铁道车辆用抑制振动装置制造方法
【专利摘要】一种铁道车辆用抑制振动装置，包括：致动器，其包括与铁道车辆的转向架连结的缸体、活塞、与活塞和车身连结的活塞杆、缸体内的活塞杆侧空间和活塞侧空间、用于连通活塞杆侧空间和活塞侧空间之间的第一通路的第一开闭阀、用于连通活塞侧空间和容器之间的第二通路的第二开闭阀、用于向活塞杆侧空间供给工作油的泵；以及阻尼电路，其使致动器作为阻尼器发挥功能，工作油具有温度为20℃～60℃的范围且动力粘度处于7mm2/s～50mm2/s的范围的动力粘度温度特性。
【专利说明】铁道车辆用抑制振动装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及对铁道车辆用抑制振动装置的改进。
【背景技术】
[0002]众所周知，铁道车辆用抑制振动装置安装于铁道车辆的车身与转向架之间，用于抑制作用于铁道车辆的振动、即相对于车身的行进方向沿左右方向的振动。
[0003]JP2010-65797A公开了一种铁道车辆用抑制振动装置。该铁道车辆用抑制振动装置包括与铁道车辆的转向架和车身中的一者连结的缸体、以滑动自如的方式插入于缸体内的活塞、插入于缸体内且与活塞和转向架及车身中的另一者连结的活塞杆、利用活塞在缸体内划分而成的活塞杆侧空间和活塞侧空间、容器、设于用于连通活塞杆侧空间和活塞侧空间之间的第一通路的中途的第一开闭阀、设于用于连通活塞侧空间和容器之间的第二通路的中途的第二开闭阀、用于向活塞杆侧空间供给工作油的泵、用于将活塞杆侧空间向容器连接的排出通路、以及设于排出通路的中途且能够改变开阀压力的可变溢流阀。
[0004]铁道车辆用抑制振动装置通过驱动泵、第一开闭阀、第二开闭阀以及可变溢流阀而对伸缩双方发挥推力，利用该推力抑制车身振动。而且，铁道车辆用抑制振动装置包括阻尼电路，使得该铁道车辆用抑振装置能够在第一开闭阀和第二开闭阀关闭的状态下作为无源的阻尼器发挥功能。
[0005]在铁道车辆用抑制振动装置作为致动器发挥功能的情况下，通过以固定的转速驱动泵，根据车身的振动状况适当地驱动第一开闭阀、第二开闭阀以及可变溢流阀，从而利用液压获得抑制车身振动的推力，抑制铁道车辆振动。在此，若电路内的工作油的温度较低，则工作油的动力粘度升高。由此，在对致动器发挥相对较小的推力的情况下，可变溢流阀、管道阻力等中的压力损失增大且缸体内的压力变得过高，导致推力过剩。
[0006]在反馈控制致动器的推力的情况下，由推力过剩导致控制指令与推力的偏差增大，因此，产生使致动器的推力振动性变化的波动，从而可能导致车身振动劣化。
【发明内容】
_7] 发明要解决的问题
[0008] 该发明的目的在于提供一种铁道车辆用抑制振动装置，该铁道车辆用抑制振动装置能够阻止低油温时的推力的波动，能够发挥稳定的推力并且有效地抑制车身振动。
_9] 用于解决问题的方案
[0010] 根据本发明的某实施方式，提供一种用于抑制铁道车辆的车身振动的铁道车辆用抑制振动装置，其中，该铁道车辆用抑制振动装置包括:致动器，其包括与铁道车辆的转向架和车身的一者连结的缸体、以滑动自如的方式插入于缸体内的活塞、插入于缸体内且与活塞和转向架和车身的另一者连结的活塞杆、利用活塞在缸体内划分而成的活塞杆侧空间和活塞侧空间、容器、设于用于连通活塞杆侧空间和活塞侧空间的第一通路的中途的第一开闭阀、设于用于连通活塞侧空间和容器的第二通路的中途的第二开闭阀、能够向活塞杆侧空间供给工作油的泵；以及阻尼电路，其在第一开闭阀和第二开闭阀关闭的状态下使致动器作为阻尼器发挥功能，工作油具有温度为20°C?60°C的范围且动力粘度处于7mm2/s?50mm2/s的范围的动力粘度温度特性。
[0011]以下参照附图详细地说明本发明的实施方式、本发明的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是搭载有本实施方式的铁道车辆用抑制振动装置的铁道车辆的概略俯视图。
[0013]图2是本实施方式的铁道车辆用抑制振动装置的致动器的电路图。
[0014]图3是说明矿物油的动力粘度温度特性的图。
[0015]图4是本实施方式的铁道车辆用抑制振动装置的控制器的控制框图。
[0016]图5是本实施方式的铁道车辆用抑制振动装置的控制器的指令计算单元的控制框图。
【具体实施方式】
[0017]本实施方式的铁道车辆用抑制振动装置I被应用为铁道车辆的车身B的抑制振动装置。如图1所示，铁道车辆用抑制振动装置I包括:一对致动器A，其分别安装于前后的转向架Tf、Tr与车身B之间；阻尼电路D (图2)，其将致动器A作为阻尼器发挥功能；以及控制器C，其通过控制致动器A而抑制车身B的振动。
[0018]致动器A与向铁道车辆的车身B的下方垂下的销P连结，在车身B与前侧的转向架Tf之间、以及车身B与后侧的转向架Tr之间分别安装有一对致动器A。
[0019]这四个致动器A利用主动控制来抑制相对于车身B的车辆行进方向的、水平横向的振动。控制器C通过控制全部的致动器A来抑制车身B沿横向的振动。
