JP5704306B2 - Railway vehicle vibration control system - Google Patents
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Description
本発明は、鉄道車両の振動を抑制するための鉄道車両用振動制御装置に関するものである。 The present invention relates to a railcar vibration control device for suppressing railcar vibration.
鉄道車両は、軌道の不整、空気力加振による外乱等によって車体の上下、左右に様々な振動を生じるが、近年、高速運行化に伴い、これらの振動の抑制の要求が高まっており、特に、車体の左右方向の振動の抑制は、乗り心地及び走行安定性の両面から重要な課題の1つとなっている。 Railcars generate various vibrations in the vertical and lateral directions of the car body due to irregularities in the track, disturbances caused by aerodynamic vibration, etc., but in recent years, the demand for suppression of these vibrations has increased along with the high-speed operation. In addition, suppression of left-right vibration of the vehicle body is one of the important issues from the aspects of ride comfort and running stability.
そこで、例えば特許文献1に記載されているように、走行中の車体の左右方向の振動を抑制するための鉄道車両用振動制御装置が種々提案されている。この鉄道車両用振動制御装置は、輪軸が装着された台車によって車体が左右方向に変位可能に支持され、車体と台車との間に減衰係数が調整可能な減衰力可変ダンパ及びアクチュエータが連結されている。また、車体の左右方向の加速度を検出する横加速度センサ及び台車と車体との変位を検出する変位センサ等の走行中の車両状態を検出する各種センサが設けられ、これらのセンサの検出に基づいて、コントローラによって減衰力可変ダンパの減衰力及びアクチュエータの推力を制御することによって車体の振動を抑制する。
Thus, for example, as described in
また、鉄道車両用振動制御装置は、車両運行上、アクチュエータ、減衰力可変ダンパ、加速度センサ、変位センサ等のシステム構成要素の健全性すなわち正常な作動を随時診断可能な自己診断機能を備えることが望まれている。そこで、上記特許文献1に記載された鉄道車両用振動制御装置では、コントローラは、自己診断モードにおいて、停車中に、車体の前後の一方の台車のアクチュエータを停止し、他方の台車のアクチュエータを作動させて車体を加振し、ストロークセンサによって検出した車体と台車との相対変位を所定の基準値と比較することにより、アクチュエータの健全性、ひいてはシステムの健全性を診断するようにしている。
In addition, the railroad vehicle vibration control device has a self-diagnosis function that can diagnose the soundness of system components such as actuators, variable damping force dampers, acceleration sensors, displacement sensors, etc. It is desired. Therefore, in the railway vehicle vibration control apparatus described in
しかしながら、上記特許文献1に記載された技術は、健全性を診断する際、アクチュエータによって車体を加振する必要があるため、アクチュエータを備えていな所謂セミアクティブダンパ制御を行なう振動制御装置には適用することができない。また、停車中でなければ健全性を診断することが出来なかった。また、より簡単かつ確実に健全性の診断を行うことができる振動制御装置が望まれている。
However, since the technique described in
本発明は、アクチュエータの作動を必要とせず、より簡単かつ確実に健全性の診断を行なうことができる鉄道車両用振動制御装置を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a railway vehicle vibration control apparatus that can perform soundness diagnosis more easily and reliably without requiring the operation of an actuator.
上記の課題を解決するために、本発明に係る鉄道車両用振動制御装置は、車体と、該車体の前部及び後部に配置されて該車体を左右方向に変位可能に支持する第1及び第2台車と、前記車体と前記第1及び前記第2台車との間にそれぞれ連結されて、これらの左右方向の振動を制御する減衰力可変ダンパと、前記車体の前部側及び後部側の振動状態を検出する第1及び第2検出手段と、前記減衰力可変ダンパの減衰力を制御して前記車体の左右方向の振動を抑制するコントローラとを備え、
前記コントローラは、当該車両の走行中に、前記車体の前後の台車の一方の前記減衰力可変ダンパの制御を停止し、他方の前記減衰力可変ダンパの制御を続行して、この間の前記第1検出手段と前記第2検出手段との検出値を比較することにより、当該制御装置の健全性を判定する自己診断モードを有していることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems, a vibration control device for a railway vehicle according to the present invention includes a first body and a first body that are disposed at a front portion and a rear portion of the vehicle body so as to displace the vehicle body in a lateral direction. Two trucks, a damping force variable damper that is connected between the vehicle body and the first and second carriages, and controls vibrations in the left and right directions, and vibrations on the front and rear sides of the vehicle body First and second detection means for detecting a state, and a controller for controlling the damping force of the damping force variable damper to suppress left-right vibration of the vehicle body,
The controller stops the control of the damping force variable damper of one of the carts before and after the vehicle body while the vehicle is running, continues the control of the other damping force variable damper, It has a self-diagnosis mode for judging the soundness of the control device by comparing detection values of the detection means and the second detection means.
