JPH0765038A - 軌道形状データ収集装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 鉄道車両の車体傾斜制御のしかたとして、走
行線区の軌道形状データに基づいて制御する方式が、乗
心地の改善に有効である。しかし、従来の軌道形状デー
タ収集装置は非常に煩雑で収集したデータの信頼性が低
かった。本発明は簡便で、かつ、軌道の実態に合った信
頼性の高い軌道形状データ収集装置を提供する。 【構成】 本発明の軌道形状データ収集装置は台車に装
架したジャイロスコープなどで測定した曲線の位置や形
状信号を波形修正などの処理をした後、そのまま制御に
用いることにより軌道データの収集の労力や時間を大幅
に省くことができる。また、軌道の実態に基づいた制御
を行うことができるので乗心地を更に向上することが可
能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道車両の車体傾斜制
御や車体振動制御などの車体姿勢制御を行うための制御
用軌道形状データを収集、記録し、編集する装置に係わ
り、従来は、こうした制御用軌道データを収集するのに
多くの人手と時間を要し、かつ、曲線や軌道の形状を直
接測定する方法ではなかったため、データの正確さを欠
き、軌道条件が変わった際のデータの変更も煩雑であっ
た。本発明は、曲線のカントや曲率および軌道の水準狂
い量や通り狂い量などの軌道の形状を台車に取り付けた
ジャイロスコープや傾斜計で直接測定し、測定した軌道
データ信号を波形整形した後、制御用データ信号として
直接用いることにより、正確、簡便に車体傾斜制御や車
体振動制御用の軌道データを収集、記録、編集すること
ができる軌道形状データ収集装置を提供する。

【０００２】

【従来の技術】曲線を高速走行する場合、曲線半径や走
行速度に応じた遠心加速度が発生し、乗客は曲線の外側
に投げ出されるような力を受け、乗心地が悪くなる。そ
こで、国内では、車体をコロ装置で支え、曲線走行時の
遠心力で車体を自然に曲線の内側に傾斜させるコロ式自
然振子方式を開発し、長い間、採用して来た。しかし、
緩和曲線（直線と円曲線を結ぶ曲線で、曲率やカントが
漸増、漸減する部分）の入口や出口でコロ装置の傾斜時
の抵抗のために車体傾斜の開始が遅れて低周波の左右加
速度が発生して“酔い”の原因になったり、緩和曲線が
短いために車体傾斜角速度が大きくなり、“足をすくわ
れるような感じ”がして乗心地が悪くなる場合があっ
た。今後の振子車の曲線走行速度の向上を考えると、車
体の傾斜状態を制御して、緩和曲線における車体傾斜を
滑らかに、傾斜角速度を小さく抑えることが振子車の乗
心地を向上する上で重要である。

【０００３】こうした思想に基づいて、緩和曲線の長さ
が短い国内線区用として開発し、最近、実用化されるよ
うになった車体傾斜システムとして制御付振子方式があ
る。この制御付傾斜システムでは、走行線区の曲線の開
始位置や曲線長、半径、カントなどの軌道情報を予め車
上のコンピュータに記憶させておき、その軌道形状情報
を基に車体の傾斜制御を行うようにしており、曲線高速
走行時の乗心地を大幅に改善した。本システムのように
軌道情報を基に車体姿勢制御を行う方式が、今後、広く
行われると考えられるが、課題は、軌道データの収集方
法である。従来の軌道データ収集方法を制御付傾斜シス
テムの場合を例にして、説明する。

