KR850000777B1 - 차량의 경사제어 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

차량의 경사제어 장치

제1도는 종래의 진자전차(振子電車)를 나타낸 차체의 가로방향 단면도.

제2도는 본원 발명에 의한 경사제어장치를 자기 부상차량에 적용한 일실시예를 나타낸 차체의 가로방향 단면도.

제3도는 제2도에 나타낸 경사제어장치의 상세한 것을 나타낸 회로도.

제4도는 제3도의 경사제어장치의 원심력보상회로의 주파수 특성을 나타낸 보오드선도.

제5도는 제3도의 경사제어장치의 동요보상회로의 주파수 특성을 나타낸 보오드선도.

제6도는 본원 발명에 의한 경사제어장치를 볼스터레스방식의 차량에 적용한 일실시예를 나타낸 차체의 가로방향단면도.

제7도는 제6도의 경사제어장치의 상세한 것을 나타낸 회로도.

제8도는 제7도의 경사제어장치의 원심력보상회로의 주파수 특성을 나타낸 보오드선도.

제9도는 제7도의 경사제어장치의 동요보상회로의 주파수 특성을 나타낸 보오드선도.

제10도는 본원 발명에 의한 경사제어장치를 볼스터레스방식의 차량에 적용한 다른 실시예를 나타낸 가로방향 단면도.

제11도는 제10도의 경사제어장치의 상세한 것을 나타낸 회로도.

본원 발명은 차체경사장치 및 진동억제를 위한 제어장치에 관한 것이며, 직선 및 곡선통과시의 승차기분을 양호하게 하는 차량의 경사제어장치에 관한 것이다.

즉, 차체에 수평좌우방향(차체의 전후방향과 직각을 이루는 방향이며 이하 가로방향이라고 함)의 진동을 검출하는 가속도 검출기를 설치하고 차체와 대차(臺車)와의 사이에 유체(流體) 작동기구를 설치하여 상기 가속도검출기의 원심력에 대응하는 성분 및 동요에 대응하는 성분의 출력을 보상하는 각각의 보상회로를 설치하고, 이 보상회로의 출력을 가산피이드백하여 이 출력에 의해서 서어보밸브를 작동시켜 상기 유체작동기구를 제어함으로써, 곡선로통과성 및 동요에 대한 승차기분의 향상을 도모한 것이다.

현재, 곡선통과시의 원심력에 의한 승차기분악화를 방지하고, 고속주행을 위해서 진자전차(振子電車)가 효과를 발휘하여 살용에 제공되고 있다. 그 구성은 제1도에 나타낸 바와 같이 궤도(1)의 경사(cant)로 충분히 취할 수 없었던 초과원심력에 의한 가로방향 속도를 소거하기 위해서 차체(7)를 안쪽으로 기울이는 구조가 취해지고 있다. 이 진자전차의 경우는 로울러(4)상에 있어서 차체(7)가 자동적으로 경사지도록 차체(7)의 회전중심이 중심(重心)보다 위에 오도록 설계되어 있다. 도면에 있어서 (2)는 대차, (3)은 로울러상을 전동(轉動)하여 공기 스프링(6)을 통해서 차체(7)를 지지하는 지지대이다. 이처럼 구성된 종래의 진자전차에 있어서는 로울러(4)의 마찰의 영향으로 곡선의 완화구간(緩和區間)에 들어가더라도 마찰에 이길때까지 차체(7)는 경사지지 않으며, 마찰에 이기면 급격하게 경사하기 때문에, 승객에 불쾌감을 주고 있었다. 또 공기 스프링(6)에 의한 진동작용 때문에 기하학적으로 필요한 위치까지 경사시킬 수 없다고 하는 결점을 지니고 있었다. 또한 로울러(4)의 마찰은 직선 및 곡선에서의 동요에 대하서도 악영향을 미치며 진동에 의한 승차기분의 악화를 초래한다고 하는 결점이 있었다. 한편 유압실린더등의 유체작동기구를 차체와 대차 사이에 설치하고, 차체의 가로가속도를 검출하여 이것을 제어하는 차체 경사제어차량에 있어서는 곡선통과시의 원심력에 대해서는 쾌적한 승차기분을 주지만, 동요로서의 진동에 대해서는 종래 차량과 다름이 없으며 최근의 궤도악화경향에 수반해서 커다란 과제로 되고 있다.

이것에 대해서 최근 진동을 적극적으로 제어하는 차량이 개발중에 있는데, 그와 같은 진동제어장치에서는 동요에 대한 진동가속도를 작게하는 제어회로로 되어 있기 때문에, 차체의 경사를 충분히 제어할 수 없다고 하는 결점이 있었다.