[0020]控制器C在进行抑制车身B的振动的控制时，检测车身B的前部Bf处的相对于车辆行进方向在水平横向上的横向加速度a f、以及车身B的后部Br处的相对于车辆行进方向在水平横向上的横向加速度ar。控制器还根据横向加速度a f、a r求得绕车身中心G的角加速度即转向(yaw)加速度ω以及车身B的中心G在水平横向上的加速度即摆动(sway)加速度β ο
[0021]控制器还根据转向加速度ω和摆动加速度β求得在各致动器A上分别应该产生的推力、即控制力指令值Ff、Fr。控制器利用反馈控制在致动器A中产生如控制力指令值Ff、Fr所指示的推力，从而抑制车身B沿横向的振动。另外，控制力指令值Ff与配置于车辆前侧的致动器A应产生的推力相对应，控制力指令值Fr与配置于车辆后侧的致动器A应产生的推力相对应。
[0022]说明致动器A的具体结构。另外，在本实施方式中利用一个控制器C控制四个致动器Α，但也可以对各致动器A分别设置控制器C。
[0023]如图2所示，致动器A为单活塞杆型的致动器，包括与铁道车辆的前后的转向架Tf、Tr及车身B中的一者连结的缸体2、以滑动自如的方式插入于缸体2内的活塞3、插入于缸体2内且与活塞3和转向架Tf、Tr及车身B中的另一者连结的活塞杆4、利用活塞3在缸体2内划分而成的活塞杆侧空间5和活塞侧空间6、容器7、设于用于连通活塞杆侧空间5和活塞侧空间6之间的第一通路8的中途的第一开闭阀9、设于用于连通活塞侧空间6和容器7之间的第二通路10的中途的第二开闭阀11、以及用于向活塞杆侧空间5供给工作油的泵12。
[0024]在活塞杆侧空间5和活塞侧空间6中填充有工作油，在容器7中除了填充有工作油以外还填充有气体。另外，容器7内的气体不必被压缩保持在加压状态。
[0025]通过打开第一开闭阀9而使第一通路8为连通状态，且关闭第二开闭阀11并驱动泵12，从而使致动器A进行伸长工作。通过打开第二开闭阀11而使第二通路10成为连通状态，且关闭第一开闭阀9并驱动泵12，从而使致动器A进行收缩工作。
[0026]以下详细地说明致动器A的各部分。
[0027]缸体2为筒状，在图2中的右端利用盖13封堵，在图2中的左端上安装有环状的导块14。在导块14内以滑动自如的方式插入有活塞杆4，该活塞杆4以移动自如的方式插入缸体2内。活塞杆4的一端向缸体2外突出，另一端与以滑动自如的方式插入缸体2内的活塞3连结。
[0028]活塞杆4的外周与导块14之间利用未图示的密封构件密封，缸体2内保持为密闭状态。在设于缸体2内且利用活塞3划分出的活塞杆侧空间5和活塞侧空间6中填充有工作油。
[0029]另外，活塞杆4的截面积设定为活塞3的截面积的二分之一，活塞3的活塞杆侧空间5侧的承压面积设定为活塞侧空间6侧的承压面积的二分之一。由此，只要活塞杆侧空间5在伸长工作时和收缩工作时的压力相同，在伸长时和收缩时产生的推力就会变得相等，与致动器A的位移量相对应的工作油量在伸长时和收缩时也变得相同。
[0030]在使致动器A进行伸长工作的情况下，由于使活塞杆侧空间5和活塞侧空间6连通，因此，活塞杆侧空间5内的压力和活塞侧空间6内的压力变得相等。该情况下，致动器A所产生的推力为活塞3的活塞杆侧空间5侧与活塞侧空间6侧的承压面积差和上述压力的乘积。
[0031]在使致动器A进行收缩工作的情况下，活塞杆侧空间5和活塞侧空间6之间的连通被阻断而使得活塞侧空间6与容器7连通。该情况下，致动器A所产生的推力为活塞杆侧空间5内的压力与活塞3的活塞杆侧空间5侧的承压面积的乘积。
[0032]也就是说，致动器A所产生的推力为伸长时和收缩时的活塞3的截面积的二分之一与活塞杆侧空间5的压力的乘积。因而，在控制致动器A的推力的情况下，在进行伸长工作、收缩工作的同时控制活塞杆侧空间5的压力即可。由于活塞3的活塞杆侧空间5侧的承压面积设定为活塞侧空间6侧的承压面积的二分之一，因此，在伸长时和收缩时产生相同的推力的情况下，将活塞杆侧空间5在伸长时和收缩时的压力控制为相同的值即可。由此，控制变得简单，并且由于与位移量相对应的工作油的流量在伸长时和收缩时变得相同，因此还存在伸长时和收缩时的响应性变得相等这样的优点。
[0033]另外，在将活塞3的活塞杆侧空间5侧的承压面积设定为活塞侧空间6侧的承压面积的二分之一以外的情况下，能够通过控制活塞杆侧空间5的压力来控制致动器A在伸长时和收缩时的推力这一点是相同的。
[0034]在活塞杆4的图2中的左端和用于封堵缸体2的右端的盖13中具有未图示的安装部，致动器A利用该安装部安装在铁道车辆中的车身B与转向架Tf、Tr之间。
[0035]活塞杆侧空间5和活塞侧空间6利用第一通路8相连通，在第一通路8的中途上设有第一开闭阀9。另外，第一通路8在缸体2的外部连通活塞杆侧空间5和活塞侧空间6之间，但第一通路8也可以设在活塞3内。
[0036]第一开闭阀9为电磁开闭阀，包括:阀9a，其包括通过打开第一通路8而连通活塞杆侧空间5和活塞侧空间6之间的连通位置％，以及用于阻断活塞杆侧空间5和活塞侧空间6之间的连通的阻断位置9c ;弹簧9d，其对阀9a施力从而确定阻断位置9c ;以及螺线管9e，其在通电时克服弹簧9d的作用力而将阀9a切换到连通位置％。
