TW201304990A - 鐵道車輛之車體傾斜控制方法 - Google Patents

鐵道車輛之車體傾斜控制方法 Download PDF

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Abstract

在鐵道車輛行駛於曲線道時的車體傾斜控制中，檢測儲氣部內的壓縮空氣的壓力，隨著該儲氣部壓對氣墊之壓縮空氣的導入而檢測出形成第1臨界值(P1)以下的場合時，使壓縮空氣補給至儲氣部的壓縮機驅動，並且從儲氣部一邊持續地將壓縮空氣導入氣墊一邊使其導入量限制在從壓縮機朝著儲氣部之壓縮空氣的補給量以下，以使得儲氣部壓確保於鐵道車輛的煞車動作所須最低限的壓力以上。藉此，不致陷於有煞車的動作造成障礙的情況，可抑制在曲線道行駛時之搭乘舒適度的惡化。

Description

鐵道車輛之車體傾斜控制方法
本發明是關於鐵道車輛行駛在曲線道時，使得在台車上以氣墊所支撐的車體傾斜的鐵道車輛之車體傾斜控制方法。
鐵道車輛是由車體與台車所構成，車體是在左右透過一對氣墊支撐於台車上。通常，如日本新幹線等以高速行駛的鐵道車輛在行駛曲線道時，會因離心力作用而導致乘客不快感。因此，為了提升搭乘舒適度，將壓縮空氣導入外軌測的氣墊，進行使車體相對於台車朝內軌側傾倒的車體傾斜控制(例如，參閱專利文獻1、2)。車體傾斜是以儲存在儲氣部(空氣箱)的壓縮空氣作為動力源，將其壓縮空氣藉著壓縮機製出後補給至儲氣部。
一般，儲氣部內的壓縮空氣是配備於鐵道車輛之種種空氣壓縮機的動力源，尤其也作為煞車裝置的動力源使用。因此，從安全上的觀點來看，必須避免儲氣部內之壓縮空氣的壓力(以下，也稱「儲氣部壓」)過於降低。
但是，在曲線道連續的區間執行車體傾斜時，從儲氣部內的壓縮空氣明顯地消耗來看，會有使儲氣部壓過度降低，導致有煞車的動作造成障礙之虞。為此，以往的車體傾斜控制方法中，即使在曲線道的行駛，儲氣部壓形成預定的壓力以下的場合，仍會強制地中止車體傾斜。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本特開平5-238387號公報
專利文獻2：日本特開2008-254577號公報
如上述，一旦儲氣部壓形成規定的壓力以下的場合只要中止車體傾斜時，使儲氣部內的壓縮空氣不再加以消耗，即對於煞車的作用不致有造成障礙的情況。但是，不論在曲線道的行駛時，會隨著車體傾斜的中止，而使得車體相對於台車成不傾斜的狀態，即傾斜角度為0(零)的狀態，因此仍會有搭乘舒適度明顯惡化的問題。
本發明是有鑒於上述的問題所研創而成，提供一種不致陷於有煞車的動作造成障礙的情況，且行駛在曲線道時可抑制搭乘舒適度惡化的鐵道車輛之車體傾斜控制方法為目的。
本發明人為達成上述目的而在反覆致力於研究的結果，獲得下述的知識。即，在曲線道行駛時儲氣部壓形成規定的壓力以下的場合，藉著壓縮機的驅動，可對壓力降低的儲氣部補給壓縮空氣。與此同時，即使不中止車體傾斜 ，仍可藉著壓縮機將壓縮空氣從儲氣部朝著氣墊的導入量限制在壓縮空氣的補給量以下，使車體的傾斜角度降低，而可減少隨車體傾斜之壓縮空氣的消耗量。
如上述，由於執行車體的傾斜角度降低的車體傾斜，所以可抑制搭乘舒適度的惡化。並且，隨著車體傾斜的壓縮空氣的消耗量的減少，並將所消耗以上的壓縮空氣從壓縮機補給至儲氣部，因此可確保儲氣部在煞車動作所須最低限的壓力以上，不致造成煞車動作時而產生障礙的情況。
