JP2015135014A - 案内軌条式鉄道車両の軌道、傾斜角演算装置、傾斜角設計方法、走行路面製造方法、および、プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ゴムタイヤの偏摩耗を抑制することができる案内軌条式鉄道車両の軌道、傾斜角演算装置、傾斜角設計方法、走行路面製造方法、および、プログラムを提供する。
【解決手段】案内軌条から反力を受けてゴムタイヤが装着された車輪１２を転舵させながら走行する案内軌条式鉄道車両の軌道であって、左右の車輪１２がそれぞれ走行する一対の走行路面４を備え、前記一対の走行路面４のうち内軌側の走行路面４は、平面視で曲率を有する範囲における軌道幅方向の傾斜角が、カント角θｃよりも大きく設定され、前記一対の走行路面４のうち外軌側の走行路面４は、平面視で曲率を有する範囲における軌道幅方向の傾斜角が、カント角θｃよりも小さく設定される。
【選択図】図３

Description

この発明は、案内軌条式鉄道車両の軌道、傾斜角演算装置、傾斜角設計方法、走行路面製造方法、および、プログラムに関する。

バスや鉄道以外の新たな交通手段として、ゴムタイヤを装着した車輪によって軌道を走行する軌道系交通システムが知られている。この種の軌道系交通システムは、一般に、「新交通システム」や「ＡＰＭ（Automated People Mover）」等と呼ばれている。
この軌道系交通システムは、車両の両側部などに配された案内輪が、軌道の線形に沿って設けられた案内レールによって案内される。案内輪は、案内レールから反力を受けて、この反力が案内枠と呼ばれる操舵機構に伝達されて、案内レールの曲率に応じた車輪の操舵が行われる。

上述した軌道系交通システムにおいては、一般に、ゴムタイヤが高内圧・高荷重となるため、ゴムタイヤのショルダーリブの接地圧が高くなる。ショルダーリブにおける複数の分割リブの剛性が同一ではない場合、複数の分割リブの摩耗仕事量に差が生じ、サイドフォースの入力によってショルダーリブにおける何れかの分割リブの内側部分に偏摩耗の核が発生し易くなっていた。この偏摩耗の核は、タイヤ幅方向の外側に進展してスポット摩耗まで早期に成長するため、摩耗寿命の向上が困難となっていた。

特許文献１には、ショルダー領域のショルダーリブの内側部分にタイヤ周方向へ延びた細溝を形成する技術が記載されている。この特許文献１によれば、偏摩耗の核の発生、および、偏摩耗の核がスポット摩耗に成長することを抑制して、空気入りタイヤの偏摩耗性能を十分に高めることが可能となっている。

特開２００９−００１１７１号公報

ところで、上述した軌道系交通システムの操舵輪は、一般的な自動車等の車両と同様に、キングピン軸周りに転舵可能とされる場合が多い。キングピン軸は、一般に、下側に向かうほど車幅方向外側に配されるように鉛直線に対して傾斜している（キングピン傾角）。そのため、特にゴムタイヤの幅が大きい場合など、キングピンオフセットがポジティブ側に大きく設定される場合に、転舵時に左右の操舵輪のポジティブキャンバーが大きくなる。これにより、ゴムタイヤのトレッド面にタイヤ幅方向の面圧分布が現れてしまい、ゴムタイヤの幅方向外側が偏摩耗する可能性がある。

この発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、ゴムタイヤの偏摩耗を抑制することができる案内軌条式鉄道車両の軌道、傾斜角演算装置、傾斜角設計方法、走行路面製造方法、および、プログラムを提供する。

上記の課題を解決するために以下の構成を採用する。
この発明に係る案内軌条式鉄道車両の軌道は、案内軌条から反力を受けてゴムタイヤが装着された車輪を転舵させながら走行する案内軌条式鉄道車両の軌道であって、左右の車輪がそれぞれ走行する一対の走行路面を備え、前記一対の走行路面のうち平面視で曲率を有する範囲の内軌側の走行路面は、その軌道幅方向の傾斜角がカント角よりも大きく設定され、前記一対の走行路面のうち平面視で曲率を有する範囲の外軌側の走行路面は、その軌道幅方向の傾斜角がカント角よりも小さく設定されている。
このように構成することで、転舵時に生じる車輪のキャンバー角の変位方向と同方向に走行路面を傾斜させることができる。そのため、転舵時に生じるトレッド面の幅方向の面圧分布を緩和することができる。その結果、カント角により遠心力の影響を抑制することができるとともに、ゴムタイヤの偏摩耗を抑制することができる。

さらに、この発明に係る案内軌条式鉄道車両の軌道は、上記案内軌条式鉄道車両の軌道における前記一対の走行路面の傾斜角が、前記カント角、および、前記曲率に基づいて設定されるようにしてもよい。
ここで、走行路面の平面視における曲率に応じて、車輪の操舵角を求めることができるため、この操舵角に対応する車輪のキャンバー角を求めることができる。走行路面に設定されるカント角に対して、このキャンバー角の分だけ角度を増減させて走行路面の傾斜角を設定すれば、トレッド面の幅方向に生じる面圧分布をより低減させることができる。

