JP2559521B2

JP2559521B2 - 鉄道車両

Info

Publication number: JP2559521B2
Application number: JP2080769A
Authority: JP
Inventors: 義雄原; 斉永岡; 元実平石; 敏安井; 正男原田; 勝之寺田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1990-03-30
Publication date: 1996-12-04
Anticipated expiration: 2011-12-04
Also published as: JPH0314762A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用〕本発明は、鉄道車両に関するものである。特に、本発
明は、軌道の曲線部分を該軌道のカントに対応した走行
速度よりも速い速度で走行する鉄道車両に好適である。

〔従来の技術〕

従来の鉄道車両に用いられている車体支持装置は、高
速における乗心地の向上を図るために種々の工夫がなさ
れている。例えば、鉄道車両の走行時に、軌道から台車
を介して車体に伝わる垂直方向の振動を抑制する振動制
御装置が知られている。前記振動制御装置は、空気ばね
に並べて設けられたアクチュエータを制御して前記車体
の振動を低減する構造となっている。前記振動制御装置
の例としては、例えば、日本国特許公開公報56−17754
号が挙げられる。

また、従来の鉄道車両の車体支持装置の例としては、
鉄道車両が曲った軌道上を高速で走行する場合に、車体
を該車体の左右方向に傾斜させる車体傾斜装置が知られ
ている。前記車体傾斜装置は、台車上に、ころ装置，揺
枕および空気ばねを介して車体を支持する構造となって
いる。鉄道車両が曲った軌道上を走行する際に、前記こ
ろ装置と揺枕との間で車体左右方向の変位が生じて、車
体を該車体の左右方向に傾斜させる。前記ころ装置と揺
枕との間の車体左右方向の変位は、前記ころ装置と揺枕
との間に設けられたアクチュエータの動作および車体に
作用する超過遠心力によって生じる。前記車体傾斜装置
は、車体を該車体の左右方向に傾斜させることによっ
て、乗客に作用する超過遠心力を低減する。そして、乗
客に作用する超過遠心力によって生じる乗客自身の不快
感を低減し、乗客の乗り心地を向上させることができ
る。前記車体傾斜装置の例としは、例えば、日本国特許
公開公報61−108053号が挙げられる。

ところで、前記車体傾斜装置のころ装置と揺枕に替え
て、空気ばねと車体あるいは台車との間に設置される油
圧シリンダによって車体を傾斜させる車体傾斜装置も知
られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記振動制御装置は、車体の振動を抑制するためのアク
チュエータを空気ばねから離れた位置に配置した構造と
なっている。したがって、前記振動制御装置では、車体
と台車との間に空気ばねおよび前記振動制御用アクチュ
エータを設置するためのスペースが必要となる。また、
前記振動制御装置を備えた鉄道車両では、台車と車体と
の間に設置される機器が増えることにより、製作作業お
よび保守作業に多大な労力と時間を必要とする。

上記車体傾斜装置は、ころ装置と揺枕の間にアクチュ
エータを設けるためのスペースが必要となる。また、前
記車体傾斜装置は、前記振動制御装置と同様に、台車と
車体との間に設置される機器が増えることにより、製作
作業および保守作業に多大な労力と時間を必要とする。
さらに、前記車体傾斜装置は、ころ装置，揺枕および空
気ばねを垂直方向に並べて配置しなければならないた
め、垂直方向の寸法が長くなる。このため、前記車体傾
斜装置を備えた鉄道車両は、該車体支持装置を設置する
スペースを確保するために、台車自体の車体長手方向の
寸法を長くしなければならなかった。したがって、台車
が大形となり、重量が増大する恐れがあった。

ところで、鉄道車両において、車体の垂直方向の振動
を抑制し、さらに、乗客に作用する超過遠心力を低減す
るためには、車体支持装置として前記振動制御装置およ
び車体傾斜装置の両方の機能が必要である。ところが、
台車と車体の間に振動制御用アクチュエータおよび車体
を傾斜させるアクチュエータを設置すると以下に述べる
問題がある。すなわち、振動制御用アクチュエータおよ
び車体を傾斜させるアクチュエータを設置するスペース
を確保するため、台車を大型化する必要があり、該台車
の重量が増大する。したがって、鉄道車両全体の重量が
増加する恐れがあった。

さらに、振動制御装置および車体傾斜装置自体につい
ても、構成の簡素化について十分な配慮がなされていな
かった。

本発明の目的は、車体の振動を抑制する機能および乗
客に作用する超過遠心力を低減する機能を有した車体支
持装置を小型にすることによって、全体を軽量化した鉄
道車両を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の目的は、ばね手段と台車もしくは車体との間であって、前記ば
ね手段の垂直方向に、振動制御手段によって制御される
振動制御用アクチュエータおよび姿勢制御手段によって
制御される姿勢制御用アクチュエータを設置しており、前記姿勢制御用アクチュエータのシリンダから突出し
たピストンの一端は筒状であり、該筒状部を前記振動制
御用アクチュエータのシリンダにしており、前記振動制御用アクチュエータのピストンは筒状であ
り、該振動制御用アクチュエータのピストンと前記台車
もしくは台車との間を連結するロッドは該振動制御用ア
クチュエータの前記筒状のピストンおよび前記ばね手段
とを貫通して、前記姿勢制御用アクチュエータ側の前記
振動制御用アクチュエータのピストンと前記台車もしく
は車体に連結しており、前記ロッドの各端と前記振動制御用アクチュエータ、
前記台車もしくは車体との連結部は球面になっており、前記姿勢制御用アクチュエータのシリンダの一端は前
記ばね手段に取り付けること、によって達成できる。

