JP2004123053A - 鉄道車両の車体傾斜制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】曲線軌道走行時に、車体を傾斜する左右のアクチュエータいずれか一方が正常に動作しない場合に、乗り心地の悪化及び走行速度の低下を緩和する。
【解決手段】台車１と車体２との間に左右対称に設けられた空気バネ３Ｌ，３Ｒの一方の空気バネ３Ｌが正常に動作しない場合に、空気バネ３Ｌを中立位置に復帰させ、空気バネ３Ｒを伸張又は縮小動作させて、正常の車体傾斜に比べて１／２の傾斜角度で車体を傾斜させる。左右の空気バネ３Ｌ，３Ｒは、それぞれ個別に有する傾斜制御装置１０Ｌ，１０Ｒにて伸縮量を演算制御される。
【選択図】 図１
【解決手段】台車１と車体２との間に左右対称に設けられた空気バネ３Ｌ，３Ｒの一方の空気バネ３Ｌが正常に動作しない場合に、空気バネ３Ｌを中立位置に復帰させ、空気バネ３Ｒを伸張又は縮小動作させて、正常の車体傾斜に比べて１／２の傾斜角度で車体を傾斜させる。左右の空気バネ３Ｌ，３Ｒは、それぞれ個別に有する傾斜制御装置１０Ｌ，１０Ｒにて伸縮量を演算制御される。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気バネ等のアクチュエータを伸縮させて車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両が走行する曲線軌道には、曲線の内側と外側の起動に高低差、いわゆるカントが設けられ、曲線通過時に発生する車体床面での左右方向の加速度を低減している。しかし、鉄道車両の高速化に伴い、カントのみでは車体床面左右定常加速度の低減が充分ではなく、いわゆるカント不足が生じる。このため、車体を曲線内側に傾斜させて超過遠心力と重力の合力が車体床面に垂直に働くようにする車体傾斜方法が種々提案されている。
【０００３】
例えば、台車に左右対称に設けられて車体を支持する空気バネをアクチュエータとして利用し、傾斜制御装置からの指令信号に基づいて、内軌側の空気バネを排気して中立位置から縮小動作させ、外軌側の空気バネを給気して中立位置から伸張動作させて車体を傾斜させる方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２２７３９２号公報（第２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の車体傾斜制御では、万一、傾斜機構や傾斜制御装置に故障が生じ、車体傾斜ができなくなった場合、曲線走行速度を低下させて乗り心地の悪化を防いでいるが、曲線走行時に故障が発生すると減速するまでの間は相当乗り心地が悪化する。また、車体傾斜をした場合としない場合とでは、曲線走行速度の差が大きいため、故障時には列車の遅延等の運用上の問題も発生する。
【０００６】
そこで本発明は、傾斜機構や傾斜制御装置に故障が発生しても、乗り心地の悪化や走行速度の低下を緩和できる車体傾斜制御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】
上記した目的を達成するため、本発明は、傾斜制御装置からの指令信号に基づき、中立位置から伸張動作又は縮小動作を行い、前記指令信号の無いときには常に中立位置に復帰するアクチュエータを台車と車体間に左右対称に設け、内軌側のアクチュエータを縮小動作させ、外軌側のアクチュエータを伸張動作させて車体傾斜を行う鉄道車両の車体傾斜制御方法において、前記アクチュエータのいずれか一方が前記指令信号に基づく動作を行わない場合は、そのアクチュエータを中立位置に復帰させるとともに、他方のアクチュエータのみを伸張又は縮小動作させて車体傾斜を行うことを特徴としている。また、前記左右のアクチュエータは、それぞれ個別に有する傾斜制御装置にて伸縮量を演算制御される、前記両傾斜制御装置は、両傾斜制御装置間で通信を行い、一定時間相手側からの応答が無い場合は、相手側傾斜制御装置の故障と判断して、相手側傾斜制御装置への電源を遮断することが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示される各実施形態例に基づいて説明する。車体１と台車２との間には、空気バネ３Ｌ，３Ｒが左右に離間して配置されている。以下、数字の後の「Ｌ」は左側に、「Ｒ」は右側に配置されたものを示す。各空気バネ３Ｌ，３Ｒには、乗客の乗り降りによる荷重の変動及び走行中の荷重の変動により空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さが変化するのに対して車高を一定にするために、各空気バネ３Ｌ，３Ｒ内の圧力空気を給排する高さ調整機構として、高さ調整棒４Ｌ，４Ｒと高さ制御弁５Ｌ，５Ｒとが設けられている。前記高さ調整棒４Ｌ，４Ｒの各先端は、前記高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの開閉操作部である弁棒６を回動する梃子７Ｌ，７Ｒにそれぞれ連結されている。
【０００９】
