(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車体傾斜制御処理、地上子検知処理及び地上子検知結果を元に距離程情報を修正する距離程修正処理を一制御演算周期内に有した鉄道車両の車体傾斜制御方法において、
一制御演算周期内で、地上子検知処理のみを複数回行い、検知した地上子の距離程データと、複数回の地上子検知処理のうちどの地上子検知処理部分で検知されたのかによって、距離程情報を修正することを特徴とする鉄道車両の車体傾斜制御方法。
【請求項２】
曲線路位置の検知装置を有する鉄道車両の空気ばねを用いた車体傾斜制御方法において、
請求項１に記載の車体傾斜制御と共に、予め入力された曲線路に追従した制御を行うための曲線データを、当該曲線データと走行時検知している車高との差に基づいて変更することにより、曲線路通過時における車体傾斜時の上下ストッパ当りを防止することを特徴とする鉄道車両の車体傾斜制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、曲線路通過時の乗り心地の悪化を防止するための鉄道車両の車体傾斜制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
車体傾斜制御機構を有する鉄道車両は、曲線路を通過する際、乗り心地を向上させるために、遠心力で発生する横方向の加速度を相殺すべく、車体を傾斜制御するようになっている。この車体の傾斜制御方法には、いくつかの方法があるが、その中の一つに、図９に示すような、既存の空気ばねを利用したものがある。
【０００３】
図９に示す車体傾斜制御装置では、台車１に設置した空気ばね２の高さを機械的に調整する高さ調整弁及び高さ調整弁と併設した車高検知計３を有し、この高さ調整弁と空気ばね２を接続する空気管路４中に、電気にて開閉する切換弁５を介設し、一方、空気源６と空気ばね２を接続する空気管路７中に、電気にて開閉する給気弁８と排気弁９を介設した構成であり、給気弁８と排気弁９の開閉制御信号は、車体傾斜制御装置内に予め記録されている曲線データに追従して出力されるようになっている。
【０００４】
このような図９に示す車体傾斜制御装置では、車両が曲線路を通過する際、車体傾斜制御により、車体１０と台車１間に設置している上下動ストッパの隙間は、図１０（ｂ）に示す非制御時から、図１０（ａ）に示すように、縮小される方向に作用することになる。この上下動ストッパの隙間としては、空気ばね２の内部にある上下動ストッパの隙間ｄ１と、車体１０の傾斜が建築限界の範囲内に抑えられるようにするための、車体１０の中心部の異常上昇止め隙間ｄ２がある。
【０００５】
そして、車体傾斜制御時は、図１０（ａ）に示すように、空気ばねの圧縮側では、空気ばねの内部にある上下動ストッパ隙間ｄ１が縮小され、車体中心部では、台車１と車体１０の異常上昇止め隙間ｄ２が縮小されることになる。
【０００６】
一方、前記曲線データは、車輪の回転数によって計算されるものであり、この回転数をカウントする際、走行条件により車輪の滑走や空転が発生すると、実際の距離程と車体傾斜制御装置内の距離情報に誤差が生じることになる。その結果、実際の曲線位置と、車体の傾斜制御位置がずれ、曲線路の出入り口付近において左右定常加速度が発生し、乗り心地が悪化することになる。
【０００７】
そこで、軌道上に距離程修正用の地上子を設置したり、既存の地上子を利用したりして、車両がそれらの地上子を検知した際に距離程の補正を行い、前記した誤差を低減させるようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、地点検知による誤差低減対策の一つである地上子の検知は、従来は車体傾斜制御装置内での一制御演算周期Ｔ毎に１回だけ行われていたので、一制御周期Ｔが長くなると、車両が地上子を通過した瞬間と、車体傾斜制御装置内で地上子を認識する瞬間にずれが生じ易く、距離程情報に誤差が生じることになる。
【０００９】
すなわち、従来は、車体傾斜制御処理ａと、地上子検知処理ｂ・距離程修正処理ｃは、図１１、図１２に示すように、一制御演算周期Ｔの先頭で行い、一制御演算周期Ｔの大半を占める残りの時間は、制御演算周期を調整するための制御周期待ちｄとして用いられていた。この場合、一制御演算周期Ｔ内の車体傾斜制御処理ａと、地上子検知処理ｂ・距離程修正処理ｃを行った直後のＡの瞬間に車両が地上子を通過しても、制御周期待ちｄの後半のＢの瞬間に通過しても、車体傾斜制御装置に地上子が認識されるタイミングは、次回の一制御演算周期Ｔの地上子検知処理ｂにおいてであるから、距離程を修正するための情報としては両者は同じである。
【００１０】
