JP2000203424A - 軌道形状デ―タの更新方法 - Google Patents

軌道形状デ―タの更新方法

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JP2000203424A
JP2000203424A JP11009267A JP926799A JP2000203424A JP 2000203424 A JP2000203424 A JP 2000203424A JP 11009267 A JP11009267 A JP 11009267A JP 926799 A JP926799 A JP 926799A JP 2000203424 A JP2000203424 A JP 2000203424A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】基準軌道形状データによって車体傾斜制御を行
いながらの走行中に、軌道形状データを収集して信頼性
を確認し、基準軌道形状データを更新する方法を提供す
る 【解決手段】基準点からの走行距離を算出する速度発電
機3を備え、曲線の曲率やカントなど予め入力された基
準軌道形状データに基づいて車体を左または右に傾ける
制御付振子車両において、台車2にヨー角速度を検知す
るジャイロセンサ4とロール角速度を検知するジャイロ
センサ5を備えて、曲線を通過する毎に曲線の曲率とカ
ントを算出するとともに超過遠心加速度を演算し、該超
過遠心加速度を台車に設けた加速度計から検知した左右
加速度と比較し、その差が所定範囲内であるときに、基
準軌道形状データを更新するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、曲線通過時に車体
傾斜制御を行う制御付振子車両の軌道形状データの更新
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】路線の曲線部を高速で乗り心地良く通過
するために、その曲率に応じて車体を左または右に傾け
る制御付振子車両が実用化されている。この傾斜制御
は、その曲線路への進入に同期して行われる必要がある
ため、曲線の開始位置や曲線長、半径、カントなどの軌
道形状データと曲線位置情報を予め車上のコンピュータ
に記憶させておき、走行速度計やATS地上子でその軌
道形状データと曲線位置情報を基に車体の傾斜制御を行
うようにしている。
【0003】この軌道形状データは軌道管理台帳から求
め、曲線位置情報は実測したものが使用されており、こ
のデータの収集には多大の時間と労力を要している。そ
こで、この軌道形状データをジャイロスコープなどを台
車に設けて曲線の位置や形状を車上から行うようにした
ものが特開平7−65038号に開示されている。
【0004】特開平7−65038号は、鉄道車両の車
軸や主電動機軸に取り付けたパルス式速度発電機が発生
するパルス信号と車輪の直径から一定距離間隔のパルス
信号とその各瞬時の走行速度を算出し、ATS地上子を
測定・記録の距離基準として、台車に装架したジャイロ
スコープで曲線のカントおよび台車に装架したジャイロ
スコープで測定した台車枠のヨー角速度と各瞬時の走行
速度から曲線の曲率を演算し、ATS地上子など基準点
の検知信号、軌道形状データ信号を同時に記録し、車体
傾斜制御装置や車体振動制御装置に入力するようにして
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ジャイ
ロスコープなどによって軌道形状を車上から予め入力・
記録した軌道形状データ(以下「基準軌道形状データ」
という)は、入力時の計測ノイズなどもあって完全なも
のとは言えず、また、保線作業などによって変化し、通
常走行に於ける実際の軌道形状とは一致しがたい。この
ため、乗り心地が最適とはいえず、また、しだいに悪く
なってくるという問題がある。
【0006】そこで、本発明は、基準軌道形状データに
よって車体傾斜制御を行いながらの走行中に、軌道形状
データを収集して信頼性を確認し、基準軌道形状データ
を更新する方法を提供することを目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、次の手段を採った。即ち、請求項1に記載
の軌道形状データの更新方法は、基準点からの走行距離
を算出する速度発電機を備え、曲線の曲率やカントなど
予め入力された基準軌道形状データに基づいて車体を左
または右に傾ける制御付振子車両において、台車にヨー
角速度を検知するジャイロセンサとロール角速度を検知