本發明是根據上述的實際知識所完成的發明，其主旨為下述表示的鐵道車輛之車體傾斜控制方法。亦即，鐵道車輛之車體傾斜控制方法，係於鐵道車輛在曲線道行駛時，將壓縮空氣從儲氣部導入至台車上支撐車體的左右一對氣墊使車體傾斜的鐵道車輛之車體傾斜控制方法，其特徵為：檢測儲氣部內的壓縮空氣的壓力，隨著該儲氣部壓對氣墊之壓縮空氣的導入而檢測出形成第1臨界值以下的場合時，使壓縮空氣補給至儲氣部的壓縮機驅動，並且從儲氣部一邊持續地將壓縮空氣導入氣墊一邊使其導入量限制在從壓縮機朝著儲氣部之壓縮空氣的補給量以下，以使得儲氣部壓確保於鐵道車輛的煞車動作所須最低限的壓力以上。
上述的車體傾斜控制方法是以在限制壓縮空氣對氣墊的導入量的狀態下，檢測出儲氣部壓隨著以壓縮機進行壓縮空氣的補給而形成超過上述第1臨界值的第2臨界值以 上的場合時，停止壓縮機的驅動，並解除壓縮空氣對氣墊之導入量限制的構成為佳。
上述的車體傾斜控制方法中，在絕對壓力下，可以下述的(1)式設定上述第1臨界值P1，上述第2臨界值P2則可以下述的(2)式設定。
P1=P0+γ×Pm×k×A/V×T………(1)
P2=P0+γ×Pm×k×A/V×T+γ×Pm×A/V×T………(2)
但是，上述的(1)式、(2)式中，P0：煞車的動作所須最低限的儲氣部壓[kPa]、γ：多變性指數、Pm：儲氣部壓的平均值[kPa]、k：修正係數；<B/A、B：從壓縮機朝儲氣部之壓縮空氣的補給量[m3/s]、A：不限制壓縮空氣從儲氣部至氣墊的狀態的導入量[m3/s]、V：儲氣部的容積[m3]及T：壓縮機從驅動開始至壓縮空氣開始吐出為止的時間延遲[s]
根據本發明鐵道車輛之車體傾斜控制方法，在曲線道行駛時儲氣部壓形成規定壓力以下的場合，驅動壓縮機，並將對於氣墊之壓縮空氣的導入量限制在壓縮機的壓縮空氣的補給量以下，藉此使車體的傾斜角度降低以執行車體 傾斜，可抑制搭乘舒適度的惡化，此外，將所消耗以上的壓縮空氣從壓縮機補給至儲氣部，所以可確保儲氣部壓在煞車的動作所須最低限的壓力以上，不致陷於有煞車的動作造成障礙的情況。
以下，針對本發明的鐵道車輛之車體傾斜控制方法，詳述其實施形態。
1.鐵道車輛的構成
第1圖是表示搭載可運用本發明的車體傾斜控制方法之車體傾斜裝置的鐵道車輛構成例的模式圖。同圖是表示曲線道行駛時執行車體傾斜的狀態。
鐵道車輛1是由車體2，及在前後支撐該車體2的台車3所構成，在軌道4上行駛。車體2是藉著一對氣墊5彈性支撐在與台車3之間隔設的左右側。鐵道車輛1為了使車體2在曲線道行駛時向內軌側傾倒，而具備使車體2相對於台車3傾斜的車體傾斜裝置。
作為車體傾斜裝置，從儲氣部(空氣箱)6到各氣墊5配設有空氣配管11，在該空氣配管11的路徑隔設有傾斜控制閥12。傾斜控制閥12被連接於控制部7，根據來自控制部7的指令動作。
儲氣部6連結著製成壓縮空氣補給儲氣部6的壓縮機8。壓縮機8是根據來自控制部7的指令而動作。並且， 在儲氣部6設有壓力計9。壓力計9檢測出儲存在儲氣部6的壓縮空氣的壓力，即儲氣部壓，將其檢測訊號送出至控制部7。此外，在此所謂的儲氣部6是除了直接連結壓縮機8儲存以壓縮空氣為主體的主槽之外，也包含僅使用於車體傾斜的輔助槽。
又，在車體2與台車3之間，在左右兩側設有檢測各氣墊5的高度用的氣墊高度檢測感測器13。根據來自氣墊高度檢測感測器13的輸出訊號，藉控制部7依序掌握氣墊5的高度，並且從此氣墊高度的車體2的傾斜角度，使傾斜控制閥12適當動作之用。作為氣墊高度檢測感測器13可採用解析器或編碼器的旋轉角度感測器。
以上的鐵道車輛1中，如以高速的曲線道行駛時執行車體傾斜時的基本控制動作是如下述。控制部7是根據曲線道的軌道資訊，從預先登錄在本身記憶體的記憶庫選定車體2的適當傾斜角度θ，讓傾斜控制閥12動作使車體2以其適當的預定傾斜角度θ傾斜。
具體而言，設左右氣墊5中的外軌側(第1圖為右側)的氣墊5的高度較內軌側(第1圖為左側)的氣墊5的高度高，並為了使車體2以預定的傾斜角度θ朝內軌側傾倒，藉著外軌側的傾斜控制閥12的動作，將壓縮空氣從儲氣部6通過空氣配管11導入至外軌側的氣墊5(參閱第1圖中的實線箭頭方向)。根據狀況，與其同時藉內軌側之傾斜控制閥12的動作，將內軌側的氣墊5內的空氣通過空氣配管11排出至外部(參閱第1圖中的點線箭頭 方向)。