〔作用〕

本発明によれば、ばね手段の垂直方向に振動制御用ア
クチュエータおよび姿勢制御用アクチュエータを設置し
ているので、車体支持装置の設置面積を小さくすること
ができるものである。

また、ばね手段の垂直方向の投影範囲内に振動制御用
アクチュエータと姿勢制御用アクチュエータを設置でき
るので、設置面積をより小さくできるものである。

また、振動制御用アクチュエータのピストンと台車も
しくは車体との間を連結するロッドは前記ピストンを筒
状とすることによって姿勢制御用アクチュエータ側の前
記ピストンに連結することができ、ロッドの長さを長く
できるので、ばね手段の水平方向の変位に対してロツド
を容易に傾斜させることができるものである。

これらによって、軽量化を行なうことができる。

〔実施例〕

以下、本発明による第１実施例を第１ないし６図によ
り説明する。軌道１には一対のレール1a,1bが設置され
ている。台車２は軌道１上を走行する。台車２は台車枠
2a,軸ばね2bおよび輪軸2cから構成されている。台車２
には、左右方向両側にそれぞれ車体支持装置３が設置さ
れている。車体４は、車体支持装置３を介して台車２の
上方に支持される。車体支持装置３を構成する主要構成
部材は、姿勢制御用アクチュエータ5,振動制御用アクチ
ュエータ６および空気ばね７である。前記姿勢制御用ア
クチュエータ５は、シリンダ5aとピストン5bより構成さ
れている。シリンダ5aは、該シリンダ5aの軸方向を垂直
に配置して台車枠2aに取り付けられている。ピストン5b
は、シリンダ5aの内側を摺動する。シリンダ5aとピスト
ン5bのそれぞれの側壁の間には、気密構造の流体室が形
成されている。シリンダ5aとピストン5bの間の流体室
は、ピストン5bの側壁からピストン5aの側壁へ伸びたフ
ランジ5cによって二つに仕切られている。したがって、
前記流体室は流体室16aと流体室16bに分けられている。
流体室16aまたは流体室16bに制御流体を供給することに
よって、ピストン5bは動作する。

ところで、前記ピストン5bは、全体が円筒状に構成さ
れており、振動制御用アクチュエータ６のシリンダ6aを
兼ねている。したがって、ピストン5bの内側に形成され
たシリンダ6aとピストン6bとによって振動制御用アクチ
ュエータ６は構成されている。シリンダ6aは、ピストン
5bの上方の端に近い位置に形成される。シリンダ6aとピ
ストン6bとの間には、気密構造の流体室が形成されてい
る。シリンダ6aとピストン6bとの間の流体室は、ピスト
ン6bの側壁からシリンダ6aの側壁へ伸びたフランジ6cに
よって二つに仕切られている。したがって、前記流体室
は流体室17aと流体室17bとに分けられている。流体室17
aまたは流体室17bに制御流体を供給することによって、
ピストン6bは動作する。ピストン6bは円筒状に形成さ
れ、上端が開口し、下端が閉じている。

前記シリンダ5aとピストン5bおよびシリンダ6aとピス
トン6bの摺動部分には、流体シール10がそれぞれ設置さ
れている。また、姿勢制御用アクチュエータ５および振
動制御用アクチュエータ６にそれぞれの軸方向に直行す
る方向の大きな力が作用する場合には、前記流体シール
10に並べてベアリングを用いる必要がある。本実施例で
は、前記ベアリングの説明は、省略する。

前記姿勢制御用アクチュエータ５と振動制御用アクチ
ュエータ６の軸方向中心位置は、水平面内で一致してお
り、かつ、それぞれの動作方向は垂直方向である。ま
た、姿勢制御用アクチュエータ５の直径は振動制御用ア
クチュエータ６の直径よりも大きい。姿勢制御用アクチ
ュエータ５の作動ストロークは、例えば車体の幅が2,60
0mm,最大傾斜角を５゜としたとき、最大±110mm程度と
なる。振動制御用アクチュエータ６の作動ストローク
は、一般的には、最大±25mm程度となる。

