JP3529817B2 - 床面傾斜装置及び床面傾斜制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、車両の乗り心地向上を
図るための床面傾斜装置及び床面傾斜制御装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両用の軌道の曲線部には、ある速
度による遠心力とバランスするように軌道面傾斜即ちカ
ントが設定されている。車両がこの曲線部に差し掛かる
と車両に遠心力が作用するが、これが上述のカントと釣
り合っている場合には乗り心地を損ねない。ところが、
設定速度とは異なった速度で通過する場合、超過遠心力
または不足遠心力が発生し乗り心地を悪化させる。そこ
で、車体を傾斜させることによって遠心力の過不足を補
い、乗り心地を向上させる機構が従来から提案されてい
る。このような機構として、例えば、図１１に示す車両
姿勢制御装置がある。図１１に示すように、車体８２は
空気バネ８５に支持されており、空気バネ８５は揺れ枕
８８の上に設置されている。揺れ枕８８は、車輪８７が
回転可能に支持された台車枠８６との間で相対回転運動
が可能であり、アクチュエータ８４の作動により台車枠
８６と車体８２の間に相対回転角を作り出すことができ
る。この相対回転角によって遠心力の過不足を補い、乗
り心地を向上させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
の車両姿勢制御装置では、相対回転角により車体８２の
上面に固定されているパンタグラフ８１も、地上に固定
されている架線８９に対して左右移動をしてしまう。こ
のため、パンタグラフ８１と架線８９との相対運動のた
めの何らかの地上対策を施すか、図１２に示すようにパ
ンタグラフ８１と台車枠８６との相対運動をなくすため
の別装置９０を施す必要があった。

【０００４】また、図１１の車両姿勢制御装置では、台
車枠８６と車体８２とが相対運動するため、空力騒音・
転動騒音防止用の台車フェアリングの構成が複雑化し、
更に、車体全体が傾斜するため、車両限界の制約から車
体の裾部を絞る必要があった。

【０００５】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であり、車両が曲線部を通過する際、パンタグラフと架
線との相対位置を保持し、台車フェアリング及び車両外
観を複雑にすることなく乗り心地を向上させる床面傾斜
装置及び床面傾斜制御装置を提供することを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の請求項１記載の床面傾斜装置は、車両の車
体内部に設けられ、該車両の前後方向に配置された床面
を備え、前記床面は、前記車両の横方向に分割されてお
り、前記車体内部に固定されて通路として使用される通
路部と、座席を固定し前記車両の前後方向の軸を中心と
して揺動可能な座席固定部とを有し、さらに、上記座席
固定部を所定の揺動角度に調整する角度調整手段を備え
たことを特徴とする。

【０００７】また、請求項２記載の床面傾斜制御装置
は、請求項１記載の床面傾斜装置と、車両の横加速度を
検出する横加速度検出手段と、上記車両が通過する軌道
面の傾斜角度を検出するカント検出手段と、上記横加速
度検出手段により検出された車両の横加速度及び上記カ
ント検出手段により検出された軌道面の傾斜角度に基づ
いて、上記床面傾斜装置の上記角度調整手段を制御して
上記座席固定部の角度を調整する制御手段と、を備えた
ことを特徴とする。

【０００８】

【作用】請求項１記載の床面傾斜装置は、角度調整手段
により、車両車体とは独立して床面のうち座席固定部の
みの傾斜角度を調整することができる。一方、車両の軌
道の曲線部には、遠心力を補正する軌道面傾斜即ちカン
トがつけられている。このカントは、車両が特定の速度
で走行するときのみ遠心力を完全にキャンセルすること
ができるものである。この曲線部を車両が走行する場
合、請求項２記載の床面傾斜制御装置では、横加速度検
出手段が車両の横加速度を検出し、また、カント検出手
段が軌道面の傾斜角度を検出する。そして、制御手段
は、横加速度及び軌道面の傾斜角度に基づいて、その軌
道面の傾斜角度に対し遠心力に過不足がある場合には、
床面傾斜装置の角度調整手段を制御して座席を載せてい
る部分の床面を所定角度に傾斜させる。これにより、乗
客に働く重力の床面傾斜方向の分力と遠心力の床面傾斜
方向の分力とがキャンセルされ、車両が曲線部を通過す
る際、良好な乗り心地を確保できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例について説明す
る。図１は第１実施例の鉄道車両の説明図であり、図２
は第１実施例に用いる床面傾斜装置の概略説明図であ
る。また、図３は第２実施例に用いる床面傾斜装置の概
略説明図であり、図４は第１、第２実施例の変形例の床
面傾斜装置の概略説明図であり、図５は第３実施例に用
いる床面傾斜装置の概略説明図であり、図６は第３実施
例の変形例の床面傾斜装置の概略説明図である。

