JP2005205947A

JP2005205947A - 車両の動揺抑制装置

Info

Publication number: JP2005205947A
Application number: JP2004011911A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Suzuki; 昌弘鈴木
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2004-01-20
Filing date: 2004-01-20
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2024-01-20
Also published as: JP4283124B2

Abstract

【課題】車両のメンテナンス作業が容易になりトンネル内を通過する車両の乗り心地を向上させることができる車両の動揺抑制装置を提供する。
【解決手段】動揺抑制装置４は、トンネルＴ内を車両１が走行するときにこの車両１に作用する空気力の変動によって生ずるこの車両１の動揺を抑制する。動揺抑制装置４は、トンネルＴ内を車両１が走行するときに車両底面１ａから空気Ｆを噴射して車両底面１ａの空気の流れと車両側面１ｂの空気の流れとが交わるのを防ぎ、車両１の動揺の原因となる渦の発生を抑える。空気圧検出装置１１は、トンネルＴへの車両１の突入を検出しこの検出結果に基づいて流体噴射装置９，１０を制御装置１３が動作制御する。流体噴射装置９，１０は、車両底面１ａなどに形成された流体取入口５，６から取り込まれた空気Ｆを流体送出装置９ａ，１０ａによって圧縮してスリット部から噴射する。
【選択図】図１

Description

この発明は、トンネル内を車両が通過するときにこの車両に作用する空気力の変動によって生ずるこの車両の動揺を抑制する車両の動揺抑制装置に関する。

図１５は、現車試験によって測定された明かり区間とトンネル区間とを走行する車両に作用するヨーイング振動角加速度の時間変化を示すグラフである。図１６は、現車試験の試験結果に基づいて算出された明かり区間とトンネル区間とを走行する車両に作用する空気力の変化を示すグラフである。
図１５に示す縦軸はヨーイング振動角加速度（rad/sec²）であり、横軸は時間（sec）である。図１６に示す縦軸はヨーイングモーメント（Nm）であり、横軸は時間（sec）である。近年、新幹線などの高速列車がトンネルＴ内を移動中に、車両１０１に加わる変動空気力によって車両１０１が揺れて乗り心地が低下する問題が発生しており、この変動空気力は車両底面付近から発生する渦が主な原因の一つであることが分かっている。図１５及び図１６に示すように、明かり区間を車両１０１が走行する場合に比べて、トンネル区間を車両１０１が走行する場合には、ヨーイング振動角加速度及びヨーイングモーメントが大きく変化しており、明かり区間に比べてトンネル区間では車両１０１が大きく動揺している。

図１７は、トンネル内を走行する車両に作用する空気力の発生原理を示す模式図であり、図１７（Ａ）は、トンネル内を走行する車両とトンネル側面との位置関係を示す図であり、図１７（Ｂ）は車両側面とトンネル側面との間の速度分布を示す図であり、図１７（Ｃ）は車両底面と軌道面との間の速度分布を示す図である。
図１７（Ａ）に示すように、トンネルＴ内を車両１０１がｘ軸方向に走行すると車両１０１の周囲の空気の流れが乱れて車両側面１０１ｂとトンネル側面Ｔ₁との間に渦Ｖが発生し、車両１０１を左右に動揺させる空気力が車両１０１に作用する。図１７（Ｂ）に示すように、車両側面１０１ｂとトンネル側面Ｔ₁との間には、列車からみて車両１０１の進行方向とは逆方向に空気の流れが生じており、図１７（Ｃ）に示すように車両底面（床下）１０１ａと軌道面Ｒ₃との間にも、車両１０１の進行方向とは逆方向に空気の流れが生じている。図１７（Ａ）に示すように、車両底面１０１ａ付近では車両底面１０１ａと軌道面Ｒ₃との間の距離が短いため、車両１０１の走行により車両１０１に空気が引きずられて空気の強い流れが生じる。図１７（Ｂ）（Ｃ）に示すように、車両底面１０１ａの空気の流れと車両側面１０１ｂの空気の流れとには差があるため、図１７（Ａ）に示すように速度差のある流れが交わるところでは渦Ｖが発生する。この渦Ｖは、先頭車両近くでは車両１０１の下側付近に留まっているが、トンネル側面Ｔ₁に衝突すると巻き上がり車両側面１０１ｂに沿って広がり、後尾車両に向かうほど車両側面１０１ｂで大きく広がる。先頭車両から後尾車両に向かってこの渦Ｖが移動すると、車両側面１０１ｂに圧力の変化が生じて変動空気力が発生し、車両１０１に沿って移動する空気が最後尾の車両側面１０１ｂから剥離したときには、さらに大きな圧力変化が生じるため後尾車両ほど揺れが強くなる。

従来の車両の動揺抑制装置は、車両底面と軌道面との間の空気層と、この車両側面とトンネル側面との間の空気層との境界に設置した仕切板（フィン）によってこれらの空気層を分離している（例えば、特許文献１参照）。このような従来の車両の動揺抑制装置では、車両底面の空気の流れと車両側面の空気の流れとが接する箇所に仕切板を設置して、渦の発生を低減し車両の動揺を抑制している。

図１８は、従来の車両の動揺抑制装置を備える模型車両の風洞試験の結果を示すグラフであり、図１８（Ａ）は仕切板がないときの風洞試験の結果を示すグラフであり、図１８（Ｂ）は仕切板があるときの風洞試験の結果を示すグラフである。
図１８に示す縦軸は、模型車両に作用する空気力の左右成分（kN）であり、横軸は時間（sec）である。図１８に示すように、仕切板を装着した場合には仕切板を装着しない場合に比べて、圧力の変動が減少するため空気力の左右成分の変動が小さくなり模型車両に発生する動揺が小さくなっている。

