KR101300893B1 - 철도 차량의 진동 억제 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 과제는 대차의 횡방향 요동 진동을 억제할 수 있는 철도 차량의 진동 억제 장치를 제공하는 것이다.

대차(3)에 대한 차체(10)의 횡방향 요동을 억제하는 철도 차량(1)의 진동 억제 장치이며, 차체(10)의 횡방향의 가속도 검출 신호에 따라서 차체(10)의 횡방향 요동을 억제하도록 댐퍼(9)의 감쇠력을 스카이훅 세미 액티브 제어칙을 이용하여 제어하는 제1 제어 모드와, 대차(3)의 횡방향 요동 진동을 억제하도록 댐퍼(9)를 작동시키는 제2 제어 모드와, 차체(10)의 횡방향의 가속도 검출 신호와 상하 방향의 가속도 검출 신호에 따라서 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하는 수단과, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에 제1 제어 모드로부터 제2 제어 모드로 절환하는 수단을 구비하는 구성으로 했다.

대차, 차체, 철도 차량, 댐퍼, 가속도 센서

Description

철도 차량의 진동 억제 장치{VIBRATION RESTRAINT APPARATUS FOR RAILROAD CAR}

본 발명은 차체의 횡방향 요동을 억제하는 세미 액티브 서스펜션을 탑재한 철도 차량의 진동 억제 장치에 관한 것이다.

철도 차량은, 주행시에 받는 횡풍(橫風)이나 궤도 외란 등에 의해 차체가 횡방향으로 흔들린다.

차체의 횡방향 요동을 억제하기 위해, 진동 억제를 위한 동력원을 필요로 하지 않는 세미 액티브 서스펜션을 탑재한 것이 있다.

이 종류의 세미 액티브 서스펜션은, 예를 들어 일본 특허 공개 평10-297485호 공보에 개시되어 있는 바와 같이, 차체가 대차로부터 받는 충격을 흡수하는 에어 스프링과, 대차에 대한 차체의 횡방향 요동에 의해 신축하는 댐퍼와, 차체의 횡방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서와, 가속도 센서의 검출 신호에 따라서 댐퍼의 작동을 제어하는 컨트롤러 등에 의해 구성된다.

컨트롤러가 댐퍼의 작동을 스카이훅 세미 액티브 제어칙을 이용하여 제어함으로써, 댐퍼의 진동 에너지를 활용하여 차체의 횡방향 요동이 유효하게 억제된다.

철도 차량은, 레일에 구름 접촉하는 차륜의 답면(踏面)에 구배가 마련되어 있고, 이 구배에 의해 좌우의 차륜이 각각 좌우의 레일의 내측을 향하도록 구성되어 있기 때문에, 직선 구간 주행시 등에 대차가 사행하는 경향이 있다.

이 대차의 사행은, 차륜의 답면에 마련되는 구배를 적정하게 설정하는 동시에, 서스펜션에 마련되는 부시류의 경도를 적정하게 설정하는 것 등에 의해 억제되고 있다.

그러나, 차륜의 답면의 마모가 진행되거나, 부시류의 경시 열화가 진행된 경우, 혹은 궤도 조건이 나쁜 곳을 주행하는 경우에, 대차의 사행을 억제할 수 없어, 대차에 고주파의 횡방향 요동 진동이 발생하는 일이 있었다.

세미 액티브 서스펜션을 탑재하는 철도 차량에 있어서는, 대차에 고주파의 횡방향 요동 진동이 발생한 경우에, 스카이훅 세미 액티브 제어가 행해지면, 차체의 횡방향 요동 진동은 억제되지만, 댐퍼의 감쇠력이 부족하여 대차의 횡방향 요동 진동을 충분히 억제할 수 없는 일이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 대차의 횡방향 요동 진동을 억제할 수 있는 철도 차량의 진동 억제 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 대차에 대한 차체의 횡방향 요동을 억제하는 철도 차량의 진동 억제 장치이며, 대차에 대한 차체의 횡방향 요동에 의해 신축하는 감쇠력이 가변인 댐퍼와, 차체의 횡방향의 가속도와 상하 방향의 가속도를 검출하는 가속도 검출 수단을 구비하고, 차체의 횡방향의 가속도 검출 신호에 따라서 차체의 횡방향 요동을 억제하도록 댐퍼의 감쇠력을 스카이훅 세미 액티브 제어칙을 이용하여 제어하는 제1 제어 모드와, 대차의 횡방향 요동 진동을 억제하도록 댐퍼를 작동시키는 제2 제어 모드와, 차체의 횡방향의 가속도 검출 신호와 상하 방향의 가속도 검출 신호에 따라서 대차의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하는 수단과, 대차의 횡방향 요동 진동 발생시에 제1 제어 모드로부터 제2 제어 모드로 절환하는 수단을 구비하는 구성으로 했다.