本発明に係る鉄道車両用振動制御装置によれば、アクチュエータの作動を必要とせず、より簡単かつ確実に健全性の診断を行なうことができる。 According to the railway vehicle vibration control apparatus of the present invention, it is possible to diagnose the soundness more easily and reliably without requiring the operation of the actuator.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図1及び図2に示すように、本発明に係る鉄道車両用振動制御装置が適用された鉄道車両1は、車体2の前部及び後部に、それぞれ輪軸3が装着された第1及び第2台車である台車4が取付けられている。なお、図2において、車体2の前部に設けられた各要素については、その符号の末尾に符号Fを付し、車体2の後部に設けられた各要素については、その符号を末尾にRを付して、適宜これらを区別して説明する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1 and 2, a
台車4は、車体2に対して、鉛直軸回りに回動可能であり、また、上下方向及び左右方向に一定の変位が可能なように連結されており、空気バネ5によって車体2を支持している。なお、空気バネ5に替えてコイルバネなどを用いても良い。車体2と台車4との間には、減衰力可変ダンパ6、7が連結されている。減衰力可変ダンパ6、7は、車体2に固定された中心ピン8と台車4に固定された支柱9、10との間にそれぞれ結合されており、車体2と台車4との左右方向の相対変位に対して、減衰力可変ダンパ6、7がストロークして減衰力を作用させるようになっている。一方の減衰力可変ダンパ6には、車体2と台車4との間の左右方向の相対変位を検出するストロークセンサ11が設けられている。更に、車体2には、車体2の前部及び後部それぞれの左右方向の加速度を検出する第1及び第2検出手段である加速度センサ12が設けられ、また、ストロークセンサ11及び加速度センサ12からの入力信号に基づいて減衰力可変ダンパ6、7の減衰力を制御するコントローラ13が設けられている。
なお、減衰力可変ダンパ6、7のダンパの何れか一方をパッシブダンパとしてもよい。この場合、各ダンパは、伸縮方向に同様の減衰力特性を持つことが望ましい。
The
One of the dampers of the damping
減衰力可変ダンパ6、7は、ソレノイドバルブ等の減衰力切換弁を有し、制御電流に応じて減衰力を少なくとも2段階に切換可能な油圧ダンパである。本実施形態では、減衰力可変ダンパ6、7は、コントローラ13からの制御信号によって、減衰係数を高〜低の間で無段階に調整可能であり、制御電流を停止したとき、減衰係数が高となるもの(ノーマルハード)を使用している。なお、減衰力可変ダンパ6、7は、油圧ダンパ以外の形式のダンパ、例えば作動油を他の流体(水、空気など)に変更した流体式ダンパ、摩擦式ダンパ、モータを発電機として動作させることにより発生する減衰力を利用する、電磁式ダンパなどとしても良い。
The damping
コントローラ13は、加速度センサ12、その他の車両の走行状態を検出する各種センサの検出に基づいて、減衰力可変ダンパ6、7の減衰力を調整して、車体2の左右方向の振動(横揺れ)を抑制する振動制御を実行する。この振動制御では、いわゆるスカイフック理論に基づき、車体2の前後の台車4F、4Rに対して、加速度センサ12F、12Rが検出する左右方向の加速度及びストロークセンサ11F、11Rが検出する減衰力可変ダンパ6F、7F、6R、7Rのストロークに基いて、車体2の加振及び制振状態に応じて台車4F、4Rの左右方向の振動を吸収し、また、車体2の左右方向の振動を抑制するように、減衰力可変ダンパ6F、7F、6R、7Rの減衰力を制御する。これにより、軌道の不整による台車4F、4Rへの外乱の入力及び空気力加振による車体2への外乱の入力に対して、車体2の左右方向の振動を抑制して、乗り心地及び走行安定性を高め、高速走行を可能にする。なお、コントローラ13による減衰力可変ダンパ6、7の減衰力制御は、上述のスカイフック制御に限らず、H∞制御などの現代制御や他の公知の振動制御理論に基づくものであっても良い。
The
また、コントローラ13は、減衰力可変ダンパ6、7、ストロークセンサ11及び加速度センサ12を含む制御システムの健全性を診断する自己診断モードを備えている。以下、自己診断モードについて説明する。
図3を参照して、コントローラ13は、上述のスカイフック制御を実行するスカイフック制御部13Aと、スカイフック制御部13Aによる演算結果に基づき、減衰力可変ダンパ6、7に制御電流を出力する制御電流出力部13Bと、自己診断モードを実行する健全性判定部13Cとを有している。コントローラ13は、自己診断モードの実行を指令する外部スイッチ等の自己診断モード指令部14からの指令信号によって自己診断モードを実行する。なお、自己診断モード指令部14による指令のタイミングは、スイッチ等による車両運転者の指示、所定の時間間隔の経過あるいは一定の車両速度域での定期的な実行によるものとしても良い。更に、この判定結果を鉄道車両1の上位の制御装置からの指示によるものでもよい。
The
Referring to FIG. 3,
