JP4410720B2 - 連接車両、車体間連接装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、軌道系車両において、車体間連接構造に車体に作用する力を制御可能なダンパを介在させて、地点情報や地球上の周回軌道を回る人工衛星から発信される情報、又は車体間の相対変位、相対速度もしくは相対変位により発生する周波数等の検出値に基づき直線軌道を走行中かあるいは曲線軌道を走行中かを判定し、それらの走行に最適な力を前記ダンパから車体に付与するようにした装置及び同装置の制御方法に関する。

連接車両は連接構造が車両の走行性能に大きく寄与する。近年国内で導入されている低床式連接車両では、台車のない車体を連接した車両や車体と台車間がボギーしない車両があり、従来よりも直線走行及び曲線走行で車両の運動が不安定になりやすい問題がある。

一方特許文献１（特開２００３−２７６６００号公報）に開示されているように、軌道上を走行する鉄道車両において、車体間に設けられた台車に空気圧駆動のアクティブダンパを取り付け、車体と台車間にかかる回動抵抗（摺動摩擦力）を打ち消すようにアクティブダンパの作動を制御して連接車両における台車操舵を行なう技術が従来知られている。

特開２００３−２７６６００号公報

前述のように低床式連接車両では、台車のない車体を連接した車両や車体と台車間がボギーしない車両があり、従来よりも直線走行及び曲線走行で車両の運動が不安定になりやすい問題がある。直線走行安定性と曲線通過性能とは、トレードオフの関係にあり、従来のヨーダンパ性能は、両者を両立させるため中間的性能にセッティングされており、そのため直線走行及び曲線走行で最適な性能を発揮することができなかった。

特許文献１に開示されているように、車体と台車間にアクティブダンパ、アクチュエータを追設して台車を操舵する手段は知られているが、車体と台車間がボギーしないタイプの車両には適用できないという問題がある。
また従来連接車体の走行制御にアクティブダンパを利用した例は存在しない。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、軌道系車両において車体間の連接構造に車体に作用する力を制御可能なダンパを取り付けて、直線走行の安定性と曲線通過性能の向上を図った車体間連接装置及び同連接装置を用いた制御方法を提案することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の第１の車体間連接装置は、
軌道上を走行し車体間が回転軸を中心として回転可能に連結されている連結車両において、
車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置の車体間の相対変位を検知する変位センサと、
車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に設けられ、車体に作用する力を制御可能なダンパと、
前記変位センサが検知した相対変位を入力し、同相対変位又は同相対変位に基づいて算出した相対速度もしくは同相対変位の周波数に基づいて車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定し、車両が直線軌道を走行中のときは前記ダンパに振動を低減させるように作動させ、車両が曲線軌道を走行中のときは車体ヨーイング運動をアシストするように作動させる制御装置とを備えたことを特徴とする。

また本発明の第２の車体間連接装置は、
軌道上を走行し車体間が回転軸を中心として回転可能に連結されている連結車両において、
車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に設けられ、車体に作用する力を制御可能なダンパと、
前記軌道に沿って配置された地点情報又は地球上の周回軌道を回る人工衛星から発信される情報を受信して車両が直線レールを走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定し、車両が直線レールを走行中のときは前記ダンパに振動を低減させるように作動させ、車両が曲線軌道を走行中のときは車体ヨーイング運動をアシストするように作動させる制御装置とを備えたことを特徴とする。

本発明において使用されるダンパは、車体に作用する力を制御可能なダンパであり、好ましくは、前記ダンパが、前記変位センサからの入力情報に応じて車体に負荷する力を制御可能なアクティブダンパ又は前記変位センサからの入力情報に応じて減衰力を制御可能なセミアクティブダンパであり、若しくは前記ダンパが、前記地点情報若しくは前記人工衛星からの入力情報に応じて車体に負荷する力を制御可能なアクティブダンパ又は前記地点情報若しくは前記人工衛星からの入力情報に応じて減衰力を制御可能なセミアクティブダンパである。
連接された車体間に介設されたダンパから車体に加わる力Ｆは、アクティブダンパの場合次の（１）式で、セミアクティブダンパの場合次の（２）式で表すことができる。即ち力Ｆは、車体間の相対変位ｘ及びｘを微分した相対速度dotｘの和で表される。ｋは相対変位ｘの係数であり、ｃは相対速度dotｘの係数である。
［数１］ Ｆ＝ｋ・ｘ＋ｃ・dotｘ （１）
［数２］ Ｆ＝ｃ・dotｘ （２）