본 발명에 따르면, 통상 주행시에는, 댐퍼의 감쇠력이 스카이훅 세미 액티브 제어됨으로써 차체의 횡방향 요동이 억제되어, 승차감이 양호하게 유지된다.

한편, 대차가 사행하는 것에 의해 대차에 고주파의 횡방향 요동 진동이 발생했을 때에는, 댐퍼의 작동이 절환됨으로써, 대차의 고주파의 횡방향 요동 진동이 억제되어, 철도 차량의 주행 안정성을 높일 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태를 첨부 도면을 기초로 하여 설명한다.

도1은 철도 차량의 진동 억제 장치의 시스템도이다. 도1에 도시하는 바와 같이, 철도 차량(1)은 레일(2) 위를 주행하는 대차(3)와, 사람이나 짐을 적재하는 차체(10)를 구비한다. 철도 차량(1)의 전방부과 후방부에 대차(3)가 1대씩 설치된다.

대차(3)는, 좌우의 레일(2) 위를 구름 이동하는 좌우의 차륜(4)과, 각 차륜(4)을 회전 가능하게 지지하는 차축(5)과, 차축(5)과 대차 프레임(6)과의 사이에 설치되는 좌우의 현가 스프링(7)을 구비한다. 각 현가 스프링(7)은 대차 프레임(6)에 대해 차축(5)을 지지하고, 차축(5)의 상하 방향의 움직임을 흡수한다.

차륜(4)은 레일(2)에 구름 접촉하는 답면(4a)을 갖는다. 답면(4a)에는 차륜(4)의 회전 중심선에 대해 경사지는 구배가 마련된다. 좌우의 차륜(4)에 마련되는 답면(4a)의 구배는, 서로 배반하도록 레일(2)의 외측을 향하고 있고, 중력에 의해 좌우의 차륜(4)이 좌우의 레일(2)의 내측을 향하도록 되어 있다.

대차(3)와 차체(10)와의 사이에 좌우의 에어 스프링(8)이 설치된다. 각 에어 스프링(8)은 대차(3)에 대해 차체(10)를 지지하고, 대차(3)의 상하 방향의 움직임을 흡수한다.

대차(3)와 차체(10)와의 사이에 댐퍼(9)가 설치된다. 댐퍼(9)는 차량(1)의 진행 방향에 대해 수평 횡방향(이하, 간단히 횡방향이라 함)에 대해 신축하고, 차체(10)의 횡방향의 진동을 억제한다.

댐퍼(9)는, 그 신축에 수반하여 흐르는 작동유(작동 유체)에 부여하는 저항을 가변으로 하는, 감쇠력 가변 댐퍼이고, 세미 액티브 서스펜션을 구성한다. 컨트롤러(20)로부터 보내지는 신호에 의해 댐퍼(9)의 감쇠력이 무단계로 절환된다.

도2는 감쇠력 가변 댐퍼의 구성도이다. 도2에 도시하는 바와 같이, 댐퍼(9)는, 실린더(32) 내에 미끄럼 이동 가능하게 수납되는 피스톤(34)과, 피스톤(34)에 결합되는 피스톤 로드(33)를 구비한다. 대차(3)와 차체(10) 중 한쪽에 실린더(32) 가 연결되고, 다른 쪽에 피스톤 로드(33)가 연결되고, 대차(3)에 대해 차체(10)가 횡방향으로 상대 변위함으로써, 실린더(32)에 대해 피스톤(34)과 피스톤 로드(33)가 미끄럼 이동한다.

실린더(32) 내는 피스톤(34)에 의해 로드측 압력실(35)과 엔드측 압력실(36)로 구획된다. 실린더(32)의 외측에 탱크실(37)이 마련된다.