[0037]活塞侧空间6和容器7利用第二通路10相连通。在第二通路10的中途上设有第二开闭阀11。第二开闭阀11为电磁开闭阀，包括:阀11a，其包括通过打开第二通路10连通活塞侧空间6和容器7之间的连通位置Ilb以及用于阻断活塞侧空间6和容器7之间的连通的阻断位置Ilc ;弹簧lld，其对阀Ila施力从而确定阻断位置Ilc ；以及螺线管lie，其在通电时克服弹簧Ild的作用力而将阀Ila切换到连通位置lib。
[0038]泵12利用马达15驱动，仅向单向排出工作油。泵12的排出口利用供给通路16而与活塞杆侧空间5连通，吸入口与容器7连通。当利用马达15进行驱动时，泵12吸入积存在容器7内的工作油并向活塞杆侧空间5供给工作油。马达15以预先确定的通常转速旋转从而以固定的转速旋转驱动泵12。通常转速以满足以下两点的方式确定:发挥致动器A要求的最大推力所需要的压力；发挥第一开闭阀9、第二开闭阀11以及后述的可变溢流阀22的驱动用的推力所要求的响应速度。
[0039]泵12由于只通过仅向单向排出工作油而不需要旋转方向的切换动作，因此，不存在旋转切换时排出量变化的问题，能够使用廉价的齿轮泵等。而且，由于泵12的旋转方向始终为相同方向，因此，作为驱动泵12的驱动源的马达15的旋转方向也始终为相同方向，而不要求针对旋转切换的较高的响应性，相应地，能够使用廉价的马达15。另外，在供给通路16的中途上设有用于阻止工作油自活塞杆侧空间5向泵12逆流的止回阀17。
[0040]在自泵12向活塞杆侧空间5供给有预定的排出流量的情况下，在使致动器A进行伸长工作时，通过打开第一开闭阀9并使第二开闭阀11打开、关闭来调节活塞杆侧空间5内的压力。此时，活塞杆侧空间5和活塞侧空间6处于连通状态，活塞侧空间6内的压力变得与活塞杆侧空间5的压力相同。另外，在使致动器A进行收缩工作时，通过打开第二开闭阀11并使第一开闭阀9打开、关闭来调节活塞杆侧空间5内的压力。由此，能够产生如控制力指令值Ff (Fr)所指示的推力。
[0041]也就是说，在该致动器A中，能够通过在伸长工作时和收缩工作时控制活塞杆侧空间5的压力来调整推力。另外，第一开闭阀9和第二开闭阀11还可以是具备能够调节开阀压力的开闭功能的可变溢流阀。在该情况下，在伸缩工作时不使第一开闭阀9或第二开闭阀11进行开闭工作，能够通过调节开阀压力来调节致动器A的推力。
[0042]另外，通过调节泵12的排出流量，还能够产生如控制力指令值Ff (Fr)所指示的推力。该情况下，只要设有用于检测活塞杆侧空间5的压力的压力传感器、用于检测作用于马达15或者泵12的旋转轴的转矩的传感器、用于获得作用于活塞杆4的负荷的负荷传感器、或者用于检测活塞杆4的变形的变形传感器，就能够测量致动器A所输出的推力。
[0043]如上所述，虽然能够调节致动器A的推力，但为了能够更简单地调节推力，本实施方式的铁道车辆用抑制振动装置I包括:排出通路21，其连接活塞杆侧空间5和容器7之间；以及可变溢流阀22，其能够改变设于该排出通路21的中途的开阀压力。[0044]可变溢流阀22为比例电磁溢流阀，包括设于排出通路21的中途的阀体22a、对阀体22a施力以便阻断排出通路21的弹簧22b、以及在通电时产生克服弹簧22b的作用力的推力的比例螺线管22c。可变溢流阀22能够通过调节在比例螺线管22c中流动的电流量而调节开阀压力。
[0045]可变溢流阀22在作用于阀体22a的压力超过释放压力(开阀压力)时打开排出通路21。也就是说，若排出通路21的位于上游的活塞杆侧空间5的压力超过释放压力(开阀压力)，则向打开排出通路21的方向推动阀体22a的、由上述压力引起的推力和因比例螺线管22c而产生的推力的合力克服向阻断排出通路21的方向对阀体22a施力的弹簧22b的作用力。由此，阀体22a后退，使得排出通路21打开。
[0046]另外，可变溢流阀22设定为向比例螺线管22c供给的电流越大，比例螺线管22c所产生的推力越大，向比例螺线管22c供给的电流成为最大时开阀压力变得最小，相反地，只要完全不向比例螺线管22c供给电流，开阀压力就会变得最大。
[0047]因而，在使致动器A进行伸缩工作时，只要将活塞杆侧空间5内的压力调节为可变溢流阀22的开阀压力，就能够通过调节可变溢流阀22的开阀压力容易地调节活塞杆侧空间5的压力。通过如此设有排出通路21和可变溢流阀22，不需要调节致动器A的推力所需的传感器类部件。而且，不必以高速开闭第一开闭阀9和第二开闭阀11、或将第一开闭阀9和第二开闭阀11做成带开闭功能的可变溢流阀、或为了调节泵12的排出流量而高度地控制马达15。因而，铁道车辆用抑制振动装置I能够变得廉价，能够构建硬件性和软件性都坚固的系统。
[0048]另外，由于可变溢流阀22使用了能够利用施加的电流量使开阀压力成比例变化的比例电磁溢流阀，因此，开阀压力的控制变得简单，但并不限定于比例电磁溢流阀，只要是能够调节开阀压力的溢流阀即可。
[0049]对于可变溢流阀22，不管第一开闭阀9和第二开闭阀11的开闭状态如何，若在致动器A上存在伸缩方向上的过大的输入、即活塞杆侧空间5的压力超过开阀压力，则打开排出通路21而将活塞杆侧空间5与容器7连通，使活塞杆侧空间5内的压力退避到容器7，因此，能够保护致动器A的系统整体。