본원 발명을 제2도 내지 제11도에 나타낸 실시예에 의거하여 설명한다. 제2도 및 제3도는 초전도자기부상차량(超電導磁氣浮上車輛)에 적용한 일실시예를 나타낸 것이다. 제2도에 있어서, 궤도(1)에는 부상코일(1A), 안내추진코일(1B)이 설치되어 있다. 대차(2)에 초전도자석을 봉입한 저온보존장치(cryostat)(2A), 저속시의 주행차륜(2B), 안내차륜(2C)등이 설치되어 있다. (3)은 차체(7)를 공기스프링(6)을 통해서 지지하는 지지대이며, 로울러(4)상에 실려 있다. (5)는 지지대(3)와 대차(2)와의 사이를 잇는 유체작동기구인 유압실린더이며, 이 유압실린더(5)를 신축시킴으로써 차체(7)를 경사시킬 수 있다. (8)은 차체(7)에 장착되며 이 차체(7)의 가로방향의 진동을 검출하는 가로가속도검출기이다.

제3도에 의거하여 제어장치에 대해서 설명한다. (9)는 곡선통과시에 차체(7)에 가해지는 원심력, (10)은 차체(7)의 동요를 발생시키는 궤도로부터의 외란(外亂)이다. (11)은 가로가속도검출기(8)의 출력이 분기(分岐)한 한쪽이 입력되는 원심력보상회로이며, 이 실시예에서는 로우패스필터(13), 위상진행회로(14) 및 이득조정기(15)로 형성되어 있다. 가로가속도검출기(8)가 분기된 또 한쪽의 출력은 동요보상회로(12)에 입력된다. 이 동요보상회로(12)는 이 실시예에 있어서는 적분회로(16), 위상진행회로(17), 이득조정기(18)로 구성되어 있다. (20)은 상기 원심력보상회로(11) 및 동요보상회로(12)의 출력을 가산하여 증폭하는 서어보앰프, (21)은 상기 서어보앰프(20)의 출력에 의해 유압실린더(5)를 제어하는 제어밸브인 서어보밸브, (22)는 이 서어보밸브(21)에 압유(壓油)를 공급한다.

다음에 제4도 및 제5도에 의해 상기원심력보상회로(11) 및 동요보상회로(12)의 주파수 특성에 대해 설명한다. 제3도에 나타낸 원심력보상회로(11)에 있어서는 로우패스필터(13)에서 통상 0.3Hz 이하, 최대 0.1g(g는 중력가속도)라고 하는 곡선통과시의 원심가속도만을 픽업하여, 로우패스필터(13)에서 지연된 위상분(位相分)만큼 위상진행회로(14)에서 보상하며, 이득조정기(15)로 동요보상회로(12)와의 이득의 부합을 도모하여 서어보앰프(20)에 출력하고 있다.

원심가속도와 차체경사각은 제1도에 나타낸 바와 같이 대응하고 있으며, 0.3Hz 이하의 차체경사에 대해서 공기스프링(6)과 차체(7)로 이루어진 진동계(振動系)는 대충 평탄한 주파수 특성을 갖는다고 보아도 되므로, 이와 같은 보상회로로 충분히 경사제어가 가능하다. 한편, 동요보상회로(12)에서는 0.8Hz~2Hz에 있는 동요의 고유진동수에 주목하므로, 1Hz이하의 주파수 성분에 대해서는 대충적분회로(16)에 의한 90˚지연, 이득 20dB/dC로 저하하며, 1Hz 이상에서는 이득상승, 위상도 0~30˚로 반대로 빠르게 하고 다시 고주파송분에 대해서 급격히 이득이 저하하도록 구성되어 있다. 본 실시예에서는 차체의 동요로서의 요우잉(차체의 앞뒤가 수평방향에 각기 반대로 진동하는 진동모우드을 제어하는 것을 주목적으로 한 것으로서 대충 1.5Hz부근에 위치하는 요우잉의 고유진동수에 맞추어서 위상진행회로(17)가 설치되어 있고, 상기와 같은 저주파수에서는 적분회로(16)에 의한 적분특성으로 되어 있다. 이와 같은 적분특성을 갖게한것은 궤도부정(軌道不整)의 저주파수 성분에 대해서도 응답배율(차체의 가고가속도/궤도부정의 수평가속도)을 1이하로 하기 위한 것이며, 저주파수 성분에 대해서는 가속도피이드백에서는 위상이 지나치게 빨라지고 있으며, 속도피이드백으로 하고 있다는 것을 의미하고 있다. 또 로울러의 마찰 및 공기스프링의 횡강성(橫剛惺)에 의해 진도변위는 항상 중립위치에 유지되려고 한다(변위 피이드백을 의미한다). 물론, 요우잉의 제어를 주체로 하고 있지만, 로울링(차체의 전후축주위의 회전진동)에 대해서도 유효하다.

