(57)【要約】【課題】走行路線の曲線路の状態を確実に把握してその曲路線に適した車体の傾斜制御が可能な車体傾斜制御装置等を提供する。【解決手段】本発明に係る車体傾斜制御装置３０は、車体２５の傾斜角度を予め記憶部に記憶された線形データ３１ａに基づいて制御するとともに、曲線路通過中に、必要に応じて、さらに車体２５の傾斜角度を補正するように構成されている。【選択図】図２
2008230477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行路線の状況に応じて車体の傾きを変化させる鉄道車両に用いられる車体傾斜制御装置であって、
前記鉄道車両の走行情報を検出する走行情報検出手段と、
予め前記鉄道車両が走行する走行路線における曲線路の情報を示す線形情報を記憶する記憶部と、
前記曲線路において傾斜すべき車体の目標傾斜角を前記走行情報及び線形情報に基づいて出力する目標傾斜角予見手段と、
前記鉄道車両を構成する車体と台車との間に設けられる傾斜制御手段を前記目標傾斜角に基づいて制御して前記車体の傾きを目標傾斜角に変化させる車体傾斜制御手段と、
前記曲線路通過時において、前記車体が受ける遠心力を加速度として検出する加速度検出手段と、
前記遠心力を打ち消すべく前記車体を傾けるための補正傾斜角を前記検出された加速度に基づいて出力する補正傾斜角出力手段と、
を具備し、
前記車体傾斜制御手段は、
前記目標傾斜角に基づいて前記傾斜角制御手段を制御した後に、前記補正傾斜角に基づいて前記傾斜制御手段を制御して前記車体の傾きを補正傾斜角に変化させることを特徴とする車体傾斜制御装置。
【請求項２】
前記目標傾斜角予見手段によって目標傾斜角が出力されない場合には、
前記加速度検出手段により検出された加速度に基づいて、前記遠心力を打ち消すべく前記補正傾斜角を出力し、前記補正傾斜角に基づいて前記傾斜制御手段を制御して前記車体の傾きを補正傾斜角に変化させることを特徴とする請求項１に記載の車体傾斜制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両が走行する走行路線における曲線路通過時に当該鉄道車両の車体を傾斜させる車体傾斜制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、曲線路通過時に生じる遠心力を、車体を傾けて相殺する振子式の鉄道車両が存在する。
【０００３】
当該振子式の鉄道車両は、遠心力の作用で自然に車体を傾斜させる自然振子方式や遠心力を打ち消すべく油圧シリンダ等を用いて強制的に車体を傾斜させる強制振子方式や制御付振子方式が存在する。
【０００４】
一般に、自然振子方式の鉄道車両は、台車と車体とをコロを介した構造とし、車体重心を低くして重心に加わる遠心力により車体を傾斜させるようになっている。一方、強制振子方式の鉄道車両は、例えば、当該台車と車体とを油圧シリンダで連結し、当該油圧シリンダのストロークを伸縮（制御）することによって車体を強制的に傾斜させるようになっている。
【０００５】
また強制振子方式には、予見式とフィードバック式が存在する。予見式の鉄道車両は、例えば、予め記憶部に鉄道車両が走行する走行路線における曲線路の線形データ（曲線の位置、曲線半径、カント量など）を記憶させておき、当該走行中の鉄道車両の速度及び線形データに基づいて車体にかかる遠心力を打ち消すように油圧等で強制的に車体を傾斜させるようになっている。
【０００６】
一方、フィードバック式の鉄道車両は、例えば、車体に生じる遠心力を加速度センサで検出し、当該検出結果に基づいて当該遠心力を打ち消すように油圧等で強制的に車体を傾斜させるようになっている。
【０００７】
ここで、予見式における車体の傾斜制御は、予め走行路線の線形データを記憶部に記憶させておき、走行中の鉄道車両の速度及び線形データに基づいて、曲線路通過時において傾斜すべき車体の傾斜角度を示す傾斜目標値を設定し、その傾斜目標値に基づいて油圧シリンダのストロークを制御して車体の傾斜角を変動させる。
【０００８】
