CN103502079A - 铁道车辆的车身倾斜系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铁道车辆的车身倾斜系统，具有：高度控制阀（71），其通过致动器的动作，对空气弹簧进行压缩空气的供气排气；辅助控制阀（72），其用于通过对空气弹簧供给压缩空气，使车身倾斜；后备阀（73），其切换高度控制阀（71）以及辅助控制阀（72）的一方与空气弹簧（53）的连接；以及控制装置（11、21），其被安装在连结多个车辆（1、2）而成的列车的各个车辆中，在各个车辆中设置的控制装置（11、21）在正常时，控制所安装的车辆的高度控制阀（71），并对建立关系的其他控制装置（21、11）的异常进行监视，当建立关系的多个控制装置中的一个发生异常时，停止发生故障的控制装置的控制，其他正常的控制装置对具有发生故障的控制装置的车辆的后备阀进行控制。

Description

铁道车辆的车身倾斜系统

技术领域

本发明涉及通过供气排气控制对空气弹簧的高度进行调整，使车身倾斜的铁道车辆的车身倾斜系统，还涉及即便在每个车身上设置的一个控制装置中发生了异常的情况下，也能够通过其他车辆的控制装置进行后备，使行驶中的车身倾斜的铁道车辆的车身倾斜系统。

背景技术

当铁道车辆行驶在轨道上的曲线区间的情况下，除了通过所谓的倾斜使左右方向的加速度降低之外，在铁道车辆中，还构成有为了填补倾斜不足而使车身积极倾斜的车身倾斜系统。在车身倾斜系统中，有的例如具有对在左右支撑车身的空气弹簧进行压缩空气的供气排气的高度控制阀，通过控制装置控制该高度控制阀。在该车身倾斜系统中，控制装置根据行驶中的地点信息、速度信息、预先准备的轨道数据，对高度控制阀进行控制，从而控制对左右的空气弹簧进行的压缩空气的供气排气。由此，在进入转弯处时，对应地使车身倾斜，在从转弯处出来时，使倾斜复原并使车身成为水平。

专利文献1:日本特开2005-35321号公报

发明内容

前述的铁道车辆的车身倾斜系统中，在由多个车辆组成的列车的各个车身中设置了控制装置。并且，当即便一个车辆的控制装置发生故障时，在该发生故障的控制装置的车辆中，不能进行车身的倾斜控制。因此，必须使列车整体与故障车配合行驶。即，为了防止乘坐感觉的恶化而必须使曲线行驶时的行驶速度大幅度的降低。这样，就会使列车到站延迟从而发生运行上的问题。此外，当在曲线行驶时发生了故障的情况下，由于到减速为止的期间，必须保持不倾斜地行驶，因此乘坐感觉恶化。

本发明为了解决所涉及的课题，其目的在于，提供一种即便在倾斜控制装置中发生了故障，也能够进行使车身倾斜的行驶的铁道车辆的车身倾斜系统。

本发明的一个方式中的铁道车辆的车身倾斜系统的特征在于，具有：高度控制阀，其通过致动器的动作，对空气弹簧进行压缩空气的供气排气；辅助控制阀，其用于通过对上述空气弹簧供给压缩空气而使车身倾斜；后备阀，其切换上述高度控制阀和辅助控制阀的一方与上述空气弹簧的连接；以及控制装置，其被安装于连结多个车辆而成的列车的各个车辆，在各个车辆中设置的上述控制装置在正常时，控制所安装的车辆的上述高度控制阀，并对建立有关系的其他的控制装置的异常进行监视，当在建立有关系的多个上述控制装置中的一个发生异常时，停止发生故障的控制装置的控制，其他正常的控制装置对安装有发生了故障的控制装置的车辆的上述后备阀进行控制。

