(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自然風の空気力に基づいて車両転覆限界風速を算出する車両転覆限界風速算出装置であって、
車両転覆限界風速を算出する計算対象線区が複数に区切られた小区間ごとに、当該小区間の線路構造に関する情報と当該小区間を走行する車両に関する情報とに基づいて求められる空気力係数を用いて車両転覆限界風速を算出する車両転覆限界風速算出手段、を有し、
前記車両転覆限界風速算出手段は、前記小区間ごとに前記車両の速度条件を変えて車両転覆限界風速を算出し、各速度条件における最も低い車両転覆限界風速を前記小区間における車両転覆限界風速とすることを特徴とする車両転覆限界風速算出装置。
【請求項２】
前記車両転覆限界風速算出手段は、全小区間の車両転覆限界風速のうち最も低い車両転覆限界風速を前記計算対象線区における車両転覆限界風速とすることを特徴とする請求項１に記載の車両転覆限界風速算出装置。
【請求項３】
前記車両転覆限界風速算出手段は、前記小区間のうち最も自然風の空気力の影響が大きい地点における車両転覆限界風速を、前記小区間における車両転覆限界風速として算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両転覆限界風速算出装置。
【請求項４】
前記計算対象線区は、隣接する駅の間の線区であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の車両転覆限界風速算出装置。
【請求項５】
所定条件における空気力係数を記録する記録手段を更に有し、
前記車両転覆限界風速算出手段は、前記記録手段に記録されている前記空気力係数を線形補間することで、前記小区間における空気力係数を求めることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の車両転覆限界風速算出装置。
【請求項６】
車両転覆限界風速を算出する計算対象線区が複数に区切られた小区間ごとに、当該小区間の線路構造に関する情報と当該小区間を走行する車両に関する情報とに基づいて求められる空気力係数を用いて、所定風速において転覆せずに走行可能な許容運転速度を算出する許容運転速度算出手段を更に有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の車両転覆限界風速算出装置。
【請求項７】
前記許容運転速度算出手段は、全小区間の許容運転速度のうち最も低い許容運転速度を前記計算対象線区における許容運転速度とすることを特徴とする請求項６に記載の車両転覆限界風速算出装置。
【請求項８】
自然風の空気力に基づいて車両転覆限界風速を算出する車両転覆限界風速算出方法であって、
車両転覆限界風速を算出する計算対象線区が複数に区切られた小区間ごとに、当該小区間の線路構造に関する情報と当該小区間を走行する車両に関する情報とに基づいて求められる空気力係数を用いて車両転覆限界風速を算出する車両転覆限界風速算出ステップを備え、
前記車両転覆限界風速算出ステップでは、前記小区間ごとに前記車両の速度条件を変えて車両転覆限界風速を算出し、各速度条件における最も低い車両転覆限界風速を前記小区間における車両転覆限界風速とすることを特徴と車両転覆限界風速算出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自然風の空気力に基づいて車両転覆限界風速を算出する車両転覆限界風速算出装置及び車両転覆限界風速算出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の運行規制には、非特許文献１に記載された國枝の式に依拠したものがあり、その一例として、車両の転覆限界風速を３０ｍ／ｓ以上となるよう設計した上で、自然風の風速が２５ｍ／ｓになると車両の運行速度を制限し、自然風の風速が３０ｍ／ｓになると車両の運行を中止していた。ところが、実際には、車体形状、地形、構造物、風向きなどの違いにより自然風の空気力が変わってくる。そこで、非特許文献２などでは、風洞実験で求められた空気力係数を用いて、車両諸元、構造物諸元、風向きなどに応じた転覆限界風速を算出する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】鉄道技術研究報告「鉄道車両の転ぷくに関する力学的理論解析」、ＮＯ．  ７９３、車両編第２２１号、ｐｐ．１７７−１８６、１９７２年２月
【非特許文献２】鉄道総研報告「車両の転覆限界風速に関する静的解析法」、１７巻、４号、ｐｐ．３９−４４、２００３年４月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実際の運行規制に適用するには、膨大な計算が必要になるため、未だこのような方法で算出した転覆限界風速に基づいた運行規制は実現されていない。
【０００５】
そこで、本発明は、効率的に転覆限界風速を算出することができ、より現実的な運行規制の実現を図ることができる転覆限界風速算出装置及び転覆限界風速算出方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る車両転覆限界風速算出装置は、自然風の空気力に基づいて車両転覆限界風速を算出する車両転覆限界風速算出装置であって、車両転覆限界風速を算出する計算対象線区が複数に区切られた小区間ごとに、当該小区間の線路構造に関する情報と当該小区間を走行する車両に関する情報とに基づいて求められる空気力係数を用いて車両転覆限界風速を算出する車両転覆限界風速算出手段を有することを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る車両転覆限界風速算出装置によれば、小区間ごとに、線路構造に関する情報と当該小区間を走行する車両に関する情報とに基づいて求められる空気力係数を用いて車両転覆限界風速を算出することで、効率的に実際の状況に適合した車両転覆限界風速を求めることができる。これにより、実際の車両の転覆耐力に応じた運行規制の実現を図ることができる。
