JP2002195818A - 鉄道軌道の曲線形状データ取得装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】曲率、カント等の鉄道軌道の曲線データを、一
度の走行で精度良く取得可能な新規なカント演算式を有
する鉄道軌道の曲線データ取得装置を提供する。 【解決手段】例えば振り子式車両に搭載されたセンサ部
００と演算・記憶部２０とから構成され、演算・記憶部
２０は、車体ヨー角速度θと、車速度Ｖとを入力して、
曲率ρを式 ρ＝θ／Ｖ により求めて出力し、この曲
率ρの値と、車体の傾斜角φtと、車体左右定常加速度
Ａとを入力して、カントＣを例えば次式で演算して出力
し、走行位置に対応した曲率ρ及びカントＣのデータを
記憶する鉄道軌道の曲線形状データ取得装置である。 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ＋ｇ（１＋ｑ2）φt）／（１＋
ｑ））Ｇ／ｇ（m） （但し、ｑ2はまくらばねによる付加係数、ｑはばねに
よる付加係数でｑ1＋ｑ2、ｑ1は軸ばねによる付加係
数、Ｇは軌間、ｇは重力加速度である。）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、車両上にセンサと
演算・記憶装置を配置し、計測されるセンサのデータに
基づいて演算することにより、鉄道軌道１の曲率ρ、カ
ントＣ等の曲線形状データを精度よく取得し、走行位置
に対応したこれらの曲線データを記憶する鉄道軌道の曲
線形状データ取得装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道軌道１の構造は、図２に示す如く、
基本的には直線と曲線との連鎖からなる。しかして直線
部から入って入口緩和曲線部に至り、それから本体の円
曲線部に続き、次いで出口緩和曲線部を経由して再び直
線部となる。鉄道軌道１はこのようにして、直線と曲線
の連鎖によって始点から終点に至る。そしてこの曲線部
では、図３に示す如く、軌道面が内側に傾斜され、外側
の軌道１が内側より高くなるように高低差が設けられ、
カントＣが設定されている。

【０００３】それにより、曲線部を走行中において、車
体２に働く遠心力と重力の合力が、車体床面に垂直に作
用するようにされている。そのため車両が曲線部を高速
度で通過することができるばかりではなく、例え高速度
で通過したとしても、乗客が遠心力によって振られたり
することがなく、乗り心地が悪くならない。

【０００４】ここで、更に高速で曲線部を通過するため
には、カントＣの量を大きくしてやればよい。しかしな
がら曲線部では、当然のことながら低速で通過する場合
や、あるいはそこで停車する場合もあり得る。そのよう
なときには車体２が内側に転倒するおそれがあるため、
カントＣの量はその上限値を制限せざるを得ない。ここ
で曲率ρとカントＣのデータ推移としては、図７の如
く、直線部から入口緩和曲線部を経て円曲線部に至りそ
こから出口緩和曲線部を経過して再び直線部に至るまで
が模式的に示されている。鉄道軌道１は、かかる曲率ρ
とカントＣとを有する曲線と、直線との連鎖から構成さ
れて、始点から終点に至る。

【０００５】ところで現在では、走行時間短縮のため、
更に高速度走行が要求され、曲線部に入るたびに速度を
低下させるということが許されない情勢にある。しかし
てこの最大カント量で定められる均衡速度以上の速度で
曲線部を走行しようとすると、そのカントＣでは相殺で
きない超過の遠心力が発生する。そのため高速走行が危
険であったり、また乗客の乗り心地が悪くなったりして
しまう。

【０００６】そこでこのような超過の遠心力を受けた場
合、その超過遠心力と重力との合力が車体床面に垂直に
働くようにするべく、台車はそのままで、車体だけが更
に傾斜するように設計された、図４に示す如く、振り子
式車両が知られている。この振り子式車両により、曲線
部にも関わらずに高速で走行通過でき、しかも乗客に、
乗り心地が悪くなったり、不快感を与えない。

【０００７】この振り子式車両においては、台車枠６は
コイルばねやゴム等からなる軸ばね７を介して、車輪軸
８に支持されている。また台車枠６はコロ等を有する傾
斜装置５と例えば弓形の傾斜はり４とを具備し、空気ば
ね等からなるまくらばね３を介して車体２を支持してい
る。ここで、図５に示す如く、車体を傾斜させる振り子
機構としては、自然振り子方式と、制御振り子方式があ
る。

【０００８】この自然振り子方式は、曲線通過時に発生
する遠心力を利用して車体を適切に傾斜させて、遠心加
速度を打ち消す振り子機構を有している。しかしながら
この振り子機構は、摩擦抵抗等により、必ずしも遠心力
に追従して直ちに車体が傾斜するわけではない。時間遅
れのために、傾斜の立ち上がり部や立ち下がり部で、振
り遅れや振り戻しが発生したりするので、走行、あるい
は乗り心地の上で、必ずしも良好ではない。一方制御振
り子方式は、作動機構を有しており、この作動機構が振
り子機構を制御して車体を傾斜させるものであって、超
過の遠心加速度を理想的に打ち消すことができる。

【０００９】しかしてその制御機構は、車体左右定常加
速度を検出してフィードバックし、傾斜角度を算出して
制御するものと、走行路線である鉄道軌道１の曲率ρや
カントＣ等の曲線形状のデータを予め記憶して、走行位
置に対応して最適の傾斜角度を算出して制御するものと
がある。そこでこの曲線部の曲線形状データであるカン
トＣと、曲率ρ等を予め求める必要がでてくる。