【００１０】第１実施例は、請求項１記載の床面傾斜装
置を鉄道車両に適用した一例である。鉄道車両９は、車
輪７を回転可能に支持すると共に軌道面８に沿って傾斜
する台車枠６、台車枠６の上に設置された空気バネ５、
空気バネ５の上に設置された車体２、車体２の上面に設
置されたパンタグラフ１などから構成される。

【００１１】車体２の内部には、床面傾斜装置１０が設
けられている。図２に示すように、床面傾斜装置１０
は、車体２の底面の左右両側に立設された角度調整手段
としての油圧シリンダ４と、この油圧シリンダ４のロッ
ド１１に支持される床面３とから構成される。床面３
は、車両の前後方向に設けた揺動軸１２を中心に矢印方
向に揺動可能に取り付けられている。油圧シリンダ４の
作動室には、電磁弁である油圧バルブ１５を介してアキ
ュムレータ１３が接続され、アキュムレータ１３は油圧
ポンプ１４に接続されている。この油圧ラインに設けた
油圧バルブ１５を操作することにより、床面３は揺動軸
１２を中心として揺動する。尚、油圧シリンダ４の作動
室に油圧ポンプ１４を直接接続し、油圧ポンプ１４自体
を操作して床面３を揺動してもよい。

【００１２】次いで、第１実施例の作用を説明する。図
１（ａ）は、曲線部においてカント（軌道面傾斜）設定
時に想定した車両速度よりも遅い速度で走行する場合の
状態を示す。本来高速走行時には車両９に遠心力が作用
してカントと釣り合うのであるが、この場合には遠心力
が不足するため、曲線の内側方向（図１（ａ）中で右方
向）に床面３に加わる荷重Ｆ１の分力が作用して乗客の
乗り心地を悪化させる。本実施例によれば、これを次の
ように解消することができる。車体２は空気バネ５、台
車枠６、車輪７とともに軌道面８とほぼ同じ角度に傾斜
する。このとき、車体２の内部では、油圧バルブ１５を
調整し油圧シリンダ４を作動させることにより、床面３
を軌道面８とは逆方向に傾斜させ、不足遠心力をキャン
セルさせる。即ち、床面３に加わる荷重Ｆ１のうち床面
傾斜方向Ａの分力と遠心力Ｆ２の床面傾斜方向Ａの分力
とが釣り合う傾斜角度に設定する。

【００１３】図１（ｂ）は、曲線部においてカント設定
時に想定した車両速度よりも速い速度で走行する場合の
状態を示す。この場合には遠心力Ｆ２が超過するため、
乗客に曲線の外側方向（図１（ｂ）中で右方向）の遠心
力Ｆ２が作用して、乗り心地を悪化させる。本実施例に
よれば、これを次のように解消することができる。車体
２は空気バネ５、台車枠６、車輪７とともに軌道面８と
ほぼ同じ角度に傾斜する。このとき、車体２の内部で
は、油圧シリンダ４を作動することにより、床面３を軌
道面８と同方向に傾斜させ、超過遠心力をキャンセルさ
せる。即ち、床面３に加わる荷重Ｆ１のうち床面傾斜方
向Ａの分力と遠心力Ｆ２の床面傾斜方向Ａの分力とが釣
り合う傾斜角度に設定する。

