JP2983516B2 - 編成列車の車体傾斜制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両の編成列
車における車体傾斜制御装置に関し、曲線走行時に車体
を傾斜して、たとえば乗客に作用する遠心力に起因した
床面平行成分である横方向の力を感じさせないようにし
て乗り心地を向上することができる編成列車の車体傾斜
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両が線路の曲線を走行していると
きには、遠心力が作用するので、車体内の乗客は、横方
向加速度、したがって横方向の力を感じることになる。
遠心力は、曲率半径１／ρに反比例し、車体速度ｖの２
乗に比例するので、急曲線を高速度で走行する車両で
は、乗り心地が非常に悪くなる。

【０００３】従来から、曲線ではカントを付け、車体を
傾斜させることによって、重力の床面平行成分と遠心力
の床面平行成分とを釣り合わせており、体感される横方
向加速度を打ち消そうとしている。車体を傾斜すると、
遠心力と重力の床面に対する成分が上述のように釣り合
い、床面には、横方向加速度は作用しない。このとき、
乗客は体重が増加したと感じるだけであって、横方向の
力を感じないので、乗り心地が向上する。ところが遠心
力は車体速度に依存する。したがって全ての運転速度に
対して、横方向加速度を適切に打ち消すことはできな
い。特に高速走行を行う鉄道車両では、カントが不足す
る。

【０００４】典型的な先行技術は、特開平８−１７５３
８５である。この先行技術は、編成車両で構成される鉄
道車両の車体傾斜を制御する装置において、走行地点を
検出する親局と、車体傾斜の操作量を演算して出力する
子局と、車両状態を諸センサで検出し車高サーボを実施
する孫局との合計３つの構成要素を含む。親局と孫局と
は、一編成中の複数の車両毎に設けられる。孫局は各車
両毎に設けられる。孫局への子局からの操作量出力は、
通信ラインによって伝送される。こうして親局は、速度
発電機からの信号をカウンタで計数し、列車の走行位置
を検出し、その地点データを各子局に伝送し、子局は、
孫局から伝送される諸センサ値と親局から伝送される地
点データとから、各車両の制御出力を演算し、各孫局に
制御指令を伝達する。孫局は、子局からの制御指令によ
って、各車両の車体を傾斜させる。

【０００５】この構成によって、編成列車全体における
構成を簡略化することができ、設備費および施工費の節
減が可能になる。

【０００６】またこの先行技術では、親局では、列車の
走行位置を検出し、その地点データを上述のように子局
に伝送するので、その地点データを、大容量のメモリに
予めストアしておく必要がある。さらに列車の走行位置
を検出するので、走行距離が長くなるほど、走行位置の
累積誤差が大きくなる。

【０００７】前述のメモリが大容量になるという問題を
解決するとともに、走行位置の誤差が大きくなることに
よって地点データを正確に得ることができないという問
題を解決するために、本件出願人は先に、鉄道車両の車
体傾斜制御のための装置を提案した（特願平８−２１２
６７）。この提案された構成では、ヨーレート情報から
線路の曲線を検出し、その曲線において遠心力をフィー
ドバックすることによって車体の傾斜角を算出し、空気
ばねの強制的な急排気を行うことによって、車体を左右
に傾斜制御する。

【０００８】しかし、この提案された技術では、本質的
に、ヨーレートセンサの検出遅れに起因する曲線検知遅
れは補償できず、したがって曲線部への高速突入時に、
たとえば外軌側空気ばねの底づき現象が発生してしま
い、車高制御性能の低下を招いている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、編成
列車の後続車両における乗客などに、遠心力に起因した
横方向の力を感じさせないようにして乗り心地を向上す
る編成列車の車体傾斜制御装置を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）先頭車
両と、その先頭車両に後続する複数の後続車両とを有
し、これらの各車両は、台車５０と、台車５０上に旋回
可能に設けられる車体８０と、台車５０の台車枠９上で
車体８０を昇降する左右の空気ばね１９，２０と、各空
気ばね１９，２０に圧縮空気を供給または排気して車体
８を左右に傾斜する電磁弁２３〜２６とを有する編成列
車の車体傾斜制御装置において、 （ｂ）先頭車両に搭載され、線路の曲線を検出する曲線
検出手段であって、先頭車両の車体のヨーイング方向の
角速度ωを検出するヨーレートセンサ１０と、先頭車両
の走行速度ｖを検出する速度センサ１１と、ヨーレート
センサ１０の出力に応答し、約１Ｈｚ付近および約１０
Ｈｚ以上の範囲の周波数を遮断する複数次のフィルタ３
１と、速度センサ１１とフィルタ３１との出力に応答
し、線路の曲率ρ（＝ω／ｖ）を演算するとともに、さ
らにその曲率ρの時間変化率ｄρ／ｄｔを演算して、そ
の時間変化率ｄρ／ｄｔをレベル弁別し、時間変化率ｄ
ρ／ｄｔが予め定める弁別レベルｔｈ１以上であると
き、曲線検出信号を導出する曲線検出回路１２とを有す
る曲線検出手段が設けられ、 （ｃ）各車両毎に、制御手段３３がそれぞれ設けられ、
各制御手段は、車体８の幅方向の床面３４に平行な加速
度成分を検出する加速度センサ３５と、加速度センサ３
５の出力に応答し、加速度の車体８の床面３４に平行な
左右方向の成分がほぼ零となるための車体８の左右の傾
斜角γを算出する傾斜角算出手段３８，３９と、傾斜角
算出手段３８，３９の出力に応答し、傾斜角γが達成さ
れるように、前記電磁弁２３〜２６を制御する電磁弁制
御信号４５，４６を導出する車高制御手段４１と、車高
制御手段４１と前記電磁弁２３〜２６との間に介在さ
れ、曲線検出信号が与えられて導通するゲート１４とを
有し、 （ｄ）曲線検出回路１２からの曲線検出信号は、先頭車
両のゲート１４に直接に与えられ、 （ｅ）各後続車両６，７に遅延回路４８，４９がそれぞ
れ設けられ、各遅延回路４８，４９は、曲線検出回路１
２と速度センサ１１とからの出力に応答し、曲線検出信
号を、時間（Ｔｄ−Ｔｐ）だけ、遅延して、その遅延回
路に対応するゲート１４にそれぞれ与え、第ｉ番目の後
続車両の時間Ｔｄは、車両の総数ｎとし、速度センサ１
１によって検出される走行速度をｖとし、Ｌｉを、第ｉ
番目の後続車両６，７が走行方向下流側に隣接する車両
５，６の対応する台車５０，５０ａ間の心皿間の走行方
向に沿う距離とするとき、

