JPH03295758A - 鉄道車両用空気ばねの応荷重型電子制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、空気ばね付き台車を有する鉄道車両の軌道
ねじれ部で発生する輪重変動を小さくした空気ばねの電
子制御方法に関する。

従来の技術 空気ばね付き台車を有する鉄道車両は、個々の空気ばね
高さを連結棒を用いて機械的に検知し、その動きを高さ
調整弁のレバーに伝えて弁の開閉を行ない、高さの修正
、内圧の調整を行なっていた。

しかし、鉄道車両が緩和曲線、すなわちカント逓減区間
で停車した場合は、高さ調整機構が自動的に働き、各空
気ばね高さを一定に保とうとするため、次のようなメカ
ニズムにより内圧の低下が生じ、輪重抜けが発生するこ
とがあった。

すなわち、鉄道車両がカント逓減区間で停車すると、−
車両の前後台車の間で内航側と外軌側のレール高さが異
なり軌道ねじれが生じているため、前後台車は異なる傾
斜角で傾く。そのため、各空気ばねに付属している高さ
調整弁の働きにより、第９図に示すように前台車（９）
と後台車（１０）には互いに逆向きのモーメントが働き
、そのモーメントがつり合う角度に車体（１５）は傾斜
して静止する。

この状態では、前台車（９）と後台車（１０）の空気ば
ね高かは必ずしも目標高さにはなっていないため、自動
高さ調整機構の高さ調整弁の給排気は継続する。そのた
め、車両の対角方向に位置する空気ばねの内圧に不均一
が生じる。

この内圧の不均一により、各車輪の負担する荷重に不均
一が生じる。その結果、輪重変動が大きく、荷重分担の
少ない車輪は、いわゆる輪重抜けを生じ車両の再起動時
に脱線する危険性がある。

従来の空気ばね制御系においても、この輪重変動を少し
でも小さくするため、左右空気ばねの間を差圧弁で接続
している。この差圧弁は、設定差。

圧を超える左右空気ばね間の内圧差が生じた場合に連通
するように設けられている。したがって、この設定差圧
は小さいことが望ましい。しかし、曲線路におけるカン
ト負けを防止する観点から、この設定差圧はあまり小さ
くできず、一方、前後台車それぞれの設定差圧の合計が
一車両内の最大内圧差となるので、輪重変動に対しては
設定差圧を大きくとることは不利となる。

発明が解決しようとする課題 上記のごとく、従来の空気ばね付き台車を有する鉄道車
両は、各空気ばねに高さ調整機構があり、各空気ばねご
とに高さ調整が行なわれている。また、前後台車のそれ
ぞれに左右空気ばね間を差圧弁で接続し、左右空気ばね
間の空気圧の調整が行なわれている。

しかし、このような制御方法では、カント逓減区間の軌
道ねじれ部で停車した場合、空気ばねが設定高さと設定
差圧を満足して輪重変動を防止することはできなかった
。

この発明は、カント逓減区間における輪重変動を防止し
、カント逓減区間に停車した車両が再起動する際の脱線
防止を目的とした鉄道車両用空気ばねの電子制御方法を
提供するものである。そして、特に車両重量あるいは乗
客の多少に応じて、制御のパラメータを変化させ、より
合理的な制御方法とすることにより、弁の開閉頻度の減
少や制御の安定度を向上させ、弁の寿命の増大や空気消
費量の減少を図ることを目的とする。

課題を解決するための手段 上記目的を達成するため、この発明の鉄道車両用空気ば
ねの電子制御方法は、空気ばね台車を有する鉄道車両に
おいて、前後台車の各空気ばねに、連続的に計測する高
さ検出器、圧力計および空気流量を低くした給気弁と排
気弁を設け、各高さ検出器および圧力計の検出信号を制
御器に入力し、設定差圧および設定高さと比較演算して
制御器からの制御信号により答弁を開閉操作するように
構成し、 ■　前後台車の各空気ばねの内圧と高さを検出して、前
後台車の対角線上にある空気ばねの内圧の和の差の絶対
値、または前後台車の同じ側にある前後空気ばねの内圧
の差の絶対値が左右側ともに、前後台車の全空気ばねの
平均内圧に比例して設定した目標内圧差内に納まるよう
に答弁の給排気を制御する、 ■　上記■の制御方法により空気ばねの内圧制御を行な
い、引続き空気ばね高さ制御や高さ制御を行なう、 ■　上記■の制御方法において、全空気ばねの平均内圧
測定値が設定平均内圧下限値より小さいときは各排気弁
を開いて排気のみを行ない、逆に平均内圧測定値が設定
平均内圧上限値より大きいときは各給気弁を開いて給気
のみを行ない、平均内圧測定値が設定平均内圧下限値と
設定平均内圧上限値の間にあるときは各給気弁と各排気
弁を開いて給気と排気を同時に行なう、 のである。

