JP2832329B2 - 鉄道車両の車体傾斜制御方法 - Google Patents
鉄道車両の車体傾斜制御方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、空気ばね付き鉄道車
両の車体高さを車体傾斜角に合わせて傾斜制御が行える
車体傾斜制御方法に関する。
両の車体高さを車体傾斜角に合わせて傾斜制御が行える
車体傾斜制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】鉄道の線路は、直線路と曲線路さらに勾
配部分から構成されている。その曲線路では列車が通過
するとき遠心力により外側へ倒れようとする力が作用す
るので、これを防ぐために、あらかじめ曲線路の外側レ
ールを内側より高く敷設し、いわゆるカントが付けられ
ている。
配部分から構成されている。その曲線路では列車が通過
するとき遠心力により外側へ倒れようとする力が作用す
るので、これを防ぐために、あらかじめ曲線路の外側レ
ールを内側より高く敷設し、いわゆるカントが付けられ
ている。
【０００３】曲線路を通過する鉄道車両は、そのカント
量に釣り合う速度で走行しなければ、乗客に横方向の加
速度が作用して乗り心地を悪くする。曲線路での乗り心
地を向上させ、かつ走行速度をあげるには、この横方向
の加速度を相殺するように車体を曲線の内側へ傾斜させ
れば良い。
量に釣り合う速度で走行しなければ、乗客に横方向の加
速度が作用して乗り心地を悪くする。曲線路での乗り心
地を向上させ、かつ走行速度をあげるには、この横方向
の加速度を相殺するように車体を曲線の内側へ傾斜させ
れば良い。
【０００４】その車体傾斜の方法としては、数種の方法
があるが、その一つの方法として車体を支持している空
気ばねを給排気して内軌側空気ばねを圧縮し、外軌側空
気ばねを伸長させて車体を傾斜させる方法がある。しか
し、この方法は空気ばねを用いるので応答性が悪い欠点
がある。この欠点を除くため、車両の走行距離と曲線デ
ータを用いて曲線地点を検知して車体傾斜制御を行う方
法がある。例えば、特公昭６２−４３８９６号公報の車
体予見傾斜装置では、車体傾斜角の微分を用いて予見制
御し、傾斜制御の遅れを解消している。
があるが、その一つの方法として車体を支持している空
気ばねを給排気して内軌側空気ばねを圧縮し、外軌側空
気ばねを伸長させて車体を傾斜させる方法がある。しか
し、この方法は空気ばねを用いるので応答性が悪い欠点
がある。この欠点を除くため、車両の走行距離と曲線デ
ータを用いて曲線地点を検知して車体傾斜制御を行う方
法がある。例えば、特公昭６２−４３８９６号公報の車
体予見傾斜装置では、車体傾斜角の微分を用いて予見制
御し、傾斜制御の遅れを解消している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】鉄道車両の空気ばね
は、枕ばねとして使用されるため、車体傾斜だけでな
く、車体高さ調整と振動緩和の機能を有する必要があ
る。また、車体と台車の間はストッパーにより過大な変
位を制限されるため、限られたすきま内で車体傾斜角を
最大に取れるように、車体高さを傾斜角に合わせて制御
する必要がある。更に、緩和曲線上のねじれた軌道面に
対しても安定して車体の傾斜を維持できなければならな
い。しかしながら、従来の車体傾斜制御では、車体高さ
を傾斜角に合わせて制御することは、考慮されていなか
った。
は、枕ばねとして使用されるため、車体傾斜だけでな
く、車体高さ調整と振動緩和の機能を有する必要があ
る。また、車体と台車の間はストッパーにより過大な変
位を制限されるため、限られたすきま内で車体傾斜角を
最大に取れるように、車体高さを傾斜角に合わせて制御
する必要がある。更に、緩和曲線上のねじれた軌道面に
対しても安定して車体の傾斜を維持できなければならな
い。しかしながら、従来の車体傾斜制御では、車体高さ
を傾斜角に合わせて制御することは、考慮されていなか
った。
【０００６】この発明は、かかる現状に鑑み、上記の問
題点を解消して車体傾斜を安定して行い、曲線路での乗
客の乗り心地を向上し得る鉄道車両の車体傾斜制御方法
を提供するものである。
題点を解消して車体傾斜を安定して行い、曲線路での乗
客の乗り心地を向上し得る鉄道車両の車体傾斜制御方法
を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法は、空気ば
ね付き鉄道車両の各空気ばねに高さ検出器を設け、各空
