TWI317331B - - Google Patents

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1317331 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種鐵道車輛之振動抑制裝置，其裝載 有用以抑制車體橫搖之半主動懸架（semi_active suspension) ° 【先前技術】 鐵道車輛，因運轉時受到橫風或軌道擾流等，而使車 體往橫向搖晃。 為了抑制車體之橫搖，裝載有不必設置振動控制用動 力源之半主動懸架。 此種半主動懸架，例如日本特開平1〇_297485號公報 所揭示般’係由車體用以吸收來自台車的衝擊之空氣彈 簧、利用車體對台車之橫搖而伸縮之阻尼器、用以檢測車 體之橫向加速度之加速度感測器、及根據加速度感測器的 檢測訊唬以控制阻尼器的作動之控制器等所構成。 控制器係利用天鉤半主動（skyhook semi-active)控制 疋律來控制阻尼器的作動，藉此活用阻尼器的振動能量來 有效抑制車體之橫搖。 【發明内容】 ^鐵道車輛，係於與軌道接觸的車輪之輪面設有斜度， “由該斜度使左右車輪分別朝向左右軌道内側，因此於 線區間行進時等台車會有蛇行之傾向。 、 ΐΐί的蛇行，係藉由在車輪之輪面適當設置斜度， 且適虽叹疋在懸架所設置之墊圈類的硬度等來予以抑制。 然而，當車輪之輪面麻4 於執道條件不佳之處行知、塾圈類之經時劣化等，或 車發生會發生、，無法抑制台車的蛇行，# 丈王间頻横搖振動。 订於台 對於裝载有半主 頻橫搖振動時，若進之鐵道車柄’當於台車發生高 横搖振動，惟因阻尼:天釣半主動控制，雖可抑制車體之 之橫搖振動。 D之減振力不足而無法充分抑制台車

本發明有鑒於上扯、网W 車輛之振動丨# " α題點，其目的在於提供一種鐵道 本=裳置，可抑制台車之橫搖振動。 對 鐵道車輛之振動抑制裝置，俜用以抑裙丨直 對台車之橫搖，其具備. 衣置係用以抑制車體 阻尼器，舍田分· ± 力為可變；及 〜體對该台車之橫搖而伸縮’其減振 力口速度檢測機構，用^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 下方向加速度； 巾乂檢測該車體之橫向加速度與上 並具有： 尸„„第—控制模式，利用天鉤半主動控制定律來控制該阻 器之減振力，以才艮據該車體之橫向加速度檢測訊號來控 制車體之橫搖； 第二控制模式，使該阻尼器作動，以控制該台車之橫 搖振動； 判疋機構’係根據該車體之上下方向加速度檢測訊號， 以進行該台車之橫搖振動發生時的判定；及 切換機構’係於該台車之橫搖振動發生時，從該第一 1317331 控制模式切換成該第二控制模式。 依本發明，於通常運轉時，阻尼 釣半主動控制來控制車體之橫搖， 利用天 感。 κ对侏持乘坐的舒適 時 動 另一方面，當因台車蛇行而於Α 可藉由切換阻尼器的作動，、2二 南頻橫搖振動 而可提古鐵、曾車輛的，S '控制台車的高頻橫搖振 而了抆间鐵道車輛的運轉穩定性。 【實施方式】 以下，根據附圖以說明本發明之實施形離。 圖i係鐵道車輛之振動抑制裝置之系 示，鐵道車輛卜具備行進於執道2上之台車3、/所 載人或行李之車體10。於鐵道車 供搭 一台車3。 鐵道車輛1的前部與後部各設置 台車3’具備轉動於左右軌道2上之左右車輪 輪支擇成旋轉自如之車軸5、及設於車轴5與台 之左右懸架彈簧7。