JPH09226576A

JPH09226576A - 鉄道車両用台車の車輪軸操舵装置

Info

Publication number: JPH09226576A
Application number: JP4092496A
Authority: JP
Inventors: Shoji Kasai; 省司河西; Tetsuji Hirotsu; 哲二弘津; Shuji Ishida; 周二石田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-02-28
Filing date: 1996-02-28
Publication date: 1997-09-02

Abstract

(57)【要約】【課題】高速走行安定性に適した軸箱支持剛性を有する
車輪軸が、曲線軌道に沿った強制操舵ができるようにす
ること。【解決手段】台車台枠２の前後方向に配設された一対の
車輪軸３ａ，３ｂの各両端部に設けた軸箱支持装置の前
後・左右方向支持剛性を高速走行に適した値に選定し、
軸箱支持装置に並列して、鉄道車両が曲線軌道を走行す
る際に各車輪軸３ａ，３ｂにヨー角指令値に応じたヨー
角を与えるアクチュエータ７を用いた強制操舵機構６
ａ，６ｂを設け、曲線軌道に対応したヨー角指令値を強
制操舵機構６ａ，６ｂに与える強制操舵制御手段１０
ａ，１０ｂを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道車両用台車の
車輪軸操舵装置に係り、特に曲率半径の比較的大きな曲
線軌道をスムーズに通過することができる鉄道車両用台
車の車輪軸操舵装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在実用化されている大部分の鉄道車両
用台車は、軸箱支持装置により台車台枠に対して前後に
配設された車輪軸がそれぞれ単独に前後方向(車両の進
行方向)及び左右方向に比較的強固に弾性結合されてい
る。この種の台車では、車輪軸の前後方向支持剛性が大
きく、急曲線通過時に車輪の転走方向が曲線の接線方向
と一致しなくなり、過大な横圧が車輪フランジ及びレー
ルに作用し、両者の摩耗を促進させたり、横圧増加によ
りきしみ音が発生するなどの欠点があった。

【０００３】また、車輪とレール間の微小なスリップ
（クリープ）に起因すると思われる偏摩耗が車輪やレー
ルに発生するなどの問題点もある。

【０００４】一方、曲線通過性能の改善を図る目的で、
例えば、特開平3−19729号公報に記載されているよう
に、車輪軸の前後方向の支持剛性を小さく構成し、前後
一対の車輪軸のヨーイング（yawing）運動が逆位相とな
るように、リンク機構により一対の車輪軸を連結した操
舵装置を有する鉄道車両用台車が提案されている。

【０００５】また、操舵機能をさらに増大させるため、
例えば、特開平4−19264号公報に記載されているよう
に、車体と操舵装置とをリンクで連結し、このリンクに
より車体と台車台枠間の相対ヨーイング運動を前記操舵
装置に伝達して駆動することにより、車輪軸を操舵させ
る強制操舵方式の鉄道車両用台車や、例えば、特開平1
−132463号公報等に記載されているように、軸箱まわり
に遊間を設けたり、軸箱を前後方向に十分柔らかく支持
した台車枠に４個のアクチュエータを取り付け、曲線軌
道に合わせて強制操舵させるようにした鉄道車両用車輪
操舵装置が提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のリンク式操舵台
車では、曲率半径の小さな曲線軌道で強制操舵させると
きの大きな操舵力に耐えられるように、リンク及び操舵
装置を設計する必要があるので、装置が大型化するとと
もにばね下重量の増加をきたし、高速走行時に軌道に加
わる荷重が増大するという問題点がある。また、車体・
台車間がリンク等によって連結されるので、台車に発生
する振動が車体に伝達されやすくなり、乗り心地の悪化
を招く恐れもある。

【０００７】一方、アクチュエータを用いた従来の強制
操舵装置では、車輪軸の前後方向の支持剛性が極めて小
さくなり、低速走行時の操舵性能は安定しているが、高
速走行時の蛇行動に対する安定性が低下するという問題
がある。

【０００８】本発明の目的は、車輪軸と台車枠間の前後
・左右方向の支持剛性を、高速走行安定性に適した値に
選定した従来の台車に、アクチュエータを用いた強制操
舵機構，曲線軌道検知手段及び強制操舵制御手段を併設
し、曲線軌道通過時に操舵を必要とする車輪軸のみをヨ
ーイングさせ、曲線軌道に沿った強制操舵を実行するこ
とで、曲線軌道通過性能の改善と高速走行安定性を両立
させることができる鉄道車両用台車の車輪軸操舵装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は鉄道車両の台車台枠の前後方向に分かれて
配置されて車輪をそれぞれ一対ずつ支持する一対の車輪
軸と、各車輪軸の両端に配設され、各車輪軸を回転自在
に軸支するそれぞれ一対の軸箱と、各軸箱と台車台枠と
を弾性結合させて各軸箱を支持する複数の軸箱支持装置
とを備えている鉄道車両用台車で、各車輪軸の両端に配
設された一対の軸箱をそれぞれ支持する軸箱支持装置の
うち、一ないし二つの軸箱支持装置に併設されて各車輪
軸にヨー角指令値に応じたヨー角を与える一ないし二つ
のアクチュエータを用いた強制操舵機構と、曲線軌道に
対応したヨー角指令値を各強制操舵機構に出力する複数
の強制操舵制御手段とを設けたことを特徴とする鉄道車
両用台車の車輪軸操舵装置を構成した。