アクティブダンパとは、変位センサからの入力情報に基づいて車体に加える力Ｆを直接変化させることができるダンパであり、一方セミアクティブダンパは、相対速度ｘの係数ｃを可変として相対速度を増減させることにより減衰力を制御するダンパである。
アクティブダンパは、例えば油圧シリンダ又は空気圧シリンダ等のアクチュエータを用いる場合、ピストンで仕切られたシリンダの左右圧室に給排する圧油又は圧空気の量を調節することにより外部（車体）に作用する力を制御し、電気式ではサーボモータ等を使い、サーボモータに供給する電力を調節することにより外部（車体）に作用する力を制御する構成を有するか、あるいは電動モータのトルクを変えることにより減衰力を可変とするものである。

セミアクティブダンパは、前記式の相対速度dotｘの係数であるｃを可変とすることができるダンパであり、これによってダンパの減衰力を制御することができる。セミアクティブダンパは、例えば油圧シリンダ又は空気圧シリンダにおいては、密閉された圧油室又は圧空気室に設けられた絞り用オリフィスの径を変えてピストンの摺動抵抗を変えることにより減衰力を可変とする構成をもつ。
なお通常ダンパの場合は、相対速度の係数ｃが固定されており、可変とすることができない。即ち油圧シリンダ又は空気圧シリンダでいえば、絞り用オリフィスの径が固定されているダンパを指し、本発明では適用しない。

本発明の第１の車体間連接装置においては、車体間の相対変位を検知して、同相対変位又は同相対変位から算出した相対速度もしくは相対変位の周波数に基づいて車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定し、車体に作用する力を制御可能なダンパを用いて、車両が直線軌道を走行中のときは前記ダンパに車体の振動を低減させるように作動させ、車両が曲線軌道を走行中のときは車体ヨーイング運動をアシストするように作動させる。

即ち車体が直線軌道を走行している時は、車体間の相対変位及び相対速度は小さく、逆に相対変位の周波数は大きい。従ってこれら相対変位、相対速度及び周波数に対して境界となる識別値を設定し、相対変位もしくは相対速度が設定された識別値より小の時、又は相対変位による周波数が設定された識別値より大の時は、車体が直線軌道を走行していると判定し、例えばアクティブダンパを使用する場合においては、アクティブダンパのアクチュエータに給排する圧力流体の給排量を制御して、車体のヨーイング運動を減衰させるように力を発生させ、あるいはセミアクティブダンパを使用する場合においては、相対速度に対して抵抗となるように、即ち車体のヨーイング運動を減衰させるように減衰力を制御する。

一方車体が曲線軌道を走行している時は、車体間の相対変位及び相対速度は大きく、逆に相対変位の周波数は小さい。従って相対変位もしくは相対速度が設定された識別値より大の時、又は相対変位の周波数が設定された識別値より小の時は、車体が曲線軌道を走行していると判定し、例えばアクティブダンパにおいては、車体のヨーイング運動をサポートさせるように力を発生させ、セミアクティブダンパにおいては、相対速度に対して抵抗とならないように、減衰力を制御して、車体のヨーイング運動をサポートさせる。
これによって直線軌道走行時の蛇行動に基づく振動を防止し、あるいは曲線軌道走行時の走行性能を良好にする。

また本発明の第２の車体間連接装置は、車体間の相対変位を検知する代わりに、軌道に沿って配置された地点情報又は地球上の周回軌道を回る人工衛星から発信される情報を受信して車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定する手法を採用している。これらの判定結果に基づいて、車体間に介設された前記ダンパを作動させる点は第１の車体間連接装置と同一である。

また本発明の第１又は第２の車体間連接装置において、前記変位センサ及び前記ダンパを車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に取り付ければ、車体間の相対変位を感度良く検知できるとともに、前記ダンパが車体に与える作用力を効率良く作用させることができる。
例えばアクティブダンパの場合、曲線軌道走行時においては、外軌道側に設けられたアクティブダンパに車体間を広げる力を与え、内軌道側に設けられたアクティブダンパに車体間を縮める力を与えることにより、車体のヨーイング運動を助ける作用をさせる。

また本発明の第１又は第２の車体間連接装置において、好ましくは、前記ダンパ以外にフェールセイフ機構として予備のダンパを設けて、一方が故障などにより異状が生じた場合は作動を止め、予備のダンパを作動させるようにする。この場合予備のダンパは、例えばアクティブダンパ、セミアクティブダンパ又は通常ダンパでもよい。また予備のダンパは、正規のダンパより性能又は感度が少々劣ってもよいが、信頼性のあるものがよい。