【数１】 であり、時間Ｔｐは、曲線検出手段による曲線検出遅れ
時間であることを特徴とする編成列車の車体傾斜制御装
置である。

【００１１】後述の実施の形態では、後続車両６，７の
構成要素には、先頭車両５の構成要素の参照符に、添え
字ａ，ｂを付して表してあるけれども、請求項および上
述の説明では、添え字ａ，ｂを省略して数字だけで総括
的に表してある。本発明に従えば、先頭車両に搭載され
た曲線検出手段によって曲線が検出された出力を、遅延
時間（Ｔｄ−Ｔｐ）、遅延して電磁弁を制御するように
したので、複数の後続する各車両毎に、乗客などの重力
の床面平行成分と遠心力の床面平行成分とが釣り合うよ
うにして、乗客などに横方向の力を感じさせないように
することができる。これによって後続の各車両における
乗り心地が向上される。

【００１２】こうして先頭車両で検出した曲線に関する
情報を基に、後続車両では、曲線の開始を事前に予見す
ることが可能となる。したがって後続車両では、事前に
車体傾斜制御を行うことができる。したがって車高制御
性能を向上することができる。

【００１３】さらに曲線検出手段は、先頭車両にのみ設
けておけばよく、後続車両に設ける必要はないので、設
備費および施工費の低減が図られる。

【００１４】また本発明に従えば、曲線検出手段によっ
て線路の曲線が検出されたときにのみ、電磁弁による後
続車両の傾斜駆動を行うようにしたので、後述のように
たとえば外軌側の空気ばねの底づき現象が回避されると
ともに、先頭車両および後続車両における車体のヨーイ
ング方向の固有周波数成分およびノイズに起因して、車
体傾斜駆動手段が不所望に頻繁に傾斜駆動を繰返す動作
を防止することができ、動作の安定性を向上するととも
に、空気ばねに圧縮空気を給気し、または排気する電磁
弁の開閉動作が頻繁に行われず、寿命を長くすることが
できる。

【００１５】

【００１６】本発明に従えば、線路の曲線を検出するた
めに、ヨーレートセンサによって走行している車両のヨ
ーイング方向の角速度ωを検出するとともに、速度発電
機などの速度センサによって車両の走行速度ｖを検出
し、こうして得られた角速度ωおよび走行速度ｖによっ
て予め定める演算式である曲率ρ＝角速度ω／走行速度
ｖに代入することによって、線路の曲率ρを算出するこ
とができる。こうして得られた曲率ρを、予め定める弁
別レベルｔｈ１でレベル弁別することによって、走行中
の線路が曲線かまたは直線かを判別することができる。

【００１７】こうして走行速度の大小に依存しないでリ
アルタイムで精度よく線路曲率ρを検出することができ
る。したがって先行技術のように膨大な線路データを収
集してメモリにストアする必要がなく、線路データを収
集する作業が不要となり、また大容量のメモリが不要と
なる。またノイズなどに起因した誤動作を防ぐことがで
きる。

【００１８】さらにヨーレートセンサによる角速度ωの
検出のために検出遅れ時間が比較的大きい値、たとえば
０．５〜１．０ｓｅｃであっても、後続車両の車体の傾
斜駆動を、実際の線路の曲線走行に正確に対応させて駆
動制御することができる。

【００１９】

【００２０】本発明では、フィルタが用いられ、これに
よってヨーレートセンサからの出力のノイズを除去す
る。ヨーレートセンサの出力は、線路の曲線形状と走行
速度ｖとによって異なるけれども、一般的には、たとえ
ば走行速度ｖ＝１００ｋｍ／ｈでは約０．１Ｈｚであ
る。このヨーレートセンサの出力には、そのヨーレート
センサが設けてある先頭車両のヨーイング方向の固有周
波数の成分が混入し、またノイズが混入する。前記固有
周波数は、約１Ｈｚである。ノイズは約１０Ｈｚ以上の
範囲である。ヨーレートセンサの出力をフィルタに与え
ることによって、前記ノイズを除去することができる。
このフィルタは、線路の形状と走行速度とによって得ら
れる線路の曲線に対応したたとえば約０．１Ｈｚのヨー
レートセンサからの出力を導出し、先頭車両の車体のヨ
ーイング方向の固有周波数成分約１Ｈｚ付近および約１
０Ｈｚ以上のノイズを遮断するローパス＋バンドストッ
プフィルタである。

【００２１】フィルタを用いることによって、その時定
数に起因して曲線検出信号が遅延されて各後続車両の制
御手段に与えられることになるけれども、このようなフ
ィルタの時定数に対応して、曲線検出遅れ時間Ｔｐを設
定することによって、後続車両の傾斜駆動を、最適に行
うことができる。