コントローラ13は、自己診断モードでは、車両走行中おいて、一定時間(例えば10秒程度)、前後の台車4F、4Rの一方の減衰力可変ダンパ6、7に対して制御電流の供給を停止し、他方の減衰力可変ダンパ6、7に対して振動制御を続行する。例えば、前台車4Fと前台車4Fに設置されている減衰力可変ダンパ6F、7Fに対して制御電流の供給を停止し、後台車4Rに設置されている減衰力可変ダンパ6R、7Rに対して振動制御を続行するようにする。この状態で、前方の台車4Fに対応する加速度センサ12Fの検出加速度と、後方の台車4Rに対応する加速度センサ12Rの検出加速度とを比較し、これらの検出加速度のピーク値の差が一定の閾値以上であれば、減衰力可変ダンパ6、7を制御することによる制御効果が一定以上あると判断できるので、制御システムは正常であると判定し、閾値未満であれば制御システムは異常であると判定する。そして、その判定結果をLED表示器等の外部出力15に表示する。更に、この判定結果を鉄道車両1の上位の制御装置に供給し、また、内部ログに記録しても良い。
In the self-diagnosis mode, the
コントローラ13の健全性判定部13Cによって実行される自己診断モードの制御フローについて図4を参照して説明する。
ステップS1で自己診断モード指令部14による自己診断モードの実行の要求の有無を判定し、要求が有る場合、ステップS2で現在実行中の振動制御モードを記憶してステップ3へ進み、要求がない場合、ルーチンを終了する。ステップS3で、前後の台車4F、4Rの一方の減衰力可変ダンパ6、7への制御電流の供給を停止し、他方の減衰力可変ダンパ6、7への制御電流の供給を続行し、ステップS4で一定時間(例えば10秒程度)をカウントし、この間、ステップS5で車体前後の加速度センサ12F、12Rの検出加速度を取得する。ここで、ステップS4で一定時間カウントするステップは、短時間のサンプリングで判断することにより、ノイズなどを正常信号として判断する誤判定を防止するものである。よって、一定時間カウントするという手段の他、短時間のサンプリングの場合にはローパスフィルタを介することにより誤判定を防止するというようにしてもよい。
A control flow of the self-diagnosis mode executed by the
In step S1, it is determined whether or not there is a request for execution of the self-diagnosis mode by the self-diagnosis
ステップS6で車体前後の加速度センサ12F、12Rの検出加速度を比較し、ステップS7で、これらの検出加速度のピーク値の差が一定の閾値以上であるか否かを判定する。検出加速度のピーク値の差が一定の閾値以上である場合、制御システムは正常であると判定して、ステップS8で外部出力15により正常の表示を行い、検出加速度のピーク値の差が一定の閾値未満である場合、制御システムは異常であると判定して、ステップS9で外部出力15により異常の表示を行なう。その後、ステップS10で、ステップS2において記憶した振動制御モードに復帰してルーチンを終了する。
In step S6, the detected accelerations of the front and
更に、上述の自己診断モードにおいて、前後の台車4F、4Rの減衰力可変ダンパ6、7に対する振動制御の停止及び続行の指令を入れ換えて、同様の判定を行なうことにより、制御システムの健全性診断の精度を高めることができる。また、上記実施形態において、制御システムの正常、異常の判定を行なう際、車体2の前後の加速度センサ12F、12Rの検出加速度のピーク値の差を用いる代りに、検出加速度の振動の波形に基づく実効値の差を用いても良い。あるいは、車体2の前後の加速度センサ12F、12Rの検出加速度に基づく車体2の前部及び後部の振動加速度の大きさから算出されるいわゆる乗心地レベルの差を用いても良い。また、上記実施形態では、車体の左右方向の振動を制御するものについて説明しているが、上下方向の振動を制御する制御システム、車体同士を接続する連結機と平行に車体間に設けられる車体間ダンパの減衰力を可変制御するシステムでも同様の判定を行なうことができる。
Further, in the above-described self-diagnosis mode, the soundness diagnosis of the control system is performed by switching the vibration control stop and continuation commands for the damping force
また、図5に示すように、車体−台車間に減衰可変ダンパ6、7に加えて、車体2の上下振動を抑制する減衰力可変ダンパ15を用いた車体上下セミアクティブダンパシステムを備えたシステム構成としてもよい。なお、図5において、上記実施形態に対して、対応する部分には同じ符号を付してある。この構成とした場合には、上下方向の振動を制御する制御システムも備える。このように、左右方向に限らず、上下方向にも本発明は適用することができる。ここでは、上下方向、左右方向で別々に減衰力可変ダンパ6、7及び減衰力可変ダンパ15を設ける例を示したが、これらを斜めに配置したダンパに置き換えて、1つのダンパによって上下、左右の振動を抑制するようにしてもよい。また、図5では左右方向の振動を減衰する減衰力可変ダンパ6、7を備えた図を示しているが、左右方向の振動を減衰する減衰力可変ダンパ6、7は省略してもよい。
