JP5522549B2 - Railway vehicle vibration control system - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両の左右方向の振動を抑制する振動制御装置に係り、特に曲線区間走行時に発生する超過遠心加速度に有効に対処し得る鉄道車両用振動制御装置に関する。 The present invention relates to a vibration control apparatus that suppresses vibrations in the left-right direction of a railway vehicle, and more particularly to a railway vehicle vibration control apparatus that can effectively cope with excess centrifugal acceleration that occurs during traveling in a curved section.
従来、鉄道車両用振動制御装置は、一般に加速度センサにて車体の振動加速度を検出して、その検出結果をコントローラにて車体の振動を低減するように補償し、該補償結果に基づいて車体−台車間に設置されたアクチュエータを制御する構成となっていた。しかし、この従来一般の振動制御装置では、車両が曲線区間を高速で走行して車体に超過遠心加速度が作用すると、作動原理上、向心加速度を検出する加速度センサの特性によりアクチュエータが車体を外軌側へ移動させるように作動し、車体の左右動を規制するストッパに強く押付けられる。このため、超過遠心加速度が発生している間は、台車を介して伝達される軌道外乱が主因の加振により、車体に衝撃的な加速度が発生し、乗り心地が著しく悪化するという問題があった。 2. Description of the Related Art Conventionally, a railway vehicle vibration control device generally detects the vibration acceleration of a vehicle body by an acceleration sensor and compensates the detection result so as to reduce the vibration of the vehicle body by a controller. It was the structure which controls the actuator installed between the trolley | bogies. However, in this conventional general vibration control device, when the vehicle travels in a curved section at a high speed and excessive centrifugal acceleration acts on the vehicle body, the actuator moves the vehicle body off due to the characteristics of the acceleration sensor that detects the centripetal acceleration. It operates to move to the side of the rail and is strongly pressed against a stopper that restricts the left-right movement of the vehicle body. Therefore, while excessive centrifugal acceleration is occurring, there is a problem that shock acceleration is generated in the vehicle body due to vibration caused mainly by track disturbance transmitted through the carriage, and the ride comfort is remarkably deteriorated. It was.
そこで、特許文献1に記載のものでは、変位計にて車体と台車との相対変位を検出し、相対変位が所定値を超えると、該変位を抑制する方向にアクチュエータを制御し、車体と左右動ストッパとの接触を回避するようにしていた。また、特許文献2に記載のものでは、加速度制御用アクチュエータとは別に変位制御用アクチュエータを設置し、加速度制御と変位制御とを併用して、良好な乗り心地を確保するようにしていた。
Therefore, in the one described in
しかるに、最近は鉄道車両の高速化に伴って、超過遠心加速度が益々増大する傾向にあり、上記特許文献1、2に記載されるようにアクチュエータを積極的に制御する方式では、むしろ余計な振動が発生し、良好な乗り心地を安定して確保することが困難である、という問題があった。また、特許文献1に記載の制御方式では、アクチュエータを加速度制御と相対変位制御とに共用するため、大型のアクチュエータが必要になり、一方、特許文献2に記載の制御方式では、変位制御用アクチュエータの増設が必要になり、何れも装置の大型化並びにコスト上昇が避けられない、という問題もあった。
However, recently, as the speed of a railway vehicle increases, the excess centrifugal acceleration tends to increase more and more. In the method of actively controlling the actuator as described in
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、装置の大型化やコスト上昇を招くことなく、大きな超過遠心加速度に効果的に対処できる鉄道車両用振動制御装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and the object of the present invention is for a railway vehicle that can effectively cope with a large excess centrifugal acceleration without increasing the size of the device and increasing the cost. The object is to provide a vibration control device.
上記課題を解決するため、本発明は、車体と該車体を弾性支持する台車との間に介装され、該車体および台車の左右方向の相対変位を制御するアクチュエータと、前記車体の左右方向の振動加速度を検出する前位および後位に設けられる加速度検出手段と、該加速度検出手段の検出結果に基づいて前記アクチュエータを制御するコントローラとからなる鉄道車両用振動制御装置において、前記コントローラは、各前記加速度検出手段の検出結果に基づいて、前位および後位左右速度に変換する速度推定器と、前記速度推定器による前位および後位左右速度が入力されることにより、前記車体の振動モードのうちヨー運動による左右速度に基づき前記アクチュエータの出力を制御するヨー制御器と、前記車体と前記台車との左右方向の相対変位を検出するストロークセンサによる車両走行情報を用いて鉄道車両が曲線区間を走行していることを検出する曲線判定器と、を備え、前記コントローラは、鉄道車両が曲線区間を走行していることを前記曲線判定器が検知した場合に、前記ストロークセンサの値に応じて前記ヨー制御器からの制御値を直線区間よりも低下させて前記アクチュエータの出力を抑制することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides an actuator that is interposed between a vehicle body and a carriage that elastically supports the vehicle body, and controls the relative displacement in the left-right direction of the vehicle body and the carriage. In a railway vehicle vibration control apparatus comprising acceleration detection means provided at the front and rear positions for detecting vibration acceleration, and a controller for controlling the actuator based on a detection result of the acceleration detection means, the controller includes: Based on the detection result of the acceleration detecting means, a speed estimator for converting the front and rear left and right speeds, and the front and rear left and right speeds by the speed estimator are input, whereby the vibration mode of the vehicle body a yaw control unit for controlling the output of the actuator based on the lateral speed of yaw movement of the left and right direction of the relative displacement between the vehicle body and the bogie A curve determination unit that detects that the railway vehicle is traveling in a curved section using vehicle traveling information detected by a stroke sensor, and the controller determines that the railway vehicle is traveling in a curved section. when the curve determination unit has detected, which comprises suppressing the output of the actuator is lower than the straight section of the control value from the yaw controller in accordance with the value of the stroke sensor.