さらに、この発明における案内軌条式鉄道車両の軌道は、上記案内軌条式鉄道車両の軌道において、前記カント角に対する前記内軌側の走行路面の傾斜角が、前記カント角に対する前記外軌側の走行路面の傾斜角よりも大きく設定されていてもよい。
このように構成することで、走行路面の傾斜角を、内軌側の操舵輪の操舵角と、外軌側の操舵輪の操舵角とに生じる差分を考慮して設定することができる。そのため、ゴムタイヤの偏摩耗を更に抑制することができる。

この発明に係る傾斜角演算装置は、案内軌条から反力を受けてゴムタイヤが装着された車輪を転舵させながら走行する案内軌条式鉄道車両の走行路面の傾斜角演算装置であって、前記走行路面の延びる方向の各位置の曲率およびカント角を取得する曲率・カント角取得部と、前記曲率・カント角取得部により取得した曲率に基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置における車輪の操舵角を算出する操舵角算出部と、前記操舵角算出部により取得した操舵角に基づいて軌道幅方向における前記走行路面の傾斜角の調整角を求める調整角算出部と、前記調整角算出部により算出した調整角と、前記曲率・カント角取得部により取得したカント角とに基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置の軌道幅方向における傾斜角を求める傾斜角算出部と、を備えている。
このように構成することで、車輪のキャンバー角に対応した走行路面の調整角を、走行路面の曲率に基づき算出することができる。さらに、例えば、算出した調整角を、その位置に設定されるカント角に対して加減算するため、遠心力の影響をカントにより抑制しつつ、ゴムタイヤに面圧分布が生じることを低減可能な走行路面の傾斜角を算出することができる。

さらに、この発明に係る傾斜角演算装置は、上記傾斜角演算装置において、前記操舵角算出部が、内軌側の前記車輪の操舵角と、外軌側の前記車輪の操舵角とを個別に算出し、前記調整角算出部が、内軌側の前記車輪の操舵角に基づいて内軌側の前記走行路面の調整角を算出するとともに、外軌側の前記車輪の操舵角に基づいて外軌側の前記走行路面の調整角とを算出し、前記傾斜角算出部が、内軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、内軌側の前記走行路面の傾斜角を算出するとともに、外軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、外軌側の前記走行路面の傾斜角を算出してもよい。

この発明に係る傾斜角設計方法は、案内軌条から反力を受けてゴムタイヤが装着された車輪を転舵させながら走行する案内軌条式鉄道車両の走行路面の傾斜角設計方法であって、前記走行路面の延びる方向の各位置の曲率およびカント角を取得する曲率・カント角取得工程と、前記曲率・カント角取得工程により取得した曲率に基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置における車輪の操舵角を算出する操舵角算出工程と、前記操舵角算出工程により取得した操舵角に基づいて軌道幅方向における前記走行路面の傾斜角の調整角を求める調整角算出工程と、前記調整角算出工程により算出した調整角と、前記曲率・カント角取得工程により取得したカント角とに基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置の軌道幅方向における傾斜角を求める傾斜角算出工程と、を備えている。

さらに、この発明に係る傾斜角設計方法は、上記傾斜角設計方法において、前記操舵角算出工程が、内軌側の前記車輪の操舵角と、外軌側の前記車輪の操舵角とを個別に算出し、前記調整角算出工程が、内軌側の前記車輪の操舵角に基づいて内軌側の前記走行路面の調整角を算出するとともに、外軌側の前記車輪の操舵角に基づいて外軌側の前記走行路面の調整角とを算出し、前記傾斜角算出工程が、内軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、内軌側の前記走行路面の傾斜角を算出するとともに、外軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、外軌側の前記走行路面の傾斜角を算出してもよい。

この発明に係る走行路面製造方法は、案内軌条から反力を受けてゴムタイヤが装着された車輪を転舵させながら走行する案内軌条式鉄道車両の走行路面製造方法であって、走行路面の延びる方向の各位置の曲率およびカント角を取得する曲率・カント角取得工程と、前記曲率・カント角取得工程により取得した曲率に基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置における車輪の操舵角を算出する操舵角算出工程と、前記操舵角算出工程により取得した操舵角に基づいて軌道幅方向における前記走行路面の傾斜角の調整角を求める調整角算出工程と、前記調整角算出工程により算出した調整角と、前記曲率・カント角取得工程により取得したカント角とに基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置の軌道幅方向における傾斜角を求める傾斜角算出工程と、前記傾斜角算出工程により求めた傾斜角で前記走行路面を形成する路面形成工程と、を備えている。

さらに、この発明に係る走行路面製造方法は、上記走行路面製造方法において、前記操舵角算出工程が、内軌側の前記車輪の操舵角と、外軌側の前記車輪の操舵角とを個別に算出し、前記調整角算出工程が、内軌側の前記車輪の操舵角に基づいて内軌側の前記走行路面の調整角を算出するとともに、外軌側の前記車輪の操舵角に基づいて外軌側の前記走行路面の調整角とを算出し、前記傾斜角算出工程が、内軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、内軌側の前記走行路面の傾斜角を算出するとともに、外軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、外軌側の前記走行路面の傾斜角を算出してもよい。

