(57)【要約】【課題】車体傾斜制御のフェールセーフ化の信頼性を向上する。【解決手段】高さ調整弁３と空気ばね２間を接続する空気管路４に切替え弁５を設ける。空気源６と空気ばね２間を接続する空気管路７に給気弁８と排気弁９を各１個設ける。切替え弁５は無電圧時に開き、給気弁８と排気弁９は無電圧時に閉じるように構成した路線情報を用いた車体傾斜制御である。少なくとも鉄道車両１の振動又は揺れを検出し、路線情報に基づく曲線方向と前記振動又は揺れの検出値より得られる曲線方向とが一致するか否かを判定する手段を設ける。前記判定結果が一致しないか又は直線と判断される場合には、前記各弁への電圧を無電圧とし、高さ調整弁で空気ばね高さを調整する。【効果】フェールセーフの信頼性が向上し、曲線路の更なる高速走行が安全に行え、直線路の走行時における空気や電力消費量も削減できる。【選択図】        図１
2004182000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道台車の空気ばね高さを機械的に調整する高さ調整弁を有し、この高さ調整弁と空気ばねとを接続する空気管路に無電圧時に開く少なくとも１個の切替え弁と、空気源と空気ばねとを接続する空気管路に無電圧時に閉じる少なくとも各１個ずつの給気弁と排気弁（或いは比例制御弁）が備えられた車体傾斜制御であって、
少なくとも鉄道車両の振動又は揺れを検出し、路線情報に基づく曲線方向と前記振動又は揺れの検出値より得られる曲線方向とが一致するか否かを判定し、
前記判定結果が一致しないか又は直線と判断される場合には、前記各弁への電圧を無電圧とし、高さ調整弁で空気ばね高さを調整することを特徴とする車体傾斜制御のフェールセーフ方法。
【請求項２】
鉄道台車の空気ばね高さを機械的に調整する高さ調整弁と、空気源と空気ばね間に接続される各１個又は複数個の給気弁と排気弁（或いは比例制御弁）を１個又は複数個の三方弁を介して空気ばねに接続し、前記三方弁は、無電圧時に高さ調整弁と空気ばねとが通じるように構成した車体傾斜制御であって、
少なくとも鉄道車両の振動又は揺れを検出し、路線情報に基づく曲線方向と前記振動又は揺れの検出値より得られる曲線方向とが一致するか否かを判定し、
前記判定結果が一致しないか又は直線と判断される場合には、前記三方弁への電圧を無電圧とし、高さ調整弁で空気ばね高さを調整することを特徴とする車体傾斜制御のフェールセーフ方法。
【請求項３】
鉄道台車の空気ばね高さを機械的に調整する高さ調整弁を有し、この高さ調整弁と空気ばねとを接続する空気管路に無電圧時に開く少なくとも１個の切替え弁と、空気源と空気ばねとを接続する空気管路に無電圧時に閉じる少なくとも各１個ずつの給気弁と排気弁（或いは比例制御弁）が備えられた車体傾斜制御であって、
路線情報による曲線路内において空気ばねの上下限が閾値を越えた場合に、前記各弁への電圧を無電圧とし、高さ調整弁で空気ばね高さを調整することを特徴とする車体傾斜制御のフェールセーフ方法。
【請求項４】
鉄道台車の空気ばね高さを機械的に調整する高さ調整弁と、空気源と空気ばね間に接続される各１個又は複数個の給気弁と排気弁（或いは比例制御弁）を１個又は複数個の三方弁を介して空気ばねに接続し、前記三方弁は、無電圧時に高さ調整弁と空気ばねとが通じるように構成した車体傾斜制御であって、
路線情報による曲線路内において空気ばねの上下限が閾値を越えた場合に、前記三方弁への電圧を無電圧とし、高さ調整弁で空気ばね高さを調整することを特徴とする車体傾斜制御のフェールセーフ方法。
【請求項５】
前記給気弁と前記排気弁の何れか一方或いは両方（或いは比例制御弁）と空気ばねとの間の空気管路に無電圧時には閉じる１個又は複数個の非常用締切り弁を更に設け、
前記判定結果が一致しないか又は直線と判断される場合、或いは、路線情報による曲線路内において空気ばねの上下限が閾値を越えた場合に前記非常用締切り弁への電圧を無電圧とすることを特徴とする請求項１又は３記載の車体傾斜制御のフェールセーフ方法。
【請求項６】
前記給気弁と前記排気弁の何れか一方或いは両方（或いは比例制御弁）と三方弁との間の空気管路に無電圧時には閉じる１個又は複数個の非常用締切り弁を更に設け、
前記判定結果が一致しないか又は直線と判断される場合、或いは、路線情報による曲線路内において空気ばねの上下限が閾値を越えた場合には、前記非常用締切り弁への電圧を無電圧とすることを特徴とする請求項２又は４記載の車体傾斜制御のフェールセーフ方法。
【請求項７】
車上子を備えた鉄道車両に、
鉄道台車の空気ばね高さを機械的に調整する高さ調整弁と、
この高さ調整弁と空気ばねとを接続する空気管路に１個又は複数個設けられた無電圧時に開く切替え弁と、
空気源と空気ばねとを接続する空気管路に各１個又は複数個設けられた無電圧時に閉じる給気弁及び排気弁（或いは比例制御弁）と、
振動又は揺れを検出する検出器と、
前記車上子で読み取られた情報に基づき曲線方向を割り出す曲線認識手段と、
前記検出器の検出値より曲線方向を割り出す曲線検出手段と、
前記曲線認識手段と前記曲線検出手段より得られる曲線方向が一致するか否かを判定する曲線判定手段と、
前記曲線判定手段の結果に応じて前記各弁への印加電圧を制御する第一制御手段とを設けたことを特徴とする車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項８】
