JP4660267B2 - 鉄道車両の車体傾斜制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車体傾斜制御装置に係り、特に軌道走行を行う鉄道車両の車体傾斜制御装置に関するものである。

鉄道車両においては、例えば震災や事故などの発生により、走行時に脱線を生じると、さらに大きな事故や損害の発生原因にもなりかねない。
このため、震災の対策としては、地震の震動がＰ波（初期微動、縦波）とＳ波（主要動、横波）とからなり、Ｐ波の伝達速度の方が高速であることを利用して、Ｐ波を感知すると警報を伝え、Ｓ波の到達前に例えば走行中の鉄道車両を緊急停止させる等の措置が採用されている。
しかしながら、上記対策は、地震の震源が深く或いは遠い場合には有効だが、震源が浅く或いは近い場合には、Ｐ波とＳ波の到達時間に差が生じないため、緊急の措置が間に合わないという問題があった。
また、上記対策は、震災時の対策に限定され、その他の要因によるものには対処できないという問題もあった。

このため、鉄道車両そのものに対して安全対策を実施する装置を搭載することが検討されている。例えば、その一環として、鉄道車両が軌道から脱線した場合に、軌道の一方のレール側面に当接して、それ以上の車体幅方向への移動を防止するストッパ装置を車両底面側に搭載する技術が考えられている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−２５０５７６号公報

しかしながら、上記ストッパ装置は、脱線時に鉄道車両が軌道から大きく逸脱することは防止できるが、そのような場合であっても、二つの軌道が並んで設けられている路線では、隣の軌道側に車体の傾きが発生すると、隣の軌道で走行する鉄道車両に対して、車体上部が衝突或いは接触する可能性があり、緊急時の事故対策としては未だ不十分であった。

本発明は、事故の発生或いは事故被害の拡大を防止することをその目的とする。

請求項１記載の発明は、車輪と車軸とを備える台車と車体との間に左右一対で設けられた空気バネと、各空気バネに対して給排気を行う給排気手段と、軌道からの車輪の脱線状態を検出する脱線検出手段とを備え、脱線検出手段による脱線状態の検出が行われると、メモリ内の設定に従って、左右一対の空気バネに対して、一方が他方に対して高圧となるように給排気手段を制御する制御手段を備える、という構成を採っている。
なお、「左右一対の空気バネの一方が他方に対して高圧」となるように制御するとは、双方の空気バネに給気を行いつつも給気量に差を設ける場合と、請求項２記載の発明のように、一方を給気し、他方を排気する場合の双方を含むものとする。

上記構成では、台車の車輪が脱線し、これが脱線検出手段により検出されると、メモリ内の設定に従って、制御手段が、給排気手段に対して、一方の空気バネを他方の空気バネよりも高圧となるように制御する。これにより、高圧となる空気バネはもう一方よりも膨張して、当該膨張した空気バネがある方が高くなるように車体が左右方向について傾斜した状態となる。
これにより、脱線時に車体上端部を左右のいずれか一方に傾斜させることで、車体を傾斜した方向とは逆側で隣接する軌道上の車両と接触又は衝突を回避する。
なお、隣接軌道が左右いずれに位置するかが予め分かっている場合には、隣接軌道に近接する方の空気バネを高圧とする制御を行うことが望ましい。
また、隣接軌道が左右いずれに位置するかを示す情報が脱線時に取得可能である場合には、取得した情報に基づく隣接軌道に近接する方の空気バネを高圧とする制御を行うことが望ましい。

請求項２記載の発明は、車輪と車軸とを備える台車と車体との間に左右一対で設けられた空気バネと、前記各空気バネに対して給排気を行う給排気手段と、軌道からの前記車輪の脱線状態を検出する脱線検出手段とを備え、前記脱線検出手段により脱線状態の検出が行われると、二つ並んで設けられた軌道上で他方の軌道に近接する空気バネが他方に対して高圧となるように前記給排気手段を制御する制御手段を備える、という構成を採っている。
上記構成では、脱線時に隣接軌道と逆側に車体が傾斜するように、制御手段による給排気手段の制御が行われる。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明と同様の構成を備えると共に、制御手段は、左右一対の空気バネの一方に給気を行うと共に他方に排気を行うように給排気手段の制御を行う、という構成を採っている。
かかる構成では、一方の空気バネは積極的に膨張し、他方の空気バネは接触的に収縮される。つまり、車体の傾斜が迅速に行われる。