この高さ調整機構は、荷重の変動に伴う車体１と台車２の距離の変化によって、高さ調整棒４Ｌ，４Ｒの先端位置が変動することにより梃子７Ｌ，７Ｒを介して高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの弁棒６を回動し、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを操作して空気バネ３Ｌ，３Ｒへの空気の給排を制御し、空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さを調整する。
【００１０】
前記高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの各弁棒６には、２基直列のロータリーソレノイド８，９がそれぞれ回転方向を逆にして設けられている。このロータリーソレノイド８，９は、例えば、ロータリーソレノイド８が作動した場合は弁棒６が正回転して空気バネが伸張し、ロータリーソレノイド９が作動した場合は弁棒６が逆回転して空気バネが縮小する。
【００１１】
前記車体１には、高さ制御弁５Ｌのロータリーソレノイド８，９を作動する傾斜制御装置１０Ｌと、高さ制御弁５Ｒのロータリーソレノイド８，９を作動する傾斜制御装置１０Ｒとが搭載されている。これら傾斜制御装置１０Ｌ，１０Ｒの指令信号により、内軌側の高さ制御弁のロータリーソレノイド９が作動して内軌側の空気バネを縮小動作し、外軌側の高さ制御弁のロータリーソレノイド８が作動して外軌側の空気バネを伸張動作して、車体１を傾斜させる。なお、ロータリーソレノイド８が作動した場合は、ロータリーソレノイド９全体が回動して弁棒６が回転する。
【００１２】
前記ロータリーソレノイド８，９は同一の構成で、防水ケース１１に複列円筒コロ軸受１２を介して回動可能に支持されたベース１３と、該ベース１３に固設されたコイル１４と、該コイル１４の励磁によって回転するアーマチュア１５と、該アーマチュア１５と一体回転するシャフト１６と、アーマチュア１５の回転範囲を規制するボール１７と、回転したアーマチュア１５を初期状態に復帰させる戻しバネ１８とを有している。
【００１３】
ロータリーソレノイド８には、梃子７Ｌ又は梃子７Ｒのシャフト１９が接続され、ロータリーソレノイド８のシャフト１６には、ロータリーソレノイド９が接続され、ロータリーソレノイド９のシャフト１６は弁棒６に接続されている。
【００１４】
ロータリーソレノイド８，９のシャフト１６には、弁棒６の回転位置を検出するリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２を設けた回転部材２１がそれぞれ固設され、各リミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２及び前記各コイル１４には防水コネクタ２２からの配線２３，２４がそれぞれ接続されている。
【００１５】
ロータリーソレノイド８，９は、荷重の変動に伴う車体１と台車２の距離の変化によって、高さ調整棒４Ｌ，４Ｒの先端位置が変動し、梃子７Ｌ，７Ｒが回動した場合には、梃子７Ｌ又は梃子７Ｒの回動力がロータリーソレノイド８，９の戻しバネ１８の付勢力より弱いので、ロータリーソレノイド８，９が一体に回動して弁棒６が回転する。
【００１６】
前記傾斜制御装置１０Ｌ，１０Ｒは、車体１の昇降と車体１の傾斜を制御するもので、車高制御部２５と、異常診断部２６と、線路データ記憶部２７と、地点情報検知部２８とをそれぞれ有している。地点情報検知部２８には、車速の検出及び走行路線の曲線部の手前に設置されたＡＴＳ地上子からの地点情報信号を受信する車速・Ｐ点信号センサ２９が接続されている。
【００１７】
傾斜制御装置１０Ｌ，１０Ｒは、車速・Ｐ点信号センサ２９が受信したＡＴＳ地上子からの地点情報信号及び検出した車速と、線路データ記憶部２７に記憶された線路データとを比較して、車高制御部２５が曲線半径やカント量等の曲線形状情報に基づいて車体１を傾斜させる。
【００１８】
以下、空気バネ３Ｌを縮小作動、空気バネ３Ｒを伸張作動させることで車体１の傾斜を説明する。各傾斜制御装置１０Ｌ，１０Ｒ及び各高さ制御弁５Ｌ，５Ｒのロータリーソレノイド８，９が正常に作動する状態であれば、曲線軌道走行時に、図３に示されるように、傾斜制御装置１０Ｌは、指令信号を発して高さ制御弁５Ｌのロータリーソレノイド９を作動して空気バネ３Ｌを中立位置から縮小作動させ、一方、傾斜制御装置１０Ｒは、指令信号を発して高さ制御弁５Ｒのロータリーソレノイド８を作動して空気バネ３Ｒを中立位置から伸張作動させて、車体１を左側に傾斜させる。
【００１９】
走行路線の曲線部の終了に伴って車体１を水平に戻すには、曲線部終了位置の手前に設置されたＡＴＳ地上子からの地点情報信号及び台車２に設けた車速・Ｐ点信号センサ２９により検出される車速と、線路データ記憶部２７に記憶された線路データとを比較して、傾斜制御装置１０Ｌは、高さ制御弁５Ｌのロータリーソレノイド９への指令信号を断ってロータリーソレノイド９を戻しバネ１８によって不作動位置に復帰させ、傾斜制御装置１０Ｒは、高さ制御弁５Ｒのロータリーソレノイド８への指令信号を断ってロータリーソレノイド８を戻しバネ１８によって不作動位置に復帰させる。これにより、図４に示されるように、空気バネ３Ｌ，３Ｒがそれぞれ中立位置に復帰して車体１を水平にする。