【００２２】

【００２３】本発明に従えば、フィルタの次数は、複数
であり、これによって次数が大きいほど、減衰量（単位
ｄＢ／ｏｃｔ）を大きくして、急峻な周波数特性を得る
ことができる。フィルタの次数が大きくなると、その時
定数が大きくなり、これに応じて、前記曲線検出遅れ時
間Ｔｐを大きく設定する。これによって後続車両の傾斜
駆動を最適に行うことができる。

【００２４】

【００２５】本発明に従えば、各後続車両を左右に傾斜
駆動するために、空気ばねと、その空気ばねに圧縮空気
を供給しまたは排気する電磁弁とが設けられ、各後続車
両には、車体の床面に平行な加速度を検出する加速度セ
ンサが設けられ、その床面に平行な加速度が零となるよ
うに車体を傾斜角γを算出し、車高制御手段によって電
磁弁を開閉制御する。こうして各後続車両の構成が異な
っていても、また乗客などの荷重が後続の各車両毎に異
なっていても、各後続車両の乗客は、横方向の力を感じ
ないようにして、乗り心地を向上することができる。

【００２６】さらに本発明に従えば、ゲート１４は、曲
線検出時にのみ導通され、すなわち曲線が検出されてい
るときにのみ、電磁弁が開閉制御される。したがって直
線走行時などに、電磁弁が不所望に開閉制御されるおそ
れがなく、動作が安定し、また電磁弁の寿命を長くする
ことができる。また本発明は、フィルタは、５次または
６次のフィルタであることを特徴とする。本発明に従え
ば、フィルタは５次または６次の高次のフィルタであ
り、したがって減衰量を大きくして、急峻な周波数特性
を得ることができて好ましく、したがって先頭車両のヨ
ーイング方向の固有周波数の成分である約１Ｈｚが除去
され、またノイズである約１０Ｈｚ以上の範囲の成分が
除去されて好ましい。このような高次のフィルタでは、
曲線検出遅れ時間Ｔｐが大きくなるけれども、本発明で
は、このような曲線検出遅れ時間Ｔｐに拘わらず、後続
車両の乗客が横方向の力を感じないようにして、乗り心
地を向上することが確実に可能になる。また本発明は、
各後続車両の前記距離Ｌｉが等しく、第ｉ番目の後続車
両の前記時間Ｔｄを、Ｔｄ１とするとき、各遅延回路４
８，４９における第ｉ番目の後続車両の前記時間Ｔｄ
は、Ｔｄ＝ｉ・Ｔｄ１に定められることを特徴とする。
本発明に従えば、第ｉ番目の後続車両の前記時間Ｔｄの
演算が容易に定められ、構成の簡略化を図ることができ
る。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
全体の構成を簡略化して示すブロック図である。１つの
編成列車４は、先頭車両５である１号車と複数（たとえ
ば２）の後続車両である２号車６と３号車７とが連結さ
れる。後続車両は、３以上であってもよい。先頭車両５
および後続車両６，７は、類似の構造を有し、後続車両
の構成要素には先頭車両５の対応する部分の数字に添え
字ａ，ｂを付して示し、総括的には、これらの添え字
ａ，ｂを省略して示すことがある。先頭車両５および後
続車両６，７は、台車５０上に車体８が旋回することが
できるように支持されて構成される。台車５０は、左右
の車輪１７，１８と、それらを支持する台車枠９と、台
車枠９上で車体８を支持する左右の空気ばね１９，２０
とを備える。車体８は、空気ばね１９，２０によって緩
衝されて台車５０に支持されるとともに、車体８を左右
に傾斜するように車高を制御することができる。

【００２８】図２は、先頭車両５に関連する構成を示す
ブロック図である。一対のレール２７は、線路２８の曲
線でカントＣ１（次の図３参照）を有し、水平面に対す
るレール面傾斜角は図２において参照符αで示されてい
る。レール２７によって台車５０の車輪１７，１８が案
内される。車輪１７，１８の回転速度に対応した電圧を
導出する速度発電機などの速度センサ１１は、ライン２
９を介して車両の速度を表す信号を導出して曲線検出回
路１２に与える。

【００２９】車体８には、その車体８のヨーイング方向
の角速度ωを検出するヨーレートジャイロなどのヨーレ
ートセンサ１０が備えられる。ヨーレートセンサ１０か
らの出力は、ライン３０を介して曲線検出回路１２に与
えられる。ライン３０には、フィルタ３１が設けられ
る。このフィルタ３１は、複数次、たとえば５次ないし
６次のローパス＋バンドストップフィルタであり、その
遮断周波数は約１Ｈｚ付近および約１０Ｈｚ以上であ
る。このフィルタ３１によって、ヨーレートセンサ１０
からの線路２８の形状および走行速度ｖ、たとえば１０
０ｋｍ／ｈに依存するたとえば約０．１Ｈｚの角速度ω
を表す信号だけが曲線検出回路１２に与えられ、車体８
のヨーイング方向のたとえば約１Ｈｚの固有周波数の成
分を除去するとともに、約１０Ｈｚ以上のノイズを除去
することができる。

【００３０】曲線検出回路１２は、線路２８の曲率ρ
（＝ω／ｖ）を演算するとともに、さらにその曲率ρの
時間変化率である微分値ｄρ／ｄｔを演算して、後述の
図６に関連して述べるようにレベル弁別し、曲線を検出
して、その出力をライン３２に導出する。

