JP4429955B2 - 車両制振装置 - Google Patents
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Description
鉄道車両の車体の上下方向の振動モードは、剛体モードの振動と弾性モードの振動とに大きく分けられる。剛体モードの振動は、車体を一つの完全な剛体とみなしたときの振動である。剛体モードの振動には、図5(A)に示すように、車体全体が上下方向に平行に動く上下並進(バウシング)振動と、図5(B)に示すように車体の中央部を節として車体の前後が上下に逆相で動くピッチング振動と、図5(C)に示すように車体の回転変位であるローリング振動などが存在する。一方、弾性モードの振動は、実際には車体が一つの弾性体であるために走行中にこの車体に発生する曲げ振動やねじり振動である。弾性モードの振動には、いわゆるびびり振動が存在し、最も代表的なものとして、図5(D)に示すように車体の中央を腹とする一次曲げ振動が存在する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項1の発明は、車両(T)の上下方向の振動を抑制する車両制振装置であって、前記車両の車体(1)の振動を検出する車体振動検出部(6)と、前記車両の台車(2)の振動を検出する台車振動検出部(7)と、前記台車の台車枠(2d)と前記台車の軸箱(2c)との間の変位を検出する第1の変位検出部(10)と、前記車体と前記台車枠との間の変位を検出する第2の変位検出部(8)と、前記台車枠と前記軸箱との間の振動を減衰させる第1の減衰部(4)と、前記台車枠と前記車体との間の振動を減衰させる第2の減衰部(5)と、前記車体の振動を抑制するために、前記車体振動検出部及び前記台車振動検出部が出力する振動検出信号と、前記第1の変位検出部及び前記第2の変位検出部が出力する変位検出信号とに基づいて、前記第1及び前記第2の減衰部の減衰力を制御する制御部(9)とを備え、前記制御部は、前記第1の減衰部の電磁比例リリーフ弁のリリーフ圧力又は高速切替弁の切替パターンを演算するとともに、前記第2の減衰部の絞り弁の大きさを演算して、この第1及びこの第2の減衰部の減衰力を制御することを特徴とする車両制振装置(3)である。
以下、図面を参照して、この発明の第1実施形態について詳しく説明する。
図1は、この発明の第1実施形態に係る車両制振装置を備える車両を概略的に示す側面図である。図2は、この発明の第1実施形態に係る車両制振装置を備える車両を概略的に示す平面図である。以下では、振動及び変位は、これまで説明したように全て車両Tの上下方向として説明する。
図1に示す車両Tが走行すると、図5に示すような車体の剛体モードの振動と弾性モードの振動とが発生する。このとき、車体振動検出部6が車体1の振動を検出して振動検出信号を信号分離部9aに出力し、台車振動検出部7が台車2の振動を検出して振動検出信号を信号分離部9aに出力する。また、変位検出部8が空気ばね5の変位を検出して変位検出信号を制御部9bに出力する。一般に、車体の上下方向の剛体モードの振動は1Hz付近に存在することが多く、車体上下の弾性振動モードのうち特に一次曲げ振動は8〜15Hz付近の周波数帯域に存在することが多い。このため、車体振動検出部6及び台車振動検出部7が出力する振動検出信号を、1Hz付近の低周波信号と8〜15Hz付近の高周波信号とに信号分離部9aが分離して制御部9bに出力し、軸ダンパ4及び空気ばね5の減衰力を制御部9bが制御する。その結果、軸ダンパ4を制御することによって主に車体1の8〜15Hz付近の振動が低減され、空気ばね5を制御することによって主に車体1の1Hz付近の低い周波数の振動が低減される。
(1) この第1実施形態では、車体1の振動を低減するために、車体振動検出部6及び/又は台車振動検出部7が出力する振動検出信号に基づいて、軸ダンパ4及び空気ばね5の減衰力を制御部9bが制御する。このため、軸ダンパ4および空気ばね5が車体1の振動を低減する。その結果、車体1の振動を低減して車両Tの乗り心地を向上させることができる。
図3は、この発明の第2実施形態に係る車両制振装置を備える車両を概略的に示す平面図である。以下では、図1及び図2に示す部分と同一の部分については、同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図3に示す制御装置9は、制御部9bと振動モード展開部9cとを備えている。振動モード展開部9cは、車体振動検出部6及び台車振動検出部7が出力する振動検出信号に基づいて、車体1の振動を弾性モードの振動と剛体モードの振動とに振動モード展開部9cがモード分離する。振動モード展開部9cは、例えば、振動検出信号に基づいて上下並進振動などの剛体モードの振動と、一次曲げなどの弾性モードの振動とを所定の演算式(例えば、特開2003-72544号公報参照)に基づいて分離する演算器などである。振動モード展開部9cは、分離後の振動検出信号を制御部9bに出力する。制御部9bは、弾性モードの共振周波数帯域の振動を抑制するように軸ダンパ4の減衰力を制御し、剛体モードの振動を抑制するように空気ばね5の減衰力を制御する。この第2実施形態には、第1実施形態と同様の効果がある。
