車体傾斜装置
【課題】車体傾斜装置において、従来技術のレベル調整制御用の自動高さ調整弁を十分生かしながら、迅速な車体傾斜制御を行うことである。
【解決手段】 車体傾斜装置３０は、空気バネ２２，２３に対応して設けられる個別傾斜部４０，４１と、制御部１００とを含んで構成される。個別傾斜部４０は、制御部１００から与えられる高さ指令値と、リンク機構２４から得られる車高値との間の偏差である高さ偏差を用いて、センサ付き給排気切替弁４２と、大容量制御弁８０を駆動して空気バネ２２に対し十分な給排気を行うことができる装置である。センサ付き給排気切替弁４２は、リンク機構２４の傾斜角度に基いて機械的に駆動され、大容量制御弁８０は、センサ付き給排気切替弁４２の変位センサの電気信号に基いて制御弁駆動回路部７０で生成される駆動信号で電気的に駆動される。
【解決手段】 車体傾斜装置３０は、空気バネ２２，２３に対応して設けられる個別傾斜部４０，４１と、制御部１００とを含んで構成される。個別傾斜部４０は、制御部１００から与えられる高さ指令値と、リンク機構２４から得られる車高値との間の偏差である高さ偏差を用いて、センサ付き給排気切替弁４２と、大容量制御弁８０を駆動して空気バネ２２に対し十分な給排気を行うことができる装置である。センサ付き給排気切替弁４２は、リンク機構２４の傾斜角度に基いて機械的に駆動され、大容量制御弁８０は、センサ付き給排気切替弁４２の変位センサの電気信号に基いて制御弁駆動回路部７０で生成される駆動信号で電気的に駆動される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体傾斜装置に係り、特に、車両の台車と車体の間に設けられる空気バネを伸長または縮小して台車に対し車体を傾斜させる車体傾斜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道を用いた交通機関では、乗客の乗り心地改善等のために、台車と車体との間に空気バネが設けられる。空気バネは、１両の車両の前後および左右にそれぞれ設けられ、これらの空気バネに加圧空気源からの加圧空気を供給しあるいは空気バネ中の空気を大気中に排出することで、車体は台車に対し上下方向に移動でき、前後・左右の空気バネを全て給気あるいは排気とすると、車体を上下並進移動させることができ、左右の空気バネの一方のみを給気、あるいはさらに他方も排気とすると、車体を左右方向（車幅方向）に傾斜させることができる。
【０００３】
例えば、台車に対し車体の高さが予め定めた高さより全体的に高くなったり低くなったりするのを調整するレベル調整制御を行うことができる。また、車両の曲線部走行の際にレールのカント不足のために発生する超過遠心力を緩和するために車体を曲線の内側に傾斜させる車体傾斜制御を行うことができる。
【０００４】
特許文献１には、車体傾斜制御の際に、精度の高い車高計測を行うことができる車体傾斜制御用車高計測装置が述べられている。ここでは、レベル調整制御のために、自動高さ調整弁の開閉操作部と一体回転するシャフトの先端部に開閉操作レバーの一端が一体回転可能に連結され、この開閉操作レバーの先端に調整棒の一端が接続され、調整棒の他端が台車にブラケットを介して接続され、このシャフトに車高計測用エンコーダが設けられている。台車に対する車体の高さを車高として、車高が変化して、例えば車高が下がったときは、調整棒を介して開閉操作レバーの先端側が突き上げられて自動高さ調整弁が切り換わり、加圧空気が空気バネに供給され、車体が上昇する。空気バネが伸長すると開閉操作レバーの先端側が調整棒を介して下向きに引っ張られ、空気バネへの加圧空気の供給が停止する。このようにして、台車に対し車体の床面は一定の高さに制御される。
【０００５】
車体傾斜制御を行うときは、車高計測エンコーダを用いながら、レベル調整用の空気連通系を遮断し、車体傾斜制御用空気圧回路系を起動させ、小口径給気弁を開いて空気バネに給気を開始し、その後大口径給気弁を開き、これによって車高を高くする。所定の高さになれば、大口径給気弁を閉じ、ついで小口径給気弁を閉じる。車高を低くするときには、排気弁を開いて空気バネからの排気が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１５３１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
乗客の増減に応じて台車に対し車体の床面を一定の高さに制御するレベル調整制御のために設計された自動高さ調整弁をそのまま車体傾斜制御用に用いるには、給排気能力が不足し、曲線走行の速度に対応して車両を十分な速さで傾斜動作しきれないことが生じる。そこで、特許文献１等に述べられているように、自動高さ調整弁とは別に給気弁と排気弁を用い、車体傾斜制御のときは自動高さ調整弁を用いずに、この給気弁と排気弁を用いて空気バネの伸長または縮小を迅速にすることが行われている。
【０００８】
このように、レベル調整制御には自動高さ調整弁を用い、車体傾斜制御にはこれとは別の給気弁と排気弁とを用いるものとすることは、せっかくの自動高さ調整弁を生かしきれていない。
【０００９】
本発明の目的は、レベル調整制御用の自動高さ調整弁を十分生かしながら、迅速な車体傾斜制御を行うことを可能とする車体傾斜装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る車体傾斜装置は、車両の台車と車体との間に配置される空気バネと、台車に対する車体の高さに対応する高さ対応値を検出し車高値として出力する車高検出器と、高さ対応値に対する指令値である高さ指令値と車高検出器から出力される車高値との間の偏差である高さ偏差を機械的偏差量として出力する高さ偏差出力部と、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの３つのポートを有する切替弁本体と、切替弁本体に対し相対的に移動可能な切替弁弁体とを含む給排気切替弁と、高さ偏差に応じて給排気切替弁の切替弁本体に対し切替弁弁体を相対的に移動駆動し、負荷ポートを給気ポートに連通させて空気バネ側に給気し、あるいは負荷ポートを排気ポートに連通させて空気バネ側から大気側に排気させる切替弁駆動部と、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気に開放される排気ポートとの３つのポートを有する制御弁本体と、制御弁本体に対し相対的に移動可能な制御弁弁体とを含み、給排気切替弁の給排気能力よりも大容量の給排気能力を有する大容量制御弁と、機械的偏差量である高さ偏差を電気信号に変換し、変換された電気信号を処理して制御弁駆動信号を生成する制御弁駆動回路部と、制御弁駆動信号に基づいて、大容量制御弁の制御弁本体に対し制御弁弁体を相対的に移動駆動し、空気バネ側に供給する給気量または空気バネ側からの排気量を制御する制御弁駆動部と、給排気切替弁の負荷ポートから供給される切替弁側給気と大容量制御弁の負荷ポートから供給される制御弁側給気とを合わせて空気バネ側に供給し、または空気バネ側からの排気を給排気切替弁の負荷ポートへ排気する切替弁側排気と大容量制御弁の負荷ポートへ排気する制御弁側排気とに分ける給排気合流分岐部と、を備え、空気バネへの給気と空気バネからの排気を制御して車体を台車に対し傾斜させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る車体傾斜装置において、大容量制御弁は、大容量制御弁の給気ポートと気体供給源との間に設けられる開閉弁である制御弁給気側開閉弁と、大容量制御弁の排気ポートと大気側との間に設けられる開閉弁である制御弁排気側開閉弁と、を含み、制御弁駆動部は、高さ指令値が、台車に対し車体を一定の高さに維持するために予め設定される高さ値である平坦高さ値であるときは、制御弁給気側開閉弁と制御弁排気側開閉弁とを閉じ、高さ指令値が平坦高さ値と異なる高さ値である傾斜指令用高さ値のときに、制御弁給気側開閉弁と制御弁排気側開閉弁とを開くことが好ましい。
【００１２】
また本発明に係る車体傾斜装置において、台車に対し回動可能に一方端が支持される台車側アームと、車体に対し回転可能に他方端が支持される車体側アームと、台車側アームの他方端と車体側アームの一方端が相互に回動可能に接続され、予め定められた車体の基準面に対する車体側アームの傾斜角度を操作角度とするリンク機構を備え、切替弁駆動部は、操作角度の変化を直進運動の位置の変化に変換する回転・直進変換機構を含み、回転・直進変換機構によって変換された直進運動の位置の変化に応じて切替弁弁体を切替弁本体に対し相対的に直進移動駆動させることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る車体傾斜装置において、切替弁本体に対する切替弁弁体の直進運動の位置を検出する変位センサを備え、制御弁駆動回路部は、変位センサの位置信号について、車高値が高さ指令値に一致するときの切替弁弁体の位置と、実際の切替弁弁体の位置との間の位置の偏差を、高さ偏差である機械的偏差量として、車高値が高さ指令値に一致するときの切替弁弁体の位置について変位センサが検出する検出値と、実際の切替弁弁体の位置について変位センサが検出する検出値との間の偏差を電気信号として出力すること
が好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る車体傾斜装置において、傾斜指令用高さ値を高さ指令値として受け取り、高さ指令値に応じて、リンク機構の車体側アームと給排気切替弁との間の相対的位置関係を変更する高さ指令処理部を備えることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る車体傾斜装置は、車両の台車と車体との間に配置される空気バネと、台車に対する車体の高さに対応する高さ対応値を検出し車高値として出力する車高検出器と、高さ対応値に対する指令値である高さ指令値と車高検出器から出力される車高値との間の偏差である高さ偏差を機械的偏差量として出力する高さ偏差出力部と、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの３つのポートを有する切替弁本体と、切替弁本体に対し相対的に移動可能な切替弁弁体とを含む給排気切替弁と、高さ偏差に応じて給排気切替弁の切替弁本体に対し切替弁弁体を相対的に移動駆動し、負荷ポートを給気ポートに連通させて空気バネ側に給気し、あるいは負荷ポートを排気ポートに連通させて空気バネ側から大気側に排気させる切替弁駆動部と、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気に開放される排気ポートとの３つのポートを有する制御弁本体と、制御弁本体に対し相対的に移動可能な制御弁弁体とを含み、給排気切替弁の給排気能力よりも大容量の給排気能力を有する大容量オンオフ弁と、機械的偏差量である高さ偏差を電気信号に変換し、変換された電気信号を処理して大容量オンオフ弁駆動信号を生成するオンオフ弁駆動回路部と、オンオフ弁駆動信号に基づいて、大容量オンオフ弁の弁本体に対し弁体を相対的に移動駆動し、空気バネ側に供給する給気量または空気バネ側からの排気量を制御するオンオフ弁駆動部と、給排気切替弁の負荷ポートから供給される切替弁側給気と大容量オンオフ弁の負荷ポートから供給されるオンオフ弁側給気とを合わせて空気バネ側に供給し、または空気バネ側からの排気を給排気切替弁の負荷ポートへ排気する切替弁側排気と大容量オンオフ弁の負荷ポートへ排気するオンオフ弁側排気とに分ける給排気合流分岐部と、を備え、空気バネへの給気と空気バネからの排気を制御して車体を台車に対し傾斜させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、車体傾斜装置は、高さ指令値が与えられ、車高検出器が検出する車高値との間の偏差である高さ偏差に応じて制御が行われる。すなわち、機械的偏差量である高さ偏差に応じて、給排気切替弁が切替弁駆動部によって制御され、空気バネに対する給気と排気を切り替える。この給排気切替弁と切替弁駆動部を合わせたものが、従来技術の自動高さ調整弁に相当する。また、制御弁駆動回路部によって高さ偏差を変換した電気信号に基づいて制御弁駆動信号が生成され、その制御弁駆動信号によって大容量制御弁の作動が制御され、給排気切替弁に比べ大容量の給排気能力で、空気バネに給気と排気とを行う。このように、空気バネには、従来からの給排気切替弁による給排気に加え、大容量制御弁による給排気が加わるので、従来技術のレベル調整制御用の自動高さ調整弁に相当する給排気切替弁を十分生かしながら、迅速な車体傾斜制御を行うことが可能となる。
【００１７】
また、車体傾斜装置において、大容量制御弁の給気ポートと気体供給源との間に制御弁給気側開閉弁が設けられ、また、大容量制御弁の排気ポートと大気側との間に制御弁排気側開閉弁が設けられる。そして、台車に対し車体を一定の高さに維持する制御であるレベル調整制御のときには、これらの開閉弁は閉じられるので、大容量制御弁は作動せず、作動流体の量を抑制できる。
【００１８】
また、車体傾斜装置において、台車と車体との間にリンク機構が設けられ、そのリンク機構の車体側アームの傾斜角度が操作角度とされ、切替弁駆動部は、操作角度の変化を直進運動の位置の変化に変換して、切替弁弁体を切替弁本体に対し相対的に直進移動駆動させる。これによって、従来技術の自動高さ調整弁の構成をそのまま生かすことができる。 また、車体傾斜装置において、切替弁本体に対する切替弁弁体の直進運動の位置を検出する変位センサによって、機械的偏差量である高さ偏差を電気的偏差信号に変換する。このようにして、簡単な構成によって、給排気切替弁を機械的に駆動し、大容量制御弁を電気的に駆動することができる。
【００１９】
また、車体傾斜装置において、高さ指令の処理は、傾斜指令用高さ値を高さ指令値として受け取り、高さ指令値に応じて、リンク機構の車体側アームと給排気切替弁との間の相対的位置関係を変更することで行なわれる。このように、リンク機構の車体側アームと給排気切替弁との間の相対的位置関係を変更することで、レベル調整制御から車体傾斜制御に移ることができるので、車体傾斜制御のときにおいても、レベル調整制御と同様にリンク機構による実際の車高値のフィードバックを生かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置が用いられる車両の様子を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置の特徴を説明するブロック図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置の詳細な構成を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、指令・減算装置と給排気切替弁との関係を説明する斜視図である。
【図５】図４についての断面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置の動作として、レベル調整制御のときの様子を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置の動作として、車体傾斜制御のときに高さ指令値が与えられたときの様子を説明する図である。
【図８】図７の後に、車体傾斜制御によって、車高値が高さ指令値と一致するときの様子を説明する図である。
【図９】本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置の効果を説明する図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態において、オンオフ弁を用いる場合の車体傾斜装置の特徴を説明するブロック図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態において、オンオフ弁を用いる場合の車体傾斜装置の詳細な構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下では、従来技術の自動高さ調整弁に相当するものとして、スプール・スリーブ方式の三方弁としての給排気切替弁を説明するが、これは一例であって、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの３つのポートを有する切替弁であれば、他の構造であってもよい。また、大容量制御弁もスプール・スリーブ方式の三方弁としての電気的アクチュエータによって駆動される制御弁を説明するが、これも一例であって、電気信号によって制御される三方弁であれば、他の構造であっても構わない。アクチュエータとしてプランジャ型のフォースモータを説明するが、これ以外の方式、例えば、可動線輪型のフォースモータであってもよい。