优选的是，上述铁道车辆的车身倾斜系统中，设置在列车上的多个上述控制装置对设置在前后车辆的上述控制装置彼此的异常相互监视。

优选的是，上述铁道车辆的车身倾斜系统中，低压侧的进入箱和高压侧的排出箱经由电机泵而连接，左右的上述空气弹簧与上述进入箱和排出箱经由倾斜用控制阀而连接，通过上述电机泵的驱动，使上述进入箱与排出箱产生压力差，通过切换上述倾斜用控制阀，从上述排出箱向左右的上述空气弹簧的一方送入压缩空气，从另一方的上述空气弹簧向上述进入箱导入压缩空气，上述控制装置在正常时控制上述倾斜用控制阀，在发生了异常的情况下，停止上述倾斜用控制阀的控制。

根据本发明，例如，前后相邻的车辆的控制装置彼此相互监视异常，在一方的控制装置发生了故障的情况下，另一方的控制装置进行倾斜控制。因此，即便在控制装置中发生了故障，也能够使车身倾斜地进行行驶，并且能够以不大幅度降低行驶速度的方式在曲线区间行驶。此外，通过设置辅助控制阀和后备阀，发生故障的控制装置与对其进行后备的控制装置将控制对象分开，因此能够简单地构成电路。

附图说明

图1是概念性地表示连结了多个车辆的列车的图。

图2是表示车身倾斜机构的概略图。

图3是表示设置在车辆中的车身倾斜机构的电路图。

图4是表示车身倾斜系统的本实施方式的电路图。

图中符号说明：

1、2、3、4   铁道车辆

11、21、31、41   控制装置

53   空气弹簧

70   车身倾斜机构

71   高度控制阀

72   辅助控制阀

73   后备阀

具体实施方式

接着，关于本发明所涉及的铁道车辆的车身倾斜系统，下面参照附图，对其实施方式进行说明。图1是概念性地表示连结了多个车辆的列车的图。该列车10是四厢组成的列车，从开头按照1号车、2号车、3号车以及4号车的铁道车辆（以下，简单地称为“车辆”）1、2、3、4而构成。在各车辆1～4中，设置有后述的车身倾斜机构，分别在车辆1～4中，安装有控制装置11、21、31、41。

控制装置11、21、31、41经由监视器12、22、32、42，通过监视器专用线而连接。此外，在1号车中，设置有地点信息检测传感器15。地点信息检测传感器15接收来自沿轨道以固定间隔设置的地面信标17的地点信息。通过地点信息检测传感器15检测到的地点信息和通过后述的速度传感器检测到的速度信息经由监视器12、22、32、42向各控制装置11、21、31、41发送。另外，在本实施方式中，考虑到由监视器12、22、32、42引起的通信异常，控制装置11、21、31、41经由中继器13、23、33、43，通过控制通信线26而连接。

接着，图2是表示车身倾斜机构的概略图。在各车辆1、2、3、4中，相同地构成有车身倾斜机构70，但是这里对车辆1进行说明。车辆1的车身51经由空气弹簧53，被安装在前后的台车52上。车身倾斜机构70由高度调节杆54和高度控制阀55等而构成，除了为填补倾斜不足而使车身倾斜之外，还用于针对负荷的变化而固定地保持车高。即，通过对空气弹簧53供给或排出压缩空气，对左右的空气弹簧53进行高度调节。

左右的空气弹簧53上分别设置有高度控制阀55，经由该高度控制阀55，与作为列车10的储气箱即主箱56连接。此外，左右的空气弹簧53经由泵倾斜机构57而连接。在本实施方式中，控制左右的空气弹簧53的伸缩，使车身51向左右一方倾斜。在车身51倾斜的情况下，泵倾斜机构57从收缩侧的空气弹簧向相反的伸长侧的空气弹簧送入压缩空气。

然而，高度控制阀55是针对空气弹簧53、主箱56、大气的连通和切断进行切换的三口切换阀。操作各口的切换的未图示的阀杆与杠杆58连结，另外该杠杆58与高度调节杆54连结，从而构成连杆机构。设置在车身51侧的高度控制阀55与台车52通过这样的连杆机构而连结，通过空气弹簧53的伸缩，使车身51与台车52的距离移位，由此进行高度控制阀55的切换。即，通过高度调节杆54在上下方向上移位来切换阀，进行从主箱56向空气弹簧53侧的压缩空气的供气，或者进行从空气弹簧53向大气的压缩空气的放出。然后，在连杆机构返回规定状态的位置切断各口，停止压缩空气的供气排气。