【００２０】
この一連の車体傾斜過程において、ロータリーソレノイド８のリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２は次のように作動する。先ず、図５（ａ）に示されるように、車体１の水平状態では、回転部材１０のリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２は接点３０ａ，３０ｂにそれぞれ近接してＯＮしている。次に、車体１を傾斜させるために、図５（ｂ）に示されるように、ロータリーソレノイド８が作動すると、高さ制御弁５Ｒの弁棒６と回転部材２１とが時計方向に回転し、リミットスイッチＳＷ１は接点３０ａから離れてＯＦＦに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２は接点３０ｂから離れて接点３１ｂに近接してＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わる。この段階では空気バネ３Ｒは中立状態にあるが、弁棒６が給気方向に回転しているので、空気バネ３Ｒが膨らむ。空気バネ３Ｒが膨らむことにより、車体１の右側が台車２から上昇するが高さ調整棒４Ｒの先端位置は変わらないので、図５（ｃ）に示されるように、高さ制御弁５Ｒが上昇して梃子７Ｒが下がり、ロータリーソレノイド８は反時計方向に回動してリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２が接点３０ａ，３０ｂにそれぞれ近接し、リミットスイッチＳＷ１はＯＦＦからＯＮに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２はＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わる。車体１を水平状態に戻すために、図５（ｄ）に示されるように、ロータリーソレノイド８を不作動にすると、戻しバネ１８の付勢力より弁棒６と回転部材２１とが反時計方向に回転し、リミットスイッチＳＷ１は接点３０ａから離れて接点３１ａに近接してＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２はＯＮからＯＦＦに切り替わる。この段階では空気バネ３Ｒはまだ膨らんでいるが弁棒６が排気方向に回転しているので、空気バネ３Ｒが縮み、車体１の右側が下がって梃子７Ｒが水平状態になる図５（ａ）の状態に戻る。
【００２１】
一方、ロータリーソレノイド９のリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２は次のように作動する。先ず、図６（ａ）に示されるように、車体１の水平状態では、回転部材１０のリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２は接点３０ａ，３０ｂにそれぞれ近接してＯＮしている。次に、車体１を傾斜させるために、図６（ｂ）に示されるように、ロータリーソレノイド９が作動すると、高さ制御弁５Ｌの弁棒６と回転部材２１とが反時計方向に回転し、リミットスイッチＳＷ１は接点３０ａから離れてＯＦＦに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２は接点３０ｂから離れて接点３１ｂに近接してＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わる。この段階では空気バネ３Ｌは中立状態にあるが、弁棒６が排気方向に回転しているので、空気バネ３Ｌが縮む。空気バネ３Ｌが縮むことにより、車体１が下降するが高さ調整棒４Ｌの先端位置は変わらないので、図６（ｃ）に示されるように、車体１の左側が下がって高さ制御弁５Ｌが下降して梃子７Ｌが上がり、ロータリーソレノイド９は時計方向に回動してリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２が接点３０ａ，３０ｂにそれぞれ近接し、リミットスイッチＳＷ１はＯＦＦからＯＮに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２はＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わる。車体１を水平状態に戻すために、図６（ｄ）に示されるように、ロータリーソレノイド９を不作動にすると、戻しバネ１８の付勢力より弁棒６と回転部材２１とが時計方向に回転し、リミットスイッチＳＷ１は接点３０ａから離れて接点３１ａに近接してＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２はＯＮからＯＦＦに切り替わる。この段階では空気バネ３Ｌはまだ縮んででいるが弁棒６が給気方向に回転しているので、空気バネ３Ｌが膨らみ、車体１の左側が上がって梃子７Ｒが水平状態になる図６（ａ）の状態に戻る。
【００２２】
