(57)【要約】【課題】  車体傾斜装置を備えた鉄道車両が高速で曲線を通過する際に車体に掛かる遠心力により、車体を支持している空気バネがたわみ、車体は曲線外側へ傾斜する。この傾斜により、車体傾斜装置が本来目標とする傾斜角が低減され、乗客の乗心地が損なわれるという問題がある。この車体の曲線外側への傾斜を補償することにより、乗客の乗心地向上を図る。【解決手段】  車両の走行位置、曲線情報をもとに制御装置９により、曲線への進入、曲線からの脱出に先立ち、車体傾斜補償給排気弁１０を制御し、空気バネ２がたわむ前にそのたわみを補償する方向に空気バネ２内の圧縮空気を給排気させる。【選択図】        図１
2006044342.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両の台車枠と車体の間に複数の車体傾斜装置及び制御装置を備えたことを特徴とする鉄道車両。
【請求項２】
請求項１に記載の車体傾斜装置を備えた鉄道車両において、第１の車体傾斜制御装置は、コロ式の振子装置であり、第２の車体傾斜制御装置は空気バネ装置であって、曲線走行中に発生する遠心力により車体が曲線外軌側へ倒れることによって低減される第１の車体傾斜装置による車体傾斜角を、第２の車体傾斜制御装置である空気バネの空気圧を制御する方式により補償することを特徴とする鉄道車両。
【請求項３】
請求項２に記載の車体傾斜装置を備えた鉄道車両であって、前記車両の現在の走行位置、走行速度および予め記憶されている走行路線の曲線データに基づき、曲線に差し掛かる前から空気バネの空気圧を制御し車体の軌道外側への傾斜を未然に防ぐことを特徴とする鉄道車両の車体傾斜制御方法。
【請求項４】
請求項３に記載の車体傾斜制御方法において、第２の車体傾斜装置である機構として空気バネの圧力をフィードバックすることにより車体傾斜角を制御することを特徴とする鉄道車両の車体傾斜制御方法。
【請求項５】
請求項３に記載の車体傾斜制御方法において、第２の車体傾斜装置による傾斜角を検出することなく制御することを特徴とする鉄道車両の車体傾斜制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、曲線走行時に発生する遠心力による車体の傾斜を補償する手段を備えた鉄道車両に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
乗心地を悪化させずに鉄道車両の曲線通過速度を向上させることを目的として、振子式台車を採用し、さらに、現在の走行位置、走行速度及び予め記憶されている走行路線の曲線データ（曲線位置、曲線半径、カント量、曲線長）に基づき、曲線の入口及び出口における車体の振子動作の遅れを補償する振子式鉄道車両が下記の特許文献に開示され、実用に供されている。
【０００３】
この振子式鉄道車両では地点情報検出手段による情報と、線路データ記憶手段に記憶されている曲線データとの対比により、車両が曲線手前に差し掛かったことを検出すると速度検出手段より得られる現在の走行速度に基づき、制御装置は流量制御弁を介して振子梁と台車枠の間に設置した振子制御用シリンダの流体圧力を変化させ、振子梁が振子コロの上で転がることにより車体が曲線中心側に倒れる方向に振子動作させる。
【０００４】
車体と振子梁の間には車体を支持するための空気バネが存在しており、高速で曲線を通過すると、車体にかかる超過遠心加速度により、空気バネがたわむことにより、車体が曲線外側に傾斜する現象が起きる。
【０００５】
空気バネには車体の床面を振子梁上面と水平に保つための高さ調整給排気弁が備えられ、空気バネ内の圧縮空気を出し入れするが、この高さ調整動作は車体が傾斜したことを高さ調整給排気弁を構成している高さ検知手段にて検知した後に行われるため、動作遅れが生じる。従って、高さ調整給排気弁は曲線の入口、出口付近での乗心地の改善には寄与できない。
