JPH0134824B2 - - Google Patents
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- JPH0134824B2 JPH0134824B2 JP14437980A JP14437980A JPH0134824B2 JP H0134824 B2 JPH0134824 B2 JP H0134824B2 JP 14437980 A JP14437980 A JP 14437980A JP 14437980 A JP14437980 A JP 14437980A JP H0134824 B2 JPH0134824 B2 JP H0134824B2
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Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、乗心地を良好にするための車両の振
動制御装置に関するものである。
従来、車両の振動制御方式としては、ばね系に
制御用の流体作動機構を併設し、車体の振動加速
度を電気的に検出して制御入力とし、前気流体作
動機構を動作させる方式が開発されつつある。こ
の方式は車体支持ばねが車体の基準位置を保持
し、車体質量と支持ばねで決まる固有振動数にお
ける応答を低下させるという特徴を有するが、高
周波数の加振に対しては流体作動機構の位相遅れ
の影響が大きく、応答を低下させることが困難と
なつている。特に、流体作動機構として空気シリ
ンダーや空気バツグのような空気系を使用する場
合には電気信号によつて空気量を制御する空気サ
ーボ弁の応答が悪く、現状では折点周波数が2〜
3Hz程度の一遅れ要素となつている。これに対
し、通常の車両は0.8〜2Hzに動揺と呼ばれる振
動モード(上下、ピツチング、ヨーイング、下心
ローリング、上心ローリング)の固有振動数を有
すると同時に5Hz近傍に台車の軸ばねと台車質量
によつて支配される台車の固有振動数、10Hz以上
には車体の弾性体としての曲げ振動モードがそれ
ぞれ上下、左右方向に存在し、しかも一般に上下
方向については6〜20Hz、水平方向については4
〜15Hzの振動が乗心地に対して悪影響を及ぼすこ
とを考慮すると幅広い周波数領域にわたつて振動
を低減させることは重要である。
一方、前記した従来の振動制御装置において
は、電気系の異常対策について何も考慮されてい
ない。したがつて、上記したように幅広い周波数
領域にわたつて振動を抑制すると同時に、電気系
の異常例えば停電、電気回路の故障時にも乗心地
が悪化することのない車両の振動制御装置を構成
することはきわめて重要な課題である。
上記の点に鑑み本発明は、幅広い周波数領域に
わたつて、特に動揺に対する振動を十分低下させ
ると同時に、高周波数においても振動が小さく乗
心地を著しく改善し、しかも電気系の異常時にも
必要な乗心地を確保することができる車両の振動
制御装置を提供することを目的としたものであ
る。
本発明の要点は、車体を支持するばねに油圧シ
リンダおよび複動形空気シリンダ等の流体作動機
構を併設し、車両の振動を電気的に検出する振動
検出器の出力を制御回路で補償した後、該制御回
路の出力によつてサーボ弁を動作させ前記流体作
動機構をフイードバツク制御するように構成し、
サーボ弁および流体作動機構の有する位置遅れが
上記した制御回路で補えない高周波数に対しては
電気系のゲインを小さくし、しかも、サーボ弁と
流体作動機構自体が有する流体系固有の減衰作用
(電気信号をサーボ弁に導かない場合にも存在し
ている系の減衰)および車体質量、支持ばねのば
ね定数により後に詳述するごとく定義できる流体
系固有の車体支持系に対する減衰係数比を0.15以
下としたことである。すなわち、高周波数に対し
て支持ばねに効果を有効に働かせて応答を低下さ
せるとともに、電気系の異常時として制御信号が
とだえた場合にも動揺と呼ばれる支持ばねのばね
定数と車体質量で定まる固有振動を限度内におさ
えることのできるように、流体系固有の車体支持
系に対する減衰係数比を0.05以上としたことであ
る。
本発明の第2の要点は車体と前後の台車間の上
下方向、水平左右方向に流体作動機構を配置した
多自由度系振動モードを考慮した場合に、ヨーイ
ングモードにおける流体系固有の車体支持系に対
する減衰係数比が0.05〜0.15となるように水平左
右方向の流体作動機構およびそれを動作させるサ
ーボ弁を構成するとともに上下振動モードにおけ
る流体系固有の車体支持系に対する減衰係数比が
0.05〜0.15となるよう上下方向の流体作動機構お
よびそれを動作させるサーボ弁を構成したことで
ある。
さらに、本発明の第3の要点は振動検出信号を
補償してサーボ弁に伝える制御回路に電気系の異
常検知能力を持たせ、異常時にはサーボ弁への入
力をなくすと同時に、流体作動機構とサーボ弁か
らなる流体系の固有の減衰を大きくす機器を設
け、動揺に対する乗心地の悪化を防止したことで
ある。
以下本発明をいくつかの実施例により詳細に述
べる。第1図は本発明の車両の振動制御装置を示
すブロツク線図であり、第2図は第1図における
空気サーボ弁の概要を示す回路図、第3図はさら
にその空気サーボ弁の主要構成部品であるリレー
増幅器の構造を示す断面図である。第1図おい
て、1は車体、2は車体1を支持するばね、3は
ばね2に併設された流体作動機構である空気シリ
ンダ、4は台車でありこの図では軌道不整をその
まま伝える加振源として取扱うことにする。5は
振動検出器であり、この実施例では加速度ピツク
アツプ6と検出器7から構成されている。8は制
御回路で、補償回路9とサーボアンプ10より構
成されている。11は空気サーボ弁で、前記制御
回路8のサーボアンプ10からの電流入力により
電流源12から供給された空気を空気シリンダ3
に供給する。第2図において、13は空気サーボ
弁11に空気シリンダ3のそれぞれの空気室に対
応するよう2個設けられたリレー増幅器で、ノズ
ル14が取付けられている。15は前記リレー増
幅器13のノズル14に対応して設けられたフラ
ツパで、該フラツパ15は支持点16を中心にし
て揺動自在に取付けられている。17はフラツパ
15の零点調整ばね、18はゲイン調整ばねであ
る。19は永久磁石、20は前記永久磁石19に
対応して設けたコイルであり、該永久磁石19お
よびコイル20はフラツパ15の支持点16の両
側に設けられ、制御回路8からの制御信号により
フラツパ15を揺動させるものである。
このように構成された車両の振動制御装置の作
用について説明する。車体1が加振側(この例で
は台車4)の加振上下変位ZOを受けて振動変位ZB
を生じると、その加速度Z¨Bは振動検出器5により
電気信号として検出され、制御回路8で周波数に
対してゲインおよび位相を補償し増幅された後、
空気サーボ弁11を駆動させる。空気サーボ弁1
1は2組のコイル20、永久磁石19、ノズル1
4とリレー増幅器13を有しており、制御回路8
の出力電流に応じて2組のコイル20を互いに逆
方向に励磁し、フラツパ15を動かす。この時、
リレー増幅器13は空気源12からの供給空気の
一部をノズル14からフラツパ15に噴出してい
るので、ノズル14内の圧力の増減により供給空
気シリンダ3の両室に互いに逆向きに供給(ある
いは排気)する。したがつて、空気シリンダ3の
両室の圧力差により、車体の振動加速度Z¨Bをなく
すように制御することができる。この際、空気サ
ーボ弁11内では電気信号でフラツパ15を動か