Further, as shown in FIG. 5, in addition to the variable damping
また、台車の台車枠と輪軸との間に設けられる軸ダンパの減衰力を可変制御するシステム、車体と台車の台車枠との間に設けられるヨーダンパの減衰力を可変制御するシステム、などへの適用もできる。
なお、上記実施形態では、ストロークセンサを用いた例を示しているが、ストロークセンサに替えて、加速度センサ等から推定する等の手段としてもよい。
In addition, a system for variably controlling the damping force of the shaft damper provided between the bogie frame and the wheel shaft of the bogie, a system for variably controlling the damping force of the yaw damper provided between the car body and the bogie frame of the bogie, etc. Applicable.
In addition, although the example using a stroke sensor is shown in the above-mentioned embodiment, it is good also as means, such as estimating from an acceleration sensor etc. instead of a stroke sensor.
1 鉄道車両(車両)、2 車体、4 台車(第1及び第2台車)、6、7 減衰力可変ダンパ、12 加速度センサ(第1及び第2検出手段)、13 コントローラ
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記車体と前記第1及び前記第2台車との間にそれぞれ連結されて、これらの振動を制御する第1台車側及び第2台車側減衰力可変ダンパと、前記車体の前部側及び後部側の振動状態を検出する第1及び第2検出手段と、前記第1台車側及び第2台車側減衰力可変ダンパの減衰力を制御して前記車体の振動を抑制するコントローラとを備え、
前記コントローラは、前記鉄道車両の走行中に、前記第1台車側または第2台車側減衰力可変ダンパの一方の制御を停止し、他方の制御を続行して、この間の前記第1検出手段と前記第2検出手段との検出値を比較することにより、前記振動制御装置の健全性を判定する自己診断モードを有していることを特徴とする鉄道車両用振動制御装置。 Vibration control for controlling vibration of the vehicle body in a railway vehicle having a vehicle body and first and second carriages that are spaced apart from the front and rear portions of the vehicle body and are supported so as to be displaceable in the horizontal and vertical directions A device ,
A first truck side and a second truck side damping force variable damper which are respectively connected between the vehicle body and the first and second carriages to control vibrations thereof, and a front side and a rear side of the vehicle body First and second detecting means for detecting the vibration state of the vehicle, and a controller for suppressing the vibration of the vehicle body by controlling the damping force of the first and second cart side damping force variable dampers,
The controller stops the control of one of the first truck side or the second truck side damping force variable damper while the railway vehicle is running, continues the other control, and the first detection means during this period A railway vehicle vibration control apparatus having a self-diagnosis mode for determining soundness of the vibration control apparatus by comparing detection values with the second detection means.
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