【特許文献１】特開平３−７３５１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は高速で曲線を通過する際に遠心力によって車体が曲線外側に傾斜することにより生じる乗心地の悪化を防止することが可能な鉄道車両を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、鉄道車両に複数の車体傾斜装置を付加し、曲線通過時の軌道外側への傾斜により低減される第１の車体傾斜装置による車体傾斜角を補償するため、予め記憶した路線データと現在走行位置に基づき、第２以降の車体傾斜装置として空気バネ等の車体支持装置を制御する事を最も主要な特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の鉄道車両の車体傾斜装置は車両走行中の曲線区間への進入、あるいは曲線区間からの脱出に先立ち、予め準備された曲線形状データと走行速度等から必要となる車体傾斜角度を算出して車体傾斜制御を行うと同時に、曲線通過中に空気バネがたわみ、車体が軌道外側へ傾斜する動作をも未然に防止でき、乗客の乗心地向上を図ることができるという利点がある。
【０００９】
万が一第２の車体傾斜装置が故障しても第１の車体傾斜装置の傾斜角度を第２の車体傾斜装置の傾斜角度より大きくすることにより、乗客の乗心地を大幅に損ねることなく所定の速度で曲線を通過することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
曲線走行中の車体の軌道外側への傾斜を第２の車体傾斜装置により補正させる動作を第１の車体傾斜装置の制御動作と同期させるという目的を、共通の地点検知手法、制御装置を用いることにより最小の部品点数で実現する。
【実施例１】
【００１１】
図１は本発明を適用した鉄道車両の１実施例の断面図である。
車体１は、第２の車体傾斜装置として機能する空気バネ２を介して第１の車体傾斜装置を振子梁３に支持される。振子梁３は下面に湾曲面が形成され、振子コロ４上を転動することができる。
シリンダ５は、振子梁３の移動を操作することができ、サーボ制御弁８を介して制御装置９により制御される。
振子コロ４を上面で支持する台車枠６は車輪７を下面で支持する。
【００１２】
第２の車体傾動装置として機能する空気バネ２は、車体傾斜補償給排気弁１０を介して制御装置９に連結され、空気バネ２に対する給排気が制御される。空気バネ２には、車体傾斜角度検出手段１１が装備される。
【００１３】
図２は、本発明の車体傾斜装置の補償制御のブロック図である。
制御装置９は、伝送入力手段９１と、制御演算手段９２を備える。
指令制御装置１３は、路線情報記憶手段１３１、車両の位置検出手段１３２、伝送出力手段１３３を備え、制御装置９の伝送入力手段９１に必要な情報を送る。
【００１４】
制御演算手段９２は、伝送入力手段９１から与えられる指令と、振子角度検出手段１２と車体傾斜角度検出手段１１からの信号に基づいて、サーボ制御弁８を制御して、第１の車体傾斜装置の振子制御用シリンダ５を操作する。
制御演算手段９２は、また、車体傾斜補償給排気弁１０を制御して、第２の車体傾斜装置である空気バネ２を操作する。
【００１５】
また、車体異常下降検出手段１４と車体異常上昇検出手段１５を備え、制御演算手段９２に必要なデータを送ることもできる。
【００１６】
車体１は空気バネ２を介して振子梁３と結合されており、曲線通過中に車体１の重心位置に掛かる遠心力により、振子梁３が振子コロ４の上を転がることにより車体１は振子動作をし乗客（図示せず）に掛かる遠心力を低減している。
【００１７】
このとき、台車枠５と振子梁３上面との間の角度（以下、振子角と記す）θは数１にて求められる。
（数１）
θ＝tan-1（ｖ２／ｇ／Ｒ−Ｃ／Ｇ）
ここで、ｖ：車速（単位：メートル毎秒）
Ｒ：曲線半径（単位：メートル）
ｇ：重力加速度（単位：メートル毎秒毎秒）
Ｃ：カント量（単位：ミリメートル）
Ｇ：軌道間隔（単位：ミリメートル）
【００１８】
但し、振子角θは車体１と線路脇の構造物（図示せず）との接触防止並びに脱線の危険性回避の観点から、ある一定の角度以上にならないよう制限される。この制限された、最大振子角をθmaxと表わす。
【００１９】
高速で曲線を走行すると、振子角が最大振子角θmaxに達しても遠心力が残留し、この遠心力により、車体１が曲線外側へ倒れる現象が発生する。