作　　　　用 第４図に示すように、前台車の空気ばね（１）　（２）
と後台車の空気ばね（３）（４）のそれぞれの内圧をＰ
Ｌ、Ｐｌ、Ｐ、、Ｐ、とし、またばね高さをｈ５ｈ！、
ｈｓＳｈ４としたとき、第９図に示すようにカント逓減
区間において、前台車（９）と後台車（１０）にたがい
に逆向きのモーメントが働けば、その際の各空気ばねの
内圧は、例えば第６図に示すように、Ｐｌ　とＰ４が低
く、Ｐｌ　とＰｇが高い。したがって、対角線上の空気
ばねの内圧の和の差の絶対値、すなわち１（ＰＩ十Ｐ４
）　　　（Ｐｔ＋Ｐｓ）ｌの値により内圧の変動を最も
顕著に表わすことができる。そのため、設定差圧をΔＰ
ｅとしたとき、（Ｐ　ｒ＋　Ｐ　４）　　　（Ｐ　＊斗
Ｐａ）ｌ＜ΔＰｅを満足するように内圧制御を行なえば
、空気ばねの内圧変動を小さく押えることができる。

また、カント区間においては、左右空気ばねの内圧に差
がなければ第８図に示すように前台車（９）と後台車（
１０）はともに内軟側に向けてモーメントが発生しカン
ト負けが起る。しかし、例えば第８図の状態で第７図に
示すように片側の空気ばね（２）（４）の内圧Ｐ！、Ｐ
４が低く、他側の空気ばね（１）（３）の内圧Ｐｒ、Ｐ
−が高いカント区間では＋　（Ｐ１＋Ｐ４）　　　（Ｐ
ｓ＋Ｐｓ）ｌの値はあまり変化せず、十分に左右内圧間
に差を発生させ、カント負は現象の発生を防止できる。

前後空気ばねの内圧の差圧ＩＰ＋　　Ｐａｌ、ＰｘＰ＊
ｌについても、上記対角線上の空気ばねの内圧の和の差
の絶対値と同様の性質を有し、制御上の効果が認められ
ており、 Ｐ＋　　Ｐ−＜ΔＰｅ　　　がつ、 Ｐｌ　　Ｐ４　　＜ΔＰｅ を満足するように制御を行なえばよい。

しかし、上記制御おいて、設定差圧ΔＰｅを常に一定値
に固定しておくのは、制御の安定度からみて得策ではな
い。

すなわち、空車時（平均内圧約２気圧）と満車時（平均
内圧約６気圧ンの各空気ばねの圧力偏差は平均内圧にほ
ぼ比例して大きくなっている。

例えば、空車時の圧力がＰｔ＝２．１気圧、Ｐ、＝１．
９気圧、Ｐ、＝２．１気圧、Ｐ、＝２．０気圧のとき、
対角線上の差圧はｌ　（２，１＋２．０）　−（１，９
＋２．１）　ｌ　＝　０．１気圧となり、ΔＰ　ｅ＝　
０．２気圧を設定しても、不感帯へ入れることは困難で
なく、比較的迅速に実施できる。しかし、満車時におい
ては、各空気ばねの圧力は、例えば空車時と同じ圧力変
動率（全空気ばね４個の内圧平均値を１００としたとき
、最小内圧を示す空気ばねの内圧値を１００から引いた
もの）を示す場合、すなわちＰ＋＝６．３気圧、Ｐｓ＝
５．７気圧、Ｐ場＝６．３気圧、Ｐ、＝６．０気圧のと
き、対角線上の差圧は（６，３＋６．０）　−（５，７
＋６．３）　ｌ　＝０．３気圧となり、ΔＰｅ内に納ま
らず、さらに弁の開閉動作を継続することになる。この
場合は、過剰に小さな変動率内に納めようとし不必要に
弁の開閉を行なうことになる。

一方、逆に満車時を対象としてΔＰｅを大きく設定する
と、空車時には大きな圧力変動率を許容してしまうこと
になり、本来の目的が失われる。

したがって、応荷重型の目標値を設定することが効率的
で、安定かつ精度の良い制御を行なう上で必要となる。

つまり、 ΔＰｅ＝β・Ｐ ただし、βニ一定の係数 Ｐ：全空気ばね４個の平均内圧と することが望ましい。

上記応荷重壓の差圧目標値を設定して圧力制御を行なう
場合、一定締りの弁を用いると、空気元溜め圧（６〜８
気圧）と空気ばね内圧および入気圧の圧力差の関係から
同一時間給気弁あるいは排気弁を開閉しても給気量が多
くなる場合と、排気量が多くなる場合がある。

