鐵道車輛的抑制振動裝置的製作方法

2023-06-02 16:01:56

專利名稱：鐵道車輛的抑制振動裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種抑制車體的橫擺的搭載有半主動懸架的鐵 道車輛的抑制振動裝置。
背景技術：
鐵道車輛由於在行駛時受到橫向風、軌道幹擾等，車體向 橫向擺動。
為了抑制車體的橫擺，有的車輛搭載有用於抑制振動的、 不需要動力源的半主動懸架。
例如如日本特開平10 - 297485號7>才艮所示，這種半主動懸
架由用於吸收車體從臺車受到的沖擊的氣墊、隨著車體相對於 臺車的橫擺而進行伸縮的減震器、用於檢測車體的橫向加速度
的加速度傳感器、根據加速度傳感器的檢測信號來控制減震器 的動作的控制器等。
通過採用天鉤(skyhook)半主動控制律來控制減震器的 動作，從而利用減震器的振動能而有效抑制車體的橫擺。
鐵道車輛的與軌道滾動接觸的車輪的踏面上設有坡度，由 於該坡度使得左右車輪分別朝向左右軌道的內側，因此，有在 直線區間行駛時等臺車蜿蜒行進的傾向。
通過適當設定設於車輪踏面的坡度、並適當設定設於懸架 上的套管類的硬度等，可抑制這種臺車的蜿蜒行進。
但是，在車輪踏面逐漸磨損、或套管類隨時間而逐漸老化 時，或者在軌道條件較差的地方行駛時，有時不能抑制臺車的 蜿蜒行進，臺車會產生高頻的橫擺振動。
對於搭載了半主動懸架的鐵道車輛，在臺車產生了高頻的
橫擺振動時，若進行天鉤半主動控制，則可抑制車體的橫擺振 動，但有時由於減震器的減震力不足，而不能充分抑制臺車的 橫擺振動。

發明內容
本發明是鑑於上述問題點而作出的，其目的在於提供一種 可抑制臺車的橫擺振動的鐵道車輛的抑制振動裝置。
本發明提供 一 種鐵道車輛的抑制振動裝置，抑制車體相對
於臺車的橫擺，該抑制振動裝置包括減震器，該減震器的減 震力可變，隨車體相對於臺車的橫擺而進行伸縮；加速度檢測 單元，用於檢測車體的橫向加速度和上下方向加速度；第l控 制模式，根據車體的橫向加速度檢測信號，為抑制車體的橫擺 而採用天鉤半主動控制律控制減震器的減震力；第2控制模式， 為了抑制臺車的橫擺振動而使減震器工作；判定單元，根據車
體的橫向加速度檢測信號和上下方向的加速度檢測信號來判定 臺車是否發生橫擺振動；切換單元，在臺車發生橫擺振動時， 從第1控制模式切換到第2控制模式。
根據本發明，在通常行駛時，通過天鉤半主動控制來控制 減震器的減震力，可抑制車體的橫擺，使乘坐感覺保持良好。
另一方面，在由於臺車蜿蜒行進而在臺車上產生高頻的橫 擺振動時，通過切換減震器的動作，可抑制臺車的高頻橫擺振 動，提高鐵道車輛的行駛穩定性。


圖l是表示本發明實施方式的鐵道車輛的抑制振動裝置的 系統圖。
圖2是減震力可變減震器的結構圖。 圖3是表示進行控制改變處理的順序的流程圖。
圖4是表示進行通常控制復位處理的順序的流程圖。
具體實施例方式
以下，基於

本發明的實施方式。
圖l是表示鐵道車輛的抑制振動裝置的系統圖。如圖l所
示，鐵道車輛1包括在軌道2上進行行駛的臺車3、用於承載人 或貨物的車體IO。在鐵道車輛l的前部和後部各設有l臺臺車3。
臺車3包括在左右的軌道2上滾動的左右的車輪4、可自由 旋轉地支承各車輪4的車軸5、設於車軸5與臺車框6之間的左右 的懸架彈簧7。各懸架彈簧7相對於臺車框6支承車軸5，吸收車 軸5的上下方向的動作。
