JP4393170B2 - 車体傾斜システム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両、特に新幹線車両に適用して好適な空気バネ式を典型例とする車体傾斜システムに関する。

鉄道技術において、運転時間間隔及び運転時分の短縮並びに乗り心地の向上等は常に求められる要請であり、近く、新幹線に導入されようとしているいわゆるデジタルＡＴＣ（非特許文献１参照）は、かかる要請を効果的に実現するものとして期待されている。また、鉄道車両の走行において、時間短縮と曲線通過時の乗り心地とは密接な関係があり、曲線区間を走行時には、走行の安全性と共に当該曲線区間を通過する際の乗り心地を一定以上に確保するため、スピード制限が設けられている。このため、曲線区間が多いと、その分スピードダウンを必要とし、時間短縮は望めない。この場合、曲線通過時の乗り心地を何らかの手段で向上できれば、曲線区間でのスピードアップが図れることから、乗り心地を確保した上で時間短縮を図ることができる。

かかる曲線通過時の乗り心地を向上させる手段として、振子式車体傾斜システム、特許文献１等で示される空気ばね式車体傾斜システムがあり、これらシステムは、我国において、一部の在来線区間、在来線車両に適用されている。

今、上述した車体傾斜システムを新幹線に導入する試みがなされている。特定の曲線区間でのみ車体傾斜を行う等の理由から、空気ばね式の車体傾斜システムを採用する考えがある。新幹線に上述した車体傾斜システムを導入するポイントとしては、編成システムとしての安全性と信頼性が確保できるかどうかに掛かっている。

空気ばね式の車体傾斜システムは、アクチュエータとして空気バネを利用するため、制御を逆に行うと逆傾斜となるため安全性の観点からいって制御出力の信頼性を高める必要がある。

システムが故障してもフェールセーフ側に移行するシステム構成が必須である一方、走り装置に直結するため、小さなトラブルでフェールセーフ側に移行して走行できなくなってしまうのも問題がある。つまり信頼性の高いシステムで、安定した出力を保ちつつ、冗長性の高い、フェールセーフなシステム構成を構築する必要がある。
新幹線の新ＡＴＣシステム、高重哲夫、ＯＨＭ、第８９巻、第６号、第１１１６号（２００２）、ｐ．５０ 特開２００２−３１６６４１号公報

本発明の目的は、高い信頼性の下で車体傾斜制御を実施することが可能な車体傾斜システムを提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、車体と走行するための車輪が設けられた台車とを含む鉄道車両が複数編成された複数編成の鉄道車両に適用される車体傾斜システムにおいて、地点情報を有するデジタル自動列車制御装置と、前記デジタル自動列車制御装置が有する前記地点情報を伝送する複数系の伝送システムを備え、前記複数編成の鉄道車両の各鉄道車両は、前記車体と前記台車との間に左右の夫々に配置された複数の空気ばねと、前記複数の空気ばねを駆動する駆動系と、前記複数の空気ばねの傾斜角を夫々検出する複数のセンサと、前記複数系の伝送システムから伝送された前記地点情報及び前記センサにより検出された前記空気ばねの傾斜角に基づいて、前記車体の傾斜制御をするための計算を夫々が行う複数の計算ユニットと、前記複数の計算ユニットの夫々の計算結果を照合する照合手段と、前記照合手段により照合された前記夫々の計算結果が同じときに、前記複数の計算ユニットの夫々の前記計算結果を出力する計算結果出力手段と、前記計算結果出力手段から出力された前記計算結果に基づいて、前記駆動系により前記空気ばねを駆動させ、前記車体の傾斜を制御する複数系の車体傾斜制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、車体傾斜制御装置は照合手段で複数の計算ユニット夫々の計算結果が同じときに出力を行う構成としていることにより、安定した出力を保ちつつ、冗長性の高い、フェールセーフなシステム構成を構築して、高い信頼性の下で車体傾斜制御を実施することが可能な車体傾斜システムを提供できるものである。