一方、フィードバック式における車体の傾斜制御は、車体に加速度計を取り付け、当該加速度計により検出された値に基づいて遠心力を打ち消すように傾斜すべき車体の傾斜角度を示す傾斜目標値を設定し、その傾斜目標値に基づいて油圧シリンダのストロークを制御して車体の傾斜角を変動させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
自然振子方式の鉄道車両は、振子機構に摩擦等の機械的抵抗があるので、ある程度の大きさの遠心力が加わらないと傾斜しないため揺れが比較的大きく、乗り心地面での問題がある。
【００１０】
また、フィードバック式の鉄道車両は、遠心力が発生してから制御を行うので、油圧シリンダの動作遅れがあり、特に連続する曲線路での高速走行では、曲線路に対して油圧シリンダの制御が追い付かないため、乗り心地の面から走行速度が制限される。
【００１１】
また、予見式の鉄道車両は、予め走行路線の線形データをもっているので、機構系の動作遅れを考慮した制御が可能であるものの、実際に走行している車両の位置と、線形データにより演算される車両の位置とがあっていることが前提となっており、両者のずれが大きくなるほど、車体の傾斜制御にずれが生じて大きな揺れや乗り心地の悪化を招く要因となりうる。
【００１２】
さらに、走行路線の経年変化や車両通過時の荷重による走行路線の変動などにより、軌道変位が発生するなどして、予め記憶されている線形データと実際の線路状態とに差が生じると、大きな揺れや乗り心地の悪化を招く要因となりうる。
【００１３】
そこで、本発明は上記問題を課題の一例として為されたもので、走行路線の曲線路の状態を確実に把握してその曲線路に適した車体の傾斜制御が可能な車体傾斜制御装置等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】
【００１４】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の車体傾斜制御装置（３０）は、前記鉄道車両の走行情報を検出する走行情報検出手段（３７）と、走行路線の状況に応じて車体（２５）の傾きを変化させる鉄道車両（１）に用いられる車体傾斜制御装置（３０）であって、予め前記鉄道車両が走行する走行路線における曲線路の情報を示す線形情報（３１ａ）を記憶する記憶部（３１）と、前記曲線路において傾斜すべき車体の目標傾斜角を前記走行情報及び線形情報に基づいて出力する目標傾斜角予見手段（３２）と、前記鉄道車両を構成する車体と台車（１０）との間に設けられる傾斜制御手段（２０）を前記目標傾斜角に基づいて制御して前記車体の傾きを目標傾斜角に変化させる車体傾斜制御手段（３３）と、前記曲線路通過時において、前記車体が受ける遠心力を加速度として検出する加速度検出手段（３４）と、前記遠心力を打ち消すべく前記車体を傾けるための補正傾斜角を前記検出された加速度に基づいて出力する補正傾斜角出力手段（３６）と、を具備し、前記車体傾斜制御手段は、前記目標傾斜角に基づいて前記傾斜角制御手段を制御した後に、前記補正傾斜角に基づいて前記傾斜制御手段を制御して前記車体の傾きを補正傾斜角に変化させることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項２に記載の車体傾斜制御装置は、前記目標傾斜角予見手段によって目標傾斜角が出力されない場合には、前記加速度検出手段により検出された加速度に基づいて、前記遠心力を打ち消すべく前記補正傾斜角を出力し、前記補正傾斜角に基づいて前記傾斜制御手段を制御して前記車体の傾きを補正傾斜角に変化させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本願の発明によれば、車体の傾斜角度を予め記憶部に記憶された線形データに基づいて制御するとともに、曲線路通過中に、必要に応じて、さらに車体の傾斜角度を補正するように構成されているので、車両は鉄道車両の乗り心地を損なうことなく曲線路を高速で走行させることができる。
【００１７】
また、車体が傾斜した状態となる地点を遅らせることなく、線路の形状の変化に合わせて確実に車体を傾斜させ、乗り心地を向上させることができる。
【００１８】
