JP2021165099A - Inclination angle control device, inclination angle control method, and railway vehicle - Google Patents

Inclination angle control device, inclination angle control method, and railway vehicle Download PDF

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Abstract

To provide an inclination angle control device which can calculate a target value of an inclination angle that optimizes an evaluation of a ride comfort and a motion sickness without twisting a vehicle body when a railway vehicle travels on a rail track.SOLUTION: An inclination angle control device 20 comprises an arithmetic processing unit 25 determining target values of two inclination angles for tilting a vehicle body 2 to a front truck 3a and a rear truck 3b. When, regarding a shape variable which is proportional to a cant or is inversely proportional to a radius of curvature, the shape variable at a position of the front truck 3a is a first variable and the shape variable at a position of the rear truck 3b is a second variable, the arithmetic processing unit 25 gets a first value by subtracting the first variable from the second variable, gets a second value by dividing the first value by a gauge of the track and gets a third value by adding the second value to a target value at the position of the front truck 3a and determines the target value in the condition that the third value becomes equal to the target value at the position of the rear truck 3b.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本発明は、車体を台車に対して傾斜させる傾斜角度を制御する傾斜角度制御装置、傾斜角度制御方法及びその傾斜角度制御装置を備えた鉄道車両に関するものである。 The present invention relates to a railroad vehicle provided with an inclination angle control device for controlling an inclination angle for inclining a vehicle body with respect to a carriage, an inclination angle control method, and an inclination angle control device thereof.

曲線での鉄道車両の通過速度を向上させるために、車体と台車との間にアクチュエータを設け、このアクチュエータにより車体を曲線内方へ傾斜させる傾斜角度を制御する、制御付き車体傾斜車両が、開発され、運用されている。このような制御付き車体傾斜車両は、車両側で事前に走行線区の曲線情報(曲線半径、カント)を有し、この曲線情報を用いて車体を傾斜させる傾斜角度を制御する。これにより、曲線区間での乗り心地が改善され、目的地への速達化が実現される。また、最近、傾斜制御用アクチュエータが高性能化されてきており、目標値に合わせて傾斜角度を制御する際の応答性も進歩してきている。 In order to improve the passing speed of railcars on curves, an actuator is provided between the car body and the carriage, and this actuator controls the tilt angle at which the car body is tilted inward, and a controlled body tilting vehicle has been developed. And are in operation. Such a controlled vehicle body tilting vehicle has curve information (curve radius, cant) of a traveling line section in advance on the vehicle side, and controls the tilt angle for tilting the vehicle body using this curve information. As a result, the ride quality in the curved section is improved, and the express delivery to the destination is realized. In addition, recently, the performance of the tilt control actuator has been improved, and the responsiveness when controlling the tilt angle according to the target value has also been improved.

特開2008−265692号公報(特許文献1)には、鉄道車両における車体の傾斜角度制御装置において、線路全体の形状に関するデータベースから未走行区間の線路の形状に関する未走行線路データを取得するデータ取得処理と、車体の傾斜角度の目標値を決定する演算処理とを行う演算処理部と、演算処理によって決定された目標値に合わせて車体を傾斜させる動作部とを備えた技術が開示されている。特許文献1に開示された技術では、演算処理は、未走行区間の線路上を鉄道車両が走行する際の車体の乗り物酔いを含めた乗り心地の評価指標を推定するための評価関数を、未走行区間の線路上における予定走行条件と未走行線路データとに基づき、車体の傾斜角度の目標値を変数として決定する関数決定処理と、評価指標の値が所定の範囲内に含まれるように目標値を決定する目標値決定処理とを有する。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-265692 (Patent Document 1) acquires data for acquiring untraveled track data relating to the shape of a track in a non-traveling section from a database relating to the shape of the entire track in an inclination angle control device for a vehicle body of a railway vehicle. A technology is disclosed that includes an arithmetic processing unit that performs processing and arithmetic processing that determines a target value of a vehicle body tilt angle, and an operation unit that tilts the vehicle body according to a target value determined by the arithmetic processing. .. In the technique disclosed in Patent Document 1, the arithmetic processing does not provide an evaluation function for estimating an evaluation index of riding comfort including vehicle sickness when a railroad vehicle travels on a track in a non-traveling section. Based on the planned running conditions on the track of the traveling section and the data of the untraveled track, the function determination process that determines the target value of the inclination angle of the vehicle body as a variable and the target so that the value of the evaluation index is included in the predetermined range. It has a target value determination process for determining a value.

特開2014−46884号公報(特許文献2)には、車体の進行方向の前後部に車体を支持する台車を備え、台車毎に車体を車幅方向に傾斜させる車体傾斜機構を備える鉄道車両の車体傾斜制御装置において、車体の傾斜角度目標値を演算する傾斜角度目標値演算部と、傾斜角度目標値演算部の演算結果に基づいて、車体傾斜機構の駆動制御を行う傾斜制御部と、車体の前部に配置される車体傾斜機構の傾斜動作を車体の後部に配置される車体傾斜機構の傾斜動作よりも遅延させる遅延部と、を備える技術が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-46884 (Patent Document 2) describes a railway vehicle provided with trolleys for supporting the vehicle body at the front and rear portions in the traveling direction of the vehicle body, and each trolley has a vehicle body tilting mechanism for tilting the vehicle body in the vehicle width direction. In the vehicle body tilt control device, the tilt angle target value calculation unit that calculates the tilt angle target value of the vehicle body, the tilt control unit that performs drive control of the vehicle body tilt mechanism based on the calculation results of the tilt angle target value calculation unit, and the vehicle body. A technique is disclosed that includes a delay portion that delays the tilting operation of the vehicle body tilting mechanism arranged at the front portion of the vehicle body with respect to the tilting operation of the vehicle body tilting mechanism arranged at the rear portion of the vehicle body.

特開2008−265692号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-265692 特開2014−46884号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-46884

上記特許文献1に記載された技術では、車体の進行方向における中央部1箇所における傾斜角度の目標値を算出している。そのため、鉄道車両が緩和曲線を走行する際に、前位台車及び後位台車の各々の位置での乗り心地及び乗り物酔いの各々の評価を改善することが困難であり、前位台車及び後位台車の2つの位置の間での線路のカント(軌道のカント)の差によっては、車体がねじられるおそれがある。 In the technique described in Patent Document 1, the target value of the inclination angle at one central portion in the traveling direction of the vehicle body is calculated. Therefore, when the railroad vehicle travels on the relaxation curve, it is difficult to improve the ride quality and the evaluation of vehicle sickness at each position of the front bogie and the rear bogie, and it is difficult to improve the evaluation of the front bogie and the rear bogie. Depending on the difference in track cant (track cant) between the two positions of the bogie, the vehicle body may be twisted.

一方、上記特許文献2に記載された技術では、車体の進行方向における中央部1箇所における傾斜角度の目標値を、前位台車用及び後位台車用として、時間をずらして出力しているが、前位台車及び後位台車の2つの位置の間での線路のカントの差を正確に反映して傾斜角度の目標値を算出しているわけではない。そのため、鉄道車両が緩和曲線を走行する際に、前位台車及び後位台車の各々の位置での乗り心地及び乗り物酔いの各々の評価を改善することが困難であり、前位台車及び後位台車の2つの位置の間での線路のカントの差によっては、車体がねじられるおそれがある。 On the other hand, in the technique described in Patent Document 2, the target value of the inclination angle at one central portion in the traveling direction of the vehicle body is output at different times for the front bogie and the rear bogie. , The target value of the inclination angle is not calculated by accurately reflecting the difference in the cant of the track between the two positions of the front bogie and the rear bogie. Therefore, when the railroad vehicle travels on the relaxation curve, it is difficult to improve the ride quality and the evaluation of vehicle sickness at each position of the front bogie and the rear bogie, and it is difficult to improve the evaluation of the front bogie and the rear bogie. Depending on the difference in track cant between the two positions of the bogie, the car body may be twisted.

即ち、上記特許文献1及び上記特許文献2に記載された技術では、車体をねじることなく、且つ、前位台車及び後位台車の各々の位置での乗り心地及び乗り物酔いの各々の評価を最適化するように、前後台車の各々での傾斜角度を決定(算出)することができない。 That is, the techniques described in Patent Document 1 and Patent Document 2 optimize the evaluation of ride quality and motion sickness at each position of the front bogie and the rear bogie without twisting the vehicle body. It is not possible to determine (calculate) the inclination angle of each of the front and rear bogies.

本発明は、上述のような従来技術の問題点を解決すべくなされたものであって、車体を台車に対して傾斜させる傾斜角度を制御する傾斜角度制御装置において、車体をねじることなく、且つ、前位台車及び後位台車の各々の位置での乗り心地及び乗り物酔いの各々の評価を最適化できるように、前後台車の各々での傾斜角度の目標値を決定することができる傾斜角度制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems of the prior art, and is an inclination angle control device for controlling an inclination angle for inclining the vehicle body with respect to the bogie without twisting the vehicle body. Tilt angle control that can determine the target value of the tilt angle for each of the front and rear bogies so that the evaluation of ride comfort and motion sickness at each position of the front bogie and the rear bogie can be optimized. The purpose is to provide a method.

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 A brief description of typical inventions disclosed in the present application is as follows.

本発明の一態様としての傾斜角度制御装置は、車体と、車体の前方部分を支持する前位台車と、車体の後方部分を支持する後位台車と、を備えた鉄道車両における、車体の傾斜角度を制御する傾斜角度制御装置である。当該傾斜角度制御装置は、線路全体の形状に関するデータベースから、未走行区間の線路の形状に関する未走行線路データと、未走行区間の線路上における予定走行条件と、を取得するデータ取得処理を行うデータ取得処理部と、車体の前方部分の前位台車に対する傾斜角度の第1目標値、及び、車体の後方部分の後位台車に対する傾斜角度の第2目標値、を決定する演算処理を行う演算処理部と、演算処理にて決定された第1目標値に合わせて車体の前方部分を傾斜させ、演算処理にて決定された第2目標値に合わせて車体の後方部分を傾斜させる動作部と、を有する。演算処理部は、未走行区間の線路上を鉄道車両が走行する際の車体の前方部分の乗り物酔いを含めた乗り心地の第1評価指標を推定するための第1評価関数を、未走行線路データと、予定走行条件と、に基づいて、車体の前方部分の第1目標値の関数として決定する第1関数決定処理と、未走行区間の線路上を鉄道車両が走行する際の車体の後方部分の乗り物酔いを含めた乗り心地の第2評価指標を推定するための第2評価関数を、未走行線路データと、予定走行条件と、に基づいて、車体の後方部分の第2目標値の関数として決定する第2関数決定処理と、第1評価関数により推定される第1評価指標の値と、第2評価関数により推定される第2評価指標の値と、の和が一定の範囲内に含まれるように、第1目標値と第2目標値とを決定する目標値決定処理と、を含む演算処理を行う。未走行線路データは、未走行区間の線路のカントに比例するか又は未走行区間の線路の曲率半径に反比例する形状変数を含み、前位台車の位置での形状変数を第1変数とし、後位台車の位置での形状変数を第2変数としたとき、演算処理部は、目標値決定処理では、第2変数から第1変数を減じて得られる第1値を線路の軌間で除して得られる第2値を、更に第1目標値に加えて得られる第3値が、第2目標値に等しくなる条件で、第1目標値と第2目標値とを決定する。 An inclination angle control device as one aspect of the present invention is an inclination of a vehicle body in a railroad vehicle including a vehicle body, a front bogie that supports a front portion of the vehicle body, and a rear bogie that supports a rear portion of the vehicle body. It is an inclination angle control device that controls the angle. The tilt angle control device performs data acquisition processing for acquiring untraveled track data regarding the shape of the track in the untraveled section and planned traveling conditions on the track in the untraveled section from a database relating to the shape of the entire track. Arithmetic processing that performs arithmetic processing to determine the acquisition processing unit, the first target value of the inclination angle of the front part of the vehicle body with respect to the front trolley, and the second target value of the inclination angle of the rear part of the vehicle body with respect to the rear trolley. A unit, an operation unit that inclines the front part of the vehicle body according to the first target value determined by the calculation process, and an operation unit that inclines the rear part of the vehicle body according to the second target value determined by the calculation process. Has. The arithmetic processing unit uses the first evaluation function for estimating the first evaluation index of the riding comfort including the vehicle sickness in the front part of the vehicle body when the railroad vehicle travels on the track in the non-traveling section. Based on the data and the planned driving conditions, the first function determination process that determines as a function of the first target value of the front part of the vehicle body, and the rear of the vehicle body when the railroad vehicle travels on the track in the non-traveling section The second evaluation function for estimating the second evaluation index of the ride comfort including the vehicle sickness of the part is the second target value of the rear part of the vehicle body based on the untraveled track data and the planned driving condition. The sum of the second function determination process determined as a function, the value of the first evaluation index estimated by the first evaluation function, and the value of the second evaluation index estimated by the second evaluation function is within a certain range. A target value determination process for determining a first target value and a second target value, and an arithmetic process including the target value determination process are performed so as to be included in. The untraveled track data includes a shape variable that is proportional to the cant of the track in the untraveled section or inversely proportional to the radius of curvature of the track in the untraveled section. When the shape variable at the position of the carriage is set as the second variable, the arithmetic processing unit divides the first value obtained by subtracting the first variable from the second variable by the railroad track in the target value determination process. The first target value and the second target value are determined under the condition that the obtained second value is further added to the first target value and the obtained third value is equal to the second target value.

また、他の一態様として、第1評価関数は、以下の数式(1)又は数式(2)で表され、第2評価関数は、以下の数式(3)又は数式(4)で表されてもよい。 Further, as another aspect, the first evaluation function is represented by the following mathematical formula (1) or mathematical formula (2), and the second evaluation function is represented by the following mathematical formula (3) or mathematical formula (4). May be good.

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(但し、t:時間、F(φ(t)):第1評価関数、F(φ(t)):第2評価関数、α,α:係数、μ:係数で1以上の実数、n:正の整数) (However, t: time, F 11 (t)): first evaluation function, F 22 (t)): second evaluation function, α 1 , α 2 : coefficient, μ: coefficient 1 The above real number, n: positive integer)

第1評価関数が数式(1)で表されるとき、第2評価関数は、数式(3)で表され、第1評価関数が数式(2)で表されるとき、第2評価関数は、数式(4)で表され、第1評価関数が数式(1)で表されるとき、fJT1(t)は、以下の数式(5)で表され、第1評価関数が数式(2)で表されるとき、fJT1(t)は、以下の数式(6)で表され、第2評価関数が数式(3)で表されるとき、fJT2(t)は、以下の数式(7)で表され、第2評価関数が数式(4)で表されるとき、fJT2(t)は、以下の数式(8)で表されてもよい。 When the first evaluation function is represented by the mathematical formula (1), the second evaluation function is represented by the mathematical formula (3), and when the first evaluation function is represented by the mathematical formula (2), the second evaluation function is represented by the mathematical formula (2). When the first evaluation function is expressed by the mathematical formula (4) and the first evaluation function is expressed by the mathematical formula (1), fJT1 (t) is expressed by the following mathematical formula (5) and the first evaluation function is expressed by the mathematical formula (2). When represented, f JT1 (t) is represented by the following formula (6), and when the second evaluation function is represented by the formula (3), f JT2 (t) is represented by the following formula (7). When the second evaluation function is expressed by the following mathematical expression (4), fJT2 (t) may be expressed by the following mathematical expression (8).

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(但し、a11,b11,c11,d11,a12,b12,c12,d12,e,a21,b21,c21,d21,a22,b22,c22,d22,e:係数、μ:係数で1以上の実数、n:正の整数) (However, a 11 , b 11 , c 11 , d 11 , a 12 , b 12 , c 12 , d 12 , e 1 , a 21 , b 21 , c 21 , d 21 , a 22 , b 22 , c 22. , D 22 , e 2 : Coefficient, μ: Real number with a coefficient of 1 or more, n: Positive integer)

p1(t)は、以下の数式(9)で表され、yj1(t)は、以下の数式(10)で表され、θp1(t)は、以下の数式(11)で表され、θj1(t)は、以下の数式(12)で表され、yp2(t)は、以下の数式(13)で表され、yj2(t)は、以下の数式(14)で表され、θp2(t)は、以下の数式(15)で表され、θj2(t)は、以下の数式(16)で表されてもよい。 y p1 (t) is represented by the following formula (9), y j1 (t) is represented by the following formula (10), and θ p1 (t) is represented by the following formula (11). , Θ j1 (t) is represented by the following formula (12), y p2 (t) is represented by the following formula (13), and y j2 (t) is represented by the following formula (14). Then, θ p2 (t) may be represented by the following mathematical formula (15), and θ j2 (t) may be represented by the following mathematical formula (16).

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(但し、v:走行速度、R(t):前位台車の位置での線路の曲率半径、R´(t):前位台車の位置での線路の曲率半径の時間変化率、Cs1(t):第1変数、Cs1´(t):第1変数の時間変化率、Cs1´´(t):第1変数の時間変化率の時間変化率、G:線路の軌間、φ(t):第1目標値、φ´(t):第1目標値の時間変化率、φ´´(t):第1目標値の時間変化率の時間変化率、g:重力加速度、R(t):後位台車の位置での線路の曲率半径、R´(t):後位台車の位置での線路の曲率半径の時間変化率、Cs2(t):第2変数、Cs2´(t):第2変数の時間変化率、Cs2´´(t):第2変数の時間変化率の時間変化率、φ(t):第2目標値、φ´(t):第2目標値の時間変化率、φ´´(t):第2目標値の時間変化率の時間変化率) (However, v: traveling speed, R 1 (t): radius of curvature of the track at the position of the front trolley, R 1 '(t): rate of change of radius of curvature of the track at the position of the front trolley, C s1 (t): a first variable, C s1 '(t): time change rate of the first variable, C s1'' (t): time rate of change of the time rate of change of the first variable, G: lines gauge, phi 1 (t): the first target value, φ 1 '(t): time change rate of the first target value, φ 1'' (t): time rate of change of the time rate of change of the first target value, g: Gravity acceleration, R 2 (t): radius of curvature of the track at the position of the rear trolley, R 2 '(t): rate of change of radius of curvature of the track at the position of the rear trolley, C s2 (t): the second variable, C s2 '(t): time change rate of the second variable, C s2'' (t): time rate of change of the time rate of change of the second variable, phi 2 (t): the second target value, φ 2 ′ (t): time change rate of the second target value, φ 2 ″ (t): time change rate of the time change rate of the second target value)

f1(t)は、以下の数式(17)で表され、yf2(t)は、以下の数式(18)で表されてもよい。 y f1 (t) may be represented by the following mathematical formula (17), and y f2 (t) may be represented by the following mathematical formula (18).

Figure 2021165099
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(但し、τ:時間) (However, τ: time)

11(τ)、h12(τ)、h21(τ)及びh22(τ)の各々は、0.3Hz以下の入力を強調するフィルタであってもよい。 Each of h 11 (τ), h 12 (τ), h 21 (τ) and h 22 (τ) may be a filter that emphasizes an input of 0.3 Hz or less.

また、他の一態様として、演算処理部は、目標値決定処理では、以下の数式(19)で表される条件で、第1目標値と第2目標値とを決定してもよい。 Further, as another aspect, in the target value determination process, the arithmetic processing unit may determine the first target value and the second target value under the conditions represented by the following mathematical formula (19).

Figure 2021165099
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また、他の一態様として、形状変数は、未走行区間の線路のカントに等しく、Cs1(t)は、以下の数式(20)で表され、Cs2(t)は、以下の数式(21)で表されてもよい。 In another aspect, the shape variable is equal to the cant of the track in the non-traveling section, C s1 (t) is represented by the following mathematical formula (20), and C s2 (t) is represented by the following mathematical formula (t). It may be represented by 21).

Figure 2021165099
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(但し、C(t):前位台車の位置での線路のカント、C(t):後位台車の位置での線路のカント) (However, C 1 (t): cant of the track at the position of the front bogie, C 2 (t): cant of the track at the position of the rear bogie)

また、他の一態様として、形状変数は、未走行区間の線路の曲率半径に反比例し、Cs1(t)は、以下の数式(22)で表され、Cs2(t)は、以下の数式(23)で表されてもよい。 In another aspect, the shape variable is inversely proportional to the radius of curvature of the track in the non-traveling section, C s1 (t) is expressed by the following mathematical formula (22), and C s2 (t) is the following. It may be expressed by the mathematical formula (23).

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(但し、β:係数) (However, β: coefficient)

本発明の一態様としての傾斜角度制御方法は、当該傾斜角度制御装置を用いて車体の傾斜角度を制御する傾斜角度制御方法である。 The tilt angle control method as one aspect of the present invention is a tilt angle control method for controlling the tilt angle of a vehicle body using the tilt angle control device.

本発明の一態様としての鉄道車両は、当該傾斜角度制御装置を備えている。 The railroad vehicle as one aspect of the present invention includes the inclination angle control device.

本発明の一態様を適用することで、車体を台車に対して傾斜させる傾斜角度を制御する傾斜角度制御装置において、車体をねじることなく、且つ、前位台車及び後位台車の各々の位置での乗り心地及び乗り物酔いの各々の評価を最適化できるように、前後台車の各々での傾斜角度の目標値を決定することができる。 By applying one aspect of the present invention, in the tilt angle control device for controlling the tilt angle for tilting the vehicle body with respect to the bogie, the vehicle body is not twisted and at each position of the front bogie and the rear bogie. The target value of the inclination angle of each of the front and rear bogies can be determined so that the evaluation of each of the riding comfort and motion sickness can be optimized.

比較例1の鉄道車両が直線区間から緩和曲線に進入する際の状態を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the state when the railroad vehicle of the comparative example 1 enters a relaxation curve from a straight section. 実施の形態1の傾斜角度制御装置を備えた鉄道車両の概略構成を模式的に示す斜視図である。It is a perspective view which shows typically the schematic structure of the railroad vehicle provided with the inclination angle control device of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の傾斜角度制御装置を備えた鉄道車両の概略構成を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the schematic structure of the railroad vehicle provided with the inclination angle control device of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の傾斜角度制御装置を備えた鉄道車両の概略構成を模式的に示す正面図である。It is a front view which shows typically the schematic structure of the railroad vehicle provided with the inclination angle control device of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の傾斜角度制御方法の一部のステップを示すフロー図である。It is a flow chart which shows a part step of the inclination angle control method of Embodiment 1. FIG. 実施の形態1の傾斜角度制御方法において未走行線路データと予定走行条件から傾斜角度の目標値を決定することを説明するための図である。It is a figure for demonstrating that the target value of the inclination angle is determined from the untraveled track data and the planned traveling condition in the inclination angle control method of Embodiment 1. FIG. 実施の形態2の傾斜角度制御方法において重複して決定された傾斜角度の目標値を示す図である。It is a figure which shows the target value of the inclination angle which was determined in duplicate in the inclination angle control method of Embodiment 2. 実施の形態2の傾斜角度制御方法において線路形状に合わせて傾斜角度の目標値パターンを形成する手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of forming the target value pattern of the inclination angle according to the line shape in the inclination angle control method of Embodiment 2. 実施例1の傾斜角度制御装置を用いて算出した前位台車及び後位台車の各々の傾斜角度の目標値を示すグラフである。It is a graph which shows the target value of the inclination angle of each of the front carriage and the rear carriage calculated by using the inclination angle control device of Example 1.

以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実施の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。 It should be noted that the disclosure is merely an example, and those skilled in the art can easily conceive of appropriate changes while maintaining the gist of the invention are naturally included in the scope of the present invention. Further, in order to clarify the description, the drawings may schematically represent the width, thickness, shape, etc. of each part as compared with the embodiment, but this is just an example, and the interpretation of the present invention is used. It is not limited.

また本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。 Further, in the present specification and each figure, the same elements as those described above with respect to the above-mentioned figures may be designated by the same reference numerals, and detailed description thereof may be omitted as appropriate.

更に、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見やすくするためにハッチング(網掛け)を省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見やすくするためにハッチングを付す場合もある。 Further, in the drawings used in the embodiment, hatching (shading) may be omitted in order to make the drawings easier to see even if they are cross-sectional views. Further, even if it is a plan view, hatching may be added to make the drawing easier to see.

(実施の形態1)
<傾斜角度制御装置及び傾斜角度制御方法における技術思想>
初めに、本発明の一実施形態である実施の形態1の傾斜角度制御装置及び傾斜角度制御方法における技術思想について、比較例1の鉄道車両を参照しながら説明する。
(Embodiment 1)
<Technical concept of tilt angle control device and tilt angle control method>
First, the technical concept of the tilt angle control device and the tilt angle control method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the railway vehicle of Comparative Example 1.

図1は、比較例1の鉄道車両が直線区間から緩和曲線に進入する際の状態を模式的に示す図である。 FIG. 1 is a diagram schematically showing a state when the railroad vehicle of Comparative Example 1 enters the relaxation curve from the straight section.

図1に示すように、比較例1の鉄道車両101は、振り子式の鉄道車両であり、車体102と、車体102のうち進行方向における中央部105よりも前方側に配置された前方部分102aを支持する前位台車103aと、車体102のうち進行方向における中央部105よりも後方側に配置された後方部分102bを支持する後位台車103bと、車体102の前方部分102aを前位台車103aに対して傾斜させる前位傾斜機構104aと、車体102の後方部分102bを後位台車103bに対して傾斜させる後位傾斜機構104bと、を備えている。 As shown in FIG. 1, the railroad vehicle 101 of Comparative Example 1 is a pendulum type railcar, and has a vehicle body 102 and a front portion 102a of the vehicle body 102 arranged in front of the central portion 105 in the traveling direction. The front bogie 103a that supports, the rear bogie 103b that supports the rear portion 102b of the vehicle body 102 that is arranged behind the central portion 105 in the traveling direction, and the front portion 102a of the vehicle body 102 are used as the front bogie 103a. It is provided with a front tilting mechanism 104a that tilts the vehicle body 102, and a rear tilting mechanism 104b that tilts the rear portion 102b of the vehicle body 102 with respect to the rear bogie 103b.