【００１０】そのためには台車にジャイロ等を取り付け
て、ロール角を直接計測することが考えられるが、汎用
のジャイロではドリフトが避けられないため，例えば振
り子式車両の車体傾斜を行うために必要な精度のデータ
が得られない。また高精度のジャイロを用いれば可能で
はあろうが，非常に高価なため、鉄道車両に用いるには
現実的ではない。

【００１１】またカントＣを求めるには、レートジャイ
ロでロール角速度を求め、それを積分することでも原理
的には可能である。しかしながら積分誤差等があり、デ
ータの精度や、信頼性には問題が残こる。以下に、鉄道
軌道１の曲率ρ、カントＣ等の曲線形状データを取得す
るための従来の装置に関して、概略的に説明する。

【００１２】１．特開平６−１０７１７２号公報（発明
の名称：曲線情報算出方法及び車体傾斜制御方法）につ
いて この発明は、床面左右定常加速度、走行速度、車体傾斜
角度を測定できる測定手段を搭載した鉄道車両を軌道上
を２回走行させ、各測定手段の値に基づいて、曲率半径
Ｒとカント量Ｃとを特定の演算式により演算して求める
ものである。

【００１３】２．特開平６−２０７８３０号公報（発明
の名称：線路形状計測装置と計測方法）について この発明は、列車の速度検出器及び３方向の加速度検出
器と、列車箱体の各軸回りの角速度検出器と、この箱体
の台車上における上下動を検出する変位量検出器とを有
し、各検出データを演算・記憶部に入力して、線路のカ
ントを演算するものであるが、上下動の変位量を検出す
るにあたりばね変位を実測することが必要であり、また
３方向の加速度、角速度を検出するので多数のセンサを
必要としている。

【００１４】３．特開平７−１０８９３３号公報（発明
の名称：鉄道車両の走行位置補正方法）について 車体の傾斜角検出器と車体床面平行左右方向の加速度検
出器とから計算された曲線半径と、車輪の回転数検出器
から車輪回転数を求めて得られる走行距離とから計算さ
れた車両走行位置を、車両に予め搭載してある線路デー
タの曲線半径や曲線位置と比較して、搭載データ中に対
応する曲線がある場合には、実測値と搭載データの曲線
位置の差を補正量として車両の走行位置を補正するもの
である。

【００１５】４．特開平８−２０７７６４号公報（発明
の名称：軌道の曲線路情報算出方法及びその算出方法を
利用した車体傾斜制御方法）について 先の特開平６−１０７１７２号の発明とほぼ同内容であ
り，床面左右定常加速度、走行速度、車体−台車間の傾
斜角を検出し、そのデータを特定の連立方程式に代入し
て曲線半径とカント量を求めるようになっている。しか
しながら連立方程式であるから、少なくとも２回以上計
測しないと、曲線半径とカントを求めることができな
い。

【００１６】５．特開２０００−６８０５号（発明の名
称：軌道走行車両の曲線検知方法および車体傾斜制御装
置）について この発明は、先頭車両の前後の台車にジャイロセンサを
設けて、ヨー角速度を検知し、ヨー角速度の前後の差か
ら、曲率を求めるものである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本願発明は、高価とな
らないリーズナブルな各種センサを車両上に適切に配置
して、車両上で計測、取得されるデータから、新規なカ
ントＣの演算式により、曲率ρ、カントＣ等の曲線形状
データを一回の走行で精度よく取得して、しかも安価な
鉄道軌道の曲線形状データ取得装置を提供するものであ
る。

【００１８】以下に、従来技術のいくつかの問題点を概
略説明する。さきの１．特開平６−１０７１７２号公報
（発明の名称：曲線情報算出方法及び車体傾斜制御方
法）では、少なくとも２回以上走行しないと、曲率半径
とカントを求めることができない。また軸ばねやまくら
ばねのたわみによるロール角が考慮されていないので、
求められるカントの精度が低いものであった。

【００１９】２．特開平６−２０７８３０号公報（発明
の名称：線路形状計測装置と計測方法）では、ばね変位
を実測する必要があり、そのためのセンサが必要であ
る。また３方向の加速度と角速度を実測するため、多く
の計測センサが必要で、費用がかかる。更に角速度を求
める代わりにジャイロを用いて角度を求める場合には、
ドリフト補正の必要が生ずるので処理が面倒である。

【００２０】３．特開平７−１０８９３３号公報（発明
の名称：鉄道車両の走行位置補正方法）では、カントを
求める関係式も記載されてはいるが、軸ばねのたわみが
考慮されておらず、車両諸元から求めることもされてい
ない。

【００２１】４．特開平８−２０７７６４号（発明の名
称：軌道の曲線路情報算出方法及びその算出方法を利用
した車体傾斜制御方法）では、さきの１．特開平６−１
０７１７２号公報（発明の名称：曲線情報算出方法及び
車体傾斜制御方法）のものと略同様であり、２回走行し
ないと曲線半径Ｒとカント量Ｃが求められない。またま
くらばねのたわみによる傾斜角は実測しているが、軸ば
ねのたわみは考慮されていない。しかしながら、振り子
式車両で車体傾斜制御を行うためには軸ばねのたわみも
考慮すべき要素と考えられる。

