(57)【要約】【課題】乗り心地の向上に加えて、乗り物酔いの発生を低減させるように、車体の傾斜角度を制御する。【解決手段】車体の傾斜角度制御装置において、乗り物酔いを含めた人間の体感に基づく評価関数を用いて車両の傾斜角度目標値を自動的に発生させる。【選択図】図１
2008265692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両における車体の傾斜角度制御装置であって、
線路全体の形状に関するデータベースから未走行区間の線路の形状に関する未走行線路データを取得するデータ取得処理と、前記車体の傾斜角度の目標値を決定する演算処理とを行う演算処理部と、
前記演算処理によって決定された前記目標値に合わせて前記車体を傾斜させる動作部とを備え、
前記演算処理は、前記未走行区間の線路上を前記鉄道車両が走行する際の前記車体の乗り物酔いを含めた乗心地の評価指標を推定するための評価関数を、前記未走行区間の線路上における予定走行条件と前記未走行線路データとに基づき、前記車体の傾斜角度の目標値を変数として決定する関数決定処理と、前記評価指標の値が所定の範囲内に含まれるように前記目標値を決定する目標値決定処理とを有することを特徴とする車体の傾斜角度制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の車体の傾斜角度制御装置において、
前記演算処理部は、前記未走行区間の線路上を前記鉄道車両が走行するよりも前に、前記目標値を決定することを特徴とする車体の傾斜角度制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の車体の傾斜角度制御装置において、
前記評価関数は、下記の式（１）であり、
【数１】
2008265692.tif 000033
（ただし、ｔ：時間、Ｆ（φ（ｔ））：前記評価関数、α：係数）
ｆＪＴ（ｔ）は、下記の式（２）もしくは、式（３）の何れか一方であり、
【数２】
2008265692.tif 000034
【数３】
2008265692.tif 000035
（ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ：係数、ｎ：正の整数）
ｙｐ（ｔ）、ｙｊ（ｔ）、θｐ（ｔ）、θｊ（ｔ）はそれぞれ、下記式（４）〜（７）であり、
【数４】
2008265692.tif 000036
【数５】
2008265692.tif 000037
【数６】
2008265692.tif 000038
【数７】
2008265692.tif 000039
（ただし、ｖ：走行速度、Ｒ（ｔ）：線路の曲率半径、Ｃ（ｔ）：線路のカント、Ｃ’（ｔ）：カントの時間変化率、Ｃ’’（ｔ）：カントの時間変化率の時間変化率、Ｇ：線路の軌間、φ（ｔ）：前記目標値、φ’（ｔ）：前記目標値の時間変化率、φ’’（ｔ）：
前記目標値の時間変化率の時間変化率、ｇ：重力加速度）
また、ｙｆ（ｔ）は、下記の式（８）で表され、ｙｐ（ｔ）に対して、０．３Ｈｚ以下の入力を強調する特性を有するフィルタｈ（ｔ）をかけたものであることを特徴とする車体の傾斜角度制御装置。
【数８】
2008265692.tif 000040
（ただし、τ：時間）
【請求項４】
請求項３記載の車体の傾斜角度制御装置において、
前記データベースは、前記未走行線路データを離散的に記憶し、
前記演算処理部は、所定時間Ｔ０＋Ｔ１内に前記鉄道車両が走行するべき区間の線路を前記未走行区間の線路として前記データ取得処理及び前記演算処理を所定時間Ｔ０ごとに行い、複数回の前記演算処理のそれぞれにおいては、前記予定走行条件を一定として前記目標値の時間変化率φ’（ｉ）と、前記目標値の時間変化率の時間変化率φ’’（ｉ）とをそれぞれ下記の式（９）、式（１０）として近似して用い、
【数９】
2008265692.tif 000041
【数１０】
2008265692.tif 000042
（ただし、Δｔｉ＝Δｘｉ／ｖ、Δｘｉ：ｉ−１番目の未走行線路データによって形状が示される未走行線路の地点とｉ番目の未走行線路データによって形状が示される未走行線路の地点との間隔、ｉ：正の整数）
前回の前記演算処理の結果に基づいて前記目標値を決定し、
前記動作部は、前記前回の演算処理と今回の前記演算処理とによって前記目標値が重複して決定される時間Ｔ１内のうち、少なくともこの時間Ｔ１の終了時点を含む所定時間Ｔ２（Ｔ２≦Ｔ１）内においては、前記前回の演算処理による前記目標値に合わせて前記鉄道車両を傾斜させることを特徴とする車体の傾斜角度制御装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項に記載の車体の傾斜角度制御装置によって車体の傾斜角度を制御することを特徴とする車体の傾斜角度制御方法。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項に記載の車体の傾斜角度制御装置を備えることを特徴とする鉄道車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両が線路の曲線部を走行する際の車体の傾斜角度を制御する車体の傾斜角度制御装置、車体の傾斜角度制御方法及び鉄道車両に関する。
【０００２】
さらに詳しくは、乗り物酔いを考慮した車体の傾斜角度制御装置、車体の傾斜角度制御方法及び鉄道車両に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、振子式の鉄道車両は線路の曲線部を走行する際には乗り心地を悪化させないよう車体を曲線部の内側に傾斜させるようになっており、このような車体の傾斜方式としては自然振子方式と制御付き振子方式とが知られている。自然振子方式は遠心力によって車体を自然に振れさせるものであり、制御付き振子方式は走行速度や線路形状に応じて車体の傾斜角度を制御するものである。これらの方式のうち、制御付き振子方式としては、所定時間経過後に走行するべき未走行区間の線路の形状を予見して車体の傾斜角度の目標値を事前に決定し、この目標値に合わせて車体の傾斜角度を制御する予見制御方式が広く採用されている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