この発明に係るプログラムは、案内軌条から反力を受けてゴムタイヤが装着された車輪を転舵させながら走行する案内軌条式鉄道車両の走行路面の傾斜角演算装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、前記走行路面の延びる方向の各位置の曲率およびカント角を取得する曲率・カント角取得部と、前記曲率・カント角取得部により取得した曲率に基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置における車輪の操舵角を算出する操舵角算出部と、前記操舵角算出部により取得した操舵角に基づいて軌道幅方向における前記走行路面の傾斜角の調整角を求める調整角算出部と、前記調整角算出部により算出した調整角と、前記曲率・カント角取得部により取得したカント角とに基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置の軌道幅方向における傾斜角を求める傾斜角算出部と、として機能させる。

さらに、この発明に係るプログラムは、上記プログラムにおいて、前記操舵角算出部が、内軌側の前記車輪の操舵角と、外軌側の前記車輪の操舵角とを個別に算出し、前記調整角算出部が、内軌側の前記車輪の操舵角に基づいて内軌側の前記走行路面の調整角を算出するとともに、外軌側の前記車輪の操舵角に基づいて外軌側の前記走行路面の調整角とを算出し、前記傾斜角算出部が、内軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、内軌側の前記走行路面の傾斜角を算出するとともに、外軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、外軌側の前記走行路面の傾斜角を算出してもよい。

この発明に係る案内軌条式鉄道車両の軌道、傾斜角演算装置、傾斜角設計方法、走行路面製造方法、および、プログラムによれば、ゴムタイヤの偏摩耗を抑制することが可能となる。

この発明の第一実施形態における車両および軌道の概略構成を示す正面図である。 この発明の第一実施形態における傾斜角演算装置の構成を示すブロック図である。 この発明の第一実施形態におけるカント角と調整角との説明図である。 この発明の第一実施形態における制御装置による傾斜角演算処理のフローチャートである。 この発明の第二実施形態における図３に相当する説明図である。

次に、この発明の一実施形態に係る案内軌条式鉄道車両の軌道、傾斜角演算装置、傾斜角設計方法、走行路面製造方法、および、プログラムについて説明する。
図１は、この発明の第一実施形態における案内軌条式鉄道車両の概略構成を示す正面図である。
図１に示すように、この第一実施形態における案内軌条式鉄道車両（以下、単に車両１と称する）は、軌道２の幅方向両側部に設けられたサイドガイド式の案内軌条３によって案内されて一対の走行路面４上を走行する。ここで、一対の走行路面４とは、車両１の左右の操舵輪（車輪）１２がそれぞれ走行する面を指している。

車両１は、車体５と、走行台車６とを備えている。
車体５は、走行方向の前後に長い略直方体の中空形状をなしている。この車体５の内部には、乗客を収容可能な空間が形成されている。
走行台車６は、車体５を下方から支持し、軌道２を走行するものである。走行台車６は、車体５の前部及び後部の下方に配置されている。

走行台車６は、台車本体１１と、操舵輪１２と、案内装置１３と、を備えている。
台車本体１１は、車体５を下方から支持する。台車本体１１は、台車枠１６と、緩衝装置１７と、車軸１８と、を備えている。

緩衝装置１７は、車体５と台車枠１６との間に設けられている。緩衝装置１７は、軌道２の走行路面４上の凹凸などによる振動が車体５に伝わることを抑制する。緩衝装置１７は、ばね部材１９を備えている。ばね部材１９は、例えば車体５の車幅方向に互いに間隔をあけて複数配されている。ばね部材１９としては、例えば、空気ばねを用いることができる。

車軸１８は、台車枠１６に支持されている。車軸１８は、車幅方向の中央部に配されたギヤボックス２０から車幅方向両側に延びている。ギヤボックス２０には、モータ等の動力源（図示せず）からの回転動力を車軸１８に伝達するディファレンシャルギヤなどの機構が収容されている。この実施形態においては、ギヤボックス２０が台車枠１６の下側に固定されることで、車軸１８がギヤボックス２０を介して台車枠１６に支持されているが、この構成に限られるものではない。

操舵輪１２は、ゴムタイヤが装着されたタイヤ付ホイールである。操舵輪１２は、車幅方向両側に延びる各車軸１８の両端に接続されている。これら操舵輪１２は、車軸１８と共に車軸１８の中心軸周りに回転可能とされている。これにより、車両１が軌道２の走行路面４上を走行することができる。

また、操舵輪１２は、台車本体１１に対して車軸１８の車幅方向両側の端部に配された操舵軸（言い換えれば、キングピン軸）Ｏ１回りに回動可能とされている。操舵輪１２が操舵軸Ｏ１回りに回動することで、車両１の進行方向の向きを変えることができる。ここで、車両１における操舵軸Ｏ１は、下側に向かうほど車幅方向外側に配されるように鉛直線に対して傾斜している（キングピン傾角）。

案内装置１３は、台車本体１１に対して上下方向に延びる旋回軸Ｏ２回りに旋回可能に支持されている。この実施形態における案内装置１３は、台車本体１１の下方に配されている。案内装置１３は、案内軌条３からの反力を受けて操舵輪１２を操舵する。この案内装置１３は、案内枠２１と、案内輪２２と、を備えている。

