(57)【要約】【解決手段】例えばボルスタレス台車を搭載した車両の車体と台車枠間にアクチュエータを設置する。車体・台車・輪軸の少なくとも何れか一つにセンサーを設置する。センサーを用いて走行中に取得した状態量に基づき、定常横圧と相関を有する一つ又は複数のパラメータを演算して、当該演算値に所定の伝達関数を適用してアクチュエータへの推力指令値を決定する。同時に、変動横圧と相関を有する一つ又は複数のパラメータを演算して、当該演算値に所定の伝達関数を適用してアクチュエータへの推力指令値を決定する。その後、これら２つの推力指令値を合成してアクチュエータに発生させる推力を決定する。【効果】走行中に発生する最大横圧を効果的に低減できるので、走行最高速度の向上が可能となる。【選択図】図１
2018012501.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ボルスタレス台車を搭載した車両の場合は、車体と台車枠間に、
ボルスタ付台車のうち、ダイレクトマウント式台車を搭載した車両の場合は車体と台車枠間或いはボルスタと台車枠間に、インダイレクトマウント式台車を搭載した車両の場合は車体とボルスタ間に、アクチュエータを設置するとともに、
車体・台車・輪軸の少なくとも何れか一つにセンサーを設置し、
前記センサーを用いて走行中に取得した状態量に基づき、曲線区間の走行時に定常的に発生する定常横圧と相関を有する一つ又は複数のパラメータを演算して、当該演算値に所定の伝達関数を適用してアクチュエータへの推力指令値を決定するのと同時に、軌道狂いにより瞬間的に発生する変動横圧と相関を有する一つ又は複数のパラメータを演算して、当該演算値に所定の伝達関数を適用してアクチュエータへの推力指令値を決定した後、
これら２つの推力指令値を合成してアクチュエータに発生させる推力を決定することを特徴とする鉄道車両の横圧低減方法。
【請求項２】
前記走行中に取得する状態量は、２次ばねとして使用される空気ばねの内圧、１次ばねとして使用されるコイルばねの上下変位、輪軸と台車枠の間を前後方向に結合する連結部材に作用する前後方向荷重、輪軸・台車・車体の各々のヨーイング角、ヨーイング角速度、ヨーイング角加速度、あるいは左右方向変位、左右方向速度、左右方向加速度、車両の走行速度、および、ロール角、ロール角速度、および空気ばね高さの何れかであることを特徴とする請求項１に記載の鉄道車両の横圧低減方法。
【請求項３】
前記アクチュエータに発生させる推力は、前記走行中に取得した状態量より推定した軌道曲率に応じて、定常横圧パラメータに対する伝達関数は軌道曲率が小さくなるほど推力指令値を小さく、変動横圧パラメータに対する伝達関数は軌道曲率が大きくなるほど推力指令値を小さくすることを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両の横圧低減方法。
【請求項４】
前記変動横圧パラメータの演算に際しては、車体において測定した状態量と、台車において測定した状態量の差分を取る過程を含むことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の鉄道車両の横圧低減方法。
【請求項５】
前記車体及び台車において測定した状態量は、左右方向及びヨーイング方向の状態量であることを特徴とする請求項４に記載の鉄道車両の横圧低減方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、安全性を向上させるため、走行中に鉄道車両の車輪に作用する横方向の荷重（横圧）を低減する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
曲線区間を走行中、鉄道車両の車輪には横圧が発生する（図１０（ｃ）参照）。この横圧が大きくなるほど車両が脱線する危険性が増大するため、横圧はできるだけ小さくすることが望ましい。
【０００３】
この横圧と曲線区間の軌道曲率の間には正の相関があり、曲線区間の曲線半径が小さいほど大きな横圧が定常的に発生する。この定常的に発生する横圧（図１０（ａ）参照）を、以下、定常横圧という。
