JPH03167071A - 鉄道車両の車体制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、空気ばねイ」き台車を有する鉄道車両の曲
線路における車体の無傾斜化を図った鉄道車両の車体制
御方法に関する。

従来の技術 空気ばね（ｊＪき台車を有する鉄道車両は、個々の空気
ばね高さを連結棒を用いて機械的に検知し、その動きを
高さ調整弁のレバーに伝えて弁の開閉を行ない、高さの
修正、内圧の調整を行なっていた。

この高さ調整弁は、空気ばね高さを個別に調整するもの
であり、車両がカント逓減区間で停車した場合は、高さ
調整弁が自動的に働き、各空気ばね高さを一定に保とう
とするため、次のようなメカニズムにより内圧の低下が
生じ、輪重抜けが発生することがあった。

すなわち、鉄道車両がカント逓減区間で停車すると、−
車両の前後台車の間で内軟側と外軌側のレール高さが異
なり軌道ねじれが生じているため、前後台車は異なる傾
斜角で傾むく。そのため、各空気ばねに付属している高
さ調整弁の働きにより、第９図に示すように前台車（９
）と後台車（１０）には互いに逆向きのモーメントが働
き、そのモーメントがつり合う角度に車体（１５）は傾
斜して静止する。

この状態では、前台車〈９）と後台中：　＜ｒｏ＞の空
気ばね高かは必ずしも目標高さにはなっていないため、
自動高さ調整機構の高さ調整弁の給排気は維続する。そ
のため、車両の対角方向に位置する空気ばねの圧力に不
均一が生じる。

この圧力の不均一により、各車輪の負担する荷重に不均
一が生じる。その結果、輪重変動が大きく、荷重分担の
少ない車輪は、いわゆる輪重抜けを生じ車両の再起動時
に脱線する危険性がある。

また、寝台車の運行時、曲線路上での長時間停車や低速
走行時のカント負は防止および曲線高速通過時の外軌側
倒れ防止などを目的として、従来の空気ばねの高さ調整
弁を改良して車体の傾斜制御を行う試みがある。

これは高さ調整弁のボートを従来の小径のもの以外に、
大径のものを用意して、不感帯外れが小さいときは従来
どおり小径ボートを、外れが大きいときは大径ボートを
開き、カント負けなどを防止し、車体を不感帯内の姿勢
に復元しやすくした機構の空気ばね自動高さ調整弁（特
開昭４９−６２８６５号公報、同４９−６２８６６号公
報、同４９−９６１７７号公報）を使って行う方法であ
る。

発明が解決しようとする課題 上記のごとく、従来の空気ばね付き台車を有する鉄道車
両は、曲線上を低速で通過する場合あるいは停車してい
る場合には、カントの影響を受けて車体は内軟側へ傾斜
するが、低速通過の際は平心地が悪く、また停車の際に
乗客が満員の場合には、カント負けを生じ、乗客は大き
く内軟側へ傾いた車体のドアに押しく＝Ｊけられ、乗客
の体重がドアに負荷してドアが開閉できなくなることが
ある。

また、駅の乗降ホームが外軌側にある場合は、内軟側に
傾斜した車体床面と水平なボームとの間に違和感があり
、乗降の安全上好ましくない。

また、カント逓減区間では空気ばねの内圧変動に起因す
る輪重抜けが発生するので、車両の脱線を防止し、安全
を確保するため空気ばねの内圧変動を小さく押える必要
がある。

この発明は、上記の問題点を排除し、曲線上での停車時
に車体の無傾斜化を図り、スムーズな乗降ができる鉄道
車両の車体制御方法を提供するものである。

課題を解決するだめの手段 上記目的を達成するため、この発明の鉄道車両の車体制
御方法は、前後台車の各空気ばねに、連続的に計測する
高さ検出器、圧力計および給気弁と排気弁を設け、各高
さ検出器および圧力計の検出信号を、他に設置した傾斜
角センサーからの車体傾斜角信号および速度計からの速
度信号とともに制御器に入力し、空気ばね内圧の設定差
圧、左右空気ばねの設定平均高さおよび設定車体傾斜角
と比較演算して、制御器からの制御信号により各給気弁
および排気弁を開閉操作するように構成し、車両が低速
で走行中あるいは停車しているとき、 まず、前台車と後台車の対角線上にある空気ばねの内圧
の和の差の絶対値が設定値内に納まるように内圧制御を
行ない、 引続き、車体傾斜角が設定された許容傾斜角内に納まる
ようにする傾斜角制御と左右空気ばねの平均高さが設定
された許容平均高さ内に納まるようにする空気ばね高さ
制御を同時に行い、曲線路において車体の左右傾斜角を
水平に保持する、あるいは空気ばね高さの変化しうる範
囲で水平に近づけることを特徴とするのである。