案内枠２１は、横梁２３と、縦梁２４と、を備えている。
横梁２３は、操舵輪１２よりも車幅方向の両外側まで延びて形成される。この実施形態における横梁２３は、操舵輪１２の走行方向の前方および後方にそれぞれ配置されている。
縦梁２４は、操舵輪１２の走行方向に延びており、前後一対の横梁２３同士を車幅方向の中間部分において接続している。縦梁２４は、その延びる方向の中間部分において台車本体１１に対して旋回軸Ｏ２回りに旋回可能に取り付けられている。

案内輪２２は、軌道２の車幅方向両側に配置された案内軌条３によって案内される。案内輪２２は、横梁２３の両端部に取り付けられ、上下方向に延びる軸線Ｏ３回りに回転自在とされている。これら案内輪２２は、車両１が軌道２を走行する際に、案内軌条３に接触することで回転し、案内軌条３と案内枠２１との接触による摩擦を緩和している。上述した横梁２３が延びる方向の案内装置１３の寸法は、互いに対向する案内軌条３間の寸法よりも小さく設定されている。

案内装置１３と操舵輪１２とは、連結アーム（図示せず）を介して連結されている。
案内装置１３は、例えば、車両１が軌道２の曲線区間を走行する際などに、一部の案内輪２２が案内軌条３に押し付けられる。案内装置１３は、この一部の案内輪２２が案内軌条３から受けた反力によって旋回する。この旋回による力は、上記連結アームによって操舵輪１２に伝達される。つまり、案内装置１３の旋回により、操舵輪１２が操舵軸Ｏ１周りに転舵される。

図２は、この発明の第一実施形態における傾斜角演算装置の構成を示すブロック図である。図３は、この発明の第一実施形態におけるカント角と調整角との説明図である。
傾斜角演算装置３０は、上述した軌道２における走行路面４の傾斜角の設計値を算出する装置である。この実施形態における傾斜角演算装置３０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）などの汎用のコンピュータからなる。

図２に示すように、傾斜角演算装置３０は、ディスプレイなどの表示装置３１、および、キーボードやマウスなどの操作装置３２が接続される入出力インターフェース３３を備えている。また、傾斜角演算装置３０は、ワークエリア等として利用されるメモリ３４と、ディスク型記憶媒体Ｄｓに対してデータの記憶処理や再生処理を行う記憶／再生装置３５と、ハードディスクドライブ装置等の補助記憶装置３６と、各種制御処理を行う制御装置３７と、インターネットなどを介して外部のネットワークＮｔ等に接続可能な通信インターフェース３８を更に備えている。

補助記憶装置３６は、運転パターン記憶部４１と、カント角データ記憶部４２と、傾斜角演算プログラム記憶部４３と、ＯＳ記憶部４４と、を備えている。
運転パターン記憶部４１は、予め設定された運転パターンの情報を記憶している。ここで、運転パターンの情報とは、軌道２の延びる方向の各位置における曲率半径や車両速度などの情報である。運転パターンは、例えば、路線毎に設定される。例えば、車両１が自動運転を行う場合、この運転パターンに従って車両１が走行する。ここで、この第一実施形態における曲率半径とは、内軌側の走行路面４と外軌側の走行路面４との間の軌道幅方向の中央位置に引くことができる仮想線の曲率半径である。

カント角データ記憶部４２は、平面視における軌道２の曲率半径および車両速度に対する適切なカント角の情報を記憶している。曲率半径および車両速度に対するカント角の情報は、例えば、テーブル、マップ、または、数式などにより記憶することができる。カント角は、遠心力による影響を抑制するために設けられる。そのため、カント角は、走行速度の値が大きいほど、曲率半径の値が小さいほど、大きい値に設定される。直線と曲線との間に設定される緩和曲線の場合、カント角は、漸次増減するように設定される。

演算プログラム記憶部４３は、制御装置３７で実行する演算プログラムを記憶する記憶領域である。
ＯＳ記憶部４４は、ＯＳ（Operating System）プログラムを予め記憶する記憶領域である。
上述した演算プログラム、ＯＳプログラム、および、運転パターンの情報は、例えば、ディスク型記憶媒体Ｄｓから記憶／再生装置３５を介して補助記憶装置３６へ記憶される。
ここで、演算プログラムと、ＯＳプログラムと、運転パターンとを補助記憶装置３６へ記憶させる方法は、上記方法に限られない。演算プログラム、ＯＳプログラム、および、運転パターンは、例えば、通信インターフェース３８を介して外部の装置から補助記憶装置３６へ記憶させるようにしてもよい。

制御装置３７は、各種演算を行うＣＰＵ（Central Processing Unit；図示せず）を備えている。制御装置３７は、演算プログラムを実行することで実現される複数の機能部として、曲率・カント角取得部５１と、車両情報取得部５２と、操舵角算出部５３と、調整角算出部５４と、傾斜角算出部５５と、を備えている。