車輪4具有與軌道2滾動接觸的踏面4a。在踏面4a上設有相 對於車輪4的旋轉中心線傾斜的坡度。設於左右車輪4上的踏面 4a的坡度以相互相反的方式朝向軌道2的外側，左右車輪4在重 力作用下而朝向左右軌道2的內側。
在臺車3與車體10之間左右設有空氣彈簧8。各空氣彈簧8 相對於臺車3支承車體10,吸收臺車3的上下方向的運動。
在臺車3與車體10之間設有減震器9 。減震器9相對於車輛1 的行進方向而向水平橫向(以下簡稱為橫向)伸縮，抑制車體 IO的橫向振動。
減震器9是減震力可變減震器，可改變施加於隨其伸縮而 流動的工作油(工作流體)的阻力，構成半主動懸架。根據從 控制器20送來的信號無級切換減震器9的減震力。
圖2是減震力可變減震器的結構圖。如圖2所示，減震器9 具有可滑動地收容於作動缸32內的活塞34、和與活塞34結合的 活塞杆33。作動缸32連結於臺車3和車體10中的一方部件上，
活塞杆33連結於其中另 一方部件上，通過車體10相對於臺車3 向橫向相對位移，從而活塞34和活塞杆33相對於作動缸32進行滑動。
由活塞34將作動缸32內分隔成杆側壓力室35和端側壓力 室36。在作動缸32的外側設有罐室37。
減震器9具有將工作油從杆側壓力室35引導到罐室37的單 向通道41、對工作油乂人在霍室37流向端側壓力室36的流動閉閥的 壓縮側止回閥51 、對工作油從端側壓力室3 6流向杆側壓力室3 5 的流動開閥的伸長側止回闊5 2 。
在減震器9進行收縮動作的壓縮側行程中，壓縮側止回閥 51關閉，伸長側止回閥52打開，相當於活塞杆33的進入體積的 量的工作油通過節流孔53和單向通道41而從杆側壓力室35流 入罐室37。
在減震器9進行伸長動作的伸長側行程中，伸長側止回閥 52關閉，壓縮側止回岡51打開，工作油通過節流孔53和單向通 道41而從杆側壓力室3 5流入罐室3 7 。
活塞34和活塞杆33的截面面積之比為2:1,在減震器9的壓 縮側行程和伸長側行程中，流過節流孔5 3和單向通道41的工作 油的流量相等，可得到相同的衰減特性。
在單向通道41上並列安裝有比例電f茲減壓閥42和衰減閥 43,並安裝有將工作油選擇引導到比例電磁減壓閥42或衰減閥 43的電磁切換閥44。比例電磁減壓閥42根據來自控制器20的信 號改變閉閥壓力。衰減閥43與減震器9的速度成比例地提高減 震力。在控制器20發生異常等時，電磁切換閥44被切換到將工 作油引導到衰減閥43的位置，則減震器9起到使衰減係數保持 恆定的一皮動減震器(passive damper)的作用。
減震器9具有連通杆側壓力室35與端側壓力室36的連通路
45，在該連通路45上安裝有伸長側卸載閥46。
減震器9具有連通端側壓力室36與罐室37的連通路47，在 該連通路47上安裝有壓縮側卸載閥48。
電萬茲切換閥44、比例電》茲減壓閥42、伸長側卸載岡46、壓 縮側卸載閥48按照來自控制器20的信號而進行開閉動作。
在進行天鉤半主動控制時，控制器20使伸長側卸載閥46和 壓縮側卸載閥48中的一方開閥而接通，使另 一方閉閥而截止， 將電磁切換閥44切換到將工作油引導到比例電磁減壓閥42的 位置，並控制比例電石茲減壓閥42的開閥壓力。
在進行使伸長側卸載閥46開閥而接通、使壓縮側卸載閥48 閉閥而截止的天鉤半主動控制時，在減震器9進行伸長動作的 伸長側行程中，從杆側壓力室35流向端側壓力室36的工作油通 過伸長側卸載閥46而流動，產生由通道壓力損失引起的極低的 減震力。另一方面，在減震器9進行收縮動作的壓縮側行程中， 從杆側壓力室35流向罐室37的工作油通過單向通道41而流動， 由比例電磁減壓閥42產生基於控制指令的減震力。