【０００８】
また、本発明は、車両転覆限界風速算出手段が、全小区間の車両転覆限界風速のうち最も低い車両転覆限界風速を計算対象線区における車両転覆限界風速とすることが好ましい。このように、小区間ごとに算出された車両転覆限界風速のうち、最も低い車両転覆限界風速を計算対象線区における車両転覆限界風速とすることで、従事員の取り扱いが容易な運行規制を実現することができる。
【０００９】
また、本発明は、車両転覆限界風速算出手段が、小区間のうち最も自然風の空気力の影響が大きい地点における車両転覆限界風速を、小区間における車両転覆限界風速として算出することが好ましい。このようにすることで、車両転覆限界風速の信頼性を高めることができる。
【００１０】
また、本発明は、計算対象線区が、隣接する駅の間の線区であることが好ましい。このようにすることで、駅間の車両転覆限界風速を求めることができるため、運行規制のルールを簡略化することができる。
【００１１】
また、本発明は、所定条件における空気力係数を記録する記録手段を更に有し、車両転覆限界風速算出手段が、記録手段に記録されている空気力係数を線形補間することで、小区間における空気力係数を求めることが好ましい。空気力係数は風洞実験により求めることができるが、このようにすることで、全ての条件について風洞実験を行わなくても空気力係数を求めることができるため、効率的に車両転覆限界風速を算出することができる。
【００１２】
また、本発明は、車両転覆限界風速算出手段が、小区間ごとに車両の速度条件を変えて車両転覆限界風速を算出し、各速度条件における最も低い車両転覆限界風速を小区間における車両転覆限界風速とすることが好ましい。このように、車両の速度条件を変えることで、様々な速度における車両転覆限界風速を求めることができる。
【００１３】
また、本発明は、車両転覆限界風速を算出する計算対象線区が複数に区切られた小区間ごとに、当該小区間の線路構造に関する情報と当該小区間を走行する車両に関する情報とに基づいて求められる空気力係数を用いて、所定風速において転覆せずに走行可能な許容運転速度を算出し、全小区間の許容運転速度のうち最も低い許容運転速度を計算対象線区における許容運転速度とする許容運転速度算出手段を更に有することが好ましい。このように、許容運転速度を算出することで、車両転覆限界風速が運行の中止条件となる風速を下回った際に、車両を走行させることができる許容速度が分かるため、臨機応変な運行規制を実現することができる。
【００１４】
また、本発明は、許容運転速度算出手段が、全小区間の許容運転速度のうち最も低い許容運転速度を前記計算対象線区における許容運転速度とすることが好ましい。このように、小区間ごとに算出された許容運転速度のうち、最も低い許容運転速度を計算対象線区における許容運転速度とすることで、従事員の取り扱いが容易な運行規制を実現することができる。
【００１５】
本発明に係る車両転覆限界風速算出方法は、自然風の空気力に基づいて車両転覆限界風速を算出する車両転覆限界風速算出方法であって、車両転覆限界風速を算出する計算対象線区が複数に区切られた小区間ごとに、当該小区間の線路構造に関する情報と当該小区間を走行する車両に関する情報とに基づいて求められる空気力係数を用いて車両転覆限界風速を算出することを特徴とする。
【００１６】
本発明に係る車両転覆限界風速算出方法によれば、小区間ごとに、線路構造に関する情報と当該小区間を走行する車両に関する情報とに基づいて求められる空気力係数を用いて車両転覆限界風速を算出することで、効率的に実際の状況に適合した車両転覆限界風速を求めることができる。これにより、実際の車両の転覆耐力に応じた運行規制の実現を図ることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、効率的に転覆限界風速を算出することができ、より現実的な運行規制の実現を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本実施形態に係る転覆限界風速算出装置を概略的に示すブロック構成図である。
【図２】空気力係数データベースを示す図である。
【図３】転覆限界風速算出処理の動作を示すフローチャートである。
【図４】転覆限界風速算出処理を示すフローチャートである。
【図５】転覆限界風速算出処理を示すフローチャートである。
【図６】転覆限界風速及び許容運転速度の出力例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照して、本発明に係る車両転覆限界風速算出装置及び車両転覆限界風速算出方法の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。
【００２０】
本実施形態に係る車両転覆限界風速算出装置を説明する前に、非特許文献２に記載された車両転覆限界風速の算出手法について簡単に説明する。なお、以下の説明に用いる符号は次のとおりである。
ＦＳ：自然風の横力（Ｎ）
ＦＬ：自然風の揚力（Ｎ）
Ｆｕ：車体に作用する超過遠心力（Ｎ）
Ｆｕ’：台車に作用する超過遠心力（Ｎ）
ｍＢ：半車体質量（ｋｇ）
ｍＴ：台車質量（ｋｇ）
μ：台車・半車体質量比（ｍＴ／ｍＢ）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ２）
