(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
曲線通過時、空気ばねに給排気して鉄道車両の車体を傾斜制御する方法であって、
通過しようとする曲線への進入予定時間よりも前記車体の傾斜制御の開始を先行させる先行時間を、曲線条件と通過する走行速度をもとに予め求めた最適先行時間テーブルを用い、遠心力を変数として補間計算することで決定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】
曲線通過時、空気ばねに給排気して鉄道車両の車体を傾斜制御する方法であって、
通過しようとする曲線への進入予定時間よりも前記の車体の傾斜制御の開始を先行させる先行時間を、曲線条件と通過する走行速度をもとに予め求めたひとつの最適先行時間と、その条件における遠心力と現在の遠心力との比例計算から決定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３】
曲線通過時、空気ばねに給排気して鉄道車両の車体を傾斜制御する方法であって、
曲線走行時における車体に作用する遠心力が小さい車両の場合、
通過しようとする曲線への進入予定時間よりも前記の車体の傾斜制御の開始を先行させる先行時間を、曲線条件と通過する走行速度をもとに予め求めた最適先行時間テーブルを用い、走行速度を変数として補間計算することで決定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４】
曲線通過時、空気ばねに給排気して鉄道車両の車体を傾斜制御する方法であって、
曲線走行時における車体に作用する遠心力が小さい車両の場合、
通過しようとする曲線への進入予定時間よりも前記の車体の傾斜制御の開始を先行させる先行時間を、曲線条件と通過する走行速度をもとに予め求めたひとつの最適先行時間と、その条件における走行速度と現在の走行速度との比例計算から決定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５】
前記先行時間は、停止状態の鉄道車両において車体を設計上の最大角度まで傾斜させるために必要な空気ばねへの給排気時間を上限とすることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の鉄道車両の車体傾斜制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に曲線通過時の、空気ばねを利用した車体の傾斜制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両では、曲線通過時、超過遠心力によって乗心地が悪くなる場合がある。特に曲線を高速で通過する場合は、超過遠心力が増大してさらなる乗心地の悪化を招く。そこで、曲線通過時、曲線の内側に向けて車体を傾斜させることで超過遠心力を抑制し、乗心地の悪化を防ごうとした車体の傾斜制御が実施されている。
【０００３】
この車体傾斜制御の一つに、車体を支持する左右の空気ばねに給排気することで、車体を傾斜させるものがある（例えば特許文献１）。
【特許文献１】特開平７−８１５５８号公報
【０００４】
しかしながら、左右の空気ばねへの給排気によって車体の傾斜制御を行う場合、給排気に対して空気ばねの動きが若干遅れることになる。従って、この遅れ分だけ目標値を先行させる先行時間制御が採用されている（非特許文献１）。
【非特許文献１】日本機械学会第２回交通・物流部門大会講演論文集「鉄道車両用空気ばね車体傾斜制御の開発」ｐ９８〜１０２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、非特許文献１で開示された方法で傾斜制御した場合も、曲線通過時、乗心地の悪化を効果的に防ぐことができない場合がある。
【０００６】
本発明が解決しようとする問題点は、目標値に対する先行時間を常に一定とする、従来の車体傾斜制御では、乗心地の悪化を効果的に防ぐことができない場合があると言う点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、特に曲線通過時の、空気ばねを利用した車体傾斜制御に際し、曲線半径や走行速度などの走行条件に応じ、最適の車体傾斜制御を行えるようにするために、以下の構成を採用している。