【００２２】
なお、以下では、空気バネに加圧空気が供給されるものとして説明するが、ここでの空気は、外気の他に、乾燥空気、あるいは窒素と酸素の成分比を適当に変更した気体、適当な不活性ガス等を添加した気体等であってもよい。
【００２３】
また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２４】
図１は、車体傾斜装置３０が用いられる車両１０の構成を説明する図である。車両１０は、路面１２の上に敷設されるレール１４，１５の上を回転する車輪１６，１７を備える台車１８と、乗客等が利用する車体２０と、台車１８と車体２０の間に設けられる空気バネ２２，２３と、台車１８と車体２０との間に設けられるリンク機構２４，２５を含んで構成される。１両の車両について、その前後左右に空気バネとそれに対応するリンク機構がそれぞれ設けられるが、図１では、そのうちの左右の２つの空気バネ２２，２３とリンク機構２４，２５についてのみ図示されている。ここでは、車体傾斜装置３０を構成する各要素について簡単に説明し、具体的な詳細構造については図３以下で詳述するものとする。
【００２５】
図１では、路面１２が傾斜し、左右のレール１４，１５の高さに差がつけられている。この差は、レールが曲線状に敷設されて車両がカーブしながら走行するときに、車体２０の中の乗客が遠心力を感じないように、車体２０を傾斜させるためのものである。曲線の内側のレール１４と曲線の外側のレール１５の高低差は、カント量と呼ばれる。このカント量は、その曲線部分を走行する車両の設定速度に適合して設定されるので、その設定速度以上で高速走行する車両の場合には、超過遠心力が生じることになる。
【００２６】
その超過遠心力を車体２０の中の乗客に感じさせないようにするには、その高速走行に対応するカント量に相当するように、台車１８に対し車体２０を曲線の内側に向かって傾斜させればよい。このように台車１８に対し車体２０を傾斜させることが車体傾斜制御である。図１に例では、空気バネ２２が縮小され、空気バネ２３が伸長されて、これによって車体２０の空気バネ２２側が低くなるように、車体２０が台車１８に対し傾斜している様子が示されている。
【００２７】
リンク機構２４，２５は、台車１８に対し回動可能に一方端が支持される台車側アームと、車体２０に対し回転可能に他方端が支持される車体側アームであるレバーと、台車側アームの他方端と車体側アームの一方端が相互に回動可能に接続される機構で、台車１８に対する車体２０の高さ位置が変わると、リンク機構２４，２５のリンク形状が変化し、その形状変化は、台車１８に対する車体２０の高さによって一意に定まる。そこで、例えば、予め定められた車体２０の基準面に対する車体側アームの傾斜角度を、台車に対する車体の高さに対応する高さ対応値として用いることができる。その意味から、リンク機構２４，２５は、高さ対応値を車高値として提供することができる車高検出器である。
【００２８】
車体傾斜装置３０は、各空気バネ２２，２３に対応して設けられる個別傾斜部４０，４１と、複数の個別傾斜部４０，４１を統合的に制御する制御部１００とを含んで構成される。個別傾斜部４０，４１は、図１の例では左右対称の構成であるので、以後では、個別傾斜部４０について説明を続けるものとする。
【００２９】
個別傾斜部４０は、制御部１００から与えられる高さ指令値と、リンク機構２４から得られる車高値との間の偏差である高さ偏差を用いて、センサ付き給排気切替弁４２と、大容量比例弁７２を駆動して、空気バネ２２に対し十分な給排気を行うことができる装置である。ここで、センサ付き給排気切替弁４２は、リンク機構２４の傾斜角度に基いて機械的に駆動され、大容量比例弁７２は、センサ付き給排気切替弁４２の変位センサの電気信号に基いて制御弁駆動回路部７０によって電気的に駆動される。
【００３０】
センサ付き給排気切替弁４２と、大容量比例弁７２には、それぞれ給気ポート、排気ポート、負荷ポートが設けられる。図１の気体供給源３２は、センサ付き給排気切替弁４２と大容量比例弁７２の給気ポートに接続され、加圧気体を供給する気体源である。排気は、センサ付き給排気切替弁４２と大容量比例弁７２の排気ポートを大気側に開放することで行われる。
【００３１】
切替弁路９２は、センサ付き給排気切替弁４２の負荷ポートと空気バネ２２とを接続する給排気路である。また、大容量弁路９４は、大容量比例弁７２に含まれる大容量制御弁の負荷ポートと空気バネ２２とを接続する大容量の給排気路である。図１に示されるように、切替弁路９２と大容量弁路９４とは、相互に合流して、空気バネ２２に接続されるので、空気バネ２２には、センサ付き給排気切替弁４２と、大容量比例弁７２に含まれる大容量制御弁とから加圧空気の供給を受けることができ、また、空気バネ２２から、センサ付き給排気切替弁４２と、大容量比例弁７２に含まれる大容量制御弁を介して、大気に開放して排気することができる。
【００３２】
大容量比例弁７２の給気ポートに設けられる制御弁給気側開閉弁１３０と、大容量比例弁７２の排気ポートに設けられる制御弁排気側開閉弁１３２は、乗客の増減に応じて台車に対し車体の床面を一定の高さに制御するレベル調整制御のときに閉じられる開閉弁である。車体の傾斜制御を行なうときは、これらの開閉弁が開放され、大容量比例弁７２を作動させることができる。
【００３３】
リンク機構２４とセンサ付き給排気切替弁４２の間に設けられる指令・減算装置６０は、車体２０のレベル調整制御と車体２０の傾斜制御の双方に用いられる装置である。指令・減算装置６０は、台車１８に対する車体２０の所望の高さを高さ指令値として与える高さ指令処理部としての機能と、リンク機構２４によって得られる実際の車高値と、高さ指令値との間の偏差である高さ偏差を出力する高さ偏差出力部としての機能を有する。この高さ偏差をゼロにするように、車体の車体２０のレベル調整制御と車体２０の傾斜制御が行なわれる。
【００３４】
図２は、上記構成の車体傾斜装置３０の特徴事項を従来技術と比較して説明するブロック図である。上記構成の車体傾斜装置３０にはいくつかの従来技術を利用しているが、具体的な詳細構造は必ずしも従来技術と全く同じではない。そこで、図２では、車体２０を除き、車体傾斜装置３０の各要素の名称と異なる要素名称とし、符号も異なるものとしてある。
【００３５】
図２で示されるように、車体傾斜装置３０は、自動高さ調整弁１５４を有し、これによって、空気バネ系２８を伸長・縮小させて台車１８に対する車体２０の高さである車高を変化させる。そして、その車高変化によるリンクレバー１５６の位置変化を車体２０の実際の高さに対応する値として、指令装置・減算装置１５２に戻し、指令装置・減算装置１５２で高さ指令値と実際の高さ値と比較し、その差を自動高さ調整弁１５４に与え、自動高さ調整弁１５４はその差をゼロにするように、空気バネ系２８に給気または空気バネ系２８を排気する。
【００３６】
この一連の流れが、従来技術によって知られている範囲であるが、このように、従来技術では、リンクレバー１５６の機械的変化量を用いて自動高さ調整弁１５４の作動を機械的に制御している。
【００３７】
従来技術で知られている範囲に対し、車体傾斜装置３０は、破線で囲まれた部分に特徴事項を有する。すなわち、自動高さ調整弁１５４をセンサ１５８付きとする。そして、このセンサ１５８によって自動高さ調整弁１５４の機械的作動量を電気信号に変換する。そして、その電気信号をアンプ１６０によって適当に増幅等の信号処理を行い、３ウェイ比例弁１６２の電気的駆動信号とする。３ウェイ比例弁１６２とは、給気ポート、排気ポート、負荷ポートの３つのポートを有し、負荷ポートの出力を電気的駆動信号に比例したものとする制御弁で、自動高さ調整弁１５４に比べ、大容量の給排気能力を有する。そして、この３ウェイ比例弁１６２によって、空気バネ系２８に給気または空気バネ系２８を排気する。
【００３８】
このように、車体傾斜装置３０の破線で囲まれた部分では、電気的制御によって、空気バネ系２８に対し給気と排気とを行なわせることができる部分が追加されている。これによって、空気バネ系２８に対する給気と排気を、自動高さ調整弁１５４の機能によって行なわせるよりも、大容量で実行できるので、短時間で空気バネ系２８の伸長または縮小を行うことができる。
【００３９】
図３は、図２で説明した原理的ブロック図を、車体傾斜装置３０の具体的な構成で示すブロック図である。車体傾斜装置３０は、指令・減算装置６０と、センサ付き給排気切替弁４２と、制御弁駆動回路部７０と、大容量比例弁７２と、リンク機構２４を含んで構成される。車体傾斜装置３０の構成要素ではないが、空気バネ系２８と、車体２０が図３には示されている。制御弁駆動回路部７０以外の要素は、一体化構造をとるものが多いので、ここでは、簡単な説明に留め、それらの詳細は後述することにする。そして、ここでは特に、制御弁駆動回路部７０の詳細を中心に説明する。
【００４０】
リンク機構２４は、図２の１５６に対応するもので、台車１８に対する車体２０の高さを検出して、指令・減算装置６０にフィードバックする機構である。指令・減算装置６０は、図２の指令装置・減算装置１５２に対応する装置である。指令・減算装置６０は、台車１８に対する車体２０の高さについての指令値である高さ指令値ｈ*１０２を受け取り、これを、台車１８に対する車体２０の実際の高さである車高値ｈと比較し、高さ指令値ｈ*１０２から車高値ｈを減算してその偏差である高さ偏差を機械的偏差値として出力して、センサ付き給排気切替弁４２に与える機能を有する装置である。高さ指令値ｈ*に代えて、リンク機構２４の形状変化に対応する操作角度に対する指令値としての操作角度指令値θ*を用いてもよい。高さ指令値ｈ*１０２またはそれに対応する操作角度指令値θ*がどのような機構を用いて指令・減算装置６０において処理されるかについての詳細は、後に図４、図５を用いて説明する。
【００４１】
センサ付き給排気切替弁４２は、図２で説明した自動高さ調整弁１５４とセンサ１５８を一体化したものに相当する。センサ付き給排気切替弁４２は、図３で示される回転・直進変換機構６１と、回転・直進変換機構６１によって変換された直進運動の変位を検出して電気信号を出力する変位センサ６２と、直進運動によって駆動されるスプールを有するスプール・スリーブ型三方切替弁である給排気切替弁４４とを含んで構成される。センサ付き給排気切替弁４２の具体的構造については、後に図６等を用いて説明する。
【００４２】
制御弁駆動回路部７０は、図２で説明したアンプ１６０に相当し、変位センサ６２が出力する電気信号に基づいて、大容量比例弁７２に含まれるフォースモータ７４に与える駆動信号を生成する回路である。制御弁駆動回路部７０は、センサアンプ１１０と、プレアンプ１１２と電流ブースタ１１４とスイッチ素子１１６を含んで構成される。
【００４３】
センサアンプ１１０は、変位センサ６２から出力される高さ偏差量あるいは操作角度偏差量に対応する電気的偏差信号を、適当な大きさの信号に増幅する増幅器である。プレアンプ１１２は、センサアンプ１１０の出力を処理し、電流ブースタ１１４に供給する増幅回路である。
【００４４】
プレアンプ１１２は、センサアンプ１１０の出力である変位信号に対し、変換ゲインＫ1を用いて処理する変位ゲイン処理部１２０と、その出力の上下限を適当に制限して以後の処理で信号の飽和が生じないようにするリミッタ１２２と、センサアンプ１１０の出力を微分して速度フィードフォワード信号とする速度変換部１２４と、リミッタ１２２の出力と速度変換部１２４の出力の偏差を求める演算器１２６と、演算器１２６の出力に対し、変換ゲインＫ2を用いて処理する速度ゲイン処理部１２８とを含む。
【００４５】
電流ブースタ１１４は、プレアンプ１１２の出力に基いて、フォースモータ７４の駆動電流を生成する増幅機能を有するドライバ回路である。
【００４６】
スイッチ素子１１６は、車体傾斜装置３０がレベル調整制御を実行するとき、すなわち、高さ指令値ｈ*１０２が平坦高さ値であるときにＯＦＦとされ、車体傾斜装置３０が車体傾斜制御を実行するとき、すなわち、高さ指令値ｈ*１０２が傾斜指令用高さ値のときにＯＮとされるスイッチである。このスイッチ素子１１６の機能により、レベル調整制御のときには、フォースモータ７４に駆動電流が供給されない。
【００４７】
大容量比例弁７２は、図２の３ウェイ比例弁１６２に対応するものである。大容量比例弁７２は、フォースモータ７４と大容量制御弁８０を含んで構成される。フォースモータ７４は、プランジャ型のモータで、大容量制御弁８０を駆動する制御弁駆動部としての機能を有するアクチュエータである。大容量制御弁８０は、フォースモータ７４によって駆動されるスプールを有するスプール・スリーブ型の三方比例弁である。給排気切替弁４４と相違するのは、給排気能力で、給排気切替弁４４よりも大きな給排気能力を有する。
【００４８】
大容量制御弁８０における気体供給源３２側に設けられる制御弁給気側開閉弁１３０と、大容量制御弁８０における排気側に設けられる制御弁排気側開閉弁１３２は、スイッチ素子１１６の動作と同様に、高さ指令値ｈ*１０２が平坦高さ値であるときにＯＦＦとされ、高さ指令値ｈ*１０２が傾斜指令用高さ値のときにＯＮとされる大容量開閉弁である。すなわち、レベル調整制御のときには、大容量制御弁８０は作動しない。
【００４９】
給排気合流分岐部９６は、センサ付き給排気切替弁４２からの切替弁路９２と、大容量制御弁８０からの大容量弁路９４とを一体化する流路結合部である。図３に示すように、センサ付き給排気切替弁４２からの流量をＱ1とし、大容量制御弁８０からの流量をＱ2として、この２つを合計して空気バネ２２に供給し、あるいは空気バネ２２からの排気を、センサ付き給排気切替弁４２への流量Ｑ1と、大容量制御弁８０への流量Ｑ2の２つに分岐する流路結合部である。
【００５０】
空気バネ系２８は、空気バネ２２と補助タンク２６とで構成される。補助タンク２６は空気バネ２２に連通して接続され、空気バネ２２における急激な加圧空気の増減を吸収する緩衝タンクである。空気バネ２２の伸長・縮小による車体２０の台車１８に対する車高値ｈ１０６は、リンク機構２４によって、操作角度θに変換され、上記のように、指令・減算装置６０において、操作角度指令値θ*と比較される。
【００５１】
次に、指令・減算装置６０について説明する。図４は、指令・減算装置６０と給排気切替弁４４の回転・直進変換機構６１との関係を説明する斜視図で、図５はその断面構造図である。指令・減算装置６０は、高さ指令値ｈ*に応じて回転・直進機構の原点を変更することで、リンク機構２４と給排気切替弁４４との間の相対的な位置関係を変更する高さ指令処理部としての機能を有する。
【００５２】
給排気切替弁４４は、スリーブと呼ばれる案内部の内部に摺動自在に支持されるスプールと呼ばれる軸部材が直進運動をするが、図４には、そのスプールの直進運動の方向が矢印で示されている。指令・減算装置６０は、この給排気切替弁４４のスリーブを含むハウジングに取り付けられ、操作モータ１７０と、操作モータ１７０の出力軸に一体的に取り付けられる操作板１７８と、操作板１７８の回転中心から偏心して設けられる偏心ピン１８０とを含んで構成される。
【００５３】
偏心ピン１８０に対応して、給排気切替弁４４のスプールには案内溝１８２が設けられる。この偏心ピン１８０と案内溝１８２とが回転・直進変換機構６１を構成する。このように、指令・減算装置６０と給排気切替弁４４の回転・直進変換機構６１とは一体的に構成されている。ここで、操作板１７８が回転すると、回転・直進変換機構６１の機能によって給排気切替弁４４が作動するので、操作板１７８、偏心ピン１８０、案内溝１８２が、給排気切替弁４４を駆動する切替弁駆動部としての機能を有する。広い意味では、リンク機構２４と指令・減算装置６０も含めて、切替弁駆動部としての機能を有するものとすることができる。このように、切替弁駆動部は機械的な機構によって給排気切替弁４４を駆動するものである。
【００５４】