このような振り子式の鉄道車両の車体を台車に対して傾斜させる傾斜角度を制御する技術が、上記特許文献1に記載されている。上記特許文献1に記載された技術では、傾斜角度の目標値は、鉄道車両1両につき1つのみであり、車体の進行方向における中央部1箇所を基準とした場合の乗り心地及び乗り物酔いを最適化することを前提として、車体の進行方向における中央部1箇所における傾斜角度の目標値を算出している。また、傾斜角度を制御する際には、車体と台車との間に設けられたアクチュエータのストロークを変化させることにより、車体を台車に対して傾斜させる傾斜角度が、算出された目標値になるように、傾斜角度を制御している。 Patent Document 1 describes a technique for controlling an inclination angle at which the body of such a pendulum type railway vehicle is inclined with respect to a bogie. In the technique described in Patent Document 1, the target value of the inclination angle is only one for each railroad vehicle, and the ride quality and motion sickness when the central portion in the traveling direction of the vehicle body is used as a reference are obtained. On the premise of optimization, the target value of the inclination angle at one central portion in the traveling direction of the vehicle body is calculated. Further, when controlling the tilt angle, the stroke of the actuator provided between the vehicle body and the bogie is changed so that the tilt angle for tilting the vehicle body with respect to the bogie becomes the calculated target value. In addition, the tilt angle is controlled.

比較例1の鉄道車両101が、上記特許文献1に記載された技術により傾斜角度を制御するものとする。このような場合、車体102を台車に対して傾斜させるためのアクチュエータは、前位台車103a及び後位台車103bの2つの台車の各々にそれぞれ設けられた前位傾斜機構104a及び後位傾斜機構104bの各々にそれぞれ設けられている。そのため、それら2つのアクチュエータは、車体102のうち進行方向における中央部105に対して車体102の進行方向に離れた2つの位置、即ち、前位台車103a及び後位台車103bの2つの位置の各々にそれぞれ配置されていることになる。また、比較例1の鉄道車両101が緩和曲線を走行する場合には、前位台車103a及び後位台車103bの2つの台車の間では、線路のカント(軌道のカント)が異なる。 It is assumed that the railroad vehicle 101 of Comparative Example 1 controls the inclination angle by the technique described in Patent Document 1. In such a case, the actuators for tilting the vehicle body 102 with respect to the bogie are the front tilt mechanism 104a and the rear tilt mechanism 104b provided on each of the two bogies of the front bogie 103a and the rear bogie 103b, respectively. It is provided for each of the above. Therefore, these two actuators are located at two positions of the vehicle body 102 that are separated from each other in the traveling direction of the vehicle body 102 with respect to the central portion 105 in the traveling direction, that is, at each of the two positions of the front bogie 103a and the rear bogie 103b. It will be arranged in each. Further, when the railroad vehicle 101 of Comparative Example 1 travels on the relaxation curve, the cant of the track (the cant of the track) is different between the two bogies of the front bogie 103a and the rear bogie 103b.

そのため、緩和曲線において前位台車103a及び後位台車103bの2つの台車にそれぞれ設けられた2つのアクチュエータに対して、上記の車体102の進行方向における中央部1箇所における傾斜角度の目標値を与えた場合には、前位台車103a及び後位台車103bの2つの位置の各々において、アクチュエータのストロークは、過大となるか又は過小となる。これにより、アクチュエータは、前位台車103a及び後位台車103bの2つの位置の間の線路のカントの差により、車体102をロール方向にねじることになる。即ち、車体102にねじりモーメントが作用することになる。 Therefore, in the relaxation curve, the target value of the inclination angle at one central portion in the traveling direction of the vehicle body 102 is given to the two actuators provided on the two bogies of the front bogie 103a and the rear bogie 103b, respectively. In this case, the stroke of the actuator becomes excessive or too small at each of the two positions of the front carriage 103a and the rear carriage 103b. As a result, the actuator twists the vehicle body 102 in the roll direction due to the difference in the cant of the track between the two positions of the front bogie 103a and the rear bogie 103b. That is, a torsional moment acts on the vehicle body 102.

例えば図1に示すように、比較例1の鉄道車両が直線区間から緩和曲線TCに進入する際には、先に緩和曲線TCに進入する前位台車103aは、カントCにより外軌RA1側の車輪が持ち上げられ、前位台車103aは曲線内側に傾斜する。このような状態で、前位傾斜機構104a及び後位傾斜機構104bの各々において、アクチュエータにより傾斜角度がφになるように制御した場合を考える。すると、車体102の前方部分102aは、水平面に対して角度(C+φ)だけ傾斜するが、後位台車103bはカントのついていない直線上にあるため、車体102の後方部分102bは、水平面に対して角度φだけ傾斜し、車体102にねじりモーメントが作用する。車体102のねじりモーメントの反力は、台車及び車軸を経由して、各車輪の輪重変化として現れることになる。この例であれば、前位台車103aの外軌RA1側の車輪、及び、後位台車103bの内軌RA2側の車輪の輪重が増大し、前位台車103aの内軌RA2側の車輪、及び、後位台車103bの外軌RA1側の車輪の輪重が減少する。 For example, as shown in FIG. 1, when the railcar of Comparative Example 1 enters the relaxation curve TC from the straight section, the front bogie 103a that first enters the relaxation curve TC is on the outer track RA1 side by the cant C. The wheels are lifted and the front bogie 103a inclines inward of the curve. In such a state, consider a case where each of the front tilt mechanism 104a and the rear tilt mechanism 104b is controlled so that the tilt angle is φ by an actuator. Then, the front portion 102a of the vehicle body 102 is inclined by an angle (C + φ) with respect to the horizontal plane, but since the rear bogie 103b is on a straight line without a cant, the rear portion 102b of the vehicle body 102 is relative to the horizontal plane. It is tilted by an angle φ, and a twisting moment acts on the vehicle body 102. The reaction force of the torsional moment of the vehicle body 102 appears as a change in the wheel load of each wheel via the bogie and the axle. In this example, the wheels on the outer rail RA1 side of the front bogie 103a and the wheels on the inner rail RA2 side of the rear bogie 103b increase, and the wheels on the inner rail RA2 side of the front bogie 103a. Further, the wheel load of the wheel on the outer track RA1 side of the rear bogie 103b is reduced.

そこで、上記特許文献2に記載された技術では、前位台車103aに対して車体102を傾斜させる傾斜角度の目標値を出力するタイミングを、後位台車103bに対して車体102を傾斜させる傾斜角度の目標値を出力するタイミングよりも遅延させる。具体的には、前位台車103aが緩和曲線TCに進入したときに、後位台車103bに対して車体を傾斜させる傾斜角度の目標値を出力して後位台車103bの傾斜角度の制御を開始し、次に、前位台車103a及び後位台車103bの2つの台車の間の距離を鉄道車両が走行するだけの時間が経過した後に、前位台車103aに対して車体を傾斜させる傾斜角度の目標値を出力して前位台車103aの傾斜角度の制御を開始する。 Therefore, in the technique described in Patent Document 2, the timing of outputting the target value of the inclination angle for inclining the vehicle body 102 with respect to the front bogie 103a is set to the inclination angle for inclining the vehicle body 102 with respect to the rear bogie 103b. It is delayed from the timing to output the target value of. Specifically, when the front bogie 103a enters the relaxation curve TC, the target value of the tilt angle for tilting the vehicle body with respect to the rear bogie 103b is output and the control of the tilt angle of the rear bogie 103b is started. Then, after the time required for the railroad vehicle to travel the distance between the two bogies of the front bogie 103a and the rear bogie 103b has elapsed, the inclination angle at which the vehicle body is tilted with respect to the front bogie 103a The target value is output and the control of the inclination angle of the front bogie 103a is started.

しかしながら、上記特許文献2に記載された技術では、例えば上記特許文献1に記載された技術で算出された車体102のうち進行方向における中央部105の1箇所における傾斜角度の目標値を、前位台車103a及び後位台車103bの2つの位置でのそれぞれの傾斜角度の目標値とするものであり、車体102のうち進行方向における中央部105の1箇所における傾斜角度の目標値を、前位台車103a用及び後位台車103b用として、時間をずらして出力している。このような場合、目標値を算出するための論理演算を行う演算量が少なくなることにより傾斜角度制御装置が簡便になり、鉄道車両に傾斜角度制御装置を容易に搭載することができるという利点はある。しかしながら、上記特許文献2に記載された技術では、前位台車103a及び後位台車103bの2つの位置の間での線路のカントの差を反映して目標値を算出しているわけではない。そのため、前位台車103a及び後位台車103bの2つの位置の間での線路のカントの差によっては、算出された目標値が正確でないおそれがある。 However, in the technique described in Patent Document 2, for example, the target value of the inclination angle at one position of the central portion 105 in the traveling direction of the vehicle body 102 calculated by the technique described in Patent Document 1 is set to the front position. The target value of the inclination angle at each of the two positions of the bogie 103a and the rear bogie 103b is set, and the target value of the inclination angle at one position of the central portion 105 in the traveling direction of the vehicle body 102 is set as the target value of the inclination angle of the front bogie. The outputs are staggered for the 103a and the rear bogie 103b. In such a case, there is an advantage that the tilt angle control device becomes simple and the tilt angle control device can be easily mounted on the railroad vehicle by reducing the amount of calculation for performing the logical operation for calculating the target value. be. However, in the technique described in Patent Document 2, the target value is not calculated by reflecting the difference in the cant of the track between the two positions of the front bogie 103a and the rear bogie 103b. Therefore, the calculated target value may not be accurate depending on the difference in the cant of the track between the two positions of the front bogie 103a and the rear bogie 103b.

例えば、線路(軌道)にカントが設けられていない曲線区間においては、前位台車103a及び後位台車103bの2つの位置の間での線路のカントの差はゼロであるため、前位台車103aに対して車体102を傾斜させる傾斜角度の目標値を出力するタイミングを、後位台車103bに対して車体102を傾斜させる傾斜角度の目標値を出力するタイミングよりも遅延させる必要はない。しかしながら、上記特許文献2に記載された技術では、線路にカントが設けられていない曲線区間であっても、車体を台車に対して傾斜させる必要があり、車体を台車に対して傾斜させる傾斜角度の目標値は算出されるため、前位台車103aに対して車体102の前方部分102aを傾斜させる傾斜角度の目標値を出力するタイミングを、後位台車103bに対して車体102の後方部分102bを傾斜させる傾斜角度の目標値を出力するタイミングよりも遅延させてしまうことになる。 For example, in a curved section where a cant is not provided on the track (track), the difference in the cant of the track between the two positions of the front bogie 103a and the rear bogie 103b is zero, so that the front bogie 103a It is not necessary to delay the timing of outputting the target value of the tilt angle for tilting the vehicle body 102 with respect to the timing of outputting the target value of the tilt angle for tilting the vehicle body 102 with respect to the rear bogie 103b. However, in the technique described in Patent Document 2, it is necessary to incline the vehicle body with respect to the bogie even in a curved section in which the track is not provided with a cant, and the inclination angle for inclining the vehicle body with respect to the bogie. Since the target value of the above is calculated, the timing of outputting the target value of the inclination angle for inclining the front portion 102a of the vehicle body 102 with respect to the front bogie 103a is set to the rear portion 102b of the vehicle body 102 with respect to the rear bogie 103b. It will be delayed from the timing to output the target value of the tilt angle to be tilted.

そこで、本発明の一実施形態である実施の形態1の傾斜角度制御装置では、前位台車及び後位台車の各々の位置で、車体左右加速度、車体左右ジャーク、車体ロール角速度及び車体ロール角加速度を、線路曲率値、カント、走行速度及び傾斜角度の関数として表現する。次に、前位台車における車両運動の評価関数を、前位台車における乗り心地評価関数と、前位台車における乗り物酔い評価関数とを、重み付け係数を用いて合成したものとして表現する。また、後位台車における車両運動の評価関数を、後位台車における乗り心地評価関数と、後位台車における乗り物酔い評価関数とを、重み付け係数を用いて合成したものとして表現する。 Therefore, in the tilt angle control device of the first embodiment, which is one embodiment of the present invention, the vehicle body left / right acceleration, the vehicle body left / right jerk, the vehicle body roll angular velocity, and the vehicle body roll angular acceleration are performed at the respective positions of the front trolley and the rear trolley. Is expressed as a function of the line curvature value, cant, traveling speed and inclination angle. Next, the evaluation function of the vehicle motion in the front trolley is expressed as a combination of the ride comfort evaluation function in the front trolley and the motion sickness evaluation function in the front trolley using a weighting coefficient. Further, the evaluation function of the vehicle motion in the rear trolley is expressed as a combination of the ride comfort evaluation function in the rear trolley and the motion sickness evaluation function in the rear trolley using a weighting coefficient.

また、本実施の形態1の傾斜角度制御装置では、前位台車の位置での傾斜角度の目標値を目標値φとし、後位台車の位置での傾斜角度の目標値を目標値φとし、前位台車及び後位台車の各々の位置の間の線路のカント(軌道のカント)の差をΔCとし、線路軌間をGとしたとき、後位台車の位置での傾斜角度の目標値を、φ=φ+ΔC/Gにより算出する。また、前位台車の位置での乗り心地評価関数にφ=φ+ΔC/Gを代入し、後位台車の位置での傾斜角度の目標値φの関数を、前位台車の位置での傾斜角度の目標値φの関数に変換することにより、後位台車の位置での乗り心地評価関数を決定する。 Further, an inclination angle control device of the first embodiment, prior to position the target value of the inclination angle at the position of the carriage to the target value phi 1, a target value a target value of the inclination angle at the position of the succeeding truck phi 2 When the difference in track cant (track cant) between the positions of the front trolley and the rear trolley is ΔC and the track spacing is G, the target value of the inclination angle at the position of the rear trolley. Is calculated by φ 2 = φ 1 + ΔC / G. In addition, φ 2 = φ 1 + ΔC / G is substituted for the ride comfort evaluation function at the position of the front trolley, and the function of the target value φ 2 of the inclination angle at the position of the rear trolley is used at the position of the front trolley. by converting the target values phi 1 function of the tilt angle, which determines the riding comfort evaluation function at the position of succeeding carriage.

これにより、後位台車の位置における車両運動の評価関数を、前位台車の位置における傾斜角度の目標値φの関数として表現することができる。そのため、前位台車の位置での傾斜角度の目標値、及び、後位台車の位置での傾斜角度の目標値として、「車体をねじらない(ひねらない)」という拘束条件が課された状態で、前位台車の位置における車両運動の評価関数の値と、後位台車の位置における評価関数の値と、の和を最小にする、傾斜角度の目標値を、算出することができる。「車体をねじらない」という拘束条件が課されない場合、「車体をねじらない」という拘束条件が課される場合に比べ、前位台車の位置における車両運動の評価関数と、後位台車の位置における評価関数と、の和を、更に小さくすることができる。しかしながら、「車体をねじらない」という拘束条件が課されない場合には、車体がねじられることになる。そこで、「車体をねじらない」という拘束条件を課すことにより、車体がねじられないようにし、その代償として、前位台車の位置における車両運動の評価関数の値と、後位台車の位置における評価関数の値と、の和自体の最小値が、「車体をねじらない」という拘束条件を課さない場合よりも、若干大きくなることについては、許容することになる。 Thus, the evaluation function of vehicle motion at the position of the succeeding truck, can be expressed as a function of the target value phi 1 of the inclination angle at the position of the front position truck. Therefore, as the target value of the tilt angle at the position of the front trolley and the target value of the tilt angle at the position of the rear trolley, a restraint condition of "do not twist (twist) the vehicle body" was imposed. In the state, the target value of the inclination angle that minimizes the sum of the value of the evaluation function of the vehicle motion at the position of the front trolley and the value of the evaluation function at the position of the rear trolley can be calculated. When the restraint condition of "do not twist the car body" is not imposed, the evaluation function of the vehicle motion at the position of the front bogie and the evaluation function of the rear bogie are compared with the case where the restraint condition of "do not twist the car body" is imposed. The sum of the evaluation function at the position and the evaluation function can be further reduced. However, if the restraint condition of "not twisting the car body" is not imposed, the car body will be twisted. Therefore, by imposing a restraint condition of "not twisting the vehicle body", the vehicle body is prevented from being twisted, and as a compensation, the value of the evaluation function of the vehicle motion at the position of the front bogie and the position of the rear bogie It is permissible that the minimum value of the sum of the value of the evaluation function and the sum itself is slightly larger than the case where the constraint condition of "not twisting the vehicle body" is not imposed.

以下では、実施の形態1の傾斜角度制御装置及び傾斜角度制御方法の詳細について説明する。 Hereinafter, the details of the tilt angle control device and the tilt angle control method according to the first embodiment will be described.

<傾斜角度制御装置及び傾斜角度制御方法>
次に、実施の形態1の傾斜角度制御装置及び傾斜角度制御方法について説明する。本実施の形態1の傾斜角度制御装置は、車体と、車体のうち進行方向における中央部よりも前方側に配置された部分である前方部分を支持する前位台車と、車体のうち進行方向における中央部よりも後方側に配置された部分である後方部分を支持する後位台車と、車体の前方部分を前位台車に対して車体の幅方向に傾斜させる前位傾斜機構と、車体の後方部分を後位台車に対して車体の幅方向に傾斜させる後位傾斜機構と、を備えた鉄道車両、即ち振り子式の鉄道車両に備えられている。
<Inclination angle control device and inclination angle control method>
Next, the tilt angle control device and the tilt angle control method according to the first embodiment will be described. The tilt angle control device of the first embodiment includes a vehicle body, a front bogie that supports a front portion of the vehicle body arranged on the front side of the central portion in the traveling direction, and a vehicle body in the traveling direction. A rear bogie that supports the rear part, which is a part located on the rear side of the central part, a front tilt mechanism that tilts the front part of the car body in the width direction of the car body with respect to the front bogie, and the rear of the car body. It is provided in a railroad vehicle equipped with a rearward tilting mechanism that tilts a portion in the width direction of the vehicle body with respect to a rearward bogie, that is, a pendulum type railroad vehicle.

また、本実施の形態1の傾斜角度制御装置は、このような鉄道車両が線路上を走行する際に、車体の前方部分を前位傾斜機構により前位台車に対して車体の幅方向に傾斜させる傾斜角度、及び、車体の後方部分を後位傾斜機構により後位台車に対して車体の幅方向に傾斜させる傾斜角度、を制御する傾斜角度制御装置である。また、本実施の形態1の傾斜角度制御方法は、このような鉄道車両が線路上を走行する際に、車体の前方部分を前位傾斜機構により前位台車に対して車体の幅方向に傾斜させる傾斜角度、及び、車体の後方部分を後位傾斜機構により後位台車に対して車体の幅方向に傾斜させる傾斜角度を、本実施の形態1の傾斜角度制御装置を用いて制御する傾斜角度制御方法である。 Further, in the tilt angle control device of the first embodiment, when such a railroad vehicle travels on a railroad track, the front portion of the vehicle body is tilted in the width direction of the vehicle body with respect to the front trolley by the front tilt mechanism. It is a tilt angle control device that controls the tilt angle to be tilted and the tilt angle to tilt the rear portion of the vehicle body in the width direction of the vehicle body with respect to the rear trolley by the rear tilt mechanism. Further, in the tilt angle control method of the first embodiment, when such a railroad vehicle travels on a railroad track, the front portion of the vehicle body is tilted in the width direction of the vehicle body with respect to the front trolley by the front tilt mechanism. The tilt angle to be tilted and the tilt angle to tilt the rear portion of the vehicle body in the width direction of the vehicle body with respect to the rear trolley by the rear tilt mechanism are controlled by using the tilt angle control device of the first embodiment. It is a control method.

図2は、実施の形態1の傾斜角度制御装置を備えた鉄道車両の概略構成を模式的に示す斜視図である。図3及び図4は、実施の形態1の傾斜角度制御装置を備えた鉄道車両の概略構成を模式的に示す正面図である。図4は、線路のカント及び車体の傾斜角度を説明するための図である。 FIG. 2 is a perspective view schematically showing a schematic configuration of a railroad vehicle provided with the tilt angle control device of the first embodiment. 3 and 4 are front views schematically showing a schematic configuration of a railway vehicle provided with the tilt angle control device of the first embodiment. FIG. 4 is a diagram for explaining a cant of a railroad track and an inclination angle of a vehicle body.

図2及び図3に示すように、本実施の形態1の傾斜角度制御装置を備えた鉄道車両1は、振り子式の鉄道車両であり、車体2と、台車3としての前位台車3aと、台車3としての後位台車3bと、傾斜機構4としての前位傾斜機構4aと、傾斜機構4としての後位傾斜機構4bと、を備えている。前位台車3aは、車体2のうち進行方向における中央部5よりも前方側に配置された前方部分2aを支持する。後位台車3bは、車体2のうち進行方向における中央部5よりも進行方向後方側に配置された後方部分2bを支持する。前位傾斜機構4aは、車体2のうち前方部分2aを前位台車3aに対して傾斜させる。後位傾斜機構4bは、車体2のうち後方部分2bを後位台車3bに対して傾斜させる。 As shown in FIGS. 2 and 3, the railroad vehicle 1 provided with the tilt angle control device of the first embodiment is a pendulum type railcar, and includes a vehicle body 2, a front bogie 3a as the bogie 3. It includes a rear bogie 3b as a bogie 3, a front tilt mechanism 4a as a tilt mechanism 4, and a rear tilt mechanism 4b as a tilt mechanism 4. The front bogie 3a supports the front portion 2a of the vehicle body 2 arranged on the front side of the central portion 5 in the traveling direction. The rear bogie 3b supports the rear portion 2b of the vehicle body 2 arranged on the rear side in the traveling direction with respect to the central portion 5 in the traveling direction. The front tilting mechanism 4a tilts the front portion 2a of the vehicle body 2 with respect to the front bogie 3a. The rear tilting mechanism 4b tilts the rear portion 2b of the vehicle body 2 with respect to the rear bogie 3b.

台車3は、複数の車輪11と、複数の車輪11同士を連結した複数の車軸12と、複数の車軸12により支持された台車枠13と、を有する。傾斜機構4は、台車枠13に設けられた振子装置14と、振子梁15と、を有する。振子装置14と振子梁15とにより、車体2は台車3に対して車体2の幅方向に傾斜可能に設けられている。 The bogie 3 has a plurality of wheels 11, a plurality of axles 12 in which the plurality of wheels 11 are connected to each other, and a bogie frame 13 supported by the plurality of axles 12. The tilting mechanism 4 has a pendulum device 14 provided on the bogie frame 13 and a pendulum beam 15. The vehicle body 2 is provided so as to be inclined in the width direction of the vehicle body 2 with respect to the carriage 3 by the pendulum device 14 and the pendulum beam 15.

前述したように、鉄道車両1は、車体2のうち前方部分2aを支持する台車3としての前位台車3aと、傾斜機構4としての前位傾斜機構4aと、を有する。従って、前位台車3aは、複数の車輪11aと、複数の車輪11a同士を連結した複数の車軸12aと、複数の車軸12aにより支持された台車枠13aと、を有する。また、前位傾斜機構4aは、台車枠13aに設けられた振子装置14aと、振子梁15aと、を有する。振子装置14aと振子梁15aとにより、車体2のうち前方部分2aは、前位台車3aに対して車体2の幅方向に傾斜可能に設けられている。 As described above, the railroad vehicle 1 has a front bogie 3a as a bogie 3 that supports the front portion 2a of the vehicle body 2, and a front tilt mechanism 4a as a tilt mechanism 4. Therefore, the front bogie 3a has a plurality of wheels 11a, a plurality of axles 12a in which the plurality of wheels 11a are connected to each other, and a bogie frame 13a supported by the plurality of axles 12a. Further, the front tilting mechanism 4a has a pendulum device 14a provided on the bogie frame 13a and a pendulum beam 15a. The front portion 2a of the vehicle body 2 is provided so as to be inclined in the width direction of the vehicle body 2 with respect to the front bogie 3a by the pendulum device 14a and the pendulum beam 15a.

また、前述したように、鉄道車両1は、車体2のうち後方部分2bを支持する台車3としての後位台車3bと、傾斜機構4としての後位傾斜機構4bと、を有する。従って、後位台車3bは、複数の車輪11bと、複数の車輪11b同士を連結した複数の車軸12bと、複数の車軸12bにより支持された台車枠13bと、を有する。また、後位傾斜機構4bは、台車枠13bに設けられた振子装置14bと、振子梁15bと、を有する。振子装置14bと振子梁15bとにより、車体2のうち後方部分2bは、後位台車3bに対して車体2の幅方向に傾斜可能に設けられている。 Further, as described above, the railroad vehicle 1 has a rear bogie 3b as a bogie 3 for supporting the rear portion 2b of the vehicle body 2, and a rear tilt mechanism 4b as a tilt mechanism 4. Therefore, the rear bogie 3b has a plurality of wheels 11b, a plurality of axles 12b in which the plurality of wheels 11b are connected to each other, and a bogie frame 13b supported by the plurality of axles 12b. Further, the rear tilting mechanism 4b has a pendulum device 14b provided on the bogie frame 13b and a pendulum beam 15b. The rear portion 2b of the vehicle body 2 is provided so as to be inclined in the width direction of the vehicle body 2 with respect to the rear bogie 3b by the pendulum device 14b and the pendulum beam 15b.