以下、本発明に係る車体傾斜システムの一実施形態を、新幹線車両に適用した例についいて説明する。本実施形態の車体傾斜システムの制御形態としては、床面で観測された車両左右の振動加速度からフィルタを介し車両左右の定常加速度を求め、それを零に打ち消すように外軌側の空気ばねを持ち上げ、最大傾斜角を例えば２度とする制御方式（加速度フィードバック方式）と、信頼性を高めるため曲線データを車上で持ち曲線通過中であるか否か曲線の向きは観測された向きと一致するか否かを常に監視する方式とのうち一方又は双方を採用している。

図１，図２に示すように、一つの列車を構成する複数編成の新幹線車両１０は、台車１１及び車体１２を含む。台車１１の台車枠１１Ａと車体１２との間には、空気ばね１３Ａ，１３Ｂが配置されている。この空気ばね１３Ａ，１３Ｂには圧縮空気の供給、遮断等を担う駆動系１８が接続されている。

また、空気ばね１３Ａ，１３Ｂに近接して、空気ばね１３Ａ，１３Ｂの傾斜角を検出するセンサ１４Ａ，１４Ｂと、車高リミットスイッチ１９Ａ，１９Ｂ１とが設けられている。センサ１４Ａ，１４Ｂは、図３に示すように、空気ばね１３Ａ，１３Ｂの伸縮量をレゾルバ等により回転量として検出する検出部１４Ａ１，１４Ｂ１と、この検出部１４Ａ１，１４Ｂ１による回転量をデジタル信号に変換するＲ／Ｄ変換器１４Ａ２，１４Ｂ２と、自身の異常を検知したとき他系へ移行させる異常検知部１４Ａ３，１４Ｂ３とからなり、車体傾斜制御装置２０に接続されている。

空気ばね１３Ａ，１３Ｂの駆動系１８としては、例えば、複数のノーマルクローズ型電磁弁を給気系に介挿した構成として、異常検知時に確実に給気を遮断し、さらに高さ調整弁経由の給気へ確実に空気回路を切替えられるように高さ調整弁についてはノーマルオープンのものを採用することができる。これにより、電磁弁等の故障モードが他の故障と重なっても、確実に弁動作を中断させることが可能となる。またセンサ１４Ａ，１４Ｂは、高さ調整弁に内蔵する構成であってもよく、例えば２重系に配置可能である。

なお、台車枠１１Ａには、レール１７Ａ，１７Ｂを走行する車輪１５Ａ，１５Ｂ及び車軸１６等が設けられ、台車１１を構成している。

図２に示すように、本実施形態の車体傾斜システムは、車体傾斜制御装置２０を含む。この車体傾斜制御装置２０は、新幹線車両１０を複数連結した列車内に敷設される伝送システム３０に接続される。この伝送システム３０は、１系及び２系の伝送線路３０Ａ，３０Ｂを有し、これら１系及び２系の伝送線路３０Ａ，３０Ｂにより１つの中央制御装置３１及び複数の端末制御装置３２を連結した列車内に配設している。

ここに中央制御装置３１は１系及び２系のＣＰＵ３１Ａ，３１Ｂを有し、端末制御装置３２は１系及び２系のＣＰＵ３２Ａ，３２Ｂを有する。

また伝送システム３０とは別に複数編成に跨る引通し線４０を備え、この引通し線４０により、図１に示す空気ばね１３Ａ，１３Ｂ及び駆動系１８毎等の単位で車体傾斜制御の中止指令を、中央制御装置３１等の間で授受することができるようになっている。

なお、５０は詳細は後述するデジタルＡＴＣ、６０は加速度計、７０は駆動系１８の一部を構成するコンプレッサである。

図２の構成で、車体傾斜制御装置２０は、図１に示す空気ばね１３Ａ，１３Ｂ、センサ１４Ａ，１４Ｂ及び駆動系１８の２組を制御するものとして表されている。なお、車体傾斜制御装置２０は、図１に示す空気ばね１３Ａ，１３Ｂ、センサ１４Ａ，１４Ｂ及び駆動系１８の１組又は３組以上を制御するものとしても構成することができる。