請求項４記載の発明は、請求項１から３記載の発明と同様の構成を備えると共に、給排気手段は、左右の空気バネについて圧力の均衡状態を維持する均衡維持手段を備え、制御手段は、脱線検出手段による脱線状態の検出が行われると、均衡維持手段の機能を停止させる制御を行う、という構成を採っている。

上記構成では、脱線を生じないときには、均衡維持手段により、左右の空気バネに所定の圧力差が生じないように維持され、例えば、給排気手段や空気バネの不良や故障により、一方の空気バネが過度に圧力低下を生じた場合でも、他方の空気バネとの均衡が維持され、通常走行時に車体の過度の傾斜の発生が回避される。
一方、脱線時には、均衡維持手段の機能が停止されるので、二つの空気バネの圧力差を良好に生じさせることができ、車体の傾斜を迅速且つ速やかに行うことができる。

請求項１記載の発明は、脱線時において、一方の空気バネを膨張させて車体を傾斜させるので、当該車体の傾斜方向とは逆側で隣接する軌道上の車両に対して、車体の接触や衝突を回避し、脱線による新たな事故の発生或いは事故被害の拡大を防止することが可能となる。

請求項２記載の発明は、脱線時において、一方の空気バネを膨張させて隣接軌道と逆側に車体を傾斜させるので、隣接する軌道上の車両に対して、車体の接触や衝突を回避し、脱線による新たな事故の発生或いは事故被害の拡大を防止することが可能となる。

請求項３記載の発明は、左右一対の空気バネの一方が給気され、他方が排気されるので、脱線時に速やかに車体傾斜状態に移行させ、より確実且つ効果的に、車体の接触や衝突を回避させることが可能となる。

請求項４記載の発明は、脱線時に車体の接触や衝突を回避する効果を維持しつつも、非脱線状態での走行時には、均衡維持手段により、不慮の原因により一方の空気バネが過度に圧力低下を生じた場合でも、他方の空気バネとの均衡が維持されて、車体の過度の傾斜の発生を抑制することが可能となる。

（発明の実施形態の概略）
本発明の実施形態たる車体傾斜制御装置１０について図１乃至図８に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態である車体傾斜制御装置１０の概略構成を示すブロック図であり、図２は本発明の車体傾斜制御装置１０が適用された鉄道車両１００の左側面図である。
上記車体傾斜制御装置１０は、鉄道車両１００が何らかの要因により脱線を生じた場合に、通常は制振や緩衝のために使用されている車体左右の空気バネ５０Ｌ，５０Ｒを使用して、当該脱線による被害を最小限に押さえることを目的として搭載されるものである。

（鉄道車両：全体構成）
まず、車体傾斜制御装置１０が適用される鉄道車両１００の主要部について説明を行う。鉄道車両１００は、主に、運転室や客室等が設けられる箱状の車体１１０と、当該車体１１０の下側の前後にそれぞれ設けられた台車１２０とから構成される。
なお、以下の説明において、鉄道車両１００の前進方向を前側、その逆方向の後側、前進方向を向いて左手を左側、前進方向を向いて右手を右側、鉄道車両１００を水平面上に配置した状態での上方を上側、同状態での下方を下側として以下の説明を行うものとする。

（車体）
車体１１０は、その下側に配置される台枠と、台枠上の左右両側に配置される左右の側構体と、台枠上の前後両端に配置される前後の妻構体と、屋根となる屋根構体とからなる六面体で構成された箱状の構造物となっている。そして、その内部には、用途に応じて運転室或いは客室がレイアウトされている。
そして、台枠の下面側の前部と後部のそれぞれに台車１２０が設置されている。

