JPH08154303A - パンタグラフ器の姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パンタグラフ器の架線に対する集電用板の接
触方向を一定に保持する姿勢制御装置の提供。 【構成】 車体傾斜角と台車傾斜角ならびに円弧運動を
したことを検出する検出センサーを制御系１０とモニタ
ー系２０の２組に設けて、姿勢制御スケジュールに従い
演算した制御系及びモニター系からの姿勢制御コマンド
をアクチュエータ４０の位置センサーからのフィードバ
ック信号とを比較して該コマンドの有効性を判断する自
己矛盾検知方式を採用することにより、システム全体の
作動状態を確認でき、姿勢制御装置の小型軽量化ととも
に高性能、高整備性、高信頼性を確保。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、所謂振子式列車のよ
うにカーブ通過時に車両のローリング傾斜角を制御する
車両において、載置するパンタグラフ器の集電用板を架
線に対して所定の姿勢位置を保持するためのパンタグラ
フ器の姿勢制御装置に係り、車体傾斜角と台車傾斜角な
らびに円弧運動をしたことを検出するセンサーを、制御
系とモニター系の２組に設けて、ＣＰＵ、ＭＰＵをベー
スにした電子制御装置におけるセンサー故障、制御装置
のハードウェア故障時のパンタグラフ器誤動作を未然に
防止し、全体システムとして小型で高い性能と、高整備
性、高信頼性を実現したパンタグラフ器の姿勢制御装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の曲線路での走行速度ならびに
乗り心地を上昇させる目的で、振子式列車が実用化され
ているが、これはカントに対応した速度以上で軌道の曲
線路を走行する際、遠心力を受けて軌道の円弧内側に車
体を傾斜させることにより、車体の振り子中心より下方
にある車体の重心ｇが傾斜角度分による重力ｇの分力分
だけ減少するように構成したものである。

【０００３】振子式列車には、スペイン国鉄の空気ばね
による自然振子式、カナダ国鉄のリンクによる油圧強制
振子式、日本国内のコロによる自然振子式などが開発実
用化されている。また、自然振子式車両の乗り心地の改
善のため、軌道曲線位置の検出とともに空気、油圧シリ
ンダを制御して曲線路での走行時の車体傾斜を円滑に行
うように構成した電子制御付振子装置が開発されてい
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】いずれの振子式車両も
パンタグラフ器を車両の屋根部に載置しており、軌道曲
線路の走行時はローリング傾斜した車両上のパンタグラ
フ器も傾斜することになり、架線に対する集電用板の接
触方向が大きく変化して最適な接触が維持できない問題
がある。

【０００５】そこで、パンタグラフ器をローリング傾斜
に応じて車両の屋根部で移動させたり、逆にパンタグラ
フ器を傾斜させたりするパンタグラフ器の保持機構に種
々のアクチュエータを介した可動部を設け、アクチュエ
ータを制御してパンタグラフ器の姿勢制御を行うことが
考えられる。

【０００６】しかしながら、パンタグラフ器の姿勢制御
を電子制御にて行う場合、確実な制御は勿論、故障検
知、故障表示および故障状態の記憶を行い、パンタグラ
フ器の誤動作を防止でき、全体システムとして小型で高
い性能と、高整備性、高信頼性を有するシステムとして
のパンタグラフ器の姿勢制御装置は提案されていない。