図2及び図3に示すように、本実施の形態1の傾斜角度制御装置を傾斜角度制御装置20とすると、傾斜角度制御装置20は、鉄道車両1に備えられ、動作部21と、データベース22と、処理部23と、を有する。処理部23は、データ取得処理部24と、演算処理部25と、を有する。 As shown in FIGS. 2 and 3, assuming that the tilt angle control device 20 of the first embodiment is the tilt angle control device 20, the tilt angle control device 20 is provided in the railroad vehicle 1, and has an operation unit 21 and a database 22. And a processing unit 23. The processing unit 23 includes a data acquisition processing unit 24 and an arithmetic processing unit 25.

動作部21は、台車3に対して車体2の幅方向に傾斜可能に設けられた車体2を、車体2の幅方向に傾斜させる。動作部21は、振子梁15を揺動させることにより、車体2を、車体2の幅方向に傾斜させる。動作部21として、作動流体によるアクチュエータ又は電気モータによるアクチュエータ等を用いることができる。 The operation unit 21 tilts the vehicle body 2 provided so as to be inclined in the width direction of the vehicle body 2 with respect to the bogie 3 in the width direction of the vehicle body 2. The operating unit 21 swings the pendulum beam 15 to incline the vehicle body 2 in the width direction of the vehicle body 2. As the operating unit 21, an actuator using a working fluid, an actuator using an electric motor, or the like can be used.

前述したように、鉄道車両1は、車体2のうち前方部分2aを支持する台車3としての前位台車3aと、傾斜機構4としての前位傾斜機構4aと、を有する。従って、前位台車3aに設けられた動作部21を動作部21aとすると、動作部21aは、前位台車3aに対して車体2の幅方向に傾斜可能に設けられた車体2を、前位傾斜機構4aにより車体2の幅方向に傾斜させる。また、動作部21aは、前位傾斜機構4aにより振子梁15aを揺動させることで、演算処理にて決定された目標値に合わせて、車体2の前方部分2aを、車体2の幅方向に傾斜させる。 As described above, the railroad vehicle 1 has a front bogie 3a as a bogie 3 that supports the front portion 2a of the vehicle body 2, and a front tilt mechanism 4a as a tilt mechanism 4. Therefore, assuming that the operating unit 21 provided on the front bogie 3a is the operating unit 21a, the operating unit 21a raises the vehicle body 2 provided so as to be inclined in the width direction of the vehicle body 2 with respect to the front bogie 3a. The tilting mechanism 4a tilts the vehicle body 2 in the width direction. Further, the moving portion 21a swings the pendulum beam 15a by the front tilting mechanism 4a to move the front portion 2a of the vehicle body 2 in the width direction of the vehicle body 2 in accordance with the target value determined by the calculation process. Tilt.

前述したように、鉄道車両1は、車体2のうち後方部分2bを支持する台車3としての後位台車3bと、傾斜機構4としての後位傾斜機構4bと、を有する。従って、後位台車3bに設けられた動作部21を動作部21bとすると、動作部21bは、後位台車3bに対して車体2の幅方向に傾斜可能に設けられた車体2を、後位傾斜機構4bにより車体2の幅方向に傾斜させる。また、動作部21bは、後位傾斜機構4bにより振子梁15bを揺動させることで、演算処理にて決定された目標値に合わせて、車体2の後方部分2bを、車体2の幅方向に傾斜させる。 As described above, the railroad vehicle 1 has a rear bogie 3b as a bogie 3 that supports the rear portion 2b of the vehicle body 2, and a rear tilt mechanism 4b as a tilt mechanism 4. Therefore, assuming that the operating unit 21 provided on the rear bogie 3b is the operating unit 21b, the operating unit 21b rear-positions the vehicle body 2 provided so as to be inclined in the width direction of the vehicle body 2 with respect to the rear bogie 3b. The tilting mechanism 4b tilts the vehicle body 2 in the width direction. Further, the moving portion 21b swings the pendulum beam 15b by the rear tilting mechanism 4b, so that the rear portion 2b of the vehicle body 2 is moved in the width direction of the vehicle body 2 in accordance with the target value determined by the calculation process. Tilt.

データベース22は、線路全体の形状に関するデータ、即ち線路の全区間の形状に関するデータとして、線路の曲率半径R(t)と、線路のカントC(t)と、線路の軌間Gと、を記憶している。図4に示すように、線路のカントC(t)とは、左右のレールの高低差であり、軌間Gとは、左右のレール間の長さである。また、データベース22は、線路全体の形状に関するデータ、即ち線路の全区間の形状に関するデータとして、線路のカントC(t)を記憶していてもよいが、後述する形状変数として、線路の曲率半径R(t)に反比例する形状変数を用いる場合には、線路のカントC(t)を記憶していなくてもよい。 The database 22 stores the radius of curvature R (t) of the track, the cant C (t) of the track, and the gauge G of the track as data relating to the shape of the entire track, that is, data relating to the shape of the entire section of the track. ing. As shown in FIG. 4, the cant C (t) of the track is the height difference between the left and right rails, and the gauge G is the length between the left and right rails. Further, the database 22 may store the cant C (t) of the line as data related to the shape of the entire line, that is, data related to the shape of the entire section of the line, but the radius of curvature of the line is used as a shape variable described later. When using a shape variable that is inversely proportional to R (t), it is not necessary to store the cant C (t) of the line.

処理部23は、動作部21及びデータベース22と接続され、処理部23のうちデータ取得処理部24は、データベース22と接続され、処理部23のうち演算処理部25は、動作部21と接続されている。処理部23、データ取得処理部24及び演算処理部25として、例えば以下の動作及び処理を行うためのプログラムを実行するコンピュータを用いることができる。 The processing unit 23 is connected to the operation unit 21 and the database 22, the data acquisition processing unit 24 of the processing units 23 is connected to the database 22, and the arithmetic processing unit 25 of the processing units 23 is connected to the operation unit 21. ing. As the processing unit 23, the data acquisition processing unit 24, and the arithmetic processing unit 25, for example, a computer that executes a program for performing the following operations and processes can be used.

データ取得処理部24は、現時点tでの前位台車3aの地点P及び走行速度vを検出する。また、データ取得処理部24は、線路全体の形状に関するデータベース22から、未走行区間の線路の形状に関する未走行線路データη(t)と、未走行区間の線路上における予定走行条件β(t)と、を取得する。なお、本実施の形態1では、予定走行条件β(t)は、現時点tにおける走行速度vである。 The data acquisition processing unit 24 detects the point P c and the traveling speed v c of the front bogie 3a at the current t c. Further, the data acquisition processing unit 24 uses the database 22 regarding the shape of the entire track to obtain the untraveled track data η (t) regarding the shape of the track in the untraveled section and the planned traveling condition β (t) on the track in the untraveled section. And get. In the first embodiment, the planned running condition β (t) is the running speed v c at the present time t c.

後述する図6を用いて説明するように、未走行区間の線路上を鉄道車両1が走行する際の前位台車3aの位置については、未走行線路データη(t)は、未走行区間の線路の曲率半径R(t)と、未走行区間の線路のカントC(t)に比例するか又は未走行区間の線路の曲率半径R(t)に反比例する形状変数Cs1(t)と、線路の軌間Gと、を含む。また、未走行区間の線路上を鉄道車両1が走行する際の後位台車3bの位置については、未走行線路データη(t)は、未走行区間の線路の曲率半径R(t)と、未走行区間の線路のカントC(t)に比例するか又は未走行区間の線路の曲率半径R(t)に反比例する形状変数Cs2(t)と、線路の軌間Gと、を含む。 As will be described with reference to FIG. 6 described later, with respect to the position of the front trolley 3a when the railroad vehicle 1 travels on the track in the untraveled section, the untraveled track data η (t) is the untraveled section. radius of curvature R 1 of the line (t), non-running line of cant C 1 interval (t) proportional to either or not the curvature of the line of travel segment radius R 1 shape variables C s1 which is inversely proportional to (t) (t ) And the track gauge G. Also, the position of the position carriage 3b after the time of the upper line of the non-traveling zone the railway vehicle 1 is traveling, the non-traveling line data eta (t) is the curvature of the line of non-travel section radius R 2 (t) , The shape variable C s2 (t) proportional to the cant C 2 (t) of the track in the untraveled section or inversely proportional to the radius of curvature R 2 (t) of the track in the untraveled section, and the gauge G of the track. include.

後述する図6を用いて説明するように、未走行区間の線路上を鉄道車両1が走行する際の前位台車3aの位置については、データ取得処理部24は、現時点tでの前位台車3aの地点P及び走行速度vを検出する。また、未走行区間の線路上を鉄道車両1が走行する際の前位台車3aの位置については、未走行区間の線路とは、現時点t以降の時点tから一定時間T後の時点tまでの時間内に前位台車3aが走行すべき未走行区間の線路である。後位台車3bについても同様である。 As will be described with reference to FIG. 6 to be described later, regarding the position of the front bogie 3a when the railroad vehicle 1 travels on the track in the untraveled section, the data acquisition processing unit 24 has the front position at the current t c. The point P c and the traveling speed v c of the trolley 3a are detected. Further, regarding the position of the front bogie 3a when the railroad vehicle 1 travels on the track in the non-traveling section, the track in the non-traveling section is the time point after T 0 for a certain period of time from the time t 0 after the current t c. time in prior position carriage 3a to t 1 is the line of non-travel section should travel. The same applies to the rear bogie 3b.

未走行区間の線路上を鉄道車両1が走行する際の前位台車3aの位置については、演算処理部25は、取得した未走行線路データη(t)と、未走行区間の予定走行条件β(t)である予定走行速度(走行速度)vと、に基づいて、形状変数Cs1(t)の時間変化率Cs1´(t)と、形状変数Cs1(t)の時間変化率Cs1´(t)の時間変化率Cs1´´(t)と、曲率半径R(t)の時間変化率R´(t)と、を決定することができる。また、未走行区間の線路上を鉄道車両1が走行する際の後位台車3bの位置については、演算処理部25は、取得した未走行線路データη(t)と、未走行区間の予定走行条件β(t)である予定走行速度(走行速度)vと、に基づいて、形状変数Cs2(t)の時間変化率Cs2´(t)と、形状変数Cs2(t)の時間変化率Cs2´(t)の時間変化率Cs2´´(t)と、曲率半径R(t)の時間変化率R´(t)と、を決定することができる。 Regarding the position of the front carriage 3a when the railroad vehicle 1 travels on the track in the non-traveling section, the arithmetic processing unit 25 uses the acquired untraveled track data η (t) and the planned traveling condition β in the non-traveling section. a predetermined traveling speed (vehicle speed) v is a (t), based on a time rate of change of shape variables C s1 (t) C s1 ' (t), the time rate of change of the shape variables C s1 (t) C s1 'time rate of change C s1'' of (t) (t), the time change rate R 1 of curvature R 1 (t)' (t), the can be determined. Further, regarding the position of the rear trolley 3b when the railroad vehicle 1 travels on the track in the non-traveling section, the arithmetic processing unit 25 uses the acquired untraveled track data η (t) and the scheduled traveling in the non-traveling section. conditions β and planned running speed (traveling speed) v is a (t), based on the time rate of change of the shape variables C s2 (t) and C s2 '(t), the time change of the shape variables C s2 (t) rate C s2 'time rate of change C s2'' of (t) (t), the time change rate R 2 of the radius of curvature R 2 (t)' (t), the can be determined.

演算処理部25は、未走行区間の線路上を鉄道車両1が走行する際の、車体2の前方部分2aの乗り物酔いを含めた乗り心地の評価指標を推定するための評価関数F(φ(t))を、車体2の前方部分2aの前位台車3aに対する傾斜角度の目標値φ(t)を変数として有する関数として決定する第1関数決定処理を行うことができる。具体的には、評価関数F(φ(t))を、以下の数式(1)又は数式(2)として決定することができる。 The arithmetic processing unit 25 is an evaluation function F 1 (φ) for estimating an evaluation index of riding comfort including motion sickness in the front portion 2a of the vehicle body 2 when the railway vehicle 1 travels on a track in a non-traveling section. 1 (t)), it is possible to perform the first function determination process for determining as a function having the target value of the inclination angle with respect to previous position carriage 3a of the front portion 2a of the vehicle body 2 phi 1 (t) as a variable. Specifically, the evaluation function F 11 (t)) can be determined as the following mathematical formula (1) or mathematical formula (2).

Figure 2021165099
Figure 2021165099

Figure 2021165099
Figure 2021165099

上記数式(1)及び上記数式(2)において、tは時間、F(φ(t))は評価関数、αは係数、μは係数で1以上の実数、nは正の整数である。 In the above formula (1) and the above formula (2), t is time, F 11 (t)) is an evaluation function, α 1 is a coefficient, μ is a coefficient, a real number of 1 or more, and n is a positive integer. be.

また、演算処理部25は、未走行区間の線路上を鉄道車両1が走行する際の、車体2の後方部分2bの乗り物酔いを含めた乗り心地の評価指標を推定するための評価関数F(φ(t))を、車体2の後方部分2bの後位台車3bに対する傾斜角度の目標値φ(t)を変数として有する関数として決定する第2関数決定処理を行うことができる。具体的には、評価関数F(φ(t))を、以下の数式(3)又は数式(4)として決定することができる。 Further, the arithmetic processing unit 25 is an evaluation function F 2 for estimating an evaluation index of riding comfort including motion sickness of the rear portion 2b of the vehicle body 2 when the railway vehicle 1 travels on the track in the non-traveling section. the (φ 2 (t)), it is possible to perform a second function determination process for determining as a function with a target value phi 2 (t) of the angle of inclination with respect to the position carriage 3b after the body 2 of the rear portion 2b as a variable. Specifically, the evaluation function F 2 (phi 2 (t)), the following equation (3) or may be determined as Equation (4).

Figure 2021165099
Figure 2021165099

Figure 2021165099
Figure 2021165099

上記数式(3)及び上記数式(4)において、tは時間、F(φ(t))は評価関数、αは係数、μは係数で1以上の実数、nは正の整数である。 In the above formula (3) and the above formula (4), t is the time, F 22 (t)) is the evaluation function, α 2 is the coefficient, μ is the coefficient, which is a real number of 1 or more, and n is a positive integer. be.

なお、評価関数F(φ(t))が上記数式(1)で表されるとき、評価関数F(φ(t))は、上記数式(3)で表され、評価関数F(φ(t))が上記数式(2)で表されるとき、評価関数F(φ(t))は、上記数式(4)で表される。 When the evaluation function F 11 (t)) is expressed by the above mathematical formula (1), the evaluation function F 22 (t)) is expressed by the above mathematical formula (3), and the evaluation function F When 11 (t)) is expressed by the above mathematical formula (2), the evaluation function F 22 (t)) is expressed by the above mathematical formula (4).

ここで、上記数式(1)又は上記数式(2)は、乗り心地に関する評価関数であるfJT1(t)の項と、乗り物酔いに関するyf1(t)の項と、から構成されている。具体的には、車体2の前方部分2aの前位台車3aに対する傾斜角度の目標値φ(t)を変数として有する以下の数式(24)として決定することができる。なお、以下では、前位台車3aの位置に関し、未走行線路データη(t)、予定走行条件β(t)を、未走行線路データη(t)、予定走行条件β(t)と表記する。 Here, the above formula (1) or the above formula (2) is composed of a term of fJT1 (t) which is an evaluation function related to ride comfort and a term of y f1 (t) related to motion sickness. Specifically, it can be determined as the following mathematical formula (24) having the target value φ 1 (t) of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 with respect to the front bogie 3a as a variable. In the following, regarding the position of the front bogie 3a, the untraveled track data η (t) and the planned traveling condition β (t) are referred to as the untraveled track data η 1 (t) and the planned traveling condition β 1 (t). write.

Figure 2021165099
Figure 2021165099

また、上記数式(3)又は上記数式(4)は、乗り心地に関する評価関数であるfJT2(t)の項と、乗り物酔いに関するyf2(t)の項と、から構成されている。具体的には、車体2の後方部分2bの後位台車3bに対する傾斜角度の目標値φ(t)を変数として有する以下の数式(25)として決定することができる。なお、以下では、後位台車3bの位置に関し、未走行線路データη(t)、予定走行条件β(t)を、未走行線路データη(t)、予定走行条件β(t)と表記する。 Further, the above mathematical formula (3) or the above mathematical formula (4) is composed of a term of fJT2 (t) which is an evaluation function related to ride comfort and a term of y f2 (t) related to motion sickness. Specifically, it can be determined as the following equation with the target value of the inclination angle with respect to position carriage 3b after the vehicle 2 rear portion 2b phi 2 (t), as a variable (25). In the following, regarding the position of the rear bogie 3b, the untraveled track data η (t) and the planned traveling condition β (t) are referred to as the untraveled track data η 2 (t) and the planned traveling condition β 2 (t). write.

Figure 2021165099
Figure 2021165099

以下、それぞれの項に分けて説明する。 Hereinafter, each section will be described separately.

まず、初めに、fJT1(t)の項及びfJT2(t)の項について説明する。 First, it will be described first term of term and f JT2 of f JT1 (t) (t) .

JT1(t)の項は、車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φ(t)を変数として有する評価関数F(φ(t),η(t),β(t))、具体的には、以下の数式(5)又は数式(6)として決定することができる。 The term of f JT1 (t) is an evaluation function F 11 (t), η 1 (t), β 1 ( t) having a target value φ 1 (t) of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 as a variable. t)), specifically, it can be determined as the following mathematical formula (5) or mathematical formula (6).

Figure 2021165099
Figure 2021165099

Figure 2021165099
Figure 2021165099

上記数式(5)及び上記数式(6)において、tは時間、a11,b11,c11,d11,a12,b12,c12,d12,eは係数、μは係数で1以上の実数、nは正の整数である。また、上記数式(5)において、関数maxについては、tが連続的な範囲内で変化するときのf(t)の絶対値の最大値を、max|f(t)|とする(後述する数式(7)においても同様)。 In the above formula (5) and the above formula (6), t is the time, a 11 , b 11 , c 11 , d 11 , a 12 , b 12 , c 12 , d 12 , e 1 is the coefficient, and μ is the coefficient. A real number greater than or equal to 1 and n is a positive integer. Further, in the above mathematical formula (5), for the function max, the maximum value of the absolute value of f (t) when t changes within a continuous range is set to max | f (t) | (described later). The same applies to formula (7)).

なお、評価関数F(φ(t))が上記数式(1)で表されるとき、fJT1(t)は、上記数式(5)で表され、評価関数F(φ(t))が上記数式(2)で表されるとき、fJT1(t)は、上記数式(6)で表される。 When the evaluation function F 11 (t)) is expressed by the above mathematical formula (1), f JT1 (t) is expressed by the above mathematical formula (5), and the evaluation function F 11 (t)) is expressed. )) Is represented by the above formula (2), f JT1 (t) is represented by the above formula (6).

また、fJT2(t)の項は、車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値φ(t)を変数として有する評価関数F(φ(t),η(t),β(t))、具体的には、以下の数式(7)又は数式(8)として決定することができる。 Further, the term f JT2 (t) is an evaluation function F 2 (phi 2 with the target value of the inclination angle of the vehicle body 2 of the rear portion 2b phi 2 (t), as a variable (t), eta 2 (t), beta 2 (t)), specifically, it can be determined as the following mathematical formula (7) or mathematical formula (8).

Figure 2021165099
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Figure 2021165099
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上記数式(7)及び上記数式(8)において、tは時間、a21,b21,c21,d21,a22,b22,c22,d22,eは係数、μは係数で1以上の実数、nは正の整数である。 In the above formula (7) and the above formula (8), t is the time, a 21 , b 21 , c 21 , d 21 , a 22 , b 22 , c 22 , d 22 , and e 2 are coefficients, and μ is a coefficient. A real number greater than or equal to 1 and n is a positive integer.

なお、評価関数F(φ(t))が上記数式(3)で表されるとき、fJT2(t)は、上記数式(7)で表され、評価関数F(φ(t))が上記数式(4)で表されるとき、fJT2(t)は、上記数式(8)で表される。 When the evaluation function F 22 (t)) is expressed by the above mathematical formula (3), f JT2 (t) is expressed by the above mathematical formula (7), and the evaluation function F 22 (t)) is expressed. )) Is represented by the above formula (4), f JT2 (t) is represented by the above formula (8).

上記数式(5)乃至上記数式(8)において、yp1(t)、yj1(t)、θp1(t)、θj1(t)は、以下の数式(9)、数式(10)、数式(11)、数式(12)で表される振動特性の近似値であり、具体的にはそれぞれ、図4に示すように、車体2の前方部分2aの左右加速度[m/s]、車体2の前方部分2aの左右加速度の時間変化率(車体左右ジャーク)[m/s]、車体2の前方部分2aのロール角速度[°/s]、車体2の前方部分2aのロール角加速度[°/s]である。 In the above formula (5) to the above formula (8), y p1 (t), y j1 (t), θ p1 (t), θ j1 (t) are the following formulas (9), formulas (10), These are approximate values of the vibration characteristics represented by the mathematical formulas (11) and (12). Specifically, as shown in FIG. 4, the lateral acceleration [m / s 2 ] of the front portion 2a of the vehicle body 2 and the lateral acceleration [m / s 2], respectively. Time change rate of left-right acceleration of the front part 2a of the vehicle body 2 (left and right jerk of the vehicle body) [m / s 3 ], roll angular velocity of the front part 2a of the vehicle body 2 [° / s], roll angular acceleration of the front part 2a of the vehicle body 2. [° / s 2 ].

なお、車体2の前方部分2aの左右加速度yp1(t)は、図4に示すように、車体2の前方部分2aが左右方向に並進振動する際の左右方向の加速度である。また、車体2の前方部分2aのロール角速度θp1(t)は、車体2の前方部分2aが垂直面内で回転する際の角度(車体ロール角)θr1(t)[°](図4参照)の時間変化率である。傾斜角度の目標値φ(t)[°]は、動作部21aの作用により、台車枠13aに対して振子梁15aが回転する際の傾斜角度(以下、振子傾斜角度と称する場合がある)の目標値である。 The left-right acceleration y p1 (t) of the front portion 2a of the vehicle body 2 is the acceleration in the left-right direction when the front portion 2a of the vehicle body 2 oscillates in the left-right direction, as shown in FIG. Further, the roll angular velocity θ p1 (t) of the front portion 2a of the vehicle body 2 is the angle (vehicle body roll angle) θ r1 (t) [°] when the front portion 2a of the vehicle body 2 rotates in a vertical plane (FIG. 4). (See) Time change rate. The target value φ 1 (t) [°] of the tilt angle is the tilt angle when the pendulum beam 15a rotates with respect to the carriage frame 13a due to the action of the moving portion 21a (hereinafter, may be referred to as a pendulum tilt angle). Is the target value of.

Figure 2021165099
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Figure 2021165099
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Figure 2021165099
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Figure 2021165099
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上記数式(9)乃至上記数式(12)において、vは走行速度であり、R(t)は前位台車3aの位置での線路の曲率半径であり、R´(t)は前位台車3aの位置での線路の曲率半径の時間変化率であり、Cs1(t)は第1変数であり、Cs1´(t)は第1変数の時間変化率であり、Cs1´´(t)は第1変数の時間変化率の時間変化率であり、Gは線路の軌間である。また、φ(t)は車体2の前方部分2aの前位台車3aに対する傾斜角度の目標値であり、φ´(t)は車体2の前方部分2aの前位台車3aに対する傾斜角度の目標値の時間変化率であり、φ´´(t)は車体2の前方部分2aの前位台車3aに対する傾斜角度の目標値の時間変化率の時間変化率であり、gは重力加速度[m/s]である。 In the above formulas (9) to (12), v is the traveling speed, R 1 (t) is the radius of curvature of the track at the position of the front carriage 3a, and R 1 '(t) is the front position. The time change rate of the radius of curvature of the track at the position of the trolley 3a, C s1 (t) is the first variable, C s1 ′ (t) is the time change rate of the first variable, and C s1 ″ (T) is the time change rate of the time change rate of the first variable, and G is the track gauge. Further, φ 1 (t) is the target value of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 with respect to the front trolley 3a, and φ 1 ′ (t) is the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 with respect to the front trolley 3a. The time change rate of the target value, φ 1 ″ (t) is the time change rate of the target value of the tilt angle of the front part 2a of the vehicle body 2 with respect to the front trolley 3a, and g is the gravity acceleration [ m / s 2 ].

また、上記数式(5)乃至数式(8)において、yp2(t)、yj2(t)、θp2(t)、θj2(t)は、以下の数式(13)、数式(14)、数式(15)、数式(16)で表される振動特性の近似値であり、具体的にはそれぞれ、図4に示すように、車体2の後方部分2bの左右加速度[m/s]、車体2の後方部分2bの左右加速度の時間変化率(車体左右ジャーク)[m/s]、車体2の後方部分2bのロール角速度[°/s]、車体2の後方部分2bのロール角加速度[°/s]である。 Further, in the above equations (5) to (8), y p2 (t), y j2 (t), θ p2 (t), and θ j2 (t) are the following equations (13) and (14). , The approximate values of the vibration characteristics represented by the mathematical formulas (15) and (16). Specifically, as shown in FIG. 4, the lateral acceleration [m / s 2 ] of the rear portion 2b of the vehicle body 2 is obtained. , Time change rate of left-right acceleration of rear portion 2b of vehicle body 2 (left and right jerk of vehicle body) [m / s 3 ], roll angular velocity of rear portion 2b of vehicle body 2 [° / s], roll angle of rear portion 2b of vehicle body 2 Acceleration [° / s 2 ].