さらに、何らかの要因により、傾斜目標値を設定できない場合にも、加速度センサを用いて車体の遠心力を相殺すべく車体を適正な傾斜角度に制御可能になっているので、車両は乗り心地を損なうことなく鉄道車両を走行させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本願の最良の実施形態について添付図面に基づいて説明する。図１は鉄道車両の構造図、図２は車体制御装置における車体制御処理の動作例を示す構成図である。なお、本実施形態の鉄道車両１０は、一例として、台車枠１５の上に左右一対の鉄製ころ１７を載置し、この上に曲面上の受台のついた振子はり１９を載置したころ式の鉄道車両に適用したものである。
【００２０】
鉄道車両１は、図１に示すように、線路５上を走行する台車１０と、台車１０によって支持される略箱型形状の車体２５と、を含んで構成される。
【００２１】
台車１０は、複数並べて配置され、車軸１１によって連結された左右一対の車輪１３と、これら車軸１１によって支持された台車枠１５と、台車枠１５の上に載置される左右一対の鉄製のころ１７と、このころ１７上に曲面形状に形成された受台を介して載置される振子はり１９と、台車枠１５と振子はり１９とを連結するアクチュエータ２０（例えば、油圧シリンダ）を含んで構成されている。
【００２２】
また、当該振子はり１９の上には、左右一対の空気ばね２２を介して車体２５が載置されており、当該車体２５は、振子はり１９がころ１７上を摺動して所定の方向へと傾くことにより傾斜可能となっている。また、車体２５は、アクチュエータ２０が制御され、そのストロークが伸縮されることにより、振子はり１９をころ１７上で所定の方向に揺動させて車体２５を所定の傾斜角に傾斜可能となっている。当該アクチュエータ２０は、流体を用いてストロークを伸縮させる油圧式や電機モータを用いてストロークを伸縮させる電動式、または電機モータと油圧とを組み合わせた電動油圧式が適用される。
【００２３】
また、車体２５には、例えば、曲線路を通過時に当該車体が受ける加速度を計測するための加速度センサ２７が取り付けられている。
【００２４】
このアクチュエータ２０及び加速度センサ２７は、車体２５の傾斜角度を制御する制御装置３０が接続されており、当該制御装置３０によって駆動制御される。
【００２５】
制御装置３０は、コンピュータとして、演算機能を有するＣＰＵ（Central Processing Unit）、作業用ＲＡＭ、不揮発性メモリ、及び各種処理プログラムやデータを記憶するＲＯＭ等を備えて構成されている。そして、ＣＰＵが例えばＲＯＭ等に記憶された車体傾斜制御処理プログラムを実行（車体傾斜制御アプリケーションを起動）することにより、コンピュータが車体傾斜制御装置として機能するようになっている。この車体傾斜制御処理プログラムは、予め記憶された走行線路の線形データに基づいて車体傾斜制御装置の制御装置が行う処理プログラムである。
【００２６】
具体的には、制御装置３０は、図２に示すように、鉄道車両１の走行状態を示す情報（走行情報）を検出する走行情報検出部３７と、線形データ３１ａを記憶する記憶部３１と、車体２５の傾斜目標値を演算処理する演算処理部３２と、アクチュエータ２０のストロークの伸縮状態を制御するアクチュエータ制御部３３と、車体２５に生じる遠心力を加速度として検出する加速度検出部３４と、車体２５の遠心力の相殺範囲を設定値として設定するフィルタ部３５と、車体２５の傾斜目標値を補正するための演算処理を行う補正演算処理部３６と、を含んで構成されている。
【００２７】
また、記憶部３１に記憶される線形データ３１ａとは、走行線路上における曲線路の位置、半径、カント量などの情報データであり、当該線形データ３１ａは、演算処理部３２によって適時必要なデータが読み出されるようになっている。
【００２８】
走行情報検出部３７は、走行路線における鉄道車両１の走行位置や走行速度など車両の走行情報を検出し、演算処理部３２に出力されるようになっている。
【００２９】
演算処理部３２は、車両速度、走行位置及び線形データに基づいて、曲線路にて傾斜すべき車体２５の傾斜目標値を演算し、当該傾斜目標値をアクチュエータ制御部３３に出力する。
【００３０】
