JP2006182301A - 鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鉄道車両が縦曲線路を高速で走行するときに生ずる遠心力による台車枠に対する車体の相対高さの変化をなくし、上下ストッパ当りを回避可能とする。
【解決手段】鉄道車両１の走行中、走行位置検出手段１１はこの鉄道車両１の走行位置を検出する。鉄道車両１が縦曲線路の近傍地点に達すると、高さ制御装置９は、記憶手段１２からこの縦曲線路に関する軌道情報を読み出し、縦曲線路での上下方向の遠心力による車体２の台車枠３に対する相対高さの変化を打ち消す目標相対高さと早め距離とを算出する。そして、鉄道車両１が縦曲線路の始点より早め距離だけ手前に達すると、高さ変更手段６に制御力を発生させ、縦曲線路の始点では、車体２の相対高さがこの目標相対高さとなるようにする。これとともに、空気ばね５の給排気動作も行なわれ、車体２の相対高さが目標相対高さとなった後は、縦曲線路を通過し終えるまでこの給排気動作を停止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の上下ストッパ当りを防止する装置に係り、特に、縦方向に凹凸の地形による曲線路（以下、縦曲線路という）を走行中に台車に対する車体の相対的な高さ（以下、車体の相対高さという）を制御することにより、鉄道車両の上下ストッパ当りを防止する装置に関する。

従来、鉄道車両での車体の相対高さを変更する技術として、高さ調整弁を用いる技術が知られている。高さ調整弁は、空車・満車等の車両状態に起因する重量差による車高の変化を抑えるために用いられるものであって、車体・台車間に設けられた空気ばねに給排気動作を行なってこれを準静（可逆）的に伸縮制御し、車体の相対高さを一定高さに保つように制御を行なうものである。空気ばねは、鉄道車両の左右両側に設けられている。

また、かかる高さ調整弁を用いて車体の相対高さを変更させる他の例として、平面状の地形上での曲線路（横曲線路）を走行時に高さ調整弁で空気ばねを伸縮するようにした技術も知られている（例えば、特許文献１参照）。

これは、鉄道車両を横曲線路に沿って走行させるために、この横曲線路の曲線状態や鉄道車両の速度に応じて鉄道車両を傾斜させるものであるが、この際の鉄道車両の左右両側の空気ばね毎にその目標空気ばね高さを高さ検知器の車高情報に基づいて変更し、高さ調整弁により鉄道車両の傾きによって夫々の空気ばねの高さがその目標空気ばね高さになるようにして、車体の傾きを規制するものである。台車と車体との間には、台車に対する車体の上下動の範囲を規制するための上下ストッパが設けられており、上下ストッパの隙間が所定となるように、高さ調整弁によって空気ばねの伸縮状態が制御されているのであるが、鉄道車両が横曲線路を走行するときに傾くと、車体の左右一方側が降下あるいは上昇することにより、上下ストッパの隙間がなくなり、いわゆる上下ストッパ当りが生じて乗り心地が悪化するが、上記特許文献１に記載の発明では、上記のように、目標空気ばねの高さを変更することにより、かかる上下ストッパ当りを防止するものである。
特開２０００−７１９８１号公報

一般に、鉄道車両が高速で走行しながら、上下方向に凸の縦曲線路を通過するとき、上下方向の遠心加速度は速度の２乗に比例するために、速度の増加とともに車体に作用する上下方向の遠心力が急激に増加する。このため、車体の上下変位が大きくなって上下ストッパ当りが発生し、この衝撃によって乗り心地が悪くなる。

図１４は鉄道車両が縦曲線路を走行するときの車体の台車に対する相対高さ（車体の相対高さ）の変位を示す図であって、横軸を距離、縦軸を車両の相対高さの変位を夫々表わしており、ここでは、破線間が凹状の縦曲線路である。

ほぼ平坦な線路を走行しているときには、上下ストッパ間の隙間が所定の大きさとなるように、空気ばねの伸縮状態が設定されており、そのときの車体の相対高さが図示する中立位置である。また、上下ストッパの位置は、図示するように、この中立位置よりも低い位置となる。

図１４での実線は鉄道車両の走行に伴う車体の相対高さの軌跡を示すものであって、この軌跡は、上下方向の細かい振動等により、上下に細かく変動する軌跡となる。鉄道車両が縦曲線路を走行するようになると、上記の上下方向の遠心力により、車体の相対高さが小さくなり（即ち、上下ストッパ間の隙間が小さくなり）、高速に走行する場合には、車体の相対高さが上下ストッパの位置の高さとなることもあり（これにより、上下ストッパ間の隙間がなくなる）、上下ストッパ当りが発生することになる。

左右方向のカント（傾き）の場合では、上記特許文献１に記載の技術のように、車体の姿勢を変えることによって上下ストッパ当りを防止することができるが、上下方向に関しては、上記のように、この上下方向の大きな遠心力によって生ずる上下ストッパ当りに対し、車体の姿勢を変えることによって重力等の別の力を作用させて遠心力を低減する方法があればよいが、このような方法はない。そこで、上下ストッパ当りを回避するためには、車体に上下方向の力を加えて車体の高さを変更する必要がある。車体の相対高さを変更する方法として、上記の高さ調整弁を用いる方法がある。

ところで、高さ調整弁では、動的には、振動による車体の変位に対して作動しないように、不感帯が設けられている。このため、通常、高さ調整弁が指令を受けてから動作開始するまでに３秒程度の時間がかかるものあり、応答が遅い。通常、縦曲線路には、横曲線路のように、緩和曲線がないため、縦曲線路に進入すると、急激に上下方向の遠心力が作用し、車体はこの作用力に敏速に応答する。このことから、高さ調整弁で車体の相対高さを変更させようとする場合、その応答時間が３秒では、動作が間に合わず、上下ストッパ当りが発生し、乗り心地が悪化することになる。

また、車体の相対高さを変更する技術として、上記特許文献１に記載の方法があるが、この方法では、横曲線路の通過時の制御に関してのみしか考慮されておらず、縦曲線路の通過の車体の相対高さ応答に対する制御に関して考慮されていない。そのため、横曲線路の通過時には、上下ストッパ当りを回避できるが、縦曲線路の通過時には、上下ストッパ当りが発生し、乗り心地が悪化するという問題が生じることになる。

本発明の目的は、かかる問題を解消し、高速で縦曲線路を通過するときの上下方向の遠心力による車体の相対高さの変化を制御可能とすることにより、縦曲線路の通過時での上下ストッパ当りを回避して、乗り心地を良くすることができるようにした鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、鉄道車両の現在の走行位置を検出する走行位置検出手段と、縦曲線路に関する軌道情報が記録されている記憶手段と、鉄道車両における台車枠に対する上下方向の車体の相対高さを変更する高さ変更手段と、高さ変更手段を制御する高さ制御装置とを備え、走行位置検出手段から得られる走行位置情報と記憶手段から得られる縦曲線路の軌道情報とに基づいて、縦曲線路の近傍あるいは縦曲線路を走行するとき、高さ変更手段を制御して、縦曲線路の走行時に車体に作用する上向きまたは下向きの遠心力とは逆向きの制御力を車体に作用させ、車体の相対高さを変更させるようにするものである。