【０００４】鉄道の路線には、距離の尺度として、大き
なターミナル駅を起点としたキロ程が付けられている
が、実際の距離と相違していたり、長い年月の間に線路
の付け替え工事等によりキロ程が不連続となったりする
場合がある。そこで、制御付傾斜システムの曲線の始点
や終点などの位置情報は、図５に示すように、軌道に沿
って設置した自動列車停止装置（ＡＴＳ）の地上子の位
置を基準に、車軸端に取り付けたパルス式速度発電機の
パルス信号と車輪の直径から算出した１ｍの距離パルス
信号（図５の）を物差しとして定義している。すなわ
ち、走行線区の基準とするＡＴＳ地上子と傾斜制御対象
曲線に通し番号（No. ｎ、ｎ＋１、〜）および（No.
ｍ、ｍ＋１、ｍ＋２、〜）を付ける。傾斜制御対象の各
曲線の緩和曲線と円曲線の始点、終点に測定用標識（光
反射板）を貼付して、この標識板を検知する光センサ
ー、ＡＴＳの車上受信装置、パルス式速度発電機を装備
した測定車を曲線位置データ収集のために当該線区を走
行させ、図５の、、の１ｍの距離パルス信号、Ａ
ＴＳ地上子の検知信号、曲線位置検知信号を同一チャー
トに書かせ、このチャートから制御の基準とするＡＴＳ
地上子間の距離、各曲線の最寄りのＡＴＳ地上子からの
距離（ｌ₁ 〜ｌ₆ ）を読み取って、求める（図５の
）。入口、出口の緩和曲線長（t₁〜t₆）、円曲線長
（s₁〜s₃）、曲線半径（R₁〜R₃）、カント（c₁〜c₃）な
どの曲線形状情報（図５の、）は、実測値ではな
く、走行線区の軌道管理台帳のデータを参考にして作成
する。こうして求めたＡＴＳ地上子の位置（ＡＴＳ地上
子間の距離）データ、曲線位置（最寄りのＡＴＳ地上子
からの距離）データ、曲線形状（緩和曲線長、円曲線
長、曲線半径、曲線の向き、カント）データを車載の制
御装置へ入力し易い形にまとめた図６のような一覧表を
作成し、該曲線データを人手により入力している。

【０００５】制御付傾斜システムを装備した車両は、走
行中に、或る基準のＡＴＳ地上子（例えば、図５のNo.n
の地上子）を検知すると、その地点からの走行距離を車
軸端に取り付けたパルス式速度発電機のパルス信号と車
輪の直径から算出した１ｍの距離パルス信号を物差しと
して計算し、自車の走行位置を演算する。この自車の走
行位置データと車載の制御装置に入力した曲線位置デー
タ、曲線形状データを常時、参照しながら、次に通過す
る制御対象曲線（例えば、図５のNo.mの曲線）の開始位
置、曲線形状の条件と自車の走行速度により図５のに
示す傾斜制御関数（傾斜制御パターン）を設定し、制御
対象曲線手前の所定の位置から傾斜制御パターンに沿っ
てフィードバック制御を行う。この傾斜制御パターン
は、曲線条件や走行速度により、制御上の緩和曲線とし
て、実際の緩和曲線の始点の手前から実際の緩和曲線長
より長くなるように、かつ、空気制御の空気の圧縮性を
考えて制御上の緩和曲線の始点でステップ状の指令を与
えるようにしており、車体傾斜動作が、遅れ無く、所定
の車体傾斜角速度以下で、滑らかに行えるようにしてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】制御付傾斜システム
は、ＡＴＳ地上子位置データ、曲線位置データ、曲線形
状データを基に、車両が緩和曲線に入る手前から走行速
度に応じた車体傾斜制御を行うことにより、曲線走行時
の乗心地を従来に比較して大幅に改善することができ
た。しかし、ＡＴＳ地上子位置データや曲線位置データ
を収集するには、走行線区全線の制御対象曲線に位置を
測定するための標識板を１曲線当たり２〜４枚貼付し
て、この標識板を検知する光センサー、ＡＴＳの車上受
信装置、パルス式速度発電機を装備した測定車を走行さ
せ、これらを同時に測定し、その測定チャートから基準
とするＡＴＳ地上子を決定し、その位置と基準のＡＴＳ
地上子間の距離、基準のＡＴＳ地上子から制御対象曲線
までの距離を読み取る作業が必要である。また、曲線半
径やカントなど曲線形状データは、軌道管理台帳から求
め、連続したＳ字曲線のような場合は、乗心地が悪くな
らないように曲線の始点、終点などのデータ修正を行わ
なければならない。更に、ＡＴＳ地上子位置データ、曲
線位置データ、曲線形状データを図６のような一覧表に
まとめた後、車載の制御装置に入力する必要がある。