特開2002-053037号公報（段落番号0016、図１及び図２）

従来の車両の動揺抑制装置では、車両底面の両縁部に仕切板が取り付けられているため、床下機器や台車の点検や整備などの際に作業の妨げとなるという問題がある。特に、台車側面付近に仕切板が設置されていると目視により台車を点検することが困難であるとともに、メンテナンス作業の前後に仕切板を車両から着脱する手間がかかり整備関係者にとって負担になるという問題があった。

この発明の課題は、車両のメンテナンス作業が容易になりトンネル内を通過する車両の乗り心地を向上させることができる車両の動揺抑制装置を提供することである。

この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、トンネル（Ｔ）内を車両（１）が通過するときにこの車両に作用する空気力の変動によって生ずるこの車両の動揺を抑制する車両の動揺抑制装置であって、前記車両の底面（１ａ）と通路面（Ｒ₃）との間の空間（Ｓ₁）と、前記車両の側面（１ｂ，１ｃ）と前記トンネル側面（Ｔ₁，Ｔ₂）との間の空間（Ｓ₂，Ｓ₃）とを仕切るように、これらの空間の間に流体（Ｆ）を噴射する流体噴射手段（９，１０）を備えることを特徴とする車両の動揺抑制装置（４）である。

請求項２の発明は、請求項１に記載の車両の動揺抑制装置において、前記流体噴射手段は、空気及び／又は水を噴射することを特徴とする車両の動揺抑制装置である。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載の車両の動揺抑制装置において、前記車両がトンネルに突入したときに前記流体噴射手段が動作（Ｓ１２０；Ｓ２７０）し、この車両がこのトンネルから退出したときに前記流体噴射手段が停止（Ｓ１４０；Ｓ２９０）するように、この流体噴射手段を制御する制御手段（１３）を備えることを特徴とする車両の動揺抑制装置である。

請求項４の発明は、請求項３に記載の車両の動揺抑制装置において、前記流体噴射手段は、前記車両毎に設置されており、前記制御手段は、前記流体噴射手段を前記車両毎に動作制御することを特徴とする車両の動揺抑制装置である。

請求項５の発明は、請求項３又は請求項４に記載の車両の動揺抑制装置において、前記車両がトンネルに突入したときの空気圧の変化（Ｓ１１０）と、前記車両がトンネルから退出したときの空気圧の変化（Ｓ１３０）とを検出する空気圧検出手段（１１，１２）を備え、前記制御手段は、前記空気圧検出手段の検出結果に基づいて前記流体噴射手段を動作制御（Ｓ１２０、Ｓ１４０）することを特徴とする車両の動揺抑制装置である。

請求項６の発明は、請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の車両の動揺抑制装置において、前記車両が通過するトンネルに関するトンネル情報を記憶するトンネル情報記憶手段（１７）を備え、前記制御手段は、前記車両の現在位置に関する現在位置情報と前記トンネル情報とに基づいて前記流体噴射手段を動作制御（Ｓ２７０、Ｓ２９０）することを特徴とする車両の動揺抑制装置である。

請求項７の発明は、請求項６に記載の車両の動揺抑制装置において、前記制御手段は、前記車両が通過するトンネルの長さが所定長さよりも短いときには、前記流体噴射手段の動作を規制することを特徴とする車両の動揺抑制装置である。

請求項８の発明は、請求項６又は請求項７に記載の車両の動揺抑制装置において、前記トンネル情報記憶手段は、前記トンネルの位置及び前記トンネルの長さを前記トンネル情報として記憶することを特徴としている車両の動揺抑制装置である。

請求項９の発明は、請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の車両の動揺抑制装置において、前記流体噴射手段は、前記流体を噴射する噴射口を備え、前記噴射口は、前記車両の長さ方向に沿って連続して形成されたスリット部（９ｄ，１０ｄ）、又は前記車両の長さ方向に沿って間隔をあけて複数形成されたノズル部（９ｅ，１０ｅ）であることを特徴とする車両の動揺抑制装置である。

請求項１０の発明は、請求項９に記載の車両の動揺抑制装置において、前記噴射口は、前記車両の台車（３）付近に配置されていることを特徴としている車両の動揺抑制装置である。

請求項１１の発明は、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の車両の動揺抑制装置において、前記流体噴射手段は、前記車両の両側から流体を噴射可能であり、トンネル内にこの車両が突入したときにトンネル側面（Ｔ₁）に近い側から流体を噴射することを特徴とする車両の動揺抑制装置である。

請求項１２の発明は、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の車両の動揺抑制装置において、前記流体噴射手段は、前記流体を送出する流体送出装置（９ａ，１０ａ）を備え、前記流体送出装置は、空気を圧縮する空気圧縮機又は空気を送出する送風機であることを特徴とする車両の動揺抑制装置である。

請求項１３の発明は、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の車両の動揺抑制装置において、前記車両の外部から空気を取り入れる空気取入口（５，６）を備え、前記流体噴射手段は、前記空気取入口から取り込まれた空気を噴射することを特徴とする車両の動揺抑制装置である。

この発明によると、車両のメンテナンス作業が容易になりトンネル内を通過する車両の乗り心地を向上させることができる。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、この発明の第１実施形態について詳しく説明する。
図１は、この発明の第１実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す正面図である。図２は、この発明の第１実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す側面図である。図３は、この発明の第１実施形態に係る車両の動揺抑制装置のスリット部の斜視図である。