し、ノズル14を介してバルブ25を移動させる
ので当然遅れを生じ、特に空気式サーボ弁の場合
は空気の圧縮性が大きいためにこの位相遅れがは
なはだしく、現状では2〜3Hzの折点周波数を有
する一次遅れ要素となつている。一方、このよう
に構成された振動制御装置においては、リレー増
幅器13のバルブ25の開放したすき間を通つて
空気シリンダ3内の空気が出入するので、空気サ
ーボ弁11、空気シリンダ3のみの流体系におい
て固有の減衰機能を有している。本実施例では後
述のように定義できる前記流体系固有の車体支持
系に対する減衰係数比ζ′を0.15以下として、上記
した空気サーボ弁11の能力の及ばない高周波数
における車体の振動を小さくし、しかも、振動検
出器5、制御回路8等の電気系が故障して制御が
行なわれない場合にも車体動揺に対して必要最小
限の減衰作用が得られるように流体系固有の車体
支持系に対する減衰係数比ζ′を0.05以上としてい
る。
空気シリンダ3の断面積をA(cm3)、空気サーボ
弁11の内部抵抗をrP(Kgf・s/cm5)、空気シ
リンダ3の等価容量をCs(cm5/Kgf)〔Cs=Vs/
1.4Ps、Vsは空気シリンダ3および配管の体積
(cm3)、Psは供給圧力(Kgf/cm3)〕とし、車体1
の質量をm(Kg)、ばね2のばね定数をk(Kgf/
cm)とすると、加振変位ZOに対する車体の応答変
位ZBの応答倍率τ=ZB/ZOは、空気系のみの場
合、
τ=ZB/ZO
=rP(A2+kCs)S+k/mS2+{rPCsmS2+rP(A2kCs}
S+k
と表わされる。ここで、Sは、ラプラス演算子で
ある。一方、制御用のシリンダを設けずに、ダン
パによる減衰を与える一般の受動的な振動系にお
いては、ダンパの減衰係数をC(Kgf・S/cm)
とすると、応答倍率τおよび減衰係数比ζはよく
知られているように、
となり、上記した本実施例における空気系だけの
場合の等価な減衰係数比ζはばね定数kと車体質
量mできまる固有振動数ω=√において次
のように近以する(S=jωを代入、j2=−1)。
ここで、rPは空気サーボ弁11自体の安定性を
得るためにその値は大体決つており、本実施例で
は0.0015(Kgfs/cm5)としている。また、ζ′は空
気シリンダ3の断面積Aの二乗に比例するので、
空気シリンダ3の内径の四乗に比例することにな
る。したがつて、本実施例では空気シリンダ3の
直径を100mm程度とし、0.05<ζ′<0.15を実現して
いる。
第4図は本実施例における制御時の車体1の応
答を示す周波数特性であり、比較のためにζ=
0.2としたばね・ダンパによる受動的な振動系の
応答も破線で示している。図中、は空気シ
リンダ3の内径を変えてそれぞれζ′=0.15、0.05
とした場合の制御系の応答特性であり、固有振動
数f=1/2π√=1.3Hzにおけるる応答は、従
来の受動的な振動系と比べて著しく減少すると同
時に、ζ′を小さくすることによつて10Hz近傍の振
動数においても応答を小さくすることができる。
第5図は電気系の信号が異常となり、電気系が作
動せず流体系のみになつた場合の車体1の応答を
示す周波数特性であり、比較のためにζ=0.2と
したばね・ダンパによる受動的な振動系の応答を
に破線で示している。′、′はそれぞれζ′=
0.15、0.05の場合で、5Hz以上の特性はほぼ第4
図におけるそれぞれの特性と同じになつている。
1.3Hzの共振点においてはζ′=0.15にてτ=3.7、
ζ′=0.05にてτ=8.7となる。
このように、本実施例によれば巾広い周波数領
域にわたつて、特に動揺に対する振動を十分低下
させると同時に、高周波数においても振動が小さ
く、したがつて乗心地が著しく改善され、しかも
電気系異常時にも必要な乗心地が確保できる車両
の振動制御装置を構成することができる。
本実施例では流体作動機構として複動形空気シ
リンダを用いているが、空気バツグを用いても良
く、油圧サーボ弁を用いて油圧シリンダを利用し
ても良い。油圧系の場合、車両自体が扉の開閉等
ですでに空気源を有している空気系と異なり、油
圧源を車両に搭載する必要があるが、その応答性
は高いので、本実施例で述べた10Hz近辺での効果
を30〜50Hzにおいて同様に発揮することができ
る。また、本実施例では車体の加速度を検出信号
としているがが、制御回路における補償の内容を
変えることにより、台車の振動加速度を検出して
も同様の制御が可能である。車体と台車間の相対
変位を検出しても良いし、これらの振動をそれぞ
れ検出して制御することも勿論可能である。
第6図〜第8図は本発明を多自由度系を構成す
る車両に適用した実施例を示すもので、1は車
体、2a,2bは車体を支持するばねで、車体1
の前後部において、台車4上に設置されている。
なお、前記ばね2a,2bは空気ばねのように水
平方向にも弾性を有している。41は台車4の軸
ばね、42は車輪であり、43は軌道である。3
a,3b,3yは制御用流体作動機構である空気
シリンダで、該空気シリンダ3a,3bは車体1
と台車4との間の左右両側位置にそれぞれ上下方
向に取付けられている。また、空気シリンダ3y
は車体1と台車4との間のほぼ中央位置に水平左
右方向に取付けられている。6a,6b,6yは
前記空気シリンダ3a,3b,3yの取付け位置
にそれぞれ対応させて設けられ、該空気シリンダ
3a,3b,3yの作動方向と同一方向の振動加
速度を検出する加速度ピツクアツプである。該加
速度ピツクアツプ6a,6b,6yの検出結果は
それぞれに対応して設けられた検出器に伝えら
れ、制御回路を介して前記空気シリンダ3a,3
b,3yをそれぞれ独立して制御するように構成
されている。(第6図〜第8図中には検出器およ
び制御回路図示せず)
このような構成において、前後台車4が水平左
右方向にそれぞれ逆相で変位するような加振に対
し、車体のヨーイング振動モードにおける流体系
固有の車体支持系に対する減衰係数比がζ′〓=0.05
〜0.15となるように、水平左右方向に配置された
前後の空気シリンダ3yおよび該空気シリンダ3
yに設けられた空気サーボ弁を構成する。また、
前後の台車4が同相で上下方向に変位するような
加振に対し、車体の上下振動モードにおける流体
系固有の減衰係数比がζ′Z=0.05〜0.15となるよう
に、上下方向に配置された前後の空気シリンダ3
a,3bおよび該空気シリンダ3a,3bに対応
して設けられた空気サーボ弁を構成している。な
お、図中ZB,yBは各方向の振動を示し、φはロー
リング角、ψはヨーイング角、θはピツチング角
を示している。
第9図〜第11図はこのように構成した振動制
御装置を有し、ζ′〓=ζ′Z=0.1とした車両のヨーイ
ング加振ψ0、ピツチング加振θ0、ローリング加振
φ0に対する車体のヨーイング角応答倍率(τ〓=
ψB/ψ0)、ピツチング角応答倍率(τ〓=θB/
θ0)、ローリング角応答倍率(τ〓=ψB/φ0)の
周波数特性を示している。図中破線で示した周波
数特性、、は比較のために示した在来のば
ね・ダンパによる受動的な振動系における特性で
ある。
これらの結果より、本実施例においては各振動
モードにおいて動揺と呼ばれる固有振動数におけ
る応答を減少させると同時に10Hz近傍の振動も従
来より一段と低下させることができる。したがつ
て、乗心地が著しく改善され、しかも電気系異常
時にも必要な乗心地が確保できる車両を提供する
ことができる。
上記第2の実施例では上下方向にも制御用空気
シリンダ3a,3bを設けているが、現在一番問
題とされている鉄道車両独得のヨーイング振動を