このような予見制御方式の鉄道車両は、線路形状に関するデータベースを内部に備えており、未走行区間の線路形状に関する未走行線路データをデータベースから取得し、この未走行線路データに基づいて車体の傾斜角度を制御している。
【０００５】
また、近年、乗客による主観的な乗り心地評価を推定するために種々の評価指標が提案されている。これらの評価指標は、乗り心地と相関の高い振動特性の測定結果に基づいて算出されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、これらの評価指数は振動特性の測定結果から乗り心地評価を推定するものであって乗り心地評価を予見可能とするものではないため、このような評価指数を用いて上記予見制御方式の鉄道車両における車体の傾斜角度の制御を行うことはできなかった。そのため、鉄道車両が線路の曲線部を走行した際に乗客が乗り心地の悪さを感じる場合が生じていた。
【０００７】
そこで、本願発明者らは、乗り心地を確実に向上させるべく鋭意検討を行ない、乗客の乗り心地指標を基にした評価関数を見出し、当該評価関数を用いて車体の傾斜角度の制御を行うことを想到した（特許文献３）。
【特許文献１】特開昭６１−１０８０５３号公報
【特許文献２】特開２００１−２５５２４２号公報
【特許文献３】特開２００４−２９１８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、鉄道車両において、よりよい顧客満足を提供するために種々の研究が行われており、本願発明者らの研究の結果、車体を積極的に振子運動させる振子車両においては、乗客の列車酔いが問題となっているケースがあることが分かった。
【０００９】
つまり、前記特許文献３に記載の制御装置を採用した振子電車にあっては、顧客の乗り心地の評価指標を用いているため、乗り心地の改善は十分に図ることができる。しかしながら、その一方で、顧客の乗り心地の評価指標のみで制御した場合、車両がカーブに入る
前から徐々に車体を傾斜し始め、カーブが終了しても直ぐに水平に戻さずに徐々に車体の傾斜を戻すように制御されるため、乗り心地が良い反面、乗り物に酔いやすい顧客にとっては、車体が傾斜している時間が長く、その結果列車酔いをしてしまう可能性があった。
【００１０】
本願発明は、このような状況下においてなされたものであり、前記特許文献３に記載の制御装置をさらに一歩進め、乗り心地に加えて列車酔いの発生を低く抑える車体の傾斜角度制御装置、車体の傾斜角度制御方法、およびこれらを用いた鉄道車両を提供することを主たる課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するための本願発明は、鉄道車両における車体の傾斜角度制御装置であって、線路全体の形状に関するデータベースから未走行区間の線路の形状に関する未走行線路データを取得するデータ取得処理と、前記車体の傾斜角度の目標値を決定する演算処理とを行う演算処理部と、前記演算処理によって決定された前記目標値に合わせて前記車体を傾斜させる動作部とを備え、前記演算処理は、前記未走行区間の線路上を前記鉄道車両が走行する際の前記車体の乗り物酔いを含めた乗心地の評価指標を推定するための評価関数を、前記未走行区間の線路上における予定走行条件と前記未走行線路データとに基づき、前記車体の傾斜角度の目標値を変数として決定する関数決定処理と、前記評価指標の値が所定の範囲内に含まれるように前記目標値を決定する目標値決定処理とを有することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、演算処理部は、単なる乗り心地のみならず、乗り物酔いを含めた乗心地の評価指標を推定するための評価関数を、車体の傾斜角度の目標値を変数に有する関数として決定するので、評価関数の値、つまり評価指標の推定値が所定の範囲内に含まれるように車体の傾斜角度の目標値を事前に決定することができる。従って、車体の傾斜角度を事前に制御する場合であっても、従来と異なり、実際に未走行区間の線路を鉄道車両が走行した際の乗り心地を確実に向上させることができるとともに、顧客乗り物酔いを防止することができる。なお、前記所定の範囲とは、一つの値のみからなるものであっても良い。
【００１３】
前記発明においては、前記演算処理部は、前記未走行区間の線路上を前記鉄道車両が走行するよりも前に、前記目標値を決定してもよい。
【００１４】
この発明によれば、未走行区間の線路上を鉄道車両が走行するよりも前に前記目標値が決定されるので、動作部は、車体が傾斜した状態となる時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とともに乗り物酔いを効果的に防止することができる。
【００１５】
前記発明において、前記評価関数は、下記の式（１）であり、
【００１６】
【数１１】
2008265692.tif 000003
【００１７】
（ただし、ｔ：時間、Ｆ（φ（ｔ））：前記評価関数、α：係数）
ｆＪＴ（ｔ）は、下記の式（２）もしくは、式（３）の何れか一方であり、
【００１８】
【数１２】
2008265692.tif 000004
【００１９】
【数１３】
2008265692.tif 000005
【００２０】
（ただし、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ：係数、ｎ：正の整数）
ｙｐ（ｔ）、ｙｊ（ｔ）、θｐ（ｔ）、θｊ（ｔ）はそれぞれ、下記式（４）〜（７）であり、
【００２１】
【数１４】
2008265692.tif 000006
【００２２】
【数１５】
2008265692.tif 000007
【００２３】
【数１６】
2008265692.tif 000008
【００２４】
【数１７】
2008265692.tif 000009
【００２５】
（ただし、ｖ：走行速度、Ｒ（ｔ）：線路の曲率半径、Ｃ（ｔ）：線路のカント、Ｃ’（ｔ）：カントの時間変化率、Ｃ’’（ｔ）：カントの時間変化率の時間変化率、Ｇ：線路の軌間、φ（ｔ）：前記目標値、φ’（ｔ）：前記目標値の時間変化率、φ’’（ｔ）：前記目標値の時間変化率の時間変化率、ｇ：重力加速度）
