(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
路線の地点検知装置からの曲線信号が制御器に入力されると、前後台車に設けた車体または台車の左右振動加速度計で検知した左右振動加速度または車体と台車との間の左右相対変位を制御器に入力し、該制御器内で前記左右振動加速度または車体と台車との間の左右相対変位からローパスフィルタを用いて抽出した定常成分にゲインを掛けて得た制御出力を流体アクチュエータに出力し、車体の中立位置を保持することを特徴とする鉄道車両の車体中立位置制御方法。
【請求項２】
車体の左右振動加速度または車体と台車との間の左右相対変位あるいは台車の左右振動加速度を検知するセンサからの検知信号を制御器に入力し、該制御器内で前記検知信号からローパスフィルタを用いて抽出した曲線通過時の定常成分にゲインを掛けて得た制御出力を流体アクチュエータに出力し、車体の中立位置を保持することを特徴とする鉄道車両の車体中立位置制御方法。
【請求項３】
列車の進行方向に対し前方車両の振動状況を予見信号として制御車両の制御器に入力し、該制御器内で前記予見信号からローパスフィルタを用いて抽出した定常成分にゲインを掛けて得た制御出力を、前方車両と制御車両との距離と車両速度に基づく遅延時間を加味して流体アクチュエータに出力し、車体の中立位置を保持することを特徴とする鉄道車両の車体中立位置制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、鉄道車両の車体の左右方向定常変位に対する車体の中立位置を維持するための鉄道車両の車体中立位置制御装置及び車体中立位置制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両の車体と台車の間は、ばねやダンパ等の緩衝器で連結されており、車体は台車に対し左右方向の変位が許容されている。しかし、その左右方向変位は建築限界を侵さないように台車との間に左右方向の動きを規制するため左右動ストッパが装着されている。そして、車体と左右動ストッパとの間には、通常ストッパの左右側に均等の隙間が設けられている。
【０００３】
通常、車両の走行中に車体振動が発生すると、直線区間では車体と左右動ストッパとの隙間により、台車から車体への直接振動の伝達は防止されているが、曲線区間では超過遠心力により高速時は外軌側へ、低速時は内軌側へ定常変位を生じ、隙間が左右均等でなくなり、左右動ストッパに接触しやすくなる。そして、左右動ストッパに接触し続けるか、または左右動ストッパに衝撃的に当たる場合には、台車振動が直接車体へ伝達し、乗客の乗り心地を悪くする。
【０００４】
前記のストッパ当たりによる乗り心地の低下を防止するため、従来は左右動ストッパとの間の隙間を更に拡大するか、または左右動ストッパ自体の材質をより柔らかくし、車体との接触時の衝撃を緩和する等の技術や、空気ばねの左右剛性を高くして車体の変位を抑制する方法が取られていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来技術により、車体と左右動ストッパとの間の隙間を更に拡大する方法は、建築限界のため拡大に制約を受け、十分な効果があがらない。また、左右動ストッパ自体の材質をより柔らかくすると、その分たわみが大きくなり、そのたわみにより建築限界を侵す危険がある。更に、空気ばねの左右剛性を高くする方法では、台車振動が車体に伝達されやすくなり、乗客の乗り心地を悪くする。
【０００６】
この発明は、曲線区間通過時において車体と左右動ストッパとの間の左右隙間が均等となるように車体の左右方向の動きを制御することにより、曲線区間においても直線区間と同様の乗り心地が得られる鉄道車両の車体中立位置制御装置及び制御方法を提供するものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、例えば鉄道車両の台車上にばねによって支持された車体と台車の間の左右方向に設置した流体アクチュエータと、車体の左右振動加速度または車体と台車との間の左右相対変位あるいは台車の左右振動加速度を検知するセンサと、該センサの出力及び地点検知信号から前記流体アクチュエータへの制御出力を決定する制御器からなる装置を使用して、この発明の実施により鉄道車両が曲線路を通過する際に車体が中立位置を維持できるようにする。
【０００８】