低減するために水平左右方向には制御用空気シリ
ンダ3yを設け、上下方向には在来のダンパを設
けて振動系を構成することも可能である。この場
合は安価で目的のヨーイング振動を低減できると
いう特徴を有している。
前記したように、流体系の減衰係数比ζ′は空気
シリンダ内径に大きく依在し、鉄道車両におい
て、ζ4′=0.05〜0.15とするには水平左右方向の空
気シリンダ内径を100〜150mmとするのがよく、上
下方向の空気シリンダ内径は80〜120mmとしてζ′Z
=0.05〜0.15を実現するのが空気サーボ弁の安定
性からも適している。
本発明の他の実施例を第12図によつて説明す
る。図において前記実施例と同一符号は同一部材
を示す。51は制御回路8に設けられた比較器、
52は前記比較器51に接続された異常値設定
器、53は前記比較器に接続された異常警報器
で、検出器7からの振動検出結果と前記異常値設
定器52に設定された値とを比較器51におい
て、異常と判断した際に異常警報器53を作動さ
せる構成となつている。前記構成のように比較器
51、異常値設定器52、異常警報器53を設け
て電気系の異常処理能力を持たせている。すなわ
ち、振動検出器7の出力が異常値設定器52の設
定値をこえた場合には比較器51の補償回路9へ
の出力を停止し、異常警報器53に信号を出力し
てランプを点灯したり、警報ブザーを鳴らしたり
することができる。したがつて、本構成によれ
ば、単純に電源が開路したような異常時のみでな
く、制御回路等の故障により異常信号を発生して
いる場合においても所定の乗心地を確保できる。
次に本発明のもう一つの他の実施例を第13図
に示す。本実施例においては、第12図に示した
構成のものに、さらに空気源12と空気サーボ弁
11の間に比例圧力制御弁54を設け、比較器5
1で異常を検知した場合には補償回路9への出力
を停止すると同時に前記比例圧力制御弁54へ信
号を与え、空気サーボ弁11への供給圧力を上昇
させる。これによつて、式(イ)の内部抵抗rPを幾分
増加させることができる。したがつて、異常時に
空気系固有の減衰を高めることができ、異常時の
共振点における振動を減少させることができる。
本実施例においては電気系異常時の空気系固有の
減衰を高めるために空気サーボ弁への供給圧力を
上昇させる手段をとつているが、空気サーボ弁1
1と空気シリンダ3との間に絞りを設け、比較器
51の出力により絞りを大きくすることによつて
も実現できる。
本発明のもう一つの他の実施例を第14図に示
す。本実施例では、第13図に示した実施例と比
べて比較器55をサーボアンプ10の出力信号に
よつて動作させることが異つている。したがつ
て、異常値設定器56の設定値も当然前記実施例
とは異なつてくる。本応用例によれば、空気サー
ボ弁11への出力信号を直接管理できるので、異
常検知能力を増加させることができる。
本発明の他の応用例を第15図に示す。本実施
例においてA/D変換器、60はマイクロコンピ
ユータ、61はD/A変換器であり、検出された
振動加速度をA/D変換器59によりデジタル信
号としてマイクロコンピユータ60に入力し、内
部で補償、増幅しD/A変換器61を通して空気
サーボ弁11を駆動させると同時に、マイクロコ
ンピユータ60内で異常検知も行ない、前記した
比較器の役目をさせることができる。
以上説明したように本発明によれば、幅広い周
波数領域にわたつて、特に動謡と呼ばれる0.8〜
2Hzの振動が十分低下されると同時に、高周波数
においても振動が小さく、したがつて、乗心地を
著しく改善でき、しかも電気系異常時にも必要な
乗心地が確保される秀れた車両の振動制御装置を
提案することができる。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a vehicle vibration control device for improving riding comfort. Conventionally, as a vibration control method for a vehicle, a method has been developed in which a fluid actuation mechanism for control is attached to the spring system, and the vibration acceleration of the vehicle body is electrically detected and used as control input to operate the front air fluid actuation mechanism. It's coming. This method has the characteristic that the body support springs maintain the reference position of the body and reduce the response at the natural frequency determined by the body mass and the support springs. The effect of delay is significant, making it difficult to reduce response. In particular, when using an air system such as an air cylinder or an air bag as a fluid actuation mechanism, the response of the air servo valve that controls the amount of air using an electrical signal is poor, and currently the corner frequency is 2~2.
It is a delay element of about 3 Hz. On the other hand, a normal vehicle has a natural frequency of vibration mode called oscillation (up and down, pitching, yawing, lower center rolling, upper center rolling) in the range of 0.8 to 2 Hz, and at the same time has a vibration mode around 5 Hz due to the vibration of the bogie's axle spring and the mass of the bogie. Therefore, when the natural frequency of the bogie is dominated by 10 Hz or more, bending vibration modes of the car body as an elastic body exist in the vertical and horizontal directions, and in general, the frequency is 6 to 20 Hz in the vertical direction and 4 in the horizontal direction.