また、図４に示すように、車体傾斜制御装置２０は、センサ１４Ａ，１４Ｂからの出力を取込んで所定の計算を行う１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂと、これら１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂ夫々の計算結果を照合する照合部２２とを有し、照合部２２で１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂ夫々の計算結果が同じときに出力を行うものとなっている。

さらに図５に示すように、車体傾斜制御装置２０のＣＰＵが複数系からなるとき例えば１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂを有し、また伝送システム３０のＣＰＵが複数系からなるとき例えば１系及び２系ＣＰＵ３２Ａ，３２Ｂを有するとき、車体傾斜制御装置２０の１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂの入出力ラインと、伝送システム３０の１系及び２系ＣＰＵ３２Ａ，３２Ｂの入出力ラインとは、相互に取合う形態で接続することができる。

先に述べたデジタルＡＴＣ５０は、従来のＡＴＣがいわゆる多段式ブレーキ制御であったのに対し、デジタル符号の伝送、処理により一段ブレーキ制御を実現したものである。一段ブレーキ制御とは、地上側から車上に前方列車の位置等を伝送し、車上では、予め保持している線路の曲率、勾配等の線路条件及び車両データと前記前方列車の位置とにより最適ブレーキパターンを作成し、該最適ブレーキパターンに沿ってブレーキ制御を行うものである。

このデジタルＡＴＣ５０による保持データ及び／又は地上からの伝送データは、本実施形態の車体傾斜制御に用いられる。すなわち、車上の軌道情報に基づき車体傾斜制御を行うためには、正確な地点情報を各車の制御装置に伝達する必要がある。制御の安全性の確保のため、デジタルＡＴＣ５０に組込まれたフェールセーフＣＰＵを使用し、１つのコントローラに組み込まれた２つのＣＰＵにメモリーされた同じソフトウェアで同じ情報を双方で演算し、結果を照合する方式する。さらに重要な出力リレーには、出力結果を元のコントローラへ戻し、演算結果との照合を行い、リレー出力まで含めた安全性を確保することとする。またコントローラ内では目標指令値と現状のフィードバック値とを常につき合わせを行い、正常に動作しているかどうか確認しながら、全体のシステムが正常であるかどうか検定する。

以上のように本実施形態では、デジタルＡＴＣ５０の構成並びにその保持データ及び伝送データを用いて安全性を高めた車体傾斜制御を実施することができる。

以上のように本実施形態の車体傾斜システムによれば、車体傾斜制御装置２０は、センサ１４Ａ，１４Ｂからの出力を取込んで所定の計算を行う１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂと、これら１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂ夫々の計算結果を照合する照合部２２とを有し照合部２２で１系及び２系ＣＰＵ２１Ａ，２１Ｂ夫々の計算結果が同じときに出力を行うものとなっているので、２系によって演算結果の完全性を高めることが可能となり、安定した出力を保ちつつ、冗長性の高い、フェールセーフなシステム構成を構築して、高い信頼性の下で車体傾斜制御を実施することが可能となる。

また車体傾斜制御装置２０又はそのＣＰＵが複数系からなり、複数編成に適用される伝送システム４０又はそのＣＰＵが複数系からなるとき、伝送システム４０又はそのＣＰＵを、車体傾斜制御装置２０又はそのＣＰＵの入出力ラインに相互に取合う形態で接続したことにより、待機２重系の車体傾斜制御装置２０と２重系の伝送システム４０とがあいまって、システム全体の信頼性が高まるものとなる。

さらに、伝送システム３０とは別に引通し線４０を備え、伝送システム３０との間で車体傾斜制御の中止指令を授受するようにし、また車体傾斜制御装置２０が複数系からなり、その一系が異常のとき他系へ切換えて車体傾斜制御を継続し、全系異常が複数編成のうちで１両でも発生した場合は、全車両の車体傾斜制御を中止するようにしているので、この点でも車体傾斜システム全体の信頼性が高まるものとなる。

