JP2009184629A - 鉄道車両の車体傾斜制御装置のフェールセーフ方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車体傾斜時にアクチュエータが固渋しても、車体を水平に戻せるようにする。
【解決手段】車両１の幅方向となるよう例えば車体２に支持された、軸心を中心とする回転自在なトーションバー３と、トーションバー３の両端にそれぞれ一端側が固定されたリンク４ａ，４ｂと、台車５に取り付けられ、両リンク４ａ，４ｂの他端側にそれぞれ接続されたアクチュエータ６ａ，６ｂを備えた車体傾斜制御装置のフェールセーフ技術である。アクチュエータ６ａ，６ｂにストロークセンサを設置し、車両走行時、アクチュエータ６ａ，６ｂのストロークを計測する。このストロークの計測により判定手段が例えばアクチュエータ６ａの固渋と判定した時は、制御手段が固渋と判定されないアクチュエータ６ｂの長さを、固渋と判定したアクチュエータ６ａの長さに揃える。
【効果】車体を水平に戻せるので、直線走行時の走行安定性や、逆方向の曲線通過時の走行安全性が確保できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、曲線通過時に車体を傾斜制御させるアクチュエータに固渋が発生した場合でも、車体を水平に戻すことが可能なフェールセーフ方法、及びこの方法を実施する装置に関するものである。

鉄道車両では、曲線通過時、超過遠心力によって乗心地が悪くなる場合がある。特に曲線を高速で通過する場合は、超過遠心力が増大してさらなる乗心地の悪化を招く。そこで、曲線通過時、曲線の内側に向けて車体を傾斜させることで超過遠心力を抑制し、乗心地の悪化を防ぐ車体の傾斜制御が実施されている。

この車体傾斜制御の一つに、電動アクチュエータで車体を傾斜させる方法がある（例えば非特許文献１）。
「Control system study of an active anti-roll bar tilt system for railway vehicle」Proc.Instn.Mech.Engrs Vol 212, 1998

この非特許文献１で開示された車体傾斜技術は、アンチローリング装置のリンク部分に電動の直動アクチュエータを装備し、これを伸縮させることによってトーションバーのねじりトルクを車体ローリングトルクに伝達して車体を傾斜させるものである。

この電動アクチュエータによる車体傾斜は、鉄道車両の車体重量が数十トンもあることから、減速装置で回転数を落としてトルクを増大している。しかしながら、この減速装置は歯車列などの機械的要素からなる構成であるため、ごみの噛み込み、歯車の欠損・焼き付きなどが原因で固渋する可能性がある。仮に車体傾斜時に固渋が発生した場合、車体を水平に戻すことができなくなって、直線走行時の走行安定性や、逆方向の曲線通過時の走行安全性が損なわれることになる。

本発明が解決しようとする問題点は、アクチュエータによる車体傾斜時にアクチュエータの固渋が発生すると、車体を水平に戻すことができず、直線走行時の走行安定性や、逆方向の曲線通過時の走行安全性が損なわれると言う点である。

本発明は、アクチュエータを用いた車体傾斜制御において、車体傾斜時にアクチュエータの固渋が発生しても、車体を水平に戻すことができるようにするために、以下の構成を採用している。

すなわち、本発明の鉄道車両の車体傾斜制御装置のフェールセーフ方法は、
車両の幅方向となるよう車体または台車に支持された、軸心を中心とする回転自在なトーションバーと、
このトーションバーの両端にそれぞれ一端側が固定されたリンクと、
台車または車体に取り付けられ、前記両リンクの他端側にそれぞれ接続されたアクチュエータと、
を備えた車体傾斜制御装置のフェールセーフ方法であって、
車両走行時、前記アクチュエータのストロークを計測しておき、
このストロークの計測によりアクチュエータの固渋と判定した時は、固渋と判定されないアクチュエータの長さを、固渋と判定したアクチュエータの長さに揃えることを最も主要な特徴としている。

