムに選択切り換え
る機能を有することを特徴とする鉄道車両の振動制御装
置。
【請求項２】鉄道車両の車体と台車間に設置した流体
アクチュエータ、該流体アクチュエータを駆動する制御
弁、車体の振動を検知する検知計、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制御器から構成さ
れ、車体に発生する振動をアクティブに制御する機能を
有する鉄道車両の振動制御装置を装備した編成列車にお
いて、パンタ付き車両と最後尾車両を検知して区別し、
当該車両の制御特性を編成列車中の他車両の制御特性と
異なるように設定する機能を有することを特徴とする鉄
道車両の振動制御装置。
【請求項３】鉄道車両の車体と台車間に設置した流体
アクチュエータ、該流体アクチュエータを駆動する制御
弁、車体の振動を検知する検知計、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制御器から構成さ
れ、車体に発生する振動をアクティブに制御する機能を
有する鉄道車両の振動制御装置を装備した編成列車にお
いて、車両のトンネル内走行とトンネル外走行を地点検
知により区別し、振動制御装置内の制御特性をリアルタ
イムに選択切り換える機能と、パンタ付き車両と最後尾
車両を検知して区別し、当該車両の制御特性を編成列車
中の他車両の制御特性と異なるように設定する機能を有
することを特徴とする鉄道車両の振動制御装置。