【０００７】この発明は、振子式列車のパンタグラフ器
の姿勢制御装置において、制御の中枢部にＣＰＵやＭＰ
Ｕを用い、ソフトウェアによりシステム制御および全体
の性能、信頼性、整備性に対する最適化を実現すること
を目的とし、また、センサー故障、制御装置のハードウ
ェア故障時のパンタグラフ誤動作を未然に防止でき、高
い信頼性を確保することを目的としている。さらに、こ
の発明は、システム全体の作動状態を確認するためのパ
フォーマンス・モニター機能により、故障検知、故障表
示および故障状態の記憶を実現することによって、小型
で、高性能、高整備性、高信頼性を有するシステムから
なるパンタグラフ器の姿勢制御装置の提供を目的として
いる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、パンタグラ
フ器の姿勢制御装置における小型軽量化とともに高性
能、高整備性、高信頼性を確保することを目的に、制御
系とパンタグラフ器の誤動作防止及びモニター機能を統
合化するシステムについて種々検討した結果、車体振子
制御システムとは完全に独立したシステムとし、アクチ
ュエータのフェイル時にはパンタグラフ器を車体中心に
復帰させるための機械的な自動復帰機構を設けて、さら
に、検出センサーを制御系とモニター系の２組に設け
て、姿勢制御スケジュールに従い演算した制御系及びモ
ニター系からの姿勢制御コマンドをアクチュエータの位
置センサーからのフィードバック信号とを比較して該コ
マンドの有効性を判断する自己矛盾検知方式を採用する
ことにより、システム全体の作動状態を確認でき、上記
目的が達成できること知見し、この発明を完成した。

【０００９】すなわち、この発明は、車体上に載置され
たパンタグラフ器を車体のローリング傾斜に伴いその集
電用板を架線に対して所定の姿勢位置を保持するよう車
体に対して可動部とアクチュエータを備えたパンタグラ
フの保持機構における前記可動部の位置制御を行う制御
装置において、車体傾斜角検出用レート・ジャイロ、台
車傾斜角検出用レート・ジャイロ、台車遠心ｇ検出用ｇ
センサーの３種のセンサーを１組として制御系とモニタ
ー系の２組を設け、各系にｇセンサーにて車体が円弧運
動をしたことを検出するとともに車体傾斜角と台車傾斜
角より相対傾斜角を求め、相対傾斜角と予め設定された
パンタグラフ器の姿勢制御スケジュールに従い姿勢制御
コマンドを演算する記憶演算手段を設け、制御系には姿
勢制御コマンドにより前記アクチュエータを制御する信
号を発生するアクチュエータ制御装置を設け、制御系及
びモニター系からの両姿勢制御コマンド同士ならびにア
クチュエータの位置センサーからのフィードバック信号
とを比較して該コマンドの有効性を判断する記憶演算手
段を設けたことを特徴とするパンタグラフの姿勢制御装
置である。

【００１０】また、この発明は、上記の構成において、
アクチュエータ制御装置にアクチュエータの位置センサ
ーからのフィードバック信号を入力し姿勢制御コマンド
と比較してアクチュエータ制御信号を修正するパンタグ
ラフの姿勢制御装置を併せて提案する。

【００１１】さらに、この発明は、上記の構成におい
て、パンタグラフ器の保持機構が、パンタグラフ器を車
体幅方向に移動可能にかつばねで中立位置を保持する機
構であるパンタグラフの姿勢制御装置を併せて提案す
る。

【００１２】

【作用】この発明は、検出センサーを制御系とモニター
系の２組に設けて、制御系及びモニター系からの姿勢制
御スケジュールに従い演算した姿勢制御コマンドをアク
チュエータの位置センサーからのフィードバック信号と
を比較して該コマンドの有効性を判断する自己矛盾検知
方式を採用することにより、システム全体の作動状態を
確認でき、パンタグラフ器の姿勢制御装置の小型軽量化
とともに高性能、高整備性、高信頼性を確保したことを
特徴とする。

【００１３】この発明による制御装置は、センサーを含
めてパンタグラフ器の位置制御を行う制御系ＣＰＵと、
位置制御コマンドならびに位置制御結果に関する比較判
定を行うためにハードウエア的にまったく独立したモニ
ター系ＣＰＵの２重系ハードウエア及びソフトウエアに
より構成され、かかる構成により、正常時には制御系と
モニター系の車体傾斜角検出センサーを含めた制御コマ
ンド値及び油圧アクチュエータ位置フィードバック・セ
ンサーのデータがある範囲内で常に一致することが確認
できる。

