JPH10175547A - 鉄道車両のアクティブステアリング支援装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 台車操舵システムおよび車体振り子システム
の欠点を共に解消して鉄道車両のよりスムーズなより高
速な曲線通過をより効果的に行えるようにした鉄道車両
のアクティブステアリング支援装置を提供する。 【解決手段】 鉄道車両の進行方向前方を探査するＣＣ
Ｄカメラと、このカメラからの画像データを基に画像処
理する画像処理装置と、この画像処理装置からの画像情
報および進行する鉄道車両の実際の速度を入力され、種
種の曲線パターンデータを内蔵した指令制御装置と、こ
の指令制御装置からの出力信号を入力し、操舵アクチュ
エータと振子アクチュエータとに作動指令を発するステ
アリング制御装置とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉄道車両のアクティ
ブステアリング支援装置に係り、特に操舵機構と振子機
構とを備えた鉄道車両の曲線走行性能を改良した鉄道車
両のアクティブステアリング支援装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】今日の鉄道車両においては、列車の曲線
通過性能を向上するために、台車に操舵機構付き台車を
用いて高速円滑な曲線通過を図ったり、振子機構付き台
車を用いて乗客への横加速度を低減して曲線通過速度を
増大することが行われている。台車の操舵方式には、輪
軸自身に操舵特性を備えた自己操舵方式と、輪軸に対し
て外的に強制力を与える強制操舵方式とに大別される。

【０００３】又、振子方式には、カーブの通過時の遠心
力により車体を傾斜させる自然振り子方式と、カーブを
予見してアクチュエータで、事前に車体傾斜を始め、傾
きの時間的コントロールを行う制御付き自然振り子方式
と、遠心力は利用せず、全行程をアクチュエータの力の
みで行う強制振り子方式とが知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述した
操舵方式の場合、カーブした軌道（レール）が車輪を内
側に移動させようとする機械的力によるものであるた
め、車軸操舵が逆に、台車の車体に対する回転を阻害す
る回転抵抗となり、高速でカーブに突入するほど大きな
車輪横圧を瞬時に発生する。この車輪横圧が余り大きく
なると、乗り心地の悪化や脱線にも至る危険性があるの
みならず、基本的にカーブ入口でのスムーズな走行が行
われないという問題があった。一方、遠心力のみを利用
する自然振子式では、カーブの入口、出口で振り遅れが
生じ、車体が急激に振れ出すため、乗客に大きなショッ
クを与える。又、制御付き自然振り子方式では、あらか
じめ列車の使用線区全線の軌道条件（プログラム）をコ
ンピューターにインプットしておく必要があり、使用線
区や運行形態が変わることに別のプログラムをその都度
入れ直す必要がある。又、使用中に、車輪の直径が減っ
てくると、車両走行距離の計算が狂ってくるので、絶え
ず、係数の人為的補正が必要で、プログラムの維持管理
が繁雑面倒である。なお、走行距離の判別は、スリップ
その他の要因で常に正確に保てないので線路の要点に設
置した地上子を検知して、プログラムの補正支援を絶え
ず行うようにしている。さらに、強制振り子方式では、
コンピュータプログラムの誤扱いによるフェイルアウト
の危険性を伴う。したがって、本発明の目的は、台車操
舵システムおよび車体振り子システムの上記欠点を共に
解消して鉄道車両のよりスムーズな高速な曲線通過をよ
り効果的に行えるようにした鉄道車両のアクティブステ
アリング支援装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の鉄道車両のアクティブステアリング支援装置
は、鉄道車両の進行方向前方を探査するＣＣＤカメラ
と、このカメラからの画像データを基に画像処理する画
像処理装置と、この画像処理装置からの画像情報および
進行する鉄道車両の実際の速度を入力され、種々の曲線
パターンデータを内蔵した指令制御装置と、この指令制
御装置からの出力信号を入力し、操舵アクチュエータと
振子アクチュエータとに作動指令を発するステアリング
制御装置とを備えてなることを特徴とするものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下本発明による鉄道車両のアク
ティブステアリング支援装置の実施例について添付の図
面を参照して説明する。図１において符号１は先頭車を
示し、符号２は中間車を示している。