このように構成した鉄道車両用振動制御装置においては、車両が曲線区間を通過している場合には、アクチュエータの出力を抑制するので、大きな超過遠心加速度が発生しても、車体が左右動規制ストッパに強く押付けられることはなくなり、その上、余計な振動発生が抑制される。
また,前記アクチュエータと並列に配置された減衰係数切替式油圧ダンパを備え、アクチュエータの出力を抑制すると共に、油圧ダンパの減衰係数を高くすると,更に余計な振動発生が抑制される。
In the railway vehicle vibration control apparatus configured as described above, the output of the actuator is suppressed when the vehicle passes through the curved section, so that the vehicle body is restricted to move left and right even if a large excess centrifugal acceleration occurs. It is no longer strongly pressed against the stopper, and the occurrence of extra vibration is suppressed.
In addition, when the damping coefficient switching type hydraulic damper arranged in parallel with the actuator is provided to suppress the output of the actuator and increase the damping coefficient of the hydraulic damper, generation of extra vibration is further suppressed.
本発明において、上記車両走行情報としては、車体と台車との左右方向の相対変位を検出するストロークセンサの変位情報を用いることができる。このようにストロークセンサの変位情報を用いる場合は、キロ程(地点)情報のように通信手段を経ることなく、直接情報を取込むことができるので、入手困難になる事態は避けられ、装置に対する信頼性が向上する。 In the present invention, displacement information of a stroke sensor that detects a relative displacement in the left-right direction between the vehicle body and the carriage can be used as the vehicle travel information. When the displacement information of the stroke sensor is used as described above, since it is possible to directly capture the information without passing through communication means like the kilometer (point) information, the situation where it is difficult to obtain can be avoided, and Reliability is improved.
本発明において、上記曲線区間は、曲線の曲率が徐々に変化する曲線入口側および曲線出口側の緩和曲線区間と曲率が一定の円曲線区間とを含んでおり、本発明は、前記した緩和曲線区間を対象に、下記のごとき種々の態様でコントローラによるアクチュエータの制御を行うことができる。 In the present invention, the curve section includes a relaxation curve section where the curvature of the curve gradually changes and a relaxation curve section on the curve exit side and a circular curve section where the curvature is constant. The actuator can be controlled by the controller in various modes as described below for the section.
(1)鉄道車両が緩和曲線区間を通過中のみ前記アクチュエータの出力を抑制すること、
(2)鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間を通過中は前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過中は該アクチュエータの出力を徐々に増加させること、
(3)鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間の入口に向うに従って前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過した後に該アクチュエータの出力を徐々に増加させること、
(4)鉄道車両が曲線入口側の緩和曲線区間を通過中は前記アクチュエータの出力を徐々に抑制し、曲線出口側の緩和曲線区間を通過した後に該アクチュエータの出力を徐々に増加させること、
(1) Suppressing the output of the actuator only when the railway vehicle passes the relaxation curve section;
(2) gradually reducing the output of the actuator while the railway vehicle passes the relaxation curve section on the curve entrance side, and gradually increasing the output of the actuator while passing the relaxation curve section on the curve exit side;
(3) gradually reducing the output of the actuator as the railcar heads toward the entrance of the relaxation curve section on the curve entrance side, and gradually increasing the output of the actuator after passing through the relaxation curve section on the curve exit side;
(4) gradually suppressing the output of the actuator while the railway vehicle passes the relaxation curve section on the curve entrance side, and gradually increasing the output of the actuator after passing the relaxation curve section on the curve exit side;
緩和曲線区間は、超過遠心加速度が漸増、漸減する区間であり、この区間では車体の振動加速度と過渡状態にある超過遠心加速度とが重畳し、0.5Hz前後の周波数で車体を左右に大きく揺動させるようにアクチュエータの制御力が補償される場合あり、乗り心地が著しく悪化する。したがって、上記(1)〜(4)項に記載のように緩和曲線区間を対象にアクチュエータを制御する場合は、超過遠心加速度対策として特に有用となる。また、(2)〜(4)項に記載のようにアクチュエータの出力を徐々に低下または増加させる場合は、制御の切替えに伴う衝撃が緩和され、乗り心地はより一層改善される。 The relaxation curve section is a section where the excess centrifugal acceleration gradually increases and decreases. In this section, the vibration acceleration of the vehicle body and the excess centrifugal acceleration in a transient state are superimposed, and the vehicle body is greatly shaken to the left and right at a frequency of about 0.5 Hz. In some cases, the control force of the actuator is compensated so as to move the vehicle, so that the ride comfort is significantly deteriorated. Therefore, when the actuator is controlled with respect to the relaxation curve section as described in the above items (1) to (4), it is particularly useful as a countermeasure against excess centrifugal acceleration. Further, when the output of the actuator is gradually decreased or increased as described in the items (2) to (4), the impact caused by the control switching is reduced and the riding comfort is further improved.