[0050]而且，致动器A包括阻尼电路D。阻尼电路D在第一开闭阀9和第二开闭阀11阀关闭的情况下使致动器A作为阻尼器发挥功能。阻尼电路D包括:整流通路18，其仅容许工作油自活塞侧空间6朝向活塞杆侧空间5流动；以及吸入通路19，其仅容许工作油自容器7朝向活塞侧空间6流动。另外，由于致动器A包括排出通路21和可变溢流阀22，因此，可变溢流阀22作为阻尼阀发挥功能。
[0051]整流通路18使活塞侧空间6和活塞杆侧空间5之间相连通，在其中途设有止回阀18a。整流通路18为仅容许工作油自活塞侧空间6朝向活塞杆侧空间5流动的单向通行的通路。吸入通路19使容器7和活塞侧空间6之间相连通，在其中途设有止回阀19a。吸入通路19为仅容许工作油自容器7朝向活塞侧空间6流动的单向通行的通路。
[0052]另外，通过将第一开闭阀9的阻断位置9c作为止回阀，能够将整流通路18的功能汇集于第一通路8，通过将第二开闭阀11的阻断位置Ilc作为止回阀，能够将吸入通路19的功能汇集于第二通路10。
[0053]在致动器A中的第一开闭阀9和第二开闭阀11被同时切换到阻断位置9c、llc时，阻尼电路D利用整流通路18、吸入通路19以及排出通路21，使活塞杆侧空间5、活塞侧空间6以及容器7以连成一串的方式连通。由于整流通路18、吸入通路19以及排出通路21为单向通行的通路，因此，若致动器A因外力而伸缩，则必然会从缸体2排出工作油，被排出的工作油经由排出通路21返回到容器7。缸体2中不够的工作油经由吸入通路19自容器7供给到缸体2内。
[0054]由于可变溢流阀22相对于该工作油的流动成为阻力从而作为将缸体2内的压力调节为开阀压力的压力控制阀发挥功能，因此，致动器A作为无源的单向流动式阻尼器发挥功能。另外，还可以不设置可变溢流阀22和排出通路21，另外设置连接活塞杆侧空间5和容器7之间的通路和配置于该通路的中途的阻尼阀从而构成阻尼电路D。
[0055]另外，在发生致动器A不能向各设备通电这样的故障时，第一开闭阀9的阀9a和第二开闭阀11的阀Ila被弹簧9d、lld按压，而分别切换到阻断位置9c、llc，可变溢流阀22作为开阀压力被固定为最大的压力控制阀发挥功能。因而，致动器A自动地作为无源阻尼器发挥功能。
[0056]在使致动器A发挥期望的伸长方向上的推力的情况下，控制器C将致动器A的第一开闭阀9设为连通位置％，将第二开闭阀11设为阻断位置11c，使马达15旋转从而自泵12向缸体2内供给工作油。由此，活塞杆侧空间5和活塞侧空间6连通，自泵12向两个空间供给工作油，活塞3被向图2中的左侧按压，致动器A发挥伸长方向上的推力。
[0057]若活塞杆侧空间5内和活塞侧空间6内的压力超过可变溢流阀22的开阀压力，则由于可变溢流阀22阀打开，工作油经由排出通路21退避到容器7，因此，活塞杆侧空间5内和活塞侧空间6内的压力被控制为利用施加于可变溢流阀22的电流确定的可变溢流阀22的开阀压力。
[0058]因而，致动器A沿伸长方向发挥活塞3中的活塞侧空间6侧和活塞杆侧空间5侧的承压面积差与利用上述的可变溢流阀22控制的活塞杆侧空间5内和活塞侧空间6内的压力的乘积的推力。
[0059]相对于此，在使致动器A发挥期望的沿收缩方向的推力的情况下，控制器C将致动器A的第一开闭阀9设为阻断位置9c，将第二开闭阀11设为连通位置11b，使马达15旋转从而自泵12向活塞杆侧空间5内供给工作油。由此，由于活塞侧空间6和容器7连通，并且自泵12向活塞杆侧空间5供给工作油，因此，活塞3被向图2中的右侧按压，致动器A沿收缩方向发挥推力。
[0060]相同地，通过调节可变溢流阀22的电流量，致动器A沿收缩方向发挥活塞3中的活塞杆侧空间5侧的承压面积与利用可变溢流阀22控制的活塞杆侧空间5内的压力的乘积的推力。
[0061]由于致动器A不仅作为致动器发挥功能，还与马达15的驱动状况无关地仅利用第一开闭阀9和第二开闭阀11的开闭就能够作为阻尼器发挥功能，因此，不必进行烦琐且危险的阀切换动作，就能够提高系统的响应性和可信性。
[0062]而且，由于致动器A为单活塞杆型，因此，与双活塞杆型致动器相比，能够容易地确保行程长度，缩短致动器的全长，从而能够提高对铁道车辆的搭载性。
[0063]而且，由于致动器A中的自泵12供给工作油、以及由伸缩工作带来的工作油的流动按顺序地通过活塞杆侧空间5、活塞侧空间6并最终向容器7回流，因此，即使在活塞杆侧空间5或者活塞侧空间6内混入气体，也能够通过致动器A的伸缩工作而自主地排出到容器7，能够阻止推动力产生的响应性劣化。
[0064]因而，在制造致动器A时，由于不会强迫进行烦琐的在油中进行组装或在真空环境下进行组装，工作油也不需要高度地脱气，因此，能够提高生产率，并且能够降低制造成本。
[0065]而且，即使在活塞杆侧空间5或者活塞侧空间6内混入气体，气体也能够利用致动器A的伸缩工作而自主地排出到容器7，因此，也不必频繁地进行性能恢复所需的维护，能够减轻在维护方面的劳动力和成本负担。
[0066]然而，如图3所示，应用于致动器A的工作油具有温度为20°C?60°C的范围且动力粘度处于在7mm2/s?50mm2/s的范围的动力粘度温度特性。例如，使用矿物油作为工作油的情况下，在根据ISO (国际标准化组织)制定的工业用润滑油的粘度分区中，VGlO (图3的线X)或者VG15 (图3的线Y)符合该条件。
