铁路车辆的车体倾斜控制方法
【专利摘要】在铁路车辆行驶于曲线路径时的车体倾斜控制中，检测储气部内的压缩空气的压力，在检测到随着压缩空气导入到空气弹簧而该储气部压力成为第一阈值(P1)以下时，驱动向储气部补给压缩空气的压缩机，并且在继续从储气部向空气弹簧导入压缩空气的同时将其导入量限制为从压缩机向储气部补给压缩空气的补给量以下，确保储气部压力为铁路车辆的制动器的动作所需的最低限度的压力以上。由此，不会陷入对制动器的动作产生障碍的状况，就能够行驶于曲线路径时抑制乘坐舒适性的恶化。
【专利说明】铁路车辆的车体倾斜控制方法【技术领域】
[0001]本发明涉及一种在铁路车辆行驶于曲线路径时使在台车上通过空气弹簧支承的车体倾斜的铁路车辆的车体倾斜控制方法。
【背景技术】
[0002]铁路车辆由车体和台车构成，车体经由左右配置的一对空气弹簧被支承在台车上。通常，如新干线等那样高速行驶的铁路车辆行驶于曲线路径时，离心力发挥作用，从而给乘客带来不舒适感。因此，为了提高乘坐舒适性，进行以下的车体倾斜控制，即向外轨侧的空气弹簧导入压缩空气，使车体相对于台车向内轨侧倾倒(例如参照专利文献1、2)。车体倾斜以积蓄在储气部(air tank)中的压缩空气为动力源，该压缩空气通过压缩机来产生并补给到储气部中。
[0003]一般，储气部内的压缩空气是铁路车辆所装备的各种气压设备的动力源，特别还作为制动器装置的动力源而进行使用。因而，从安全上的观点出发，必须避免储气部内的压缩空气的压力(以下也称为“储气部压力”)过于降低。
[0004]但是，在曲线路径连续的区段中执行车体倾斜时，储气部内的压缩空气显著消耗，因此储气部压力过于降低，有可能对制动器的动作产生障碍。因此，在现有的车体倾斜控制方法中，即使在行驶于曲线路径时，也在储气部压力成为规定压力以下的情况下，强制地中止车体倾斜。
[0005]专利文献1:日本特 开平5-238387号公报
[0006]专利文献2:日本特开2008-254577号公报
【发明内容】
_7] 发明要解决的问题
[0008]如上所述，如果在储气部压力成为规定压力以下的情况下中止车体倾斜，则储气部内的压缩空气不会进一步消耗，因此不会引起对制动器的动作产生障碍的状况。但是，即使在行驶于曲线路径时，伴随着车体倾斜的中止，成为车体没有相对于台车倾斜的状态、即倾斜角度为0(零)的状态，因此存在乘坐舒适性显著恶化这样的问题。
[0009]本发明就是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种铁路车辆的车体倾斜控制方法，能够不陷入对制动器的动作产生障碍的状况地抑制行驶于曲线路径时乘坐舒适性的恶化。
[0010]用于解决问题的方案
[0011]本发明人为了达到上述目的而进行反复深入研究，结果得到了下述的见解。在行驶于曲线路径时储气部压力成为规定压力以下的情况下，驱动压缩机，由此向压力下降的储气部补给压缩空气。与此同时，即使不中止车体倾斜，也通过将从储气部向空气弹簧导入的压缩空气的导入量限制为压缩机所补给的压缩空气的补给量以下，使车体的倾斜角度降低，由此随着车体倾斜所消耗的压缩空气的消耗量降低。[0012]由此，虽然车体的倾斜角度降低，但执行车体倾斜，因此能够抑制乘坐舒适性的恶化。并且，随着车体倾斜所消耗的压缩空气的消耗量降低，并且从压缩机向储气部补给不低于消耗的压缩空气，因此能够确保储气部压力为制动器的动作所需的最低限度的压力以上，不引起对制动器的动作产生障碍的状况。
[0013]本发明就是根据上述的见解而完成的，其主要内容是以下所示的铁路车辆的车体倾斜控制方法。即，一种铁路车辆的车体倾斜控制方法，在铁路车辆行驶于曲线路径时，从储气部向在台车上支承车体的左右配置的一对空气弹簧导入压缩空气来使车体倾斜，该车体倾斜控制方法的特征在于，检测储气部内的压缩空气的压力，在检测到随着压缩空气导入到空气弹簧而该储气部压力成为第一阈值以下时，驱动向储气部补给压缩空气的压缩机，并且在继续从储气部向空气弹簧导入压缩空气的同时将其导入量限制为从压缩机向储气部补给压缩空气的补给量以下，确保储气部压力为铁路车辆的制动器的动作所需的最低限度的压力以上。