【００２２】５．特開２０００−６８０５号（発明の名
称：軌道走行車両の曲線検地方法および車体傾斜制御装
置）では、２つの台車に取り付けたジャイロのロール角
を平均してカントを求めている。ところで、ジャイロは
高精度のものは非常に高価であり、ドリフトの影響を除
去するための処理が必要となる。

【００２３】しかしながら本願発明では、ジャイロによ
るロール角は使用しない新規な演算式によりカントＣを
簡便に求めるものである。従って、本願発明は、高価と
ならないリーズナブルなセンサ部を車両上に適切に配置
して、車両上から計測されるデータから、新規なカント
の演算式より、この曲線形状データを、一回の走行で精
度よく取得でき、しかも安価な装置を提供することを目
的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上記の問題点を解消し、
上記の目的を達成するために、鉄道軌道の曲線形状デー
タの取得装置は、演算・記憶部２０と、センサ部００と
から構成され、演算・記憶部２０と、センサ部００と
は、振り子式車両に搭載され、センサ部００は、速度セ
ンサ１０と、車体ヨー角速度センサ０９と、傾斜角セン
サ１１と、車体左右振動加速度センサ１２とから構成さ
れ、演算・記憶部２０は、曲率演算部２１と、カント演
算部２２と、記憶部２３とを具備し、曲率演算部２１
は、車体ヨー角速度センサ０９からの車体ヨー角速度θ
（ rad/s）と、速度センサ１０からの車速度Ｖ（ m/s）
とが入力されたときには、曲率ρを式 ρ＝θ／Ｖ（1/
m） より求めて出力し、

【００２５】カント演算部は２２は、この曲率ρと、傾
斜角センサ１１からの車体２の傾斜角φt（ rad）と、
車体左右振動加速度センサ１２からの車体左右定常加速
度Ａ（ m/s²）とが入力されたときには、式（１）より
カントＣを演算して出力し、 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ＋ｇ（１＋ｑ2）φt）／（１＋ｑ））Ｇ／ｇ（m）・・（１） （但し、ｑ2はまくらばねによる付加係数、ｑはばねに
よる付加係数でｑ1＋ｑ2、ｑ1は軸ばねによる付加係
数、Ｇは軌間、ｇは重力加速度である。） 記憶部２３は、位置に対応した鉄道軌道１の曲率ρ及び
カントＣのデータを記憶する鉄道軌道の曲線形状データ
取得装置である。

【００２６】ここでカントＣは、センサ部００としてま
くらばねロール角センサ１３を付加して、そのまくらば
ねロール角φaを利用して、他の新規な演算式からも求
めることができる。即ち上記鉄道軌道１の曲線形状デー
タ取得装置において、演算・記憶部２０と、センサ部０
０とから構成され、演算・記憶部２０と、センサ部００
とは、振り子式車両に搭載され、

【００２７】センサ部００は、速度センサ１０と、車体
ヨー角速度センサ０９と、傾斜角センサ１１と、車体左
右振動加速度センサ１２と、更に付加されたまくらばね
ロール角センサ１３とから構成され、演算・記憶部（２
０）は、曲率演算部（２１）と、カント演算部（２２）
と、記憶部（２３）とを具備し、

【００２８】曲率演算部（２１）は、車体ヨー角速度セ
ンサ（０９）からの車体ヨー角速度θ（ rad/s）と、速
度センサ（１０）からの車速度Ｖ（ m/s）とが入力され
たときには、曲率ρを式 ρ＝θ／Ｖ（1/m） より求
めて出力し、カント演算部は（２２）は、この曲率ρ
と、傾斜角センサ（１１）からの車体（２）の傾斜角φ
t（ rad）と、車体左右振動加速度センサ（１２）から
の車体左右定常加速度Ａ（ m/s²）と、更にまくらばね
ロール角センサ（１３）からのまくらばねロール角φa
（ rad）とが入力されたときには、式（２）よりカント
Ｃを演算して出力し、 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ−ｇ（φa−φt））／（１＋ｑ1））Ｇ／ｇ（m）・・（２） （但し、ｑ1は軸ばねによる付加係数、Ｇは軌間、ｇは
重力加速度である。） 記憶部（２３）は、位置に対応した鉄道軌道（１）の曲
率ρ及びカントＣのデータを記憶する鉄道軌道の曲線形
状データ取得装置である。

【００２９】以上は振り子式車両に搭載されるタイプの
ものであるが、通常（非振り子式）車両に搭載すること
もできる。その場合は、傾斜角センサ１１による傾斜角
φtが常に０であるものとして、カントＣを求める式を
実行すればよい。しかしてこの場合は、車体２の傾斜角
φtが常に０であるから、傾斜角センサ１１は車両に搭
載する必要がない。

【００３０】即ち上記と同様の鉄道軌道の曲線形状デー
タ取得装置であって、演算・記憶部２０と、センサ部０
０とから構成されるものではあるが、この演算・記憶部
２０とセンサ部００とは、通常（非振り子式）車両に搭
載されるものであって、センサ部００は、速度センサ１
０と、車体ヨー角速度センサ０９と、車体左右振動加速
度センサ１２とから構成され、

