JP2012166733A - 鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】４軸（８枚）の車輪の全てに着目し、１つの車両として直線区間、曲線区間、分岐に関わらず横圧を低減することができる、鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成方法及びその装置を提供する。
【解決手段】走行位置情報および軌道データを記憶する走行位置情報・軌道データ記憶装置と走行時の横圧を計算するための中央処理装置とを有する車両走行制御装置６，１６と、この車両走行制御装置６，１６で生成した４軸分のアクチュエータ動作信号に基づいて各輪軸１Ａ〜４Ａ，１１Ａ〜１４Ａを操舵するアクチュエータ５Ａ−１〜５Ｄ−２，１５Ａ−１〜１５Ｄ−２又は台車を操舵するアクチュエ５Ａ′−１〜５Ｃ′−２，１５Ａ′−１〜１５Ｃ′−２とを前記車両に備え、このアクチュエータの動作により、各輪軸又は台車にヨーイング角度を付与し、直線、曲線、分岐に関係なく走行時の横圧を低減させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成方法及びその装置に係り、特に鉄道操舵台車が曲線通過する際に旋回力を向上させるためのアクチュエータの動作信号生成に関するものである。

従来、鉄道車両が曲線を高速で通過する際、車輪がレールを曲線外側に押し倒そうとする力（横圧）が大きくなる。このため、曲線走行時には速度制限が設けられている。また、輪軸を曲線のラジアル方向に動かせば横圧を低減可能であることも知られており、これまで車体と台車間のボギー角に応じた幾何学的なてこ比により輪軸をラジアル方向に動かすことができる構造を持った台車が開発され、実用化されている。同様の知見を用いて、曲線区間で輪軸をラジアル方向にアクチュエータで制御する台車枠旋回装置付鉄道車両が提案されている（下記特許文献１参照）。

特開２００４−１６１１１５号公報

しかしながら、従来の台車枠旋回装置付鉄道車両では、各車両の先頭輪軸（第１軸）に着目し、緩和曲線、円曲線で横圧を低減させるようにしていた。これは４本の輪軸の内で第１軸外軌側の横圧が最も大きいため、曲線区間で最も横圧が大きくなるこの第１軸外軌側の横圧を低減できれば、車輪の摩耗や軌道不整の進展を効果的に抑制できるためである。

よって、上記した従来の台車枠旋回装置付鉄道車両は、曲線における第１軸の横圧を低減するのみで、直線、曲線、分岐に関係なく、４軸（８枚）の車輪に生じる横圧をトータルで最小とするような台車枠のアクチュエータ制御ではなく、また直線区間や分岐においても横圧を低減できるように構成されたものではない。
本発明は、上記状況に鑑みて、あらかじめ軌道形状データと車両走行位置情報を持った車両において４軸（８枚）の車輪の全てに着目し、１つの車両として直線区間、曲線区間、分岐に関わらず鉄道車両走行時の横圧を低減することができる、鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成方法において、車両に走行位置情報および軌道データを記憶する走行位置情報・軌道データ記憶装置と車両の状態情報記憶装置と走行時の横圧を計算するための中央処理装置とを有する車両走行制御装置を備え、前記軌道データと車両の状態情報を用いて、前記車両が現在走行している区間の先の区間を走行した場合、車両の状態情報と前記車両走行制御装置により前記車両の８枚の車輪に生じる横圧の総和が最小となるように輪軸を操舵するアクチュエータ動作信号を計算し、前記アクチュエータ動作信号に基づいてアクチュエータを動作させることにより、前記輪軸に又は台車にヨーイング角度を付与し、直線、曲線、分岐に関係なく車両走行時の横圧を低減させることを特徴とする。

〔２〕鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成装置において、走行位置情報および軌道データを記憶する走行位置情報・軌道データ記憶装置と車両の状態情報記憶装置と走行時の横圧を計算するための中央処理装置とを有する車両走行制御装置と、この車両走行制御装置で生成した４軸分のアクチュエータ動作信号に基づいて各輪軸又は台車を操舵するアクチュエータとを前記車両に備え、このアクチュエータの動作により、各輪軸又は台車にヨーイング角度を付与し、直線、曲線、分岐に関係なく走行時の横圧を低減させることを特徴とする。