ｖ：走行速度（ｍ／ｓ）  （ｖ＝Ｖ／３．６、Ｖ：走行速度（ｋｍ／ｈ））
αｙ：車体左右振動加速度（ｍ／ｓ２）
αｕ：超過遠心加速度（ｍ／ｓ２）
Ｐ０：静止荷重（Ｎ）  （Ｐ０≡（ｍＢ＋ＢＴ）ｇ／２）
ＰＬ：左車輪（風上側車輪）の輪重（Ｎ）
ＰＲ：右車輪（風下側車輪）の輪重（Ｎ）
ｈＧＢ：車体重心高さ（レール面上）（ｍ）
ｈＧＴ：台車重心高さ（レール面上）（ｍ）
ｈＧ：車両重心高さ（レール面上）（ｍ）
ｈＢＣ：風圧中心高さ（レール面上）（ｍ）
ｅ：車体重心〜風圧中心間距離（ｍ）
Ｇ：車輪／レール接触転換距離（ｍ）
ρ：空気密度（ｋｇ／ｍ３）
ｕ：風速（ｍ／ｓ）
ｈＢ１：車体中心高さ（レール面上）（ｍ）
ｈＢ２：車体高さ（ｍ）
ＳＡ：半車体側面積（ｍ２）
Ｒ：曲線半径（ｍ）
ｃ：カント（ｍ）
ＦＢ：半車体に作用する左右力（Ｎ）
ＭＢ：半車体に作用する車体重心周りのモーメント（Ｎｍ）
ｙＢ：車体重心の左右変位（ｍ）
φＢ：車体の重心周りのロール変位（ｒａｄ）
ｈ１：車体重心〜車軸中心間距離（ｍ）
ｈ２：車体重心〜空気ばね中心間距離（ｍ）
ｈ３：車体重心〜左右動ストッパ中心間距離（ｍ）
ｙｓ：左右動ストッパ遊間（ｍ）
ｚｓ：上下動ストッパ遊間（ｍ）
２ｂ：車輪／レール接触点間距離（ｍ）
２ｂ１：左右の軸ばね中心間距離（ｍ）
２ｂ２：左右の空気ばね中心間距離（ｍ）
２ｂ３：左右の上下動ストッパ中心間距離（ｍ）
ｋ１：軸ばね上下ばね定数／軸箱（Ｎ／ｍ）
ｋ２：空気ばね上下ばね定数／台車片側（Ｎ／ｍ）
ｋｙ：空気ばね左右ばね定数／台車片側（Ｎ／ｍ）
ｋｙｓ：左右動ストッパゴムばね定数／１組（Ｎ／ｍ）
ｋｚｓ：上下動ストッパゴムばね定数／１組（Ｎ／ｍ）
ｋｒ：アンチロール装置の回転ばね定数（Ｎｍ／ｒａｄ）
【００２１】
走行中の車両に作用する外力のうち、転覆への影響が大きい外力は、自然風の空気力、曲線通過時の超過遠心力、左右振動慣性力の三力となる。
【００２２】
自然風の空気力は、横力係数ＣＳ、揚力係数ＣＬ及びモーメント係数ＣＭＲの空気力諸係数を用いて表すことができ、自然風の横力ＦＳ、揚力ＦＬ及び風圧中心高さｈＢＣは、次の式（１）〜式（３）で表される。なお、これらの空気力諸係数は、縮尺模型を用いた風洞試験により決定される。
【数１】
0005888931.tif 000002
【００２３】
車体重心に作用する超過遠心力Ｆｕ、台車重心に作用する超過遠心力Ｆｕ’及び超過遠心加速度αｕは、次の式（４）及び式（５）で表される。
【００２４】
Ｆｕ（Ｎ）＝ｍＢαｕ    …（４）
【００２５】
Ｆｕ’（Ｎ）＝ｍＴαｕ    …（５）
【００２６】
左右振動慣性力Ｆｖ（Ｎ）は、次の式（６）で表される。
【００２７】
Ｆｖ（Ｎ）＝ｍＢαｙ    …（６）
【００２８】
これらの三力を考慮すると、危険率Ｄ（輪重減少率）は、次の式（７）又は式（８）で表される。
【数２】
0005888931.tif 000003
【数３】
0005888931.tif 000004
【００２９】
式（７）又は式（８）で算出される危険率Ｄが１．０になると（風上側の輪重が０％になると）車両が転覆する。そこで、本実施形態では、式（７）又は式（８）で算出される危険率Ｄが所定の設定値を上回ると、車両転覆の危険性があると判断して、この時の風速を車両転覆限界風速とする。なお、危険率Ｄの設定値は、１．０であってもよく、１．０よりも小さい値であっても良い。
【００３０】
次に、本実施形態に係る転覆限界風速算出装置１の構成について説明する。
【００３１】
図１は、本実施形態に係る転覆限界風速算出装置を概略的に示すブロック構成図である。図１に示すように、転覆限界風速算出装置１は、計算対象線区設定部２と、小区間設定部３と、キロ程設定部４と、軌道諸元取得部５と、構造物諸元取得部６と、走行車両設定部７と、車両諸元取得部８と、転覆限界風速算出処理部９と、を備える。この転覆限界風速算出装置１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。
【００３２】
計算対象線区設定部２は、転覆限界風速を算出する計算対象線区を設定するものである。すなわち、計算対象線区設定部２は、全国各地に敷設されている路線から転覆限界風速を算出する計算対象路線を選択し、更にこの計算対象路線における転覆限界風速を算出する計算対象線区を設定する。計算対象線区は、路線における任意の位置であってよい。このため、計算対象線区は、例えば、隣接する駅の間の線区であってもよく、計算対象路線を一定距離で等分割した線区であってもよい。
【００３３】
小区間設定部３は、計算対象線区設定部２により設定された計算対象線区を複数に区切った小区間を設定するものである。小区間は、計算対象線区を如何なる距離であってもよい。このため、小区間は、例えば、計算対象線区を一定距離で等分割した区間であってもよく、計算対象線区を地形などに応じて区切った区間であってもよい。
【００３４】
キロ程設定部４は、小区間設定部３により設定された小区間の代表地点をキロ程として設定する。後述するように、本実施形態では、一つの小区間では一地点のみ転覆限界風速を算出するため、キロ程設定部４は、小区間設定部３が設定した小区間ごとに、転覆限界風速を算出するキロ程を設定する。
【００３５】
ここで、転覆限界風速を算出するキロ程の選定基準例について説明する。
【００３６】
キロ程設定部４が設定するキロ程は、小区間における転覆限界風速を算出する代表箇所となるため、自然風の影響が最も大きい地点が、キロ程として選定される。例えば、周囲に建物密集地域が連続している箇所よりも、周囲に建物密集地域が連続していない箇所を選択する。また、素地よりも盛土、低盛土よりも橋梁（高架）、橋梁（高架）よりも高盛土を選択する。また、直線よりも曲線を選択する。また、カントが小さい箇所よりもカントが大きい箇所を選択する。また、周囲に建物がある曲線よりも周囲に建物がない直線を選択する。そして、キロ程設定部４は、このような選定基準に基づいて、小区間設定部３が設定した小区間のうち、自然風の影響が最も大きい地点を、転覆限界風速を算出するキロ程として設定する。なお、このようなキロ程の選定は、作業者が手動で行ってもよく、路線の様々な情報に基づいてコンピュータが自動的に行ってもよい。
