JP3107133B2 - 鉄道車両の振動制御装置 - Google Patents
鉄道車両の振動制御装置Info
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Description
する振動を、その振動特性に応じて制御特性を変え、常
に最適状態で制御する鉄道車両の振動制御装置に関す
る。
としては、車体と台車の間に振動方向に合わせて流体ア
クチュエータを設置し、該車体の振動に対し逆位相の制
御力を発生させる方法(特開昭56-17754号公報等)が知ら
れている。
は、車体に遠心加速度が加わるので、この影響を軽減
し、振動制御能力の低下を防ぐ手段が必要で、そのため
の振動制御装置として特開昭57-11163号公報の「車両の
振動制御装置」が提案されている。この装置は、車体と
台車の間に設置された流体アクチュエータをサーボ弁で
駆動し振動を抑制するものである。
装置において、車両の軌道上の位置を検知する装置を備
えたものがある(特公平5-80385号公報)。この装置は、
軌道の凹凸の不整データと位置とを直接関係付けたデー
タを、予め測定により得ておき、そのデータと車両位置
を参照して予見制御を加味したフィードバック制御を行
なうものである。この技術の対象は、軌道不整による車
体振動だけであり、他の原因による振動は含まれていな
い。また、軌道の凹凸の詳細データと位置との関係につ
いて、多量のデータを予め軌道測定車等により測定して
おく必要がある。そして、その多量のデータを制御装置
内に記憶しておくため装置が複雑化することは避けられ
ない。
鉄道車両に発生する振動を抑制する方法としては、種々
の方法が提案されており、それぞれ振動抑制に効果をあ
げている。また、特公平5-80385号公報の発明は、特定
の原因すなわち軌道不整による振動の抑制に効果をあげ
ている。しかし、列車の走行中に発生する周波数の異な
る全ての振動に対処して振動を抑制する鉄道車両の振動
制御装置は見られなかった。
走行中に発生する異なる周波数の振動に対応し、制御効
果の高い制御データを選択して車体の振動を抑制するこ
とにより、乗り心地の向上を図った鉄道車両の振動制御
装置を提供するものである。
め、本発明の鉄道車両の振動制御装置は、鉄道車両の車
体と台車間に設置した流体アクチュエータ、該流体アク
チュエータを駆動する制御弁、車体の振動を検知する検
知計、該検知計の出力から前記制御弁への制御入力を決
定する制御器から構成され、車体に発生する振動をアク
ティブに制御する機能を有する鉄道車両の振動制御装置
を装備した編成列車において、パンタ付き車両と最後尾
車両を検知して区別し、当該車両の制御特性を編成列車
中の他車両の制御特性と異なるように設定する機能を有
することを特徴とする。
流体アクチュエータ、該流体アクチュエータを駆動する
制御弁、車体の振動を検知する検知計、該検知計の出力
から前記制御弁への制御入力を決定する制御器から構成
され、車体に発生する振動をアクティブに制御する機能
を有する鉄道車両の振動制御装置を装備した編成列車に
おいて、車両のトンネル内走行とトンネル外走行を地点
検知により区別し、振動制御装置内の制御特性をリアル
タイムに選択切り換える機能と、パンタ付き車両と最後
尾車両を検知して区別し、当該車両の制御特性を編成列
車中の他車両の制御特性と異なるように設定する機能を
有することを特徴とする。
乗り心地を低下させる要因としては、次の二つに大別さ
れる。 (イ) 図1に示すように、軌道28の狂いに起因して、輪
軸27→一次ばね系(軸ばね26)→台車枠29→二次ばね系
(空気ばね4)→車体1の振動となる車両の下方からのばね
系を介した振動の伝播によるもの。
する場合、空気の車両回りの流れの圧力により、車体1
が直接振動するもの。
周波数が異なっており、それぞれを区分して考えること
ができる。すなわち、(イ)の軌道の狂いに起因するばね
系の固有振動数(ヨーイング:1.5Hz、上心ローリング:1.