【００１０】また、本発明は、前記鉄道車両用台車で、
前記複数の軸箱のうち台車台枠の中心部を間にして互い
に対角位置にある一対の軸箱と当該一対の軸箱をそれぞ
れ支持する一対の軸箱支持装置に併設されて各車輪軸に
ヨー角指令値に応じたヨー角を与えるアクチュエータを
用いた複数の強制操舵機構と、曲線軌道に対応したヨー
角指令値を各強制操舵機構に出力する複数の強制操舵制
御手段とを設けたことを特徴とする鉄道車両用台車の車
輪軸操舵装置を構成したものである。

【００１１】さらに、本発明は、複数の台車を有する前
記鉄道車両で、両端部に位置する車輪軸に配設された複
数の軸箱をそれぞれ支持する軸箱支持装置のうち、片方
ないし両方の軸箱支持装置に併設されて各車輪軸にヨー
角指令値に応じたヨー角を与える一ないし複数のアクチ
ュエータを用いた強制操舵機構と、曲線軌道に対応した
ヨー角指令値を各強制操舵機構に出力する複数の強制操
舵制御手段とを設けたことを特徴とする鉄道車両用台車
の車輪軸操舵装置を構成することができる。

【００１２】前記各鉄道車両用台車の車輪軸操舵装置を
構成するに際しては、以下の機能を追加することができ
る。

【００１３】（１）各強制操舵機構が配設された軸箱支
持装置を他の軸箱支持装置よりも柔らかい支持剛性で構
成することができる。

【００１４】（２）強制操舵制御手段は、軸箱に設置し
た加速度センサにより、軸箱の左右振動加速度を検出
し、検出信号に含まれる特定の振動周波数成分ないし、
定常加速度も含めた低振動数成分から曲線軌道を検出す
る曲線軌道検知手段と、曲線軌道検知手段の検出値を基
に曲線軌道に応じたヨー角指令値を生成するヨー角指令
値生成手段とから構成されている。

【００１５】（３）強制操舵制御手段は、軌道に配置さ
れた地上子から車両通過信号を受信する受信器と、受信
器により受信された車両通過信号と車両に設置された速
度計から得られた車両速度信号を基に指定の地点を車両
の走行距離の算出起算点として車両の走行距離を算出す
る走行距離算出手段と、走行距離の算出起算点から曲線
軌道までの距離を示す曲線位置データと曲線軌道の曲線
データ，車輪軸を移動させる方向，移動量及び時間等の
制御指令に関する情報を記憶する記憶手段と、走行距離
算出手段の算出値と記憶手段の曲線位置記憶データとを
比較する比較手段と、比較手段の比較結果に基づいて強
制操舵機構を駆動するための制御信号を生成する制御信
号生成手段とから構成されている。

【００１６】（４）強制操舵制御手段は、予め設定され
た範囲の曲率を有する曲線軌道通過時のみヨー角指令値
を出力する強制操舵制限手段を含むこと。

【００１７】（５）強制操舵制御手段は、車両進行方向
指令信号により予め設定された進行方向での走行時のみ
ヨー角指令値を出力する強制操舵制限手段を含むこと。

【００１８】（６）強制操舵機構としてのアクチュエー
タは、管路に接続された一対のポートを有して流体を収
納するシリンダ室と、シリンダ室内に往復動自在に挿入
されてシリンダ室を２室に分割するピストンと、ピスト
ンに連結されたピストンロッドとを備えており、シリン
ダ室の各ポートに接続された管路に、設定された曲線軌
道を走行する際に管路を開きそれ以外のときには管路を
閉塞する制御弁を配置し、ピストンにより分割された一
方のシリンダ室と他方のシリンダ室とを管路より狭い流
路でバイパスする絞り装置を配設してなる。

【００１９】上記した手段によれば、曲線軌道を通過す
る時、強制操舵制御手段から出力されるヨー角指令値に
よって強制操舵機構が駆動されるが、強制操舵機構で発
生させる操舵力を、軸箱支持装置の前後方向支持剛性に
よる拘束力より大きく設定することにより、各車輪軸が
ヨー角指令値に応じてヨーイングするので、曲線軌道に
沿っての強制操舵が可能となる。この場合、各車輪軸の
両端に配設された二つの軸箱支持装置のそれぞれに強制
操舵機構を併設したものでは、左右のアクチュエータの
駆動方向が互いに逆位相になるように制御することによ
り、各車輪軸をヨーイングさせることができる。また、
強制操舵機構を各車輪軸の一方の軸箱支持装置に併設し
た場合、車輪軸は、強制操舵機構を併設していない側の
軸箱部を支点にして回動するので、操舵に必要な移動量
は増加するが、アクチュエータの数を少なくすることが
でき、ばね下重量の増加を抑制できる。