댐퍼(9)는, 작동유를 로드측 압력실(35)로부터 탱크실(37)로 유도하는 유니 플로우 통로(41)와, 탱크실(37)로부터 엔드측 압력실(36)을 향하는 작동유의 흐름에 대해 밸브 개방하는 압축측 체크 밸브(51)와, 엔드측 압력실(36)로부터 로드측 압력실(35)을 향하는 작동유의 흐름에 대해 밸브 개방하는 신장측 체크 밸브(52)를 구비한다.

댐퍼(9)가 수축 작동하는 압축측 행정에서, 압축측 체크 밸브(51)가 폐쇄되고, 신장측 체크 밸브(52)가 개방되어, 피스톤 로드(33)의 침입 체적분의 작동유가 오리피스(53)와 유니 플로우 통로(41)를 통해 로드측 압력실(35)로부터 탱크실(37)로 흐른다.

댐퍼(9)가 신장 작동하는 신장측 행정에서, 신장측 체크 밸브(52)가 폐쇄되고, 압축측 체크 밸브(51)가 개방되어, 작동유가 오리피스(53)와 유니 플로우 통로(41)를 통해 로드측 압력실(35)로부터 탱크실(37)로 흐른다.

피스톤(34)과 피스톤 로드(33)는 그 단면적비가 2 : 1로 되어 있고, 댐퍼(9)의 압축측 행정과 신장측 행정에서, 오리피스(53)와 유니 플로우 통로(41)를 흐르는 작동유의 유량이 동등하고, 동일한 감쇠 특성이 얻어진다.

유니 플로우 통로(41)에는 비례 전자기 릴리프 밸브(42)와 감쇠 밸브(43)가 병렬로 개재 장착되는 동시에, 비례 전자기 릴리프 밸브(42) 또는 감쇠 밸브(43)에 작동유를 선택적으로 유도하는 전자기 절환 밸브(44)가 개재 장착된다. 비례 전자기 릴리프 밸브(42)는 컨트롤러(20)로부터의 신호에 의해 밸브 개방압을 바꿀 수 있다. 감쇠 밸브(43)는 댐퍼(9)의 속도에 비례하여 감쇠력을 높이는 것이다. 컨트롤러(20)의 이상시 등에 전자기 절환 밸브(44)가 작동유를 감쇠 밸브(43)로 유도하는 위치로 절환되면, 댐퍼(9)가 감쇠 계수를 일정하게 하는 패시브 댐퍼로서 기능한다.

댐퍼(9)는, 로드측 압력실(35)과 엔드측 압력실(36)을 연통하는 연통로(45)를 구비하고, 이 연통로(45)에 신장측 언로드 밸브(46)가 개재 장착된다.

댐퍼(9)는, 엔드측 압력실(36)과 탱크실(37)을 연통하는 연통로(47)를 구비하고, 이 연통로(47)에 압축측 언로드 밸브(48)가 개재 장착된다.

전자기 절환 밸브(44), 비례 전자기 릴리프 밸브(42), 신장측 언로드 밸브(46), 압축측 언로드 밸브(48)는, 컨트롤러(20)로부터의 신호에 의해 개폐 작동한다.

컨트롤러(20)는 스카이훅 세미 액티브 제어시에 신장측 언로드 밸브(46)와 압축측 언로드 밸브(48)의 한쪽을 온(ON)으로 하여 밸브 개방시키고, 다른 쪽을 오프(OFF)로 하여 밸브 폐쇄시키고, 전자기 절환 밸브(44)를 비례 전자기 릴리프 밸브(42)로 작동유를 유도하는 위치로 절환하는 동시에, 비례 전자기 릴리프 밸브(42)의 밸브 개방압을 제어한다.

신장측 언로드 밸브(46)를 온으로 하여 밸브 개방시키고, 압축측 언로드 밸브(48)를 오프로 하여 밸브 폐쇄시키는 스카이훅 세미 액티브 제어시, 댐퍼(9)가 신장 작동하는 신장측 행정에서는, 로드측 압력실(35)로부터 엔드측 압력실(36)을 향하는 작동유가 신장측 언로드 밸브(46)를 통해 흘러 통로 압력 손실에 의한 매우 낮은 감쇠력이 발생한다. 한편, 댐퍼(9)가 수축 작동하는 압축측 행정에서는, 로드측 압력실(35)로부터 탱크실(37)을 향하는 작동유가 유니 플로우 통로(41)를 통해 흐르고, 제어 지령을 기초로 한 감쇠력이 비례 전자기 릴리프 밸브(42)에 의해 발생한다.