【００３１】演算・記憶部２０は、曲率演算部２１と、
カント演算部２２と、記憶部２３とを具備し、曲率演算
部２１は、車体ヨー角速度センサ０９からの車体ヨー角
速度θ（ rad/s）と、速度センサ１０からの車速度Ｖ
（ m/s）とが入力されたときには、曲率ρを式 ρ＝θ
／Ｖ（1/m） より求めて出力し、カント演算部は２２
は、車体２の傾斜角φt（ rad）＝０として、この曲率
ρと、車体左右振動加速度センサ１２からの車体左右定
常加速度Ａ（ m/s²）とが入力されたときには、式
（１）よりカントＣを演算して出力し、 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ＋ｇ（１＋ｑ2）φt）／（１＋ｑ））Ｇ／ｇ（m）・・（１） （但し、ｑ2はまくらばねによる付加係数、ｑはばねに
よる付加係数でｑ1＋ｑ2、ｑ1は軸ばねによる付加係
数、Ｇは軌間、ｇは重力加速度である。） 記憶部２３は、位置に対応した鉄道軌道１の曲率ρ及び
カントＣのデータを記憶する鉄道軌道の曲線形状データ
取得装置である。

【００３２】また上記と同様の通常（非振り子式）車両
に搭載される鉄道軌道の曲線形状データ取得装置であっ
て、演算・記憶部２０と、センサ部００とから構成され
るものではあるが、センサ部００には、更にまくらばね
ロール角センサ１３が付加され、カントＣを求める演算
式は他のものが利用されるものである。演算・記憶部
（２０）と、センサ部（００）とは、通常（非振り子
式）車両に搭載され、

【００３３】センサ部００は、速度センサ１０と、車体
ヨー角速度センサ０９と、車体左右振動加速度センサ１
２と、更にまくらばねロール角センサ１３とから構成さ
れ、演算・記憶部２０は、曲率演算部２１と、カント演
算部２２と、記憶部２３とを具備し、曲率演算部２１
は、車体ヨー角速度センサ０９からの車体ヨー角速度θ
（ rad/s）と、速度センサ１０からの車速度Ｖ（ m/s）
とが入力されたときには、曲率ρを式 ρ＝θ／Ｖ（1/
m） より求めて出力し、

【００３４】カント演算部は２２は、車体２の傾斜角φ
t（ rad）＝０として、この曲率ρと、車体左右振動加
速度センサ１２からの車体左右定常加速度Ａ（ m/s²）
と、更にまくらばねロール角センサ１３からのまくらば
ねロール角φa（ rad）とが入力されたときには、式
（２）よりカントＣを演算して出力し、 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ−ｇ（φa−φt））／（１＋ｑ1））Ｇ／ｇ（m）・・（２） （但し、ｑ1は軸ばねによる付加係数、Ｇは軌間、ｇは
重力加速度である。） 記憶部２３は、位置に対応した鉄道軌道（１）の曲率ρ
及びカントＣのデータを記憶する鉄道軌道の曲線形状デ
ータ取得装置である。

【００３５】

【発明の実施の形態】先ず本願発明の第１の実施の形態
を説明する。図１、図４を参照して、２は車体、００は
センサ部、２０は演算・記憶部である。本願発明の第１
の実施の形態の鉄道軌道の曲線形状データ取得装置は、
センサ部００と、演算・記憶部２０とから構成され、振
り子式車両に搭載されるものである。

【００３６】センサ部００は、車体２に取り付けた車体
ヨー角速度センサ０９及び車体左右振動加速度センサ１
２と、車輪軸８または主電動機軸に取り付けた速度セン
サ１０と、台車枠６に設けた車体２の傾斜装置５によっ
て作動する、例えば弓形等の傾斜はり４に取り付けられ
た傾斜角センサ１１とから構成される。

【００３７】車体ヨー角速度センサ０９は、図６に示す
車体２のヨー角α（rad）の時間的変化即ちヨー角速度
θ（ rad/s）を検出して出力する。ここではヨー角速度
θ（rad/s）の検出であるから、例えばジャイロ等によ
りヨー角α（rad）自体を直接検出する場合に比べて、
ドリフト等の影響を受けない。

【００３８】速度センサ１０は、例えば車輪軸８または
主電動機軸の回転数に基づき、車輪径等を利用して車体
２の車速度Ｖ（ m/s）を検出して出力する。傾斜角セン
サ１１は、例えば傾斜はり４に取り付けられ、図５に示
す如く、振り子式車両における傾斜装置５による車体２
の傾斜角φt（rad）を検出して出力する。

【００３９】演算・記憶部２０は、曲率演算部２１と、
カント演算部２２と、記憶部２３とを具備しており、セ
ンサ部００からの検出データを入力して、鉄道軌道１の
曲率ρ（1/m）とカントＣ（m）とを演算して、そのデー
タを軌道１に沿ってその位置に対応して記憶する。曲率
演算部２１は、速度センサ１０によって得られる車速度
Ｖと，ヨー角速度センサ９によって得られる車体ヨー角
速度θとが入力されたとき、演算式 ρ＝θ／Ｖ（1/
m） により曲率ρを演算して出力する。この曲率演算
式自体は周知である。

【００４０】カント演算部２２は、本願発明に係る新規
な演算式（１）によって、カントＣを演算するものであ
る。カントＣは、カント演算部２２に、曲率ρ、傾斜角
センサ１１によって得られる傾斜角φt、車体左右振動
加速度センサ１２によって得られる車体左右定常加速度
Ａの各値を入力することにより、次の式（１）から求め
られる。