此時，控制部7依序取得來自氣墊高度檢測感測器13的輸出訊號，檢測氣墊5的高度，並進一步依序掌握從此氣墊高度對車體2的傾斜角度。並且，控制部7持續使傾斜控制閥12動作對氣墊5進行壓縮空氣的供排氣，以使得依序檢測之車體2的傾斜角度形成適當的預定傾斜角度θ。如此一來，鐵道車輛1在曲線道行駛時，可使車體2相對於台車3朝著適當的預定傾斜角度θ傾斜。
2.車體傾斜控制方法
上述車體傾斜的基本控制，由於在曲線道行駛時車體2朝向適當的預定傾斜角度θ傾斜，所以可提升搭乘舒適度。但是，上述的車體傾斜一旦在曲線道的連續區間執行時，明顯消耗儲氣部6內的壓縮空氣，會使儲氣部壓過度地降低，以致有對鐵道車輛1的煞車動作造成障礙之虞。為此，本發明的車體傾斜控制方法是除了上述基本的控制外，並進行以下表示的控制。
第2圖為說明根據本發明的車體傾斜方法的控制動作的流程圖。車體2在朝著適當的預定傾斜角度θ傾斜的狀態下鐵道車輛1行駛於曲線道時，在步驟#5，控制部7從設置在儲氣部6的壓力計9依序取得檢測訊號，檢測儲氣部壓。接著在步驟#10，控制部7依序判定儲氣部壓是否在第1臨界值P1以下。此時，隨著在適當的預定傾斜角度θ的車體傾斜，從儲氣部6將壓縮空氣導入氣墊5，由 於儲氣部6內的壓縮空氣的消耗，會使得儲氣部壓依序降低。在此，第1臨界值P1至少設定為煞車的動作所須最低限的壓力以上的值。將此第1臨界值P1預先登錄於控制部7的記憶體。
以步驟#10的判定，當判定儲氣部壓大於第1臨界值P1的場合，前進至步驟#15，不限制對氣墊5的壓縮空氣的導入量，使車體2維持著適當的預定傾斜角度θ。此時，由於儲氣部壓大於第1臨界值P1，因此可確保儲氣部壓在煞車的動作所須最低限的壓力以上，不致造成煞車動作的障礙。
另一方面，以步驟#10的判定，當判定儲氣部壓在第1臨界值P1以下的場合，前進至步驟#20及#25，抑制壓縮空氣的消耗並同時移至使儲氣部壓恢復的壓力恢復模式。亦即，步驟#20中，控制部7使壓縮機8驅動。藉此，對壓力降低後的儲氣部6補給壓縮空氣。
並在步驟#25中，控制部7一邊持續地從儲氣部6進行對氣墊5之壓縮空氣的導入，並將其導入量限制在壓縮機8進行壓縮空氣的補給量以下，使車體2的傾斜角度從適當的預定傾斜角度θ降低。車體2的傾斜角度是隨著壓縮空氣對氣墊5之導入量的降低，而大致成比例地降低，具體而言，控制部7是從預先登錄於本身記憶體的資料庫，選定對應壓力恢復模式較適當的預定傾斜角度θ小的傾斜角度θL，使傾斜控制閥12動作使得車體2以其壓力恢復模式的傾斜角度θL傾斜。藉此，降低隨著車體傾斜之 壓縮空氣的消耗量。
藉著移至以上的步驟#20及#25的壓力恢復模式，將車體2的傾斜角度抑制在比適當的預定傾斜角度θ還小的傾斜角度θL地執行車體傾斜，所以可抑制搭乘舒適度的惡化。並且，隨著車體傾斜的壓縮空氣消耗量的降低，並將消耗的以上的壓縮空氣從壓縮機8補給至儲氣部6，所以可確保儲氣部壓在煞車動作所須最低限的壓力以上，不致造成煞車動作障礙的情況。
接著，在以壓力恢復模式限制對氣墊5之壓縮空氣的導入量的狀態，控制部7是以步驟#30，從壓力計9依序取得檢測訊號來檢測儲氣部壓，並接著以步驟#35，依序判定儲氣部壓是否為第2臨界值P2以上。此時，儲氣部6隨著以壓縮機8進行壓縮空氣的補給，將消耗以上的壓縮空氣補給至儲氣部6。使儲氣部壓依序上升。在此，設定超過第1臨界值P1的值作為第2臨界值P2。也將此第2臨界值P2預先登錄在控制部7的記憶體。
以步驟#35的判定，儲氣部壓低於第2臨界值P2的場合，在其狀態維持著壓力恢復模式。