Considering that vibrations of ~15Hz have a negative effect on ride comfort, it is important to reduce vibrations over a wide frequency range. On the other hand, in the conventional vibration control device described above, no consideration is given to measures against abnormalities in the electrical system. Therefore, it is desirable to construct a vibration control device for a vehicle that suppresses vibrations over a wide frequency range as described above, and at the same time does not deteriorate riding comfort even in the event of an abnormality in the electrical system, such as a power outage or failure of the electrical circuit. is an extremely important issue. In view of the above points, the present invention sufficiently reduces vibrations over a wide frequency range, especially in response to shaking, and at the same time significantly improves riding comfort with small vibrations even at high frequencies. The object of the present invention is to provide a vibration control device for a vehicle that can ensure ride comfort. The key point of the present invention is that a fluid operating mechanism such as a hydraulic cylinder and a double-acting air cylinder is attached to the spring that supports the vehicle body, and the output of a vibration detector that electrically detects vehicle vibration is compensated for by a control circuit. , configured to operate a servo valve according to the output of the control circuit to perform feedback control of the fluid operating mechanism,
For high frequencies where the position delay of the servo valve and fluid actuating mechanism cannot be compensated for by the control circuit described above, the gain of the electrical system is reduced, and the damping effect (specific to the fluid system) of the servo valve and fluid actuating mechanism itself is The damping coefficient ratio for the vehicle body support system specific to the fluid system, which can be defined as detailed later based on the system damping that exists even when the electric signal is not guided to the servo valve), the vehicle body mass, and the spring constant of the support spring, is 0.15 or less. This is what happened. In other words, in addition to reducing the response by effectively exerting an effect on the support springs at high frequencies, even if the control signal is interrupted due to an abnormality in the electrical system, the inherent vibration, which is determined by the spring constant of the support springs and the mass of the vehicle body, In order to suppress vibrations within limits, the damping coefficient ratio of the fluid system to the vehicle body support system was set at 0.05 or higher. The second point of the present invention is that when considering the vibration mode of a multi-degree-of-freedom system in which fluid operating mechanisms are arranged in the vertical direction between the vehicle body and the front and rear bogies, and in the horizontal and horizontal directions, the vehicle body support system unique to the fluid system in the yawing mode The horizontal horizontal fluid operating mechanism and the servo valve that operates it are configured so that the damping coefficient ratio for the vehicle body support system specific to the fluid system in the vertical vibration mode is 0.05 to 0.15.