また本発明の第１の連接車両の制御方法は、
軌道上を走行し車体間が回転軸を中心として回転可能に連結されている連結車両において、
車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置の車体間の相対変位を検知し、
同相対変位又は同相対変位に基づいて算出した相対速度もしくは同相対変位の周波数に基づいて車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定し、
車両が直線軌道を走行中のときは車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に設けられ、車体に作用する力を制御可能なダンパに振動を低減させるように作動させ、
車両が曲線軌道を走行中のときは前記ダンパに車体ヨーイング運動をアシストするように作動させることを特徴とする。

本発明の第２の連接車両の制御方法は、車体間の相対速度を検知する代わりに、軌道に沿って配置された地点情報又は地球上の周回軌道を回る人工衛星から発信される情報を受信して車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定することを特徴とし、これらの判定結果から前記ダンパを第１の制御方法と同一のやり方で作動させるようにしたものである。

特開２００２−３５１５４４号公報に地点情報による車両の操舵システムが開示され、このシステムは、車両が走行する軌道の全長に亘って当該車両の運転に必要な情報を記憶し、発信する複数の地上子を敷設しておき、当該車両が走行する際に、当該車両に設けられた制御装置が前記各地上子が発信する情報に基づいて、順次操舵指令を発し、当該操舵指令に従って車両に設けられた操舵装置が操舵を行なうような操舵システムである。
本発明では、このような地点情報から発信される情報を受信して軌道形状を判定する。

また本発明の連接車両は、前記第１又は第２の車体間連接装置を車体間に介在させ、同車体間連接装置によって車体の走行制御を行うことを特徴とする。本発明の連接装置において、好ましくは車体間連接装置を少なくとも振動及びヨーイング運動が生じやすい前後両端の車体間に設けるようにするか、あるいは車体間連接装置を少なくとも車体連接部に台車が存在し、車体の走行制御をしやすい車体間に設けるようにする。

本発明の第１の車体間連接装置によれば、車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置の車体間の相対変位を検知する変位センサと、車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に設けられ、車体に作用する力を制御可能なダンパと、前記変位センサが検知した相対変位を入力し、同相対変位又は同相対変位に基づいて算出した相対速度もしくは同相対変位の周波数に基づいて車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定し、車両が直線軌道を走行中のときは前記ダンパに振動を低減させるように作動させ、車両が曲線軌道を走行中のときは車体ヨーイング運動をアシストするように作動させる制御装置とを備えたことにより、前記ダンパにより、直線走行時には蛇行動を発生させないように振動を減衰させる力を作用させ、曲線軌道走行時には車輪の横圧（車輪アタック角：軌道接線と車輪進行方向のなす角）が低減するように車体ヨーイング運動をアシストする力を作用させることにより、直線軌道走行時の蛇行動による振動を押えることができるとともに、曲線軌道走行時の曲線軌道走行性能を向上させることができる。

また本発明の第２の車体間連接装置によれば、車体間の相対変位を検知する代わりに、軌道に沿って配置された地点情報又は地球上の周回軌道を回る人工衛星から発信される情報を受信して車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定するようにしたことにより、車体間の相対変位センサを設けることなく、前記第１の車体間連接装置と同様の作用効果を奏することができる。

前記第１又は第２の車体間連接装置において、前記変位センサ及び前記ダンパを車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に取り付ければ、車体間の相対変位を感度良く検知できるとともに、前記ダンパが車体に与える作用力を効率良く作用させることができる。

また本発明の第１の連接車両の制御方法によれば、車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置の車体間の相対変位を検知し、同相対変位又は同相対変位に基づいて算出した相対速度もしくは同相対変位の周波数に基づいて車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定し、車両が直線軌道を走行中のときは車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に設けられ、車体に作用する力を制御可能なダンパに振動を低減させるように作動させ、車両が曲線軌道を走行中のときは前記ダンパに車体ヨーイング運動をアシストするように作動させることにより、直線軌道走行時の蛇行動による振動を押えることができるとともに、曲線軌道走行時の曲線走行性能を向上させることができる。

また本発明の第２の連接車両の制御方法によれば、軌道に沿って配置された地点情報又は地球上の周回軌道を回る人工衛星から発信される情報を受信して車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定し、車両が直線軌道を走行中のときは車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に設けられ、車体に作用する力を制御可能なダンパに振動を低減させるように作動させ、車両が曲線軌道を走行中のときは前記ダンパに車体ヨーイング運動をアシストするように作動させることにより、車体間の相対変位を検知するセンサを設けることなく、直線軌道走行時の蛇行動による振動を押えることができるとともに、曲線軌道走行時の曲線走行性能を向上させることができる。