在進行使伸長側卸載閥46閉閥而截止、^吏壓縮側卸載閥48 開閥而接通的天鉤半主動控制時，在減震器9進行伸長動作的 伸長側行程中，從杆側壓力室35流向端側壓力室36的工作油通 過單向通道41而流動，由比例電磁減壓閥4 2產生基於控制指令 的減震力。另一方面，在減震器9進行收縮動作的壓縮側行程 中，從端側壓力室36流向罐室37的工作油通過壓縮側卸載閥48 而流動，產生由通道壓力損失引起的極低的減震力。
如圖l所示，在車體10上的位於臺車6正上方大致中央部的 位置設置加速度傳感器15，作為檢測車體10的加速度的檢測單 元。加速度傳感器15是檢測2軸加速度的單元，檢測車體10的 橫向加速度ax,同時檢測車體10的上下方向加速度az。
另外，也可以設置兩個檢測單軸加速度的加速度傳感器來 作為檢測車體1 0的加速度的檢測單元。
控制器2 0輸入加速度傳感器1 5的檢測信號，採用天鉤半主
動控制律的原理控制減震器9所產生的減震力。
該天鉤半主動控制律是在不動的壁與車體10之間設置假 想減震器，在假想減震器所產生的減震力的方向與減震器9所 產生的減震力的方向相同時，將該假想減震器所產生的減震力 作為減震器9的減震力；在假想減震器所產生的減震力的方向 與減震器9所產生的減震力的方向相反時，將減震器9所產生的 減震力作為由通道壓力損失引起的極低的減震力。
作為天鉤半主動控制的 一 例子，設X為車體10的橫向位移、 Y為臺車3的橫向位移、dX/dt為車體10的橫向絕對速度。d(X -Y) /dt為臺車3相對於車體10的橫向相對速度、Cs為天鉤衰 減係數，則如下那樣運算減震力F。
在(dX/dt) x {d ( X-Y) /dt}> 0時，用下式運算減震力F。
F= Cs x ( dX/dt) ... ( 1 )
在(dX/dt) x {d ( X-Y)/dU〈0時，則使減震力F為F-O。
控制器20將基於減震力F的指令信號輸出到減震器9，減震 器9產生減震力F。
然而，在車輪4的踏面4a逐漸磨損、或未圖示的套管類隨 時間逐漸老化時，臺車3蜿蜒行進，臺車3發生橫擺振動。
在臺車3發生了橫擺振動的情況下，當與通常行駛時同樣 地進行天鉤半主動控制時，由於為了使減震器9不將臺車3的動 作傳遞到車體IO上而使臺車3的振動絕緣，因此有時會助長臺 車3蜿蜒行進的動作，可能有減震器9不能控制臺車3的橫擺而 妨礙鐵道車輛l的高速行駛。
對此，控制器20根據車體10的加速度檢測信號來判斷臺車
3的是否發生橫擺振動，改變減震器9的控制模式，以使得在發 生橫擺振動時該減震器9抑制臺車3的振動。
控制器20在臺車3不發生橫擺振動的通常行駛時作為天鉤 衰減係數Cs,基於公式(1 )來運算減震力F,進行對抑制車體 10振動的減震器9的天鉤半主動控制。另一方面，在臺車3發生 橫擺振動時，使減震力F不依存於車體10的橫向的絕對速度 dX/dt，而使減震力F為恆定，抑制臺車3的橫擺振動。具體而 言，使施加於比例電磁減壓閥42的指令值為恆定，使伸長側卸 載閥46閉閥， -使壓縮側卸載閥48閉閥。
控制器20作為根據車體10的加速度檢測信號來判定臺車3 是否發生橫擺振動的判定單元，利用加速度傳感器15根據車體 lO的橫向加速度ax和上下方向加速度az來判定臺車3是否發生 橫擺振動。