【０００８】
すなわち、本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法は、
曲線通過時、空気ばねに給排気して鉄道車両の車体を傾斜制御する方法であって、
通過しようとする曲線への進入予定時間よりも前記車体の傾斜制御の開始を先行させる先行時間を以下のように決定することを最も主要な特徴としている。
【０００９】
上記の本発明方法において、当該曲線の前記先行時間は、例えば、
(1) 曲線条件と通過する走行速度をもとに予め求めた最適先行時間テーブルを用い、遠心力を変数として補間計算することにより、
或いは、
(2) 曲線条件と通過する走行速度をもとに予め求めたひとつの最適先行時間と、その条件における遠心力と現在の遠心力との比例計算から決定することにより、
求める。
【００１０】
但し、曲線走行時における車体に作用する遠心力が小さい車両の場合は、前記遠心力に代えて速度を変数とした補間又は比例計算を実施しても良い。
【００１１】
上記の本発明方法は、
前記鉄道車両の車体を傾斜させるための車体傾斜手段と、
前記鉄道車両の走行位置を検出する位置検出手段と、
曲線情報と、曲線条件と通過速度をもとに予め求められた最適先行時間とを記憶した記憶手段と、
前記鉄道車両の走行速度を検出する速度検出手段と、
前記位置検出手段により特定された走行位置を基に、前記記憶手段より読み出した曲線情報及び最適先行時間とから、遠心力又は走行速度を用いて先行時間を算出する演算手段と、
通過しようとする曲線への進入予定時間より前記算出した先行時間だけ前に、前記車体傾斜手段の制御を開始する制御手段と、
を備えることを主要な特徴とする本発明の車体傾斜制御装置を用いて実施できる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、曲線半径や走行速度に応じて、通過しようとする曲線での傾斜制御開始の先行時間を最適に設定することで、どのような走行条件でも、車体傾斜時の動作遅れを可能な限り抑制することができる。従って、曲線通過時の乗心地の悪化を効果的に防ぐことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の完成に至る新しい着想及びこの着想から課題解決に至るまでの経緯と共に、本発明を実施するための最良の形態例について、添付図面を用いて説明する。
図１は本発明の車体傾斜制御に用いる先行時間の補間計算方法の概略説明図、図２は曲線通過時における遠心力と空気ばねの荷重差を説明する図、図３は遠心力の影響が無いと考えられる場合の鉄道車両について説明する図、図４は演算実行時のフローチャートの一例を示した図である。
【００１４】
発明者が調査したところ、車体傾斜時の動作遅れ時間は、曲線半径や走行速度などの走行条件によって変化し、一定では無いことが明らかとなった。
【００１５】
本発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法は、以上の知見に基づいてなされたもので、
曲線通過時、空気ばねに給排気して鉄道車両の車体を傾斜制御するに際し、
走行条件に応じて、通過しようとする曲線の傾斜制御開始時刻に対する先行時間を決定することを特徴とするものである。
【００１６】
この走行条件に応じた傾斜制御を開始する際の先行時間について、発明者は、更なる調査によって、遠心力の影響が大きく、遠心力が大きくなると車体傾斜時の動作遅れが増加する傾向にあることを知見した。
【００１７】
そこで、発明者は、遠心力αの大きさは、下記数式１のように、曲線半径Ｒ（mm）と走行速度ｖ（m／s）から計算することが可能であるので、ある条件での遠心力αを基準とし、この基準より遠心力αが大きくなる場合は前記先行時間を長く、遠心力αが小さくなる場合は前記先行時間を短くすればよいと考えた。
【００１８】
[数１]
α＝（ｖ2／Ｒ）−（Ｃ／Ｇ）・ｇ
但し、Ｃ：カント量（mm）
Ｇ：軌間（mm）
ｇ：重力加速度（m／s2）
【００１９】
すなわち、通常の車体傾斜制御において、ある曲線をある速度で通過する場合に最適となる先行時間を、シミュレーションや現車試験などによって特定する作業を繰り返し行い、走行条件ごとに最適な先行時間を、例えば下記表１のようにテーブル化する。