前記ピストン5bの上端部と車体４の下面との間に空気
ばね７が配置されている。空気ばね７が車体４を台車２
上で弾性支持するばね手段である。空気ばね７は、下板
7a,上板7bおよびそれらをつなぐダイヤフラム7cより構
成されている。上板7bは、車体４の下面に設けられた座
12に結合される。また、上板7bは、座12に嵌入されるこ
とにより位置決めされる。下板7aはピストン5bの上端部
に結合されている。下板7a,上板7bおよびダイヤフラム7
cにより、空気室18を形成している。下板7aは、前記ピ
ストン5bの上端部分に取り付けられている。上板7bは、
車体４の下面に取り付けられる。空気ばね７の高さ寸法
は、空気ばね高さ調整弁19によって常時一定に保たれて
いる。空気ばね高さ調整弁19は、３秒程度の時定数によ
って動作する。下板7aと上板7bとの間には、可撓性およ
び伸縮性を有したダイヤフラム14が設けられている。該
ダイヤフラム14は前記ダイヤフラム7cよりも直径が小さ
く、空気ばね７の軸方向の中心と同芯に設置されてい
る。空気ばね７には、前記ダイヤフラム14によって貫通
部15が形成されている。ピストン6bは、ロッド８によっ
て車体４の下面に連結されている。ロッド８とピストン
6bおよびロッド８と車体４の結合部分には、車体４とピ
ストン6bとの水平方向の相対変位を許容する連結体13が
設けられている。連結体13としては、例えば球面軸受あ
るいは自在継手が用いられる。ロッド８と連結体13によ
って、車体４と台車２との水平方向の相対変位を許容し
ながら、ピストン6bの制御力を車体４に伝える。ところ
で、前記姿勢制御用アクチュエータ５および振動制御用
アクチュエータ６は、水平面内における空気ばね７の設
置範囲内に設置されている（すなわち、空気バネ７を垂
直方向から見た場合に、該空気バネ７の投影範囲内に姿
勢制御用アクチュエータ５および振動制御用アクチュエ
ータ６を設置している。）。すなわち、姿勢制御用アク
チュエータ５および振動制御用アクチュエータ６は、空
気ばね７の下板7aと台車枠2aとが向かいあっている範囲
に、設置されている。さらに、空気ばね７の軸方向の中
心位置と姿勢制御用アクチュエータ５および振動制御用
アクチュエータ６の軸方向中心位置は、水平面内で一致
している。

姿勢制御用アクチュエータ５には、オイルからなる制
御流体が流体供給源31から姿勢制御用制御弁21を介して
供給される。姿勢制御用アクチュエータ５と姿勢制御用
制御弁21および姿勢制御用制御弁21と流体供給源31は、
配管21a,21bによって連通されている。振動制御用アク
チュエータ６には、オイルからなる制御流体が流体供給
源31から振動制御用制御弁20を介して供給される。振動
制御用アクチュエータ６と振動制御用制御弁20および振
動制御用制御弁20と流体供給源31は、配管20a,20bによ
って連通されている。姿勢制御用制御弁21はピストン5b
に取り付けられている。振動制御用制御弁20は、ピスト
ン6bに取り付けられている。車体４の垂直方向の振動加
速度を検出する上下振動加速度計22は、車体４に取り付
けられている。上下振動速度計22は、車体４の４箇所に
設置したそれぞれの車体支持装置３に対応させて配置さ
れている。上下振動加速度計22は、車体４における0.7
〜10Hz程度の垂直方向の振動加速度を検出して、振動制
御用制御回路28に出力する。前後方向傾斜センサ23は、
車体４の床に作用する重力の前後方向成分を検出して、
姿勢制御用制御回路27に出力する。前後方向傾斜センサ
23は、0.7Hz程度以下の低い周波数成分のみを検出する
加速度計からなり、車体４に取り付けられている。変位
センサ24は、ピストン5bとピストン6bとの0.7Hz程度以
上のゆっくりと変化する相対変位を検出して、振動制御
用制御回路28に出力する。変位センサ24は、ピストン5b
とピストン6bに連結している。変位センサ25は、シリン
ダ5aとピストン5bとの0.7Hz程度以下のゆっくりと変化
する相対変位を検出して、姿勢制御用制御回路27に出力
する。変位センサ25は、シリダ5aとピストン5bに連結し
ている。

姿勢制御変位目標発生回路26は、車体左右方向傾斜に
関する姿勢制御に必要な制御指令値すなわち姿勢制御目
標変位ｈを出力する。姿勢制御変位目標回路26は、鉄道
車両が曲線軌道に進入する直前から姿勢制御目標変位ｈ
を出力する。姿勢制御変位目標発生回路26は、鉄道車両
が走行する路線の各曲線軌道に関して、該曲線軌道まで
の基準点わらの距離，曲率，カントおよび長さなどの情
報を記憶している。姿勢制御変位目標発生回路26は、鉄
道車両の走行距離によって必要な曲線軌道の情報を選び
出し、該情報とその時の鉄道車両の走行速度から姿勢制
御目標変位ｈを演算して出力する。姿勢制御用制御回路
27は、前記姿勢制御目標変位ｈと変位センサ25の出力の
偏差および前後方向傾斜センサ23の出力によって制御信
号値を演算し、該制御信号値を姿勢制御用制御弁21に出
力する。振動制御用制御回路28には、上下振動加速度計
22の出力および変位センサ24の出力が入力される。振動
制御用制御回路28は、前記ピストン6bに働く圧力のう
ち、周波数が0.7〜10Hz程度の前記圧力に関して、上下
振動加速度計22からの入力よりも100゜程度位相進みを
有するように、該上下振動加速度計22の入力の位相を調
節する。また、振動制御用制御回路28は、変位センサ24
からの入力に、0.7Hz程度以下の周波数域に亘って３秒
程度の時定数を付加する。そして、振動制御用制御回路
28は、前記二つの演算結果を加算した制御信号値を振動
制御用制御弁20に出力する。