The fluid operating mechanism in the vertical direction and the servo valve that operates the mechanism are configured so that the angle becomes 0.05 to 0.15. Furthermore, the third point of the present invention is that the control circuit that compensates for the vibration detection signal and transmits it to the servo valve has the ability to detect an abnormality in the electric system, eliminating the input to the servo valve in the event of an abnormality, and simultaneously A device was installed to increase the inherent damping of the fluid system, which consists of servo valves, to prevent deterioration in riding comfort due to vibrations. The present invention will be described in detail below with reference to some examples. FIG. 1 is a block diagram showing a vibration control device for a vehicle according to the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing an outline of the air servo valve in FIG. 1, and FIG. 3 is a main configuration of the air servo valve. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of a relay amplifier as a component. In Figure 1, 1 is the car body, 2 is a spring that supports the car body 1, 3 is an air cylinder that is a fluid operating mechanism attached to the spring 2, and 4 is a bogie, which in this figure is an excitation generator that directly transmits track irregularities. We will treat it as a source. Reference numeral 5 denotes a vibration detector, which in this embodiment is composed of an acceleration pickup 6 and a detector 7. Reference numeral 8 denotes a control circuit, which is composed of a compensation circuit 9 and a servo amplifier 10. Reference numeral 11 denotes an air servo valve which supplies air supplied from a current source 12 to the air cylinder 3 by current input from the servo amplifier 10 of the control circuit 8 .
supply to. In FIG. 2, numeral 13 indicates two relay amplifiers provided in the air servo valve 11 so as to correspond to each air chamber of the air cylinder 3, and a nozzle 14 is attached thereto. Reference numeral 15 denotes a flapper provided corresponding to the nozzle 14 of the relay amplifier 13 , and the flapper 15 is attached to be swingable about a support point 16. 17 is a zero point adjustment spring for the flapper 15, and 18 is a gain adjustment spring. 19 is a permanent magnet, and 20 is a coil provided corresponding to the permanent magnet 19. The permanent magnet 19 and the coil 20 are provided on both sides of the support point 16 of the flapper 15, and the flapper is controlled by a control signal from the control circuit 8 . 15. The operation of the vehicle vibration control device configured as described above will be explained. The vehicle body 1 receives the vibrational vertical displacement ZO from the vibration excitation side (bogie 4 in this example), resulting in a vibrational displacement ZB.
, the acceleration Z¨B is detected as an electrical signal by the vibration detector 5 , and after being amplified by the control circuit 8 by compensating the gain and phase for the frequency,
The air servo valve 11 is driven. air servo valve 1
1 includes two sets of coils 20, permanent magnet 19, and nozzle 1
4 and a relay amplifier 13 , and a control circuit 8
The two sets of coils 20 are excited in mutually opposite directions according to the output current, and the flapper 15 is moved. At this time,
Since the relay amplifier 13 injects a portion of the supply air from the air source 12 from the nozzle 14 to the flapper 15, the supply air is supplied to both chambers of the supply cylinder 3 in opposite directions (or exhaust). Therefore, due to the pressure difference between the two chambers of the air cylinder 3, control can be performed to eliminate the vibration acceleration Z¨B of the vehicle body. At this time, inside the air servo valve 11 , the flapper 15 is moved by an electric signal, and the valve 25 is moved via the nozzle 14, which naturally causes a delay. Especially in the case of a pneumatic servo valve, since air is highly compressible, this The phase lag is significant, and currently it is a first-order lag element with a corner frequency of 2 to 3 Hz. On the other hand, in the vibration control device configured in this way, the air in the air cylinder 3 enters and exits through the gap opened by the valve 25 of the relay amplifier 13 , so the fluid system of only the air servo valve 11 and the air cylinder 3 is reduced. It has a unique damping function. In this embodiment, the damping coefficient ratio ζ' for the vehicle body support system specific to the fluid system, which can be defined as described later, is set to 0.15 or less to reduce vibrations of the vehicle body at high frequencies beyond the capability of the air servo valve 11 . In addition, even if the electrical systems such as the vibration detector 5 and the control circuit 8 fail and control is not performed, the fluid system is designed to provide the necessary minimum damping effect to the vehicle body vibration. The damping coefficient ratio ζ' is set to 0.05 or more. The cross-sectional area of the air cylinder 3 is A (cm 3 ), the internal resistance of the air servo valve 11 is r P (Kgf・s/cm 5 ), and the equivalent capacity of the air cylinder 3 is Cs (cm 5 /Kgf) [Cs=Vs /
1.4Ps, Vs is the volume of the air cylinder 3 and piping (cm 3 ), Ps is the supply pressure (Kgf/cm 3 )], and the car body 1
The mass of is m (Kg), and the spring constant of spring 2 is k (Kgf/
cm), then the response magnification of the response displacement Z B of the vehicle body to the excitation displacement Z O is τ = Z B / Z O. In the case of air system only, τ = Z B / Z O = r P (A 2 + kCs) S+k/mS 2 +{r P CsmS 2 +r P (A 2 kCs}
It is expressed as S+k. Here, S is a Laplace operator. On the other hand, in a general passive vibration system that provides damping using a damper without providing a control cylinder, the damping coefficient of the damper is C (Kgf・S/cm).