【００２０】一方、車体底部に各台車を複数台備えた鉄
道車両が曲線軌道を走行する際に各車輪軸に発生する横
圧の定常値は、車両進行方向最前位の車輪軸で最大値を
示すことが、これまでの走行試験結果やシミュレーショ
ン結果から明らかにされている。また、台車台枠に対し
て前後に配設された車輪軸では、車両進行方向前方の車
輪軸で、転走方向と曲線の接線方向との不一致が大き
く、後方の車輪軸は車輪踏面の円錐形状等に基づいた自
己操舵機能により、曲線軌道に比較的よく一致して走行
されている。

【００２１】そこで、鉄道車両の進行方向に対応して、
車両進行方向前方に位置する一ないし複数の車輪軸に設
置した強制操舵機構のみを駆動させるように強制操舵制
御手段を構成することができ、少ない駆動源で信頼性の
高い強制操舵が可能となる。強制操舵制御手段は、予め
設定された範囲の曲率を有する曲線軌道通過時のみ強制
操舵機構を駆動するための制御信号を出力する強制操舵
制御手段を含んでいるので、駅構内等に存在する極めて
小さい曲率半径の曲線軌道を低速で通過するときには、
強制操舵を停止することができ、強制操舵機構に過大な
力が加わることなく、曲線軌道を通過することができ
る。

【００２２】また、強制操舵時以外のときには、制御弁
によって管路が閉塞され、ピストンにより分割された一
方のシリンダ室と他方のシリンダ室が絞り装置によって
結ばれるので、アクチュエータを液圧ダンパとして用い
ることができ、直線軌道走行時や大きな曲率半径の曲線
路を走行するときには、アクチュエータが車輪軸のヨー
運動を制限するように動作し、高速走行時の安定性が向
上する。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の鉄道車両用台車の
車輪軸操舵装置の一実施例を図面に基づいて説明する。

【００２４】図１は本発明の一実施例を示すブロック
図、図２は本発明の一実施例を示す側面図である。図
１，図２で、鉄道車両用台車は、鉄道車両の車体１底部
に配設された台車台枠２，台車台枠２の前後方向（車両
の進行方向）に分かれて配置された一対の車輪軸３ａ，
３ｂ，各車輪軸３ａ，３ｂの両端に配設されて各車輪軸
３ａ，３ｂを回転自在に軸支する軸箱４ａ，４ａ′，４
ｂ，４ｂ′，各軸箱４ａ，４ａ′，４ｂ，４ｂ′と台車
台枠２とを弾性結合させて各軸箱４ａ、４ａ′，４ｂ，
４ｂ′を支持する軸箱支持装置５ａ，５ｂ（５ａ′，５
ｂ′は図示省略）を備え、強制操舵機構６ａ，６ｂとし
て、アクチュエータ７ａ，７ａ′及び７ｂ，７ｂ′，管
路８，８を備え、さらに、曲線軌道検知手段９ａ，９
ｂ，強制操舵制御手段１０ａ，１０ｂを備えている。

【００２５】車体１は、枕ばね（図示省略）を介して台
車台枠２に弾性支持されており、車輪軸３ａ，３ｂは、
軸箱支持装置５ａ，５ｂの内部に配置された弾性部材に
より台車台枠２に対して前後，左右方向に適当な剛性を
もって弾性支持されている。一方、アクチュエータ７
ａ，７ａ′，７ｂ，７ｂ′は、各軸箱４ａ，４ａ′，４
ｂ，４ｂ′と台車台枠２との間に軸箱支持装置５ａ，
(５ａ′),５ｂ,(５ｂ′)と並列するように、球面ブッシ
ュないしゴムブッシュ等を介して回動可能に取り付けら
れている。また、アクチュエータ７ａと７ａ′及び７ｂ
と７ｂ′は、管路８，８を介して互いに逆位相で変位さ
れるように接続されている。

【００２６】各アクチュエータ７ａ，７ａ′，７ｂ，７
ｂ′は、図３に示すように、強制操舵制御手段１０から
の流体を収納するシリンダ７１，シリンダ７１内に往復
動自在に挿入されてシリンダ７１内をシリンダ室７２，
７３に分割するピストン７４，ピストン７４に連結され
たピストンロッド７５を備えており、シリンダ７１のポ
ート７６，７７に管路８，８が接続されている。また、
ピストン７４とシリンダ７１との間にはシール７８が装
着されている。そして、曲線軌道走行時に、二つのアク
チュエータ７ａ,７ａ′ないし７ｂ,７ｂ′に、強制操舵
制御手段１０ａないし１０ｂから制御指令値に応じた流
体が供給されると、流体の圧力に応じて各アクチュエー
タ７ａ，７ａ′ないし７ｂ，７ｂ′が駆動される。

【００２７】曲線軌道検知手段９ａ，９ｂは、軸箱４
ａ，４ｂの左右方向振動加速度を検出する加速度センサ
によって構成されており、検出出力が強制操舵制御手段
１０ａ，１０ｂ内の舵取り制御装置１１に入力されてい
る。実測によると、曲線軌道走行時には、車輪・レール
間の左右方向すべりによるスティックスリップ振動によ
り軸箱に特定の振動数の左右振動加速度が発生すること
が知られており、加速度センサの検出信号に含まれる特
定の周波数成分の大きさに対応して舵取りを行うことに
より、このスティックスリップ振動を抑制し、車輪・レ
ールの波状摩耗を防止できる。又、加速度センサの定常
加速度も含めた低振動数成分から曲線軌道への進入を検
知することもできる。