操作モータ１７０は、図５の断面図に示されるように、モータケース１７２と、モータケース１７２の内部に固定して設けられるステータコイル１７４と、モータケース１７２に対し回転可能に支持されるロータ１７６を含んで構成される。操作モータ１７０と給排気切替弁４４のハウジングとは、図示されていない保持機構によって、ロータ１７６を回転自在に支持するようにして取付られる。すなわち、操作モータ１７０は、給排気切替弁４４のハウジングに対し、ロータ１７６を回転自在として保持されて取り付けられる。操作モータ１７０は、制御部１００の制御の下でステータコイル１７４に駆動信号が与えられて動作する。操作モータ１７０に対する動作制御は、レベル調整制御と車体傾斜制御とを区別して次のようにして行なわれる。
【００５５】
制御部１００がレベル調整制御を行なうときは、高さ指令値ｈ*として平坦高さ値を指令する。このときは、操作モータ１７０に特別な駆動信号を出力しない。したがって、操作モータ１７０は、ステータコイル１７４とロータ１７６との相対位置関係をそのまま保持する。換言すれば、ステータコイル１７４が取り付けられるモータケース１７２と、ロータ１７６とは一体的に動作し、モータケース１７２が給排気切替弁４４のハウジングに対し回転するときは、ロータ１７６もモータケース１７２と一体となって給排気切替弁４４のハウジングに対し回転する。
【００５６】
制御部１００が車体傾斜制御を行なうときは、高さ指令値ｈ*として傾斜指令用高さ値を指令する。このときは、操作モータ１７０に対し、高さ指令値ｈ*に対応する操作角度指令値θ*となるまで、ロータ１７６をステータコイル１７４に対し相対的に回転するように駆動信号を出力する。
【００５７】
図４、図５に示されるレバー１６８は、リンク機構２４の車体側アームで、その一方端は、リンク機構２４の台車側アーム１６６に回転自在に接続され、他方端は、操作モータ１７０のモータケース１７２に一体的に固定される。
【００５８】
かかる構成の作用を説明する。制御部１００がレベル調整制御を行なうときは、上記のように高さ指令値ｈ*として平坦高さ値を指令するが、実際には、操作モータ１７０に特別な駆動信号を出力しない。ここで、車両の乗客の増減に応じて台車１８に対し車体２０の床面が上下すると、その車高値ｈに対応してリンク機構２４の形状が変化する。このリンク機構２４の形状変化に伴って、レバー１６８はモータケース１７２を給排気切替弁４４のハウジングに対し回転させることになるが、この回転角度がリンク機構２４のレバー１６８の操作角度θである。このように、車高値ｈが変化すると、レバー１６８の操作角度θが車体２０が平坦な状態のときの操作角度＝０°から変化する。
【００５９】
このロータ１７６の回転と一体的に操作板１７８が回転し、その回転によって偏心ピン１８０もロータ１７６の軸周りに回転する。偏心ピン１８０は、給排気切替弁４４のスプールの案内溝１８２によって案内され、スプールはスリーブに対し軸方向に摺動可能に保持されるので、偏心ピン１８０のロータ１７６の軸周りの回転が案内溝１８２に案内される直進運動を介して、スプールのスリーブに対する直進運動に変換される。このようにして、操作角度θの変化が給排気切替弁４４の弁体であるスプールの位置Ｘに変換される。
【００６０】
これによって、給排気切替弁４４が作動し、例えば、車高値ｈがマイナスの値で台車１８に対し車体２０が沈んでいる状態であるときには、給気ポートと負荷ポートとを連通するようにすれば、空気バネ２２に給排気切替弁４４から加圧気体が供給され、空気バネ２２が伸長し、車体２０を台車１８に対し持ち上げることができる。そして、車高値ｈ＝０つまり平坦高さ値となれば、操作角度θ＝０°に戻り、給排気切替弁４４の状態が元に戻って、空気バネ２２への給気が停止する。このようにして、リンク機構２４の車高値ｈのフィードバックによって、高さ指令値ｈ*から実際の車高値ｈが減算される。この減算処理が指令・減算装置６０の中の減算機能に対応する。そして、減算の結果得られる高さ偏差量に応じて給排気切替弁４４の作動が制御され、高さ偏差値をゼロにするように、自動的に車体２０の台車１８に対するレベル調整が行なわれる。
【００６１】
制御部１００が車体傾斜制御を行なうときは、上記のように高さ指令値ｈ*として傾斜指令用高さ値を指令する。具体的には、操作モータ１７０に対し、高さ指令値ｈ*に対応する操作角度指令値θ*となるまで、ロータ１７６をステータコイル１７４に対し相対的に回転するように駆動信号を出力する。なお、リンク機構２４は、実際の車高値ｈに対応するリンク形状となっており、レバー１６８は、その車高値ｈに対応する操作角度θとなっている。例えば、正常にレベル調整制御が行なわれているであれば、操作角度指令値θ*が指令されたときには傾斜指令用高さ値が操作角度θ＝０°となっている。操作角度θは、操作角度指令値θ*が与えられても、実際の車高値ｈが変化しない限り変化しない。
【００６２】
ここで、制御部１００から高さ指令値ｈ*またはこれに対応する操作角度指令値θ*が操作モータ１７０に与えられると、その指令値に応じ、ロータ１７６がステータコイル１７４に対し回転する。つまりロータ１７６はモータケース１７２に対し相対的に回転するが、モータケース１７２はレバー１６８の操作角度θのままである。このように、車体傾斜制御においては、操作角度指令値θ*が指令されると、レバー１６８に対し、相対的にロータ１７６が回転する。そして、この回転角度が操作角度指令値θ*となったところでロータ１７６の回転が停止する。
【００６３】
このロータ１７６の回転と一体的に操作板１７８は回転し、その回転によって偏心ピン１８０もロータ１７６の軸周りに回転する。偏心ピン１８０は、給排気切替弁４４のスプールの案内溝１８２によって案内され、スプールはスリーブに対し軸方向に摺動可能に保持されるので、偏心ピン１８０のロータ１７６の軸周りの回転が案内溝１８２に案内される直進運動を介して、スプールのスリーブに対する直進運動に変換される。このようにして、操作角度指令値θ*が給排気切替弁４４の弁体であるスプールの直進運動の位置Ｘに変換される。
【００６４】
これによって、給排気切替弁４４が作動し、例えば、高さ指令値ｈ*が平坦高さ値よりも高さが高い値で、空気バネ２２を伸長させる方向の指令であるときに、給気ポートと負荷ポートとを連通するようにすれば、空気バネ２２に給排気切替弁４４から加圧気体が供給され、空気バネ２２が伸長し、車体２０を台車１８に対し持ち上げることができる。
【００６５】
具体的には、次のようにして、操作角度指令値θ*と実際の操作角度θの間の偏差量である操作角度偏差量がゼロとされる。すなわち、上記のように、操作モータ１７０は通常の状態では、モータケース１７２とロータ１７６が一体となって回転する。したがって、レバー１６８の操作角度が変化してモータケース１７２が回転し、これと一体的にロータ１７６が回転するが、そのロータ１７６の回転は、操作角度指令値θ*を減少させる方向である。つまり、空気バネ２２を持ち上げるときの回転と逆方向の回転である。このロータ１７６の逆方向の回転によって、操作板１７８も逆方向に回転し、その逆方向回転によって偏心ピン１８０もロータ１７６の軸周りに逆方向に回転する。偏心ピン１８０のロータ１７６の軸周りの逆周りの回転は案内溝１８２に案内される直進運動を介して、スプールのスリーブに対する逆方向の直進運動に変換される。このようにして、スプールは、空気バネ２２に対する加圧気体の供給を止める方向に移動する。
【００６６】
こうして、空気バネ２２への加圧気体の供給によって車高値ｈが高くなるに応じてレバー１６８の操作角度θが増加し、操作角度指令値θ*と一致すると、ロータ１７６の回転が止まり、給排気切替弁４４の移動が止まる。
【００６７】
このように、指令・減算装置６０の操作モータ１７０、回転・直進変換機構６１の操作板１７８の偏心ピン１８０とこれに対応するスリーブの案内溝１８２、リンク機構２４のレバー１６８、給排気切替弁４４のスリーブとスプールとハウジング等は、全体として一体化されて構成される。
【００６８】
上記では、操作モータ１７０を、リンク機構２４と給排気切替弁４４との間の相対的な位置関係を変更し、高さ指令値ｈ*に応じて回転・直進機構の原点を変更する指令・減算装置６０の中の高さ指令処理部の機能を有するものとして説明した。これ以外の構成でも、指令・減算装置６０の中の高さ指令処理部としては、高さ指令値ｈ*に応じて回転・直進機構の原点を変更するものであればよい。
【００６９】
例えば、リンク機構２４はそのままとして、操作モータによって車体２０に対してセンサ付き給排気切替弁４２を高さ指令値ｈ*に応じて回転させる構成を用いてもよい。あるいは、リンク機構２４の台車側アーム１６６の長さを高さ指令値ｈ*に応じて変更させるアクチュエータを用いることもできる。また、リンク機構２４をそのままとして、車体２０に対するセンサ付き給排気切替弁４２の高さ位置を高さ指令値ｈ*に応じて変更させるアクチュエータを用いるものとしてもよい。ここで述べた以外の構成で高さ指令値ｈ*に応じて回転・直進機構の原点を変更するものを用いてもよい。
【００７０】
次に、図６を用いて個別傾斜部４０の詳細構成を説明する。図６では、車体２０の台車１８に対する高さである車高値として、平坦高さ値に維持されている状態の個別傾斜部４０の各要素の状態が示されている。すなわち、給排気切替弁４４のハウジングに対するレバー１６８の操作角度θが０°とされ、給排気切替弁４４から空気バネ２２に対する給気が止まっている状態が示されている。
【００７１】
個別傾斜部４０は、センサ付き給排気切替弁４２と、大容量比例弁７２を駆動するための制御弁駆動回路部７０と、フォースモータ７４と大容量制御弁８０を含む大容量比例弁７２と、センサ付き給排気切替弁４２からの切替弁路９２と、大容量制御弁８０からの大容量弁路９４と、これら２つの給排気路を一体化接続する給排気合流分岐部９６を含んで構成される。なお、図６には、センサ付き給排気切替弁４２と大容量制御弁８０に加圧空気を供給する気体供給源３２が示されているが、センサ付き給排気切替弁４２と大容量制御弁８０を介して空気バネ２２を大気側に開放するためには、特別な排気設備を要しないので、単に大気側に開放する排気口を示した。もっとも、排気口にフィルタを設けることができる。
【００７２】
センサ付き給排気切替弁４２は、給排気切替弁４４と、変位センサ６２とを含む。図４、図５で説明したように、給排気切替弁４４のハウジングに指令・減算装置６０が取り付けられる。また、リンク機構２４のレバー１６８の他方端が指令・減算装置６０の操作モータ１７０のモータケース１７２に一体的に固定される。
【００７３】
給排気切替弁４４は、スリーブと呼ばれる切替弁本体４６と、スプールと呼ばれる切替弁弁体４８とを含むスプール・スリーブ方式の三方弁である。
【００７４】
切替弁本体４６は、円筒状部材で、内壁は、切替弁弁体４８を摺動可能に支持するように滑らかに加工され、筒部には、空気バネ２２に連通する負荷ポート５０と、気体供給源３２に連通する給気ポート５２と、大気に開放される排気口につながる排気ポート５４との３つのポートを有する。
【００７５】
切替弁弁体４８は、ランドと呼ばれる円筒部とランドより細径のステムと呼ばれる軸部を有し、切替弁本体４６に対し軸方向に移動することで、ランドと切替弁本体４６の各ポートとの相対位置を変化させることができ、これによって、負荷ポート５０を給気ポート５２に連通させて切替弁路９２を介して空気バネ２２側に給気し、あるいは負荷ポート５０を排気ポート５４に連通させて空気バネ２２側から大気側に排気させることができる。
【００７６】
給排気切替弁４４のスリーブに設けられる案内溝１８２は、図４、図５で説明したように、指令・減算装置６０の操作板１７８に設けられる偏心ピン１８０とともに、回転・直進変換機構６１を構成する。
【００７７】
変位センサ６２は、差動トランス型の変位センサである。ここでは、切替弁弁体４８が軸方向に延ばされ、磁性体部分を有し、その外周の周りに沿って３つのコイルが配置される。磁性体部分の軸方向の移動で、３つのコイルに誘起信号が発生し、これらの信号を差動処理することで、磁性体部分の軸方向の位置の変化、すなわち切替弁弁体４８の軸方向の位置の変化を検出できる。
【００７８】
このように、変位センサ６２は位置検出センサであるが、基準位置に対する検出信号を記録しておくことで、この基準位置に対する検出信号を原点として、基準位置と任意の位置との位置偏差についての信号を出力することができる。このように用いられるときは、変位センサ６２は、位置偏差検出センサの機能を有することになる。例えば、基準位置を高さ指令値に対応する位置とすることで、変位センサ６２は、機械的偏差量である高さ偏差を電気信号に変換して出力することができる。
【００７９】
制御弁駆動回路部７０は、図３で説明したように、変位センサ６２によって出力される切替弁弁体４８の軸方向の位置を示す電気信号を処理して、大容量比例弁７２に対する駆動信号を生成する電気回路である。
【００８０】
大容量比例弁７２は、フォースモータ７４と大容量制御弁８０を含んで一体的に構成される制御弁装置である。フォースモータ７４は、磁石を含む駆動軸と、駆動軸の外周の周りに沿って配置される２組の駆動コイルを含むプランジャ型のモータである。
【００８１】
大容量制御弁８０は、給排気切替弁４４と基本的構造が同じで、スリーブと呼ばれる制御弁本体８２とスプールと呼ばれる制御弁弁体８４を含む三方弁であるが、給排気能力が格段に大きい。その給排気能力は、給排気切替弁４４の給排気能力と、車両の車体傾斜制御に要求される応答速度、すなわち、空気バネ２２の伸長・縮小の速度の仕様によって設定される。
【００８２】
大容量制御弁８０の制御弁本体８２は、円筒状部材で、内壁は、制御弁弁体８４を摺動可能に支持するように滑らかに加工され、筒部には、空気バネ２２に大容量弁路９４を介して連通する負荷ポート８６と、気体供給源３２に連通する給気ポート８８と、大気に開放される排気口につながる排気ポート９０との３つのポートを有する。
【００８３】
制御弁弁体８４は、ランドと呼ばれる円筒部とランドより細径のステムと呼ばれる軸部を有し、その軸方向の一方端に制御弁駆動回路部７０のフォースモータ７４の駆動軸が接続される。したがって、フォースモータ７４によって制御弁本体８２に対し軸方向に移動することで、ランドと制御弁本体８２の各ポートとの相対位置を変化させることができる。これによって、負荷ポート８６を給気ポート８８に連通させて空気バネ２２側に大容量弁路９４を介して給気し、あるいは負荷ポート８６を排気ポート９０に連通させて空気バネ２２側から大気側に排気させることができる。
【００８４】
大容量制御弁８０の給気ポート８８と気体供給源３２との間に設けられる制御弁給気側開閉弁１３０と、大容量制御弁８０の排気ポート９０と大気に開放される排気口との間に設けられる制御弁排気側開閉弁１３２は、図３で説明したスイッチ素子１１６の動作と同様に、高さ指令値ｈ*１０２が平坦高さ値であるときにＯＦＦとされ、高さ指令値ｈ*１０２が傾斜指令用高さ値のときにＯＮとされる大容量開閉弁である。すなわち、レベル調整制御のときには、大容量制御弁８０は作動しない。
【００８５】
給排気合流分岐部９６は、センサ付き給排気切替弁４２からの切替弁路９２と、大容量制御弁８０からの大容量弁路９４の２つの給排気路を一体化させて、空気バネ２２に接続する流路結合部である。
【００８６】
以上が、車体傾斜装置３０の構成の説明であるが、以下では、車体傾斜装置３０の作用について、上記の図６を含めて図９までを用いて詳細に説明する。車体傾斜装置３０の作用としては、台車１８に対し車体２０の床面を一定の高さに制御するレベル調整制御の作用と、車両の曲線部走行の際に、レール１４，１５によって設定されるカント量の不足のために発生する超過遠心力を緩和するように、車体２０を曲線の内側に傾斜させる車体傾斜制御の作用がある。
【００８７】
これらの作用を行なわせるために、制御部１００から、高さ指令値ｈ*１０２と、これをリンク機構２４のレバー１６８の操作角度に変換した操作角度指令値θ*１０４が出力される。ここで、レバー１６８の操作角度としては、予め定められた車体２０の基準面に対するリンク機構２４のレバー１６８の傾斜角度を用いることができ、具体的には、上記のように、給排気切替弁４４のハウジングに対するレバー１６８の傾斜角度を用いることができる。
【００８８】