【００４１】ここで車体左右定常加速度Ａは、車体左右
振動加速度センサ１２によって得られる車体左右振動加
速度から、微少変化分を除去した定常成分であって、車
体床面に平行な加速度に相当するものである。 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ＋ｇ（１＋ｑ2）φt）／（１＋ｑ））Ｇ／ｇ（m）・（１） 但し、ｑ2はまくらばね３による付加係数、ｑはばね
（軸ばね７とまくらばね３）による付加係数でｑ1＋ｑ
2、ｑ1は軸ばね７による付加係数である。なお、ｑ1，
ｑ2，ｑは実測または車両諸元から計算で求めることの
できる無次元の数である。またＧは軌間であり、例えば
在来線の場合は１．０６７m、新幹線の場合は１．４３
５ mである。ｇは重力加速度９．８１ m/s² の定数であ
る。

【００４２】記憶部２３は、鉄道軌道１に沿って、距離
または時間に対応した位置毎にカントＣ、曲率ρの値を
順次記憶しておくものである。ここで位置情報は、例え
ば、基準位置情報を車両外部から取り込んだり、速度セ
ンサ１０を作動させるための、時間情報と、車輪軸の回
転数と車輪径とから求められる走行距離等とから決定す
ることができる。

【００４３】このようにして本願発明の第１の実施の形
態に基づく鉄道軌道の曲線形状データ取得装置は、一回
の走行により、鉄道軌道１に沿ってカントＣと、曲率ρ
の値を取得することができる。

【００４４】次いで本願発明の第２の実施の形態を説明
する。この第２の実施の形態は、図８を参照して、各種
センサ００として、第１の実施の形態のものと比べて、
更にまくらばねロール角センサ１３が付加されたもので
ある。そこでまくらばねロール角φaを検出し、出力さ
れたその値を利用し、カントＣを他の新規な式（２）に
より演算して求めるものである。

【００４５】しかして、カント演算部２２は、このまく
らばねロール角φaのデータを入力し、新規の演算式
（２）によって、カントＣを求め、出力することができ
る。 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ−ｇ（φa−φt））／（１＋ｑ1））Ｇ／ｇ（m）・（２） 但し、ｑ1、Ｇ、ｇは、第１の実施の形態のものと同様
のものである。

【００４６】このようにして本願発明の第２の実施の形
態に基づく鉄道軌道１の曲線形状データ取得装置は、ま
くらばねロール角φaの影響を加味して、一回の走行に
よって、鉄道軌道１に沿ってカントＣと、曲率ρのデー
タを取得することができ、そのデータを走行距離に対応
して、記憶しておくことができるものである。曲率ρの
演算式は、第１の実施の形態と同じものである。

【００４７】次いで本願発明の第３の実施の形態を説明
する。この第３の実施の形態は、鉄道軌道の曲線形状デ
ータ取得装置を、前記の第１、第２のものとは異なり、
通常（非振り子式）車両に搭載するものである。従って
演算・記憶部２０とセンサ部００とは、通常（非振り子
式）車両に搭載される。この場合は、常に車体２の傾斜
角φt（ rad）＝０であり、センサ部００において、傾
斜角センサ１１は不要となる。

【００４８】よってセンサ部００は、傾斜角センサ１１
が削除されて、速度センサ１０と、車体ヨー角速度セン
サ９と、車体左右振動加速度センサ１２とから構成され
るものとなる。そして演算・記憶部２０は、センサ部０
０から計測されたデータを入力して、曲率演算部２２が
曲率を演算して出力し、カント演算部２２が、車体２の
傾斜角φt（ rad）＝０として、カントＣを求める式
（１）の演算を実行して、出力することとなる。曲率ρ
を求める演算式は、第１、第２の実施の形態の場合と同
じである。曲率ρとカントＣのデータを記憶することも
同様である。

【００４９】次いで本願発明の第４の実施の形態を説明
する。この第４の実施の形態は、第３の実施に形態と同
様に、通常（非振り子式）車両に搭載するものである。
この場合も、常に車体２の傾斜角φt（ rad）＝０であ
り、センサ部００において、傾斜角センサ１１は不要で
ある。

【００５０】またはセンサ部００として、第２の実施の
形態と同様に、まくらばねロール角センサ１３を付加す
る。従って、センサ部００は、速度センサ１０と、車体
ヨー角速度センサ９と、車体左右振動加速度センサ１２
と、付加されたまくらばねロール角センサ１３とから構
成される。

【００５１】カント演算部２２は、第２の実施の形態と
同様に、このまくらばねロール角センサ１３からのまく
らばねロール角φa（rad）を更に付加入力して、車体２
の傾斜角φt（ rad）＝０として、カントＣを求める
（２）式の演算を実行し、出力すればよい。 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ−ｇ（φa−φt））／（１＋ｑ1））Ｇ／ｇ（m）・（２） 但し、ｑ1、Ｇ、ｇは、第１の実施の形態と同様のもの
である。曲率ρを求める演算式は第１、第２、第３の実
施の形態の場合と同じである。曲率ρとカントＣのデー
タを記憶することも同様である。

【００５２】次いで以下において、図１０を参照して、
ばねによる付加係数ｑ1、ｑ2、ｑを車両諸元から求める
求め方を説明する。ここで車両諸元とは、車体の質量Ｍ
（kg）、軸ばね７の回転中心と車体重心の高さ距離ｈ1
（m）、まくらばね３の回転中心と車体重心の高さ距離
ｈ2（m）、軸ばね定数ｋ1（N/m）、まくらばね定数ｋ2
（N/m）、軸ばね７の左右間隔２ｂ1（m）、まくらばね
３の左右間隔２ｂ2（m）である。またｇは重力加速度
９．８１（m/s²）である。

