JPH11139310A - 鉄道車両の振動制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 振動制御用の流体アクチュエータを併用する
ことなく、曲線通過時のストッパ当たりを防止し得る鉄
道車両の振動制御方法を提供する。 【解決手段】 車体の静荷重を支持する空気ばね９に流
体作動機構を併設し、該流体作動機構に供給される空気
を制御するための制御弁６、車体の振動を検知するため
の検知計及び該検知計の出力から前記制御弁への制御入
力を決定する制御器２からなる装置において、曲線通過
を検知するセンサと減衰力を可変としたダンパ３を設
け、直線走行時はダンパを低減衰状態に保持し、曲線通
過時はダンパを高減衰状態に切り替えて制御する。ま
た、ダンパの減衰力に見合った制御データを選択して制
御演算を行ないダンパの減衰力の切り替えを行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両が左右方
向に変位する際、ストッパ当たりを防止して振動制御す
る方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の車体と台車の間は、ばねやダ
ンパ等の緩衝器で連結されており、車体は台車に対し左
右方向の変位が許容されている。しかし、その左右方向
変位は、建築限界を侵さないように台車との間に左右方
向の動きを規制するため左右動ストッパが装着されてい
る。そして、車体と左右動ストッパとの間には、通常ス
トッパの左右側に均等の隙間が設けられている。

【０００３】通常、車両の走行中に車体振動が発生する
と、直線区間では車体と左右動ストッパとの隙間によ
り、台車から車体への直接振動の伝達は防止されている
が、曲線区間では超過遠心力により高速時は外軌側へ、
低速時は内軌側へ定常変位を生じ、隙間が左右均等でな
くなり、左右動ストッパに接触しやすくなる。そして、
左右動ストッパに接触し続けるか、または左右動ストッ
パに衝撃的に当たる場合には台車振動が直接車体へ伝達
され、乗客の乗り心地を悪くする。

【０００４】前記ストッパ当たりによる乗り心地の低下
を防止するため、従来は左右動ストッパの左右の隙間を
更に拡大する方法、左右動ストッパの材質を柔らかくし
て接触時の衝撃を緩和する方法、及び空気ばねの左右剛
性を高くして車体の変位を抑制する方法等が行われてい
るが、いずれもなんらかの欠点がある。また、これらの
欠点を改善したものとして、振動制御装置を有する車両
において、曲線通過時の検知信号により求めた制御出力
を前記振動制御装置内の流体アクチュエータに出力して
車体を中立位置に保持する方法（特開平８−２６１１０
号公報参照）が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記振動制御装置内の
流体アクチュエータを使って曲線通過時の車体を中立位
置に保持する方法によれば、曲線区間通過時も直線区間
走行時と同様の乗り心地が得られるが、振動制御のため
の流体アクチュエータを併用するため、本来の制御効果
の低下や消費エネルギーの増加を来たす恐れがある。

【０００６】本発明は、前記従来法に見られる欠点を排
除するため、振動制御用の流体アクチュエータを併用す
ることなく、曲線通過時のストッパ当たりを防止し得る
鉄道車両の振動制御方法を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の鉄道車両の振動制御方法は、車体の静荷重
を支持する空気ばねに流体作動機構を併設し、該流体作
動機構に供給される作動流体を制御するための制御弁、
車体の振動を検知するための検知機構及び該検知機構の
出力から前記制御弁への制御入力を決定する制御演算装
置からなる装置において、曲線通過を検知するセンサと
減衰力を可変としたダンパを設け、直線走行時はダンパ
を低減衰状態に保持し、曲線通過時はダンパを高減衰状
態に切り替えて制御することを特徴とする。

【０００８】また、前記振動制御方法において、ダンパ
の減衰力に見合った制御データを選択して制御演算を行
いダンパの減衰力の切り替えを行なうことを特徴とす
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】車体に設置した加速度センサによ
り車体に作用している左右振動加速度を検出し、０．５
Ｈｚ程度のローパスフィルタを用いて定常成分（超過遠
心加速度）を検出するか、あるいは角度検出機構により
台車のボギー角を検出して、その検出信号を制御器に入
力して、直線区間走行か曲線区間通過かを判断するなど
の方法により、直線走行区間と曲線走行区間で台車と車
体の間に設けた左右動ダンパの減衰力を切り替える。そ
の左右動ダンパの減衰力は、曲線区間通過時は鉄道車両
用として一般的に使用されている２０ｋｇｆ／ｃｍ／ｓ
程度か、あるいは少しかための３０ｋｇｆ／ｃｍ／ｓ程
度を使用し、直線区間走行時は曲線区間通過時の半分の
１０ｋｇｆ／ｃｍ／ｓ程度を使用するように切り替え
る。

【００１０】前記のごとく、鉄道車両が曲線区間を通過
する際は、左右動ダンパの減衰力は通常どおりか、また
はそれより高い状態で、振動制御が行われるので、振幅
が押えられストッパ当たりを防止できる。また、鉄道車
両が直線区間を走行する際は、左右動ダンパの減衰力は
曲線区間通過時の半分程度に低く押さえているため、振
動制御用のアクチュエータに対し抵抗として働く左右動
ダンパの影響を少なくすることにより、振動制御装置の
制振効果を高め、同時に消費エネルギーの節約ができ
る。更に、ストッパ当たりの防止を左右動ダンパの減衰
力の切り替えのみで行なうため、振動制御用のアクチュ
エータが発生する駆動力が少なくてすみ、消費エネルギ
ーも節減できる。そして、車両は曲線区間においても直
線区間と同様にストッパ当たりを防止して走行できるか
ら、曲線区間通過時の乗り心地を低下させることがな
い。

