JP3422341B2 - 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

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JP3422341B2 JP33820294A JP33820294A JP3422341B2 JP 3422341 B2 JP3422341 B2 JP 3422341B2 JP 33820294 A JP33820294 A JP 33820294A JP 33820294 A JP33820294 A JP 33820294A JP 3422341 B2 JP3422341 B2 JP 3422341B2
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広一郎 石原
康志 西岡
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    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60GVEHICLE SUSPENSION ARRANGEMENTS
    • B60G2400/00Indexing codes relating to detected, measured or calculated conditions or factors
    • B60G2400/10Acceleration; Deceleration
    • B60G2400/104Acceleration; Deceleration lateral or transversal with regard to vehicle
    • B60G2400/1042Acceleration; Deceleration lateral or transversal with regard to vehicle using at least two sensors

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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】この発明は、鉄道車両の超過遠心
力を抑制し、乗り心地を向上するための車体傾斜制御方
法に関する。 【0002】 【従来の技術】鉄道線路は直線部分と曲線部分との組合
せからなるが、その曲線部分では列車に作用する遠心力
を軽減するため線路にカントが付けられている。直線路
から曲線路に入るのに、いきなり所要のカントを付ける
ことはできないので、直線路と曲線路の間に適当な距離
をおいて、カント量零から所要カント量まで暫時増加さ
せた特殊な曲線(一般に三次放物線が多い)いわゆる緩
和曲線が介在している。 【0003】その曲線路を高速で、かつ乗り心地を確保
して走行するために、曲線通過時は車体を曲線の内側に
傾斜させる方法が行なわれている。この傾斜方法として
は、自然振り子式と強制車体傾斜式がある。前者の振り
子式は、曲線走行時に車体に作用する遠心力を利用して
車体を内軌側に傾斜させる方法であり、車体傾斜のため
に曲線位置を検知する必要はないが、曲線出入口での振
り遅れにより乗り心地が低下する欠点がある。これを改
良した方法として、曲線位置の検知装置とアクチュエー
タを付加して振り遅れをなくした制御付き振り子方式が
ある。また、後者の強制車体傾斜式は、曲線に差しかか
った車両をアクチュエータを使って、強制的に内軌側に
傾斜させる方法であり、内傾させるタイミングとして曲
線位置の検知が必要である。 【0004】曲線位置の検知方法としては、車両に設置
したジャイロ計や左右加速度計により検知する方法と、
線路データと走行距離より検知する方法がある。前者の
ジャイロ計や左右加速度計による場合は、車両が曲線に
進入した時点で検知が行なわれるため、曲線に対する車
体傾斜の追従に遅れを生じやすい。また、後者の曲線位
置検知方法は、車両が走行する線路のデータ(地上子の
位置や曲線の位置等)を車上の制御装置に読み込んでお
き、車輪の回転数をカウントして車両の走行距離を算出
し、車両が地上子を通過するごとに、走行距離の誤差を
線路データに基づいて補正し、走行位置と線路データ内
の曲線位置を照合することで曲線位置を検知する。特公
平3−73511号公報には、この方法を振り子台車に
適用した場合の一例が示されている。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】前記車体傾斜制御に
は、次のような問題点がある。第1に、強制車体傾斜式
