JP2006298128A - 鉄道車両の車体傾斜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 曲線路通過時の車体に傾斜を従来よりも大きくし、曲線路での通過速度を上げることができる鉄道車両の車体傾斜装置を提供する。
【解決手段】 車体２下の振子梁３と台車５との間に振子機構４を備え、台車５上で車体２を左右方向に揺動自在に支持するとともに、振子梁上３に左右の空気バネ１１を介して車体２を載置してなる鉄道車両の車体傾斜装置において、空気バネ１１を伸縮するための空気バネ駆動装置２４・２５および空気バネ１１の高さを計測する空気バネ高さレベル装置２６・２７ならびに空気バネ駆動装置２４・２５を介して空気バネ１１の高さを制御する空気バネ高さ制御装置２１〜２３を設け、曲線路通過時に空気バネ高さレベル装置によって計測される空気バネ高さに基づいて振子機構４により車体２が傾斜する方向へさらに車体２が傾斜するように空気バネ１１の高さを制御できるようにした。
【選択図】 図１

Description

この発明は、鉄道車両が曲線路を適正カント以上の高速で通過する際に車体を内側に傾斜させることにより、曲線路でのカント不足を補い、乗客に生じる超過遠心力を打ち消して乗り心地改善を図る振子式の鉄道車両における車体傾斜装置に関するもので、曲線路通過時に車体の傾斜を大きくして、乗客に生じる超過遠心力を打ち消して乗り心地を改善し、より高速での走行を可能にする鉄道車両の車体傾斜装置に関するものである。

この種の車体傾斜装置は、台車上で前記車体を振子のように車幅方向に揺動自在に支持する振子機構を備えている。振子機構には、車体と台車との間を結合する左右のリンクを設けたリンク式や、車体と台車間にコロとこのコロが転動する半円弧状ガイドを有する振子梁とを設けたコロ式などがある（例えば、特許文献１参照）。

ところで、いずれの方式においても、車体と台車間には車体の傾斜を誘導する振子アクチュエータと、車体の過度の傾斜を防止する振子ダンパとが配備されることが多い。
特開平６−２７０８０６号公報（段落０００３、０００４および図９〜図１１）

しかしながら、振子機構により車体を傾斜するとしても、振子機構のみで大きく車体を傾斜する構成にした場合、床下艤装空間が減少するなどの問題が生じる。

さらに、車体とその下方の振子梁との間において左右に配備されている空気バネのうち、外軌側の空気バネが車体に作用する遠心力の影響を受けて押し付けられ空気バネ高さが下がるので、この下がる分だけ内軌側への車体の傾斜が妨げられる。このため、振子機構による車体傾斜効果が十分に達成されず、曲線路を通過する鉄道車両の乗り心地の改善は不十分である。具体的には、上記した従来の振子機構では、曲線路通過時に車体が内軌側へ５〜６°まで傾斜するが、より高速で曲線路を通過させるには、さらに車体の傾斜角度を８°ないしそれ以上傾斜させることが望まれる。

また、従来の振子機構では、振子アクチュエータと振子ダンパとが必要で制御が複雑になるため、曲線路通過時にそれらを制御して乗り心地を良好にするのが難しかった。

ところで、より早く目的地に到着するためには、直線路はもとより曲線路においても高速度で走行することが必須であり、そのためには走行速度に応じて車体をより的確に傾斜させ、乗り心地改善を図る必要がある。

この発明は上述の点に鑑みなされたもので、曲線路の高速化において、従来よりも車体を大きく傾斜させ、乗り心地の向上を可能とすることができる鉄道車両の車体傾斜装置を提供することを目的としている。また、鉄道車両の車体傾斜装置において振子機構に必要な構成部材を削減し制御を簡単にすることを第２の目的としている。

上記の目的を達成するために本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置は、車体下の振子梁と台車との間に、振子機構、例えばリンク式振子機構（両者間を結合する左右のリンクを設けている）またはコロ式振子機構（コロと該コロが転動する振子梁の半円弧状ガイドを
設けている）を備え、前記台車上で前記車体を左右方向に揺動自在に支持するとともに、前記振子梁上に左右の空気バネを介して車体を載置してなる鉄道車両の車体傾斜装置において、
前記空気バネを伸縮するための空気バネ駆動装置および空気バネの高さを計測する空気バネ高さ計測装置ならびに前記空気バネ駆動装置を介して空気バネの高さを制御する空気バネ高さ制御装置を設け、曲線路通過時に前記空気バネ高さ計測装置によって計測される空気バネ高さに基づいて前記振子機構により車体が傾斜する方向へさらに前記車体が傾斜
請求項２記載の鉄道車両の車体傾斜装置によれば、図１に示すように、鉄道車両が曲線路を通過する際（通過直前・直後を含む）に振子梁アクチュエータを駆動制御し、車体のするように前記空気バネの高さを制御できるようにしたことを特徴とするものである。