[0067]铁道车辆用抑制振动装置I的致动器A安装在铁道车辆的车身B与转向架Tf、Tr之间、即安装在通风良好的位置上，并始终暴露在外部空气中。另外，在不需要使致动器A能动地产生推力的情况下，例如，在铁道车辆进行中低速行驶的情况下，由于使阻尼电路D发挥功能而将致动器A作为无源阻尼器，因此，不驱动泵12。如此，由于泵12并不是始终进行驱动，因此，致动器A内的工作油的温度上升的并不那么快，而被环绕致动器A的外部空气的温度影响。铁道车辆所使用的温度环境为大概零下20°C?零上60°C的范围。因而，致动器A内的工作油的温度处于大概零下20°C?零上60°C的范围。
[0068]另一方面，适合于泵12的驱动的工作油的动力粘度为7mm2/s?50mm2/s的范围(图3中利用斜线所表示的范围)。工作油的动力粘度在7mm2/s以下时存在泵12产生粘着的风险。若工作油的动力粘度超过50mm2/s，则动力粘度过高而致动器A的液压电路中的基础压力损失增大，缸体2内的压力上升。因此，由于致动器A所产生的推力的下限升高，因此，致动器A变得无法发挥较小的推力。因而，特别是在使用反馈控制来控制推力的情况下，推力过剩，因高频导致致动器A的推力波动。
[0069]参照图3，VGlO的工作油在温度为5°C左右时动力粘度超过50mm2/s，VG15的工作油在温度为12°C左右使超过50mm2/s。但是，本申请发明人们得知:在使用具有温度为20°C?60°C的范围且动力粘度处于在7mm2/s?50mm2/s的范围的动力粘度温度特性的工作油的情况下，即使工作油的动力粘度超过50mm2/s，通过以比预先确定的通常转速低的转速驱动泵12来降低基础压力损失，能够抑制推力过剩而阻止波动。
[0070]例如，在工作油的动力粘度超过50mm2/s的情况下，能够通过使泵12的转速降低至通常转速的二分之一左右来降低基础压力损失，在实际应用中，能够充分地降低致动器A可能产生的推力的下限值，从而能够阻止波动。也就是说，在致动器A所使用的VGlO的工作油的动力粘度超过50mm2/s时的温度为5°C的情况下，在工作油温度为5°C以下的情况下使泵12的转速低于通常转速即可。另外，在致动器A所使用的VG15的工作油的动力粘度超过50mm2/s时的温度为12°C的情况下，工作油温度在12°C以下的情况下使泵12的转速低于通常转速即可。
[0071]另外，本申请的发明人们得知:在使用具有温度在20°C?60°C的范围且动力粘度未处于7mm2/s?50mm2/s的范围的动力粘度温度特性的工作油、例如温度在20°C时动力粘度超过50mm2/s的工作油的情况下，即使降低泵12的转速推力下限也过大,无法良好地抑制波动。
[0072]例如，在使用矿物油作为工作油的情况下，如图3所示，VG22(图3的虚线V)、VG32(图3的虚线W)为50mm2/s时的温度过高，即使降低泵12的转速，推力下限也过大，无法良好地抑制波动。而且，在使用温度为60°C时动力粘度低于7mm2/s的工作油的情况下，由于存在泵12粘着的风险因此无法使用于致动器A。
[0073]综上所述，在实际应用中，具有温度在20°C?60°C的范围且动力粘度处于7mm2/s?50mm2/s的范围的动力粘度温度特性的工作油无法阻止致动器A的推力的波动。
[0074]另一方面，在利用阻尼电路D使致动器A作为无源的阻尼器发挥功能的情况下，最适合阻尼器的工作油的动力粘度在3mm2/s?50mm2/s的范围。即使动力粘度超过50mm2/s也不丧失作为阻尼器的功能，但若动力粘度过高则因阻尼力变得过多而可能损失车辆的乘车舒适度。在使用温度在20°C时动力粘度超过50mm2/s的工作油的情况下，基础压力损失增大，即使降低泵12的转速，推力下限也变得过大。
[0075]因而，通过在致动器A中使用具有温度在20°C?60°C的范围且动力粘度处于7mm2/s?50mm2/s的范围的工作油，在铁道车辆的使用温度环境(大概零下20°C?零上60°C的范围)下能够兼顾作为致动器的功能和作为阻尼器的功能。
[0076]铁道车辆用抑制振动装置I通过使用具有温度在20°C?60°C的范围且动力粘度处于7mm2/s?50mm2/s的范围的动力粘度温度特性的工作油，来防止在铁道车辆的使用温度环境(大概零下20°C到零上60°C的范围)下的波动。另外，在铁道车辆用抑制振动装置I应用于致动器A内的工作油的动力粘度超过50mm2/s的温度带的情况下，由于使泵12的转速低于通常转速，因此，能够降低基础压力损失，在实际应用中，能够充分地降低致动器A可产生的推力的下限值，从而能够阻止波动。由此，铁道车辆用抑制振动装置I即使油温较低也能够阻止推力的波动，能够发挥稳定的推力从而有效地抑制车身振动。
[0077]在此，在致动器A内的工作油的动力粘度超过50mm2/s的情况下，使泵12的转速低于通常转速，但由于油温越低则工作油的动力粘度越高，因此能够根据工作油的油温来判断工作油的动力粘度是否超过50mm2/s。例如，控制器C测量工作油的油温并根据测量结果判断动力粘度是否超过50mm2/s，在判断为动力粘度超过50mm2/s的情况下，通过调节马达15的转速而使泵12的转速低于通常转速。