最初にレベル調整制御の作用について説明する。レベル調整制御のときの高さ指令値ｈ*１０２は、台車１８に対し車体２０を一定の高さに維持するために予め設定される高さ値である平坦高さ値であり、操作角度指令値θ*１０４は、この平坦高さ値に対応する操作角度である。レベル調整制御においては、車体２０の床面は台車１８の基準平面に平行とする制御であるので、給排気切替弁４４のスプールの直進方向を車体の床面と平行として、これを予め定められた車体２０の基準面とすれば、操作角度指令値は０°となる。
【００８９】
個別傾斜部４０の構成を説明するために用いた図６は、レベル調整制御が行われているときの様子が示されている。図６では、車体２０の車高値ｈがちょうど平坦高さ値となって落ち着いた状態が示されている。すなわち、センサ付き給排気切替弁４２の軸方向が車体２０の床面に平行であるとして、リンク機構２４の操作角度が０°、すなわち、リンク機構２４のレバー１６８の軸方向がセンサ付き給排気切替弁４２の軸方向と一致している。リンク機構２４は、車体２０の車高値ｈが平坦高さ値となったときに、レバー１６８の操作角度が０°になるように、台車側アーム１６６の寸法と、台車側アーム１６６の一方側が台車１８に回転自在に保持される位置と、レバー１６８の寸法と、レバー１６８の他方側が車体２０に回転自在に保持される位置とが設定される。したがって、特に制御部１００から高さ指令値ｈ*を出さなくても、自動的にレベル調整制御が行なわれる。
【００９０】
すなわち、乗客の増減でリンク機構２４のレバー１６８の操作角度θが変化すると、回転・直進変換機構６１の機能によって、操作角度θの変化が切替弁弁体４８の軸方向の直進運動の位置Ｘに変換され、これによって、負荷ポート５０が給気ポート５２に連通し、あるいは負荷ポート５０が排気ポート５４に連通する。このとき、図３で説明したように、スイッチ素子１１６、制御弁給気側開閉弁１３０、制御弁排気側開閉弁１３２がＯＦＦされているので、大容量制御弁８０は作動しない。したがって、空気バネ２２には、給排気切替弁４４を介して、図３で説明した流量Ｑ1で加圧空気が供給され、あるいは流量Ｑ1で空気バネ２２の空気が排気される。そして、リンク機構２４の操作角度が０度に戻ったところで、図４の状態となって、空気バネ２２への加圧空気の供給または排気が停止する。
【００９１】
次に車体傾斜制御の作用について説明する。車体傾斜制御における高さ指令値ｈ*は、台車１８に対する車体２０の高さ対応値であり、レール１４，１５によって設定されるカント量の不足による超過遠心力を吸収するため、走行路の曲線部の曲率と、車両の走行速度等によって制御部１００によって計算された傾斜指令用高さ値である。車体２０の傾斜は、左右方向の２つの空気バネ２２，２３の相対的な伸長・縮小で定まるので、制御部１００は、２つの個別傾斜部４０，４１のそれぞれに異なる値の高さ指令値ｈ*を出力する。操作角度指令値θ*は、この傾斜指令用高さ値に対応する操作角度である。
【００９２】
図７は、車体傾斜制御が行われるときの様子を説明する図である。制御部１００から傾斜指令用高さ値としての高さ指令値ｈ*が出力されると、この高さ指令値ｈ*に対応する操作角度指令値θ*の分だけ、リンク機構２４のレバー１６８と給排気切替弁４４のハウジングとの間の相対的位置関係が変更される。図７では、指令・減算装置６０がθ*だけ回転されることで、そのことが示されている。具体的には、指令・減算装置６０を構成する操作モータ１７０のロータ１７６と操作板１７８が、モータケース１７２に対しθ*だけ回転される。回転・直進変換機構６１の機能によって、給排気切替弁４４のスプールは、この操作角度指令値θ*に対応する位置まで、その軸方向の位置が移動される。
【００９３】
なお、このときまで正常にレベル調整制御が行なわれているとすると、車体２０の車高値ｈは平坦高さ値を維持し、リンク機構２４のレバー１６８の操作角度θは０°である。図７では、リンク機構２４のレバー１６８の軸方向がセンサ付き給排気切替弁４２の軸方向と一致していることでそのことが示されている。つまり、リンク機構２４が示す実際の車高値ｈに対し、給排気切替弁４４のスプールの位置は、車高値ｈ*となっている状態に対応する位置に変更される。
【００９４】
図７に示すように、リンク機構２４のレバー１６８と、給排気切替弁４４のハウジングとの間の相対的角度が０度からθ*に変更されることで、センサ付き給排気切替弁４２の切替弁弁体４８はその操作角度の変更に応じて、図７の実線矢印の方向に軸方向に移動する。また、変位センサ６２は、その軸方向の移動量を検出して、制御弁駆動回路部７０に出力し、ここで、スイッチ素子１１６、制御弁給気側開閉弁１３０、制御弁排気側開閉弁１３２がＯＮされているので、これによって大容量制御弁８０の制御弁弁体８４は、変位センサ６２の出力に応じて、図７の実線矢印の方向に軸方向に移動する。したがって、空気バネ２２には、給排気切替弁４４と、大容量制御弁８０の両方から、図３で説明した流量（Ｑ1＋Ｑ2）で加圧空気が供給され、あるいは流量（Ｑ1＋Ｑ2）で空気バネ２２の空気が排気される。これによって、空気バネ２２が伸長または縮小し、車高値ｈが変化する。
【００９５】
図８は、車高値ｈが変化して、リンク機構２４のレバー１６８の操作角度θが変化して、ちょうど操作角度指令値θ*となった状態を示す図である。上記のように、リンク機構２４のレバー１６８と給排気切替弁４４のハウジングとの間の相対的角度が操作角度指令値θ*とされた後は、リンク機構２４のレバー１６８と操作モータ１７０のロータ１７６は一体として回転する。したがって、車高値ｈが高さ指令値ｈ*の方向に変化すると、リンク機構２４のレバー１６８の操作角度θが０度からθ*の方向に変化し、これに応じて操作モータ１７０のロータ１７６が回転し、回転・直進変換機構６１の機能によって、給排気切替弁４４の切替弁弁体４８が図８の破線矢印の方向に軸方向に沿って戻される。同様に、大容量制御弁８０の制御弁弁体８４も、変位センサ６２の出力に応じて、図８の破線矢印の方向に軸方向に沿って戻される。
【００９６】
そして、車高値ｈが高さ指令値ｈ*となると、リンク機構２４のレバー１６８の操作角度θが操作角度指令値θ*となる。この状態では、図８に示されるように、空気バネ２２への給気または排気が止まる。このようにして、流量（Ｑ1＋Ｑ2）によって、車体傾斜制御が行われる。
【００９７】
図９は、上記構成の車体傾斜装置３０の効果を従来技術と比較して説明する図である。横軸は時間、縦軸は車高値ｈおよびそれに対応する操作角度θである。実線は、上記構成のように、センサ付き給排気切替弁４２と大容量制御弁８０を用いて車体傾斜制御を行った場合、一点鎖線は、給排気切替弁４４のみを用いて車体傾斜制御を行った場合である。高さ指令値ｈ*、操作角度指令値θ*に到達する時間を比較すると、前者は時間ｔ1でθ*に到達したのに比べ、後者はθ*に到達するのに、ｔ1よりはるかに長い時間ｔ2を要している。これは、空気バネ２２に対する流量が、前者と後者とでは大きく異なるためである。このように、図１の構成によれば、従来技術の自動高さ調整弁に相当する給排気切替弁４４を十分生かしながら、迅速な車体傾斜制御を行うことが可能となる。
【００９８】
上記では、大容量制御弁８０として、フォースモータ７４によって、Ｑ2の大きさを制御するものとして説明した。この構成によれば、Ｑ2の大きさを連続的に制御することができる。目的によっては、Ｑ2の大きさを連続的に制御せずに、段階的な大きさで制御することで十分な場合がある。また、場合によっては、Ｑ2に関しオンオフするだけでよいこともある。そのような場合には、フォースモータ７４と大容量制御弁８０に代えて、１つまたは複数のオンオフ弁を用いることができる。オンオフ弁として、電気信号でオンオフする駆動部を有するものを用いれば、オンオフ弁の動作を制御するオンオフ回路の構成も比較的簡単な構成とすることができる。
【００９９】
図１０は、図２に対応する図であって、回路部７０、フォースモータ７４、大容量制御弁８０に代えて、オンオフ回路部２１０とオンオフ弁部２２０を用いた車体傾斜装置２００の構成を説明する図である。
【０１００】
図１１は、図３に対応する図であって、オンオフ弁部２２０が容量の大きさが相互に異なる３つのオンオフ弁で構成される様子を示す図である。３つのオンオフ弁としては、容量が最も小さい第１オンオフ弁２２２、中間の容量を有する第２オンオフ弁２２４、最も大きな容量を有する第３オンオフ弁２２６が用いられる。第２オンオフ弁２２４と第３オンオフ弁２２６の出力は合流装置２３２によって相互に接続される。また、合流装置２３２の出力と第１オンオフ弁２２２の出力は、別の合流装置２３０によって相互に接続される。
【０１０１】
第１オンオフ弁２２２、第２オンオフ弁２２４、第３オンオフ弁２２６は、それぞれ、気体供給源３２に接続される給気口と、大気に開放される排気口と、対応する合流装置２３０，２３２に接続される出力口とを有する三方弁である。図１１でＰｓの符号が給気口に対応し、Ｅｘの符号が排気口に対応する。
【０１０２】
第１オンオフ弁２２２は、オンオフ回路２１０からの制御信号Ｖ1によって出力口が給気口、あるいは排気口と連通する。具体的には、制御信号Ｖ1がプラスの信号であるときに出力口が給気口に連通し、制御信号Ｖ1がマイナスの信号であるときに出力口が排気口に連通する。同様に、第２オンオフ弁２２４は、オンオフ回路２１０からの制御信号Ｖ2がプラスの信号のとき、出力口が給気口に連通し、制御信号Ｖ2がマイナスの信号であるときに出力口が排気口に連通する。第３オンオフ弁２２６は、オンオフ回路２１０からの制御信号Ｖ3がプラスの信号のとき、出力口が給気口に連通し、制御信号Ｖ3がマイナスの信号であるときに出力口が排気口に連通する。
【０１０３】
このように、３つの互いに容量の異なるオンオフ弁を２つの合流装置２３０，２３２で直並列に接続することで、３通りの流量を段階的に出力することができる。ここでは、３つのオンオフ弁を用いるものとしたが、オンオフ弁部２２０を構成するオンオフ弁の数は３以外であってもよい。例えば、１つでも２つでもよく、また４以上であってもよい。
【０１０４】
締切弁２３４は、制御部１００の制御によって開閉する弁である。締切弁２３４は、レベル調整制御のときに閉じられ、車体傾斜制御を行うときに開放される。
【０１０５】
オンオフ回路部２１０は、変位センサ６２の出力、すなわち給排気切替弁４４のスプールのストロークＳに応じて、第１オンオフ弁２２２、第２オンオフ弁２２４、第３オンオフ弁２２６を駆動する信号を出力する回路である。図１１では、オンオフ回路部２１０の動作について、横軸にストロークＳ、縦軸にオンオフ弁部２２０に出力する駆動信号Ｖをとった動作図が示されている。
【０１０６】
オンオフ回路部２１０の動作図には、ストロークＳの閾値として、±Ｓ1、±Ｓ2、±Ｓ3が設定されている。そして、これらの閾値に対し、適当なヒステリシス幅を持たせて、駆動信号Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3がパルス状に出力される。駆動信号Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3は、それぞれ、ストロークＳがプラスのときにはプラスの信号を出力し、ストロークＳがマイナスのときにはマイナスの信号を出力する。これらの駆動信号Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3はストロークＳに関し、適当な間隔をあけて離散的に出力される。駆動信号Ｖ1は、第１オンオフ弁２２２に対し出力され、駆動信号Ｖ2は、第２オンオフ弁２２４に対し出力され、駆動信号Ｖ3は、第３オンオフ弁２２６に対し出力される。
【０１０７】
したがって、給排気切替弁４４のスプールのストロークＳが、閾値±Ｓ1に対しそのヒステリシス幅の間にあるときは、第１オンオフ弁２２２に駆動信号Ｖ1が出力される。駆動信号Ｖ1がプラスの信号のときは、上記のように、第１オンオフ弁２２２の出力口が給気口に接続され、第１オンオフ弁２２２の容量に対応して、空気バネ２２に流量が供給される。駆動信号Ｖ1がマイナスの信号のときは、上記のように、第１オンオフ弁２２２の出力口が排気口に接続され、第１オンオフ弁２２２の容量に対応して、空気バネ２２が大気に開放される。
【０１０８】
また、給排気切替弁４４のスプールのストロークＳが、閾値±Ｓ1に対しそのヒステリシス幅を超えて、閾値±Ｓ2に対しそのヒステリシス幅の間にあるときは、第２オンオフ弁２２４に駆動信号Ｖ2が出力される。駆動信号Ｖ2がプラスの信号のときは、上記のように、第２オンオフ弁２２４の出力口が給気口に接続され、第２オンオフ弁２２４の容量に対応して、空気バネ２２に流量が供給される。駆動信号Ｖ2がマイナスの信号のときは、上記のように、第２オンオフ弁２２４の出力口が排気口に接続され、第２オンオフ弁２２４の容量に対応して、空気バネ２２が大気に開放される。
【０１０９】
同様に、給排気切替弁４４のスプールのストロークＳが、閾値±Ｓ2に対しそのヒステリシス幅を超えて、閾値±Ｓ3に対しそのヒステリシス幅の間にあるときは、第３オンオフ弁２２６に駆動信号Ｖ3が出力される。駆動信号Ｖ3がプラスの信号のときは、上記のように、第３オンオフ弁２２６の出力口が給気口に接続され、第３オンオフ弁２２６の容量に対応して、空気バネ２２に流量が供給される。駆動信号Ｖ3がマイナスの信号のときは、上記のように、第３オンオフ弁２２６の出力口が排気口に接続され、第３オンオフ弁２２６の容量に対応して、空気バネ２２が大気に開放される。
【０１１０】
このように、オンオフ弁を用いることで、簡単な構成で、車体傾斜制御に十分な流量を空気バネ２２に供給し、あるいは空気バネ２２から十分な流量で大気に開放させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明に係る車体傾斜装置は、台車と車体の間に設けられる空気バネを伸長または縮小して台車に対し車体を傾斜させる車両に用いられる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０ 車両、１２ 路面、１４，１５ レール、１６，１７ 車輪、１８ 台車、２０ 車体、２２，２３ 空気バネ、２４，２５ リンク機構、２６ 補助タンク、２８ 空気バネ系、３０，２００ 車体傾斜装置、３２ 気体供給源、４０，４１ 個別傾斜部、４２ センサ付き給排気切替弁、４４ 給排気切替弁、４６ 切替弁本体、４８ 切替弁弁体、５０，８６ 負荷ポート、５２，８８ 給気ポート、５４，９０ 排気ポート、６０ 指令・減算装置、６１ 回転・直進変換機構、６２ 変位センサ、７０ 制御弁駆動回路部、７２ 大容量比例弁、７４ フォースモータ、８０ 大容量制御弁、８２ 制御弁本体、８４ 制御弁弁体、９２ 切替弁路、９４ 大容量弁路、９６ 給排気合流分岐部、１００ 制御部、１１０ センサアンプ、１１２ プレアンプ、１１４ 電流ブースタ、１１６ スイッチ素子、１２０ 変位ゲイン処理部、１２２ リミッタ、１２４ 速度変換部、１２６ 演算器、１２８ 速度ゲイン処理部、１３０ 制御弁給気側開閉弁、１３２ 制御弁排気側開閉弁、１５２ 指令装置・減算装置、１５４ 自動高さ調整弁、１５６ リンクレバー、１５８ センサ、１６０ アンプ、１６２ ３ウェイ比例弁、１６６ 台車側アーム、１６８ レバー（車体側アーム）、１７０ 操作モータ、１７２ モータケース、１７４ ステータコイル、１７６ ロータ、１７８ 操作板、１８０ 偏心ピン、１８２ 案内溝、２１０ オンオフ回路部、２２０ オンオフ弁部、２２２ 第１オンオフ弁、２２４ 第２オンオフ弁、２２６ 第３オンオフ弁、２３０，２３２ 合流装置、２３４ 締切弁。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車体傾斜装置に係り、特に、車両の台車と車体の間に設けられる空気バネを伸長または縮小して台車に対し車体を傾斜させる車体傾斜装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道を用いた交通機関では、乗客の乗り心地改善等のために、台車と車体との間に空気バネが設けられる。空気バネは、１両の車両の前後および左右にそれぞれ設けられ、これらの空気バネに加圧空気源からの加圧空気を供給しあるいは空気バネ中の空気を大気中に排出することで、車体は台車に対し上下方向に移動でき、前後・左右の空気バネを全て給気あるいは排気とすると、車体を上下並進移動させることができ、左右の空気バネの一方のみを給気、あるいはさらに他方も排気とすると、車体を左右方向（車幅方向）に傾斜させることができる。