（台車）
図３（Ａ）は台車１２０の平面図を示し、図３（Ｂ）は左側面図を示している。
台車１２０は、一対の車輪１２１を両端部近傍で固定保持する車軸１２２と、一対の車軸１２２を前後の回転可能に支持する台車枠１２３と、車軸１２２の両端部と台車枠１２３との間に設けられて上下方向の緩衝作用をもたらす軸箱１２４と、台車枠１２３に保持されて車軸１２２の回転駆動を行う電動機１２５と、各々の車輪１２１の制動装置１２６と、台車枠１２３の上側中央部と車体１１０の台枠とを連結する牽引装置１２７とを備えている。そして、台車枠１２３の上側であって牽引装置１２７の左右両側には、車体１１０と台車１２０との間の緩衝を図る一対の空気バネ５０Ｌ，５０Ｒとが設けられている。

上記台車１２０は、いわゆるボルスターレス型であり、台車枠１２３は、牽引装置１２７により車体１１０の台枠に対する上下左右の変位が許容されつつも前後方向にはほとんど変位を生じないように連結されている。また、台車枠１２３の左右両側部にはそれぞれヨーダンパ１２８が設けられて、車体１１０に対する台車枠１２３のヨーイング（蛇行運動）が抑制されている。
また、各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒは、台車１２０の上部左右において、主として上下方向に弾性的な加圧力を発生させることで、台車１２３における車体１１０の前後方向に沿った軸を中心とする揺動の抑制或いは同方向の揺動による傾きを調整する機能を有している。

（車体傾斜制御装置：全体構成）
図１に示すように、車体傾斜制御装置１０は、台車１２０ごとに車体１１０との間に左右一対で設けられた空気バネ５０Ｌ，５０Ｒと、各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒに対して給排気による圧力調節を行う給排気手段６０と、軌道からの各車輪１２１の脱線状態を検出する脱線検出手段としての路面センサ１１Ｌ，１１Ｒと、給排気手段６０の制御手段としての制御回路４０とを備えている。

（車体傾斜制御装置：空気バネ）
次に、車体傾斜制御装置１０の空気バネ５０Ｌについて図４に基づいて説明する。図４は空気バネ５０Ｌの右半分を断面で図示した正面図である。なお、空気バネ５０Ｒは空気バネ５０Ｌと同一の構造であるため説明を省略する。
空気バネ５０Ｌは、対向して上下に配置されたいずれも円形の上面板５１及び下面板５２と、上面板５１と下面板５２の間に設けられると共に図示のように断面略Ｃ字状の膜状体であるダイアフラム５３と、当該ダイアフラム５３の下方で複数枚が積層配置された環状の緩衝ゴム５４と、積層された緩衝ゴム５４の下側に配置された円形の底板５５とを備えている。

そして、上面板５１の中央部には空気バネ５０Ｌの内部に対する給排気口５１ａが設けられ、給排気により空気バネ５０Ｌの内部圧力や上下方向の高さ調整が可能となっている。
上面板５１と下面板５２との間はダイアフラム５３により密閉された第一の空気室が形成されている。また、下面板５２と底板５５との間は積層された緩衝ゴム５４により密閉された第二の空気室が形成されている。さらに、底板５５からはノズルが下方に設けられ、台車枠１２３のフレーム内を利用した補助空気室に連通されている。そして、第一の空気室と第二の空気室との間と第二の空気室と補助空気室との間には絞り弁が設けられて空気バネ５０Ｌにダンパー効果を与えている。

また、ダイアフラム５３は、下面板５２よりも下部の周囲を取り囲む状態で配置されており、上面板５１に対する下面板５２の偏心を内部圧力により中心側に押し戻す作用が生じるようになっている。
つまり、台車１２３と車体１１０の間で、空気バネ５０Ｌは、上下方向のばね作用を持ちながら前後左右方向の剛性を柔らかくして台車１２０と車体１１０との間の変位を吸収すると共に、前後左右方向に生じた変位を元の位置に復帰させる役割を果たしている。
また、さらに、給排気口５１ａからの給排気により、空気バネ５０Ｌは上下方向にも伸縮し、その結果、車体１１０の高さ調節を行うことも可能としている。そして、左右の空気バネ５０Ｌ，５０Ｒをそれぞれ伸縮させることで車体１１０の左右における傾き（前後方向に沿った軸を中心とする車体の揺動角度）の調節を行うことが可能となっている。