本発明に係る鉄道車両用振動制御装置によれば、装置の大型化やコスト上昇を招くことなく、大きな超過遠心加速度に効果的に対処でき、その利用価値は大なるものがある。 The railway vehicle vibration control apparatus according to the present invention can effectively cope with a large excess centrifugal acceleration without increasing the size of the apparatus and increasing the cost, and its utility value is large.
以下、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1および図2は、本発明の第1の実施形態としての鉄道車両用振動制御装置を示したものである。図中、1は車体、2は台車であり、車体1は空気ばね3を介して台車2上に支持されている。車体1と台車2との相互間には、車体1の前位および後位に位置して左右方向のアクチュエータ4と左右方向の減衰切替式油圧ダンパ5とが各一対配設されている。アクチュエータ4および油圧ダンパ5は、車体1の下部に突設した中心ピン6と台車2の枠2aに立設した支柱7,7との間に相互に並列となるように配置されている。また、車体1の前位および後位には、車体1の左右方向の振動加速度を検出する加速度センサ(加速度検出手段)8が配設され、さらに、アクチュエータ4には、車体1と台車2との相対変位を検出するストロークセンサ(変位計)9が付設されている。なお、車体1と台車2との相互間には、車体1の左右動を規制するストッパ(左右動規制ストッパ)が設けられているが、これについては図示を省略している。
1 and 2 show a railway vehicle vibration control apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a vehicle body, 2 is a cart, and the
一方、別途、コントローラ10が設けられており、該コントローラ10には、前記加速度センサ8から加速度信号が、前記ストロークセンサ9から変位信号がそれぞれ入力されるようになっている。コントローラ10は、後述の制御ブロック図(図3)に従って信号処理を行い、前記アクチュエータ4に制御力信号を、前記油圧ダンパ5に減衰係数切替信号をそれぞれ送出する。
On the other hand, a
図3は、コントローラ10による制御ブロック図を示したものである。なお、ここでは車体の左右振動の抑制制御のためにスカイフック制御を適用している。車体の前位および後位の加速度センサ8の加速度検出結果a1,a2は、速度推定器11にて積分処理されて前・後位左右速度v1、v2に変換される。その後、車体の振動モードはヨー(首振り)とスエー(並進)とに分解され、車体のヨー運動による左右速度v1−v2はヨー制御器12に、車体のスエー並進速度vsはスエー制御器13にそれぞれ入力される。ヨー制御器12、スエー制御器13はそれぞれの振動モードに合せて振動を低減させるように前記アクチュエータ4の出力を制御する。なお、スカイフック制御の詳細については周知であるので、ここでは省略する。
FIG. 3 shows a control block diagram of the
一方、ローパスフィルタ14と、曲線判定器15とゲイン演算器16とからなる直線/ゲイン演算器17が設けられている。直線/ゲイン演算器17は、車体の前位および後位のストロークセンサ9のストローク検出結果s1、s2をローパスフィルタ14を介して取込むことで、ストロークの定常成分のみを抽出する。そして、曲線判定器15にて直線/曲線の判定を行った後、ゲイン演算器16内のヨーゲイン演算器16aにてヨーゲインgyを、スエーゲイン演算器16bにてスエーゲインgsをそれぞれ決定する。このとき、曲線区間では直線区間に対し制御ゲインを低下させる。
On the other hand, a low-
また、上記曲線判定器15は、前位ストローク、後位ストロークよりそれぞれ個別に曲線判定を行っているが、曲線入口、出口では超過遠心加速度に伴う前位ストローク、後位ストロークの変化に時間差が生じる。そのため、例えば、曲線入口では、C_data1は曲線を示し、C_data2は直線を示しているような時間が存在し得ることになる。この場合、曲線入口、出口ではゲインの低下度合いが緩やかになる。
The
その後、乗算器18にてヨー制御器12の出力にヨーゲイン演算器16aの出力gyを、スエー制御器13の出力にスエーゲイン演算器16bの出力gsを乗じて、ヨーに対する制御力、スエーに対する制御力を求め、さらにリミッタ19を通して車体の前位および後位のアクチュエータ4の制御力(出力)u1、u2を出力する。なお、特に図示していないが、左右振動の抑制制御は、速度ゼロの場合も含めて常時行っても良いし、あるい速度閾値(例えば、150km/h)以上の場合に行ってもよい。
Thereafter, the
図4は、制御フローを示したものである。制御演算は、サンプリング時間毎に、まず、ステップS1で車体の前・後位の左右加速度を読込み、次のステップS2で速度推定器11により車体の前・後位の左右速度に変換する。さらに、ステップS3で車体のヨー運動による前・後位の車体速度と車体のスエー(並進)速度vsとを算出する。