【００２８】強制操舵制御手段１０ａ，１０ｂは、舵取
り制御装置１１，サーボ弁１２，締切り弁１３，制御指
令線１４，液圧源１５等によって構成され、車体１に設
置されている。舵取り制御装置１１は、曲線軌道検知手
段９ａないし９ｂにより曲線軌道が検出されたときに、
曲線軌道検知手段９ａないし９ｂからの信号を基に、曲
線軌道に見合った車輪軸３ａ，３ｂの必要操舵量をヨー
角指令値として演算し、この演算値に従ってサーボ弁１
２を操作するようになっている。サーボ弁１２が操作さ
れると、液圧源１５から送り出される液圧が必要操舵量
に応じて制御され、制御された液圧が締切り弁１４，管
路８を介して各アクチュエータ７ａ，７ａ′，７ｂ，７
ｂ′に送給される。各アクチュエータ７ａ，７ａ′，７
ｂ，７ｂ′が液圧に応じて駆動されると、車輪軸３ａ，
３ｂが曲線軌道に整合するように強制操舵される。

【００２９】また、舵取り制御装置１１には、曲線軌道
検知手段９ａ，９ｂの出力信号の大きさに応じて強制操
舵を実施するか否かを判断する強制操舵制御手段を含ん
でおり、直線軌道走行時や駅構内等の極めて曲率半径の
小さい曲線軌道を低速で走行する時など強制操舵の必要
がないときには、アクチュエータ７ａ，７ａ′ないし７
ｂ，７ｂ′とサーボ弁１２との間に設けた締切り弁１３
を舵取り制御装置１１からの指令により動作させ、管路
８を閉塞する構成としている。また、強制操舵機構６に
不具合が生じた場合にも締切り弁１３を動作させること
で、自己操舵に切り替えることができる。

【００３０】さらに、図３に示すように強制操舵制御手
段１０には、アクチュエータ７の管路８，８と並列に絞
り弁１６を設置することができ、直線軌道走行時に、締
切り弁１３を動作させて液圧源１５からの液圧の供給を
遮断すると共に絞り弁１６を開き、シリンダ７１内の液
圧を絞り弁１６を介してバイパスする様に構成すること
もできる。

【００３１】上記構成で、鉄道車両台車が直線軌道を走
行するときには、図１に示すように、強制操舵は実行さ
れず、前後の車輪軸３ａ，３ｂがほぼ平行になった状態
で軌道に沿って操舵される。また、直線軌道走行時に
は、舵取り制御装置１１に含まれる強制操舵制限手段に
より直線軌道走行が検出され、この検出出力により締切
り弁１３が動作して液圧源１５からアクチュエータ７
（７ａ，７ａ′，７ｂ，７ｂ′）への液圧の供給が遮断
されている。また、締切り弁１３の動作に対応して絞り
弁１６が開くので、アクチュエータ７の各シリンダ室７
２，７３間を絞り弁１６を介して流体が移動し、アクチ
ュエータ７を液圧ダンパとして作動させることができ
る。このため、直線軌道走行時には、アクチュエータ７
(７ａ,７ａ′，７ｂ，７ｂ′）が液圧ダンパとして機能
するので、車輪軸３ａ，３ｂのヨーイング振動に対する
減衰効果が高められ、直線軌道での高速走行安定性を向
上させることができる。

【００３２】一方、鉄道車両用台車が直線軌道から曲線
軌道に移行すると、曲線軌道検知手段９ａ，９ｂの出力
に基づいて、曲線軌道に見合った車輪軸３ａ，３ｂの必
要操舵量がヨー角指令値として舵取り制御装置１１によ
り演算される。この演算値に従ってサーボ弁１２が操作
され、この操作量に応じた液圧がアクチュエータ７（７
ａ，７ａ′，７ｂ，７ｂ′）に供給されると、アクチュ
エータ７（７ａ，７ａ′，７ｂ，７ｂ′）の駆動によっ
て前後の車輪軸３ａ，３ｂが曲線軌道に整合するように
強制操舵される。図４は本実施例の鉄道車両用台車の曲
線軌道における車輪軸３ａ，３ｂの挙動を示しており、
曲率半径Ｒの曲線軌道を走行するとき、車輪軸３ａ，３
ｂはアクチュエータ７ａ，７ａ′，７ｂ，７ｂ′の駆動
によって、車輪軸３ａ，３ｂの直線軌道走行時の車輪軸
中心位置oa-oa′，ob-ob′から外軌側は前後に広がり、
内軌側が狭まる方向に移動され、前後の車輪軸３ａ，３
ｂが曲線軌道に整合するように強制操舵され、過大な横
圧の発生を防止することができ、曲線軌道における走行
安全性が向上する。なお、前後の車輪軸３ａ，３ｂに対
応して設置したアクチュエータ７ａ，７ａ′と７ｂ，７
ｂ′は、強制操舵制御手段１０ａ，１０ｂによって個別
に制御されるので、前後の車輪軸３ａ，３ｂを曲線軌道
に正しく整合するように強制操舵させることができる。