【０００４】
一方、通り狂い（レール側面における長さ方向の凹凸）などの軌道狂いにより瞬間的に高い横圧が発生する（図１０（ｂ）参照）。以下、通り狂いなどの軌道狂いにより瞬間的に発生する横圧を、変動横圧という。
【０００５】
従って、曲線区間走行中における安全性を向上させるためには、定常横圧の低減だけでなく、変動横圧の変動幅を小さくすることが必要となる。なお、変動横圧は曲線区間だけでなく直線区間でも発生する。
【０００６】
前記横圧を低減する方法として、車体と台車間にアクチュエータを設置し、曲線区間の走行時、曲線半径に応じてアクチュエータを動作させる方法が、特許文献１，２で開示されている。
【０００７】
特許文献１で開示された方法は、曲線半径に応じた旋回作動力を与えるような推力をアクチュエータに発生させるものである。また、特許文献２で開示された方法は、直接測定した横圧を減少させるような推力をアクチュエータに発生させるものである。
【０００８】
しかしながら、特許文献１，２で開示された方法で、入力値として横圧を使用する目的は、曲線区間への進入検知と摩擦係数変化に対する補償であり、通り狂いなどの軌道狂いにより発生する変動横圧の抑制については考慮されていない。
【０００９】
また、特許文献３には、軌道狂いなどの軌道データを予め保持しておき、また、車両の状態情報記憶装置を備えることにより、１車両に配置される８枚の車輪に発生する横圧を推定してアクチュエータに発生させる推力を制御する方法が開示されている。
【００１０】
しかしながら、特許文献３には、軌道狂いなどの軌道情報から横圧を推定する具体的な方法や、アクチュエータに発生させる推力の決定方法について、詳細な言及がなされていない。
【００１１】
また、特許文献３で開示された方法は、車両に保存した軌道情報、及び車両の走行位置情報に基づいて発生する横圧を推定するフィードフォワード制御であるため、予め軌道情報を記憶させておく必要がある。しかしながら、当該車両の制動時の空転・滑走などにより、走行位置情報（距離程）の計測に誤差が生じた場合、或いは、保存された軌道情報が不適切なものであった場合、誤った制御がなされる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−０８７２６２号公報
【特許文献２】特開２００４−１６１１１５号公報
【特許文献３】特開２０１２−１６６７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明が解決しようとする問題点は、特許文献１，２で開示された方法は、入力値として横圧を使用する目的が曲線進入の検知と摩擦係数変化に対する補償であり、軌道狂いにより発生する変動横圧の抑制については考慮されていないという点である。また、特許文献３には、軌道狂いなどの軌道情報から横圧を推定する具体的な方法や、アクチュエータに発生させる推力の決定方法について詳細な言及がなされていないという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、予め記録装置などに保存した軌道情報を参照することなく、車両に設置したセンサーを用いて測定した状態量から推定した値を基に、走行中、軌道狂いにより発生する変動横圧をも好適に抑制することを目的とするものである。
【００１５】
まず、本発明の着想から課題解決に至るまでの経過について説明する。
発明者は、鉄道車両にセンサーを設置し、このセンサーの出力値を用いて算出した軌道狂いと相関を有する状態量に応じてアクチュエータの推力を制御することで、走行時に発生する横圧を低減することを考えた。
【００１６】
すなわち、本発明では、外部から信号を入力することにより推力の制御が可能なアクチュエータを鉄道車両の車体と台車間に設置する。また、車体・台車・輪軸の少なくとも何れか一つに、軌道狂いと相関を有する状態量を測定するセンサーを設置する。
【００１７】
