JPH0674042B2 - 鉄道車両の車体制御方法 - Google Patents

鉄道車両の車体制御方法

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JPH0674042B2
JPH0674042B2 JP1308584A JP30858489A JPH0674042B2 JP H0674042 B2 JPH0674042 B2 JP H0674042B2 JP 1308584 A JP1308584 A JP 1308584A JP 30858489 A JP30858489 A JP 30858489A JP H0674042 B2 JPH0674042 B2 JP H0674042B2
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修二 浜本
智志 小泉
善一郎 小林
和利 宇田川
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、空気ばね付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 空気ばね付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、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、一
車両の前後台車の間で内軌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11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)と後台車(10)の空気ばね
高さ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継続する。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軌道時
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
走行時のカント負け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ポ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
どおり小径ポートを、外れが大きいときは大径ポートを
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軌側へ傾斜
するが、低速通過の際は乗心地が悪く、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
く内軌側へ傾いた車体のドアに押し付けられ、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、内軌
側に傾斜した車体床面と水平なホ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。
課題を解決するための手段 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5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P1、P2、P3、P4とし、またばね高さをh1
h2、h3、h4としたとき、第11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7図に示すようにP1とP4が低く、P23
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ΔPeより小さい、すなわち |(P1+P4)−(P2+P3)|<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
ばねの内圧変動を小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9図に示すように、前台車(9)、後台
車(10)とともに内軌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9図の状態で第8図に示すように外
軌側の空気ばね(2)(4)の内圧P2、P4が低く、内軌
側の空気ばね(1)(3)の内圧P1、P3が高いカント区
間では |(P1+P4)−(P2+P3)| の値はあまり変化せず、十分に左右空気ばね内圧の間に
差を発生させ、カント負け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
する傾き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Δhe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
て微小な空気の給排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6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制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
(3)(4)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6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、 |(P1+P4)−(P2+P3)|>ΔPe ……(1)式 のとき、制御器(8)から各弁へ制御信号を流し、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2〜4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、 (P1+P4)>(P2+P3) 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)
(4)を排気して内圧が目標値内に納まるように制御す
る。
引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かどうかを判断し、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号は第3図、第
4図に示すように演算して空気ばねの給排気制御信号が
出される。
上記傾斜角制御と高さ制御は1車両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4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。
ただしξ〜ξ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制御する。
次に、この発明の車体制御方法を長さ20mの鉄道車両に
実施し、カント105mmを有する曲率半径150mの曲線路で
試験を行った。なお、比較のため、個々に空気ばね高さ
を調整する従来法でも試験をした。その結果を第10図に
示す。第10図b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10図aのグラフ
に示す。この結果より、この発明の実施例によれば、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の緩和曲線路で30km/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、 Δhe=5.6mm、Δpe=0.4Kg/cm2、Δθ=0.15°、ξ
=ξ=1、ξ=ξ=1、ξ=ξ=1、α
α=0.1、α=10、α=α=1とした。
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止して
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
おける乗心地を向上できる。
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、第3図および第4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5図はこの発明の実施
において各空気ばねの内圧(P1〜P4)および高さ(h1
h4)を示した説明図、第6図はロータリエンコーダの説
明図、第7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8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9
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)に作用するモーメントを示す説明図、第
10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と車体傾斜角θ
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11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す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、c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 7……傾斜角センサー、18……圧力計 21〜24……排気弁
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 龍太郎 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 浜本 修二 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 小泉 智志 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 (72)発明者 小林 善一郎 東京都台東区東上野3丁目19番6号 帝都 高速度交通営団内 (72)発明者 宇田川 和利 東京都台東区東上野3丁目19番6号 帝都 高速度交通営団内 (72)発明者 佐藤 均 東京都台東区東上野3丁目19番6号 帝都 高速度交通営団内 (56)参考文献 特開 昭55−76754(JP,A) 特開 昭63−242769(JP,A) 特開 昭56−108346(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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。
JP1308584A 1989-11-27 1989-11-27 鉄道車両の車体制御方法 Expired - Lifetime JPH0674042B2 (ja)

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