【００５３】ここで車体重心に単位の横力を加えたと
き、軸ばね７による車体の角変位をＦ1（rad/N）とし、
まくらばね３による車体の角変位はＦ2（rad/N）とす
る。すると、車体重心に単位の横力を加えたときのばね
全体による車体の角変位はＦ（rad/N）となる。

【００５４】このようにすると、（１）軸ばね７による
付加係数ｑ1（無次元量）は、 ｑ1＝Ｆ1Ｍｇ Ｆ1＝ｈ1／（２ｋ1ｂ1²） （２）まくらばね３による付加係数ｑ2（無次元量）
は、 ｑ2＝Ｆ2Ｍｇ Ｆ2＝ｈ2／（２ｋ2ｂ2²） （３）ばねによる付加係数ｑ（無次元数）は、 ｑ＝ｑ1＋ｑ2＝（Ｆ1＋Ｆ2）Ｍｇ＝ＦＭｇ Ｆ＝Ｆ1＋Ｆ2 とすることができる。ここで、例えばｑ1＝０．０３、
ｑ2＝０．０７である。

【００５５】次いで、曲率ρとカントＣを求める式
（１）及び式（２）の導出法について説明する。 （１）曲率ρについて 図９を参照して、曲率半径Ｒと、車体ヨー角αと、走行
距離Ｌとから、 Ｌ＝Ｒ×α ・・・・・・・・（３） が導ける。この式の両辺を時間ｔで割ると Ｌ／ｔ＝Ｒ×α／ｔ ・・・・（４） となる。

【００５６】ここで、車体ヨー角速度θと車速度Ｖ及び
曲率半径Ｒは次式で定義される。 θ＝α／ｔ ・・・・・・・・（５） Ｖ＝Ｌ／ｔ ・・・・・・・・（６） Ｒ＝１／ρ ・・・・・・・・（７） これら式（５）、（６）、（７）を式（３）に代入して
整理すると、曲率ρを与える次の式（８）が導ける。 ρ＝θ／Ｖ ・・・・・・・・（８） この式自体は周知である。

【００５７】（２）カントＣについて ２．１ まくらばねロール角φaを実測しないとき（第
１、３の実施の形態） 図１０を参照して、車体２の床面に平行な加速度を車体
左右定常加速度Ａ、車体の左右加速度を超過遠心加速度
Ａuとして定義する。

【００５８】ここで超過遠心加速度Ａuは左右加速度と
して軸ばね７に作用するので、その付加係数をｑ1とす
る。また左右加速度Ａ2はまくらばね３に作用するの
で、その付加係数をｑ2とする。車体２の傾斜角をφtと
する。また床面に平行な成分を求めるにあたり、φtが
小さい場合には、sinφt≒φtとすることができる。

【００５９】すると、車体左右定常加速度Ａ＝超過遠心
加速度＋軸ばね７のロールによる付加加速度＋まくらば
ね３のロールによる付加加速度−傾斜角φtに基づく付
加加速度となる。これを記号化して整理すると、 Ａ＝Ａu＋ｑ1×Ａu＋ｑ2×Ａ2−ｇ×φt ・・・・・・・（９） となる。

【００６０】ところで、超過遠心加速度Ａuと、左右加
速度Ａ2とは、次の関係にあることが既に知られてい
る。 Ａu＝ρ×Ｖ² −ｇ×Ｃ／Ｇ ・・・・・・・・・・・・・（１０） Ａ2＝Ａu−ｇ×φt ・・・・・・・・・・・・・（１１） ここで、ｇは重力加速度、Ｇは軌間である。

【００６１】式（１１）を式（９）に代入すると、 Ａ＝（１＋ｑ1＋ｑ2）×Ａu−ｇ×（１＋ｑ2）×φt ・・（１３） となる。

【００６２】付加係数ｑ1、ｑ2は、実測、あるいは既に
説明したように車両諸元から計算で求められる一定の無
次元の数値である。一方、ｑ＝ｑ1＋ｑ2であるから、こ
れからｑ1を消去すると Ａ＝（１＋ｑ）×Ａu−ｇ×（１＋ｑ2）×φt ・・・・・（１４） となる。この式（１４）に式（１０）を代入して、カン
トＣを求めると、 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ＋ｇ（１＋ｑ2）φt）／（１＋ｑ））Ｇ／ｇ（m）・（１） なる式（１）が導かれる。

【００６３】２．２ まくらばねロール角φaを実測す
るとき（第２、第４の実施の形態） この場合は、まくらばねロールによる付加加速度の代わ
りに、実測されたまくらばねロール角φaを用いる。即
ち式（１４）に代えて、 Ａ＝（１＋ｑ1）×Ａu＋ｇ×（φa−φt） ・・・・・（１５） を用いる。この式（１５）に式（１０）を代入して、カ
ントＣを求めると、 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ−ｇ（φa−φt））／（１＋ｑ1））Ｇ／ｇ（m）・（２） となる式（２）が得られる。

【００６４】なお本願発明の第１第２の実施の形態にお
いては、センサ部００及び演算・記憶部２０は、振り子
式車両車両に搭載することを前提として、カントＣ、曲
率ρ等の鉄道軌道１の曲線形状データを取得することが
できるものとした。ここで、センサ部００及び演算・記
憶部２０を通常（非振り子式）車両に搭載した場合は、
車体の傾斜角φtは常に０であるから、カントＣを求め
る演算式（１）（２）は、傾斜角センサ１１からの車体
の傾斜角φtを常に０として、演算実施することができ
る。