曲率・カント角取得部５１は、曲率半径と、カント角とを取得する。より具体的には、曲率・カント角取得部５１は、まず操作装置３２からユーザによって入力される軌道２の位置情報を取得する。曲率・カント角取得部５１は、取得した位置情報に基づいて、補助記憶装置３６の運転パターン記憶部４１の記憶情報を参照し、その位置における曲率半径の情報を取得する。さらに、曲率・カント角取得部５１は、取得した曲率半径に基づいて、カント角データ記憶部４２の記憶情報を参照して、カント角の情報を取得する。曲率・カント角取得部５１は、取得した曲率半径の情報を調整角算出部５４に出力する。また、曲率・カント角取得部５１は、取得したカント角の情報を傾斜角算出部５５へ出力する。

車両情報取得部５２は、車両１のキングピン傾角の情報と、車両１のキャンバー角を変化させる各種パラメータの情報と、を取得する。各種パラメータとしては、例えば、キャスタ角、サスペンションリンク等がある。さらに、車両情報取得部５２は、車両１の操舵角に影響するホイールベースとトレッドとの各情報を取得する。車両情報取得部５２は、ホイールベース、および、トレッドの情報を、操舵角算出部５３へ出力する。さらに車両情報取得部５２は、キングピン傾角や各種パラメータの情報を、調整角算出部５４に対して出力する。ホイールベース、トレッド、キングピン傾角、および、各種パラメータは、例えば、操作装置３２を介してユーザにより手入力するようにしてもよい。

ここで、ホイールベース、トレッド、キングピン傾角、および、各種パラメータをユーザにより手入力する一例に説明したが、これに限られるものではない。例えば、ホイールベース、トレッド、キングピン傾角、および、各種パラメータの各情報を、車種に関連付けて、補助記憶装置３６に予め記憶させるようにしてもよい。この場合、ユーザが操作装置３２を介して車種を指定することで、各パラメータ情報を読み出して利用できるため、ユーザによる手入力の工数を低減できる。

操舵角算出部５３は、曲率・カント角取得部５１より入力された曲率半径の情報に基づいて、走行路面４の各位置における操舵輪１２の操舵角を算出する。より具体的には、操舵角算出部５３は、上記曲率半径の情報と、車両情報取得部５２により取得されたホイールベース、トレッドの情報とに基づいて、操舵角を算出する。操舵角算出部５３は、算出した操舵角の情報を調整角算出部５４へ出力する。ここで、この実施形態における操舵角は、左右の操舵輪１２の各操舵角の平均値を用いている。

上述した車両１の操舵輪１２の操舵角は、例えば同一曲率半径の曲線を走行する場合であっても、車両１のホイールベースやトレッド等の条件に応じて変化する。つまり、操舵角算出部５３は、軌道２の曲率半径に対して、車種に応じた操舵角を算出している。ここで、車両１の車種に応じてホイールベースやトレッドが変化しない場合には、操舵角算出部５３において曲率半径だけに基づいて操舵角を算出するようにしてもよい。また、操舵角算出部５３は、曲率半径と操舵角とのテーブルやマップを参照することにより操舵角を求めるようにしてもよい。

調整角算出部５４は、操舵角算出部５３により算出された操舵角と、車両情報取得部５２により取得されたキングピン傾角および各種パラメータと、に基づいて、操舵角に応じた操舵輪１２のキャンバー角を算出する。このキャンバー角は、操舵角に応じて変化する。キャンバー角を「α」、操舵角を「δ」、キングピン傾角を「β」、各種パラメータを「γ」、曲線半径を「Ｒ」、ホイールベースおよびトレッドを「Ｌ」とすると、キャンバー角「α」は、以下の（１）式の関数で表すことができる。
α＝ｆ（δ（Ｒ，Ｌ），β，γ）・・・（１）
ここで、車両１の左右の操舵輪１２のキャンバー角は、転舵時に、それぞれキングピン傾角の影響によってポジティブキャンバー側に変位する。言い換えれば、操舵輪１２の軸線方向外側が内側よりも下方に配される状態となる。これらキャンバー角は、操舵角が大きくなるほど大きくなる。
調整角算出部５４は、算出したキャンバー角を、走行路面４の傾斜角の調整角θの情報として傾斜角算出部５５へ出力する。

傾斜角算出部５５は、調整角算出部５４により算出した調整角θの情報と、曲率・カント角取得部５１によって取得したカント角θｃの情報とに基づいて、軌道幅方向における走行路面４の傾斜角を求める。より具体的には、傾斜角算出部５５は、図３に示すように、カント角θｃに対して調整角θを加算することで、内軌側の走行路面４の傾斜角を算出する。一方で、傾斜角算出部５５は、カント角θｃに対して調整角θを減算することで、外軌側の走行路面４の傾斜角を算出する。ここで、一対の走行路面４の各傾斜角は、正面から見て、走行路面４と接する左右の操舵輪１２の幅方向中央位置Ｃ１の高さが変化しないように調整される。

この実施形態における制御装置３７は、算出した傾斜角の情報を表示装置３１へ表示する制御指令を出力する。これにより、表示装置３１には、内軌側の走行路面４、および、外軌側の走行路面の各傾斜角が表示されることとなる。

この実施形態における傾斜角演算装置３０は、上述した構成を備えている。次に、上述した傾斜角演算装置３０の制御装置３７による傾斜角演算処理について図４のフローチャートを参照しながら説明する。