本発明によれば、４軸（８枚）の車輪の全てに着目し、１つの車両として直線区間、曲線区間、分岐に関わらず横圧を低減することができるので、車両と軌道に優しい鉄道車両装置を提供することができる。

本発明の鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成方法を示す模式図である。 本発明に係る車両Ａでのアクチュエータ動作信号生成システムのブロック図である。 本発明に係る車両Ｃでのアクチュエータ動作信号生成システムのブロック図である。

本発明の鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成方法は、車両に走行位置情報および軌道データを記憶する走行位置情報・軌道データ記憶装置と車両の状態情報記憶装置と走行時の横圧を計算するための中央処理装置とを有する車両走行制御装置を備え、前記軌道データと車両の状態情報を用いて、前記車両が現在走行している区間の先の区間を走行した場合、車両の状態情報と前記車両走行制御装置により前記車両の８枚の車輪に生じる横圧の総和が最小となるように輪軸を操舵するアクチュエータ動作信号を計算し、前記アクチュエータ動作信号に基づいてアクチュエータを動作させることにより、前記輪軸に又は台車にヨーイング角度を付与し、直線、曲線、分岐に関係なく車両走行時の横圧を低減させる。

また、鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成装置は、走行位置情報および軌道データを記憶する走行位置情報・軌道データ記憶装置と車両の状態情報記憶装置と走行時の横圧を計算するための中央処理装置とを有する車両走行制御装置と、この車両走行制御装置で生成した４軸分のアクチュエータ動作信号に基づいて各輪軸又は台車を操舵するアクチュエータとを前記車両に備え、このアクチュエータの動作により、各輪軸又は台車にヨーイング角度を付与し、直線、曲線、分岐に関係なく走行時の横圧を低減させる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成方法を示す模式図、図２は本発明に係る車両Ａでのアクチュエータの動作信号生成システムのブロック図、図３は車両Ｃでのアクチュエータの動作信号生成システムのブロック図である。

図１，２において、Ａは軌道不整の大きい直線軌道を有する区間（１）に入線する前の状態の車両、Ｂ１，Ｂ２は車両Ａの台車枠であり、１Ａは車輪１−１，１−２を有する第１輪軸、２Ａは車輪２−１，２−２を有する第２輪軸、３Ａは車輪３−１，３−２を有する第３輪軸、４Ａは車輪４−１，４−２を有する第４輪軸、５，５Ａ−１，５Ａ−２，５Ｂ−１，５Ｂ−２，５Ｃ−１，５Ｃ−２，５Ｄ−１，５Ｄ−２または５Ａ′−１，５Ａ′−２，５Ｃ′−１，５Ｃ′−２はアクチュエータ、６は車両走行制御装置、６Ａは中央処理装置、６Ｂは走行位置情報および軌道データを記憶する走行位置情報・軌道データ記憶装置、６Ｃは車両の状態情報（走行速度，アクチュエータ変位）記憶装置、６Ｄは出力インターフェース、６Ｅは入力インターフェース、７は上位側の情報検知装置であり、この上位側の情報検知装置７を介して車両の位置情報及び軌道データ並びに車両の状態情報を車両走行制御装置６へ読み込むことができる。

よって、ここでは、次の区間（１）に軌道不整があることが車両Ａの車両走行制御装置６に搭載されている軌道データからわかっているため、さらに、上位側の情報検知装置７を介して車両走行制御装置６へ読み込まれる車両の状態情報記憶装置６Ｃからの情報を加味して、現在の走行速度近傍で、車両Ａが現在走行している区間の先の区間（１）を走行した場合に８枚の車輪１−１，１−２，２−１，２−２，３−１，３−２，４−１，４−２に生じる横圧の総和が最小となるように輪軸１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａを操舵する最適なアクチュエータ動作信号を車両走行制御装置６で計算する。このアクチュエータ動作信号を台車Ｂ１，Ｂ２に装備したアクチュエータ５Ａ−１，５Ａ−２，５Ｂ−１，５Ｂ−２，５Ｃ−１，５Ｃ−２，５Ｄ−１，５Ｄ−２に区間（１）の入口で伝送し、これらのアクチュエータがアクチュエータ動作信号通りに各輪軸１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａにヨーイング角度を付与することにより、軌道不整の大きい直線軌道を有する区間（１）で走行時の横圧を低減させる。台車についても同様にアクチュエータ５Ａ′−１，５Ａ′−２，５Ｃ′−１，５Ｃ′−２に区間（１）の入口で伝送し、台車にヨーイング角度を付与する。