そして、前記センサーを用いて測定した状態量から、軌道曲率と相関の強いパラメータ（u_st1，u_st2，…）に換算し、そのパラメータから定常横圧抑制用のアクチュエータ推力を決定する。u_st1，u_st2，…を定常横圧制御入力用パラメータ、F1をアクチュエータへの定常横圧抑制用の出力、G1を定常横圧の伝達関数とした場合、F1=G1(u_st1，u_st2，…)となる。このアクチュエータへの定常横圧抑制用の出力F1は、直線区間の走行時は、当然に発生しない。
【００１８】
一方、前記センサーを用いて測定した状態量から、軌道狂いと相関の強いパラメータ（u_fl1，u_fl2，…）に換算し、そのパラメータから変動横圧抑制用のアクチュエータ推力を決定する。u_fl1，u_fl2，…を変動横圧制御入力用パラメータ、F2をアクチュエータへの変動横圧抑制用の出力、G2を変動横圧の伝達関数とした場合、F2=G2(u_fl1，u_fl2，…)となる。
【００１９】
従って、鉄道車両が走行する時のアクチュエータへの横圧抑制用の出力の合計Fは、
F=F1+F2=G1(u_st1，u_st2，…)+G2(u_fl1，u_fl2，…)
と表すことができる（図１参照）。
【００２０】
ここで、走行中、車輪に発生する横圧は、車輪に作用する上下方向の垂直力と、車輪とレール間の摩擦係数の影響を受ける。従って、これらの値を取得してアクチュエータへの制御入力用の状態量に加えることが望ましい。
【００２１】
このように、鉄道車両が走行中に発生する横圧を定常横圧と変動横圧に分けて捉え、各々の横圧と相関の強い状態量を測定し、その状態量に応じてアクチュエータ推力を制御する。このようにすることで、走行中の軌道狂いに関する情報や車両走行位置に関する情報がなくても、軌道狂いに起因すると考えられる変動横圧をも好適に抑制することができる。
【００２２】
ところで、一般的に、曲線区間における軌道曲率は、ある一つの曲線区間を走行中は軌道狂いの微小な影響を受けるもののほぼ一定であるので、ある一つの曲線区間を走行中の定常横圧の値は一定である。
【００２３】
従って、定常横圧制御入力用パラメータu_st1，u_st2，…は、ある一つの曲線区間を走行中はほぼ一定となる状態量が選択され、アクチュエータへの定常横圧抑制用の出力F1もほぼ一定の値となる。
【００２４】
一方、ある一つの曲線区間を走行中において、車両走行位置により軌道狂いの値は変化するため、変動横圧の値も軌道狂いの値に応じて変化し、軌道狂いの値の変化に対応してアクチュエータへの変動横圧抑制用の出力F2も変化する。
【００２５】
従って、曲線区間の走行中において、ほぼ一定となるアクチュエータへの定常横圧抑制用の出力F1のみをアクチュエータの推力として発生させる場合は、横圧の低減量はほぼ一定となり、変動横圧の変動幅の大きさにほぼ変化はない。
【００２６】
一方、アクチュエータへの変動横圧抑制用の出力F2のみをアクチュエータの推力として発生させる場合は、変動横圧の変動幅が小さくなる。すなわち、一つの曲線区間を走行中の横圧の平均値より高い横圧が発生している箇所では横圧を低下し、低い横圧が発生している箇所では横圧を増加させることで、横圧の変動幅を抑制する。但し、横圧の平均値はほぼ変化しない。
【００２７】
従って、アクチュエータへの定常横圧抑制用の出力F1と、変動横圧抑制用の出力F2を共にアクチュエータの推力として発生させる場合、前記出力F1の推力は常時発生し、変動横圧制御入力用パラメータu_fl1，u_fl2，…に応じて前記出力F2が変化することになる。
【００２８】
一般に、軌道曲率が比較的大きい（曲線半径の小さい）曲線区間の場合は、定常横圧が大きく、定常横圧と比較して変動横圧は小さい。一方、軌道曲率が比較的小さい（曲線半径の大きい）曲線区間の場合は、定常横圧は小さくなるが、定常横圧に対して変動横圧が大きくなることが知られている。ここで、アクチュエータの最大推力には限界があるため、最大推力で飽和しないように、アクチュエータへの定常横圧抑制用の出力F1と、変動横圧抑制用の出力F2の値の割合を調整することが必要になる。
【００２９】