신장측 언로드 밸브(46)를 오프로 하여 밸브 폐쇄시키고, 압축측 언로드 밸브(48)를 온으로 하여 밸브 개방시키는 스카이훅 세미 액티브 제어시, 댐퍼(9)가 신장 작동하는 신장측 행정에서는, 로드측 압력실(35)로부터 엔드측 압력실(36)을 향하는 작동유가 유니 플로우 통로(41)를 통해 흐르고, 비례 전자기 릴리프 밸브(42)에 의해 제어 지령을 기초로 한 감쇠력이 발생한다. 한편, 댐퍼(9)가 수축 작동하는 압축측 행정에서는, 엔드측 압력실(36)로부터 탱크실(37)을 향하는 작동유가, 압축측 언로드 밸브(48)를 통해 흘러 통로 압력 손실에 의한 매우 낮은 감쇠력이 발생한다.

도1에 도시하는 바와 같이, 차체(10)의 가속도를 검출하는 수단으로서, 차체(10)에 가속도 센서(15)가 대차(6)의 바로 위쪽 대략 중앙부에 위치하여 설치된다. 가속도 센서(15)는 2축의 가속도를 검출하는 것으로, 차체(10)의 횡방향의 가속도(ax)를 검출하는 동시에, 차체(10)의 상하 방향의 가속도(az)를 검출한다.

또한, 차체(10)의 가속도를 검출하는 수단으로서, 1축의 가속도를 검출하는 가속도 센서를 2개 설치해도 좋다.

컨트롤러(20)는 가속도 센서(15)의 검출 신호를 입력하고, 댐퍼(9)가 발생하는 감쇠력을 스카이훅 세미 액티브 제어칙의 원리를 이용하여 제어한다.

이 스카이훅 세미 액티브 제어칙은, 움직이지 않는 벽과 차체(10)와의 사이에 가상 댐퍼를 설치한 것으로 하고, 가상 댐퍼가 발생하는 감쇠력의 방향과 댐퍼(9)가 발생하는 감쇠력의 방향이 동일한 경우에, 이 가상 댐퍼가 발생하는 감쇠력을 댐퍼(9)의 감쇠력으로서 발생시키고, 가상 댐퍼가 발생하는 감쇠력의 방향과 댐퍼(9)가 발생하는 감쇠력의 방향이 반대인 경우에는, 댐퍼(9)의 감쇠력을 통로 압력 손실에 의한 매우 낮은 감쇠력으로 하는 것이다.

스카이훅 세미 액티브 제어의 일례로서, X를 차체(10)의 횡방향의 변위로 하고, Y를 대차(3)의 횡방향의 변위로 하고, dX/dt를 차체(10)의 횡방향의 절대 속도로 하고, d(X - Y)/dt를 차체(10)에 대한 대차(3)의 횡방향의 상대 속도로 하고, Cs를 스카이훅 감쇠 계수로 하고, 감쇠력(F)을 이하와 같이 하여 연산한다.

(dX/dt) × {d(X - Y)/dt} ≥ 0일 때에는, 감쇠력(F)을 다음 식으로 연산한다.

F = Cs × (dX/dt) … (1)

(dX/dt) × {d(X - Y)/dt} < 0일 때에는, 감쇠력(F)을 F ≒ 0으로 한다.

컨트롤러(20)는 감쇠력(F)에 따른 지령 신호를 댐퍼(9)에 출력하고, 댐퍼(9)가 감쇠력(F)을 발생한다.

그런데, 차륜(4)의 답면(4a)의 마모가 진행되거나, 도시하지 않은 부시류의 경시 열화가 진행된 경우에, 대차(3)가 사행하여, 대차(3)의 횡방향 요동 진동이 발생한다.

대차(3)의 횡방향 요동 진동이 발생한 경우에, 통상 주행시와 마찬가지로 스카이훅 세미 액티브 제어가 행해지면, 댐퍼(9)가 대차(3)의 움직임을 차체(10)에 전달하지 않도록 대차(3)의 진동을 절연하기 때문에, 대차(3)가 사행하는 움직임을 조장하는 경우가 있고, 댐퍼(9)가 대차(3)의 횡방향 요동을 억제할 수 없어, 철도 차량(1)의 고속 주행을 방해할 가능성이 있다.