【００３３】また、本実施例で台車のばね下に設置され
る機器は、アクチュエータ７ａ，７ａ′，７ｂ，７ｂ′
の一部と軸箱４ａ，４ａ′，４ｂ，４ｂ′への取付け部
材のみで済み、ばね下重量の増加分は少なく、小型化を
図ることができ、車体・台車枠間を連結するような強制
操舵機構を用いていないので、高速走行性能や乗り心地
を阻害するのを防止できる。

【００３４】さらに、本実施例によれば、直線軌道走行
時にアクチュエータ７(７ａ,７ａ′，７ｂ，７ｂ′）を
液圧ダンパとして作動させることができるので、軸箱支
持装置５ａ，（５ａ′），５ｂ，（５ｂ′）の前後方向
支持剛性を柔らかく構成してアクチュエータをさらに小
型軽量化することができ、曲線軌道通過性能と高速走行
時の蛇行動に対する安定性を両立させることができる。

【００３５】なお、本実施例では、液圧式のアクチュエ
ータ７を用いて構成したが、例えば、電動機構を用いて
も同様な効果が得られる。また、液圧源１５は空気圧，
油圧等を利用することもできるが、供給圧力が高いた
め、応答性のよい油圧を用いた方がアクチュエータ７や
サーボ弁１２等が小型化できる。

【００３６】次に、本発明の第２実施例を図５と図６に
基づいて説明する。図５は本発明の第２実施例を示す説
明図、図６は本発明の第２実施例の台車の曲線軌道にお
ける車輪軸の挙動を示す説明図である。

【００３７】本実施例は、強制操舵機構６のアクチュエ
ータ７ａ，７ｂを各車輪軸３ａ，３ｂの一方の軸箱４
ａ，４ｂ′と台車台枠２との間に設けたもので、曲線軌
道検知手段９ａ，９ｂや強制操舵制御手段１０ａ，１０
ｂ等は実施例と同様である。本実施例によれば、曲線軌
道走行時には、図６に示すように軸箱４ａ′，４ｂが固
定側になり、軸箱４ａ，４ｂ′が可動側となって、前後
の車輪軸３ａ，３ｂが軸箱４ａ′，４ｂ側を支点として
ヨー変位されるので、アクチュエータ７ａ，７ｂの駆動
によって前後の車輪軸３ａ，３ｂが曲線軌道に整合する
ように強制操舵され、過大な横圧の発生を防止すること
ができ、曲線軌道における走行安全性が向上する。

【００３８】このように、本実施例によれば、台車のば
ね下に設置される機器は、アクチュエータ７ａ，７ｂの
一部と軸箱４ａ，４ｂ′への取付け部材のみで済み、ば
ね下重量の増加分が極めて少ないため、高速走行性能に
与える影響が少なく、信頼性も著しく向上する。また、
アクチュエータ７ａ，７ｂを設置しない軸箱４ａ′，４
ｂ部の軸箱支持装置は、支持剛性を従来並みかそれ以上
に硬く構成しても、操舵性能にはあまり影響されないた
め、アクチュエータ７ａ，７ｂを設置する軸箱４ａ，４
ｂ′部の支持剛性を柔らかく構成してアクチュエータ７
ａ，７ｂをさらに小型軽量化することができ、曲線軌道
通過性能と高速走行時の蛇行動に対する安定性を両立さ
せることができる。

【００３９】図７は本発明の強制操舵制御手段１０の他
の実施例を示すブロック図である。図７で、強制操舵制
御手段１０は、距離演算装置２３，比較回路２４，記憶
装置２５，増幅器２６を備えており、距離演算装置２３
に受信器２１と速度計２２からの信号が入力されてい
る。

【００４０】受信器２１は、線路に設置されたＡＴＳ
（自動列車停止装置）の地上子（図示省略）からの信号
を受信して、軌道上を車両が通過したことを検知し、こ
の検知信号を距離演算装置２３へ出力するようになって
いる。距離演算装置２３は、受信器２１からの信号を入
力したときに、地上子の設置地点を車両の走行距離の起
算点とし、車両側に設置された速度計２２から得られた
車両速度信号に基づいて走行距離を算出し、算出値を比
較回路２４へ出力するようになっている。比較回路２４
は距離演算装置２３により得られた算出値に従って記憶
装置２５の記憶データを検索し、検索に従った比較結果
を出力するようになっている。記憶装置２５には、曲線
地点までの距離を表す曲線位置データと曲線軌道の曲線
データが記憶されている。このため、比較回路２４から
比較結果が出力されると、この比較結果が増幅器２６で
増幅され、増幅された信号がヨー角指令値を示す信号と
してサーボ弁１２へ出力される。なお、強制操舵制御手
段１０は一車両ないし一編成の列車で、１ないし２台設
置すればよく、通常、両端部の運転台付近に設置し、各
台車ないし各車輪軸ごとに設けたサーボ弁１２を駆動す
るように構成される。

【００４１】本実施例によれば、距離演算装置２３及び
曲線位置データ等を記憶させた記憶装置２５により曲線
軌道を正確に検出できるので、車輪軸３ａ，３ｂの強制
操舵を高精度で行うことができ、鉄道車両の走行安全性
及び高速走行の安定性の向上に寄与することができる。
また、上記強制操舵制御手段１０をマイクロコンピュー
タで構成することにより、制御遅れが少なく軌道狂いや
ポイント通過などの外乱に影響されることなく強制操舵
させることができ、信頼性や乗り心地の向上にも寄与す
ることができる。