また、図１，３において、Ｃは曲線軌道を有する区間（２）に入線する前の状態の車両、Ｄ１，Ｄ２は車両Ｃの台車枠であり、１１Ａは車輪１１−１，１１−２を有する第１輪軸、１２Ａは車輪１２−１，１２−２を有する第２輪軸、１３Ａは車輪１３−１，１３−２を有する第３輪軸、１４Ａは車輪１４−１，１４−２を有する第４輪軸、１５，１５Ａ−１，１５Ａ−２，１５Ｂ−１，１５Ｂ−２，１５Ｃ−１，１５Ｃ−２，１５Ｄ−１，１５Ｄ−２または１５Ａ′−１，１５Ａ′−２，１５Ｃ′−１，１５Ｃ′−２はアクチュエータ、１６は車両走行制御装置、１６Ａは中央処理装置、１６Ｂは走行位置情報・軌道データ記憶装置、１６Ｃは車両の状態情報（走行速度，アクチュエータ変位）記憶装置、１６Ｄは出力インターフェース、１６Ｅは入力インターフェース、１７は上位側の車両情報検知装置であり、この上位側の情報検知装置１７を介して車両の位置情報及び軌道データ並びに車両の状態情報を車両走行制御装置１６へ読み込むことができる。

よって、ここでは、次の区間（２）が曲線軌道であることが車両Ｃに搭載されている車両走行制御装置１６の軌道データからわかっているため、さらに、上位側の情報検知装置７を介して車両走行制御装置６へ読み込まれる車両の状態情報記憶装置１６Ｃからの情報を加味して、区間（１）又はそれ以前の区間を走行中に、曲線軌道を有する区間（２）を車両の状態情報（走行速度，アクチュエータ変位）記憶装置１６Ｃから与えられた車両の状態情報（走行速度、アクチュエータ変位）で走行した場合に８枚の車輪１１−１，１１−２，１２−１，１２−２，１３−１，１３−２，１４−１，１４−２に生じる横圧の総和が最小となるように輪軸１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａを操舵するアクチュエータ動作信号を車両走行制御装置１６で計算する。このアクチュエータ動作信号を区間（２）の入口でアクチュエータ１５Ａ−１，１５Ａ−２，１５Ｂ−１，１５Ｂ−２，１５Ｃ−１，１５Ｃ−２，１５Ｄ−１，１５Ｄ−２に伝送し、これらのアクチュエータ１５がアクチュエータ動作信号通りに各輪軸１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａにヨーイング角度を付与することにより、曲線軌道を有する区間（２）を走行時の横圧を低減させる。台車についても同様にアクチュエータ１５Ａ′−１，１５Ａ′−２，１５Ｃ′−１，１５Ｃ′−２に区間（２）の入口で伝送し、台車にヨーイング角度を付与する。

このように、本発明では、あらかじめ車両に搭載されている軌道不整を含む軌道データを使い、車両の状態情報と車両上に搭載された車両走行制御装置で先行区間の横圧の値を走行中に逐一計算（推定）し、計算で求めた車両の８枚の車輪に生じる横圧がトータルで最小となるように輪軸を操舵する最適なアクチュエータ動作信号を台車に装備したアクチュエータに伝送してこのアクチュエータ動作信号に基づいてアクチュエータを動作させることで、台車の旋回力を向上させて走行性能を向上させるようにしている。

車上に搭載された車両走行制御装置は、現在走行している位置より先の区間の軌道データを使って、現在走行している速度の近傍条件で、アクチュエータに与えるパターンを複数変えながら８枚の車輪に生じる横圧の総和が最小値となるまで逐一計算を繰り返し、最適条件を求める。図１に示す区間（１）と区間（２）が一部重なっているように、先行区間をオーバーラップさせながら連続的にアクチュエータ動作信号を計算することにより、車両の急激な速度変化に対しても、より最適なアクチュエータ制御を行うことができることになる。