본 실시예는 이와 같은 구성으로 되어 있기 때문에, 차량이 곡선을 통과해서 갈 경우, 다음과 같은 동작을 한다.차체(9)가 받는 원심력에 의한 차체마루면 가로가속도(車體

面

加速度)는 일반적으로 입구 완화곡선, 원곡선(圓曲線), 출구완화곡선을 통해서 0.3Hz 이하의 저주파수 성분으로 되므로, 가로가속도검출기(8)에 의해 검출된 원심가속도는 원심력보상회로(11)의 이득이 훨씬 크도록 각각의 이득조정기(15) 및 (18)이 조정되어 있으므로, 원심력보상회로(11)의 출력이 주체가 되어서 서어보앰프(20)에 전달되며, 적절한 이득, 위상을 가지고 피이드백되므로 유압실린더(5)는 원심력에 의한 차체마루면 가로가속도가 작아지도록 차체(7)를 경사시킨다. 한편, 궤도(1)로부터의 외란(10)에 의해 차체(7)가 요우잉하거나 로울링하거나 해서 생기는 진동가속도도 가로가속도 검출기(8)로 검출되고 있다. 이들 진동의 고유진동수는 통상 요우잉에 대해서는 15Hz근처, 하심(下心)로울링에 대해서는 0.8Hz, 상심(上心)로울링에 대해서는 1.6Hz근처가 되도록 설계되어 있고, 차체(7)의 동요성분은 0.5~2Hz의 범위가 지배적이다. 따라서 이와 같은 동요성분에 대해서는 원심력보상회로(11)에사는 로우패스필터(13)에 의해 커트되므로, 동요보상회로(12)의 출력이 주체가 되어서 서어보앰프(20)에 전달되며, 상술한 바와 같이 적절한 이득, 위상을 가지고 피이드백되므로, 유압실린더(5)는 동요에 의한 차체마루면 가로가속도도 작게 하도록 동작한다. 물론 곡선주행중에는 원심력제어와 진동제어가 동시에 행해지며, 직선주행중에는 진동제어만 행해진다.

이와 같은 구성의 진자전차의 경사제어장치에 의하면, 종래의 진자전차에 있어서 문제로 되어 있었던 로울러의 마찰에 의한 악영향을 유압실린더에 의해 강제적으로 해결하고, 보상회로를 제외한 제어기기는 가기 1대만으로 곡선 통과시의 원심력제어 및 곡선과 직선 통과시의 동요에 대한 진동제어를 할 수 있고 양호한 승차기분을 얻을 수 있다.

그리고, 본 실시예에 있어서는 0.3Hz 이하의 동요성분에 대해서 원심력보상회로(11)로 작용하므로, 그만큼 진동제어능력이 저하한다. 이 주파수 성분의 차체가로가속도는 0.005g이하이며, 원심력보상회로(11)의 이득조정기(14)에 0.005g이하에 대해서 불감대(不感帶)를 갖게 해두면, 이와 같은 악영향을 제거하는 것은 용이하다.

다음에 제6도 및 제7도는 볼스터레스방식(bolsterless)의 차량에 적용한 일실시예를 나타낸 것으로서, 이 제6도는 정면도, 제7도는 차체의 상하운동, 피칭 및 로울링에 대한 제어블록도를 나타내고 있다. 제6도에 있어서 (7)은 차체, (22)는 대차이며, 차체(7)는 2개의 공기스프링 (23A),(23B)으로 지지되며, 그것에 병설해서 유체작동기구인 유압실린더 (24A),(24B)가 설치되어 있다. (25)는 가로방향의 진동에 대해서 감쇠작용을 주는 오일댐퍼이다. (36A),(26B) 및 (27)은 차체에 장착된 상하방향 가속도검출기 및 가로방향 가속도검출기이다. 제7도에 있어서 상기 제6도와 동일부호는 동일부재를 나타낸다. (28)은 곡선 통과시에 차체(7)에 가해지는 원심력, (29)는 차체의 동요를 발생시키는 궤도로부터의 외란(30A),(30B), 이득조정기(34A),(34B)로 이루어져 있다. (31)은 가로방향가속도 검출기(27)의 출력을 끌어넣는 원심력보상회로이며, 본 실시예에서는 로우패스필터(35), 위상진행회로(36), 이득조정기(37)로 이루어져 있다. (38A),(38B)는 이들 2종류의 보상회로(30A),(30B)와 (31)의 출력을 가산하여 증폭하여 서어보앰프(39A),(39B)는 유압실린더 (24A)(24B)를 제어하는 서어보밸브(40)는 유압원이다.