作　　用 第４図に示すように、前台車（９）の空気ばね（１）（
２）と後台車（１０）の空気ばね（３）（４）のそれぞ
れの内圧をＰ＋　、Ｐ２　、Ｐｓ　、Ｐ４　とし、また
ばね高さをｈＩ、ｈ２、ｈ３、ｈ４　としたとき、第１
０図に示すようにカント逓減区間において、前台車（９
）と後台車（１０）に互いに逆向きのモーメントが働け
ば、その際の各空気ばねの内圧は、例えば第一０ ６図に示ずようにＰ＋　とＰ４が低く、Ｐ２とＰ３が高
い。

したがって、対角線上にある空気ばねの内圧の和の差の
絶対値が設定差圧ΔＰ、より小さい、すなわち （Ｐｌ＋Ｐ４）　　　（Ｐｚ＋Ｐ３）ｌ＜ΔＰｅを満足
するように空気ばねの内圧制御を行なえば、空気ばねの
内圧変動を／ＪＮさく押えることができる。

また、カント区間においては、左右空気ばねの内圧に差
がなければ、第８図に示すように、前台車（９）、後台
車（１０）とともに固執側に向けてモーメントが発生し
カント負けが起る。

しかし、例えば、第８図の状態で第７図に示ずように外
軌側の空気ばね（２０４）の内圧Ｐ！、Ｐ４が低く、固
執側の空気ばね（１）　（３）の内圧ｐ、　、ｐ、が高
いカント区間では （Ｐｌ＋Ｐ４）　　　（Ｐ！＋Ｐ３） の値はあまり変化ぜす、十分に左右空気ばね内圧の間に
差を発生させ、カント負は現象の発生を防止することが
できる。

傾斜角制御は、傾斜角センサーによる車体の水平線に対
丈る傾きθ。を検知し、許容値Δθ、内に押える制御を
行う。なお、制御信号は、定量的に許容値からのずれ量
に比例して計算し、高さ制御からの制御信号と乗除加算
の演算ができるようにする。

高さ制御は、あらゆる位置において、左右空気ばねの平
均高さを許容値△ｈ、内に納める制御を行い、上記傾斜
角制御と整合性が保てるようにする。

上記車体の傾斜角制御と空気ばね高さ制御を同時に行う
のは、両者の信号が給気と排気で相反する場合、相殺し
てｗ、ｔｈな空気の給ｊＪＰ気で調整可能とするためで
あり、また目標値に達するまでの時間を短縮できるから
である。

空気ばねの高さ制御は、連続的に計測できる高さ検出器
、例えば第５図に示すロータリエンコーダ（５）を車体
側に取付け、そのロータリエンコーダの回転角を計るレ
バー（１６）を台車側に取付けた装置により、高さを角
度に変換しデジタル信号として１ＩｒＪ御器に入力する
ことにより、ばね高さを連続的に検知し、左右空気ばね
の平均高さが設定値より高い時は、高さが高い方の空気
ばねを排気し、高さが左右同じのときは両方を排気する
。また、左右空気ばねの平均高さが設定値より低いとき
は、高さが低い方の空気ばねを給気し、高さが左右同じ
のときは両方を給気する。

なお、この発明を実施する時期として低速で走行中ある
いは停車しているときとしたのは、高速走行時において
は曲線部において車体を無傾斜化することは遠心力の関
係より必ずしも乗心地を良くしないためである。

また、既に設計された台車に本発明の制御系を取付ける
ことは可能である。そのとき、車体の修正された傾斜角
は、空気ばね高さの変化しうる範囲のハード的制約から
必ずしも水平にできない場合があるが、従来の傾斜角を
緩和して水平に近づけることができ、相当乗心地を向上
させることが期待できる。

