(57)【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加速度、加速度の時間変化率、ロール角速度及びロール角加速度をそれぞれ推定するための振動特性推定関数を、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に有する関数として決定するとともに、当該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心地の評価指標を推定するための評価関数を、前記振動特性推定関数が含まれるよう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２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、
F(φ(t))=a max|yp(t)|＋b max|yj(t)|＋c max|θp(t)|＋d max|θj(t)|＋e
（但し、ｔ：時間、F(t)：前記評価関数、yp(t)：前記車体の左右加速度、yj(t)：前記左右加速度の時間変化率、θp(t)：前記車体のロール角速度、θj(t)：前記車体のロール角加速度、a,b,c,d,e：係数）
であり、
yp(t)、yj(t)、θp(t)及びθj(t)は、それぞれ
【数１】
0004105575.tif 000027
【数２】
0004105575.tif 000028
【数３】
0004105575.tif 000029
【数４】
0004105575.tif 000030
（但し、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：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）
として近似されて用いられることを特徴とする車体の傾斜角度制御装置。
【請求項４】
請求項２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、
F(φ(t))＝(μayp(t))2n+(μbyj(t))2n+(μcθp(t))2n+(μdθj(t))2n
（但し、ｔ：時間、F(t)：前記評価関数、yp(t)：前記車体の左右加速度、yj(t)：前記左右加速度の時間変化率、θp(t)：前記車体のロール角速度、θj(t)：前記車体のロール角加速度、a,b,c,d,e,μ:係数、ｎ：正の整数）
であり、
yp(t)、yj(t)、θp(t)及びθj(t)は、それぞれ
【数５】
0004105575.tif 000031
【数６】
0004105575.tif 000032
【数７】
0004105575.tif 000033
【数８】
0004105575.tif 000034
（但し、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：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）
として近似されて用いられ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３または４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'(t)と、前記目標値の時間変化率の時間変化率φ''(t)とをそれぞれ
【数９】
0004105575.tif 000035
【数１０】
0004105575.tif 000036
（但し、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）
として近似して用い、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７】
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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
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】
【従来の技術】
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、特開昭６１−１０８０５３号公報）。
【０００３】
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。
【０００４】
ところで、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１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１‐２５５２４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
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】
本発明の課題は、乗り心地を確実に向上させるように車体の傾斜角度を制御することができ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を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、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加速度、加速度の時間変化率、ロール角速度及びロール角加速度をそれぞれ推定するための振動特性推定関数を、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に有する関数として決定するとともに、当該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心地の評価指標を推定するための評価関数を、前記振動特性推定関数が含まれるよう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。
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、演算処理部は、乗り心地の評価指標を推定するための評価関数を、車体の加速度、加速度の時間変化率、ロール角速度及びロール角加速度をそれぞれ推定するための振動特性推定関数が含まれるよう決定する、即ち、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。
なお所定の範囲とは、一つの値のみからなるものであっても良い。
【００１０】
請求項２記載の発明は、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。
【００１１】
請求項２記載の発明によれば、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ことができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項２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、
F(φ(t))=a max|yp(t)|＋b max|yj(t)|＋c max|θp(t)|＋d max|θj(t)|＋e
（但し、ｔ：時間、F(t)：前記評価関数、yp(t)：前記車体の左右加速度、yj(t)：前記左右加速度の時間変化率、θp(t)：前記車体のロール角速度、θj(t)：前記車体のロール角加速度、a,b,c,d,e：係数）
であり、
yp(t)、yj(t)、θp(t)及びθj(t)は、それぞれ
【数１１】
0004105575.tif 000002
【数１２】
0004105575.tif 000003
【数１３】
0004105575.tif 000004
【数１４】
0004105575.tif 000005
（但し、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：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）
として近似されて用いられることを特徴とする。
【００１３】
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。
【００１４】
請求項３記載の発明によれば、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。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項２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、
F(φ(t))＝(μayp(t))2n+(μbyj(t))2n+(μcθp(t))2n+(μdθj(t))2n
（但し、ｔ：時間、F(t)：前記評価関数、yp(t)：前記車体の左右加速度、yj(t)：前記左右加速度の時間変化率、θp(t)：前記車体のロール角速度、θj(t)：前記車体のロール角加速度、a,b,c,d,e,μ:係数、ｎ：正の整数）
であり、
yp(t)、yj(t)、θp(t)及びθj(t)は、それぞれ
【数１５】
0004105575.tif 000006
【数１６】
0004105575.tif 000007
【数１７】
0004105575.tif 000008
【数１８】
0004105575.tif 000009
（但し、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：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）
として近似されて用いられることを特徴とする。
【００１６】
ここで、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。
請求項４記載の発明によれば、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。
また、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、請求項４記載の発明と異なり、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。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項３または４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'(t)と、前記目標値の時間変化率の時間変化率φ''(t)とをそれぞれ
【数１９】
0004105575.tif 000010
【数２０】
0004105575.tif 000011
（但し、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）
として近似して用い、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。
【００１８】
請求項５記載の発明によれば、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。
【００１９】
請求項６記載の発明は、車体の傾斜角度制御方法であって、
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によって車体の傾斜角度を制御することを特徴とする。
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００２０】
請求項７記載の発明は、鉄道車両であって、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。
請求項７記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
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。
〔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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
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。
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。