2Hz、下心ローリング:0.8Hz付近)は、0.5〜2Hzの範囲に
ある。また、(ロ)の空気の流れによる周波数は、3〜6Hz
の高周波側にある。
ネル内壁との間の空気の挙動により、高速走行すると車
体に脈動する圧力が加わり、図3に示すように、トンネ
ル外の振動に比べ、周波数が大きくなることがわかっ
た。
に、下心ローリング共振点a、上心ローリング共振点b及
びヨーイング共振点cは周波数0.5〜2Hzの範囲にあり、
低周波側の振動が主である。
(A)に示すように、周波数0.5〜2Hzの振動a、b、cの外
に、周波数3〜6Hzの高周波側に車体の空力による振動d
が加わり、振動が増加する。
〜2Hzの振動が主であるのに対し、トンネル内では低周
波振動の外に3〜6Hzの高周波振動が加わることになるか
ら、これらの周波数に注目して集中して振動制御する制
御設計を行なえばよい。
大きな比重を置いた重みW1と周波数3〜6Hzに大きな比重
を置いた重みW2のそれぞれにより制御用データA1とA2を
作製しておけばよい。
は、図5(B)に示すように、周波数0.5〜2Hzに大きな比重
を置いた重みW1により作製された制御用データA1で制御
を行ない、トンネル内での振動に対しては、図6(B)に示
すように、周波数0.5〜2Hzと周波数3〜6Hzの両方に大き
な比重を置いた重みW2とにより作製された制御用データ
A2で制御を行なう。
(A)に示すように、車両の高速化に伴い車高が低くな
り、これに従いパンタ33を取り囲むパンタカバー34が巨
大化し、走行時に受ける風圧が大きく、また後方にあっ
てはパンタカバー34から剥離する空気流がカルマン渦32
を発生し、パンタ付き車両特有の振動を起こしている。
この場合の振動周波数は、例えば2Hz前後が大きくなる
ため、2Hzに大きな比重を置いた重みW3と制御用データA
3を作製する。
では、後方に発生するカルマン渦32と、後続車両の結合
がないことから、図7(A)に示すように、下心ローリング
共振点a、上心ローリング共振点bに比べヨーイング共振
点cが大きく(周波数1.5Hz)、これを特に強く押さえるこ
とを考慮した重みW4と制御用データA4を製作すればよ
い。そして、図7(B)に示すように、重みW4と制御用デー
タA4により制御する。
は、トンネルの外と内とで違うので、図5(B)、図6(B)か
らわかるように、H∞制御の重みW1、W2を特に振動ゲイ
ンの大きい周波数に合わせて集中的に重くすることによ
って、制御の結果は飛躍的にその周波数で良くなる。し
たがって、リアルタイムで制御設計を変更できるように
しておけば、その時々の最適な制御を実施可能であるこ
とがわかる。
(A)に示すように、パッシブな車体の振動は、他の中間
車両{図5(A)}と異なる特性を有するので、最後尾車両用
の制御データを備えておけばよい。ただし、進行方向が
逆になった場合には先頭車両となるので、進行方向信号
により最後尾車両であるか否かを判断する機能を制御装
置に持たせる必要がある。更に、パンタ付き車両では、
制御装置を装着する際に、パンタ付き車両用の制御デー
タを制御器内にメモリし、使用すればよい。以上のごと
くすることにより、車両位置や車両の種類に応じた最適
な制御を実現できる。
に設置した流体アクチュエータ、該流体アクチュエータ
を駆動する制御弁、車体の振動を検知する検知計、該検
知計の出力から前記制御弁への制御入力を決定する制御
器から構成され、車体に発生する振動をアクティブに制
御する機能を有する振動制御装置であれば、構造上、制
約を受けることはない。
の一例を図8に示す。台車に空気ばね4により支持された
車体1と前台車2、後台車3の間の左右方向に設置した複
動型空圧シリンダ19(前台車側)、20(後台車側)及び比例
圧力制御弁15、16(前台車側)、17、18(後台車側)からな
る流体アクチュエータと、車体1の左右振動加速度を検
知する左右振動加速度計7、8または車体1と台車2、3と
の間の左右相対変位を検知する左右変位計22、23と、こ
れらの左右振動加速度計または左右変位計の出力及び地
点検知装置6の信号から前記流体アクチュエータへの制
御出力を決定する制御器9からなる。5は左右動ダンパ、
21は空気源である。
検知された検知信号が制御器9に入力されると、車体の
左右振動加速度計7、8で検知した左右振動加速度、車体
1と台車2、3との間の左右変位計22、23で検知した左右
相対変位が制御器9に入力される。制御器9内では、入力
された左右振動加速度、左右相対変位がA/D変換装置10
でディジタル化され、ローパスフィルタ11を通して動揺
のみを抽出する。そして、これらの検出信号は制御量演
算装置12に入力される。一方、制御量演算装置12に地点
検出信号が入力されると、トンネン内か、トンネル外
か、あるいは最後尾車両か、パンタ付き車両かの判断に
基づいて、それぞれに対応した制御用データA1、A2、
A3、A4の1つが選定され、その制御データを基に制御出
力が演算され、D/A変換装置13にてアナログ化され、増
幅装置14を通して各比例圧力制御弁15、16、17、18に出
力する。すると、前記制御出力に基づいて各比例圧力制
御弁が給排気し、複動型空圧シリンダ19、20が駆動さ
れ、車体1の傾斜制御が行なわれる。
場合のフローチャートを図9に示す。車両種類の検知装
置により、先ずパンタ付き車両か否かを検知し、yesの
場合はパンタ付き車両用制御データA3を使って検知信号
を制御量演算装置12に入力すると共に、各左右振動加速
度計及び左右変位計で検知したセンサ値を入力してH∞
制御演算を行ない、制御出力が行なわれる。