また、本発明は、鉄道車両における台車枠に対する上下方向の車体の相対高さを測定する高さセンサと、車体の相対高さを変更する高さ変更手段と、高さ変更手段を制御する高さ制御装置とを備え、高さ制御装置は、高さセンサで検出される車体の相対高さの中立位置からの変位量を算出し、変位量の絶対値が所定の閾値を超えたとき、変位量の絶対値が閾値以下となるように、高さ変更手段を制御して、車体の相対高さを変更させるようにするものである。

さらに、本発明は、鉄道車両の車体に配置され、車体の上下方向の加速度を検出する加速度センサと、鉄道車両の台車枠に対する上下方向の車体の相対高さを変更する高さ変更手段と、高さ変更手段を制御する高さ制御装置とを備え、高さ制御装置は、加速度センサで検出される加速度信号の高周波成分を除去するフィルタと、フィルタでフィルタ処理した加速度信号に基づいて、縦曲線路の走行時に作用する上下方向の加速度とは逆向きの制御力を高さ変更手段に発生させる制御力演算部とからなり、制御力により、車体の相対高さを変更するものである。

本発明によれば、縦曲線路の通過状況に対応して台車枠に対する車体の相対高さを変更するものであるから、ストッパ当りを回避することができ、縦曲線路を高速に通過しても、乗り心地を悪化させることはない。

以下、本発明の実施形態を図面により説明する。

図１は本発明による鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置の第１の実施形態を示す構成図であり、１は鉄道車両、２は車体、３は台車枠、４は車軸、５は空気ばね、６は高さ変更手段、７は高さ調整弁、８は元溜め、９は高さ制御装置、１０は速度検出手段、１１は走行位置検出手段、１２は軌道情報記憶手段である。

同図において、鉄道車両１は、主として、車体２と台車枠３と車軸４とから構成されており、車軸４は回転可能な状態で台車枠３に取り付けられている。車体２は台車枠３に空気ばね５によって弾性支持されており、これにより、台車枠３から車体２に伝達される振動が低減される。また、台車枠３と車体２との間には、図示しないが、台車枠３に対する車体２の相対高さ（以下、車体２の相対高さという）の上限，下限を規定する上下ストッパが設けられている。

この第１の実施形態の鉄道車両の上下ストッパ当りの防止装置は、かかる鉄道車両１に配置されており、主に車体２の相対高さを変更する高さ変更手段６と、高さ変更手段６を制御する高さ制御装置９と、鉄道車両１の現在の走行速度を検出する速度検出手段１０と、鉄道車両１の現在の走行位置を検出する走行位置検出手段１１と、鉄道車両１が走行する縦曲線路などの線路に関するデータが軌道情報として記録されている軌道情報記憶手段１２とから構成される。

速度検出手段１０は、車軸４に取り付けられ、車軸４の回転速度、従って、鉄道車両１の走行速度に応じて周波数等が変化する電気信号を発生する速度発電機で構成されており、鉄道車両１の走行速度を検出する。

走行位置検出手段１１は、速度検出手段１０から検出され走行速度を積算して、鉄道車両１の現在の走行位置を算出する。ここで、走行位置検出手段１１は、ATC(Automatic Train Control）信号を用いて、現在の走行位置を算出するように構成してもよいし、鉄道車両１が走行する軌道から発せられるトランスポンダアンテナあるいはGPS(Global Positionning System）を用いて、走行位置を直接算出するように構成してもよい。

軌道情報記憶手段１２には、鉄道車両１が走行する路線に関する情報が、軌道情報として、記憶されており、縦曲線路については、その位置（始点や終点など）やその縦曲線路の半径，長さ，凸凹などの情報（縦曲線路データ）が、軌道情報として、記憶されている。また、軌道情報記憶手段１２に記憶されている縦曲線路データには、路線を通常の運行ダイヤで走行するときの目標速度（計画速度）や車体２の重量等の車両に関する情報も含まれている。この場合、縦曲線路に対しては、夫々毎に縦曲線路データが設定されているが、上に凸の縦曲線路と下に凸（凹）の縦曲線路との複数の縦曲線路が連続して１つの上下する縦曲線路をなす場合には、「上に凸の縦曲線路が連続する区間」と「下に凸の縦曲線路が連続する区間」毎に縦曲線路データが軌道情報として記録されるようにしてもよい。

高さ制御装置９は、鉄道車両１が縦曲線路を目標速度で走行しようとするとき、走行位置検出手段１１から得られるこの鉄道車両１の現在の走行位置と軌道情報記憶手段１２に記録されているこの縦曲線路に関するデータである軌道情報とに基づいて、この縦曲線路に対応した車体２の相対高さの目標値（以下、車体２の目標相対高さという）を算出し、この算出結果に応じて高さ調整弁７を制御することにより高さ変更手段６を駆動し、車体２の相対高さを車体２の目標相対高さに変更する。

次に、高さ変更手段６及び高さ調整弁７の詳細を図２を用いて説明する。但し、１３はシリンダ、１４，１５はジョイント、１６は締め切り弁、１７は調整棒、１８は回転角センサ、１９は配管であり、図１に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

同図において、高さ変更手段６と高さ調整弁７とは、空気ばね５に並列に配置され、車体２と台車枠３とを結合するように配置されている。ここでは、高さ変更手段６は上下方向に伸縮するシリンダ１３で構成され、シリンダ１３の両端は、回転可能なジョイント１４，１５により、車体２と台車枠３とに結合されている。シリンダ１３は、油圧により、伸縮駆動するものとする。この油圧駆動の場合、作動油をシリンダ１３に送る手段として、サーボアンプを用いて油をシリンダ１３に送るようにしてもよいし、電動で駆動するギアポンプを用いて油をシリンダ１３に送るようにしてもよい。あるいは、シリンダ１３は、別の駆動方法として、空気圧により駆動するものとしてよいし、電動で駆動する構成として、リニアモータを用いたもの、あるいは、ボールネジと回転モータで構成してもよい。

高さ調整弁７は、調整棒１７，回転角センサ１８及び締め切り弁１６から構成されており、圧縮空気が溜められている元溜め８に配管１９により接続されている。台車枠３に対して車体２が上下方向に相対変位すると、調整棒１７が上下に移動し、回転角センサをこの相対変位の量に比例して回転角だけ回転させる。高さ調整弁７は、この回転角に適応して締め切り弁１６を開閉し、元溜め８から配管１９を介して空気を空気ばね５に給気し、あるいは空気ばね５から空気を排気し、空気ばね５の高さを変更する。締め切り弁１６は、通常、開の状態にあって、細かい振動などの外乱や車体２の重量の変化に応じて車体２の高さが変化するのを調整できるようにしているが、後述するように、鉄道車両１が縦曲線路を通過するときには、閉の状態にして、高さ調整弁７と空気ばね５との間の空気流路を遮断し、高さ調整弁７が作用しないようにする。

次に、図１，図２に示す第１の実施形態の動作及び処理の流れを図３に示すフローチャートを用いて説明する。

走行位置検出手段１１は、速度検出手段１０で検出される鉄道車両１の走行速度を積算して、この鉄道車両１の現在の走行位置を算出している（ステップＳ１）。

高さ制御装置９は、ステップＳ１で鉄道車両１の現在の走行位置が算出される毎に、この得られた現在の走行位置を軌道情報記憶手段１２に記録されている縦曲線路データ（軌道情報）での位置情報と比較参照し（ステップＳ２）、この鉄道車両１が現在縦曲線路の近傍を走行しているか（縦曲線路の開始地点から予め決められた所定の距離の位置（以下、これを縦曲線路の近傍位置という）に達したか）、走行していないかを判定する（ステップＳ３）。縦曲線路の近傍位置に達していない場合は、高さ制御装置９は高さ変更手段６を制御せず、鉄道車両１は現在の状態を保ったまま走行するようにする。