まず、傾斜角演算装置３０は、車両情報取得部５２により、操作装置３２に入力された車両１のキングピン傾角、上述した各種パラメータを取得する。また、傾斜角を求める対象の走行路面４の位置情報を取得する（ステップＳ０１）。
次に、傾斜角演算装置３０は、曲率・カント角取得部５１により、運転パターン記憶部４１の記憶情報と、操作装置３２に入力された位置情報とに基づいて、走行路面４の平面視における曲率半径と、走行路面４のカント角とを求める（ステップＳ０２；曲率・カント角取得工程）。

さらに、傾斜角演算装置３０は、操舵角算出部５３により、曲率半径およびホイールベース、および、トレッドの情報に基づいて操舵角を算出する（ステップＳ０３；操舵角算出工程）。
また、傾斜角演算装置３０は、調整角算出部５４により、操舵角算出部５３によって算出した操舵角と、車両情報取得部５２によって取得した各種パラメータとに基づいて、操舵角に対応するキャンバー角を、走行路面４の調整角として算出する（ステップＳ０４；調整角算出工程）。

次いで、傾斜角演算装置３０は、傾斜角算出部５５により、調整角算出部５４によって算出した調整角と、曲率・カント角取得部５１によって取得したカント角とに基づいて、走行路面４の傾斜角を算出する（ステップＳ０５；傾斜角算出工程）。
傾斜角演算装置３０は、制御装置３７により、傾斜角算出部によって算出された傾斜角の情報を表示装置３１に表示させる（ステップＳ０６）。

ユーザは、表示装置３１により表示された傾斜角を見て、その傾斜角となるように走行路面４の形成を行う（路面形成工程）。

したがって、上述した第一実施形態によれば、転舵時に生じる操舵輪のキャンバー角の変位方向と同方向に走行路面４を傾斜させることができる。そのため、転舵時に生じるゴムタイヤのトレッド面の幅方向の面圧分布を緩和することができる。その結果、ゴムタイヤの偏摩耗を抑制することができる。

さらに、走行路面４の平面視における曲率に応じて、操舵輪１２の操舵角を求めるため、この操舵角に対応する操舵輪１２のキャンバー角を求めることができる。さらに、走行路面４に設定されるカント角に対して、キャンバー角の分だけ角度を増減させて走行路面４の傾斜角を設定するので、ゴムタイヤに対する走行路面４の傾斜角を適正化できる。そのため、ゴムタイヤのトレッド面の幅方向に生じる面圧分布をより低減させることができる。

また、調整角として算出したキャンバー角を、その位置に設定されるカント角に対して加減算することで、左右両側のゴムタイヤに生じる面圧分布を低減可能な走行路面４の傾斜角を算出できる。

さらに、内軌側の走行路面４の傾斜角がカント角に対して大きく設定され、外軌側の走行路面４の傾斜角がカント角に対して小さく設定される。そのため、左右それぞれの操舵輪１２に対して同時に面圧分布の低減を図ることができる。

次に、この発明の第二実施形態について図面を参照しながら説明する。この第二実施形態は、一対の走行路面４に対する内軌側の調整角と外軌側の調整角とが異なる点でのみ上述した第一実施形態に対して相違している。そのため、同一部分に同一符号を付して説明するとともに、重複説明を省略する。

この第二実施形態における傾斜角演算装置３０の制御装置３７は、曲率・カント角取得部５１と、車両情報取得部５２と、操舵角算出部５３と、調整角算出部５４と、傾斜角算出部５５とを備えている。
曲率・カント角取得部５１は、第一実施形態と同様に、操作装置３２からユーザによって入力される軌道２の延びる方向の位置情報を取得する。曲率・カント角取得部５１は、取得した位置情報に基づいて、補助記憶装置３６の運転パターン記憶部４１の記憶情報を参照し、その位置における曲率半径の情報を取得する。

ここで、第二実施形態における曲率・カント角取得部５１は、軌道２の延びる方向の各位置における曲率半径を、内軌側の走行路面４と外軌側の走行路面４とで個別に求める。ここで、内軌側の走行路面４と外軌側の走行路面４とは、それぞれ平面視における曲率半径が異なり、外軌側の走行路面４の曲率半径は、内軌側の走行路面４の曲率半径よりも大きくなる。

また、曲率・カント角取得部５１は、取得した曲率半径に基づいて、カント角データ記憶部４２の記憶情報を参照して、その位置におけるカント角の情報を取得する。曲率・カント角取得部５１は、取得した内軌側および外軌側の各曲率半径の情報を調整角算出部５４に出力する。また、曲率・カント角取得部５１は、取得したカント角の情報を傾斜角算出部５５へ出力する。

操舵角算出部５３は、内軌側の曲率半径に基づいて内軌側の操舵輪１２の操舵角を算出する。同様に、操舵角算出部５３は、外軌側曲率半径に基づいて外軌側の操舵輪１２の操舵角を算出する。第二実施形態における操舵角算出部５３は、内軌側と外軌側との操舵角を個別に求める点でのみ第一実施形態と相違するため、重複説明を省略する（以下、調整角算出部５４、傾斜角算出部５５も同様）。

調整角算出部５４は、操舵角算出部５３によって算出された内軌側の操舵角に基づいて、内軌側の操舵輪１２のキャンバー角を調整角θｉとして算出する。同様に、調整角算出部５４は、操舵角算出部５３によって算出された外軌側の操舵角に基づいて、外軌側の操舵輪１２のキャンバー角を調整角θｏとして算出する。