[0014]优选的是上述车体倾斜控制方法构成为在限制压缩空气导入到空气弹簧的导入量的状态下，检测到随着压缩机补给压缩空气而储气部压力成为超过上述第一阈值的第二阈值以上时，停止压缩机的驱动，并且解除对压缩空气导入到空气弹簧的导入量的限制。
[0015]在上述车体倾斜控制方法中，能够以绝对压力根据下述(I)式设定上述第一阈值P1，能够以绝对压力根据下述(2)式设定上述第二阈值P2。
[0016]P1=P0+Y XPmXkXA/VXT......(I)
[0017]P2=P0+y XPmXkXA/VXT+y XPmXA/VXT......(2)
[0018]其中，在上述(I)式、(2)式中，P。是制动器的动作所需的最低限度的储气部压力(kPa)，Y是多方指数，Pm是储气部压力的平均值(kPa)，k是校正系数且k〈B/A，B是从压缩机向储气部补给压缩空气的补给量(m3/s)，A是压缩空气从储气部向空气弹簧的不限制状态下的导入量(m3/s)，V是储气部的容积(m3)，T是压缩机从开始驱动到开始喷出压缩空气为止的时滞(S)。
[0019]发明的效果
[0020]根据本发明的铁路车辆的车体倾斜控制方法，在行驶于曲线路径时储气部压力成为规定压力以下的情况下，驱动压缩机，并且将向空气弹簧导入的压缩空气的导入量限制为压缩机所补给的压缩空气的补给量以下，由此虽然车体的倾斜角度降低，但执行车体倾斜，因此能够抑制乘坐舒适性的恶化，并且从压缩机向储气部补给不低于消耗的压缩空气，因此能够确保储气部压力为制动器的动作所需的最低限度的压力以上，还不会陷入对制动器的动作产生障碍的状况。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1是表示安装了能够应用本发明的车体倾斜控制方法的车体倾斜装置的铁路车辆的结构例的示意图。
[0022]图2是说明基于本发明的车体倾斜控制方法的控制动作的流程图。
【具体实施方式】
[0023]以下，针对本发明的铁路车辆的车体倾斜控制方法详细说明其实施方式。[0024]1.铁路车辆的结构
[0025]图1是表示安装了能够应用本发明的车体倾斜控制方法的车体倾斜装置的铁路车辆的结构例的示意图。在该图中，示出在行驶于曲线路径时正在执行车体倾斜的状态。
[0026]铁路车辆I由车体2和前后支承该车体2的台车3构成，在轨道4上行驶。车体2被装设在车体2与台车3之间的左右配置的一对空气弹簧5弹性支承。铁路车辆I具备车体倾斜装置，该车体倾斜装置为了在行驶于曲线路径时使车体2向内轨侧倾倒，而使车体2相对于台车3倾斜。
[0027]作为车体倾斜装置，配设有从储气部(air tank) 6至各空气弹簧5的空气配管11，在该空气配管11的路径中设置倾斜控制阀12。倾斜控制阀12与控制部7连接，并根据来自控制部7的指令进行动作。
[0028]储气部6与产生压缩空气并向储气部6补给压缩空气的压缩机8连结。压缩机8根据来自控制部7的指令进行动作。另外，在储气部6中设置压力计9。压力计9检测积蓄在储气部6中的压缩空气的压力、即储气部压力，将其检测信号输出到控制部7。此外，此处所述的储气部6除了包括与压缩机8直接连结并主动地积蓄压缩空气的主罐以外，还包括只用于车体倾斜的辅助罐。
[0029]另外，在车体2与台车3之间，在左右两侧设置用于检测空气弹簧5的高度的空气弹簧高度检测传感器13。这是为了根据来自空气弹簧高度检测传感器13的输出信号，通过控制部7逐次地掌握空气弹簧5的高度，进而根据该空气弹簧高度逐次掌握车体2的倾斜角度，使倾斜控制阀12适当地进行动作。作为空气弹簧高度检测传感器13，能够采用旋转变压器或编码器之类的旋转角度传感器。
[0030]在这样的铁路车辆I中，如高速地行驶于曲线路径时那样执行车体倾斜时的基本控制动作如下。控制部7根据曲线路径的轨道信息，从在自身的存储器中预先登记的数据库中选择车体2的适当的倾斜角度Θ，使倾斜控制阀12进行动作以使车体2以该适当的规定的倾斜角度Θ倾斜。