前記出力F1が前記出力F2に対して相対的に大きくなるように定常横圧の伝達関数G1と変動横圧の伝達関数G2を設定した場合、常に一定量の横圧低減効果が期待される。一方、変動横圧の抑制量が小さくなるため、横圧の変動幅は変化しない。
【００３０】
また、前記出力F1によるアクチュエータの推力が過剰な場合、台車が曲線区間の内側を向く方向に過剰に旋回する。従って、通常、外軌側の車輪とレール間でフランジ接触する先頭輪軸が内軌側の車輪とレール間でフランジ接触し、内軌側に脱線する可能性が発生する。
【００３１】
一方、前記出力F2が前記出力F1に対して相対的に大きくなるように前記伝達関数G1と前記伝達関数G2を設定した場合、変動横圧が抑制、つまり、横圧の変動幅が抑制される。但し、定常横圧の抑制量は少ないので、高い定常横圧が維持されることになる。
【００３２】
従って、軌道曲率が比較的大きい（曲線半径が比較的小さい）曲線区間の場合は、前記出力F2に対して前記出力F1が大きく発生するように、前記伝達関数G1と前記伝達関数G2を設定し、定常横圧の抑制を重視することが望ましい。
【００３３】
一方、軌道曲率が比較的小さい（曲線半径が比較的大きい）曲線区間の場合は、前記出力F1に対して前記出力F2が大きく発生するように、前記伝達関数G1と前記伝達関数G2を設定し、変動横圧の抑制を重視することが望ましい。
【００３４】
ところで、ある曲線区間の走行最高速度を決定する一つの要因が、曲線走行中に発生する最大横圧の値である。従って、曲線区間における走行最高速度を向上させるためには、最大横圧を低く抑えることが必要となる。
【００３５】
この最大横圧を可能な限り低く抑えるに際し、例えば車輪やレールの摩耗の抑制を重視する場合は、一つの曲線区間の走行中に発生する横圧の平均値を抑制することが効果的であると考えられる。従って、曲線区間の走行中の平均横圧を可能な限り抑制するように、つまり、前記出力F1の値を大きくするように制御することが望ましい。
【００３６】
しかしながら、アクチュエータの最大推力には限りがあり、また、最大推力以外の他の要因からもアクチュエータの発生推力は小さくすることが好ましい。
【００３７】
一般的な省エネルギーの観点からすると、例えばある一つの曲線区間を鉄道車両が走行する際には、アクチュエータにより発生させる推力の単位時間当たりの平均値は小さいことが好ましい。また、アクチュエータ自体が摺動部分を有するため、長寿命化の観点からは動作時間は短いことが好ましい。これは、アクチュエータにより発生させる推力の単位時間当たりの平均値を小さくすることを意味する。
【００３８】
特に、動力源に圧縮空気を使用する空圧アクチュエータを採用する場合、鉄道車両に搭載するコンプレッサーから圧縮空気の供給を受けることになる。この場合、鉄道車両に搭載するコンプレッサーは、車両の軽量化や床下機器の設置スペースの制約の点から、できるだけ小型のものが選択される場合が多い。従って、コンプレッサーの能力の制約条件が厳しい場合が多いため、圧縮空気の消費量を小さくすることが好ましく、アクチュエータにより発生させる推力の単位時間当たりの平均値は小さいことが好ましい。
【００３９】
一方、電動式アクチュエータを採用する場合、アクチュエータの動作時に電流が流れることにより熱が発生するため、冷却が課題となる場合が多い。冷却に関しては、アクチュエータ自体の放熱性能も重要であるが、使用環境によっても大きく作用されることになる。従って、この点からもアクチュエータにより発生させる推力の単位時間当たりの平均値は小さいことが好ましい。
【００４０】
つまり、ある曲線区間の走行最高速度向上の観点からは、最大横圧を抑制することが重要となるが、一方でアクチュエータの能力には限界がある。特にアクチュエータにより発生させる推力の最大値や単位時間当たりの発生推力に上限が設定される場合は、アクチュエータを常に限界に近い一定の推力で動作させ続けることが好ましいとはいえない。従って、前記出力F1をアクチュエータの限界能力よりは低い値としてアクチュエータの推力に余力を残しておき、高い変動横圧が発生する地点においてアクチュエータに限界に近い推力を適宜発生させることが好ましい。
【００４１】