補正演算処理部３６は、加速度検出部３４により検出された検出値及びフィルタ部３５により設定された遠心力の相殺範囲を示す設定値に基づいて、傾斜目標値を補正し、所定の曲線路にて傾斜すべき車体２５の補正傾斜目標値を演算し、当該補正傾斜目標値をアクチュエータ制御部３３に出力する。
【００３１】
アクチュエータ制御部３３は、演算処理部３２から出力される傾斜目標値に基づいて、車体２５の傾斜角度が当該傾斜目標値となるようにアクチュエータ２０のストロークを伸縮させる。また、傾斜目標値にアクチュエータ２０を制御したものの、更に車体２５の傾斜角度を補正する必要があるときは、アクチュエータ制御部３３は、補正演算処理部３６から出力される補正傾斜目標値に基づいて、車体２５の傾斜角度が当該補正傾斜目標値となるようにアクチュエータ２０のストロークを伸縮させる。
【００３２】
なお、本実施形態における線形データ３１ａは、本願の線形情報を構成し、本実施形態における加速度検出部３４は、本願の加速度検出手段を構成する。また、本実施形態の演算処理部３２は、本願の目標傾斜角予見手段を構成し、本実施形態のアクチュエータ制御部３３は、本願の車体傾斜制御手段を構成する。また、本実施形態の補正演算処理部３６は、本願の補正傾斜角出力手段を構成し、本実施形態のアクチュエータ２０は、本願の車体傾斜制御装置を構成する。また、本実施形態の走行情報検出部３７は、本願の走行情報検出手段を構成する。
【００３３】
次に、本実施形態に係る車体傾斜制御装置における車体制御処理の動作例について図２を用いて説明する。なお、理解し易いように、図１に対応する部分に符号を付することとするがこれにより実施形態が限定されるものではない。
【００３４】
はじめに、本実施形態における車体傾斜制御装置は、走行路線を走行する鉄道列車が曲線路を通過する際に、車体２５を所定の方向に傾ける車体傾斜処理が行われるようになっている。
【００３５】
図２に示すように、まず、演算処理部３２が、走行位置に対応して記憶部３１に記憶された線形データを読み出し、当該線形データと走行速度に基づいて傾斜すべき車体２５の傾斜角度を示す傾斜目標値を演算し、その傾斜目標値をアクチュエータ制御部３３に出力する。
【００３６】
アクチュエータ制御部３３は、曲線路通過時において当該車体２５の傾斜角度が傾斜目標値となるように、その傾斜目標値に基づいてアクチュエータ２０のストロークを伸縮させる。
【００３７】
しかしながら、線形データと実際の曲線路の状態とが異なる場合には、車体２５は遠心力を受けるため乗り心地などが悪化する。よって、本実施形態では、車両２５に取り付けられた加速度センサ２７により曲線路通過時に車体２５にかかる遠心力を加速度として計測し、当該計測した加速度に基づいて、車体２５にかかる遠心力を相殺すべく傾斜目標値を適正な傾斜目標値に補正して、アクチュエータ２０のストロークの伸縮状態をさらに制御するようになっている。
【００３８】
具体的には、加速度検出部３４により曲線通過時の車体２５の加速度を加速度センサ２７により検出し、その検出した検出値を、フィルタ部３５を介して、補正演算処理部３６に出力する。フィルタ部３５は遠心力の相殺範囲として、感度周波数などが設定されており、検出値とフィルタ部３５により設定された設定値とが比較され、当該検出値が設定値になるように車体２５の傾斜角が補正されるようになっている。
【００３９】
補正演算処理部３６は、当該検出値が設定値となるように、当該検出値及び設定値に基づいて車体２５が適正な傾斜角度となるように補正傾斜目標値を演算し、その補正傾斜目標値をアクチュエータ制御部３３に出力する。
【００４０】
そしてアクチュエータ制御部３３は、曲線路通過時において当該車体２５の傾斜角度が補正傾斜目標値となるように、その傾斜目標値に基づいてアクチュエータ２０のストロークを伸縮させる。
【００４１】
このように構成された車体傾斜制御装置によれば、予め規定された線形データ３１ａに基づいてアクチュエータ２０を制御して車体２５の傾斜角を適正な傾斜角に制御し、加速度センサにより検出された検出値に基づいて、必要がある場合には、さらにアクチュエータ２０を制御して車体２５の傾斜角を実際の曲線路に適した傾斜角に制御するようになっているので、アクチュエータ２０の動作遅れを最小限にして、実際の曲線路に適した傾斜角に素早く対応することができるので、高速走行の列車に適用することが可能となる。