[0031]具体地说，使左右的空气弹簧5中的外轨侧(在图1中为右侧)的空气弹簧5的高度比内轨侧(在图1中为左侧)的空气弹簧5的高度高，使车体2以规定的倾斜角度Θ向内轨侧倾倒，因此通过外轨侧的倾斜控制阀12的动作，来从储气部6通过空气配管11向外轨侧的空气弹簧5导入压缩空气(参照图1中的实线箭头)。根据情况，与此同时通过内轨侧的倾斜控制阀12的动作，来通过空气配管11将内轨侧的空气弹簧5内的空气排出到外部(参照图1中的虚线箭头)。
[0032]这时，控制部7逐次地获取来自空气弹簧高度检测传感器13的输出信号，来检测空气弹簧5的高度，进而根据该空气弹簧高度逐次地掌握车体2的倾斜角度。然后，控制部7使倾斜控制阀12继续进行动作，向空气弹簧5进行压缩空气的供气和排气，使得逐次检测的车体2的倾斜角度成为适当的规定的倾斜角度Θ。这样，铁路车辆I能够在行驶于曲线路径时，使车体2相对于台车3倾斜适当的规定的倾斜角度Θ。
[0033]2.车体倾斜控制方法
[0034]在上述的车体倾斜的基本控制中，在行驶于曲线路径时车体2倾斜为适当的规定的倾斜角度Θ，因此能够提高乘坐舒适性。但是，在曲线路径连续的区段执行这样的车体倾斜时，储气部6内的压缩空气显著消耗，因此储气部压力过于降低，有可能对铁路车辆I的制动器的动作产生障碍。因此，在本发明的车体倾斜控制方法中，除了进行上述的基本控制以外，还进行以下所示的控制。
[0035]图2是说明基于本发明的车体倾斜控制方法的控制动作的流程图。在车体2倾斜为适当的规定的倾斜角度Θ的状态下铁路车辆I行驶于曲线路径时，在步骤#5中，控制部7从设置在储气部6中的压力计9逐次地获取检测信号，检测储气部压力。接着，在步骤#10中，控制部7逐次地判断储气部压力是否为第一阈值P1以下。这时，随着以适当的规定的倾斜角度Θ进行车体倾斜，而从储气部6向空气弹簧5导入压缩空气，储气部6内的压缩空气被消耗，因此储气部压力逐渐降低。在此，作为第一阈值P1，至少设定制动器的动作所需的最低限度的压力以上的值。将该第一阈值P1预先登记在控制部7的存储器中。
[0036]在步骤#10的判断中储气部压力高于第一阈值P1的情况下，进入步骤#15，不限制压缩空气导入到空气弹簧5的导入量，而将车体2维持为适当的规定的倾斜角度Θ。在该情况下，储气部压力高于第一阈值P1，因此确保储气部压力为制动器的动作所需的最低限度的压力以上，不对制动器的动作产生障碍。
[0037]另一方面，在步骤#10的判断中储气部压力为第一阈值P1以下的情况下，进入步骤#20和#25，转移到在抑制压缩空气的消耗的同时恢复储气部压力的压力恢复模式。SP，在步骤#20中，控制部7驱动压缩机8。由此，向压力下降的储气部6补给压缩空气。
[0038]另外，在步骤#25中，控制部7继续从储气部6向空气弹簧5导入压缩空气，同时将其导入量限制为压缩机8所补给的压缩空气的补给量以下，使车体2的倾斜角度从适当的规定的倾斜角度Θ降低。这是因为车体2的倾斜角度伴随着压缩空气导入到空气弹簧5的导入量的降低而大致成比例地降低。具体地说，控制部7从在自身的存储器中预先登记的数据库中，与压力恢复模式对应地选择比适当的规定的倾斜角度Θ小的倾斜角度使倾斜控制阀12进行动作以使车体2以该压力恢复模式的倾斜角度Θ L进行倾斜。由此，降低随着车体倾斜所消耗的压缩空气的消耗量。
[0039]虽然能够通过转移到这样的步骤#20和#25的压力恢复模式，来将车体2的倾斜角度抑制为比适当的规定的倾斜角度Θ小的倾斜角度Θ y但执行车体倾斜，因此能够抑制乘坐舒适性的恶化。并且，随着车体倾斜所消耗的压缩空气的消耗量降低，并且从压缩机8向储气部6补给不低于消耗的压缩空气，因此能够确保储气部压力为制动器的动作所需的最低限度的压力以上，不引起对制动器的动作产生障碍的状况。
[0040]接着，在压力恢复模式下限制压缩空气导入到空气弹簧5的导入量的状态下，控制部7在步骤#30中，从压力计9逐次获取检测信号来检测储气部压力，接着在步骤#35中，逐次地判断储气部压力是否为第二阈值P2以上。这时，在储气部6中，伴随着压缩机8补给压缩空气，而将不低于消耗的压缩空气补给到储气部6中，因此储气部压力逐渐上升。在此，作为第二阈值P2，设定超过第一阈值P1的值。将该第二阈值P2也预先登记到控制部7的存储器中。