【０００３】
例えば、台車に対し車体の高さが予め定めた高さより全体的に高くなったり低くなったりするのを調整するレベル調整制御を行うことができる。また、車両の曲線部走行の際にレールのカント不足のために発生する超過遠心力を緩和するために車体を曲線の内側に傾斜させる車体傾斜制御を行うことができる。
【０００４】
特許文献１には、車体傾斜制御の際に、精度の高い車高計測を行うことができる車体傾斜制御用車高計測装置が述べられている。ここでは、レベル調整制御のために、自動高さ調整弁の開閉操作部と一体回転するシャフトの先端部に開閉操作レバーの一端が一体回転可能に連結され、この開閉操作レバーの先端に調整棒の一端が接続され、調整棒の他端が台車にブラケットを介して接続され、このシャフトに車高計測用エンコーダが設けられている。台車に対する車体の高さを車高として、車高が変化して、例えば車高が下がったときは、調整棒を介して開閉操作レバーの先端側が突き上げられて自動高さ調整弁が切り換わり、加圧空気が空気バネに供給され、車体が上昇する。空気バネが伸長すると開閉操作レバーの先端側が調整棒を介して下向きに引っ張られ、空気バネへの加圧空気の供給が停止する。このようにして、台車に対し車体の床面は一定の高さに制御される。
【０００５】
車体傾斜制御を行うときは、車高計測エンコーダを用いながら、レベル調整用の空気連通系を遮断し、車体傾斜制御用空気圧回路系を起動させ、小口径給気弁を開いて空気バネに給気を開始し、その後大口径給気弁を開き、これによって車高を高くする。所定の高さになれば、大口径給気弁を閉じ、ついで小口径給気弁を閉じる。車高を低くするときには、排気弁を開いて空気バネからの排気が行われる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第３１５３１６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
乗客の増減に応じて台車に対し車体の床面を一定の高さに制御するレベル調整制御のために設計された自動高さ調整弁をそのまま車体傾斜制御用に用いるには、給排気能力が不足し、曲線走行の速度に対応して車両を十分な速さで傾斜動作しきれないことが生じる。そこで、特許文献１等に述べられているように、自動高さ調整弁とは別に給気弁と排気弁を用い、車体傾斜制御のときは自動高さ調整弁を用いずに、この給気弁と排気弁を用いて空気バネの伸長または縮小を迅速にすることが行われている。
【０００８】
このように、レベル調整制御には自動高さ調整弁を用い、車体傾斜制御にはこれとは別の給気弁と排気弁とを用いるものとすることは、せっかくの自動高さ調整弁を生かしきれていない。
【０００９】
本発明の目的は、レベル調整制御用の自動高さ調整弁を十分生かしながら、迅速な車体傾斜制御を行うことを可能とする車体傾斜装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る車体傾斜装置は、車両の台車と車体との間に配置される空気バネと、台車に対する車体の高さに対応する高さ対応値を検出し車高値として出力する車高検出器と、高さ対応値に対する指令値である高さ指令値と車高検出器から出力される車高値との間の偏差である高さ偏差を機械的偏差量として出力する高さ偏差出力部と、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの３つのポートを有する切替弁本体と、切替弁本体に対し相対的に移動可能な切替弁弁体とを含む給排気切替弁と、高さ偏差に応じて給排気切替弁の切替弁本体に対し切替弁弁体を相対的に移動駆動し、負荷ポートを給気ポートに連通させて空気バネ側に給気し、あるいは負荷ポートを排気ポートに連通させて空気バネ側から大気側に排気させる切替弁駆動部と、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気に開放される排気ポートとの３つのポートを有する制御弁本体と、制御弁本体に対し相対的に移動可能な制御弁弁体とを含み、給排気切替弁の給排気能力よりも大容量の給排気能力を有する大容量制御弁と、機械的偏差量である高さ偏差を電気信号に変換し、変換された電気信号を処理して制御弁駆動信号を生成する制御弁駆動回路部と、制御弁駆動信号に基づいて、大容量制御弁の制御弁本体に対し制御弁弁体を相対的に移動駆動し、空気バネ側に供給する給気量または空気バネ側からの排気量を制御する制御弁駆動部と、給排気切替弁の負荷ポートから供給される切替弁側給気と大容量制御弁の負荷ポートから供給される制御弁側給気とを合わせて空気バネ側に供給し、または空気バネ側からの排気を給排気切替弁の負荷ポートへ排気する切替弁側排気と大容量制御弁の負荷ポートへ排気する制御弁側排気とに分ける給排気合流分岐部と、を備え、空気バネへの給気と空気バネからの排気を制御して車体を台車に対し傾斜させることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る車体傾斜装置において、大容量制御弁は、大容量制御弁の給気ポートと気体供給源との間に設けられる開閉弁である制御弁給気側開閉弁と、大容量制御弁の排気ポートと大気側との間に設けられる開閉弁である制御弁排気側開閉弁と、を含み、制御弁駆動部は、高さ指令値が、台車に対し車体を一定の高さに維持するために予め設定される高さ値である平坦高さ値であるときは、制御弁給気側開閉弁と制御弁排気側開閉弁とを閉じ、高さ指令値が平坦高さ値と異なる高さ値である傾斜指令用高さ値のときに、制御弁給気側開閉弁と制御弁排気側開閉弁とを開くことが好ましい。
【００１２】
また本発明に係る車体傾斜装置において、台車に対し回動可能に一方端が支持される台車側アームと、車体に対し回転可能に他方端が支持される車体側アームと、台車側アームの他方端と車体側アームの一方端が相互に回動可能に接続され、予め定められた車体の基準面に対する車体側アームの傾斜角度を操作角度とするリンク機構を備え、切替弁駆動部は、操作角度の変化を直進運動の位置の変化に変換する回転・直進変換機構を含み、回転・直進変換機構によって変換された直進運動の位置の変化に応じて切替弁弁体を切替弁本体に対し相対的に直進移動駆動させることが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る車体傾斜装置において、切替弁本体に対する切替弁弁体の直進運動の位置を検出する変位センサを備え、制御弁駆動回路部は、変位センサの位置信号について、車高値が高さ指令値に一致するときの切替弁弁体の位置と、実際の切替弁弁体の位置との間の位置の偏差を、高さ偏差である機械的偏差量として、車高値が高さ指令値に一致するときの切替弁弁体の位置について変位センサが検出する検出値と、実際の切替弁弁体の位置について変位センサが検出する検出値との間の偏差を電気信号として出力すること
が好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る車体傾斜装置において、傾斜指令用高さ値を高さ指令値として受け取り、高さ指令値に応じて、リンク機構の車体側アームと給排気切替弁との間の相対的位置関係を変更する高さ指令処理部を備えることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る車体傾斜装置は、車両の台車と車体との間に配置される空気バネと、台車に対する車体の高さに対応する高さ対応値を検出し車高値として出力する車高検出器と、高さ対応値に対する指令値である高さ指令値と車高検出器から出力される車高値との間の偏差である高さ偏差を機械的偏差量として出力する高さ偏差出力部と、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの３つのポートを有する切替弁本体と、切替弁本体に対し相対的に移動可能な切替弁弁体とを含む給排気切替弁と、高さ偏差に応じて給排気切替弁の切替弁本体に対し切替弁弁体を相対的に移動駆動し、負荷ポートを給気ポートに連通させて空気バネ側に給気し、あるいは負荷ポートを排気ポートに連通させて空気バネ側から大気側に排気させる切替弁駆動部と、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気に開放される排気ポートとの３つのポートを有する制御弁本体と、制御弁本体に対し相対的に移動可能な制御弁弁体とを含み、給排気切替弁の給排気能力よりも大容量の給排気能力を有する大容量オンオフ弁と、機械的偏差量である高さ偏差を電気信号に変換し、変換された電気信号を処理して大容量オンオフ弁駆動信号を生成するオンオフ弁駆動回路部と、オンオフ弁駆動信号に基づいて、大容量オンオフ弁の弁本体に対し弁体を相対的に移動駆動し、空気バネ側に供給する給気量または空気バネ側からの排気量を制御するオンオフ弁駆動部と、給排気切替弁の負荷ポートから供給される切替弁側給気と大容量オンオフ弁の負荷ポートから供給されるオンオフ弁側給気とを合わせて空気バネ側に供給し、または空気バネ側からの排気を給排気切替弁の負荷ポートへ排気する切替弁側排気と大容量オンオフ弁の負荷ポートへ排気するオンオフ弁側排気とに分ける給排気合流分岐部と、を備え、空気バネへの給気と空気バネからの排気を制御して車体を台車に対し傾斜させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記構成により、車体傾斜装置は、高さ指令値が与えられ、車高検出器が検出する車高値との間の偏差である高さ偏差に応じて制御が行われる。すなわち、機械的偏差量である高さ偏差に応じて、給排気切替弁が切替弁駆動部によって制御され、空気バネに対する給気と排気を切り替える。この給排気切替弁と切替弁駆動部を合わせたものが、従来技術の自動高さ調整弁に相当する。また、制御弁駆動回路部によって高さ偏差を変換した電気信号に基づいて制御弁駆動信号が生成され、その制御弁駆動信号によって大容量制御弁の作動が制御され、給排気切替弁に比べ大容量の給排気能力で、空気バネに給気と排気とを行う。このように、空気バネには、従来からの給排気切替弁による給排気に加え、大容量制御弁による給排気が加わるので、従来技術のレベル調整制御用の自動高さ調整弁に相当する給排気切替弁を十分生かしながら、迅速な車体傾斜制御を行うことが可能となる。
【００１７】
また、車体傾斜装置において、大容量制御弁の給気ポートと気体供給源との間に制御弁給気側開閉弁が設けられ、また、大容量制御弁の排気ポートと大気側との間に制御弁排気側開閉弁が設けられる。そして、台車に対し車体を一定の高さに維持する制御であるレベル調整制御のときには、これらの開閉弁は閉じられるので、大容量制御弁は作動せず、作動流体の量を抑制できる。
【００１８】
また、車体傾斜装置において、台車と車体との間にリンク機構が設けられ、そのリンク機構の車体側アームの傾斜角度が操作角度とされ、切替弁駆動部は、操作角度の変化を直進運動の位置の変化に変換して、切替弁弁体を切替弁本体に対し相対的に直進移動駆動させる。これによって、従来技術の自動高さ調整弁の構成をそのまま生かすことができる。 また、車体傾斜装置において、切替弁本体に対する切替弁弁体の直進運動の位置を検出する変位センサによって、機械的偏差量である高さ偏差を電気的偏差信号に変換する。このようにして、簡単な構成によって、給排気切替弁を機械的に駆動し、大容量制御弁を電気的に駆動することができる。
【００１９】
また、車体傾斜装置において、高さ指令の処理は、傾斜指令用高さ値を高さ指令値として受け取り、高さ指令値に応じて、リンク機構の車体側アームと給排気切替弁との間の相対的位置関係を変更することで行なわれる。このように、リンク機構の車体側アームと給排気切替弁との間の相対的位置関係を変更することで、レベル調整制御から車体傾斜制御に移ることができるので、車体傾斜制御のときにおいても、レベル調整制御と同様にリンク機構による実際の車高値のフィードバックを生かすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置が用いられる車両の様子を説明する図である。
【図２】本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置の特徴を説明するブロック図である。
【図３】本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置の詳細な構成を説明する図である。
【図４】本発明に係る実施の形態において、指令・減算装置と給排気切替弁との関係を説明する斜視図である。
【図５】図４についての断面図である。
【図６】本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置の動作として、レベル調整制御のときの様子を説明する図である。
【図７】本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置の動作として、車体傾斜制御のときに高さ指令値が与えられたときの様子を説明する図である。
【図８】図７の後に、車体傾斜制御によって、車高値が高さ指令値と一致するときの様子を説明する図である。
【図９】本発明に係る実施の形態の車体傾斜装置の効果を説明する図である。
【図１０】本発明に係る実施の形態において、オンオフ弁を用いる場合の車体傾斜装置の特徴を説明するブロック図である。
【図１１】本発明に係る実施の形態において、オンオフ弁を用いる場合の車体傾斜装置の詳細な構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態を詳細に説明する。以下では、従来技術の自動高さ調整弁に相当するものとして、スプール・スリーブ方式の三方弁としての給排気切替弁を説明するが、これは一例であって、空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの３つのポートを有する切替弁であれば、他の構造であってもよい。また、大容量制御弁もスプール・スリーブ方式の三方弁としての電気的アクチュエータによって駆動される制御弁を説明するが、これも一例であって、電気信号によって制御される三方弁であれば、他の構造であっても構わない。アクチュエータとしてプランジャ型のフォースモータを説明するが、これ以外の方式、例えば、可動線輪型のフォースモータであってもよい。
【００２２】
なお、以下では、空気バネに加圧空気が供給されるものとして説明するが、ここでの空気は、外気の他に、乾燥空気、あるいは窒素と酸素の成分比を適当に変更した気体、適当な不活性ガス等を添加した気体等であってもよい。
【００２３】
また、以下では、全ての図面において同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本文中の説明においては、必要に応じそれ以前に述べた符号を用いるものとする。
【００２４】
図１は、車体傾斜装置３０が用いられる車両１０の構成を説明する図である。車両１０は、路面１２の上に敷設されるレール１４，１５の上を回転する車輪１６，１７を備える台車１８と、乗客等が利用する車体２０と、台車１８と車体２０の間に設けられる空気バネ２２，２３と、台車１８と車体２０との間に設けられるリンク機構２４，２５を含んで構成される。１両の車両について、その前後左右に空気バネとそれに対応するリンク機構がそれぞれ設けられるが、図１では、そのうちの左右の２つの空気バネ２２，２３とリンク機構２４，２５についてのみ図示されている。ここでは、車体傾斜装置３０を構成する各要素について簡単に説明し、具体的な詳細構造については図３以下で詳述するものとする。
【００２５】
図１では、路面１２が傾斜し、左右のレール１４，１５の高さに差がつけられている。この差は、レールが曲線状に敷設されて車両がカーブしながら走行するときに、車体２０の中の乗客が遠心力を感じないように、車体２０を傾斜させるためのものである。曲線の内側のレール１４と曲線の外側のレール１５の高低差は、カント量と呼ばれる。このカント量は、その曲線部分を走行する車両の設定速度に適合して設定されるので、その設定速度以上で高速走行する車両の場合には、超過遠心力が生じることになる。
【００２６】