図１及び図２に示すトンネルＴは、山腹などの地中を貫通して車両１などの移動体を通過させる固定構造物（土木構造物）である。図１に示すトンネルＴは、下半分の両側部分の側壁部を構成するトンネル側面Ｔ₁，Ｔ₂などを備える複線トンネルである。軌道Ｒは、車両１が走行する通路（線路）であり、図１に示すように車両１を支持し案内する一対のレールＲ₁，Ｒ₂と、車両底面１ａと対向する軌道面Ｒ₃などから構成されている。

車両１は、高速で走行する新幹線などの鉄道車両であり、図１及び図２に示すように車体２と、台車３と、動揺抑制装置４などを備えている。車両１は、図１に示すように、車両底面（車両床下）１ａと軌道面Ｒ₃との間に空間Ｓ₁を形成し、車両側面１ｂとトンネル側面Ｔ₁との間に空間Ｓ₂を形成し、車両側面１ｃとトンネル側面Ｔ₂との間に空間Ｓ₃を形成している。車体２は、乗客を積載し輸送するための構造物であり、台車３は車体２を支持して走行する装置である。台車３は、一対のレールＲ₁，Ｒ₂と転がり接触する車輪３ａ，３ｂなどから構成されている。

動揺抑制装置４は、トンネルＴ内を車両１が走行するときにこの車両１に作用する空気力の変動によって生ずるこの車両１の動揺を抑制する装置である。動揺抑制装置４は、例えば、トンネルＴ内を車両１がＡ方向に走行するときに車両底面１ａの両縁部から空気Ｆを噴射して、車両底面１ａの空気の流れと車両側面１ｂの空気の流れとが交わるのを防ぎ、車両１の動揺の原因となる渦の発生を抑える。動揺抑制装置４は、図１及び図２に示すように、流体取入口５，６と、管路７，８と、流体噴射装置９，１０と、空気圧検出装置１１，１２と、制御装置１３などを備えている。

図１に示す流体取入口５，６は、車両１の外部から空気Ｆを取り入れる部分であり、車両底面１ａなどに形成された開口部である。流体取入口５は、車両底面１ａの一方の縁部に配置されており、流体取入口６は車両底面１ａの他方の縁部に配置されている。管路７は、流体取入口５から流入する空気Ｆを流体送出装置９ａに送出する配管であり、管路８は流体取入口６から流入する空気Ｆを流体送出装置１０ａに送出する配管である。

流体噴射装置９は、車両底面１ａと軌道面Ｒ₃との間の空間Ｓ₁と、車両側面１ｂとトンネル側面Ｔ₁との間の空間Ｓ₂とを仕切るように、これらの空間Ｓ₁，Ｓ₂の間に流体を噴射する装置である。流体噴射装置１０は、車両底面１ａと軌道面Ｒ₃との間の空間Ｓ₁と、車両側面１ｃとトンネル側面Ｔ₂との間の空間Ｓ₃とを仕切るように、これらの空間Ｓ₁，Ｓ₃の間に流体を噴射する装置である。流体噴射装置９，１０は、いずれも同一構造であり、流体噴射装置９は車両床面１ａの一方の縁部に配置されており、流体噴射装置１０は車両床面１ａの他方の縁部に配置されている。流体噴射装置９，１０は、流体取入口５，６から取り込まれた空気Ｆを車両底面１ａの両縁部から噴射する。流体噴射装置９，１０は、図１に示す流体送出装置９ａ，１０ａと、管路９ｂ，１０ｂと、図３に示す管路９ｃ，１０ｃと、スリット部９ｄ，１０ｄなどを備えている。

図１に示す流体送出装置９ａ，１０ａは、車両１から空気Ｆを送出する装置であり、空気Ｆを圧縮する空気圧縮機（エアコンプレッサ）又は空気Ｆを送出する送風機（ファン）などである。流体送出装置９ａは、管路７から流入する空気Ｆを管路９ｂに送出し、流体送出装置１０ａは管路８から流入する空気Ｆを管路１０ｂに送出する。管路９ｂは、流体送出装置９ａから排出された高圧の空気Ｆを管路９ｃに送出する配管であり、管路１０ｂは流体送出装置１０ａから排出された高圧の空気Ｆを管路１０ｃに送出する配管である。図３に示す管路９ｃは、管路９ｂを流れる空気Ｆが流入する配管であり、管路１０ｃは管路１０ｂを流れる空気Ｆが流入する配管である。管路９ｃ，１０ｃは、図３に示すように、車両１の長さ方向に沿ってこの車両底面１ａの両縁部にそれぞれ配置されており、管路９ｃ，１０ｃの底部にはそれぞれスリット部９ｄ，１０ｄが形成されている。

スリット部９ｄ，１０ｄは、空気Ｆを噴射する噴射口である。スリット部９ｄ，１０ｄは、図３に示すように、車両１の長さ方向に沿って連続して形成されており、図１に示すようにスリット部９ｄは車両床面１ａの一方の縁部に配置されており、スリット部１０ｄは車両床面１ａの他方の縁部に配置されている。スリット部９ｄ，１０ｄは、図３に示すように、略長方形状の細長い１個の長孔であり、噴射角度が軌道面Ｒ₃に対して略垂直になるように高圧高速の空気ジェットを車両底面１ａから噴射する。スリット部９ｄ，１０ｄは、例えば、車両１の速度が270〜300km/hであるときには、この車両１の速度と略同一の速度75〜83m/sで空気Ｆを噴射する。