姿勢制御用制御装置29は、前記姿勢制御変位目標発生
器26,変位センサ25,前後方向傾斜センサ23,姿勢制御用
制御回路27および姿勢制御用制御弁21によって構成され
ている。振動制御用制御装置30は、前記上下振動加速度
計22,変位センサ24,振動制御用制御回路28および振動制
御用制御弁20によって構成されている。空気源33は、空
気ばね高さ調整弁19を介して空気ばね７へ圧縮空気を供
給する。

ところで、前記車体支持装置３は、第２図および第３
図に示すように台車２の上部に、左右両側にそれぞれ１
セットずつ配置される。したがって、車体４は４セット
の車体支持装置３を介して二つの台車２により支持され
る。前記４セットの車体支持装置３には、前記姿勢制御
用制御装置29および前記振動制御用制御装置30がそれぞ
れ接続されている。通常、姿勢制御用制御装置29および
前記振動制御用制御装置30は、車体４に設けられる。ま
た、流体供給源31も車体４に設けられ、前記４セットの
車体支持装置３の各アクチュエータに制御流体を供給す
る。本第１実施例において、振動制御手段は振動制御用
アクチュエータ6,振動制御用制御装置30および流体供給
源31から構成される。また、姿勢制御手段は、姿勢制御
用アクチュエータ5,姿勢制御用制御装置29および流体供
給源31から構成される。

以下に前記制御系の制御内容の説明に必要な記号を定
義する。

Fy:乗客に作用する遠心力,W:重力，φ：重力Ｗが車体４
の床面となす角度,Q:重力Ｗと遠心力Fyの合力,Mθ：車
体４に作用するピッチモーメント,Z₀:軌道１の凹凸を表
す軌道変位,Zi:地面を基準とした台車変位,Z₁:地面を基
準とした姿勢制御用アクチュエータ５のピストン5bの変
位,Zb:地面を基準とした車体変位，θb:ピッチモーメン
トＭθによる車体４の前後方向傾斜角，ΔZ₁:変位セン
サ25によって検出されるピストン5bの変位Z₁と台車変位
Ztとの差によって表わされるピストン5bと台車４との相
対変位，ΔZb:変位センサ24によって検出される、車体
変位Zbとピストン5bの変位Z₁との差によって表わされる
ピストン6bとピストン5bとの相対変位,h:姿勢制御目標
変位,S:ラプラス演算子，b:上下振動加速度計22によ
って検出される車体の上下振動加速度前記鉄道車両の動作状況を説明する。

一般的に、曲線軌道に設定されたカントに対応する速
度よりも速い速度で鉄道車両が曲線軌道を走行する場合
には、乗客に遠心力Fyが作用する。前記遠心力Fyによる
超過遠心力（Fy−Ｗ・φ）を低減するため、前記鉄道車
両では、以下に述べる制御が行なわれる。すなわち、姿
勢制御用制御装置29において、姿勢制御変位目標発生器
26から姿勢制御目標変位ｈが出力され、該姿勢制御目標
変位ｈと変位センサ25の出力との偏差が姿勢制御用制御
回路27に入力される。該制御回路27は、前記制御入力を
演算して制御指令値を姿勢制御用制御弁21に出力する。
姿勢制御用制御回路27から出力された制御指令値によっ
て姿勢制御用制御弁21が操作される。姿勢制御用制御弁
21は、前記制御指令値によって制御流体供給源31から姿
勢制御用アクチュエータ５へ供給される制御流体を制御
する。姿勢制御用制御弁21は、姿勢制御用アクチュエー
タ５の流体室16aと流体室16bとの間の制御流体量を変化
させる。姿勢制御用アクチュエータ５のピストン5bは、
流体室16aと流体室16bとの間の制御流体量が変化するこ
とによって、ゆっくりと0.7Hz以下の応答性で車体４の
荷重を支持しつつ動作する。車体４を支持する四つの姿
勢制御用アクチュエータ５のうち、曲線軌道の外側に位
置する姿勢制御用アクチュエータ５は伸び、曲線軌道の
内側に位置する姿勢制御用アクチュエータ５は縮む。し
たがって、車体４は曲線軌道の内側へ傾斜する。車体４
が傾斜することによって、乗客に作用する超過遠心力
（Fy−Ｗ・φ）を低減することができる。車体４の傾斜
状況を詳細に説明する。第４図に示すように、曲線軌道
の外側の車体支持装置３では、姿勢制御用制御弁21によ
って姿勢制御用アクチュエータ５のピストン5bと台車４
との相対変位ΔZ₁が＋側へ大きくなる。したがって、車
体４が上昇する。曲線軌道の内側の車体支持装置３で
は、姿勢制御用制御弁21によって姿勢制御用アクチュエ
ータ５のピストン5bと台車４との相対変位ΔZ₁と逆方向
に小さくなる。したがって、車体４は下降する。このよ
うにして、車体４は曲線の内側方向に傾く。複数の前記
姿勢制御用アクチュエータ５の動作によって、車体４の
角度φが大きくなるので乗客の感ずる超過遠心力、すな
わち遠心力Fyと重力Ｗ×角度φの差が零に近づき、超過
遠心力を低減することができる。