【０００７】このように、制御付傾斜システムの軌道デ
ータの収集、作成、車載の制御装置への入力作業および
軌道条件が変わった場合の軌道データの変更作業は、非
常に煩雑で、専門的知識を要し、多くの時間と労力が必
要で、コスト的にも大きな負担であった。また、こうし
て得られた曲線位置データは、緩和曲線、円曲線の始
点、終点に設置した標識を基準にしており、曲線形状デ
ータは、軌道管理台帳の値から作成しているので、実際
の曲線位置や曲線形状を正確に表しているとは必ずしも
言えず、乗心地面からも改善が必要であった。本発明が
解決しようとしている課題は、この軌道データの収集、
作成、車載の制御装置への入力作業および変更作業を簡
略化することと、曲線位置や曲線形状を直接測定して、
正確な曲線位置データや曲線形状データを作成する軌道
形状データ収集装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】制御付傾斜システムなど
に用いる軌道データは、その収集、作成、車載の制御装
置への入力、入力したデータの変更等の作業が簡便で、
実際の軌道の位置情報や形状情報を正確に表すものでな
ければならない。そこで、軌道データの収集、作成方法
として、従来の制御付傾斜システムの場合のように、曲
線の位置や形状データを計測する各種センサーを備えた
測定車を走らせて、緩和曲線や円曲線の始点、終点を示
す標識に合わせて枕木に貼付した測定用標識を検知した
記録データから曲線の始点、終点位置を読み取ってデー
タを作成したり、軌道管理台帳から曲線形状データを作
成する方法ではなく、実際の曲線の位置や形状を測定し
た信号を波形修正処理した後、直接、制御用信号として
用いる方法を採用した。すなわち、距離の基準として
は、従来と同じＡＴＳ地上子の検知信号とパルス式速度
発電機の１ｍパルス信号を用い、曲線部のカントや曲
率、軌道の水準狂い信号や通り狂い信号を求めるため、
車両のばね系の影響を極力受けないようにジャイロスコ
ープを台車に装架し、台車枠のロール角やヨー角速度を
測定してロール角から曲線部のカントや軌道の水準狂い
を、また、ヨー角速度から曲線の曲率や軌道の通り狂い
の曲率などを演算し、演算結果の信号をそのまま制御に
用いることとした。

【０００９】

【実施例】次に、本発明による軌道形状データ収集装置
の一実施例を図１、図２、図３、図４により説明する。
図１は、本発明の軌道形状データ収集装置を用いて、パ
ルス式速度発電機、ＡＴＳ地上子検知装置、ジャイロス
コープで計測したデータを処理して車体傾斜装置に入力
し、車体傾斜制御を行う一連の信号の流れを示す。図２
は、その場合の、軌道形状データ収集装置内部の信号処
理内容を、図３は、軌道形状データ収集装置で信号処理
したデータを車体傾斜制御装置に入力して車体傾斜制御
を行う場合の車体傾斜制御装置内部の信号の流れを示
す。図４は、軌道形状データ収集装置で信号処理した１
ｍ距離パルス信号（）、ＡＴＳ地上子検知信号
（）、曲線のカントと軌道の水準狂い信号（）、曲
線の曲率と軌道の通り狂い信号（）を示す。