鉄道車両１が縦曲線路の近傍位置に達した場合には（ステップＳ３）、高さ制御装置９は、軌道情報記憶手段１２からこの鉄道車両１が近づいている縦曲線路に関する軌道情報を読み取り、これを参照して、現時点での（即ち、縦曲線路ではない線路を走行しているときの）車体２の相対高さの位置（以下、これを車体２の中立位置という）からの縦曲線路での車体２の目標相対高さＺｇと早め距離ｄＬとを算出する（ステップＳ４）。この実施形態では、縦曲線路の始点（開始地点）よりも手前の地点で、即ち、鉄道車両１が縦曲線路を走行開始するよりも早めに車体２の中立位置からの相対高さをこの目標相対高さＺｇに設定する上下ストッパ当り防止動作を開始させるものであるが（以下、この地点を上下ストッパ当り防止動作の開始地点という）、早め距離ｄＬは、この上下ストッパ当り防止動作の開始地点から縦曲線路の始点までの距離をいう。

上記の車体２の目標相対高さＺｇと早め距離ｄＬとは、次のようにして求められる。

まず、走行しようとする縦曲線路に関する軌道情報を軌道情報記憶手段１２から読み取り、この軌道情報の車体重量ｍ，縦曲線路の半径Ｒ，この縦曲線路での目標速度Ｖｏを用いで、次式
Ｆｚ＝ｍ・Ｖｏ²／Ｒ ……（１）
の演算を行なうことにより、鉄道車両１がこの縦曲線路を通過するときに車体２に作用する上下方向の遠心力Ｆｚを算出する。

次に、空気ばね５の上下ばね定数ｋｚを用いて、縦曲線路を通過中にこの遠心力Ｆｚによって生ずる車体２の上下定常変位Ｚｓを、次式
Ｚｓ＝Ｆｚ／ｋｚ ……（２）
により、算出する。即ち、半径Ｒの上に凸もしくは下に凸の縦曲線路を目標速度Ｖｏで走行することにより、車体２に下向きもしくは上向きの遠心力Ｆｚが発生することになり、これにより、車体２は中立位置から下方（台車枠３に近づく方向）に、もしくは上方（台車枠３から離れる方向）に変位することになる。

これを、鉄道車両１が下に凸の縦曲線路を走行するものとして、図４により説明すると、鉄道車両１がこの縦曲線路の走行を開始すると、上記式（１）で表わされる下向きの遠心力Ｆｚにより、図４（ａ）に示すように、上記式（２）で表わされる変位量Ｚｓだけ車体２の相対高さがその中立位置から低下する。ここで、鉄道車両１の走行中では、車体２の細かい振動が生ずるから、この振動の振幅をΔＺｄとすると、図４（ｂ）に示すように、車体２の相対高さは、さらに、振動の振幅ΔＺｄ分低下し、（Ｚｓ＋ΔＺｄ）だけ低下することになる（なお、図４（ｂ）では、簡略に図示するため、振動は一部しか示していない）。

このような車体２の相対高さの低下をなくし、縦曲線路の走行中もこの車体２の相対高さを車体２の中立位置に保持するためには、この低下分（Ｚｓ＋ΔＺｄ）だけ車体２の相対高さをその中立位置から高めるようにすればよい。但し、このように車体２の相対高さを高めた場合、上ストッパへの当りが生じないようにすることが必要であり、このために、図４（ｃ）に示すように、この縦曲線路の走行中に生ずる最大の遠心力Ｆｚ０によって上記式（２）で表わされる最大の定常変位Ｚｓ０が発生しても、上ストッパとの間に少なくとも所定の隙間（上ストッパ隙間）Ｚｓｔが保持されるように、車体２の目的相対高さＺｇを設定する。

ここで、鉄道車両１の縦曲線路の走行開始とともに、上記式（１）に示す遠心力Ｆｚが発生し、これに伴って上記式（２）に示す定常変位Ｚｓが生ずる場合には、高さ制御装置９は、図４（ｃ）により、この車体２の目標相対高さＺｇを、次式、
Ｚｇ＝Ｚｓ＋ΔＺｄ−Ｚｓｔ ……（３）
により算出し、車体２をその中立位置からこの目標相対高さＺｇだけ上方に変位させるように、高さ変更手段６を制御する。高さ変更手段６は、この目標相対高さＺｇに対し、次式、
Ｆａ＝ｋｚ・Ｚｇ ……（４）
の制御力Ｆａを発生する。これにより、遠心力Ｆｚによる変位Ｚｓを相殺するようにするものである。

ここで、Ｚｇ＜０、従って、Ｚｓ＋ΔＺｄ＜Ｚｓｔの場合には、上ストッパとの隙間が充分であり、ストッパ当りが生ずる可能性が低いので、車体２の目標相対高さＺｇ＝０として、上下ストッパ当り防止のための制御は行なわない。

また、以上は鉄道車両１が下に凸の縦曲線路を走行する場合であったが、上に凸の縦曲線路を走行する場合も同様である。

また、上記の早め距離ｄＬは、高さ変更手段６の応答速度及び鉄道車両１の走行速度に依存する。ここで、鉄道車両１が縦曲線路に入る前の（即ち、縦曲線路の近傍位置での）走行速度をＶ、高さ変更手段６の応答速度に関する定数をｋとすると、早め距離ｄＬは、次式、
ｄＬ＝ｋ・Ｖ ……（５）
により、求められる。

以上のようにして、高さ制御装置９は、鉄道車両１が縦曲線路の近傍位置を走行するとき、この縦曲線路での車体２の目標相対高さＺｇと高さ変更手段６を動作開始させるための縦曲線路の開始地点からの早め距離ｄＬとを求める（図３のステップＳ４）。

この車体２が縦曲線路の開始地点から早め距離ｄＬだけ手前の上下ストッパ当り防止の動作開始地点に達すると、高さ制御装置９は、車体２の相対高さが上記の目標相対高さＺｇとなるように、高さ変更手段６を制御してシリンダ１３を伸長させる。この制御によって車体２の相対高さが変化すると、これとともに、図２で説明したように、車体２に関して調整棒１７が低くなるから、回転角センサ１８が反時計廻り方向に回転し、締め切り弁１６が回転角に応じた開状態となる。これにより、元留め８から配管１９を介して空気ばね５に空気が送りこまれ、車体２の相対高さが目標相対高さＺｇとなるように、空気ばね５の高さが変更される。車体２の相対高さがこの目標相対高さＺｇもしくはこれに近い高さに設定されて高さ変更手段６の制御が終わると、高さ制御装置９は締め切り弁１６を締め切って閉状態にする。これにより、空気ばね５の高さが所定に保持されて車体２の相対高さがほぼ目標相対高さＺｇに設定される（ステップＳ５）。

かかる目的相対高さＺｇの設定制御は、鉄道車両１が縦曲線路の始点に達するとき（即ち、鉄道車両１が早め距離ｄＬを走行する間）には、終了しており、この状態で鉄道車両１は縦曲線路に進入する。高さ制御装置９は、この縦曲線路の通過中、高さ調整弁７が作動しない状態を維持する。これにより、鉄道車両１は、車体２の相対高さをほぼこの目標相対高さＺｇに維持したまま、縦曲線路を走行することになる（ステップＳ６）。