各懸架彈菁7,係相對於台車架Ί 支撐車軸5’以吸收車軸5之上下方向振動。 車輪4具有與執道2接觸之輪面^。於輪面物 二 =!44之旋轉中心線呈傾斜之斜度。設置於左右車 =4之輪面4a之斜度，係以彼此反向的方式朝向軌道2之 側，並利用重力使左右車輪4朝向左右軌道2之内側 在台車3與車體10之間設置左右 々 彈菁8係相對於台車3而支撐車體iq，以吸收台車^二 下方向振動。 上 1317331 在台車3輿直挪, ,、平體10之間設置阻尼器9。阻尼器9，# 相對於車輛1的行 係 進方向呈水平橫方向（以下，僅稱為橫向） 伸縮，以抑制車體10之橫向振動。 阻尼器9係诂丄 〇 減振力可變阻尼器，其能變化對隨其伸縮 而'抓動之作動油（作 、’ 懸架。藉由從控制器 阻力，以構成半主動 二 〇傳达的訊號，以無階段方式切換 阻尼器9之減振力。 „圖2係減振力可變阻尼器之構成圖。如圖2所示，阻 。 備可⑺動且收容於汽缸32内之活塞34、及結 °於，舌塞34之活塞桿33。台車3與車體1G其中之一與汽 ^ 32連結’另—與活塞桿33連結，利用車體則目對於 之k向相對移位，使活塞34與活塞桿33相對於汽 缸3 2滑動。 〇*缸32内係藉活塞34而阻隔成桿側壓力室35與邊緣 側壓力室36。在汽缸32之外側設置油槽室。 〜阻尼益9具備.單流通路41，用以將作動油從桿側壓 力至35導向油槽冑37 ;壓側止回閥51，對從油槽室37 往邊緣側壓力t 36之作動油的流動進行開閥；及伸侧止 回閥52,對從邊緣侧壓力冑36往桿侧壓力室^之作動油 的流動進行開閥。 在阻尼器9收縮作動之壓側行程，壓側止回閥51關閉， 伸側止㈣52打開，活塞桿33之侵人體積分之作動油通 過限流孔(〇Hfice)53肖單流通路41，從桿侧壓力室35流 往油槽室3 7。 *1317331 在阻尼器9伸張作動之伸側行程，伸側止回閥52 壓側止回閥51打開，作動油通過限流孔53與單流通路41， 從捍側壓力室35流往油槽室37。 活塞34與活塞桿33其截面積比為2:ι，在阻尼器9 之壓側行程與伸側行程，作動油流經限流孔Μ與單流通 路41之机里相等，而可獲得相同之減振特性。 於單流通路41並聯介設比例電磁釋放閥42與減振閥 j且介設電磁切換閥44，以將作動油選擇性導引至比例 電磁釋放閥42或減振閥43。比例電磁釋放閥42，藉由來 自。控制器2〇之訊號來改變開閥壓。減振閥43係心阻尼 器9之速度成比例來提高減振力。當控制器異常時等， 若電磁切換閥44切換成用以使作動油導弓丨至減振閥43之 位置時’阻尼器9可發揮使減振係數怪定之被動式阻尼器 之作用。 、阻尼器9,具備用以將桿侧壓力室35與邊緣側壓力室 _ 36連通之。連通路45，於該連通路45介設伸侧卸載閱 阻尼器9，具備用以將邊緣側壓力室36與油槽室37 連通之連通路47’於該連通路47介設壓側卸载閥48。 . 電磁切換閥44、比例電磁釋放閥42、伸側卸載閥钧、 壓側卸載閥48,係藉由控制器2〇之訊號來進行開閉作動。 控制器20,於天鉤半主動控制時，使伸侧卸載 與壓側却載閥48之一方〇N而開閥，使另—方〇卯而 間，並使電磁切換閥44切換成用以將作動油導引至才 電磁釋放閥42之位置，且進行比例電磁釋放閥4 二 9 1317331 壓之控制。 當進行使伸側卸載閥46為 48為off㈣鬥，工Α巧υΝ而開閥’使！側卸载閱 勒控制時，在阻尼器9伸張 動之伸側行程中，從桿側壓力 之作動a & π ^ 至5，巩往邊緣側壓力室36 作動，由流經伸侧卸載目46,以產生因 低之減振力。