[0078]另外，工作油的油温变为接近于环绕铁道车辆用抑制振动装置I的外部空气温度的温度，因此，控制器C可以通过取代工作油而对外部气温进行测量并根据外部气温判断动力粘度是否超过50mm2/s。另外，由于根据日期知道是否为冬季，根据时刻知道是否是早上或夜晚，根据行驶地区知道是否通过寒冷地区，因此，控制器C可以根据日期、时刻、地点信息推断工作油的温度，根据推断结果使泵12的转速低于通常转速。
[0079]如图1、图2以及图4所示，控制器C包括:前侧加速度传感器40，其用于检测作为车身前侧的车身前部Bf的相对于车辆行进方向沿水平横向的加速度、即横向加速度a f ；后侧加速度传感器41，其用于检测作为车身后侧的车身后部Br的相对于车辆行进方向沿水平横向的加速度、即横向加速度ar ;带通滤波器42、43，其用于去除包含在横向加速度a f和横向加速度ar中的曲线行驶时的恒定加速度、漂移成分以及噪声；控制部44,其通过处理利用带通滤波器42、43过滤后的横向加速度a f和横向加速度a r，从而向各致动器A的马达15、第一开闭阀9的螺线管9e、第二开闭阀11的螺线管lie、可变溢流阀22的比例螺线管22c输出控制指令；以及温度传感器45，其用于检测致动器A内的工作油的温度；该控制器C控制各致动器A的推力。另外，由于利用带通滤波器42、43去除包含在横向加速度ct f和横向加速度a r中的曲线行驶时的恒定加速度，因此,能够仅抑制使乘车舒适度劣化的振动。
[0080]控制部44包括:转向加速度计算部44a，其根据利用前侧加速度传感器40检测到的前侧的横向加速度a f和利用后侧加速度传感器41检测到的后侧的横向加速度a r，求得绕转向架Tf、Tr的正上方的车身中心G的加速度、即转向加速度ω ;摆动加速度计算部44b，其根据横向加速度af和横向加速度a r求得车身B的中心G的横向的加速度、即摆动加速度β ;转速确定单元44c，其根据自温度传感器45获得的油温确定泵12的转速；指令计算单元44d，其根据转向加速度ω和摆动加速度β求得在前后的致动器A上分别应该产生的推力、即控制力指令值Ff、Fr ；以及驱动部44e，其根据利用转速确定单元44c确定的泵12的转速和控制力指令值Ff、Fr驱动马达15、第一开闭阀9的螺线管9e、第二开闭阀11的螺线管lie、可变溢流阀22的比例螺线管22c。
[0081]驱动部44e随着转速确定单元44c的确定来驱动马达15。转速确定单元44c比较预先确定的基准温度和温度传感器45所检测到的油温。基准温度设定为使用于致动器A的工作油的动力粘度超过50mm2/s时的温度。
[0082]在油温为基准温度以上的情况下，转速确定单元44c向驱动部44e输出指令，以使致动器A的泵12以预先确定的通常转速旋转。在油温低于基准温度的情况下，转速确定单元44c向驱动部44e输出指令，以使致动器A的泵12以低于通常转速的转速旋转。在降低泵12的转速的情况下，可以根据油温降低转速，还可以使转速降低至低于预先确定的通常转速的转速。基准温度根据所使用的工作油的特性而确定。温度传感器45设于致动器A的缸体2、容器7或者各通路等并用于检测油温。
[0083]另外，在由转速确定单元44c判断油温低于基准温度、并在驱动马达15以使泵12以使低于预先确定的通常转速的固定的转速旋转的情况下，该固定的转速设定为能够输出致动器A所要求的下限推力的程度的转速。利用驱动部44e对马达15的转速进行控制可以是通常的速度环的反馈控制，也可以使用其它的控制方法。
[0084]虽然控制器C作为硬件资源未图示，但例如包括:A/D转换器，其用于获取前侧加速度传感器40和后侧加速度传感器41所输出的信号；带通滤波器42、43 ；R0M (Read OnlyMemory)等存储器，其存储有进行对于获取利用带通滤波器42、43过滤后的横向加速度a f和横向加速度ct r从而控制致动器A所需的处理的程序；CPlKCentral Processing Unit)等计算装置，其执行根据上述程序得到的处理；以及RAM (Random Access Memory)等存储器，其用于向上述CPU提供存储区域。控制器C的控制部44的各部44a?44e通过CPU执行进行上述处理的程序而发挥功能。另外，带通滤波器42、43的功能能够编入到程序内。
[0085]横向加速度a f、a r以沿图1的左右方向通过车身B的中央的轴为基准，设定为在成为朝向图1的上方侧的方向的情况下标记为正，在成为朝向图1的下方侧的方向的情况下标记为负。转向加速度计算部44a通过将前侧的横向加速度af和后侧的横向加速度a r之差除以2求得绕前侧的转向架Tf和后侧的转向架Tr在正上方的车身中心G的转向加速度ω。摆动加速度计算部44b通过将横向加速度a f和横向加速度a r的和除以2求得车身B的中心G的摆动加速度β。