이것에 대처하여, 컨트롤러(20)는, 차체(10)의 가속도 검출 신호에 따라서 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하고, 횡방향 요동 진동 발생시에는 대차(3)의 진동을 억제하도록 댐퍼(9)의 제어 모드를 변경한다.

컨트롤러(20)는, 대차(3)의 횡방향 요동 진동이 발생하지 않는 통상 주행시에 스카이훅 감쇠 계수(Cs)로 하여 (1)식을 기초로 하여 감쇠력(F)을 연산하고, 차체(10)의 진동을 억제하는 댐퍼(9)의 스카이훅 세미 액티브 제어를 행한다. 한편, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에 감쇠력(F)을 차체(10)의 횡방향의 절대 속도(dX/dt)에 의존하지 않고, 감쇠력(F)을 일정하게 하여, 대차(3)의 횡방향 요동 진동을 억제한다. 구체적으로는, 비례 전자기 릴리프 밸브(42)에 부여하는 지령치를 일정하게 하고, 신장측 언로드 밸브(46)를 오프로 하고, 압축측 언로드 밸브(48)를 오프로 한다.

컨트롤러(20)는, 차체(10)의 가속도 검출 신호에 따라서 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하는 수단으로서, 가속도 센서(15)에 의해 차체(10)의 횡방향의 가속도(ax)와 상하 방향의 가속도(az)에 따라서 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정한다.

대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에는, 대차(3)가 사행하는 것에 의해, 차체(10)가 횡방향으로 흔들리는 동시에, 각 차륜(4)의 답면(4a)에 마련된 구배에 의해 대차(3)가 현가 스프링(7)을 통해 상하 방향으로 흔들리고, 차체(10)가 에어 스프링(8)을 통해 상하 방향으로 흔들린다. 댐퍼(9)의 스카이훅 세미 액티브 제어가 행해지고 있으면, 차체(10)의 횡방향의 가속도 진폭(가속도 변화량)(Ax)이 작게 억제되는 한편, 차체(10)의 상하 방향의 가속도 진폭(가속도 변화량)(Az)은 억제되지 않는다. 이로 인해, 차체(10)의 상하 방향의 가속도 진폭(Az)을 차체(10)의 횡방향의 가속도 진폭(Ax)과 아울러 검출함으로써 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하기 쉽게 할 수 있다.

다음에, 컨트롤러(20)에서 실행되는 차체(10)의 가속도 검출 신호에 따라서 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하는 제어 동작을 도3의 흐름도에 따라서 설명한다.

우선, 스텝 1에서, 가속도 센서(15)의 검출 신호를 필터 처리를 행하여, 차체(10)의 횡방향의 가속도(ax)와 상하 방향의 가속도(az)를 판독한다.

계속되는 스텝 2에서, 소정 시간(T)이 경과하는 동안에 판독된 가속도(ax)의 최대치[Max(ax)]와 최소치[Min(ax)]의 차를 가속도 진폭(Ax)으로 하고, 가속도(az)의 최대치[Max(az)]와 최소치[Min(az)]의 차를 가속도 진폭(Az)으로 하여 구한다.

계속되는 스텝 3에서, 횡방향의 가속도 진폭(Ax)에 횡방향 가속도 가중치 부여 계수(α)를 곱한 αㆍAx와, 상하 방향의 가속도 진폭(Az)에 상하 방향 가속도 가중치 부여 계수(β)를 곱한 βㆍAz와의 합(αㆍAx + βㆍAz)이 소정의 임계치(Max1) 이상인지 여부를 판정한다.

여기서, αㆍAx + βㆍAz가 소정의 임계치(Max1)보다 낮다고 판정된 경우, 스텝 8로 진행하고, 이상(異常) 카운트치(Cz)를 클리어한다.

한편, αㆍAx + βㆍAz가 소정의 임계치(Max1) 이상으로 판정된 경우, 스텝 4로 진행하고, 이상 카운트치(Cz)를 카운트한다.

계속되는 스텝 5에서, 카운트치(Cz)가 판정치(Cza)에 도달했는지를 판정한다.

여기서, 카운트치(Cz)가 판정치(Cza)에 도달했다고 판정된 경우, 스텝 6으로 진행하여, 횡방향 요동 진동 발생시 판정 비트(B)를 적용한다.