また本発明の連接車両は、前記第１又は第２の車体間連接装置を車体間に介在させたことにより、車体間の連接構造を利用して、直線軌道走行時の蛇行動による振動を押えることができるとともに、曲線軌道走行時の曲線走行性能を向上させることができる連接車両を実現できる。
本発明の連接装置において、好ましくは車体間連接装置を少なくとも前後両端の車体間に設けることにより、振動及びヨーイング運動が生じやすい前後両端の車体の走行性能を向上させ、あるいは車体間連接装置を少なくとも車体連接部に台車が存在し、車体の走行制御をしやすい車体間に設けることにより、車体の走行性能をさらに向上することができる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は、本発明装置の第１実施例を示す立面図であり、図２は前記第１実施例の平面図、図３はアクティブダンパを模式的に示した縦断面図、図４は比較例として通常のダンパを示す縦断面図、図５は電気式アクティブダンパの縦断面図、図６は前記第１実施例における作業手順を示すフローチャートである。

図１及び２は、本発明装置を５車体３台車からなる軌道系車両に本発明を適用した場合を示し、図において、車体１ａ〜１ｆが連接されてなる車両は一対のレール（直線レール）２上を走行し、このうち車体１ａ，１ｃ及び１ｆには車輪３を有する。各車体１ａ〜１ｆは、互いに車体の下端に設けられた連接器４で連接されており、連接器４の回転軸５を中心に回転可能になっている。６は、車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に介設されたアクティブダンパ又はセミアクティブダンパである。アクティブダンパ又はセミアクティブダンパ６の取り付け高さは、車体間で車体のヨーイング運動を制御できる位置であればどの高さに取り付けてもよい。

図３は油圧式又は空気圧式アクティブダンパの１例を示す縦断面図であり、図において、アクティブダンパ６ａを構成するシリンダ１２には、ピストンロッド１３の一端に装着されたピストン１４がシリンダ内壁を摺動自在になっており、ピストンロッド１３の他端及びシリンダ１２の左端面には車体との取り付け部１５及び１６が設けられ、アクティブダンパ６ａは、取り付け部１５及び１６を介して車体間に装架されている。
またピストン１４で仕切られた圧室１７及び１８には、それぞれ給排口１９及び２０が設けられ、給排口１９及び２０にはそれぞれ圧油又は圧空気を給排する給排管路２１及び２２が接続されている。

２３及び２４は、給排管路２１又は２２に介設された電磁弁、２５は、給排管路２１及び２２に圧流体を供給する圧流体供給源である。７はアクティブダンパ６ａが介装された車体間の相対変位を検知する変位センサで、車体連接部の適宜位置（車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置）に取り付けられ、８は、変位センサ７から送られる相対変位の検知値を入力して、同相対変位又は同相対変位に基づいて算出した相対速度もしくは同相対変位の周波数に基づいて、車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定し、車両が直線軌道を走行中のときは、電磁弁２３及び２４の弁開度を制御して、アクティブダンパ６ａに車体の振動を低減させるように作動させ、車両が曲線軌道を走行中のときはアクティブダンパ６ａに車体ヨーイング運動をアシストするように作動させる制御装置である。
このようにアクティブダンパ６ａは、給排口１９又は２０から圧油又は圧空気を圧室１７又は１８に供給又は排出する量を制御することにより、走行中互いに相対変位する前後の車体へ作用する力を可変とすることができる。

図４は、通常のダンパの１例を示す縦断面図であり、図において、外筒３１の内部にシリンダ１２が配置され、シリンダ１２内でピストン１４によって仕切られた２つの圧室１７及び１８は、ピストン１４に設けられた絞り用オリフィス３２によって互いに連通されている。
通常ダンパの車体取り付け部１５及び１６がそれぞれ前後の車体に取り付けられ、車体間の相対変位に伴ってピストンロッド１３がシリンダ１２内を摺動し、オリフィス３２を圧油又は圧空気が流れることによって減衰力を発揮する。