このように、早め距離ｄＬだけ手前で高さ変更手段６を駆動開始することにより、この早め距離ｄＬを走行して縦曲線路へ進入するときには、時間遅れなく車体２の相対高さが目標相対高さＺｇに設定されていることになる。また、高さ制御装置９は、車体２の相対高さを目標相対高さＺｇに設定する制御の終了とともに、締め切り弁１６を締め切り、高さ変更手段６の制御が終了するまでは締め切った状態に維持される。これにより、高さ変更手段６によって高さが変更されている際中に、高さ調整弁７が作動して高さ制御を妨害しないようにする。

縦曲線路通過後、高さ制御装置９は、高さ変更手段６を駆動して、車体２の目標相対高さＺｇを中立位置に戻す。これにより、空気ばね５が強く圧縮された状態となり、調整棒１７が車体２に関して上昇した状態となり、この上昇量に応じて回転角だけ回転角センサ１８が時計廻り方向に回転する。そして、この状態で高さ制御装置９が締め切り弁１６を開放する。これにより、空気ばね５から配管１９を介して元溜め８に空気が戻り、空気ばね５の高さが車体２の相対高さが中立位置となる目的相対高さとなるようにする。これとともに、高さ制御装置９が締め切り弁１６を締め切る。これにより、車体２の相対高さが元の中立位置に復帰することになる（ステップＳ７）。

図５は以上の動作を示すタイミング図である。ここでは、鉄道車両１が下に凸の縦曲線路を通過するものとしており、図５（ａ）は高さ制御装置９で算出される車体２の目標相対高さＺｇを破線で、同図（ｂ）は車体２の相対高さの変化を実線で、同図（ｃ）は高さ変更手段６の制御力Ｆａを破線で、同図（ｄ）は高さ調整弁７の状態を破線で夫々示しており、ｘｉは縦曲線路の始点、ｘｏは縦曲線路の終点、ｘｓは始点ｘｉよりも早め距離ｄＬだけ手前の上下ストッパ当り防止動作の開始地点である。ここで、中立位置はゼロとしており、車体２の相対高さはこのゼロの中立位置からの上下の高さである。

鉄道車両１が縦曲線路の始点よりも手前の図示しない近傍地点に達すると、高さ制御装置９が、先の式（１）〜（３）により、車体２の目標相対高さＺｇと早め距離ｄＬとを算出する。なお、このときの車体２の目標高さは、図５（ａ）に破線で示すように、ゼロの中立位置であり、車体２の相対高さは、図５（ｂ）に実線で示すように、この中立位置であり（ここで、車体２の相対高さは、車体２に加わる振動も含めて表わしており、このため、その軌跡はジグザグに表わしている）、高さ変更手段６の制御力は、図５（ｃ）に破線で示すように、ゼロであり、高さ調整弁７は、図５（ｄ）に破線で示すように、On(オン）状態にある。

鉄道車両１が縦曲線路の始点から上記の算出した早め距離ｄＬだけ手前の上下ストッパ当り防止の動作開始地点ｘｓに達すると、車体２の相対高さが、図５（ａ）に示すように、上記の算出した目標相対高さＺｇとなるように、高さ制御装置９が高さ変更手段６を制御する。これにより、高さ変更手段６のシリンダ１３が伸長し、図５（ｃ）に示すように、制御力Ｆａが生じて、車体２の相対高さを増加させる。このとき、高さ調整弁７は、図５（ｄ）に示すように、On状態にあるから、上記のようにして、締め切り弁１６が回転角センサ１８の回転角に応じた状態で開状態にあり、元溜め８から配管１９を介して空気ばね５に空気が送りこまれる。これにより、車体２の相対高さが、図５（ｂ）に示すように、上記の目標相対高さＺｇもしくはその近くに設定される。このようにして、車体２の相対高さをほぼ目標相対高さＺｇに設定する制御が終了すると、図５（ｄ）に示すように、締め切り弁１６を締め切って高さ調整弁７をOff(オフ）状態とし、車体２の相対高さをほぼ目標相対高さＺｇに保持させる。

鉄道車両１が始点ｘｉから縦曲線路に進入すると、車体２に下向きの上記式（１）の遠心力Ｆｚが作用する。このときにも、図５（ｃ）に示すように、高さ変更手段６に制御力Ｆａが発生しているが、この制御力Ｆａに抗して遠心力Ｆｚが作用するため、図５（ｂ）に示すように、車体２の相対高さが目標相対高さＺｇから下方に変位する。また、これとともに、車体２に対して調整棒１７が上昇し、回転角センサ１８が回転するが、図５（ｄ）に示されるように、高さ調整弁７がOff状態にあるので、空気ばね５の給排気は行なわれない。

ここで、縦曲線路の始点ｘｉよりも早め距離Ｌだけ手前の上下ストッパ当り防止の動作開始地点ｘｓで予見的に車体２を上方に変位させているため、縦曲線路の始点ｘｉでは、車体２の相対高さは目標相対高さＺｇに近い値になっており、その結果、縦曲線路への進入時には、遠心力Ｆｚが発生して車体２が下方に（即ち、台車枠３の方に）変位しても、これに遅れることなく、充分に下ストッパまでの距離を確保することができるから、ストッパ当りを回避することができる。

縦曲線路の通過中では、車体２の相対高さを目標相対高さＺｇに維持するように高さ変更手段６の制御力Ｆａや空気ばね５の高さが作用していることにより、車体２の上下変位の絶対値は、上ストッパ隙間より小さい値の状態に保たれる。この結果、ストッパ当りを回避し、上下ストッパ当りによる乗り心地の悪化を回避できる。

鉄道車両１が縦曲線路の終点ｘｏに達し、縦曲線路を通過し終わると、車体２にこれので作用していた下向きの遠心力が作用しなくなるため、車体２の相対高さが増加する。高さ制御装置９は、縦曲線路の終点ｘｏを通過すると、車体２の目標相対高さを中立位置に変更し、高さ変更手段６や高さ調整弁７を制御して空気ばね５の高さを変更し、車体２の相対高さを中立位置に復帰させる。その結果、車体２の相対高さが中立位置に戻される。

ここで、高さ変更手段６は、図５（ｃ）に示すように、鉄道車両１が動作開始地点ｘｓから縦曲線路の終点ｘ０までを通過中、車体２の相対高さを目標相対高さＺｇに保持するため、制御力Ｆａを発生した状態に保持されるが、鉄道車両１が縦曲線路を通過し終わると、制御力Ｆａを発生しない状態に切り替えられる。

また、高さ調整弁７は、図５（ｄ）に示すように、縦曲線路を走行しているときには、締め切り弁１６を閉状態にして空気ばね５の給排気をしないOff状態に保持されており、これにより、上記のように、遠心力Ｆｚによる車体２の相対高さの変更動作を妨げないようにする。縦曲線路を通過後には、高さ調整弁７をOnの状態に復帰させ、外乱や車重の変化等に対して車体２の高さを調整できるようにする。