接着，控制装置11控制车身51的倾斜，信息检测部61具有轨道数据存储部62和倾斜指令运算部63。信息检测部61接收来自设置在轮轴上的速度传感器65的速度信息信号和来自地面信标17的地点信息信号。地点信息信号由图1所示的车辆1的地点信息检测传感器15进行检测。另外，经由监视器12，向后续的车辆的控制装置21、31、41发送该速度信息信号和地点信息信号。另一方面，在轨道数据存储部62中，存储有列车10行驶的轨道上的曲线区间以及该曲率和倾斜等的轨道数据。倾斜指令运算部63根据速度信息、地点信息以及轨道信息，运算用于控制高度控制阀55等的倾斜指令值。另外，除信息检测部61之外，以相同的方式构成控制装置21、31、41。

接着，图3是表示设置在各车辆1～4中的车身倾斜机构70的电路图。如图3所示那样，图2所示的高度控制阀55实际上是由高度控制阀71和辅助控制阀72这两个三口切换阀构成。如前述那样，高度控制阀71与辅助控制阀72被设置在车身51侧，通过连杆机构与台车52连结，通过空气弹簧53的伸缩，使车身51与台车52的距离移位，由此进行高度控制阀55的切换。另外，高度控制阀71具备能够由控制装置11控制的致动器，由此成为能够对阀进行切换的结构。即，通过控制该高度控制阀71，能够在曲线区间使车身51倾斜。

在控制装置11发生故障的情况下，高度控制阀71无法使在曲线行驶中的车身倾斜。因此，在本实施方式中，设置有辅助控制阀72，来防备控制装置11发生故障的情况。设定有连杆机构，以使得辅助控制阀72在车身51处于水平的状态下向空气弹簧53供给压缩空气。在通过辅助控制阀72仅使一侧的空气弹簧53伸长的情况下，能够使车身51向相反侧倾斜例如2°。而且，在正常时和控制装置11发生故障时，通过后备阀73来切换高度控制阀71与辅助控制阀72。即，在正常时使用高度控制阀71，在控制装置11发生了故障的情况下，使用辅助控制阀72。

左右的空气弹簧53与在台车52的台车框内构成的各个辅助空气室521连接，该辅助空气室521彼此经由差压阀522而连结。此外，构成有泵倾斜机构57，以使得左右的空气弹簧53通过在两者之间交换压缩空气，来控制车身的倾斜度。在泵倾斜机构57中，设置有用于导入空气弹簧53中的压缩空气的进入箱75、以及用于对空气弹簧53送入压缩空气的排出箱76。

进入箱75与排出箱76经由倾斜用控制阀74，与左右的空气弹簧53连接。通常时的倾斜用控制阀74为切断进入箱75、排出箱76与左右的空气弹簧54的状态。在排出箱76与进入箱75之间，连接有通过电动机78驱动的倾斜用泵77，构成为使两箱之间产生压力差。

在倾斜用泵77与排出箱76之间，设置有用于防止压缩空气的逆流且保持排出箱76内的压力的逆止阀79。此外，在倾斜用泵77与进入箱75之间，设置有过滤器，对于成为高压的排出箱76，设置有安全阀，在倾斜用泵77的下游侧，设置有异常检测用的压力传感器和压力开闭器。这样的泵倾斜机构57需要进入箱75和排出箱76的设置空间，但是相对于主箱56的容积大小为100升，其为15升左右的小型机构。

接着，图4是表示本实施方式的车身倾斜系统的电路图。这里，表示的是由彼此相邻的车辆1、2构成的电路图。在车辆1、2中，各自设置有两组车身倾斜机构70，但是分别赋予车身倾斜机构70A、70B、70C、70D的符号来进行说明。此外，空气弹簧53等各结构构件的符号均相同，因此仅在车身倾斜机构70A、70D中赋予符号，车身倾斜机构70B、70C中的符号省略。