次に、空気バネ３Ｌ，３Ｒのいずれかが正常に作動しない場合について説明する。例えば、曲線路にさしかかる前に、傾斜制御装置１０Ｌへの電源の遮断、傾斜制御装置１０Ｌの作動不良による高さ制御弁５Ｌのロータリーソレノイド９の不作動、ロータリーソレノイド９の作動不良等の何らかの故障が発生した場合には、空気バネ３Ｌは縮小動作をせずに中立位置にある。また、車体傾斜を開始した後に上記の故障が発生した場合には、ロータリーソレノイド９が不作動位置に戻るので、空気バネ３Ｌは中立位置に復帰する。
【００２３】
一方、右側の傾斜制御装置１０Ｒ及び高さ制御弁５Ｒのロータリーソレノイド８が正常に作動すれば、右側の空気バネ３Ｒは所要の伸張動作をする。したがって、左側の空気バネ３Ｌが正常な縮小動作をする場合と比較して、図１に示されるように、正常の傾斜角度の１／２の傾斜角度で車体１を傾斜させることができる。なお、右側の空気バネ３Ｒが正常に動作しない場合は、左側の空気バネ３Ｌのみを縮小動作させて、正常の傾斜角度の１／２の傾斜角度で車体１を傾斜させる。
【００２４】
このように、正常の傾斜角度の１／２の傾斜角度で車体１を傾斜させた場合と、正常の傾斜角度で車体１を傾斜させた場合と、車体傾斜ができずに減速した場合との比較について、曲線半径を４００ｍ、カントを１０５ｍｍ、正常時の車体傾斜角度を３ｄｅｇ、走行速度の減速度を２ｋｍ／ｈ／ｓ、緩和曲線長を７０ｍ、曲線入口にて故障が発生し減速指令をするとの条件で、本出願人が試算した車体床面左右定常加速度及び走行速度等のデータを図８，９，１０に示す。
【００２５】
この試算によれば、１／２の傾斜角度で車体１を傾斜させた場合は、正常の３ｄｅｇ傾斜で走行した場合に比べると、走行位置０〜７０ｍ、すなわち緩和曲線部分での車体床面左右定常加速度は上回るものの、車体傾斜ができずに減速した場合に比べて、車体床面左右定常加速度は０．０２５Ｇ減り、走行速度は８ｋｍ／ｈ高くなる。したがって、故障発生時の乗り心地の悪化及び走行速度の低下を緩和できる。
【００２６】
次に、図１１に示されるように、従来１台の傾斜制御装置に、電源、ＣＰＵ基板、各空気バネ駆動回路を備えて前後の台車の左側の空気バネタ及び右側の空気バネを制御していたものを、前後の台車の左側の空気バネ３Ｌ，３Ｌは傾斜制御装置１０Ｌで、前後の台車の右側の空気バネ３Ｒ，３Ｒは傾斜制御装置１０Ｒでそれぞれ個別に制御することにより、空気バネ及び空気バネ駆動回路の追加は無いが、電源及びＣＰＵ基板の追加が生じる。しかし、電源は容量が半分となるので、台数は追加されるが実質的な追加とはならない。また、傾斜制御装置を収納する制御箱が１台追加されるが、制御箱の体積は半分になるから、表面積が増加して放熱面積が増える。
【００２７】
また、図１２に示されるように、車両元電源から傾斜制御装置１０Ｌの電源への回路４０を遮断するスイッチ４１を傾斜制御装置１０Ｒに、車両元電源から傾斜制御装置１０Ｒの電源への回路４２を遮断するスイッチ４３を傾斜制御装置１０Ｌにそれぞれ設け、傾斜制御装置１０Ｌと傾斜制御装置１０Ｒ間で互いに通信を行い、一定時間相手側からの応答が無い場合は、相手側傾斜制御装置の故障と判断して、相手側傾斜制御装置への電源を遮断するよう構成することにより、相手側のロータリーソレノイド８又はロータリーソレノイド９は、戻しバネ１８により不作動位置に復帰して空気バネを中立位置とし、通電されている傾斜制御装置のロータリーソレノイド８又はロータリーソレノイド９が作動して空気バネを伸張又は縮小動作するので、上記と同様に、１／２の傾斜角度で車体１を傾斜させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車体傾斜方法は、台車と車体間に左右対称に配置したアクチュエータのいずれか一方が正常に動作しない場合に、そのアクチュエータを中立位置に復帰させ、他方のアクチュエータを伸張又は縮小動作させるから、正常の車体傾斜に比べて１／２の傾斜角度で車体を傾斜させることができ、故障発生時の乗り心地の悪化及び走行速度の低下を緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】正常の１／２の角度での車体傾斜を示す概略図
【図２】ロータリーソレノイドの断面図
【図３】正常の車体傾斜を示す概略図
【図４】車体水平状態の概略図
【図５】車体傾斜時のロータリーソレノイド８のリミットスイッチの作動を示す概略図
【図６】車体傾斜時のロータリーソレノイド９のリミットスイッチの作動を示す概略図
【図７】車体傾斜指令と空気バネの変位及びリミットスイッチの作動を示すタイミング図
【図８】正常の車体傾斜と１／２の角度での車体傾斜と車体を傾斜させない場合とのそれぞれの車体床面左右定常加速度の比較を示すグラフ図
【図９】正常の車体傾斜と１／２の角度での車体傾斜と車体を傾斜させない場合とのそれぞれの走行速度の比較を示すグラフ図
【図１０】正常の１／２の角度での車体傾斜における走行位置と曲率の関係を示すグラフ図
【図１１】傾斜制御装置を左右個別にした状態を示す概略図
【図１２】左右の傾斜制御装置の回路を示す概略図
【符号の説明】