[0041]在步骤#35的判断中储气部压力低于第二阈值P2的情况下，仍旧维持压力恢复模式。
[0042]另一方面，在步骤#35的判断中储气部压力为第二阈值P2以上的情况下，进入步骤MO和#45，解除压力恢复模式。即，控制部7在步骤MO中停止压缩机8的驱动，与此同时，在步骤#45中，解除对压缩空气导入到空气弹簧5的导入量的限制，使车体2的倾斜角度恢复为适当的规定的倾斜角度Θ。由此，能够再度提高乘坐舒适性。
[0043]然后，返回到步骤#5，反复进行上述的控制动作。在进行上述控制动作时铁路车辆I离开曲线路径的情况下，强制结束上述控制动作。
[0044]3.第一阈值P1和第二阈值P2
[0045]以下，示出在上述的本发明的车体倾斜控制方法中所能够采用的第一阈值P1和第二阈值P2的一个例子。能够以绝对压力根据下述(I)式设定第一阈能够以绝对压力根据下述(2)式设定第二阈值匕(砂&)。另外，通常，将第一阈值P1设定得比根据(I)式设定的值高，将第二阈值P2设定得比根据(2)式设定的值高。
[0046]P1=P0+Y XPmXkXA/VXT......(I)
[0047]P2=P0+ Y XPmXkXA/VXT+y XPmXA/VXT......(2)
[0048]其中，在上述⑴式、⑵式中，P0是制动器的动作所需的最低限度的储气部压力(kPa)，Y是多方指数，Pm是储气部压力的平均值(kPa)，k是校正系数且k〈B/A，B是从压缩机向储气部补给压缩空气的补给量(m3/s)，A是压缩空气从储气部向空气弹簧的不限制状态下的导入量(m3/s)，V是储气部的容积(m3)，T是压缩机从开始驱动到开始喷出压缩空气为止的时滞(S)。
[0049]上述(I)式所示的第一阈值P1以及上述(2)式所示的第二阈值P2是考虑到实际的压缩机8的动作特性而得到的。即，在压缩机8的动作中，从开始驱动到开始稳定地进行压缩空气的补给为止，产生某种程度的时滞T。在该时滞T的期间，不向储气部6补给压缩空气，因此只是伴随着车体倾斜而消耗储气部6内的压缩空气。
[0050]因而，在确定第一阈值P1时，以该阈值？1为起点转移到压力恢复模式，即使限制压缩空气的导入量而消耗量降低，也需要在时滞T的期间储气部压力不低于制动器的动作所需的最低限度的压力。因此，上述(I)式通过第二项(Y XPmXkXA/VXT)，来纳入基于压缩空气的导入被限制的在时滞T时的压缩空气的消耗量。考虑到储气部压力的通常的使用状态，适当地设定储气部压力的平均值Pm。
[0051]另外，在确定第二阈值P2时，以该阈值P2为起点解除压力恢复模式，压缩机8停止，并且不限制压缩空气的导入量而消耗量增加，因此需要避免在解除压力恢复模式后马上再转移到压力恢复模式。因此，上述(2)式通过第三项(Y XPmXA/VXT)，来纳入基于压缩空气的导入不被限制的在时滞T时的压缩空气的消耗量。
[0052]此外，还能够将上述(2)式所示的第二阈值P2代入到上述(I)式，从而用下述(3)式表不。
[0053]P2=P1+Y XPmXA/VXT......(3)
[0054]在此，上述⑴式、上述⑵式中的多方指数Y最大采用1.4。另外，校正系数k只要满足B/A以下((B/A)的条件就能够任意确定。
[0055]以下示出基于上述⑴式的第一阈值P1以及基于上述⑵式((3)式)的第二阈值己的具体例。
[0056]当对于每两辆车辆安装了一台压缩机的铁路车辆设压缩机的喷出量是1600 (NL/min)、储气部压力的平均值按照表压是800(kPa)时，从压缩机向储气部补给压缩空气的补给量B如下。
[0057]B=1600/2/60 X 101.3/ (800+101.3) ≈ 1.5 (L/s) =1.5 X 1(T3 (m3/s)[0058]在设车体倾斜装置向空气弹簧的供气能力是1500 (NL/min)时，压缩空气从储气部向空气弹簧的不限制状态下的导入量A如下。