在车辆1中，针对车身倾斜机构70A、70B，设置有控制装置11，在车辆2中，针对车身倾斜机构70C、70D，设置有控制装置21。控制装置11、21与作为控制对象的高度控制阀71和倾斜用控制阀74连接，在与高度控制阀71之间，设置有驱动放大器18、28。

车辆1的控制装置11在图4中未图示，但是从图1和图2中所示的地点信息检测传感器15和速度传感器65中取得行驶位置信息和行驶速度信息。为了将这样的信息向后续的车辆2、3、4发送，控制装置11经由监视器专用线16，与控制装置21，还有控制装置31、41连接。此外，在车辆之间，连接有异常检测线91等。这相当于图1中所记载的控制通信线26。这是因为异常检测线91等在一个车辆的控制装置发生故障的情况下，使其他车辆的控制装置代替进行控制。在本实施方式中，构成为前后相邻的两辆车辆1、2（车辆3、4也相同）彼此对控制装置11、21的异常相互监视、相互后备。

控制装置11、21为了检测异常而通过异常检测线91连接。此外，车辆1的控制装置11经由控制指令线92，与构成车辆2的车身倾斜机构70C、70D的后备阀73连接，车辆2的控制装置21经由控制指令线93，与构成车辆1的车身倾斜机构70A、70B的后备阀73连接。因此，在控制装置11、21的一方发生了故障的情况下，另一方的控制装置21或者11经由异常检测线91接受异常信号，另一方的控制装置21或者11经由控制指令线92或者93，对一方的控制装置11或者21负责的车身倾斜机构70进行控制。

正常时，控制装置11对车身倾斜机构70A、70B的高度控制阀71和倾斜用控制阀74进行控制，控制装置21对车身倾斜机构70C、70D的高度控制阀71和倾斜用控制阀74进行控制，分别使每个车辆1、2的车身51倾斜。因此，例如在控制装置21发生故障而无法控制的情况下，使该控制装置21的功能停止，控制装置11控制车身倾斜机构70C、70D，进行与车辆2相关的车身2的倾斜控制。这时，控制装置11进行针对后备阀73的控制，而不是控制装置21进行的高度控制阀71和倾斜用控制阀74。在控制装置11发生故障的情况下也一样，控制装置21进行后备控制。

这样，例如在对车身倾斜机构70C、70D观察的情况下，构成为正常时控制装置21控制的对象与故障时控制装置11以后备方式控制的对象不同。另一方面，在后备电路中，考虑构成控制装置11、21控制彼此的高度控制阀71和倾斜用控制阀74的二重化电路。但是，二重化电路中存在以下问题：为防止在两者的电压不同的情况下短路，或者电流的逆流而使电路复杂化等。此外，由于在控制装置11、21与高度控制阀71之间存在驱动放大器18、28等，若控制信号的交换在两方向上进行，则这一方面也会使电路复杂化。这里，在本实施方式中，设置有辅助控制阀72和后备阀73，控制装置11、21不控制同一车辆的后备阀73，而是对其他车辆的后备阀73进行控制。

接着，对车身倾斜系统的作用进行说明。首先，当乘客进行上下车时，伴随着其负荷的变化，车身51发生浮沉，与台车52的距离发生变化。因此，高度调节杆54在与车身51之间在上下方向上相对移位，来切换高度控制阀55（图3所示的高度控制阀71）。在乘客较少且车身51浮起的情况下，从空气弹簧53中排出压缩空气，相反地，在乘客较多且车身51下沉的情况下，向空气弹簧53供给压缩空气，从而固定地保持车身高度。如果车身51恢复规定的高度，则高度调节杆54的位置也恢复，由此，由高度控制阀71进行的供气排气停止。另外，在控制装置11等正常的状态下，如图3所示，后备阀73使高度控制阀71与空气弹簧53连接。

接着，行驶中的列车10从设置于前头的车辆1的地点信息检测传感器15和速度传感器65中得到行驶位置信息和行驶速度信息。经由监视器12、22、32、42，向控制装置11、21、31、41发送该地点信息和速度信息。在控制装置11、21、31、41中，除该地点信息和速度信息之外，还根据自身持有的轨道数据存储部62的轨道信息中的曲线区间的曲率和倾斜量等曲线部信息，执行车身倾斜控制。在车身倾斜控制中，进行基于泵倾斜机构57的车身51的倾斜和使用了致动器的高度控制阀71的微调整。