【００４２】図８は強制操舵機構が設置されていない一
般的な鉄道車両の車体１に配設された車輪軸３ａ，３
ｂ，３ｃ，３ｄが、曲線軌道を通過する際に各車輪軸３
ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに発生する横圧の定常値について
シミュレーションを実施した結果を示しており、車両進
行方向に対して、最初に曲線軌道を通過する車輪軸を３
ａとし、車輪軸３ｂ，３ｃ，３ｄが次々に同一曲線軌道
を同一速度で通過した場合の解析結果である。

【００４３】図によると、車両進行方向先頭の車輪軸３
ａの外軌側車輪で、横圧が最も大きく発生している。ま
た、各台車内の車輪軸３ａと３ｂ及び３ｃと３ｄについ
て比較すると、車両進行方向前方の車輪軸３ａ及び３ｃ
の横圧が大きく、車両進行方向後方に位置する車輪軸３
ｂ及び３ｄの横圧は極めて小さいことが分かる。

【００４４】したがって、一車両内の各車輪軸に対応し
て設置した複数の強制操舵装置のうち、車両進行方向先
頭の車輪軸３ａに対応して設置された強制操舵装置のみ
を駆動するだけで、過大な横圧をほとんど防止すること
ができ、少なくとも各台車内の車両進行方向前方の車輪
軸３ａ及び３ｃに対応して設置された、強制操舵装置を
駆動することにより、曲線軌道をスムーズに通過させる
ことができる。

【００４５】図９及び図１０は本発明の第３，第４の実
施例を示す説明図である。本実施例は、図１に示した第
１実施例ないし、図５に示した第２実施例よりなる鉄道
車両用台車の車輪軸操舵装置を複数個設置して構成した
一両分の鉄道車両で、車輪軸操舵装置に具備した複数の
強制操舵制御手段１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄに車
両の進行方向に対応して強制操舵の実行を制限する強制
操舵制御手段を設けたものである。

【００４６】図９は車体１の台車台枠２、２′に配設さ
れた車輪軸３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを回動可能に支持す
る軸箱４ａ，４ｂ′，４ｃ，４ｄ′部分に強制操舵機構
６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄをそれぞれ設置し、各強制操舵
機構６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄを駆動・制御する強制操舵
制御手段１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄを車体１に取
り付けており、各強制操舵制御手段１０ａ，１０ｂ，１
０ｃ，１０ｄ内に含まれる舵取り制御装置１１（図１，
図３参照）に、車両の運転台に設置され、車両の進行方
向を切り替える主幹制御装置（図示省略）等から得られ
る進行方向指令信号Ｒｖを入力し、進行方向指令信号Ｒ
ｖに従って常に車両進行方向前方の車輪軸３ａ，３ｃな
いし３ｂ，３ｄに設置した強制操舵機構６ａ，６ｃない
し６ｂ，６ｄのみを駆動することにより、車輪軸が曲線
軌道に整合するように強制操舵される。

【００４７】また、図１０に示す本発明の第４の実施例
では、車体１の両端に位置する車輪軸３ａと３ｄに強制
操舵機構６ａ，６ｄと、これを駆動・制御する強制操舵
制御手段１０ａ，１０ｄ等を設置しており、強制操舵制
御手段１０ａ，１０ｄに車両進行方向指令信号Ｒｖを入
力して、常に車両進行方向先頭の車輪軸３ａないし３ｄ
のみが曲線軌道に整合するように強制操舵される。

【００４８】このように、本発明の第３及び第４の実施
例によれば、一車両内の複数の車輪軸に設けた強制操舵
機構と、強制操舵機構を駆動・制御する複数の強制操舵
制御手段のうち、車両進行方向に対応して、比較的大き
な横圧を発生する車輪軸のみを強制操舵するように構成
したので、操舵装置を駆動するための液圧源などが小容
量化するなど、装置全体が小型軽量化でき、経済的で信
頼性の高い車輪軸操舵装置が提供できる。

【００４９】

【発明の効果】本発明によれば、各車輪軸と台車台枠間
の前後・左右方向の支持剛性を、高速走行安定性に適し
た値に設定した軸箱支持装置によって弾性結合するとと
もに、軸箱支持装置に並列にアクチュエータを用いた強
制操舵機構を設置したので、各車輪軸が曲線軌道に整合
するように強制操舵され、過大な横圧の発生を防止する
ことができ、曲線軌道における走行安全性の改善と高速
走行安定性を両立させることができる。

【００５０】さらに、各車輪軸単位で、曲線軌道におけ
る必要操舵量を演算し、強制操舵させるように構成する
と共に、車両進行方向等に対応して、各車輪軸ごとに強
制操舵を制限するようにしたので、ばね下重量の増加分
を抑制することができ、小型化を図ることができる。ま
た、鉄道車両が曲線軌道を走行する際の安全性の向上，
通過速度の向上，車輪とレールの波状摩耗を防止でき、
走行時騒音の低減及び車両や軌道の保守回帰の延長など
が図れる。