気ばねの給気弁と排気弁に制御信号を出力して車体傾斜
制御を行う方法において、車体と台車間の相対傾斜角の
目標値と設定最大傾斜角から算出した平均高さの目標値
に対し、高さ検出器の検出信号から算出される平均高さ
が、目標値を中心とする設定範囲内の値になるように、
空気ばねの給排気を行うのである。
め、この発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法は、空気ば
ね付き鉄道車両の各空気ばねに高さ検出器を設け、各空
気ばねの給気弁と排気弁に制御信号を出力して車体傾斜
制御を行う方法において、車体と台車間の相対傾斜角の
目標値と設定最大傾斜角から算出した平均高さの目標値
に対し、高さ検出器の検出信号から算出される平均高さ
が、目標値を中心とする設定範囲内の値になるように、
空気ばねの給排気を行うのである。
【０００８】
【作用】この発明により車体の姿勢を制御するのに、前
後台車と車体間の相対傾斜角、前台車と車体間の平均高
さ、後台車と車体間の平均高さ、および前後台車の対角
線上にある空気ばね内圧の和の差である対角差圧を用い
る。そして、相対傾斜角と平均高さの目標値は、曲線デ
ータと走行速度によって求められる値を用い、これらの
目標値をはさんだ設定範囲内になるように、かつ対角差
圧も設定範囲内になるように給気弁と排気弁を制御す
る。
後台車と車体間の相対傾斜角、前台車と車体間の平均高
さ、後台車と車体間の平均高さ、および前後台車の対角
線上にある空気ばね内圧の和の差である対角差圧を用い
る。そして、相対傾斜角と平均高さの目標値は、曲線デ
ータと走行速度によって求められる値を用い、これらの
目標値をはさんだ設定範囲内になるように、かつ対角差
圧も設定範囲内になるように給気弁と排気弁を制御す
る。
【０００９】次に、この発明の具体的作用を図１に示す
制御ブロック図と図６および図７に示すフローチャート
に基づいて説明する。曲線データは曲線半径、カントお
よびこれらが存在する地点を走行する路線全線について
書き込まれている。車輪の回転数検出器よりカウントさ
れた走行位置を曲線データと照合し、現在より設定時間
後の走行位置での曲線半径ＲとカントＣを算出する。こ
の値と走行速度Ｖより車体と台車間の相対傾斜角の目標
値θａは、次の１式で算出される。ここで、ｇは重力加
速度、Ｇは軌間である。また、過大な傾斜を防ぐため設
定最大傾斜角θmaxに対し、θa≧θmaxの場合はθa＝θ
maxとして制限する。
制御ブロック図と図６および図７に示すフローチャート
に基づいて説明する。曲線データは曲線半径、カントお
よびこれらが存在する地点を走行する路線全線について
書き込まれている。車輪の回転数検出器よりカウントさ
れた走行位置を曲線データと照合し、現在より設定時間
後の走行位置での曲線半径ＲとカントＣを算出する。こ
の値と走行速度Ｖより車体と台車間の相対傾斜角の目標
値θａは、次の１式で算出される。ここで、ｇは重力加
速度、Ｇは軌間である。また、過大な傾斜を防ぐため設
定最大傾斜角θmaxに対し、θa≧θmaxの場合はθa＝θ
maxとして制限する。
【００１０】
【数１】
【００１１】車体と台車間の平均高さは、車体と台車間
のストッパーに当たらないように車体を傾斜させるた
め、傾斜角に合わせて変動させる必要がある。したがっ
て、平均高さの目標値ｈaは、次の２式で算出される。
なお、ｈmaxは設定最大高さである。
のストッパーに当たらないように車体を傾斜させるた
め、傾斜角に合わせて変動させる必要がある。したがっ
て、平均高さの目標値ｈaは、次の２式で算出される。
なお、ｈmaxは設定最大高さである。
【００１２】
【数２】
【００１３】次に、４ヶ所の空気ばね高さの検出値よ
り、次の３式により車体の相対傾斜角θが、また４式に
より平均高さｈｍ1、ｈｍ2がそれぞれ求められる。
り、次の３式により車体の相対傾斜角θが、また４式に
より平均高さｈｍ1、ｈｍ2がそれぞれ求められる。
【００１４】
【数３】
【００１５】４式 ｈm1＝（ｈ1＋ｈ2）／２ ｈm2＝（ｈ3＋ｈ4）／２ ここで、ｈ1、ｈ2、ｈ3、ｈ4は、それぞれ１位、２位、
３位、４位空気ばね高さ、ｂは左右の空気ばね中心距
離、ｈm1は１位、２位側の平均高さ、ｈm2は３位、４位
側の平均高さを示す。
３位、４位空気ばね高さ、ｂは左右の空気ばね中心距
離、ｈm1は１位、２位側の平均高さ、ｈm2は３位、４位
側の平均高さを示す。
【００１６】相対傾斜角制御は、設定した角度不感帯Δ