泵倾斜机构57在进行倾斜前，预先通过倾斜用泵77从进入箱75向排出箱76送入压缩空气，将排出箱76加压到与主箱56相同，大约0.9MPa左右为止，将进入箱75减压到大气压左右。因此，例如在如图2所示的车身51向左侧倾斜的情况下，切换倾斜用控制阀74，以使得左侧的空气弹簧53与进入箱75连接，右侧的空气弹簧53与排出箱76连接。

由于空气弹簧53的内压为0.3～0.5MPa左右，因此，左侧的空气弹簧53内的压缩空气被导入大气压的进入箱75，相反地，压缩空气从高压的排出箱76流入右侧的空气弹簧53内。因此，左侧的空气弹簧53通过压缩空气的排气而降低，右侧的空气弹簧53通过供给压缩空气而增高，由此车身1向左侧倾斜。在车身51将要倾斜到目标角度时，切换倾斜用控制阀74，在进入箱75、排出箱76与左右的空气弹簧53之间，切断压缩空气的流入。然后，由高度控制阀71继续负责车身51的倾斜控制。

在左右的高度控制阀71中，通过由致动器切换阀，进行车身51的倾斜度调整。即，通过左侧的高度控制阀71，向大气放出空气弹簧53的压缩空气，通过右侧的高度控制阀71，从主箱56向空气弹簧53供给压缩空气。这样，通过对空气弹簧53供给或排出压缩空气，对车身1的倾斜进行微调整，在成为规定的倾斜度时，切换高度控制阀71，从而切断压缩空气的流入。

然后，铁道车辆伴随着行驶轨道的曲线部的结束，使车身51恢复到水平状态。在这种情况下，通过切换倾斜用控制阀74，左侧的空气弹簧53与排出箱76连接，右侧的空气弹簧53与进入箱75连接。因此，与前述的倾斜时相反，从排出箱76向左侧的空气弹簧53供给压缩空气，向进入箱75排出右侧的空气弹簧53内的压缩空气。另外，在这种情况下，由高度控制阀71继续负责车身51的倾斜控制，进行微调整。然后，关于以上那样的倾斜以及恢复倾斜，在右侧倾斜的情况下也同样地进行。

在各车辆1、2、3、4中，控制装置11、21、31、41分别进行这种车身51的倾斜控制。但是，在例如控制装置21发生故障的情况下，车辆2的车身倾斜被切换为彼此相互监视的车辆1的控制装置11的控制。行驶中，控制装置11确认控制装置21的电源脱落，或者由于某种故障而赋予了标记。控制装置11使控制装置21停止之后的控制，并负责车辆2的车身倾斜控制。控制装置11对自身的车辆1，控制倾斜用控制阀74和高度控制阀71，对车辆2，进行以下那样的控制。

例如在向左侧倾斜的情况下，通过控制装置11来控制右侧的后备阀73。通过切换后备阀73，右侧的空气弹簧53与辅助控制阀72连接。辅助控制阀72构成为使车身51从水平状态产生2°的倾斜度。即，来自主箱56的压缩空气经由辅助控制阀72，被供给到右侧的空气弹簧53中。然后，由于右侧的空气弹簧53膨胀，车身51的右侧抬起而向左侧倾斜。在车身51例如倾斜2°的位置，即在车身51的右侧上升到倾斜2°程度的位置，辅助控制阀72切换端口，从而切断与空气弹簧53的连接。

另一方面，在将车身51恢复水平状态的情况下，通过控制装置11，将后备阀73切换为图3所示的状态。这样，膨胀的右侧的空气弹簧53与高度控制阀71连接。高度控制阀71使空气弹簧53连接到大气侧，以使得在不使致动器发挥作用的情况下，将车身51恢复到水平状态。因此，右侧的空气弹簧53的压缩空气被放出到大气中。然后，在车身51恢复水平状态时，切换高度控制阀71，切断大气侧的连接。关于以上那样的倾斜以及恢复倾斜，在右侧倾斜的情况下也同样地进行。在右侧倾斜的情况下，对左侧的空气弹簧53供给压缩空气。