FIG. 4 shows a control flow. In the control calculation, at the sampling time, first, the front / rear lateral acceleration of the vehicle body is read in step S1, and then converted into the front / rear lateral velocity of the vehicle body by the
一方、直線/ゲイン演算器17にストロークセンサ9のストローク検出結果s1、s2を取込み、まず、ステップS4でローパスフィルタ14によりローパス処理を行う。次いで、車体の前・後位のストロークを曲線判定器15に入力する(S5、S6)。曲線判定器15は、ストロークセンタをストロークゼロとしたとき、後述する変数「曲線データ」を出力するが、例えば、ストロークが設定された正の閾値より大きいときには、0<曲線データ<1(例えば、右曲線)、負の閾値より小さいときには、−1<曲線データ<0((直線)を出力する。なお、この閾値には一定のヒステリシスを設けるのが望ましく、例えば、直線から曲線への切替閾値s1,−s1、曲線から直線への切替閾値s2,−s2をそれぞれ個別に設ける。一例として、s1=15mm、s2=12mmなどとする。また、ここでは、前位ストロークによる曲線判定器15の出力(曲線データ)をC_data1、後位ストロークによる曲線判定器15の出力(曲線データ)をC_data2とする。なお、曲線判定器15での処理フローの詳細については、図5に基づいて後に詳述する。
On the other hand, the stroke detection results s1 and s2 of the
ゲイン演算器16は、入力(曲線データC_data1、C_data2)が0のときには直線と判断して1を出力し、0以外の時には、予め設定された曲線でのゲイン比から計算されるヨーゲインgy、スエーゲインgsを出力する(S7)。なお、このゲイン演算器16での処理フローの詳細については、図6に基づいて後に詳述する。
When the inputs (curve data C_data1, C_data2) are 0, the
次に、ステップS8において、乗算器18によりヨー制御器12の出力にヨーゲイン演算器12aの出力gyを、スエー制御器13の出力にスエーゲイン演算器25bの出力gsをそれぞれ乗ずる処理を行う。そして、次のステップS9において、曲線判定器15の判定結果が0以外の場合、すなわち曲線と判定した場合は、ステップS10において減衰係数切替式油圧ダンパ5の減衰係数を「高」に切替え、一方、ステップS9において、曲線判定器15の判定結果が0の場合、すなわち直線と判定した場合は、ステップS11において減衰係数切替式油圧ダンパ5の減衰係数を「低」に切替える。その後は、ステップS12において制御力の範囲チェックを行い、さらに、次のステップS13にて車体の前位および後位のアクチュエータ4の制御力u1、u2を算出し、ステップS14において前記制御力を出力する。
なお,ここではアクチュエータの出力を抑制すると共に、油圧ダンパの減衰係数を高くする場合について説明している。
In step S8, the
Here, the case where the output of the actuator is suppressed and the damping coefficient of the hydraulic damper is increased is described.
ここで、曲線判定器15での処理フローの詳細を図5に基づいて説明する。ただし、処理フローは所定のサンプリング時間で繰り返されるものとする。まず、車両が直線から右曲線へ進入する場合を考えると、曲線、直線の判定結果である変数「曲線データ」がゼロよりも大きいか(S21)、小さいか(S30)を判断する。この場合、直線時曲線データはゼロであるので、次いで、ストロークが直線から曲線への切替閾値s1より大きいか(S39)、小さいか(S40)を判断する。
Here, the details of the processing flow in the
右曲線に進入した後、しばらくはストロークの値が閾値s1よりも小さいので、その間は、ステップS41にて曲線データをゼロとする。その後、ストロークが初めて閾値s1を越えると、曲線データ=delta_d(例えば、delta_d=0.1)とし、曲線データにゼロ以外の正の値が代入される(S42)。 Since the stroke value is smaller than the threshold value s1 for a while after entering the right curve, the curve data is set to zero in step S41 during that time. Thereafter, when the stroke exceeds the threshold s1 for the first time, curve data = delta_d (for example, delta_d = 0.1) is set, and a positive value other than zero is substituted into the curve data (S42).