その超過遠心力を車体２０の中の乗客に感じさせないようにするには、その高速走行に対応するカント量に相当するように、台車１８に対し車体２０を曲線の内側に向かって傾斜させればよい。このように台車１８に対し車体２０を傾斜させることが車体傾斜制御である。図１に例では、空気バネ２２が縮小され、空気バネ２３が伸長されて、これによって車体２０の空気バネ２２側が低くなるように、車体２０が台車１８に対し傾斜している様子が示されている。
【００２７】
リンク機構２４，２５は、台車１８に対し回動可能に一方端が支持される台車側アームと、車体２０に対し回転可能に他方端が支持される車体側アームであるレバーと、台車側アームの他方端と車体側アームの一方端が相互に回動可能に接続される機構で、台車１８に対する車体２０の高さ位置が変わると、リンク機構２４，２５のリンク形状が変化し、その形状変化は、台車１８に対する車体２０の高さによって一意に定まる。そこで、例えば、予め定められた車体２０の基準面に対する車体側アームの傾斜角度を、台車に対する車体の高さに対応する高さ対応値として用いることができる。その意味から、リンク機構２４，２５は、高さ対応値を車高値として提供することができる車高検出器である。
【００２８】
車体傾斜装置３０は、各空気バネ２２，２３に対応して設けられる個別傾斜部４０，４１と、複数の個別傾斜部４０，４１を統合的に制御する制御部１００とを含んで構成される。個別傾斜部４０，４１は、図１の例では左右対称の構成であるので、以後では、個別傾斜部４０について説明を続けるものとする。
【００２９】
個別傾斜部４０は、制御部１００から与えられる高さ指令値と、リンク機構２４から得られる車高値との間の偏差である高さ偏差を用いて、センサ付き給排気切替弁４２と、大容量比例弁７２を駆動して、空気バネ２２に対し十分な給排気を行うことができる装置である。ここで、センサ付き給排気切替弁４２は、リンク機構２４の傾斜角度に基いて機械的に駆動され、大容量比例弁７２は、センサ付き給排気切替弁４２の変位センサの電気信号に基いて制御弁駆動回路部７０によって電気的に駆動される。
【００３０】
センサ付き給排気切替弁４２と、大容量比例弁７２には、それぞれ給気ポート、排気ポート、負荷ポートが設けられる。図１の気体供給源３２は、センサ付き給排気切替弁４２と大容量比例弁７２の給気ポートに接続され、加圧気体を供給する気体源である。排気は、センサ付き給排気切替弁４２と大容量比例弁７２の排気ポートを大気側に開放することで行われる。
【００３１】
切替弁路９２は、センサ付き給排気切替弁４２の負荷ポートと空気バネ２２とを接続する給排気路である。また、大容量弁路９４は、大容量比例弁７２に含まれる大容量制御弁の負荷ポートと空気バネ２２とを接続する大容量の給排気路である。図１に示されるように、切替弁路９２と大容量弁路９４とは、相互に合流して、空気バネ２２に接続されるので、空気バネ２２には、センサ付き給排気切替弁４２と、大容量比例弁７２に含まれる大容量制御弁とから加圧空気の供給を受けることができ、また、空気バネ２２から、センサ付き給排気切替弁４２と、大容量比例弁７２に含まれる大容量制御弁を介して、大気に開放して排気することができる。
【００３２】
大容量比例弁７２の給気ポートに設けられる制御弁給気側開閉弁１３０と、大容量比例弁７２の排気ポートに設けられる制御弁排気側開閉弁１３２は、乗客の増減に応じて台車に対し車体の床面を一定の高さに制御するレベル調整制御のときに閉じられる開閉弁である。車体の傾斜制御を行なうときは、これらの開閉弁が開放され、大容量比例弁７２を作動させることができる。
【００３３】
リンク機構２４とセンサ付き給排気切替弁４２の間に設けられる指令・減算装置６０は、車体２０のレベル調整制御と車体２０の傾斜制御の双方に用いられる装置である。指令・減算装置６０は、台車１８に対する車体２０の所望の高さを高さ指令値として与える高さ指令処理部としての機能と、リンク機構２４によって得られる実際の車高値と、高さ指令値との間の偏差である高さ偏差を出力する高さ偏差出力部としての機能を有する。この高さ偏差をゼロにするように、車体の車体２０のレベル調整制御と車体２０の傾斜制御が行なわれる。
【００３４】
図２は、上記構成の車体傾斜装置３０の特徴事項を従来技術と比較して説明するブロック図である。上記構成の車体傾斜装置３０にはいくつかの従来技術を利用しているが、具体的な詳細構造は必ずしも従来技術と全く同じではない。そこで、図２では、車体２０を除き、車体傾斜装置３０の各要素の名称と異なる要素名称とし、符号も異なるものとしてある。
【００３５】
図２で示されるように、車体傾斜装置３０は、自動高さ調整弁１５４を有し、これによって、空気バネ系２８を伸長・縮小させて台車１８に対する車体２０の高さである車高を変化させる。そして、その車高変化によるリンクレバー１５６の位置変化を車体２０の実際の高さに対応する値として、指令装置・減算装置１５２に戻し、指令装置・減算装置１５２で高さ指令値と実際の高さ値と比較し、その差を自動高さ調整弁１５４に与え、自動高さ調整弁１５４はその差をゼロにするように、空気バネ系２８に給気または空気バネ系２８を排気する。
【００３６】
この一連の流れが、従来技術によって知られている範囲であるが、このように、従来技術では、リンクレバー１５６の機械的変化量を用いて自動高さ調整弁１５４の作動を機械的に制御している。
【００３７】
従来技術で知られている範囲に対し、車体傾斜装置３０は、破線で囲まれた部分に特徴事項を有する。すなわち、自動高さ調整弁１５４をセンサ１５８付きとする。そして、このセンサ１５８によって自動高さ調整弁１５４の機械的作動量を電気信号に変換する。そして、その電気信号をアンプ１６０によって適当に増幅等の信号処理を行い、３ウェイ比例弁１６２の電気的駆動信号とする。３ウェイ比例弁１６２とは、給気ポート、排気ポート、負荷ポートの３つのポートを有し、負荷ポートの出力を電気的駆動信号に比例したものとする制御弁で、自動高さ調整弁１５４に比べ、大容量の給排気能力を有する。そして、この３ウェイ比例弁１６２によって、空気バネ系２８に給気または空気バネ系２８を排気する。
【００３８】
このように、車体傾斜装置３０の破線で囲まれた部分では、電気的制御によって、空気バネ系２８に対し給気と排気とを行なわせることができる部分が追加されている。これによって、空気バネ系２８に対する給気と排気を、自動高さ調整弁１５４の機能によって行なわせるよりも、大容量で実行できるので、短時間で空気バネ系２８の伸長または縮小を行うことができる。
【００３９】
図３は、図２で説明した原理的ブロック図を、車体傾斜装置３０の具体的な構成で示すブロック図である。車体傾斜装置３０は、指令・減算装置６０と、センサ付き給排気切替弁４２と、制御弁駆動回路部７０と、大容量比例弁７２と、リンク機構２４を含んで構成される。車体傾斜装置３０の構成要素ではないが、空気バネ系２８と、車体２０が図３には示されている。制御弁駆動回路部７０以外の要素は、一体化構造をとるものが多いので、ここでは、簡単な説明に留め、それらの詳細は後述することにする。そして、ここでは特に、制御弁駆動回路部７０の詳細を中心に説明する。
【００４０】
リンク機構２４は、図２の１５６に対応するもので、台車１８に対する車体２０の高さを検出して、指令・減算装置６０にフィードバックする機構である。指令・減算装置６０は、図２の指令装置・減算装置１５２に対応する装置である。指令・減算装置６０は、台車１８に対する車体２０の高さについての指令値である高さ指令値ｈ*１０２を受け取り、これを、台車１８に対する車体２０の実際の高さである車高値ｈと比較し、高さ指令値ｈ*１０２から車高値ｈを減算してその偏差である高さ偏差を機械的偏差値として出力して、センサ付き給排気切替弁４２に与える機能を有する装置である。高さ指令値ｈ*に代えて、リンク機構２４の形状変化に対応する操作角度に対する指令値としての操作角度指令値θ*を用いてもよい。高さ指令値ｈ*１０２またはそれに対応する操作角度指令値θ*がどのような機構を用いて指令・減算装置６０において処理されるかについての詳細は、後に図４、図５を用いて説明する。
【００４１】
センサ付き給排気切替弁４２は、図２で説明した自動高さ調整弁１５４とセンサ１５８を一体化したものに相当する。センサ付き給排気切替弁４２は、図３で示される回転・直進変換機構６１と、回転・直進変換機構６１によって変換された直進運動の変位を検出して電気信号を出力する変位センサ６２と、直進運動によって駆動されるスプールを有するスプール・スリーブ型三方切替弁である給排気切替弁４４とを含んで構成される。センサ付き給排気切替弁４２の具体的構造については、後に図６等を用いて説明する。
【００４２】
制御弁駆動回路部７０は、図２で説明したアンプ１６０に相当し、変位センサ６２が出力する電気信号に基づいて、大容量比例弁７２に含まれるフォースモータ７４に与える駆動信号を生成する回路である。制御弁駆動回路部７０は、センサアンプ１１０と、プレアンプ１１２と電流ブースタ１１４とスイッチ素子１１６を含んで構成される。
【００４３】
センサアンプ１１０は、変位センサ６２から出力される高さ偏差量あるいは操作角度偏差量に対応する電気的偏差信号を、適当な大きさの信号に増幅する増幅器である。プレアンプ１１２は、センサアンプ１１０の出力を処理し、電流ブースタ１１４に供給する増幅回路である。
【００４４】
プレアンプ１１２は、センサアンプ１１０の出力である変位信号に対し、変換ゲインＫ1を用いて処理する変位ゲイン処理部１２０と、その出力の上下限を適当に制限して以後の処理で信号の飽和が生じないようにするリミッタ１２２と、センサアンプ１１０の出力を微分して速度フィードフォワード信号とする速度変換部１２４と、リミッタ１２２の出力と速度変換部１２４の出力の偏差を求める演算器１２６と、演算器１２６の出力に対し、変換ゲインＫ2を用いて処理する速度ゲイン処理部１２８とを含む。
【００４５】
電流ブースタ１１４は、プレアンプ１１２の出力に基いて、フォースモータ７４の駆動電流を生成する増幅機能を有するドライバ回路である。
【００４６】
スイッチ素子１１６は、車体傾斜装置３０がレベル調整制御を実行するとき、すなわち、高さ指令値ｈ*１０２が平坦高さ値であるときにＯＦＦとされ、車体傾斜装置３０が車体傾斜制御を実行するとき、すなわち、高さ指令値ｈ*１０２が傾斜指令用高さ値のときにＯＮとされるスイッチである。このスイッチ素子１１６の機能により、レベル調整制御のときには、フォースモータ７４に駆動電流が供給されない。
【００４７】
大容量比例弁７２は、図２の３ウェイ比例弁１６２に対応するものである。大容量比例弁７２は、フォースモータ７４と大容量制御弁８０を含んで構成される。フォースモータ７４は、プランジャ型のモータで、大容量制御弁８０を駆動する制御弁駆動部としての機能を有するアクチュエータである。大容量制御弁８０は、フォースモータ７４によって駆動されるスプールを有するスプール・スリーブ型の三方比例弁である。給排気切替弁４４と相違するのは、給排気能力で、給排気切替弁４４よりも大きな給排気能力を有する。
【００４８】
大容量制御弁８０における気体供給源３２側に設けられる制御弁給気側開閉弁１３０と、大容量制御弁８０における排気側に設けられる制御弁排気側開閉弁１３２は、スイッチ素子１１６の動作と同様に、高さ指令値ｈ*１０２が平坦高さ値であるときにＯＦＦとされ、高さ指令値ｈ*１０２が傾斜指令用高さ値のときにＯＮとされる大容量開閉弁である。すなわち、レベル調整制御のときには、大容量制御弁８０は作動しない。
【００４９】
給排気合流分岐部９６は、センサ付き給排気切替弁４２からの切替弁路９２と、大容量制御弁８０からの大容量弁路９４とを一体化する流路結合部である。図３に示すように、センサ付き給排気切替弁４２からの流量をＱ1とし、大容量制御弁８０からの流量をＱ2として、この２つを合計して空気バネ２２に供給し、あるいは空気バネ２２からの排気を、センサ付き給排気切替弁４２への流量Ｑ1と、大容量制御弁８０への流量Ｑ2の２つに分岐する流路結合部である。
【００５０】
空気バネ系２８は、空気バネ２２と補助タンク２６とで構成される。補助タンク２６は空気バネ２２に連通して接続され、空気バネ２２における急激な加圧空気の増減を吸収する緩衝タンクである。空気バネ２２の伸長・縮小による車体２０の台車１８に対する車高値ｈ１０６は、リンク機構２４によって、操作角度θに変換され、上記のように、指令・減算装置６０において、操作角度指令値θ*と比較される。
【００５１】
次に、指令・減算装置６０について説明する。図４は、指令・減算装置６０と給排気切替弁４４の回転・直進変換機構６１との関係を説明する斜視図で、図５はその断面構造図である。指令・減算装置６０は、高さ指令値ｈ*に応じて回転・直進機構の原点を変更することで、リンク機構２４と給排気切替弁４４との間の相対的な位置関係を変更する高さ指令処理部としての機能を有する。
【００５２】
給排気切替弁４４は、スリーブと呼ばれる案内部の内部に摺動自在に支持されるスプールと呼ばれる軸部材が直進運動をするが、図４には、そのスプールの直進運動の方向が矢印で示されている。指令・減算装置６０は、この給排気切替弁４４のスリーブを含むハウジングに取り付けられ、操作モータ１７０と、操作モータ１７０の出力軸に一体的に取り付けられる操作板１７８と、操作板１７８の回転中心から偏心して設けられる偏心ピン１８０とを含んで構成される。
【００５３】
偏心ピン１８０に対応して、給排気切替弁４４のスプールには案内溝１８２が設けられる。この偏心ピン１８０と案内溝１８２とが回転・直進変換機構６１を構成する。このように、指令・減算装置６０と給排気切替弁４４の回転・直進変換機構６１とは一体的に構成されている。ここで、操作板１７８が回転すると、回転・直進変換機構６１の機能によって給排気切替弁４４が作動するので、操作板１７８、偏心ピン１８０、案内溝１８２が、給排気切替弁４４を駆動する切替弁駆動部としての機能を有する。広い意味では、リンク機構２４と指令・減算装置６０も含めて、切替弁駆動部としての機能を有するものとすることができる。このように、切替弁駆動部は機械的な機構によって給排気切替弁４４を駆動するものである。
【００５４】
操作モータ１７０は、図５の断面図に示されるように、モータケース１７２と、モータケース１７２の内部に固定して設けられるステータコイル１７４と、モータケース１７２に対し回転可能に支持されるロータ１７６を含んで構成される。操作モータ１７０と給排気切替弁４４のハウジングとは、図示されていない保持機構によって、ロータ１７６を回転自在に支持するようにして取付られる。すなわち、操作モータ１７０は、給排気切替弁４４のハウジングに対し、ロータ１７６を回転自在として保持されて取り付けられる。操作モータ１７０は、制御部１００の制御の下でステータコイル１７４に駆動信号が与えられて動作する。操作モータ１７０に対する動作制御は、レベル調整制御と車体傾斜制御とを区別して次のようにして行なわれる。
【００５５】
制御部１００がレベル調整制御を行なうときは、高さ指令値ｈ*として平坦高さ値を指令する。このときは、操作モータ１７０に特別な駆動信号を出力しない。したがって、操作モータ１７０は、ステータコイル１７４とロータ１７６との相対位置関係をそのまま保持する。換言すれば、ステータコイル１７４が取り付けられるモータケース１７２と、ロータ１７６とは一体的に動作し、モータケース１７２が給排気切替弁４４のハウジングに対し回転するときは、ロータ１７６もモータケース１７２と一体となって給排気切替弁４４のハウジングに対し回転する。
【００５６】
制御部１００が車体傾斜制御を行なうときは、高さ指令値ｈ*として傾斜指令用高さ値を指令する。このときは、操作モータ１７０に対し、高さ指令値ｈ*に対応する操作角度指令値θ*となるまで、ロータ１７６をステータコイル１７４に対し相対的に回転するように駆動信号を出力する。
【００５７】
図４、図５に示されるレバー１６８は、リンク機構２４の車体側アームで、その一方端は、リンク機構２４の台車側アーム１６６に回転自在に接続され、他方端は、操作モータ１７０のモータケース１７２に一体的に固定される。
【００５８】