前記検出器は、左右方向の加速度センサー又はヨー方向の速度センサー又はロール方向の速度センサーのうちの少なくとも何れか一つであることを特徴とする請求項７記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項９】
前記第一制御手段は、路線情報に基づく曲線方向と前記検出器の検出値より得られる曲線方向が一致しないか又は直線と判断される場合には、印加電圧をカットすることを特徴とする請求項７又は８記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項１０】
車上子を備えた鉄道車両に、
鉄道台車の空気ばね高さを機械的に調整する高さ調整弁と、
空気源と空気ばね間に接続される各１個又は複数の給気弁及び排気弁（或いは比例制御弁）と、
前記高さ調整弁と給気弁及び排気弁の間に１個又は複数個設けられ、無電圧時に高さ調整弁と空気ばねが通じるように構成された三方弁と、
振動又は揺れを検出する検出器と、
前記車上子で読み取られた情報に基づき曲線方向を割り出す曲線認識手段と、
前記検出器の検出値より曲線方向を割り出す曲線検出手段と、
前記曲線認識手段と前記曲線検出手段より得られる曲線方向が一致するか否かを判定する曲線判定手段と、
前記曲線判定手段の結果に応じて前記三方弁への印加電圧を制御する第二制御手段とを設けたことを特徴とする車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項１１】
前記検出器は、左右方向の加速度センサー又はヨー方向の速度センサー又はロール方向の速度センサーのうちの少なくとも何れか一つであることを特徴とする請求項１０記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項１２】
前記第二制御手段は、路線情報に基づく曲線方向と前記検出器の検出値より得られる曲線方向が一致しないか又は直線と判断される場合には、印加電圧をカットすることを特徴とする請求項１０又は１１記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項１３】
車上子を備えた鉄道車両に、
鉄道台車の空気ばね高さを機械的に調整する高さ調整弁と、
この高さ調整弁と空気ばねとを接続する空気管路に１個又は複数個設けられた無電圧時に開く切替え弁と、
空気源と空気ばねとを接続する空気管路に各１個又は複数個設けられた無電圧時に閉じる給気弁及び排気弁（或いは比例制御弁）と、
前記車上子で読み取られた情報に基づき曲線方向を割り出す曲線認識手段と、
空気ばねの上下限が閾値を超えたかどうかを検出する空気ばね検知器と、
前記曲線認識手段からの出力と、前記空気ばね検知器からの出力とから異常かどうかを検知する異常検知手段と、
前記異常検知手段の結果に応じて前記各弁への印加電圧を制御する第三制御手段とを備えたことを特徴とする車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項１４】
第三制御手段は、前記空気ばね検知器からの出力が上下限を超えた場合、前記切り替え弁、給気弁及び排気弁への印加電圧をカットするように構成されたことを特徴とする請求項１３記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項１５】
車上子を備えた鉄道車両に、
鉄道台車の空気ばね高さを機械的に調整する高さ調整弁と、
空気源と空気ばね間に接続される少なくとも各１個の給気弁及び排気弁（或いは比例制御弁）と、
無電圧時に前記高さ調整弁と空気ばねとが通じる三方弁と、
前記車上子で読み取られた情報に基づき曲線方向を割り出す曲線認識手段と、
空気ばねの上下限が閾値を超えたかどうかを検出する空気ばね検知器と、
前記曲線認識手段からの出力と、前記空気ばね検知器からの出力とから異常かどうかを検知する異常検知手段と、
前記異常検知手段の結果に応じて前記三方弁への印加電圧を制御する第四制御手段とを備えたことを特徴とする車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項１６】
第四制御手段は、前記空気ばね検知器からの出力が上下限を超えた場合、前記三方弁への印加電圧をカットするように構成されたことを特徴とする請求項１５記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項１７】
前記給気弁と前記排気弁の何れか一方或いは両方（或いは比例制御弁）と空気ばね間の空気管路に、無電圧時に閉じる１個又は複数個の非常用締切り弁を更に備えたことを特徴とする請求項７〜９，１３又は１４の何れか記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項１８】
前記給気弁と前記排気弁の何れか一方或いは両方（或いは比例制御弁）と三方弁間の空気管路に、無電圧時に閉じる１個又は複数個の非常用締切り弁を更に備えたことを特徴とする請求項１０〜１２，１５又は１６の何れか記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項１９】
前記曲線認識手段は、予め路線情報が入力されている記憶領域を有し、
前記車上子で読み取られた情報は地上子を検出したことによる地点情報であり、