図4は、この発明の第3実施形態に係る車両制振装置を備える車両を概略的に示す側面図である。
図4に示す車両制振装置3は、軸ダンパ4と、空気ばね5と、車体振動検出部6と、台車振動検出部7と、変位検出部8と、制御装置9と、変位検出部10などを備えている。変位検出部10は、軸箱2cと台車枠2dとの間の変位を検出する手段である。変位検出部10は、例えば、可変減衰軸ダンパのピストン変位(ストローク)を検出するセンサなどである。変位検出部10は、それぞれの軸ダンパ4と対応して合計8台設置されている。変位検出部10は、軸ダンパ4の変位(伸縮量)に応じた変位検出信号を制御部9bに出力する。この第3実施形態には、第1実施形態及び第2実施形態の効果に加えて、変位検出部10が出力する変位検出信号に基づいて軸ダンパ4及び空気ばね5の減衰力を制御するため制御の精度をより一層向上させることが期待できる。
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、車体振動検出部6及び台車振動検出部7として加速度センサを合計5台設置した場合を例に挙げて説明したが、角速度センサや角加速度センサなどを使用したり車体及び台車の振動モード並びに制御したい振動モードに応じて設置個数を増減したりすることもできる。例えば、この実施形態において車体のローリングモードの振動も制御したい場合は、車体のローリング振動を検出できるようにセンサの台数を増やせば、このモードの制御が可能となる。また、この実施形態では、軸ダンパ4及び空気ばね5を例に挙げて説明したが、これら以外の他の構造の減衰部を使用することもできる。
2 台車
2a 車輪
2b 車軸
2c 軸箱
2d 台車枠
2e 軸ばね
3 車両制振装置
4 軸ダンパ(第1の減衰部)
5 空気ばね(第2の減衰部)
6 車体振動検出部
7 台車振動検出部
8 変位検出部(第2の変位検出部)
9 制御装置
9a 信号分離部
9b 制御部
9c 振動モード展開部
10 変位検出部(第1の変位検出部)
T 車両
R 軌道
R1 レール
Claims (3)
- 車両の上下方向の振動を抑制する車両制振装置であって、
前記車両の車体の振動を検出する車体振動検出部と、
前記車両の台車の振動を検出する台車振動検出部と、
前記台車の台車枠と前記台車の軸箱との間の変位を検出する第1の変位検出部と、
前記車体と前記台車枠との間の変位を検出する第2の変位検出部と、
前記台車枠と前記軸箱との間の振動を減衰させる第1の減衰部と、
前記台車枠と前記車体との間の振動を減衰させる第2の減衰部と、
前記車体の振動を抑制するために、前記車体振動検出部及び前記台車振動検出部が出力する振動検出信号と、前記第1の変位検出部及び前記第2の変位検出部が出力する変位検出信号とに基づいて、前記第1及び前記第2の減衰部の減衰力を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、前記第1の減衰部の電磁比例リリーフ弁のリリーフ圧力又は高速切替弁の切替パターンを演算するとともに、前記第2の減衰部の絞り弁の大きさを演算して、この第1及びこの第2の減衰部の減衰力を制御すること、
を特徴とする車両制振装置。
を備える車両制振装置。 - 請求項1に記載の車両制振装置において、
前記振動検出信号を高周波信号と低周波信号とに分離する信号分離部を備え、
前記制御部は、前記高周波信号に基づいて前記第1の減衰部の減衰力を制御し、前記低周波信号に基づいて前記第2の減衰部の減衰力を制御すること、
を特徴とする車両制振装置。 - 請求項1又は請求項2に記載の車両制振装置において、
前記振動検出信号に基づいて前記車体の振動を弾性モードの振動と剛体モードの振動とにモード分離する振動モード展開部を備え、
前記制御部は、前記弾性モードの共振周波数帯域の振動を抑制するように前記第1の減衰部の減衰力を制御し、前記剛体モードの振動を抑制するように前記第2の減衰部の減衰力を制御すること、
を特徴とする車両制振装置。
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