계속되는 스텝 7에서, 이상 카운트치(Cz)를 초기화하여, 본 루틴을 종료한다.

이와 같이 하여 횡방향 요동 진동 발생시 판정 비트(B)가 적용되면, 다른 루틴에서 제2 제어 모드인 차체(10)의 횡방향의 절대 속도(dX/dt)에 의존하지 않고, 감쇠력(F)을 일정하게 한다. 이것에 의해, 댐퍼(9)의 작동에 의해 대차(3)의 횡방향 요동이 억제되어, 철도 차량(1)의 주행 안정성을 높일 수 있다.

다음에, 컨트롤러(20)에서 실행되는 차체(10)의 가속도 검출 신호에 따라서 대차(3)의 횡방향 요동 진동이 해소되는 횡방향 요동 진동 해소시를 판정하는 제어 동작을 도4의 흐름도에 따라서 설명한다.

우선, 스텝 11에서, 가속도 센서(15)의 검출 신호를 필터 처리를 행하고, 차체(10)의 횡방향의 가속도(ax)와 상하 방향의 가속도(az)를 판독한다.

계속되는 스텝 12에서, 소정 시간(T)이 경과하는 동안에 판독된 가속도(ax)의 최대치[Max(ax)]와 최소치[Min(ax)]의 차를 가속도 진폭(Ax)으로 하고, 가속도(az)의 최대치[Max(az)]와 최소치[Min(az)]의 차를 가속도 진폭(Az)으로 하여 구한다.

계속되는 스텝 13에서, 횡방향의 가속도 진폭(Ax)에 횡방향 가속도 가중치 부여 계수(α)를 곱한 αㆍAx와, 상하 방향의 가속도 진폭(Az)에 상하 방향 가속도 가중치 부여 계수(β)를 곱한 βㆍAz와의 합(αㆍAx + βㆍAz)이 소정의 임계치(Min1) 이하인지 여부를 판정한다.

여기서, αㆍAx + βㆍAz가 소정의 임계치(Min1)보다 높다고 판정된 경우, 스텝 18로 진행하고, 이상 카운트치(Rz)를 클리어한다.

한편, αㆍAx + βㆍAz가 소정의 임계치(Max1) 이하라고 판정된 경우, 스텝 14로 진행하고, 이상 카운트치(Rz)를 카운트한다.

계속되는 스텝 15에서, 카운트치(Rz)가 판정치(Rza)에 도달했는지를 판정한다.

여기서, 카운트치(Rz)가 판정치(Rza)에 도달했다고 판정된 경우, 스텝 16으로 진행하여, 횡방향 요동 진동 발생시 판정 비트(B)를 클리어한다.

계속되는 스텝 17에서, 복귀 카운트치(Rz)를 초기화하여, 본 루틴을 종료한 다.

이와 같이 하여 횡방향 요동 진동 발생시 판정 비트(B)가 클리어되면, 다른 루틴에서 제1 제어 모드인 스카이훅 감쇠 계수(Cs)로 하여 (1)식을 기초로 하여 감쇠력(F)을 연산하고, 차체(10)의 진동을 억제하는 댐퍼(9)의 스카이훅 세미 액티브 제어를 행한다. 이것에 의해, 댐퍼(9)의 작동에 의해 차체(10)의 횡방향 요동이 억제되어, 승차감이 양호하게 유지된다.

이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 대차(3)에 대한 차체(10)의 횡방향 요동을 억제하는 철도 차량(1)의 진동 억제 장치이며, 대차(3)의 횡방향 요동에 의해 신축하는 감쇠력이 가변인 댐퍼(9)와, 차체(10)의 횡방향의 가속도와 상하 방향의 가속도를 검출하는 가속도 센서(가속도 검출 수단)(15)를 구비하고, 차체(10)의 횡방향의 가속도 검출 신호에 따라서 차체(10)의 횡방향 요동을 억제하도록 댐퍼(9)의 감쇠력을 스카이훅 세미 액티브 제어칙을 이용하여 제어하는 제1 제어 모드와, 대차(3)의 횡방향 요동 진동을 억제하도록 댐퍼(9)를 작동시키는 제2 제어 모드와, 차체(10)의 횡방향의 가속도 검출 신호와 상하 방향의 가속도 검출 신호에 따라서 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하는 수단과, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에 제1 제어 모드로부터 제2 제어 모드로 절환하는 수단을 구비하는 구성으로 했다.