（車体傾斜制御装置：給排気手段）
図５は給排気手段６０の空気配管図であり、図５における点線は電磁弁装置箱とその外部との境界を示す。
図１及び図５に示すように、給排気手段６０は、コンプレッサ６１と空気溜６２とからなる空圧供給源６３と、空圧供給源６３から空気バネ５０Ｌに空圧を供給する第一の供給路６４Ｌの途中に設けられた高さ調整装置６５Ｌと、空気バネ５０Ｌと高さ調整装置６５Ｌと間の接続と遮断とを切替可能なＬＶ遮断弁６６Ｌと、空圧供給源６３から空気バネ５０Ｌに空圧を供給する第二の供給路６７Ｌの途中に設けられた傾斜制御弁６８Ｌと、空気バネ５０Ｌと傾斜制御弁６８Ｌとの間の接続と遮断を切替可能な入力遮断弁６９Ｌと、空圧供給源６３から傾斜制御弁６８Ｌへの接続と遮断を切替可能な出力遮断弁７０Ｌとを備えている。

上記高さ調整装置６５Ｌは、空気バネ５０Ｌの近傍に設けられ、同位置における台車１２０に対する車体１１０の高さに応じて揺動するレベル検出アームと、当該アームの揺動に応じて空気バネ５０Ｌを図示しない排気ポートと空圧供給源６３とに切替動作を行う図示しない切替弁とを備えている。
そして、台車１２０に対する車体１１０の高さが基準高さよりも高いときには、レベル検出アームが所定方向に揺動することで切替弁が空気バネ５０Ｌを排気ポートに接続して排気を行い、また、車体１１０の高さが基準高さよりも低いときには、レベル検出アームが逆方向に揺動することで切替弁が空気バネ５０Ｌを空圧供給源６３に接続する。
これにより、車体１１０の左側が上昇する傾きを生じた場合には空気バネ５０Ｌが収縮し、車体１１０の左側が下降する傾きを生じた場合には空気バネ５０Ｌが膨張して、いずれの場合も傾きを解消するようにも補正する。

傾斜制御弁６８Ｌは、後述する制御回路４０により、空気バネ５０Ｌを空圧供給源６３と排気ポート７１Ｌとに切替接続することが可能である。即ち、傾斜制御弁６８Ｌが、制御回路４０の制御信号により、空気バネ５０Ｌを空圧供給源６３に接続したときには、空気バネ５０Ｌを膨張させて車体の左側を押し上げることができ、空気バネ５０Ｌを排気ポート７１Ｌに接続したときには、空気バネ５０Ｌを収縮させて車体の左側を下降させることができ、車体１１０を左側と右側とに選択的に傾斜させることができる。

ＬＶ遮断弁６６Ｌと入力遮断弁６９Ｌ及び出力遮断弁７０Ｌとは、高さ調整装置６５Ｌと傾斜制御弁６８Ｌのいずれを使用するかを切り替えるために設けられている。即ち、高さ調整装置６５Ｌの使用時にはＬＶ遮断弁６６Ｌを接続して入力遮断弁６９Ｌ及び出力遮断弁７０Ｌを遮断し、傾斜制御弁６８Ｌの使用時にはＬＶ遮断弁６６Ｌを遮断して入力遮断弁６９Ｌ及び出力遮断弁７０Ｌを接続状態とする。
高さ調整装置６５Ｌと傾斜制御弁６８Ｌのいずれを使用するかは、後述する制御回路４０の制御により決定される。

また、給排気手段６０は、空気バネ５０Ｒに対しても、上述した符号６４Ｌ〜７１Ｌに対応する構成を備えており、これらについては、英文字ＬをＲに替えて同じ番号で示すものとする。

さらに、給排気手段６０は、左右の空気バネ５０Ｌ，５０Ｒについて所定範囲で圧力の均衡状態を維持する均衡維持手段７５を備えている。かかる均衡維持手段７５は、各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒの各給排気口の近傍において接続する配管７６の途中に設けられた差圧弁７７と、配管７６の途中で並列に設けられた二つの遮断弁７８，７９とを備えている。
上記差圧弁７７は、二つの空気バネ５０Ｌと５０Ｒの圧力が均衡しているときには遮断され、空気バネ５０Ｌと５０Ｒとの間で所定の圧力差を生じた場合に、高圧となる一方から低圧となる他方に給気可能となるように接続する機能を備えている。
かかる差圧弁７７は、一般に、左右の傾斜の解消のために行われる各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒへの給排気で生じる圧力差では遮断状態を維持し、例えば、一方の空気バネへの給気不通や空気バネの給気漏れになどの異常によって生じるより大きな圧力差で給気の移動を生じるように設定されている。
二つの遮断弁７８，７９は、差圧弁７７による差圧発生の監視の機能を必要とする場合と不要とする場合とで切り替えるために設けられている。即ち、差圧弁７７の機能の必要時には各遮断弁７８，７９を接続し、差圧弁７７の機能の不要時には各遮断弁７８，７９を遮断するように制御回路４０により制御される。