しかしながら、実際の距離程との誤差をみると、Ｂで地上子を検知した場合、検知直後に距離程の修正が行われるので、実際の距離程との誤差は小さいが、Ａで地上子を検知した場合、車体傾斜制御装置で検知される時間は約一制御演算周期分遅れることになるから、その時間に進んだ車両の距離が車体傾斜制御装置内の距離程情報の誤差になる。そのため、曲線路位置と車体の傾斜制御位置がずれ、左右定常加速度が発生して、乗り心地を悪化させることになる。
【００１１】
なお、このような距離程誤差を低減するための方法として、一制御演算周期Ｔを短くすることが考えられる。一制御演算周期Ｔが短くなると、図１１におけるＡ−Ｂ間の距離（時間）が短くなり、例えＡのタイミングで車両が地上子を通過しても、次の地上子検知処理ｂとの距離（時間）が短いので、距離程情報の誤差を低減することができる。しかしながら、一制御演算周期Ｔを短くすれば、車体傾斜制御装置を含む制御システムのハードの動作頻度が多くなって、ハードの寿命が短くなり、かつ、ＣＰＵへの負担も大きくなるため、高性能・高価格のＣＰＵが必要となる。
【００１２】
一方、上記したような既存の空気ばねを利用した車体傾斜制御装置では、制御時に台車と車体の振動成分が重なった場合には、前述の上下動ストッパの隙間ｄ1 ，ｄ２はさらに縮小することがある。この台車と車体の振動成分の重なりは、特に、曲線開始地点ＢＴＣ、円曲線開始地点ＢＣＣ、円曲線終了地点ＥＣＣ、或いは、曲線終了地点ＥＴＣで発生することが多い。
【００１３】
そして、上下動ストッパの隙間ｄ1 ，ｄ２の縮小の程度によっては、隙間がなくなって、いわゆる「ストッパ当り」が発生することになる。ストッパ当りが発生すると、発生時に生じる衝撃力により乗り心地が悪化することになる。従って、特に上記したような台車及び車体の振動成分が重なる場所では、上下動ストッパの隙間ｄ1 ，ｄ２を確保することが重要になる。
【００１４】
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、車体傾斜制御時に、ハードの動作頻度を必要最低限に抑えつつ、地上子検知時の距離程の修正精度を向上することで、及び、既存の空気ばねを有する車体傾斜制御装置にて、台車及び車体の振動成分が重なる場所において、車体を傾斜させた時の上下動ストッパ当りを防止することで、曲線路通過時における乗り心地悪化を防止可能な鉄道車両の傾斜制御方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【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、本発明の第１の鉄道車両の車体傾斜制御方法は、一制御演算周期内で、地上子検知処理のみを複数回行い、検知した地上子の距離程データと、複数回の地上子検知処理のうちどの地上子検知処理部分で検知されたのかによって、距離程情報を修正することとしている。そして、このようにすることで、ハードの動作頻度を必要最低限に抑えつつ、地上子検知時の距離程の修正精度が向上し、曲線路通過時における乗り心地悪化を防止できることになる。
また、本発明の第２の鉄道車両の車体傾斜制御方法は、第１の本発明の車体傾斜制御と共に、予め入力された曲線路に追従した制御を行うための曲線データを、当該曲線データと走行時検知している車高との差に基づいて変更することにより、曲線路通過時における車体傾斜時の上下ストッパ当りをも防止することとしている。そして、このようにすることで、台車及び車体の振動成分が重なる場所において車体を傾斜させた時、上下動ストッパ当りを防止でき、曲線路通過時における乗り心地悪化を防止することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の鉄道車両の車体傾斜制御方法は、車体傾斜制御処理、地上子検知処理及び地上子検知結果を元に距離程情報を修正する距離程修正処理を一制御演算周期内に有した鉄道車両の車体傾斜制御方法において、一制御演算周期内で、地上子検知処理のみを複数回行い、検知した地上子の距離程データと、複数回の地上子検知処理のうちどの地上子検知処理部分で検知されたのかによって、距離程情報を修正するものである。
【００１７】
すなわち、本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法では、地上子検知周期は一制御演算周期をｎ等分したものであり、一制御演算周期をＴとすると、地上子検知周期ｇはＴ／ｎとなる。本発明の車体傾斜制御方法では、車体傾斜制御処理ａは、図１、図２に示すように、複数個の地上子検知周期ｇの中の最初の地上子検知周期ｇの中で行う。地上子検知周期ｇは、車体傾斜制御処理ａと地上子検知処理ｂに要する時間の和を超えない範囲で短い方が良い。