なお、車体2の後方部分2bの左右加速度yp2(t)は、図4に示すように、車体2の後方部分2bが左右方向に並進振動する際の左右方向の加速度である。また、車体2の後方部分2bのロール角速度θp2(t)は、車体2の後方部分2bが垂直面内で回転する際の角度(車体ロール角)θr2(t)[°](図4参照)の時間変化率である。傾斜角度の目標値φ(t)[°]は、動作部21bの作用により、台車枠13bに対して振子梁15bが回転する際の傾斜角度の目標値である。 The left-right acceleration y p2 (t) of the rear portion 2b of the vehicle body 2 is the acceleration in the left-right direction when the rear portion 2b of the vehicle body 2 oscillates in the left-right direction, as shown in FIG. Further, the roll angular velocity θ p2 (t) of the rear portion 2b of the vehicle body 2 is the angle (vehicle body roll angle) θ r2 (t) [°] when the rear portion 2b of the vehicle body 2 rotates in a vertical plane (FIG. 4). (See) Time change rate. The target value of the tilt angle φ 2 (t) [°] is the target value of the tilt angle when the pendulum beam 15b rotates with respect to the carriage frame 13b due to the action of the moving portion 21b.

Figure 2021165099
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上記数式(13)乃至上記数式(16)において、vは走行速度であり、R(t)は後位台車3bの位置での線路の曲率半径であり、R´(t)は後位台車3bの位置での線路の曲率半径の時間変化率であり、Cs2(t)は第2変数であり、Cs2´(t)は第2変数の時間変化率であり、Cs2´´(t)は第2変数の時間変化率の時間変化率であり、Gは線路の軌間である。また、φ(t)は車体2の後方部分2bの後位台車3bに対する傾斜角度の目標値であり、φ´(t)は車体2の後方部分2bの後位台車3bに対する傾斜角度の目標値の時間変化率であり、φ´´(t)は車体2の後方部分2bの後位台車3bに対する傾斜角度の目標値の時間変化率の時間変化率であり、gは重力加速度[m/s]である。 In the above formulas (13) to (16), v is the traveling speed, R 2 (t) is the radius of curvature of the track at the position of the rear trolley 3b, and R 2 '(t) is the rear position. The time change rate of the radius of curvature of the track at the position of the trolley 3b, C s2 (t) is the second variable, C s2 ′ (t) is the time change rate of the second variable, and C s2 ″ (T) is the time change rate of the time change rate of the second variable, and G is the track gauge. Further, φ 2 (t) is the target value of the inclination angle of the rear portion 2b of the vehicle body 2 with respect to the rear trolley 3b, and φ 2 ′ (t) is the inclination angle of the rear portion 2b of the vehicle body 2 with respect to the rear trolley 3b. The time change rate of the target value, φ 2 ″ (t) is the time change rate of the target value of the tilt angle with respect to the rear trolley 3b of the rear portion 2b of the vehicle body 2, and g is the gravity acceleration [ m / s 2 ].

これらの評価関数によれば、例えば上記特許文献1に記載されているように、a11,b11,c11,d11,a12,b12,c12,d12,e,a21,b21,c21,d21,a22,b22,c22,d22,eの係数の値を設定することにより、乗客による乗り心地の評価を複数段階の尺度で推定することができる。具体的には、例えば評価関数の値が0〜1、1〜2、2〜3、3〜4の範囲内であれば、乗客による乗り心地の評価をそれぞれ「全く問題ない」、「やや気になる程度」、「不快であるが許容範囲内にある」、「不快であり許容できない」と推定することができる。 According to these evaluation functions, for example, as described in Patent Document 1, a 11 , b 11 , c 11 , d 11 , a 12 , b 12 , c 12 , d 12 , e 1 , a 21. , B 21 , c 21 , d 21 , a 22 , b 22 , c 22 , d 22 , e 2 By setting the coefficient values, it is possible to estimate the evaluation of ride comfort by passengers on a multi-step scale. can. Specifically, for example, if the value of the evaluation function is within the range of 0 to 1, 1 to 2, 2 to 3, 3 to 4, the passenger's evaluation of ride quality is "no problem at all" and "somewhat disgusting", respectively. It can be estimated that "it becomes unpleasant", "it is unpleasant but within the permissible range", and "it is unpleasant and unacceptable".

次に、yf1(t)の項及びyf2(t)の項について説明する。 Next, the term y f1 (t) and the term y f2 (t) will be described.

f1(t)の項は、「乗り物酔い」を防止するための関数であり、具体的には上記数式(9)で表されるyp1(t)に対して、0.3Hz以下の入力を強調する特性を有するフィルタをかけたものである。また、yf2(t)の項は、「乗り物酔い」を防止するための関数であり、具体的には上記数式(13)で表されるyp2(t)に対して、0.3Hz以下の入力を強調する特性を有するフィルタをかけたものである。 The term of y f1 (t) is a function for preventing "motion sickness", and specifically, an input of 0.3 Hz or less with respect to y p1 (t) represented by the above mathematical formula (9). It is filtered with the property of emphasizing. Further, the term y f2 (t) is a function for preventing "motion sickness", and specifically, 0.3 Hz or less with respect to y p2 (t) represented by the above mathematical formula (13). It is filtered with the property of emphasizing the input of.

ここで、0.3Hz以下の入力を強調する理由は、当該周波数領域の左右振動が最も乗り物酔いの原因となると考えられるからである。例えば上記特許文献1の図3に示され、低周波振動と乗り物酔い発生率(MR)との関係を示したグラフからも、0.3Hz以下の左右振動が乗り物酔いの原因となることが分かる。 Here, the reason for emphasizing the input of 0.3 Hz or less is that the left-right vibration in the frequency region is considered to be the most cause of motion sickness. For example, from the graph shown in FIG. 3 of Patent Document 1 and showing the relationship between low-frequency vibration and motion sickness occurrence rate (MR), it can be seen that left-right vibration of 0.3 Hz or less causes motion sickness. ..

本実施の形態1においては、0.3Hz以下の入力を強調する特性を有するフィルタについては限定することはなく、種々のフィルタを用いることができ、例えば上記特許文献1の図4に示された、列車酔い評価用の左右振動補正フィルタを利用してもよい。但し、曲線通過時に車両に対して左右方向へ定常的に作用する遠心力は、上記特許文献1の図5の0.3Hz以下の直流成分に近い帯域の周波数に属し、この帯域の車体左右振動加速度信号を減衰させてしまうと、遠心力が考慮されなくなる。即ち、振子車両の本来の目的である定常的な左右振動加速度を打ち消すという本来の目的を達することができなくなる。これを解決するためには、例えば上記特許文献1の図5に示すような、0.3Hz近辺をカットオフ周波数とするローパスフィルタを用いてもよい。 In the first embodiment, the filter having the characteristic of emphasizing the input of 0.3 Hz or less is not limited, and various filters can be used. For example, it is shown in FIG. 4 of Patent Document 1. , A left-right vibration correction filter for evaluating train sickness may be used. However, the centrifugal force that constantly acts on the vehicle in the left-right direction when passing through a curve belongs to a frequency in a band close to the DC component of 0.3 Hz or less in FIG. 5 of Patent Document 1, and the vehicle body left-right vibration in this band. If the acceleration signal is attenuated, the centrifugal force will not be taken into consideration. That is, the original purpose of canceling the steady left-right vibration acceleration, which is the original purpose of the pendulum vehicle, cannot be achieved. In order to solve this, for example, as shown in FIG. 5 of Patent Document 1, a low-pass filter having a cutoff frequency in the vicinity of 0.3 Hz may be used.

上記特許文献1の図5に示す、0.3Hz以下の入力を強調する特性を有するローパスフィルタをh11(t)及びh12(t)とすると、yf1(t)は、以下の数式(17)で表される。 Assuming that the low-pass filters having the characteristic of emphasizing the input of 0.3 Hz or less shown in FIG. 5 of Patent Document 1 are h 11 (t) and h 12 (t), y f1 (t) is calculated by the following mathematical formula (t). It is represented by 17).

Figure 2021165099
Figure 2021165099

上記数式(17)において、τは時間である。 In the above formula (17), τ is time.

また、上記特許文献1の図5に示す、0.3Hz以下の入力を強調する特性を有するローパスフィルタをh21(t)及びh22(t)とすると、yf2(t)は、以下の数式(18)で表される。 Further, assuming that the low-pass filters having the characteristic of emphasizing the input of 0.3 Hz or less shown in FIG. 5 of Patent Document 1 are h 21 (t) and h 22 (t), y f2 (t) is as follows. It is expressed by the mathematical formula (18).

Figure 2021165099
Figure 2021165099

上記数式(18)において、τは時間である。 In the above formula (18), τ is time.

車体2のうち前方部分2aの乗り物酔いを含めた乗り心地の評価指標を推定するための評価関数F(φ(t))は、上記した乗り心地に関する評価関数であるfJT1(t)の項と、乗り物酔いに関する評価関数であるyf1(t)の項のそれぞれに、当該各項に対する重み付けをするための(1−α)、αを乗じた上で、各項を足し合わせることで、構成されている。具体的には、上記数式(24)に、上記数式(5)又は上記数式(6)を代入したものを用いる。 The evaluation function F 11 (t)) for estimating the evaluation index of the ride comfort including the motion sickness of the front part 2a of the vehicle body 2 is the evaluation function f JT1 (t) related to the above-mentioned ride comfort. And the term y f1 (t), which is an evaluation function for motion sickness , are multiplied by (1-α 1 ) and α 1 for weighting each term, and then each term is added. It is composed by matching. Specifically, the above formula (24) is substituted with the above formula (5) or the above formula (6).

また、車体2のうち後方部分2bの乗り物酔いを含めた乗り心地の評価指標を推定するための評価関数F(φ(t))は、上記した乗り心地に関する評価関数であるfJT2(t)の項と、乗り物酔いに関する評価関数であるyf2(t)の項のそれぞれに、当該各項に対する重み付けをするための(1−α)、αを乗じた上で、各項を足し合わせることで、構成されている。具体的には、上記数式(25)に、上記数式(7)又は上記数式(8)を代入したものを用いる。 The evaluation function F 2 to estimate the ride comfort evaluation index including motion sickness of the rear portion 2b of the vehicle body 2 2 (t)) is, f JT2 an evaluation function relating to ride above ( Each term is multiplied by (1-α 2 ) and α 2 for weighting each term in terms of t) and y f2 (t), which is an evaluation function for motion sickness. It is composed by adding up. Specifically, the above formula (25) is substituted with the above formula (7) or the above formula (8).

当該重み付けをするために必要な係数α及びαの各々の値については、0以上1以下の値であれば任意に設定可能である。α及びαの各々の値を小さくすれば、乗り心地に関する評価関数fJT1(t)又はfJT2(t)の項が、車体の傾斜角度制御に大きく反映され、一方でα及びαの各々の値を大きくすれば、乗り物酔いに関する評価関数であるyf1(t)又はyf2(t)の項が、車体の傾斜角度制御に大きく反映されることとなる。 The values of the coefficients α 1 and α 2 required for the weighting can be arbitrarily set as long as they are 0 or more and 1 or less. by reducing the alpha 1 and alpha 2 of each value, term assessment of ride comfort function f JT1 (t) or f JT2 (t) is greater is reflected in the vehicle body inclination angle control, while the alpha 1 and alpha If each value of 2 is increased, the term y f1 (t) or y f2 (t), which is an evaluation function related to motion sickness, is largely reflected in the tilt angle control of the vehicle body.

例えば上記特許文献1の図6に示され、評価関数が乗り心地に関する評価関数のみで構成されている場合の緩和曲線内での左右振動加速度の発生傾向を示すグラフからも分かるように、重み付けのための係数α及びαが0の場合、即ち、乗客の乗り物酔いを考慮せず乗り心地のみを考慮して車体の傾斜角度を制御した場合、緩和曲線の入口側および出口側において左右振動加速度が発生し、この加速度が乗り物酔いの原因となる可能性がある。一方、本実施の形態1では、乗り心地に関する評価関数に加え、乗り物酔いに関する評価関数を考慮することにより、例えば上記特許文献1の図6に示される左右振動加速度を低減することができる。 For example, as shown in FIG. 6 of Patent Document 1, the weighting is shown from the graph showing the tendency of the left-right vibration acceleration to occur in the relaxation curve when the evaluation function is composed only of the evaluation function related to ride quality. When the coefficients α 1 and α 2 are 0, that is, when the inclination angle of the vehicle body is controlled not considering the passenger's motion sickness but only the riding comfort, the lateral vibration occurs on the entrance side and the exit side of the relaxation curve. Acceleration occurs, which can cause motion sickness. On the other hand, in the first embodiment, the lateral vibration acceleration shown in FIG. 6 of Patent Document 1, for example, can be reduced by considering the evaluation function related to motion sickness in addition to the evaluation function related to ride comfort.

ここで、演算処理部25は、以下の数式(26)に示すように、車体2のうち前方部分2aの乗り物酔いを含めた乗り心地の評価指標を推定するための評価関数F(φ(t))を一定区間で積分した第1評価指標と、車体2のうち後方部分2bの乗り物酔いを含めた乗り心地の評価指標を推定するための評価関数F(φ(t))を一定区間で積分した第2評価指標と、を計算し、計算された第1評価指標と第2評価指標との和が一定の範囲内、例えば最小値となる場合における、傾斜角度の目標値φ(t)、及び、傾斜角度の目標値φ(t)を、目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)として決定する。 Here, as shown in the following mathematical formula (26), the arithmetic processing unit 25 evaluates the evaluation function F 11) for estimating the evaluation index of the riding comfort including the vehicle sickness of the front portion 2a of the vehicle body 2. (t)) and the first evaluation index obtained by integrating a constant interval, and the evaluation function F 2 to estimate the ride comfort evaluation index including motion sickness of the rear portion 2b of the vehicle body 2 (phi 2 (t)) The target value of the inclination angle when the sum of the calculated first evaluation index and the second evaluation index is within a certain range, for example, the minimum value, calculated by calculating the second evaluation index obtained by integrating the above in a certain interval. The target value φ 1 (t) and the target value φ 2 (t) of the inclination angle are determined as the target value φ m 1 (t) and the target value φ m 2 (t).

Figure 2021165099
Figure 2021165099

このとき、演算処理部25は、以下の数式(19)で表される条件で、評価関数F(φ(t))及び評価関数F(φ(t))を決定する。 At this time, the arithmetic processing unit 25 determines the evaluation function F 11 (t)) and the evaluation function F 22 (t)) under the conditions represented by the following mathematical formula (19).

Figure 2021165099
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これにより、前述したように、前位台車の位置での傾斜角度の目標値、及び、後位台車の位置での傾斜角度の目標値として、「車体をねじらない(ひねらない)」という拘束条件が課された状態で、前位台車の位置における車両運動の評価関数の値と、後位台車の位置における評価関数の値と、の和を最小にする、傾斜角度の目標値を、算出することができる。 As a result, as described above, the target value of the tilt angle at the position of the front trolley and the target value of the tilt angle at the position of the rear trolley are said to "do not twist (twist) the vehicle body". With the restraint condition imposed, the target value of the tilt angle that minimizes the sum of the value of the evaluation function of the vehicle motion at the position of the front trolley and the value of the evaluation function at the position of the rear trolley is set. Can be calculated.

また、傾斜角度の目標値φm1(t)、及び、傾斜角度の目標値φm2(t)が実現不可能な値となることを防ぐため、目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)は、関数g(φm1(t))及び関数g(φm2(t))が、g(φm1(t))≦0及びg(φm2(t))≦0の条件式を満たすように決定される。このような関数g(φm1(t))及び関数g(φm2(t))としては、例えばg(φm1(t))=|φm1(t)|−γ及びg(φm2t))=|φm2(t)|−γ(γは実数)等を挙げることができる。これらの条件式によれば、傾斜角度の目標値がγ[°]以上の実現不可能な角度になることを防ぐことができる。 Further, in order to prevent the target value φ m1 (t) of the tilt angle and the target value φ m2 (t) of the tilt angle from becoming unrealizable values, the target value φ m1 (t) and the target value φ m2 In (t), the functions g 1m1 (t)) and the function g 2m2 (t)) are g 1m1 (t)) ≦ 0 and g 2m2 (t)) ≦. It is determined so as to satisfy the conditional expression of 0. As such a function g 1m1 (t)) and a function g 2m2 (t)), for example, g 1m1 (t)) = | φ m1 (t) | −γ and g 2m2 t)) = | φ m2 (t) | −γ (γ is a real number) and the like. According to these conditional expressions, it is possible to prevent the target value of the inclination angle from becoming an unrealizable angle of γ [°] or more.

演算処理部25は、上記数式(26)により決定された目標値φm1(t)と実際の傾斜角度とが互いに等しくなるように、動作部21aを制御する。また、演算処理部25は、上記数式(26)により決定された目標値φm2(t)と実際の傾斜角度とが等しくなるように、動作部21bを制御する。なお、演算処理部25には、実際の傾斜角度がフィードバックされるようになっている。 The arithmetic processing unit 25 controls the operation unit 21a so that the target value φ m1 (t) determined by the above mathematical formula (26) and the actual tilt angle are equal to each other. Further, the arithmetic processing unit 25 controls the operation unit 21b so that the target value φ m2 (t) determined by the above mathematical formula (26) and the actual tilt angle are equal to each other. The actual tilt angle is fed back to the arithmetic processing unit 25.

次に、本実施の形態1の傾斜角度制御装置を用いて車体の傾斜角度を制御する傾斜角度制御方法の手順について説明する。図5は、実施の形態1の傾斜角度制御方法の一部のステップを示すフロー図である。図6は、実施の形態1の傾斜角度制御方法において未走行線路データと予定走行条件から傾斜角度の目標値を決定することを説明するための図である。なお、図6は、前位台車3a及び後位台車3bを代表して、前位台車3aについて示している。また、図6では、未走行線路データη(t)に含まれる曲率半径として、曲率半径R(t)及び曲率半径R(t)を代表して曲率半径R(t)を曲率半径R(t)と表記し、未走行線路データη(t)に含まれる形状変数として、形状変数Cs1(t)に代えたカントC(t)及び形状変数Cs2(t)に代えたカントC(t)を代表してカントC(t)をカントC(t)と表記している。また、図6では、傾斜角度の目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)を代表して目標値φm1(t)を目標値φ(t)と表記している。 Next, the procedure of the tilt angle control method for controlling the tilt angle of the vehicle body by using the tilt angle control device of the first embodiment will be described. FIG. 5 is a flow chart showing some steps of the tilt angle control method of the first embodiment. FIG. 6 is a diagram for explaining that the target value of the inclination angle is determined from the untraveled track data and the planned traveling condition in the inclination angle control method of the first embodiment. Note that FIG. 6 shows the front bogie 3a on behalf of the front bogie 3a and the rear bogie 3b. Further, in FIG. 6, the non-traveling path as the radius of curvature in the data eta (t), the radius of curvature R 1 (t) and the curvature radius R 2 (t) on behalf of curvature radius R 1 and (t) a radius of curvature Notated as R (t), as the shape variables included in the untraveled track data η (t), the shape variable C s1 (t) was replaced with the cant C 1 (t) and the shape variable C s2 (t). The cant C 1 (t) is referred to as the cant C (t) on behalf of the cant C 2 (t). Moreover, are denoted in FIG. 6, the target value a target value phi m1 (t) target value of the tilt angle phi m1 a (t) and the target value phi m @ 2 (t) on behalf phi m and (t).

本実施の形態1の傾斜角度制御方法では、走行する当該線区の線路曲率データとカントデータは、生成に必要となるデータを事前の走行により車両に搭載したセンサにより取得し、車両に1m毎に記録されたデータベースとして生成、格納される。また、予め前後台車の相対距離Lは把握できていることから、各走行地点における前後台車位置の違いによるカントの差ΔCを、予め車上側で把握することができる。 In the inclination angle control method of the first embodiment, the track curvature data and the cant data of the traveling line section are acquired by a sensor mounted on the vehicle by the vehicle in advance by traveling in advance, and the data required for generation is acquired every 1 m in the vehicle. It is generated and stored as a database recorded in. Also, previously relative distance L t before and after the truck since it is possible to grasp the difference ΔC cant due to a difference before and after the carriage position in each travel point, it is possible to grasp in advance the car top.

まず、図6に示すように、データ取得処理部24が、現時点tでの前位台車3aの地点Pを検出する(図5のステップS1)。また、ステップS1では、データ取得処理部24は、前位台車3aが時点t,tにおいて到達する地点P,Pを、それぞれP=P+v×T、P=P+v×Tから計算する。なお、時間Tは、演算処理部25における演算時間と動作部21における応答遅れ時間との合計時間よりも長くなっている。 First, as shown in FIG. 6, the data acquisition processing unit 24 detects the point P c of the front bogie 3a at the current t c (step S1 in FIG. 5). In step S1, the data acquisition processing unit 24, the front position of the point P 0, P 1 the carriage 3a arrives at time t 0, t 1, P 0 = P C + v c × T p , respectively, P 1 = Calculate from P 0 + v c × T 0. The time T p is longer than the total time of the response delay time in the operation time and operation unit 21 in the arithmetic processing unit 25.

次に、データ取得処理部24は、線路全体の形状に関するデータベース22から、地点Pから地点Pまでの間の未走行区間の線路の形状に関する未走行線路データη(t)と、未走行区間の線路上における予定走行条件β(t)と、を取得するデータ取得処理を行う(図5のステップS2)。なお、本実施の形態1では、予定走行条件β(t)は、現時点tにおける走行速度vである。 Next, the data acquisition processing unit 24, from the database 22 about the shape of the entire line, non-travel line data concerning the shape of the line of non-driving section between the point P 0 to the point P 1 eta (t), the non-traveling Data acquisition processing for acquiring the planned traveling condition β (t) on the track of the section is performed (step S2 in FIG. 5). In the first embodiment, the planned running condition β (t) is the running speed v c at the present time t c.

次に、演算処理部25は、データ取得処理の結果に基づいて、傾斜角度の目標値φm1(t)、及び、傾斜角度の目標値φm2(t)を決定する演算処理を行う(図5のステップS3)。なお、この演算処理は、以下の関数決定処理(図5のステップS4)と、目標値決定処理(図5のステップS5)と、を含むものである。 Next, the arithmetic processing unit 25 performs arithmetic processing for determining the target value φ m1 (t) of the inclination angle and the target value φ m2 (t) of the inclination angle based on the result of the data acquisition processing (FIG. Step S3 of step 5). It should be noted that this arithmetic processing includes the following function determination processing (step S4 in FIG. 5) and target value determination processing (step S5 in FIG. 5).

このステップS3では、まず、演算処理部25は、関数決定処理(図5のステップS4)を行う。なお、関数決定処理は、演算処理部25が行う演算処理に含まれる。 In step S3, first, the arithmetic processing unit 25 performs a function determination process (step S4 in FIG. 5). The function determination process is included in the arithmetic processing performed by the arithmetic processing unit 25.

このステップS4では、演算処理部25は、未走行線路データη(t)と予定走行条件β(t)とを、上記数式(9)乃至上記数式(12)に代入し、前位台車3aの位置での各振動特性を、車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φ(t)の関数として決定する第1関数決定処理を行う。 In step S4, the arithmetic processing unit 25 substitutes the untraveled track data η (t) and the planned traveling condition β (t) into the above formulas (9) to (12), and the front trolley 3a The first function determination process is performed to determine each vibration characteristic at the position as a function of the target value φ 1 (t) of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2.

例えば、演算処理部25は、前位台車3aの位置での線路の曲率半径R(t)及び形状変数Cs1(t)の時間サンプリングデータを生成する処理を行う(図5のステップS6)。 For example, the arithmetic processing unit 25, the front position performs a process of generating the time sampling data of curvature of the line at the position of the carriage 3a radius R 1 (t) and shape variables C s1 (t) (step S6 in FIG. 5) ..

次に、演算処理部25は、前位台車3aの位置での車体2の前方部分2aの車体2の幅方向の加速度である左右加速度yp1(t)を、前位台車3aの位置での線路の曲率半径R(t)、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)、鉄道車両1の走行速度v、及び、前位台車3aの位置での車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φ(t)、の関数として決定する第1関数決定処理を行う(図5のステップS11)。形状変数Cs1(t)は、前位台車3aの位置での線路のカントC(t)に比例するか、又は、前位台車3aの位置での線路の曲率半径R(t)に反比例する。このステップS11では、左右加速度yp1(t)を、上記数式(9)で表される関数として決定することができる。 Next, the arithmetic processing unit 25 sets the left-right acceleration y p1 (t), which is the acceleration in the width direction of the vehicle body 2 of the front portion 2a of the vehicle body 2 at the position of the front trolley 3a, at the position of the front trolley 3a. The radius of curvature R 1 (t) of the track, the shape variable C s1 (t) of the track at the position of the front trolley 3a, the traveling speed v of the railroad vehicle 1, and the front of the vehicle body 2 at the position of the front trolley 3a. The first function determination process of determining the target value φ 1 (t) of the inclination angle of the portion 2a as a function is performed (step S11 in FIG. 5). Shape variables C s1 (t) are either pre-position proportional to Kant C 1 (t) of the line at the position of the carriage 3a, or, the curvature of the line at the position of the front position truck 3a radius R 1 (t) Inversely proportional. In this step S11, the left-right acceleration y p1 (t) can be determined as a function represented by the above mathematical formula (9).

また、演算処理部25は、前位台車3aの位置での車体2の前方部分2aの左右加速度yp1(t)の時間変化率yp1´(t)を、前位台車3aの位置での線路の曲率半径R(t)、前位台車3aの位置での線路の曲率半径R(t)の時間変化率R´(t)、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)の時間変化率Cs1´(t)、鉄道車両1の走行速度v、及び、前位台車3aの位置での車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φ(t)の時間変化率φ´(t)、の関数として決定する第1関数決定処理を行う(図5のステップS12)。このステップS12では、左右加速度yp1(t)の時間変化率yp1´(t)を、上記数式(10)で表される関数として決定することができる。 Further, the arithmetic processing unit 25 sets the time change rate y p1 ′ (t) of the lateral acceleration y p1 (t) of the front portion 2a of the vehicle body 2 at the position of the front bogie 3a at the position of the front bogie 3a. The radius of curvature R 1 (t) of the track, the rate of change of the radius of curvature R 1 (t) of the track at the position of the front bogie 3a R 1 ′ (t), the shape variable of the track at the position of the front bogie 3a C s1 (t) the time rate of change C s1 of '(t), the traveling speed v of the railcar 1 and the front position of the tilt angle of the vehicle body 2 of the front portion 2a at the position of the carriage 3a target value phi 1 (t ), The first function determination process for determining as a function of φ 1 ′ (t) is performed (step S12 in FIG. 5). In this step S12, the time change rate y p1 ′ (t) of the left-right acceleration y p1 (t) can be determined as a function represented by the above mathematical formula (10).