이로 인해, 통상 주행시에는 댐퍼(9)의 감쇠력이 스카이훅 세미 액티브 제어됨으로써 차체(10)의 횡방향 요동이 억제되어, 승차감이 양호하게 유지된다. 한편, 대차(3)가 사행하는 것에 의해 대차(3)에 고주파의 횡방향 요동 진동이 발생했 을 때에는 댐퍼(9)의 작동이 절환됨으로써, 대차(3)의 고주파의 횡방향 요동 진동이 억제되어, 철도 차량(1)의 주행 안정성을 높일 수 있다.

제2 제어 모드로서, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에 댐퍼(9)를 감쇠력을 일정하게 하는 패시브 댐퍼로서 기능시킴으로써, 댐퍼(9)가 발생하는 감쇠력에 의해 대차(3)의 횡방향 요동이 억제되어, 철도 차량(1)의 주행 안정성을 높일 수 있다.

제2 제어 모드로서, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에 신장측 언로드 밸브(46), 압축측 언로드 밸브(48)의 양방을 오프로 하여 밸브 폐쇄시키고, 댐퍼(9)의 신축 작동시에 언로드 상태로 되지 않도록 한 것에 의해, 댐퍼(9)가 압축측 행정과 신장측 행정의 양방에서 감쇠력을 발생함으로써 대차(3)의 횡방향 요동이 억제되어, 철도 차량(1)의 주행 안정성을 높일 수 있다.

차체(10)의 가속도 검출 신호에 따라서 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하기 때문에, 대차(3)에 가속도 센서 등을 설치할 필요가 없어, 장치의 비용 상승을 억제할 수 있다.

대차(3)가 사행하는 것에 의해 대차(3)가 횡방향 요동을 일으켜도, 차체(10)의 가속도 검출 신호에 따라서 차체(10)의 횡방향 요동을 억제하도록 댐퍼(9)의 작동을 스카이훅 세미 액티브 제어하고 있는 주행 상태에서는, 차체(10)의 횡방향 요동이 작게 억제됨으로써, 차체(10)의 횡방향의 가속도 진폭은 작다. 이로 인해, 차체(10)의 횡방향의 가속도 진폭에 따라서 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하는 것은 어렵다.

그런데, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에는, 대차(3)가 사행하는 것에 의해, 각 차륜(4)의 답면(4a)에 마련된 구배에 의해 대차(3)가 현가 스프링(7)을 통해 상하 방향으로 흔들리고, 차체(10)가 에어 스프링(8)을 통해 상하 방향으로 흔들린다. 따라서, 차체(10)의 상하 방향의 가속도 진폭(Az)을 검출함으로써 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 확실하게 판정할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 2축의 가속도 센서(15)에 의해 검출되는 차체(10)의 횡방향의 가속도 진폭(Ax)과 상하 방향의 가속도 진폭(Az)에 따라서 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하기 때문에, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 확실하게 판정할 수 있다.

또한, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하는 파라미터로서, 차체(10)의 상하 방향의 가속도 진폭(Az)과 횡방향의 가속도 진폭(Ax) 중 어느 한쪽의 값이 임계치를 초과한 횟수를 카운트하고, 카운트치가 규정 횟수를 초과한 경우에 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시라고 판정해도 좋다.

또한, 상하 방향의 가속도 진폭(Az)과 횡방향의 가속도 진폭(Ax)의 양방의 임계치를 초과한 횟수를 카운트하고, 카운트치가 규정 횟수를 초과한 경우에 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시라고 판정해도 좋다.

또한, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하는 파라미터로서, 횡방향의 가속도(ax)와 상하 방향의 가속도(az)와의 합(ax + az)을 이용하여, 이 합(ax + az)이 임계치를 초과한 횟수를 카운트하고, 카운트치가 규정 횟수를 초과한 경우에 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시라고 판정해도 좋다.

본 실시 형태에서는, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에 댐퍼(9)의 감쇠력을 일정하게 하기 때문에, 대차(3)의 횡방향 요동이 억제되어, 철도 차량(1)의 주행 안정성을 높일 수 있다.