【００１０】軌道形状データ収集装置において、軌道形
状データの尺度は一定長さのパルス信号とし、図１のデ
ータ計測部のパルス式速度発電機のパルス信号と車輪直
径から図４の距離パルス信号と曲線の曲率を計算する
際に必要となる速度信号を発生させる。この際、速度発
電機を付けた輪軸が、滑走や空転をすると尺度のパルス
信号や速度信号に誤差が発生するので、軌道形状データ
収集装置の入力部では、図２のように滑走や空転に対す
る補正を行う。また、この一定長さのパルス信号のみを
尺度に長距離を走行すると累積誤差が生ずるので、数キ
ロ毎に距離補正をする必要があり、主要な線区において
広く採用されている自動列車停止装置（ＡＴＳ）の地上
子の検知信号を、図４のように、距離補正用の信号と
して同時に記録する。

【００１１】車体の傾斜制御や振動制御に必要な曲線の
カントや曲率、軌道の水準狂い量や通り狂いの曲率など
の軌道データは、車両のばね装置の影響を少なくするよ
うに軌道面に近く、軌道の形状を極力忠実に測定できる
台車枠にジャイロスコープや傾斜計を装架し、その信号
から演算する。すなわち、曲線のカントや軌道の水準狂
い量信号は、走行中に計測した台車枠のロール角速度を
積分してロール角信号に変換し、その信号に軌間寸法を
掛けることにより算出する。 曲線のカントや軌道の水準狂い量＝Θ×Ｇ Θ：台車枠のロール角＝台車枠のロール角速度を積分 Ｇ：軌間寸法（狭軌 ：1067mm） （標準軌：1500mm） 曲線の曲率や軌道の通り狂いの曲率信号は、走行中に計
測した台車枠のヨー角速度とその時の走行速度から以下
の式により算出する。 曲率＝１/ Ｒ＝Ω／Ｖ Ｒ：曲線半径（m) Ω：台車枠のヨー角速度（rad/sec) Ｖ：走行速度 (m/sec) なお、計測した台車枠のロール角速度信号やヨー角速度
信号は、上記の計算を行う前に適切なカットオフ周波数
のローパスフィルタを掛けてノイズ等の高周波成分を除
去して、車体傾斜制御や車体振動制御の制御信号として
適する波形に修正する。さらに、このローパスフィルタ
を掛けたために、波形間に位相差が発生するので、距離
パルス信号、ＡＴＳ地上子検知信号を含めて、最も位相
遅れの大きい信号に他の信号を合わせるタイミング合わ
せの処理を行う。こうしたカントや曲率の演算、各信号
間の位相合わせなどの処理は、軌道形状データ収集装置
のデータ処理部で行い、処理した各信号は記憶部でメモ
リーカード等に記憶させるか、出力部から記録装置に書
き出すことができる（図２）。図４は、本発明の軌道形
状データ収集装置で処理した各信号を記録紙に書き出し
た一例である。

【００１２】

【発明の効果】車体姿勢制御の制御方法としては、主
に、外国の強制車体傾斜装置で採用している走行中の車
体振動加速度やジャイロスコープによる車体の傾斜角を
検知して制御する方法や国内の制御付車体傾斜装置で実
用化している走行線区の曲線位置や形状を予め車載の制
御装置に入力しておき、その軌道データを基に制御を行
う方法などがある。しかし、国内のように曲線半径が小
さく、かつ、直線と円曲線をつなぐ緩和曲線の短い曲線
が多い場合は、後者の制御付車体傾斜装置による方が、
乗心地の改善効果が大きいことが判っている。後者の制
御付車体傾斜装置による方法の問題点としては、走行線
区の曲線位置や曲線形状のデータを収集するために、非
常に多くの労力と時間を要し、また、軌道条件が変わっ
た場合の車載データの変更も容易ではない。更に、曲線
形状のデータは、軌道管理台帳の値を基本にしているの
で、時間と共に変わる可能性のある曲線形状の数値が、
必ずしも軌道の実際の状態を表している保証がない。本
発明の軌道形状データ収集装置によれば、従来のように
曲線の位置データを測定結果から数値データとして読み
取るのではなく、測定した信号をそのまま制御に用いる
こと、曲線の位置や形状を直接測定するのでデータの信
頼性が高いことなどにより、軌道データの収集の労力や
時間を大幅に省くことができ、かつ、軌道の実態に基づ
いた制御を行うことができるので乗心地を更に向上する
ことが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軌道形状データ収集装置を用いて、パ
ルス式速度発電機、ＡＴＳ地上子検知装置、ジャイロス
コープ等で計測したデータを処理して車体傾斜装置に入
力し、車体傾斜制御を行う場合の一連の信号の流れの例
を示す。