【００２４】
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。
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。
【００２５】
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),η(t),β(t))、具体的には（１）式として決定することができるようになっている。
【数２１】
0004105575.tif 000012
【００２６】
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。
【数２２】
0004105575.tif 000013
【数２３】
0004105575.tif 000014
【数２４】
0004105575.tif 000015
【数２５】
0004105575.tif 000016
ただし、ｇは重力加速度[m/s2]である。
【００２７】
この評価関数によれば、例えば上記特許文献１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。
【００２８】
また、演算処理部２８は、次の（６）式に示すように、評価関数Ｆ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。
【数２６】
0004105575.tif 000017
【００２９】
なお、本実施の形態においては、上記（６）式として具体的には次の（７）式を用いている。
【数２７】
0004105575.tif 000018
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)｜−α（α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。
【００３０】
また、演算処理部２８は、（７）式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。
【００３１】
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３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。
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。
【００３２】
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。
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（２）〜（５）式に代入し、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を（１）式に代入し、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）。
【００３３】
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（７）式に基づきφm(t)として決定する（目標値決定処理）。
【００３４】
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３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。
【００３５】
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。
【００３６】
以上のような鉄道車両１によれば、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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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４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。
【００４０】
〔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。
【００４１】
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（１）,（７）式の代わりに次の（８）,（９）式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。
【数２８】
0004105575.tif 000019
【数２９】
0004105575.tif 000020
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。
【００４２】
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。
【００４３】
〔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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
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。
【００４６】
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（１）式の代わりに上記（８）式を、上記（７）式の代わりに次の（１０）式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。
【数３０】
0004105575.tif 000021
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、（１０）式は線形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。
【００４７】
ここで、φ'(t),φ''(t)はそれぞれ以下の（１１），（１２）式で近似されている。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。
【数３１】
0004105575.tif 000022
【数３２】
0004105575.tif 000023
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。
【００４８】
また、R'(t),C'(t)及びC''(t)は、それぞれ以下の（１３）〜（１５）式で近似されている。
【数３３】
0004105575.tif 000024
【数３４】
0004105575.tif 000025
【数３５】
0004105575.tif 000026
【００４９】
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５（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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
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（２）〜（５）式に代入し、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（１１）〜（１５）式による近似値を用いる。
【００５２】
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を（１）式に代入し、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）。
【００５３】
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（７）式に基づき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。
【００５４】
以降、図５（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６（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。
【００５５】
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。
【００５６】
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６（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、図６（ｂ）は、図６（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。
【００５７】
また、上記（１０）式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。
【００５８】
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。
【００５９】
また、演算処理部２８は、（１）式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。
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。
【００６０】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、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。
【００６１】
請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、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ことができる。
【００６２】
請求項３記載の発明によれば、請求項２記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、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。
【００６３】
請求項４記載の発明によれば、請求項２記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、評価指標の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。また、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。
【００６４】
請求項５記載の発明によれば、請求項３または４記載の発明と同様の効果が得られるのは勿論のこと、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。
【００６５】
請求項６記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
請求項７記載の発明によれば、請求項１〜５の何れか一項に記載の発明と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【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】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４】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５】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６】（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。
【符号の説明】
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】
0004105575.tif 000037
【図２】
0004105575.tif 000038
【図３】
0004105575.tif 000039
【図４】
0004105575.tif 000040
【図５】
0004105575.tif 000041
【図６】
0004105575.tif 000042