２ｍｍφのオリフィスを用いた弁において１秒間に通過
する空気流量（ノーマル状態、１気圧、１４℃）を給気
側と排気側について調べた。その結果を第１表に示す。

この表かられかるように、空車では給気が強く、満車で
は排気が強いので、圧力を不感帯内に入れてバランスを
保持する立場から、この傾向を相殺する方向の制御を積
極的に取り入れることが望ましい。

第　　１　　表 の１に示すように、また（ＰＩ＋Ｐ４）＜　（Ｐｓ十ｐ
ｓ）のときは第２表の２に示すように、弁の開閉を応荷
重壓にして、不感帯内に早く入るように制御する。この
ようにすることによって、第１表に示した給気と排気の
アンバランスを打ち消す方向の安定性の高い制御が得ら
れる。

第２表の１ この点について、対角線上の差圧制御と前後の差圧制御
に分けて具体的に説明する。

■　対角線上の差圧制御の場合 ＋（ＰＩ＋Ｐ４）　　　（Ｐｒ＋Ｐａ）ｌ＞ΔＰｅにお
いて、（Ｐ＋＋Ｐ４）＞　（Ｐｚ＋Ｐ＊）のときは第２
表（備考）　なお、Ｐｘは設定平均内圧下限値、Ｐｌは
設定平均内圧上限値であり、例えばＰ　ｅ＝　２．５ｋ
ｇ／　ｃｍ”、Ｐｙ＝　４．５ｋｇ／ｃ♂とする。

また、空気元圧、オリフィス径などの選択に応じてＰｘ
、Ｐｖ　を変化させて１も良い。「−」は弁を閉じたま
まを意味する。

第２表の２ 第３表の１ （備考）　なお、備考説明は第２表の１と同じ。

■　前後の差圧制御の場合 ＩＰ、−Ｐ、Ｉ＞ΔＰｅの場合は第３表の１に示すよう
に、またＩＰ、−Ｐ、Ｉ＞ΔＰｅの場合は第３表の２に
示すように、弁の開閉を応荷重型にして、不感帯内に早
く入るように制御する。

（備考） なお、備考説明は第２表の１を参照。

（以下余白） 第３表の２ （備考）　なお、備考条件は第２表の１を参照。

上記のごとく、応荷重型制御により空気ばねの圧力制御
を行なうとともに、他の制御アルゴリズムにより空気ば
ねの高さ制御や車体の傾斜角制御を行なえば、車体のス
トッパー当りの防止あるいは車体の望ましい姿勢制御を
行なうことができる。

実施例 この発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図に示すように、鉄道車両の前台車（９）と後台車
（１０）の左右側に設けた空気ばね（１）（２）および
（３）（４）のそれぞれに、圧力計（１７）と高さ検出
器として第５図に示す要領でロータリーエンコーダ（５
）を設置する。また、元空気溜（６）と各空気ばね（１
）〜（４）の間を接続した配管（７）の途中に、オン・
オフ制御の電磁弁からなる給気弁（１１）、（１２）、
（１３）、（１４）を設けるとともに、他に設けた排気
管にオン・オフ制御の電磁弁からなる排気弁（２１）、
（２２）、（２３）、（２４）を−設ける。そして、各
ロータリーエンコーダ（５）および圧力計（１７）の検
出信号を制御器（８）に入力するように配線し、また各
給気弁および排気弁を開閉する制御器（８）からの出力
を伝えるための配線をする。

この発明による空気ばね内圧の応荷重製電子制御は、先
に記載したとおり、前台車（９）と後台車（１０）の対
角線上にある空気ばねの内圧の和の差の絶対値が、 （ＰＩ＋Ｐ４）　　　（Ｐ＊＋Ｐｓ）Ｉ　＞ΔＰｅのと
き、制御器（８）から答弁へ制御信号を流し、電磁弁を
開閉し、各空気ばねの内圧が設定された目標値に納まる
ように制御する、また、対角線上の差圧制御の場合と同
様に、前台車（９）と後台車（１０）の同じ側にある前
後の空気ばねの内圧の差の絶対値が、 Ｐ＋＋Ｐｓ　　＞ΔＰｅ　　　あるいは、Ｐ、−Ｐ、Ｉ
＞ΔＰｅ のとき制御器（８）から答弁へ制御信号を流し、電磁弁
を開閉し、各空気ばねの内圧が設定された目標値に納ま
るように制御する、前後の差圧制御がある。

上記対角線上の内圧制御のフローチャートを第２図に示
す。

対角線上の内圧の和の差の絶対値が設定差圧値ΔＰｅよ
り大きい場合は、この発明の内圧制御により、第２表の
１および第２表の２に示す手段で給気弁および排気弁の
給排気が制御され、設定差圧内に納められる。そして、
引き続き他の制御系による空気ばねの高さ制御や車体の
傾斜角制御が行なわれる。また、対角線上の内圧の和の
差の絶対値が設定差圧値ΔＰｅ内に納まっているときは
、内圧制御を行なうことなく、次の他の制御アルゴリズ
ムによる空気ばねの高さ制御や車体の傾斜角制御に移行
して空気ばねの制御が行なわれる。