[0059]A=1500/60 X 101.3/ (800+101.3)≈ 2.8 (L/s) =2.8 X 1(T3 (m3/s)
[0060]因而，B/A为0.54。因此，校正系数k为0.54以下的值、例如0.5。
[0061]另外，在储气部的容积V为300 (L)、压缩机动作的时滞T为IO(S)、制动器的动作所需的最低限度的储气部压力Ptl为590 (kPa)、采用1.4作为多方指数Y时，根据上述(I)式，第一阈值P1如下。
[0062]Ρi=δθΟ+Ι.4 X (800+101.3) Χ0.5X2.8/300 X 10=590+59=649 (kPa)
[0063]另外，根据上述(3)式((2)式)，第二阈值P2如下。
[0064]Ρ2=649+1.4 X (800+101.3) X 2.8/300 X 10=649+118=767 (kPa)
[0065]产业h的可利用件
[0066]如上所述，根据本发明的铁路车辆的车体倾斜控制方法，即使在行驶于曲线路径时储气部压力为规定压力以下的情况下，也能够抑制乘坐舒适性的恶化，并且能够确保储气部压力为制动器的动作所需的最低限度的压力以上，不引起对制动器的动作产生障碍的状况。
[0067]附图标记说明
[0068]1:铁路车辆；2:车体；3:台车；4:轨道；5:空气弹簧；6:储气部；7:控制部；8:压缩机；9:压力计；11:空气配管；12:倾斜控制阀；13:空气弹簧高度检测传感器A:第一阈
值;P2:第二阈值。
【权利要求】
1.一种铁路车辆的车体倾斜控制方法，在铁路车辆行驶于曲线路径时，从储气部向在台车上支承车体的左右配置的一对空气弹簧导入压缩空气来使车体倾斜，该车体倾斜控制方法的特征在于， 检测储气部内的压缩空气的压力，在检测到随着压缩空气导入到空气弹簧而该储气部的压力成为第一阈值以下时，驱动向储气部补给压缩空气的压缩机，并且在继续从储气部向空气弹簧导入压缩空气的同时将其导入量限制为从压缩机向储气部补给压缩空气的补给量以下，确保储气部压力为铁路车辆的制动器的动作所需的最低限度的压力以上。
2.根据权利要求1所述的铁路车辆的车体倾斜控制方法，其特征在于， 以绝对压力根据下述(I)式设定上述第一阈值P1, P1=P0+Y XPmXkXA/VXT......(I) 其中，在上述(I)式中，P。是制动器的动作所需的最低限度的储气部压力(kPa)，Y是多方指数，Pm是储气部压力的平均值(kPa)，k是校正系数且k〈B/A，B是从压缩机向储气部补给压缩空气的补给量(m3/s)，A是压缩空气从储气部向空气弹簧的不限制状态下的导入量(m3/s)，V是储气部的容积(m3)，T是压缩机从开始驱动到开始喷出压缩空气为止的时滞(S)。
3.根据权利要求1或2所述的铁路车辆的车体倾斜控制方法，其特征在于， 在限制压缩空气导入到空气弹簧的导入量的状态下，检测到随着压缩机补给压缩空气而储气部压力成为超过上述第一阈值的第二阈值以上时，停止压缩机的驱动，并且解除对压缩空气导入到空气弹簧的导入量的限制。
4.根据权利要求3所述的铁路车辆的车体倾斜控制方法，其特征在于， 以绝对压力根据下述(2)式设定上述第二阈值P2, P2=P0+ Y XPmXkXA/VXT+Y XPmXA/VXT......(2) 其中，在上述(2)式中，Ptl是制动器的动作所需的最低限度的储气部压力(kPa)，Y是多方指数，Pm是储气部压力的平均值(kPa)，k是校正系数且k〈B/A，B是从压缩机向储气部补给压缩空气的补给量(m3/s)，A是压缩空气从储气部向空气弹簧的不限制状态下的导入量(m3/s)，V是储气部的容积(m3)，T是压缩机从开始驱动到开始喷出压缩空气为止的时滞(S)。
【文档编号】B61F5/10GK103459233SQ201280016610
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年3月6日 优先权日:2011年3月31日
【发明者】品川大辅 申请人:新日铁住金株式会社