（路面センサ）
路面センサ１１Ｌ，１１Ｒは、図１に示すように、台車１２０の下側であって左右両側部にそれぞれ設けられている。かかる路面センサ１１Ｌ，１１Ｒは下方に光照射を行う光源とその反射光を受光する受光素子とからなり、発光と受光の時間差から道床までの距離を検出することを可能とするものである。
つまり、各路面センサ１１Ｌ，１１Ｒからの出力により、制御回路４０は、台車１２０の下面から道床までの距離を算出し、その距離が通常走行時における距離よりも過剰に接近しているか否かによって脱線による台車１２０の傾斜やレールからの脱落の有無の判断を行うようになっている。

（制御回路）
図６は車体傾斜制御装置１０の制御系を示すブロック図である。図５及び図６に基づいて制御回路４０について説明する。
制御回路４０は、所定の制御プログラムや基本データを記憶するメモリと演算処理を実行する演算装置と各路面センサ１１Ｌ，１１Ｒを接続するＡ／Ｄ変換器と、各制御弁６８Ｌ，６８Ｒ、各遮断弁６６Ｌ，６６Ｒ，６９Ｌ，６９Ｒ，７０Ｌ，７０Ｒ，７８，７９を駆動させる駆動回路とを備えている。

そして、制御回路４０は、各路面センサ１１Ｌ，１１Ｒの検出出力から台車１２０の左右端部のいずれか一方或いは双方の高さが予め記憶された規定値を下回るか否かを判定し、下回る場合には脱線を生じていると判断を行う。

さらに、制御回路４０は、脱線状態を検出しないときには、ＬＶ遮断弁６６Ｌ，６６Ｒと差圧遮断弁７８，７９とを接続状態に切り替え、入力遮断弁６９Ｌ，６９Ｒ及び出力遮断弁７０Ｌ，７０Ｒを遮断状態に切り替える制御を実行する。これにより、各高さ調整装置６５Ｌ，６５Ｒが各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒに接続された状態となり、各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒは各高さ調整装置６５Ｌ，６５Ｒにより内部圧力が調節されることとなる。また、差圧弁７７が機能する状態となる。
そして、その一方では、各傾斜制御弁６８Ｌ，６８Ｒは外部に遮断された状態となり、これらはいずれも外部に作用しない状態となる。

一方、制御回路４０は、脱線状態を検出すると、ＬＶ遮断弁６６Ｌ，６６Ｒと差圧遮断弁７８，７９とを遮断状態に切り替え、入力遮断弁６９Ｌ，６９Ｒ及び出力遮断弁７０Ｌ，７０Ｒを接続状態に切り替える制御を実行する。
これにより、各高さ調整装置６５Ｌ，６５Ｒ及び差圧弁７７は機能しない状態となり、その一方で、各傾斜制御弁６８Ｌ，６８Ｒが機能する状態となる。
さらに上述の状態において、制御回路４０は、予めメモリに記憶設定された一方の傾斜制御弁６８Ｒ（仮に右側とする）を、空気バネ５０Ｒと排気ポート７１Ｒとを接続する状態とし、他方の傾斜制御弁６８Ｌ（仮に左側とする）を、空気バネ５０Ｌと空圧供給源６３とを接続する状態とする切り替え制御を実行する。
これにより、一方の空気バネ５０Ｒは収縮すると共に他方の空気バネ５０Ｌは膨張し、鉄道車両１００の車体１１０が左上がりに傾斜した状態となる。なお、前述したように傾斜を補正する各高さ調整装置６５Ｌ，６５Ｒは機能せず、また、各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒの差圧発生状態に対しても差圧弁７７は機能しない。