なお、以上の説明は、鉄道車両１が下に凸の縦曲線路を通過する場合であったが、上に凸の縦曲線路を通過する場合も、同様である。但し、この場合には、図５（ａ）における車体２の目標相対高さＺｇと図５（ｃ）に示す高さ変更手段６の制御力Ｆａとは、中立位置に関して図示とは逆の下向きに表わされるものであり、従って、図５（ｂ）に示す車体２の相対高さも、上下反転したものとなる。

以上のように、この第１の実施形態では、縦曲線路の位置に対応して、車体２を上・下遠心力に対して逆向きに変位させることにより、縦曲線路の通過中の車体２とストッパとの間の隙間を大きくすることになる。このため、縦曲線路の通過中の車体２の上・下変位の許容範囲を、中立位置からではなく、目的相対高さからと大きくすることができ、ストッパ当りを回避可能とし、乗り心地を悪化させずに高速に縦曲線路を通過することが可能になる。

また、縦曲線路に進入する手前で車体２の相対高さを予見的に制御するので、縦曲線路の進入時に急激に作用する上・下方向の遠心力に対する車体２の上・下方向の変位に対して、これに遅れることなく、上・下ストッパ隙間が大きい状態を実現することができ、ストッパ当りを回避することができる。

なお、この第１の実施形態では、１つの縦曲線路に関して、車体の相対高さを上方向または下方向に制御するものとしたが、上に凸の縦曲線路が複数連続する区間では、その区間全体に亘って車体２を下向きに変位した状態を保ち、その区間を通過した後に車体２の相対高さを中立位置に戻すように制御してもよい。また、下に凸の縦曲線路が複数連続する区間では、その区間全体に亘って車体２を上向きに変位した状態を保ち、その区間を通過した後に車体２の相対高さを中立状態に戻すようにし制御してもよい。これにより、縦曲線路の通過に伴う高さ変更手段６の駆動回数を減少させ、また、高さ変更時のエネルギー消費量を抑えることができる。また、個々の縦曲線路の間隔が短い場合に高さ変更の対応が可能になる。

図６は本発明による鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置の第２の実施形態の要部を示す構成図であって、６ａは高さ変更手段であり、図２に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。

先の第１の実施形態では、車体２と台車枠３の間に、高さ変更手段６を空気ばね５とは並列に配置されるものとしたが、この第２の実施形態では、高さ変更手段を空気ばね５と直列に配置したものである。

図６において、高さ変更装置６ａは、空気ばね５と直列に、即ち、空気ばね５の下方にこの空気ばね５と当接するようにして台車枠３に配置される。この高さ変更装置６ａは、例えば、直動シリンダによって構成されており、この直動シリンダが伸縮することにより、車体２の相対高さを変更することができるようにしている。直動シリンダは油圧シリンダで構成されて、油圧により駆動するものであるが、空圧シリンダで構成し、空気圧により駆動する形態としてもよいし、また、直動シリンダをボールネジとナットで構成し、電動で駆動する形態としてもよい。

この第２の実施形態においても、図２に示す高さ変更手段６を用いた場合と同様、縦曲線路の位置に適応してこの高さ変更手段６ａを駆動し、車体２の相対高さを上記の目的相対高さＺｇに変更することにより、ストッパ当りを回避することが可能であって、乗り心地を悪化させずに、高速に縦曲線路を通過することが可能となる。

図７は本発明による鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置の第３の実施形態の要部を示す構成図であって、６ｂは高さ変更手段、２０は給気弁、２１は排気弁、２３は締め切り弁であり、図２に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。

同図において、高さ変更手段６ｂは、給気弁２０と排気弁２１と締め切り弁２２とから構成される。

締め切り弁２２は空気ばね５に接続されている。給気弁２０は元溜め８に配管１９により接続され、また、締め切り弁２２を介して空気ばね５に接続されている。締め切り弁２２が開いているときに、給気弁２０を開放することにより、元溜め８の空気が空気ばね５に送られる。その結果、空気ばね５は伸長し、車体２の相対高さが大きくなる。排気弁２１は、締め切り弁２２を介して空気ばね５の接続されている。締め切り弁２２が開いているときに、排気弁２１を開放することにより、空気ばね５の空気を排気する。その結果、空気ばね５は縮み、車体２の相対高さが小さくなる。

鉄道車両が縦曲線路を通過するのに対応して、車体２の相対高さを上記の目標相対高さＺｇに変更する場合には、締め切り弁２２を開放し、給気弁２０または排気弁２１を有効（開状態）にする。このとき、締め切り弁１６を閉じて高さ調整弁７をOff(閉状態）とすることにより、この高さ調整弁７の影響を受けずに、車体２の相対高さを目標相対高さＺｇに大きく変更することが可能となる。

上下方向の遠心力が生じない通常走行時に車体２の相対高さを現状の相対高さを維持する場合には、締め切り弁２２を閉じ、給気弁２０と排気弁２１とを無効（閉状態）にする。そして、これと同時に、高さ調整弁７の締め切り弁１６を開放して高さ調整弁７を有効にすることにより、外乱や車体２の重量変化に対応して車体２の相対高さ調整し、車体２の高さを一定範囲に保つようにする。

以上のように、この第３の本実施形態においても、図１，図２に示した第１の実施形態と同様、縦曲線路の位置に適応して車体２の相対高さを制御することにより、ストッパ当りを回避し、乗り心地を悪化させずに、高速に縦曲線路を通過することが可能になる。

また、この第３の実施形態では、給気弁２０や排気弁２１を用いて空気ばね５を能動的に伸長させることにより、車体２の相対高さを制御するものであるから、新たなアクチュエータを付加することなく、車体２の相対高さを変更させることができる。

図８は本発明による鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置の第４の実施形態の要部を示す構成図であって、２３は直動アクチュエータであり、図２に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

同図において、この第４の実施形態は、図１，図２に示す第１の実施形態における高さ調整弁７において、調整棒１７の代わりに、伸縮可能な直動アクチュエータ２３を用い、高さ調整弁７を高さ変更手段にも兼用するものである。ここで、直動アクチュエータ２３は、高さ制御装置９（図１）によって制御駆動されるものであって、その駆動方式は、油圧，空圧，電動のいずれの形態によるものであってもよい。

鉄道車両の通常走行時では、直動アクチュエータ２３は、車体２の相対高さを上記の中立位置に設定するための所定の長さ（以下、基準長さという）に設定されており、高さ調整弁７は、この直動アクチュエータ２３のこの基準長さに応じた回転角センサ１８の回転角に応じて締め切り弁１６が開いた動作（On）状態にある。

直動アクチュエータ２３をその基準長さから伸長させると、回転角センサ１８が時計廻り方向に回転する。このように回転角センサ１８が回転する状態は、図１，図２に示す実施形態での車体２が沈んで車体２の相対高さが低くなった状態と同じになる。このように車体２が沈んだ場合、図１，図２に示す実施形態では、締め切り弁１６が開いて空気ばね５への給気動作が行なわれるが、この第４の実施形態においても、直動アクチュエータ２３が伸長して車体２が沈み込んだのと同様の状態になると、締め切り弁１６が開いて空気ばね５への給気動作が行なわれる状態となる。これにより、空気ばね５が伸長して車体２の相対高さが大きくなる。

逆に、直動アクチュエータ２３をその基準長さから収縮させると、空気ばね５からの排気動作が行なわれる状態となり、これにより、空気ばね５が縮んで車体２の相対高さが小さくなる。