該地点情報と予め入力されていた前記路線情報とから曲線方向を算出する第一曲線方向算出手段とを更に備えたことを特徴とする請求項７〜１８の何れか記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項２０】
前記曲線認識手段は、予め路線情報が入力されている記憶領域を有し、
前記車上子で読み取られた情報は地上子から受信した先行距離情報であり、
該先行距離情報と予め入力されていた前記路線情報とから曲線方向を算出する第二曲線方向算出手段とを更に備えたことを特徴とする請求項７〜１８の何れか記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項２１】
前記車上子で読み取られた情報は地上子から受信した路線情報であり、
前記曲線認識手段は、該路線情報から曲線方向を算出する第三曲線方向算出手段を備えたことを特徴とする請求項７〜１８の何れか記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項２２】
前記曲線認識手段は、予め路線情報が入力されている記憶領域を有し、
前記車上子で読み取られた情報は地上子を検出したことによる地点情報であり、該地点情報と予め入力されていた前記路線情報とから曲線方向を算出する第一曲線方向算出手段と、
前記車上子で読み取られた情報は地上子から受信した先行距離情報であり、該先行距離情報と予め入力されていた路線情報とから曲線方向を算出する第二曲線方向算出手段と、
前記車上子で読み取られた情報は地上子から受信した路線情報であり、該路線情報から曲線方向を算出する第三曲線方向算出手段とを備え、
第一又は第二曲線方向算出手段の出力と第三曲線方向算出手段の出力とを比べる比較手段を有することを特徴とする請求項７〜１８の何れか記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置。
【請求項２３】
請求項７〜２２の何れか記載の車体傾斜制御のフェールセーフ装置を搭載したことを特徴とする鉄道車両。
【請求項２４】
左右方向の加速度センサーにより車体の左右方向の第一の定常的横加速度を検出する工程と、高さセンサーにより検出した車体の左右両側での上下方向の高さから車体傾斜角を演算する工程と、路線情報から超過遠心加速度を算出する工程とを含み、前記超過遠心加速度と前記車体傾斜角とから第二の定常的横加速度を算出し、第一と第二の定常的横加速度の両者の差の絶対値を求め、この絶対値が閾値よりも小さい場合には曲線方向が一致すると判定することを特徴とする請求項１，２，６又は請求項１を引用する請求項５の何れか記載の車体傾斜制御のフェールセーフ方法に使用する曲線の判定方法。
【請求項２５】
車両の走行速度、走行方向と、ヨー方向の速度センサーにより検出した車体に作用するヨー方向の角速度とから曲線値を演算した後、演算された曲線値の符号と路線情報から得られた曲線半径の符号を比較し、両者の符号が同一であれば曲線方向が一致すると判定することを特徴とする請求項１，２，６又は請求項１を引用する請求項５の何れか記載の車体傾斜制御のフェールセーフ方法に使用する曲線の判定方法。
【請求項２６】
ロール方向の速度センサーにより車体に作用するロール方向の速度を検出し、このロール方向の速度データの符号と路線情報のカントの符号を比較し、両者の符号が同一であれば曲線方向が一致すると判定することを特徴とする請求項１，２，６又は請求項１を引用する請求項５の何れか記載の車体傾斜制御のフェールセーフ方法に使用する曲線の判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉄道車両における車体傾斜制御のフェールセーフ方法、及び、このフェールセーフ方法を実施する装置とこの装置を備えた鉄道車両、並びに、このフェールセーフ方法に用いる曲線判定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両が曲線路を通過するに際し、高速での通過と乗客の乗り心地の向上を図るため、軌道の曲線部分にはカントが施され、遠心力と重力との合力が車体床面に垂直に作用するようになされている。
【０００３】
この曲線路での走行速度を速くするには、カント量を大きくすれば良いが、カント量を大きくし過ぎると、曲線路を低速で走行したり、あるいは、この曲線路で停車した場合には、車体の傾きが大きくなって曲線路の内軌側に転倒する危険性がある。従って、安全上、カント量には上限が設定されている。
【０００４】
ところで、最大カント量から算出される均衡速度を超えた速度で曲線路を通過すると、カントで相殺できない超過遠心力が発生し、乗り心地を悪くすると共に脱線の危険も生じる。
【０００５】
そこで、超過遠心力が作用した場合に、超過遠心力と重力との合力が車体床面に垂直に働くよう、台車はそのままで車体だけが更に傾くようにし、乗客に不快感を与えずにカント均衡速度以上の速度で曲線路を通過できるようにした振子車両が採用されている。
【０００６】
しかしながら、振子車両では、車体傾斜中心である振子中心が車体重心より上方にあり、車体を傾斜させると車体重心が反傾斜側に移動するため、曲線走行時に外輪荷重が増加する一方、内輪荷重が減少することになる。
【０００７】
従って、振子車両では、乗客に不快な遠心力を感じさせることなく、より高速で走行するためには、車体をより内側に傾斜させる必要があるが、車体の内側傾斜度合に伴って前記の輪重移動も多くなり、離心率が増して転覆の危険性も増大し、曲線路走行速度の更なる向上が図れないという問題があった。