１…車体、２…台車、３Ｌ，３Ｒ…空気バネ、４Ｌ，４Ｒ…高さ調整棒、５Ｌ，５Ｒ…高さ調整弁、７Ｌ，７Ｒ…梃子、１０Ｌ，１０Ｒ…傾斜制御装置、ＳＷ１，ＳＷ２…リミットスイッチ、４０，４２…回路、４１，４３…スイッチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気バネ等のアクチュエータを伸縮させて車体を傾斜させる鉄道車両の車体傾斜制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄道車両が走行する曲線軌道には、曲線の内側と外側の起動に高低差、いわゆるカントが設けられ、曲線通過時に発生する車体床面での左右方向の加速度を低減している。しかし、鉄道車両の高速化に伴い、カントのみでは車体床面左右定常加速度の低減が充分ではなく、いわゆるカント不足が生じる。このため、車体を曲線内側に傾斜させて超過遠心力と重力の合力が車体床面に垂直に働くようにする車体傾斜方法が種々提案されている。
【０００３】
例えば、台車に左右対称に設けられて車体を支持する空気バネをアクチュエータとして利用し、傾斜制御装置からの指令信号に基づいて、内軌側の空気バネを排気して中立位置から縮小動作させ、外軌側の空気バネを給気して中立位置から伸張動作させて車体を傾斜させる方法がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−２２７３９２号公報（第２頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の車体傾斜制御では、万一、傾斜機構や傾斜制御装置に故障が生じ、車体傾斜ができなくなった場合、曲線走行速度を低下させて乗り心地の悪化を防いでいるが、曲線走行時に故障が発生すると減速するまでの間は相当乗り心地が悪化する。また、車体傾斜をした場合としない場合とでは、曲線走行速度の差が大きいため、故障時には列車の遅延等の運用上の問題も発生する。
【０００６】
そこで本発明は、傾斜機構や傾斜制御装置に故障が発生しても、乗り心地の悪化や走行速度の低下を緩和できる車体傾斜制御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】
上記した目的を達成するため、本発明は、傾斜制御装置からの指令信号に基づき、中立位置から伸張動作又は縮小動作を行い、前記指令信号の無いときには常に中立位置に復帰するアクチュエータを台車と車体間に左右対称に設け、内軌側のアクチュエータを縮小動作させ、外軌側のアクチュエータを伸張動作させて車体傾斜を行う鉄道車両の車体傾斜制御方法において、前記アクチュエータのいずれか一方が前記指令信号に基づく動作を行わない場合は、そのアクチュエータを中立位置に復帰させるとともに、他方のアクチュエータのみを伸張又は縮小動作させて車体傾斜を行うことを特徴としている。また、前記左右のアクチュエータは、それぞれ個別に有する傾斜制御装置にて伸縮量を演算制御される、前記両傾斜制御装置は、両傾斜制御装置間で通信を行い、一定時間相手側からの応答が無い場合は、相手側傾斜制御装置の故障と判断して、相手側傾斜制御装置への電源を遮断することが好ましい。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示される各実施形態例に基づいて説明する。車体１と台車２との間には、空気バネ３Ｌ，３Ｒが左右に離間して配置されている。以下、数字の後の「Ｌ」は左側に、「Ｒ」は右側に配置されたものを示す。各空気バネ３Ｌ，３Ｒには、乗客の乗り降りによる荷重の変動及び走行中の荷重の変動により空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さが変化するのに対して車高を一定にするために、各空気バネ３Ｌ，３Ｒ内の圧力空気を給排する高さ調整機構として、高さ調整棒４Ｌ，４Ｒと高さ制御弁５Ｌ，５Ｒとが設けられている。前記高さ調整棒４Ｌ，４Ｒの各先端は、前記高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの開閉操作部である弁棒６を回動する梃子７Ｌ，７Ｒにそれぞれ連結されている。
【０００９】
この高さ調整機構は、荷重の変動に伴う車体１と台車２の距離の変化によって、高さ調整棒４Ｌ，４Ｒの先端位置が変動することにより梃子７Ｌ，７Ｒを介して高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの弁棒６を回動し、高さ制御弁５Ｌ，５Ｒを操作して空気バネ３Ｌ，３Ｒへの空気の給排を制御し、空気バネ３Ｌ，３Ｒの高さを調整する。
【００１０】
前記高さ制御弁５Ｌ，５Ｒの各弁棒６には、２基直列のロータリーソレノイド８，９がそれぞれ回転方向を逆にして設けられている。このロータリーソレノイド８，９は、例えば、ロータリーソレノイド８が作動した場合は弁棒６が正回転して空気バネが伸張し、ロータリーソレノイド９が作動した場合は弁棒６が逆回転して空気バネが縮小する。
【００１１】