【００１４】第１実施例の効果を以下に述べる。 乗客に対する遠心力の影響をキャンセルするため、良
好な乗り心地を確保することができる。 台車枠６と集電装置であるパンタグラフ１との相対位
置が変わらないことから、パンタグラフ１と地上の集電
系である架線（図示せず）との相対位置もカント設定時
と比べて変化しない。従って、架線を改造したり、相対
位置を調整するための別装置を備えたりする必要はな
い。 車体２と台車枠６との相対位置が変わらないため、台
車フェアリングの構成が容易になり、空隙・突起・段差
等から発生する空力騒音や、車輪７の転動音やモータ音
等の転動騒音を防止する対策が取り易くなる。また、車
体２自体が傾斜しないため、車両限界に対する車体２の
位置が変わらず、車体２の断面を大きく取ることがで
き、図１１の場合に比べて居住空間を広げることができ
る。 床面３から上の座席・通路・乗客等だけ動かせばよい
ことから、車体２全体を動かすよりも重量が軽いため動
力を節減することができる。 角度調整手段としての油圧シリンダ４により強制的に
傾斜させるため、車体２の重心位置の設計の任意度を高
めることができる。

【００１５】次に、第２実施例について説明する。第２
実施例の鉄道車両は、床面傾斜装置２０が異なる以外
は、第１実施例と同様の構成であるため、同じ構成要素
については同符号を付し、その説明を省略する。図３に
示すように、床面傾斜装置２０は、車体２の底面の右側
に立設された角度調整手段としてのギア機構２１と、こ
のギア機構２１に支持される床面３とから構成される。
床面３は、車両９（図１参照）の前後方向に設けた揺動
軸１２を中心に矢印方向に揺動可能に取り付けられてい
る。ギア機構２１は、床面３を支持するラック２２と、
ラック２２をガイドするガイドレール２３と、ラック２
２に噛合するウォームギア２４と、ウォームギア２４を
回転させる駆動モータ２５とから構成されている。従っ
て、駆動モータ２５を回転駆動させることにより、床面
３は揺動軸１２を中心として揺動する。

【００１６】第２実施例の作用効果については、第１実
施例と同様のためその説明を省略する。尚、第１及び第
２実施例では、床面３の略中央に揺動軸１２を設けた
が、揺動軸１２は車両９の前後方向に伸びる軸であれ
ば、略中央に限定されることなくいずれに設けてもよ
い。また、特に揺動軸１２を設けなくてもよいが、その
場合には両側に油圧シリンダ４又はギア機構２１等のア
クチュエータが必要となる。揺動軸１２を設ける場合に
は、アクチュエータを左右両側に設けても片側のみに設
けてもよい。また、アクチュエータとして油圧シリンダ
４を床面３よりも上方位置に設けて、ロッド１１で片側
を引き上げる方式を採用してもよい（図４（ａ）参
照）。更に、床の両端部にラック２６を設けて、このラ
ック２６にウォームギア２４を噛合し、駆動モータ２５
で駆動するようにしてもよい（図４（ｂ）参照）。

【００１７】次に第３実施例について説明する。第３実
施例の鉄道車両は、床面傾斜装置３０が異なる以外は、
第１実施例と同様の構成であるため、同じ構成要素につ
いては同符号を付し、その説明を省略する。図５に示す
ように、床面傾斜装置３０は、床面３は車体２の左側、
中央、右側の３つに分割され、それぞれ左座席部３１、
通路部３２、右座席部３３を形成している。通路部３２
は、車体２の底面と略平行に固設されている。左座席部
３１と右座席部３３は、通路部３２の両側に車両９（図
１参照）の前後方向に伸びるヒンジ３４，３５を介して
連結され、このヒンジ３４，３５を中心として揺動可能
である。この左座席部３１及び右座席部３３の下部に
は、図示しないアクチュエータが設けられ、このアクチ
ュエータの駆動により、両座席部３１，３３は矢印方向
に揺動する。アクチュエータとしては、例えば、第１実
施例の油圧シリンダ４や第２実施例のギア機構２１を用
いることができる。この場合、床変位量及び移動部分の
重心変位量を小さくできるので、より構成が容易とな
る。

【００１８】第３実施例の作用効果については、第１実
施例とほぼ同様のため、省略する。尚、第３実施例で
は、左右座席部３１，３３を揺動させたが、座席の脚台
部３６，３７のみ揺動させる方式を採用してもよい（図
６参照）。次に、第４実施例について説明する。