図４は、この発明の第１実施形態に係る車両の動揺抑制装置の圧力検出装置の動作原理を説明するための模式図であり、図４（Ａ）はトンネルに車両が突入した状態を示す模式図であり、図４（Ｂ）はトンネルから車両が退出した状態を示す模式図であり、図４（Ｃ）はトンネル区間を車両が走行するときに先頭車両で観察される圧力変動を示すグラフである。ここで、図４（Ｃ）に示す波形は列車速度240km/hのときの測定結果であり、横軸は時間(秒)であり、縦軸は圧力(kPa)である。
空気圧検出装置１１，１２は、車両１がトンネルＴに突入したときの空気圧Ｐの変化と、車両１がトンネルＴから退出したときの空気圧Ｐの変化とを検出する装置である。車両１がトンネルＴ内に突入すると突入時に発生する圧力波（圧縮波及び膨張波）がトンネルＴの入口と出口との間を音速で行き来するため、図４（Ｃ）に示すように車両１に加わる圧力が複雑に変化する。空気圧検出装置１１は、図４（Ａ）に示すように、トンネルＴ内に車両１が突入したときには、図４（Ｃ）に示すように先頭の車両１に作用する空気圧Ｐの時間変動が大きくなるためこの空気圧Ｐの変化を検出する。空気圧検出装置１２は、図４（Ｂ）に示すように、トンネルＴ外に車両１が退出したときには、図４（Ｃ）に示すように先頭の車両１に作用する空気圧Ｐの時間変動が収まり、空気圧Ｐが明かり区間走行中の圧力（略大気圧と見なせる圧力）に戻るためこの空気圧Ｐの変化を検出する。空気圧検出装置１１，１２は、車両１の外部の空気圧Ｐの変化に応じた電気信号を空気圧情報として出力する圧力センサなどである。

図１及び図２に示す制御装置１３は、車両１がトンネルＴに突入したときに流体噴射装置９，１０が動作し、この車両１がこのトンネルＴから退出したときに流体噴射装置９，１０が停止するように、この流体噴射装置９，１０を動作制御する中央処理部(CPU)である。制御装置１３は、空気圧検出装置１１，１２の検出結果に基づいて流体噴射装置９，１０を動作制御する。制御装置１３は、図４（Ａ）に示すように、空気圧Ｐの時間変動が所定値を超えたときには、Ａ方向に走行する先頭の車両１がトンネルＴ内に突入したと判断して流体送出装置９ａ，１０ａに動作開始を指令する。制御装置１３は、図４（Ｂ）に示すように、空気圧Ｐの時間変動が収まり空気圧Ｐが大気圧に戻ったときには、Ａ方向に走行する先頭の車両１がトンネルＴ内から退出したと判断して流体送出装置９ａ，１０ａに動作停止を指令する。

次に、この発明の第１実施形態に係る車両の動揺抑制装置の動作を説明する。
図５は、この発明の第１実施形態に係る車両の動揺抑制装置の動作を説明するためのフローチャートである。以下では、制御装置１３の動作を中心として説明する。
ステップ（以下、Ｓという）１００において、空気圧検出装置１１，１２に制御装置１３が動作開始を指令する。空気圧検出装置１１，１２に制御装置１３が検出動作開始を指令すると空気圧検出装置１１，１２が車両１の外部の空気圧Ｐの変化を検出して、この検出結果を空気圧情報として制御装置１３に出力する。

Ｓ１１０において、空気圧Ｐの時間変動が所定値を超えたか否かを制御装置１３が判断する。図４（Ａ）に示すように、車両１がＡ方向に走行する場合に先頭の車両１がトンネルＴに突入すると、図４（Ｃ）に示すように空気圧Ｐの時間変動が大きくなる。空気圧検出装置１１がこの空気圧Ｐの変化に応じた空気圧情報を制御装置１３に出力すると、この空気圧情報に基づいて空気圧Ｐの時間変動が所定値を超えたか否かを制御装置１３が判断する。空気圧Ｐの時間変動が所定値を超えたときには、先頭の車両１がトンネルＴ内に突入したと判断してＳ１２０に進み、空気圧Ｐの時間変動が所定値以下であるときには、先頭の車両１がトンネルＴ内に突入するまでＳ１１０の判断を繰り返す。

Ｓ１２０において、流体噴射装置９，１０に制御装置１３が動作開始を指令する。図１に示す制御装置１３が流体送出装置９ａに動作開始を指令すると、流体取入口５，６から取り込まれて管路７，８から流入する空気Ｆを流体送出装置９ａ，１０ａが管路９ｂ，９ｃ，１０ｂ，１０ｃに送出し、エアカーテン状の空気ジェットがスリット部９ｄ，１０ｄから噴射される。

Ｓ１３０において、空気圧Ｐの時間変動が収まったか否かを制御装置１３が判断する。図４（Ｂ）に示すように、車両１がＡ方向に走行する場合に先頭の車両１がトンネルＴから退出すると、図４（Ｃ）に示すように空気圧Ｐの時間変動が収まり先頭の車両１がトンネルＴに突入する前の大気圧に空気圧Ｐが戻る。空気圧検出装置１２がこの空気圧Ｐの変化に応じた空気圧情報を制御装置１３に出力すると、この空気圧情報に基づいて空気圧Ｐの時間変動が収まり空気圧Ｐが大気圧に戻ったか否かを制御装置１３が判断する。空気圧Ｐの時間変動が収まり空気圧Ｐが大気圧に戻ったときには、先頭の車両１がトンネルＴ内から退出したと判断してＳ１４０に進み、空気圧Ｐの時間変動が収まらず空気圧Ｐが大気圧に戻っていないときには、先頭の車両１がトンネルＴ内から退出するまでＳ１３０の判断を繰り返す。