図５は、この発明の第二実施形態における図３に相当する説明図である。
傾斜角算出部５５は、調整角算出部５４により入力される内軌側の走行路面４の調整角θｉの情報と、外軌側の走行路面４の調整角θｏの情報と、曲率・カント角取得部５１によって取得されたカント角θｃの情報とに基づいて、軌道幅方向における内軌側の走行路面４の傾斜角、および、外軌側の走行路面４の傾斜角を求める。

図５に示すように、より具体的には、傾斜角算出部５５は、カント角θｃに対して調整角θｉを加算することで、内軌側の走行路面４の傾斜角を算出するとともに、カント角θｃに対して調整角θｏを減算することで、外軌側の走行路面４の傾斜角を算出する。ここで、上述したように曲率半径の違いから、調整角θｉの絶対値は、調整角θｏの絶対値よりも大きくなる。そのため、カント角θｃに対する内軌側の走行路面４の傾斜角は、カント角θｃに対する外軌側の走行路面４の傾斜角よりも大きく設定されることとなる。

したがって、上述した第二実施形態によれば、第一実施形態と同様に、ゴムタイヤの偏摩耗を抑制しつつ、カント角に対する走行路面４の傾斜角を、内軌側の操舵輪１２の操舵角と、外軌側の操舵輪の操舵角とに生じる差分を考慮して設定することができる。そのため、より操舵輪１２のキャンバー角に適した傾斜角で走行路面４を形成することができる。その結果、ゴムタイヤの偏摩耗を更に抑制することができる。

この発明は上述した各実施形態の構成に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で設計変更可能である。
上述した各実施形態においては、操舵輪１２がそれぞれ一つのホイールにより形成される場合について説明した。しかし、この構成に限られるものではない。例えば、一つの操舵輪１２を複数のホイールを軸線方向に連結して形成してもよい。この場合、複数のホイールを一つの操舵輪１２として扱うことで、上述した各実施形態と同様に、走行路面４の傾斜角を求めることができる。

また、例えば、上述した各実施形態においては、調整角算出部５４により操舵角に応じたキャンバー角の変化を算出する場合について説明した。しかし、この構成に限られず、例えば、ユーザが操舵角に応じたキャンバー角の値を操作装置３２から手入力するようにしても良い。この場合、ユーザは、キャンバー角の値を実測、または、図面上から読み取って入力すればよい。

さらに、上述した各実施形態においては、コンピュータ読み取り可能なディスク型記憶媒体Ｄｓを説明した。しかし、記憶媒体は、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、等のディスク型に限られず、半導体メモリ等の記憶媒体を用いてもよい。また、コンピュータプログラムは、通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。

さらに、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。また、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。

１ 車両
２ 軌道
３ 案内軌条
４ 走行路面
５ 車体
６ 走行台車
１１ 台車本体
１２ 操舵輪
１３ 案内装置
２３ 横梁
２４ 縦梁
３０ 傾斜角演算装置
３１ 表示装置
３２ 操作装置
３３ 入出力インターフェース
３４ メモリ
３５ 記憶／再生装置
３６ 補助記憶装置
３７ 制御装置
３８ 通信インターフェース
４１ 運転パターン記憶部
４２ カント角データ記憶部
４３ 演算プログラム記憶部
４４ ＯＳ記憶部
５１ 曲率・カント角取得部
５２ 車両情報取得部
５３ 操舵角算出部
５４ 調整角算出部
５５ 傾斜角算出部
Ｄｓ ディスク型記憶媒体
Ｏ１ 操舵軸
Ｏ２ 旋回軸
Ｏ３ 軸線

Claims (11)