【００２０】
【表１】
0005040578.tif 000002
【００２１】
次に、実際の走行で、前記表１のテーブルを参考に、先行時間を補間計算により決定する。
例えば曲線Ａについて、図１のように、速度ｖ1の場合は先行時間Ｔ1が最適、速度ｖ2の場合は先行時間Ｔ2が最適であると分かっている場合、ｖ1＜ｖ＜ｖ2の速度では、速度ｖ1の場合に発生する遠心力の大きさをＦ1、速度ｖ2の場合に発生する遠心力の大きさをＦ2、速度ｖで発生する遠心力の大きさをＦとして、下記数式２のように遠心力の補間で先行時間Ｔを決定する。
【００２２】
[数２]
Ｔ＝Ｔ1＋｛（Ｔ2−Ｔ1）／（Ｆ2−F1）｝×（Ｆ−Ｆ1）
【００２３】
この方法の根拠は、先行時間は遠心力に比例して大きくなるという予測である。
曲線通過中、遠心力は車体を曲線の外側に倒す力として作用し、左右の空気ばねが負担する荷重に差が生じることでこの力との釣り合いが保たれている。
【００２４】
車体傾斜を実施しない場合は、図２（ａ）に示すように、車体１が曲線の外側に倒れることで、外側の空気ばね２に作用する荷重が大きくなって縮む一方、内側の空気ばね２に作用する荷重が小さくなって伸びて前記荷重差を発生する。
【００２５】
これに対して、車体傾斜を実施する場合は、例えば図２（ｂ）に示すように、曲線の外側の空気ばね２に給気して作用する荷重を大きくする一方、内側の空気ばね２から排気して作用する荷重を小さくすることで前記荷重差を発生させる。なお、図２中の３は台車を示す。
【００２６】
従って、遠心力が大きくなるほど必要な荷重差が大きくなり、その分だけ必要な給排気量が大きくなる。一方で空気ばねへの給排気速度（流量）は、使用する電磁弁の口径に依存するので、車両によって給排気速度は一定である。
【００２７】
よって、空気ばねに必要とする空気を給排気するためにかかる時間、つまり先行時間は遠心力に比例して長くなると考えられる。
【００２８】
但し、図３（ａ）に示すように車体１の重心Ｇが低い場合や、連接台車（車両の連結部に配置される台車３）などで、図３（ｂ）に示すように空気ばね２の支持位置を高くできる場合は、遠心力が車体１を傾ける力は非常に小さくなる。
【００２９】
このような場合は、先行時間は先に説明した遠心力ではなく、曲線を通過する際の速度に比例すると考えられる。よって、このような場合は、速度を変数とした補間を実施してもよい。
【００３０】
また、簡易的に、ある曲線をある速度ｖで通過する場合に最適となる先行時間Ｔ1を、シミュレーションや現車試験などによって特定し、その条件の遠心力Ｆ1と現在の遠心力Ｆの比例計算（下記数式３）で先行時間Ｔを決定してもよい。
【００３１】
[数３]
Ｔ＝（Ｔ1／Ｆ1）×Ｆ
【００３２】
この簡易的に比例計算で先行時間を決定する方法においても、前記の曲線走行中に車体に作用する遠心力が小さい車両の場合は、遠心力に代えて速度を変数とした比例計算を実施してもよい。
【００３３】
ところで、先行時間をあまり長くとると、曲線に進入する前の直線で、車体を傾けた状態で走行することになるので、先行時間には上限を設けることが望ましい。例えば車両が停止した（遠心力が存在しない）場合に車体を最大の角度まで傾斜させるために必要な時間を調べておき、これを先行時間の最大値Ｔmaxとして採用する。こうすれば最も車体を傾けた状態で曲線に進入する前の直線を走行することがなくなる。
【００３４】
以上が本発明の車体傾斜制御方法であるが、実際には、以下に説明するように、図４に示すフローチャートに従って、車体傾斜を実施する。
【００３５】
(1) 通常の車体傾斜制御の処理で曲線検知などを実施した後、傾斜制御する曲線の曲線開始地点と自車両の走行位置を比較する。
そして、「自車両から次の曲線開始地点までの距離が規定値以下」で、かつ「次の曲線における先行時間が未設定」の場合は、先行時間の設定を行う。
【００３６】
この際、前記規定値には、最大先行時間Ｔmax×最高速度Ｖmaxで求めた距離を使用する。こうすることで、先行時間判断の地点が制御開始地点よりも手前となることが保証される。
【００３７】
(2) その後、自車の走行速度ｖ（m／s）と曲線条件（曲線半径Ｒ（m）、カント量Ｃ（mm））を取得し、前記の数式１により遠心力αを計算する。