Ｓ１４０において、流体噴射装置９，１０に制御装置１３が動作停止を指令する。図１に示す制御装置１３が流体送出装置９ａに動作停止を指令すると、流体送出装置９ａ，１０ａが動作を停止してスリット部９ｄ，１０ｄからの空気ジェットの噴射が停止されて、Ｓ１１０に戻り一連の処理が繰り返される。

この発明の第１実施形態に係る車両の動揺抑制装置には、以下に記載するような効果がある。
(1) この第１実施形態では、車両底面１ａと軌道面Ｒ₃との間の空間Ｓ₁と、車両側面１ｂとトンネル側面Ｔ₁との間の空間Ｓ₂とを仕切るように、これらの空間Ｓ₁，Ｓ₂の間に空気Ｆを流体噴射装置９が噴射する。また、この第１実施形態では、車両底面１ａと軌道面Ｒ₃との間の空間Ｓ₁と、車両側面１ｃとトンネル側面Ｔ₂との間の空間Ｓ₃とを仕切るように、これらの空間Ｓ₁，Ｓ₃の間に空気Ｆを流体噴射装置１０が噴射する。その結果、空間Ｓ₁内の空気と空間Ｓ₂内の空気とが接するのを防ぐとともに、空間Ｓ₁内の空気の流れと空間Ｓ₃内の空気の流れとが接するのを防ぐことができる。その結果、車両１の動揺の原因となる渦の発生を抑えることができる。

(2) この第１実施形態では、流体噴射装置９，１０が空気Ｆを噴射するため、従来の車両の動揺抑制装置のような仕切板によって車両床面１ａや車両側面１ｂ，１ｃの下部が覆われることがなくメンテナンス作業を容易にすることができる。また、従来の車両の動揺抑制装置では、仕切板の高さが車両限界より10cm程度に制限されていたが、この第１実施形態では空気を噴射するため車両限界による影響を受けずに車両１の動揺を抑えることができる。

(3) この第１実施形態では、車両１がトンネルＴに突入したときに流体噴射装置９，１０が動作し、この車両１がこのトンネルＴから退出したときに流体噴射装置９，１０が停止するように、この流体噴射装置９，１０を制御装置１３が動作制御する。その結果、車両１の動揺が少ない明かり区間を走行しているときに流体噴射装置９，１０が空気Ｆを噴射して、沿線の騒音の原因となるのを防止することができる。

(4) この第１実施形態では、車両１がトンネルＴに突入したときに発生する空気圧Ｐの変化と、この車両１がトンネルＴから退出したときに発生する空気圧Ｐの変化とを空気圧検出装置１１，１２が検出し、空気圧検出装置１１，１２の検出結果に基づいて流体噴射装置９，１０を制御装置１３が動作制御する。その結果、空気圧の変化によってトンネルＴへの車両１の突入とトンネルＴからの車両１の退出とを簡単に検出することができる。

(5) この第１実施形態では、車両１の長さ方向に沿ってスリット９ｄ，１０ｄが連続して形成されている。このため、高圧高速の空気ジェットが板状に噴射されて、空間Ｓ₁内の空気の流れと空間Ｓ₂，Ｓ₃内の空気の流れとが接するのを防ぐことができる。

(6) この第１実施形態では、空気Ｆを圧縮する空気圧縮機又は空気Ｆを送出する送風機を流体噴射装置９，１０が備える。その結果、車両１に搭載されている既存の空気圧縮機や送風機を使用して空気Ｆを噴射することができるため、動揺抑制装置４がコンパクトになり動揺抑制装置４の低コスト化を図ることができる。

(7) この第１実施形態では、流体取入口５，６が車両１の外部から空気Ｆを取り入れ、この流体取入口５，６から取り込まれた空気Ｆを流体噴射装置９，１０が噴射する。このため、車両１の速度に応じて高圧の空気Ｆを取り込み空気ジェットとして利用することができる。

（第２実施形態）
図６は、この発明の第２実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す正面図である。図７は、この発明の第２実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す側面図である。以下では、図１〜図４に示す部分と同一の部分については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
図６及び図７に示す速度検出装置１４は、車両１の速度を検出する装置であり、車輪３ａ，３ｂの回転数に応じて発生する距離パルス信号を速度情報として出力する速度発電機などである。ATS地上子１５は、自動列車停止装置(ATS)のATS車上子１６ａとの間で相互に情報を送受信するために地上側の特定地点に設置されたコイルである。

現在位置検出装置１６は、車両１の現在位置を検出する装置である。現在位置検出装置１６は、ATS地上子１５との間で相互に情報を送受信するために車両１側に設置されたATS車上子１６ａと、このATS車上子１６ａからの信号を受信して現在位置情報（絶対位置情報）を出力するATS受信機１６ｂとを備えている。トンネル情報記憶装置１７は、車両１が通過するトンネルＴに関する情報を記憶する装置であり、トンネルＴの位置及びトンネルＴの長さなどをトンネル情報（地点情報）として記憶する。制御装置１３は、車両１の現在位置に関する現在位置情報とトンネル情報とに基づいて流体噴射装置９，１０を動作制御する。

次に、この発明の第２実施形態に係る車両の動揺抑制装置の動作を説明する。
図８は、この発明の第２実施形態に係る車両の動揺抑制装置の動作を説明するためのフローチャートである。
Ｓ２００において、現在位置検出装置１６に制御装置１３が動作開始を指令する。現在位置検出装置１６に制御装置１３が動作開始を指令すると、ATS地上子１５からの信号をATS車上子１６ａが受信可能な状態になる。

Ｓ２１０において、速度検出装置１４に制御装置１３が動作開始を指令する。速度検出装置１４に制御装置１３が動作開始を指令すると、速度検出装置１４が車両１の現在の速度を検出してこの検出結果を速度情報として制御装置１３に出力する。