【０００７】先頭車１の運転室には、ＣＣＤカメラ３が
搭載され、このＣＣＤカメラ３は、常時走行レールの一
定距離の前方を監視している。夜間に備えて、水銀灯、
ハロゲン灯、ナトリウム灯、メタルハライト灯、赤外線
灯などの照明装置を備えておくことが望ましい。

【０００８】ＣＣＤカメラ３からの画像データ４は、画
像処理装置５に供給され、ここでコンピュータ画像処理
が行われ、レールの曲率およびその変化が認識されて、
画像情報６として出力され、指令制御装置７へ入力され
る。この指令制御装置７には、走行する実際の鉄道車両
の速度計８からの車速信号９が入力され、鉄道車両の走
行速度から眼前の曲線までの時間または距離を絶えず演
算し、制御の必要なタイミングを各車両に指令する。
又、図中記憶装置１０はあらかじめ現存する鉄道線路の
曲線パターンが種別ＮＯと共にインプットされている。
そして、この曲線パターンデータ１１は指令制御装置７
に入力されており、画像情報６と照査判別される。その
種別ＮＯはステアリング制御装置１２に入力される。こ
のステアリング制御装置１２には、曲線パターンの種別
ＮＯに応じて、適正な操舵力と、振り子力を操舵アクチ
ュエータ１３と振子アクチュエータ１４に与えるための
制御パターンがあらかじめインプットされており、従来
の振子制御装置と台車操舵制御装置の両機能を合せ持っ
ている。操舵力は作動指令１５として与えられ、振り子
力は作動指令１６として与えられる。この場合、アクチ
ュエータロッド変位１７がステアリング制御装置にフィ
ードバック制御される。同様に、振子アクチュエータ１
４の側では、車体傾斜角１８がフィードバック制御され
る。以上は先頭車１について説明したが、中間車２にお
けるステアリング制御装置２０、操舵アクチュエータ２
１、振子アクチュエータ２２についても同様に制御でき
る。

【０００９】図２は本発明による鉄道車両の運転の模式
図を示しており、ＣＣＤカメラが婉曲したレールの緩和
曲線入口を監視する位置にあり、鉄道車両がＡ地点に達
した所で先頭車からステアリング制御装置に傾斜タイミ
ング指令を出す。Ｂ地点でステアリング制御装置の指令
により車体傾斜を始め、緩和曲線入口であるＣ地点より
操舵を始める。円曲線入口のＤ点で操舵がおこなわれ、
Ｅ地点でアクティブ操作が切り替わる。ついで、円曲線
出口近くでステアリング制御装置からの指令により車体
傾斜を戻し始める。

【００１０】なお、操舵制御は曲線通過中の全部または
直線を含む全部の区間で実施してもも良いが、主たる目
的は、曲線突入時のショック解消にあるため、曲線区間
の前半に限って実施（図２Ｅ点）して車両の動揺などを
を不用意に感知して乗り心地を妨げることなどの無いよ
う配慮しても良い。

【００１１】図３は本実施例における操舵装置の例を示
し、符号１３が操舵アクチュエータであり、車体２３と
操舵てこ２４を結び曲線走行時に強制的に操舵力を発生
させるロッド２５とは操舵てこ２４に関して逆の側に配
置されている。図示しないがアクチュエータのシリンダ
には、ピストンの前後にサーボ弁を介して作動油が導入
されるようになっている。操舵時の作動指令により、ア
クチュエータへ油圧が導入されて必要なアクチュエータ
変位が与えられ、アクチュエータ変位が常にフィードバ
ックされるのであるが、車輪横力よりも操舵力が小さく
なるように油圧は常に小さく押えられているので、操舵
アクチュエータの力はロッド２５の操舵力を補助して走
行に有害な車輪横力を低減するだけであり、誤指令があ
っても車軸を台車の回転向きと逆の向きに操舵すること
はない。なお、車体一台の車間の回転変位により機械的
に油通路を切り替えてアクチュエータを作動させること
でも車輪横力低減効果が期待できるが、さらに上述のよ
うなアクティブな制御をすることによりショックのピー
クをなだらかにして、スムーズな高速曲線通過を達成す
ることができる。