次のサンプリング時間では、ステップS21からステップS22に進み、ここでは曲線から直線への切替閾値s2よりも小さくないので、ステップS23、S24へ進み、例えば、曲線データ=delta_d=0.1とすれば、曲線データは0.1ずつインクリメントされていく。この曲線データのインクリメント処理により曲線データ(C_data1、C_data2)は1になるまで徐々に大きくなるが、曲線データは1よりも大きい値はとらない(S26、S27)。 In the next sampling time, the process proceeds from step S21 to step S22. Here, since it is not smaller than the switching threshold s2 from the curve to the straight line, the process proceeds to steps S23 and S24. For example, if curve data = delta_d = 0.1. The curve data is incremented by 0.1. By this curve data increment processing, the curve data (C_data1, C_data2) gradually increases until it becomes 1, but the curve data does not take a value greater than 1 (S26, S27).
続いて、車両が右曲線から直線へ進んで行く際は、ステップS21からステップS22ヘ進み、ストロークが曲線から直線への切替閾値s2よりも小さくなるかを監視し、ストロークがs2よりも小さくなった場合には、ステップS25へ進み、例えば、曲線データ=−delta_d=−0.1)となり、−0.1ずつインクリメント(0.1ずつデクリメント)されていく。この曲線データ(C_data1、C_data2)は0になるまで徐々に小さくなるが、曲線データは0よりも小さい値はとらない(S28、S29)。 Subsequently, when the vehicle proceeds from the right curve to the straight line, the process proceeds from step S21 to step S22 to monitor whether the stroke is smaller than the switching threshold s2 from the curve to the straight line, and the stroke becomes smaller than s2. If YES in step S25, the flow advances to step S25, for example, curve data = −delta_d = −0.1, and is incremented by −0.1 (decremented by 0.1). The curve data (C_data1, C_data2) gradually decreases until it becomes 0, but the curve data does not take a value smaller than 0 (S28, S29).
一方、車両が直線から左曲線へ進入する場合を考えると、左曲線に進入した後しばらくは、ストロークの値は閾値−s1よりも大きいので、その間は、ステップS41にて曲線データ=0とする。その後、ストロークが初めて閾値−s1を越えて小さくなると、例えば、曲線データ=−delta_d=−0.1)とし、変数の曲線データにゼロ以外の負の値が代入される(S43)。 On the other hand, considering the case where the vehicle enters the left curve from the straight line, the stroke value is larger than the threshold value −s1 for a while after entering the left curve, and during that time, the curve data = 0 in step S41. . Thereafter, when the stroke becomes smaller than the threshold value −s1 for the first time, for example, curve data = −delta_d = −0.1), and a negative value other than zero is substituted into the curve data of the variable (S43).
次のサンプリング時間では、曲線データは、負の値であってステップS21からステップ30、S31に進む。この場合、曲線から直線への切替閾値−s2よりも大きくないので、ステップS32、S33へと進み、例えば、曲線データ=−delta_d=−0.1とすれば、曲線データは−0.1ずつインクリメント(0.1ずつデクリメント)されていく。この曲線データのインクリメント処理により曲線データ(C_data1、C_data2)は−1になるまで徐々に小さくなるが、曲線データは−1よりも小さい値はとらない(S35、S36)。 At the next sampling time, the curve data is a negative value, and the process proceeds from step S21 to steps 30 and S31. In this case, since it is not larger than the threshold value −s2 for switching from the curve to the straight line, the process proceeds to steps S32 and S33. For example, if curve data = −delta_d = −0.1, the curve data is incremented by −0.1. It is incremented (decremented by 0.1). Although the curve data (C_data1, C_data2) gradually decreases until −1 by this curve data increment processing, the curve data does not take a value smaller than −1 (S35, S36).
続いて、車両が左曲線から直線へ進んで行く際は、ステップS21からステップS30、S31ヘ進み、ストロークが曲線から直線への切替閾値−s2よりも大きくなるかを監視し、ストロークが−s2よりも大きくなった場合には、ステップS34へ進み、例えば、曲線データ=delta_d=0.1となり、0.1ずつインクリメントされていく。この曲線データ(C_data1、C_data2)は0になるまで徐々に小さくなるが、曲線データは0よりも小さい値はとらない(S28、S29)。 Subsequently, when the vehicle proceeds from the left curve to the straight line, the process proceeds from step S21 to steps S30 and S31 to monitor whether the stroke becomes larger than the switching threshold -s2 from the curve to the straight line. If it becomes larger, the process proceeds to step S34, for example, curve data = delta_d = 0.1, and is incremented by 0.1. The curve data (C_data1, C_data2) gradually decreases until it becomes 0, but the curve data does not take a value smaller than 0 (S28, S29).