このように、脱線時において、鉄道車両１００の車体１１０を左右いずれか一方に傾けることの意義について、図７及び図８を参考にして説明する。
図７は二組の軌道が並行して設けられた路線において、双方の軌道上をそれぞれ鉄道車両１００が走行している状態を示している。また、図８は、双方の軌道上の鉄道車両１００が脱線を生じた状態を示している。図示左側の鉄道車両１００は紙面垂直に手前に向かって前進しており、図示右側の鉄道車両１００は逆方向に前進している。そして、図中に二点鎖線で示す範囲は鉄道車両の大きさの限界を示す車両限界Ｓを示し、点線で示す範囲は建築物や設備の近接配置の限界を示す建築限界Ｋを示している。
図８に示すように、鉄道車両１００が脱線を生じると、建築限界Ｋを侵して隣接する車両に接近する場合を生じ得る。このとき、鉄道車両１００の車体１１０が台車１２０上で隣接する鉄道車両側に傾くと、ついには正面衝突も生じ得る。

従って、このように、隣接する軌道が存在し、その隣接軌道が左右いずれ側に位置しているかが予め分かっている場合には、車体１１０が隣接軌道と逆方向に傾斜するように、車体傾斜制御装置１０の制御回路４０のメモリ内には、脱線状態の検出時において、隣接軌道に近い方の傾斜制御弁（例えば、図７における右側）６８Ｌを空気バネ５０Ｌと空圧供給源６３とを接続する状態に切り替えると共に、隣接軌道に遠い方の傾斜制御弁（例えば、図７における左側）６８Ｒを空気バネ５０Ｒと排気ポート７１Ｒとを接続する状態に切り替えるように、設定される。
従って、制御回路４０の制御により、鉄道車両が、隣接軌道側に脱線を生じた場合であっても、車体１１０は逆側に傾斜させることができるので、接触や衝突の被害を回避することができる。

（鉄道車両と車体傾斜制御装置の動作説明）
前述した図１，４，７，８に基づいて鉄道車両１００と車体傾斜制御装置１０の動作説明を行う。
まず、制御回路４０は、各路面センサ１１Ｌ，１１Ｒによる検出距離がいずれも適正な値を示している場合（図７の状態）には、ＬＶ遮断弁６６Ｌ，６６Ｒと差圧遮断弁７８，７９とを接続状態に切り替え、入力遮断弁６９Ｌ，６９Ｒ及び出力遮断弁７０Ｌ，７０Ｒを遮断状態に切り替える。

これにより、各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒに対する給排気が各高さ調整装置６５Ｌ，６５Ｒに制御される状態となる。例えば、台車１２０に対して車体１１０が左右いずれかに傾斜して左右いずれかの台車−車体間距離が縮むと、対応する空気バネ５０Ｌ，５０Ｒに対して給気が行われて膨張し、台車−車体間距離が拡張するように調整が行われる。また、左右いずれかの台車−車体間距離が拡張すると、対応する空気バネ５０Ｌ，５０Ｒから排気が行われて収縮し、台車−車体間距離が縮むように調整が行われる。これにより、台車枠１２０に対して車体１１０の左右方向の傾斜が常に一定範囲内に調整される。

また、各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒの間が差圧弁７７を介して接続した状態となるので、装置の破損や動作不良などの何らかの要因により各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒに所定値以上の差圧が発生すると、高圧となる一方の空気バネから他方の空気バネ側に空気が流入し、左右の空気バネ５０Ｌ，５０Ｒの過剰の圧力差による車体１１０の傾斜の発生が抑制される。

一方、いずれか一方或いは双方の路面センサ１１Ｌ，１１Ｒの検出距離が過剰に近接状態を示す場合（図８の状態）には、制御回路４０は、ＬＶ遮断弁６６Ｌ，６６Ｒと差圧遮断弁７８，７９とを遮断状態に切り替え、入力遮断弁６９Ｌ，６９Ｒ及び出力遮断弁７０Ｌ，７０Ｒを接続状態に切り替える。
さらに、制御回路４０は、メモリ内の設定に従って、空気バネ５０Ｌが空圧供給源６３に接続されるように傾斜制御弁６８Ｌを切り替えると共に、空気バネ５０Ｒが排気ポート７１Ｒに接続されるように傾斜制御弁６８Ｒを切り替える制御を行う。

