(57)【要約】【課題】高い信頼性の下で車体傾斜制御を実施することが可能な車体傾斜システムの提供。【解決手段】台車１１と車体１２との間に配置される空気ばね１３Ａ，１３Ｂの傾斜角を検出するセンサ１４Ａ，１４Ｂと、これらセンサ１４Ａ，１４Ｂからの出力を取込んで所定の計算を行う１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂと、これら１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂ夫々の計算結果を照合する照合部２２とを有し照合部２２で１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂ夫々の計算結果が同じときに出力を行う車体傾斜制御装置２０と、伝送システム３０とを具備する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体及び台車を含む、複数編成の鉄道車両に適用される車体傾斜システムにおいて、
前記車体と前記台車との間に配置される空気ばねと、
この空気ばねを駆動する駆動系と、
前記空気ばねの傾斜角を検出する複数のセンサと、
この複数のセンサからの出力を取込んで所定の計算を行う複数の計算ユニットと、この複数の計算ユニット夫々の計算結果を照合する照合手段とを有し、前記照合手段で前記複数の計算ユニット夫々の計算結果が同じときに出力を行う車体傾斜制御装置と
を具備することを特徴とする車体傾斜システム。
【請求項２】
前記車体傾斜制御装置が複数系からなり、前記複数編成に適用される伝送システムが複数系からなるとき、前記複数系の伝送システムを、前記複数系の車体傾斜制御装置の入出力ラインに相互に取合う形態で接続したことを特徴とする請求項１記載の車体傾斜システム。
【請求項３】
前記車体傾斜制御装置が複数系からなるとき、一系が異常のとき他系へ切換えて車体傾斜制御を継続し、全系異常が前記複数編成のうちで１両でも発生した場合は、全車両の車体傾斜制御を中止する手段を具備することを特徴とする請求項１又２に記載の車体傾斜システム。
【請求項４】
前記複数系の伝送システムとは別に前記複数編成に跨る引通し線を備え、当該引通し線により車体傾斜制御の中止指令を授受することを特徴とする請求項３に記載の車体傾斜システム。
【請求項５】
前記車体傾斜制御装置は、前記一段ブレーキ制御を実現するデジタルＡＴＣ装置から、少なくとも速度及びキロ程情報を、前記複数系の伝送システムを介して取得することを特徴とする請求項２に記載の車体傾斜システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両、特に新幹線車両に適用して好適な空気バネ式を典型例とする車体傾斜システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道技術において、運転時間間隔及び運転時分の短縮並びに乗り心地の向上等は常に求められる要請であり、近く、新幹線に導入されようとしているいわゆるデジタルＡＴＣ（非特許文献１参照）は、かかる要請を効果的に実現するものとして期待されている。また、鉄道車両の走行において、時間短縮と曲線通過時の乗り心地とは密接な関係があり、曲線区間を走行時には、走行の安全性と共に当該曲線区間を通過する際の乗り心地を一定以上に確保するため、スピード制限が設けられている。このため、曲線区間が多いと、その分スピードダウンを必要とし、時間短縮は望めない。この場合、曲線通過時の乗り心地を何らかの手段で向上できれば、曲線区間でのスピードアップが図れることから、乗り心地を確保した上で時間短縮を図ることができる。
【０００３】
かかる曲線通過時の乗り心地を向上させる手段として、振子式車体傾斜システム、特許文献１等で示される空気ばね式車体傾斜システムがあり、これらシステムは、我国において、一部の在来線区間、在来線車両に適用されている。
【０００４】
今、上述した車体傾斜システムを新幹線に導入する試みがなされている。特定の曲線区間でのみ車体傾斜を行う等の理由から、空気ばね式の車体傾斜システムを採用する考えがある。新幹線に上述した車体傾斜システムを導入するポイントとしては、編成システムとしての安全性と信頼性が確保できるかどうかに掛かっている。
【０００５】
空気ばね式の車体傾斜システムは、アクチュエータとして空気バネを利用するため、制御を逆に行うと逆傾斜となるため安全性の観点からいって制御出力の信頼性を高める必要がある。
【０００６】
システムが故障してもフェールセーフ側に移行するシステム構成が必須である一方、走り装置に直結するため、小さなトラブルでフェールセーフ側に移行して走行できなくなってしまうのも問題がある。つまり信頼性の高いシステムで、安定した出力を保ちつつ、冗長性の高い、フェールセーフなシステム構成を構築する必要がある。
【非特許文献１】新幹線の新ＡＴＣシステム、高重哲夫、ＯＨＭ、第８９巻、第６号、第１１１６号（２００２）、ｐ．５０
【特許文献１】特開２００２−３１６６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、高い信頼性の下で車体傾斜制御を実施することが可能な車体傾斜システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明は、車体及び台車を含む、複数編成の鉄道車両に適用される車体傾斜システムにおいて、