θが次の５式を満足するように行われる。 ５式 ｜θ−θa｜＜Δθ
θが次の５式を満足するように行われる。 ５式 ｜θ−θa｜＜Δθ
【００１７】平均高さ制御は、設定した高さ不感帯Δｈ
が次の６式を満足するように行われる。 ６式 ｜ｈm1−ｈa｜＜Δｈ ｜ｈm2−ｈa｜＜Δｈ
が次の６式を満足するように行われる。 ６式 ｜ｈm1−ｈa｜＜Δｈ ｜ｈm2−ｈa｜＜Δｈ
【００１８】対角差圧制御は、次の７式を満足するよう
に行われる。ここで、ｐ1、ｐ2、ｐ3、ｐ4はそれぞれ１
位、２位、３位、４位空気ばね内圧、βは設定した係数
であり、平均内圧は８式で示される。
に行われる。ここで、ｐ1、ｐ2、ｐ3、ｐ4はそれぞれ１
位、２位、３位、４位空気ばね内圧、βは設定した係数
であり、平均内圧は８式で示される。
【００１９】
【数４】
【００２０】
【数５】
【００２１】組み合わせ傾斜制御は、以上３種類の制御
の演算結果に重みを付け、総合的な制御出力とする。そ
の制御出力の演算は、下記９式による。
の演算結果に重みを付け、総合的な制御出力とする。そ
の制御出力の演算は、下記９式による。
【００２２】
【数６】
【００２３】ここで、 ｉ ： 空気ばね位置（ｉ＝
１，２，３，４） Ｙi ： ｉ位空気ばねの制御出力 ｈm ： 車体と台車間の平均高さ ただし、 ｉは１または２のとき、ｈm＝ｈm1 ｉは３または４のとき、ｈm＝ｈm2 ξ1 ： 平均高さ制御の重み係数 ξ2 ： 相対傾斜角制御の重み係数 ξ3 ： 対角差圧制御の重み係数 ± ： 符号は絶対値｜ ｜内が正のときはプラス、負
のときはマイナスとする
１，２，３，４） Ｙi ： ｉ位空気ばねの制御出力 ｈm ： 車体と台車間の平均高さ ただし、 ｉは１または２のとき、ｈm＝ｈm1 ｉは３または４のとき、ｈm＝ｈm2 ξ1 ： 平均高さ制御の重み係数 ξ2 ： 相対傾斜角制御の重み係数 ξ3 ： 対角差圧制御の重み係数 ± ： 符号は絶対値｜ ｜内が正のときはプラス、負
のときはマイナスとする
【００２４】上記９式で得られた制御出力Ｙiの値が負
の場合はｉ位の給気弁を開き、Ｙiの値が正の場合はｉ
位の排気弁を開く。なお、過度の給排気を防ぐため、Ｙ
iの値がゼロ付近のときは給排気しないように不感帯を
設定してある。
の場合はｉ位の給気弁を開き、Ｙiの値が正の場合はｉ
位の排気弁を開く。なお、過度の給排気を防ぐため、Ｙ
iの値がゼロ付近のときは給排気しないように不感帯を
設定してある。
【００２５】以上の組み合わせ制御により、車体と台車
間の限られたすきま内で車体傾斜角を最大にとれるよう
に車体高さを傾斜角に合わせて制御することができ、緩
和曲線上のねじれた軌道面においても安定して車体の傾
斜を維持することができる。
間の限られたすきま内で車体傾斜角を最大にとれるよう
に車体高さを傾斜角に合わせて制御することができ、緩
和曲線上のねじれた軌道面においても安定して車体の傾
斜を維持することができる。
【００２６】
【実施例】この発明の実施による車体傾斜制御方法を図
面に基づいて説明する。図２は、この発明方法を実施す
るための制御装置の一例である。前後台車のそれぞれに
おいて、台車１と車体２との間に設けた左右の空気ばね
３に設置された圧力センサ７からの検出信号と、左右の
高さセンサ８からの検出信号とを制御器１０に入力する
ように接続し、左右の空気ばね３と空気溜４とを結ぶ配
管９の途中にそれぞれ設けられた給気弁５と排気弁６
を、制御器１０からの制御信号により開閉するように構
成し、さらに図示しない速度発電機からのパルス信号１
１を制御器１０に取り入れるようにする。
面に基づいて説明する。図２は、この発明方法を実施す
るための制御装置の一例である。前後台車のそれぞれに
おいて、台車１と車体２との間に設けた左右の空気ばね
３に設置された圧力センサ７からの検出信号と、左右の
高さセンサ８からの検出信号とを制御器１０に入力する
ように接続し、左右の空気ばね３と空気溜４とを結ぶ配
管９の途中にそれぞれ設けられた給気弁５と排気弁６
を、制御器１０からの制御信号により開閉するように構
成し、さらに図示しない速度発電機からのパルス信号１
１を制御器１０に取り入れるようにする。
【００２７】上記装置により車体の姿勢を制御するに
は、前後台車と車体間の相対傾斜角、前台車と車体間の
平均高さ、後台車と車体間の平均高さ、および前後台車
の対角線上にある空気ばね内圧の和の差である対角差圧
を用いる。そして、相対傾斜角と平均高さの目標値は、
曲線データと走行速度によって求められる値を用い、こ
