曲線中で過度の遠心力を受ける鉄道車両のアクティブ振動制御

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11650244
• Research Institution: NIIGATA UNIVERSITY
• Principal Investigator: 谷藤 克也 新潟大学, 工学部, 教授 (30197529)
• Keywords: 鉄道車両 / 曲線通過 / ストッパ当り / アクティブ振動制御 / センタリング制御 / 模型実験 / 高速化 / 振り子車両

Research Abstract

本研究では,曲線における振動制御とストッパ当たりの抑制を目的としたセンタリング制御を両立させる制御機構について検討が行われた.始めに,同一のアクチュエータを用いて両制御が機能することを数値シミュレーションで示した.ここで,センタリング制御に有効なアクチュエータ取り付け高さがほぼ二次ばね中心高さである.また,基本速度+45km/hで走行する際の最大制御力は,振動制御のみに要する力を大きく上回るものであり,アクチュエータとして空気式よりも油圧式,もしくは電気機械式のものを採用することの必要性が示唆された.
第二に,模型実験装置を傾斜させて7°相当の超過心力が作用する状態で実験を行い,センタリング制御を併合すれば,全振動数帯域でストッパ当たりが抑制され,振動乗り心地が改善される可能性を示した.また,振動制御とセンタリング制御は両立するものの,その効果がトレードオフの開係にあることを明らかにした.
第三に,H_∞制御則の適用により,模型実験における制振とセンタリングの併合制御の効率化が図られた.ここでは,コントローラの設計において両制御のトレードオフを考慮した重み関数を提案し,超過遠心加速度と実際の軌道不整を模擬した不規則な加振条件の下でその有効性が確認された.
第四に,車体傾斜車両で観測可能な状態量を用いた場合の制御効果が数値シミュレーションによって検討され,傾斜車体で観測される加速度を用いても,制御効果が維持されることを示した.
以上,高速で曲線を通過する鉄道車両のアクティブサスペンションに必要とされる制御機構とコントローラの設計指針を確立することができた.今後,実車での確認が期待される.さらに,営業列車で採用されるためには,制御系の信頼性が担保されることが必須であり,そのための要素開発とソフト面の充実が今後の課題である.

Research Products

• [Publications] 山上 博: "鉄道車両の高速曲線通過におけるストッパ当りを考慮したアクティブ振動制御"日本機械学会第6回「運動と振動の制御」シンポジウム講演論文集. 99-7. 65-66 (1999)
• [Publications] Katuya Tanifuji: "Mechatronics in Japanese Rail Vehicles : Active and Semi-Active Suspensions"Preprints of 1^<st>IFAC Conference on Mechatronic Systems. Vol.1. 259-264 (2000)
• [Publications] 山上 博: "鉄道車両の高速曲線通過におけるセンタリンング機能を備えた振動制御の実験的検討"日本機械学会北陸信越支部第38回期総会・講演会講演論文集. 017-1. 143-144 (2001)
• [Publications] 飯田 忠史: "鉄道車両の高速曲線通過における振動制御とセンタリング制御の両立"日本機械学会第7回「運動と振動の制御」シンポジウム講演論文集. 01-6. 54-57 (2001)
• [Publications] Katsuya Tanifuji: "Addition of Centering Control to Active Suspension of Rail Vehicle Negotiating Curved Tracks at High-speeds"Proceedings of The Asia-Pacific Vibration Conference 2001. 01-36. 157-160 (2001)
• [Publications] 飯田 忠史: "鉄道車両の高速曲線通過における振動制御とセンタリング制御の両立(第2報, 車体傾斜の考慮)"日本機械学会第10回「交通・物流部門大会」講演論文集. 01-36. 1079-1083 (2001)