【００３７】
軌道諸元取得部５は、キロ程設定部４が設定したキロ程における線路の軌道諸元を取得するものである。軌道諸元としては、例えば、直線と曲線の別、曲線線路の曲線半径及びカントなどが挙げられる。なお、軌道諸元としては、必ずしもこれらの情報に限定されるものではなく、他の情報であってもよい。
【００３８】
そこで、予め、これらの軌道諸元が登録された軌道諸元データベースを作成し、この作成した軌道諸元データベースを転覆限界風速算出装置１がアクセス可能な記憶装置（不図示）に記憶しておく。そして、軌道諸元取得部５は、キロ程設定部４によりキロ程が指定されると、この指定されたキロ程における線路の軌道諸元を軌道諸元データベースから抽出することにより、キロ程設定部４が設定したキロ程における線路の軌道諸元を取得する。なお、このような軌道諸元データベースが無い場合は、作業者による軌道諸元の手動入力などにより、キロ程設定部４が設定したキロ程における線路の軌道諸元を取得することができる。
【００３９】
構造物諸元取得部６は、キロ程設定部４が設定したキロ程における線路の構造物諸元を取得するものである。構造物諸元は、線路構造に関する情報であり、空気力係数を算出するための情報である。構造物諸元としては、例えば、構造物の種類、橋桁の高さ、防風柵の有無が挙げられる。構造物の種類としては、例えば、単線橋梁、複線高架橋、単線築堤などが挙げられる。なお、構造物諸元は、必ずしもこれらの情報に限定されるものではなく、他の情報であってもよい。
【００４０】
そこで、予め、これらの構造物諸元が登録された構造物諸元データベースを作成し、この作成した構造物諸元データベースを転覆限界風速算出装置１がアクセス可能な記憶装置（不図示）に記憶しておく。そして、構造物諸元取得部６は、キロ程設定部４によりキロ程が指定されると、この指定されたキロ程における線路の構造物諸元を構造物諸元データベースから抽出することにより、キロ程設定部４が設定したキロ程における線路の構造物諸元を取得する。なお、このような構造物諸元データベースが無い場合は、作業者による構造物諸元の手動入力などにより、キロ程設定部４が設定したキロ程における線路の構造物諸元を取得することができる。
【００４１】
走行車両設定部７は、計算対象線区設定部２が設定した計算対象線区を走行する全ての車両を設定するものである。車両の設定は、例えば、車両の種別を入力することにより行う。なお、車体の種類を断面形状で分類すると、概ね、通勤近郊車両、特急用車両、二階建て車両、寝台客車に分類されるため、車両の種別は、例えば、通勤近郊車両であれば１０３系形状、特急用車両であれば４８５系形状、二階建て車両であれば２８５系形状、寝台客車であれば２４系形状として入力することもできる。
【００４２】
車両諸元取得部８は、走行車両設定部７が設定した各車両の車両諸元を取得するものである。車両諸元は、車両に関する情報であり、空気力係数及び危険率Ｄを算出するための情報である。車両諸元としては、例えば、車体重量、台車質量、車体重心高さ、台車重心高さ、車輪半径、空気ばね中心高さ、左右動ストッパ取付高さ、左右動ストッパ間隔、上下動ストッパ間隔、軸ばね左右取付間隔、空気ばね左右取付間隔、上下ストッパ左右取付間隔、軸ばね剛性、空気ばね上下剛性、空気ばね左右剛性、左右動ストッパ剛性、上下動ストッパ剛性、レール面上からの車体高さ、車体長さ、断面形状などが挙げられる。
【００４３】
これらの車両諸元は基本的に車両の種別に対応する。そこで、予め、車両の種別と車両諸元とを対応付けた車両諸元データベースを作成し、この作成した車両諸元データベースを、転覆限界風速算出装置１がアクセス可能な記憶装置（不図示）に記録しておく。そして、車両諸元取得部８は、走行車両設定部７により車両の種別が入力されると、この入力された種別の車両に対応する車両諸元を車両諸元データベースから抽出することにより、走行車両設定部７が設定した各車両の車両諸元を取得する。なお、このような車両諸元データベースが無い場合は、作業者による車両諸元の手動入力などにより、設定された車両の車両諸元を取得することができる。
【００４４】
転覆限界風速算出処理部９は、上述した式（７）又は式（８）を利用して、計算対象線区における車両転覆限界風速を算出するものである。
【００４５】
転覆限界風速算出処理部９は、小区間設定部３が設定した小区間ごとに、キロ程設定部４が設定したキロ程における空気力係数を算出する機能を有している。
【００４６】
上述したように、空気力係数は、縮尺模型を用いた風洞試験により求めることができる。しかしながら、実際には、全ての条件について風洞実験を行うのは現実的ではない。そこで、所定の条件についてのみ風洞実験を行って空気力係数を求めておき、転覆限界風速算出処理部９は、この風洞実験から求められた空気力係数を線形補間することにより、構造物諸元取得部６により設定された構造物諸元における空気力係数を算出する。
【００４７】
具体的に説明すると、例えば、構造物の種類を、単線橋梁、複線高架橋、単線築堤の３つとし、単線橋梁では、地上高さを２１，６ｍとし、桁高を１ｍ、２ｍ，３．５ｍの３つとし、複線高架橋では、地上高さを２０，２ｍとし、桁高を１ｍ、３．５ｍ、６ｍの３つとして、風洞実験を行う。そして、図２に示すように、各条件における空気力係数（横力係数、揚力係数、ローリングモーメント係数）を空気力係数データベースに登録しておく。なお、図２は、空気力係数データベースを示す図であり、この空気力データベースは、転覆限界風速算出装置１がアクセス可能な記憶装置（不図示）に記録されている。