上記のごとく、空気ばねの内圧制御を行ったのち、引続
き車体の傾斜角制御と左右空気ばねの平均高さ制御を行
うことにより、車体の無傾斜化を図ることができる。

実施例 この発明の実施例を図面に基いて説明する。

第１図に示すように、鉄道車両の前台車（９）と後台車
（１０）の左右側に設けた空気ばね（１）　（２）およ
び（３０４）のそれぞれに、高さ検出器としてロータリ
エンコーダ（５）を第５図に示す要領で設置する。

また、元空気溜（６）と各空気ばね（１）〜（４）の間
を接続した配管（７）の途中に、各空気ばねに対する給
気弁（１１）　（１２）　（１３）　（１４）を設ける
とともに、他に設けた排気管に排気弁（２１）　（２２
）　（２３）　（２４）を設け、さらに圧力計（１８）
を設ける。そして、各ロータリエンコーダ（５）、圧力
計（１８）の検出信号とともに、傾斜角センサー（１７
）の車体傾斜角検出信号を制御器（８）に入力するよう
に設け、また各給気弁および排気弁を開閉する制御器（
８）からの出力を伝えるための配線をする。

この発明による空気ばねの内圧制御は、先に記０ 載したとおり、前台車と後台車の対角線上にある空気ば
ねの内圧の和の差の絶対値が、 （ＰＩ＋Ｐ４）　−（Ｐ２＋Ｐ、）　ｌ　＞ΔＰ。

・・・・・・（１）式 のとき、制御器（８）がら答弁へ制御信号を１７ｆＣＬ
、給気弁、排気弁を開閉し、各空気ばねの内圧が設定さ
れた目標値に納まるように制御する。

上記制御のフローチャートを第２〜３図に示す。

上記（１）式がＮｏの場合、すなわち差圧が目標値内に
納まっているときは、内圧調整を行うことなく、次の傾
斜角制御と高さ制御に移行する。

差圧が目標値を外れたＹＥＳの場合は、（Ｐ＋＋Ｐ４）
＞　（Ｐ−＋Ｐｓ） を判断し、Ｎｏのときは空気ばね（１）　（４）を給気
し、空気ばね（２）　（３）を排気する。またＹＥＳの
ときは、逆に空気ばね（２）（３）を給気し、空気ばね
（１）（４１を排気して内圧が目標値内に納まるように
制御する。

り１続き行われる傾斜角制御は第２図に示すように、車
体の傾斜角が設定値より大きいがどうかを判断し、設定
値内に納まっているときは空気ばねの給排気を行うこと
なく次の段階へ移行する。また、設定値を外れていると
きは、図示のように空気ばねの給排気の制御信号を出す
。

また、左右空気ばねの平均高さの検出信ダ・は第３図に
示すように演算して空気ばねのＡ′ｒｊ排気制御信号が
出される。

上記傾斜角制御と高さ制御は１車画４個の空気ばねのそ
れぞれについて、給気弁、排気弁への制御信号を線形に
結合して、第３図に示すように最終的な結果のみを弁へ
の出力信号とする。

ｙ２ξビｙｈ十ξ２°ｙａ−ξ３°ｙｈ−ξ４°ｙＩ（
給気〕　　（給気）　　（排気）　　（排気ンなだし、
ξｌ〜ξ唱は係数である。

として、ｙの正負に応じて給気弁か排気弁をＯＮして、
傾斜角と高さを同時にＩｌｒυ御する。

次に、この発明の車体制御方法を長さ２０ｒｎの鉄道車
両に実施し、カント１０５＋ｎｎ＋を有する曲率半径１
５０ｍの曲線路で試験を行った。なお、比較のため、個
々に空気ばね高かを調整する従来法でも試験をした。そ
の結果を第９図に示す。第９図すに示すように、車体傾
斜角をθ。、レール傾斜角をθ、として、両者の関係を
第９図ａのグラフに示す。この′結果より、この発明の
実施によれば、いかなるカントの曲線路でも車体はほぼ
水平に制御されていることがわかる。