【００１８】
車両が地上子を通過すると、通過した瞬間に行った地上子検知処理ｂ、若しくは、次に行われる地上子検知処理ｂにて地上子が検知され、どの地上子検知処理ｂによって検知されたのかは、次の一制御演算周期中の距離程修正処理ｃの際に判断される。この距離程修正処理ｃでは、先ほど検知した地上子の距離程データと、どの地上子検知処理部分で検知されたのかによって、制御車両の距離程情報を修正する。
【００１９】
また、本発明の第２の鉄道車両の車体傾斜制御方法は、曲線路位置の検知装置を有する鉄道車両の空気ばねを用いた車体傾斜制御方法において、第１の本発明の車体傾斜制御と共に、予め入力された曲線路に追従した制御を行うための曲線データを、当該曲線データと走行時検知している車高との差に基づいて変更することにより、曲線路通過時における車体傾斜時の上下ストッパ当りをも防止するものである。
【００２０】
既存の空気ばねを有する鉄道車両における曲線路位置の検知装置を有する車体傾斜制御装置では、先ず、曲線路位置に対して目標空気ばね高さが、図３に破線で示すように設定される。ここでの曲線路位置は、車体傾斜制御装置内に予め入力してある曲線データの地点情報であり、曲線開始地点ＢＴＣ、円曲線開始地点ＢＣＣ、円曲線終了地点ＥＣＣ、曲線終了地点ＥＴＣを利用し、それぞれの間は線形補間されている。但し、実際の空気ばねの高さは一定ではなく、図３に実線で示したように、常時、振動的な波形となって変動している。また、曲線路通過時における異常上昇止め隙間ｄ２も、高さセンサ等の車高検知手段により求められる計算値である。
【００２１】
上げ側の目標空気ばね高さと、下げ側の目標空気ばね高さが求められると、異常上昇止め隙間ｄ２は計算によって求めることができる。ここでは、空気ばねの上下動ストッパ当り時における、実際の下げ側空気ばね高さをｈ1min（図３参照）、また、設計値より中立時を０とすると、異常上昇止め当りまでの隙間をｈ2max（図４参照）とする。
【００２２】
ここで、曲線データを変更する場合について説明する。
曲線開始地点ＢＴＣ、或いは、円曲線開始地点ＢＣＣでストッパ当りする場合は、図５（ａ）に破線で示した下げ側の目標空気ばね高さと、図５（ａ）に実線で示した実際の下げ側空気ばね高さとの差がｈ1sに到達した時、或いは、図５（ｂ）に破線で示した目標異常上昇止め隙間と、図５（ｂ）に実線で示した実際の異常上昇止め隙間の差がｈ2sに到達した時である。従って、このような場合には、図５（ａ）に点線で示したように、目標空気ばね高さをｈ3 だけ限界値より中立時の方向にスライドさせるように制御する。ここで、ｈ1s及びｈ2sについては、制御指令信号に対して実際に反応するまでの遅れ時間と、その時間での空気ばね変位がｈ1minに到達しないことを考慮して決定した数値である。
【００２３】
一方、円曲線終了地点ＥＣＣ、或いは、曲線終了地点ＥＴＣでストッパ当りする場合は、前述したのと同様に、図６（ａ）に破線で示した下げ側の目標空気ばね高さと、図６（ａ）に実線で示した実際の下げ側空気ばね高さとの差がｈ1sに到達した時、或いは、図６（ｂ）に破線で示した目標異常上昇止め隙間と、図６（ｂ）に実線で示した実際の異常上昇止め隙間の差がｈ2sに到達した時である。従って、このような場合には、図６（ａ）に点線で示したように、上げ側の目標空気ばね高さを０にするように制御をする。
【００２４】
なお、前記した目標空気ばね高さを限界値より中立時の方向にスライドさせる量ｈ3 は、予めストッパ当りしないように決定したパラメータであり、ｈ1sに到達した瞬間での異常上昇止め隙間をｈ2 とすると、ｈ2s＞ｈ2 ＋ｈ3 の条件を満足する。或いは、ｈ2sに到達した瞬間での下げ側の空気ばね高さをｈ1 とすると、ｈ1s＞ｈ1 ＋ｈ3 の条件を満足するような値になっている。
【００２５】
【実施例】
以下、本発明を図１〜図８に示す一実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法に適用する距離程修正方法の一制御演算周期内の処理内容を説明する図、図２は本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法に適用する距離程修正方法の制御アルゴリズムのフロー図、図３は曲線路走行時における、車体傾斜制御時の空気ばねの高さの変化を示す図、図４は曲線路走行時における、車体傾斜制御時の異常上昇止め隙間の変化を示す図、図５は曲線開始地点から円曲線開始地点での本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法に適用する上下動ストッパ当り防止方法の説明図で、（ａ）は空気ばね高さの変化を示す図、（ｂ）は異常上昇止め隙間の変化を示す図、図６は円曲線終了地点から曲線終了地点での図５と同様の図、図７は本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法に適用する上下動ストッパ当り防止方法を適用した場合と適用しない場合の上下振動加速度波形を示した図、図８は図７と同様の左右振動加速度波形を示した図である。