【００４８】
転覆限界風速算出処理部９は、構造物諸元取得部６により取得された構造物諸元が空気力係数データベースに登録された条件と同一であると判断すると、風洞実験で求めた空気力係数を当該キロ程における空気力係数とする。一方、転覆限界風速算出処理部９は、構造物諸元取得部６により取得された構造物諸元が空気力係数データベースに登録された条件と異なると判断すると、空気力係数データベースの各条件に対応する空気力係数を線形補間することにより、当該キロ程における空気力係数を算出する。例えば、桁高が１．５ｍである場合は、桁高が１ｍの空気力係数と桁高が２ｍの空気力係数との線形補間により、桁高が１．５ｍの空気力係数を算出する。また、構造物の種類が素地である場合は、築堤の空気力係数に対して盛土上で風が収斂する効果を滅殺する線形補間により、素地の空気力係数を算出する。例えば、風向角が９０°の築堤を１．６とした場合に素地を１．０とする線形補間により、素地の空気力係数を算出する。そして、防風柵が設置されている場合は、算出した空気力係数に１未満の係数を掛け合わせることで、防風柵の影響を加味する。
【００４９】
また、転覆限界風速算出処理部９は、この算出した空気力係数に基づいて、小区間設定部３が設定した小区間ごとに、キロ程設定部４が設定したキロ程における転覆限界速度を算出する機能を有している。すなわち、転覆限界風速算出処理部９は、この算出した空気力係数と、軌道諸元取得部５が取得した軌道諸元と、車両諸元取得部８が取得した車両諸元とに基づいて、自然風の風向角を変えながら危険率Ｄを算出し、危険率Ｄが設定値を下回った時の風速を、当該小区間における転覆限界風速とする。
【００５０】
また、転覆限界風速算出処理部９は、全小区間の車両転覆限界風速のうち最も低い車両転覆限界風速を計算対象線区における車両転覆限界風速とする機能を有している。
【００５１】
また、転覆限界風速算出処理部９は、上述した式（７）又は式（８）を利用して、所定風速において転覆せずに走行可能な許容運転速度を算出するものである。
【００５２】
転覆限界風速算出処理部９は、風速を固定しておき、小区間設定部３が設定した小区間ごとに、キロ程設定部４が設定したキロ程の許容運転速度を算出する機能を有している。例えば、車両の運行を中止する風速を３０ｍ／ｓとすると、転覆限界風速算出処理部９は、所定風速を２０ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓに設定する。そして、転覆限界風速算出処理部９は、当該キロ程における空気力係数と、軌道諸元取得部５が取得した当該キロ程における軌道諸元と、車両諸元取得部８が取得した車両諸元とに基づいて、自然風の風向角を変えながら危険率Ｄを算出し、危険率Ｄが設定値を下回った時の速度を、当該小区間における許容運転速度とする。
【００５３】
また、転覆限界風速算出処理部９は、全小区間の許容運転速度のうち最も低い許容運転速度を計算対象線区における許容運転速度とする機能を有している。
【００５４】
次に、転覆限界風速算出装置１による転覆限界風速算出方法について説明する。
【００５５】
図３は、転覆限界風速算出処理の動作を示すフローチャートである。図３に示すように、まず、転覆限界風速算出装置１は、計算対象線区設定部２により、転覆限界風速の算出対象となる計算対象線区を設定する（ステップＳ１）。
【００５６】
次に、転覆限界風速算出装置１は、ステップＳ１で設定された計算対象線区を区切り、転覆限界風速の算出対象となる複数の小区間を設定する（ステップＳ２）。
【００５７】
次に、転覆限界風速算出装置１は、ステップＳ２で設定された全ての小区間について、転覆限界風速を算出するキロ程を設定する（ステップＳ３）。
【００５８】
次に、転覆限界風速算出装置１は、ステップＳ３で設定された全てのキロ程における線路の軌道諸元を取得する（ステップＳ４）。
【００５９】
次に、転覆限界風速算出装置１は、ステップＳ３で設定された全てのキロ程における線路の構造物諸元を取得する（ステップＳ５）。
【００６０】
次に、転覆限界風速算出装置１は、ステップＳ１で設定された計算対象線区を走行する全ての車両を設定する（ステップＳ６）。
【００６１】
次に、転覆限界風速算出装置１は、ステップＳ６で設定された各車両の車両諸元を取得する（ステップＳ７）。
【００６２】
次に、転覆限界風速算出装置１は、ステップＳ３で設定された全てのキロ程における空気力係数を算出する（ステップＳ８）。ステップＳ８では、空気力係数データベースに登録された空気力係数を線形補間することにより、ステップＳ５で取得された構造物諸元に対応する空気力係数を算出する。そして、この算出した空気力係数を、各キロ程における空気力係数とする。
【００６３】
次に、転覆限界風速算出装置１は、転覆限界風速算出処理部９により、転覆限界風速算出処理を行う（ステップＳ９）。
【００６４】
図４及び図５は、転覆限界風速算出処理を示すフローチャートである。
【００６５】
図４及び図５に示すように、転覆限界風速算出処理では、まず、ステップＳ１で設定された計算対象線区を選択する（ステップＳ１１）。
【００６６】
次に、ステップＳ３で設定された複数のキロ程から一つのキロ程を選択する（ステップＳ１２）。ステップＳ３で複数のキロ程が設定されていると、後述するステップＳ３３からステップＳ１２に戻ってくることで、ステップＳ３で設定されたキロ程の数だけステップＳ１２が繰り返される。そこで、ステップＳ１２では、処理を行うたびに、小さいキロ程から大きいキロ程に順次選択していく。