ところで、アクチュエータを設置する理由は、台車を介して輪軸にモーメントを付与することが目的である。
【００４２】
ボルスタ付台車において、ダイレクトマウント式の場合は、台車の構成部品のうち、ボルスタと台車枠の間に側受が設置されており、ボルスタと台車枠の間で旋回する。従って、アクチュエータを車体側に設置する場合は車体または揺れ枕に設置する。また、アクチュエータを台車側に設置する場合は台車枠に設置する。
【００４３】
一方、インダイレクトマウント式の場合は、車体と揺れ枕の間に側受が設置され、その間で旋回する。従って、アクチュエータを車体側に設置する場合は車体に設置する。また、アクチュエータを台車側に設置する場合は揺れ枕あるいは台車枠に設置する。
【００４４】
鉄道台車の先頭軸に発生する横圧に強い影響を及ぼす因子として、各車輪に作用する上下方向の垂直力、車輪とレール間の摩擦係数、輪軸に発生する左右クリープ率と前後クリープ率、およびカントによる分力と遠心力の合力が挙げられる。
【００４５】
このうち、各車輪に作用する上下方向の垂直力は、乗客の乗車率により大きく変化する。この値は、車体と台車間に設置される２次ばね、あるいは台車と輪軸間に設置される１次ばねの負担荷重値から推定することが可能である。
【００４６】
前記２次ばねの負担荷重は、２次ばねに空気ばねを使用する車両の場合、空気ばねの内圧から換算することが可能である。一方、前記１次ばねの負担荷重は、金属ばねを主として用いた場合では、輪軸と台車枠間の変位を測定することで換算することが可能である。
【００４７】
次に、車輪とレール間の摩擦係数は、台車と輪軸間を前後方向に結合するリンクなどの連結部材に発生する前後方向荷重と、上下方向の垂直力の比率から推定することが可能である。
【００４８】
また、輪軸に発生する左右クリープ率と前後クリープ率のうち、前後クリープ率は、下記数式１で、左右クリープ率は下記数式２で求めることができる。
【００４９】
【数１】
2018012501.tif 000003
【００５０】
【数２】
2018012501.tif 000004
【００５１】
前記数式１，２に示す前後、左右のクリープ率において、車両走行中に測定可能な状態量は、輪軸の左右変位、輪軸の左右速度、輪軸のヨーイング角、輪軸のヨーイング角速度、車両走行速度である。このうち、輪軸の左右速度は、輪軸の左右加速度から換算することが可能である。
【００５２】
ここで、輪軸と台車枠間のばね定数が十分に大きく、輪軸と台車枠間はほぼ剛結合であるとみなす場合、輪軸の左右変位、輪軸の左右速度、輪軸の左右加速度、輪軸のヨーイング角、輪軸のヨーイング角速度は、台車側の各々相当する状態量で代替することが可能である。
【００５３】
また、カントによる分力および曲線区間を走行中に発生する遠心力による合力は、車両のロール角及びその時間微分量、あるいは２次ばねである空気ばね高さから換算することが可能である。
【００５４】
以上より、定常横圧制御入力用パラメータu_st1，u_st2，…、変動横圧制御入力用パラメータu_fl1，u_fl2，…を換算する際に使用する状態量としては、以下のものが想定される。
【００５５】
・２次ばねとして使用される空気ばねの内圧
・１次ばねとして使用されるコイルばねの上下変位
・輪軸と台車枠間を前後方向に結合するリンクなどの結合部材に作用する前後方向荷重
・輪軸・台車・車体における各々のヨーイング角、ヨーイング角速度、ヨーイング角加速度、あるいは左右方向変位、左右方向速度、左右方向加速度
・車両の走行速度
・ロール角、ロール角速度
・２次ばねとして使用される空気ばねの高さ
【００５６】
ここで、車体の左右変位・速度・加速度・ヨーイング角・ヨーイング角速度は、台車と輪軸に発生する同じ状態量と比較して、重量および慣性モーメントが大きく、かつ、左右方向のダンパー、ヨーダンパー等により台車−車体間の振動絶縁性が高い。従って、軌道狂いにより車体に発生する左右変位・速度・加速度・ヨーイング角・ヨーイング角速度の変動量は、台車や輪軸に発生する同じ変動量と比較して小さくなる。従って、定常横圧の推定には、車体側の状態量を用いることが有効と考えられる。
