JPH06247299A - 鉄道車両の振動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 左右動ストッパへの当たりを防止して制御が
行われる鉄道車両の振動制御装置を提供する。 【構成】 車体８と台車枠９の間に左右方向流体アクチ
ュエータ５と、該アクチュエータに流体を供給する制御
弁３と、車体に振動検出センサ１と、該振動検出センサ
の出力から前記制御弁３への制御出力を決定する制御器
２からなる装置において、前記アクチュエータ５にスト
ロークセンサ６を付設し、該ストロークセンサの出力と
前記振動検出センサの出力を制御器２に入力して制御弁
への制御出力を決定する機構からなる。 【効果】 乗り心地の悪化を防止し、台車枠からの高周
波振動の車体への伝播を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、左右動ストッパへの
当たりを防止して制御が行われる鉄道車両の振動制御装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の車体に発生する振動を抑制す
る方法としては、車体と台車の間に振動方向に合わせて
アクチュエータを設置し、該車体の振動に対し逆位相の
制御力を発生させるのが一般的である（特開昭５６−１
７７５４号公報等）。

【０００３】従来の振動制御装置の一例を図１０Ａ、Ｂ
に示す。この装置は、車体８に設置された左右方向流体
アクチュエータ１５および上下方向流体アクチュエータ
２７をサーボ弁２５で駆動し振動を抑制するものであ
る。前記サーボ弁２５への制御入力は、以下のようにし
て決定される。まず、車体８に設置された上下方向加速
度計１４の出力から、積分器１６、位相進み要素１７、
ゲイン要素１８から構成される振動制御器１９を用いて
振動に対する制御入力を決定する。

【０００４】一方、車体８に設置された左右方向加速度
計２０の出力から、遠心加速度に対応する周波数０．３
Ｈｚ以下の加速度成分を検出するローパスフィルタ２
１、該ローパスフィルタ２１での位相遅れを補償する位
相進み要素２２、ゲイン要素２３から構成される遠心加
速度補償器２４を用いて遠心加速度に対する制御入力を
決定する。以上のように構成することにより、軌道狂い
が原因となって発生する振動の低減を同時に行うことが
できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】振動制御装置を装備し
た鉄道車両は、装備しない車両に比べ、台車と車両との
間の左右相対動き量は大きくなる。その通常の左右相対
動き量は、台車と車体との間に設けた左右動ストッパの
すきまを超えるものではないが、曲線路を通過するとき
は遠心力やカントの不足によって、台車に対する車体の
位置がずれ、一方のすきまが狭くなることがある。この
とき車体振動制御を行うと、アクチュエータの作動によ
り車体がストッパに突き当たり、衝撃的な振動を発生す
ることがある。

【０００６】また、軌道の曲線路では、車体が受ける遠
心力を打ち消すために、内軌側を低くなるように傾斜さ
せ、いわゆるカントが付けられている。しかし、車両が
定められた一定速度以上で曲線路を通過したり、それ以
下の低速で通過すると、車体が外軌側または内軌側へ片
寄り、ストッパが片方に密着することがある。このスト
ッパの密着状態では、台車から車体へ高周波振動が伝わ
りやすくなり、制御がこの振動の影響を受け、車体の振
動制御に悪影響を及ぼすことがある。

【０００７】この発明は、上記従来の鉄道車両の振動制
御に見られるストッパ当たりを排除し効果的な制御ので
きる鉄道車両の振動制御装置を提供するものである。

【０００８】

【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の振動制御装置は、鉄道車両の
車体と台車の間にアクチュエータと、該アクチュエータ
に流体を供給する制御弁と、車体に振動検出センサと、
該振動検出センサの出力から前記制御弁への制御出力を
決定する制御器からなる装置において、前記アクチュエ
ータにストロークセンサを付設し、該ストロークセンサ
の出力と前記振動検出センサの出力を制御器に入力して
制御弁への制御出力を決定する機構としたことを特徴と
する。