するジャイロセンサを備えて、曲線を通過する毎に曲線
の曲率とカントを算出するとともに超過遠心加速度を演
算し、該超過遠心加速度を台車に設けた加速度計から検
知した左右加速度と比較し、その差が所定範囲内である
ときに、基準軌道形状データを更新するようにしたこと
を特徴としている。
【0008】本発明は、曲線路を高速で走行するために
強制的に車体の傾斜制御を行う振り子車両に適用される
ものである。基準点からの走行距離は、始発駅からの累
積距離が一般的であるが、車体傾斜制御の位置情報とし
て地上子を使用している場合にはそれを用いることがで
きる。
【0009】ここで、作成される基準軌道形状データの
主な要素は、曲線の曲率と曲線のカントであり、車体の
傾斜制御を行うための傾斜制御用の基礎的な資料となる
ものである。車両がカントのある曲線路を走行すると、
台車にはヨー角速度とロール角速度が発生する。
【0010】曲線の曲率は軌道の曲線半径の逆数であ
り、ジャイロセンサで検知したヨー角速度(rad/
s)を走行速度(m/s)で除して求められる。また、
曲線のカントは曲線の内側のレールと外側のレールの高
さの差であり、ジャイロセンサで検知したロール角速度
(rad/s)を時間積分した値にゲージ幅(mm)を
乗じて求められる。
【0011】超過遠心加速度は車両が曲線を走行するこ
とによって発生する遠心力であり、(V2/gR)−
(C/G)から算出する。ここで、Vは走行速度(m/
s)、gは重力加速度(m/s2)、1/Rは曲線の曲
率(1/m)、Cはカント(mm)、Gは軌条のゲージ
幅(mm)である。
【0012】この超過遠心加速度は台車の左右加速度と
相関関係にあり、これと照合することによってジャイロ
センサおよび速度発電機からの検知データと、演算され
た曲線の曲率、曲線のカントおよび走行速度が信頼性の
あるものであるかどうかの判断が可能である。
【0013】基準軌道形状データは、通常、通常走行す
る前に走行線区内を走行させて作成されるが、軌道の管
理台帳などから収集したデータを加工して作成してもよ
い。また、計測車で路線情報を測定してある場合には、
これを加工して基準データとしてもよく、これらは本発
明の技術的範囲に含まれる。なお、更新された軌道形状
データは同一線区を走行する他の車両に基準軌道形状デ
ータとして搭載できることは当然である。
【0014】軌道形状データの更新は、超過遠心加速度
と台車の左右加速度との照合によって信頼のおける曲線
についてのみ行われ、その作業は、車両の走行中に行う
ようにしても良いし、走行線区を走行した後に一括して
行っても良い。なお、基準軌道形状データの更新判断に
は基準軌道形状データと照合することはとくに必要とし
てないので、更新されたものが、前のものと同一である
ことは少なくない。
【0015】請求項2に記載の軌道形状データの更新方
法は、基準点からの走行距離を算出する速度発電機を備
え、曲線の曲率やカントなど予め入力された基準軌道形
状データに基づいて車体を左または右に傾ける制御付振
子車両において、2台の台車にそれぞれヨー角速度を検
知するジャイロセンサとロール角速度を検知するジャイ
ロセンサを設け、曲線を通過する毎に曲線の曲率とカン
トを各台車毎に算出して両台車の検知・算出した曲線の
曲率とカントを比較して、その差が所定範囲である場合
に、基準軌道形状データを更新するようにしたことを特
徴としている。
【0016】上記の請求項1の発明との相違は、ジャイ
ロセンサと速度発電機で検知して算出した軌道形状(曲
線の曲率およびカント)が信頼性のあるものであるかの
判断の仕方が、左右加速度によるのではなく、2台の台
車からのデータを照合することによって行う点である。
ジャイロセンサを搭載する2台目の台車は編成車両のど
の台車を選定してもよい。
【0017】このようにして、基準軌道形状データを更
新するのでより信頼性の高い軌道形状データとすること
ができ、乗り心地を改善することができる。
【0018】
【発明の実施の形態】以下本発明を図面に示す実施形態
例に基づいて説明する。図1は、請求項1の軌道形状デ
ータの更新方法を示すブロック図で、車両1は先頭車両
を示し、台車2にはヨー角速度を検知するジャイロセン
サ4と、ロール角速度を検知するジャイロセンサ5と左
右加速度計6が設けられており、さらに、台車2の車輪
には車輪の回転速度を検知するパルス式の速度発電機3
が設けられている。
【0019】これらの検知器によって得た検知情報は、
コンピュータに取り込まれ、ロール角速度信号やヨー角
速度信号は、信号処理回路11、12で適切なカットオ