【０００８】
そこで、振子車両に代えて、乗客に不快な遠心力を感じさせることなく、曲線路の更なる高速走行を可能とするべく、車体傾斜制御について種々の提案がなされているが、このような車体傾斜制御においては、車体傾斜制御がフェールした時に逆傾斜しないようにすることが最も重要なポイントであり、各種のフェールセーフ方法が提案されている。
【０００９】
例えば、空気ばねの高さを機械的に調整する高さ調整弁と空気ばね間に介在された切替え弁は無電圧時に開き、空気源と空気ばね間に介在させた給気弁と排気弁は無電圧時に閉じるように２系統の空気管路を構成し、車体傾斜制御がフェールした際に各弁への電圧を無電圧とし、高さ調整弁で空気ばね高さを調整するフェールセーフ方法（例えば特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開平６−２７０８０５号公報（第１頁、図１，２）
【００１１】
また、ヨーイングジャイロによりヨーイング方向の検出を行い、曲線区間の曲がり方向を検出した場合に、路線地図の曲がり方向と一致するか否かを判断することでフェールを検出し、フェールセーフを実施するもの（例えば特許文献２参照。）。
【００１２】
【特許文献２】
特開平７−８１５５８号公報（第２頁、第７図）
【００１３】
また、車体の高さを検出する位置検出器、地点検出器、速度検出器及び制御器の少なくとも何れか一方から出力される信号に基づいて車体傾斜異常を検知すると、常時は開状態の非常用締切弁を閉状態に、また、傾斜制御時には閉状態の切換弁を開状態にして自動高さ調整弁を動作させるフェールセーフ方法（例えば特許文献３参照。）。
【００１４】
【特許文献３】
特開２００１−２８７６４２号公報（第１頁、第１図）
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献２（特開平７−８１５５８号公報）で提案されたフェール検知方法は、ヨーイング方向のみの検出によりフェール検知を行う一重系の検知システムであるため信頼性に乏しい。
【００１６】
また、特許文献１〜特許文献３で提案されたフェールセーフ方法は、当然のことながら何れも曲線路走行時における車体傾斜制御の際におけるフェールセーフ方法であることから、直線走行時においては全く言及していない。
【００１７】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、車体傾斜制御のフェールセーフ化を高い信頼性で行うと共に、直線路の走行時における空気消費量や電力消費量の削減をも可能な鉄道車両における車体傾斜制御のフェールセーフ方法、及び、このフェールセーフ方法を実施する装置とこの装置を備えた鉄道車両、並びに、このフェールセーフ方法に用いる曲線判定方法を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る車体傾斜制御のフェールセーフ方法は、例えば少なくとも鉄道車両の振動又は揺れを検出し、路線情報に基づく曲線方向と前記振動又は揺れの検出値より得られる曲線方向とが一致するか否かを判定し、前記判定結果が一致しないか又は直線と判断される場合には、前記各弁への電圧を無電圧とし、高さ調整弁で空気ばね高さを調整することとしている。そして、このようにすることで、車体傾斜制御のフェール検知を高い信頼性で行うことが可能になると共に、直線路の走行時における空気消費量や電力消費量の削減も可能になる。
【００１９】
そして、上記の本発明に係る車体傾斜制御のフェールセーフ方法は、車上子を備えた鉄道車両に、高さ調整弁と、１個又は複数個設けられた無電圧時に開く切替え弁と、各１個又は複数個設けられた無電圧時に閉じる給気弁及び排気弁（或いは比例制御弁）と、振動又は揺れを検出する検出器と、前記車上子で読み取られた情報に基づき曲線方向を割り出す曲線認識手段と、前記検出器の検出値より曲線方向を割り出す曲線検出手段と、前記曲線認識手段と前記曲線検出手段より得られる曲線方向が一致するか否かを判定する曲線判定手段と、前記曲線判定手段の結果に応じて前記各弁への印加電圧を制御する第一制御手段とを設けた本発明に係る車体傾斜制御のフェールセーフ装置を用いて実施でき、このフェールセーフ装置を搭載した鉄道車両にあっては、曲線路の更なる高速走行が安全にかつ乗客に不快な遠心力を感じさせることなく行えることになると共に、直線路の走行時における空気消費量や電力消費量も削減できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明者等は、車体傾斜制御のフェール特に異常傾斜を高精度に検出するためには、
▲１▼  曲線を検知すること、
▲２▼  検知した曲線の傾斜方向と車体の傾斜する方向を検知し、この曲線の傾斜方向と車体の傾斜する方向が一致するか否かを判定すればよいこと、
の２点が必要であると考えた。
【００２１】
そして、曲線の検知は、
１）  左右方向の加速度検出器により車体に作用する左右方向の定常加速度（振動成分を含まない定常的な加速度（例えばＪＩＳ  Ｅ  ４０２３等参照））を検知する。
２）  速度センサーによりヨー方向の角速度、或いは、ロール方向の傾斜角速度を検知する。
ことによって可能であることを考慮し、以下の本発明を成立させた。
【００２２】