第1の鉄道車両の車体中立位置制御方法は、路線の地点検知装置からの曲線信号が制御器に入力されると、前後台車に設けた車体または台車の左右振動加速度計で検知した左右振動加速度または車体と台車とのあいだの左右相対変位を制御器に入力し、該制御器内で前記左右振動加速度または車体と台車との間の左右相対変位からローパスフィルタを用いて抽出した定常成分にゲインを掛けて得た制御出力を流体アクチュエータに出力し、車体の中立位置を保持する。
【０００９】
また、第2の鉄道車両の車体中立位置制御方法は、路線の地点検知装置からの曲線信号を得ることなく、車体の左右振動加速度または車体と台車との間の左右相対変位あるいは台車の左右振動加速度を検知するセンサからの検知信号を制御器に入力し、該制御器内で前記検知信号からローパスフィルタを用いて抽出した曲線通過時の定常成分にゲインを掛けて得た制御出力を流体アクチュエータに出力し、車体の中立位置を保持する。
【００１０】
更に、第3の鉄道車両の車体中立位置制御方法は、列車の進行方向に対し前方車両の振動状況を予見信号として制御車両の制御器に入力し、該制御器内で前記予見信号からローパスフィルタを用いて抽出した定常成分にゲインを掛けて得た制御出力を、前方車両と制御車両との距離に基づく遅延時間を加味して流体アクチュエータに出力し、車体の中立位置を保持する。
【００１１】
【作用】
路線の地点検知装置からの曲線信号が制御器に入力する場合には、曲線信号が制御器に入力している間、車体に作用している左右振動加速度を、車体に設置した振動検知センサである左右振動加速度計にて検出し、ローパスフィルタを用いて定常成分（超過遠心加速度）を抽出する。そして、前記定常成分にフィードバックゲインを掛けたものを制御出力として流体アクチュエータに出力し、流体アクチュエータを駆動して車体の中立位置を保持する。その結果、車両は曲線区間においても直線区間と同様に車体を中立位置に保持したまま走行できるため、乗客の乗り心地を低下させることがない。
【００１２】
定常成分を抽出する方法としては、前記方法の外に、車体の定常変差を車体と台車の間に設置した振動検知センサである左右変位計にて検出し、ローパスフィルタを用いて定常成分を抽出する方法、または台車の振動加速度を台車に設置した振動検知センサである左右振動検知計にて検出し、ローパスフィルタを用いて定常成分を抽出する方法がある。
【００１３】
路線の地点検知装置からの地点検知信号を用いない場合には、直線路あるいは曲線路にかかわらず常時前記振動検知センサにて左右振動加速度を検出し、前記のフィードバック制御をおこなうが、ローパスフィルタを使用するため、超過遠心力による定常成分が発生する曲線区間を通過するときのみ制御することになる。
【００１４】
また、列車の進行方向に対し前方車両の振動状況を予見信号として制御車両の制御器に入力し、該制御器内で前記予見信号から抽出した定常成分を利用して車体の中立位置を制御することができる。この場合、制御車両の振動は、前方車両の振動検出より遅れて発生するから、前方車両と制御車両との距離に基づいて遅延時間を求め、これを制御器に入力して制御信号の出力を遅らせる必要がある。
【００１５】
なお、前記流体アクチュエータは、単体で給気または排気を可能とする比例圧力制御弁と、複動型空圧シリンダで構成される。
【００１６】
前記のごとく、曲線区間において車体を中立位置に制御することにより、車体と台車のストッパ当たりが防止され、曲線区間通過時も直線区間走行時と同様の乗り心地が得られる。
【0017】
【実施例】
実施例1
本発明の鉄道車両の車体中立位置制御方法を実施するための装置の一例を図1に示す。
鉄道車両の台車上に空気ばね4によって支持された車体1と前台車2、後台車3の間の左右方向に設置した複動型空圧シリンダ19(前台車側)、20(後台車側)及び比例圧力制御弁15、16(前台車側)、17、18(後台車側)からなる流体アクチュエータと、車体1の左右振動加速度を検知する左右振動加速度計7、8または車体1と台車2、3との間の左右相対変位を検知する左右変位計22、23あるいは前台車2、後台車3の左右振動加速度を検知する振動加速度計24、25と、これらの左右振動加速度計または左右変位計の出力及び地点検知信号6から前記流体アクチュエータへの制御出力を決定する制御器9からなる。5は左右動ダンパ、21は空気源である。
【００１８】
実施例２
路線の地点検知装置からの地点検知信号を用い、車体の左右振動加速度により車体の中立位置を制御する場合を図１及び図２に基づいて説明する。