また、ｙｆ（ｔ）は、下記の式（８）で表され、ｙｐ（ｔ）に対して、０．３Ｈｚ以下
の入力を強調する特性を有するフィルタｈ（ｔ）をかけたものであってもよい。
【００２６】
【数１８】
2008265692.tif 000010
【００２７】
（ただし、τ：時間）
ここで、未走行線路データ、具体的には未走行区間の線路のカントＣ（ｔ）と、曲率半径Ｒ（ｔ）と、軌間Ｇとはデータベースから事前に取得可能となっている。また、鉄道車両の予定走行速度ｖ等の未走行区間の線路上での予定走行条件についても事前に取得可能となっている。更に、これら未走行線路データ及び予定走行条件に基づき、カントＣ（ｔ）の時間変化率Ｃ’（ｔ）と、時間変化率Ｃ’（ｔ）の時間変化率Ｃ’’（ｔ）と、曲率半径Ｒ（ｔ）の時間変化率Ｒ’（ｔ）等とについても事前に取得可能となっている。
【００２８】
この発明によれば、評価関数Ｆ（ｔ）における車体の左右加速度ｙｐ（ｔ）、左右加速度ｙｐ（ｔ）の時間変化率ｙｊ（ｔ）、車体のロール角速度θｐ（ｔ）及び車体のロール角加速度θｊ（ｔ）はそれぞれ未走行線路データと予定走行条件とからなる近似式から求められるので、乗り心地の評価指標の推定値を車体の傾斜角度の目標値に応じて事前に決定することができる。従って、評価指標の推定値が所定の範囲内に含まれるように車体の傾斜角度の目標値を事前に決定することができる。
【００２９】
また、上記式（１）において、ｙｆ（ｔ）は、ｙｐ（ｔ）に対して、０．３Ｈｚ以下の入力を強調する特性を有するフィルタをかけたものとなっているため、乗り物酔いの原因となる各種振動の中でも、最も乗り物酔いの原因となっている０．３Ｈｚ以下の左右振動に着目し、これを効果的に低減するような制御が可能となる。
【００３０】
そして、上記（１）において、（１−α）およびαは、各項の重み付けをするための係数である。乗り心地に重きをおいて制御する場合にはαの値を小さくすればよく、逆に乗り物酔いに重きをおく場合には、αの値を大きくすればよい。
【００３１】
また、上記式（２）、式（３）の何れを用いるかは任意に決定可能である。
【００３２】
ここで、式（３）を用いる場合においては、ｎは任意の正の整数であり、有限の値である限りにおいて値の大きいものであるほど好ましい。式（３）を用いた場合、車体の左右加速度ｙｐ（ｔ）と、その時間変化率ｙｊ（ｔ）と、車体のロール角速度θｐ（ｔ）と、車体のロール角加速度θｊ（ｔ）とからなる振動特性のそれぞれを２ｎ乗した和の値を時点ｔ０から時点ｔ１までの時間内で積分することによって評価指標が計算されるので、振動特性のそれぞれの最大値を求める必要がない分、評価関数を決定する処理を簡略化することができる。従って、車体の傾斜角度の目標値をより早く決定することができる。
【００３３】
前記発明においては、記データベースは、前記未走行線路データを離散的に記憶し、前記演算処理部は、所定時間Ｔ０＋Ｔ１内に前記鉄道車両が走行するべき区間の線路を前記未走行区間の線路として前記データ取得処理及び前記演算処理を所定時間Ｔ０ごとに行い、複数回の前記演算処理のそれぞれにおいては、前記予定走行条件を一定として前記目標値の時間変化率φ’（ｉ）と、前記目標値の時間変化率の時間変化率φ’’（ｉ）とをそれぞれ下記の式（９）、式（１０）として近似して用い、
【００３４】
【数１９】
2008265692.tif 000011
【００３５】
【数２０】
2008265692.tif 000012
【００３６】
（ただし、Δｔｉ＝Δｘｉ／ｖ、Δｘｉ：ｉ−１番目の未走行線路データによって形状が示される未走行線路の地点とｉ番目の未走行線路データによって形状が示される未走行線路の地点との間隔、ｉ：正の整数）
【００３７】
前回の前記演算処理の結果に基づいて前記目標値を決定し、
前記動作部は、前記前回の演算処理と今回の前記演算処理とによって前記目標値が重複して決定される時間Ｔ１内のうち、少なくともこの時間Ｔ１の終了時点を含む所定時間Ｔ２（Ｔ２≦Ｔ１）内においては、前記前回の演算処理による前記目標値に合わせて前記鉄道車両を傾斜させてもよい。
【００３８】
この発明によれば、評価関数には傾斜角度の目標値に関する１階差分と２階差分とが含まれ、各演算処理においては前回の演算処理の結果に基づいて目標値が決定されるため、前回の演算処理と今回の演算処理とによって目標値が重複して決定される時間Ｔ１内においては、前回の演算処理による目標値と今回の演算処理による目標値とは、異なる値とならずに同一化されることとなる。従って、傾斜角度の目標値を全ての走行区間に渡って連続させることができるため、時間Ｔ１のうち少なくともこの時間Ｔ１の終了時点を含む所定時間Ｔ２内において前回の演算処理による目標値に合わせて動作部に車体を傾斜させることにより、例えば複心曲線や反向曲線等の複雑な形状の曲線部を鉄道車両が走行する場合でも、車体の傾斜角度を連続して変化させ、乗り心地を向上させることができる。
【００３９】
また、上記課題を解決するための本願発明は、車体の傾斜角度制御方法であって、前述した車体の傾斜角度制御装置によって車体の傾斜角度を制御することを特徴とする。
【００４０】
この発明によれば、前述した車両の傾斜角度制御装置の発明と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
さらに、上記課題を解決するための本願発明は、鉄道車両であって、前述の車両の傾斜角度制御装置を備えることを特徴とする。
【００４２】
この発明によれば、前述した車両の傾斜角度制御装置の発明と同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００４３】
上述したように、本願発明によれば、単なる乗り心地のみならず、乗り物酔いを含めた乗心地の評価指標を推定するための評価関数を、車体の傾斜角度の目標値を変数に有する関数として決定するので、線路の形状の変化に合わせて確実に車体を傾斜させ、かつ乗り心地を向上させるとともに乗り物酔いを効果的に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４４】