また、車体傾斜制御装置２０は、一段ブレーキ制御を実現するデジタルＡＴＣ装置５０からのデータ、例えば速度及びキロ程情報を伝送システム３０を介して取得するので、データ自身の信頼性と共に上述したハードウェア上の信頼性も得ることができる。

なお、本願発明は、上記各実施形態に限定されるものでなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。また、各実施形態は可能な限り適宜組み合わせて実施してもよく、その場合、組み合わされた効果が得られる。さらに、上記各実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。例えば実施形態に示される全構成要件から幾つかの構成要件が省略されることで発明が抽出された場合には、その抽出された発明を実施する場合には省略部分が周知慣用技術で適宜補われるものである。

本発明に係る車体傾斜システムが適用される車両の断面図。 本発明の一実施形態に係るに係る車体傾斜システムの構成図。 同実施形態における車体傾斜制御装置の構成例を示す図。 同実施形態における車体傾斜制御装置の構成例を示す図。 本発明に係る車体傾斜システムにおける車体傾斜制御装置と伝送システムとの接続関係を示す図。

符号の説明

１０…車両、１１…台車、１１Ａ…台車枠、１２…車体、１３Ａ，１３Ｂ…空気ばね、１４Ａ，１４Ｂ…センサ、１５Ａ，１５Ｂ…車輪、１６…車軸、１７Ａ，１７Ｂ…レール、１８…駆動部、１９Ａ，１９Ｂ…車高リミットスイッチ、２０…車体傾斜制御装置、２１Ａ，２１Ｂ…ＣＰＵ、２２…照合部、３０…伝送システム、３１…中央制御装置、３２…端末制御装置、４０…車両引き通し線、５０…デジタルＡＴＣ、６０…加速度計、７０…コンプレッサ。

Claims (3)

1. 車体と走行するための車輪が設けられた台車とを含む鉄道車両が複数編成された複数編成の鉄道車両に適用される車体傾斜システムにおいて、
   地点情報を有するデジタル自動列車制御装置と、
   前記デジタル自動列車制御装置が有する前記地点情報を伝送する複数系の伝送システムを備え、
   前記複数編成の鉄道車両の各鉄道車両は、
   前記車体と前記台車との間に左右の夫々に配置された複数の空気ばねと、
   前記複数の空気ばねを駆動する駆動系と、
   前記複数の空気ばねの傾斜角を夫々検出する複数のセンサと、
   前記複数系の伝送システムから伝送された前記地点情報及び前記センサにより検出された前記空気ばねの傾斜角に基づいて、前記車体の傾斜制御をするための計算を夫々が行う複数の計算ユニットと、
   前記複数の計算ユニットの夫々の計算結果を照合する照合手段と、
   前記照合手段により照合された前記夫々の計算結果が同じときに、前記複数の計算ユニットの夫々の前記計算結果を出力する計算結果出力手段と、
   前記計算結果出力手段から出力された前記計算結果に基づいて、前記駆動系により前記空気ばねを駆動させ、前記車体の傾斜を制御する複数系の車体傾斜制御手段とを具備すること
   を特徴とする車体傾斜システム。
2. 前記デジタル自動列車制御装置は、前記鉄道車両に関する車両データに基づいて、前記鉄道車両のブレーキを制御すること
   を特徴とする請求項１に記載の車体傾斜システム。
3. 全ての編成の前記鉄道車両が前記車体の傾斜制御を中止する中止指令を授受するための引通し線とを具備し、
   前記複数系の車体傾斜制御手段の１系以上が異常でないとき、異常でない系により前記車体の傾斜制御を継続し、前記複数系の車体傾斜制御手段の全系異常のとき、前記引通し線を介して、前記全ての編成の鉄道車両に前記中止指令を出力すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車体傾斜システム。

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