本発明で使用されるセミアクティブダンパは、例えば通常のダンパにおいて、ピストン１４にロータリバルブを設け、ロータリバルブの周方向に大きさの異なるオリフィス孔を複数開けて、これを回転してオリフィス孔を選び、そのときのオリフィスの特性に合った減衰特性を選択できるようにする構成が公知である。またロータリバルブをピストンロッドの中に設け、ピストンロッドの中心に通したコントロールロッドでこれを回転することによりオリフィス孔の選択を行なうようにしたタイプも公知である。このタイプは、特性を手動で切り替えられ、あるいはロータリアクチュエータ（例えばモータ）と組合せて電気的に切り替えることもできる。
またピストンの作動速度と振幅により減衰力が決まるセミアクティブダンパも公知であり、また伝達される周波数に応じて減衰力を可変とする周波数感応式セミアクティブダンパも公知である。

このようにセミアクティブダンパは、振動状態に合わせてダンパ係数などのパラメータを動的に制御することにより、固定的な通常ダンパでは実現できない制振性能を実現しようとするもので、動的な制御を行うが、外部から操作力を加えないという意味で「セミアクティブダンパ」と呼んでいる。
一方アクティブダンパは、外部からエネルギを供給して、振動を積極的に打ち消すように作動する。

セミアクティブダンパは、アクティブダンパと比較して、鉄道車両に適した以下の長所をもっている。
（１）動力源が不要なので装置構成を簡単にでき、設置や保守が容易である。
（２）外部からエネルギを供給しないので、異状状態になっても振動を増幅する作用がなく、故障に対する安全性が高い。
（３）アクティブダンパに比較して低コストである。

図５は、電気式アクティブダンパの一例を示す縦断面図であり、図において、この電気式アクティブダンパは、車体取り付け部１６側に連結された電動サーボモータ４１と車体取り付け部１５側に連結されたボールネジ機構４２とから構成されている。
図５に示すように、電動サーボモータ４１は、車体取り付け部１６に連結される筒部材４３の内部に収容され、その出力軸４１ａによりボールネジ機構４２のボールネジ４２ａを回転駆動する。出力軸４１ａの回転位置はエンコーダ４４（前記変位センサ７に相当する。）で検出されて、所定角度ごとにパルスを発生して制御装置８に出力される。

ボールネジ機構４２は、サーボモータ４１により回転駆動されるボールネジ４２ａに循環ボールを介してネジ結合するボールナット４２ｂを備える。ボールナット４２ｂは、ボールネジ４２ａの回転により軸方向位置が変化するように駆動される。ボールナット４２ｂは、車体取り付け部１５に連結（ピン結合）された部材４４に固定されている。ボールナット４２ｂは、筒部材４３に設けた軸受４５により回転可能に支持されている。

かかる構成により、サーボモータ４１は、ボールネジ機構４２を介してボールナット４２ｂを離間させる伸長時には部材４４を押し離し、逆にボールナット４２ｂを接近させる収縮時には部材４４を引き付けるように作動する。
なお車体間の相対変位を検知するセンサ７の設置位置は、エンコーダ４４のようにダンパの設置位置に取り付けてもよいし、あるいはダンパとは別の位置に設置してもよい。

かかる第１実施例の装置において、図６の各フローチャートに従った作動手順が行なわれる。図６は、アクティブダンパを制御する場合のフローチャートであり、このうち（ａ）は相対変位による制御、（ｂ）は相対速度による制御、（ｃ）は相対変位の周波数による制御の場合を示す。
まず図６（ａ）の作動手順は、変位センサ７により検知された各車体間の相対変位ｘが設定された識別値Ａより小のときは直線レールを走行中と判定して、アクティブダンパのアクチュエータを作動させる。また相対変位ｘが識別値Ａより大のときは曲線レールを走行中と判定して、アクティブダンパのアクチュエータを作動させる。

図６（ｂ）の作動手順は、変位センサ７により検知した車体間の相対変位を微分して得られた相対速度dotｘが、設定された識別値Ｂより小のときは直線レールを走行中と判定し、アクティブダンパのアクチュエータを作動させる。また相対速度dotｘが識別値Ｂより大のときは曲線レールを走行中と判定して、アクティブダンパのアクチュエータを作動させる。

図６（ｃ）の作動手順は、変位センサ７により検知した車体間の相対変位を分析して相対変位ｘの周波数ｆを算出し、その周波数ｆが設置された識別値Ｃより大のときは直線レールを走行中と判定して、アクティブダンパのアクチュエータを作動させる。また周波数ｆが識別値Ｃより小のときは曲線レールを走行中と判定して、アクティブダンパのアクチュエータを作動させる。
図７は、（ａ）が直線レール走行時の相対変位を示し、（ｂ）が曲線レール走行時の相対変位を示す。図からわかるように、直線レール走行時は高い周波数が発生し、曲線レール走行時は低い周波数が発生する。