다음에 제8도 및 제9도에 의거하여 원심력보상회로(31) 및 동요보상회로(30A),(30B)의 주파수 특성에 대해서 설명한다.

제8도에 나타낸 원심력보상회로(31)에 있어서는 로우패스필터(35)에서 통상 0.3Hz이하, 최대 0.1g(g는 중력가속도)라고 하는 곡선 통과시의 원심가속도만을 픽업하고, 로우패스필터(35)에서 늦어진 위상분만큼 위상진행회로(36)에서 보상하며, 이득조정지(37)에서 동요보상회로(30A),(30B)와의 이득의 부랍을 도모하여 서어보앰프(38A),(38B)에 출력하고 있다. 이와 같은 주파의 특성을 갖고 있으므로, 상기 실시예와 마찬가지로, 충분한 경사제어가 가능하다.

한쪽의 동요보상회로(30A),(30B)에서는 1.5Hz 근처에 설계된 상하진동을 주체로 생각하고, 0.8Hz~ 2Hz에 있는 다른 동요의 고유진동수에도 주목하므로, 상술한 실시예와 마찬가지로 1Hz이하의 주파수 성분에 대해서는 대충 적분회로(32A),(32B)에 의한 90˚지연, 주파수의 증가에 수반하여 이득이 20dB/dC로 저하하며, 1Hz 이상에서는 이득상승, 위상도 0-30˚로 반대로 빠르게하며, 그리고 고주파 성분에 대해서는 급격히 이득이 저하하도록 구성되고, 상기 실시예에 있어서의 요우잉, 로울링제어와 마찬가지로하여 상하진동, 피칭, 로울링이라고 하는 동요에 대해서 승차기분이 좋은 진동제어를 행한다.

본 실시예에 있어서의 차량의 경사제어장치의 동작에 대해서 설명한다. 차량이 곡선을 추가해 갈 경우, 차체(7)가 받는 원심력에 의한 차체마루면 가로가속도는 가로가속도검출기(28)에 의해 검출되지만, 일반적으로 상술한 바와 같이 0.3Hz 이하의 저주파수 성분으로 되므로, 원심력보상회로(31)의 로우패스필터(35)를 통과하여, 위상진행, 이득조정후 서어보앰프(38A),(38B)에 전달된다. 이와 같은 원심가속도의 상하방향성분은 작으므로, 상하방향가속도검출기에서는 거의 검출되지 않으며, 동요보상회로(30A),(30B)를 통한 출력은 작으므로 원심력보상회로(31)의 출력이 주체로 되어 서어보앰프(38A),(38B)에 전달되고, 적절한 이득, 위상을 갖고 피이드백되므로 유압실린더(24A),(24B)는 각기 역방향으로 동작하여, 원심력에 의한 차체 마루면 가로가속도가 작아지도록 차체(7)를 경사시킨다. 한편, 0.5~2Hz의 동요에 대해서는 다음과 같은 동작을 한다. 먼저, 가로가속도검출기(27)로 검출된 요우잉 및 로울링성분은 원심력보상회로(31)의 로우패스필터(35)에 의해 커트되므로 서어보앰프(38A),(38B)에는 거의 전달되지 않는다. 상하방향가속도검출기(26A),(26B)에 의해 검출된 상하진동 또는 피칭(26A,26B 공히 동위상) 및 로울링(26A,26B는 역위상) 성분은 각기 동요보상회로(30A),(30B)로 보상되어 서어보앰프(38A),(38B)에 전달되며, 상술한 바와 같이 적절한 이득, 위상을 갖고 피이드백되므로 유압실린더(24A),(24B)는 상하진동 또는 피칭성분에 대해서는 같은 방향으로, 로울링 성분에 대해서는 역방향으로 각각의 성분의 크기에 따라서 동작하며, 이들의 동요에 의한 진동가속도를 감소시킨다.

이와 같은 구성에 의하면 가로가속도검출기(27), 서어보앰프(38A),(38B), 서어보밸브(39A),(39B), 유압실린더(24A),(24B)의 일습(一襲)의 제어장치로 종래대로의 차체경사제어를 할 수 있으며, 더구나 상하방향가속도검출기(26A),(26B)와 보정회로(30A),(30B)를 추가하는 것만으로 상하진동, 피칭, 로울링이라고 하는 동요에 대한 진동제어에 의해 차체의 가속도를 종래의 1/2~1/3 이하로 할 수 있으므로 염가이며 더구나 곡선 통과 및 동요로서의 진동에 대한 승차기분이 뛰어난 차량을 구성할 수 있다.