[0086]由于前侧加速度传感器40和后侧加速度传感器41的设置部位被使用于求得转向加速度ω，因此，前侧加速度传感器40可以配置在沿包含车身B的中心G的前后方向或者对角方向的线上且是前侧致动器A附近，后侧加速度传感器41可以配置在沿包含车身B的中心G的前后方向或者对角方向的线上且是后侧致动器A附近。另外，由于转向加速度ω根据中心G与前侧加速度传感器40和后侧加速度传感器41之间的距离和位置关系以及横向加速度a f、a r求得，因此，可以将前侧加速度传感器40和后侧加速度传感器41配置在任意位置。在该情况下，转向加速度ω不是将横向加速度af和横向加速度ar之间的差除以2求得，而是自横向加速度a f与横向速度a r之间的差，以及车身B的中心G与各加速度传感器40、41的距离以及位置关系求得。具体而言，若将前侧加速度传感器40和车身B的中心G设为前后方向距离Lf，将后侧加速度传感器41和车身B的中心G的前后方向距离设为Lr,则转向加速度ω通过ω= (af-ar)/ (Lf+Lr)求得。另外,转向加速度ω利用前侧加速度传感器40和后侧加速度传感器41检测加速度并计算，但也可以使用转向加速度传感器检测。
[0087]另外，虽然转速确定单元44c通过比较致动器A内的工作油的油温与基准温度确定泵12的转速，但也可以取而代之，根据温度以外的信息推断油温，根据推断到的油温确定泵12的转速。例如，油温可以根据日期信息推断。即，在获得的日期属于冬季期间的情况下，转速确定单元44c判断油温低于基准温度，确定泵12的转速。在冬季期间内，由于油温变低，能够如上所述地根据日期信息推断油温。
[0088]冬季期间例如可以是从11月到2月这样的仅利用日期上的月份指定该期间，但通过从11月16日到2月20日这样的利用天数指定该期间能够高精度地推断油温。日期信息可以从包括作为控制部44的硬件的CPU在内的时钟日历获得，也可以从设于控制器C外的外部设备获得。例如，可以从用于监测铁道车辆的各种信息的车辆监视器获得日期信息。在从外部设备获得日期信息的情况下，不管有线或无线，利用通信从外部设备获得日期信息即可。
[0089]另外，除了日期信息以外，还可以根据铁道车辆的行驶地区的气温信息推断油温。该情况下，只要行驶地区为寒冷地区，就能够推断致动器A内的工作油的推断油温低于基准温度，根据该判断能够确定泵12的转速。也就是说，气温信息只要能够利用转速确定单元44c辨别油温是否可能低于基准温度的信息即可。
[0090]这样，在转速确定单元中所需要的不是严密地推断油温，而是被推断的油温是否低于基准温度。由此，例如气温信息根据行驶地区的平均气温、最低气温确定足矣。另外，气温信息可以设定为即使在相同地区也因日期而不同。也就是说，可以使用与气温信息和日期信息相关的地图、图表推断油温，从而判断油温是否低于基准温度。
[0091]而且，转速确定单元44c还可以根据铁道车辆的行驶位置判断油温是否低于基准温度。转速确定单元44c使用车辆监视器、GPS (Global Positioning System)、或者其他的能够监测行驶位置的装置监测行驶位置，参照该行驶位置的地区的气温信息，推断油温，从而判断油温是否低于基准温度。由此，在铁道车辆行驶在从温暖的地区跨越寒冷地区这样的路线的情况下，能够根据行驶位置推断油温。
[0092]另外，行驶位置所属的地区的气温信息可以设定为根据日期而变化。在该情况下，准备与气温信息和日期信息相关联的地图、图表，通过参照行驶位置所属的地区的地图或图表，能够对油温进行推断。
[0093]如上所述，转速确定单元44c能够根据日期信息、气温信息、行驶位置中的一个以上的信息判断油温是否低于基准温度，但还可以通过采取时刻信息对油温进行推断。由此，转速确定单元44c能够进行因时刻而不同的判断，在相同日期内，在白天能够判断油温不低于基准温度，在清晨、夜晚能够判断油温低于基准温度。由此，转速确定单元44c能够更精确地推断油温，从而能够确定适合于致动器A的泵12的转速。同样地，通过将气温信息与时刻相关联，转速确定单元44c在根据气温信息、行驶位置推断油温的情况下，能够确定更精确的转速。
[0094]而且，转速确定单元44c还可以根据自致动器A起动开始的运转时间推断油温，从而判断油温是否低于基准温度。由于起动致动器A后不久的时间内致动器A内的工作油的油温较低，因此，直到油温上升为止，能够推断油温低于基准温度。因而，作为阈值的运转时间设定为使致动器A内的工作油的油温充分地加温并使工作油的粘度充分地减小的程度。
[0095]另外，根据运转时间对油温进行推断可以与根据上述的日期信息、气温信息、行驶位置、时刻信息对油温进行推断并用。这样，通过使用各种信息推断油温而不需要温度传感器，并能够降低铁道车辆用抑制振动装置I的成本。
[0096]接着,如图5所示,指令计算单元44d包括H 控制器44dl、44d2。指令计算单元44d包括:H 控制器44dl,其根据转向加速度计算部44a计算得到的转向加速度ω求得用于抑制车身B的转向的控制力Fco ;H c?控制器44d2，其根据摆动加速度计算部44b计算得到的摆动加速度β求得用于抑制车身B的摆动的控制力Fβ ;加法器44d3，其通过加法求和控制力Fco和控制力Fi3而求得用于指示前侧的致动器A应输出的推力的控制力指令值Ff;以及减法器44d4，其通过从控制力F β减去控制力Fco而求得用于指示后侧的致动器A应输出的推力的控制力指令值Fr。