このようにして、直動アクチュエータ２３を能動的に伸縮させることにより、空気ばね５での給排気動作を能動的に行なわせて空気ばね５を伸縮させることができ、車体２の相対高さを変化させることができる。これにより、第１の実施形態と同様、鉄道車両が縦曲線路を通過するときには、車体２の相対高さを上記の目標相対高さＺｇに設定することができる。そして、先の実施形態と同様、このように、車体２の相対高さを目標相対高さＺｇに設定する動作が終わると、鉄道車両が縦曲線路を通過し終わるまで、高さ制御装置９（図１）により、締め切り弁１６が閉状態に保持されて車体２の相対高さを目標相対高さＺｇに保持する動作が行なわれる。

なお、上下方向の遠心力が生じない通常走行時には、締め切り弁１６が開いて高さ調整弁７が動作状態に保持されており、従って、鉄道車両が縦曲線路を通過すると、締め切り弁１６が閉状態から開状態に切り替わり、高さ調整弁７が動作状態になる。

以上のように、この第４の実施形態においても、縦曲線路の位置に適応して直動アクチュエータ２３を伸長させることにより、図１，図２に示した第１の実施形態と同様、車体２の相対高さを変更させることができ、ストッパ当りを回避して、乗り心地を悪化させずに、高速に縦曲線路を通過することが可能になる。

また、この第４の実施形態では、縦曲線路を通過する場合も、先の各実施形態での高さ調整弁７を能動的に駆動して、空気ばね５の給排気動作を行なうことにより、ストッパ当りの防止のための車体２の相対高さを目的相対高さに変更することができるようにしたものであるから、新たにアクチュエータあるいは給排気弁を付加しないで、空気ばね５を伸縮させ、車体２の高さを変更することができ、先の各実施形態に比べて部品点数の削減やコスト低減などが可能となる。

図９は本発明による鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置の第５の実施形態を示すシステム構成図であって、２４は高さセンサ、２５は高さ制御装置、２６はフィルタ、２７は比較演算部であり、図１，図２に対応する部分には同一符号をつけて重複する説明を省略する。

同図において、この第５の実施形態の鉄道車両の上下ストッパ当りの防止装置は、主として、高さ変更手段６と高さ調整弁７と高さ変更手段６を制御する高さ制御装置２５と高さセンサ２４とから構成されている。

高さセンサ２４は、車体２と台車枠３との間に配置されて、台車枠３に対する車体２の高さ（即ち、車体２の相対高さ）を検出する。ここで、高さセンサ２４は、図２での高さ調整弁７の調整棒１７と回転角センサ１８と同様の調整棒と回転角センサとで構成されており、調整棒の上下変位を回転角センサの角度に変換して、車体２の相対高さを検出するものであるが、これに限らず、例えば、レーザによる非接触の変位計などを用いた他の構成としてもよい。

高さ制御装置２５は、フィルタ２６と比較演算部２７とから構成される。フィルタ２６は、高さセンサ２４から供給されるその高さ検出信号の高周波振動成分を除去し、比較演算部２７に供給する。この高さ検出信号の高周波振動成分は外乱による車体２の振動によるものである。この高周波振動成分をフィルタ２６で除去することにより、外乱に対して高さ変更手段６が過敏に応答しないように、車体２の高周波域の振動の応答の増大化を抑制することができる。比較演算部２７は、フィルタ２６でフィルタ処理された高さ検出信号を処理することにより、車体２の相対高さと上記の中立位置との差分を検出し、これと車体２の予め定められた上下相対変位の閾値とを比較する。高さ制御装置２５は、この比較結果に応じて高さ変更手段６を制御し、車体２の相対高さを変更する。

図１０は第５の実施形態の動作，処理の流れを示すフローチャートである。

同図において、高さセンサ２４によって車体２の高さが検出されると（ステップＳ１０１）、その検出高さ信号の成分が高さ制御装置２５に供給される。この高さ制御装置２５では、この検出高さ信号は、フィルタ２６により、その高周波波成分が除去されて、定常成分のみが抽出される（ステップＳ１０２）。この検出高さ信号の定常成分は比較演算部２７に供給され、この定常成分が表わす車体２の相対高さと通常走行時の車体２の目標相対高さである中立位置（図５）との差分（中立位置からの相対高さの変化量）ΔＺが求められて、この差分ΔＺの絶対値が予め決められた閾値Ｚｔｈと比較される（ステップＳ１０３）。

そして、｜ΔＺ｜≦Ｚｔｈのときには（ステップＳ１０４）、高さ変更手段６や高さ調整弁７は現在の状態が保たれて、現在の車体２の相対高さが保たれるようにし、また、｜ΔＺ｜＞Ｚｔｈのときには（ステップＳ１０４）、高さ変更手段６を駆動して車体２の高さを制御し、車体２の相対高さを中立位置に戻すようにする（ステッフＳ１０５）。

ここで、上記の閾値Ｚｔｈについて説明する。

図１１（ａ）は車体２の相対高さが中立位置であるときの上ストッパ２８Ｕと下ストッパ２８Ｄとの隙間を示すものであって、この中立位置での上下ストッパ隙間をＺｓｔａとする。図１１（ｂ）は車体２の相対高さが減少して、上ストッパ２８Ｕと下ストッパ２８Ｄとで上下ストッパ当りが生じない最小の上下ストッパ隙間となった状態を示すものであって、このときには、上下ストッパ隙間が、中立位置での上下ストッパ隙間Ｚｓｔａに対し、ΔＺｓｔだけ変化したものとする。図１１（ｃ）は車体２の相対高さが増加して、車体２の相対高さが制限される上下ストッパ当りが生じない最大の上下ストッパ隙間となった状態を示すものであって、このときにも、上下ストッパ隙間が、中立位置での上下ストッパ隙間Ｚｓｔａに対し、ΔＺｓｔだけ変化する。この変化量ΔＺｓｔが上下ストッパ隙間の限界変化値となる。

閾値Ｚｔｈは、かかる上下ストッパ隙間の限界変化値ΔＺｓｔよりも小さい値に設定される。上記の車体２の相対高さと中立位置との差分の絶対値｜ΔＺ｜がこの限界変化値ΔＺｓを超えなければ、高さ制御装置２５は高さ変更手段６を動作させない（図１０のステップＳ１０４）。そして、この閾値Ｚｔｈが小さいほど、車体２の相対高さの変化が小さくても、高さ変更手段６を動作させることができ、高い応答性で車体２の相対高さを制御することができる。

さらに、上記閾値Ｚｔｈは、高さ調整弁７の不感帯（高さ調整弁７が応答しない車体２の高さ変動が小さい範囲）をＺｌとして、次式、
Ｚｔｈ＜Ｚｌ ……（６）
を満たすようにする。このように、閾値Ｚｔｈを高さ調整弁７の不感帯Ｚｌ以下の値とすることにより、高さ調整弁７より高い応答性の車体２の相対高さの制御が実現できる。

高さ制御装置２５は、中立位置からの車体２の相対高さの変化量（差分）ΔＺの絶対値が閾値Ｚｔｈより小さい場合には（ステップＳ１０４）、車体２の相対高さを現在の状態を保つが、中立位置からの車体２の相対高さの変化量（差分）ΔＺの絶対値が閾値Ｚｔｈより大きくなった場合には（ステップＳ１０４）、車体２の相対高さを中立位置に戻すように、高さ変更手段６を駆動して車体２の相対高さを制御する（ステップＳ１０５）。