【００２６】
本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法に適用する距離程修正方法では、一制御演算周期Ｔはｎ個の地上子検知周期ｇに等分される。そして、車体傾斜制御処理ａと距離程修正処理ｃは、図１、図２に示すように、一制御演算周期Ｔの先頭部分に設定し、第１番目の地上子検知周期ｇ内に収納されている。また、それぞれの地上子検知周期ｇ内の先頭に、地上子検知処理ｂを設定している。但し、第１番目の地上子検知周期ｇ内の地上子検知処理ｂは、車体傾斜制御処理ａと距離程修正処理ｃの後ろに設定している。
【００２７】
このように一制御演算周期Ｔに、車体傾斜制御処理ａ、地上子検知処理ｂ、距離程修正処理ｃ、地上子検知周期ｇを設定し、仮に図１のＣ点で車両が地上子を通過した場合、車体傾斜制御装置は、次に実行される地上検知処理部Ｄで地上子の検知を行う。また、一制御演算周期Ｔの最後の地上検知周期内のＥ点で車両が地上子を通過した場合、車体傾斜制御装置は、次の一制御演算周期Ｔの始めの地上検知処理部Ｆで地上子の検知を行う。この場合、車体傾斜制御処理が途中で行われるが、この場合の時間は極僅かであり、制御上問題とならない。
【００２８】
上記したように地上子の検出を行った場合、次の一制御演算周期Ｔの距離程修正処理ｃの際、その検出が直前の一制御演算周期Ｔのどの地上子検知処理ｂにて検知されたのかを判断し、検知した地上子がもつ距離程情報を補正して車両の現在位置（距離程情報）を修正する。
【００２９】
この距離程の修正について次に説明する。
一制御演算周期Ｔ内の各地上子検知処理ｂで地上子を検知しない時は、次の一制御演算周期Ｔ内にある距離程修正処理ｃの際に一制御演算周期Ｔ分、車両の進んだ距離を距離程情報に加算する。本発明方法のように、一制御演算周期Ｔをｎ等分に分割した場合、ｉ番目の地上子検知処理ｂの際に地上子を検知すると、次の一制御演算周期Ｔ内の距離程修正処理ｃでは、検知された地上子がもつ距離程情報と、一制御演算周期Ｔ×（ｎ−ｉ＋１）／ｎ内に車両が進んだ距離の和を制御車両位置の距離程情報とする。
【００３０】
以上の結果より考えられる最大距離程誤差は、従来の修正方法では一制御演算周期Ｔ×車両の走行速度であったものが、本発明方法によれば、一制御演算周期Ｔ×車両の走行速度／ｎ（制御演算周期の等分分割）となり、従来方法の１／ｎに誤差を抑えることができる。一例として、一制御演算周期Ｔを２００ｍｓ、車両の走行速度を１２０ｋｍ／ｈ、一制御演算周期Ｔの分割数を４とすると、地点検知時に発生する最大距離程誤差は、従来方法では６．７ｍであったものが、本発明方法では１．７ｍまで減少させることができる。
【００３１】
上記したような本発明方法によって距離程の誤差を減少させることができるので、曲線路における傾斜制御時に、曲線路位置と車体の傾斜制御位置のずれが減少し、乗り心地の悪化を防止することができるものの、曲線路走行中に上下動ストッパ当りが起こった場合には、発生時に生じる衝撃力により乗り心地が悪化することになる。
【００３２】
そこで、曲線路走行中の車体傾斜時には、車体傾斜制御装置内に予め入力してある曲線路に追従した制御を行うための曲線データを、走行時検知している車高に基づいて変更することで上下動ストッパ当りを防止するのである。
【００３３】
すなわち、本発明の第２の車体傾斜制御方法では、過去、空気ばねの上下動ストッパ当りが発生した曲線開始地点ＢＴＣでは、当該曲線路の直前で例えば図９に示した車体傾斜制御装置における切換弁５を作動させ、高さ調整弁３からの給排気を遮断するのである。その後、給気弁８と排気弁９の開閉動作により、曲線データに追従させるように、空気ばね２の高さを制御する。
【００３４】
そして、この制御時、下げ側の目標空気ばね高さと実際の下げ側空気ばね高さとの差がｈ1sに到達した時点で、以後の下げ側及び上げ側の空気ばね２の高さを、図５のように、最初の設定値よりｈ3 だけ上昇させるように設定を変更する。逆に、過去、異常上昇止め当りが発生した地点では、目標異常上昇止め隙間と実際の異常上昇止め隙間の差がｈ2sに到達した時点で、以後の下げ側及び上げ側の空気ばね２の高さを、図５のように、最初の設定値よりｈ3 だけ下降させるように設定を変更する。
【００３５】