図１に示すように、地点検知信号６により、曲線信号が制御器９に入力されると、車体の左右振動加速度計７、８で検知した左右振動加速度が制御器９に入力される。制御器９内では、入力された左右振動加速度がＡ／Ｄ変換装置１０でディジタル化され、ローパスフィルタ１１を通して定常成分のみを抽出する。次いで、制御量演算装置１２でその定常成分にゲインを掛けたものを制御出力とし、Ｄ／Ａ変換装置１３にてアナログ化され、増幅装置１４を通して各比例圧力制御弁１５、１６、１７、１８に出力する。すると、前記制御出力に基づいて各比例圧力制御弁が給排気し、複動型空圧シリンダ１９、２０が駆動され、車体１を車体中立位置に保持する。この場合の処理の流れを図２のブロック図に示す。
【００１９】
前記のごとく車体の中立位置制御を行なった場合の曲線通過時の振動波形を従来装置による場合の曲線通過時の振動波形と比較して図４に示す。図（ａ）は本発明の実施による場合の振動波形であるが、曲線区間に進入すると振動加速度が大きくなるがその値はほぼ一定の範囲で滑らかに変化しており、車体と台車間の相対変位はストッパ隙間内の小さい範囲にあり、ストッパ当たりは皆無である。一方、図（ｂ）に示す従来装置による場合は、左右振動加速度は曲線区間に進入すると振動加速度は大きく、かつ鋭く変化し、車体と台車間の相対変位はストッパ隙間の最大位置付近で激しく変動し、ストッパ当たりが頻繁に発生していることがわかる。
【００２０】
実施例３
路線の地点検知装置からの地点検知信号を用いないで、車体の左右振動加速度により車体の中立位置を制御する場合を図１及び図２に基づいて説明する。
車両の走行中直線と曲線の区別なく、車体の左右振動加速度計７、８で検知した左右振動加速度が制御器９に入力される。制御器９内では、入力された左右振動加速度がＡ／Ｄ変換装置１０でディジタル化され、ローパスフィルタ１１を通過すると、通常直線区間での振動成分は遮断され、制御信号としては出力されない。
【００２１】
曲線区間になるとローパスフィルタ１１を通して定常成分のみを抽出する。次いで、制御量演算装置１２でその定常成分が不感帯設定値以上の場合、定常成分にゲインを掛けたものを制御出力とし、不感帯設定値以下の場合には制御しない。制御出力は、Ｄ／Ａ変換装置１３にてアナログ化され、増幅装置１４を通して各比例圧力制御弁１５、１６、１７、１８に出力する。すると、前記制御出力に基づいて各比例圧力制御弁が給排気し、複動型空圧シリンダ１９、２０が駆動され、車体１を車体中立位置に保持する。この場合の処理の流れを図２のブロック図に示す。
【００２２】
実施例４
路線の地点検知装置からの地点検知信号を用い、車体と台車との間の左右相対変位により車体の中立位置を制御する場合を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、地点検知信号６により、曲線信号が制御器９に入力されると、車体と台車との間に設けた左右変位計２２、２３より車体と台車との間の左右相対変位が制御器９に入力される。制御器９内ではＡ／Ｄ変換装置１０で相対変位がディジタル化され、ローパスフィルタ１１により振動成分は遮断され、定常成分のみが抽出される。次いで、制御量演算装置１２でその定常成分にゲインを掛けたものを制御出力とし、Ｄ／Ａ変換装置１３にてアナログ化され、増幅装置１４を通して各比例圧力制御弁１５、１６、１７、１８に出力する。すると、前記制御出力に基づいて各比例圧力制御弁が給排気し、複動型空圧シリンダ１９、２０が駆動され、車体１を車体中立位置に保持する。
【００２３】
実施例５
路線の地点検知装置からの地点検知信号を用いないで、車体と台車との間の左右相対変位により車体の中立位置を制御する場合を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、左右変位計２２、２３より車体と台車との間の左右相対変位が制御器９に入力される。制御器９内ではＡ／Ｄ変換装置１０で相対変位がディジタル化され、ローパスフィルタ１１により振動成分は遮断され、定常成分のみが抽出される。ここで、直線区間では定常成分はないので、制御は行なわれないことになる。
【００２４】
次いで、制御量演算装置１２で、その定常成分が不感帯設定値以上の場合、定常成分にゲインを掛けたものを制御出力とし、不感帯設定値以下の場合には制御しない。制御出力は、Ｄ／Ａ変換装置１３にてアナログ化され、増幅装置１４を通して各比例圧力制御弁１５、１６、１７、１８に出力する。すると、前記制御出力に基づいて各比例圧力制御弁が給排気し、複動型空圧シリンダ１９、２０が駆動され、車体１を車体中立位置に保持する。
【００２５】
実施例６