另一方面，藉步驟#35的判定，儲氣部壓形成地2臨界值P2以上的場合，前進至步驟#40及#45，解除壓力恢復模式。亦即，控制部7是以步驟#40，停止壓縮機8的驅動，與此同時，以步驟#45，解除壓縮空氣對氣墊5之導入量的限制，使車體2的傾斜角度恢復到適當的預定傾斜角度θ。藉此，可再度提升搭乘舒適度。
並且，回到步驟#5，重複上述的控制動作，正在進行上述的控制動作中鐵道車輛1離開曲線道的場合，強制結束上述的控制動作。
3.第1臨界值P1及第2臨界值P2
以下表示以上述本發明的車體傾斜控制方法可採用的第1臨界值P1及第2臨界值P2的一例。第1臨界值P1[kPa]可在絕對壓力下，並以下述的式(1)來設定，第2臨界值P2[kPa]可在絕對壓力，並以下述的式(2)來設定。且通常，第1臨界值P1是比(1)所設定的值高，第2臨界值P2是比(2)所設定的值高。
P1=P0+γ×Pm×k×A/V×T………(1)
P2=P0+γ×Pm×k×A/V×T+γ×Pm×A/V×T………(2)
但是，上述的(1)式、(2)式中，P0：煞車的動作所須最低限的儲氣部壓[kPa]、γ：多變性指數、Pm：儲氣部壓的平均值[kPa]、k：修正係數；<B/A、B：從壓縮機朝儲氣部之壓縮空氣的補給量[m3/s]、A：不限制壓縮空氣從儲氣部至氣墊的狀態的導入量[m3/s]、V：儲氣部的容積[m3]及T：壓縮機從驅動開始至壓縮空氣開始吐出為止的時間延遲[s]
上述(1)式表示的第1臨界值P1及上述(2)式表示的第2臨界值P2是考慮實際之壓縮機8的動作特性。亦即，壓縮機8的動作中，從開始驅動穩定至壓縮空氣的補給開始為止，產生某程度的時間延遲T。此時間延遲T的期間，由於對儲氣部6不補給壓縮空氣，所以僅隨著車體傾斜消耗儲氣部6內的壓縮空氣。
因此，在決定第1臨界值P1時，即使以該臨界值P1為起點移至壓力恢復模式，限制壓縮空氣的導入量來降低消耗量，但是在時間延遲T的期間，仍有使儲氣部壓不致低於煞車動作所須最低限壓力的必要。為此，上述(1)式是在第2項(γ×Pm×k×A/V×T)，加上藉所限制壓縮空氣之導入的時間延遲T的壓縮空氣的消耗量。儲氣部壓的平均值Pm是考慮儲氣部壓的通常使用狀態，加以適當設定。
並在決定第2臨界值P2時，從以該臨界值P2為起點解除壓力恢復模式，停止壓縮機8，且不限制壓縮空氣的導入量以增加消耗量的點，則有避免在壓力恢復模式解除後立即再移至壓力恢復模式的必要。為此，上述(2)式是在第3項(γ×Pm×k×A/V×T)，加上藉未限制壓縮空氣之導入的時間延遲T的壓縮空氣的消耗量。
此外，上述(2)式所表示的第2臨界值P2也可代入上述(1)式，以下述(3)式表示。
P2=P1+γ×Pm×A/V×T………(3)
在此，上述(1)式、上述(2)式中的多變性指數γ 為最大採用1.4。又，修正係數k只要滿足B/A以下(≦B/A)的條件，則可任意決定。
以下表示上述(1)式的第1臨界值P1及上述(2)式((3)式)的第2臨界值P2的具體例。
針對2車輛搭載著1台壓縮機的鐵道車輛，壓縮機的吐出量為1600[NL/min]，儲氣部壓的平均值以表壓為800[kPa]時，從壓縮機朝儲氣部之壓縮空氣的補給量B是形成如以下。
B=1600/2/60×101.3/(800+101.3)≒1.5[L/s]=1.5×10-3[m3/s]
根據車體傾斜裝置對氣墊的供氣能力為1500[NL/min]時，不限制壓縮空氣從儲氣部朝著氣墊的狀態的導入量A是形成如以下。
A=1500/60×101.3/(800+101.3)≒2.8[L/s]=2.8×10-3[m3/s]
因此，B/A為0.54。由此，設修正係數k為0.54以下的值，例如0.5。