以下、本発明を適用した振子式の鉄道車両について図面を参照して説明する。
【００４５】
〔第一の実施の形態〕
振子式の鉄道車両１は、図１に示すように、線路上を走行する台車２と、台車２によって支持された車体３とからなる。
【００４６】
台車２は、複数の車輪２０，…と、車輪２０同士を連結した複数の車軸２１，…と、これら車軸２１，…によって支持された台車枠２２と、振子梁２３等とからなる。この振子梁２３と台車枠２２に設けられた振子装置２４とによって車体３は傾斜可能となっており、台車枠２２及び振子梁２３には車体３を傾斜させる動作部２５が連結されている。
【００４７】
動作部２５は、振子装置２４に対して振子梁２３を揺動させることによって、車体３を傾斜させることができるようになっている。このような動作部２５としては、作動流体によるアクチュエータや電気モータによるアクチュエータ等が用いられている。
【００４８】
この動作部２５には傾斜角度制御装置２６が接続されている。傾斜角度制御装置２６は、線路全体の形状に関するデータベース２７と、傾斜角度の目標値を決定する演算処理部２８とを備えている。
【００４９】
データベース２７は、線路の全区間の形状に関するデータとして、線路のカントＣ（ｔ）と、曲率半径Ｒ（ｔ）と、軌間Ｇとを記憶している。なお、線路のカントＣ（ｔ）とは、図２に示すように、左右のレールの高低差である。また、軌間Ｇとは、左右のレール間の長さである。
【００５０】
演算処理部２８は、データベース２７及び動作部２５と接続されている。この演算処理部２８は、現時点ｔｃでの鉄道車両１の地点Ｐｃ及び走行速度ｖｃを検出可能となっている。また、演算処理部２８は、未走行線路のカントＣ（ｔ）と、曲率半径Ｒ（ｔ）と、軌間Ｇとからなる未走行線路データη（ｔ）をデータベース２７から取得可能であるとともに、未走行線路上での予定走行条件β（ｔ）、本実施の形態においては予定走行速度ｖを取得可能となっている。ここで、未走行線路とは、現時点ｔｃ以降の時点ｔ０から所定時間Ｔ０後の時点ｔ１までの時間内に鉄道車両１が走行するべき未走行区間の線路である。
【００５１】
また、演算処理部２８は、取得した未走行線路データη（ｔ）と予定走行速度ｖとから、カントＣ（ｔ）の時間変化率Ｃ’（ｔ）と、この時間変化率Ｃ’（ｔ）の時間変化率Ｃ’’（ｔ）と、曲率半径Ｒ（ｔ）の時間変化率Ｒ’（ｔ）とを算出可能となっている。
【００５２】
また、演算処理部２８は、未走行線路上を鉄道車両１が走行する際の車体３の乗り物酔いを含めた乗り心地の評価指標を推定するための評価関数を、車体３の傾斜角度の目標値φ（ｔ）を変数に有する関数Ｆ（φ（ｔ））、具体的には式（１）として決定することができるようになっている。
【００５３】
【数２１】
2008265692.tif 000013
【００５４】
ここで、前記式（１）は、乗り心地に関する評価関数であるｆＪＴ（ｔ）の項と、乗り物酔いに関する評価関数であるｙｆ（ｔ）の項とから構成されている。具体的には、車体
３の傾斜角度の目標値φ（ｔ）を変数に有する下記の式（１１）として決定することができる。
【００５５】
【数２２】
2008265692.tif 000014
【００５６】
以下、それぞれの項に分けて説明する。
【００５７】
先ずはじめに、ｆＪＴ（ｔ）の項について説明する。
【００５８】
この関数は、車体３の傾斜角度の目標値φ（ｔ）を変数に有する関数Ｆ（（φ（ｔ）），η（ｔ），β（ｔ））、具体的には式（１２）として決定することができるようになっている。
【００５９】
【数２３】
2008265692.tif 000015
【００６０】
ここで、ｔは時間、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは係数である。また、ｙｐ（ｔ），ｙｊ（ｔ），θｐ（ｔ），θｊ（ｔ）は、以下の式で表される振動特性の近似値であり、具体的にはそれぞれ、図２に示すように、車体３の左右加速度［ｍ／ｓ２］、左右加速度の時間変化率［ｍ／ｓ３］、車体３のロール角速度［°／ｓ］、車体３のロール角加速度［°／ｓ２］である。なお、車体３の左右加速度ｙｐ（ｔ）は、図２に示されるように、車体３が左右方向に並進振動する際の左右方向の加速度である。また、車体３のロール角速度θｐ（ｔ）は、車体３が垂直面内で回転する際の角度θｒ（ｔ）［°］（図２参照）の時間変化率である。傾斜角度の目標値φ（ｔ）［°］は、動作部２５の作用により、台車枠２２に対して振子梁２３が回転する際の傾斜角（以下、振子傾斜角とする）の目標値である。
【００６１】
【数２４】
2008265692.tif 000016
【００６２】
【数２５】
2008265692.tif 000017
【００６３】
【数２６】
2008265692.tif 000018
【００６４】
【数２７】
2008265692.tif 000019
【００６５】
ただし、ｇは重力加速度［ｍ／ｓ２］である。
【００６６】
この評価関数によれば、例えば上記特許文献２に開示のように係数ａ〜ｅの値を設定することにより、乗客による乗り心地の評価を複数段階の尺度で推定することができる。具体的には、例えば評価関数の値が０〜１，１〜２，２〜３，３〜４の範囲内であれば、乗客による乗り心地の評価をそれぞれ「全く問題ない」、「やや気になる程度」、「不快であるが許容範囲内にある」、「不快であり許容できない」と推定することができる。
【００６７】
次に、ｙｆ（ｔ）の項について説明する。
【００６８】
このｙｆ（ｔ）の項は、本願発明の特徴である「乗り物酔い」を防止するための関数であり、具体的には上記式（４）で表されるｙｐ（ｔ）に対して、０．３Ｈｚ以下の入力を強調する特性を有するフィルタをかけたものである。
【００６９】
ここで、０．３Ｈｚ以下の入力を強調する理由は、当該周波数領域の左右振動が最も乗り物酔いの原因となると考えられるからである。
【００７０】
図３は、低周波振動と乗り物酔い発生率（ＭＲ）との関係を示す図である。
【００７１】
この図からも０．３Ｈｚ以下の左右振動が乗り物酔いの原因となることが分かる。
【００７２】