在臺車3發生橫擺振動時，由於臺車3蜿蜒行進，所以車體 10向橫向擺動，並且臺車3因設於各車輪4的踏面4a上的坡度而 通過懸架彈簧7向上下方向擺動，車體10通過空氣彈簧8向上下 方向擺動。當進行減震器9的天鉤半主動控制時，可將車體IO 的橫向加速度振幅(加速度變化量)Ax抑制得較小，不能抑制 車體10的上下方向的加速度振幅(加速度變化量)Az。因此， 通過將車體10的上下方向的加速度振幅Az與車體10的橫向加 速度振幅Ax—並檢測出，能夠容易判定臺車3是否發生橫擺振 動。
接著，按照圖3的流程圖說明控制器20所執行的根據車體 10的加速度檢測信號來判定臺車3是否發生橫擺振動的控制動作。
首先，在步驟l,對加速度傳感器15的檢測信號進行過濾
處理，讀入車體10的橫向加速度ax和上下方向加速度az。
接著，在步驟2，設在經過規定時間T的期間所讀入的加速 度ax的最大值Max ( ax )與最小值Min ( ax )之差為加速度振 幅Ax、力口速度az的最大4直Max ( az )與最小i直Min ( az )之差 為加速度振幅Az，並求出上述加速度振幅Ax、 Az。
接著，在步驟3，對橫向加速度振幅Ax乘以橫向加速度加 權係數a而得到ct 'Ax,對上下方向加速度振幅Az乘以上下方向 加速度加權係數6而得到B Ax,判定a . Ax與B . Ax之和、即 a Ax+6 Ax是否是規定閾值Maxl以上。
在此，當判定為a Ax+B Ax低於規定閾值Maxl時，進 入步驟8，清除異常計數值Cz。
另 一方面，當判定為a . Ax+B . Ax是^見定閾值Maxl以上 時，則進入步驟4，對異常計數值Cz計數。
接著，在步驟5，判定計數值Cz是否達到判定值Cza。
在此，當判定為判定計數值Cz達到了判定值Cza時，進入 步驟6，建立發生橫擺振動時判定位B。
接著，在步驟7，將異常計數值Cz初始化，結束本程序。
當這樣建立橫擺振動時判定位B時，在其他程序，不依存 於第2控制模式的車體10的橫向絕對速度dX/dt,而使減震力F 為恆定。由此，由減震器9的動作抑制臺車3的橫擺，可提高鐵 道車輛l的行駛穩定性。
接著，按照圖4的流程圖說明控制器2 0所執行的根據車體 10的加速度檢測信號來判定是否是消除臺車3橫擺振動的消除 橫擺振動的控制動作。
首先，在步驟ll,對加速度傳感器15的檢測信號進行過濾 處理，讀入車體10的橫向加速度ax和上下方向加速度az。
接著，在步驟12,設在經過規定時間T的期間所讀入的加
速度ax的最大值Max ( ax)與最小值Min ( ax)之差為加速度 振幅Ax、力p速度az的最大值Max ( az)與最小值Min(az)之 差為加速度振幅Az,並求出上述加速度4展幅Ax、 Az。
接著，在步驟13，對橫向加速度振幅Ax乘以橫向加速度加 權係數a而得到a 'Ax,對上下方向加速度振幅Az乘以上下方向 加速度加權係數B而得到B . Ax,判定a Ax與B . Ax之和、即 a . Ax+B Ax是否是規定閾值Minl以下。
在此，當判定為a . Ax+B Ax高於規定閾值Minl時，進入 步驟18,清除異常計數值Rz。
另一方面，當判定為a .Ax+B .Ax是規定閾值Minl以下時， 則進入步驟14,對計數值Rz計數。
接著，在步驟15,判定計數值Rz是否達到判定值Rza。
在此，當判定為判定計數值Rz達到了判定值Cza時，進入 步驟16，清除發生橫擺振動時判定位B。
接著，在步驟17,將復位計數值Rz初始化，結束本程序。