【００４２】
また、予め規定された線形データ３１ａが実際の曲線路状態と異なることにより発生する乗り心地の悪化を防止することができる。
【００４３】
―他の実施例―
次に、本実施形態に係る車体傾斜制御装置における車体制御処理の他の動作例について制御装置を主体として図３を用いて説明する。図３は車体制御装置における車体制御処理の他の動作例を示す構成図である。なお、図２で説明した部分には同一符号を付することにするとともに、理解し易いように、図１に対応する部分に符号を付することとするがこれにより実施形態が限定されるものではない。
【００４４】
本実施形例は、種々の要因により鉄道車両１の走行位置が不明確になった場合の車体制御処理の動作例である。具体的には、演算処理部３２が記憶部３１に記憶された線形データを読み出せない場合、走行位置検出部３７が何らかの要因でフェールした場合、又は演算処理部３２が線形データに基づいて傾斜すべき車体の傾斜角度を示す傾斜目標値を演算することが出来ない場合などの動作例である。
【００４５】
本実施例では、このような場合に、車体２５に取り付けられた加速度センサ２５により検出された値に基づいて、曲線路通過時にかかる車体２５の遠心力を相殺すべく傾斜目標値を演算して、車体の傾斜角が当該傾斜目標値となるようにアクチュエータ２０のストロークを伸縮するようになっている。
【００４６】
具体的には、加速度検出部３４により曲線通過時の車体２５の加速度を加速度センサ２７により検出し、その検出した検出値を、フィルタ部３５を介して、補正演算処理部３６に出力する。フィルタ部３５は遠心力の相殺範囲として、感度周波数などが設定されており、検出値とフィルタ部３５により設定された設定値とが比較され、当該検出値が設定値になるように車体２５の傾斜角が補正されるようになっている。
【００４７】
補正演算処理部３６は、当該検出値が設定値となるように、当該検出値及び設定値に基づいて車体２５が適正な傾斜角度となるように補正傾斜目標値を演算し、その補正傾斜目標値をアクチュエータ制御部３３に出力する。
【００４８】
このように構成された車体傾斜制御装置によれば、加速度センサ２７により検出された検出値に基づいてアクチュエータ２０を制御して車体２５の傾斜角を実際の曲線路に適した傾斜角に制御するようになっているので、アクチュエータ２０の動作遅れが影響するため高速走行に対応することができないものの、所定の速度であれば乗り心地を損ねることなく列車を走行させることができる。
【００４９】
なお、本実施形態は一形態であって、この形態に限定されるものではなく、例えば、本実施形態において、振子式の車両はころ式を適用しているが、従来から存在するベアリングガイド式、リンク式などを適用しても構わない。
【００５０】
また、車体の状態を検知する方法として、本実施形態のように加速度センサのみでなく、曲線を検知するためにジャイロセンサなどにより車体のヨー方向の回転を検知する方法を併用しても良い。
【００５１】
また、本実施形態では、予見する傾斜目標値は、走行中の速度を用いて演算するようになっているが、演算処理部３２又は補正演算処理部３６において演算を実行する際に、予め定められた速度データを用いて演算するように構成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】鉄道車両の構造図である。
【図２】本願の車体制御装置における車体制御処理の動作例を示す構成図である。
【図３】本願の車体制御装置における車体制御処理の他の動作例を示す構成図である。
【符号の説明】
【００５３】
１  鉄道車両
１０  台車
２０  アクチュエータ
２５  車体
３０  制御装置
３１  記憶部
３１ａ  線形データ
３２  演算処理部
３３  アクチュエータ制御部
３４  加速度検出部
３６  補正演算処理部
３７  走行情報検出部
【図１】
2008230477.tif 000003
【図２】
2008230477.tif 000004
【図３】
2008230477.tif 000005