【００５１】また、強制操舵機構による車体・台車間の
連結がないので、台車振動の車体への伝達を確実に阻止
することができ、高速走行する際の車体・台車相互のヨ
ーイング振動の連成を防止することができ、乗り心地の
向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】本発明の一実施例を示す側面図。

【図３】本発明のアクチュエータ及び強制操舵制御手段
の一実施例を示すブロック図。

【図４】本発明の台車の曲線軌道における車輪軸の挙動
を示す説明図。

【図５】本発明の第２実施例を示す説明図。

【図６】本発明の第２実施例の台車の曲線軌道における
車輪軸の挙動を示す説明図。

【図７】本発明の強制操舵制御手段の他の実施例を示す
ブロック図。

【図８】鉄道車両一両分の各車輪軸の曲線軌道における
横圧の発生傾向と車両進行方向との関係を示すシミュレ
ーション結果の説明図。

【図９】本発明の第３実施例を示す説明図。

【図１０】本発明の第４実施例を示す説明図。

【符号の説明】

２，２′…台車台枠、３ａ，３ｂ…車輪軸、４ａ，４
ａ′，４ｂ，４ｂ′…軸箱、６ａ，６ｂ…強制操舵機
構、７ａ，７ａ′，７ｂ，７ｂ′…アクチュエータ、９
ａ,９ｂ…曲線軌道検知手段、１０ａ,１０ｂ…強制操舵
制御手段、１１…舵取り制御装置、１２…サーボ弁、１
３…締切り弁、１４…制御指令線。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者石田周二茨城県ひたちなか市勝田中央14番８号勝田商工会館株式会社ひたちなかテクノセンター内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄道車両の台車台枠と、台車台枠の前後方
向に分かれて配置されて車輪をそれぞれ一対ずつ支持す
る一対の車輪軸と、前記各車輪軸の両端に配設され、前
記各車輪軸を回転自在に軸支するそれぞれ一対の軸箱
と、前記各軸箱と前記台車台枠とを弾性結合させて前記
各軸箱を支持する複数の軸箱支持装置とを備えている鉄
道車両用台車において、前記各車輪軸の両端に配設された一対の軸箱をそれぞれ
支持する前記軸箱支持装置のうち、一ないし二つの軸箱
支持装置に併設されて各車輪軸にヨー角指令値に応じた
ヨー角を与える一ないし二つのアクチュエータを用いた
強制操舵機構と、曲線軌道に対応したヨー角指令値を各
強制操舵機構に出力する複数の強制操舵制御手段とを設
けたことを特徴とする鉄道車両用台車の車輪軸操舵装
置。
【請求項２】鉄道車両の台車台枠と、台車台枠の前後方
向に分かれて配置されて車輪をそれぞれ一対ずつ支持す
る一対の車輪軸と、前記各車輪軸の両端に配設され、前
記各車輪軸を回転自在に軸支するそれぞれ一対の軸箱
と、前記各軸箱と前記台車台枠とを弾性結合させて前記
各軸箱を支持する複数の軸箱支持装置とを備えている鉄
道車両用台車において、前記各車輪軸の両端に配設された一対の軸箱をそれぞれ
支持する前記軸箱支持装置のうち、一方の軸箱支持装置
に併設されて前記各車輪軸にヨー角指令値に応じたヨー
角を与えるアクチュエータを用いた複数の強制操舵機構
と、曲線軌道に対応したヨー角指令値を各強制操舵機構
に出力する複数の強制操舵制御手段とを設け、各強制操
舵機構が配設された軸箱支持装置を他の軸箱支持装置よ
りも柔らかい支持剛性で構成したことを特徴とする鉄道
車両用台車の車輪軸操舵装置。
【請求項３】鉄道車両の台車台枠と、台車台枠の前後方
向に分かれて配置されて車輪をそれぞれ一対ずつ支持す
る一対の車輪軸と、前記各車輪軸の両端に配設され、前
記各車輪軸を回転自在に軸支するそれぞれ一対の軸箱
と、前記各軸箱と前記台車台枠とを弾性結合させて各軸
箱を支持する複数の軸箱支持装置とを備えている鉄道車
両用台車において、前記複数の軸箱のうち台車台枠の中心部を間にして互い
に対角位置にある一対の軸箱と前記一対の軸箱をそれぞ
れ支持する一対の軸箱支持装置に併設されて各車輪軸に
ヨー角指令値に応じたヨー角を与えるアクチュエータを
用いた複数の強制操舵機構と、曲線軌道に対応したヨー
角指令値を各強制操舵機構に出力する複数の強制操舵制
御手段とを設けたことを特徴とする鉄道車両用台車の車
輪軸操舵装置。
【請求項４】鉄道車両の台車台枠と、台車台枠の前後方
向に分かれて配置されて車輪をそれぞれ一対ずつ支持す
る一対の車輪軸と、前記各車輪軸の両端に配設され、前
記各車輪軸を回転自在に軸支するそれぞれ一対の軸箱
と、前記各軸箱と台車台枠とを弾性結合させて前記各軸
箱を支持する複数の軸箱支持装置とを備えている鉄道車
