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車体の傾斜角度制御装置、車体の傾斜角度制御方法及び鉄道車両

国内特許コード P07A011244
整理番号 /NO30892
掲載日 2007年11月2日
出願番号 特願2003-089666
公開番号 特開2004-291898
登録番号 特許第4105575号
出願日 平成15年3月28日(2003.3.28)
公開日 平成16年10月21日(2004.10.21)
登録日 平成20年4月4日(2008.4.4)
発明者
  • 神山 雅子
  • 佐々木 君章
  • 榎本 衛
  • 鴨下 庄吾
  • 辻野 昭道
  • 真木 康隆
出願人
  • (財)鉄道総合技術研究所
発明の名称 車体の傾斜角度制御装置、車体の傾斜角度制御方法及び鉄道車両
発明の概要 【課題】乗り心地を確実に向上させるように車体の傾斜角度を制御する。
【解決手段】車体3の傾斜角度制御装置26は、車体3の傾斜角度の目標値を決定する演算処理部28と、車体3を傾斜させる動作部25とを備えている。演算処理部28は、未走行線路データを取得するデータ取得処理と、関数決定処理及び目標値決定処理からなる演算処理とを行う。関数決定処理においては、予定走行条件と未走行線路データとに基づき、傾斜角度の目標値を変数に有する関数として評価関数が決定される。目標値決定処理においては、評価関数の積分値が所定の範囲内に含まれるように目標値が決定される。動作部25は、演算処理部28の目標値決定処理によって決定された目標値に合わせて車体3を傾斜させる。
【選択図】 図1
従来技術、競合技術の概要 従来、振子式の鉄道車両は線路の曲線部を走行する際には乗り心地を悪化させないよう車体を曲線部の内側に傾斜させるようになっており、このような車体の傾斜方式としては自然振子方式と制御付き振子方式とが知られている。自然振子方式は遠心力によって車体を自然に振れさせるものであり、制御付き振子方式は走行速度や線路形状に応じて車体の傾斜角度を制御するものである。これらの方式のうち、制御付き振子方式としては、所定時間経過後に走行するべき未走行区間の線路の形状を予見して車体の傾斜角度の目標値を事前に決定し、この目標値に合わせて車体の傾斜角度を制御する予見制御方式が広く採用されている(例えば、特開昭61-108053号公報)。このような予見制御方式の鉄道車両は、線路形状に関するデータベースを内部に備えており、未走行区間の線路形状に関する未走行線路データをデータベースから取得し、この未走行線路データに基づいて車体の傾斜角度を制御している。ところで、近年、乗客による主観的な乗り心地評価を推定するために種々の評価指標が提案されている。これらの評価指標は、乗り心地と相関の高い振動特性の測定結果に基づいて算出されている(例えば、特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2001‐255242号公報
産業上の利用分野 本発明は、鉄道車両が線路の曲線部を走行する際の車体の傾斜角度を制御する車体の傾斜角度制御装置、車体の傾斜角度制御方法及び鉄道車両に関する。
特許請求の範囲 【請求項1】鉄道車両における車体の傾斜角度制御装置であって、 線路全体の形状に関するデータベースから未走行区間の線路の形状に関する未走行線路データを取得するデータ取得処理と、前記車体の傾斜角度の目標値を決定する演算処理とを行う演算処理部と、 前記演算処理によって決定された前記目標値に合わせて前記車体を傾斜させる動作部とを備え、 前記演算処理は、 前記未走行区間の線路上を前記鉄道車両が走行する際の前記車体の加速度、加速度の時間変化率、ロール角速度及びロール角加速度をそれぞれ推定するための振動特性推定関数を、前記未走行区間の線路上における予定走行条件と前記未走行線路データとに基づき、前記車体の傾斜角度の目標値を変数に有する関数として決定するとともに、当該未走行区間の線路上を前記鉄道車両が走行する際の前記車体の乗り心地の評価指標を推定するための評価関数を、前記振動特性推定関数が含まれるよう決定する関数決定処理と、 前記評価指標の値が所定の範囲内に含まれるように前記目標値を決定する目標値決定処理とを有することを特徴とする車体の傾斜角度制御装置。
【請求項2】 請求項1記載の車体の傾斜角度制御装置において、 前記演算処理部は、前記未走行区間の線路上を前記鉄道車両が走行するよりも前に、前記目標値を決定することを特徴とする車体の傾斜角度制御装置。