다른 실시 형태로서, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에 스카이훅 세미 액티브 제어를 계속하여 행하여, 댐퍼(9)의 감쇠력(F)을 차체(10)의 횡방향의 절대 속도(dX/dt)와 스카이훅 감쇠 계수(Cs)와의 곱에 의해 구하고, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에 스카이훅 감쇠 계수(Cs)를 높게 해도 좋다. 이 경우, 대차(3)가 사행하는 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에 댐퍼(9)의 감쇠력(F)이 높아짐으로써 대차(3)의 횡방향 요동이 억제되어, 철도 차량(1)의 주행 안정성을 높일 수 있다.

다른 실시 형태로서, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에 도2에 도시하는 전자기 절환 밸브(44)를 작동유가 감쇠 밸브(43)로 유도되는 위치로 절환하고, 댐퍼(9)를 감쇠 계수를 일정하게 하는 패시브 댐퍼로서 기능시켜도 좋다.

이 경우, 통상 주행시에는 유니 플로우 통로(41)를 흐르는 작동유가 비례 전자기 릴리프 밸브(42)로 유도되고, 컨트롤러(20)에 의해 비례 전자기 릴리프 밸브(42)의 밸브 개방압이 스카이훅 세미 액티브 제어된다. 이것에 의해, 차체(10)의 횡방향 요동이 억제되어, 승차감이 양호하게 유지된다.

한편, 대차(3)의 횡방향 요동 진동 발생시에는 전자기 절환 밸브(44)의 위치가 절환되어, 유니 플로우 통로(41)를 흐르는 작동유가 감쇠 밸브(43)로 유도된다. 감쇠 밸브(43)는 댐퍼(9)의 속도에 비례하여 감쇠력을 높이는 특성이고, 댐퍼(9)가 발생하는 감쇠력에 의해 대차(3)의 횡방향 요동이 억제되어, 철도 차량(1)의 주행 안정성을 높일 수 있다.

본 발명은 상기한 실시 형태에 한정되지 않고, 그 기술적인 사상의 범위 내에 있어서 다양한 변경을 할 수 있는 것은 명백하다.

도1은 본 발명의 실시 형태를 나타내는 철도 차량의 진동 억제 장치의 시스템도.

도2는 감쇠력 가변 댐퍼의 구성도.

도3은 제어 변경 처리를 행하는 순서를 나타내는 흐름도.

도4는 통상 제어 복귀 처리를 행하는 순서를 나타내는 흐름도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 철도 차량

2 : 레일

3 : 대차

4 : 차륜

8 : 에어 스프링

9 : 댐퍼

10 : 차체

15 : 가속도 센서

20 : 컨트롤러

Claims (5)

1. 대차에 대한 차체의 횡방향 요동을 억제하는 철도 차량의 진동 억제 장치이며,

   상기 대차에 대한 상기 차체의 횡방향 요동에 의해 신축하는 감쇠력이 가변인 댐퍼와,

   상기 차체의 횡방향의 가속도와 상하 방향의 가속도를 검출하는 가속도 검출 수단을 구비하고,

   상기 차체의 횡방향의 가속도 검출 신호에 따라서 상기 차체의 횡방향 요동을 억제하도록 상기 댐퍼의 감쇠력을 스카이훅 세미 액티브 제어칙을 이용하여 제어하는 제1 제어 모드와,

   상기 대차의 횡방향 요동 진동을 억제하도록 상기 댐퍼를 작동시키는 제2 제어 모드와,

   상기 차체의 상하 방향의 가속도 검출 신호에 따라서 상기 대차의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하는 수단과,

   상기 대차의 횡방향 요동 진동 발생시에 상기 제1 제어 모드로부터 상기 제2 제어 모드로 절환하는 수단을 구비하는 구성으로 한 것을 특징으로 하는 철도 차량의 진동 억제 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 제어 모드로서 상기 댐퍼의 감쇠력을 일정하게 하 는 것을 특징으로 하는 철도 차량의 진동 억제 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 제어 모드로서 상기 댐퍼의 감쇠 계수를 일정하게 하는 것을 특징으로 하는 철도 차량의 진동 억제 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 제2 제어 모드로서 상기 댐퍼의 신축 작동시에 언로드 상태로 되지 않도록 하는 것을 특징으로 하는 철도 차량의 진동 억제 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 차체의 상하 방향의 가속도 검출 신호와 함께 차체의 횡방향의 가속도 검출 신호에 따라서 상기 대차의 횡방향 요동 진동 발생시를 판정하는 것을 특징으로 하는 철도 차량의 진동 억제 장치.

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