【００１９】第４実施例は鉄道車両に請求項２記載の床
面傾斜制御装置を適用した一例であり、図７はその概略
構成図である。尚、第１実施例と同様の構成要素につい
ては同符号を付し、その説明を省略する。第４実施例の
鉄道車両は、第１実施例の鉄道車両に、車両の速度を検
知する速度検知器４１、曲線情報を受信する曲線情報受
信機４２、速度及び曲線情報から床面３の傾斜角度を制
御する制御装置４３を追加したものである。

【００２０】速度検知器４１としては、例えば、従来か
ら知られている車輪回転数カウント方式、車輪直結モー
タ起電圧検知方式、交差誘導線利用方式等を用いること
ができる。また、曲線情報受信機４２は、軌道の曲線部
に差し掛かる地上定点に設置された曲線情報送信機４４
から、曲線半径及びカント等の曲線情報を受信するもの
である。制御装置４３は、図示しないＣＰＵ，ＲＡＭ，
ＲＯＭ等から構成される。

【００２１】図８は、床面傾斜処理のフローチャートで
ある。床面傾斜処理プログラムは、制御装置４３のＲＯ
Ｍに記憶され、ＣＰＵにより処理が実行される。床面傾
斜処理が開始されると、速度検知器４１から速度を入力
し、曲線情報受信機４２から曲線情報を入力する（Ｓ１
１０）。そして、速度及び曲線半径から横加速度を算出
し（Ｓ１２０）、この横加速度から所定の傾斜角度を算
出する（Ｓ１３０）。ここで、所定の傾斜角度とは、床
面３に加わる荷重Ｆ１のうち床面傾斜方向Ａの分力と遠
心力Ｆ２の床面傾斜方向Ａの分力とが釣り合う角度をい
う。次に、算出された所定の傾斜角度とカントとを比較
して過不足分を補正角度として算出する（Ｓ１４０）。
その後、この補正角度に基づいて油圧ポンプ１４の油圧
バルブを調整し（Ｓ１５０）、油圧シリンダ４により床
面３を補正角度だけ傾斜させる。

【００２２】第４実施例は、第１実施例の効果に加え以
下の効果を有している。即ち、車両９がカント設定時の
速度以外の速度でその曲線部を通過する場合であって
も、制御装置４３が適宜判断して所定の傾斜角度を算出
し油圧シリンダ４を作動することにより、乗客に対する
遠心力の影響はキャンセルされるため、常に良好な乗り
心地を確保することができる。

【００２３】尚、本実施例の制御装置４３が請求項２記
載の発明の横加速度検出手段及び制御手段に相当し、図
８のフローチャートのＳ１２０が横加速度検出手段の処
理に、Ｓ１３０〜１４０が制御手段の処理に相当する。
また、曲線情報受信機４２がカント検出手段に相当す
る。

【００２４】次に、第５実施例について説明する。第５
実施例も鉄道車両に請求項２記載の床面傾斜制御装置を
適用した一例であり、図９はその概略構成図である。第
５実施例の鉄道車両は、第１実施例の鉄道車両に、車両
の横加速度を検知する横加速度センサ５１、曲線情報を
受信する曲線情報受信機５２、速度及び曲線情報から床
面の傾斜角度を制御する制御装置５３を追加したもので
ある。

【００２５】本実施例では、制御装置５３は、横加速度
センサ５１から入力した横加速度から所定の傾斜角度を
算出し、カントと比較して補正角度を算出し、油圧ポン
プ１４の油圧バルブを調整して、床面３の傾斜を制御す
る。作用効果については、第４実施例と同様であるた
め、省略する。尚、本実施例の横加速度センサ５１が請
求項２記載の発明の横加速度手段に相当し、曲線情報受
信機５２がカント検出手段に相当し、制御装置５３が制
御手段に相当する。

【００２６】上記第５及び第６実施例では、所定の傾斜
角度を算出する際、横加速度に加えこの横加速度を更に
微分した成分を加味すれば、予測制御を行うことが可能
となる。例えば、アクチュエータの動作に要する時間だ
け経過した状態の所定の傾斜角度を算出して制御を行え
ば、一層良好な乗り心地を確保することができる。