【０００９】

【作用】まず、従来の鉄道車両が曲線路を通過する際の
ストッパ当たりに付いて説明する。図１に鉄道車両のサ
スペンションの概略を示す。車体８は台車枠９との間の
左右側に設けた空気ばね１０により、台車枠９は輪軸１
２の両端を支持する軸箱１３との間に設けた軸ばね１１
により、それぞれ支持される。そして、車体８と台車枠
９との左右方向の動きは、空気ばね１０の左右剛性とオ
イルダンパの減衰力とにより決定されるが、曲線路を通
過する際の車両の偏軌を許容し、建築限界内に設けられ
た鉄道建造物との間に一定の余裕空間を保ち、接触する
ことなく安全に走行できるように、車体８と台車枠９と
の間に左右動ストッパ７が設けられている。

【００１０】前記左右動ストッパ７は、通常の直線路通
過時や曲線路をカントに見合う速度で通過する際は、中
立点にあって左右側いずれにも当たることはない。しか
し、曲線路を遠心力との釣り合いのとれる速度以下で通
過する場合、あるいは曲線路上に停車した場合には、図
２に示すように車体８は内軌側に片寄り、左右動ストッ
パ７は内軌側にストッパ当たりする。また、逆に曲線路
を遠心力との釣り合いのとれる速度以上で通過する場合
には、図３に示すように車体８は外軌側に片寄り、左右
動ストッパ７は外軌側にストッパ当たりする。また、こ
のときストッパ当たりしていなくとも、外軌側ストッパ
のすきまが狭くなり、通常の左右振動でもストッパ当た
りすることがある。

【００１１】前記のごとく左右動ストッパがストッパ当
たりすると、車体には衝撃的な振動加速度が発生し、乗
り心地は著しく損なわれる。また、左右動ストッパが左
右側いずれかに押しつけられると、台車枠の振動が車体
に伝わりやすくなり、やはり乗り心地の低下を招く。そ
のため実際の車両では、ストッパの当接面に弾性ゴムを
貼着して、乗り心地の低下を緩和する工夫が施されてい
る。

【００１２】また、振動制御装置を有する鉄道車両は、
図４に示すように、車体８と台車枠９との間に左右方向
流体アクチュエータ１５を設け、このアクチュエータに
制御力を発生させることにより車体の振動を抑制する。
このため、車体と台車の左右方向の相対動きは、制御の
ない状態に比べて大きくなるので、制御のない状態での
左右動ストッパのすきまでは、狭いすきまに制限されて
十分な制御が行えないので、ストッパのすきまを広げる
必要がある。しかし、曲線路を通過する際は、すきまが
狭くなったり、ストッパに押しつけられたりするため、
広げたすきまでも十分ではなく、場合によっては激しく
ストッパに衝突して乗り心地を悪化させたり、またスト
ッパが押しつけられて台車枠の高周波振動が車体に伝わ
りやすくなり、、その振動を振動制御装置が検知し、ア
クチュエータを動かそうとしても、ストッパ当たりのた
め動くことができないため逆に振動を増幅してしまい、
更に乗り心地を悪化してしまう。

【００１３】前記のごとく、振動制御を行う場合には、
制御を行わない場合に比べて逆に乗り心地を悪化させて
しまうことがある。このような状態では、制御を停止す
ることが望ましい。この発明は、前記観点に立ってスト
ッパ当たりの有無を、アクチュエータのストロークを測
定するセンサの測定値がストッパすきまに達したことに
よって検知し、このとき振動制御を停止して乗り心地の
悪化を防止する。また、このときストッパ当たりを防止
する方向にアクチュエータに力を発生させ、制御なしの
状態でのストッパ当たりによる乗り心地の悪化を緩和す
ることができる。更に、ストッパを離す方向にアクチュ
エータに力を発生させ、その点を中立に振動制御を行
い、曲線路でもストッパ当たりを生じさせずに振動制御
を行うことができる。