両用台車において、前記複数の軸箱のうち台車台枠の中心部を間にして互い
に対角位置にある一対の軸箱と前記一対の軸箱をそれぞ
れ支持する一対の軸箱支持装置に併設されて各車輪軸に
ヨー角指令値に応じたヨー角を与えるアクチュエータを
用いた複数の強制操舵機構と、曲線軌道に対応したヨー
角指令値を各強制操舵機構に出力する複数の強制操舵制
御手段とを設け、各強制操舵機構が配設された軸箱支持
装置を他の軸箱支持装置よりも柔らかい支持剛性で構成
したことを特徴とする鉄道車両用台車の車輪軸操舵装
置。
【請求項５】鉄道車両の複数の台車台枠と、各台車台枠
の前後方向に分かれて配置されて車輪をそれぞれ一対ず
つ支持する複数の車輪軸と、前記各車輪軸の両端に配設
され、前記各車輪軸を回転自在に軸支する複数の軸箱
と、前記各軸箱と台車台枠とを弾性結合させて各軸箱を
支持する複数の軸箱支持装置とを備えている鉄道車両に
おいて、前記鉄道車両の両端部に位置する車輪軸に配設された複
数の軸箱をそれぞれ支持する軸箱支持装置のうち、片方
ないし両方の軸箱支持装置に併設されて各車輪軸にヨー
角指令値に応じたヨー角を与える一ないし複数のアクチ
ュエータを用いた強制操舵機構と、曲線軌道に対応した
ヨー角指令値を各強制操舵機構に出力する複数の強制操
舵制御手段とを設けたことを特徴とする鉄道車両用台車
の車輪軸操舵装置。
【請求項６】鉄道車両の複数の台車台枠と、各台車台枠
の前後方向に分かれて配置され、車輪をそれぞれ一対ず
つ支持する複数の車輪軸と、前記各車輪軸の両端に配設
され、前記各車輪軸を回転自在に軸支する複数の軸箱
と、各軸箱と台車台枠とを弾性結合させて各軸箱を支持
する複数の軸箱支持装置とを備えている鉄道車両におい
て、前記鉄道車両の両端部に位置する車輪軸に配設された複
数の軸箱をそれぞれ支持する軸箱支持装置のうち、片方
ないし両方の軸箱支持装置に併設されて各車輪軸にヨー
角指令値に応じたヨー角を与える一ないし複数のアクチ
ュエータを用いた強制操舵機構と、曲線軌道に対応した
ヨー角指令値を各強制操舵機構に出力する複数の強制操
舵制御手段とを設け、各強制操舵機構が配設された軸箱
支持装置を他の軸箱支持装置よりも柔らかい支持剛性で
構成したことを特徴とする鉄道車両用台車の車輪軸操舵
装置。
【請求項７】前記強制操舵制御手段は、軸箱に設置した
加速度センサにより、前記軸箱の左右振動加速度を検出
し、検出信号に含まれる特定の振動周波数成分ないし、
定常加速度も含めた低振動数成分から曲線軌道を検出す
る曲線軌道検知手段と、前記曲線軌道検知手段の検出値
を基に曲線軌道に応じたヨー角指令値を生成するヨー角
指令値生成手段とから構成されている請求項１，２，
３，４，５または６に記載の鉄道車両用台車の車輪軸操
舵装置。
【請求項８】前記強制操舵制御手段は、軌道に配置され
た地上子から車両通過信号を受信する受信器と、受信器
により受信された車両通過信号と車両に設置された速度
計から得られた車両速度信号を基に指定の地点を車両の
走行距離の算出起算点として車両の走行距離を算出する
走行距離算出手段と、走行距離の算出起算点から曲線軌
道までの距離を示す曲線位置データと曲線軌道の曲線デ
ータを記憶する記憶手段と、走行距離算出手段の算出値
と記憶手段の記憶データとを比較する比較手段と、前記
比較手段の比較結果に応じたヨー角指令値を生成するヨ
ー角指令値生成手段とから構成されている請求項１，
２，３，４，５または６に記載の鉄道車両用台車の車輪
軸操舵装置。
【請求項９】前記強制操舵制御手段は、予め設定された
範囲の曲率を有する曲線軌道通過時のみヨー角指令値を
出力する強制操舵制限手段を含む請求項７又は８に記載
の鉄道車両用台車の車輪軸操舵装置。
【請求項１０】前記強制操舵制御手段は、車両進行方向
指令信号により予め設定された進行方向での走行時のみ
ヨー角指令値を出力する強制操舵制限手段を含む請求項
７又は８に記載の鉄道車両用台車の車輪軸操舵装置。
【請求項１１】前記アクチュエータは、管路に接続され
た一対のポートを有して流体を収納するシリンダ室と、
前記シリンダ室内に往復動自在に挿入されて前記シリン
ダ室を２室に分割するピストンと、前記ピストンに連結
されたピストンロッドとを備えており、シリンダ室の各
ポートに接続された管路に、曲線軌道走行時に管路を開
きそれ以外のときには管路を閉塞する制御弁を配置し、
前記ピストンで分割された一方のシリンダ室と他方の前
記シリンダ室とを前記管路より狭い流路でバイパスする
絞り装置を配設してなる請求項１，２，３，４，５また
は６に記載の鉄道車両用台車の車輪軸操舵装置。