また、カント逓減率γが１／２７５の緩ＫＯ曲線路で３
０ｋｍ／ｈ以下の速度で走行、または停車しているとき
、空気ばねの内圧変動を調べた。その結果を第１表に示
す。なお、試験の際に用いたパラメータの値は、 △）１ｅ＝５．６ｍｍ、△ｐ　、＝　０．４Ｋｇ／ｃｍ
　、△θ、＝０．３５°、ξ１＝ξ３−１、ξ２＝ξ４
＝１、α１＝α２＝０．１、α３＝１０とした。

以下余白 ３ ４ この発明の車体制御方法によれば、空気ばねの内圧変動
は著しく低減でき、また制御の収束が速く安定した制御
ができることがわかる。

発明の効果 この発明は、鉄道車両が低速で走行中あるいは停車して
いるとき、前台車と後台車の対角線上にある空気ばねの
内圧の和の差の絶対値が設定値内に納まるように内圧制
御を行い、引続き車体傾斜角が許容傾斜角内に納まるよ
うにする傾斜角制御と左右空気ばねの平均高さが許容平
均高さ内に納まるようにする高さ制御を同時に行ない、
車体が水平を保つように制御されるから、曲線路徐行に
おける来心地を向上できる。

また、曲線路に停車したときは、乗客が満員の際にも、
車体の傾きによるカント負けを生じることがなく、安全
な乗降が確保できる。

さらに、空気ばねの内圧変動は小さい範囲に納まるよう
に制御されるから、カント逓減区間における輪重抜けが
防止され安全走行が確保される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の車体制御方法を実施するための装置
を設けた鉄道車両用空気ばね装置を示す説明図、第２図
および第３図は第３図はこの発明の実施により車体制御
をする際のフローチャート、第４図はこの発明の実施に
おいて各空気ばねの内圧（Ｐ、〜ｐｔ）および高さ　（
ｈ、〜ｈｔ）　　を示した説明図、第５図はロークリエ
ンコーダの説明図、第６図は車両がカント逓減区間にあ
る際の空気ばね内圧の高低を示す説明図、第７図は鉄道
車両がカント区間にある際の空気ばね内圧の高低を示す
説明図、第８図は車両がカント区間にある際の前台車（
ａ図）および後台車（ｂ図）に作用するモメントを示す
説明図、第９図はこの発明の実施による車体姿勢の制御
の結果を示すもので、ａ図はレール傾斜角θ、と車体＃
斜角θ。との関係を示すグラフ、ｂ図は車体傾斜角θ、
。とレール傾斜角θ、の説明図、第１０図は車両がカン
ト逓減区間にある際、車体の前部と後部に発生ずるモー
メントを示す説明図であり、ａ図はカント逓減区間と車
体との関係を、ｂ図は車体前部のモーメントを、０図は
車体後部のモーメントを、それぞれ示す。 １〜４・・空気ばね ５　ロータリーエンコーダ ６・元空気溜　　　　　７・・配管 ８・制御器　　　　　　９・・・前台車１０・後台車　
　　　　　１１〜１４・・・給気弁１７・・傾斜角セン
サー　　１８・圧力計２１〜２４・・排気弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １　空気ばね台車を有する鉄道車両において、前後台車
   の各空気ばねに、連続的に計測する高さ検出器、圧力計
   および給気弁と排気弁を設け、各高さ検出器および圧力
   計の検出信号を、他に設置した傾斜角センサーからの車
   体傾斜角信号および速度計からの速度信号とともに制御
   器に入力し、空気ばね内圧の設定差圧、左右空気ばねの
   設定平均高さおよび設定車体傾斜角と比較演算して、制
   御器からの制御信号により各給気弁および排気弁を開閉
   操作するように構成し、車両が低速で走行中あるいは停
   車しているとき、前台車と後台車の対角線上にある空気
   ばねの内圧の和の差の絶対値、左右空気ばねの平均高さ
   および車体傾斜角がそれぞれ設定値内に納まるように各
   弁の給排気を行ない、曲線路において車体の左右傾斜角
   を水平に保持する、あるいは空気ばね高さの変化しうる
   範囲内で水平に近づけることを特徴とする鉄道車両の車
   体制御方法。