また、上記の前後の内圧制御の場合のフローチャートを
第３図に示す。

この場合は、まずＩＰ＋Ｐ＊ｌとΔＰｅを比較し、差圧
が設定差圧値を超えているときは、第３表の１に示す要
領で空気ばね（１）と（３）の給排気を制御して設定差
圧内に納め、また最初から設定差圧内に納まっていると
きはそのままで、次のＰＩＰ４１とΔＰｅを比較する。

そして、ここで設定差圧値を超えているときは、第３表
の２に示す要領で空気ばね（２）と（４）の給排気を制
御して設定差圧内に納める。以上により、この発明の実
施による内圧制御を終ったのち、次に他の制御アルゴリ
ズムにより空気ばねの高さ制御や車体の傾斜角制御を引
き続き行なう。

上記のごとくしである制御同期の空気ばねの制御が終れ
ば、次の制御周期において再び最初の圧リ、小エネルギ
ーで駆動できる制御系にすることができ、ランニングコ
ストを低減できる。

（以下余白） この結果より、この発明の実施によれば、空気ばねの内
圧変動を低く押えることができ、また比寿命の延長がで
き、 同時に空気消費量が少なくな 発明の効果 この発明は、鉄道車両の空気ばね電子制御において、ば
ね上の荷重変動に応じた制御方法を取り入れることによ
り、内圧変動を低く押え、制御の収束が速く安定した制
御ができる。そのため、弁の寿命が延び、空気消費量が
少なくなり、効率のよい制御ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電子制御方法を実施するための装置
を設けた鉄道車両用空気ばね装置を示す説明図、第２図
および第３図はこの発明の実施により空気ばねの内圧制
御を行なう際のフローチャートで、第２図は対角線上の
内圧制御による場合、第３図は同じ側の前後内圧制御の
場合を示す、第４図はこの発明の実施において各空気ば
ねの内圧（ＰＩ−Ｐ４）および高さ　（ｈ＋−ｈ＋）を
示した説明図、第５図はロータリエンコーダの説明図、
第６図は車両がカント逓減区間にある際の空気ばね内圧
の高低を示す説明図、第７図は車両がカント区間にある
際の空気ばねの内圧の高低を示す説明図、第８図は車両
がカント区間にある際の前台車（ａ図）および後台車（
ｂ図）に作用するモーメントを示す説明図、第９図は車
両がカント逓減区間にある際、車体の前部と後部に発生
するモーメントを示す説明図であり、ａ図はカント逓減
区間と車体との関係を、ｂ図は車体前部のモーメントを
、０図は車体後部のモーメントを、それぞれ示す。 １〜４・・・空気ばね ５・・・ロータリエンコーダ ６・・・元空気溜 ８・・・制御器 １０・・・後台車 ２１〜２４・・・排気弁 ７・・・配管 ９・・・前台車 １１〜１４・・・給気弁 １７・・・圧力計

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　空気ばね台車を有する鉄道車両において、前後台車
   の各空気ばねに、連続的に計測する高さ検出器、圧力計
   および空気流量を低くした給気弁と排気弁を設け、各高
   さ検出器および圧力計の検出信号を制御器に入力し、設
   定差圧および設定高さと比較演算して制御器からの制御
   信号により各弁を開閉操作するように構成し、前後台車
   の各空気ばねの内圧と高さを検出して、前後台車の対角
   線上にある空気ばねの内圧の和の差の絶対値、または前
   後台車の同じ側にある前後空気ばねの内圧の差の絶対値
   が左右側ともに、前後台車の全空気ばねの平均内圧に比
   例して設定した目標内圧差内に納まるように各弁の給排
   気を制御することを特徴とする鉄道車両用空気ばねの応
   荷重型電子制御方法。 ２　請求項１記載の制御方法により空気ばねの内圧制御
   を行ない、引続き空気ばね高さ制御や車体傾斜制御を行
   ない、空気ばね内圧変動、輪重変動を抑制したことを特
   徴とする鉄道車両用空気ばねの応荷重型電子制御方法。 ３　請求項１記載の内圧制御方法において、全空気ばね
   の平均内圧測定値が設定平均内圧下限値より小さいとき
   は各排気弁を開いて排気のみを行ない、逆に平均内圧測
   定値が設定平均内圧上限値より大きいときは各給気弁を
   開いて給気のみを行ない、平均内圧測定値が設定平均内
   圧下限値と設定平均内圧上限値との間にあるときは各給
   気弁と各排気弁を開いて給気と排気を同時に行ない、不
   感帯への収束を促進することを特徴とする鉄道車両用空
   気ばねの応荷重型電子制御方法。