【００５７】
また、変動横圧の推定には、台車側の状態量と車体側の状態量の差分値を用いることで、横圧の定常成分を好適に除くことができ、変動横圧を推定することが可能である。
【００５８】
本発明は、発明者の上記着想から課題解決に至る経過を経てなされたものであり、以下の構成を最も主要な特徴とするものである。
【００５９】
１）鉄道車両にアクチュエータを設置する。
このアクチュエータは、ボルスタレス台車を搭載した車両の場合は、車体と台車枠間に設置する。一方、ボルスタ付台車のうちダイレクトマウント式台車を搭載した車両の場合は、車体と台車枠間或いはボルスタと台車枠間に設置する。また、インダイレクトマウント式台車を搭載した車両の場合は、車体とボルスタ間に設置する。
【００６０】
２）鉄道車両に、走行中における車体・台車・輪軸の少なくとも何れか一つの状態量を測定するためのセンサーを設置する。
走行中に測定する状態量は、横圧に強い影響を及ぼす因子である以下の何れかとする。・２次ばねとして採用される空気ばねの内圧
・１次ばねとして使用されるコイルばねの上下変位
・輪軸と台車枠の間を前後方向に結合するリンクなどの結合部材に作用する前後方向荷重
・輪軸・台車・車体の各々のヨーイング角
・ヨーイング角速度
・ヨーイング角加速度
・左右方向変位
・左右方向速度
・左右方向加速度
・車両の走行速度
・ロール角
・ロール角速度
・空気ばねの高さ
【００６１】
３）測定した上記状態量から定常横圧と強い相関をもつ定常横圧制御入力用パラメータにリアルタイムで換算し、予め設定した定常横圧用伝達関数に基づいてアクチュエータへの出力指令を演算する。
【００６２】
４）測定した上記状態量から軌道狂いによる変動横圧と強い相関をもつ変動横圧制御入力用パラメータにリアルタイムで換算し、予め設定した変動横圧用伝達関数に基づいてアクチュエータへの出力指令を演算する。
【００６３】
５）前記３）４）で演算した出力指令値を合成し、車体と台車間に設置したアクチュエータに指令を与える。
【００６４】
上記本発明では、車両に設置したセンサーにより測定した状態量から推定した値を基に、台車−車体間に設置したアクチュエータに推力を発生させる。従って、予め記録装置などに保存した軌道情報を参照することなく、鉄道車両が走行中に発生する横圧を効果的に抑制することができる。
【発明の効果】
【００６５】
本発明では、鉄道車両が走行中に発生する定常横圧と変動横圧を効果的に抑制できるので、走行中に発生する最大横圧を効果的に低減することができ、車両の走行安全性を向上させることができる。従って、例えば曲線区間の走行可能速度の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明の鉄道車両の横圧低減方法の制御イメージを示した図である。
【図２】本発明の鉄道車両の横圧低減方法の制御ブロック線図の一例を示した図である。
【図３】鉄道車両が曲線区間の走行中における先頭軸の外軌側横圧の走行シミュレーション結果を示した図で、（ａ）は条件１、（ｂ）は条件２を示す。
【図４】鉄道車両が曲線区間の走行中における先頭軸の外軌側横圧の走行シミュレーション結果を示した図で、（ａ）は条件３、（ｂ）は条件４、（ｃ）は条件５を示す。
【図５】鉄道車両が曲線区間の走行中に、アクチュエータにより発生させる付加トルクの走行シミュレーション結果を示した図で、（ａ）は条件１、（ｂ）は条件２を示す。
【図６】鉄道車両が曲線区間の走行中に、アクチュエータにより発生させる付加トルクの走行シミュレーション結果を示した図で、（ａ）は条件３、（ｂ）は条件４、（ｃ）は条件５を示す。
【図７】条件３〜条件５におけるアクチュエータにより発生させる付加トルクの最大値を示した図である。
【図８】鉄道車両が円曲線区間を走行中に発生する条件１〜条件５における横圧の平均値と最大値を示した図である。
【図９】鉄道車両が円曲線区間を走行中の条件３〜条件５における単位時間当たりの付加トルクを示した図である。