すなわち、第１の本発明に係る車体傾斜制御のフェールセーフ方法及び装置は、以下に例示される。
図１に例示するように、鉄道車両１は車体１ｂと鉄道台車１ａとからなり、地上子からの情報を読み取る車上子（図１では図示しない）を備え、鉄道台車１ａの空気ばね２の高さを機械的に調整する高さ調整弁３を有する。この高さ調整弁３と空気ばね２の間を接続する空気管路４中に１個又は複数個（図１の例では１個）設けられた電気にて開閉する切替え弁５を備える。空気源６と空気ばね２の間を接続する空気管路７に各１個又は複数個（図１の例では各１個）設けられた電気にて開閉する給気弁８及び排気弁９を備える。そして、鉄道車両１の車体１ｂ又は鉄道台車１ａの振動又は揺れを検出する検出器（図１では図示しない）を備える。この検出器は、例えば左右方向の加速度センサー又はヨー方向の速度センサー又はロール方向の速度センサーのうちの少なくとも何れか一つあれば良い。
【００２３】
第１の本発明は、図２に例示されるように、曲線認識手段２０、曲線検出手段２１、及び曲線判定手段２２を備える。曲線認識手段２０は、車上子２３で読み取った情報に基づき曲線方向を認識する。曲線検出手段２１は、前記の検出器で検出した加速度などの測定値を用いて、実際に鉄道車両１がどの様な方向に力を受けいているかを検出する。曲線判定手段２２は、これら曲線認識手段２０と曲線検出手段２１との出力を受けてそれらが一致しているかどうかを判定しその結果を制御手段に出力する。
【００２４】
判定結果が−致していれば、曲線上を鉄道車両１が通過していると判断し、曲線判定手段２２は、車体傾斜制御を行う信号を制御手段に出力する。判定結果が不一致か直線とされる場合、曲線上を通過中かどうか不明なので、一時的に乗り心地は悪くなるが、曲線判定手段２２は車体傾斜制御を行わないようにする信号を制御手段に出力する。なお、直線である場合とは、例えば路線情報による曲線でない区間とされ、且つ検出器により検出される加速度が曲線ほど大きくない状況などをいう。
【００２５】
ここで、本例での第一の制御手段は図示しないが、前記の曲線判定手段２２の判定結果が一致の出力の場合、車体傾斜制御を実施するので傾斜制御装置をＯＮとするか、傾斜制御装置の切替え弁５、給気弁８及び排気弁９の各制御弁への印加電圧をカットしないような制御を一例として行う。一方、前記結果が不一致の場合、車体傾斜制御を行わないので傾斜制御装置をＯＦＦとするか、傾斜制御装置の切替え弁５、給気弁８及び排気弁９の各制御弁への印加電圧をカットするような制御を一例として行う。これらによりいずれも前記各弁５，８，９への印加電圧が無電圧とされ、切替え弁５が開かれ、給気弁８及び排気弁９が閉じられる。それにより結果として高さ調整弁３により空気ばね２の高さが調整される。
【００２６】
曲線認識手段２０は、車上子２３で読み取る地上子１９からの情報の種類により、例えば図３に示されるように、いくつものバリエーションがある。
図３（ａ）の曲線認識手段２０の例では、車上子２３で読み取る地上子１９からの情報は、地上子１９のある地点情報のみを示しており、当該地点情報と、鉄道車両１で予め持っているメモリ２７に蓄えられている路線情報とから曲線方向を算出する手段（第一曲線方向算出手段２４）を備える。
【００２７】
図３（ｂ）の曲線認識手段２０の例では、車上子２３で読み取る地上子１９からの情報は、地上子１９の地点の場所と次の曲線までの距離（先行情報）を示しており、当該先行情報と、鉄道車両１で予め持っているメモリ２７に蓄えられている路線情報とから曲線方向を算出する手段（第二曲線方向算出手殴２５）を備える。
【００２８】
図３（ｃ）の曲線認識手段２０の例では、車上子２３で読み取る地上子１９からの情報は、路線情報すべてであり、地点の場所と次の曲線までの距離、次の曲線の緩和曲線とその長さ、カント量などその地点の先にある少なくとも一つの曲線情報すべてを示しており、この場合、鉄道車両１にはメモリ２７がなく、得られた路線情報から曲線方向を算出する手段（第三曲線方向算出手段２６）を備える。
【００２９】
図３（ｄ）の曲線認識手段２０の例では、車上子２３で読み取る地上子１９からの情報は、図３（ｃ）の例と同様であるが、鉄道車両１にはメモリ２７が設けられており、得られた地上子情報の地点情報などと、そのメモリ２７に独自に蓄えられている路線情報により前記図３（ａ）又は（ｂ）に記載された第一曲線方向算出手段２４又は第二曲線方向算出手段２５を備える。そしてそれとは別に、地上子１９から得られた全ての路線情報から曲線方向を算出する前記の第三曲線方向算出手段２６を備え、ここで、第一曲線方向算出手段２４又は第二曲線方向算出手段２５の出力と、第三曲線方向算出手段２６の出力とを予備的に比較し、曲線方向が判定される予備的比較手段２８を備える。
【００３０】
この予備的比較が一致する場合、この予備的比較手段２８から、曲線認織手段２０の値としてその結果が出力される。一方、不一致であれば、ここで各弁５，８，９の印加電圧を制御する制御手段が、制御を行わずに安全を得ることができるように印加電圧を無電庄とするような信号を出力する。
【００３１】
また、第２の本発明に係る車体傾斜制御のフェールセーフ方法及び装置は、以下に例示される。なお、第１の本発明と同じ説明部分は省略する。