【００６５】そしてこの場合、車体の傾斜角φtを０と
するならば、傾斜角センサ１１を搭載しないものと等価
であり、即ち搭載しなくてもよいとすることができる。
また演算・記憶部２０として、マイクロコンピュータの
如きソフトウエアで動作するものを採用することができ
る。その場合は、曲率演算部２１、カント演算部２２
は、それぞれその機能を実行する如く動作し、記憶部２
３はプログラムや各種データを記録するメモリや記憶装
置とすることができる。

【００６６】

【発明の効果】第１、第２の実施の形態に示されるが如
き本願発明にあっては、振り子式車両に搭載されもので
あり、高精度ジャイロ等の高価なセンサを用いずに、安
価な各センサを車両上に適切に配置しており、カントＣ
を求める新規の演算式を用い、計測されるデータに基づ
いて、線路の位置に対応した鉄道軌道１の曲率ρ、カン
トＣ等の曲線形状データを、一回の走行で精度よく取得
し、記憶できる安価な鉄道軌道１の曲線形状データ取得
装置を提供できる。特に第２の実施の形態のものにあっ
ては、まくらばねロール角センサを搭載してまくらばね
ロール角φaを実測しているので、カントＣの演算式と
して、式（１）とは別の式（２）が利用でき、演算装置
の処理負担が小さくなる。

【００６７】第３、第４の実施の形態に示されるが如き
本願発明にあっては、通常（非振り子式）の車両に搭載
されものであるから、傾斜角センサ１１は搭載する必要
がなく、車体の傾斜角φtを０として、カントＣを求め
る演算式を実行すればよく、より簡単で安価な構成で実
施できる。また特に第４の実施の形態のものにあって
は、第２の実施の形態のものと同様に、まくらばねロー
ル角センサを搭載してまくらばねロール角φaを実測し
ているので、カントＣの演算式として、式（１）とは別
の式（２）が利用でき、演算装置の処理負担が小さくな
る。

【００６８】従って振り子式車両の車体傾斜制御の実行
は、実際の鉄道軌道１の状況に即して、本装置で求めた
高精度の曲率ρ、カントＣ等の曲線形状データを利用す
ることができるので、精度よく実現できることとなり，
鉄道軌道１の曲線部を高速で走行でき、従って全体の旅
行時間を短縮でき、しかも旅客の乗り心地向上に寄与す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図 １】 鉄道軌道１の曲線形状データ取得装置に関
する第１、第３の実施の形態の構成図である。

【図 ２】 鉄道軌道１及びその曲線部の模式構造図で
ある。

【図 ３】 カントＣの模式構造図である。

【図 ４】 振り子式車両の模式構造図である。

【図 ５】 傾斜装置による車体の傾斜角φtを示す説
明図である。

【図 ６】 車体ヨー角速度θの説明図である。

【図 ７】 曲率ρとカントＣの説明図である。

【図 ８】 鉄道軌道１の曲線形状データ取得装置に関
する第２、第４の実施の形態の構成図である。

【図 ９】 曲率ρの説明図である。

【図１０】 ばね変位の説明図である。

【符号の説明】

１ 鉄道軌道 ２ 車体 ３ まくらばね ４ 傾斜はり ５ 傾斜装置 ６ 台車枠 ７ 軸ばね ８ 車輪軸 ００ センサ部 ０９ 車体ヨー角速度センサ １０ 速度センサ １１ 傾斜角センサ １２ 車体左右振動加速度センサ １３ まくらばねロール角センサ ２０ 演算・記憶部 ２１ 曲率演算部 ２２ カント演算部 ２３ 記憶部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 君章 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人鉄道総合技術研究所内 Ｆターム(参考） 2F069 AA42 AA53 AA74 AA99 BB25 DD15 GG04 GG06 GG41 GG65 GG72 HH30 JJ07 JJ25 MM04 NN00