【００３１】制御手段３３において、車体８の床面３４
には、加速度センサ３５が設けられる。この加速度セン
サ３５は、車体８の幅方向（すなわち走行方向に垂直方
向、図２の左右方向）の床面３４に平行な加速度成分
を、検出する。この加速度センサ３５の出力は、ライン
３６を介してフィルタ３７に与えられ、ノイズなどが除
去され、傾斜角算出手段３８に与えられる。この傾斜角
算出手段３８には、加速度指令値設定手段３９からの加
速度指令値を表す信号が与えられる。この加速度指令値
は、加速度の車体８の床面３４に平行な左右方向の成分
がほぼ零となるための値である。傾斜角算出手段３８
は、加速度センサ３５によって検出される加速度がほぼ
零となるための車体８の左右の傾斜角γを算出してライ
ン４０に与える。

【００３２】台車枠９と車体８との間に、後述の図７に
示されるように、車高検出手段４２，４３が設けられ、
車体８の左右の車高情報が得られる。この車高情報は、
ライン４４を介して、前述のライン４０からの傾斜角γ
を表す信号とともに、車高制御手段４１に与えられる。
車高制御手段４１は、傾斜角γが達成されるように、空
気ばね１９，２０の空気圧を供給／排出するための左右
の電磁弁制御信号をライン４５，４６にそれぞれ導出す
る。

【００３３】ライン４５，４６には、スイッチング手段
であるゲート１４が設けられる。ゲート１４は、ライン
３２からの曲線検出信号に応答し、曲線が検出されたと
きにのみ、導通状態となり、これによって空気ばね１
９，２０の膨張収縮が制御されることになる。

【００３４】図３は、先頭車両５の曲線走行状態を示す
簡略化した断面図である。線路２８のカントは参照符Ｃ
１で示されている。図３の参照符８で示される車体の姿
勢は、傾斜制御が行われた状態を示しており、床面３４
上の乗客には、遠心力Ｆの床面平行成分Ｆcosβが作用
する。その乗客には、重力をｍとするとき、重力の床面
平行成分ｍｇ・sinβが作用する。ここでｇは重力加速
度である。参照符４８は、車体の傾斜制御が行われず、
床面３４が水平面に対してレール面傾斜角αと同一であ
る状態を示している。

【００３５】乗客が、横方向の力を感じないようにして
乗り心地を向上するには、 ｍｇ・sinβ ＝ Ｆ・cosβ …（１） が成立する必要がある。ここで β ＝ α＋γ …（２） である。傾斜角γは、乗客の重力ｍｇの鉛直方向が床面
３４に垂直な直線４７と成す角度である。カントＣ１に
対応したレール面傾斜角αを、角度βから差し引いた傾
斜角γ（＝β−α）は、乗客に横方向の力を感じさせな
いために必要な空気ばね１９，２０によって達成される
べき傾斜角である。

【００３６】図４（ａ）は鉄道線路の平面形状の一例を
示す平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に対応する
曲率ρを示すグラフ、図４（ｃ）は図４（ａ）に対応す
る曲率微分ｄρ／ｄｔを示すグラフである。図４（ａ）
において、鉄道車両１が鉄道線路５を地点Ａ〜地点Ｄの
順番で通過しており、鉄道線路２８は、図４（ｂ）に示
すように、１）地点Ａから手前は曲率ρ＝０である直線
部分、２）地点Ａ〜地点Ｂの範囲は曲率ρが０から徐々
に変化する入口緩和曲線部分、３）地点Ｂ〜地点Ｃの範
囲は一定の曲率ρを持つ本曲線部分、４）地点Ｃ〜地点
Ｄの範囲は曲率ρが一定値から０に向けて徐々に変化す
る出口緩和曲線部分、５）地点Ｄから以降は曲率ρ＝０
である直線部分、となる形状を例示している。

【００３７】図４（ｂ）に示すように、線路状態に応じ
た区間を特定するために、入口緩和曲線部分で閾値ｔｈ
１が設定され、出口緩和曲線部分で閾値ｔｈ２が設定さ
れている。

【００３８】図４（ｃ）は、図４（ｂ）のグラフを微分
したものであり、曲率ρが時間変化しない範囲、すなわ
ち地点Ａの手前、地点Ｂ〜地点Ｃ、および地点Ｄ以降に
おいて曲率微分ｄρ／ｄｔ＝０となる。また、地点Ａ〜
地点Ｂにおいて上に凸のピークが現われ、地点Ｃ〜地点
Ｄにおいて下に凸のピークが現われる。

【００３９】図４（ｃ）においても同様に、線路状態に
応じた区間を特定するために、入口緩和曲線部分で閾値
ｔｈ３が設定され、出口緩和曲線部分で閾値ｔｈ４が設
定されている。

【００４０】図５は、横軸に曲率ρ、縦軸に曲率微分ｄ
ρ／ｄｔをとって２次元表示したグラフである。曲率ρ
に関して、正および負の閾値ｔｈ１、ｔｈ２がそれぞれ
設定されており、閾値ｔｈ１、ｔｈ２は必ずしも一致し
ていなくてもよい。また、曲率微分ｄρ／ｄｔに関し
て、閾値Ｔｈ３、ｔｈ４が設定されている。

【００４１】このグラフにおいて、１）−ｔｈ１＜ρ＜
ｔｈ１、または−ｔｈ２＜ρ＜ｔｈ２の領域は直線、
２）ρ≧ｔｈ１、およびｄρ／ｄｔ≧ｔｈ３の領域は右
入口緩和曲線、３）ρ≧ｔｈ１、ρ≧ｔｈ２およびｔｈ
３＜ｄρ／ｄｔ＜ｔｈ４の領域は右本曲線、４）ρ≧ｔ
ｈ２、およびｄρ／ｄｔ≦ｔｈ４の領域は右出口緩和曲
線、５）ρ≦−ｔｈ１、およびｄρ／ｄｔ≧ｔｈ３の領
域は左入口緩和曲線、６）ρ≦−ｔｈ１、ρ≦−ｔｈ
２、およびｔｈ３＜ｄρ／ｄｔ＜ｔｈ４の領域は左本曲
線、７）ρ≦−ｔｈ２、およびｄρ／ｄｔ≦ｔｈ４の領
域は左出口緩和曲線、にそれぞれ分類することができ
る。