这样，即便在控制装置21发生故障的情况下，控制装置11也可以替代进行控制，执行车辆2的车身倾斜。这时，由于车辆2是不使用泵倾斜机构57的倾斜动作，因此倾斜速度与正常时的倾斜控制相比变得缓慢。因此，控制装置11进行除车辆2的行驶位置之外，还考虑了车身倾斜速度的运算处理，并且向车辆2的后备阀73发送控制指令。在车辆1开始倾斜的轨道上的位置的近前处开始倾斜或者开始向水平状态返回。

因此，在本实施方式的车身倾斜系统中，前后彼此相邻的车辆1、2对彼此的控制装置11、21（在车辆3、4中是控制装置31、41）的异常相互监视，在一方由于故障产生异常的情况下，对另一方的车身51进行倾斜控制。因此，即便在控制装置中发生故障，也能够以不大幅度降低行驶速度的方式在曲线区间行驶。此外，通过设置辅助控制阀72和后备阀73，例如发生故障的控制装置21和对其进行后备的控制装置11将控制对象分开，因此能够简单地构成电路。

此外，在本实施方式中，通过泵倾斜机构57，在左右的空气弹簧53之间进行压缩空气的交换。因此，在使空气弹簧53收缩的情况下，不会将大量的压缩空气放出到大气，从而能够减少压缩空气的消耗。此外，即使在转弯处连续的区间，重复车身51的倾斜控制，也能够大幅度地抑制压缩空气的消耗。这样，能够避免设置多个未图示的压缩机和主箱56以及它们的大型化。而且，能够抑制初始成本和维护成本，还能够减少压缩机进行的压缩空气的制造，从而提高能源效率。

另外，本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离本发明宗旨的范围内当然也可以进行各种改良、变形。例如，相互监视的控制装置也可以彼此是三辆的控制装置。此外，不一定必须要彼此相邻，只要其他车辆的控制装置进行监视即可。此外，在上述实施方式中，以具有泵倾斜机构57的结构为例进行了说明，但是，即便在没有泵倾斜机构57的结构中，只通过高度控制阀71对左右的空气弹簧53进行压缩空气的供气排气，也能够使车身51倾斜。因此，泵倾斜机构57不是必须的结构。

Claims (3)

1.一种铁道车辆的车身倾斜系统，其特征在于，

该车身倾斜系统具有：高度控制阀，其通过致动器的动作对空气弹簧进行压缩空气的供气排气；辅助控制阀，其用于通过对所述空气弹簧供给压缩空气来使车身倾斜；后备阀，其切换所述高度控制阀以及辅助控制阀的一方与所述空气弹簧的连接；以及控制装置，其被安装于连结多个车辆而成的列车的各个车辆，

各个车辆中设置的所述控制装置在正常时控制所安装的车辆的所述高度控制阀，并对建立有关系的其他控制装置的异常进行监视，当建立有关系的多个所述控制装置中的一个发生了异常时，停止发生了故障的控制装置的控制，并使其他正常的控制装置对安装有发生了故障的控制装置的车辆的所述后备阀进行控制。

2.根据权利要求1所述的铁道车辆的车身倾斜系统，其特征在于，

设置于列车的多个所述控制装置相互监视设置于前后车辆的所述控制装置彼此的异常。

3.根据权利要求1所述的铁道车辆的车身倾斜系统，其特征在于，

低压侧的进入箱和高压侧的排出箱经由电机泵而连接，左右的所述空气弹簧与所述进入箱以及排出箱经由倾斜用控制阀而连接，通过所述电机泵的驱动使所述进入箱与排出箱产生压力差，通过切换所述倾斜用控制阀，从所述排出箱向左右的所述空气弹簧的一方送入压缩空气，并从另一方的所述空气弹簧向所述进入箱导入压缩空气，

所述控制装置在正常时控制所述倾斜用控制阀，在发生了异常的情况下停止所述倾斜用控制阀的控制。

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