れらの目標値をはさんだ設定範囲内になるように、かつ
対角差圧も設定範囲内になるように、図６、図７に示す
流れにより求めた制御信号により、給気弁５と排気弁６
を開閉する。
は、前後台車と車体間の相対傾斜角、前台車と車体間の
平均高さ、後台車と車体間の平均高さ、および前後台車
の対角線上にある空気ばね内圧の和の差である対角差圧
を用いる。そして、相対傾斜角と平均高さの目標値は、
曲線データと走行速度によって求められる値を用い、こ
れらの目標値をはさんだ設定範囲内になるように、かつ
対角差圧も設定範囲内になるように、図６、図７に示す
流れにより求めた制御信号により、給気弁５と排気弁６
を開閉する。
【００２８】次に、この発明による車体傾斜制御を行っ
て車両を走行させた実例について説明する。車体と台車
との間には上下方向の過大変位を制限するストッパーが
設置されているため、空気ばね部位を図８に示すとおり
とすれば、図４に示すように、傾斜角θは最大２度で、
このとき左右の空気ばねは１、３位の圧縮側は−２５ｍ
ｍ、２、４位の伸長側は＋５０ｍｍに制限される。この
ように、圧縮側と伸長側で変位量に差があるため、図５
に示すように、車体が２度傾斜しているとき平均高さｈ
rを１２．５ｍｍかさ上げする必要がある。
て車両を走行させた実例について説明する。車体と台車
との間には上下方向の過大変位を制限するストッパーが
設置されているため、空気ばね部位を図８に示すとおり
とすれば、図４に示すように、傾斜角θは最大２度で、
このとき左右の空気ばねは１、３位の圧縮側は−２５ｍ
ｍ、２、４位の伸長側は＋５０ｍｍに制限される。この
ように、圧縮側と伸長側で変位量に差があるため、図５
に示すように、車体が２度傾斜しているとき平均高さｈ
rを１２．５ｍｍかさ上げする必要がある。
【００２９】以上により、設定最大傾斜角θmaxを２
度、設定最大高さｈmaxを１２．５ｍｍとして車体傾斜
制御を行った。その結果を、従来車両による比較車とこ
の発明の実施による試験車との比較により図３に示す。
図３より、この発明を実施した車両の曲線通過時の乗り
心地の指標である床面の左右定常加速度は、従来車両に
比べて著しく低下しており、乗り心地が向上しているこ
とがわかる。
度、設定最大高さｈmaxを１２．５ｍｍとして車体傾斜
制御を行った。その結果を、従来車両による比較車とこ
の発明の実施による試験車との比較により図３に示す。
図３より、この発明を実施した車両の曲線通過時の乗り
心地の指標である床面の左右定常加速度は、従来車両に
比べて著しく低下しており、乗り心地が向上しているこ
とがわかる。
【００３０】
【発明の効果】この発明は、曲線通過時の車体傾斜制御
を曲線データ、走行速度、走行位置より算出した目標値
を用い、相対傾斜角、平均高さ、対角差圧を組み合わせ
た車体傾斜制御を行うことにより、緩和曲線等のねじれ
た軌道上でも安定した車体傾斜制御ができるため、曲線
通過時の床面左右定常加速度を低下させ、乗り心地を向
上できる。
を曲線データ、走行速度、走行位置より算出した目標値
を用い、相対傾斜角、平均高さ、対角差圧を組み合わせ
た車体傾斜制御を行うことにより、緩和曲線等のねじれ
た軌道上でも安定した車体傾斜制御ができるため、曲線
通過時の床面左右定常加速度を低下させ、乗り心地を向
上できる。
【図１】この発明の鉄道車両の空気ばね車体傾斜制御方
法を示すブロック図である。
法を示すブロック図である。
【図２】この発明による車体傾斜制御方法を実施するた
めの制御装置例を示す説明図である。
めの制御装置例を示す説明図である。
【図３】この発明の実施による試験車と従来車両による
比較車との曲線通過時の左右定常加速度を示すグラフで
ある。
比較車との曲線通過時の左右定常加速度を示すグラフで
ある。
【図４】車体の傾斜角と前後左右の空気ばねの圧縮側と
伸長側の度合いを示すグラフである。
伸長側の度合いを示すグラフである。
【図５】車体の傾斜角と車体〜台車間の平均高さｈrと
の関係を示すグラフである。
の関係を示すグラフである。
【図６】この発明の鉄道車両の車体傾斜制御方法の前半
分を示すフローチャートである。
分を示すフローチャートである。
【図７】図６に続く車体傾斜制御方法の後半分を示すフ
ローチャートである。
ローチャートである。
【図８】１車両の空気ばね部位を示す説明図である。