の場合、超過遠心加速度やカントの変化による車両のロ
ーリング角速度を検出する検出器を台車に取り付けてい
る例が多い。これは、車体に検出器を取り付けた場合に
比べて、車体を支持するばねのたわみの影響を受けない
ので、検出値の精度が上げられるが、車体に比べて台車
は大きな振動を常時受けているため、検出器の振動に対
する耐久性や信頼性が問題となる。 【0006】第2に、強制車体傾斜式は、制御方法上、
時々刻々検出される超過遠心加速度を常にゼロに近付け
るように車体を傾斜制御する。この結果、乗り心地上車
体傾斜の必要がない程度の超過遠心加速度が生じる曲線
でも車体を傾斜するため、傾斜に要するエネルギーの消
費が多く、エネルギー源となる油圧装置や空気圧縮機の
容量が増加するため不経済である。 【0007】第3に、線路データより曲線を検知する方
法は、線路データのない線路では制御できない。また、
地上子の設置位置変更の都度データを書き換える必要が
あり、車両運用面で制約が多い。 【0008】この発明は、前記従来の車体傾斜制御方法
に見られる問題点を排除し、かつ制御遅れが少ない車体
傾斜制御を行なうことにより、乗り心地の向上を図った
鉄道車両の車体傾斜制御方法を提供するものである。 【0009】 【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明者らは鋭意検討した結果、緩和曲線と円曲線
の関係に基づいて予見した超過遠心加速度を減少させる
ように車体傾斜の計算を行えばよいことに気付いた。こ
の発明は、この知見に基づいて完成したものである。 【0010】すなわち、この発明の鉄道車両の車体傾斜
制御方法は、鉄道線路の緩和曲線において、車体に設置
したセンサにより検知した車体ローリング角速度と車体
に設置したセンサーにより検知した車体と台車枠との間
の相対的なローリング角速度に基づいて台車ローリング
角速度を求める。そして、車両が緩和曲線に進入した時
点から台車ローリング角速度が最大値となった時点まで
所要時間と、緩和曲線進入時における走行速度V1と
台車ローリング角速度が最大値となった時点における走
行速度V2との平均走行速度(V1+V2)/2から
曲線における超過遠心加速度を予見し、予見した超過遠
心加速度がしきい値より大きい場合は、予見した超過遠
心加速度をしきい値以下に減少させるように空気ばねの
給排気制御を行なうことを特徴とする。 【0011】 【作用】鉄道線路は直線路と曲線路からなり、その曲線
路部分は図1に示すように、例えばsin半波低減曲線
からなる緩和曲線A−Bと半径Rの円曲線とで構成され
ている。 【0012】円曲線の曲線半径とカントの大きさに比例
的な長さの緩和曲線が設定された路線では、緩和曲線長
さからその後に続く円曲線の曲線半径とカントの大きさ
が推定できる。 【0013】sin半波低減の緩和曲線では、走行車両
のカントによる車両のローリング角速度は、走行速度が
一定ならば図2のように緩和曲線の中間点で最大値をと
る。 【0014】緩和曲線長Lは、 L=2TLV (1)式 ここで、TL : 緩和曲線入口よりローリング角速度
最大になるまでに要する時間 V : 走行速度 で求まる。TLを計測し、(1)式より得られた緩和曲
線長Lから対応する曲線半径RとカントCが推定でき、
予想される超過遠心加速度αは、 α=V2/(gR)−C/G (2)式 ここで、g : 重力加速度 G : 軌間 より求まる。 【0015】超過遠心加速度αが乗り心地面より設定さ
れた、あるしきい値α0に対して小さい場合は車体傾斜
を行わず、傾斜に要するエネルギーを節約する。また、
超過遠心加速度αがしきい値α0より大きい場合は、車
体傾斜角の目標値をαがα0以下になる値に設定し、車
体傾斜を行う。したがって、円曲線に入る前に必要とす
る目標傾斜角を予見できるため、傾斜の遅れを少なくす
ることができる。 【0016】次に、カントによる車両のローリング角速
度を求める方法について述べる。図3に示す車体1に設
置した車体ローリング角速度の検出器(左右加速度セン
サ5、ジャイロセンサ6)と、車体1と台車2間の相対
的なローリング角速度の検出器(上下変位センサ3、
4)より、台車のローリング角速度が(4)式により求
まる。 【0017】 【数1】 【0018】なお、検出器からの信号を(4)式の演算
処理する前段階で、もしくは演算処理の後段階でローパ
スフィルターに通し、軸ばねの影響等による比較的高い
振動成分を除去することで、台車ローリング角速度’θ
D(数1の台車ローリング角速度符号を’θDと置き換え
る、以下同じ)中のカントによる車両のローリング角速
度を取り出す。 【0019】前記のごとく、算出した台車ローリング角