그리고 본 실시예에 있어서도 0.3Hz 이하의 동요성분에 대해서 원심력보상회로(31)도 작용하므로, 그만큼 진동제어능력이 저하한다. 그러나 이 주파수성분의 동요에 있어서의 차체가로가속도 0.005g 이하이며, 상기 실시예와 마찬가지로 원심력보상회로(31)의 이득조정기(37)에 0.005g 이하에 대해서 불감대(不感帶)를 갖게 해두면 이와 같은 악영향을 제거하는 것은 용이하다. 또 본 실시예에서는 유압실린더(24A),(24B)를 유체작동기구로서 제어하고 있지만, 유압실린더(24A),(24B)를 사용하지 않고 공기실린더를 사용하여도 좋다. 그 경우에는 제어밸브로서 공기서어보밸브가 사용되며, 유압원 대신에 공기원이 사용된다.

다음에 제10도 및 제11도에 의해서 상기 볼스터레스방식의 차량에 있어서의 다른 실시예를 설명한다. 동도면중 상기 볼스터레스방식의 실시예와 동일부호는 동일부재를 나타낸다. 도면에 있어서(41)은 차체(7)의 수평좌우방향으로 동작하도록 배치된 유체작동기구인 유압실린더이며, 상기 실시예의 오일댐퍼를 대신하는 것이다. 차체(7)H의 가로방향 가속도검출기(42)에도 유도되며, 서어보앰프(46), 서어보밸브(47)을 통해서 가로방향의 유압실린더(41)를 제어한다. 여기서 가로방향의 동요보상회로(42)는 상하방향과 마찬가지로 적분회로(43), 위상진행회로(44), 이득조정기(45)로 구성되며, 상술한 제5도에서 나타낸 바와같이 요우잉의 고유진동수 1.5Hz 근처에서는 위상이 빨라지도록 주파수특성이 주어져 있다. 또 가로가속도검출기(27)가 검출한 원심가속도에 대해서는 상술한 제3도에 나타낸 실시예와 마찬가지로, 이득조정기(45)에 비해 이득조정기(37)의 출력이 훨씬 커지도록 구성되어 있으므로, 곡선에서의 경사제어는 제7도에서 나타낸 실시예와 마찬가지로 충분히 제어되며, 동요에 대해서는 상하진동, 피칭, 로울링에 더해서 요우잉도 충분히 제어할 수 있게 된다.

이와 같은 구성에 의하면 가로방향 가속도검출기(27)를 원심력제어와 차체의 가로방향의 동요로서의 진동제의의 양쪽에 공통해서 사용하고 있으므로, 경제적이고 더구나 곡선통과 및 요우잉진동을 포함한 동요에 대한 승차기분에 뛰어난 차량을 구성할 수 있다고 하는 효과를 지니는 것이다.

본 실시예에서는 수평방향의 유압실린더(41)는 동요로서의 진동의 제어를 위해서만 사용되고 있지만 원심력보상회로(31)의 출력을 이득조정기를 통해서 수평방행의 서어보앰프(46)에도 전달시켜, 원심력제어에 대해서 수평방향의 유압실린더(41)도 동작시킴으로써, 보다 뛰어난 제어가 가능해진다.

이상 설명한 바와 같이 본원 발명에 의하면 곡선통과성 및 동요로서의 진동에 대한 승차기분을 현저하게 향상시킨 차량의 경사제어장치를 얻을 수 있다.

Claims (1)

1. 차체(7) 및 이 차체(7)를 지지하는 대차(2)와, 상기 차체(7)와 대차(2)와의 사이에 설치되어, 대차(2)에 대해서 차체(7)를 경사가능하게 지지하는 차체지지장치를 가진 차량에 있어서, 차체(7)를 대차(2)에 대해 경사시키는 유체작동기구와, 이 유체작동기구의 작동을 제어하는 제어밸브와, 상기 차체(7)의 가속도를 검출하는 가속도검출기(26A),(26B),(27)와, 이 가속도검출기(26A),(26B),(27)의 원심력성분을 보상하는 원심력보상회로(11)와 상기 가속도검출기(26A),(26B),(27)의 출력의 동요성분을 보상하는 동요보상회로(12)와, 상기 원심력보상회로(11)및 동요보상회로(12)의 각 출력을 피이드백하며, 상기 제어밸브를 통해서 유체작동기구를 동작시켜 차체를 경사시키는 제어지령을 출력하는 제어회로로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량의 경사제어장치.

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