【００１４】センサーの故障あるいは制御装置上のハー
ドウエアの故障が偶発的に発生した場合、制御系とモニ
ター系で許容範囲を超える異なる不一致のデータが観測
され、その状態が一定時間継続することによってシステ
ムの異常を自己検出することができ、システムが異常を
検知した場合、フェイル・セーフを発令することによっ
てシステムを非作動状態とし、パンタグラフ器を車体中
心に復帰させるための機械的な自動復帰機構、例えば、
パンタグラフ器はパンタグラフ保持リンク機構のスプリ
ング力とアクチュエータの油圧回路が構成するダンピン
グ機構によって車体中央部に戻ることができる。

【００１５】この発明において、パンタグラフ器を車体
のローリング傾斜に伴いその集電用板を架線に対して所
定の姿勢位置を保持するよう車体に対して可動部とアク
チュエータを備えたパンタグラフ器の保持機構には、実
施例に示すパンタグラフ器を車体幅方向に移動可能にか
つばねで中立位置を保持する機構のほか、パンタグラフ
器を車体中心に復帰させるための機械的な自動復帰機構
を有する公知の構成を採用することができ、また、アク
チュエータには実施例の油圧制御式のほか、空気圧制御
式、電気モーター制御式などを採用することができる。

【００１６】

【実施例】図１はこの発明によるパンタグラフ器の姿勢
制御装置のスケマティック図であり、図２は保持機構を
示す説明図であり、Ａは車体の上面説明図、Ｂは車体の
傾斜とともに示す正面説明図、図３は油圧制御回路のス
ケマティック図である。姿勢制御装置１は車体振子制御
システムとは完全に独立したシステムであり、制御系１
０とモニター系２０とからなり、制御系１０にて制御す
る油圧アクチュエータ４０により、車体２のローリング
傾斜に従ってパンタグラフ器３０を車体２幅方向に移動
制御する構成である。

【００１７】パンタグラフ器３０は、スライド板３１の
上に絶縁支柱３２を介して頂点に集電板３３を有するパ
ンタグラフを載置するが、スライド板３１はその四隅に
設けた小車輪を車体２屋根に車体幅方向に所定間隔で設
けた一対のガイドレール３４，３４に係合してスライド
自在に構成してある。このスライド板３１下面には油圧
アクチュエータ４０にて作動するレバーリンク４３を係
合させ、アクチュエータのストロークに応じて車体幅方
向に移動するが、レバーリンク４３にばね４４を介して
アクチュエータが作動しない場合には所定の中立位置に
保持するよう付勢してある。

【００１８】油圧アクチュエータ４０は、車体取付けす
る油圧制御バルブ４５にて駆動され、シリンダーの位置
が位置検出センサー４１，４２、ここでは非接触式ポテ
ンショメータによって検出され、この位置検出センサー
４１，４２も制御系１０とモニター系２０の独立した構
成となっている。油圧制御バルブ４５は、ここでは３個
のソレノイド・バルブとマニホールドにより構成され、
油圧アクチュエータ４０に対する油路切換および作動油
供給ならびに油圧フェイル時のダンピング機能を有す
る。油圧制御バルブ４５は制御装置１からのコマンドを
受けて油圧アクチュエータ４０を動かすための作動油を
供給する。作動油の供給はソレノイド・バルブの励磁に
よって供給圧を動かす必要のあるべきアクチュエータ室
に接続し、他方のアクチュエータ室は、リターン・ライ
ンに接続されることによって、その部屋の作動油が排除
される。

【００１９】姿勢制御装置１は制御系１０とモニター系
２０とからなるが、制御系１０には、車体２に取付けて
車体２の傾斜角速度を検出する車体傾斜角検出用レート
・ジャイロ１１、台車３に取付けて台車３の傾斜角速度
を検出する台車傾斜角検出用レート・ジャイロ１２、台
車３に取付けて列車が円弧運動をしたことを検出し、か
つレート・ジャイロのゼロ度補正に使用する台車遠心ｇ
検出用ｇセンサー１３が設けられている。ここではレー
ト・ジャイロには振動ジャイロを用いるが、圧電式など
いずれのものも採用できる。同様に、モニター系２０に
も車体傾斜角検出用レート・ジャイロ２１、台車傾斜角
検出用レート・ジャイロ２２、台車遠心ｇ検出用ｇセン
サー２３が設けられている。