ところで、曲線軌道の外側の車体支持装置３でピスト
ン5bと台車４との相対変位ΔZ₁を＋側へ上記の２倍に大
きくし、曲線軌道の内側の車体支持装置３でピストン5b
と台車４との相対変位ΔZ₁を零のままとしても、車体４
を傾斜させることができる。

前記鉄道車両において、空力などによって車体４がピ
ッチモーメントＭθを受けるときの車体の前後方向傾斜
を制御する場合について説明する。姿勢制御用制御装置
29において、前後方向傾斜センサ23からの出力が姿勢制
御用制御回路27にフィードバックされると、該姿勢制御
用制御回路27で制御指令値が演算される。姿勢制御用制
御回路27から出力される制御指令値によって姿勢制御用
制御弁21が動作する。姿勢制御用制御弁21の動作によ
り、前記と同様に姿勢制御用アクチュエータ５のピスト
ン5bの変位が制御される。第５図の矢印Ｇは鉄道車両の
進行方向を示している。第５図に示すように、姿勢制御
を行なわない場合は、ピッチモーメントＭθによって各
台車２の軸ばね2bがたわむ。このために、例えば、進行
方向の前側の台車２は高さが低くなり、進行方向の後側
の台車２は高さが高くなって変位差htを生ずる。したが
って、車体４は破線の如く前傾姿勢となる。しかし、上
記姿勢制御によって、進行方向前側の台車２の車体支持
装置３ではピストン5bと台車との相対変位ΔZ₁が数10mm
程度ゆっくりと大きくなり、進行方向後側の台車２の車
体支持装置３ではピストン5bと台車４との相対変位ΔZ₁
が数10mm程度小さくなる。これにより車体４は、実線の
如く水平に保たれ、乗客の感ずる準静的前後加速度が零
に近づき前後加速度を低減できる。

ところで、空気ばね７は、空気ばね高さ調節弁19によ
りある範囲の一定の高さに３秒程度の時定数でゆっくり
と制御されている。したがって、姿勢制御用アクチュエ
ータ５の上で空気ばね７により支持された車体４の変位
は、姿勢制御用アクチュエータ５の変位とほぼ同じ大き
さとなる。すなわち、姿勢制御用アクチュエータ５が空
気ばね７によって影響を受けることがなく、また、姿勢
制御用アクチュエータ５の姿勢制御力が空気ばね７によ
って変化することもない。

前記鉄道車両が制動制御を行なっている状況につい
て、以下説明する。振動制御用制御装置30において、0.
7〜10Hz程度の振動成分を検出した上下振動加速度計22
の出力が振動制御用制御回路28にフィードバックされ
る。振動制御用制御回路28では、上下振動加速度計22か
らの入力によって制御信号値が演算される。振動制御回
路28は、制御信号値を振動制御用制御弁20に出力する。
振動制御用制御回路28からの制御信号値によって振動制
御用制御弁20が動作する。振動制御用制御弁20は、流体
供給源31から振動制御用アクチュエータ６へ供給される
制御流体を制御する。振動制御用制御弁20は、振動制御
用アクチュエータ６の流体室17aと流体室17bとの間の圧
力を変化させることにより、ピストン6bの動作を制御す
る。振動制御用制御弁20は、ピストン6bを最大±25mm程
度動作させる。ピストン6bは、空気ばね７と並列に設置
されている。また、ピストン6bの制御力は、車体４の振
動加速度による慣性力を打消すために100゜程度位相を
進めて車体４に伝えられる。したがって、車体４の振動
加速度を低減することができる。一般に、振動は正負の
両方向に振れるので、ピストン6bの平均変位は小さい
が、該ピストン6bのドリフトが生じる恐れがある。ピス
トン6bのドリフトをなくすために、変位センサ24の出力
を振動制御用制御回路28にフィードバックする。そし
て、振動制御用制御回路28によって、前記ピストン6bの
平均変位を３秒程度の時定数でゆっくりと制御する。こ
れにより、ピストン6bのドリフトをなくすることができ
る。

なお、ピストン6bの制御力は、振動制御用アクチュエ
ータ６が空気ばね７と並列であるため、ピストン5bの制
御力よりも小さい。すなわち、ピストン6bの制御力は、
車体４の重量よりも小さな車体４の振動成分のみを制御
するので、ピストン5bの制御力より小さい。