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】演算・記憶部（２０）と、センサ部（０
   ０）とから構成される鉄道軌道の曲線形状データ取得装
   置であって、 演算・記憶部（２０）と、センサ部（００）とは、振り
   子式車両に搭載され、 センサ部（００）は、速度センサ（１０）と、車体ヨー
   角速度センサ（０９）と、傾斜角センサ（１１）と、車
   体左右振動加速度センサ（１２）とから構成され、 演算・記憶部（２０）は、曲率演算部（２１）と、カン
   ト演算部（２２）と、記憶部（２３）とを具備し、 曲率演算部（２１）は、車体ヨー角速度センサ（０９）
   からの車体ヨー角速度θ（ rad/s）と、速度センサ（１
   ０）からの車速度Ｖ（ m/s）とが入力されたときには、
   曲率ρを式 ρ＝θ／Ｖ（1/m） より求めて出力し、 カント演算部は（２２）は、この曲率ρと、傾斜角セン
   サ（１１）からの車体（２）の傾斜角φt（ rad）と、
   車体左右振動加速度センサ（１２）からの車体左右定常
   加速度Ａ（ m/s²）とが入力されたときには、式（１）
   よりカントＣを演算して出力し、 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ＋ｇ（１＋ｑ2）φt）／（１＋ｑ））Ｇ／ｇ（m）・・（１） （但し、ｑ2はまくらばねによる付加係数、ｑはばねに
   よる付加係数でｑ1＋ｑ2、ｑ1は軸ばねによる付加係
   数、Ｇは軌間、ｇは重力加速度である。） 記憶部（２３）は、位置に対応した鉄道軌道（１）の曲
   率ρ及びカントＣのデータを記憶する鉄道軌道の曲線形
   状データ取得装置。
2. 【請求項２】演算・記憶部（２０）と、センサ部（０
   ０）とから構成される鉄道軌道の曲線形状データ取得装
   置であって、 演算・記憶部（２０）と、センサ部（００）とは、振り
   子式車両に搭載され、 センサ部（００）は、速度センサ（１０）と、車体ヨー
   角速度センサ（０９）と、傾斜角センサ（１１）と、車
   体左右振動加速度センサ（１２）と、まくらばねロール
   角センサ（１３）とから構成され、 演算・記憶部（２０）は、曲率演算部（２１）と、カン
   ト演算部（２２）と、記憶部（２３）とを具備し、 曲率演算部（２１）は、車体ヨー角速度センサ（０９）
   からの車体ヨー角速度θ（ rad/s）と、速度センサ（１
   ０）からの車速度Ｖ（ m/s）とが入力されたときには、
   曲率ρを式 ρ＝θ／Ｖ（1/m） より求めて出力し、 カント演算部は（２２）は、この曲率ρと、傾斜角セン
   サ（１１）からの車体（２）の傾斜角φt（ rad）と、
   車体左右振動加速度センサ（１２）からの車体左右定常
   加速度Ａ（ m/s²）と、まくらばねロール角センサ（１
   ３）からのまくらばねロール角φa（ rad）とが入力さ
   れたときには、式（２）よりカントＣを演算して出力
   し、 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ−ｇ（φa−φt））／（１＋ｑ1））Ｇ／ｇ（m）・・（２） （但し、ｑ1は軸ばねによる付加係数、Ｇは軌間、ｇは
   重力加速度である。） 記憶部（２３）は、位置に対応した鉄道軌道（１）の曲
   率ρ及びカントＣのデータを記憶する鉄道軌道の曲線形
   状データ取得装置。
3. 【請求項３】演算・記憶部（２０）と、センサ部（０
   ０）とから構成される鉄道軌道の曲線形状データ取得装
   置であって、 演算・記憶部（２０）と、センサ部（００）とは、通常
   （非振り子式）車両に搭載され、 センサ部（００）は、速度センサ（１０）と、車体ヨー
   角速度センサ（０９）と、車体左右振動加速度センサ
   （１２）とから構成され、 演算・記憶部（２０）は、曲率演算部（２１）と、カン
   ト演算部（２２）と、記憶部（２３）とを具備し、 曲率演算部（２１）は、車体ヨー角速度センサ（０９）
   からの車体ヨー角速度θ（ rad/s）と、速度センサ（１
   ０）からの車速度Ｖ（ m/s）とが入力されたときには、
   曲率ρを式 ρ＝θ／Ｖ（1/m） より求めて出力し、 カント演算部は（２２）は、車体（２）の傾斜角φt（
   rad）＝０として、この曲率ρと、車体左右振動加速度
   センサ（１２）からの車体左右定常加速度Ａ（m/s²）と
   が入力されたときには、式（１）よりカントＣを演算し
   て出力し、 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ＋ｇ（１＋ｑ2）φt）／（１＋ｑ））Ｇ／ｇ（m）・・（１） （但し、ｑ2はまくらばねによる付加係数、ｑはばねに
   よる付加係数でｑ1＋ｑ2、ｑ1は軸ばねによる付加係
   数、Ｇは軌間、ｇは重力加速度である。） 記憶部（２３）は、位置に対応した鉄道軌道（１）の曲
   率ρ及びカントＣのデータを記憶する鉄道軌道の曲線形
   状データ取得装置。
4. 【請求項４】演算・記憶部（２０）と、センサ部（０
   ０）とから構成される鉄道軌道の曲線形状データ取得装
   置であって、 演算・記憶部（２０）と、センサ部（００）とは、通常
   （非振り子式）車両に搭載され、 センサ部（００）は、速度センサ（１０）と、車体ヨー
   角速度センサ（０９）と、車体左右振動加速度センサ
   （１２）と、まくらばねロール角センサ（１３）とから
   構成され、 演算・記憶部（２０）は、曲率演算部（２１）と、カン
   ト演算部（２２）と、記憶部（２３）とを具備し、 曲率演算部（２１）は、車体ヨー角速度センサ（０９）
   からの車体ヨー角速度θ（ rad/s）と、速度センサ（１
   ０）からの車速度Ｖ（ m/s）とが入力されたときには、
   曲率ρを式 ρ＝θ／Ｖ（1/m） より求めて出力し、 カント演算部は（２２）は、車体（２）の傾斜角φt（
   rad）＝０として、この曲率ρと、車体左右振動加速度
   センサ（１２）からの車体左右定常加速度Ａ（m/s²）
   と、まくらばねロール角センサ（１３）からのまくらば
   ねロール角φa（rad）とが入力されたときには、式
   （２）よりカントＣを演算して出力し、 Ｃ＝（ρＶ²−（Ａ−ｇ（φa−φt））／（１＋ｑ1））Ｇ／ｇ（m）・・（２） （但し、ｑ1は軸ばねによる付加係数、Ｇは軌間、ｇは
   重力加速度である。） 記憶部（２３）は、位置に対応した鉄道軌道（１）の曲
   率ρ及びカントＣのデータを記憶する鉄道軌道の曲線形
   状データ取得装置。