また、演算処理部25は、前位台車3aの位置での車体2の前方部分2aのロール角速度θp1(t)を、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)の時間変化率Cs1´(t)、及び、前位台車3aの位置での車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φ(t)の時間変化率φ´(t)、の関数として決定する第1関数決定処理を行う(図5のステップS13)。このステップS13では、ロール角速度θp1(t)を、上記数式(11)で表される関数として決定することができる。 Further, the arithmetic processing unit 25 sets the roll angular velocity θ p1 (t) of the front portion 2a of the vehicle body 2 at the position of the front bogie 3a to the shape variable C s1 (t) of the track at the position of the front bogie 3a. time rate of change C s1 '(t), and, before position time change rate phi 1 target value φ 1 (t) of the inclination angle of the vehicle body 2 of the front portion 2a at the position of the carriage 3a' (t), a function of The first function determination process is performed (step S13 in FIG. 5). In this step S13, the roll angular velocity θ p1 (t) can be determined as a function represented by the above equation (11).

また、演算処理部25は、前位台車3aの位置での車体2の前方部分2aのロール角加速度θj1(t)を、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)の時間変化率Cs1´(t)の時間変化率Cs1´´(t)、及び、前位台車3aの位置での車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φ(t)の時間変化率φ´(t)の時間変化率φ´´(t)、の関数として決定する第1関数決定処理を行う(図5のステップS14)。このステップS14では、ロール角加速度θj1(t)を、上記数式(12)で表される関数として決定することができる。 Further, the arithmetic processing unit 25 sets the roll angular acceleration θ j1 (t) of the front portion 2a of the vehicle body 2 at the position of the front carriage 3a to the shape variable C s1 (t) of the track at the position of the front carriage 3a. time rate of change C s1'' the time rate of change of C s1 '(t) of (t), and, prior to position the target value of the tilt angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 at the position of the carriage 3a φ 1 (t) time change rate phi 1 '(t) of the time change rate phi 1'' (t), performs the first function determination processing for determining as a function of (step S14 in FIG. 5). In this step S14, the roll angular acceleration θ j1 (t) can be determined as a function represented by the above mathematical formula (12).

このステップS4では、また、演算処理部25は、未走行線路データη(t)と予定走行条件β(t)とを、上記数式(13)乃至上記数式(16)に代入し、後位台車3bの位置での各振動特性を、車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値φ(t)の関数として決定する第2関数決定処理を行う。 In step S4, the arithmetic processing unit 25 substitutes the untraveled track data η (t) and the planned traveling condition β (t) into the above formulas (13) to the above formula (16), and the rear trolley each vibration characteristics at the position of the 3b, performs the second function determination processing for determining as a function of the target value phi 2 (t) of the inclination angle of the vehicle body 2 of the rear portion 2b.

例えば、演算処理部25は、後位台車3bの位置での線路の曲率半径R(t)及び形状変数Cs2(t)の時間サンプリングデータを生成する処理を行う(図5のステップS7)。 For example, the arithmetic processing unit 25 performs a process of generating a time-sampled data in the curvature of the line at the position of the succeeding carriage 3b radius R 2 (t) and shape variables C s2 (t) (step S7 in FIG. 5) ..

次に、演算処理部25は、後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bの車体2の幅方向の加速度である左右加速度yp2(t)を、後位台車3bの位置での線路の曲率半径R(t)、後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)、鉄道車両1の走行速度v、及び、後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値φ(t)、の関数として決定する第2関数決定処理を行う(図5のステップS15)。形状変数Cs1(t)が、前位台車3aの位置での線路のカントC(t)に比例するとき、形状変数Cs2(t)は、後位台車3bの位置での線路のカントC(t)に比例し、形状変数Cs1(t)が、前位台車3aの位置での線路の曲率半径R(t)に反比例するとき、形状変数Cs2(t)は、後位台車3bの位置での線路の曲率半径R(t)に反比例する。このステップS15では、左右加速度yp2(t)を、上記数式(13)で表される関数として決定することができる。 Next, the arithmetic processing unit 25 sets the left-right acceleration y p2 (t), which is the acceleration in the width direction of the vehicle body 2 of the rear portion 2b of the vehicle body 2 at the position of the rear trolley 3b, at the position of the rear trolley 3b. The radius of curvature R 2 (t) of the track, the shape variable C s2 (t) of the track at the position of the rear trolley 3b, the traveling speed v of the railway vehicle 1, and the rear of the vehicle body 2 at the position of the rear trolley 3b. target value of the inclination angle of the portion 2b phi 2 (t), performs the second function determination processing for determining as a function of (step S15 in FIG. 5). When the shape variable C s1 (t) is proportional to the track cant C 1 (t) at the position of the front carriage 3a, the shape variable C s2 (t) is the track cant at the position of the rear carriage 3b. When the shape variable C s1 (t) is proportional to C 2 (t) and the shape variable C s1 (t) is inversely proportional to the radius of curvature R 1 (t) of the track at the position of the front carriage 3a, the shape variable C s2 (t) is rear. It is inversely proportional to the radius of curvature R 2 (t) of the track at the position of the carriage 3b. In this step S15, the left-right acceleration y p2 (t) can be determined as a function represented by the above mathematical formula (13).

また、演算処理部25は、後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bの左右加速度yp2(t)の時間変化率yp2´(t)を、後位台車3bの位置での線路の曲率半径R(t)、後位台車3bの位置での線路の曲率半径R(t)の時間変化率R´(t)、後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)の時間変化率Cs2´(t)、鉄道車両1の走行速度v、及び、後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値φ(t)の時間変化率φ´(t)、の関数として決定する第2関数決定処理を行う(図5のステップS16)。このステップS16では、左右加速度yp2(t)の時間変化率yp2´(t)を、上記数式(14)で表される関数として決定することができる。 Further, the arithmetic processing unit 25 sets the time change rate y p2 ′ (t) of the lateral acceleration y p2 (t) of the rear portion 2b of the vehicle body 2 at the position of the rear carriage 3b at the position of the rear carriage 3b. The radius of curvature R 2 (t) of the track, the rate of change R 2 ′ (t) of the radius of curvature R 2 (t) of the track at the position of the rear trolley 3b, and the shape variable of the track at the position of the rear trolley 3b. C s2 (t) the time rate of change C s2 of '(t), the traveling speed v of the railcar 1 and the target value of the inclination angle of the rear portion 2b body 2 at the position of the succeeding carriage 3b phi 2 (t ) the time change rate phi 2 of the '(t), performs the second function determination processing for determining as a function of (step S16 in FIG. 5). In this step S16, the time change rate y p2 ′ (t) of the left-right acceleration y p2 (t) can be determined as a function represented by the above mathematical formula (14).

また、演算処理部25は、後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bのロール角速度θp2(t)を、後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)の時間変化率Cs2´(t)、及び、後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値φ(t)の時間変化率φ´(t)、の関数として決定する第2関数決定処理を行う(図5のステップS17)。このステップS17では、ロール角速度θp2(t)を、上記数式(15)で表される関数として決定することができる。 Further, the arithmetic processing unit 25 sets the roll angular velocity θ p2 (t) of the rear portion 2b of the vehicle body 2 at the position of the rear trolley 3b to the shape variable C s2 (t) of the line at the position of the rear trolley 3b. time rate of change C s2 '(t), and the time change rate phi 2 of the target value of the inclination angle of the rear portion 2b body 2 at the position of the succeeding carriage 3b φ 2 (t)' ( t), a function of The second function determination process is performed (step S17 in FIG. 5). In this step S17, the roll angular velocity θ p2 (t) can be determined as a function represented by the above equation (15).

また、演算処理部25は、後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bのロール角加速度θj2(t)を、後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)の時間変化率Cs2´(t)の時間変化率Cs2´´(t)、及び、後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値φ(t)の時間変化率φ´(t)の時間変化率φ´´(t)、の関数として決定する第2関数決定処理を行う(図5のステップS18)。このステップS18では、ロール角加速度θj2(t)を、上記数式(16)で表される関数として決定することができる。 Further, the arithmetic processing unit 25 sets the roll angular acceleration θ j2 (t) of the rear portion 2b of the vehicle body 2 at the position of the rear trolley 3b to the shape variable C s2 (t) of the track at the position of the rear trolley 3b. time rate of change C s2'' the time rate of change of C s2 '(t) of (t), and the target value of the inclination angle of the rear portion 2b body 2 at the position of the succeeding carriage 3b phi 2 (t) time rate phi 2 'time rate phi 2'' in (t) (t), performs the second function determination processing for determining as a function of (step S18 in FIG. 5). In this step S18, the roll angular acceleration θ j2 (t) can be determined as a function represented by the above mathematical formula (16).

このステップS4では、次に、演算処理部25は、前位台車3aの位置での車体2の前方部分2aの乗り心地を評価する評価関数fJT1(t)を、左右加速度yp1(t)、左右加速度yp1(t)の時間変化率yp1´(t)、ロール角速度θp1(t)、ロール角加速度θj1(t)、左右加速度yp2(t)、左右加速度yp2(t)の時間変化率yp2´(t)、ロール角速度θp2(t)、及び、ロール角加速度θj2(t)、の関数として決定する第1関数決定処理を行う(図5のステップS19)。このステップS19では、評価関数fJT1(t)を、上記数式(5)又は上記数式(6)で表される関数として決定することができる。なお、乗り心地を評価する評価関数fJT1(t)は、緩和曲線における乗り心地評価指標に基づいて設定されることができる。 In this step S4, next, the arithmetic processing unit 25 uses the evaluation function f JT1 (t) for evaluating the riding comfort of the front portion 2a of the vehicle body 2 at the position of the front trolley 3a with the left-right acceleration y p1 (t). , lateral acceleration y p1 time rate y p1 of (t) '(t), the roll angular velocity θ p1 (t), the roll angle acceleration theta j1 (t), lateral acceleration y p2 (t), lateral acceleration y p2 (t ), The first function determination process of determining as a function of the time change rate y p2 ′ (t), the roll angular velocity θ p2 (t), and the roll angular acceleration θ j2 (t) is performed (step S19 in FIG. 5). .. In this step S19, the evaluation function f JT1 (t) can be determined as the function represented by the above formula (5) or the above formula (6). The evaluation function f JT1 (t) for evaluating the riding comfort can be set based on the riding comfort evaluation index in the relaxation curve.

このステップS4では、また、演算処理部25は、後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bの乗り心地を評価する評価関数fJT2(t)を、左右加速度yp1(t)、左右加速度yp1(t)の時間変化率yp1´(t)、ロール角速度θp1(t)、ロール角加速度θj1(t)、左右加速度yp2(t)、左右加速度yp2(t)の時間変化率yp2´(t)、ロール角速度θp2(t)、及び、ロール角加速度θj2(t)、の関数として決定する第2関数決定処理を行う(図5のステップS20)。ステップS19にて評価関数fJT1(t)を上記数式(5)で表される関数として決定するとき、ステップS20では、評価関数fJT2(t)を、上記数式(7)で表される関数として決定し、ステップS19にて評価関数fJT1(t)を上記数式(6)で表される関数として決定するとき、ステップS20では、評価関数fJT2(t)を、上記数式(8)で表される関数として決定することができる。なお、乗り心地を評価する評価関数fJT2(t)は、緩和曲線における乗り心地評価指標に基づいて設定されることができる。 In step S4, the arithmetic processing unit 25 also applies an evaluation function f JT2 (t) for evaluating the riding comfort of the rear portion 2b of the vehicle body 2 at the position of the rear trolley 3b, with lateral acceleration y p1 (t). Time change rate of left-right acceleration y p1 (t) y p1 '(t), roll angular velocity θ p1 (t), roll angular acceleration θ j1 (t), left-right acceleration y p2 (t), left-right acceleration y p2 (t) The second function determination process of determining as a function of the time change rate y p2 ′ (t), the roll angular velocity θ p2 (t), and the roll angular acceleration θ j2 (t) is performed (step S20 in FIG. 5). When evaluated in step S19 function f JT1 a (t) is determined as a function represented by the equation (5), the function in step S20, the evaluation function f JT2 (t), represented by the above formula (7) determined as, when evaluated in step S19 function f JT1 a (t) is determined as a function represented by the equation (6), in step S20, the evaluation function f JT2 a (t), the above equation (8) It can be determined as a function to be represented. The evaluation function f JT2 (t) for evaluating the riding comfort can be set based on the riding comfort evaluation index in the relaxation curve.

このステップS4では、次に、演算処理部25は、前位台車3aの位置での車体2の前方部分2aの乗り物酔いを評価する評価関数yf1(t)を、左右加速度yp1(t)、及び、左右加速度yp2(t)、の関数として決定する第1関数決定処理を行う(図5のステップS21)。このステップS21では、評価関数yf1(t)を、上記数式(17)で表される関数として決定することができる。 In this step S4, next, the arithmetic processing unit 25 sets the evaluation function y f1 (t) for evaluating the motion sickness of the front portion 2a of the vehicle body 2 at the position of the front carriage 3a to the left-right acceleration y p1 (t). And, the first function determination process of determining as a function of the left-right acceleration y p2 (t) is performed (step S21 in FIG. 5). In this step S21, the evaluation function y f1 (t) can be determined as a function represented by the above mathematical formula (17).

このステップS4では、また、演算処理部25は、後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bの乗り物酔いを評価する評価関数yf2(t)を、左右加速度yp1(t)、及び、左右加速度yp2(t)、の関数として決定する第2関数決定処理を行う(図5のステップS22)。このステップS22では、評価関数yf2(t)を、上記数式(18)で表される関数として決定することができる。 In step S4, the arithmetic processing unit 25 also uses the evaluation function y f2 (t) for evaluating the vehicle sickness of the rear portion 2b of the vehicle body 2 at the position of the rear trolley 3b, with the left-right acceleration y p1 (t). Then, a second function determination process for determining as a function of the left-right acceleration y p2 (t) is performed (step S22 in FIG. 5). In this step S22, the evaluation function y f2 (t) can be determined as a function represented by the above mathematical formula (18).

このステップS4では、次に、演算処理部25は、重み付け係数により重み付けされた評価関数fJT1(t)と、重み付け係数により重み付けされた評価関数yf1(t)と、の和である評価関数F(φ(t))を決定する第1関数決定処理を行う(図5のステップS23)。 In this step S4, next, the arithmetic processing unit 25 is an evaluation function that is the sum of the evaluation function f JT1 (t) weighted by the weighting coefficient and the evaluation function y f1 (t) weighted by the weighting coefficient. The first function determination process for determining F 11 (t)) is performed (step S23 in FIG. 5).

このステップS4では、また、演算処理部25は、重み付け係数により重み付けされた評価関数fJT2(t)と、重み付け係数により重み付けされた評価関数yf2(t)と、の和である評価関数F(φ(t))を決定する第2関数決定処理を行う(図5のステップS24)。 In step S4, the arithmetic processing unit 25 also uses the evaluation function F, which is the sum of the evaluation function f JT2 (t) weighted by the weighting coefficient and the evaluation function y f2 (t) weighted by the weighting coefficient. 2 a second function determination processing for determining (phi 2 (t)) (step S24 in FIG. 5).

ステップS19にて評価関数fJT1(t)を上記数式(5)で表される関数として決定するとき、演算処理部25は、ステップS23では、上記数式(1)で表される評価関数F(φ(t))を決定し、ステップS24では、上記数式(3)で表される評価関数F(φ(t))を決定することができる。 When the evaluation function f JT1 (t) is determined as the function represented by the above formula (5) in step S19, the arithmetic processing unit 25 determines in step S23 the evaluation function F 1 represented by the above formula (1).1 (t)) is determined, and in step S24, the evaluation function F 22 (t)) represented by the above mathematical formula (3) can be determined.

また、ステップS19にて評価関数fJT1(t)を上記数式(6)で表される関数として決定するとき、演算処理部25は、ステップS23では、上記数式(2)で表される評価関数F(φ(t))を決定し、ステップS24では、上記数式(4)で表される評価関数F(φ(t))を決定することができる。 Further, when the evaluation function f JT1 (t) is determined as the function represented by the above mathematical formula (6) in step S19, the arithmetic processing unit 25 determines in step S23 the evaluation function represented by the above mathematical formula (2). F 11 (t)) can be determined, and in step S24, the evaluation function F 22 (t)) represented by the above mathematical formula (4) can be determined.

また、ステップS3では、次に、演算処理部25は、目標値決定処理(図5のステップS5)を行う。なお、目標値決定処理は、演算処理部25が行う演算処理に含まれる。 Further, in step S3, the arithmetic processing unit 25 then performs a target value determination process (step S5 in FIG. 5). The target value determination process is included in the arithmetic processing performed by the arithmetic processing unit 25.

このステップS5では、演算処理部25は、評価関数F(φ(t))と、評価関数F(φ(t))と、の和を最小にするときの、傾斜角度の目標値φ(t)、及び、傾斜角度の目標値φ(t)を、目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)として算出する。具体的には、演算処理部25は、一定時間T(図6参照)内で評価関数F(φ(t))の値を積分した第1評価指標と、一定時間T(図6参照)内で評価関数F(φ(t))の値を積分した第2評価指標と、を計算し、計算された第1評価指標と第2評価指標との和が最小値となる場合における、傾斜角度の目標値φ(t)、及び、傾斜角度の目標値φ(t)を、上記数式(26)に基づいて、目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)として決定する目標値決定処理を行う。即ち、演算処理部25は、上記数式(26)に示すように、評価関数F(φ(t))を一定区間で積分した第1評価指標と、評価関数F(φ(t))を一定区間で積分した第2評価指標と、を計算し、計算された第1評価指標の値と第2評価指標との和が一定の範囲内、例えば最小値となる場合における、傾斜角度の目標値φ(t)、及び、傾斜角度の目標値φ(t)を、目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)として決定する目標値決定処理を行う(図6参照)。 In step S5, the arithmetic processing unit 25 targets the inclination angle when the sum of the evaluation function F 11 (t)) and the evaluation function F 22 (t)) is minimized. The value φ 1 (t) and the target value φ 2 (t) of the inclination angle are calculated as the target value φ m 1 (t) and the target value φ m 2 (t). Specifically, the arithmetic processing unit 25, a predetermined time T 0 and the first evaluation index obtained by integrating the value of the evaluation in (see FIG. 6) function F 1 (phi 1 (t)), a predetermined time T 0 (Fig. 6 see) and a second evaluation index obtained by integrating the value of the evaluation function F 2 (phi 2 (t)) in the calculated first evaluation index is calculated and the minimum value sum is the second evaluation index when made, the target value of the inclination angle phi 1 (t), and the target value phi 2 (t) of the inclination angle, the based on the equation (26), the target value phi m1 (t) and the target value phi m @ 2 The target value determination process for determining as (t) is performed. That is, as shown in the above equation (26), the arithmetic processing unit 25 has a first evaluation index obtained by integrating the evaluation function F 11 (t)) in a certain interval and the evaluation function F 22 (t)). )) Is calculated over a certain interval, and the sum of the calculated value of the first evaluation index and the second evaluation index is within a certain range, for example, the minimum value. The target value determination process is performed to determine the target value φ 1 (t) for the angle and the target value φ 2 (t) for the inclination angle as the target value φ m 1 (t) and the target value φ m 2 (t) (FIG. 6).

また、後述する図9を用いて説明するように、好適には、ある時刻において、前位台車3aの位置での線路のカントから後位台車3bの位置での線路のカントを減じた値が正の場合には、その時刻において、前位台車3aの位置での線路のカントから後位台車3bの位置での線路のカントを減じた値の絶対値を、前位台車3aの位置での線路のカントが後位台車3bの位置での線路のカントと等しいときの傾斜角度の目標値の上限値から減じた値が、前位台車3aに対する車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値の実際の上限値になる。 Further, as will be described with reference to FIG. 9 described later, preferably, at a certain time, the value obtained by subtracting the cant of the track at the position of the front trolley 3a from the cant of the track at the position of the rear trolley 3b is obtained. If positive, the absolute value of the track cant at the position of the front trolley 3a minus the cant of the track at the position of the rear trolley 3b at that time is the absolute value at the position of the front trolley 3a. The value subtracted from the upper limit of the target value of the inclination angle when the cant of the track is equal to the cant of the track at the position of the rear trolley 3b is the target value of the inclination angle of the front part 2a of the vehicle body 2 with respect to the front trolley 3a. Is the actual upper limit of.

また、後述する図9を用いて説明するように、好適には、ある時刻において、前位台車3aの位置での線路のカントから後位台車3bの位置での線路のカントを減じた値が負の場合には、その時刻において、前位台車3aの位置での線路のカントから後位台車3bの位置での線路のカントを減じた値の絶対値を、前位台車3aの位置での線路のカントが後位台車3bの位置での線路のカントと等しいときの傾斜角度の目標値の下限値に加えた値が、前位台車3aに対する車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値の実際の下限値になる。 Further, as will be described with reference to FIG. 9 described later, preferably, at a certain time, the value obtained by subtracting the cant of the track at the position of the front trolley 3a from the cant of the track at the position of the rear trolley 3b is obtained. If it is negative, the absolute value of the track cant at the position of the front trolley 3a minus the cant of the track at the position of the rear trolley 3b at that time is the absolute value at the position of the front trolley 3a. The value added to the lower limit of the target value of the inclination angle when the cant of the track is equal to the cant of the track at the position of the rear trolley 3b is the target value of the inclination angle of the front part 2a of the vehicle body 2 with respect to the front trolley 3a. Is the actual lower limit of.

本実施の形態1の傾斜角度制御方法によれば、車体2のうち前方部分2aの乗り物酔いを含めた乗り心地の評価指標を推定するための評価関数F(φ(t))を、車体2のうち前方部分2aの前位台車3aに対する傾斜角度の目標値φ(t)を変数として有する関数として決定する。また、車体2のうち後方部分2bの乗り物酔いを含めた乗り心地の評価指標を推定するための評価関数F(φ(t))を、車体2のうち後方部分2bの後位台車3bに対する傾斜角度の目標値φ(t)を変数として有する関数として決定する。そして、評価関数F(φ(t))の積分値、つまり第1評価指標の推定値と、評価関数F(φ(t))の積分値、つまり第2評価指標の推定値と、の和が一定の範囲内に含まれるように、傾斜角度の目標値φ(t)、及び、傾斜角度の目標値φ(t)を、それぞれ目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)として事前に決定する。 According to the inclination angle control method of the first embodiment, the evaluation function F 11 (t)) for estimating the evaluation index of the riding comfort including the motion sickness of the front portion 2a of the vehicle body 2 is used. It is determined as a function having a target value φ 1 (t) of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 with respect to the front trolley 3a as a variable. Moreover, the evaluation function F 2 to estimate the ride comfort evaluation index including motion sickness of the rear portion 2b of the vehicle body 2 (φ 2 (t)) , position carriage 3b after the rear portion 2b of the vehicle body 2 It is determined as a function having the target value φ 2 (t) of the inclination angle with respect to. Then, the integrated value of the evaluation function F 11 (t)), that is, the estimated value of the first evaluation index and the integrated value of the evaluation function F 22 (t)), that is, the estimated value of the second evaluation index. The target value φ 1 (t) of the tilt angle and the target value φ 2 (t) of the tilt angle are set to the target value φ m 1 (t) and the target, respectively, so that the sum of and is included in a certain range. Determined in advance as a value φ m2 (t).

従って、傾斜角度を事前に制御する場合であっても、従来と異なり、車内空間のうち前位台車3a及び後位台車3bの各々の直上にそれぞれ位置する2つの部分において、実際に未走行区間の線路を鉄道車両1が走行した際の乗り心地を確実に向上させることができるとともに、乗客の乗り物酔いの発生を効果的に防止することができる。 Therefore, even when the inclination angle is controlled in advance, unlike the conventional case, in two parts of the vehicle interior space located directly above each of the front bogie 3a and the rear bogie 3b, the untraveled section is actually carried out. It is possible to surely improve the riding comfort when the railroad vehicle 1 travels on the railroad track, and it is possible to effectively prevent the occurrence of motion sickness of passengers.

また、未走行区間の線路上を鉄道車両1が走行するよりも前に、傾斜角度の目標値φm1(t)、及び、傾斜角度の目標値φm2(t)が決定されるので、車体2が傾斜した状態となる時点を遅らせることなく、線路の形状の変化に合わせて確実に車体2を傾斜させ、車内空間のうち前位台車3a及び後位台車3bの各々の直上にそれぞれ位置する2つの部分において、乗り心地を向上させることができる。 Further, since the target value φ m1 (t) of the inclination angle and the target value φ m2 (t) of the inclination angle are determined before the railway vehicle 1 travels on the track in the non-traveling section, the vehicle body. Without delaying the time when 2 becomes tilted, the vehicle body 2 is surely tilted according to the change in the shape of the track, and is located directly above each of the front trolley 3a and the rear trolley 3b in the vehicle interior space. Riding comfort can be improved in two parts.