一方、過去、空気ばねの上下動ストッパ当りが発生した円曲線終了地点ＥＣＣ、或いは、曲線終了地点ＥＴＣ付近では、下げ側の目標空気ばね高さと実際の下げ側空気ばね高さとの差がｈ1sに到達した時点で、以後の下げ側空気ばねの高さを、図６のように、中立時の状態に戻す制御を行う。また、過去、異常上昇止め当りが発生した地点でも、同様に目標異常上昇止め隙間と実際の異常上昇止め隙間の差がｈ2sに到達した時点で、以後の上げ側の空気ばね２の高さを中立時の状態に戻す制御を行う。
【００３６】
上記したように空気ばねの高さを本発明方法によって制御した場合と、従来方法によって制御した場合の、乗り心地を上下振動加速度で比較したものを図７に示す。
図７より明らかなように、従来方法ではストッパ当りによって大きな振動が発生し、乗り心地を悪化させているのに対し、本発明方法ではストッパ当りが回避され、乗り心地を損なわないことが判る。
【００３７】
一方、左右定常加速度においては、図８に示すように、本発明方法では、円曲線終了地点ＥＣＣ、或いは、曲線終了地点ＥＴＣの手前で目標空気ばね高さを０にした分、従来方法よりも僅かに大きくなるところがあるが、図７に示したように、上下振動加速度では、本発明方法は従来方法の１／２程度であるから、上下、左右方向の両振動加速度を含めた総合的な乗り心地で評価すると、本発明方法が優れていることは言うまでもない。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の第１の車体傾斜制御方法によれば、車体傾斜制御時に、ハードの動作頻度を必要最低限に抑えつつ、地上子検知時の距離程の修正精度を向上することができるので、車体傾斜制御時、曲線路での傾斜のずれを低減でき、左右加速度の発生を防止し、乗り心地を改善できる。また、本発明の第２の車体傾斜制御方法によれば、既存の空気ばねを有する車体傾斜制御装置にて、台車及び車体の振動成分が重なる場所において、車体を傾斜させた時の上下動ストッパ当りを防止することができるので、曲線路での乗り心地を損なうことがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法に適用する距離程修正方法の一制御演算周期内の処理内容を説明する図である。
【図２】  本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法に適用する距離程修正方法の制御アルゴリズムのフロー図である。
【図３】曲線路走行時における、車体傾斜制御時の空気ばねの高さの変化を示す図である。
【図４】曲線路走行時における、車体傾斜制御時の異常上昇止め隙間の変化を示す図である。
【図５】  曲線開始地点から円曲線開始地点での本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法に適用する上下動ストッパ当り防止方法の説明図で、（ａ）は空気ばね高さの変化を示す図、（ｂ）は異常上昇止め隙間の変化を示す図である。
【図６】  円曲線終了地点から曲線終了地点での本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法に適用する上下動ストッパ当り防止方法の説明図で、（ａ）は空気ばね高さの変化を示す図、（ｂ）は異常上昇止め隙間の変化を示す図である。
【図７】  本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法に適用する上下動ストッパ当り防止方法を適用した場合と適用しない場合の上下振動加速度波形を示した図である。
【図８】  本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法に適用する上下動ストッパ当り防止方法を適用した場合と適用しない場合の左右振動加速度波形を示した図である。
【図９】既存の空気ばねを利用した鉄道車両における車体傾斜制御装置の説明図である。
【図１０】車体傾斜制御の有無による上下動ストッパ隙間の模式図で、（ａ）は車体傾斜制御時、（ｂ）は非制御時を示す図である。
【図１１】従来の距離程修正方法の一制御演算周期内の処理内容を説明する図である。
【図１２】従来の距離程修正方法の制御アルゴリズムのフロー図である。
【符号の説明】
ａ    車体傾斜制御処理
ｂ    地上子検知処理
ｃ    距離程修正処理
ｇ    地上子検知周期
Ｔ    一制御演算周期
２    空気ばね
３    高さ調整弁及び車高検知計
８    給気弁
９    排気弁
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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