を検知し、yesの場合は先頭車両、中間車両用の制御デ
ータA 1 を使って検知信号を制御量演算装置12に入力する
と共に、各左右振動加速度計及び左右変位計で検知した
センサ値を入力してH∞制御演算を行ない、制御出力が
行なわれる。
否かを判断する。この場合には進行方向信号を加味して
判断される。yesの場合は最後尾車両用制御データA 4 を
使ってH∞制御演算を行ない、制御出力が行なわれる。
両、中間車両用の制御データA 1 を使って検知信号を制御
量演算装置12に入力すると共に、各左右振動加速度計及
び左右変位計で検知したセンサ値を入力してH∞制御演
算を行ない、制御出力が行なわれる。
のトンネル外の車体振動特性と異なるトンネル内でも、
トンネル外と同様の制御効果を達成できる。また、パン
タ付き車両や最後尾車両のように空力特性の特殊な車両
も制御効果の良い最適な制御ができる。
表す説明図である。
力を表す説明図である。
を比較して示すグラフである。
ルマン渦を示す編成列車の一部斜視図、(B)は最後尾車
両に生じる空気の流れのカルマン渦を示す編成列車の一
部斜視図である。
示すグラフ、(B)はトンネル外でのH∞制御の重みと制御
効果を示すグラフである。
示すグラフ、(B)はトンネル内でのH∞制御の重みと制御
効果を示すグラフである。
すグラフ、(B)は最後尾車両のH∞制御の重みと制御効果
を示すグラフである。
の制御系の一例を示す説明図である。
車両を識別するための制御フローチャートである。
Claims (2)
- 【請求項1】 鉄道車両の車体と台車間に設置した流体
アクチュエータ、該流体アクチュエータを駆動する制御
弁、車体の振動を検知する検知計、該検知計の出力から
前記制御弁への制御入力を決定する制御器から構成さ
れ、車体に発生する振動をアクティブに制御する機能を
有する鉄道車両の振動制御装置を装備した編成列車にお
いて、パンタ付き車両と最後尾車両を検知して区別し、
当該車両の制御特性を編成列車中の他車両の制御特性と
異なるように設定する機能を有することを特徴とする鉄
道車両の振動制御装置。 - 【請求項2】 鉄道車両の車体と台車間に設置した流体
アクチュエータ、該流体アクチュエータを駆動する制御
弁、車体の振動を検知する検知計、該検知計の出力から
前記制御弁への制御入力を決定する制御器から構成さ
れ、車体に発生する振動をアクティブに制御する機能を
有する鉄道車両の振動制御装置を装備した編成列車にお
いて、車両のトンネル内走行とトンネル外走行を地点検
知により区別し、振動制御装置内の制御特性をリアルタ
イムに選択切り換える機能と、パンタ付き車両と最後尾
車両を検知して区別し、当該車両の制御特性を編成列車
中の他車両の制御特性と異なるように設定する機能を有
することを特徴とする鉄道車両の振動制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07042500A JP3107133B2 (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 鉄道車両の振動制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP07042500A JP3107133B2 (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 鉄道車両の振動制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH08207765A JPH08207765A (ja) | 1996-08-13 |
JP3107133B2 true JP3107133B2 (ja) | 2000-11-06 |
Family
ID=12637792
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP07042500A Expired - Lifetime JP3107133B2 (ja) | 1995-02-06 | 1995-02-06 | 鉄道車両の振動制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3107133B2 (ja) |
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JP4868829B2 (ja) * | 2005-11-11 | 2012-02-01 | 公益財団法人鉄道総合技術研究所 | 鉄道車両の制振装置 |
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JPS5711163A (en) * | 1980-06-23 | 1982-01-20 | Hitachi Ltd | Controller for vibration of car |
JPH0459469A (ja) * | 1990-06-28 | 1992-02-26 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 鉄道車両 |
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-
1995
- 1995-02-06 JP JP07042500A patent/JP3107133B2/ja not_active Expired - Lifetime
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