Ｓ２２０において、現在位置情報を受信したか否かを制御装置１３が判断する。図６に示すように、Ａ方向に車両１が走行してATS車上子１６ａがATS地上子１５上を通過すると、ATS車上子１６ａがATS地上子１５から信号を受信してATS受信機１６ｂが現在位置情報を制御装置１３に出力する。制御装置１３が現在位置情報を受信したときにはＳ２３０に進み、制御装置１３が絶対位置情報を受信していないときには絶対位置情報を受信するまでＳ２２０の判断を繰り返す。

Ｓ２３０において、制御装置１３がトンネル情報を読み取る。トンネル情報記憶装置１７からトンネル情報を制御装置１３が読み出して、現在位置情報とトンネル位置情報とに基づいて現在位置からトンネルＴの入口までの距離（ATS地上子１５からトンネル入口までの距離）を制御装置１３が演算する。また、絶対位置情報とトンネル長さ情報とに基づいて現在位置からトンネルＴの出口までの距離（ATS地上子１５からトンネル出口までの距離）を制御装置１３が演算する。

Ｓ２４０において、制御装置１３が距離計測を開始する。速度検出装置１４が出力する速度情報と現在位置情報を受信してからの経過時間とに基づいて、ATS地上子１５からの移動距離を制御装置１３が演算する。

Ｓ２５０において、トンネルＴの入口を車両１が通過したか否かを制御装置１３が判断する。トンネル情報記憶装置１７から読み出したトンネルＴの位置情報とATS地上子１５からの移動距離とに基づいて、図７に示す先頭の車両１がトンネルＴの入口を通過したか否かを制御装置１３が判断する。トンネルＴの入口を車両１が通過したときにはＳ２６０に進み、トンネルＴの入口を車両１が通過していないときにはトンネルＴの入口を車両１が通過するまでＳ２５０の判断を繰り返す。

Ｓ２６０において、トンネルＴの長さが所定長さを超えるか否かを制御装置１３が判断する。トンネルＴの長さが短い場合には車両１の動揺が少ないため、流体噴射装置９，１０を動作させる必要性が少ない。このため、トンネル情報記憶装置１７から読み出したトンネルＴの長さ情報に基づいて、トンネルＴの長さが所定長さ（例えば100m）を超えるか否かを制御装置１３が判断し、トンネルＴの長さが所定長さを超えるときにはＳ２７０に進み、トンネルＴの長さが所定長さ以下であるときにはＳ２２０に進む。

Ｓ２７０において、流体噴射装置９，１０に制御装置１３が動作開始を指令する。図６に示す制御装置１３が流体送出装置９ａ，１０ａに動作開始を指令すると、空気ジェットがスリット部９ｄ，１０ｄから噴射される。

Ｓ２８０において、トンネルＴの出口を車両１が通過したか否かを制御装置１３が判断する。トンネル情報記憶装置１７から読み出したトンネルＴの長さ情報とATS地上子１５からの移動距離とに基づいて、図７に示す後尾の車両１がトンネルＴの出口を通過したか否かを制御装置１３が判断する。トンネルＴの出口を車両１が通過したときにはＳ２９０に進み、トンネルＴの出口を車両１が通過していないときにはトンネルＴの出口を車両１が通過するまでＳ２８０の判断を繰り返す。

Ｓ２９０において、流体噴射装置９，１０に制御装置１３が動作停止を指令する。図６に示す制御装置１３が流体送出装置９ａ，１０ａに動作停止を指令すると空気ジェットの噴射が停止され、Ｓ２２０に戻り一連の処理が繰り返される。

この発明の第２実施形態に係る車両の動揺抑制装置には、第１実施形態の効果に加えて、以下に記載するような効果がある。
(1) この第２実施形態では、車両１が通過するトンネルＴに関するトンネル情報をトンネル情報記憶装置１７が記憶し、この車両１の現在位置に関する現在位置情報とトンネル情報とに基づいて流体噴射装置９，１０を制御装置１３が動作制御する。その結果、トンネル区間を正確に検知することができるためトンネル区間を走行するときだけ空気Ｆを噴射して沿線の騒音を防ぐことができる。

(2) この第２実施形態では、車両１が通過するトンネルＴの長さが所定長さよりも短いときには、制御装置１３が流体噴射装置９，１０の動作を規制する。このため、トンネルＴの長さが短く車両１の動揺が少ないときに流体噴射装置９，１０が動作するのを防ぐことができる。

(3) この第２実施形態では、トンネルＴの位置及びトンネルＴの長さをトンネル情報としてトンネル情報記憶装置１７が記憶する。このため、トンネルＴへの車両１の突入とトンネルＴからの車両１の退出と制御装置１３が正確に判断することができる。

（第３実施形態）
図９は、この発明の第３実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す斜視図である。
図９に示すノズル部９ｅ，１０ｅは、空気Ｆを噴射する噴射口である。ノズル部９ｅ，１０ｅは、車両１の長さ方向に沿って間隔をあけて複数形成されており、ノズル部９ｅは車両底面１ａの一方の縁部に配置され、ノズル部１０ｅは車両底面１ａの他方の縁部に配置されている。ノズル部９ｅ，１０ｅは、単数又は複数列にわたり直線状又はジグザグ状に配置された多数の孔であり、管路９ｃ，１０ｃ内の空気Ｆを高圧高速の空気ジェットにして車両底面１ａから噴射する。ノズル部９ｅ，１０ｅは、図３に示すスリット部９ｄ，１０ｄと同様に車両１の速度と略同一の速度で空気Ｆを噴射する。この第３実施形態には、第１実施形態及び第２実施形態と同様の効果がある。