次に、ゲイン演算器16での処理フローの詳細を図6に基づいて説明する。曲線でのゲイン比は、[曲線ゲイン/直線ゲイン]<1となるように設定されるもので、ヨーゲインgy、スエーゲインgsを個別に設定するため、ヨーの曲線ゲイン比ry、スエーの曲線ゲイン比rsをそれぞれ設けていて、0<ry<1、0<rs<1の範囲で設定される。ヨーゲインgy、スエーゲインgsは、前位ストロークと後位ストロークから判定した曲線判定器15の出力(曲線データC_data1、C_data2)とヨーの曲線ゲイン比ry、およびスエーの曲線ゲイン比rsを用いて、それぞれ算出される(S51、S52)。
Next, the details of the processing flow in the
このように、車両が曲線区間を通過していることを曲線判定器15が検出すると、ゲイン演算器16が直線時の制御ゲインに比べてゲインを減じるように曲線ゲイン比を出力するので、アクチュエータ4の出力が抑制される。したがって、超過遠心加速度が発生しても、アクチュエータ4によって車体1が左右動規制ストッパに強く押付けられることはなくなり、結果として車体1に衝撃的な加速度が発生することもなくなって、曲線区間の乗り心地が良好となる。本第1の実施形態においては特に、アクチュエータ4と並列に減衰係数切替式油圧ダンパ5を配置し、車両が曲線区間を通過しているときには油圧ダンパ5の減衰係数を「高」に切替えるので、車体1が左右動規制ストッパに押付けられることはほとんどなくなり、曲線区間の乗り心地がきわめて良好となる。
As described above, when the
前記第1の実施形態では、ストロークセンサ9により車体1と台車2との相対移動を検知し、この検知結果が、超過遠心加速度によりある一定値以上となったときに曲線区間であると判断し、制御ゲインを下げてアクチュエータ4の出力(制御力)を抑制する制御を行ったが、本発明は、緩和曲線区間に制御範囲を限定してアクチュエータ4の制御力を抑制する制御を行ってもよい。
In the first embodiment, a relative movement between the
図7は、緩和曲線区間に制御範囲を限定した本発明の第2の実施形態を示したものである。なお、加速度センサ8の加速度検出結果の処理系は、前出図3に示したものと同じであるので、ここでは、直線/曲線ゲイン演算器17の処理系のみを示しかつ同一構成要素に同一符号を付すこととする。本第2の実施形態においては、ストロークセンサ9のストローク検出結果(前位加速度a1、後位加速度a2)を直線/曲線ゲイン演算器17内のローパスフィルタ14に取込んで、一定の定常成分のみを抽出した後、ハイパスフィルタ14´に取込み、前記定常成分を取除く処理を行う。ハイパスフィルタ14´のカットオフ周波数は、例えば、0.2Hzなどとする。すると、緩和曲線区間での超過遠心加速度の漸増、漸減に伴い、ストローク検出結果(車体1と台車2との相対変位)も漸増、漸減するが、このストロークが漸増、漸減する間のみ変位として抽出することができる。この場合、直線/曲線ゲイン演算器17内の曲線判定器15は、緩和曲線区間のみ曲線区間と判断することとなり、円曲線区間は曲線区間と判断されない。この結果、アクチュエータ4の制御力を抑制する区間を緩和曲線区間に限定することができる。
FIG. 7 shows a second embodiment of the present invention in which the control range is limited to the relaxation curve section. Since the processing system of the acceleration detection result of the
前記第1、第2では、曲線区間の検出をストロークセンサ9のストローク検出結果に基づいて判断したが、本発明は、ストロークに代えて、キロ程(地点)情報を取込み、現在地点と既知の曲線位置情報とから曲線区間走行を判定するようにしてもよい。
In the first and second cases, the detection of the curved section is determined based on the stroke detection result of the
図8は、キロ程(地点)情報を取込んで曲線区間走行を判定する本発明の第3の実施形態を示したものである。なお、加速度センサ8の加速度検出結果の処理系は、前出図3に示したものと同じであるので、ここでは、直線/曲線ゲイン演算器の処理系のみを示すこととする。本第3の実施形態において、直線/曲線ゲイン演算器17は、1つの曲線判定器15’を備えており、この曲線判定器15’は、キロ程(地点)情報を取込み、曲線データベース20内の地点−曲線マップデータを用いて曲線区間走行を判定するようになっている。
FIG. 8 shows a third embodiment of the present invention that takes in kilometer (point) information and determines curve section travel. Since the processing system of the acceleration detection result of the
本第3の実施形態において、走行区間と制御ゲインおよび減衰係数切替タイミングとの関係は、例えば、図9に示すように設定する。すなわち、直線時のゲインを1としたとき、曲線入口側の緩和曲線通過中は制御ゲイン(ヨーゲインgy、スエーゲインgs)を徐々に下げ、円曲線区間ではゲインをgc(gc<1)と一定にし、曲線出口側の緩和曲線通過中は制御ゲインを徐々に上げていく。 In the third embodiment, the relationship between the travel section, the control gain, and the attenuation coefficient switching timing is set, for example, as shown in FIG. That is, when the gain at the time of straight line is 1, the control gain (yaw gain gy, sway gain gs) is gradually lowered while passing through the relaxation curve on the curve entrance side, and the gain is kept constant at gc (gc <1) in the circular curve section. The control gain is gradually increased while passing through the relaxation curve on the curve exit side.