図１２は第５の実施形態（図９）の図１０に示す動作，処理を時系列的に示すタイミングチャートである。同図においても、図５と同様、ｘｉは縦曲線路の始点、ｘｏは縦曲線路の終点、ｘｓは始点ｘｉよりも早め距離ｄＬだけ手前の上下ストッパ当り防止動作の開始地点であり、始点ｘｉから終点ｘｏとの間が縦曲線路である。また、中立位置はゼロとしており、車体２の相対高さはこのゼロの中立位置からの正負の高さである。さらに、鉄道車両１は下に凸の縦曲線路を通過するものとするが、上に凸の縦曲線路を通過する場合も、正負の違いがあるだけで同様である。

図１２（ａ）は、鉄道車両１が下に凸の縦曲線路及びその前後を通過するときの車体２の（台車枠３からの）相対高さの変動軌跡を示すものであって、この変動軌跡を実線で示している。この場合、車体２に外乱による細かい上下変動が生ずるため、車体２の相対高さの変動軌跡がジグザグに変動する。また、この車体２の相対高さの変動軌跡は高さセンサ２４の検出高さ信号の波形に相当するものであり、このジグザグの変動がこの検出高さ信号の高周波振動成分である。

図１２（ｂ）は高さ制御装置２５のフィルタ２６で高域成分が除かれた検出高さ信号の定常成分の波形を示すものであって、外乱による影響を除いた車体２の相対高さの変動を表わしている。ここで、鉄道車両１が始点ｘｉから縦曲線路に進入すると、その車体２に下向きの遠心力が作用し、車体２の相対高さが減少する。このため、車体２の相対高さと中立位置との差分の絶対値｜ΔＺ｜が増加し、これが閾値Ｚｔｈを越える場合もある。この場合、図１２（ｂ）では、車体２の相対高さが閾値Ｚｔｈを下回っていることによって示している。

図１２（ｃ）は高さ制御装置２５による高さ変更手段６の制御力の変化を破線示すものであって、図１２（ｂ）と比較して明らかなように、車体２の相対高さと中立位置との差分の絶対値｜ΔＺ｜が閾値Ｚｔｈを越えないときには、この制御力はゼロであるが、この絶対値｜ΔＺ｜が閾値Ｚｔｈを越えると、車体２の相対高さを中立位置に戻すように、この絶対値｜ΔＺ｜と閾値Ｚｔｈとの差に応じた上向きの制御力が高さ変更手段６に発生させる。これにより、車体２は上方に戻される。縦曲線路の通過中では、かかる制御動作が絶対値｜ΔＺ｜が閾値Ｚｔｈを越える毎に行なわれ、フィルタ２６からの検出高さ信号の定常成分が閾値Ｚｔｈに相当する値の近傍に保たれるように、車体２の相対高さが保たれることになる。

鉄道車両１が縦曲線路を通過すると、車体２に対して下方に作用した遠心力がなくなるため、車体２は上方に変位し、その相対高さが中立位置となる状態に戻る。この状態では、比較演算部２７により、車体２の相対高さと中立位置との差分の絶対値｜ΔＺ｜が閾値Ｚｔｈを越えないことが判定されるため、高さ変更手段６から制御力が発生しない。

図１２（ｄ）は高さ調整弁７の状態を破線で示すものである。縦曲線路の通過中や縦曲線路以外の線路の走行中では、高さ調整弁７をオン，オフのいずれの状態としてもよい。ここでは、オン状態に保持しているが、オン状態の場合には、車体２の相対高さが大きく変化した場合、高さ変更手段６による上記の押し戻し作用に加えて、高さ調整弁７の給排気による押し戻し作用が車体２に加わるため、より確実に車体２の相対高さを一定範囲内に調整することが可能となる。高さ調整弁７をオフ状態にする場合でも、高さ変更手段６による上記の押し戻し作用は有効であるため、高さ調整弁７が作動しない状態でも、車体２の相対高さを一定範囲内に調整することが可能となる。

ここで、この第５の実施形態では、高さ変更手段６が空気ばね５に並列に配置した直動のシリンダにより構成されるものとしたが、図６に示すように、空気ばね５と直列に配置する高さ変更手段６ａとしてもよいし、図７に示すように、給排気弁を使用する高さ変更手段６ｂとしてもよいし、図８に示すように、高さ調整弁７と併用する構成としてもよく、同様の効果を得ることができる。

以上説明した第５の実施形態においても、縦曲線路を通過中の車体２の相対高さの変化に応じて、車体２を上下方向に変位させ、上下ストッパとの隙間が大きい状態であるように保つものであって、ストッパ当りを回避可能とし、乗り心地を悪化させずに、高速に縦曲線路を通過することを可能にする。

なお、この第５の実施形態では、車体２の相対高さを監視してこれを制御するものとしたが、車体２の相対高さの中立位置からの上または下方向の変動量の絶対値を｜Ｚ｜とし、車体２の相対高さが中立位置から上または下ストッパにストッパ当りする位置までの距離をＺｓｔとして、次式、
ｄＺｓｔ＝｜Ｚｓｔ−｜Ｚ｜｜ ……（７）
で表わされる上下ストッパまでの距離ｄＺｓｔを常時求めて車体２の状態を監視し、この上下ストッパまでの距離ｄＺｓｔが予め設定された閾値以下になると、車体２の相対高さを中立位置に戻すように制御してもよく、上記と同様の効果が得られる。

図１３は本発明によるによる鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置の第６の実施形態を示すシステム構成図であって、２８は加速度センサ、２９は高さ制御装置、３０はフィルタ、３１は制御力演算部であり、前出図面に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明を省略する。

同図において、第６の実施形態の鉄道車両の上下ストッパ当りの防止装置は車体２に配置されており、主に、高さ変更手段６とこの高さ変更手段６を制御する高さ制御装置２９と加速度センサ２８とから構成される。

加速度センサ２８は、車体２に配置され、車体２の上下方向の加速度を検出するが、台車枠３に配置して台車枠３の上下方向の加速度を検出するようにしてもよい。また、加速度センサ２８は、軸箱に配置して軸箱の上下方向の加速度を検出するようにしてもよい。

高さ制御装置２９は、フィルタ３０と制御力演算部３１とから構成される。

フィルタ３０では、加速度センサ２８で検出された上下方向の加速度信号が供給され、この上下方向の加速度信号の高周波振動成分が除去される。これにより、車体２に加わる外乱による車体２の相対高さの高周波数の変動に対して高さ変更手段６が過敏に応答しないようにし、車体２の相対高さの変動の高周波域の応答の増大を抑制することができる。

制御力演算部３１は、フィルタ３０で高周波振動成分の除去処理して得られる上下方向の加速度信号の定常成分に応じて必要な制御力を演算し、この演算結果に応じて高さ変更手段６を制御し、車体２の相対高さを変更させる。

高さ変更手段６の制御力は、例えば、フィルタ処理された上下方向の加速度信号に比例する力に設定して制御する。この場合、鉄道車両１が縦曲線路通過中に、以下に示すように、上下ストッパ当り防止装置が動作する。