例えば、軌道不整の大きい直線軌道を有する区間（１）に入線する前の車両Ａでは、現在の車両の状態情報と、車両走行制御装置６で計算したアクチュエータ動作信号に基づいて各アクチュエータ５を動作させ、各輪軸１Ａ，２Ａ，３Ａ，４Ａの両端を図１に示す矢印の方向に操舵する。
また、曲線軌道を有する区間（２）に入線する前の車両Ｃでは、車両走行制御装置１６で計算したアクチュエータ動作信号に基づいて各アクチュエータ１５を動作させ、各輪軸１１Ａ，１２Ａ，１３Ａ，１４Ａの両端を図１に示す矢印の方向に操舵する。なお、台車についても１台車あたり２本のアクチュエータとして同様に行うものとする。

このように構成することにより、直線区間、曲線区間、分岐などの軌道の状態に関係なく、鉄道車両走行時の横圧を低減させることができる。また、従来のように、曲線区間のみでなく直線区間や分岐でも８枚の車輪に生じる横圧を最小とするように構成しているので、車両や軌道に優しい鉄道車両を提供することができる。
また、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成方法及び装置は、車両の８枚の車輪に生じる横圧の総和を最小とし、車両の旋回力を向上させることができるツールとして利用可能である。

１−１，１−２，２−１，２−２，３−１，３−２，４−１，４−２，１１−１，１１−２，１２−１，１２−２，１３−１，１３−２，１４−１，１４−２ 車輪
１Ａ，１１Ａ 第１輪軸
２Ａ，１２Ａ 第２輪軸
３Ａ，１３Ａ 第３輪軸
４Ａ，１４Ａ 第４輪軸
５，５Ａ−１，５Ａ−２，５Ａ′−１，５Ａ′−２，５Ｂ−１，５Ｂ−２，５Ｃ−１，５Ｃ−２，５Ｃ′−１，５Ｃ′−２，５Ｄ−１，５Ｄ−２，１５，１５Ａ−１，１５Ａ−２，１５Ａ′−１，１５Ａ′−２，１５Ｂ−１，１５Ｂ−２，１５Ｃ−１，１５Ｃ−２，１５Ｃ′−１，１５Ｃ′−２，１５Ｄ−１，１５Ｄ−２ アクチュエータ
６，１６ 車両走行制御装置
６Ａ，１６Ａ 中央処理装置
６Ｂ，１６Ｂ 走行位置情報・軌道データ記憶装置
６Ｃ，１６Ｃ 車両の状態情報（走行速度，アクチュエータ変位）記憶装置
６Ｄ，１６Ｄ 出力インターフェース
６Ｅ，１６Ｅ 入力インターフェース
７，１７ 上位側の情報検知装置
Ａ，Ｃ 車両
Ｂ１，Ｂ２，Ｄ１，Ｄ２ 台車枠

Claims (2)

1. 車両に走行位置情報および軌道データを記憶する走行位置情報・軌道データ記憶装置と車両の状態情報記憶装置と走行時の横圧を計算するための中央処理装置とを有する車両走行制御装置を備え、前記軌道データと車両の状態情報を用いて、前記車両が現在走行している区間の先の区間を走行した場合、前記車両走行制御装置により前記車両の８枚の車輪に生じる横圧の総和が最小となるように輪軸を操舵するアクチュエータ動作信号を計算し、前記アクチュエータ動作信号に基づいてアクチュエータを動作させることにより、前記輪軸に又は台車にヨーイング角度を付与し、直線、曲線、分岐に関係なく車両走行時の横圧を低減させることを特徴とする鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成方法。
2. （ａ）走行位置情報および軌道データを記憶する走行位置情報・軌道データ記憶装置と走行時の横圧を計算するための中央処理装置とを有する車両走行制御装置と、
   （ｂ）該車両走行制御装置で生成した４軸分のアクチュエータ動作信号に基づいて各輪軸又は台車を操舵するアクチュエータとを前記車両に備え、
   （ｃ）該アクチュエータの動作により、各輪軸又は台車にヨーイング角度を付与し、直線、曲線、分岐に関係なく走行時の横圧を低減させることを特徴とする鉄道車両走行時の横圧を低減させるアクチュエータの動作信号生成装置。

Images