前記車体と前記台車との間に配置される空気ばねと、
この空気ばねを駆動する駆動系と、
前記空気ばねの傾斜角を検出する複数のセンサと、
この複数のセンサからの出力を取込んで所定の計算を行う複数の計算ユニットと、この複数の計算ユニット夫々の計算結果を照合する照合手段とを有し、前記照合手段で前記複数の計算ユニット夫々の計算結果が同じときに出力を行う車体傾斜制御装置とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、車体傾斜制御装置は照合手段で複数の計算ユニット夫々の計算結果が同じときに出力を行う構成としていることにより、安定した出力を保ちつつ、冗長性の高い、フェールセーフなシステム構成を構築して、高い信頼性の下で車体傾斜制御を実施することが可能な車体傾斜システムを提供できるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る車体傾斜システムの一実施形態を、新幹線車両に適用した例についいて説明する。本実施形態の車体傾斜システムの制御形態としては、床面で観測された車両左右の振動加速度からフィルタを介し車両左右の定常加速度を求め、それを零に打ち消すように外軌側の空気ばねを持ち上げ、最大傾斜角を例えば２度とする制御方式（加速度フィードバック方式）と、信頼性を高めるため曲線データを車上で持ち曲線通過中であるか否か曲線の向きは観測された向きと一致するか否かを常に監視する方式とのうち一方又は双方を採用している。
【００１１】
図１，図２に示すように、一つの列車を構成する複数編成の新幹線車両１０は、台車１１及び車体１２を含む。台車１１の台車枠１１Ａと車体１２との間には、空気ばね１３Ａ，１３Ｂが配置されている。この空気ばね１３Ａ，１３Ｂには圧縮空気の供給、遮断等を担う駆動系１８が接続されている。
【００１２】
また、空気ばね１３Ａ，１３Ｂに近接して、空気ばね１３Ａ，１３Ｂの傾斜角を検出するセンサ１４Ａ，１４Ｂと、車高リミットスイッチ１９Ａ，１９Ｂ１とが設けられている。センサ１４Ａ，１４Ｂは、図３に示すように、空気ばね１３Ａ，１３Ｂの伸縮量をレゾルバ等により回転量として検出する検出部１４Ａ１，１４Ｂ１と、この検出部１４Ａ１，１４Ｂ１による回転量をデジタル信号に変換するＲ／Ｄ変換器１４Ａ２，１４Ｂ２と、自身の異常を検知したとき他系へ移行させる異常検知部１４Ａ３，１４Ｂ３とからなり、車体傾斜制御装置２０に接続されている。
【００１３】
空気ばね１３Ａ，１３Ｂの駆動系１８としては、例えば、複数のノーマルクローズ型電磁弁を給気系に介挿した構成として、異常検知時に確実に給気を遮断し、さらに高さ調整弁経由の給気へ確実に空気回路を切替えられるように高さ調整弁についてはノーマルオープンのものを採用することができる。これにより、電磁弁等の故障モードが他の故障と重なっても、確実に弁動作を中断させることが可能となる。またセンサ１４Ａ，１４Ｂは、高さ調整弁に内蔵する構成であってもよく、例えば２重系に配置可能である。
【００１４】
なお、台車枠１１Ａには、レール１７Ａ，１７Ｂを走行する車輪１５Ａ，１５Ｂ及び車軸１６等が設けられ、台車１１を構成している。
【００１５】
図２に示すように、本実施形態の車体傾斜システムは、車体傾斜制御装置２０を含む。この車体傾斜制御装置２０は、新幹線車両１０を複数連結した列車内に敷設される伝送システム３０に接続される。この伝送システム３０は、１系及び２系の伝送線路３０Ａ，３０Ｂを有し、これら１系及び２系の伝送線路３０Ａ，３０Ｂにより１つの中央制御装置３１及び複数の端末制御装置３２を連結した列車内に配設している。
【００１６】
ここに中央制御装置３１は１系及び２系のＣＰＵ３１Ａ，３１Ｂを有し、端末制御装置３２は１系及び２系のＣＰＵ３２Ａ，３２Ｂを有する。
【００１７】
また伝送システム３０とは別に複数編成に跨る引通し線４０を備え、この引通し線４０により、図１に示す空気ばね１３Ａ，１３Ｂ及び駆動系１８毎等の単位で車体傾斜制御の中止指令を、中央制御装置３１等の間で授受することができるようになっている。
【００１８】
なお、５０は詳細は後述するデジタルＡＴＣ、６０は加速度計、７０は駆動系１８の一部を構成するコンプレッサである。
【００１９】
図２の構成で、車体傾斜制御装置２０は、図１に示す空気ばね１３Ａ，１３Ｂ、センサ１４Ａ，１４Ｂ及び駆動系１８の２組を制御するものとして表されている。なお、車体傾斜制御装置２０は、図１に示す空気ばね１３Ａ，１３Ｂ、センサ１４Ａ，１４Ｂ及び駆動系１８の１組又は３組以上を制御するものとしても構成することができる。
【００２０】
また、図４に示すように、車体傾斜制御装置２０は、センサ１４Ａ，１４Ｂからの出力を取込んで所定の計算を行う１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂと、これら１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂ夫々の計算結果を照合する照合部２２とを有し、照合部２２で１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂ夫々の計算結果が同じときに出力を行うものとなっている。
【００２１】