前記車体１には、高さ制御弁５Ｌのロータリーソレノイド８，９を作動する傾斜制御装置１０Ｌと、高さ制御弁５Ｒのロータリーソレノイド８，９を作動する傾斜制御装置１０Ｒとが搭載されている。これら傾斜制御装置１０Ｌ，１０Ｒの指令信号により、内軌側の高さ制御弁のロータリーソレノイド９が作動して内軌側の空気バネを縮小動作し、外軌側の高さ制御弁のロータリーソレノイド８が作動して外軌側の空気バネを伸張動作して、車体１を傾斜させる。なお、ロータリーソレノイド８が作動した場合は、ロータリーソレノイド９全体が回動して弁棒６が回転する。
【００１２】
前記ロータリーソレノイド８，９は同一の構成で、防水ケース１１に複列円筒コロ軸受１２を介して回動可能に支持されたベース１３と、該ベース１３に固設されたコイル１４と、該コイル１４の励磁によって回転するアーマチュア１５と、該アーマチュア１５と一体回転するシャフト１６と、アーマチュア１５の回転範囲を規制するボール１７と、回転したアーマチュア１５を初期状態に復帰させる戻しバネ１８とを有している。
【００１３】
ロータリーソレノイド８には、梃子７Ｌ又は梃子７Ｒのシャフト１９が接続され、ロータリーソレノイド８のシャフト１６には、ロータリーソレノイド９が接続され、ロータリーソレノイド９のシャフト１６は弁棒６に接続されている。
【００１４】
ロータリーソレノイド８，９のシャフト１６には、弁棒６の回転位置を検出するリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２を設けた回転部材２１がそれぞれ固設され、各リミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２及び前記各コイル１４には防水コネクタ２２からの配線２３，２４がそれぞれ接続されている。
【００１５】
ロータリーソレノイド８，９は、荷重の変動に伴う車体１と台車２の距離の変化によって、高さ調整棒４Ｌ，４Ｒの先端位置が変動し、梃子７Ｌ，７Ｒが回動した場合には、梃子７Ｌ又は梃子７Ｒの回動力がロータリーソレノイド８，９の戻しバネ１８の付勢力より弱いので、ロータリーソレノイド８，９が一体に回動して弁棒６が回転する。
【００１６】
前記傾斜制御装置１０Ｌ，１０Ｒは、車体１の昇降と車体１の傾斜を制御するもので、車高制御部２５と、異常診断部２６と、線路データ記憶部２７と、地点情報検知部２８とをそれぞれ有している。地点情報検知部２８には、車速の検出及び走行路線の曲線部の手前に設置されたＡＴＳ地上子からの地点情報信号を受信する車速・Ｐ点信号センサ２９が接続されている。
【００１７】
傾斜制御装置１０Ｌ，１０Ｒは、車速・Ｐ点信号センサ２９が受信したＡＴＳ地上子からの地点情報信号及び検出した車速と、線路データ記憶部２７に記憶された線路データとを比較して、車高制御部２５が曲線半径やカント量等の曲線形状情報に基づいて車体１を傾斜させる。
【００１８】
以下、空気バネ３Ｌを縮小作動、空気バネ３Ｒを伸張作動させることで車体１の傾斜を説明する。各傾斜制御装置１０Ｌ，１０Ｒ及び各高さ制御弁５Ｌ，５Ｒのロータリーソレノイド８，９が正常に作動する状態であれば、曲線軌道走行時に、図３に示されるように、傾斜制御装置１０Ｌは、指令信号を発して高さ制御弁５Ｌのロータリーソレノイド９を作動して空気バネ３Ｌを中立位置から縮小作動させ、一方、傾斜制御装置１０Ｒは、指令信号を発して高さ制御弁５Ｒのロータリーソレノイド８を作動して空気バネ３Ｒを中立位置から伸張作動させて、車体１を左側に傾斜させる。
【００１９】
走行路線の曲線部の終了に伴って車体１を水平に戻すには、曲線部終了位置の手前に設置されたＡＴＳ地上子からの地点情報信号及び台車２に設けた車速・Ｐ点信号センサ２９により検出される車速と、線路データ記憶部２７に記憶された線路データとを比較して、傾斜制御装置１０Ｌは、高さ制御弁５Ｌのロータリーソレノイド９への指令信号を断ってロータリーソレノイド９を戻しバネ１８によって不作動位置に復帰させ、傾斜制御装置１０Ｒは、高さ制御弁５Ｒのロータリーソレノイド８への指令信号を断ってロータリーソレノイド８を戻しバネ１８によって不作動位置に復帰させる。これにより、図４に示されるように、空気バネ３Ｌ，３Ｒがそれぞれ中立位置に復帰して車体１を水平にする。
【００２０】
この一連の車体傾斜過程において、ロータリーソレノイド８のリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２は次のように作動する。先ず、図５（ａ）に示されるように、車体１の水平状態では、回転部材１０のリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２は接点３０ａ，３０ｂにそれぞれ近接してＯＮしている。次に、車体１を傾斜させるために、図５（ｂ）に示されるように、ロータリーソレノイド８が作動すると、高さ制御弁５Ｒの弁棒６と回転部材２１とが時計方向に回転し、リミットスイッチＳＷ１は接点３０ａから離れてＯＦＦに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２は接点３０ｂから離れて接点３１ｂに近接してＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わる。この段階では空気バネ３Ｒは中立状態にあるが、弁棒６が給気方向に回転しているので、空気バネ３Ｒが膨らむ。