【図１０】曲線区間走行時に発生する横圧の変化を示した図で、（ａ）は定常横圧、（ｂ）は変動横圧、（ｃ）は定常横圧に変動横圧を加算した実際の横圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００６７】
本発明は、走行中に発生する横圧を抑制するという目的を、車両に設置したセンサーにより測定した状態量を基に、定常横圧と変動横圧を推定し、その推定値に応じて車体−台車間に設置したアクチュエータに推力を発生させることで実現した。
【実施例】
【００６８】
以下、鉄道車両の走行シミュレーションにより、本発明の鉄道車両の横圧低減方法の効果を確認した結果について説明する。
【００６９】
走行シミュレーションに使用した車両モデルは一般的な２軸ボギー車とし、軌道は曲線半径が６００mの曲線区間を含む軌道条件とした。また、一般的な在来線相当の軌道狂いをランダムに作成し、条件によっては軌道狂いを与えた。
【００７０】
アクチュエータは車体−台車間に設置したものとした。なお、本シミュレーションでは、アクチュエータの推力を、車体−台車間への付加トルクで代替した。また、定常横圧、変動横圧を推定するための状態量として、車体のヨーイング角速度、前台車と後台車のヨーイング角速度、および車両速度を使用した。その状態量の値に適切な定常横圧と変動横圧の伝達関数を乗じて、車体−台車間に付加する付加トルクを決定し、車体と台車の間に付加した。この付加トルクを決定するためのブロック線図を図２に示す。
【００７１】
走行シミュレーションは以下の５つの条件で行った。
【００７２】
（条件１）
軌道狂い：なし
定常横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数：G1＝0
変動横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数：G2＝0
【００７３】
（条件２）
軌道狂い：あり
定常横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数：G1＝0
変動横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数：G2＝0
【００７４】
（条件３）
軌道狂い：あり
定常横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数：G1＞0
変動横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数：G2＝0
【００７５】
（条件４）
軌道狂い：あり
定常横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数：G1＝0
変動横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数：G2＞0
【００７６】
（条件５）
軌道狂い：あり
定常横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数：G1＞0
変動横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数：G2＞0
【００７７】
アクチュエータによる付加トルクを与える推力指令値を出す条件３〜５は、同一の能力を持つアクチュエータを使用するものと想定し、発生する付加トルクの最大値がほぼ同等の値となるように伝達関数G1,G2を設定した。
【００７８】
走行シミュレーションの結果を図３〜図９に示す。
アクチュエータによる付加トルクを与える推力指令値を出さない条件１（図５（ａ））と条件２（図５（ｂ））を比較すると、軌道狂いを入力した条件２の場合は、図３（ｂ）に示すように、図３（ａ）に示す定常横圧に加えて変動横圧が発生していることが分かる。
【００７９】
一方、定常横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数G1を０より大きくした条件３の場合（図６（ａ））は、条件２に比べて横圧がほぼ一律に低下していることが分かる（図４（ａ）と図３（ｂ）図参照）。