上記の本発明方法は、
車両の幅方向となるよう車体または台車に支持された、軸心を中心とする回転自在なトーションバーと、
このトーションバーの両端にそれぞれ一端側が固定されたリンクと、
台車または車体に取り付けられ、前記両リンクの他端側にそれぞれ接続されたアクチュエータと、
を備えた車体傾斜制御装置の、
前記アクチュエータにストロークセンサを設置し、
このストロークセンサからの出力に基づき判定手段でアクチュエーの固渋か否かを判定し、
この判定手段で固渋と判定した時は、制御手段が固渋と判定されないアクチュエータを駆動して固渋と判定されないアクチュエータの長さを、固渋と判定したアクチュエータの長さに揃えるようにしたことを主要な特徴とする本発明の鉄道車両の車体傾斜制御におけるフェールセーフ装置を用いて実施できる。

本発明では、車両走行時、台車や車体の振動によって常に細かく伸縮するアクチュエータのストロークを計測して、アクチュエータの固渋を判定する。そして、特に傾斜制御時に固渋と判定した場合は、固渋と判定されないアクチュエータの長さを、固渋と判定したアクチュエータの長さに揃えることで、車体を水平に戻すことができ、直線走行時の走行安定性や、逆方向の曲線通過時の走行安全性が確保できる。

以下、本発明の完成に至る新しい着想及びこの着想から課題解決に至るまでの経緯と共に、本発明を実施するための最良の形態例を、添付図面を用いて説明する。
図１は本発明のフェールセーフを実施する車体傾斜制御装置の概略説明図、図２は本発明のフェールセーフのフローチャートの一例を示した図である。

非特許文献１のように、トーションバーの一方端側に取り付けた１つのアクチュエータで車体傾斜を行う場合は、車体の傾斜角度は個々のアクチュエータのストロークで決定される。

これに対して、トーションバーの両端側に取り付けたそれぞれのアクチュエータで車体傾斜を行う場合、車体の傾斜角度は、両アクチュエータのストロークの差で決定される。従って、どちらか一方のアクチュエータが固渋しても、他方のアクチュエータの長さを固渋したアクチュエータの長さと同じ長さにすれば、車体を水平に戻すことができる。

本発明は、以上の着想に基づいてなされたもので、例えば図１に示すような、車両１の幅方向となるよう車体２に支持された、軸心を中心とする回転自在なトーションバー３と、台車５に取り付けられ、前記トーションバー３の両端に一端側が固定されたリンク４ａ，４ｂの他端側にそれぞれ接続されたアクチュエータ６ａ，６ｂを備えた車体傾斜制御装置のフェールセーフに関する技術である。

つまり、本発明では、前記両アクチュエータ６ａ，６ｂにストロークセンサ（図示省略）を設置し、車両１が走行している場合に、台車５や車体２の振動によって伸び縮みする両アクチュエータ６ａ，６ｂのストロークを計測するようにしておく。

そして、例えば車両１が１７０km／hr以上の速度で走行している場合に、この計測したストロークを判定手段に送る。判定手段は、この送られたストロークの例えば過去２秒間の二乗積分を計算してこの計算値が閾値以上か否かを一定時間ごとに判断し、閾値未満であれば固渋と判定するのである。

具体的には、図２のフローチャートに示すように、判定手段は前記送られてきた両アクチュエータ６ａ，６ｂのストロークの過去２秒間の二乗積分を計算し、この二乗積分値が閾値以上か否かを判断する。

そして、両アクチュエータ６ａ，６ｂの二乗積分値が閾値以上であれば、両アクチュエータ６ａ，６ｂは、ともに固渋が発生していないと判定する。
この場合は、通常の傾斜制御の通り、曲線走行中であれば傾斜目標値を計算し、計算した傾斜目標値となるように傾斜信号を演算してその演算信号を制御装置に出力し、曲線路走行中の車体２の傾斜制御を行う。

一方、どちらか一方のアクチュエータ６ａ又は６ｂの二乗積分値が閾値未満であれば、閾値未満の二乗積分値となったアクチュエータ６ａまたは６ｂに固渋が発生していると判定する。なお、一度でも固渋の発生を検知すると、固渋発生にセットし、それ以降、仮に積分値が閾値より大きくなる場合があっても、固渋判定が維持されるようにする。