【００１４】

【実施例】この発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。図５において、車体８と台車枠９の間の左右側に空
気ばね１０が設けられ、その内方に左右方向流体アクチ
ュエータ５とストロークセンサ６および左右動ストッパ
７が設置されている。左右方向流体アクチュエータ５の
左右流体室は途中に制御弁３を有する配管により流体源
４に接続される。そして、車体８に設けた振動検知セン
サ１とストロークセンサ６からの検知信号を制御器２に
入力するように接続し、該制御器２からの制御信号を制
御弁３に入力するように接続する。図中の１１は軸ば
ね、１２は輪軸、１３は軸箱である。

【００１５】車体８の振動は、振動検知センサ１により
振動加速度として検知され、その検知信号に基づいて制
御器２で制御量を演算し、その制御量に基づく制御信号
を左右いずれかの制御弁３へ出力する。制御弁３では流
体源４からアクチュエータへの流量を制御し、左右方向
流体アクチュエータ５に制御力を発生させ車体の振動を
抑制する。

【００１６】また、ストロークセンサ６により車体と台
車との左右方向の相対動き量が測定される。この測定値
は、制御器２へ入力され、振動抑制のための演算に用い
るとともに、左右動ストッパ当たりの検知のために使用
される。

【００１７】ストロークセンサ６としては、図６に示す
ように、車体８と台車枠９の間に設けた左右方向流体ア
クチュエータ５に、差動トランスや直動形ポテンショメ
ータを併設する場合や、図７に示すように、差動トラン
スをアクチュエータ内部のピストンロッド２６に設けた
内孔に内蔵する場合がある。

【００１８】そして、車体と台車との左右方向の相対動
きは左右動ストッパ７で抑制されるが、ストッパ当たり
の衝撃を防ぐために、通常は当接面に緩衝ゴムが使用さ
れる。この左右動ストッパ７の左右側のすきまは、車両
限界によって決まるが、通常１０ｍｍ〜２０ｍｍ程度で
ある。

【００１９】しかし、アクチュエータを差動させ車体の
振動を抑制した場合、アクチュエータのストロークは、
大きな車体振動に対して最大３０ｍｍを超える場合があ
る。このため、ストッパのすきまを広げることが望まし
いが、車両限界のため困難な場合がある。

【００２０】例えば、図８Ａ、Ｂに示すように、曲線路
において車体に遠心力が働き、ストッパのすきまδが狭
いときに、アクチュエータのストロークが更に伸びて制
御力を発生させると、ストッパに突き当たる形となり、
車体に衝撃的な振動を与え乗り心地が著しく低下する。
図中のａは遠心力による定常加速度、ｔ１、ｔ２、ｔ３
はストッパ当たりを示す。

【００２１】また、図９Ａ、Ｂに示すように、カントの
不足や超過遠心加速度によって車体が片寄り、ストッパ
が密着したときは、台車枠の高周波振動が車体に伝わ
り、それをフィードバックして制御を行うが、実際には
制御をしようとしてもストッパが密着しているため、か
えって制御が加振動となり、高周波振動を更に増幅させ
てしもうことがある。図中のＬはストッパ当たりであ
る。前記図８Ａ、Ｂおよび図９Ａ、Ｂに示すようなとき
は、車体制御を停止することが望ましい。

【００２２】制御を行わない状態でもストッパが密着す
ると、車体と台車が短絡されてしまうので、高周波振動
を伝えやすくなる。そこで、曲線路通過時にストッパ当
たりを検知したときは、アクチュエータの左右室の圧力
差をストッパから離す方向に力が働くような方向につ
け、その状態でアクチュエータの圧力を振動に合わせて
制御すると、ストッパ当たりを生じることなく振動制御
を行うことができる。このときの挙動を図１１Ａ、Ｂに
示す。図中のｂは車体をストッパから離すための制御
力、ｃは車体をストッパから離すための制御力を働かせ
たときの相対変位である。

【００２３】この発明の振動制御装置により、単純にス
トッパ当たりを検知したとき制御を停止する場合のアル
ゴリズムを図１２に示す。なお、ストッパ列の場合は、
ストッパ当たり検知状態が一定時間以上継続することに
より判定することができる。これは、アクチュエータの
力が弱く、車体をストッパから離せないときに有効であ
る。