１ 台車 ２ 車体 ３ 空気ばね ４ 空気溜 ５ 給気弁 ６ 排気弁 ７ 圧力センサ ８ 高さセンサ ９ 配管 １０ 制御器 １１ 速度発電機からのパルス信号 Ｒ 曲線半径 Ｃ カント Ｖ 走行速度 θa 相対傾斜角の目標値 ｇ 重力加速度 Ｇ 軌間 θmax 設定最大傾斜角 ｈa 平均高さの目標値 ｈm1、ｈm2 平均高さ ｈ1〜ｈ4 空気ばね高さ Δθ 相対傾斜角不感帯 ｐ1〜ｐ4 空気ばね内圧 β 係数 Δｈ 平均高さ不感帯
Claims (1)
- 【請求項１】 空気ばね付き鉄道車両の各空気ばねに高
さ検出器を設け、各空気ばねの給気弁と排気弁に制御信
号を出力して車体傾斜制御を行う方法において、車体と
台車間の相対傾斜角の目標値と設定最大傾斜角から算出
した平均高さの目標値に対し、高さ検出器の検出信号か
ら算出される平均高さが、目標値を中心とする設定範囲
内の値になるように、空気ばねの給排気を行うことを特
徴とする鉄道車両の車体傾斜制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5037524A JP2832329B2 (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | 鉄道車両の車体傾斜制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5037524A JP2832329B2 (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | 鉄道車両の車体傾斜制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06227392A JPH06227392A (ja) | 1994-08-16 |
| JP2832329B2 true JP2832329B2 (ja) | 1998-12-09 |
Family
ID=12499935
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5037524A Expired - Lifetime JP2832329B2 (ja) | 1993-02-01 | 1993-02-01 | 鉄道車両の車体傾斜制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2832329B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3153161B2 (ja) * | 1997-09-05 | 2001-04-03 | 川崎重工業株式会社 | 車体傾斜制御用車高計測装置 |
| JP3205286B2 (ja) * | 1997-09-05 | 2001-09-04 | 川崎重工業株式会社 | 車体支持用空気バネ装置 |
| JP2939229B1 (ja) * | 1998-03-20 | 1999-08-25 | 川崎重工業株式会社 | 鉄道車両の車体傾斜制御方法 |
| JP5038615B2 (ja) * | 2005-11-10 | 2012-10-03 | 東海旅客鉄道株式会社 | 車体傾斜装置の異常検出方法 |
| JP5215610B2 (ja) * | 2007-08-06 | 2013-06-19 | 川崎重工業株式会社 | 鉄道車両の車体傾斜制御システム |
| US20230303137A1 (en) * | 2020-10-20 | 2023-09-28 | Mitsubishi Electric Corporation | Failure determination device, brake control device, and failure determination method |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0674042B2 (ja) * | 1989-11-27 | 1994-09-21 | 住友金属工業株式会社 | 鉄道車両の車体制御方法 |
| JP2507691B2 (ja) * | 1990-09-12 | 1996-06-12 | 株式会社日立製作所 | 車体の傾斜制御装置の異常検出方法 |
-
1993
- 1993-02-01 JP JP5037524A patent/JP2832329B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06227392A (ja) | 1994-08-16 |
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