かかる構成の作用を説明する。制御部１００がレベル調整制御を行なうときは、上記のように高さ指令値ｈ*として平坦高さ値を指令するが、実際には、操作モータ１７０に特別な駆動信号を出力しない。ここで、車両の乗客の増減に応じて台車１８に対し車体２０の床面が上下すると、その車高値ｈに対応してリンク機構２４の形状が変化する。このリンク機構２４の形状変化に伴って、レバー１６８はモータケース１７２を給排気切替弁４４のハウジングに対し回転させることになるが、この回転角度がリンク機構２４のレバー１６８の操作角度θである。このように、車高値ｈが変化すると、レバー１６８の操作角度θが車体２０が平坦な状態のときの操作角度＝０°から変化する。
【００５９】
このロータ１７６の回転と一体的に操作板１７８が回転し、その回転によって偏心ピン１８０もロータ１７６の軸周りに回転する。偏心ピン１８０は、給排気切替弁４４のスプールの案内溝１８２によって案内され、スプールはスリーブに対し軸方向に摺動可能に保持されるので、偏心ピン１８０のロータ１７６の軸周りの回転が案内溝１８２に案内される直進運動を介して、スプールのスリーブに対する直進運動に変換される。このようにして、操作角度θの変化が給排気切替弁４４の弁体であるスプールの位置Ｘに変換される。
【００６０】
これによって、給排気切替弁４４が作動し、例えば、車高値ｈがマイナスの値で台車１８に対し車体２０が沈んでいる状態であるときには、給気ポートと負荷ポートとを連通するようにすれば、空気バネ２２に給排気切替弁４４から加圧気体が供給され、空気バネ２２が伸長し、車体２０を台車１８に対し持ち上げることができる。そして、車高値ｈ＝０つまり平坦高さ値となれば、操作角度θ＝０°に戻り、給排気切替弁４４の状態が元に戻って、空気バネ２２への給気が停止する。このようにして、リンク機構２４の車高値ｈのフィードバックによって、高さ指令値ｈ*から実際の車高値ｈが減算される。この減算処理が指令・減算装置６０の中の減算機能に対応する。そして、減算の結果得られる高さ偏差量に応じて給排気切替弁４４の作動が制御され、高さ偏差値をゼロにするように、自動的に車体２０の台車１８に対するレベル調整が行なわれる。
【００６１】
制御部１００が車体傾斜制御を行なうときは、上記のように高さ指令値ｈ*として傾斜指令用高さ値を指令する。具体的には、操作モータ１７０に対し、高さ指令値ｈ*に対応する操作角度指令値θ*となるまで、ロータ１７６をステータコイル１７４に対し相対的に回転するように駆動信号を出力する。なお、リンク機構２４は、実際の車高値ｈに対応するリンク形状となっており、レバー１６８は、その車高値ｈに対応する操作角度θとなっている。例えば、正常にレベル調整制御が行なわれているであれば、操作角度指令値θ*が指令されたときには傾斜指令用高さ値が操作角度θ＝０°となっている。操作角度θは、操作角度指令値θ*が与えられても、実際の車高値ｈが変化しない限り変化しない。
【００６２】
ここで、制御部１００から高さ指令値ｈ*またはこれに対応する操作角度指令値θ*が操作モータ１７０に与えられると、その指令値に応じ、ロータ１７６がステータコイル１７４に対し回転する。つまりロータ１７６はモータケース１７２に対し相対的に回転するが、モータケース１７２はレバー１６８の操作角度θのままである。このように、車体傾斜制御においては、操作角度指令値θ*が指令されると、レバー１６８に対し、相対的にロータ１７６が回転する。そして、この回転角度が操作角度指令値θ*となったところでロータ１７６の回転が停止する。
【００６３】
このロータ１７６の回転と一体的に操作板１７８は回転し、その回転によって偏心ピン１８０もロータ１７６の軸周りに回転する。偏心ピン１８０は、給排気切替弁４４のスプールの案内溝１８２によって案内され、スプールはスリーブに対し軸方向に摺動可能に保持されるので、偏心ピン１８０のロータ１７６の軸周りの回転が案内溝１８２に案内される直進運動を介して、スプールのスリーブに対する直進運動に変換される。このようにして、操作角度指令値θ*が給排気切替弁４４の弁体であるスプールの直進運動の位置Ｘに変換される。
【００６４】
これによって、給排気切替弁４４が作動し、例えば、高さ指令値ｈ*が平坦高さ値よりも高さが高い値で、空気バネ２２を伸長させる方向の指令であるときに、給気ポートと負荷ポートとを連通するようにすれば、空気バネ２２に給排気切替弁４４から加圧気体が供給され、空気バネ２２が伸長し、車体２０を台車１８に対し持ち上げることができる。
【００６５】
具体的には、次のようにして、操作角度指令値θ*と実際の操作角度θの間の偏差量である操作角度偏差量がゼロとされる。すなわち、上記のように、操作モータ１７０は通常の状態では、モータケース１７２とロータ１７６が一体となって回転する。したがって、レバー１６８の操作角度が変化してモータケース１７２が回転し、これと一体的にロータ１７６が回転するが、そのロータ１７６の回転は、操作角度指令値θ*を減少させる方向である。つまり、空気バネ２２を持ち上げるときの回転と逆方向の回転である。このロータ１７６の逆方向の回転によって、操作板１７８も逆方向に回転し、その逆方向回転によって偏心ピン１８０もロータ１７６の軸周りに逆方向に回転する。偏心ピン１８０のロータ１７６の軸周りの逆周りの回転は案内溝１８２に案内される直進運動を介して、スプールのスリーブに対する逆方向の直進運動に変換される。このようにして、スプールは、空気バネ２２に対する加圧気体の供給を止める方向に移動する。
【００６６】
こうして、空気バネ２２への加圧気体の供給によって車高値ｈが高くなるに応じてレバー１６８の操作角度θが増加し、操作角度指令値θ*と一致すると、ロータ１７６の回転が止まり、給排気切替弁４４の移動が止まる。
【００６７】
このように、指令・減算装置６０の操作モータ１７０、回転・直進変換機構６１の操作板１７８の偏心ピン１８０とこれに対応するスリーブの案内溝１８２、リンク機構２４のレバー１６８、給排気切替弁４４のスリーブとスプールとハウジング等は、全体として一体化されて構成される。
【００６８】
上記では、操作モータ１７０を、リンク機構２４と給排気切替弁４４との間の相対的な位置関係を変更し、高さ指令値ｈ*に応じて回転・直進機構の原点を変更する指令・減算装置６０の中の高さ指令処理部の機能を有するものとして説明した。これ以外の構成でも、指令・減算装置６０の中の高さ指令処理部としては、高さ指令値ｈ*に応じて回転・直進機構の原点を変更するものであればよい。
【００６９】
例えば、リンク機構２４はそのままとして、操作モータによって車体２０に対してセンサ付き給排気切替弁４２を高さ指令値ｈ*に応じて回転させる構成を用いてもよい。あるいは、リンク機構２４の台車側アーム１６６の長さを高さ指令値ｈ*に応じて変更させるアクチュエータを用いることもできる。また、リンク機構２４をそのままとして、車体２０に対するセンサ付き給排気切替弁４２の高さ位置を高さ指令値ｈ*に応じて変更させるアクチュエータを用いるものとしてもよい。ここで述べた以外の構成で高さ指令値ｈ*に応じて回転・直進機構の原点を変更するものを用いてもよい。
【００７０】
次に、図６を用いて個別傾斜部４０の詳細構成を説明する。図６では、車体２０の台車１８に対する高さである車高値として、平坦高さ値に維持されている状態の個別傾斜部４０の各要素の状態が示されている。すなわち、給排気切替弁４４のハウジングに対するレバー１６８の操作角度θが０°とされ、給排気切替弁４４から空気バネ２２に対する給気が止まっている状態が示されている。
【００７１】
個別傾斜部４０は、センサ付き給排気切替弁４２と、大容量比例弁７２を駆動するための制御弁駆動回路部７０と、フォースモータ７４と大容量制御弁８０を含む大容量比例弁７２と、センサ付き給排気切替弁４２からの切替弁路９２と、大容量制御弁８０からの大容量弁路９４と、これら２つの給排気路を一体化接続する給排気合流分岐部９６を含んで構成される。なお、図６には、センサ付き給排気切替弁４２と大容量制御弁８０に加圧空気を供給する気体供給源３２が示されているが、センサ付き給排気切替弁４２と大容量制御弁８０を介して空気バネ２２を大気側に開放するためには、特別な排気設備を要しないので、単に大気側に開放する排気口を示した。もっとも、排気口にフィルタを設けることができる。
【００７２】
センサ付き給排気切替弁４２は、給排気切替弁４４と、変位センサ６２とを含む。図４、図５で説明したように、給排気切替弁４４のハウジングに指令・減算装置６０が取り付けられる。また、リンク機構２４のレバー１６８の他方端が指令・減算装置６０の操作モータ１７０のモータケース１７２に一体的に固定される。
【００７３】
給排気切替弁４４は、スリーブと呼ばれる切替弁本体４６と、スプールと呼ばれる切替弁弁体４８とを含むスプール・スリーブ方式の三方弁である。
【００７４】
切替弁本体４６は、円筒状部材で、内壁は、切替弁弁体４８を摺動可能に支持するように滑らかに加工され、筒部には、空気バネ２２に連通する負荷ポート５０と、気体供給源３２に連通する給気ポート５２と、大気に開放される排気口につながる排気ポート５４との３つのポートを有する。
【００７５】
切替弁弁体４８は、ランドと呼ばれる円筒部とランドより細径のステムと呼ばれる軸部を有し、切替弁本体４６に対し軸方向に移動することで、ランドと切替弁本体４６の各ポートとの相対位置を変化させることができ、これによって、負荷ポート５０を給気ポート５２に連通させて切替弁路９２を介して空気バネ２２側に給気し、あるいは負荷ポート５０を排気ポート５４に連通させて空気バネ２２側から大気側に排気させることができる。
【００７６】
給排気切替弁４４のスリーブに設けられる案内溝１８２は、図４、図５で説明したように、指令・減算装置６０の操作板１７８に設けられる偏心ピン１８０とともに、回転・直進変換機構６１を構成する。
【００７７】
変位センサ６２は、差動トランス型の変位センサである。ここでは、切替弁弁体４８が軸方向に延ばされ、磁性体部分を有し、その外周の周りに沿って３つのコイルが配置される。磁性体部分の軸方向の移動で、３つのコイルに誘起信号が発生し、これらの信号を差動処理することで、磁性体部分の軸方向の位置の変化、すなわち切替弁弁体４８の軸方向の位置の変化を検出できる。
【００７８】
このように、変位センサ６２は位置検出センサであるが、基準位置に対する検出信号を記録しておくことで、この基準位置に対する検出信号を原点として、基準位置と任意の位置との位置偏差についての信号を出力することができる。このように用いられるときは、変位センサ６２は、位置偏差検出センサの機能を有することになる。例えば、基準位置を高さ指令値に対応する位置とすることで、変位センサ６２は、機械的偏差量である高さ偏差を電気信号に変換して出力することができる。
【００７９】
制御弁駆動回路部７０は、図３で説明したように、変位センサ６２によって出力される切替弁弁体４８の軸方向の位置を示す電気信号を処理して、大容量比例弁７２に対する駆動信号を生成する電気回路である。
【００８０】
大容量比例弁７２は、フォースモータ７４と大容量制御弁８０を含んで一体的に構成される制御弁装置である。フォースモータ７４は、磁石を含む駆動軸と、駆動軸の外周の周りに沿って配置される２組の駆動コイルを含むプランジャ型のモータである。
【００８１】
大容量制御弁８０は、給排気切替弁４４と基本的構造が同じで、スリーブと呼ばれる制御弁本体８２とスプールと呼ばれる制御弁弁体８４を含む三方弁であるが、給排気能力が格段に大きい。その給排気能力は、給排気切替弁４４の給排気能力と、車両の車体傾斜制御に要求される応答速度、すなわち、空気バネ２２の伸長・縮小の速度の仕様によって設定される。
【００８２】
大容量制御弁８０の制御弁本体８２は、円筒状部材で、内壁は、制御弁弁体８４を摺動可能に支持するように滑らかに加工され、筒部には、空気バネ２２に大容量弁路９４を介して連通する負荷ポート８６と、気体供給源３２に連通する給気ポート８８と、大気に開放される排気口につながる排気ポート９０との３つのポートを有する。
【００８３】
制御弁弁体８４は、ランドと呼ばれる円筒部とランドより細径のステムと呼ばれる軸部を有し、その軸方向の一方端に制御弁駆動回路部７０のフォースモータ７４の駆動軸が接続される。したがって、フォースモータ７４によって制御弁本体８２に対し軸方向に移動することで、ランドと制御弁本体８２の各ポートとの相対位置を変化させることができる。これによって、負荷ポート８６を給気ポート８８に連通させて空気バネ２２側に大容量弁路９４を介して給気し、あるいは負荷ポート８６を排気ポート９０に連通させて空気バネ２２側から大気側に排気させることができる。
【００８４】
大容量制御弁８０の給気ポート８８と気体供給源３２との間に設けられる制御弁給気側開閉弁１３０と、大容量制御弁８０の排気ポート９０と大気に開放される排気口との間に設けられる制御弁排気側開閉弁１３２は、図３で説明したスイッチ素子１１６の動作と同様に、高さ指令値ｈ*１０２が平坦高さ値であるときにＯＦＦとされ、高さ指令値ｈ*１０２が傾斜指令用高さ値のときにＯＮとされる大容量開閉弁である。すなわち、レベル調整制御のときには、大容量制御弁８０は作動しない。
【００８５】
給排気合流分岐部９６は、センサ付き給排気切替弁４２からの切替弁路９２と、大容量制御弁８０からの大容量弁路９４の２つの給排気路を一体化させて、空気バネ２２に接続する流路結合部である。
【００８６】
以上が、車体傾斜装置３０の構成の説明であるが、以下では、車体傾斜装置３０の作用について、上記の図６を含めて図９までを用いて詳細に説明する。車体傾斜装置３０の作用としては、台車１８に対し車体２０の床面を一定の高さに制御するレベル調整制御の作用と、車両の曲線部走行の際に、レール１４，１５によって設定されるカント量の不足のために発生する超過遠心力を緩和するように、車体２０を曲線の内側に傾斜させる車体傾斜制御の作用がある。
【００８７】
これらの作用を行なわせるために、制御部１００から、高さ指令値ｈ*１０２と、これをリンク機構２４のレバー１６８の操作角度に変換した操作角度指令値θ*１０４が出力される。ここで、レバー１６８の操作角度としては、予め定められた車体２０の基準面に対するリンク機構２４のレバー１６８の傾斜角度を用いることができ、具体的には、上記のように、給排気切替弁４４のハウジングに対するレバー１６８の傾斜角度を用いることができる。
【００８８】
最初にレベル調整制御の作用について説明する。レベル調整制御のときの高さ指令値ｈ*１０２は、台車１８に対し車体２０を一定の高さに維持するために予め設定される高さ値である平坦高さ値であり、操作角度指令値θ*１０４は、この平坦高さ値に対応する操作角度である。レベル調整制御においては、車体２０の床面は台車１８の基準平面に平行とする制御であるので、給排気切替弁４４のスプールの直進方向を車体の床面と平行として、これを予め定められた車体２０の基準面とすれば、操作角度指令値は０°となる。
【００８９】
個別傾斜部４０の構成を説明するために用いた図６は、レベル調整制御が行われているときの様子が示されている。図６では、車体２０の車高値ｈがちょうど平坦高さ値となって落ち着いた状態が示されている。すなわち、センサ付き給排気切替弁４２の軸方向が車体２０の床面に平行であるとして、リンク機構２４の操作角度が０°、すなわち、リンク機構２４のレバー１６８の軸方向がセンサ付き給排気切替弁４２の軸方向と一致している。リンク機構２４は、車体２０の車高値ｈが平坦高さ値となったときに、レバー１６８の操作角度が０°になるように、台車側アーム１６６の寸法と、台車側アーム１６６の一方側が台車１８に回転自在に保持される位置と、レバー１６８の寸法と、レバー１６８の他方側が車体２０に回転自在に保持される位置とが設定される。したがって、特に制御部１００から高さ指令値ｈ*を出さなくても、自動的にレベル調整制御が行なわれる。
【００９０】
すなわち、乗客の増減でリンク機構２４のレバー１６８の操作角度θが変化すると、回転・直進変換機構６１の機能によって、操作角度θの変化が切替弁弁体４８の軸方向の直進運動の位置Ｘに変換され、これによって、負荷ポート５０が給気ポート５２に連通し、あるいは負荷ポート５０が排気ポート５４に連通する。このとき、図３で説明したように、スイッチ素子１１６、制御弁給気側開閉弁１３０、制御弁排気側開閉弁１３２がＯＦＦされているので、大容量制御弁８０は作動しない。したがって、空気バネ２２には、給排気切替弁４４を介して、図３で説明した流量Ｑ1で加圧空気が供給され、あるいは流量Ｑ1で空気バネ２２の空気が排気される。そして、リンク機構２４の操作角度が０度に戻ったところで、図４の状態となって、空気バネ２２への加圧空気の供給または排気が停止する。
【００９１】