【００２４】また、ストッパ当たり防止制御のある場合
のアルゴリズムを図１３に示す。この場合にはストッパ
当たりが生じてからもどすと、逆に乗り心地を悪化させ
ることもあるので、ある一定のストッパ間隔に達した時
点で、ストッパから離れた状態を維持する制御に移る。
これは、アクチュエータの力が車体をストッパから離す
のに十分大きいときに有効である。

【００２５】

【発明の効果】この発明によれば、左右動ストッパが衝
突して乗り心地を悪化させたり、またストッパが密着し
て台車枠の高周波振動が車体に伝わり乗り心地を悪化さ
せることとなく、良好な車体制御が行われる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鉄道車両のサスペンションの一例を示す説明図
である。

【図２】図１の鉄道車両が曲線路を低速走行するか、ま
たは停車したときのストッパ当たりの状態を示す説明図
である。

【図３】図１の鉄道車両が曲線路を遠心力とつり合う以
上の拘束で通過したときのストッパ当たりの状態を示す
説明図である。

【図４】従来の振動制御装置を有する鉄道車両のサスペ
ンションの一例を示す説明図である。

【図５】この発明の実施による振動制御装置を有する鉄
道車両のサスペンションを示す説明図である。

【図６】この発明の実施による振動制御装置のストロー
クセンサの一例を示す左右方向流体アクチュエータ部分
の拡大正面図である。

【図７】この発明の実施による振動制御装置のストロー
クセンサの他の例を示す左右方向流体アクチュエータ部
分の拡大断面図である。

【図８】鉄道車両が曲線路を通過する際のストッパ当た
り現象において、Ａは車体の左右振動加速度を、Ｂは車
体と台車の左右相対変位を示すグラフである。

【図９】鉄道車両が曲線路を通過する際のストッパ密着
現象において、Ａは車体の左右振動加速度を、Ｂは車体
と台車の左右相対変位を示すグラフである。

【図１０】従来の振動制御装置を有する鉄道車両におい
て、Ａはその振動制御装置の概略を示す説明図で、Ｂは
制御装置のブロック図である。

【図１１】この発明の振動制御装置によりストッパ当た
りを防止する方向に制御力を発生させて制御する場合
の、Ａはアクチュエータ発生制御力を、Ｂは車体と台車
との左右相対変位を示すグラフである。

【図１２】この発明の振動制御装置により、単純にスト
ッパ当たりを検知したとき制御を停止する場合のアルゴ
リズムである。

【図１３】この発明の振動制御装置により、ストッパ当
たり防止制御のある場合のアルゴリズムである。

【符号の説明】

１ 振動検知センサ ２ 制御器 ３ 制御弁 ４ 流体源 ５ 左右方向流体アクチュエータ ６ ストロークセンサ ７ 左右動ストッパ ８ 車体 ９ 台車枠 １０ 空気ばね １１ 軸ばね １２ 輪軸 １３ 軸箱 １４ 上下加速度計 １５ 左右方向流体アクチュエータ １６ 積分器 １７ 位相進み要素 １８ ゲイン要素 １９ 振動制御器 ２０ 左右加速度計 ２１ ローパスフィルタ ２２ 位相進み要素 ２３ ゲイン要素 ２４ 遠心加速度補償器 ２５ サーボ弁 ２６ ピストンロッド ２７ 上下方向流体アクチュエータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄道車両の車体と台車の間にアクチュエ
   ータと、該アクチュエータに流体を供給する制御弁と、
   車体に振動検出センサと、該振動検出センサの出力から
   前記制御弁への制御出力を決定する制御器からなる装置
   において、前記アクチュエータにストロークセンサを付
   設し、該ストロークセンサの出力と前記振動検出センサ
   の出力を制御器に入力して制御弁への制御出力を決定す
   る機構としたことを特徴とする鉄道車両の振動制御装
   置。