【００６７】
次に、ステップＳ６で設定された車両から一つの車両を選択する（ステップＳ１３）。ステップＳ６で複数の車両が設定されていると、後述するステップＳ３２からステップＳ１３に戻ってくることで、ステップＳ６で設定された車両の数だけステップＳ１３が繰り返される。そこで、ステップＳ１３では、処理を行うたびに、異なる車両を順次選択していく。
【００６８】
次に、車両速度を選択する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４では、処理を行うたびに、車両速度を０ｋｍ／ｈから、ステップＳ１２で選択されたキロ程においてステップＳ１３で選択された車両が許容される最高速度まで、所定速度ごとに順次選択していく。例えば、この最高速度が１００ｋｍ／ｈで、変更幅が５ｋｍ／ｈである場合を考えると、ステップＳ１４では、処理を行うたびに、車両速度を０ｋｍ／ｈから１００ｋｍ／ｈまで５ｋｍ／ｈ刻みで順次選択していく。
【００６９】
次に、自然風の風向角を選択する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５では、処理を行うたびに、風向角を０°から９０°まで、所定角度毎に順次選択していく。例えば、変更幅が１０°である場合を考えると、ステップＳ１５では、処理を行うたびに、風向角を０°から９０°まで１０°刻みで順次選択していく。
【００７０】
次に、自然風の風速を選択する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６では、処理を行うたびに、風速を、走行上安全な風速から、走行上危険な風速まで、所定速度ごとに順次選択していく。例えば、走行上安全な風速が１０ｍ／ｓ、走行上危険な風速が６０ｍ／ｓ、変更幅が０．０１ｍ／ｓである場合を考えると、ステップＳ１６では、処理を行うたびに、風速を１０ｍ／ｓから６０ｍ／ｓまで０．０１ｍ／ｓ刻みで順次選択していく。
【００７１】
次に、危険率Ｄを算出する（ステップＳ１７）。ステップＳ１７では、まず、空気力係数データベースに登録されている空気力係数を構造物条件ごとに線形補間することにより、ステップＳ１２で選択されたキロ程における空気力係数を算出する。また、ステップＳ１２で選択したキロ程における線路の軌道諸元を取得するとともに、ステップＳ１３で選択した車両の車両諸元を取得する。そして、算出した空気力係数と、ステップＳ１２で選択したキロ程における線路の軌道諸元と、ステップＳ１３で選択した車両の車両諸元と、ステップＳ１４で選択した車両速度と、ステップＳ１５で選択した風向角と、ステップＳ１６で選択した風速と、を条件として危険率Ｄを算出する。
【００７２】
ここで、ステップＳ１２で選択されたキロ程における線路が曲線である場合は、自然風により車両が外方に転覆する場合と内方に転覆する場合とで危険率Ｄが変わる。そこで、ステップＳ１７では、ステップＳ１２で選択されたキロ程における線路が曲線である場合は、自然風により車両が外方に転覆する場合（以下「外方転覆」という）と内方に転覆する場合（以下「内方転覆」という）の双方について、危険率Ｄを算出する。この場合、式（４）で表される超過遠心力Ｆｕ（ｎ）の正負を入れ替えることで、外方転覆の危険率Ｄと内方転覆の危険率Ｄとを算出することができる。
【００７３】
次に、ステップＳ１７で算出された危険率Ｄが設定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ１８）。なお、ステップＳ１７で、外方転覆の危険率Ｄと内方転覆の危険率Ｄを算出した場合は、より高い方の危険率Ｄを判定対象とし、外方転覆と内方転覆のうち何れを判定対象としたのかを記録しておく。そして、この危険率Ｄが設定値以下であると判定すると（ステップＳ１８：ＮＯ）、ステップＳ１６に戻り、自然風の風速を新たに選択して再度ステップＳ１６〜Ｓ１８を繰り返す。一方、この危険率Ｄが設定値よりも大きいと判定すると（ステップＳ１８：ＹＥＳ）、ステップＳ１９に進む。
【００７４】
次に、角度毎の転覆限界風速の最小値を判定する（ステップＳ１９）。ステップＳ１９では、ステップＳ１８で危険率Ｄが設定値よりも大きくなったと判定されたときにステップＳ１６で選択されている風速を、ステップＳ１５で選択された風向角における角度毎転覆限界風速の最小値と判定する。そして、この最小値と判定した角度毎転覆限界風速を記録しておく。なお、上述したステップＳ１８において、ステップＳ１６で最大風速が選択されている場合にも危険率Ｄが設定値以下であると判定した場合は、ステップＳ１６に戻らずに、この最大風速を、角度毎転覆限界風速の最小値と判定する。
【００７５】
次に、ステップＳ１５で選択された風向角が９０°であるか否かを判定する（ステップＳ２０）。この風向角が９０°ではないと判定すると（ステップＳ２０：ＮＯ）、ステップＳ１５に戻り、自然風の風向角を新たに選択して再度ステップＳ１５〜Ｓ２０を繰り返す。一方、この風向角が９０°であると判定すると（ステップＳ２０：ＹＥＳ）、ステップＳ２１に進む。
【００７６】
次に、ステップＳ１４で選択された車両速度が最高速度であるか否かを判定する（ステップＳ２１）。この車両速度が最高速度ではないと判定すると（ステップＳ２１：ＮＯ）、ステップＳ１４に戻り、車両速度を新たに選択して再度ステップＳ１４〜Ｓ２１を繰り返す。一方、この車両速度が最高速度であると判定すると（ステップＳ２１：ＹＥＳ）、ステップＳ２２に進む。
【００７７】