これにより、空気バネ５０Ｌには給気が行われて膨張し、空気バネ５０Ｒからは排気が行われて収縮する。その結果、台車１２０に対して車体１１０の上部が隣接軌道とは逆側に傾斜した状態となる。また、このとき、各高さ調整装置６５Ｌ，６５Ｒと差圧弁７７は各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒに作用しないので、通常走行状態では、生じない角度まで速やかに車体１１０を傾斜させることが可能となる。

（車体傾斜制御装置の効果）
上記車体傾斜制御装置１０は、脱線時において、隣接軌道側の一方の空気バネ５０Ｌを膨張させて車体１１０を傾斜させるので、隣接する軌道上の鉄道車両に対して、車体１１０の接触や衝突を回避し、脱線による新たな事故の発生或いは事故被害の拡大を防止することが可能となる。
また、上記給排気制御の際には、一方の空気バネ５０Ｌを膨張させ、他方の空気バネ５０Ｒを収縮させるので、脱線時に速やかに車体傾斜状態に移行させ、より確実且つ効果的に、車体１１０の接触や衝突を回避させることが可能となる。
さらに、給排気手段６０は差圧弁７７を備え、脱線時には、差圧遮断弁７８，７９により、差圧弁７７を各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒから遮断するので、脱線時に車体１１０の接触や衝突を回避する効果を維持しつつも、非脱線状態での走行時には、一方の空気バネの不良による過度の圧力低下を生じた場合でも、他方の空気バネとの均衡が維持されて、車体の過度の傾斜の発生を抑制することが可能となる。

（その他）
上記車体傾斜制御装置１０では、脱線検出手段として、台車１２０の左右に設けた測距を行う路面センサ１１Ｌ，１１Ｒを採用したが、脱線の発生による台車１２０のいずれかの部位の道床への接近や過剰な振動、衝撃を検出可能なあらゆる手段を使用しても良い。例えば、脱線の発生による台車１２０の道床への接近によって押圧されて通電されるリミットスイッチやこれに類するものでも良いし、振動や衝撃を検出する加速度センサ等を使用しても良い。
また、或いは、脱線検出手段として、いずれかの車輪がレールから離れたことを検出可能な手段を使用しても良い。

また、上記実施形態では、隣接軌道が左右いずれに位置するかが予め分かっており、それに対応する給排気制御を行うように予めメモリに設定する場合を例示したが、かかる例に限定するものではない。
例えば、隣接軌道が左右いずれに位置するかを示す情報の受信又は検出手段を備え、受信又は検出情報から脱線時に車体を左右いずれに傾けるかを決定する制御を行っても良い。
さらに、走行する路線について隣接軌道が左側となる区間と右側となる区間を示す情報を備え、現在位置を走行距離やＧＰＳ等の現在位置情報から判断すると共に、そこから隣接軌道が左右いずれにあるかを判断しても良い。
つまり、車体傾斜制御装置１０は、隣接軌道が左右いずれにあるかを判断可能とする何らかの手段を備え、制御回路４０は、その判断に従って、各空気バネ５０Ｌ，５０Ｒの給排気制御を実行する構成であれば、判断手段について限定するものではない。

また、車体傾斜制御装置１０は、当然のことながら、地震対策に限定的に使用されるものではないが、前述した地震予知システム或いはその他の地震予知システムと組み合わせて使用しても良い。
つまり、地震の発生の報知を受けると鉄道車両１００の走行を停止させる緊急停止システムを搭載し、地震の発生時には上記システムにより緊急停止を図り、万が一その緊急停止が間に合わず、脱線を生じた場合には、車体傾斜制御装置１０により、速やかに車体１１０を傾斜状態に移行させ、より確実且つ効果的に、車体１１０の接触や衝突を回避させる。従って、かかる構成により、地震による脱線の被害の拡大を防止することが可能となる。