ここで、キロ程情報は、例えば、シリアル通信を経由して得ることができるが、この場合は、通信のサンプリング間隔がコントローラ10の制御周期に比べて遅い場合がある(例えば、キロ程は50ms毎に更新され、制御のサンプリング周期5msの場合など)。このような場合は、キロ程情報をローパスフィルタを介して取込むことで滑らかな曲線にする。なお、ローパスフィルタ処理による遅れが発生するが、等速度運動時は遅れ時間が一定になるので、これを用いて遅れを補正すればよい。 Here, the kilometer information can be obtained, for example, via serial communication. In this case, the communication sampling interval may be slower than the control period of the controller 10 (for example, kilometer is 50 ms). It is updated every time and the control sampling period is 5 ms). In such a case, the kilometer information is taken in through a low-pass filter to make a smooth curve. Although a delay occurs due to the low-pass filter process, the delay time is constant during constant velocity motion, and this can be used to correct the delay.
前記第3の実施形態では、曲線区間走行を検出してアクチュエータ4の制御力(出力)を制御するのは、曲線区間入口側の緩和曲線の始まりから曲線区間出口側の緩和曲線の終わりまでの区間内である。緩和曲線区間では、超過遠心加速度が漸増、漸減する区間であり、車体1の振動加速度と過渡状態にある超過遠心加速度とが重畳し、0.5Hz前後の周波数で車体を左右に大きく揺動させるようにアクチュエータ4の制御力が補償される場合あり、この場合は、乗り心地が著しく悪化する場合がある。
In the third embodiment, the curve section traveling is detected and the control force (output) of the actuator 4 is controlled from the start of the relaxation curve on the curve section entrance side to the end of the relaxation curve on the curve section exit side. Within the interval. In the relaxation curve section, the excess centrifugal acceleration gradually increases and gradually decreases. The vibration acceleration of the
本発明の第4の実施形態においては、例えば、図10に示すように、直線時のゲインを1としたとき、直線部から曲線入口側の緩和曲線に向って制御ゲイン(ヨーゲインgy、スエーゲインgs)を徐々に下げ、円曲線区間ではゲインをgcと一定にし、曲線出口側の緩和曲線を通過後は制御ゲインを徐々に上げていく。 In the fourth embodiment of the present invention, for example, as shown in FIG. 10, when the gain at the time of straight line is 1, the control gain (yaw gain gy, sway gain gs) from the straight line part toward the relaxation curve on the curve entrance side. ) Is gradually reduced, the gain is kept constant at gc in the circular curve section, and the control gain is gradually increased after passing through the relaxation curve on the curve exit side.
一方、上記した緩和曲線区間で乗り心地が大きく損われるのは、曲線出口側の緩和曲線である場合が多いので、例えば、図11に示すように、曲線入口側の緩和曲線では、曲線入口から制御ゲインを徐々に下げ、曲線出口側の緩和曲線のみで、制御ゲインを上げるタイミングを遅く調整しても良い。曲線出口側の緩和曲線のみで、制御ゲインを上げるタイミングを遅く調整するには、必ずしもキロ程と曲線データベース20に依らずに可能であり、前記ストロークセンサ9の検出結果からストロークが漸増する区間を曲線出口側の緩和曲線と判断し制御ゲインを調整しても良い。
On the other hand, it is often the case of the relaxation curve on the curve exit side that the ride comfort is greatly impaired in the above-mentioned relaxation curve section. For example, as shown in FIG. The control gain may be gradually decreased, and the timing for increasing the control gain may be adjusted late only with the relaxation curve on the curve exit side. It is possible to adjust the timing of increasing the control gain slowly by using only the relaxation curve on the curve exit side, not necessarily depending on the kilometer and the
ここで、ストロークセンサ9を用いる場合、その直線走行時の値(ゼロ点)は、通常ある一定の範囲内に収まるようになる。しかし、車両検査などでアクチュエータ4を車両から切離し、あるいは車体1と台車2とを切離した場合、ストロークセンサ9のゼロ点がずれる場合がある。このことは、絶対位置検出形のストロークセンサを使用した場合に問題となる。
Here, when the
そこで、(1)直線走行する、(2)ある一定以上の速度(例えば、180km/h)でアクティブ制御する、という条件を満たす適当な区間を抽出し、キロ程情報、速度情報、路線データベース情報等から前記抽出区間を(1)、(2)を満足するように走行している場合に、ある一定の時間(例えば、10秒)のストローク検出結果を記録し、その平均値をストロークセンサのゼロ点として更新するような制御を付加しても良い。 Therefore, an appropriate section that satisfies the conditions of (1) traveling in a straight line and (2) active control at a certain speed (for example, 180 km / h) is extracted, and kilometer information, speed information, route database information When the vehicle travels so as to satisfy the conditions (1) and (2), the stroke detection result for a certain time (for example, 10 seconds) is recorded, and the average value of the stroke sensor is recorded. Control for updating as a zero point may be added.