【００８０】
また、変動横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数G2を０より大きくした条件４の場合（図６（ｂ））は、横圧の平均値は条件２と同等であるものの、軌道狂いにより大きな変動横圧が発生している時刻の横圧を低減できている（図４（ｂ）と図３（ｂ）参照）。
【００８１】
これらに対して、定常横圧と変動横圧を推定する状態量に乗ずる伝達関数G1,G2を共に０より大きくした条件５の場合（図６（ｃ））は、条件２と比較して横圧がほぼ一律に低下し、かつ変動横圧も抑制できている（図４（ｃ）と図３（ｂ）参照）。
【００８２】
すなわち、条件３〜条件５の場合、アクチュエータに発生させる最大付加トルクは、図７に示すように、ほぼ同一である。一方、横圧の平均値は、図８に示すように、条件３＜条件５＜条件４である。横圧の最大値は、若干の相違があるものの、その相違は５％以下であり、ほぼ同等とみなすことができる。また、単位時間当たりの付加トルクは、図９に示すように、条件４＜条件５＜条件３となっている。
【００８３】
従って、条件３〜条件５は横圧の最大値がほぼ同等であるとみなすことができるので、曲線区間の走行最高速度向上の観点からは、条件３〜条件５のうちのどの制御条件においても同等のパフォーマンスが得られることが分かる。
【００８４】
ここで、アクチュエータの発生推力を大きく設定できる条件下であれば、車輪やレールの摩耗の抑制を重視して、一つの曲線を通過する際に発生する横圧の平均値を抑制することが効果的であると考えられる。この場合は、平均横圧を最も低く抑えることができる条件３が好ましい（図８参照）。なお、アクチュエータの発生推力を大きく設定できる条件とは、例えば空圧アクチュエータを適用する際に、車両側に搭載されるコンプレッサーの能力に余裕がある場合である。あるいは、電動アクチュエータを適用する際に高い放熱性が期待される環境下で使用できる場合などである。
【００８５】
逆に、条件の都合上、単位時間当たりのアクチュエータの付加トルク、つまりアクチュエータの発生推力を可能な限り抑制したい場合には、変動横圧の抑制にのみ主眼を置いた条件４が望ましい（図９参照）。
【００８６】
また、付加トルクの条件次第では、条件５のように、曲線区間の走行中にほぼ一定の推力をアクチュエータにより発生させ、一方で大きな変動横圧が発生する地点では、更にアクチュエータの推力を最大推力の範囲内で増大させるといった制御が可能となる。
【００８７】
本発明は上記した実施例に限らないことは勿論であり、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【００８８】
例えば上記走行シミュレーションでは、鉄道車両の形態を２軸ボギー車としているが、台車と車体の間にアクチュエータを設置するため、軸数に拘わらず、車体と輪軸の間に台車を有するボギー車であっても同様に適用することができる。
【００８９】
また、上記走行シミュレーションでは、定常横圧、変動横圧を推定するための状態量として、車体のヨーイング角速度、前台車と後台車のヨーイング角速度、および車両速度を使用している。しかしながら、定常横圧、変動横圧を推定できるものであれば、前記に替えて輪軸・台車・車体のヨーイング角や輪軸のヨーイング角速度を使用してもよい。また、空気ばねの内圧、コイルばねの上下変位、輪軸と台車枠の間を前後方向に結合するリンクに作用する前後方向荷重、あるいは輪軸・台車・車体の左右方向変位、左右方向速度、左右方向加速度、およびロール角、ロール角速度、および空気ばねの高さの何れかを使用してもよい。
【００９０】
また、上記走行シミュレーションは曲線区間を走行する時のものであるが、直線区間の走行時に、軌道狂いにより瞬間的に発生する変動横圧を抑制することもできる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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