【００１２】図４は本実施例における振子台車の例を示
し、符号１４が振子アクチュエータであり、この例では
車体下面の突設されたブラケット２７と振子梁２６の上
面に突設されたブラケットに、ロッド２８とシリンダ２
９のそれぞれの一端を軸支されている。図示されていな
いがシリンダ２９にはピストンの両側にサーボ弁を介し
て作動油が導入されるようになっていて、作動指令によ
りアクチュエータに作動油が導入され、必要なアクチュ
エータ変位が与えられる。作動油圧は充分低い値に抑え
られ、誤動作により傾斜した場合には遠心力により傾斜
が打ち消されるようになっている。

【００１３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、ＣＣＤカメラを使って実際の曲線レールを監視
してその画像データを記憶された曲線パターンデータと
照合してステアリング制御装置を介して操舵アクチュエ
ータおよび振子アクチュエータを作動制御するようにし
たので、鉄道車両の曲線通過において、曲線突入時の発
生車輪横力が小さくなるので脱線に対する安全度が高ま
り、乗り心地が良くなり通過速度の増大が可能となると
いう効果を期待できる。又、制御プログラムが汎用性と
なるために、管理、取扱いが簡単となり、誤った扱いも
防止でき、安全になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による鉄道車両のアクティブステアリン
グ支援装置を示した説明図。

【図２】本発明による曲線路の走行時の状態を示した模
式図。

【図３】操舵装置の一例を示した斜視図。

【図４】振子台車の一例を示した正面図。

【符号の説明】

１ 先頭車 ２ 中間車 ３ ＣＣＤカメラ ５ 画像処理装置 ７ 指令制御装置 ８ 速度計 １０ 記憶装置 １２ ステアリング制御装置 １３ 操舵アクチュエータ １４ 振子アクチュエータ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄道車両の進行方向前方を探査するＣＣＤ
   カメラと、このカメラからの画像デ−タを基に画像処理
   する画像処理装置と、この画像処理装置からの画像情報
   および進行する鉄道車両の実際の速度を入力され、種々
   の曲線パターンデータを内蔵した指令制御装置と、この
   指令制御装置からの出力信号を入力し、操舵アクチュエ
   ータと振子アクチュエータとに作動指令を発するステア
   リング制御装置とを備えてなる鉄道車両のアクティブス
   テアリング支援装置。
2. 【請求項２】指令制御装置からの上記出力信号は、画像
   処理装置から入力された上記画像情報と内蔵された上記
   曲線パターンデータを照射判別して選択された曲線パタ
   ーンの種別と、この曲線パターンと上記速度とから演算
   された制御タイミングと、を含むことを特徴とする請求
   項１記載の鉄道車両のアクティブステアリング制御装
   置。
3. 【請求項３】上記操舵アクチュエータによる操舵力は、
   車輪横力より小さく、また、上記振子アクチュエータに
   よる車体傾斜力は、遠心力による車体傾斜力より小さい
   ことを特徴とする請求項１または２記載の鉄道車両のア
   クティブステアリング制御装置。
4. 【請求項４】鉄道車両の進行方向前方の画像データを画
   像処理する画像処理装置と、車両速度を計測する速度計
   と、操舵アクチュエータや振子アクチュエータに作動指
   令を発するステアリング制御装置とに結合され、上記画
   像処理装置から画像情報を入力され、この画像情報と内
   蔵している曲線パターンデータとを照射判別して曲線パ
   ターンの種別を選択し、上記曲線パターンと上記速度計
   から入力される速度とから制御タイミングを演算し、曲
   線パターンの上記種別と上記制御タイミングとを上記ス
   テアリング制御装置に出力することを特徴とする指令制
   御装置。