【００２０】
ここで、空気バネの高さ調整給排気弁による調整を無視すると、車体１の床面と振子梁３の間の角度（以下、車体傾斜角と記す）φは数２にて示される。
（数２）
φ∝tan-1[ｋ｛tanθ−tan（θmax）｝]
ここで、ｋ：空気バネのたわみ特性による係数（非線形）
∝は比例関係を示す
【００２１】
図３（ａ）に車両が曲線を走行する様子を示す。図３（ａ）の左側の直線から、入口側緩和曲線、円曲線、出口側緩和曲線を順次通過して行く。
図３（ｂ）のグラフ縦軸は曲線半径の逆数とし、直線では曲線半径が無限大であるため０である。入口側緩和曲線において０から滑らかに増加し、円曲線部において１／Ｒで一定となる。逆に出口側緩和曲線では１／Ｒから滑らかに減少し、直線に到達すると再び０に戻る。
【００２２】
この時、数１で示される振子角θは前出の特許文献１に記載の走行地点検出手段ならびにあらかじめ記憶された路線データに基づき、遅れが生じないように制御可能であるため、図３（ｃ）のように曲線半径の逆数に追従して変化させることができる。
【００２３】
一方、車体傾斜角φについては、本発明適用前の車両では数２中の空気バネのたわみ特性による係数ｋが非線形特性を持つことから車体１にかかる遠心力がある一定両を超えた時点で空気バネ２がたわみ始める。続いて空気バネ２がたわむことによる車体１の傾斜を空気バネ２に接続された高さ調整給排気弁により、空気バネ２内の空気を給排気して車体傾斜角φが０になるように調整する。
この一連の動作のため、車体傾斜角φはおよそ図３（ｄ）のように変化し、円曲線入口付近と出口側緩和曲線出口付近での急激な変化が乗客の乗心地に影響する。
【００２４】
本発明を適用すれば、振子制御用シリンダ５を制御する制御装置９から車体傾斜補償給排気弁１０に対して給排気指令を出力し、空気バネ２がたわまないように制御し、乗心地を確保することができる。
【００２５】
第２の車体傾斜装置への制御出力は数式１で求められる車体１の重心位置で発生する超過遠心加速度と空気バネ２のたわみ特性から求めた給排気動作時間である。
第２の車体傾斜装置である空気バネの高さ制御の結果である車体傾斜角（図１中の角度φ）を検出するための車体傾斜角度検出手段１１は特許３１５３１６０号、特許３１５３１６１号に記載のような車高計測装置を用いても良いが、空気バネ２内の圧力測定手段により空気バネ２の高さが類推可能であるため代用することができる。
【００２６】
前述の車体傾斜角度検出手段１１の代わりに別途リミットスイッチ等から構成する車体異常上昇検出手段１５、異常下降検出手段１４を設けることにより車体傾斜角検出手段１１を省略し、オープンループ制御とすることも可能である。
【００２７】
本方法では従来からある第１の車体傾斜装置制御用の路線データと位置情報により、これから進入あるいは脱出しようする手前で曲線の諸元が既知であることから、空気バネ２がたわむ前にそのたわみを補正する方向に空気バネ２に対して給排気動作をさせることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】複数の車体傾斜装置を持つ鉄道車両の空気バネたわみによる車体傾斜の補償の実施例。
【図２】複数の車体傾斜装置を持つ鉄道車両の空気バネたわみによる車体傾斜の補償制御ブロック図。
【図３】複数の車体傾斜装置を持つ鉄道車両の空気バネたわみによる車体傾斜の状態。
【符号の説明】
【００２９】
１  車体
２  空気バネ
３  振子梁
４  振子コロ
５  振子制御用シリンダ
６  台車枠
７  車輪
８  サーボ制御弁
９  制御装置
９１  伝送入力手段
９２  制御演算手段
１０  車体傾斜補償給排気弁
１１  車体傾斜角度検出手段
１２  振子角度検出手段
１３  指令制御装置
１３１  路線情報記憶手段
１３２  位置検出手段
１３３  伝送出力手段
１４  車体異常下降検出手段
１５  車体異常上昇検出手段
【図１】
2006044342.tif 000003
【図２】
2006044342.tif 000004
【図３】
2006044342.tif 000005