ここで、本願発明においては、０．３Ｈｚ以下の入力を強調する特性を有するフィルタについては限定することはなく、種々のフィルタを用いることができ、例えば図４に示す列車酔い評価用の左右振動補正フィルタを利用しても良い。ただし、曲線通過時に車両に対して左右方向へ定常的に作用する遠心力は図２の０．３Ｈｚ以下の直流成分に近い帯域の周波数に属し、この帯域の車体左右振動加速度信号を減衰させてしまうと、遠心力が考慮されなくなる。すなわち振子車両の本来の目的である定常的な左右振動加速度を打ち消すという本来の目的を達することができなくなる。これを解決するためには、例えば図５に示すような０．３Ｈｚ近辺をカットオフ周波数とするローパスフィルタを用いてもよい。
【００７３】
前記図５に示すローパスフィルタをｈ（ｔ）とすると、ｙｆ（ｔ）は以下の式（８）を上げることができる。
【００７４】
【数２８】
2008265692.tif 000020
【００７５】
本願発明の評価関数Ｆ（φ（ｔ））は、上記で説明した乗り心地に関する評価関数であるｆＪＴ（ｔ）の項と、乗り物酔いに関する評価関数であるｙｆ（ｔ）の項のそれぞれに、当該各項に対する重み付けをするための（１−α）、およびαを乗じた上で、各項を足し合わせることに構成されている。具体的には、前記式（１１）として、次式（１３）を用いている。
【００７６】
【数２９】
2008265692.tif 000021
【００７７】
当該重み付けをするために必要な係数αの値については０以上１以下の値であれば任意に設定可能である。αの値を小さくすれば、乗り心地に関数評価関数ｆＪＴ（ｔ）の項が車体の傾斜角度制御に大きく反映され、一方でαの値を大きくすれば、乗り物酔いに関する評価関数であるｙｆ（ｔ）の項が車体の傾斜角度制御に大きく反映されることとなる。
【００７８】
図６は、前記特許文献３の制御装置を用いた列車における緩和曲線内での左右振動加速度の発生傾向を示す図である。前記特許文献３の制御装置とはつまり、評価関数が乗り心地に関する評価関数であるｆＪＴ（ｔ）のみで構成されている制御装置を指し、本願発明の評価関数で表せば、前記重み付けのための係数α＝０とした場合を意味する。つまり、図６は、乗り物酔いに関し全く考慮していない制御をした場合の左右振動加速度の発生傾向を示している。
【００７９】
図６からも分かるように、乗客の乗り心地のみを考慮して車体の傾斜角度を制御した場合、緩和曲線の入口側および出口側において左右振動加速度が発生しており、この加速度が乗り物酔いの原因となる可能性がある。本願発明は、乗り心地に関する評価関数に加え、乗り物酔いに関する評価関数を考慮することにより、例えば図６に示される左右振動加速度を低減することを目的としていると言える。
【００８０】
ここで、演算処理部２８は、次の式（１４）に示すように、上記本願発明の評価関数Ｆ（φ（ｔ））を一定区間で積分した評価指標を計算し、この値が所定の範囲内、例えば最小値となる場合における振子傾斜角の目標値φ（ｔ）をφｍ（ｔ）として決定することができるようになっている。
【００８１】
【数３０】
2008265692.tif 000022
【００８２】
なお、本実施の形態においては、上記式（１４）として具体的には次の式（１５）を用いている。
【００８３】
【数３１】
2008265692.tif 000023
【００８４】
また、振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）が実現不可能な値となることを防ぐべく、φｍ（ｔ）は、以下の条件式を満たすように決定されている。
ｇ（φｍ（ｔ））≦０
このようなｇ（φｍ（ｔ））としては、例えばｇ（φｍ（ｔ））＝｜φｍ（ｔ）｜−γ（γは実数）等を挙げることができる。この条件式によれば、振子傾斜角がα［°］以上の実現不可能な角度になることを防ぐことができる。
【００８５】
また、演算処理部２８は、式（１５）によって決定された目標値φｍ（ｔ）と振子傾斜角とが等しくなるように、動作部２５を制御することができるようになっている。なお、演算処理部２８には、実際の振子傾斜角がフィードバックされるようになっている。
【００８６】
次に、上記の傾斜角度制御装置２６が振子傾斜角を制御する手順について説明する。
まず、図７に示すように、演算処理部２８が現時点ｔｃでの鉄道車両１の地点Ｐｃを検出する。また、演算処理部２８は、鉄道車両１が時点ｔ０，ｔ１において到達する地点Ｐ０，Ｐ１を、それぞれＰ０＝ＰＣ＋ｖｃ×Ｔｐ、Ｐ１＝Ｐ０＋ｖｃ×Ｔ０から計算する。なお時間Ｔｐは、演算処理部２８における演算時間と動作部２５における応答遅れ時間との合計時間よりも長くなっている。
【００８７】
次に、演算処理部２８は、地点Ｐ０から地点Ｐ１までの間の未走行線路の形状に関する未走行線路データη（ｔ）をデータベース２７から取得するとともに、この未走行線路上における予定走行条件β（ｔ）を取得する（データ取得処理）。なお、この場合における予定走行条件β（ｔ）とは、現時点ｔｃにおける走行速度ｖｃである。
【００８８】
次に、演算処理部２８は、データ取得処理の結果に基づいて振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）を決定する（演算処理）。なお、演算処理は、以下の関数決定処理と目標値決定処理とからなるものである。
【００８９】
具体的には、まず、演算処理部２８が未走行線路データη（ｔ）と予定走行条件β（ｔ）とを上記式（４）〜（７）に代入し、各振動特性を振子傾斜角の目標値φ（ｔ）の関数として決定する。次に、演算処理部２８は車体３の左右加速度ｙｐ（ｔ）と、その時間変化率ｙｊ（ｔ）と、車体３のロール角速度θｐ（ｔ）と、車体３のロール角加速度θｊ（ｔ）とのそれぞれの推定式および式（１２）、さらに前記左右加速度ｙｐ（ｔ）に０．３Ｈｚ以下の入力を強調する特性を有するフィルタをかけて得られる乗り物酔いに関する関数ｙｆ（ｔ）の推定式を式（１３）に代入し、評価関数Ｆを振子傾斜角の目標値φ（ｔ）の関数として決定する（関数決定処理）。
【００９０】
次に、演算処理部２８は所定時間Ｔ０内での評価関数Ｆの値を積分し、この値が最小値となる場合における振子傾斜角の目標値φ（ｔ）を式（１５）に基づきφｍ（ｔ）として決定する（目標値決定処理）。