【００４２】たとえば、図４（ａ）の線路上を鉄道車両
１が走行する場合、線路状態を示す座標（ρ、ｄρ／ｄ
ｔ）は地点Ａから手前でρ＝０、ｄρ／ｄｔ＝０の原点
に位置しており、地点Ａに進入すると次第に右斜め上方
に移動して、閾値ｔｈ１と交差する点ａで右入口緩和曲
線の領域に入って右回りに回転して、次に閾値ｔｈ３と
交差する点ｂで右本曲線の領域に入る。さらに、鉄道車
両１が右本曲線を走行している間は、座標（ρ、ｄρ／
ｄｔ）は曲率ρ＝一定値で、曲率微分ｄρ／ｄｔ＝０に
留まり、地点Ｃにさしかかると閾値ｔｈ４と交差する点
ｃで右出口緩和曲線の領域に入って右回りに回転し、次
に閾値ｔｈ２と交差する点ｄで直線領域に入ってから地
点Ｄを通過する時点で、原点に戻る。こうして線路状態
を示す座標（ρ、ｄρ／ｄｔ）の軌跡を調べることによ
って、線路の状態を認識することが可能になる。

【００４３】図６は、曲線検出回路１２の動作を示すフ
ローチャートである。ヨーレートセンサ１０からの角速
度ωおよび車速センサ１１からの走行速度ｖに基づいて
線路の曲率ρを算出し、その時間微分である曲率微分ｄ
ρ／ｄｔも演算した後、まずステップｓ１において曲率
ρ≧０か否かを判定し、すなわち線路が右カーブか左カ
ーブかを判別する。なお、ここでは右カーブのとき曲率
ρが正の値となる例を説明している。

【００４４】ρ≧０であれば、ステップｓ２に移行して
曲率微分ｄρ／ｄｔ≧０か否かを判定し、すなわち線路
が緩和曲線であるかを判別する。ｄρ／ｄｔ≧０であれ
ば、ステップｓ３に移行して曲率ρ≧ｔｈ１か否かを判
定し、曲率ρが閾値ｔｈ１より小さければ現在位置の線
路は直線部分であると判断した後、次の測定のためにス
タートへ戻る。ステップｓ３において、曲率ρが閾値ｔ
ｈ１以上であれば、次のステップｓ４で曲率微分ｄρ／
ｄｔ≧ｔｈ３か否かを判定し、曲率微分ｄρ／ｄｔが閾
値ｔｈ３より小さければ現在位置の線路が右本曲線であ
ると判断した後、スタートへ戻る。また、曲率微分ｄρ
／ｄｔが閾値ｔｈ３以上であれば、右入口緩和曲線であ
ると判断してスタートへ戻る。

【００４５】ステップｓ２において曲率微分ｄρ／ｄｔ
が負の値であればステップｓ５へ移行して、曲率ρ≧ｔ
ｈ２か否かを判定し、曲率ρが閾値ｔｈ２より小さけれ
ば現在位置の線路は直線部分であると判断した後、スタ
ートへ戻る。また、曲率ρが閾値ｔｈ２以上であれば、
次のステップｓ６で曲率微分ｄρ／ｄｔ≦ｔｈ４か否か
を判定し、曲率微分ｄρ／ｄｔが閾値ｔｈ４より大きけ
れば現在位置の線路が右本曲線であると判断した後、ス
タートへ戻る。また、曲率微分ｄρ／ｄｔが閾値ｔｈ４
以下であれば、右出口緩和曲線であると判断してスター
トへ戻る。

【００４６】左カーブについても同様に、ステップｓ１
においてρ≧０でなければ（すなわちρ＜０であれ
ば）、ステップｓ７に移行して曲率微分ｄρ／ｄｔ≦０
か否かを判定し、すなわち線路が緩和曲線であるかを判
別する。ｄρ／ｄｔ≦０であれば、ステップｓ８に移行
して曲率ρ≦−ｔｈ２か否かを判定し、曲率ρが閾値−
ｔｈ２より大きければ現在位置の線路は直線部分である
と判断した後、次の測定のためにスタートへ戻る。ステ
ップｓ８において、曲率ρが閾値−ｔｈ２以下であれ
ば、次のステップｓ９で曲率微分ｄρ／ｄｔ≦ｔｈ４か
否かを判定し、曲率微分ｄρ／ｄｔが閾値ｔｈ３より大
きければ現在位置の線路が左本曲線であると判断した
後、スタートへ戻る。また、曲率微分ｄρ／ｄｔが閾値
ｔｈ４以下であれば、左入口緩和曲線であると判断して
スタートへ戻る。

【００４７】ステップｓ７において曲率微分ｄρ／ｄｔ
が０より大きければステップｓ１０へ移行して、曲率ρ
≦−ｔｈ１か否かを判定し、曲率ρが閾値−ｔｈ１より
大きければ現在位置の線路は直線部分であると判断した
後、スタートへ戻る。また、曲率ρが閾値−ｔｈ１以下
であれば、次のステップｓ１１で曲率微分ｄρ／ｄｔ≦
ｔｈ３か否かを判定し、曲率微分ｄρ／ｄｔが閾値ｔｈ
３より小さければ現在位置の線路が左本曲線であると判
断した後、スタートへ戻る。また、曲率微分ｄρ／ｄｔ
が閾値ｔｈ３以上であれば、左出口緩和曲線であると判
断してスタートへ戻る。