另—方而…m 通路壓知所致之極 且尼态9收縮作動之壓侧行程 力至35流在油槽室37之作動油流經單向通 ，並猎由比例電磁釋放_ 42產生根據控制指令之減 振力。 當進行使伸侧卸載閥46為〇FF而閉閥，使壓侧抑载 閥48為〇N而開閥之天鉤半主動控制時，在阻尼器9伸張 作動之伸側行程中，從桿側壓力室35流往邊緣側壓力室36 之作動油流經單向通路41，以藉由比例電磁釋放閥U產 生根據控制指令之減振力。另一方面，在阻尼器9收縮作 動之壓側行程中’從邊緣侧壓力室36流往油槽室37之作 動油流經壓側却載閥48 ’而產生因通路壓力損失所致之極 低之減振力。 如圖1所示，於車體10設置加速度感測器1 5，使其 位於台車6之正上方大致中央部，作為車體10之加速度 檢測用之機構。加速度感測器丨5，係檢測雙軸加速度者， 用以檢測車體10之橫向加速度ax，並檢測車體10之上下 方向加速度az。 又’作為車體1 〇之加速度檢測用之機構，亦可設置2 個檢測單軸加速度之加速度感測器。 Ί317331 控制器20，係輸入加速度感測器1 5之檢測訊號，並 #J用天鉤半主動控制定律之原理來控制阻尼器9產生之 振力。 °亥天鉤半主動控制定律，係於不動之壁與車體1 〇之間 设f虛擬阻尼器，當虛擬阻尼器產生之減振力之方向與阻 產生之減振力之方向相同時，將該虛擬阻尼器產生 咸振力田作阻尼@ 9之減振力來產生，當虛擬阻尼器產 生之減振力之方向與阻尼器9產生之減振力之方向相反 時，則將阻尼器9之減振力當作因通路壓力損失所致之極 低之減振力。 就天鉤半主動控制之一例而言，設χ為車體1〇之橫 向移位’ Υ為台車3之橫向移位，dx/dt為為車體10之橫 向絕對迷度，d(X-Y)/dt為台車3相對於車體1〇之橫向 相對速度，Cs為天鉤減振係數，減振力F以如下方式運算。 當（dX/dt)x{d(X—Y)/(it}g〇時，減振力F係以下式運 .算。 F= Csx(dX/dt) ...(1) 當（dX/dt)x{d(X-Y)/dt}<〇 時，設減振力 Fi?〇。 控制|§ 20將根據減振力F之指令訊號輸出至阻尼器 9 ’阻尼器9即產生減振力F。 然而，當隨著車輪4之輪面4a之磨損，或未圖示之墊 圈類之經時劣化之情形，會因台車3蛇行，而產生台車3 <橫搖振動。 當發生台車3之橫搖振動時，若與通常行進時同樣進 11 1317331 行天鉤半主動控制，阻尼器會將台車3之振動絕緣以避免 台車3之移動傳至車體1G，因此，會有助長台車3之蛇行 移動之If形，使阻尼器無法控制台車3之橫摇，會有妨礙 鐵道車辅1之高速行進之可能性。 。因應於此，㈣H 2〇,當根據車體1〇之力口速度檢測 訊唬而判疋為台車3之橫搖振動發生時，於橫搖振動發生 時變更阻尼器9之控制模式，以控制台車3之振動。 控制器20’於台車3之橫搖振動未發生之通常行進時， 根據式^而運算減振力F以作為天鉤減振錄cs，俾進 :阻尼a 9之天鉤半主動控制來控制車體之振動。另 方面於台車3之橫搖振動發生時，減振力F不依據車 體二之橫向絕對速度dx/dt，而將減振力f設為但定，以 抑制口車3之橫搖振動。具體而言，係設供至比例電磁釋 放閥42之指令值為恆定，伸側卸載閥46為OFF，壓側卸 載閥48為。FF。 至側卸 :制_ 2G ’係作為根據車冑1G t加速度檢測訊號以 判定 A 〇 〇 之橫搖振動發生時之機構，並藉由加速度感測 、、—根據車體10之橫向加速度ax與上下方向加速度ax 以進;^亍A击 1 α 之橫搖振動發生時之判定。