【００９１】
以降、傾斜角度制御装置２６が上記データ取得処理から演算処理までを時間Ｔ０ごとに
繰り返すことにより、各時点での目標値φｍ（ｔ）からなる目標値パターンが、図７に示すように決定される。なお、各関数決定処理における予定走行条件β（ｔ）は、それぞれ一定の条件として設定されている。
【００９２】
そして、決定された目標値φｍ（ｔ）に合わせて動作部２５が車体３を傾斜させる（傾斜処理）。なお動作部２５を駆動させる信号は、鉄道車両１が地点Ｐ０に到達する時点ｔａよりも時間Ｔｐだけ前から動作部２５に入力されている。
【００９３】
以上のような鉄道車両１によれば、乗り物酔いを含む乗り心地の評価指標を推定するための評価関数Ｆを、振子傾斜角の目標値φ（ｔ）を変数に有する関数として決定するので、評価関数Ｆの積分値、つまり評価指標の推定値が所定の範囲内に含まれるように振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）を事前に決定することができる。従って、振子傾斜角を事前に制御する場合であっても、従来と異なり、実際に未走行区間の線路を鉄道車両１が走行した際の乗り心地を確実に向上させることができるとともに、乗客の乗り物酔いの発生を効果的に防止することができる。
【００９４】
また、未走行区間の線路上を鉄道車両１が走行するよりも前に振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）が決定されるので、車体３が傾斜した状態となる時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３を傾斜させ、乗り心地を向上させることができる。
【００９５】
また、評価関数Ｆにおける車体３の左右加速度ｙｐ（ｔ）、左右加速度ｙｐ（ｔ）の時間変化率ｙｊ（ｔ）、車体３のロール角速度θｐ（ｔ）及び車体３のロール角加速度θｊ（ｔ）をそれぞれ未走行線路データη（ｔ）と予定走行条件β（ｔ）とからなる近似式として用いるので、乗り心地の評価指標の推定値を振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）に応じて事前に決定することができる。従って、評価指標の推定値が所定の範囲内に含まれるように振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）を事前に決定することができる。
【００９６】
なお、上記第一の実施の形態においては、時間Ｔ０内に鉄道車両１が走行するべき区間の線路を未走行区間の線路として演算処理を時間Ｔ０ごとに行うこととして説明したが、これに限らず、例えば図８に示すように、時間Ｔ０＋Ｔ１内に鉄道車両１が走行するべき区間の線路を未走行区間の線路として演算処理を所定時間Ｔ０ごとに行うこととしても良い。なお、この場合には、前回の演算処理と今回の演算処理とによって目標値φｍ（ｔ）が重複して決定される時間Ｔ１内においては前回の演算処理による目標値φｍ（ｔ）に合わせて車体３を傾斜させることが好ましい。
【００９７】
〔第一の実施の形態の変形例〕
次に、上記第一の実施の形態の変形例について説明する。なお、上記第一の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００９８】
本変形例における鉄道車両１Ａは、振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）を決定する際に上記式（１３），（１５）の代わりに次の式（１６），（１７）を用いる点において上記第一の実施の形態における鉄道車両１と異なる。
【００９９】
【数３２】
2008265692.tif 000024
【０１００】
【数３３】
2008265692.tif 000025
【０１０１】
ここで、ｎは正の整数であり、ｎの値は大きいものほど好ましい。また、μは係数であり、１以上の実数である。
【０１０２】
このような鉄道車両１Ａによれば、車体３の左右加速度ｙｐ（ｔ）と、その時間変化率ｙｊ（ｔ）と、車体３のロール角速度θｐ（ｔ）と、車体３のロール角加速度θｊ（ｔ）とからなる振動特性のそれぞれを２ｎ乗した和の値を時点ｔ０から時点ｔ１までの時間内で積分することによって評価指標が計算される。従って、上記第一の実施の形態と異なり、振動特性のそれぞれの最大値を求める必要がない分、評価関数Ｆを決定する処理を簡略化することができる。従って、振子傾斜角の目標値をより早く決定することができる。
【０１０３】
〔第二の実施の形態〕
次に、本発明に係る鉄道車両の第二の実施の形態について説明する。なお、上記第一の実施の形態と同様の構成要素には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１０４】
本第二の実施の形態における鉄道車両１Ｂは、上記傾斜角度制御装置２６の代わりに傾斜角度制御装置２６Ｂを備える点において上記第一の実施の形態における鉄道車両１と異なる。以下、この点について詳しく説明する。
【０１０５】
傾斜角度制御装置２６Ｂは、データベース２７Ｂと演算処理部２８Ｂとを備えている。
【０１０６】
データベース２７Ｂは、線路の形状に関するデータを離散的に記憶しており、より詳細には、予定走行速度ｖで時間Ｔ０＋Ｔ１内に鉄道車両１Ｂが走行する距離［ｍ］ごとの地点に対応する未走行線路データを順番に記憶している。
【０１０７】
演算処理部２８Ｂは、振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）を決定する際に上記式（１３）の代わりに上記式（１６）を、上記式（１５）の代わりに次の式（１８）を用いる点等において上記演算処理部２８と異なっている。
【０１０８】
【数３４】
2008265692.tif 000026
【０１０９】
ただし、上記式（１８）におけるｙｆ（ｉ）は、ｈ（ｉ）を０．３Ｈｚ以下の信号を強調する（２ｎ＋１）次のＦＩＲフィルタとすると、下記の式（１９）で表される。
【０１１０】
【数３５】
2008265692.tif 000027
【０１１１】