【００２０】車体２が円弧運動を始めると、台車３にレ
ール（図２で路床４に中心線で示す）のカントに応じた
遠心力が働き、台車３中央部に固定された制御系１０及
びモニター系２０のそれぞれのｇセンサー１３，２３が
この運動を検出する。台車３及び車体２に傾斜運動が発
生すると制御系１０及びモニター系２０の車体傾斜角検
出用レート・ジャイロ１１，２１、台車傾斜角検出用レ
ート・ジャイロ１２，２２によって傾斜角速度が検出さ
れ、姿勢制御装置１内では、ｇセンサー１３，２３のデ
ータによって円弧運動が発生していると判断した上で、
各傾斜角度信号を積分器１４，１５，２４，２５に入
れ、車体傾斜角と台車傾斜角を求める。

【００２１】制御系１０では、積分器１４，１５で得ら
れた車体傾斜角と台車傾斜角との差は、相対傾斜角とし
て位置制御スケジュールを記憶した演算手段としての制
御系ＣＰＵ１６に入力され、相対傾斜角よりパンタグラ
フの保持すべき位置を求めて、姿勢制御コマンドとして
アクチュエータ制御装置１７へ出力される。アクチュエ
ータ制御装置１７は、油圧制御バルブ４５の右側移動用
ソレノイド４６、左側移動用ソレノイド４７への励磁信
号を出力する。すなわち、制御系ＣＰＵ１６からの姿勢
制御コマンドと、油圧アクチュエータ４０の位置検出セ
ンサー４１，４２からの位置フィードバック信号が比較
演算され、その誤差に基づいて右側または左側移動用ソ
レノイド・バルブを必要に応じて励磁する。

【００２２】モニター系２０では、積分器２４，２５で
得られた車体傾斜角と台車傾斜角との差は、相対傾斜角
として位置制御スケジュールを記憶した演算手段として
のモニター系ＣＰＵ２６に入力され、相対傾斜角よりパ
ンタグラフの保持すべき位置を求めて、姿勢制御コマン
ドとしてコマンドの有効性を判断するためのシステムＣ
ＰＵ２７に出力されるモニター系２０のシステムＣＰＵ
２７は、制御系ＣＰＵ１６とモニター系ＣＰＵ２６から
の姿勢制御コマンドと、油圧アクチュエータ４０の位置
検出センサー４１，４２からの位置フィードバック信号
が比較演算され、有効無効の判断を行う。

【００２３】システムＣＰＵ２７が行う有効性判定チェ
ック処理によって、制御系データが有効（両者データ一
致）と判断されたモニター系より油圧源供給用シャット
・オフ・ソレノイド４８が励磁される。同ソレノイド４
８が励磁されると、供給圧力が油圧制御バルブに供給さ
れ、同時に各ソレノイド・バルブとアクチュエータ作動
ラインが接続され、油圧制御可能となる。

【００２４】一方、システムＣＰＵ２７で無効（両者デ
ータ不一致）と判断された場合には同シャット・オフ・
ソレノイド４８を非励磁すると、油圧制御バルブ内の油
路が切り換わり、左右の油圧アクチュエーターラインが
接続され機械的なダンピング・モードとなり、自励振動
の防止が実行される。すなわち、油圧がフェイルする
と、スプリング力がバランスする中立位置まで油圧制御
バルブが構成するダンピング特性を受けながら機械的に
復帰することになる。

【００２５】以上の姿勢制御装置１の構成によれば、正
常時には制御系１０とモニター系２０の車体傾斜角検出
センサーを含めた制御コマンド値及び油圧アクチュエー
タ４０の位置フィードバック・センサーのデータがある
範囲内で常に一致することが確認できるとともに、セン
サーあるいは制御装置上のハードウエアの故障が発生し
た場合、制御系とモニター系で許容範囲を超える異なる
不一致のデータが観測され、その状態が一定時間継続す
ることによってシステムの異常を自己検出することがで
き、異常を検知した場合、フェイル・セーフを励磁する
ことによってシステムを非励磁状態とし、パンタグラフ
器３０は保持機構のばね４４力によって車体１屋根中央
部に自動的に戻ることができる。