【００４８】こうして曲率ρおよび曲率微分ｄρ／ｄｔ
の値を各閾値と比較することによって、座標（ρ、ｄρ
／ｄｔ）が図５のどの領域に位置するかを判断すること
ができる。

【００４９】図７は、先頭車両５における空気ばね１
９，２０に関連する構成を簡略化して示す断面図であ
る。コンプレッサ２１からの圧縮空気は、空気溜２２に
貯留された後、分岐して給気弁２３，２４を経由して空
気ばね１９，２０に送られる。余分な圧力は、排気弁２
５，２６を経由して大気に放出される。給気弁２３，２
４および排気弁２５，２６は、電磁弁から構成される。
車高検出手段４２，４３が設置され、先頭車両５が曲線
を走行する際に発生する超過遠心力によって空気ばね１
９，２０が過度に変形して車体８の下部と台車５０の台
車枠９との接触によるいわゆる底づき現象が発生するこ
とを防ぐために、本発明では、これらの空気ばね１９，
２０が潰れてしまわないように、車高フィードバック制
御が車高制御手段４１によって行われる。

【００５０】再び図１を参照して、後続車両６，７に
は、先頭車両５と同様な構成要素が搭載されている。た
だし後続車両６，７では、ヨーレートセンサ１０と速度
センサ１１と曲線検出回路１２とは省略されている。後
続車両６，７には、遅延回路４８，４９がそれぞれ設け
られ、ライン３２を介する曲線検出回路１２からの曲線
検出信号が与えられて、遅延されて、ゲート１４ａ，１
４ｂにそれぞれ与えられる。

【００５１】先頭車両５と後続車両６との間の線路に沿
う対応する２つの部分（走行方向下流側（すなわち前
方）の台車５０，５０ａ間の心皿）間の距離をＬ１とす
るとき、編成列車の走行時に、線路上の同一位置を先頭
車両５が通過した時点から後続車両６が通過するまでの
時間Ｔｄ１は、 Ｔｄ１ ＝ Ｌ１／ｖ …（３） である。また同様に後続車両６，７間の対応する部分間
の走行方向に沿う距離をＬ２とするとき、線路上の同一
位置を後続車両６が通過した時点から、後続車両７が通
過するまでの時間Ｔｄ２は、 Ｔｄ２ ＝ Ｌ２／ｖ …（４） である。本発明に従えば、一般的に言えば、先頭車両５
と後続車両６，７との車両の総数をｎとし、２号車６を
第１の後続車両とし、３号車７を第２の後続車両とし、
第（ｉ＋１）号車を第ｉ番目の後続車両とするとき、そ
の第ｉ番目の後続車両が先頭車両５から時間Ｔｄだけ遅
れる。

【００５２】

【数１】

【００５３】ここでＬｉは、第ｉ番目の後続車両６，７
が、その走行方向下流側、すなわち前方に隣接する車両
５，６の対応する部分間、すなわち台車５０，５０ａ間
の心皿間の走行方向に沿う距離を表す。

【００５４】ヨーレートセンサ１０、フィルタ３１およ
び速度センサ１１からの各出力によって曲線検出回路１
２で曲線を検出する曲線検出遅れ時間Ｔｐは、たとえば
前述のように０．５〜１．０ｓｅｃである。遅延回路４
８，４９は、時間Ｔｄよりも曲線検出遅れ時間Ｔｐだけ
短い時間（Ｔｄ−Ｔｐ）、後続の図８（ａ）の時刻ｔ１
から遅延して、ライン３２の曲線検出信号をゲート１４
ａ，１４ｂにそれぞれ与える。遅延回路４８は、ライン
３２の曲線検出信号を、時間（Ｔｄ１−Ｔｐ）、遅延す
る。また遅延回路４９は、ライン３２の曲線検出信号
を、時間（Ｔｄ１＋Ｔｄ２−Ｔｐ）、遅延する。遅延回
路４８，４９では、車両の速度ｖに関するデータは、速
度センサ１１からライン３２を介して、伝送する。距離
Ｌｉが等しいときには、第ｉ番目の後続車両では、Ｔｄ
＝ｉ・Ｔｄ１である。

【００５５】このようにして先頭車両５における曲線検
出信号を、後続車両６，７の路線状態予見情報として時
間Ｔｐだけ早めて使用することによって、曲線突入時以
前に車高制御を行うことが可能になる。こうして曲線開
始前に事前にある程度車体傾斜を行っておくことによっ
て、曲線突入時の線路カント変化に伴う外軌側空気ばね
２０ａ，２０ｂの底づき現象を防ぐことができるととも
に、前述のように乗客に横方向の力を感じさせることな
く、乗り心地を向上させることができる。

【００５６】図８は、編成列車４が曲線を走行するとき
の状態を示す図である。先頭車両５は、図８（ａ）に示
されるように、その先頭車両５の予め定める部分が、時
刻ｔ１〜ｔ６の時間にわたって曲線を走行する。第２号
車である後続車両６は、図８（ｂ）に示されるように、
先頭車両５の前記部分に対応する部分が、遅延時間Ｔｄ
１だけ遅延して時刻ｔ３以降に通過する。３号車である
後続車両７は、図８（ｃ）に示されるように、先頭車両
５の前記部分に対応する部分が時間（Ｔｄ１＋Ｔｄ２）
だけ遅れた時刻ｔ５に曲線に到達する。本発明に従え
ば、後続車両６の遅延回路４８は、図８（ｄ）に示され
るように、時間Ｔｄ１よりも曲線検出遅れ時間Ｔｐだけ
短い時間（Ｔｄ１−Ｔｐ）、遅延してライン３２からの
曲線検出信号をゲート１４ａに与える。