空気バネ３Ｒが膨らむことにより、車体１の右側が台車２から上昇するが高さ調整棒４Ｒの先端位置は変わらないので、図５（ｃ）に示されるように、高さ制御弁５Ｒが上昇して梃子７Ｒが下がり、ロータリーソレノイド８は反時計方向に回動してリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２が接点３０ａ，３０ｂにそれぞれ近接し、リミットスイッチＳＷ１はＯＦＦからＯＮに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２はＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わる。車体１を水平状態に戻すために、図５（ｄ）に示されるように、ロータリーソレノイド８を不作動にすると、戻しバネ１８の付勢力より弁棒６と回転部材２１とが反時計方向に回転し、リミットスイッチＳＷ１は接点３０ａから離れて接点３１ａに近接してＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２はＯＮからＯＦＦに切り替わる。この段階では空気バネ３Ｒはまだ膨らんでいるが弁棒６が排気方向に回転しているので、空気バネ３Ｒが縮み、車体１の右側が下がって梃子７Ｒが水平状態になる図５（ａ）の状態に戻る。
【００２１】
一方、ロータリーソレノイド９のリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２は次のように作動する。先ず、図６（ａ）に示されるように、車体１の水平状態では、回転部材１０のリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２は接点３０ａ，３０ｂにそれぞれ近接してＯＮしている。次に、車体１を傾斜させるために、図６（ｂ）に示されるように、ロータリーソレノイド９が作動すると、高さ制御弁５Ｌの弁棒６と回転部材２１とが反時計方向に回転し、リミットスイッチＳＷ１は接点３０ａから離れてＯＦＦに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２は接点３０ｂから離れて接点３１ｂに近接してＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わる。この段階では空気バネ３Ｌは中立状態にあるが、弁棒６が排気方向に回転しているので、空気バネ３Ｌが縮む。空気バネ３Ｌが縮むことにより、車体１が下降するが高さ調整棒４Ｌの先端位置は変わらないので、図６（ｃ）に示されるように、車体１の左側が下がって高さ制御弁５Ｌが下降して梃子７Ｌが上がり、ロータリーソレノイド９は時計方向に回動してリミットスイッチＳＷ１，ＳＷ２が接点３０ａ，３０ｂにそれぞれ近接し、リミットスイッチＳＷ１はＯＦＦからＯＮに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２はＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わる。車体１を水平状態に戻すために、図６（ｄ）に示されるように、ロータリーソレノイド９を不作動にすると、戻しバネ１８の付勢力より弁棒６と回転部材２１とが時計方向に回転し、リミットスイッチＳＷ１は接点３０ａから離れて接点３１ａに近接してＯＮ→ＯＦＦ→ＯＮに切り替わり、リミットスイッチＳＷ２はＯＮからＯＦＦに切り替わる。この段階では空気バネ３Ｌはまだ縮んででいるが弁棒６が給気方向に回転しているので、空気バネ３Ｌが膨らみ、車体１の左側が上がって梃子７Ｒが水平状態になる図６（ａ）の状態に戻る。
【００２２】
次に、空気バネ３Ｌ，３Ｒのいずれかが正常に作動しない場合について説明する。例えば、曲線路にさしかかる前に、傾斜制御装置１０Ｌへの電源の遮断、傾斜制御装置１０Ｌの作動不良による高さ制御弁５Ｌのロータリーソレノイド９の不作動、ロータリーソレノイド９の作動不良等の何らかの故障が発生した場合には、空気バネ３Ｌは縮小動作をせずに中立位置にある。また、車体傾斜を開始した後に上記の故障が発生した場合には、ロータリーソレノイド９が不作動位置に戻るので、空気バネ３Ｌは中立位置に復帰する。
【００２３】
一方、右側の傾斜制御装置１０Ｒ及び高さ制御弁５Ｒのロータリーソレノイド８が正常に作動すれば、右側の空気バネ３Ｒは所要の伸張動作をする。したがって、左側の空気バネ３Ｌが正常な縮小動作をする場合と比較して、図１に示されるように、正常の傾斜角度の１／２の傾斜角度で車体１を傾斜させることができる。なお、右側の空気バネ３Ｒが正常に動作しない場合は、左側の空気バネ３Ｌのみを縮小動作させて、正常の傾斜角度の１／２の傾斜角度で車体１を傾斜させる。
【００２４】
このように、正常の傾斜角度の１／２の傾斜角度で車体１を傾斜させた場合と、正常の傾斜角度で車体１を傾斜させた場合と、車体傾斜ができずに減速した場合との比較について、曲線半径を４００ｍ、カントを１０５ｍｍ、正常時の車体傾斜角度を３ｄｅｇ、走行速度の減速度を２ｋｍ／ｈ／ｓ、緩和曲線長を７０ｍ、曲線入口にて故障が発生し減速指令をするとの条件で、本出願人が試算した車体床面左右定常加速度及び走行速度等のデータを図８，９，１０に示す。