アクティブダンパのアクチュエータの作動方法は、車体が直線レールを走行中と判定したときは、車体のヨーイング運動を減衰させるように力を発生させ、車体が曲線レールを走行中と判定したときは、車体のヨーイング運動をサポートするように力を発生させる。
またアクティブダンパの代わりにセミアクティブダンパを設け、それを作動させてもよい。この場合車体が直線レールを走行中と判定したときは、ダンパの減衰力を制御して車体のヨーイング運動を減衰させるように減衰力を大きくし、車体が曲線レールを走行中と判定したときは、ダンパの減衰を制御して車体のヨーイング運動の抵抗とならないように減衰力を小さくする。

このように第１実施例によれば、車体が直線レールを走行中と判定したときは、車体のヨーイング運動を減衰させるように力を発生させ、車体が曲線レールを走行中と判定したときは、車体のヨーイング運動をサポートするように力を発生させるようにしたことにより、直線レール走行中の蛇行動による振動を防止することができ、また曲線レール走行中の曲線走行性能を向上させることができる。

図８（ａ）は、従来の軌道系車両の曲線レール通過時を示す平面図、（ｂ）は第１実施例の車両の曲線レール通過時を示す平面図である。図８（ａ）に示す従来の車両においては、車体間に通常のダンパ１０を装備しているため、車体のヨーイングを制御することができず、このためアタック角α、横圧が大きくなる。各台車の先頭軸の外軌道側車輪（点５１）のアタック角が大きく、横圧が高い傾向がある。なお図中、ａは車両の走行方向を示す。

一方図８（ｂ）に示す第１実施例の車両においては、アクティブダンパ又はセミアクティブダンパ６を車体間に介在させたことにより、アクティブダンパの場合は外軌道側では矢印ｂのように車体間を離すような力を発生させ、内軌道側では矢印ｃに示すように車体間を接近させるような力を発生させる。
またセミアクティブダンパの場合は、曲線旋回の抵抗にならない程度の直線走行より低い減衰力を発生させるようにする。このため横圧及びアタック角αは小さくなり、曲線走行性能を向上させることができる。

なお第１実施例において、相対変位ｘから相対速度dotｘを算出して、相対速度に基づいてアクティブダンパ又はセミアクティブダンパを作動させる場合、相対変位及び周波数と比べて相対速度の方向も加味したより精密な制御が可能となる。
また第１実施例は、５車体３台車に適用しているが、本発明は、図９（ａ）〜（ｃ）に示すように、３車体３台車、３車体２台車、及び台車６１によって各車体が連接されている連接台車にも適用できる。

次に本発明の第２実施例を図１０〜１２に基づいて説明する。第２実施例は、レールに沿って配置された地点情報を検知して直線レールを走行中かあるいは曲線レールを走行中かを判定し、これによってアクティブダンパ又はセミアクティブダンパを制御するものである。
特開２００２−３５１５４４号公報に開示された操舵システムは、車両が走行する軌道の全長に亘って当該車両の運転に必要な情報を記憶し発信する複数の地上子を敷設しておき、当該車両が走行する際に、当該車両に設けられた制御装置が前記各地上子が発信する情報に基づいて、順次操舵指令を発し、当該操舵指令に従って車両に設けられた操舵装置が操舵を行なうもので、操舵用のガイドレールを必要とせず、建設費及び保守費のコストダウンを図ることができるとともに、発生する振動や騒音を低減することができる長所をもっている。

この操舵システムを図１１及び図１２に基づいて説明する。図１１はこの操舵システムの構成図であり、（ａ）は側面図を、（ｂ）は正面図を示し、図１２は操舵装置を示す平面図である。図１１〜１２において、車両０３が新交通システムの車両であり、軌道０１に沿って走行を行なう。車両０３は各々前後に空気バネを介して設けられた台車０４に取り付けられたゴムタイヤ０５によって支持されており、駆動モータ０６の回転により、アクチュエータ０７によって操舵を行なう。

操舵システムは、地上子０２、送信器０８、受信器０９、制御装置０１０及び操舵装置０２０から構成され、ゴムタイヤ０５を転向することにより、車両０３の操舵を行なう。地上子０２は、軌道０１に全長に亘り、軌道０１に沿って所定の間隔で複数敷設される無電源の地上子であり、それぞれ固有に設定されている。かかる固有の情報には、各地上子０２の識別番号と位置情報、軌道情報及び制御情報が含まれている。