図４に例示するように、鉄道車両１は車体１ｂと鉄道台車１ａとからなり、地上子からの情報を読み取る車上子（図４では図示しない）を備え、鉄道台車１ａの空気ばね２の高さを機械的に調整する高さ調整弁３を有する。更に鉄道車両１は、空気源と空気ばね２の間に接続される各１個又は複数個（図４の例では各１個）設けられた電気にて開閉する給気弁８及び排気弁９を備える。ここで、前記高さ調整弁３と給気弁８及び排気弁９の間に１個又は複数個（図４の例では１個）の三方弁１０が設けられる。この三方弁１０は、電圧が印加されると、給気弁８、排気弁９と空気ばね２が通じ、無電圧時に高さ調整弁３と空気ばね２が通じるように構成され、電気にて開閉する。車体１ｂ又は鉄道台車１ａの振動又は揺れを検出する装置と方法、並びに車上子、曲線認識手段、曲線検出手段及び曲線判定手段は第１の本発明と同様であり、詳細な説明は省略する。
【００３２】
ここで、本例での第二の制御手段は図示しないが、前記の曲線判定手段２２の判定結果が一致するという出力の場合、車体傾斜制御を行うので傾斜制御装置をＯＮとするか、傾斜制御装置の三方弁１０への印加電圧をカットしないような制御を一例として行う。一方、前記結果が不一致の場合、車体傾斜制御を行わないので傾斜制御装置をＯＦＦとするか、傾斜制御装置の三方弁１０への印加電圧をカットするような制御を一例として行う。これらにより三方弁１０への印加電圧が無電圧とされ、高さ調整弁３と空気ばね２が通じる。それにより結果として高さ調整弁３により空気ばね２の高さが調整される。
【００３３】
また、第３の本発明に係る車体傾斜制御のフェールセーフ方法及び装置は、以下に例示される。なお、第１、第２の本発明と同じ説明部分は省略する。
基本的な構成は、図１に例示されている第１の本発明と同様である。第３の本発明は、図５に例示されるように、曲線認識手段２０、空気ばね検知器２９、及び異常検知手段３０を備える。曲線認識手段２０は、前記の第１、第２の本発明で述べていたものと同様のものである。空気ばね検知器２９は、空気ばねの上下限値が、メカニカルにその閾値Ｈ１、Ｈ２を超えたときに異常を知らせる検知器である。この閾値は、通常はその列車が走行する路線の中で、最も大きな超過遠心加速度を受ける曲線を通過する場合を元に決められるが、路線情報を元に、随時その曲線区間ごとに定めても良い。
【００３４】
この閾値を検知する具体的方法は、図６（ａ）に示したように、車体傾斜のための高さセンサー１１を使用することが可能である。また、前記高さセンサー１１に代えて、図６（ｂ）に示したような、光電スイッチや近接センサー１２を使用しても良い。制御器１３は、前記の異常検知手段３０を備えた車上子と第三の制御手段を含む。異常検知手段３０は、高さセンサー１１等で検出した値と地上子等から得られた路線情報とを元に、前記の閾値から鉄道車両１が異常かどうかを判断し、閾値が上限値、下限値を超えたときに異常出力をする。その出力は、第三の制御手段に送られ、車体傾斜制御をしないようにする信号を制御手段に出力する。ここで、本例での第三の制御手段は、前記の異常検知手段３０が何も異常出力しない場合、車体傾斜制御をするので傾斜制御装置をＯＮとするか、傾斜制御装置の切替え弁５、給気弁８及び排気弁９の各制御弁への印加電圧をカットしないような制御を一例として行う。
【００３５】
一方、異常出力がなされる場合、車体傾斜制御を行わないので傾斜制御装置をＯＦＦとするか、傾斜制御装置の切替え弁５、給気弁８及び排気弁９の各制御弁への印加電圧をカットするような制御を一例として行う。
これらにより何れも前記各弁５，８，９への印加電圧が無電圧とされて切替え弁５が開かれ、給気弁８及び排気弁９が閉じられる。それにより結果として高さ調整弁３により空気ばね２の高さが調整される。
【００３６】
また、図６（ｃ）に示すように、車体傾斜とは別系統のフェール検知用センサー１４で検出した値が空気ばね２の上下限の閾値を超えた場合には、制御器１３と弁５，８，９間を切断（配線部分や弁用電源供給ラインの切断）する。この場合には、制御器１３の判断に関係なく前述の無電圧とする場合と同等の処置が行えることになる。
【００３７】
なお、前述の第３の本発明に係る車体傾斜制御のフェールセーフ方法及び装置において制御する弁を、切替え弁５から三方弁１０に置き換えたものでも良い。これが第４の本発明に係る車体傾斜制御のフェールセーフ方法及び装置である。
【００３８】
上記の本発明に係る車体傾斜制御のフェールセーフでは、曲線を検知する検出器例えば加速度センサーや速度センサーを設け、これらの検出結果から求めた曲線方向と地上子等からの路線情報に基づく曲線方向を比較したり、路線情報による曲線路内において空気ばねの上下限が閾値を超えるか否かにより制御フェールや逆傾斜を検知するので、一重系のフェール検知に比べて信頼性が向上することになる。
【００３９】
そして、上記の第１又は第３の本発明においては、前記給気弁８と前記排気弁９の何れか一方或いは両方と空気ばね２の間の空気管路７中に、図７（ａ）に示したように、１個又は複数個（図７（ａ）の例では１個）の非常用締切り弁１５を更に備えさせたフェールセーフ装置としても良い。或いは、上記の第２又は第４の本発明において、前記給気弁８と前記排気弁９の何れか一方或いは両方と三方弁１０の間の空気管路７中に、図７（ｂ）に示したように、１個又は複数個（図７（ｂ）の例では１個）の非常用締切り弁１５を更に備えさせたフェールセーフ装置としても良い。この非常用締切り弁１５は、電圧印加時は開状態であり、無電圧時に閉じるので、仮に排気弁９が故障しても空気ばね２内の空気が抜けず、更なる信頼性の向上が図れる。