なお、上記各実施形態では、車両が曲線区間を通過しているときには油圧ダンパ5の減衰係数を「高」に切替えるようにしたが、本発明は、油圧ダンパ5の減衰係数は一定として、アクチュエータ4の出力のみを抑制するようにしてもよいものである。超過遠心加速度が発生しても、アクチュエータ4によって車体1が左右動規制ストッパに強く押付けられることはないので、車体1に衝撃的な加速度が発生することもなくなって、曲線区間の乗り心地が良好となる。
In each of the above embodiments, the damping coefficient of the
さらに、前記各実施の形態においては、アクチュエータの出力の抑制・増加をゲインを増加・減少によって行うものを示した。この場合、ゲインを増加させても実際のアクチュエータの制御状態によって出力値は、増加する場合も減少する場合もあるが、本発明におけるアクチュエータの出力の抑制・増加は、その傾向すなわち、同じセンサ入力があったときの出力値を小さく、または、大きくするもので、実際の走行中の出力値を小さくまたは大きくするものではない。 Further, in each of the above embodiments, the actuator output is suppressed / increased by increasing / decreasing the gain. In this case, even if the gain is increased, the output value may increase or decrease depending on the actual control state of the actuator. However, the suppression / increase of the actuator output in the present invention is the tendency, that is, the same sensor input. It is intended to reduce or increase the output value when there is an error, and not to decrease or increase the actual output value during traveling.
なお、ゲインを変化させる方法以外にも、たとえば、アクチュエータへの出力値U1に対し、その上限値を規制する上限値規制手段を設けて、曲線区間でこの上限値を下げることで、アクチュエータの出力の抑制することも可能である。さらに、ゲインと上限値の両方を調整してもよい。 In addition to the method of changing the gain, for example, by providing an upper limit value regulating means for regulating the upper limit value for the output value U1 to the actuator, and lowering the upper limit value in the curve section, the actuator output It is also possible to suppress this. Furthermore, both the gain and the upper limit value may be adjusted.
また、上記アクチュエータ4の種類は任意であり、空気圧アクチュエータや油圧アクチュエータであっても、電磁式アクチュエータであっても良い。 The type of the actuator 4 is arbitrary, and may be a pneumatic actuator, a hydraulic actuator, or an electromagnetic actuator.
1 車体
2 台車
4 アクチュエータ
5 減衰係数切替式油圧ダンパ
8 左右方向の加速度センサ
9 ストロークセンサ(変位検知手段)
10 コントローラ
14 ローパスフィルタ
15、15’ 曲線判定器
16 ゲイン演算器
17 直線/曲線ゲイン演算器
DESCRIPTION OF
10
Claims (5)
前記コントローラは、
各前記加速度検出手段の検出結果に基づいて、前位および後位左右速度に変換する速度推定器と、
前記速度推定器による前位および後位左右速度が入力されることにより、前記車体の振動モードのうちヨー運動による左右速度に基づき前記アクチュエータの出力を制御するヨー制御器と、
前記車体と前記台車との左右方向の相対変位を検出するストロークセンサによる車両走行情報を用いて鉄道車両が曲線区間を走行していることを検出する曲線判定器と、を備え、
前記コントローラは、鉄道車両が曲線区間を走行していることを前記曲線判定器が検知した場合に、前記ストロークセンサの値に応じて前記ヨー制御器からの制御値を直線区間よりも低下させて前記アクチュエータの出力を抑制することを特徴とする鉄道車両用振動制御装置。 An actuator that is interposed between the vehicle body and a carriage that elastically supports the vehicle body, and controls the relative displacement in the horizontal direction of the vehicle body and the carriage; and a front position and a rear position that detect vibration acceleration in the horizontal direction of the vehicle body In a railway vehicle vibration control device comprising an acceleration detection means provided and a controller for controlling the actuator based on a detection result of the acceleration detection means,
The controller is
Based on the detection result of each acceleration detection means, a speed estimator that converts the front and rear left and right speeds;
A yaw controller that controls the output of the actuator based on the left-right speed due to the yaw motion among the vibration modes of the vehicle body, by inputting the front and rear left-right speeds by the speed estimator;
A curve determination unit that detects that a railway vehicle is traveling in a curved section using vehicle traveling information by a stroke sensor that detects a relative displacement in the left-right direction between the vehicle body and the carriage,
Said controller, when said that the rail vehicle is traveling on a curved section curves determiner detects, the control value from the yaw controller in accordance with the value of the stroke sensor is lowered than straight sections A railroad vehicle vibration control apparatus characterized by suppressing the output of the actuator.
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