並且，儲氣部的容積V為300[L]，壓縮機動作的時間延遲T為10[s]，煞車的動作所須最低限的儲氣部壓P0為590[kPa]，且多變性指數γ採用1.4時，根據上述(1)式，第1臨界值P1是形成如以下。
P1=590+1.4×(800+101.3)×0.5×2.8/300×10=590+59=649[kPa]
又，藉上述(3)式及(2)式，第2臨界值P2形成如以下。
P2=649+1.4×(800+101.3)×2.8/300×10=649+118=767[kPa]
[產業上的可利用性]
如以上所述，根據本發明的鐵道車輛之車體傾斜控制方法，在曲線道行駛時即使儲氣部壓形成規定的壓力以下的場合，可抑制搭乘舒適度的惡化，並可確保儲氣部壓在煞車的動作所須最低限的壓力以上，不致引起煞車的動作時造成障礙的情況。
1‧‧‧鐵道車輛
2‧‧‧車體
3‧‧‧台車
4‧‧‧軌道
5‧‧‧氣墊
6‧‧‧儲氣部
7‧‧‧控制部
8‧‧‧壓縮機
9‧‧‧壓力計
11‧‧‧空氣配管
12‧‧‧傾斜控制閥
13‧‧‧氣墊高度檢測感測器
P1‧‧‧第1臨界值
P2‧‧‧第2臨界值
第1圖是表示搭載可運用本發明的車體傾斜控制方法之車體傾斜裝置的鐵道車輛構成例的模式圖。
第2圖為說明本發明的車體傾斜方法的控制動作的流程圖。

Claims (4)

  1. 一種鐵道車輛之車體傾斜控制方法，係於鐵道車輛在曲線道行駛時，將壓縮空氣從儲氣部導入至台車上支撐車體的左右一對氣墊使車體傾斜，其特徵為：檢測儲氣部內的壓縮空氣的壓力，隨著該儲氣部壓對氣墊之壓縮空氣的導入而檢測出形成第1臨界值以下的場合時，使壓縮空氣補給至儲氣部的壓縮機驅動，並且從儲氣部一邊持續地將壓縮空氣導入氣墊一邊使其導入量限制在從壓縮機朝著儲氣部之壓縮空氣的補給量以下，以使得儲氣部壓確保於鐵道車輛的煞車動作所須最低限的壓力以上。
  2. 如申請專利範圍第1項記載的鐵道車輛之車體傾斜控制方法，其中，上述第1臨界值P1是在絕對壓力下，藉下述的(1)式設定，P1=P0+γ×Pm×k×A/V×T………(1)但是，上述的(1)式中，P0：煞車的動作所須最低限的儲氣部壓[kPa]、γ：多變性指數、Pm：儲氣部壓的平均值[kPa]、k：修正係數；<B/A、B：從壓縮機朝儲氣部之壓縮空氣的補給量[m3/s]、A：不限制壓縮空氣從儲氣部至氣墊的狀態的導入量[m3/s]、V：儲氣部的容積[m3]及 T：壓縮機從驅動開始至壓縮空氣開始吐出為止的時間延遲[s]。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項記載的鐵道車輛之車體傾斜控制方法，其中，在限制壓縮空氣對氣墊的導入量的狀態下，檢測出儲氣部壓隨著以壓縮機進行壓縮空氣的補給而形成超過上述第1臨界值的第2臨界值以上的場合時，停止壓縮機的驅動，並解除壓縮空氣對氣墊之導入量的限制。
  4. 如申請專利範圍第3項記載的鐵道車輛之車體傾斜控制方法，其中，上述第2臨界值P2是在絕對壓力下，藉下述的(2)式設定，P2=P0+γ×Pm×k×A/V×T+γ×Pm×A/V×T………(2)但是，上述的(2)式中，P0：煞車的動作所須最低限的儲氣部壓[kPa]、γ：多變性指數、Pm：儲氣部壓的平均值[kPa]、k：修正係數；<B/A、B：從壓縮機朝儲氣部之壓縮空氣的補給量[m3/s]、A：不限制壓縮空氣從儲氣部至氣墊的狀態的導入量[m3/s]、V：儲氣部的容積[m3]及T：壓縮機從驅動開始至壓縮空氣開始吐出為止的時間延遲[s]。
TW101109853A 2011-03-31 2012-03-22 On the Tilt Control Method of Railway Vehicles TWI438109B (zh)

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