於Α直 Q 車舻：〇D t橫搖振動發生時，因台車3之蛇行，導致 單體10之播a』夕 “ 向搖動，並因設於各車輪4之輪面4a之斜度， 诱二車3透過懸架彈簧7而往上下方向搖動，車體1〇 透、工氣彈* 8而往上下方向搖動。若進行阻尼器 鉤半主動抻制，土 彳丁 1也益V之天 二，則車體10之橫向加速度振幅（加速度變化 12 ♦1317331 量）Αχ被抑制為小，而車體10之上下方向加速度振幅（加 速度變化量）心未被抑制。因此，藉由一併檢測車體1〇之 上下方向加速度振幅Αζ與橫向加速度振幅Αχ，即可易於 進行台車3之橫搖振動發生時之判定。 其次’依圖3之流程圖，說明藉控制器Μ執行根據車 體10之加速度檢靠號以判定台車3之橫搖振動發生時 之控制動作。 之檢測訊號進行 ax與上下方向加

首先，在步驟1，對加速度感測器i 5 過濾處理，以讀取車體1〇之橫向加速度 速度az。 、接著，在步驟2,將經過既定時間T之期間所讀取之 加速度ax之最大值Max(ax)與最小值m 速度振幅-而將加速度az之最大㈣咖)與= Min(az)之差作為加速度振幅Αζ予以求出。 接者’在步驟3 ’將橫向加速度加權係數“乘以橫向 力:速度振幅Αχ ^χΑχ ’與將上下方向加速度加權係數沒 :二下方向加速度振幅Az之沒χΑζ之和"ΑΧ"*， 進仃其是否為既定閾值Maxl以上之判定。 在此’當判定α xAx+沒χΑζ為小於既定閾值驗以時， 貝1進至步驟8，並將異常計數值Cz刪除。 另方面，當判定Q：XAx+ “Az為既定閾值Maxl以 上日、，則進至步驟4，而將異常計數值Cz計入。 接者’在步驟5’進行異常計數值（^是否已達判定值 Cza之判定。 13 1317331 在此，當判定計數值cz已遠、， 步驟6，以建立橫搖振動發生時判^彳定值Cza時，則進至 接著，在步驟7’將異當斗 ^ 徑。 常5十數值Cz初始化而結束本路 路徑，並不依據第二控制模式之 「厂…- dX/dt，而將減振力F設為怪定之仏向絕對速度

動而控制台車3之橫搖，以提高；利用阻尼裔9的作 ^ ^ 杈间鐵道車輛1之運轉穩定性。 其次’以圖4之流程圖，說明根據以控制器2〇執行之

車體10之加迷度檢測訊號，判定台I 之橫搖振動解消時之控制動作。 、振動解消 15之檢測訊號 ax與上下方向 首先，在步驟11 ’進行加速度感測器 之過濾處理，以讀取車體10之橫向加速度 加速度az。 接著，在步驟12，將經過既定時間τ之期間所讀取之 加速度ax之最大值Max(ax)與最小值Min(ax)之差作為加 速度振幅Αχ，而將加速度az之最大值Max(az)與最小值 Min(az)之差作為加速度振幅Az予以求出。 接著’在步驟13 ’將橫向加速度加權係數α乘以橫向 加速度振幅Αχ之α χΑχ，與將上下方向加速度加權係數点 乘以上下方向加速度振幅Az之/5 χΑζ之和α χΑχ +召χΑζ， 進行其是否為既定閾值Maxi以下之判定。 在此，當判定a xAx+ /3 χΑζ為大於既定閾值Maxi時， 則進至步驟1 8，並將異常計數值Rz刪除。 1317331 方面，當判定α xAx+点xAz為 下時，則進至+驟彳4 &脸s ‘"、无定閾值Maxi以 接運至步驟丨4,而將異常計數值Rz計入。 