上記の構成を有する鉄道車両の車体傾斜装置によれば、従来は車体の荷重等を受けて自然に（制御されることなく）伸縮する空気バネを同駆動装置を介して制御するようにしたから、曲線路通過時に振子機構によって車体が振子梁とともに台車に対し内軌側へ傾斜（例えば６°）するが、同時に内軌側の空気バネを収縮し外軌側の空気バネを伸長させることによって車体が振子梁に対し内軌側へ傾斜（例えば２°）する。つまり、車体は台車に対して大きく傾斜（例えば８°）することになるので、従来に比べてより高速で曲線路を通過しても乗り心地が悪化することがない。ここで、従来の車体傾斜状態は、上記したように曲線路通過時に振子機構によって車体が振子梁とともに台車に対し内軌側へ傾斜したときに、遠心力が作用した車体によって外軌側空気バネは押しつぶされるので、車体の傾斜角は振子機構により得られる車体の傾斜角よりも小さくなる。

しかも、台車に対し振子梁とともに車体が傾斜した状態で、振子梁に対して車体がさらに傾斜しているから、例えば８°ほど車体を傾斜させる際に、台車に対し車体が振子梁ごと８°傾斜する場合に車両限界で車体の上部が削減される容積に比べて、台車に対し車体が振子梁ごと６°傾斜しかつ振子梁に対し車体が２°傾斜する場合に車両限界で車体上部が削減される容積の方が小さくなる。したがって、振子機構だけで車体を大きく傾斜させる場合に比べて客室空間が拡がることになる。

請求項２に記載のように、前記振子梁と前記台車との間に、振子アクチュエータ、同駆動装置および振子梁ダンパを介設し、曲線路通過時に前記振子アクチュエータ駆動装置を制御して前記車体の傾斜を誘導するとともに、前記空気バネ駆動装置を制御して前記車体を前記振子梁上でその傾斜方向にさらに傾斜させることができる。

請求項２記載の鉄道車両の車体傾斜装置によれば、図１に示すように、鉄道車両が曲線路を通過する際（通過直前・直後を含む）に振子アクチュエータを駆動制御し、車体の内軌側への傾斜を誘導すると同時に空気バネ駆動装置（例えば、加圧空気タンクおよび電磁弁ユニット）を制御し、外軌側の空気バネを内軌側に比べて高くすることで、車体を大きく傾斜させられる。

請求項３に記載のように、曲線路通過時に前記振子機構によって車体が傾斜する方向に前記空気バネの高さのみを制御する構成とし、前記振子アクチュエータ、同駆動装置および前記振子ダンパを省くことができる。

請求項３記載の鉄道車両の車体傾斜装置によれば、曲線路通過時に内軌側と外軌側の空気バネ高さを、同駆動装置を介して車体を内軌側へ傾斜（例えば２°）させることにより、この空気バネの動きが引き金となって、曲線路通過中の遠心力を、車体を傾斜させる力に利用し、車体は振子梁ごと内軌側へさらに傾斜（例えば６°）することになる。つまり、車体は台車に対して大きく傾斜（例えば８°）することになる。

よって、本請求項の車体傾斜装置では空気バネの高さのみを制御すればよいので、振子アクチュエータと空気バネ高さの両方を制御するような複雑さはなく、曲線路の高速通過時の乗り心地改善とともに車体の傾斜制御が容易なうえに、振子アクチュエータ、同駆動装置および前記振子ダンパを省けるので、設備も簡略化される。

本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置は、従来は車体の荷重等を受けて制御されることなく伸縮する空気バネを、同駆動装置を介して制御することにより、曲線路通過時に振子機構によって車体が傾斜した際に、同時に空気バネの高さを制御することによって車体をさらに大きく傾斜させることが可能となり、従来に比べて曲線路通過時の乗り心地が向上され、高速走行での通過が図れる。また、空気バネの高さのみを制御することにより、この空気バネの動きが引き金となって、曲線路通過中の遠心力を、車体を傾斜させる力に利用し、車体は振子梁ごと内軌側へ傾斜することになり、曲線路通過中の遠心力を、車体を傾斜させる力に利用し、車体は振子梁ごと内軌側へ傾斜することになり、曲線路の高速通過時の乗り心地改善とともに、車体の傾斜制御が容易なうえに、従来の振子アクチュエータ、同駆動装置および前記振子ダンパを省けるので、設備も簡略化される。さらに、台車に対し振子梁とともに車体が内軌側へ傾斜した状態で、振子梁に対して車体をさらに内軌側へ傾斜させているので、振子機構だけで車体を大きく傾斜させる場合に比べて車両限界により車体の一部が削減される容積が小さくて済み、客室空間が拡がるという優れた効果がある。