また、評価関数F(φ(t))における車体2の前方部分2aの左右加速度yp1(t)、車体2の前方部分2aの左右加速度yp1(t)の時間変化率yj1(t)、車体2の前方部分2aのロール角速度θp1(t)及び車体2の前方部分2aのロール角加速度θj1(t)を、それぞれ前位台車3aの位置における未走行線路データη(t)と予定走行条件β(t)とからなる近似式として用いる。また、評価関数F(φ(t))における車体2の後方部分2bの左右加速度yp2(t)、車体2の後方部分2bの左右加速度yp2(t)の時間変化率yj2(t)、車体2の後方部分2bのロール角速度θp2(t)及び車体2の後方部分2bのロール角加速度θj2(t)を、それぞれ後位台車3bの位置における未走行線路データη(t)と予定走行条件β(t)とからなる近似式として用いる。 The evaluation function F 1 (φ 1 (t) ) lateral acceleration y p1 of the front portion 2a of the vehicle body 2 in (t), the time rate of change of the lateral acceleration y p1 (t) of the front portion 2a of the vehicle body 2 y j1 ( t), the roll angular velocity θ p1 (t) of the front portion 2a of the vehicle body 2 and the roll angular acceleration θ j1 (t) of the front portion 2a of the vehicle body 2, respectively, are the untraveled track data η 1 (t) at the position of the front carriage 3a. It is used as an approximate expression consisting of t) and the planned running condition β 1 (t). The evaluation function F 2 (φ 2 (t) ) the left and right of the vehicle body 2 of the rear portion 2b of the acceleration y p2 (t), the time rate of change of the lateral acceleration y p2 (t) of the vehicle body 2 of the rear portion 2b y j2 ( t), the roll angular velocity θ p2 (t) of the rear portion 2b of the vehicle body 2 and the roll angular acceleration θ j2 (t) of the rear portion 2b of the vehicle body 2, respectively, are the untraveled track data η 2 (t) at the position of the rear carriage 3b. It is used as an approximate expression consisting of t) and the planned running condition β 2 (t).

そのため、車内空間のうち前位台車3a及び後位台車3bの各々の直上にそれぞれ位置する2つの部分において、乗り心地の評価指標の推定値を、傾斜角度の目標値φm1(t)、及び、傾斜角度の目標値φm2(t)に応じて事前に決定することができる。従って、車内空間のうち前位台車3a及び後位台車3bの各々の直上にそれぞれ位置する2つの部分において、評価指標の推定値が一定の範囲内に含まれるように、傾斜角度の目標値φm1(t)、及び、傾斜角度の目標値φm2(t)を事前に決定することができる。 Therefore, in the two parts of the vehicle interior space located directly above each of the front bogie 3a and the rear bogie 3b, the estimated value of the ride quality evaluation index is set to the target value φ m1 (t) of the inclination angle and the target value φ m1 (t) of the inclination angle. , The target value of the tilt angle φ m2 (t) can be determined in advance. Therefore, in the two parts of the vehicle interior space located directly above each of the front bogie 3a and the rear bogie 3b, the target value φ of the inclination angle is included so that the estimated value of the evaluation index is included in a certain range. The target value of m1 (t) and the inclination angle φ m2 (t) can be determined in advance.

なお、本実施の形態1においては、一定時間T内に鉄道車両1が走行すべき区間の線路を未走行区間の線路として演算処理を一定時間Tごとに行うこととして説明したが、これに限らず、例えば実施の形態2において後述する図7に示すように、時間T+T内に鉄道車両1が走行すべき区間の線路を未走行区間の線路とし、演算処理を一定時間Tごとに行うこととしてもよい。なお、この場合には、前回の演算処理と今回の演算処理とによって目標値φm1(t)が重複して決定される時間T内においては前回の演算処理による目標値φm1(t)に合わせて車体2を傾斜させることが好ましい。 In the first embodiment, it has been described that the calculation processing is performed every T 0 for a certain period of time by using the track of the section in which the railway vehicle 1 should travel within the fixed time T 0 as the track of the non-traveling section. Not limited to, for example, as shown in FIG. 7 described later in the second embodiment, the track of the section in which the railway vehicle 1 should travel within the time T 0 + T 1 is set as the track of the non-traveling section, and the arithmetic processing is performed for a certain period of time T. It may be performed every 0. In this case, within the time T 1 in which the target value φ m1 (t) is determined by the previous arithmetic processing and the current arithmetic processing in an overlapping manner, the target value φ m1 (t) by the previous arithmetic processing is determined. It is preferable to incline the vehicle body 2 according to the above.

本実施の形態1の傾斜角度制御装置では、演算処理部25は、ステップS23及びステップS24では、ある時刻における後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)の値からその時刻における前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)の値を減じて得られる値を線路の軌間Gで除して得られる値を、更にその時刻における車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φ(t)に加えて得られる値が、その時刻における後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値φ(t)に等しくなる条件で、評価関数F(φ(t))及び評価関数F(φ(t))を決定し、車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φ(t)、及び、車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値φ(t)を決定(算出)する。 In the tilt angle control device of the first embodiment, in step S23 and step S24, the arithmetic processing unit 25 starts from the value of the track shape variable C s2 (t) at the position of the rear trolley 3b at a certain time. The value obtained by subtracting the value of the track shape variable C s1 (t) at the position of the front trolley 3a in 1 and dividing the value obtained by dividing the value obtained by dividing the value obtained by dividing the value obtained by dividing the value by the track G of the track, The value obtained in addition to the target value φ 1 (t) of the tilt angle of the above becomes equal to the target value φ 2 (t) of the tilt angle of the rear portion 2b of the vehicle body 2 at the position of the rear track 3b at that time. Under the conditions, the evaluation function F 11 (t)) and the evaluation function F 22 (t)) are determined, and the target value φ 1 (t) of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 and the evaluation function F 2 (t), and The target value φ 2 (t) of the inclination angle of the rear portion 2b of the vehicle body 2 is determined (calculated).

即ち、演算処理部25は、ステップS23及びステップS24では、以下の数式(19)で表される条件で、評価関数F(φ(t))及び評価関数F(φ(t))を決定する。 That is, in step S23 and step S24, the arithmetic processing unit 25 has the evaluation function F 11 (t)) and the evaluation function F 22 (t)) under the conditions represented by the following mathematical formula (19). ) Is determined.

Figure 2021165099
Figure 2021165099

上記数式(19)に示すように、本実施の形態1の傾斜角度制御装置では、ある時刻における車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値φ(t)を、その時刻における車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φ(t)と、前位台車3a及び後位台車3bの2つの位置の間での線路の形状変数の差である例えばカントの差ΔCと、を用いて、φ(t)=φ(t)+ΔC/Gと表す。これにより、目標値φ(t)及び目標値φ(t)として、「車体をねじらない」という拘束条件が課された状態で、評価関数F(φ(t))と評価関数F(φ(t))との和を最小にする、目標値φ(t)及び目標値φ(t)を決定することができる。 As shown in the above formula (19), in the tilt angle control device of the first embodiment, the target value φ 2 (t) of the tilt angle of the rear portion 2b of the vehicle body 2 at a certain time is set to the target value φ2 (t) of the vehicle body 2 at that time. Using the target value φ 1 (t) of the inclination angle of the front portion 2a and, for example, the difference ΔC of the cant, which is the difference in the shape variable of the track between the two positions of the front carriage 3a and the rear carriage 3b. Therefore, it is expressed as φ 2 (t) = φ 1 (t) + ΔC / G. As a result, the target value φ 1 (t) and the target value φ 2 (t) are evaluated as the evaluation function F 11 (t)) under the constraint condition that “the vehicle body is not twisted”. The target value φ 1 (t) and the target value φ 2 (t) that minimize the sum with the function F 22 (t)) can be determined.

これにより、評価関数F(φ(t))を最小にする車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値、及び、評価関数F(φ(t))を最小にする車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値、を別々に探索して決定する場合に比べて、計算機の演算負荷を格段に軽減させることができ、傾斜角度及び傾斜角度がそれぞれの目標値になるような傾斜角度制御も短時間で可能となる。更に、決定された前方部分2a及び後方部分2bの傾斜角度の目標値は、前位台車3a及び後位台車3bの2つの位置での乗り物酔い指標及び緩和曲線における乗り心地指標がそれぞれ最良となるように調整された傾斜角度の目標値として、算出される。 As a result, the target value of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 that minimizes the evaluation function F 11 (t)) and the vehicle body 2 that minimizes the evaluation function F 22 (t)). Compared to the case where the target value of the tilt angle of the rear portion 2b of is separately searched and determined, the calculation load of the computer can be significantly reduced, and the tilt angle and the tilt angle can be the respective target values. It is possible to control the tilt angle in a short time. Further, as the determined target values of the inclination angles of the front portion 2a and the rear portion 2b, the motion sickness index at the two positions of the front bogie 3a and the rear bogie 3b and the ride comfort index in the relaxation curve are the best, respectively. It is calculated as the target value of the tilt angle adjusted as described above.

また、本実施の形態1によれば、車体を傾斜させるためのアクチュエータによる不要な発生力を抑制することができるので、アクチュエータを制御するために空気を使用する量を削減することができる。 Further, according to the first embodiment, it is possible to suppress an unnecessary generated force by the actuator for tilting the vehicle body, so that the amount of air used to control the actuator can be reduced.

また、本実施の形態1によれば、車体をねじることなく、車体を傾斜させる傾斜角度を制御することができるので、車体又は台車の各部への不要な負荷を、低減することができる。その結果、車内の乗客の振動乗り心地を改善することができる。 Further, according to the first embodiment, since the inclination angle at which the vehicle body is tilted can be controlled without twisting the vehicle body, unnecessary load on each part of the vehicle body or the bogie can be reduced. As a result, it is possible to improve the vibration riding comfort of passengers in the vehicle.

また、本実施の形態1によれば、鉄道車両が緩和曲線を走行している鉄道車両の車体を傾斜させる際に、一部の車輪の輪重が減少する輪重抜けが発生することを、防止又は抑制することができる。 Further, according to the first embodiment, when the vehicle body of the railway vehicle traveling on the relaxation curve is tilted, the wheel load loss occurs in which the wheel load of some of the wheels is reduced. It can be prevented or suppressed.

また、本実施の形態1によれば、車内空間のうち前位台車3a及び後位台車3bの各々の直上にそれぞれ位置する2つの部分において、乗り物酔い指標及び緩和曲線における乗り心地指標が最良となるように、傾斜角度を制御することができる。 Further, according to the first embodiment, the motion sickness index and the ride comfort index in the relaxation curve are the best in the two portions of the vehicle interior space located directly above each of the front bogie 3a and the rear bogie 3b. The tilt angle can be controlled so as to be.

本実施の形態1では、前述したように、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)は、前位台車3aの位置での線路のカントC(t)に比例するか、又は、前位台車3aの位置での線路の曲率半径R(t)に反比例する。また、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)が前位台車3aの位置での線路のカントC(t)に比例するとき、後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)は、後位台車3bの位置での線路のカントC(t)に比例し、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)が前位台車3aの位置での線路の曲率半径R(t)に反比例するとき、後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)は、後位台車3bの位置での線路の曲率半径R(t)に反比例する。 In the first embodiment, as described above, the shape variable C s1 (t) of the track at the position of the front bogie 3a is proportional to the cant C 1 (t) of the track at the position of the front bogie 3a. or, inversely proportional to the previous position of the line at the position of the carriage 3a curvature radius R 1 (t). Further, when the shape variable C s1 (t) of the track at the position of the front trolley 3a is proportional to the cant C 1 (t) of the track at the position of the front trolley 3a, the track at the position of the rear trolley 3b. The shape variable C s2 (t) of is proportional to the cant C 2 (t) of the track at the position of the rear trolley 3b, and the shape variable C s1 (t) of the track at the position of the front trolley 3a is the front position. When inversely proportional to the radius of curvature R 1 (t) of the track at the position of the trolley 3a, the shape variable C s2 (t) of the track at the position of the rear trolley 3b is the curvature of the track at the position of the rear trolley 3b. It is inversely proportional to the radius R 2 (t).

好適には、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)は、未走行区間の線路のカント、即ち前位台車3aの位置での線路のカントC(t)に等しい。このような場合、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)は、以下の数式(20)で表される。なお、形状変数Cs1(t)は、カントC(t)に係数を乗じた値であってもよい。 Preferably, the shape variable C s1 (t) of the track at the position of the front bogie 3a is equal to the cant of the track in the untraveled section, that is, the cant C 1 (t) of the track at the position of the front bogie 3a. .. In such a case, the shape variable C s1 (t) of the track at the position of the front bogie 3a is expressed by the following mathematical formula (20). The shape variable C s1 (t) may be a value obtained by multiplying a coefficient to cant C 1 (t).

Figure 2021165099
Figure 2021165099

好適には、後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)は、未走行区間の線路のカント、即ち後位台車3bの位置での線路のカントC(t)に等しい。このような場合、後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)は、以下の数式(21)で表される。なお、形状変数Cs2(t)は、カントC(t)に係数を乗じた値であってもよい。 Preferably, the track shape variable C s2 (t) at the position of the rear bogie 3b is equal to the cant of the track in the untraveled section, that is, the cant C 2 (t) of the track at the position of the rear bogie 3b. .. In such a case, the shape variable C s2 (t) of the track at the position of the rear bogie 3b is expressed by the following mathematical formula (21). The shape variable C s2 (t) may be a value obtained by multiplying the cant C 2 (t) by a coefficient.

Figure 2021165099
Figure 2021165099

一方、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)として、前位台車3aの位置での線路のカントC(t)に代えて、前位台車3aの位置での線路の曲率半径R(t)に反比例した量を、仮想カントとして用いてもよい。仮想カントを用いる場合、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)は、以下の数式(22)で表される。 On the other hand, as the shape variable C s1 (t) of the track at the position of the front bogie 3a, the track at the position of the front bogie 3a is replaced with the cant C 1 (t) of the track at the position of the front bogie 3a. An amount inversely proportional to the radius of curvature R 1 (t) of may be used as a virtual cant. When the virtual cant is used, the shape variable C s1 (t) of the track at the position of the front bogie 3a is expressed by the following mathematical formula (22).

Figure 2021165099
Figure 2021165099

上記数式(22)において、βは、係数である。 In the above mathematical formula (22), β is a coefficient.

また、後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)として、後位台車3bの位置での線路のカントC(t)に代えて、後位台車3bの位置での線路の曲率半径R(t)に反比例した量を、仮想カントとして用いてもよい。仮想カントを用いる場合、後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)は、以下の数式(23)で表される。 Further, as the shape variable C s2 (t) of the track at the position of the rear bogie 3b, the track at the position of the rear bogie 3b is replaced with the cant C 2 (t) of the track at the position of the rear bogie 3b. An amount inversely proportional to the radius of curvature R 2 (t) of may be used as a virtual cant. When the virtual cant is used, the shape variable C s2 (t) of the track at the position of the rear bogie 3b is expressed by the following mathematical formula (23).

Figure 2021165099
Figure 2021165099

上記数式(23)において、βは、係数である。 In the above mathematical formula (23), β is a coefficient.

これにより、前位台車3aの位置での線路のカントC(t)が取得できない場合でも、評価関数F(φ(t))を最小にする傾斜角度の目標値φ(t)を決定することができる。また、後位台車3bの位置での線路のカントC(t)が取得できない場合でも、評価関数F(φ(t))を最小にする傾斜角度の目標値φ(t)を決定することができる。従って、傾斜角度制御装置のセンサ構成を、より簡便にすることができる。 As a result, even if the cant C 1 (t) of the track at the position of the front carriage 3a cannot be obtained , the target value φ 1 (t) of the inclination angle that minimizes the evaluation function F 11 (t)) is obtained. Can be determined. Further, even if the cant C 2 (t) of the track at the position of the rear trolley 3b cannot be obtained , the target value φ 2 (t) of the inclination angle that minimizes the evaluation function F 22 (t)) is set. Can be decided. Therefore, the sensor configuration of the tilt angle control device can be simplified.

(実施の形態2)
次に、実施の形態2の傾斜角度制御装置及び傾斜角度制御方法について説明する。本実施の形態2の傾斜角度制御装置及び傾斜角度制御方法は、データベースが線路の形状に関するデータを離散的に記憶し、データ取得処理及び演算処理を繰り返し、前回の演算処理と今回の演算処理との間で傾斜角度の目標値を重複して決定する点で、実施の形態1の傾斜角度制御装置及び傾斜角度制御方法と異なる。以下では、実施の形態1の傾斜角度制御装置及び傾斜角度制御方法と異なる点について詳しく説明し、それ以外の点については、実施の形態1の傾斜角度制御装置及び傾斜角度制御方法と同様であるため、その説明を省略する。
(Embodiment 2)
Next, the tilt angle control device and the tilt angle control method according to the second embodiment will be described. In the tilt angle control device and the tilt angle control method of the second embodiment, the database discretely stores the data related to the shape of the line, repeats the data acquisition process and the calculation process, and performs the previous calculation process and the current calculation process. It differs from the tilt angle control device and the tilt angle control method of the first embodiment in that the target value of the tilt angle is determined in duplicate between the two. Hereinafter, the points different from the tilt angle control device and the tilt angle control method of the first embodiment will be described in detail, and other points are the same as those of the tilt angle control device and the tilt angle control method of the first embodiment. Therefore, the description thereof will be omitted.

図2及び図3に示すように、本実施の形態2の傾斜角度制御装置20aは、鉄道車両1aに備えられ、動作部21と、データベース22aと、処理部23aと、を有する。処理部23aは、データ取得処理部24aと、演算処理部25aと、を有する。動作部21については、実施の形態1の傾斜角度制御装置20が有する動作部21と同様であるため、その説明を省略する。 As shown in FIGS. 2 and 3, the inclination angle control device 20a of the second embodiment is provided in the railway vehicle 1a and includes an operation unit 21, a database 22a, and a processing unit 23a. The processing unit 23a includes a data acquisition processing unit 24a and an arithmetic processing unit 25a. Since the operating unit 21 is the same as the operating unit 21 included in the tilt angle control device 20 of the first embodiment, the description thereof will be omitted.

データベース22aは、線路の形状に関するデータを離散的に記憶しており、より詳細には、後述する図7を用いて説明するように、予定走行速度(走行速度)vで時間T+T内に鉄道車両1aが走行する距離[m]ごとの地点に対応する未走行線路データを順番に記憶している。 The database 22a discretely stores data related to the shape of the track, and more specifically, as will be described later with reference to FIG. 7, the planned running speed (running speed) v is within the time T 0 + T 1. The untraveled track data corresponding to the points for each distance [m] traveled by the railway vehicle 1a are stored in order.

演算処理部25aは、傾斜角度の目標値φm1(t)及び傾斜角度の目標値φm2(t)を決定する際に、上記数式(26)の代わりに以下の数式(27)を用いる点において、実施の形態1の演算処理部25と異なる。 The arithmetic processing unit 25a uses the following formula (27) instead of the above formula (26) when determining the target value φ m1 (t) for the tilt angle and the target value φ m2 (t) for the tilt angle. Is different from the arithmetic processing unit 25 of the first embodiment.

Figure 2021165099
Figure 2021165099

また、上記数式(27)に上記数式(17)を代入する際の上記数式(17)のyf1(i)は、h11(i)及びh12(i)の各々を0.3Hz以下の信号を強調する(2n+1)次のFIRフィルタとすると、以下の数式(28)で表される。 Further, when substituting the above formula (17) into the above formula (27), y f1 (i) of the above formula (17) is 0.3 Hz or less for each of h 11 (i) and h 12 (i). The following FIR filter that emphasizes the signal (2n + 1) is expressed by the following mathematical formula (28).

Figure 2021165099
Figure 2021165099

上記数式(28)において、mは、自然数である。 In the above mathematical formula (28), m is a natural number.

また、上記数式(27)に上記数式(18)を代入する際の上記数式(18)のyf2(i)は、h21(i)及びh22(i)の各々を0.3Hz以下の信号を強調する(2n+1)次のFIRフィルタとすると、以下の数式(29)で表される。 Further, when substituting the above formula (18) into the above formula (27), y f2 (i) of the above formula (18) is 0.3 Hz or less for each of h 21 (i) and h 22 (i). The next FIR filter that emphasizes the signal (2n + 1) is expressed by the following mathematical formula (29).

Figure 2021165099
Figure 2021165099

上記数式(29)において、mは、自然数である。 In the above formula (29), m is a natural number.

なお、本実施の形態2においては、n=1とし、且つ、関数g(φm1(t))及び関数g(φm2(t))の各々をそれぞれ傾斜角度の目標値φ(t)及び傾斜角度の目標値φ(t)の線形関数とした場合には、上記数式(24)及び数式(25)は線形2次計画問題となるため、傾斜角度の目標値φm1(t)、及び、傾斜角度の目標値φm2(t)を、容易に算出することができる。 In the second embodiment, n = 1 is set, and each of the function g 1m1 (t)) and the function g 2m2 (t)) is set to the target value of the inclination angle φ 1 (φ 1 (t)). in case of a linear function of the target value phi 2 (t) of t) and angle of inclination, since the above equation (24) and equation (25) becomes linear quadratic programming problem, the target value of the inclination angle phi m1 ( t) and the target value φ m2 (t) of the inclination angle can be easily calculated.

また、傾斜角度の目標値φ(t)の時間変化率φ´(t)、及び、目標値φ(t)の時間変化率φ´(t)の時間変化率φ´´(t)は、それぞれ以下の数式(30)及び数式(31)で近似される。これにより、評価関数F(φ(t))には、傾斜角度の目標値φ(t)に関する1階差分と2階差分とが含まれた状態となっている。 The time change rate phi 1 of the target value of the inclination angle phi 1 (t) '(t), and the time change rate phi 1 target value phi 1 (t)' time change rate phi 1'' of (t) (T) is approximated by the following mathematical formulas (30) and (31), respectively. As a result, the evaluation function F 11 (t)) includes the first-order difference and the second-order difference with respect to the target value φ 1 (t) of the inclination angle.

Figure 2021165099
Figure 2021165099

Figure 2021165099
Figure 2021165099

また、傾斜角度の目標値φ(t)の時間変化率φ´(t)、及び、目標値φ(t)の時間変化率φ´(t)の時間変化率φ´´(t)は、それぞれ以下の数式(32)及び数式(33)で近似される。これにより、評価関数F(φ(t))には、傾斜角度の目標値φ(t)に関する1階差分と2階差分とが含まれた状態となっている。 The time change rate phi 2 of the target value of the tilt angle phi 2 (t) '(t), and the time change rate phi 2 target values phi 2 (t)' time rate phi 2'' in (t) (T) is approximated by the following mathematical formulas (32) and (33), respectively. As a result, the evaluation function F 22 (t)) includes the first-order difference and the second-order difference with respect to the target value φ 2 (t) of the inclination angle.

Figure 2021165099
Figure 2021165099

Figure 2021165099
Figure 2021165099

上記数式(30)乃至上記数式(33)において、Δt=Δx/vであり、Δxは、i−1番目の未走行線路データによって形状が示される未走行線路の地点とi番目の未走行線路データによって形状が示される未走行線路の地点との間隔[m]である。また、iは正の整数である。 In the above equation (30) to the equation (33), a Δt i = Δx i / v, Δx i is the i-1 th Not running line data of the non-running line shape is shown point and i th It is the distance [m] from the point of the untraveled track whose shape is indicated by the untraveled track data. Also, i is a positive integer.

また、前位台車3aの位置での線路の曲率半径R(t)の時間変化率R´(t)、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)の時間変化率Cs1´(t)、及び、前位台車3aの位置での線路の形状変数Cs1(t)の時間変化率Cs1´(t)の時間変化率Cs1´´(t)は、それぞれ以下の数式(34)乃至数式(36)で近似される。なお、形状変数Cs1(t)が前位台車3aの位置での線路のカントC(t)に比例するか又は前位台車3aの位置での線路の曲率半径R(t)に反比例することは、実施の形態1と同様である。 Further, the time change rate R 1 ′ (t) of the radius of curvature R 1 (t) of the track at the position of the front trolley 3a, and the time change of the shape variable C s1 (t) of the track at the position of the front trolley 3a. rate C s1 '(t), and, before position time rate of change of shape variables of the line at the position of the carriage 3a C s1 (t) C s1 ' time rate of change C s1'' of (t) (t) is They are approximated by the following mathematical formulas (34) to (36), respectively. The shape variable C s1 (t) is proportional to the cant C 1 (t) of the track at the position of the front carriage 3a, or inversely proportional to the radius of curvature R 1 (t) of the track at the position of the front carriage 3a. This is the same as in the first embodiment.

Figure 2021165099
Figure 2021165099

Figure 2021165099
Figure 2021165099

Figure 2021165099
Figure 2021165099

また、後位台車3bの位置での線路の曲率半径R(t)の時間変化率R´(t)、後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)の時間変化率Cs2´(t)、及び、後位台車3bの位置での線路の形状変数Cs2(t)の時間変化率Cs2´(t)の時間変化率Cs2´´(t)は、それぞれ以下の数式(37)乃至数式(39)で近似される。なお、形状変数Cs2(t)が後位台車3bの位置での線路のカントC(t)に比例するか又は後位台車3bの位置での線路の曲率半径R(t)に反比例することは、実施の形態1と同様である。 The time variation of the time rate R 2 of curvature of the line at the position of the succeeding carriage 3b radius R 2 (t) '(t ), shape variables of the line at the position of the succeeding carriage 3b C s2 (t) rate C s2 '(t), and, succeeding the time rate of change C s2 shape variables of the line at the position of the carriage 3b C s2 (t)' time change rate C s2'' of (t) (t) is They are approximated by the following mathematical formulas (37) to (39), respectively. The shape variable C s2 (t) is proportional to the cant C 2 (t) of the track at the position of the rear trolley 3b, or inversely proportional to the radius of curvature R 2 (t) of the track at the position of the rear trolley 3b. This is the same as in the first embodiment.