フ周波数のローパスフィルタを掛けてノイズ等の高周波
成分を除去して、車体傾斜制御や車体振動制御の制御信
号として適する波形に修正される。
【0020】ヨー角速度の信号は、算出部14へ送られ
算出部13から走行速度の情報を得て曲線の曲率が算出
される。また、ロール角速度の信号は、算出部15で時
間積分し軌条のゲージ幅を乗じて、曲線のカントが演算
される。 速度センサ3で検知された回転速度は、算出部18で走
行距離が算出されるとともに算出部13で車両1の走行
速度が算出される。
【0021】上記の算出部14および算出部15で演算
された曲線の曲率および曲線のカントは算出部18の走
行距離情報とともに記憶部20に記憶される。また、算
出部16では、算出部13〜16から走行速度、曲線の
曲率および曲線のカントの情報を得て超過遠心加速度
(a2)が算出される。
【0022】この超過遠心加速度a2は判定部21に送
られ、左右加速度計6で検知し信号処理回路17で制御
信号に変換された台車2の左右加速度a1と比較され、
演算した曲線情報(曲率およびカント)が適正なもので
あるか判断される。そして、適正であれば基準軌道形状
データを更新する。
【0023】なお、この基準軌道形状データは車体傾斜
角度設定部40で車体傾斜手段50に伝えるための制御
信号に変換される。この傾斜制御手段を備えた車両は、
通常走行する前に、走行線区を走行して基準軌道形状デ
ータが作成される。
【0024】通常走行ではこの基準軌道形状データに基
づいて曲線における車体の傾斜制御が行われる。そし
て、このときに別途軌道情報を上記構成および方法によ
って検知・演算して、信頼性のあるデータについて、既
に走行した基準軌道形状データを更新する。
【0025】この基準軌道形状データの更新処理の流れ
を図2のフローチャートで説明する。まずステップ10
0で算出部18の距離情報を読み込む。これは、速度発
電機3の出力したパルス信号をカウントしたパルスカウ
ント値である(算出部18)。
【0026】次いで、ステップ105で左右加速度計6
で台車の左右加速度を読み込む。次にステップ110で
ジャイロセンサ4で検知されたヨー加速度を信号処理回
路11を介して読み込み、ヨー角速度と算出部13で算
出された走行速度とから曲線の曲率(ヨー角速度/走行
速度)を演算する(算出部14)。
【0027】次にステップ120で、ジャイロセンサ5
で検知されたロール加速度を信号処理回路12を介して
読み込み、曲線のカント(∫φdt×G)を演算する
(算出部15)。ここで、φは台車のロール角速度(r
ad/s)で、Gはゲージ幅(mm)である。
【0028】次にステップ130に進み、直線を走行し
ているか曲線を走行しているかを判断する。曲線である
という判断は、前記演算した曲線の曲率の絶対値が所定
値(閾値)を越えたかどうかで行われるが、一度曲率が
閾値を越えると後述の170のステップで信号が出され
るので、ステップ130ではステップ170の信号
(「曲線入り」の信号)がONであるかOFFであるか
のチェックを行う。
【0029】「曲線入り」の信号がOFFであるとき
は、ステップ160へ進み、曲率が閾値を越えているか
を判断する。越えていない場合はステップ100へ戻
る。曲率が閾値を越えた時はステップ170へ進み、曲
線開始位置を記憶装置20へ格納するとともに「曲線入
り」の信号を出す。
【0030】一方、ステップ130において、「曲線入
り」の信号がONであるときはステップ140に進み、
曲線の曲率が閾値以下であるかを判断する。閾値以下で
ない時はステップ100へ戻り、曲率が閾値以下になっ
た時は、ステップ150で曲線終了位置を認識し、始発
駅からの曲線番号および該曲線における曲率情報とカン
トの情報を記憶装置20へ格納するとともに、「曲線
出」の信号を出す。これにより、ステップ170の「曲
線入り」の信号はOFFとなる。
【0031】次に、ステップ200で、上記の走行速
度、曲線の曲率およびカントの情報から、超過遠心加速
度(a2)を(V2/gR)−(C/G)から算出する
(算出部16)。次に、ステップ220で、上記超過遠
心加速度a2とステップ105で読み込んで信号処理回
路17で制御信号に変換された台車の左右方向の加速度
a1とを比較する(判定部21)。そして、その差が所
定の範囲(閾値)以下である場合には、この上記の曲線
の曲率およびカントは正常なものと判断し、次のステッ
プ240へ送られ基準軌条データを修正する。
【0032】一方、超過遠心加速度a2と台車の左右方
向の加速度a1との差が閾値より大きい場合には、ステ