以下、本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置について実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の実施例を示す断面図で、本例の鉄道車両の車体傾斜装置はコロ式の振子機構を備えている。すなわち、図１に示すように、鉄道車両１は車体２と、この車体２の前後にそれぞれ台車５とを備え、前後の各台車５上に跨って車体２が振子梁３を介して車幅方向に揺動自在に支持されている。つまり、各台車５の台車枠６上の左右にコロ７・７が回転自在に設けられ、これらのコロ７・７上に下面を半円弧状ガイド３ａに形成した振子梁３が車幅方向に揺動自在に支持されている。また、中心軸線ｓを境にして一方（図１の左側）において、振子アクチュエータ８が振子梁３と各台車５の台車枠６との間に介設され、中心軸線ｓの他方（図１の右側）において、振子ダンパ９が各台車５の台車枠６と振子梁３との間にそれぞれ介設されている。したがって、本例では振子梁３、コロ７、振子アクチュエータ８および振子ダンパ９にてコロ式の振子機構４が構成されている。なお、振子アクチュエータ８には、同駆動装置の一構成部材としての加圧空気源（図示せず）が接続されている。

振子梁３上の左右には空気バネ１１・１１が配設され、これらの空気バネ１１・１１上に車体２が載置され弾性的に支持されている。また、車体２と振子梁３との間で車幅方向のほぼ中間位置に前後方向に間隔をあけて複数の左右動ダンパ１２が介設されている。これらのダンパ１２は、車体２の上下動を許容できるように車体２と振子梁３とに取り付けられている。

台車５側の台車枠６と車体２側の振子梁３との間が、図示を省略した牽引装置で連結されている。各台車５は車軸１３の両側に車輪１４・１４を備え、車軸１３の両端を回転自在に支持する軸受１５と台車枠６との間に軸バネ１６が介設されている。

上記のようにして本実施例に係る鉄道車両１の車体傾斜装置１０が構成されるが、本例の車体傾斜装置１０は下記の制御システムを備えているので、図２に基づいて説明する。

図２は上記車体傾斜装置１０の制御システムの一実施例を概略的に示す正面図である。この図に示すように、車体傾斜制御システム２０は車体傾斜コントローラ２１、前位台車コントローラ２２、後位台車コントローラ２３、前位台車用電磁弁ユニット２４、後位台車用電磁弁ユニット２５を備えており、これらの電磁ユニット２４・２５を介して各空気バネ１１に同駆動装置の一構成部材としての加圧空気源（図示せず）が接続されている。前位台車コントローラ２２と前位台車用電磁弁ユニット２４とはセットで前位台車５Ｆ上方の車体２下に、後位台車コントローラ２３と後位台車用電磁弁ユニット２５とはセットで後位台車５Ｒ上方の車体２下にそれぞれ配備されている。前位台車５Ｆ上方の左右一対の空気バネ１１の位置にはそれぞれ車高検知センサー（空気バネ高さ計測装置）としてのレベル装置２６Ｌと２６Ｒが振子梁３（図１）と車体２との間に配備され、後位台車５Ｒ上方の左右一対の空気バネ１１の位置にはそれぞれ車高検知センサー（空気バネ高さ計測装置）としてのレベル装置２７Ｌと２７Ｒが振子梁３（図１）と車体２との間に配備されている。

レベル装置２６Ｌ・２６Ｒからの車高検知データが前位台車コントローラ２２に入力され、このデータに基づいて電磁弁ユニット２４に給排気指令の信号が送られ、さらに電磁弁ユニット２４から左右の空気バネ１１に給排気動作がエアで指令される。同様に、レベル装置２７Ｌ・２７Ｒからの車高検知データが後位台車コントローラ２３に入力され、このデータに基づいて電磁弁ユニット２５に給排気指令の信号が送られ、さらに電磁弁ユニット２５から左右の空気バネ１１に給排気動作がエアで指令される。

車体傾斜コントローラ２１には、曲線路に関するデータ（例えば、曲線路の開始位置、曲線半径、カント量）、走行方向（上り・下り）信号、位置補正信号および走行速度信号が外部あるいは車両内の計器などから逐次入力される。こうしたデータや各種入力信号に基づいて車体傾斜コントローラ２１は前後の振子アクチュエータ８を駆動制御し、同時に前後の台車コントローラ２２・２３に指令信号を送って左右（内軌側と外軌側）の空気バネ１１の高さを、レベル装置２６・２７からの車高データを勘案した上で制御する。また、車体傾斜コントローラ２１は空気バネ１１を伸長（膨張）させるための加圧空気タンク（図示せず）が規定量以下になると、コンプレッサー２８にこれを駆動するための駆動要求信号を出力する。圧縮空気タンクは電磁弁ユニット２４・２５を経由して前後（左右）の各空気バネ１１に接続されている。