【００２７】また、フェイルセーフ機構として、床面の
傾斜角度範囲を限定するストッパを設置したり、制御・
駆動系とも多重系又は分散系として一の機構が故障して
も他の機構で補償できるようにしてもよい。また、図３
のウォームギア機構を用いる場合には、減速比を大きく
とることによって、セルフロックを働かせることも可能
である。

【００２８】尚、本発明は、上記実施例に何ら限定され
ることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種
々の態様で実施できることはいうまでもない。例えば、
請求項１記載の床面傾斜装置の角度調整手段として、床
面を自然力を利用して回転させる構成としてもよい。例
えば、図１０のように、床下に設けた円弧状リニアベア
リング６１上に可動床６３を揺動可能に取り付け、揺動
中心６５を床＋座席＋人の重心よりも上に設定すること
により、車両が受ける遠心力により可動床６３が揺動す
る構成としてもよい。

【００２９】また、角度調整手段の駆動源としては、油
圧、電気の他、空気圧を利用することもできる。電動の
場合も、通常の回転モータの他、リニアモータや超音波
モータ等を用いることもできる。また、請求項２記載の
床面傾斜制御装置のカント検出手段として、車体底面の
傾斜角度が軌道面の傾斜角度と一致するため、車体底面
の水平面に対する傾斜角度を検出する構成としてもよ
い。

【００３０】

【発明の効果】以上詳細に説明したごとく、本発明の床
面傾斜装置及び床面傾斜制御装置によれば、車両が曲線
部を通過する際、パンタグラフと架線との相対位置を保
持し、台車フェアリング及び車両外観を複雑にすること
なく乗り心地を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 第１実施例の鉄道車両の説明図である。

【図２】 第１実施例に用いる床面傾斜装置の概略説明
図である。

【図３】 第２実施例に用いる床面傾斜装置の概略説明
図である。

【図４】 第１、第２実施例の変形例の床面傾斜装置の
概略説明図である。

【図５】 第３実施例に用いる床面傾斜装置の概略説明
図である。

【図６】 第３実施例の変形例の床面傾斜装置の概略説
明図である。

【図７】 第４実施例に用いる床面傾斜制御装置の概略
構成図である。

【図８】 床面傾斜処理のフローチャートである。

【図９】 第５実施例に用いる床面傾斜制御装置の概略
構成図である。

【図１０】 他の床面傾斜装置の概略説明図である。

【図１１】 従来の車両姿勢制御装置の概略説明図であ
る。

【図１２】 パンタグラフと架線との相対位置を調整す
る装置を備えた車両姿勢制御装置の概略説明図である。

【符号の説明】

１・・・パンタグラフ、 ２・・・車体、３
・・・床面、 ４・・・油圧シリン
ダ、６・・・台車枠、 ８・・・軌道
面、９・・・鉄道車両、 １０，２０，
３０・・・床面傾斜装置、１１・・・ロッド、
１２・・・揺動軸、１４・・・油圧ポンプ、
２１・・・ギア機構、３１・・・左座席部、
３２・・・通路部、３３・・・右座席
部、 ４１・・・速度検知器、４２，５２
・・・曲線情報受信機、 ４３，５３・・・制御装置、
４４，５４・・・曲線情報送信機、 ５１・・・横加速
度センサ、

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B61D 17/10 B61D 33/00 B61F 5/22

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の車体内部に設けられ、該車両の前
   後方向に配置された床面を備え、 前記床面は、前記車両の横方向に分割されており、前記
   車体内部に固定されて通路として使用される通路部と、
   座席を固定し前記車両の前後方向の軸を中心として揺動
   可能な座席固定部とを有し、 さらに、 上記座席固定部を所定の揺動角度に調整する角
   度調整手段を備えたことを特徴とする床面傾斜装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の床面傾斜装置と、 車両の横加速度を検出する横加速度検出手段と、 上記車両が通過する軌道面の傾斜角度を検出するカント
   検出手段と、 上記横加速度検出手段により検出された車両の横加速度
   及び上記カント検出手段により検出された軌道面の傾斜
   角度に基づいて、上記床面傾斜装置の上記角度調整手段
   を制御して上記座席固定部の角度を調整する制御手段
   と、 を備えたことを特徴とする床面傾斜制御装置。