この場合は、固渋が発生していると判定したアクチュエータ６ａ又は６ｂのストロークを読み込み、固渋していないアクチュエータ６ｂ又は６ａのストロークを、固渋と判定したアクチュエータ６ａ又は６ｂのストロークとなるように設定する。

固渋していないアクチュエータ６ｂ又は６ａのストロークを設定した後は、このストロークを目標とするような制御をするための演算を行って、その演算信号を制御装置に出力する。制御装置は、固渋していないアクチュエータ６ｂ又は６ａに信号を出し、固渋が発生していると判定したアクチュエータ６ａ又は６ｂのストロークと同じ長さにして車体２を水平に戻す。

このような本発明では、どちらか一方のアクチュエータ６ａまたは６ｂに固渋が発生した場合も、車体２を水平に戻すことができるので、以後の直線走行時の安全性を確保することができる。

また、以後の曲線走行時には、車体傾斜制御を行わず、従来の自動高さ調整弁による空気ばねへの空気の給排気のみを行うので、高速で曲線路を通過する場合には、乗り心地が若干悪くなるが、走行安全性は確保できる。

本発明は上記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば自由に変更が可能である。

例えば図１の例では、トーションバー３を車体２に、アクチュエータ６ａ，６ｂを台車５に取り付けているが、トーションバー３を台車５に、アクチュエータ６ａ，６ｂを車体２に取り付けたものでも良い。

また、上記の例では、どちらか一方のアクチュエータ６ａ又は６ｂに固渋が発生した場合以降の曲線通過時には、車体傾斜制御を行わないが、固渋が発生していない他方のアクチュエータ６ｂ又は６ａのみを使用して車体傾斜制御を行っても良い。

また、上記の例では、１７０km／hr以上の速度で走行している場合のストロークの、過去２秒間の二乗積分値を用いて固渋の判定を行っているが、ストロークを測定する際の速度や二乗積分値を求める時間は、車両や走行する区間によって相違することは言うまでもない。また、固渋発生の有無を判定できるものであれば、二乗積分値に限らないことももちろんである。

また、車体傾斜制御や、本発明のフェールセーフの際の走行位置の検知は、地上子と車上子を用いたものや、ジャイロスコープを用いたものなど、車両の走行位置を検出できるものであれば、どのようなもので検知しても良い。

図１は本発明のフェールセーフを実施する車体傾斜制御装置の概略説明図である。 本発明のフェールセーフのフローチャートの一例を示した図である。

符号の説明

１ 車両
２ 車体
３ トーションバー
４ａ，４ｂ リンク
５ 台車
６ａ，６ｂ アクチュエータ

Claims (2)

1. 車両の幅方向となるよう車体または台車に支持された、軸心を中心とする回転自在なトーションバーと、
   このトーションバーの両端にそれぞれ一端側が固定されたリンクと、
   台車または車体に取り付けられ、前記両リンクの他端側にそれぞれ接続されたアクチュエータと、
   を備えた車体傾斜制御装置のフェールセーフ方法であって、
   車両走行時、前記アクチュエータのストロークを計測しておき、
   このストロークの計測によりアクチュエータの固渋と判定した時は、固渋と判定されないアクチュエータの長さを、固渋と判定したアクチュエータの長さに揃えることを特徴とする鉄道車両の車体傾斜制御装置のフェールセーフ方法。
2. 車両の幅方向となるよう車体または台車に支持された、軸心を中心とする回転自在なトーションバーと、
   このトーションバーの両端にそれぞれ一端側が固定されたリンクと、
   台車または車体に取り付けられ、前記両リンクの他端側にそれぞれ接続されたアクチュエータと、
   を備えた車体傾斜制御装置の、
   前記アクチュエータにストロークセンサを設置し、
   このストロークセンサからの出力に基づき判定手段でアクチュエーの固渋か否かを判定し、
   この判定手段で固渋と判定した時は、制御手段が固渋と判定されないアクチュエータを駆動して固渋と判定されないアクチュエータの長さを、固渋と判定したアクチュエータの長さに揃えるようにしたことを特徴とする鉄道車両の車体傾斜制御におけるフェールセーフ装置。

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