【００３８】
(3) 遠心力αを計算した後は、走行条件ごとに最適な先行時間を予めテーブル化した最適条件テーブルを読み込み、この最適条件テーブルを参考に、前記数式２を用いて補間計算を行い、先行時間を決定する。
【００３９】
なお、重心が低い場合や空気ばねの支持位置が高い場合などで、遠心力の影響が少ない場合は、前記の第(2)ステップを省略し、走行速度ｖのみから前記数式２を用いて先行時間を決定する。
【００４０】
(4) 最適な先行時間を決定した後は、この決定した先行時間に従って傾斜制御を実施する。その後は、対象曲線を通過した後、先行時間をリセットして次の曲線に備える。
【００４１】
以上の空気ばねを利用した車体傾斜制御方法は、一般的な車体傾斜制御装置である、車体の傾斜手段と、走行位置の検出手段（例えば地上子と車上子）と、走行速度の検出手段（例えばスピードメータ）に加えて、例えば以下の構成をさらに有するものである。
【００４２】
すなわち、本発明の車体傾斜制御装置は、前記の車体傾斜手段、走行位置検出手段、走行速度検出手段に加えて、さらに記憶手段と演算手段と制御手段を有するものである。
【００４３】
このうち記憶手段は、曲線情報と、曲線半径やカント量などの曲線条件と通過速度をもとに、前記表１に示したように予め求められた最適先行時間とを記憶したものである。また、演算手段は、前記走行位置検出手段によって特定された走行位置を基に、前記記憶手段より読み出した曲線情報及び最適先行時間とから、例えば遠心力を用いて、前記数式２の補間計算によって先行時間を算出するものである。そして、制御手段は、この演算手段で算出した先行時間だけ、通過しようとする曲線への進入予定時間より前に前記車体傾斜手段の制御を開始させる。
【００４４】
なお、前記の車体傾斜手段１１は、例えば図５に示したような構成を有する。
図５において、１２は車体１と台車３の間に配置された左右の空気ばね１３ａ，１３ｂに供給する空気を溜める空気源であり、この空気源１２と前記空気ばね１３ａ，１３ｂの間を２系列の配管１４ａ，１４ｂで接続している。
【００４５】
そして、このうちの一方の配管１４ａの途中には、高さセンサ１５の検出値に基づき空気ばね１３ａ，１３ｂへの空気の給排気を行う給気弁１６と排気弁１７を介設している。また他方の配管１４ｂの途中には、空気ばね１３ａ，１３ｂの高さを調整する高さ調整弁１８を介設すると共に、この高さ調整弁１８と空気ばね１３ａ，１３ｂの間に締め切り弁１９を介設し、両空気ばね１３ａ，１３ｂを、差圧弁２０を介して連通している。
【００４６】
本発明は上記の各例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば自由に変更が可能である。
【００４７】
例えば車体傾斜手段１１は、空気ばねに給排気することで車体を傾斜するものであれば、図５に示した構成に限らない。
また、走行位置の検出手段も、車両の走行位置を検出できるものであれば、ジャイロスコープを用いたものなどでもよく、地上子と車上子によるものに限らない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の車体傾斜制御に用いる先行時間を補間計算により求めることの概略説明図である。
【図２】曲線通過時における遠心力と空気ばねの荷重差を説明する図で、（ａ）は車体傾斜を実施しない場合、（ｂ）は車体傾斜を実施する場合である。
【図３】遠心力の影響が小さいと考えられる場合の鉄道車両について説明する図で、（ａ）は車体の重心が低い場合、（ｂ）は空気ばねの支持位置が高い場合である。
【図４】演算実行時のフローチャートの一例を示した図である。
【図５】本発明の車体傾斜制御方法を実施する本発明の車体傾斜制御装置の車体傾斜手段の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    車体
２，１３ａ，１３ｂ    空気ばね
１１    車体傾斜手段
【図１】
0005040578.tif 000003
【図２】
0005040578.tif 000004
【図３】
0005040578.tif 000005
【図４】
0005040578.tif 000006
【図５】
0005040578.tif 000007