[0097]返回到图4 ，驱动部44e按照控制力指令值Ff、Fr所指示的那样向各致动器A施加控制指令，以使各致动器A发挥推力。驱动部44e根据控制力指令值Ff、Fr求得应向各致动器A的第一开闭阀9的螺线管9e、第二开闭阀11的螺线管lie、可变溢流阀22的比例螺线管22c施加的控制指令，从而输出该控制指令。另外，在从控制力指令值Ff、Fr求得控制指令时，还可以通过反馈当前致动器A所输出的推力求得控制指令。
[0098]由于指令计算单元44d进行H c?控制，因此，能够与输入到车身B的振动的频率无关地获得较高的抑制振动效果，从而能够获得较高的鲁棒性。另外，还可以使用H c?控制以外的控制。例如，可以使用天棚(skyhook)控制来控制前后的致动器A,该天棚控制从横向加速度af、ar计算横向速度并在横向速度上乘以天棚阻尼系数而求得控制力指令值。另外，也可以代替根据转向加速度ω和摆动加速度β使前侧的致动器A与后侧的致动器A相关联而控制其推力，而是独立地控制前侧的致动器A和后侧的致动器Α。
[0099]驱动部44e还根据转速确定单元44c的确定结果驱动马达15，以使泵12旋转。在油温为基准温度以上的情况下，使泵12以预先确定的通常转速旋转，能够利用可变溢流阀22对致动器A的推力进行调节。由此，不需使泵12的转速变化，就能够防止随着泵12的转速变动而产生噪音，并且能够提高致动器A的控制响应性。另外，致动器A所产生的推力能够通过可变溢流阀22和马达15的转速这两方面来调节。[0100]在本实施方式的铁道车辆用抑制振动装置I中，在铁道车辆的使用温度环境下，即使是在致动器A中发挥相对较小的推力的情况下，也能够防止推力变得过剩。
[0101]由此，在对致动器A的推力进行反馈控制的情况下，由于即使工作油的油温较低且粘度较高也不会产生推力过剩，因此，控制力指令值Ff、Fr与实际输出的推力之间的偏差不会变大。由此，能够防止致动器A的推力产生振动性的波动，从而能够防止因对铁道车辆的车身B励振而导致振动状况劣化。由此，即使油温较低也能够发挥稳定的推力从而有效地抑制车身振动。
[0102]而且，由于防止了波动的产生，因此，能够防止第一开闭阀9和第二开闭阀11的切换动作频繁产生，从而能够防止它们的寿命缩短而有损于经济性。
[0103]以上，说明了本发明的实施方式，但上述实施方式仅示出了本发明的应用例的一部分，其宗旨并不在于将本发明的技术范围限定于上述实施方式的具体结构。
[0104]本申请基于2011年8月11日向日本国特许厅申请的日本特愿2011-175562主张优先权，该申请的全部内容通过参照编入到本说明书中。
【权利要求】
1.一种铁道车辆用抑制振动装置，其用于抑制铁道车辆的车身振动， 该铁道车辆用抑制振动装置包括: 致动器，其包括与上述铁道车辆的转向架和车身中的一者连结的缸体、以滑动自如的方式插入于上述缸体内的活塞、插入于上述缸体内且与上述活塞和上述转向架和上述车身中的另一者连结的活塞杆、利用上述活塞在上述缸体内划分而成的活塞杆侧空间和活塞侧空间、容器、设于使上述活塞杆侧空间和上述活塞侧空间相连通的第一通路的中途的第一开闭阀、设于使上述活塞侧空间和上述容器相连通的第二通路的中途的第二开闭阀以及能够向上述活塞杆侧空间供给工作油的泵；以及 阻尼电路，其在上述第一开闭阀和上述第二开闭阀关闭的状态下使上述致动器作为阻尼器发挥功能； 工作油具有温度为20°c?60°C的范围且动力粘度处于7mm2/s?50mm2/s的范围的动力粘度温度特性。
2.根据权利要求1所述的铁道车辆用抑制振动装置，其中， 上述泵以预先确定的通常转速被旋转驱动，若上述致动器中的工作油的动力粘度超过50mm2/s，则上述泵以低于上述通常转速的转速被旋转驱动。
3.根据权利要求2所述的铁道车辆用抑制振动装置，其中， 该铁道车辆用抑制振动装置包括转速确定单元，该转速确定单元用于确定上述泵的转速， 上述转速确定单元推断上述致动器的油温，并将工作油的动力粘度为50mm2/s的基准温度与所推断的油温相比较，从而确定上述泵的转速。
4.根据权利要求3所述的铁道车辆用抑制振动装置，其中， 上述转速确定单元根据日期信息、上述铁道车辆的行驶位置、上述铁道车辆的行驶地区的气温信息、时刻信息以及上述致动器的运转时间中的一个以上的信息推断上述致动器的油温。
5.根据权利要求1所述的铁道车辆用抑制振动装置，其中， 工作油为矿物油。
6.根据权利要求1所述的铁道车辆用抑制振动装置，其中， 上述致动器包括:排出通路，其用于连接上述活塞杆侧空间与上述容器；以及可变溢流阀，其设于上述排出通路的中途，且能够改变开阀压力。
7.根据权利要求1所述的铁道车辆用抑制振动装置，其中， 上述阻尼电路包括:吸入通路，其仅容许液体自上述容器朝向上述活塞侧空间流动；以及整流通路，其仅容许液体自上述活塞侧空间朝向上述活塞杆侧空间流动。
【文档编号】F15B21/04GK103547499SQ201280023904
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2012年8月6日 优先权日:2011年8月11日
【发明者】小川贵之, 青木淳, 铃木努, 内田胜, 矢吹千惠 申请人:萱场工业株式会社