（第４実施形態）
図１０は、この発明の第４実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す正面図である。
図１０に示す流体噴射装置９，１０は、車両１の両側から空気Ｆを噴射可能であり、トンネルＴ内にこの車両１が突入したときにトンネル側面Ｔ₁，Ｔ₂に近い側から空気Ｆを噴射する。図１０に示すような複線トンネル内を車両１が通過する場合には、トンネル側面Ｔ₂との間の距離が長い車両側面１ｃ側にくらべて、トンネル側面Ｔ₁との間の距離が短い車両側面１ｂ側のほうが圧力の変動が大きくなる。このため、制御装置１３は、図示しない列車情報読取装置によって読み取られた車両１の進行方向などに関する列車情報に基づいて、上下線のいずれの軌道Ｒを車両１が走行しているかを判断し、図１０に示すようにトンネル側面Ｔ₁，Ｔ₂に近い側から空気Ｆを噴射するように流体噴射装置９，１０を動作制御する。この第４実施形態では、第１実施形態〜第３実施形態の効果に加えて、車両１の動揺の主要因となる側の渦の発生を重点的に抑えることができる。

（第５実施形態）
図１１は、この発明の第５実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す正面図である。
図１１に示す流体噴射装置９，１０は、噴射角度が軌道面Ｒ₃に対して略水平になるように、高圧高速の空気ジェットを車両１の速度と略同じ速度で車両底面１ａから噴射する。この第５実施形態には、第１実施形態〜第４実施形態の効果と同様の効果がある。

（第６実施形態）
図１２は、この発明の第６実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す正面図である。
図１２に示す流体噴射装置９，１０は、図１２に示すような単線トンネル内を車両１が走行するときには、車両底面１ａの両縁部から空気Ｆを噴射する。制御装置１３は、トンネル情報記憶装置１７が記憶するトンネル情報と現在位置検出装置１６が検出した現在位置情報とに基づいて、トンネルＴが単線トンネルであるか否かを判断する。制御装置１３は、単線トンネル内に車両１が突入したときには、車両底面１ａの両縁部から空気Ｆを噴射するように流体噴射装置９，１０を動作制御する。この第６実施形態には、第１実施形態〜第５実施形態の効果と同様の効果がある。

（第７実施形態）
図１３は、この発明の第７実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す斜視図である。
図１３に示す流体噴射装置９，１０は、スリット部９ｄ，１０ｄが車両１の台車３付近に配置されている。このため、この第７実施形態では、車両１の動揺の主要因となる台車３付近の渦の発生を重点的に抑えることができるとともに、動揺抑制装置４がコンパクトになり動揺抑制装置４の低コスト化を図ることができる。

（第８実施形態）
図１４は、この発明の第８実施形態に係る車両の動揺抑制装置を車両毎に備える列車がトンネル内を走行している状態を示す側面図である。
図１４に示す流体噴射装置９，１０は、車両１毎に設置されており、制御装置１３は車両１毎に流体噴射装置９，１０を動作制御する。制御装置１３は、図１４に示すように、車両１の揺れが比較的小さい先頭の車両１側では空気Ｆの噴射量が少なくなるように流体噴射装置９，１０を制御し、車両１の揺れが比較的大きい後尾の車両１側では空気Ｆの噴射量が多くなるように流体噴射装置９，１０を制御する。この第８実施形態では、各車両１の揺れの程度に応じて空気Ｆの噴射量を車両１毎に調整することができるため車両１毎に揺れを抑制することができる。

（他の実施形態）
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、車両１として鉄道車両を例に挙げて説明したが、自動車などについてもこの発明を適用することができる。また、この実施形態では、流体として空気Ｆを噴射する場合を例に挙げて説明したが、水などの液体、空気以外の気体、空気と水の混合物などのような他の流体を噴射することもできる。さらに、この実施形態では、車両１側から流体を噴射する場合を例に挙げて説明したが、トンネルＴ側から流体を噴射することもできる。

(2) この実施形態では、流体送出装置９ａ，１０ａとして既存の空気圧縮機や送風機などを利用する場合を例に挙げて説明したが、専用の空気圧縮機や送風機などを噴射量に応じて新設又は増設することもできる。また、この実施形態では、流体取入口５，６から取り込まれた空気Ｆを流体送出装置９ａ，１０ａによってスリット部９ｄ，１０ｄなどに送出しているが、流体送出装置９ａ，１０ａを省略して流体取入口５，６から取り込まれた空気Ｆをスリット部９ｄ，１０ｄから直接噴射させることもできる。

(3) この実施形態では、流体取入口５，６を車両底面１ａに配置した場合を例に挙げて説明したが設置場所を限定するものではない。例えば、先頭車両又は後尾車両の場合には、車両１の前面、側面、妻面又は屋根の少なくとも１箇所に設置することができ、中間車両の場合には車両１の側面、妻面又は屋根の少なくとも１箇所に設置することができる。また、この実施形態では、スリット部９ｄ，１０ｄなどを台車３付近に設置した場合を例に挙げて説明したが、比較的メンテナンス作業の支障とはならない台車３付近以外の部分については仕切板を設置することもできる。