さらに図５に示すように、車体傾斜制御装置２０のＣＰＵが複数系からなるとき例えば１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂを有し、また伝送システム３０のＣＰＵが複数系からなるとき例えば１系及び２系ＣＰＵ３２Ａ，３２Ｂを有するとき、車体傾斜制御装置２０の１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂの入出力ラインと、伝送システム３０の１系及び２系ＣＰＵ３２Ａ，３２Ｂの入出力ラインとは、相互に取合う形態で接続することができる。
【００２２】
先に述べたデジタルＡＴＣ５０は、従来のＡＴＣがいわゆる多段式ブレーキ制御であったのに対し、デジタル符号の伝送、処理により一段ブレーキ制御を実現したものである。一段ブレーキ制御とは、地上側から車上に前方列車の位置等を伝送し、車上では、予め保持している線路の曲率、勾配等の線路条件及び車両データと前記前方列車の位置とにより最適ブレーキパターンを作成し、該最適ブレーキパターンに沿ってブレーキ制御を行うものである。
【００２３】
このデジタルＡＴＣ５０による保持データ及び／又は地上からの伝送データは、本実施形態の車体傾斜制御に用いられる。すなわち、車上の軌道情報に基づき車体傾斜制御を行うためには、正確な地点情報を各車の制御装置に伝達する必要がある。制御の安全性の確保のため、デジタルＡＴＣ５０に組込まれたフェールセーフＣＰＵを使用し、１つのコントローラに組み込まれた２つのＣＰＵにメモリーされた同じソフトウェアで同じ情報を双方で演算し、結果を照合する方式する。さらに重要な出力リレーには、出力結果を元のコントローラへ戻し、演算結果との照合を行い、リレー出力まで含めた安全性を確保することとする。またコントローラ内では目標指令値と現状のフィードバック値とを常につき合わせを行い、正常に動作しているかどうか確認しながら、全体のシステムが正常であるかどうか検定する。
【００２４】
以上のように本実施形態では、デジタルＡＴＣ５０の構成並びにその保持データ及び伝送データを用いて安全性を高めた車体傾斜制御を実施することができる。
【００２５】
以上のように本実施形態の車体傾斜システムによれば、車体傾斜制御装置２０は、センサ１４Ａ，１４Ｂからの出力を取込んで所定の計算を行う１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂと、これら１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂ夫々の計算結果を照合する照合部２２とを有し照合部２２で１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂ夫々の計算結果が同じときに出力を行うものとなっているので、２系によって演算結果の完全性を高めることが可能となり、安定した出力を保ちつつ、冗長性の高い、フェールセーフなシステム構成を構築して、高い信頼性の下で車体傾斜制御を実施することが可能となる。
【００２６】
また車体傾斜制御装置２０又はそのＣＰＵが複数系からなり、複数編成に適用される伝送システム４０又はそのＣＰＵが複数系からなるとき、伝送システム４０又はそのＣＰＵを、車体傾斜制御装置２０又はそのＣＰＵの入出力ラインに相互に取合う形態で接続したことにより、待機２重系の車体傾斜制御装置２０と２重系の伝送システム４０とがあいまって、システム全体の信頼性が高まるものとなる。
【００２７】
さらに、伝送システム３０とは別に引通し線４０を備え、伝送システム３０との間で車体傾斜制御の中止指令を授受するようにし、また車体傾斜制御装置２０が複数系からなり、その一系が異常のとき他系へ切換えて車体傾斜制御を継続し、全系異常が複数編成のうちで１両でも発生した場合は、全車両の車体傾斜制御を中止するようにしているので、この点でも車体傾斜システム全体の信頼性が高まるものとなる。
【００２８】
また、車体傾斜制御装置２０は、一段ブレーキ制御を実現するデジタルＡＴＣ装置５０からのデータ、例えば速度及びキロ程情報を伝送システム３０を介して取得するので、データ自身の信頼性と共に上述したハードウェア上の信頼性も得ることができる。
【００２９】
なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に係る車体傾斜システムが適用される車両の断面図。
【図２】本発明の一実施形態に係るに係る車体傾斜システムの構成図。
【図３】同実施形態における車体傾斜制御装置の構成例を示す図。
【図４】同実施形態における車体傾斜制御装置の構成例を示す図。
【図５】本発明に係る車体傾斜システムにおける車体傾斜制御装置と伝送システムとの接続関係を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１０…車両、１１…台車、１１Ａ…台車枠、１２…車体、１３Ａ，１３Ｂ…空気ばね、１４Ａ，１４Ｂ…センサ、１５Ａ，１５Ｂ…車輪、１６…車軸、１７Ａ，１７Ｂ…レール、１８…駆動部、１９Ａ，１９Ｂ…車高リミットスイッチ、２０…車体傾斜制御装置、２１Ａ，２１Ｂ…ＣＰＵ、２２…照合部、３０…伝送システム、３１…中央制御装置、３２…端末制御装置、４０…車両引き通し線、５０…デジタルＡＴＣ、６０…加速度計、７０…コンプレッサ。
【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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