路線の地点検知装置からの地点検知信号を用い、台車の左右振動加速度により車体の中立位置を制御する場合を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、地点検知信号６により、曲線信号が制御器９に入力されると、台車２、３に設置した振動加速度計２４、２５により検出した台車の左右振動加速度を制御器９に入力する。
【００２６】
制御器９内では、入力された左右振動加速度がＡ／Ｄ変換装置１０でディジタル化され、ローパスフィルタ１１を通して定常成分のみを抽出する。次いで、制御量演算装置１２でその定常成分にゲインを掛けたものを制御出力とし、Ｄ／Ａ変換装置１３にてアナログ化され、増幅装置１４を通して各比例圧力制御弁１５、１６、１７、１８に出力する。すると、前記制御出力に基づいて各比例圧力制御弁が給排気し、複動型空圧シリンダ１９、２０が駆動され、車体１を車体中立位置に保持する。
【００２７】
実施例７
路線の地点検知装置からの地点検知信号を用いないで、台車の左右振動加速度により車体の中立位置を制御する場合を図１に基づいて説明する。
車両の走行中直線と曲線の区別なく、台車の左右振動加速度計２４、２５で検知した左右振動加速度が制御器９に入力される。
【００２８】
制御器９内では、入力された左右振動加速度がＡ／Ｄ変換装置１０でディジタル化され、ローパスフィルタ１１を通して振動成分は遮断され、定常成分のみを抽出する。次いで、制御量演算装置１２でその定常成分にゲインを掛けたものを制御出力とし、Ｄ／Ａ変換装置１３にてアナログ化され、増幅装置１４を通して各比例圧力制御弁１５、１６、１７、１８に出力する。すると、前記制御出力に基づいて各比例圧力制御弁が給排気し、複動型空圧シリンダ１９、２０が駆動され、車体１を車体中立位置に保持する。
【００２９】
実施例８
請求項４の発明の実施例を図５、図６に基づいて説明する。
列車の進行方向に対し前方車両Ｂの車体の左右振動加速度計２６から左右振動加速度を予見信号として制御車両Ａの制御器９に入力し、該制御器９内で前記予見信号から定常成分が抽出されたとき、前方車両Ｂと制御車両Ａとの距離Ｌと車両速度Ｓに基づく遅延時間ｔ（ｔ＝Ｌ／Ｓ）を加味して、制御車両Ａの左右振動加速度計から抽出した定常成分にゲインを掛けて得た制御出力を、比例圧力制御弁１５〜１８に出力し、各比例圧力制御弁の給排気により、複動型空圧シリンダ１９、２０が駆動され、車体１を車体中立位置に保持する。
前記、前方車両Ｂの車体の左右振動加速度計２６は、前方車両Ｂの後台車側に設け、制御車両Ａの前台車２側の車体の左右振動加速度計７との距離をＬとした場合について説明したが、制御車両Ａの後台車３側の車体の左右振動加速度計８との距離をＬとする場合もある。また前記車体の左右振動加速度計２６を前方車両Ｂの前台車側に設け、制御車両Ａの前台車２側の車両振動加速度計７との距離をＬとすることもある。
なお、前記予見信号としては、車体の左右振動加速度計のほか、台車の左右振動加速度計または車体と台車の間の左右変位計からの検出信号を利用することができる。この場合の処理の流れを図３のブロック図に示す。
【００３０】
【発明の効果】
この発明は、曲線区間通過時に車体と左右動ストッパとの間の左右隙間が均等となるように車体の左右方向の動きを規制して、車体を中立位置に制御することにより、車体と台車のストッパ当たりが防止され、曲線区間通過時も直線区間走行時と同様の乗り心地が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の鉄道車両の車体中立位置制御方法を実施するための装置例の概略を示す説明図である。
【図2】この発明の実施例2〜7の車体の中立位置制御方法における処理の流れを示すブロック図である。
【図3】この発明の実施例8による車体の中立位置制御方法における処理の流れを示すブロック図である。
【図4】図(a)はこの発明の実施例1により車体の中立位置制御を行なった場合の曲線通過時の振動波形を示すグラフ、図(b)は従来装置による場合の曲線通過時の振動波形を示すグラフである。
【図5】請求項3の発明を実施するための装置例の概要を示す説明図である。
【図6】請求項3の発明を実施するための車体の中立位置制御装置の概略を示す説明図である。
【図１】
0003541967.tif 000002
【図２】
0003541967.tif 000003
【図３】
0003541967.tif 000004
【図４】
0003541967.tif 000005
【図５】
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【図６】
0003541967.tif 000007