位置情報とは、絶対位置座標や基準点からの距離などその地上子０２の位置に関する情報である。さらにその地上子０２の地点における勾配、曲率、カント、及び分岐など軌道０１の条件を示す軌道情報が、必要に応じて前記固有の情報として地上子０２に設定される（これらの情報をまとめて以下「運転情報」という）。
かかる地上子０２は、無電源ではあるが、電力の供給を受けると、設定されている運転情報の信号を発するように構成されている。地上子０２は、例えば運転情報を記憶するＲＯＭを含む電子回路で構成される。

送信器０８は、地上子０２に電波によって電力を供給する装置であり、また受信器０９は、電力の供給を受けた地上子０２から発せられる運転情報を受信する装置である。制御装置０１０は、受信器０９が受信した運転情報に基づいて所定のデータ処理を行い、駆動モータ０６及びアクチュエータ０７に対して速度指令及び操舵指令を伝達する装置である。

操舵装置０２０は、前記操舵指令に従って動作するアクチュエータ０７を含むゴムタイヤ０５を転向するための装置であり、台車０４にその一端をピン０１２により回転自在に取り付けられたアーム０１１、アーム０１１の先端に連結された電気式、油圧式、あるいは空気圧式のアクチュエータ０７、連結竿０５９、左右のゴムタイヤ０５用のてこ０５６ａ，０５６ｂ及びそれらを連結するタイロッド０５７によって構成されている。

かかる装置において、制御装置０１０からの操舵指令に従って、アクチュエータ０７が移動すると、それに従ってアーム０１１がピン０１２を中心に回転し、その移動により、連結竿０５９及びタイロッド０５を介しててこ０５６ａ，０５６ｂが動作し、ゴムタイヤ０５が左右に転向される。

本操舵システムは、ガイドレール等を用いずに、地上子０２に記憶された運転情報に基づいて、車両０３の操舵を行なうものであり、ガイドレール等が不要となるため、軌道０１の建設費を大幅に削減でき、案内輪を用いないので、それらの消耗部品が不要となり、保守費を低減できるとともに、案内輪とガイドレール等との接触がないので、振動や騒音を低減できる等の長所を有する。

第２実施例では、前記操舵システムの地上子０２から地点情報を得て、図１０に示されたフローチャートに従ってアクティブダンパ又はセミアクティブダンパを作動させる。
即ち地点情報から軌道線形を判別し、直線レールを走行中と判別したときは、アクティブダンパのアクチュエータを制御して、車体のヨーイング運動を減衰させるように力を発生させ、曲線レールを走行中と判別したときは、アクティブダンパのアクチュエータを制御して、車体のヨーイング運動をサポートするように力を発生させる。

セミアクティブダンパを用いるときは、直線レールを走行中と判別したときは、ダンパの減衰を制御して、車体のヨーイング運動を減衰させるように減衰力を大きくし、曲線レールを走行中と判別したときは、ダンパの減衰を制御して、車体のヨーイング運動の抵抗にならないように減衰力を小さくする。
第２実施例によれば、車体間の相対変位を検知するセンサが不要となり、地点情報により予め軌道線形を予知できるので、余裕をもった制御が可能となる。

本発明によれば、軌道系車両において車体間の連接構造に車体に作用する力を制御可能なダンパを取り付けて、直線走行の安定性と曲線通過性能の向上を図った車体間の連接装置及び同連接装置を用いた制御方法を提案するもので、連接構造への簡単な構成の付加により、車両の直線軌道及び曲線軌道での最適な走行性能を発揮させることができる。

本発明装置の第１実施例を示す立面図である。 前記第１実施例の平面図である。 流体圧式アクティブダンパを模式的に示した縦断面図である。 比較例として通常のダンパを示す縦断面図である。 電気式アクティブダンパの縦断面図である。 前記第１実施例における作動手順を示すフローチャートである。 （ａ）は直線軌走行時、（ｂ）は曲線軌道走行時の相対変位を示す線図である。 （ａ）は、従来の軌道系車両の曲線レール通過時を示す平面図、（ｂ）は第１実施例の車両の曲線レール通過時を示す平面図である。 連接車両の他の例を示す立面図である。 本発明の第２実施例における作動手順を示すフローチャートである。 （ａ）は地点情報によって操舵される公知の自動操舵システムを示す立面図、（ｂ）はその側面図である。 図１１の操舵システムの操舵装置を示す平面図である。