（ただし、ｎ：自然数）
なお、本第二の実施の形態においてはｎ＝１とし、かつ前記関数ｇをφ（ｉ）の線形関数とした場合には、式（１６）は線形２次計画問題となるため、振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）を容易に解くことができる。
【０１１２】
ここで、φ’（ｔ），φ’’（ｔ）はそれぞれ以下の式（２０），（２１）で近似されている。これにより、評価関数には振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）に関する１階差分と２階差分とが含まれた状態となっている。
【０１１３】
【数３６】
2008265692.tif 000028
【０１１４】
【数３７】
2008265692.tif 000029
【０１１５】
但し、Δｔｉ＝Δｘｉ／ｖであり、Δｘｉは、ｉ−１番目の未走行線路データによって形状が示される未走行線路の地点とｉ番目の未走行線路データによって形状が示される未走行線路の地点との間隔［ｍ］である。また、ｉは正の整数である。
【０１１６】
また、Ｒ’（ｔ），Ｃ’（ｔ）及びＣ’’（ｔ）は、それぞれ以下の式（２２）〜（２４）で近似されている。
【０１１７】
【数３８】
2008265692.tif 000030
【０１１８】
【数３９】
2008265692.tif 000031
【０１１９】
【数４０】
2008265692.tif 000032
【０１２０】
次に、傾斜角度制御装置２６Ｂが振子傾斜角を制御する手順について説明する。なお、本第２の実施の形態においては、鉄道車両１Ｂは、例えば図９（ａ），（ｂ）に示すような形状の未走行線路上を走行するものとする。
【０１２１】
まず、演算処理部２８Ｂは、時間Ｔ０＋Ｔ１内に走行予定の未走行線路の形状に関する未走行線路データη（ｔ）をデータベース２７Ｂから取得するとともに、この未走行線路上における予定走行条件β（ｔ）を取得する（データ取得処理）。なお、この場合における予定走行条件β（ｔ）とは、現時点における走行速度である。また、本第２の実施の形態においては、時間Ｔ０は３［秒］、時間Ｔ１は１［秒］となっている。
【０１２２】
次に、演算処理部２８Ｂは、データ取得処理の結果に基づいて振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）を決定する（演算処理）。なお、この演算処理は、以下の関数決定処理と目標値決定処理とからなるものである。
【０１２３】
具体的には、まず、演算処理部２８Ｂは未走行線路データη（ｔ）と予定走行条件β（ｔ）とを上記式（４）〜（７）に代入し、各振動特性を振子傾斜角の目標値φ（ｔ）の関数として決定する。このとき、φ’（ｔ），φ’’（ｔ），Ｒ’（ｔ），Ｃ’（ｔ）及びＣ’’（ｔ）の値に関しては上記式（２０）〜（２４）による近似値を用いる。
【０１２４】
次に、演算処理部２８Ｂは車体３の左右加速度ｙｐ（ｔ）と、その時間変化率ｙｊ（ｔ）と、車体３のロール角速度θｐ（ｔ）と、車体３のロール角加速度θｊ（ｔ）とのそれぞれの推定式、および前記左右加速度ｙｐ（ｔ）に０．３Ｈｚ以下の入力を強調する特性を有するフィルタをかけて得られる乗り物酔いに関する関数ｙｆ（ｔ）の推定式を式（１６）に代入し、評価関数Ｆを振子傾斜角の目標値φ（ｔ）の関数として決定する（関数決定処理）。
【０１２５】
次に、演算処理部２８Ｂは所定時間Ｔ０内での評価関数Ｆの値を積分し、この値が最小値となる場合における振子傾斜角の目標値φ（ｔ）を式（１７）に基づきφｍ（ｔ）として決定する（目標値決定処理）。これにより、各時点での目標値φｍ（ｔ）からなる目標値パターンが決定される。
【０１２６】
以降、図９（ｃ）〜（ｇ）に示すように、傾斜角度制御装置２６Ｂが上記データ取得処理から演算処理までを時間Ｔ０ごとに繰り返し、前回の演算処理と今回の演算処理とによって時間Ｔ１内で振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）を重複して決定する。なお、各関数決定処理における予定走行条件β（ｔ）は、それぞれ一定の条件として設定されている。ここで、傾斜角度制御装置２６Ｂは複数回の演算処理のそれぞれにおいては前回の演算処理の結果に基づいて目標値を決定しており、かつ評価関数には振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）に関する１階差分と２階差分とが含まれるため、目標値φｍ（ｔ）が重複して決定される時間Ｔ１内においては、前回の演算処理による目標値と今回の演算処理による目標値とは、異なる値とならずに同一化されることとなる。これにより、図１０（ａ）に示すように、各時点での目標値φｍ（ｔ）からなる目標値パターンが、全ての走行区間に渡って連続して決定されることとなる。
【０１２７】
そして、決定された目標値φｍ（ｔ）に合わせて動作部２５が車体３を傾斜させる（傾
斜処理）。なお、目標値φｍ（ｔ）が重複して決定される時間Ｔ１内においては、動作部２５は前回の演算処理による目標値φｍ（ｔ）に合わせて鉄道車両１を傾斜させる。
【０１２８】
以上のような鉄道車両１Ｂによれば、全ての走行区間に渡って目標値パターンが連続して決定されるので、前記時間Ｔ１内において、前回の演算処理による目標値φｍ（ｔ）に合わせて動作部２５に車体３を傾斜させることにより、例えば複心曲線や反向曲線等の複雑な形状の曲線部を鉄道車両１Ｂが走行する場合でも、振子傾斜角を連続して変化させ、図１０（ｂ）に示すように乗り心地を向上させることができる。なお、
1176441539125_0
（ｂ）は、
1176441539125_1
（ａ）の目標値パターンの通りに車体３を傾斜させて鉄道車両１Ｂが走行する場合の乗り心地評価指標と、車体３を傾斜させずに鉄道車両１Ｂが走行する場合の乗り心地評価指標とを示す図である。
【０１２９】
また、上記式（１８）で表される非線型最適化問題を解くことにより振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）を決定することができる。従って、線路の形状に関するデータが連続せずに離散化されてデータベース２７Ｂに記憶されている場合であっても鉄道車両１Ｂの乗り心地を確実に向上させることができる。