さらにまた、車体傾斜制御装置１０を搭載した鉄道車両１００には、先行技術として開示した脱線防止用のストッパ或いはこれと同等にレールとの係合により車体幅方向の車両の逸脱を防止するストッパを台車１２０に設けても良い。これにより、台車１２０そのものがレールから逸脱を防止しつつ、車体１１０の傾斜により隣接する軌道側への侵入を防止し、脱線による新たな事故の発生或いは事故被害の拡大をより効果的に防止することが可能となる。

また、軌道の走行用の本線レール近傍に、安全レール、脱線防止レール又は脱線防止ガードが併設されているような区間においては、鉄道車両１００に搭載された車体傾斜制御装置１０はより効果的にその機能を発揮する。
上記安全レールとは、脱線した鉄道車両１００が軌道から大きく飛び出して大事故になるのを防止するために，脱線した車輪を誘導するように本線レールの内側または外側に沿って設けられたレールをいう。橋梁上や高所などに設けられる。脱線防止レールは脱線そのものを防止するために設けられているが、これとは機能的に異なり、安全レールは本線レールとの間隔も大きく設置される。
また、上記脱線防止ガードとは、断面がＬ字形をした鋼鉄製のガードであり、機能的には脱線防止レールと同じように、脱線防止に用いられているが、軽くて作業がしやすいのでこちらの方が一般的である。
上述のような安全レール、脱線防止レール又は脱線防止ガードが設けられた軌道を走行する鉄道車両１００に車体傾斜制御装置１０を搭載することにより、鉄道車両１００を安全に誘導する安全レール、脱線防止レール又は脱線防止ガードの作用と車体傾斜制御装置１０による隣接軌道側への車体１１０の傾斜を防止する作用とが相まって、より効果的に脱線による車両衝突などの被害拡大を低減させることが可能となる。

本発明の実施形態である車体傾斜制御装置の概略構成を示すブロック図である。 車体傾斜制御装置が適用された鉄道車両の左側面図である。 図３（Ａ）は図２に開示した台車の平面図を示し、図３（Ｂ）は左側面図を示す。 図１に開示した空気バネの右半分を断面で図示した正面図である。 車体傾斜制御装置の空気配管図である。 車体傾斜制御装置の制御系を示すブロック図である。 二組の軌道が並行して設けられた路線において、双方の軌道上をそれぞれ鉄道車両が走行している状態を示す動作説明図である。 二組の軌道が並行して設けられた路線において、双方の軌道上の鉄道車両が脱線を生じた状態を示す動作説明図である。

符号の説明

１０ 車体傾斜制御装置
１１Ｌ，１１Ｒ 路面センサ（脱線検出手段）
４０ 制御回路（制御手段）
５０Ｌ，５０Ｒ 空気バネ
６０ 給排気手段
７５ 均衡維持手段
７７ 差圧弁
１００ 鉄道車両
１１０ 車体
１２１ 車輪
１２２ 車軸
１２０ 台車

Claims (4)

1. 車輪と車軸とを備える台車と車体との間に左右一対で設けられた空気バネと、
   前記各空気バネに対して給排気を行う給排気手段と、
   軌道からの前記車輪の脱線状態を検出する脱線検出手段とを備え、
   前記脱線検出手段により脱線状態の検出が行われると、メモリ内の設定に従って、前記左右一対の空気バネに対して、一方が他方に対して高圧となるように前記給排気手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする鉄道車両の車体傾斜制御装置。
2. 車輪と車軸とを備える台車と車体との間に左右一対で設けられた空気バネと、
   前記各空気バネに対して給排気を行う給排気手段と、
   軌道からの前記車輪の脱線状態を検出する脱線検出手段とを備え、
   前記脱線検出手段により脱線状態の検出が行われると、二つ並んで設けられた軌道上で他方の軌道に近接する空気バネが他方に対して高圧となるように前記給排気手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする鉄道車両の車体傾斜制御装置。
3. 前記制御手段は、前記左右一対の空気バネの一方に給気を行うと共に他方に排気を行うように前記給排気手段の制御を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の鉄道車両の車体傾斜制御装置。
4. 前記給排気手段は、前記左右の空気バネについて圧力の均衡状態を維持する均衡維持手段を備え、
   前記制御手段は、前記脱線検出手段による脱線状態の検出が行われると、前記均衡維持手段の機能を停止させる制御を行うことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の鉄道車両の車体傾斜制御装置。

Images