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｆ 車体
２ 直線レール
３ 車輪
４ 連接器
５ 回転軸
６ アクティブダンパ又はセミアクティブダンパ
６ａ アクティブダンパ
７ 変位センサ
８ 制御装置
９ 曲線レール
１０ 通常ダンパ
１２ シリンダ
１３ ピストンロッド
１４ ピストン
１５，１６ 車体取り付け部
１７，１８ 圧室
１９，２０ 給排口
２１，２２ 給排管路
２３，２４ 電磁弁
２５ 圧流体供給源
３１ 外筒
３２ オリフィス
４１ 電動サーボモータ
４１ａ 出力軸
４２ ボールネジ機構
４２ａ ボールネジ
４２ｂ ボールナット
４３ 筒部材
４４ 部材
４５ 軸受
５１ アタック角発生点
６１ 台車
ａ 車両の走行方向
ｂ，ｃ アクティブダンパの負荷力
ｔ 軌道接線
ｗ 車輪進行方向
α アタック角

Claims (11)

1. 軌道上を走行し車体間が回転軸を中心として回転可能に連結されている連結車両において、
   車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置の車体間の相対変位を検知する変位センサと、
   車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に設けられ、車体に作用する力を制御可能なダンパと、
   前記変位センサが検知した相対変位を入力し、同相対変位又は同相対変位に基づいて算出した相対速度もしくは同相対変位の周波数に基づいて車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定し、車両が直線軌道を走行中のときは前記ダンパに振動を低減させるように作動させ、車両が曲線軌道を走行中のときは車体ヨーイング運動をアシストするように作動させる制御装置とを備えたことを特徴とする車体間連接装置。
2. 軌道上を走行し車体間が回転軸を中心として回転可能に連結されている連結車両において、
   車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に設けられ、車体に作用する力を制御可能なダンパと、
   前記軌道に沿って配置された地点情報又は地球上の周回軌道を回る人工衛星から発信される情報を受信して車両が直線レールを走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定し、車両が直線レールを走行中のときは前記ダンパに振動を低減させるように作動させ、車両が曲線軌道を走行中のときは車体ヨーイング運動をアシストするように作動させる制御装置とを備えたことを特徴とする車体間連接装置。
3. 前記ダンパが、前記変位センサからの入力情報に応じて車体に負荷する力を制御可能なアクティブダンパ又は前記変位センサからの入力情報に応じて減衰力を制御可能なセミアクティブダンパであることを特徴とする請求項１記載の車体間連接装置。
4. 前記ダンパが、前記地点情報若しくは前記人工衛星からの入力情報に応じて車体に負荷する力を制御可能なアクティブダンパ又は前記地点情報若しくは前記人工衛星からの入力情報に応じて減衰力を制御可能なセミアクティブダンパであることを特徴とする請求項２記載の車体間連接装置。
5. 前記変位センサ及び前記ダンパを車体の左右方向両端部に取り付けたことを特徴とする請求項１記載の車体間連接装置。
6. 前記ダンパ以外にフェールセイフ機構として予備のダンパを設けたことを特徴とする請求項１又は２記載の車体間連接装置。
7. 軌道上を走行し車体間が回転軸を中心として回転可能に連結されている連結車両において、
   車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置の車体間の相対変位を検知し、
   同相対変位又は同相対変位に基づいて算出した相対速度もしくは同相対変位の周波数に基づいて車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定し、
   車両が直線軌道を走行中のときは車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に設けられ、車体に作用する力を制御可能なダンパに振動を低減させるように作動させ、
   車両が曲線軌道を走行中のときは前記ダンパに車体ヨーイング運動をアシストするように作動させることを特徴とする連接車両の制御方法。
8. 軌道上を走行し車体間が車体の回転軸を中心として回転可能に連結されている連結車両において、
   前記軌道に沿って配置された地点情報又は地球上の周回軌道を回る人工衛星から発信される情報を受信して車両が直線軌道を走行しているか又は曲線軌道を走行しているかを判定し、
   車両が直線軌道を走行中のときは、車体間の上部左右両側で且つ車体間の前記回転軸から横方向に外れた位置に設けられ、車体に作用する力を制御可能なダンパに振動を低減させるように作動させ、
   車両が曲線軌道を走行中のときは前記ダンパに車体ヨーイング運動をアシストするように作動させることを特徴とする連接車両の制御方法。
9. 請求項１又は２の車体間連接装置を車体間に設けたことを特徴とする連接車両。
10. 前記車体間連接装置を少なくとも前後両端の車体間に設けたことを特徴とする請求項９記載の連接車両。
11. 前記車体間連接装置を少なくとも車体連接部に台車を設けた車体間に設けたことを特徴とする請求項９記載の連接車両。

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