Figure 2021165099
Figure 2021165099

Figure 2021165099
Figure 2021165099

Figure 2021165099
Figure 2021165099

次に、本実施の形態2の傾斜角度制御方法の手順について説明する。図7は、実施の形態2の傾斜角度制御方法において重複して決定された傾斜角度の目標値を示す図である。図8は、実施の形態2の傾斜角度制御方法において線路形状に合わせて傾斜角度の目標値パターンを形成する手順を示す図である。図8(a)は、線路の曲率を示し、図8(b)は、線路のカントを示し、図8(c)乃至図8(g)は、逐次決定される目標値パターンを示す。なお、図7及び図8は、前位台車3a及び後位台車3bを代表して、前位台車3aについて示している。また、本実施の形態2においては、鉄道車両1aは、図8(a)及び図8(b)に示すような形状の未走行区間の線路上を走行するものとする。また、図7では、目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)を代表して目標値φm1(t)を傾斜角度の目標φ(t)と表記している。 Next, the procedure of the tilt angle control method of the second embodiment will be described. FIG. 7 is a diagram showing target values of tilt angles that are duplicately determined in the tilt angle control method of the second embodiment. FIG. 8 is a diagram showing a procedure for forming a target value pattern of the inclination angle according to the track shape in the inclination angle control method of the second embodiment. 8 (a) shows the curvature of the line, FIG. 8 (b) shows the cant of the line, and FIGS. 8 (c) to 8 (g) show the target value pattern determined sequentially. Note that FIGS. 7 and 8 show the front bogie 3a on behalf of the front bogie 3a and the rear bogie 3b. Further, in the second embodiment, the railway vehicle 1a is assumed to travel on a track in a non-traveling section having a shape as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). Further, in FIG. 7, are denoted target phi m (t) and the target value phi m1 (t) and the target value phi m @ 2 (t) tilt angle target value phi m1 (t) on behalf of.

本実施の形態2の傾斜角度制御方法では、図5のステップS1と同様のステップを行った後、データ取得処理部24aは、図5のステップS2に相当するステップとして、図7に示すように、時間T+T内に走行予定の未走行区間の線路の形状に関する未走行線路データη(t)と、未走行区間の線路上における予定走行条件β(t)と、を取得するデータ取得処理を行う。一定時間Tを3[秒]とし、時間Tを1[秒]とすることができる。なお、この場合における予定走行条件β(t)とは、現時点tにおける走行速度である。 In the tilt angle control method of the second embodiment, after performing the same steps as in step S1 of FIG. 5, the data acquisition processing unit 24a is shown in FIG. 7 as a step corresponding to step S2 of FIG. , Data acquisition to acquire the untraveled track data η (t) regarding the shape of the track of the untraveled section scheduled to travel within the time T 0 + T 1 and the planned traveling condition β (t) on the track of the untraveled section. Perform processing. The fixed time T 0 can be set to 3 [seconds], and the time T 1 can be set to 1 [seconds]. The planned running condition β (t) in this case is the running speed at the current t c.

次に、演算処理部25aは、図5のステップS3に相当するステップとして、データ取得処理の結果に基づいて、傾斜角度の目標値φm1(t)、及び、傾斜角度の目標値φm2(t)を決定する演算処理を行う。なお、この演算処理は、以下の関数決定処理(図5のステップS4に相当)と、目標値決定処理(図5のステップS5に相当)と、を含むものである。 Next, as a step corresponding to step S3 in FIG. 5, the arithmetic processing unit 25a has a target value φ m1 (t) for the tilt angle and a target value φ m2 (t) for the tilt angle based on the result of the data acquisition process. Performs arithmetic processing to determine t). It should be noted that this arithmetic processing includes the following function determination processing (corresponding to step S4 in FIG. 5) and target value determination processing (corresponding to step S5 in FIG. 5).

この図5のステップS3に相当するステップでは、まず、演算処理部25aは、図5のステップS4に相当するステップとして、関数決定処理を行う。 In the step corresponding to step S3 in FIG. 5, first, the arithmetic processing unit 25a performs a function determination process as a step corresponding to step S4 in FIG.

この図5のステップS4に相当するステップでは、演算処理部25aは、図5のステップS11乃至ステップS14に相当するステップを行って、未走行線路データη(t)と予定走行条件β(t)とを、上記数式(9)乃至上記数式(12)に代入し、前位台車3aの位置での各振動特性を、車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φ(t)の関数として決定する処理を行う。このとき、φ´(t)、φ´´(t)、R´(t)、Cs1´(t)及びCs1´´(t)の値に関しては、上記数式(30)、上記数式(31)、及び、上記数式(34)乃至上記数式(36)による近似値を用いる。 In the step corresponding to step S4 in FIG. 5, the arithmetic processing unit 25a performs the steps corresponding to steps S11 to S14 in FIG. 5, and the untraveled line data η (t) and the planned traveling condition β (t). Is substituted into the above formulas (9) to (12), and each vibration characteristic at the position of the front carriage 3a is a function of the target value φ 1 (t) of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2. Performs the process of determining as. At this time, regarding the values of φ 1 ′ (t), φ 1 ″ (t), R 1 ′ (t), C s1 ′ (t) and C s1 ′ ′ (t), the above mathematical formula (30), Approximate values based on the above formula (31) and the above formulas (34) to (36) are used.

また、演算処理部25aは、図5のステップS15乃至ステップS18に相当するステップを行って、未走行線路データη(t)と予定走行条件β(t)とを、上記数式(13)乃至上記数式(16)に代入し、後位台車3bの位置での各振動特性を、車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値φ(t)の関数として決定する処理を行う。このとき、φ´(t)、φ´´(t)、R´(t)、Cs2´(t)及びCs2´´(t)の値に関しては、上記数式(32)、上記数式(33)、及び、上記数式(37)乃至上記数式(39)による近似値を用いる。 Further, the arithmetic processing unit 25a performs steps corresponding to steps S15 to S18 in FIG. 5 to obtain the untraveled track data η (t) and the planned traveling condition β (t) from the above mathematical formula (13) to the above. substituted into equation (16), each vibration characteristics at the position of the succeeding carriage 3b, performs a process of determining, as a function of the target value phi 2 (t) of the inclination angle of the vehicle body 2 of the rear portion 2b. At this time, regarding the values of φ 2 ′ (t), φ 2 ″ (t), R 2 ′ (t), C s2 ′ (t) and C s2 ″ (t), the above mathematical formula (32), Approximate values based on the above formula (33) and the above formulas (37) to (39) are used.

この図5のステップS4に相当するステップでは、次に、演算処理部25aは、図5のステップS19に相当するステップを行って、前位台車3aの位置での車体2の前方部分2aの乗り心地を評価する評価関数fJT1(t)を、左右加速度yp1(t)、左右加速度yp1(t)の時間変化率yp1´(t)、ロール角速度θp1(t)、ロール角加速度θj1(t)、左右加速度yp2(t)、左右加速度yp2(t)の時間変化率yp2´(t)、ロール角速度θp2(t)、及び、ロール角加速度θj2(t)、の関数として決定する処理を行う。 In the step corresponding to step S4 in FIG. 5, the arithmetic processing unit 25a then performs the step corresponding to step S19 in FIG. 5 to ride the front portion 2a of the vehicle body 2 at the position of the front carriage 3a. The evaluation function f JT1 (t) for evaluating comfort is subjected to the time change rate y p1 ′ (t) of the left-right acceleration y p1 (t) and the left-right acceleration y p1 (t), the roll angular velocity θ p1 (t), and the roll angular acceleration. θ j1 (t), left-right acceleration y p2 (t), left-right acceleration y p2 (t) time change rate y p2 ′ (t), roll angular velocity θ p2 (t), and roll angular acceleration θ j2 (t) Performs the process of determining as a function of.

また、演算処理部25aは、図5のステップS20に相当するステップを行って、後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bの乗り心地を評価する評価関数fJT2(t)を、左右加速度yp1(t)、左右加速度yp1(t)の時間変化率yp1´(t)、ロール角速度θp1(t)、ロール角加速度θj1(t)、左右加速度yp2(t)、左右加速度yp2(t)の時間変化率yp2´(t)、ロール角速度θp2(t)、及び、ロール角加速度θj2(t)、の関数として決定する処理を行う。 Further, the arithmetic processing unit 25a performs a step corresponding to step S20 in FIG. 5 to perform an evaluation function f JT2 (t) for evaluating the riding comfort of the rear portion 2b of the vehicle body 2 at the position of the rear trolley 3b. Left-right acceleration y p1 (t), left-right acceleration y p1 (t) time change rate y p1 ′ (t), roll angular velocity θ p1 (t), roll angular acceleration θ j1 (t), left-right acceleration y p2 (t) , The time change rate y p2 ′ (t) of the left-right acceleration y p2 (t), the roll angular velocity θ p2 (t), and the roll angular acceleration θ j2 (t).

この図5のステップS4に相当するステップでは、次に、演算処理部25aは、図5のステップS21に相当するステップを行って、前位台車3aの位置での車体2の前方部分2aの乗り物酔いを評価する評価関数yf1(t)を、左右加速度yp1(t)、及び、左右加速度yp2(t)、の関数として決定する処理を行う。 In the step corresponding to step S4 of FIG. 5, the arithmetic processing unit 25a then performs the step corresponding to step S21 of FIG. 5, and the vehicle of the front portion 2a of the vehicle body 2 at the position of the front carriage 3a. A process of determining the evaluation function y f1 (t) for evaluating motion sickness as a function of the left-right acceleration y p1 (t) and the left-right acceleration y p2 (t) is performed.

また、演算処理部25aは、図5のステップS22に相当するステップを行って、後位台車3bの位置での車体2の後方部分2bの乗り物酔いを評価する評価関数yf2(t)を、左右加速度yp1(t)、及び、左右加速度yp2(t)、の関数として決定する処理を行う。 Further, the arithmetic processing unit 25a performs a step corresponding to step S22 in FIG. 5 to perform an evaluation function y f2 (t) for evaluating motion sickness of the rear portion 2b of the vehicle body 2 at the position of the rear bogie 3b. The process of determining as a function of the left-right acceleration y p1 (t) and the left-right acceleration y p2 (t) is performed.

この図5のステップS4に相当するステップでは、次に、演算処理部25aは、図5のステップS23に相当するステップを行って、重み付け係数により重み付けされた評価関数fJT1(t)と、重み付け係数により重み付けされた評価関数yf1(t)と、の和である評価関数F(φ(t))を決定する。 In the step corresponding to step S4 of FIG. 5, the arithmetic processing unit 25a then performs the step corresponding to step S23 of FIG. 5, and the evaluation function f JT1 (t) weighted by the weighting coefficient and the weighting are performed. The evaluation function F 11 (t)), which is the sum of the evaluation function y f1 (t) weighted by the coefficient, is determined.

また、演算処理部25aは、図5のステップS24に相当するステップを行って、重み付け係数により重み付けされた評価関数fJT2(t)と、重み付け係数により重み付けされた評価関数yf2(t)と、の和である評価関数F(φ(t))を決定する。 Further, the arithmetic processing unit 25a performs a step corresponding to step S24 in FIG. 5, and obtains an evaluation function f JT2 (t) weighted by a weighting coefficient and an evaluation function y f2 (t) weighted by a weighting coefficient. , determines an evaluation is the sum of the function F 2 (φ 2 (t) ).

また、ステップS3では、次に、演算処理部25aは、図5のステップS5に相当するステップとして、目標値決定処理を行う。 Further, in step S3, the arithmetic processing unit 25a then performs a target value determination process as a step corresponding to step S5 in FIG.

この図5のステップS5に相当するステップでは、演算処理部25aは、一定時間T(図7参照)内で評価関数F(φ(t))の値を積分した第1評価指標と、一定時間T(図7参照)内で評価関数F(φ(t))の値を積分した第2評価指標と、を計算し、計算された第1評価指標と第2評価指標との和が最小値となる場合における、傾斜角度の目標値φ(t)、及び、傾斜角度の目標値φ(t)を、上記数式(27)に基づいて、目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)として決定する目標値決定処理を行う(図7参照)。これにより、各時点での目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)からなる目標値パターンが決定される。 In the step corresponding to step S5 in FIG. 5, the arithmetic processing unit 25a and the first evaluation index obtained by integrating the values of the evaluation function F 11 (t)) within T 0 (see FIG. 7) for a certain period of time. the first evaluation index and second evaluation index and second evaluation index, was calculated, which is calculated by integrating the value of the predetermined time T 0 rating in (see FIG. 7) in the function F 2 (phi 2 (t)) When the sum of and is the minimum value, the target value φ 1 (t) of the tilt angle and the target value φ 2 (t) of the tilt angle are set to the target value φ m 1 (27) based on the above formula (27). The target value determination process for determining t) and the target value φ m2 (t) is performed (see FIG. 7). As a result, the target value pattern consisting of the target value φ m1 (t) and the target value φ m2 (t) at each time point is determined.

このようにして、図8(c)乃至図8(g)に示すように、傾斜角度制御装置20aは、データ取得処理及び演算処理を一定時間Tごとに繰り返し、前回の演算処理と今回の演算処理との間で、時間T内の傾斜角度の目標値φm1(t)を重複して決定し、同様に、傾斜角度の目標値φm2(t)を重複して決定する。なお、各関数決定処理における予定走行条件β(t)は、それぞれ一定の条件として設定されている。 In this way, as shown in FIGS. 8 (c) to 8 (g), the tilt angle control device 20a repeats the data acquisition process and the calculation process at T 0 intervals for a certain period of time, and the previous calculation process and the current calculation process are repeated. between the operation processing to determine duplicate target value φ m1 (t) of the inclination angle of the time T 1, Similarly, the overlapping determines the target value of the inclination angle φ m2 (t). The planned running condition β (t) in each function determination process is set as a fixed condition.

ここで、傾斜角度制御装置20aは、複数回の演算処理のそれぞれにおいては前回の演算処理の結果に基づいて目標値を決定しており、且つ、評価関数F(φ(t))には、傾斜角度の目標値φ(t)に関する1階差分と2階差分とが含まれ、評価関数F(φ(t))には、傾斜角度の目標値φ(t)に関する1階差分と2階差分とが含まれるため、目標値φm1(t)が重複して決定される時間T内においては、前回の演算処理による目標値と今回の演算処理による目標値とは、異なる値とならずに同一化されることとなる。これにより、各時点での目標値φm1(t)からなる目標値パターンが、全ての走行区間に渡って連続して決定される。なお、目標値φm2(t)についても同様である。 Here, the tilt angle control device 20a determines the target value based on the result of the previous arithmetic processing in each of the plurality of arithmetic processings, and the evaluation function F 11 (t)) is used. Includes the first-order difference and the second-order difference with respect to the target value φ 1 (t) of the tilt angle, and the evaluation function F 22 (t)) relates to the target value φ 2 (t) of the tilt angle. Since the first-order difference and the second-order difference are included, within the time T 1 in which the target value φ m1 (t) is determined in duplicate, the target value by the previous arithmetic processing and the target value by the current arithmetic processing Will be the same without being different values. As a result, the target value pattern consisting of the target value φ m1 (t) at each time point is continuously determined over all the traveling sections. The same applies to the target value φ m2 (t).

そして、決定された目標値φm1(t)に合わせて、動作部21が、車体2を傾斜させる傾斜処理を実行する。なお、目標値φm1(t)が重複して決定される時間T内においては、動作部21は前回の演算処理による目標値φm1(t)に合わせて、車体2を傾斜させる。なお、目標値φm2(t)についても同様である。 Then, the operating unit 21 executes the tilting process of tilting the vehicle body 2 in accordance with the determined target value φ m1 (t). Within the time T 1 in which the target value φ m1 (t) is determined to overlap, the operating unit 21 tilts the vehicle body 2 in accordance with the target value φ m 1 (t) obtained by the previous arithmetic processing. The same applies to the target value φ m2 (t).

本実施の形態2の傾斜角度制御方法によれば、車体2のうち前方部分2aの乗り物酔いを含めた乗り心地の評価指標を推定するための評価関数F(φ(t))を、車体2のうち前方部分2aの前位台車3aに対する傾斜角度の目標値φ(t)を変数として有する関数として決定する。また、車体2のうち後方部分2bの乗り物酔いを含めた乗り心地の評価指標を推定するための評価関数F(φ(t))を、車体2のうち後方部分2bの後位台車3bに対する傾斜角度の目標値φ(t)を変数として有する関数として決定する。そして、評価関数F(φ(t))の積分値、つまり第1評価指標の推定値と、評価関数F(φ(t))の積分値、つまり第2評価指標の推定値と、の和が一定の範囲内に含まれるように、傾斜角度の目標値φ(t)、及び、傾斜角度の目標値φ(t)を、目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)として事前に決定する。従って、本実施の形態2でも、実施の形態1と同様の効果が得られる。 According to the inclination angle control method of the second embodiment, the evaluation function F 11 (t)) for estimating the evaluation index of the riding comfort including the motion sickness of the front portion 2a of the vehicle body 2 is used. It is determined as a function having a target value φ 1 (t) of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 with respect to the front trolley 3a as a variable. Moreover, the evaluation function F 2 to estimate the ride comfort evaluation index including motion sickness of the rear portion 2b of the vehicle body 2 (φ 2 (t)) , position carriage 3b after the rear portion 2b of the vehicle body 2 It is determined as a function having the target value φ 2 (t) of the inclination angle with respect to. Then, the integrated value of the evaluation function F 11 (t)), that is, the estimated value of the first evaluation index and the integrated value of the evaluation function F 22 (t)), that is, the estimated value of the second evaluation index. The target value φ 1 (t) of the tilt angle and the target value φ 2 (t) of the tilt angle are set to the target value φ m 1 (t) and the target value so that the sum of and is included in a certain range. Determined in advance as φ m2 (t). Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained in the second embodiment.

それに加えて、本実施の形態2では、データ取得処理及び演算処理を一定時間Tごとに繰り返し、前回の演算処理と今回の演算処理との間で傾斜角度の目標値を重複して決定する。従って、本実施の形態2では、実施の形態1における効果に加えて、全ての走行区間に渡って目標値パターンが連続して決定されるので、時間T内において、前回の演算処理による目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)に合わせて動作部21に車体2を傾斜させることにより、例えば複心曲線や反向曲線等の複雑な形状の曲線部を鉄道車両1aが走行する場合でも、傾斜角度を連続して変化させ、乗り心地を向上させることができる。 In addition, in the second embodiment, the data acquisition process and the calculation process are repeated every T 0 for a certain period of time, and the target value of the inclination angle is determined in duplicate between the previous calculation process and the current calculation process. .. Therefore, in the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, since the target value pattern across all of the running section is determined continuously, at time T 1, the target from the previous processing By inclining the vehicle body 2 to the moving portion 21 according to the value φ m1 (t) and the target value φ m2 (t), the railroad vehicle 1a can create a curved portion having a complicated shape such as a compound center curve or a reverse curve. Even when traveling, the inclination angle can be continuously changed to improve the riding comfort.

また、上記数式(27)で表される非線型最適化問題を解くことにより、傾斜角度の目標値φm1(t)及び傾斜角度の目標値φm2(t)を決定することができる。従って、線路の形状に関するデータが連続せずに離散化されてデータベース22aに記憶されている場合であっても、車内空間のうち前位台車3a及び後位台車3bの各々の直上にそれぞれ位置する2つの部分において、乗り心地を確実に向上させることができる。 Further, by solving the non-linear optimization problem represented by the above mathematical formula (27), the target value φ m1 (t) of the tilt angle and the target value φ m2 (t) of the tilt angle can be determined. Therefore, even if the data related to the shape of the track is discretized and stored in the database 22a, it is located directly above each of the front bogie 3a and the rear bogie 3b in the vehicle interior space. Riding comfort can be reliably improved in the two parts.

なお、上記実施の形態1及び実施の形態2においては、傾斜機構4として図2に示すものを例示して説明したが、車体を傾斜させる機構があれば良く、例えばリンク式や空気ばね伸縮式などであってもよい。 In the first and second embodiments described above, the tilting mechanism 4 shown in FIG. 2 has been illustrated and described, but a mechanism for tilting the vehicle body may be provided, for example, a link type or an air spring telescopic type. And so on.

また、演算処理部25は、上記数式(1)又は上記数式(2)の値の積分値と、上記数式(3)又は上記数式(4)の値の積分値と、の和が最小値となるように、傾斜角度の目標値φ(t)、及び、傾斜角度の目標値φ(t)を、目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)として決定することとして説明したが、例えば0〜1等、一定の範囲内に含まれるように決定することとしてもよい。 Further, in the arithmetic processing unit 25, the sum of the integrated value of the value of the mathematical formula (1) or the mathematical formula (2) and the integrated value of the value of the mathematical formula (3) or the mathematical formula (4) is the minimum value. Therefore, it is explained that the target value φ 1 (t) of the inclination angle and the target value φ 2 (t) of the inclination angle are determined as the target value φ m 1 (t) and the target value φ m 2 (t). However, it may be determined so that it is included in a certain range, for example, 0 to 1.

更に、評価関数F(φ(t))及び評価関数F(φ(t))としては、他の評価関数を用いることとしてもよい。 Further, other evaluation functions may be used as the evaluation function F 11 (t)) and the evaluation function F 22 (t)).

以下、実施例に基づいて本実施の形態を更に詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施例によって限定されるものではない。 Hereinafter, the present embodiment will be described in more detail based on the examples. The present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
図9は、実施例1の傾斜角度制御装置を用いて算出した前位台車及び後位台車の各々の傾斜角度の目標値を示すグラフである。実施例1の傾斜角度制御装置は、実施の形態1の傾斜角度制御装置である。
(Example 1)
FIG. 9 is a graph showing the target values of the inclination angles of the front carriage and the rear carriage calculated by using the inclination angle control device of the first embodiment. The tilt angle control device of the first embodiment is the tilt angle control device of the first embodiment.

図9(a)の縦軸は、前位台車3aの位置での線路の曲率(図9(a)では「前位台車位置での線路の曲率」と表記)を示し、図9(b)の縦軸は、前位台車3aの位置での線路のカント(図9(b)では「前位台車位置での線路のカント」と表記)を示し、図9(c)の縦軸は、前位台車3aに対する車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値(図9(c)では「前位台車に対する傾斜角度目標値」と表記)を表す。図9(d)の縦軸は、後位台車3bの位置での線路の曲率(図9(d)では「後位台車位置での線路の曲率」と表記)を示し、図9(e)の縦軸は、後位台車3bの位置での線路のカント(図9(e)では「後位台車位置での線路のカント」と表記)を示し、図9(f)の縦軸は、後位台車3bに対する車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値(図9(f)では「後位台車に対する傾斜角度目標値」と表記)を表す。 The vertical axis of FIG. 9A shows the curvature of the track at the position of the front bogie 3a (in FIG. 9A, it is expressed as “the curvature of the track at the position of the front bogie”), and FIG. 9B shows. The vertical axis of FIG. 9 (c) indicates the cant of the track at the position of the front bogie 3a (in FIG. 9 (b), it is expressed as “the cant of the track at the position of the front bogie”), and the vertical axis of FIG. 9 (c) is It represents a target value of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 with respect to the front bogie 3a (indicated as "an inclination angle target value with respect to the front bogie" in FIG. 9C). The vertical axis of FIG. 9 (d) shows the curvature of the track at the position of the rear bogie 3b (in FIG. 9 (d), it is expressed as “the curvature of the track at the rear bogie position”), and FIG. 9 (e) shows. The vertical axis of FIG. 9 (f) indicates the cant of the track at the position of the rear bogie 3b (indicated as “the cant of the track at the rear bogie position” in FIG. 9 (e)), and the vertical axis of FIG. 9 (f) is It represents a target value of the inclination angle of the rear portion 2b of the vehicle body 2 with respect to the rear bogie 3b (indicated as "an inclination angle target value with respect to the rear bogie" in FIG. 9 (f)).

図9(g)の縦軸は、前位台車3aの位置での線路のカントから後位台車3bの位置での線路のカントを減じた値(図9(g)では「前位後位台車位置間のカントの差)と表記)を示し、図9(h)の縦軸は、車体2のねじれ角(図9(h)では「車体のねじれ角」と表記)を示している。また、図9(a)乃至図9(h)の各々の横軸では、時間を「時刻」と表記している。また、図9では、鉄道車両が、直線区間1、曲線区間1、曲線区間2及び直線区間2を順次走行する場合を示している。 The vertical axis of FIG. 9 (g) is the value obtained by subtracting the cant of the track at the position of the rear bogie 3b from the cant of the track at the position of the front bogie 3a (in FIG. 9 (g), the “front rear bogie”. The vertical axis of FIG. 9 (h) indicates the twist angle of the vehicle body 2 (indicated as “the twist angle of the vehicle body” in FIG. 9 (h)). Further, on the horizontal axis of each of FIGS. 9 (a) to 9 (h), time is expressed as “time”. Further, FIG. 9 shows a case where the railroad vehicle sequentially travels in the straight section 1, the curved section 1, the curved section 2, and the straight section 2.

前位台車3aの位置での線路の曲率及びカントの各々をそれぞれ示す図9(a)及び図9(b)のグラフと、後位台車3bの位置での線路の曲率及びカントの各々をそれぞれ示す図9(d)及び図9(e)のグラフと、を比べると、前位台車3a及び後位台車3bの各々が曲線区間に進入するタイミングが異なることが分かる。特に、前位台車3aの位置での線路のカントを示す図9(b)のグラフと、後位台車3bの位置での線路のカントを示す図9(e)のグラフと、を比べると、図9(g)に示すように、前位台車3aの位置と後位台車3bの位置との間で線路のカントの差、即ち前後台車のカントの差が発生していることが分かる。 The graphs of FIGS. 9 (a) and 9 (b) showing the curvature of the track and the cant at the position of the front bogie 3a, respectively, and the curvature of the track and the cant at the position of the rear bogie 3b, respectively. Comparing the graphs of FIGS. 9 (d) and 9 (e) shown, it can be seen that the timing at which the front bogie 3a and the rear bogie 3b each enter the curved section is different. In particular, comparing the graph of FIG. 9 (b) showing the cant of the track at the position of the front bogie 3a and the graph of FIG. 9 (e) showing the cant of the track at the position of the rear bogie 3b, As shown in FIG. 9 (g), it can be seen that a difference in track cant, that is, a difference in cant between front and rear bogies occurs between the position of the front bogie 3a and the position of the rear bogie 3b.