【００５７】後続車両７の遅延回路４９は、時間（Ｔｄ
１＋Ｔｄ２）よりも曲線検出遅れ時間Ｔｐだけ短い時間
（Ｔｄ１＋Ｔｄ２−Ｔｐ）、遅延してゲート１４ｂにラ
イン３２からの曲線検出信号を与える。こうして後続車
両６，７では、時刻ｔ２，ｔ４で線路の曲線に到達した
ものと仮定して、車体８ａ，８ｂの傾斜駆動をする。こ
こで先頭車両５および後続車両６，７の走行方向の長さ
が等しいとき、時間ｔ６−ｔ１＝ｔ７−ｔ３＝ｔ８−ｔ
５＝ｔ９−ｔ２＝ｔ１０−ｔ４である。

【００５８】図９は、後続車両６の外軌側空気ばね２０
ａが本発明に従って底づき現象を防ぐことができること
を説明するための図である。図９（ａ）では、先頭車両
５が時刻ｔ１１において線路の実際の曲線開始点である
始端に到達し、その後の時間Ｔｐａ経過した時刻ｔ１４
において、曲率ρを表す信号が曲線検出回路１２におい
て算出され、ヨーレートセンサ１０およびフィルタ３１
などの動作遅れに起因して、その曲線の検出が遅れる。
したがって本発明の予見処理をしない先行技術では、図
９（ｂ）に示されるように、先頭車両５の車体８を支持
する外軌側空気ばね２０は、時刻ｔ１２〜ｔ１３の時間
において、底づき現象を生じ、乗客の横方向の力を打ち
消すことができない。

【００５９】本発明では、後続車両６，７における外軌
側の空気ばね２０ａ，２０ｂの底づき現象を防ぐため
に、遅延回路４８では、ゲート１４ａに与えるライン３
２からの曲線検出信号を、図９（ｃ）のように時間Ｔｐ
だけ時刻ｔ１４から速い時刻ｔ１５において与える。こ
れによって後続車両６では、外軌側の空気ばね２０ａが
図９（ｄ）に示されるように変位し、その空気ばね２０
ａの底づき現象を避けることができる。

【００６０】

【発明の効果】請求項１の本発明によれば、先頭車両に
搭載された曲線検出手段によって線路の曲線を検出し、
各後続車両には、曲線開始を事前に予見し、その後続車
両の車体傾斜制御を事前に行うことが可能になり、動作
遅れが生じることはない。これによって車高制御性能を
向上することができ、後続車両の乗客は、横方向の力を
感じないようにして、乗り心地を向上することができ
る。

【００６１】また本発明によれば、曲線検出手段は、先
頭車両にのみ設けられればよく、これによって設備費お
よび施工費を低減することができる。

【００６２】曲線を検出するために、ヨーレートセンサ
および速度センサを用いるので、従来のように膨大な線
路データを収集してメモリにストアする必要がなく、大
容量のメモリを必要としない。また車両の走行位置を検
出する必要がなく、後続車両の傾斜駆動の誤動作を生じ
るおそれはない。

【００６３】ヨーレートセンサの出力に含まれるノイズ
を除去するためのフィルタが備えられ、したがってその
フィルタの時定数を考慮して前記曲線検出遅れ時間Ｔｐ
を設定することによって、後続車両の車体の傾斜駆動を
正確に行うことができる。

【００６４】フィルタの周波数特性を急峻にするために
複数次とし、たとえば５〜６次のフィルタとし、これに
よってノイズの混入を防ぐとともに、先頭車両および後
続車両のヨーイングの固有周波数の成分を除去して、電
磁弁を制御することができ、しかもその複数次のフィル
タの時定数は大きいけれども、前記曲線検出遅れ時間Ｔ
ｐをそのフィルタの時定数に対応して大きく設定するこ
とによって、後続車両の車体傾斜を正確に駆動すること
ができる。

【００６５】後続車両の車体の緩衝をするための空気ば
ねを用いて、後続車両の床面に平行な加速度が零または
ほぼ零となるように、車体の左右の傾斜角γを算出して
電磁弁を開閉制御し、車高制御を行うようにしたので、
前述のように後続車両の乗客に体感される横方向加速度
を打ち消すことができる。

【００６６】曲線検出時にのみ車高制御手段によって電
磁弁が開閉制御されるので、たとえば直線走行時などに
おいて電磁弁が不所望に頻繁に開閉制御されることはな
く、これによって電磁弁などの構成要素の寿命を長くす
ることができる。請求項２の本発明によれば、フィルタ
は５次または６次であり、急峻な周波数特性を得ること
ができ、先頭車体のヨーイング方向の固有周波数成分約
１Ｈｚ付近を除去することができるとともに、約１０Ｈ
ｚ以上のノイズを除去することができる。しかもこのよ
うな高次のフィルタであっても、後続車両の横方向の加
速度を０として、乗客の乗り心地を向上することができ
る。請求項３の本発明によれば、遅延回路４８，４９に
おけるｉ番目の後続車両の時間Ｔｄの演算を容易に行う
ことができ、構成の簡略化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の全体の構成を簡略化し
て示すブロック図である。

【図２】先頭車両５に関連する構成を示すブロック図で
ある。

【図３】先頭車両５の曲線走行状態を示す簡略化した断
面図である。

【図４】図４（ａ）は鉄道線路の平面形状の一例を示す
平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に対応する曲率
ρを示すグラフ、図４（ｃ）は図４（ａ）に対応する曲
率微分ｄρ／ｄｔを示すグラフである。