前記鉄道車両では、車体４の振動制御、車体４の車体
左右方向および車体前後方向の姿勢制御を同時に行なっ
ても、それぞれの制御系について周波数領域を分けて相
互干渉しないようにしているので何ら支障なく各制御が
行なえる。

前記本発明の第１実施例においては、水平面内におけ
る空気ばね７の設置範囲内に、姿勢制御用アクチュエー
タ５および振動制御用アクチュエータ６を配置してい
る。したがって、空気ばねから離れた位置に設置する従
来の鉄道車両の構造に比べて、前記アクチュエータ5,6
の設置スペースを狭くすることができる。すなわち、前
記空気ばね7,姿勢制御用アクチュエータ５および振動制
御用アクチュエータ５は、垂直方向に並べて配置されて
いるため、これらを設置するための水平方向のスペース
が狭くてよい。台車２上で車体４を支持する車体支持装
置３の全体を小型にすることができる。このことによっ
て、台車２の大形化を防止でき、鉄道車両の軽量化を達
成できる。姿勢制御用アクチュエータ５および振動制御
用アクチュエータ６は、それぞれの軸方向中心軸が一致
しているため、ピストン5bとシリンダ6aを一つの部材に
よって構成できる。このことは、姿勢制御用アクチュエ
ータ５および振動制御用アクチュエータ６を、一体に構
成する上で特に有効な点である。姿勢制御用アクチュエ
ータ５および振動制御用アクチュエータ６のそれぞれの
軸方向中心軸が、空気ばね７の中心軸に一致しているこ
とにより、姿勢制御力および振動制御力によって無用な
モーメントが生じることがない。

姿勢制御用アクチュエータ５のピストン5bはそのシリ
ンダ5aの両端から軸方向に突出して両端を２つの流体シ
ール10,10で支持されているので、曲げモーメントに対
して強度を向上できるものである。振動制御用アクチュ
エータ６のピストン6bはそのシリンダ6aの両端から軸方
向に突出して両端を２つの流体シール10,10で支持され
ているので、同様に強度を向上できるものである。

また、姿勢制御用アクチュエータ５のピストン5bの内
側、振動制御用アクチュエータ６のピストン6bの内側の
それぞれは空間であるので、配管20a,21aを容易に設置
できるものである。また、変位センサ24を容易に設置で
きるものである。これら及び変位センサ25、および配管
20b,21b（すなわち、流体の給排用の接続口）を空間を
利用して設置できるものである。

また、この空間を利用してロッド８を設置できるもの
である。特にロッド８とピストン6bとの結合部をピスト
ン6bの下部に設ければ、ロッド８の傾斜角を小さくでき
るものである。

ところで、前記第１実施例においては、車体支持装置
３の空気ばね７およびロッド８を車体４に連結し、姿勢
制御用アクチュエータ５を台車枠2aに取り付けている。
前記車体支持装置３は、その配置を逆にしても前記効果
と同様な効果を達成することができる。すなわち、前記
車体支持装置３は、空気ばね７およびロッド８を台車枠
2aに連結し、姿勢制御用アクチュエータ５を車体４に取
り付けてもなんら支障なく動作することができる。ただ
し、このような構成の場合には、垂直方向における空気
ばね７の設置位置が車体４の重心位置から下方で離れ
る。したがって、車体４の安定性の面で配慮する必要が
あるが、車体４は前記姿勢制御用アクチュエータ５によ
って姿勢を制御されるため、特に問題が生じることはな
い。

車体支持装置３は、そのピストン6bをロッド８および
二つの連結体13を介して車体４に連結している。したが
って、車体支持装置３は、車体４と台車２との間の水平
方向の変位を許容しながら、姿勢制御力および振動制御
力を車体支持装置３から車体４に伝えることができる。
また、前記ロッド８は空気ばね７の貫通部15を貫通して
配置されている。このため、空気ばね７の周囲に該ロッ
ド８を設置するためのスペースを確保する必要がない。
さらに、振動制御流体としてオイルを用いているので、
流体の圧力を高くすることによって、車体支持装置３を
小型にできる。このことにより、車体支持装置３の軽量
化および制御性の向上が図れる。したがって、前記車体
支持装置３は、浮上式車両のように超軽量化を要求され
る高速車両の車体支持装置に好適である。さらに、振動
制御用制御弁20,変位センサ24,姿勢制御用制御弁21,変
位センサ25を車体支持装置３の内部に設けているので、
雨，油，雪などに対する耐環境性が良いという効果があ
る。また、振動制御用制御弁20と振動制御用アクチュエ
ータ６および姿勢制御用制御弁21と姿勢制御用アクチュ
エータ５を連結する配管20a,21aを短くすることができ
る。内部を通過する制御流体の圧力が頻繁に変化する前
記配管20a,21aを短くすることにより、前記アクチュエ
ータ5,6の作動遅れを防止できる。