以上のようにして本実施例に係る制御システム２０が構成されるが、この制御システム２０による車体傾斜動作について説明する。

図１または図２において、車両１が曲線路の開始位置にくると、車体傾斜コントローラ２１からの指令を受けて振子アクチュエータ８が駆動され、車体２を振子梁３ごと内軌側へ傾斜するように誘導する。同時に、前後の空気バネ１１に対し外軌側の空気バネ１１の高さを高くするように前後の台車コントローラ２２・２３より電磁弁ユニット２４・２５を開閉操作する。ただし、この操作は曲線路において車両１を高速で走行させる場合であり、走行速度があらかじめ設定した速度より遅い場合には空気バネ１１の高さを制御しない。

以上は振子アクチュエータ８と振子ダンパ９とを配備した場合の実施例であるが、本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置は下記のように実施することができる。すなわち、図１において振子アクチュエータ８を除去し、また図２において前後の振子アクチュエータ８を除去するとともに、車体傾斜コントローラ２１から前後の振子アクチュエータ８に至る駆動制御ラインを除去する。これにより、車体傾斜装置１０およびその制御システム２０は構造が簡略化される。

そして、曲線路通過時の車体の傾斜制御はつぎのように行う。つまり、車両１が対象の車体傾斜開始位置にくると、車体傾斜コントローラ２１からの指令により、前後の空気バネ１１に対し外軌側の空気バネ１１の高さを高くするように前後の台車コントローラ２２・２３より電磁弁ユニット２４・２５を開閉操作する。この結果、車体２は振子梁３上で内軌側へ傾斜する。同時に、振子梁３がコロ７・７上で車体２の傾斜した方向、すなわち内軌側へ傾斜し、車体２はさらに大きく内軌側へ傾斜する。これにより、車両１は曲線路をより高速で通過することができる。

なお、曲線路以外の走行時およびあらかじめ設定した速度以下の低速走行時には、車体傾斜コントローラ２１による空気バネ１１の高さ制御を中止し、コロ７・７上で振子梁３を介して車体２が自然に傾斜する状態に切り換えて走行させることができる。また、上記実施例では説明を容易にするために振子機構が最も単純な構造のコロ式の場合を例に挙げて説明したが、リンク式についても本発明を適用できることはいうまでもない。

本発明に係る鉄道車両の車体傾斜装置の実施例を示す断面図である。 車体傾斜装置１０の制御システムの一実施例を概略的に示す正面図である。

符号の説明

１ 鉄道車両
２ 車体
３ 振子梁
４ 振子機構
５ 台車
６ 台車枠
７ コロ
８ 振子アクチュエータ
９ 振子ダンパ
１０ 車体傾斜装置
１１ 空気バネ
１２ 左右動ダンパ
１３ 車軸
１４ 車輪
１５ 軸受
１６ 軸バネ
２０ 車体傾斜制御システム
２１ 車体傾斜コントローラ
２２ 前位台車コントローラ
２３ 後位台車コントローラ
２４ 前位台車用電磁弁ユニット
２５ 後位台車用電磁弁ユニット
２６・２７ レベル装置（車高検知センサー）
２８ コンプレッサー

Claims (3)

1. 車体下の振子梁と台車との間に振子機構を備え、前記台車上で前記車体を左右方向に揺動自在に支持するとともに、前記振子梁上に左右の空気バネを介して車体を載置してなる鉄道車両の車体傾斜装置において、
   前記空気バネを伸縮するための、空気バネ駆動装置および空気バネの高さを計測する空気バネ高さ計測装置ならびに、前記空気バネ駆動装置を介して空気バネの高さを制御する空気バネ高さ制御装置を設け、曲線路通過時に前記空気バネ高さ計測装置によって計測される空気バネ高さに基づいて、前記振子機構により車体が傾斜する方向へさらに前記車体が傾斜するように、前記空気バネの高さを制御できるようにしたことを特徴とする鉄道車両の車体傾斜装置。
2. 前記振子梁と前記台車との間に、振子アクチュエータ、同駆動装置および振子ダンパを介設し、曲線路通過時に前記振子アクチュエータ駆動装置を制御して前記車体の傾斜を補助するとともに、前記空気バネ駆動装置を制御して前記車体を前記振子梁上でその傾斜方向にさらに傾斜させることを特徴とする請求項１記載の鉄道車両の車体傾斜装置。
3. 曲線路通過時に前記振子機構によって車体が傾斜する方向に前記空気バネの高さのみを制御する構成とし、前記振子アクチュエータ、同駆動装置および前記振子ダンパを省いたことを特徴とする請求項２記載の鉄道車両の車体傾斜装置。
   
   
   
   
   

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