ップ100へ戻される。即ち、その曲線については信頼
できるものではないと判断できるので、基準軌道形状デ
ータは更新は行われない。そして、走行線区を走行中は
ステップ100へ戻り、繰り返し作業が行われる。
【0033】最後にステップ260にて、終着駅に到着
したか否かを、ステップ100において読み込んだ走行
距離が走行線区の全距離に達したかどうか調べることに
より判定し、到着していれば当該処理を終了する。次
に、請求項2の発明の実施形態例を図3および図4に基
づいて説明する。
【0034】図3において、車両1は先頭車両を示し、
前側の台車2にはヨー角速度を検知するジャイロセンサ
4と、ロール角速度を検知するジャイロセンサ5と、車
輪の回転速度を検知するパルス式の速度発電機3が設け
られている。また、後側の台車2aには、同様にヨー角
速度を検知するジャイロセンサ4と、ロール角速度を検
知するジャイロセンサ5が設けられている。
【0035】これらの検知器によって得た検知情報は、
コンピュータに取り込まれ、ロール角速度信号やヨー角
速度信号は、制御信号に修正され、曲線の曲率とカント
を演算し、記憶部30へそれぞれ記録される。そして、
両台車から得た曲線の曲率とカントを比較しその差が所
定範囲のものを正常なデータとして基準軌道形状データ
の更新を行う。なお、車体傾斜角度設定部40および車
体傾斜手段50については前記実施形態例と同じもので
ある。
【0036】上記の構成において、ジャイロセンサおよ
び速度発電機の検知手段は請求項1で説明したものと同
じであり、同一符号を用いている。そして、これら検知
信号からヨー角速度、ロール角速度の算出も請求項1の
ものと同じである。即ち、前側台車2のジャイロセンサ
4、5で検知されたヨー角速度、ロール角速度は、それ
ぞれ信号処理回路11、12で制御信号に修正され算出
部14、15へ送られ曲線の曲率と曲線のカントが算出
される。そして、速度センサ3で検知された回転速度
は、算出部18で走行距離が算出されるとともに算出部
13で車両1の走行速度が算出される。算出部14、1
5で演算された曲線の曲率および曲線のカントは算出部
18の走行距離情報とともに記憶部30に記憶される。
【0037】同様にして、後側台車2aのジャイロセン
サ4a、5aで検知されたヨー角速度、ロール角速度
は、それぞれ信号処理回路11a、12aで制御信号に
修正され算出部14a、15aへ送られ曲線の曲率と曲
線のカントが算出され記憶部30に記録される。
【0038】次に、基準軌道データの更新の流れを図4
のフローチャートで説明する。まずステップ100で算
出部18の距離情報を読み込む。次にステップ110で
前側台車2のジャイロセンサ4で検知されたヨー加速度
を信号処理回路11を介して読み込み、ヨー角速度と算
出部13で算出された走行速度とから曲線の曲率(1/
R1)を演算する(算出部14)。
【0039】同様に、ステップ115で後側の台車2a
のジャイロセンサ4aで検知されたヨー加速度から曲線
の曲率(1/R2)を演算する(算出部14a)。次に
ステップ120で、前側の台車2のジャイロセンサ5で
検知されたロール加速度を信号処理部12を介して読み
込み、曲線のカント(C1)を演算する(算出部1
5)。同様に、ステップ125で後側の台車2aのジャ
イロセンサ5aで検知されたロール加速度から曲線のカ
ント(C2)を演算する(算出部15a)。
【0040】次にステップ130に進み、直線を走行し
ているか曲線を走行しているかを判断する。「曲線入
り」の信号がOFFであるときは、ステップ160へ進
み、曲率が閾値を越えているかを判断する。越えていな
い場合はステップ100へ戻る。
【0041】曲率が閾値を越えた時はステップ170へ
進み、曲線開始位置を記憶装置30へ格納するとともに
「曲線入り」の信号を出す。一方、ステップ130にお
いて、「曲線入り」の信号がONであるときはステップ
140に進み、曲線の曲率が閾値以下であるかを判断す
る。閾値以下でない時はステップ100へ戻り、曲率が
閾値以下になった時は、ステップ150で曲線終了位置
を認識し、始発駅からの曲線番号および該曲線における
曲率情報とカントの情報を記憶装置30へ格納するとと
もに、「曲線出」の信号を出す。これにより、ステップ
170の「曲線入り」の信号はOFFとなる。この処理
は前側の台車2と後側の台車2aの検知信号それぞれに
ついて行われる。
【0042】次に、ステップ210で、ステップ110
で算出した曲線の曲率(1/R1)とステップ115で
算出した曲線の曲率(1/R2)を比較する。そして、