鉄道車両１が下に凸の縦曲線路に進入すると、車体２に作用する下向きの加速度が増大し、加速度センサ２８に検出される下向きの加速度信号の定常成分が増加する。このとき、車体２は下方に引っ張られる。ここで、高さ制御装置２９では、フィルタ処理された加速度信号の定常成分に比例した制御力の指令が高さ変更手段６に対して出力され、これにより、高さ変更手段６は車体２を上方に戻す制御力を発生する。この結果、車体２は、下向きに大きな遠心力が働いた状態となっても、大きく下方に変位しない。これにより、ストッパ当りを回避し、乗り心地を悪化させずに、高速に縦曲線路を通過することが可能になる。このことは、鉄道車両１が上に凸の縦曲線路に進入する場合も、同様である。

ここで、この第６の実施形態では、高さ変更手段６が空気ばね５に並列に配置した直動のシリンダにより構成されるものとしたが、図６に示すように、空気ばね５と直列に配置する高さ変更手段６ａとしてもよいし、図７に示すように、給排気弁を使用する高さ変更手段６ｂとしてもよいし、図８に示すように、高さ調整弁７と併用する構成としてもよく、同様の効果を得ることができる。

本発明による鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置の第１の実施形態を示すシステム構成図である。 図１における高さ変更手段と高さ調整弁とを詳細に示す図である。 図１，図２に示す第１の実施形態の動作の流れを示すフローチャートである。 図３におけるステップＳ４を説明するための図である。 図３に示す上下ストッパ当り防止動作を時系列的に示すタイミングチャートである。 本発明による鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置の第２の実施形態の要部を示す構成図である。 本発明による鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置の第３の実施形態の要部を示す構成図である。 本発明による鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置の第４の実施形態の要部を示す構成図である。 本発明による鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置の第５の実施形態を示すシステム構成図である。 図９に示す第５の実施形態の動作，処理の流れを示すフローチャートである。 図１０に示す処理で用いる閾値を説明するための図である。 図１０に示す上下ストッパ当り防止動作を時系列的に示すタイミングチャートである。 本発明による鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置の第６の実施形態を示すシステム構成図である。 鉄道車両での上下ストッパ当りの現象を示す図である。

符号の説明

１ 鉄道車両
２ 車体
３ 台車枠
４ 車軸
５ 空気ばね
６，６ａ，６ｂ 高さ変更手段
７ 高さ調整弁
８ 元溜め
９ 高さ制御装置
１０ 速度検出手段
１１ 走行位置検出手段
１２ 軌道情報記憶手段
１３ シリンダ
１４，１５ ジョイント
１６ 締め切り弁
１７ 調整棒
１８ 回転角センサ
１９ 配管
２０ 給気弁
２１ 排気弁
２２ 締め切り弁
２３ 直動アクチュエータ
２４ 高さセンサ
２５ 高さ制御装置
２６ フィルタ
２７ 比較演算部
２８ 加速度センサ
２９ 高さ制御装置
３０ フィルタ
３１ 制御力演算部

Claims (10)

1. 鉄道車両の現在の走行位置を検出する走行位置検出手段と、
   縦曲線路に関する軌道情報が記録されている記憶手段と、
   該鉄道車両における台車枠に対する上下方向の車体の相対高さを変更する高さ変更手段と、
   該高さ変更手段を制御する高さ制御装置と
   を備え、
   該走行位置検出手段から得られる走行位置情報と該記憶手段から得られる縦曲線路の軌道情報とに基づいて、縦曲線路の近傍あるいは該縦曲線路を走行するとき、該高さ変更手段を制御して、該縦曲線路の走行時に該車体に作用する上向きまたは下向きの遠心力とは逆向きの制御力を該車体に作用させ、該車体の相対高さを変更させるように構成したことを特徴とする鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置。
2. 請求項１において、
   前記車体と前記台車枠との間に空気ばねを設けるとともに、該空気ばねへの給排気動作を行なわせて前記車体の相対高さを調整する高さ調整弁を設け、
   縦曲線路の近傍あるいは縦曲線路の走行中、該高さ調整弁の締め切り弁を閉じて、前記車体の相対高さを一定に保つように制御することを特徴とする鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置。
3. 請求項１において、
   前記高さ制御装置は、縦曲線路の始点より所定の距離手前の地点で高さ変更手段を駆動し始めて、縦曲線路で前記車体に作用する遠心力とは逆向きの力を作用させ、前記車体の相対高さを変更させるように構成したことを特徴とする鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置。
4. 鉄道車両における台車枠に対する上下方向の車体の相対高さを測定する高さセンサと、
   該車体の相対高さを変更する高さ変更手段と、
   該高さ変更手段を制御する高さ制御装置と
   を備え、
   該高さ制御装置は、該高さセンサで検出される該車体の相対高さの中立位置からの変位量を算出し、該変位量の絶対値が所定の閾値を超えたとき、該変位量の絶対値が該閾値以下となるように、高さ変更手段を制御して、該車体の相対高さを変更させるように構成したことを特徴とする鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置。
5. 請求項４において、
   高さ制御装置は、フィルタと比較演算部とがらなり、
   該フィルタは、前記高さセンサから得られる前記車体の相対高さに応じた相対高さ信号の高周波成分を除去するフィルタ処理を行ない、
   該比較演算部は、フィルタ処理された該相対高さ信号から前記車体の相対高さの前記中立位置からの変位量を算出し、該変位量の絶対値が所定の閾値を超えたとき、該変位量の絶対値が該閾値以下になるように、前記高さ変更手段を制御して、前記車体を上下方向に変位させることを特徴とする鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置。
6. 鉄道車両の車体に配置され、該車体の上下方向の加速度を検出する加速度センサと、
   該鉄道車両の台車枠に対する上下方向の該車体の相対高さを変更する高さ変更手段と、
   該高さ変更手段を制御する高さ制御装置と
   を備え、
   該高さ制御装置は、該加速度センサで検出される該加速度信号の高周波成分を除去するフィルタと、該フィルタでフィルタ処理した該加速度信号に基づいて、縦曲線路の走行時に作用する上下方向の加速度とは逆向きの制御力を該高さ変更手段に発生させる制御力演算部とからなり、該制御力により、該車体の相対高さを変更させるように構成したことを特徴とする鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１つにおいて、
   前記車体と前記台車枠との間に空気ばねが設けられ、
   前記高さ変更手段は、前記車体と前記台車枠との間に、該空気ばねと並列に配置されたことを特徴とする鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置。
8. 請求項１〜６のいずれか１つにおいて、
   前記車体と前記台車枠との間に空気ばねが設けられ、
   前記高さ変更手段は、前記車体と前記台車枠との間に、該空気ばねと直列に配置されたことを特徴とする鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置。
9. 請求項１〜６のいずれか１つにおいて、
   前記車体と前記台車枠との間に空気ばねが設けられ、
   前記高さ変更手段は、該空気ばねに空気を供給する給気弁と該空気ばねから空気を排出する排気弁とからなり、該空気ばねへの給排気動作により、該空気ばねを伸縮させて前記車体の相対高さを変更させるように構成したことを特徴とする鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置。
10. 請求項１〜６のいずれか１つにおいて、
    前記車体と前記台車枠との間に空気ばねを設けるとともに、該空気ばねの給排気を行なわせて前記車体の相対高さを調整する高さ調整弁を設け、
    前記高さ変更手段は、高さ調整弁を制御して該空気ばねの給排気動作を行なわせることにより、該空気ばねを伸縮させて前記車体の相対高さを変更させるように構成したことを特徴とする鉄道車両の上下ストッパ当り防止装置。

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