ところで、振動制御用アクチュエータ６の流体室17a
と17bとを、絞りと電磁弁を備えた配管で連通した構成
とし、前記振動制御系に異常が発生した時に前記流体室
17aと17bとを前記絞りを介して連通することにより、振
動制御用アクチュエータ６をダンパとして用いることが
できる。また、姿勢制御系の異常発生時には、車体４の
左右両側の姿勢制御用アクチュエータ５の制御流体を同
時に、制御流体供給源31を構成する流体溜に戻すように
してもよい。

前記第１実施例においては、車体４に前後方向傾斜セ
ンサ23を設け、その出力を姿勢制御用制御回路27に入力
することによって、車体４の前後方向の傾斜を抑制して
いる。従来の鉄道車両における姿勢制御装置は、車体の
左右方向の傾斜を制御するものが主流であり、前記第１
実施例のように車体の左右方向および前後方向の傾斜を
制御するものはない。このような第１実施例の機能は、
高速で走行する磁気浮上列車において、特に有効であ
る。

本発明による第２実施例について、第７図により以下
説明する。

第２実施例は、前記第１実施例の姿勢制御用制御回路
29の構成のみを変更したものである。第２実施例の姿勢
制御用制御装置29Aは、前記第１実施例の姿勢制御変位
目標値発生器26と変位センサ25の代わりに車体の超過遠
心力加速度（Fy−Ｗ・φ）/Wを検出する車体左右加速度
計34を設けている。本実施例においては、車体４の超過
遠心加速度を姿勢制御系にフィードバックする構成とな
っている。本実施例においては、超過遠心力が該車体４
に作用する時点よりも、車体４の傾斜動作に遅れを生じ
る。したがって、緩和曲線の長さが長い場合あるいは該
鉄道車両の走行速度が遅い場合のように、超過遠心力が
ゆっくりと作用する鉄道車両に適している。本実施例で
は、車体４に作用する超過遠心加速度が零となるように
姿勢制御される。本実施例では、前記第１実施例の姿勢
制御変位目標発生器26と変位センサ25が不要で、左右加
速度計34を用いた構造となっており、構造を簡素化でき
る。

本発明による第３実施例について、第８図により以下
説明する。

第８図において、前記第１実施例の符号と同一な符号
は、同一な部材を示している。本実施例の構造におい
て、前記第１実児例と異なる点は、空気ばね７と車体４
との結合構造および振動制御用アクチュエータ６のピス
トン6bと空気ばね７の上板7bとの結合構造である。すな
わち、空気ばね７の上板7bは、水平弾性体９を介して車
体４を支持している。水平弾性体９は、例えば、ゴムと
金属板を交互に積層し加硫接着して構成されている積層
ゴムによって構成されている。この水平弾性体９は、金
属板に平行な方向すなわち水平方向のばね定数が小さ
く、金属板に直角な方向すなわち垂直方向のばね定数が
大きくなるように、構成されている。水平弾性体９は、
台車２と車体４の水平方向の変位を許容する機能および
台車２と車体４の水平方向のずれを元の状態に戻す機能
を有している。振動制御用アクチュエータ６のピストン
6bは、直接空気ばね７の上板7bに固定されている。すな
わち、前記水平弾性体９が台車２と車体４の水平方向の
変位を許容するため、ピストン6bと上板7bを直接固定す
ることができる。本実施例は、第１実施例と同様な機能
および効果を有している。さらに、本実施例は、ロッド
８およびダイヤフラム14を必要としないため、第１実施
例に比べて構成を簡単にすることができる。また、本実
施例は、水平弾性体９を設けているので、水平方向剛性
を独自に選定できるという効果がある。

本発明による第４実施例について、第９図により以下
説明する。

第９図において、前記第１実施例の符号と同一な符号
は、同一な部材を示している。本実施例の構造におい
て、前記第１実施例と異なる点は、空気ばね７に代えて
コイルばね11を用いていることである。したがって、本
実施例では空気ばね高さ調整弁19も不要である。前記コ
イルばね11以外の構成は、前記第１実施例と同様であ
る。本実施例は、第１実施例と同様な機能および効果を
有している。さらに、本実施例は、空気ばね高さ調整弁
19およびダイヤフラム14を必要としないため、構造が簡
単である。本実施例は、空気ばねを用いないため、空気
もれが生じることがない。したがって、本実施例によれ
ば、車体支持装置全体を安価にでき、かつ、メンテフリ
ーにできる。また、本実施例は、乗客の増加および減少
に伴って生じるコイルばね11の撓みにより、車体４の高
さが変化するのを防止できる。すなわち、変位センサ24
によって、コイルばね11の撓み量を検出し、この検出結
果に基づいて姿勢制御用アクチュエータ５を動作させ
る。姿勢制御用アクチュエータ５によりコイルばね11の
撓み量を補正できるため、車体４の高さを一定に保つこ
とができる。