また、前位台車3aに対する車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値を示す図9(c)と、後位台車3bに対する車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値を示す図9(f)と、を比べると、ある時刻における前方部分2aの傾斜角度の目標値が、その時刻における後方部分2bの傾斜角度の目標値と異なっているときがあることが分かる。 Further, FIG. 9C shows a target value of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 with respect to the front bogie 3a, and FIG. 9 (c) shows a target value of the inclination angle of the rear portion 2b of the vehicle body 2 with respect to the rear bogie 3b. Comparing with f), it can be seen that the target value of the tilt angle of the front portion 2a at a certain time may be different from the target value of the tilt angle of the rear portion 2b at that time.

前述したように、また、図9(c)に示すように、ある時刻において、前位台車3aの位置での線路のカントから後位台車3bの位置での線路のカントを減じた値が正の場合には、その時刻において、前位台車3aの位置での線路のカントから後位台車3bの位置での線路のカントを減じた値の絶対値を、前位台車3aの位置での線路のカントが後位台車3bの位置での線路のカントと等しいときの傾斜角度の目標値の上限値から減じた値が、前位台車3aに対する車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値の実際の上限値になる。 As described above, and as shown in FIG. 9 (c), at a certain time, the value obtained by subtracting the cant of the track at the position of the front trolley 3a from the cant of the track at the position of the rear trolley 3b is positive. In the case of, at that time, the absolute value of the value obtained by subtracting the cant of the track at the position of the rear trolley 3b from the cant of the track at the position of the front trolley 3a is the absolute value of the track at the position of the front trolley 3a. The value subtracted from the upper limit of the target value of the inclination angle when the cant of is equal to the cant of the track at the position of the rear trolley 3b is the target value of the inclination angle of the front part 2a of the vehicle body 2 with respect to the front trolley 3a. It becomes the actual upper limit.

前述したように、また、図9(c)に示すように、ある時刻において、前位台車3aの位置での線路のカントから後位台車3bの位置での線路のカントを減じた値が負の場合には、その時刻において、前位台車3aの位置での線路のカントから後位台車3bの位置での線路のカントを減じた値の絶対値を、前位台車3aの位置での線路のカントが後位台車3bの位置での線路のカントと等しいときの傾斜角度の目標値の下限値に加えた値が、前位台車3aに対する車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値の実際の下限値になる。 As described above, and as shown in FIG. 9 (c), at a certain time, the value obtained by subtracting the cant of the track at the position of the front trolley 3a from the cant of the track at the position of the rear trolley 3b is negative. In the case of, at that time, the absolute value of the value obtained by subtracting the cant of the track at the position of the rear trolley 3b from the cant of the track at the position of the front trolley 3a is the absolute value of the track at the position of the front trolley 3a. The value added to the lower limit of the target value of the inclination angle when the cant of is equal to the cant of the track at the position of the rear trolley 3b is the target value of the inclination angle of the front part 2a of the vehicle body 2 with respect to the front trolley 3a. It becomes the actual lower limit.

即ち、図9(c)では、図9(g)に示す前後台車のカントの差を考慮した前位台車3aに対する車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値の上限値以下で且つ下限値以上になるように、前位台車の位置における評価関数F(φ(t))と、後位台車の位置における評価関数F(φ(t))と、の和を最小にする、前位台車3aに対する車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φm1(t)を算出した。 That is, in FIG. 9 (c), the upper limit value and the lower limit value of the target value of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 with respect to the front bogie 3a in consideration of the difference in cant of the front and rear bogies shown in FIG. 9 (g). As described above, the sum of the evaluation function F 11 (t)) at the position of the front bogie and the evaluation function F 22 (t)) at the position of the rear bogie is minimized. , The target value φ m1 (t) of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 with respect to the front bogie 3a was calculated.

このとき、算出された前位台車3aに対する車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φm1(t)については、上記数式(19)で表されるように、後位台車3bの位置での線路のカントC(t)の値から前位台車3aの位置での線路のカントC(t)の値を減じた値(C(t)−C(t))を線路の軌間Gで除して得られる値((C(t)−C(t))/G)を、更に前位台車3aに対する車体2の前方部分2aの傾斜角度の目標値φm1(t)に加えることになる。また、図9(f)に示すように、前位台車の位置における評価関数F(φ(t))と、後位台車の位置における評価関数F(φ(t))と、の和を最小にする、後位台車3bに対する車体2の後方部分2bの傾斜角度の目標値φm2(t)を算出した。即ち、車体2の前方部分2aの傾斜角度をφ(t)、車体2の後方部分2bの傾斜角度をφ(t)、前後台車中心のカントの差をΔC(t)、線路の軌間をGとしたとき、φ(t)=φ(t)+ΔC(t)/Gの条件で、目標値φm1(t)及び目標値φm2(t)を算出した。 At this time, the target value φ m1 (t) of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 with respect to the calculated front trolley 3a is at the position of the rear trolley 3b as expressed by the above equation (19). The value (C 2 (t) -C 1 (t)) obtained by subtracting the value of the cant C 1 (t) of the track at the position of the front carriage 3a from the value of the cant C 2 (t) of the track of the track is the value of the track. The value obtained by dividing by the track G ((C 2 (t) -C 1 (t)) / G) is further added to the target value φ m1 (t) of the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 with respect to the front carriage 3a. ) Will be added. Further, as shown in FIG. 9 (f), the evaluation function F 11 (t)) at the position of the front bogie and the evaluation function F 22 (t)) at the position of the rear bogie. The target value φ m2 (t) of the inclination angle of the rear portion 2b of the vehicle body 2 with respect to the rear bogie 3b was calculated so as to minimize the sum of the above. That is, the inclination angle of the front portion 2a of the vehicle body 2 is φ 1 (t), the inclination angle of the rear portion 2b of the vehicle body 2 is φ 2 (t), the difference between the cants at the center of the front and rear carriages is ΔC (t), and the track gauge. When G was defined as G, the target value φ m1 (t) and the target value φ m2 (t) were calculated under the condition of φ 2 (t) = φ 1 (t) + ΔC (t) / G.

これにより、図9(h)に示すように、任意の時刻において、車体のねじれ角は、0degに保持され、図9(g)に示す前後台車のカントの差にも関わらず、車体のねじれ角が打ち消された。 As a result, as shown in FIG. 9 (h), the helix angle of the car body is maintained at 0 deg at an arbitrary time, and despite the difference in cant of the front and rear bogies shown in FIG. 9 (g), the helix of the car body is twisted. The horns have been countered.

例えば上記特許文献1に記載された技術では、前位台車及び後位台車の各々に対して車体の進行方向における中央部1箇所における傾斜角度の目標値を出力して傾斜角度を制御するだけである。そのため、上記特許文献1に記載された技術を用いた傾斜角度制御方法を前述した比較例1とすると、比較例1の傾斜角度制御方法を用いた場合、車体のねじれ角は、図9(g)に示す前後台車のカントの差に等しくなり、前後台車のカントの差が0degでない時、車体のねじれ角を0degに保持することができない。 For example, in the technique described in Patent Document 1, it is only necessary to output a target value of an inclination angle at one central portion in the traveling direction of the vehicle body for each of the front bogie and the rear bogie to control the inclination angle. be. Therefore, assuming that the tilt angle control method using the technique described in Patent Document 1 is the above-mentioned Comparative Example 1, when the tilt angle control method of Comparative Example 1 is used, the helix angle of the vehicle body is shown in FIG. 9 (g). ) Is equal to the difference between the cants of the front and rear bogies, and when the difference between the cants of the front and rear bogies is not 0 deg, the helix angle of the vehicle body cannot be maintained at 0 deg.

また、上記特許文献2に記載された技術でも、車体の進行方向における中央部1箇所における傾斜角度の目標値を、前位台車用及び後位台車用として、時間をずらして出力するだけである。そのため、上記特許文献2に記載された技術を用いた傾斜角度制御方法を比較例2とすると、比較例2の傾斜角度制御方法を用いた場合でも、車体のねじれ角を0degに保持することができない。 Further, even in the technique described in Patent Document 2, the target value of the inclination angle at one central portion in the traveling direction of the vehicle body is only output at different times for the front bogie and the rear bogie. .. Therefore, assuming that the tilt angle control method using the technique described in Patent Document 2 is Comparative Example 2, the helix angle of the vehicle body can be maintained at 0 deg even when the tilt angle control method of Comparative Example 2 is used. Can not.

一方、実施例1の傾斜角度制御方法を用いた場合、前位台車3aの位置での車両運動の評価関数と、後位台車3bの位置での車両運動の評価関数と、を別々に決定するものの、後位台車3bの位置での乗り心地評価関数に、φ(t)=φ(t)+ΔC(t)/Gを代入することにより、後位台車3bの位置での乗り心地評価関数を、後位台車3bの位置での傾斜角度の目標値φ(t)の関数から、前位台車3aの位置での傾斜角度の目標値φ(t)の関数に変換する。そのため、車体2のねじれ角を0degに保持しつつ、前位台車3aの位置での傾斜角度の目標値φm1(t)、及び、後位台車3bの位置での傾斜角度の目標値φm2(t)の各々を、精度良く、且つ、演算量を増加させることなく、算出することができる。 On the other hand, when the inclination angle control method of the first embodiment is used, the evaluation function of the vehicle motion at the position of the front trolley 3a and the evaluation function of the vehicle motion at the position of the rear trolley 3b are separately determined. However, by substituting φ 2 (t) = φ 1 (t) + ΔC (t) / G into the ride comfort evaluation function at the position of the rear trolley 3b, the ride comfort evaluation at the position of the rear trolley 3b The function is converted from the function of the target value φ 2 (t) of the tilt angle at the position of the rear trolley 3b to the function of the target value φ 1 (t) of the tilt angle at the position of the front trolley 3a. Therefore, while maintaining the helix angle of the vehicle body 2 at 0 deg, the target value φ m1 (t) of the inclination angle at the position of the front bogie 3a and the target value φ m2 of the inclination angle at the position of the rear bogie 3b. Each of (t) can be calculated with high accuracy and without increasing the amount of calculation.

以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。 Although the invention made by the present inventor has been specifically described above based on the embodiment thereof, the present invention is not limited to the embodiment and can be variously modified without departing from the gist thereof. Needless to say.

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。 Within the scope of the idea of the present invention, those skilled in the art can come up with various modified examples and modified examples, and it is understood that these modified examples and modified examples also belong to the scope of the present invention.

例えば、前述の各実施の形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。 For example, a person skilled in the art appropriately adds, deletes, or changes the design of each of the above-described embodiments, or adds, omits, or changes the conditions of the process of the present invention. As long as it has a gist, it is included in the scope of the present invention.

本発明は、車体を台車に対して傾斜させる傾斜角度を制御する傾斜角度制御装置、傾斜角度制御方法及びその傾斜角度制御装置を備えた鉄道車両に適用して有効である。 The present invention is effective when applied to a railroad vehicle provided with an inclination angle control device for controlling an inclination angle for inclining a vehicle body with respect to a carriage, an inclination angle control method, and an inclination angle control device thereof.

1、1a 鉄道車両
2 車体
2a 前方部分
2b 後方部分
3 台車
3a 前位台車
3b 後位台車
4 傾斜機構
4a 前位傾斜機構
4b 後位傾斜機構
5 中央部
11、11a、11b 車輪
12、12a、12b 車軸
13、13a、13b 台車枠
14、14a、14b 振子装置
15、15a、15b 振子梁
20、20a 傾斜角度制御装置
21、21a、21b 動作部
22、22a データベース
23、23a 処理部
24、24a データ取得処理部
25、25a 演算処理部

1, 1a Railroad vehicle 2 Body 2a Front part 2b Rear part 3 Bogie 3a Front bogie 3b Rear bogie 4 Tilt mechanism 4a Front tilt mechanism 4b Rear tilt mechanism 5 Central part 11, 11a, 11b Wheels 12, 12a, 12b Axles 13, 13a, 13b Bogie frame 14, 14a, 14b Pinging device 15, 15a, 15b Pinging beam 20, 20a Tilt angle control device 21, 21a, 21b Operating unit 22, 22a Database 23, 23a Processing unit 24, 24a Data acquisition Processing unit 25, 25a Arithmetic processing unit

Claims (7)

車体と、前記車体の前方部分を支持する前位台車と、前記車体の後方部分を支持する後位台車と、を備えた鉄道車両における、前記車体の傾斜角度を制御する傾斜角度制御装置において、
線路全体の形状に関するデータベースから、未走行区間の線路の形状に関する未走行線路データと、前記未走行区間の線路上における予定走行条件と、を取得するデータ取得処理を行うデータ取得処理部と、
前記車体の前記前方部分の前記前位台車に対する傾斜角度の第1目標値、及び、前記車体の前記後方部分の前記後位台車に対する傾斜角度の第2目標値、を決定する演算処理を行う演算処理部と、
前記演算処理にて決定された前記第1目標値に合わせて前記車体の前記前方部分を傾斜させ、前記演算処理にて決定された前記第2目標値に合わせて前記車体の前記後方部分を傾斜させる動作部と、
を有し、
前記演算処理部は、
前記未走行区間の線路上を前記鉄道車両が走行する際の前記車体の前記前方部分の乗り物酔いを含めた乗り心地の第1評価指標を推定するための第1評価関数を、前記未走行線路データと、前記予定走行条件と、に基づいて、前記車体の前記前方部分の前記第1目標値の関数として決定する第1関数決定処理と、
前記未走行区間の線路上を前記鉄道車両が走行する際の前記車体の前記後方部分の乗り物酔いを含めた乗り心地の第2評価指標を推定するための第2評価関数を、前記未走行線路データと、前記予定走行条件と、に基づいて、前記車体の前記後方部分の前記第2目標値の関数として決定する第2関数決定処理と、
前記第1評価関数により推定される前記第1評価指標の値と、前記第2評価関数により推定される前記第2評価指標の値と、の和が一定の範囲内に含まれるように、前記第1目標値と前記第2目標値とを決定する目標値決定処理と、
を含む前記演算処理を行い、
前記未走行線路データは、前記未走行区間の線路のカントに比例するか又は前記未走行区間の線路の曲率半径に反比例する形状変数を含み、
前記前位台車の位置での前記形状変数を第1変数とし、前記後位台車の位置での前記形状変数を第2変数としたとき、
前記演算処理部は、前記目標値決定処理では、前記第2変数から前記第1変数を減じて得られる第1値を前記線路の軌間で除して得られる第2値を、更に前記第1目標値に加えて得られる第3値が、前記第2目標値に等しくなる条件で、前記第1目標値と前記第2目標値とを決定する、傾斜角度制御装置。
In a railroad vehicle including a vehicle body, a front bogie that supports a front portion of the vehicle body, and a rear bogie that supports a rear portion of the vehicle body, a tilt angle control device that controls the tilt angle of the vehicle body.
A data acquisition processing unit that performs data acquisition processing for acquiring untraveled track data regarding the shape of the track in the untraveled section and planned traveling conditions on the track in the untraveled section from a database relating to the shape of the entire track.
An operation for determining the first target value of the inclination angle of the front portion of the vehicle body with respect to the front bogie and the second target value of the inclination angle of the rear portion of the vehicle body with respect to the rear bogie. Processing unit and
The front portion of the vehicle body is tilted according to the first target value determined by the calculation process, and the rear portion of the vehicle body is tilted according to the second target value determined by the calculation process. The moving part to make
Have,
The arithmetic processing unit
The non-traveling track is a first evaluation function for estimating a first evaluation index of riding comfort including vehicle sickness in the front portion of the vehicle body when the railroad vehicle travels on the track in the non-traveling section. A first function determination process that determines as a function of the first target value of the front portion of the vehicle body based on the data and the planned running conditions.
The non-traveling track is a second evaluation function for estimating a second evaluation index of riding comfort including vehicle sickness in the rear portion of the vehicle body when the railroad vehicle travels on the track in the non-traveling section. A second function determination process that determines as a function of the second target value of the rear portion of the vehicle body based on the data and the planned running conditions.
The sum of the value of the first evaluation index estimated by the first evaluation function and the value of the second evaluation index estimated by the second evaluation function is included in a certain range. The target value determination process for determining the first target value and the second target value, and
Perform the above-mentioned arithmetic processing including
The untraveled track data includes a shape variable that is proportional to the cant of the track in the untraveled section or inversely proportional to the radius of curvature of the track in the untraveled section.
When the shape variable at the position of the front bogie is the first variable and the shape variable at the position of the rear bogie is the second variable.
In the target value determination process, the arithmetic processing unit further obtains a second value obtained by dividing the first value obtained by subtracting the first variable from the second variable by the gauge of the line, and further obtains the first value. An inclination angle control device that determines the first target value and the second target value under the condition that the third value obtained in addition to the target value is equal to the second target value.
請求項1に記載の傾斜角度制御装置において、
前記第1評価関数は、以下の数式(1)又は数式(2)で表され、
前記第2評価関数は、以下の数式(3)又は数式(4)で表され、
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
(但し、t:時間、F(φ(t)):前記第1評価関数、F(φ(t)):前記第2評価関数、α,α:係数、μ:係数で1以上の実数、n:正の整数)
前記第1評価関数が前記数式(1)で表されるとき、前記第2評価関数は、前記数式(3)で表され、
前記第1評価関数が前記数式(2)で表されるとき、前記第2評価関数は、前記数式(4)で表され、
前記第1評価関数が前記数式(1)で表されるとき、前記fJT1(t)は、以下の数式(5)で表され、
前記第1評価関数が前記数式(2)で表されるとき、前記fJT1(t)は、以下の数式(6)で表され、
前記第2評価関数が前記数式(3)で表されるとき、前記fJT2(t)は、以下の数式(7)で表され、
前記第2評価関数が前記数式(4)で表されるとき、前記fJT2(t)は、以下の数式(8)で表され、
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
(但し、a11,b11,c11,d11,a12,b12,c12,d12,e,a21,b21,c21,d21,a22,b22,c22,d22,e:係数、μ:係数で1以上の実数、n:正の整数)
前記yp1(t)は、以下の数式(9)で表され、
前記yj1(t)は、以下の数式(10)で表され、
前記θp1(t)は、以下の数式(11)で表され、
前記θj1(t)は、以下の数式(12)で表され、
前記yp2(t)は、以下の数式(13)で表され、
前記yj2(t)は、以下の数式(14)で表され、
前記θp2(t)は、以下の数式(15)で表され、
前記θj2(t)は、以下の数式(16)で表され、
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
(但し、v:走行速度、R(t):前記前位台車の位置での線路の曲率半径、R´(t):前記前位台車の位置での線路の曲率半径の時間変化率、Cs1(t):前記第1変数、Cs1´(t):前記第1変数の時間変化率、Cs1´´(t):前記第1変数の時間変化率の時間変化率、G:線路の軌間、φ(t):前記第1目標値、φ´(t):前記第1目標値の時間変化率、φ´´(t):前記第1目標値の時間変化率の時間変化率、g:重力加速度、R(t):前記後位台車の位置での線路の曲率半径、R´(t):前記後位台車の位置での線路の曲率半径の時間変化率、Cs2(t):前記第2変数、Cs2´(t):前記第2変数の時間変化率、Cs2´´(t):前記第2変数の時間変化率の時間変化率、φ(t):前記第2目標値、φ´(t):前記第2目標値の時間変化率、φ´´(t):前記第2目標値の時間変化率の時間変化率)
前記yf1(t)は、以下の数式(17)で表され、
前記yf2(t)は、以下の数式(18)で表され、
Figure 2021165099
Figure 2021165099
(但し、τ:時間)
前記h11(τ)、前記h12(τ)、前記h21(τ)及び前記h22(τ)の各々は、0.3Hz以下の入力を強調するフィルタである、傾斜角度制御装置。
In the tilt angle control device according to claim 1,
The first evaluation function is represented by the following mathematical formula (1) or mathematical formula (2).
The second evaluation function is represented by the following mathematical formula (3) or mathematical formula (4).
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
(However, t: time, F 11 (t)): the first evaluation function, F 22 (t)): the second evaluation function, α 1 , α 2 : coefficient, μ: coefficient Is a real number greater than or equal to 1, n: a positive integer)
When the first evaluation function is represented by the mathematical formula (1), the second evaluation function is represented by the mathematical formula (3).
When the first evaluation function is represented by the mathematical formula (2), the second evaluation function is represented by the mathematical formula (4).
When the first evaluation function is represented by the mathematical formula (1), the fJT1 (t) is represented by the following mathematical formula (5).
When the first evaluation function is represented by the mathematical formula (2), the fJT1 (t) is represented by the following mathematical formula (6).
When the second evaluation function is represented by the mathematical formula (3), the fJT2 (t) is represented by the following mathematical formula (7).
When the second evaluation function is represented by the mathematical formula (4), the fJT2 (t) is represented by the following mathematical formula (8).
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
(However, a 11 , b 11 , c 11 , d 11 , a 12 , b 12 , c 12 , d 12 , e 1 , a 21 , b 21 , c 21 , d 21 , a 22 , b 22 , c 22. , D 22 , e 2 : Coefficient, μ: Real number with a coefficient of 1 or more, n: Positive integer)
The y p1 (t) is represented by the following mathematical formula (9).
The y j1 (t) is represented by the following mathematical formula (10).
The θ p1 (t) is expressed by the following mathematical formula (11).
The θ j1 (t) is expressed by the following mathematical formula (12).
The y p2 (t) is represented by the following mathematical formula (13).
The y j2 (t) is expressed by the following mathematical formula (14).
The θ p2 (t) is expressed by the following mathematical formula (15).
The θ j2 (t) is expressed by the following mathematical formula (16).
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
Figure 2021165099
(However, v: traveling speed, R 1 (t): radius of curvature of the track at the position of the front trolley, R 1 ′ (t): rate of change of radius of curvature of the track at the position of the front trolley. , C s1 (t): the first variable, C s1 '(t): time change rate of the first variable, C s1'' (t): time rate of change of the time rate of change of the first variable, G : lines gauge, phi 1 (t): the first target value, φ 1 '(t): time change rate of the first target value, φ 1'' (t): time change of the first target value Time change rate of rate, g: gravity acceleration, R 2 (t): radius of curvature of the track at the position of the rear trolley, R 2 '(t): radius of curvature of the track at the position of the rear trolley time rate of change, C s2 (t): the second variable, C s2 '(t): time change rate of the second variable, C s2'' (t): time change of time rate of change of the second variable rate, φ 2 (t): the second target value, φ 2 '(t): time change rate of the second target value, φ 2'' (t): time rate of change per unit time of the second target value Rate of change)
The y f1 (t) is expressed by the following mathematical formula (17).
The y f2 (t) is expressed by the following mathematical formula (18).
Figure 2021165099
Figure 2021165099
(However, τ: time)
An inclination angle control device, wherein each of the h 11 (τ), the h 12 (τ), the h 21 (τ), and the h 22 (τ) is a filter that emphasizes an input of 0.3 Hz or less.
請求項2に記載の傾斜角度制御装置において、
前記演算処理部は、前記目標値決定処理では、以下の数式(19)で表される条件で、前記第1目標値と前記第2目標値とを決定する、傾斜角度制御装置。
Figure 2021165099
In the tilt angle control device according to claim 2.
The arithmetic processing unit is an inclination angle control device that determines the first target value and the second target value under the conditions represented by the following mathematical formula (19) in the target value determination process.
Figure 2021165099
請求項2又は3に記載の傾斜角度制御装置において、
前記形状変数は、前記未走行区間の線路のカントに等しく、
前記Cs1(t)は、以下の数式(20)で表され、
前記Cs2(t)は、以下の数式(21)で表される、傾斜角度制御装置。
Figure 2021165099
Figure 2021165099
(但し、C(t):前記前位台車の位置での線路のカント、C(t):前記後位台車の位置での線路のカント)
In the tilt angle control device according to claim 2 or 3.
The shape variable is equal to the cant of the track in the untraveled section.
The C s1 (t) is represented by the following mathematical formula (20).
The C s2 (t) is an inclination angle control device represented by the following mathematical formula (21).
Figure 2021165099
Figure 2021165099
(However, C 1 (t): cant of the track at the position of the front bogie, C 2 (t): cant of the track at the position of the rear bogie)
請求項2又は3に記載の傾斜角度制御装置において、
前記形状変数は、前記未走行区間の線路の曲率半径に反比例し、
前記Cs1(t)は、以下の数式(22)で表され、
前記Cs2(t)は、以下の数式(23)で表される、傾斜角度制御装置。
Figure 2021165099
Figure 2021165099
(但し、β:係数)
In the tilt angle control device according to claim 2 or 3.
The shape variable is inversely proportional to the radius of curvature of the track in the non-traveling section.
The C s1 (t) is represented by the following mathematical formula (22).
The C s2 (t) is an inclination angle control device represented by the following mathematical formula (23).
Figure 2021165099
Figure 2021165099
(However, β: coefficient)
請求項1乃至5のいずれか一項に記載の傾斜角度制御装置を用いて前記車体の傾斜角度を制御する傾斜角度制御方法。 A tilt angle control method for controlling a tilt angle of a vehicle body using the tilt angle control device according to any one of claims 1 to 5. 請求項1乃至5のいずれか一項に記載の傾斜角度制御装置を備えた鉄道車両。

A railway vehicle provided with the tilt angle control device according to any one of claims 1 to 5.

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