【００２６】

【発明の効果】この発明による姿勢制御装置は、実施例
にも明らかなように、車体振子制御システムとは完全に
独立したシステムであり、センサー、ＣＰＵ、油圧アク
チュエータ、油圧制御バルブで構成されて、小型軽量化
とともに高性能、高整備性を確保し、検出センサーを制
御系とモニター系の２組に設けて、制御系及びモニター
系からの姿勢制御スケジュールに従い演算した姿勢制御
コマンドをアクチュエータの位置センサーからのフィー
ドバック信号とを比較して該コマンドの有効性を判断す
る自己矛盾検知方式を採用することにより、システム全
体の作動状態を確認でき、システム油圧フェイル時には
パンタグラフ器を車体中心に復帰させるための機械的な
自動復帰機構、ダンピング機能を備え、信頼性に優れて
いる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明によるパンタグラフ器の姿勢制御装置
のスケマティック図である。

【図２】この発明によるパンタグラフ器の保持機構を示
す説明図であり、Ａは車体の上面説明図、Ｂは車体の傾
斜とともに示す正面説明図である。

【図３】油圧制御回路のスケマティック図である。

【符号の説明】

１ 姿勢制御装置 ２ 車体 ３ 台車 ４ 路床 １０ 制御系 １１，１２，２１，２２ レート・ジャイロ １３，２３ ｇセンサー １４，１５，２４，２５ 積分器 １６ 制御系ＣＰＵ １７ アクチュエータ制御装置 ２０ モニター系 ２６ モニター系ＣＰＵ ２７ システムＣＰＵ ３０ パンタグラフ器 ３１ スライド板 ３２ 絶縁支柱 ３３ 集電板 ３４ ガイドレール ４０ 油圧アクチュエータ ４１，４２ 位置検出センサー ４３ レバーリンク ４４ ばね ４５ 油圧制御バルブ ４６，４７，４８ ソレノイド

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体上に載置されたパンタグラフ器を車
   体のローリング傾斜に伴いその集電用板を架線に対して
   所定の姿勢位置を保持するよう車体に対して可動部とア
   クチュエータを備えたパンタグラフ器の保持機構におけ
   る前記可動部の位置制御を行う制御装置において、車体
   傾斜角検出用レート・ジャイロ、台車傾斜角検出用レー
   ト・ジャイロ、台車遠心ｇ検出用ｇセンサーの３種のセ
   ンサーを１組として制御系とモニター系の２組を設け、
   各系にｇセンサーにて車体が円弧運動をしたことを検出
   するとともに車体傾斜角と台車傾斜角より相対傾斜角を
   求め、相対傾斜角と予め設定されたパンタグラフ器の姿
   勢制御スケジュールに従い姿勢制御コマンドを演算する
   記憶演算手段を設け、制御系には姿勢制御コマンドによ
   り前記アクチュエータを制御する信号を発生するアクチ
   ュエータ制御装置を設け、制御系及びモニター系からの
   両姿勢制御コマンド同士ならびにアクチュエータの位置
   センサーからのフィードバック信号とを比較して該コマ
   ンドの有効性を判断する記憶演算手段を設けたことを特
   徴とするパンタグラフ器の姿勢制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、アクチュエータ制御
   装置にアクチュエータの位置センサーからのフィードバ
   ック信号を入力し姿勢制御コマンドと比較してアクチュ
   エータ制御信号を修正することを特徴とするパンタグラ
   フ器の姿勢制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、パンタグラフ器の保
   持機構が、パンタグラフ器を車体幅方向に移動可能にか
   つばねで中立位置を保持する機構であることを特徴とす
   るパンタグラフ器の姿勢制御装置。