【００２５】
この試算によれば、１／２の傾斜角度で車体１を傾斜させた場合は、正常の３ｄｅｇ傾斜で走行した場合に比べると、走行位置０〜７０ｍ、すなわち緩和曲線部分での車体床面左右定常加速度は上回るものの、車体傾斜ができずに減速した場合に比べて、車体床面左右定常加速度は０．０２５Ｇ減り、走行速度は８ｋｍ／ｈ高くなる。したがって、故障発生時の乗り心地の悪化及び走行速度の低下を緩和できる。
【００２６】
次に、図１１に示されるように、従来１台の傾斜制御装置に、電源、ＣＰＵ基板、各空気バネ駆動回路を備えて前後の台車の左側の空気バネタ及び右側の空気バネを制御していたものを、前後の台車の左側の空気バネ３Ｌ，３Ｌは傾斜制御装置１０Ｌで、前後の台車の右側の空気バネ３Ｒ，３Ｒは傾斜制御装置１０Ｒでそれぞれ個別に制御することにより、空気バネ及び空気バネ駆動回路の追加は無いが、電源及びＣＰＵ基板の追加が生じる。しかし、電源は容量が半分となるので、台数は追加されるが実質的な追加とはならない。また、傾斜制御装置を収納する制御箱が１台追加されるが、制御箱の体積は半分になるから、表面積が増加して放熱面積が増える。
【００２７】
また、図１２に示されるように、車両元電源から傾斜制御装置１０Ｌの電源への回路４０を遮断するスイッチ４１を傾斜制御装置１０Ｒに、車両元電源から傾斜制御装置１０Ｒの電源への回路４２を遮断するスイッチ４３を傾斜制御装置１０Ｌにそれぞれ設け、傾斜制御装置１０Ｌと傾斜制御装置１０Ｒ間で互いに通信を行い、一定時間相手側からの応答が無い場合は、相手側傾斜制御装置の故障と判断して、相手側傾斜制御装置への電源を遮断するよう構成することにより、相手側のロータリーソレノイド８又はロータリーソレノイド９は、戻しバネ１８により不作動位置に復帰して空気バネを中立位置とし、通電されている傾斜制御装置のロータリーソレノイド８又はロータリーソレノイド９が作動して空気バネを伸張又は縮小動作するので、上記と同様に、１／２の傾斜角度で車体１を傾斜させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車体傾斜方法は、台車と車体間に左右対称に配置したアクチュエータのいずれか一方が正常に動作しない場合に、そのアクチュエータを中立位置に復帰させ、他方のアクチュエータを伸張又は縮小動作させるから、正常の車体傾斜に比べて１／２の傾斜角度で車体を傾斜させることができ、故障発生時の乗り心地の悪化及び走行速度の低下を緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】正常の１／２の角度での車体傾斜を示す概略図
【図２】ロータリーソレノイドの断面図
【図３】正常の車体傾斜を示す概略図
【図４】車体水平状態の概略図
【図５】車体傾斜時のロータリーソレノイド８のリミットスイッチの作動を示す概略図
【図６】車体傾斜時のロータリーソレノイド９のリミットスイッチの作動を示す概略図
【図７】車体傾斜指令と空気バネの変位及びリミットスイッチの作動を示すタイミング図
【図８】正常の車体傾斜と１／２の角度での車体傾斜と車体を傾斜させない場合とのそれぞれの車体床面左右定常加速度の比較を示すグラフ図
【図９】正常の車体傾斜と１／２の角度での車体傾斜と車体を傾斜させない場合とのそれぞれの走行速度の比較を示すグラフ図
【図１０】正常の１／２の角度での車体傾斜における走行位置と曲率の関係を示すグラフ図
【図１１】傾斜制御装置を左右個別にした状態を示す概略図
【図１２】左右の傾斜制御装置の回路を示す概略図
【符号の説明】
１…車体、２…台車、３Ｌ，３Ｒ…空気バネ、４Ｌ，４Ｒ…高さ調整棒、５Ｌ，５Ｒ…高さ調整弁、７Ｌ，７Ｒ…梃子、１０Ｌ，１０Ｒ…傾斜制御装置、ＳＷ１，ＳＷ２…リミットスイッチ、４０，４２…回路、４１，４３…スイッチ
Claims (3)
- 傾斜制御装置からの指令信号に基づき、中立位置から伸張動作又は縮小動作を行い、前記指令信号の無いときには常に中立位置に復帰するアクチュエータを台車と車体間に左右対称に設け、内軌側のアクチュエータを縮小動作させ、外軌側のアクチュエータを伸張動作させて車体傾斜を行う鉄道車両の車体傾斜制御方法において、前記アクチュエータのいずれか一方が前記指令信号に基づく動作を行わない場合は、そのアクチュエータを中立位置に復帰させるとともに、他方のアクチュエータのみを伸張又は縮小動作させて車体傾斜を行うことを特徴とする鉄道車両の車体傾斜制御方法。
- 前記左右のアクチュエータは、それぞれ個別に有する傾斜制御装置にて伸縮量を演算制御されることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両の車体傾斜制御方法。
- 前記両傾斜制御装置は、両傾斜制御装置間で通信を行い、一定時間相手側からの応答が無い場合は、相手側傾斜制御装置の故障と判断して、相手側傾斜制御装置への電源を遮断することを特徴とする請求項１又は２に記載の鉄道車両の車体傾斜制御方法。
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