Then, as is well known, the response magnification τ and the damping coefficient ratio ζ are Therefore, the equivalent damping coefficient ratio ζ in the case of only the air system in this embodiment described above is approximated as follows at the natural frequency ω = √ determined by the spring constant k and the car body mass m (Substituting S = jω , j 2 =-1). Here, the value of rP is approximately determined in order to obtain stability of the air servo valve 11 itself, and in this embodiment, it is set to 0.0015 (Kgfs/cm 5 ). Also, since ζ' is proportional to the square of the cross-sectional area A of the air cylinder 3,
It is proportional to the fourth power of the inner diameter of the air cylinder 3. Therefore, in this embodiment, the diameter of the air cylinder 3 is approximately 100 mm, and 0.05<ζ'<0.15 is achieved. FIG. 4 shows the frequency characteristics showing the response of the vehicle body 1 during control in this embodiment, and for comparison, ζ=
The response of the passive vibration system with the spring and damper set to 0.2 is also shown by the broken line. In the figure, the inner diameter of the air cylinder 3 is changed to ζ' = 0.15, 0.05, respectively.
This is the response characteristic of the control system when This makes it possible to reduce the response even at frequencies around 10Hz.
Figure 5 shows the frequency characteristics of the response of the vehicle body 1 when the electrical system signal becomes abnormal and the electrical system does not operate and becomes only the fluid system. The response of the passive vibration system is shown by the dashed line. ′, ′ are respectively ζ′=
In the case of 0.15 and 0.05, the characteristics above 5Hz are almost the fourth
The characteristics are the same as those shown in the figure.
At the resonance point of 1.3Hz, ζ′=0.15 and τ=3.7,
When ζ′=0.05, τ=8.7. As described above, according to this embodiment, the vibrations, especially those caused by shaking, are sufficiently reduced over a wide frequency range, and at the same time, the vibrations are small even at high frequencies, so the riding comfort is significantly improved. It is possible to configure a vibration control device for a vehicle that can ensure necessary ride comfort even in abnormal situations. In this embodiment, a double-acting air cylinder is used as the fluid operating mechanism, but an air bag may also be used, or a hydraulic cylinder may be used using a hydraulic servo valve. In the case of a hydraulic system, unlike an air system in which the vehicle itself already has an air source for opening and closing doors, etc., it is necessary to mount a hydraulic source on the vehicle, but since its responsiveness is high, this example The aforementioned effect around 10 Hz can be similarly exhibited at 30 to 50 Hz. Further, in this embodiment, the acceleration of the vehicle body is used as the detection signal, but the same control can be performed even if the vibration acceleration of the bogie is detected by changing the compensation content in the control circuit. It is of course possible to detect the relative displacement between the vehicle body and the bogie, or to detect and control each of these vibrations. 6 to 8 show an embodiment in which the present invention is applied to a vehicle constituting a multi-degree-of-freedom system, where 1 is a vehicle body, 2a and 2b are springs that support the vehicle body, and 1 is a vehicle body.
It is installed on a trolley 4 at the front and rear of the vehicle.
Note that the springs 2a and 2b have elasticity also in the horizontal direction like air springs. 41 is an axial spring of the truck 4, 42 is a wheel, and 43 is a track. 3
a, 3b, 3y are air cylinders which are fluid operating mechanisms for control, and the air cylinders 3a, 3b are connected to the vehicle body 1.
and the trolley 4, respectively, in the vertical direction. Also, air cylinder 3y
is installed in the horizontal left and right direction at approximately the center position between the vehicle body 1 and the bogie 4. Reference numerals 6a, 6b, and 6y are acceleration pickups that are provided corresponding to the mounting positions of the air cylinders 3a, 3b, and 3y, respectively, and detect vibration acceleration in the same direction as the operating direction of the air cylinders 3a, 3b, and 3y. The detection results of the acceleration pickups 6a, 6b, 6y are transmitted to the corresponding detectors, and the detection results of the acceleration pickups 6a, 6b, 6y are transmitted to the corresponding detectors, and are sent to the air cylinders 3a, 3y via the control circuit.