【０１３０】
なお、上記第一及び第二の実施の形態においては、台車２は図１に示すものとして説明したが、車体を傾斜させる機構があれば良く、例えばリンク式や空気ばね伸縮式などであっても良い。
【０１３１】
また、演算処理部２８は、式（１）の値の積分値が最小値となるように振子傾斜角の目標値φｍ（ｔ）を決定することとして説明したが、例えば０〜１等、所定の範囲内に含まれるように決定することとしても良い。
【０１３２】
更に、評価関数Ｆとしては、他の評価関数を用いることとしても良い。
【０１３３】
図１１は、本願発明の車体の傾斜角度の制御方法の手順をより分かりやすく説明するためのフロー図である。
【０１３４】
図示するように、本願発明の制御方法にあっては、未走行線路の曲率やカントのデータや走行速度情報に基づき曲率、カントの時間変化率を算出する。
【０１３５】
次いで、これらの算出結果から、左右加速度ｙｐ（ｔ）、左右加速度ｙｐ（ｔ）の時間変化率ｙｊ（ｔ）、車体のロール角速度θｐ（ｔ）及び車体３のロール角加速度θｊ（ｔ）をそれぞれ算出し、この値に基づいて乗り心地に関する評価関数ｆＪＴを算出するとともに、前記左右加速度ｙｐ（ｔ）に０．３Ｈｚ以下の入力を強調する特性を有するフィルタをかけて得られる乗り物酔いに関する関数ｙｆ（ｔ）を算出する。
【０１３６】
次いで、乗り心地に関する評価関数ｆＪＴおよび乗り物酔いに関する関数ｙｆ（ｔ）に重み付けをする係数（１−α）およびαを掛け合わせて、これらを足し合わせることにより本願発明の評価関数であるＦ（φ（ｔ））を求め、これが最小となるような目標値φｍ（ｔ）を決定する。
【０１３７】
また、本願発明の制御方法においては、生成された目標値は、次回の目標値生成にあたり前回値として使用される。
【０１３８】
次に、本願発明の一実施例を示す。
【０１３９】
図１２は、本願発明の制御方法を用いて算出した車両の傾斜角度の目標値を示す図である。
【０１４０】
具体的には、図１２（ａ）はある線路の曲率を示す図であり、図１２（ｂ）は、当該線路のカントを示す図である。図１２（ｃ）（ｄ）は、それぞれ、当該曲率およびカントを有する線路を車両が通過する際の車両の傾斜角度目標値を示すものである。
【０１４１】
図１２（ｃ）は、本願発明の評価関数を用い、かつ、乗り物酔いに関する関数ｙｆ（ｔ）の重み付け係数αを０．９に設定した場合の傾斜角度目標値を示している。また、比較のため、当該重み付け係数αが０の場合（つまり、乗り物酔いに関する関数を使わない制御により算出した場合）も併せて示している。
【０１４２】
同様に、図１２（ｄ）は、本願発明の制御方法（評価関数）を用い、かつ、乗り物酔いに関する関数ｙｆ（ｔ）の重み付け係数αを０．９９に設定した場合の傾斜角度目標値を示している。また、比較のため、当該重み付け係数αが０の場合（つまり、乗り物酔いに関する関数を使わない制御により算出した場合＝乗り心地に関する評価関数のみの場合）も併せて示している。
【０１４３】
これらの図からも明らかなように、本願発明の制御方法（評価関数）を用いると、曲率が０となると同時に、つまりカーブの入口と出口において、車体の傾斜角度がほぼ０になっており、従来の評価関数を用いた制御（乗り心地に関する評価関数のみの場合）に比べて、カーブの入口および出口付近での左右振動加速度の発生を防止していることが分かる。従って、従来に比べて乗り物酔いの発生を低減できるものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【０１４４】
【図１】振子式の鉄道車両の主要部の構成を示す概略図である。
【図２】線路の形状、車体の傾斜角度及び鉄道車両の振動特性を説明するための図である。
【図３】低周波振動と乗り物酔い発生率（ＭＲ）との関係を示す図である。
【図４】列車酔い評価用の左右振動補正フィルタの一例を示す図である。
【図５】０．３Ｈｚ近辺をカットオフ周波数とするローパスフィルタの一例を示す図である。
【図６】特許文献３の制御装置を用いた列車における緩和曲線内での左右振動加速度の発生傾向を示す図である
【図７】走行線路データと走行条件から傾斜角度の目標値を決定することを説明するための図である。
【図８】重複して決定された傾斜角度の目標値を示す図である。
【図９】線路形状に合わせて傾斜角度の目標値パターンを形成する手順を示す図であり、（ａ）は線路の曲率を示す図であり、（ｂ）は線路のカントを示す図であり、（ｃ）〜（ｇ）は逐次決定される目標値パターンを示す図である。
【図１０】（ａ）は決定された傾斜角度の目標値パターンを示す図であり、（ｂ）は目標値パターンに合わせて車体を傾斜させた場合の乗り心地評価指標の推定値を示す図である。
【図１１】本願発明の車体の傾斜目標角度の制御方法の手順を説明するためのフロー図である。
【図１２】本願発明の制御方法を用いて算出した車両の傾斜角度の目標値を示す図である。具体的には、（ａ）はある線路の曲率を示す図であり、（ｂ）は、当該線路のカントを示す図である。（ｃ）、（ｄ）は、それぞれ、当該曲率およびカントを有する線路を車両が通過する際の車両の傾斜角度目標値を示すものである。
【符号の説明】
【０１４５】
１，１Ａ，１Ｂ…鉄道車両
３…車体
２５…動作部
２６，２６Ｂ…傾斜角度制御装置
２７，２７Ｂ…データベース
２８，２８Ｂ…演算処理部
【図１】
2008265692.tif 000043
【図２】
2008265692.tif 000044
【図３】
2008265692.tif 000045
【図４】
2008265692.tif 000046
【図５】
2008265692.tif 000047
【図６】
2008265692.tif 000048
【図７】
2008265692.tif 000049
【図８】
2008265692.tif 000050
【図９】
2008265692.tif 000051
【図１０】
2008265692.tif 000052
【図１１】
2008265692.tif 000053
【図１２】
2008265692.tif 000054