【請求項3】 請求項2記載の車体の傾斜角度制御装置において、 前記評価関数は、 F(φ(t))=a max|yp(t)|+b max|yj(t)|+c max|θp(t)|+d max|θj(t)|+e (但し、t:時間、F(t):前記評価関数、yp(t):前記車体の左右加速度、yj(t):前記左右加速度の時間変化率、θp(t):前記車体のロール角速度、θj(t):前記車体のロール角加速度、a,b,c,d,e:係数)であり、 yp(t)、yj(t)、θp(t)及びθj(t)は、それぞれ
【数1】<EMI LX=0250 HE=012 WI=159 ID=000027 LY=0766>
【数2】<EMI LX=0250 HE=013 WI=159 ID=000028 LY=0971>
【数3】<EMI LX=0250 HE=011 WI=159 ID=000029 LY=1177>
【数4】<EMI LX=0250 HE=011 WI=159 ID=000030 LY=1383>(但し、v:走行速度、R(t):線路の曲率半径、C(t):線路のカント、C'(t):カントの時間変化率、C''(t):カントの時間変化率の時間変化率、G:軌間、φ(t):前記目標値、φ'(t):前記目標値の時間変化率、φ''(t):前記目標値の時間変化率の時間変化率、g:重力加速度)として近似されて用いられることを特徴とする車体の傾斜角度制御装置。
【請求項4】 請求項2記載の車体の傾斜角度制御装置において、 前記評価関数は、 F(φ(t))=(μayp(t))2n+(μbyj(t))2n+(μcθp(t))2n+(μdθj(t))2n (但し、t:時間、F(t):前記評価関数、yp(t):前記車体の左右加速度、yj(t):前記左右加速度の時間変化率、θp(t):前記車体のロール角速度、θj(t):前記車体のロール角加速度、a,b,c,d,e,μ:係数、n:正の整数)であり、 yp(t)、yj(t)、θp(t)及びθj(t)は、それぞれ
【数5】<EMI LX=0250 HE=013 WI=159 ID=000031 LY=2308>
【数6】<EMI LX=0250 HE=013 WI=159 ID=000032 LY=2513>
【数7】<EMI LX=0250 HE=011 WI=159 ID=000033 LY=0252>
【数8】<EMI LX=0250 HE=012 WI=159 ID=000034 LY=0457>(但し、v:走行速度、R(t):線路の曲率半径、C(t):線路のカント、C'(t):カントの時間変化率、C''(t):カントの時間変化率の時間変化率、G:軌間、φ(t):前記目標値、φ'(t):前記目標値の時間変化率、φ''(t):前記目標値の時間変化率の時間変化率、g:重力加速度)として近似されて用いられることを特徴とする車体の傾斜角度制御装置。
【請求項5】 請求項3または4記載の車体の傾斜角度制御装置において、 前記データベースは、前記未走行線路データを離散的に記憶し、 前記演算処理部は、所定時間T0+T1内に前記鉄道車両が走行するべき区間の線路を前記未走行区間の線路として前記データ取得処理及び前記演算処理を所定時間T0ごとに行い、複数回の前記演算処理のそれぞれにおいては、前記予定走行条件を一定として前記目標値の時間変化率φ'(t)と、前記目標値の時間変化率の時間変化率φ''(t)とをそれぞれ
【数9】<EMI LX=0250 HE=013 WI=159 ID=000035 LY=1280>
【数10】<EMI LX=0250 HE=012 WI=159 ID=000036 LY=1485>(但し、Δti=Δxi/v、Δxi:i-1番目の未走行線路データによって形状が示される未走行線路の地点とi番目の未走行線路データによって形状が示される未走行線路の地点との間隔、i:正の整数)として近似して用い、前回の前記演算処理の結果に基づいて前記目標値を決定し、 前記動作部は、前記前回の演算処理と今回の前記演算処理とによって前記目標値が重複して決定される時間T1内のうち、少なくともこの時間T1の終了時点を含む所定時間T2(T2≦T1)内においては、前記前回の演算処理による前記目標値に合わせて前記鉄道車両を傾斜させることを特徴とする車体の傾斜角度制御装置。
【請求項6】 請求項1~5の何れか一項に記載の車体の傾斜角度制御装置によって車体の傾斜角度を制御することを特徴とする車体の傾斜角度制御方法。
【請求項7】 請求項1~5の何れか一項に記載の車体の傾斜角度制御装置を備えることを特徴とする鉄道車両。
産業区分
  • 鉄道
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
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