【００４０】
上記の第１〜第４の本発明において、切替え弁５、給気弁８、排気弁９、三方弁１０を空気管路５又は７中に複数個設ける場合には、図８（ａ）に示したような並列、図８（ｂ）に示したような直列、或いは、図８（ｃ）〜（ｅ）に例示したような並列と直列をどのように組合せても良い。また、給気弁８と排気弁９に代えて、両者の作用を兼ね備えた比例制御弁を使用しても良い。
【００４１】
上記の第１〜第４の何れかの本発明例に係る車体傾斜制御のフェールセーフ装置を搭載した鉄道車両にあっては、曲線路の更なる高速走行が、乗客に不快な遠心力を感じさせることなく、安全に行えることになると共に、直線路の走行時における空気消費量や電力消費量も削減できる。
【００４２】
次に、上記の第１又は２の本発明方法に使用する左右方向の加速度センサー、ヨー方向の速度センサー、ロール方向の速度センサーで検出した値を用いた曲線の判定方法について説明する。
【００４３】
Ａ．左右方向の加速度センサーでの検出値を用いた曲線の判定方法の一例（図９参照）
車体１ｂが傾斜しない場合の曲線での超過遠心加速度（最大カント量から算出される均衡速度を超えた速度で曲線路を通過する場合に、カントＣで相殺できない遠心加速度）αは、鉄道車両の走行速度をＶ（ｍ／秒）、曲線半径をＲ（路線情報：ｍ）、重力加速度をｇ（ｍ／秒２  ）、軌間をＧ（ｍ）とすると、
α＝（Ｖ２  ／Ｒ・ｇ）−（Ｃ／Ｇ）  …▲１▼
の計算式によって求めることができる。
【００４４】
一方、車体１ｂの傾斜角θは、高さセンサーによって検出された車体１ｂの左右の高さ（例えば左右の空気ばね２の高さ）Ｈ１  （ｍ），Ｈ２  （ｍ）と、高さセンサーの左右の取付け間隔（例えば左右の空気ばねの間隔）Ｌ（ｍ）を用いて、
θ＝（Ｈ１  −Ｈ２  ）／Ｌ  …▲２▼
の計算式によって求めることができる。
【００４５】
上記の▲１▼，▲２▼式より、曲線路走行時における車体１ｂに作用する左右方向の第二の定常的横加速度α２  は、
α２  ＝α−θ＝（Ｖ２  ／Ｒ・ｇ）−（Ｃ／Ｇ）−θ  …▲３▼
の計算式によって求めることができる。
【００４６】
従って、この第二の定常的横加速度α２  と、車体１ｂに設置した左右方向の加速度センサー１６により検出した車体１ｂに作用する左右方向の第一の定常的横加速度α１  の両者の差の絶対値｜α２  −α１  ｜を求め、この絶対値が閾値ｘよりも小さい場合には曲線方向が一致するとし、また、前記絶対値が閾値よりも大きい場合には異常と判定する。これが本発明に係る第１の判定方法例である。
【００４７】
この本発明に係る第１の判定方法例では、前述の▲２▼▲３▼式を利用することで、判定手段においても定常的横加速度α２  の検出が容易に行えることになって、より確実なフェール検知が可能になる。
【００４８】
Ｂ．ヨー方向の速度センサーでの検出値を用いた曲線の判定方法の一例（図１０参照）
車体１ｂ或いは鉄道車両台車１ａに設置したヨー方向の速度センサー１７により曲線を検知した場合、走行方向及び走行速度Ｖとヨー方向角速度ωから、曲線値Ｒ１  （曲線の曲がり方向（曲線方向）によって正負の値をもつ）は、
Ｒ１  ＝Ｖ／ω
の計算式によって求めることができる。
【００４９】
一方、路線情報には、曲線半径Ｒと曲線方向が含まれている。
従って、路線情報が有している曲線半径Ｒとその方向から、この曲線半径Ｒと前記曲線値Ｒ１  を比較し、両者の符号が同一であれば曲線方向が一致すると判定する。これが本発明に係る第２の判定方法例である。
【００５０】
この本発明に係る第２の判定方法例では、前記曲線半径Ｒと前記曲線値Ｒ１  の差の絶対値｜Ｒ−Ｒ１  ｜が閾値ｙよりも小さい場合には曲線半径も一致していると考えられるため、曲線の方向と曲線半径Ｒから現在認識中の曲線が正しいか否かの判断も行うことができる。
【００５１】
Ｃ．ロール方向の速度センサーでの検出値を用いた曲線の判定方法の一例（図１１参照）
鉄道台車１ａにロール方向の傾斜角速度を検出する速度センサー１８を設置しておけば、例えば曲線が右カーブの場合のカント方向を正とすれば、ロール方向の傾斜角速度によって、図１１（ｃ）のデータを得ることができる。このデータの基づく正負と路線情報のカントの正負を比較すれば曲線方向が一致しているか否かの判断が可能になる。これが本発明に係る第３の判定方法例である。
【００５２】
この本発明に係る第３の判定方法例では、図１１（ｃ）に斜線で示した緩和曲線部の面積がカント量となることから、この斜線部分の面積をΦ、カント量をＣとすると、これら両者の差の絶対値｜Ｃ−Φ｜が閾値ｚよりも小さい場合には、カント情報も一致していると考えられるため、カントの方向と前記面積Φから現在認識中の曲線が正しいか否かの判断も行うことができる。
【００５３】
上述の曲線判定方法を２つ以上組み合わせた場合には、更なる信頼性の向上が図れることは言うまでもない。
【００５４】
なお、本発明に適用する路線情報を用いた通常の傾斜制御の一例は、以下の手順に基づいて行われる。
１）  車輪からのパルス信号等により走行距離を算出する手順
２）  走行距離に基づいて路線上の現在位置を算出する手順
または、
１’）  地上子１９等からの情報による路線情報と車輪からのパルス信号等とから走行距離を算出する手順
２’）  算出された走行距離に基づいて路線上の現在位置を算出する手順
以上の１），２）又は１’）  ，２’）  の手順により図１２におけるＡ位置の特定が可能になる。