この発明の第１実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す正面図である。この発明の第１実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す側面図である。この発明の第１実施形態に係る車両の動揺抑制装置のスリット部の斜視図である。この発明の第１実施形態に係る車両の動揺抑制装置の圧力検出装置の動作原理を説明するための模式図であり、（Ａ）はトンネルに車両が突入した状態を示す模式図であり、（Ｂ）はトンネルから車両が退出した状態を示す模式図であり、（Ｃ）はトンネル区間を車両が走行するときに先頭車両で観察される圧力変動を示すグラフである。この発明の第１実施形態に係る車両の動揺抑制装置の動作を説明するためのフローチャートである。この発明の第２実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す正面図である。この発明の第２実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す側面図である。この発明の第２実施形態に係る車両の動揺抑制装置の動作を説明するためのフローチャートである。この発明の第３実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す斜視図である。この発明の第４実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す正面図である。この発明の第５実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す正面図である。この発明の第６実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す正面図である。この発明の第７実施形態に係る車両の動揺抑制装置を備える車両がトンネル内を走行している状態を示す斜視図である。この発明の第８実施形態に係る車両の動揺抑制装置を車両毎に備える列車がトンネル内を走行している状態を示す側面図である。現車試験によって測定された明かり区間とトンネル区間とを走行する車両に作用するヨーイング振動角加速度の時間変化を示すグラフである。現車試験の試験結果に基づいて算出された明かり区間とトンネル区間とを走行する車両に作用する空気力の変化を示すグラフである。トンネル内を走行する車両に作用する空気力の発生原理を示す模式図であり、（Ａ）は、トンネル内を走行する車両とトンネル側面との位置関係を示す図であり、（Ｂ）は車両側面とトンネル側面との間の速度分布を示す図であり、（Ｃ）は車両底面と軌道面との間の速度分布を示す図である。従来の車両の動揺抑制装置を備える模型車両の風洞試験の結果を示すグラフであり、（Ａ）は仕切板がないときの風洞試験の結果を示すグラフであり、（Ｂ）は仕切板があるときの風洞試験の結果を示すグラフである。

符号の説明

１車両
１ａ車両底面
１ｂ，１ｃ車両側面
２車体
３台車
４動揺抑制装置
５，６流体取入口（流体取入口）
７，８管路
９，１０流体噴射装置
９ａ，１０ａ流体送出装置
９ｂ，９ｃ，１０ｂ，１０ｃ管路
９ｄ，１０ｄスリット部
９ｅ，１０ｅノズル部
１１，１２空気圧検出装置
１３制御装置
１４速度検出装置
１５ ATS地上子
１６現在位置検出装置
１６ａ ATS車上子
１６ｂ ATS受信機
１７トンネル情報記憶装置
Ｒ軌道
Ｒ₁，Ｒ₂ レール
Ｒ₃ 軌道面（通路面）
Ｓ₁，Ｓ₂，Ｓ₃ 空間
Ｔトンネル
Ｔ₁，Ｔ₂ トンネル側面

Claims

トンネル内を車両が通過するときにこの車両に作用する空気力の変動によって生ずるこの車両の動揺を抑制する車両の動揺抑制装置であって、
前記車両の底面と通路面との間の空間と、前記車両の側面と前記トンネル側面との間の空間とを仕切るように、これらの空間の間に流体を噴射する流体噴射手段を備えること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。
請求項１に記載の車両の動揺抑制装置において、
前記流体噴射手段は、空気及び／又は水を噴射すること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。
請求項１又は請求項２に記載の車両の動揺抑制装置において、
前記車両がトンネルに突入したときに前記流体噴射手段が動作し、この車両がこのトンネルから退出したときに前記流体噴射手段が停止するように、この流体噴射手段を制御する制御手段を備えること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。
請求項３に記載の車両の動揺抑制装置において、
前記流体噴射手段は、前記車両毎に設置されており、
前記制御手段は、前記流体噴射手段を前記車両毎に動作制御すること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。
請求項３又は請求項４に記載の車両の動揺抑制装置において、
前記車両がトンネルに突入したときの空気圧の変化と、前記車両がトンネルから退出したときの空気圧の変化とを検出する空気圧検出手段を備え、
前記制御手段は、前記空気圧検出手段の検出結果に基づいて前記流体噴射手段を動作制御すること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。
請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載の車両の動揺抑制装置において、
前記車両が通過するトンネルに関するトンネル情報を記憶するトンネル情報記憶手段を備え、
前記制御手段は、前記車両の現在位置に関する現在位置情報と前記トンネル情報とに基づいて前記流体噴射手段を動作制御すること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。
請求項６に記載の車両の動揺抑制装置において、
前記制御手段は、前記車両が通過するトンネルの長さが所定長さよりも短いときには、前記流体噴射手段の動作を規制すること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。
請求項６又は請求項７に記載の車両の動揺抑制装置において、
前記トンネル情報記憶手段は、前記トンネルの位置及び前記トンネルの長さを前記トンネル情報として記憶すること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。
請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載の車両の動揺抑制装置において、
前記流体噴射手段は、前記流体を噴射する噴射口を備え、
前記噴射口は、前記車両の長さ方向に沿って連続して形成されたスリット部、又は前記車両の長さ方向に沿って間隔をあけて複数形成されたノズル部であること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。
請求項９に記載の車両の動揺抑制装置において、
前記噴射口は、前記車両の台車付近に配置されていること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。
請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の車両の動揺抑制装置において、
前記流体噴射手段は、前記車両の両側から流体を噴射可能であり、トンネル内にこの車両が突入したときにトンネル側面に近い側から流体を噴射すること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の車両の動揺抑制装置において、
前記流体噴射手段は、前記流体を送出する流体送出装置を備え、
前記流体送出装置は、空気を圧縮する空気圧縮機又は空気を送出する送風機であること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。
請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の車両の動揺抑制装置において、
前記車両の外部から空気を取り入れる空気取入口を備え、
前記流体噴射手段は、前記空気取入口から取り込まれた空気を噴射すること、
を特徴とする車両の動揺抑制装置。