b, 3y are configured to be controlled independently. (Detector and control circuit diagrams are not shown in Figures 6 to 8.) In such a configuration, the yaw of the vehicle body is The damping coefficient ratio for the vehicle body support system specific to the fluid system in the vibration mode is ζ′ = 0.05
~0.15, the front and rear air cylinders 3y and the air cylinders 3 arranged horizontally in the horizontal direction
Configure the air servo valve provided at y. Also,
The bogies 4 are arranged in the vertical direction so that the damping coefficient ratio inherent to the fluid system in the vertical vibration mode of the vehicle body is ζ' Z = 0.05 to 0.15 when the front and rear bogies 4 are subjected to excitation that displaces in the vertical direction in the same phase. Front and rear air cylinders 3
a, 3b and air servo valves provided corresponding to the air cylinders 3a, 3b. In the figure, Z B and y B indicate vibration in each direction, φ indicates a rolling angle, ψ indicates a yawing angle, and θ indicates a pitching angle. Figures 9 to 11 show a vibration control device configured in this manner, and the vehicle's yawing excitation ψ 0 , pitching excitation θ 0 , and rolling excitation φ 0 with ζ' = ζ' Z = 0.1. The vehicle body's yaw angle response magnification (τ =
ψ B /ψ 0 ), pitching angle response magnification (τ = θ B /
θ 0 ) and rolling angle response magnification (τ = ψ B /φ 0 ). The frequency characteristics shown by the broken line in the figure are the characteristics of a passive vibration system using a conventional spring/damper, shown for comparison. From these results, in this example, it is possible to reduce the response at the natural frequency called oscillation in each vibration mode, and at the same time, it is possible to further reduce vibrations around 10 Hz than before. Therefore, it is possible to provide a vehicle in which the ride comfort is significantly improved and the necessary ride comfort can be ensured even in the event of an abnormality in the electrical system. In the second embodiment, control air cylinders 3a and 3b are also provided in the vertical direction, but control air cylinders 3a and 3b are provided in the horizontal and lateral directions in order to reduce the yawing vibration unique to railway vehicles, which is currently the most problematic. It is also possible to configure a vibration system by providing an air cylinder 3y and providing a conventional damper in the vertical direction. This case has the advantage of being inexpensive and capable of reducing the desired yawing vibration. As mentioned above, the damping coefficient ratio ζ′ of a fluid system is largely dependent on the inner diameter of the air cylinder, and in order to achieve ζ 4 ′ = 0.05 to 0.15 in a railway vehicle, the inner diameter of the air cylinder in the horizontal left and right direction must be 100 to 150 mm. It is best to set the inner diameter of the air cylinder in the vertical direction to 80 to 120 mm and
= 0.05 to 0.15 is suitable for the stability of the air servo valve. Another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figures, the same reference numerals as those in the above embodiment indicate the same members. 51 is a comparator provided in the control circuit 8 ;
52 is an abnormal value setter connected to the comparator 51; 53 is an abnormality alarm connected to the comparator; the vibration detection result from the detector 7 and the value set in the abnormal value setter 52 are combined. When the comparator 51 determines that there is an abnormality, the abnormality alarm 53 is activated. As in the above configuration, a comparator 51, an abnormal value setting device 52, and an abnormality alarm 53 are provided to provide the electrical system with abnormality processing ability. That is, when the output of the vibration detector 7 exceeds the set value of the abnormal value setting device 52, the output of the comparator 51 to the compensation circuit 9 is stopped, a signal is output to the abnormality alarm 53, and the lamp is turned on. or sound an alarm buzzer. Therefore, according to this configuration, a predetermined ride comfort can be ensured not only when an abnormality occurs such as a simple disconnection of the power supply, but also when an abnormality signal is generated due to a failure in the control circuit or the like. Next, another embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, in addition to the configuration shown in FIG. 12, a proportional pressure control valve 54 is provided between the air source 12 and the air servo valve 11, and a comparator 5
If an abnormality is detected in step 1, the output to the compensation circuit 9 is stopped and at the same time a signal is given to the proportional pressure control valve 54 to increase the supply pressure to the air servo valve 11 . As a result, the internal resistance r P in equation (a) can be increased somewhat. Therefore, it is possible to increase the damping inherent in the air system during an abnormality, and to reduce vibrations at the resonance point during an abnormality.
In this embodiment, in order to increase the damping inherent in the air system in the event of an abnormality in the electrical system, means are taken to increase the supply pressure to the air servo valve .
This can also be achieved by providing a throttle between the air cylinder 1 and the air cylinder 3 and increasing the throttle based on the output of the comparator 51. Another embodiment of the invention is shown in FIG. This embodiment is different from the embodiment shown in FIG. 13 in that the comparator 55 is operated by the output signal of the servo amplifier 10. Therefore, the set value of the abnormal value setter 56 is naturally different from that of the previous embodiment. According to this application example, since the output signal to the air servo valve 11 can be directly managed, the abnormality detection ability can be increased. Another example of application of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, the A/D converter is an A/D converter, 60 is a microcomputer, and 61 is a D/A converter.The A/D converter 59 inputs the detected vibration acceleration as a digital signal to the microcomputer 60. While compensating and amplifying the signal and driving the air servo valve 11 through the D/A converter 61, the microcomputer 60 also detects an abnormality and can serve as the comparator described above. As explained above, according to the present invention, over a wide frequency range, especially from 0.8 to
Excellent vehicle vibration that sufficiently reduces vibrations at 2 Hz and at the same time has small vibrations even at high frequencies, which can significantly improve ride comfort and ensure the necessary ride comfort even in the event of an electrical system abnormality. A control device can be proposed.