本発明による第５実施例について、第10図により以下
説明する。

第10図において、前記第１実施例の符号と同一な符号
は、同一な部材を示している。本実施例の構造におい
て、前記第１実施例と異なる点は、上下振動加速度計22
および前後方向傾斜センサ23を空気ばね７に内蔵してい
ることである。上下振動加速度計22および前後方向傾斜
センサ23は、空気ばね７の上板7bに取り付けられてい
る。上板7bは、車体４の下面に取り付けられており、車
体４と同様な動きをする。したがって、上板7bに上下振
動加速度計22および前後方向傾斜センサ23を取り付け、
これらによって車体４の上下方向の振動および前後方向
の傾斜をなんら支障なく検出することができる。本実施
例によれば、車体支持装置３に上下振動加速度計22およ
び前後方向傾斜センサ23を内蔵しているため、該車体支
持装置３の車体4,台車２への取り付けが簡単に行なえ
る。

ところで、前記各実施例においては、振動制御用アク
チュエータ６および姿勢制御用アクチュエータ５へ供給
される制御流体としてオイルを用いている。本発明で
は、前記制御流体としてエアを用いてもよい。制御流体
として、オイルの代りにエアを用いた場合には、オイル
の洩れによる汚染を心配する必要がなくなる。また、こ
のことにより、制御系を含めた車体支持装置全体の保守
性，信頼性を向上することができる。

本発明では、振動制御用アクチュエータ６に供給され
る制御流体としてオイルを用い、姿勢制御用アクチュエ
ータ５に供給される制御流体としてエアを用いることも
可能である。このような場合には、振動制御系の応答性
がよくなると共に、多量の制御流体を必要とする姿勢制
御系については保守性，信頼性がよくなる。

本発明では、振動制御用アクチュエータ６に供給され
る制御流体としてエアを用い、姿勢制御用アクチュエー
タ６に供給される制御流体としてオイルを用いることも
可能である。このような場合には、振動制御系があまり
速い応答性を要しないときに保守性，信頼性がよくな
り、姿勢制御系のみが速い応答の要求にこたえられる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、車体の振動を抑制する機能および乗
客に作用する超過遠心力を低減する機能を有した車体支
持装置を小型にすることができ、このことによって鉄道
車両全体を軽量化できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の鉄道車両における車体支
持装置を示す垂直断面図、第２図は本発明の第１実施例
の鉄道車両の側面図、第３図は第２図に示した鉄道車両
が曲った軌道を走行している際の台車の状況を示す平面
図、第４図は第２図に示した鉄道車両が曲った軌道を走
行している際の該鉄道車両の正面図、第５図は第２図に
示した鉄道車両が走行している際の該鉄道車両の側面
図、第６図は第１図に示した車体支持装置の制御系を示
すブロック線図、第７図は本発明の第２実施例の鉄道車
両における車体支持装置の制御系を示すブロック線図、
第８図は本発明の第３実施例の鉄道車両における車体支
持装置を示す垂直断面図、第９図は本発明の第４実施例
の鉄道車両における車体支持装置を示す垂直断面図、第
10図は本発明の第５実施例の鉄道車両における車体支持
装置を示す垂直断面図である。 2a……台車枠、３……車体支持装置、４……車体、５…
…姿勢制御用アクチュエータ、６……振動制御用アクチ
ュエータ、７……空気ばね、８……ロッド

フロントページの続き (72)発明者安井敏山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者原田正男山口県下松市大字東豊井794番地株式会社日立製作所笠戸工場内 (72)発明者寺田勝之茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (56)参考文献特開昭62−184244（ＪＰ，Ａ) 特開昭56−17754（ＪＰ，Ａ) 特公昭61−21861（ＪＰ，Ｂ２) 実公昭57−50603（ＪＰ，Ｙ２)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】台車と、車体と、前記台車と前記車体との
間に設置され前記台車上で前記車体を支持するばね手段
と、前記車体の垂直方向の振動を抑制する振動制御手段
と、前記車体の姿勢を制御する姿勢制御手段と、からな
り、前記振動制御手段および姿勢制御手段についてはい
ずれか一方を備える鉄道車両において、前記振動制御手段および姿勢制御手段の両方を備えてお
り、前記ばね手段と前記台車もしくは前記車体との間で
あって、前記ばね手段の垂直方向に、前記振動制御手段
によって制御される振動制御用アクチュエータおよび前
記姿勢制御手段によって制御される姿勢制御用アクチュ
エータを設置しており、前記姿勢制御用アクチュエータのシリンダから突出した
ピストンの一端は筒状であり、該筒状部を前記振動制御
用アクチュエータのシリンダにしており、前記振動制御用アクチュエータのピストンは筒状であ
り、該振動制御用アクチュエータのピストンと前記台車
もしくは車体との間を連結するロッドは該振動制御用ア
クチュエータの前記筒状のピストンおよび前記ばね手段
とを貫通して、前記姿勢制御用アクチュエータ側の前記
振動制御用アクチュエータのピストンと前記台車もしく
は車体に連結しており、前記ロッドの各端と前記振動制御用アクチュエータ、前
記台車もしくは車体との連結部は球面になっており、前記姿勢制御用アクチュエータのシリンダの一端は前記
ばね手段に取り付けていること、を特徴とする鉄道車両。