【００１１】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明を実施するための振動制御装置を備えた
車両の説明図である。車体７は空気ばね９により台車８
に支持されており、車体７と台車８の間には、複動式空
気圧シリンダ４とストッパ５のストッパ当たりを防止す
るための、減衰力の切り替えが可能な左右動ダンパ３が
設置される。その減衰力の切り替えは、車体に設けた加
速度センサ１で検知した車体振動の検知信号を制御器２
に入力して、ここでデータと比較して曲線区間か直線区
間かを判断し、その結果に基づいて制御信号を左右動ダ
ンパ３に入力して行われる。また、作動流体として空気
を使用する場合、前記複動式空気圧シリンダ４への空気
の供給は制御弁６を介して行われるが、加速度センサ１
で検知した車体振動の検知信号を制御器２に入力して、
ここで制御量を演算し、図示しない空気源から送られる
空気を制御弁６で制御して供給するように構成される。

【００１２】前記減衰力の切り替えが可能な左右動ダン
パ３の一例を図２に示す。ダンパ内には２つの絞り１
０、１１があって、減衰力を発生させるが、さらに油室
とシリンダ左室との間に電磁弁１２が設けられており、
この電磁弁１２の開閉により発生する減衰力の切り替え
ができる構造からなる。

【００１３】前記装置において、加速度センサ１で車体
の振動を検知し、制御器２で制御量を演算して、空気源
から送られる空気を制御弁６で制御することにより、複
動式空気圧シリンダ４に力を発生させると共に、加速度
センサ１で検知した加速度の大きさや振動数によって車
体の振動が抑制される。

【００１４】前記振動制御の動作と同時に、加速度セン
サ１で検知した検知信号が制御器２に入力されると、デ
ータと比較して曲線区間か直線区間かを判断し、曲線区
間の場合には減衰力が大きくなるように、また直線区間
の場合には減衰力が小さくなるように、制御信号が左右
動ダンパ３に出力され、減衰力の切り替えが行われる。

【００１５】また、予め制御器２にダンパの減衰力に対
応した制御データを入力しておき、曲線区間通過かどう
かを判断して、曲線通過中なら高減衰用制御データを選
択し、また曲線通過中でない場合には低減衰用制御デー
タを選択して制御演算を行い減衰力の切り替えが行うこ
とができる。前記した左右動ダンパの減衰力切り替え制
御のフローチャートを図３に示す。

【００１６】また、使用する制御データに関しては、図
４に示すように、一般に減衰が小さい場合には、減衰が
高い場合に比べ共振周波数が低くなり、応答は共振付近
で大きく、高周波域では小さくなる。そこで、制御につ
いては、低減衰用の制御データとしては、低周波域での
高減衰用の制御データは、比較的高減衰域での制御効果
が得られるように設定する。例えば、制御則としてＨ∞
制御を用いるならば、低減衰用制御データでは共振周波
数付近の制御重みを大きくし、高減衰用の制御データと
しては高周波側での制御重みを大きくしたデータを使用
する。

【００１７】

【発明の効果】本発明の実施によれば、車体振動制御用
アクチュエータを併用することなく、曲線区間通過時の
ストッパ当たりを防止することができ、乗り心地を低下
することがない。また、特開平８−２６１１０号公報に
開示された従来の方法では、流体アクチュエータにより
車体の中立位置への保持のため５００ｋｇｆ程度の出力
が必要となるが、これは振動制御自体に必要とされる出
力と同程度か、やや大きい値となっており、消費エネル
ギーの著しい増加が発生する。また、場合によっては、
振動制御に必要となる出力が十分に得られなくなる恐れ
があり、アクチュエータの大型化が必要となることもあ
る。一方、本発明では、ダンパの減衰力による車体振幅
の低減によりストッパ当たりを回避するため流体アクチ
ュエータを使用する方法に対して外部からエネルギーを
投入する必要がないため、消費エネルギーを低減でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施による鉄道車両の振動制御装置の
一例を示す説明図である。

【図２】本発明の実施における左右動ダンパの一例を示
す説明図である。

【図３】本発明の実施による左右動ダンパの減衰力の切
り替え制御のフローチャートである。

【図４】制御データの減衰力の違いによる振動を比較し
て示すグラフである。

【符号の説明】

１ 加速度センサ ２ 制御器 ３ 左右動ダンパ ４ 複動式空気圧シリンダ ５ ストッパ ６ 制御弁 ７ 車体 ８ 台車 ９ 空気ばね １０、１１ 絞り １２ 電磁弁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 博之 東京都千代田区丸の内一丁目６番５号 東 日本旅客鉄道株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体の静荷重を支持する空気ばねに流体
   作動機構を併設し、該流体作動機構に供給される作動流
   体を制御するための制御弁、車体の振動を検知するため
   の検知計機構及び該検知機構の出力から前記制御弁への
   制御入力を決定する制御演算装置からなる装置におい
   て、曲線通過を検知するセンサと減衰力を可変としたダ
   ンパを設け、直線走行時はダンパを低減衰状態に保持
   し、曲線通過時はダンパを高減衰状態に切り替えて制御
   することを特徴とする鉄道車両の振動制御方法。
2. 【請求項２】 ダンパの減衰力に見合った制御データを
   選択して制御演算を行い減衰力の切り替えを行なうこと
   を特徴とする請求項１記載の鉄道車両の振動制御方法。