值h之^㈣15’進行異常計數值&是否已達判定 步驟計數值RZ已達判定值^時，則進至 乂建立橫搖振動發生時判定位元b。 路徑接著’在步驟17’將復原計數值匕初始化而結束本 路徑如Si第：建立橫搖振動發生時判定位“，則於另- 蓉…控制模式之天鉤減振係數為CS根據式⑴運 异減振力F’進行阻尼器9之天鉤半主動 冑式⑴運 體10之振動。藉此，利用阻尼器9 '以控制車 之橫搖，故可保持搭乘之舒適感。、@控制車體10 如上述，在本實施形態，鐵道 係用，車體 因車體……橫搖而伸縮，其:振;會 速度感測器（加速度檢測機_，用以檢測車體， 加速度與上下方向加速度；第一控制 = 來控制阻尼…減振力，以根據:::： ==::來控制車…橫搖;第二控制； ，尼器9作動，以控制台車3之橫搖振動 ♦系根據車體10之橫向加速度檢測訊號與上下方向加 二檢測訊號’進行台4 3之橫搖振動發生時的判定.： 切換機構，係於台車3之橫搖振動發生時，從第:制： 15 1317331 式切換成第二控制模式。 半主=制:通常運轉時’阻尼…減振力可利用天鉤 、“另㈣車體1G之橫搖，以良好保持乘坐的舒 適感另—方面，當因台車3蛇行而於 搖振動時，可藉由切掄阳e〇 赞生同頻才κ 了藉由切換阻尼15 9的作動，控制台車3的高 頻棱搖振動，而可提高鐵道車輛1的行進穩定性。 就第二控制模式而言’於台車3之橫摇振動發生時， :以使減振力怪定而發揮被動阻尼器之作用， 匕》 所產生之減振力來抑制台車3 a 高鐵道車輛1的行進穩定性。 、，能提 就第二控制模式而言，於台車3之橫搖振動發 :二卸載間46、壓侧卸載閱48兩者〇FF而閉閥，於阻 尼# 9之伸縮作動時避免成為卸載狀態，藉此 、 :於壓:則行程與伸側行程兩者發生減振力來抑制二尼3 杈搖，旎提兩鐵道車輛丨的行進穩定性。 由於根據車體1〇之加速度檢測訊號’以進行 橫搖振動發生時的判定，因此，不必於台4 3二文之 感測器等’故可抑制裝置成本之提高。 °又π速度 就算因台車3蛇行而於台車3發生橫搖，由於 器9的作動進行天鉤半主動控制，以根據車體玉 =測訊號來控制車體1〇之橫搖，於此運轉狀態下；： 車體H)之橫搖抑制為小’藉此，縮小車體1〇 字 :振幅。因此，根據車胃10之橫向加速度振幅：進= 車3之橫搖振動發生時的判定，有其困難。 《 16 • 1317331 J而，台車3之橫搖振動發生時，因台車3之蛇行， 會因設於各車輪4之輪面4a之斜度，使台車3透過懸架彈 簧7而往上下方向搖動，車體會透過空氣彈簧8而往 上下方向搖動。因此，藉由檢測車體10之上下方向加速 度振幅Az，可確實進行台車3之橫搖振動發生時的判定。 在本實施形態，由於藉由雙軸之加速度感測器15，來 進行與車體U)之橫向加速度振幅Αχ及上下方向加速度振 2 Αζ對應之檢測’以進行台車3之橫搖振動發生時的判 定，故能確實進行台車3之橫搖振動發生時的判定。 又作為口車3之橫搖振動發生時的判定參數，可計 算車體Η)之上下方向加速度振幅Αζ·向力速度振幅^ 之任一值超過閣值時的次數，當計數值超過規定次數時， 則判定為台車3之橫搖振動發生時。 又，亦可計算上下方向加速度振幅Αζ及橫向加速度 振幅Αχ兩者之值超過閾值時的次數，當計數值超過規定 次數時，則判定為台車3之橫搖振動發生時。 又，作為台車3之橫搖振動發生時的判定參數，亦可 使用橫向加速度ax與上下方向加速度az之# ax+az，計 算該和ax+az超過閾值時的次數，當計數值超過規定次數 時，則判定為台車3之橫搖振動發生時。 ^在本實施形態，由於台車3之橫搖振動發生時使阻尼 器9之減振力恆定’故可抑制台4 3之橫搖，提高鐵道車 輛1之行進穩定性。 . 就另一實施形態而言，台車3之橫搖振動發生時可持 17 -1317331 t進订天鉤半主動控制’利用車體1k橫向絕對速度dX/dt 鉤减振係數來求出阻尼器9之減振力F，台車3之橫 搖振動發生時提高天鉤減振係數。在此情形，台車3蛇行 :引：之台車3之橫搖振動發生時阻尼器9之減振力F變 冋’猎此’可抑制台車3之橫搖，提高鐵道車輛丄之行進 穩定性。 就另-實施形態而言，台車3之橫搖振動發生時，可 _將圖2所示之電磁切換閥44切換成使作動油導引至減振 閥43之位置，以使阻尼器發揮減振係數恆定之被動阻尼 器的作用。 、在此情形，於通常運轉時，流經單流通路41之作動油 被導引至比例電磁釋放閥42 ,並藉由控制器對比例電磁釋 放閥42之開閥壓進行天鉤半主動控制。藉此，可控制車 體10之橫搖，而保持搭乘之舒適感。 另一方面，台車3之橫搖振動發生時，進行電磁切換 _ 閥之位置切換，以將流經單流通路41之作動油導引至減 振閥43。減振閥43具有與阻尼器9之速度成比例來提高 減振力之特性，利用阻尼器9所產生之減振力來控制台車 3之橫搖，而提高鐵道車輛1之行進穩定性。 本發明未限於上述實施形態，在其技術思想的範圍内 ' 可作各種變更。 【圖式簡單說明】 圖1係表示本發明之實施形態之鐵道車輛之振動抑制 裝置的系統圖。 18 1317331 圖2係減振力可變阻尼器之構成圖。 圖3係進行控制變更處理的步驟之流程圖。 圖4係進行通常控制復原處理的步驟之流程圖。 【主要元件符號說明】 1 鐵道車輛 2 軌道 3 台車 4 車輪 8 空氣彈簧 9 阻尼器 10 車體 15 加速度感測器 20 控制器

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Claims (1)

1317331 十、申請專利範圓·· 1. 一種鐵道車輛之振動抑制 台車之橫搖，其特徵在於，具備：、 抑制車體對 阻尼器，會因該車體對該 力可變；及 早之橫搖而伸鈿，其減振 加速度檢測機構，用以檢 下方向加速度； Μ車體之橫向加速度與上 並具有： > 弟一控制模式，利用 ， 尼哭之_六 J用天鉤_主動控制定律來控制該阻 制車體之橫搖； 向加速度檢測訊號來控 第二控制模式，使該阻 搖振動； 尼器作動，以控制該台車之橫 判定機構，係根據該車體 以進杆球A * 體之上下方向加速度檢測訊號， Μ σ車之杈搖振動發生時的判定，·及 切換機構，係於該台車 早之杈搖振動發生時，從該第一 控制模式切換成該帛二㈣模^。 置I如申請專利範圍第1項之鐵道車輛之振動抑制裝 控制H。’將該阻尼器之減振力設成值定，以作為該第二 3·如中請專利範項之鐵道車輛之振動抑㈣ 一 /、中，將该阻尼器之減振係數設成恆定，以作為該 二控制模式。 弟 4·如申請專利範圍第1項之鐵道車輛之振動抑制裝 20 〜1317331 置，其中，使該阻尼器之伸縮作動時避免成為卸載狀態， 以作為該第二控制模式。 5·如申請專利範圍第1項之鐵道車輛之振動抑制裝 置’其中’係根據該車體之上下方向加速度檢測訊號與橫 向加速度檢測訊號，進行該台車之橫搖振動發生時的判 定。 • 十一、圈式： 如次頁

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