【図５】横軸に曲率ρ、縦軸に曲率微分ｄρ／ｄｔをと
って２次元表示したグラフである。

【図６】曲線検出回路１２の動作を示すフローチャート
である。

【図７】先頭車両５における空気ばね１９，２０に関連
する構成を簡略化して示す断面図である。

【図８】編成列車４が曲線を走行するときの状態を示す
図である。

【図９】後続車両６の外軌側空気ばね２０ａが本発明に
従って底づき現象を防ぐことができることを説明するた
めの図である。

【符号の説明】

４ 編成列車 ５ 先頭車両 ６，７ 後続車両 ８ 車体 ９ 台車枠 １０ ヨーレートセンサ １１ 速度センサ １２ 曲線検出回路 １４ ゲート １７，１８ 車輪 １９，２０ 空気ばね ２１ コンプレッサ ２２ 空気溜 ２３，２４ 給気弁 ２５，２６ 排気弁 ２７ レール ２８ 線路 ３１，３７ フィルタ ３３ 制御手段 ３４ 床面 ３５ 加速度センサ ３８ 傾斜角算出手段 ３９ 加速度指令値設定手段 ４１ 車高制御手段 ４２，４３ 車高検出手段 ４７ 直線 ４８，４９ 遅延回路 ５０ 台車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村上 清 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番 18号 川崎重工業株式会社 兵庫工場内 (72)発明者 山田 忠 兵庫県神戸市兵庫区和田山通２丁目１番 18号 川崎重工業株式会社 兵庫工場内 (72)発明者 柿沼 博彦 北海道札幌市中央区宮ノ森４条13丁目７ −12 (72)発明者 野田 勝美 北海道札幌市手稲区稲穂４条３丁目117 −186 (72)発明者 後藤 昭祐 北海道札幌市東区北７条18丁目１−11− 302 (72)発明者 佐藤 頼光 北海道江別市文京台南町30番の11 (56)参考文献 特開 昭59−199364（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−207774（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−175385（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−267085（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B61F 5/10 B61F 5/22

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）先頭車両と、その先頭車両に後続
   する複数の後続車両とを有し、 これらの各車両は、 台車５０と、 台車５０上に旋回可能に設けられる車体８０と、 台車５０の台車枠９上で車体８０を昇降する左右の空気
   ばね１９，２０と、 各空気ばね１９，２０に圧縮空気を供給または排気して
   車体８を左右に傾斜する電磁弁２３〜２６とを有する編
   成列車の車体傾斜制御装置において、 （ｂ）先頭車両に搭載され、線路の曲線を検出する曲線
   検出手段であって、 先頭車両の車体のヨーイング方向の角速度ωを検出する
   ヨーレートセンサ１０と、 先頭車両の走行速度ｖを検出する速度センサ１１と、 ヨーレートセンサ１０の出力に応答し、約１Ｈｚ付近お
   よび約１０Ｈｚ以上の範囲の周波数を遮断する複数次の
   フィルタ３１と、 速度センサ１１とフィルタ３１との出力に応答し、線路
   の曲率ρ（＝ω／ｖ）を演算するとともに、さらにその
   曲率ρの時間変化率ｄρ／ｄｔを演算して、その時間変
   化率ｄρ／ｄｔをレベル弁別し、時間変化率ｄρ／ｄｔ
   が予め定める弁別レベルｔｈ１以上であるとき、曲線検
   出信号を導出する曲線検出回路１２とを有する曲線検出
   手段が設けられ、 （ｃ）各車両毎に、制御手段３３がそれぞれ設けられ、
   各制御手段は、 車体８の幅方向の床面３４に平行な加速度成分を検出す
   る加速度センサ３５と、 加速度センサ３５の出力に応答し、加速度の車体８の床
   面３４に平行な左右方向の成分がほぼ零となるための車
   体８の左右の傾斜角γを算出する傾斜角算出手段３８，
   ３９と、 傾斜角算出手段３８，３９の出力に応答し、傾斜角γが
   達成されるように、前記電磁弁２３〜２６を制御する電
   磁弁制御信号４５，４６を導出する車高制御手段４１
   と、 車高制御手段４１と前記電磁弁２３〜２６との間に介在
   され、曲線検出信号が与えられて導通するゲート１４と
   を有し、 （ｄ）曲線検出回路１２からの曲線検出信号は、先頭車
   両のゲート１４に直接に与えられ、 （ｅ）各後続車両６，７に遅延回路４８，４９がそれぞ
   れ設けられ、 各遅延回路４８，４９は、 曲線検出回路１２と速度センサ１１とからの出力に応答
   し、曲線検出信号を、時間（Ｔｄ−Ｔｐ）だけ、遅延し
   て、その遅延回路に対応するゲート１４にそれぞれ与
   え、 第ｉ番目の後続車両の時間Ｔｄは、車両の総数ｎとし、
   速度センサ１１によって検出される走行速度をｖとし、
   Ｌｉを、第ｉ番目の後続車両６，７が走行方向下流側に
   隣接する車両５，６の対応する台車５０，５０ａ間の心
   皿間の走行方向に沿う距離とするとき、 【数１】 であり、 時間Ｔｐは、曲線検出手段による曲線検出遅れ時間であ
   ることを特徴とする編成列車の車体傾斜制御装置。
2. 【請求項２】 フィルタは、５次または６次のフィルタ
   であることを特徴とする請求項１記載の編成列車の車体
   傾斜制御装置。
3. 【請求項３】 各後続車両の前記距離Ｌｉが等しく、第
   ｉ番目の後続車両の前記時間Ｔｄを、Ｔｄ１とすると
   き、 各遅延回路４８，４９における第ｉ番目の後続車両の前
   記時間Ｔｄは、 Ｔｄ＝ｉ・Ｔｄ１に定められることを特徴とする請求項
   １または２記載の編成列車の車体傾斜制御装置。