當這樣清除橫擺振動時判定位B時，在其他路徑，將第l控 制模式的天鉤衰減係數作為Cs,基於公式(1 )運算減震力F, 來進行對抑制車體10的振動的減震器9的天鉤半主動控制。由 此，由減震器9的動作抑制車體10的橫擺，可使乘坐感覺保持 良好。
如上所述，在本實施方式中，抑制車體10相對於臺車3的 橫擺的鐵道車輛l的抑制振動裝置，包括隨車體10相對於臺 車3的橫擺而進行伸縮的、減震力可變的減震器9、用於檢測車 體10的橫向加速度和上下方向加速度的加速度傳感器(加速度 檢測單元)15,還包括根據車體10的橫向加速度檢測信號， 為抑制車體10的橫擺而採用天鉤半主動控制律控制減震器9的 減震力的第l控制模式、為抑制臺車3的橫擺振動而使減震器9
動作的第2控制模式、根據車體1 0的橫向加速度檢測信號和上 下方向加速度檢測信號來判定臺車3是否發生橫擺振動的判定
單元、在臺車3發生橫擺振動時從第1控制模式切換到第2控制
模式的切換單元。
因此，在通常行駛時，通過天鉤半主動控制來控制減震器
9的減震力，可以抑制車體10的橫擺，使乘坐感覺保持良好。 另一方面，在由於臺車3蜿蜒行進而在臺車3上產生高頻的橫擺 振動時，通過切換減震器9的動作，可抑制臺車3的高頻橫擺振 動，提高鐵道車輛l的行駛穩定性。
作為第2控制模式，起到在臺車3發生橫擺振動時使減震器 9的減震力為恆定的被動減震器的作用，從而可由減震器9產生 的減震力抑制臺車3的橫擺，提高鐵道車輛1的行駛穩定性。
作為第2控制模式，在臺車3發生橫擺振動時使伸長側卸載 閥46、壓縮側卸載閥48這兩個閥都閉閥而截止，在減震器9進 行伸縮動作時不成為卸載狀態，從而藉助減震器9在壓縮側行 程和伸長側行程都產生的減震力，可抑制臺車3的高頻的橫擺 振動，提高鐵道車輛l的行駛穩定性。
由於根據車體10的加速度檢測信號來判定臺車3是否發生 橫擺振動，所以不需要在臺車3上設置加速度傳感器等，可抑 制裝置增加成本。
10的加速度檢測信號而天鉤半主動控制減震器9的動作來抑制 車體IO的橫擺的行駛狀態下，可將車體IO的橫擺抑制得較小， 從而車體10的橫向加速度振幅較小。因此，難以根據車體10的 橫向加速度振幅來判定臺車3是否發生橫擺振動。
然而，在臺車3發生橫擺振動時，由於臺車3蜿蜒行進，臺 車3因設於各車輪4的踏面4a上的坡度而通過懸架彈簧7進行上
下方向擺動，車體10通過空氣彈簧8進行上下方向擺動。因此，
通過檢測車體10的上下方向加速度振幅Az,能夠確實判定臺車 3是否發生橫擺振動。
在本實施方式中，根據由2軸加速度傳感器15檢測出的車 體10的橫向加速度振幅Ax和上下方向力。速度振巾畐Az來判定臺 車3是否發生橫擺振動，因此，能夠準確判定臺車3是否發生橫 擺振動。
另外，作為判定臺車3是否發生橫擺振動的參數，可以對 車體IO的上下方向加速度振幅Az和橫向加速度振幅Ax中任一 方的值超過閾值的次數進行計數，在計數值超過了規定次數時， 判定為臺車3發生橫擺振動。
此夕卜，也可以對上下方向加速度4展幅A z和4黃向加速度幅 A x中雙方的值超過閾值的次數進行計數，在計數值超過了規定 次數時，判定為臺車3發生橫擺振動。
另外，作為判定臺車3是否發生橫擺振動的參數，可以使 用4黃向加速度ax和上下方向加速度4展幅az之和ax + az,對該和 ax+ az超過閾值的次數進行計數，在計數值超過了規定次數 時，判定為臺車3發生橫擺振動。