【図２】図１の車体傾斜制御の場合の軌道形状データ収
集装置内部の信号処理内容の例を示す。

【図３】本発明の軌道形状データ収集装置で信号処理し
たデータを車体傾斜制御装置に入力して車体傾斜制御を
行う場合の車体傾斜制御装置内部の信号の流れの例を示
す。

【図４】本発明の軌道形状データ収集装置で信号処理し
た１ｍ距離パルス信号（）、ＡＴＳ地上子検知信号
（）、曲線のカントと軌道の水準狂い信号（）、曲
線の曲率と軌道の通り狂い信号（）の例を示す。

【図５】従来の制御付車体傾斜装置の車体傾斜制御デー
タ収集方法と車体傾斜制御法の概略を示したもので、曲
線位置データは、曲線の始点、終点に測定標識を貼付し
て走行試験を行い、ＡＴＳ地上子検知信号と測定標識検
知信号を同時に測定して１ｍ距離パルスを尺度にして基
準のＡＴＳ地上子からの距離を読み取る（）。曲線形
状データは、軌道管理台帳から求める（、）。こう
して作成した曲線位置データと形状データを車載の制御
装置に予め入力しておき、走行中に車載の曲線データと
照合しながら自車の走行位置を検知すると共に傾斜制御
関数（）に基づいた車体傾斜制御を行う。

【図６】従来の制御付車体傾斜装置の車体傾斜制御デー
タとして、車載の制御装置に予め入力するために、ＡＴ
Ｓ地上子位置、曲線位置、曲線形状などを一覧表にまと
めた一例を示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 走行線区の実際の曲線のカントや曲率、
   軌道の水準狂い量や通り狂い量に応じた車体傾斜制御や
   車体振動制御を行うため、鉄道車両の車軸や主電動機軸
   に取り付けたパルス式速度発電機が発生するパルス信号
   と車輪の直径から一定距離間隔のパルス信号とその各瞬
   時の走行速度を算出し、自動列車停止装置の地上子など
   軌道に沿って常設された基準となる地点検知信号と該一
   定距離間隔のパルス信号を測定、記録の距離基準とし
   て、台車に装架したロール角を検出するジャイロスコー
   プや傾斜計で測定した台車枠のロール角から走行線区の
   曲線のカントや軌道の水準狂い量を表す信号および台車
   に装架したヨー角速度を検出するジャイロスコープで測
   定した台車枠のヨー角速度と各瞬時の走行速度から走行
   線区の曲線の曲率や軌道の通り狂いの曲率を表す信号を
   演算し、該一定距離間隔のパルス信号、ＡＴＳ地上子な
   ど基準点の検知信号、軌道形状データ信号を同時に記録
   し、または、メモリーカードのような記憶媒体を介して
   車体傾斜制御装置や車体振動制御装置に入力できる形に
   データを編集するなど車体傾斜制御用や車体振動制御用
   の軌道形状データを簡便に作成できるようにしたことを
   特徴とする軌道形状データ収集装置。
2. 【請求項２】 請求項１の軌道形状データ収集装置にお
   いて、ジャイロスコープおよび傾斜計で測定した台車枠
   のロール角およびヨー角速度信号は、該ロール角および
   ヨー角速度信号に対応した車体傾斜制御や車体振動制御
   を行うために、各信号の周波数成分に応じた遮断周波数
   のローパスフィルタを通して高周波振動成分を除去する
   と共に、ローパスフィルタを通したために生ずる信号間
   の位相差を無くすように、各信号間の位相合わせを行う
   ようにしたことを特徴とする請求項１記載の軌道形状デ
   ータ収集装置。