速度と走行速度及び緩和曲線長から予見した車体傾斜角
に基づいて、車体傾斜制御を行ない、その結果として傾
斜に要するエネルギーの節約と乗り心地の向上が実現で
きる。 【0020】 【実施例】 実施例1 この発明による鉄道車両の車体傾斜制御方法を用いた実
施例を、空気ばねを用いた車体傾斜装置に基づいて説明
する。鉄道車両が曲線路を通過する場合、図1に示すよ
うに、まず緩和曲線A−B区間を通過する。この緩和曲
線区間における台車ローリング角速度’θDは、図2に
示すように、凸状の値で検知されるが、台車ローリング
角速度の最大値は、曲線がsin半波逓減なので、走行
速度一定ならば緩和曲線区間の中間点に位置している。 【0021】一方、車体と輪軸を支持している一次ばね
の台車の支持枠の変位は、曲線路では遠心力が作用する
ため、図5に示すように車体1が外軌側に傾き、外軌側
の上下変位センサ3は圧縮方向に、また内軌側の上下変
位センサ4は伸長方向に変動する。そこで、車体1に取
着したジャイロセンサ6と上下変位センサ3、4により
台車ローリング角速度’θDを(4)式にて算出し、車
両が緩和曲線に進入した時刻t1とその時刻の速度V1
制御器の記憶装置に記憶させる。 【0022】台車ローリング角速度’θDは、緩和曲線
進入後徐々に増加し、最大値に達した後減少する。台車
ローリング角速度’θDが最大値となったときの時刻t2
と、そのときの速度V2と、緩和曲線進入時の時刻t1
速度V1より緩和曲線長Lは(1)式に従い、 L=2(t2−t1)(V2+V1)/2 で求まる。求めた緩和曲線長Lを制御器内に記憶してあ
る曲線対応表と照合し、この後進入する円曲線の曲線半
径RとカントCを表より求める。車体1に作用する超過
遠心加速度αは、(2)式より予見し、乗り心地のしき
い値α0と比較する。α>α0の場合、目標傾斜角θ〔r
ad〕をα≧θ≧α−α0内の角度に設定し、この目標
値と現在の傾斜角の偏差を制御出力として、各給気弁と
各排気弁を開閉して空気ばねの高さ調整を行ない車体を
傾斜させる。また、α<α0の場合、車体傾斜は行わ
ず、空気の消費を抑制する。以上の制御の流れを図6に
示す。 【0023】この発明を実施する際は、左右加速度セン
サ5、ジャイロセンサ6を、外力の作用が台車に比べて
小さい車体に設置することにより、台車枠に設置した場
合に比べて、耐久性を格段に向上させることができる。 【0024】 【発明の効果】この発明によれば、台車ローリング角速
度’θDから、緩和曲線の入口から中間点までに要する
時間と車両の走行速度により予見した超過遠心加速度に
より制御の有無を決定するため、制御遅れが少なく、乗
り心地を向上できる。また、センサ類の耐久性向上によ
り正確な制御が確保され、高速車両の安全走行に寄与で
きる。
【図面の簡単な説明】 【図1】鉄道線路の直線路と曲線路の構成を示す説明図
である。 【図2】図1の緩和曲線A−B区間を通過する際のロー
リング角速度を示すグラフである。 【図3】この発明を実施するための各センサの車両への
設置場所を示す説明図である。 【図4】この発明の実施によるフィードバック制御のブ
ロック図である。 【図5】車両が円曲線上にある車体に超過遠心力が作用
した場合の車体傾きを示す説明図である。 【図6】この発明の実施による車体傾斜制御のフローチ
ャートである。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−156277(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B61F 5/22 B61F 5/24

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 鉄道線路の緩和曲線において、車体に
    設置したセンサにより検知した車体ローリング角速度
    と、車体に設置したセンサにより検知した台車・車体間
    の上下変位に基づいて台車ローリング角速度を求め、
    両が緩和曲線に進入した時点から台車ローリング角速度
    が最大値となった時点までの所要時間と、緩和曲線進入
    時における走行速度V1と台車ローリング角速度が最大
    値となった時点における走行速度V2との平均走行速度
    (V1+V2)/2から円曲線における超過遠心加速度
    を予見し、予見した超過遠心加速度がしきい値より大き
    い場合は、予見した超過遠心加速度をしきい値以下に
    少させるように空気ばねの給排気制御を行なうことを特
    徴とする鉄道車両の車体傾斜制御方法。
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