1. 案内軌条から反力を受けてゴムタイヤが装着された車輪を転舵させながら走行する案内軌条式鉄道車両の軌道であって、
   左右の車輪がそれぞれ走行する一対の走行路面を備え、
   前記一対の走行路面のうち平面視で曲率を有する範囲の内軌側の走行路面は、その軌道幅方向の傾斜角がカント角よりも大きく設定され、
   前記一対の走行路面のうち平面視で曲率を有する範囲の外軌側の走行路面は、その軌道幅方向の傾斜角がカント角よりも小さく設定される案内軌条式鉄道車両の軌道。
2. 前記一対の走行路面の傾斜角は、前記カント角、および、前記曲率に基づいて設定される請求項１に記載の案内軌条式鉄道車両の軌道。
3. 前記カント角に対する前記内軌側の走行路面の傾斜角は、前記カント角に対する前記外軌側の走行路面の傾斜角よりも大きく設定される請求項１又は２に記載の案内軌条式鉄道車両の軌道。
4. 案内軌条から反力を受けてゴムタイヤが装着された車輪を転舵させながら走行する案内軌条式鉄道車両の走行路面の傾斜角演算装置であって、
   前記走行路面の延びる方向の各位置の曲率およびカント角を取得する曲率・カント角取得部と、
   前記曲率・カント角取得部により取得した曲率に基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置における車輪の操舵角を算出する操舵角算出部と、
   前記操舵角算出部により取得した操舵角に基づいて軌道幅方向における前記走行路面の傾斜角の調整角を求める調整角算出部と、
   前記調整角算出部により算出した調整角と、前記曲率・カント角取得部により取得したカント角とに基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置の軌道幅方向における傾斜角を求める傾斜角算出部と、を備える傾斜角演算装置。
5. 前記操舵角算出部は、内軌側の前記車輪の操舵角と、外軌側の前記車輪の操舵角とを個別に算出し、
   前記調整角算出部は、内軌側の前記車輪の操舵角に基づいて内軌側の前記走行路面の調整角を算出するとともに、外軌側の前記車輪の操舵角に基づいて外軌側の前記走行路面の調整角とを算出し、
   前記傾斜角算出部は、内軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、内軌側の前記走行路面の傾斜角を算出するとともに、外軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、外軌側の前記走行路面の傾斜角を算出する請求項４に記載の傾斜角演算装置。
6. 案内軌条から反力を受けてゴムタイヤが装着された車輪を転舵させながら走行する案内軌条式鉄道車両の走行路面の傾斜角設計方法であって、
   前記走行路面の延びる方向の各位置の曲率およびカント角を取得する曲率・カント角取得工程と、
   前記曲率・カント角取得工程により取得した曲率に基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置における車輪の操舵角を算出する操舵角算出工程と、
   前記操舵角算出工程により取得した操舵角に基づいて軌道幅方向における前記走行路面の傾斜角の調整角を求める調整角算出工程と、
   前記調整角算出工程により算出した調整角と、前記曲率・カント角取得工程により取得したカント角とに基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置の軌道幅方向における傾斜角を求める傾斜角算出工程と、を備える傾斜角設計方法。
7. 前記操舵角算出工程は、内軌側の前記車輪の操舵角と、外軌側の前記車輪の操舵角とを個別に算出し、
   前記調整角算出工程は、内軌側の前記車輪の操舵角に基づいて内軌側の前記走行路面の調整角を算出するとともに、外軌側の前記車輪の操舵角に基づいて外軌側の前記走行路面の調整角とを算出し、
   前記傾斜角算出工程は、内軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、内軌側の前記走行路面の傾斜角を算出するとともに、外軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、外軌側の前記走行路面の傾斜角を算出する請求項６に記載の傾斜角設計方法。
8. 案内軌条から反力を受けてゴムタイヤが装着された車輪を転舵させながら走行する案内軌条式鉄道車両の走行路面製造方法であって、
   走行路面の延びる方向の各位置の曲率およびカント角を取得する曲率・カント角取得工程と、
   前記曲率・カント角取得工程により取得した曲率に基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置における車輪の操舵角を算出する操舵角算出工程と、
   前記操舵角算出工程により取得した操舵角に基づいて軌道幅方向における前記走行路面の傾斜角の調整角を求める調整角算出工程と、
   前記調整角算出工程により算出した調整角と、前記曲率・カント角取得工程により取得したカント角とに基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置の軌道幅方向における傾斜角を求める傾斜角算出工程と、
   前記傾斜角算出工程により求めた傾斜角で前記走行路面を形成する路面形成工程と、を備える走行路面製造方法。
9. 前記操舵角算出工程は、内軌側の前記車輪の操舵角と、外軌側の前記車輪の操舵角とを個別に算出し、
   前記調整角算出工程は、内軌側の前記車輪の操舵角に基づいて内軌側の前記走行路面の調整角を算出するとともに、外軌側の前記車輪の操舵角に基づいて外軌側の前記走行路面の調整角とを算出し、
   前記傾斜角算出工程は、内軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、内軌側の前記走行路面の傾斜角を算出するとともに、外軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、外軌側の前記走行路面の傾斜角を算出する請求項８に記載の走行路面製造方法。
10. 案内軌条から反力を受けてゴムタイヤが装着された車輪を転舵させながら走行する案内軌条式鉄道車両の走行路面の傾斜角演算装置としてコンピュータを機能させるプログラムであって、
    前記走行路面の延びる方向の各位置の曲率およびカント角を取得する曲率・カント角取得部と、
    前記曲率・カント角取得部により取得した曲率に基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置における車輪の操舵角を算出する操舵角算出部と、
    前記操舵角算出部により取得した操舵角に基づいて軌道幅方向における前記走行路面の傾斜角の調整角を求める調整角算出部と、
    前記調整角算出部により算出した調整角と、前記曲率・カント角取得部により取得したカント角とに基づいて、前記走行路面の延びる方向の各位置の軌道幅方向における傾斜角を求める傾斜角算出部と、として機能させるプログラム。
11. 前記操舵角算出部は、内軌側の前記車輪の操舵角と、外軌側の前記車輪の操舵角とを個別に算出し、
    前記調整角算出部は、内軌側の前記車輪の操舵角に基づいて内軌側の前記走行路面の調整角を算出するとともに、外軌側の前記車輪の操舵角に基づいて外軌側の前記走行路面の調整角とを算出し、
    前記傾斜角算出部は、内軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、内軌側の前記走行路面の傾斜角を算出するとともに、外軌側の前記走行路面の調整角と前記カント角とに基づいて、外軌側の前記走行路面の傾斜角を算出する請求項１０に記載のプログラム。

Images