その差が閾値以上である場合はステップ100へ戻り、
閾値以下である場合はステップ230に進む。
【0043】ステップ230では、ステップ120で算
出した曲線のカントC1とステップ125で算出した曲
線のカントC2とを比較する。そして、その差が閾値以
上である場合はステップ100へ戻り、閾値以下である
場合はステップ240で基準軌道データを更新する。こ
の処理は走行線区を走行中はステップ100へ戻り、繰
り返し作業が行われる。
【0044】最後にステップ170にて、終着駅に到着
したか否かを、ステップ100において読み込んだ走行
距離が走行線区の全距離に達したかどうか調べることに
より判定し、到着していれば当該処理を終了する。
【0045】
【発明の効果】本発明の請求項1に記載の軌道形状デー
タの更新方法によれば、台車にヨー角速度を検知するジ
ャイロセンサとロール角速度を検知するジャイロセンサ
を備えて、曲線を通過する毎に曲線の曲率とカントを算
出するとともに超過遠心加速度を演算し、該超過遠心加
速度を台車に設けた加速度計から検知した左右加速度と
比較して基準軌道形状データを更新するので、簡便であ
り、保線などで軌道が変更されても基準軌道形状データ
の取り直しといった特別な作業を行わなくても本発明方
法を継続実施すれば自動的に最新の軌道形状データに更
新される。また、更新された基準軌道形状データは信頼
性の高いものであり、これを継続して行うことによっ
て、車両の乗り心地がさらに改善される。
【0046】請求項2に記載の軌道形状データの更新方
法によれば、2台の台車にそれぞれヨー角速度を検知す
るジャイロセンサとロール角速度を検知するジャイロセ
ンサを設け、曲線を通過する毎に曲線の曲率とカントを
各台車毎に算出して両台車の検知・算出した曲線の曲率
とカントを比較して基準軌道形状データを更新するの
で、請求項1の発明と同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】請求項1の発明の一実施形態としての軌道形状
データの更新方法の全体構成を表すブロック図である。
【図2】同軌道形状データの更新方法の処理を表すフロ
ーチャートである。
【図3】請求項2の発明の一実施形態としての軌道形状
データの更新方法の全体構成を表すブロック図である。
【図4】同軌道形状データの更新方法の処理を表すフロ
ーチャートである。
【符号の説明】
1…車両 2、2a…台車 3…速度発電機 4、4a…ジャイロセンサ 5、5a…ジャイロセンサ 6…左右加速度計 11、11a…信号処理回路(ヨー角速度) 12、12a…信号処理回路(ロール角速度) 13…算出部(走行速度) 14、14a…算出部(曲線の曲率) 15、15a…算出部(曲線のカント) 16…算出部(超過遠心加速度) 17…信号処理回路(左右加速度) 18…算出部(走行距離) 20…記憶部 21…判定部 30…記憶部 32…判定部 40…傾斜角設定部 50…傾斜手段

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基準点からの走行距離を算出する速度発電
    機を備え、曲線の曲率やカントなど予め入力された基準
    軌道形状データに基づいて車体を左または右に傾ける制
    御付振子車両において、台車にヨー角速度を検知するジ
    ャイロセンサとロール角速度を検知するジャイロセンサ
    を備えて、曲線を通過する毎に曲線の曲率とカントを算
    出するとともに超過遠心加速度を演算し、該超過遠心加
    速度を台車に設けた加速度計から検知した左右加速度と
    比較し、その差が所定範囲内であるときに、基準軌道形
    状データを更新するようにしたことを特徴とする軌道形
    状データの更新方法。
  2. 【請求項2】基準点からの走行距離を算出する速度発電
    機を備え、曲線の曲率やカントなど予め入力された基準
    軌道形状データに基づいて車体を左または右に傾ける制
    御付振子車両において、2台の台車にそれぞれヨー角速
    度を検知するジャイロセンサとロール角速度を検知する
    ジャイロセンサを設け、曲線を通過する毎に曲線の曲率
    とカントを各台車毎に算出して両台車の検知・算出した
    曲線の曲率とカントを比較して、その差が所定範囲であ
    る場合に、基準軌道形状データを更新するようにしたこ
    とを特徴とする軌道形状データの自動更新方法。
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