次に、小区間転覆限界風速を決定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２では、ステップＳ１９で記録された角度毎転覆限界風速のうち、最も低い風速を、ステップＳ１２で選択されたキロ程におけるキロ程転覆限界風速とし、このキロ程転覆限界風速を、当該キロ程が含まれる小区間の小区間転覆限界風速として決定する。そして、この決定した小区間転覆限界風速を記録しておく。なお、ステップＳ２２で決定された小区間転覆限界風速が、所定の閾値（例えば、ステップＳ１６で選択される最高風速や運行中止条件の一例として採用されている３０ｍ／ｓなど）以上である場合は、後述するステップＳ２３〜Ｓ３０の処理を省略してもよい。
【００７８】
次に、自然風の風速を選択する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３で設定する風速は、許容運転速度を算出するための風速であり、本実施形態では、一例として、２０ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓとする。そして、ステップＳ２３では、処理を行うたびに、これらの風速を順次設定していく。
【００７９】
次に、自然風の風向角を選択する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４では、ステップＳ１５と同様に、処理を行うたびに、風向角を０°から９０°まで、所定角度毎に順次選択していく。
【００８０】
次に、車両速度を選択する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５では、ステップＳ１４と同様に、処理を行うたびに、車両速度を０ｋｍ／ｈから、ステップＳ１２で選択されたキロ程においてステップＳ１３で選択された車両が許容される最高速度まで、所定速度ごとに順次選択していく。但し、ステップＳ２５では、許容運転速度を算出するために車両速度を選択するため、その変更幅は、ステップＳ１４よりも細かいほうが好ましい。例えば、処理を行うたびに、１ｋｍ／ｈ刻みで車両速度を順次選択していく。
【００８１】
次に、危険率Ｄを算出する（ステップＳ２６）。ステップＳ２６では、ステップＳ１７で算出した空気力係数と、ステップＳ１２で選択したキロ程における線路の軌道諸元と、ステップＳ１３で選択した車両の車両諸元と、ステップＳ２３で選択した風速と、ステップＳ２４で選択した風向角と、ステップＳ２５で選択した車両速度と、を条件として危険率Ｄを算出する。なお、ステップＳ２６では、ステップＳ１２で選択されたキロ程における線路が曲線である場合は、外方転覆と内方転覆の双方について危険率Ｄを算出する。
【００８２】
次に、ステップＳ２６で算出された危険率Ｄが設定値よりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２７）。なお、ステップＳ２６で、外方転覆の危険率Ｄと内方転覆の危険率Ｄを算出した場合は、より高い方の危険率Ｄを判定対象とし、外方転覆と内方転覆のうち何れを判定対象としたのかを記録しておく。そして、この危険率Ｄが設定値以下であると判定すると（ステップＳ２７：ＮＯ）、ステップＳ２５に戻り、車両速度を新たに選択して再度ステップＳ２５〜Ｓ２７を繰り返す。一方、この危険率Ｄが設定値よりも大きいと判定すると（ステップＳ２７：ＹＥＳ）、ステップＳ２８に進む。
【００８３】
次に、風速・角度毎の許容運転速度の最大値を判定する（ステップＳ２８）。ステップＳ２８では、ステップＳ２７で危険率Ｄが設定値よりも大きくなったと判定されたときにステップＳ２５で選択されている車両の速度を、ステップＳ２３で選択された風速及びステップＳ２４で選択された風向角における風速・角度毎許容運転速度の最大値と判定する。そして、この最大値と判定した風速・角度毎許容運転速度を記録しておく。なお、上述したステップＳ２７において、ステップＳ２５で最高速度が選択されている場合にも危険率Ｄが設定値以下であると判定した場合は、ステップＳ２５に戻らずに、この最高速度を、風速・角度毎許容運転速度の最大値と判定する。
【００８４】
次に、ステップＳ２４で選択された風向角が９０°であるか否かを判定する（ステップＳ２９）。この風向角が９０°ではないと判定すると（ステップＳ２９：ＮＯ）、ステップＳ２４に戻り、自然風の風向角を新たに選択して再度ステップＳ２４〜Ｓ２９を繰り返す。一方、この風向角が９０°であると判定すると（ステップＳ２９：ＹＥＳ）、ステップＳ３０に進む。
【００８５】
次に、ステップＳ２３で選択した風速における耐力を判定する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０の耐力とは、所定の風速においても転覆せずに走行できる車両の速度を意味する。ステップＳ３０では、ステップＳ２２で決定した小区間転覆限界風速が３０ｍ／ｓ未満の場合に、耐力を有しないと判定し、ステップＳ２２で決定した小区間転覆限界風速が３０ｍ／ｓ以上の場合に、耐力を有すると判定する。そして、耐力を有しないと判定すると（ステップＳ３０：ＮＯ）、ステップＳ２３に戻り、風速を新たに選択して再度ステップＳ２３〜Ｓ３０を繰り返す。一方、耐力を有すると判定すると（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、ステップＳ３１に進む。
【００８６】
次に、小区間許容運転速度を決定する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１では、ステップＳ２８で記録された風速・角度毎許容運転速度のうち、最も低い速度を、ステップＳ１２で選択されたキロ程におけるキロ程許容運転速度とし、このキロ程許容運転速度を、当該キロ程が含まれる小区間の小区間許容運転速度として決定する。そして、この決定した小区間許容運転速度を、ステップＳ２３で選択した風速と対応付けて記録しておく。