【００５５】
ちなみに、図１２における路線情報の一例は１曲線について緩和曲線入口までの距離Ｂ、円曲線入口までの距離Ｃ、円曲線出口までの距離Ｄ、緩和曲線出口までの距離Ｅ、カント量Ｃ、曲線半径Ｒ、及び曲線方向である。Ａ位置は例えば地上子１９からの地点情報と車輪パルスから、Ｂ位置はやはり車輪パルスから判る。
【００５６】
Ａ位置が特定できたらＢ位置にある曲線は次の３）又は３’）  の手順により判る。
３）  鉄道車両１が曲線区間Ｂに到達したか否かを予め記憶されている路線地図により判定する手順
または、
３’）  曲線区間Ｂに到達したか否かを予め記憶されている各地点情報に対応した曲線情報により判定する手順
【００５７】
そして、曲線区間に到達したと判定された場合は、
４）  曲線区間における車両の超過遠心加速度α（前述の▲１▼式）を算出する手順
５）  超過遠心加速度を補償する空気ばね高さ指令値を算出する手順
により算出した空気ばね高さ指令値を、所定の傾斜角内で各空気ばねの一方若しくは両方に給気又は排気し、傾斜制御を行う。
【００５８】
本発明は上記の例に限るものではなく、同一の技術的思想の範囲内であれば、適宜設計変更は任意である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、路線情報以外に、曲線を検知する検出器を設け、これら両者の結果を比較することで、制御フェールや逆傾斜を検知するので、一重系のフェール検知に比べて信頼性が向上することになって、曲線路の更なる高速走行が、乗客に不快な遠心力を感じさせることなく、安全に行えることになる。加えて、直線路の走行時における空気消費量や電力消費量の削減も可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の説明図で、（ａ）は概略要部構成を示す図、（ｂ）は切替え弁の詳細図、（ｃ）は給気弁の詳細図、（ｄ）は排気弁の詳細図である。一例として請求項１，３，７，１３，２３に対応する。
【図２】本発明の説明図で、曲線認識手段、曲線検出手段、曲線判定手段の内容を説明する図である。一例として請求項１，２，７，１０に対応する。
【図３】図２の曲線認識手段の内容を詳細に説明する図である。
【図４】本発明の概略要部構成を示す説明図である。一例として請求項２，４，１０，１５，２３に対応する。
【図５】本発明の説明図で、曲線認識手段、空気ばね検出器、異常検知手段の内容を説明する図である。一例として請求項３，４，１３，１５に対応する。
【図６】本発明における空気ばねの上下限の閾値を検知する方法を説明する図で、（ａ）は車体傾斜のための高さセンサーを使用するもの、（ｂ）は光電スイッチや近接センサーを使用するもの、（ｃ）は車体傾斜とは別系統のフェール検知用センサーを使用するものを示す。
【図７】非常用締切り弁を備えた本発明の概略要部構成を示す説明図である。（ａ）（ｂ）は一例として請求項５，６に対応する。
【図８】本発明において、切替え弁、給気弁、排気弁、三方弁を空気管路中に複数個設ける場合の説明図で、（ａ）は並列、（ｂ）は直列、（ｃ）〜（ｅ）は並列と直列の組合せの例を示す図である
【図９】左右方向の加速度センサーでの検出値を用いた曲線の判定方法を説明する図で、（ａ）は曲線区間における車体傾斜を説明する図、（ｂ）は曲線区間における左右方向の加速度を示した図である。
【図１０】ヨー方向の速度センサーでの検出値を用いた曲線の判定方法を説明する図で、（ａ）は曲線区間における車体傾斜を説明する図、（ｂ）は曲線区間（右カーブ）を平面から見た説明図、（ｃ）は曲線区間における曲線半径（曲線値）を示した図である。
【図１１】ロール方向の速度センサーでの検出値を用いた曲線の判定方法を説明する図で、（ａ）は曲線区間における車体傾斜を説明する図、（ｂ）は曲線区間におけるカント量を示した図、（ｃ）は曲線区間における傾斜角速度とカント量の算出方法を示した図である。
【図１２】路線情報を用いた通常の傾斜制御を説明する図である。
【符号の説明】
１    鉄道車両
１ａ  鉄道台車
１ｂ  車体
２    空気ばね
３    高さ調節弁
４    空気管路
５    切替え弁
７    空気管路
８    給気弁
９    排気弁
１０  三方弁
１１  高さセンサー
１２  光電スイッチ又は近接センサー
１３  制御器
１４  フェール検知用センサー
１５  非常用締切り弁
１６  左右方向の加速度センサー
１７  ヨー方向の速度センサー
１８  ロール方向の速度センサー
１９  地上子
２０  曲線認識手段
２１  曲線検出手段
２２  曲線判定手段
２９  空気ばね検知器
３０  異常検知手段
【図１】
2004182000.tif 000003
【図２】
2004182000.tif 000004
【図３】
2004182000.tif 000005
【図４】
2004182000.tif 000006
【図５】
2004182000.tif 000007
【図６】
2004182000.tif 000008
【図７】
2004182000.tif 000009
【図８】
2004182000.tif 000010
【図９】
2004182000.tif 000011
【図１０】
2004182000.tif 000012
【図１１】
2004182000.tif 000013
【図１２】
2004182000.tif 000014