第1図は本発明の車両の振動制御装置の一実施
例を示すブロツク線図、第2図は第1図における
空気サーボ弁の概要を示す回路図、第3図はリレ
ー増幅器の断面図、第4図は上記実施例における
制御時の車体の応答を示す周波数特性を表わした
グラフ、第5図は電気系の信号が異常となり、流
体系のみになつた場合の応答を示す周波数特性を
表わしたグラフ、第6図は本発明を多自由度系を
構成する車両に適用した実施例を示す正面図、第
7図は第6図の平面図、第8図は第6図の側面
図、第9図〜第11図はヨーイング、ピツチング
およびローリング加振に対する車体の応答を示す
周波数特性を表わしたグラフ、第12図、第13
図、第14図および第15図はそれぞれ本発明に
よる車両の振動制御装置の他の実施例を示すブロ
ツク線図である。
1……車体、2……ばね、3……空気シリン
ダ、4……台車、5……振動検出器、8……制御
回路、11……空気サーボ弁、50……誤動作検
知回路、54……比例圧力制御弁。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the vehicle vibration control device of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing an outline of the air servo valve in FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view of a relay amplifier. Fig. 4 is a graph showing the frequency characteristics showing the response of the vehicle body during control in the above embodiment, and Fig. 5 shows the frequency characteristics showing the response when the electrical system signal becomes abnormal and only the fluid system becomes active. 6 is a front view showing an embodiment in which the present invention is applied to a vehicle configuring a multi-degree-of-freedom system, FIG. 7 is a plan view of FIG. 6, and FIG. 8 is a side view of FIG. 6. Figures 9 to 11 are graphs showing the frequency characteristics of the vehicle body response to yawing, pitching and rolling vibrations, Figures 12 and 13
14 and 15 are block diagrams showing other embodiments of the vehicle vibration control device according to the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Vehicle body, 2... Spring, 3... Air cylinder, 4... Truck, 5 ... Vibration detector, 8 ... Control circuit, 11 ... Air servo valve, 50 ... Malfunction detection circuit, 54... …Proportional pressure control valve.
Claims (1)
し、車両の振動を検出する振動検出器および制御
回路、サーボ弁を有し、上記振動検出器の出力を
制御回路で補償してサーボ弁を動作させ、上記流
体作動機構の内圧を制御する車両の振動制御装置
において、車体支持系に対する流体系固有の減衰
係数比を0.05〜0.15としたことを特徴とする車両
の振動制御装置。 2 特許請求の範囲第1項において、前記流体作
動機構を前後台車と車体との間の車体幅方向の2
点に配置し、車体の前記流体作動機構を取付けた
位置における上下方向の振動を検出する振動検出
器を設け、前記制御回路およびサーボ弁をそれぞ
れ前記流体作動機構に対応させて設け、上下振動
モードにおける流体系固有の車体支持系に対する
減衰係数比を0.05〜0.15としたことを特徴とする
車両の振動制御装置。 3 特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、前記流体作動機構を前後の台車と車体との間
にそれぞれ水平左右方向に配置し、車体の前記流
体作動機構を取付けた位置における水平左右方向
の振動を検出する振動検出器を設け、前記制御回
路およびサーボ弁をそれぞれの流体作動機構に対
応させて設け、ヨーイングモードにおける流体系
固有の車体支持系に対する減衰係数比を0.05〜
0.15としたことを特徴とする車両の振動制御装
置。 4 特許請求の範囲第1項において、制御系の誤
動作を検知し、前記制御系からの出力をサーボ弁
に伝えないようにする誤動作防止装置を前記制御
系に設けたことを特徴とする車両の振動制御装
置。 5 特許請求の範囲第4項において、前記誤動作
防止装置の作動時に前記した流体系固有の車体支
持系に対する減衰係数比を大きくさせる手段を設
けたことを特徴とする車両の振動制御装置。[Scope of Claims] 1. A fluid operating mechanism is attached to a spring that supports the vehicle body, and includes a vibration detector for detecting vibrations of the vehicle, a control circuit, and a servo valve, and the output of the vibration detector is compensated by the control circuit. A vibration control device for a vehicle that operates a servo valve to control the internal pressure of the fluid operating mechanism, characterized in that a damping coefficient ratio specific to the fluid system to the vehicle body support system is set to 0.05 to 0.15. Device. 2. In claim 1, the fluid operating mechanism is located between the front and rear bogies and the vehicle body in two directions in the width direction of the vehicle body.
A vibration detector is provided for detecting vibration in the vertical direction at the position where the fluid actuation mechanism is installed on the vehicle body, and the control circuit and the servo valve are respectively provided corresponding to the fluid actuation mechanism, and the vibration detector is arranged in a vertical vibration mode. A vibration control device for a vehicle, characterized in that a damping coefficient ratio for a vehicle body support system specific to a fluid system is set to 0.05 to 0.15. 3. In claim 1 or 2, the fluid operating mechanism is disposed between the front and rear bogies and the vehicle body, respectively, in the horizontal left and right direction, and the fluid operating mechanism is disposed in the horizontal left and right direction at a position on the vehicle body where the fluid operating mechanism is installed. A vibration detector is provided to detect the vibration of the fluid system, and the control circuit and the servo valve are provided corresponding to each fluid operating mechanism, and the damping coefficient ratio for the vehicle body support system specific to the fluid system in the yawing mode is set to 0.05 to 0.05.
0.15. 4. A vehicle according to claim 1, characterized in that the control system is provided with a malfunction prevention device that detects a malfunction of the control system and prevents the output from the control system from being transmitted to the servo valve. Vibration control device. 5. The vibration control device for a vehicle according to claim 4, further comprising means for increasing a damping coefficient ratio of the fluid system specific to the vehicle body support system when the malfunction prevention device is activated.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14437980A JPS5770768A (en) | 1980-10-17 | 1980-10-17 | Controller for vibration of car |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14437980A JPS5770768A (en) | 1980-10-17 | 1980-10-17 | Controller for vibration of car |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5770768A JPS5770768A (en) | 1982-05-01 |
| JPH0134824B2 true JPH0134824B2 (en) | 1989-07-21 |
Family
ID=15360751
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14437980A Granted JPS5770768A (en) | 1980-10-17 | 1980-10-17 | Controller for vibration of car |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5770768A (en) |
-
1980
- 1980-10-17 JP JP14437980A patent/JPS5770768A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5770768A (en) | 1982-05-01 |
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