【００８７】
次に、ステップＳ１３で選択される車両が他にあるか否かを判定する（ステップＳ３２）。そして、他の車両があると判断すると（ステップＳ３２：ＹＥＳ）、ステップＳ１３戻って他の車両を選択し、再度ステップＳ１３〜Ｓ３２を繰り返す。一方、他の車両が無いと判断すると（ステップＳ３２：ＮＯ）、ステップＳ３３に進む。
【００８８】
次に、ステップＳ１２で選択されるキロ程が他にあるか否かを判定する（ステップＳ３３）。そして、他のキロ程があると判断すると（ステップＳ３３：ＹＥＳ）、ステップＳ１２戻って他のキロ程を選択し、再度ステップＳ１２〜Ｓ３３を繰り返す。一方、他のキロ程が無いと判断すると（ステップＳ３３：ＮＯ）、ステップＳ３４に進む。
【００８９】
次に、ステップＳ２２で記録された小区間転覆限界風速のうち、最も低い風速を、ステップＳ１１で選択した計算対象線区における転覆限界風速として決定する（ステップＳ３４）。
【００９０】
次に、ステップＳ３１で記録された小区間許容運転速度のうち、最も低い速度を、ステップＳ１１で選択した計算対象線区における許容運転速度として決定する（ステップＳ３５）。なお、この許容運転速度は、ステップＳ２３で選択した風速に対応して決定される。
【００９１】
このようにして、計算対象線区における転覆限界風速及び許容運転速度が決定されると、転覆限界風速算出装置１は、運行規制に適用するために、これらの情報を紙や画面上などに表示出力する。
【００９２】
図６は、転覆限界風速及び許容運転速度の出力例を示した図である。図６に示す表示例には、計算対象線区が通る通称線名、計算対象線区の始点及び終点となる駅１及び駅２、小区間の始点及び終点となるキロ程、構造物の種類、桁高、空気力係数、線路の線形、車両形式、小区間の最高速度、転覆限界風速、耐力が含まれている。また、線路の線形が曲線である場合は、外方転覆と内方転覆の双方が考えられるため、転覆限界風速の欄には、外方転覆及び内方転覆の別を表示している。また、耐力の欄には、例えば、運行中止条件の一例として採用されている３０ｍ／ｓを超える場合に、風速２０ｍ／ｓ、２５ｍ／ｓ、３０ｍ／ｓである場合に転覆せずに走行できる許容運転速度を表示している。なお、耐力の欄にも、外方転覆又は内方転覆の何れの場合の許容運転速度であるのかを表示している。また、図６では示さなかったが、転覆限界風速を算出するキロ程を表示させてもよい。
【００９３】
以上説明したように、本実施形態によれば、小区間ごとに、線路構造諸元と車両諸元とに基づいて求められる空気力係数を用いて車両転覆限界風速を算出することで、効率的に実際の状況に適合した車両転覆限界風速を求めることができる。これにより、実際の車両の転覆耐力に応じた運行規制の実現を図ることができる。
【００９４】
また、小区間ごとに算出された車両転覆限界風速のうち、最も低い車両転覆限界風速を計算対象線区における車両転覆限界風速とすることで、従事員の取り扱いが容易な運行規制を実現することができる。
【００９５】
また、小区間のうち最も自然風の空気力の影響が大きいキロ程における車両転覆限界風速を小区間車両転覆限界風速として算出することで、車両転覆限界風速の信頼性を高めることができる。
【００９６】
また、計算対象線区を隣接駅間とすることで、運行規制のルールを簡略化することができる。
【００９７】
また、空気力係数データベースに登録されている空気力係数を線形補間することで、全ての条件について風洞実験を行わなくても空気力係数を求めることができるため、効率的に車両転覆限界風速を算出することができる。
【００９８】
また、車両の速度条件を変えて小区間車両転覆限界風速を算出することで、様々な速度における車両転覆限界風速を求めることができる。
【００９９】
また、許容運転速度を算出することで、車両転覆限界風速が運行の中止条件となる風速を下回った際に、車両の走行させることができる許容速度を分かるため、臨機応変な運行規制を実現することができる。
【０１００】
また、小区間ごとに算出された許容運転速度のうち、最も低い許容運転速度を計算対象線区における許容運転速度とすることで、従事員の取り扱いが容易な運行規制を実現することができる。
【０１０１】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では、式（７）又は式（８）を利用して車両転覆限界風速を算出するものとして説明したが、他の手法を用いて車両転覆限界風速を算出するものとしてもよい。同様に、上記実施形態では、式（７）又は式（８）を利用して危険率Ｄを算出するものとして説明したが、危険率は他の手法を利用してもよい。
【０１０２】
また、上記実施形態では、全小区間の車両転覆限界風速のうち最も低い小区間車両転覆限界風速を計算対象線区における車両転覆限界風速とするものとして説明したが、運行規制としては、計算対象線区を一律の車両転覆限界風速とするのではなく、小区間ごとの車両転覆限界風速としてもよい。
【０１０３】
また、上記実施形態では、車両転覆限界風速と許容運転速度を同じ処理で求めるものとして説明したが、これらは別々に求めるものとしてもよい。
【符号の説明】
【０１０４】
１…転覆限界風速算出装置、２…計算対象線区設定部、３…小区間設定部、４…キロ程設定部、５…軌道諸元取得部、６…構造物諸元取得部、７…走行車両設定部、８…車両諸元取得部、９…転覆限界風速算出処理部。
【図１】
0005888931.tif 000005
【図２】
0005888931.tif 000006
【図３】
0005888931.tif 000007
【図４】
0005888931.tif 000008
【図５】
0005888931.tif 000009
【図６】
0005888931.tif 000010