在本實施方式中，由於在臺車3發生橫擺振動時使減震器9 的減震力為恆定，所以可抑制臺車3的橫擺，提高鐵道車輛l的 行駛穩定性。
作為其他實施方式，可以在臺車3發生橫擺振動時繼續進 行天鉤半主動控制，由車體10的橫向絕對速度dX/dt與天鉤衰 減係數Cs之積求出減震器9的減震力F,在臺車3發生橫擺振動 時提高天鉤衰減係數Cs。此時，在臺車3蜿蜒行進而使臺車3發 生橫擺振動時，通過提高減震器9的減震力F,可抑制臺車3的 橫擺，提高鐵道車輛l的行駛穩定性。
作為其他實施方式，可以在臺車3發生橫擺振動時將圖2所
示的電磁切換閥44切換到將工作油引導到衰減閥43的位置，起 到使減震器9的衰減係數為恆定的無源減震器的作用。
此時，在通常行駛時，在單向通道41流通的工作油被引導 到比例電磁減壓閥4 2 ，由控制器2 0對比例電磁減壓閥4 2的開閥 壓力進行天鉤半主動控制。由此，可抑制車體10的橫擺，使乘 坐感覺保持良好。
另 一方面，在臺車3發生橫擺振動時切換電磁切換閥44的 位置，將在單向通道41流動的工作油引導到衰減閥43。衰減閥 43具有與減震器9的速度成比例地提高減震力的特性，藉助減 震器9產生的減震力，可抑制臺車3的橫擺，提高鐵道車輛l的 行駛穩定性。
本發明不限於上述實施方式，應該清楚的是，在其技術構 思的範圍內可以進行各種變更。
權利要求
1.一種鐵道車輛的抑制振動裝置，抑制車體相對於臺車的橫擺，其特徵在於，該抑制振動裝置包括減震器，該減震器的減震力可變，隨上述車體相對於上述臺車的橫擺而進行伸縮；加速度檢測單元，用於檢測上述車體的橫向加速度和上下方向加速度；第1控制模式，根據上述車體的橫向加速度檢測信號，為抑制上述車體的橫擺而採用天鉤半主動控制律控制上述減震器的減震力；第2控制模式，為了抑制上述臺車的橫擺振動而使上述減震器工作；判定單元，根據上述車體的上下方向的加速度檢測信號來判定上述臺車是否發生橫擺振動；切換單元，在上述臺車發生橫擺振動時，從上述第1控制模式切換到上述第2控制模式。
2. 根據權利要求l所述的鐵道車輛的抑制振動裝置，其特 徵在於，作為上述第2控制模式，使上述減震器的減震力為恆 定。
3. 根據權利要求l所述的鐵道車輛的抑制振動裝置，其特 徵在於，作為上述第2控制模式，使上述減震器的衰減係數為 恆定。
4. 根據權利要求l所述的鐵道車輛的抑制振動裝置，其特 徵在於，作為上述第2控制模式，使得在上述減震器進行伸縮 動作時，不成為卸載狀態。
5. 根據權利要求l所述的鐵道車輛的抑制振動裝置，其特 徵在於，根據上述車體的上下方向的加速度檢測信號和車體的 橫向的加速度檢測信號來判定上述臺車是否發生橫擺振動。
全文摘要
本發明提供一種可抑制臺車的橫擺振動的鐵道車輛的抑制振動裝置。抑制車體(10)相對於臺車(3)的橫擺的鐵道車輛(1)的抑制振動裝置，包括根據車體(10)的橫向加速度檢測信號，為抑制車體(10)的橫擺而採用天鉤半主動控制律控制減震器(9)的減震力的第1控制模式、為抑制臺車(3)的橫擺振動而使減震器(9)動作的第2控制模式、根據車體(10)的橫向加速度檢測信號和上下方向加速度檢測信號來判定臺車(3)是否發生橫擺振動的判定單元、在臺車(3)發生橫擺振動時從第1控制模式切換到第2控制模式的切換單元。
文檔編號B61F5/02GK101357640SQ20071014370
公開日2009年2月4日 申請日期2007年7月30日 優先權日2007年7月30日
發明者村田充 申請人:萱場工業株式會社