次に車体傾斜制御の作用について説明する。車体傾斜制御における高さ指令値ｈ*は、台車１８に対する車体２０の高さ対応値であり、レール１４，１５によって設定されるカント量の不足による超過遠心力を吸収するため、走行路の曲線部の曲率と、車両の走行速度等によって制御部１００によって計算された傾斜指令用高さ値である。車体２０の傾斜は、左右方向の２つの空気バネ２２，２３の相対的な伸長・縮小で定まるので、制御部１００は、２つの個別傾斜部４０，４１のそれぞれに異なる値の高さ指令値ｈ*を出力する。操作角度指令値θ*は、この傾斜指令用高さ値に対応する操作角度である。
【００９２】
図７は、車体傾斜制御が行われるときの様子を説明する図である。制御部１００から傾斜指令用高さ値としての高さ指令値ｈ*が出力されると、この高さ指令値ｈ*に対応する操作角度指令値θ*の分だけ、リンク機構２４のレバー１６８と給排気切替弁４４のハウジングとの間の相対的位置関係が変更される。図７では、指令・減算装置６０がθ*だけ回転されることで、そのことが示されている。具体的には、指令・減算装置６０を構成する操作モータ１７０のロータ１７６と操作板１７８が、モータケース１７２に対しθ*だけ回転される。回転・直進変換機構６１の機能によって、給排気切替弁４４のスプールは、この操作角度指令値θ*に対応する位置まで、その軸方向の位置が移動される。
【００９３】
なお、このときまで正常にレベル調整制御が行なわれているとすると、車体２０の車高値ｈは平坦高さ値を維持し、リンク機構２４のレバー１６８の操作角度θは０°である。図７では、リンク機構２４のレバー１６８の軸方向がセンサ付き給排気切替弁４２の軸方向と一致していることでそのことが示されている。つまり、リンク機構２４が示す実際の車高値ｈに対し、給排気切替弁４４のスプールの位置は、車高値ｈ*となっている状態に対応する位置に変更される。
【００９４】
図７に示すように、リンク機構２４のレバー１６８と、給排気切替弁４４のハウジングとの間の相対的角度が０度からθ*に変更されることで、センサ付き給排気切替弁４２の切替弁弁体４８はその操作角度の変更に応じて、図７の実線矢印の方向に軸方向に移動する。また、変位センサ６２は、その軸方向の移動量を検出して、制御弁駆動回路部７０に出力し、ここで、スイッチ素子１１６、制御弁給気側開閉弁１３０、制御弁排気側開閉弁１３２がＯＮされているので、これによって大容量制御弁８０の制御弁弁体８４は、変位センサ６２の出力に応じて、図７の実線矢印の方向に軸方向に移動する。したがって、空気バネ２２には、給排気切替弁４４と、大容量制御弁８０の両方から、図３で説明した流量（Ｑ1＋Ｑ2）で加圧空気が供給され、あるいは流量（Ｑ1＋Ｑ2）で空気バネ２２の空気が排気される。これによって、空気バネ２２が伸長または縮小し、車高値ｈが変化する。
【００９５】
図８は、車高値ｈが変化して、リンク機構２４のレバー１６８の操作角度θが変化して、ちょうど操作角度指令値θ*となった状態を示す図である。上記のように、リンク機構２４のレバー１６８と給排気切替弁４４のハウジングとの間の相対的角度が操作角度指令値θ*とされた後は、リンク機構２４のレバー１６８と操作モータ１７０のロータ１７６は一体として回転する。したがって、車高値ｈが高さ指令値ｈ*の方向に変化すると、リンク機構２４のレバー１６８の操作角度θが０度からθ*の方向に変化し、これに応じて操作モータ１７０のロータ１７６が回転し、回転・直進変換機構６１の機能によって、給排気切替弁４４の切替弁弁体４８が図８の破線矢印の方向に軸方向に沿って戻される。同様に、大容量制御弁８０の制御弁弁体８４も、変位センサ６２の出力に応じて、図８の破線矢印の方向に軸方向に沿って戻される。
【００９６】
そして、車高値ｈが高さ指令値ｈ*となると、リンク機構２４のレバー１６８の操作角度θが操作角度指令値θ*となる。この状態では、図８に示されるように、空気バネ２２への給気または排気が止まる。このようにして、流量（Ｑ1＋Ｑ2）によって、車体傾斜制御が行われる。
【００９７】
図９は、上記構成の車体傾斜装置３０の効果を従来技術と比較して説明する図である。横軸は時間、縦軸は車高値ｈおよびそれに対応する操作角度θである。実線は、上記構成のように、センサ付き給排気切替弁４２と大容量制御弁８０を用いて車体傾斜制御を行った場合、一点鎖線は、給排気切替弁４４のみを用いて車体傾斜制御を行った場合である。高さ指令値ｈ*、操作角度指令値θ*に到達する時間を比較すると、前者は時間ｔ1でθ*に到達したのに比べ、後者はθ*に到達するのに、ｔ1よりはるかに長い時間ｔ2を要している。これは、空気バネ２２に対する流量が、前者と後者とでは大きく異なるためである。このように、図１の構成によれば、従来技術の自動高さ調整弁に相当する給排気切替弁４４を十分生かしながら、迅速な車体傾斜制御を行うことが可能となる。
【００９８】
上記では、大容量制御弁８０として、フォースモータ７４によって、Ｑ2の大きさを制御するものとして説明した。この構成によれば、Ｑ2の大きさを連続的に制御することができる。目的によっては、Ｑ2の大きさを連続的に制御せずに、段階的な大きさで制御することで十分な場合がある。また、場合によっては、Ｑ2に関しオンオフするだけでよいこともある。そのような場合には、フォースモータ７４と大容量制御弁８０に代えて、１つまたは複数のオンオフ弁を用いることができる。オンオフ弁として、電気信号でオンオフする駆動部を有するものを用いれば、オンオフ弁の動作を制御するオンオフ回路の構成も比較的簡単な構成とすることができる。
【００９９】
図１０は、図２に対応する図であって、回路部７０、フォースモータ７４、大容量制御弁８０に代えて、オンオフ回路部２１０とオンオフ弁部２２０を用いた車体傾斜装置２００の構成を説明する図である。
【０１００】
図１１は、図３に対応する図であって、オンオフ弁部２２０が容量の大きさが相互に異なる３つのオンオフ弁で構成される様子を示す図である。３つのオンオフ弁としては、容量が最も小さい第１オンオフ弁２２２、中間の容量を有する第２オンオフ弁２２４、最も大きな容量を有する第３オンオフ弁２２６が用いられる。第２オンオフ弁２２４と第３オンオフ弁２２６の出力は合流装置２３２によって相互に接続される。また、合流装置２３２の出力と第１オンオフ弁２２２の出力は、別の合流装置２３０によって相互に接続される。
【０１０１】
第１オンオフ弁２２２、第２オンオフ弁２２４、第３オンオフ弁２２６は、それぞれ、気体供給源３２に接続される給気口と、大気に開放される排気口と、対応する合流装置２３０，２３２に接続される出力口とを有する三方弁である。図１１でＰｓの符号が給気口に対応し、Ｅｘの符号が排気口に対応する。
【０１０２】
第１オンオフ弁２２２は、オンオフ回路２１０からの制御信号Ｖ1によって出力口が給気口、あるいは排気口と連通する。具体的には、制御信号Ｖ1がプラスの信号であるときに出力口が給気口に連通し、制御信号Ｖ1がマイナスの信号であるときに出力口が排気口に連通する。同様に、第２オンオフ弁２２４は、オンオフ回路２１０からの制御信号Ｖ2がプラスの信号のとき、出力口が給気口に連通し、制御信号Ｖ2がマイナスの信号であるときに出力口が排気口に連通する。第３オンオフ弁２２６は、オンオフ回路２１０からの制御信号Ｖ3がプラスの信号のとき、出力口が給気口に連通し、制御信号Ｖ3がマイナスの信号であるときに出力口が排気口に連通する。
【０１０３】
このように、３つの互いに容量の異なるオンオフ弁を２つの合流装置２３０，２３２で直並列に接続することで、３通りの流量を段階的に出力することができる。ここでは、３つのオンオフ弁を用いるものとしたが、オンオフ弁部２２０を構成するオンオフ弁の数は３以外であってもよい。例えば、１つでも２つでもよく、また４以上であってもよい。
【０１０４】
締切弁２３４は、制御部１００の制御によって開閉する弁である。締切弁２３４は、レベル調整制御のときに閉じられ、車体傾斜制御を行うときに開放される。
【０１０５】
オンオフ回路部２１０は、変位センサ６２の出力、すなわち給排気切替弁４４のスプールのストロークＳに応じて、第１オンオフ弁２２２、第２オンオフ弁２２４、第３オンオフ弁２２６を駆動する信号を出力する回路である。図１１では、オンオフ回路部２１０の動作について、横軸にストロークＳ、縦軸にオンオフ弁部２２０に出力する駆動信号Ｖをとった動作図が示されている。
【０１０６】
オンオフ回路部２１０の動作図には、ストロークＳの閾値として、±Ｓ1、±Ｓ2、±Ｓ3が設定されている。そして、これらの閾値に対し、適当なヒステリシス幅を持たせて、駆動信号Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3がパルス状に出力される。駆動信号Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3は、それぞれ、ストロークＳがプラスのときにはプラスの信号を出力し、ストロークＳがマイナスのときにはマイナスの信号を出力する。これらの駆動信号Ｖ1，Ｖ2，Ｖ3はストロークＳに関し、適当な間隔をあけて離散的に出力される。駆動信号Ｖ1は、第１オンオフ弁２２２に対し出力され、駆動信号Ｖ2は、第２オンオフ弁２２４に対し出力され、駆動信号Ｖ3は、第３オンオフ弁２２６に対し出力される。
【０１０７】
したがって、給排気切替弁４４のスプールのストロークＳが、閾値±Ｓ1に対しそのヒステリシス幅の間にあるときは、第１オンオフ弁２２２に駆動信号Ｖ1が出力される。駆動信号Ｖ1がプラスの信号のときは、上記のように、第１オンオフ弁２２２の出力口が給気口に接続され、第１オンオフ弁２２２の容量に対応して、空気バネ２２に流量が供給される。駆動信号Ｖ1がマイナスの信号のときは、上記のように、第１オンオフ弁２２２の出力口が排気口に接続され、第１オンオフ弁２２２の容量に対応して、空気バネ２２が大気に開放される。
【０１０８】
また、給排気切替弁４４のスプールのストロークＳが、閾値±Ｓ1に対しそのヒステリシス幅を超えて、閾値±Ｓ2に対しそのヒステリシス幅の間にあるときは、第２オンオフ弁２２４に駆動信号Ｖ2が出力される。駆動信号Ｖ2がプラスの信号のときは、上記のように、第２オンオフ弁２２４の出力口が給気口に接続され、第２オンオフ弁２２４の容量に対応して、空気バネ２２に流量が供給される。駆動信号Ｖ2がマイナスの信号のときは、上記のように、第２オンオフ弁２２４の出力口が排気口に接続され、第２オンオフ弁２２４の容量に対応して、空気バネ２２が大気に開放される。
【０１０９】
同様に、給排気切替弁４４のスプールのストロークＳが、閾値±Ｓ2に対しそのヒステリシス幅を超えて、閾値±Ｓ3に対しそのヒステリシス幅の間にあるときは、第３オンオフ弁２２６に駆動信号Ｖ3が出力される。駆動信号Ｖ3がプラスの信号のときは、上記のように、第３オンオフ弁２２６の出力口が給気口に接続され、第３オンオフ弁２２６の容量に対応して、空気バネ２２に流量が供給される。駆動信号Ｖ3がマイナスの信号のときは、上記のように、第３オンオフ弁２２６の出力口が排気口に接続され、第３オンオフ弁２２６の容量に対応して、空気バネ２２が大気に開放される。
【０１１０】
このように、オンオフ弁を用いることで、簡単な構成で、車体傾斜制御に十分な流量を空気バネ２２に供給し、あるいは空気バネ２２から十分な流量で大気に開放させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明に係る車体傾斜装置は、台車と車体の間に設けられる空気バネを伸長または縮小して台車に対し車体を傾斜させる車両に用いられる。
【符号の説明】
【０１１２】
１０ 車両、１２ 路面、１４，１５ レール、１６，１７ 車輪、１８ 台車、２０ 車体、２２，２３ 空気バネ、２４，２５ リンク機構、２６ 補助タンク、２８ 空気バネ系、３０，２００ 車体傾斜装置、３２ 気体供給源、４０，４１ 個別傾斜部、４２ センサ付き給排気切替弁、４４ 給排気切替弁、４６ 切替弁本体、４８ 切替弁弁体、５０，８６ 負荷ポート、５２，８８ 給気ポート、５４，９０ 排気ポート、６０ 指令・減算装置、６１ 回転・直進変換機構、６２ 変位センサ、７０ 制御弁駆動回路部、７２ 大容量比例弁、７４ フォースモータ、８０ 大容量制御弁、８２ 制御弁本体、８４ 制御弁弁体、９２ 切替弁路、９４ 大容量弁路、９６ 給排気合流分岐部、１００ 制御部、１１０ センサアンプ、１１２ プレアンプ、１１４ 電流ブースタ、１１６ スイッチ素子、１２０ 変位ゲイン処理部、１２２ リミッタ、１２４ 速度変換部、１２６ 演算器、１２８ 速度ゲイン処理部、１３０ 制御弁給気側開閉弁、１３２ 制御弁排気側開閉弁、１５２ 指令装置・減算装置、１５４ 自動高さ調整弁、１５６ リンクレバー、１５８ センサ、１６０ アンプ、１６２ ３ウェイ比例弁、１６６ 台車側アーム、１６８ レバー（車体側アーム）、１７０ 操作モータ、１７２ モータケース、１７４ ステータコイル、１７６ ロータ、１７８ 操作板、１８０ 偏心ピン、１８２ 案内溝、２１０ オンオフ回路部、２２０ オンオフ弁部、２２２ 第１オンオフ弁、２２４ 第２オンオフ弁、２２６ 第３オンオフ弁、２３０，２３２ 合流装置、２３４ 締切弁。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の台車と車体との間に配置される空気バネと、
台車に対する車体の高さに対応する高さ対応値を検出し車高値として出力する車高検出器と、
高さ対応値に対する指令値である高さ指令値と車高検出器から出力される車高値との間の偏差である高さ偏差を機械的偏差量として出力する高さ偏差出力部と、
空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの３つのポートを有する切替弁本体と、切替弁本体に対し相対的に移動可能な切替弁弁体とを含む給排気切替弁と、
高さ偏差に応じて給排気切替弁の切替弁本体に対し切替弁弁体を相対的に移動駆動し、負荷ポートを給気ポートに連通させて空気バネ側に給気し、あるいは負荷ポートを排気ポートに連通させて空気バネ側から大気側に排気させる切替弁駆動部と、
空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気に開放される排気ポートとの３つのポートを有する制御弁本体と、制御弁本体に対し相対的に移動可能な制御弁弁体とを含み、給排気切替弁の給排気能力よりも大容量の給排気能力を有する大容量制御弁と、
機械的偏差量である高さ偏差を電気信号に変換し、変換された電気信号を処理して制御弁駆動信号を生成する制御弁駆動回路部と、
制御弁駆動信号に基づいて、大容量制御弁の制御弁本体に対し制御弁弁体を相対的に移動駆動し、空気バネ側に供給する給気量または空気バネ側からの排気量を制御する制御弁駆動部と、
給排気切替弁の負荷ポートから供給される切替弁側給気と大容量制御弁の負荷ポートから供給される制御弁側給気とを合わせて空気バネ側に供給し、または空気バネ側からの排気を給排気切替弁の負荷ポートへ排気する切替弁側排気と大容量制御弁の負荷ポートへ排気する制御弁側排気とに分ける給排気合流分岐部と、
を備え、空気バネへの給気と空気バネからの排気を制御して車体を台車に対し傾斜させることを特徴とする車体傾斜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車体傾斜装置において、
大容量制御弁は、
大容量制御弁の給気ポートと気体供給源との間に設けられる開閉弁である大容量弁給気側開閉弁と、
大容量制御弁の排気ポートと大気側との間に設けられる開閉弁である制御弁排気側開閉弁と、
を含み、
制御弁駆動部は、
高さ指令値が、台車に対し車体を一定の高さに維持するために予め設定される高さ値である平坦高さ値であるときは、制御弁給気側開閉弁と制御弁排気側開閉弁とを閉じ、高さ指令値が平坦高さ値と異なる高さ値である傾斜指令用高さ値のときに、制御弁給気側開閉弁と制御弁排気側開閉弁とを開くことを特徴とする車体傾斜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車体傾斜装置において、
台車に対し回動可能に一方端が支持される台車側アームと、車体に対し回転可能に他方端が支持される車体側アームと、台車側アームの他方端と車体側アームの一方端が相互に回動可能に接続され、予め定められた車体の基準面に対する車体側アームの傾斜角度を操作角度とするリンク機構を備え、
切替弁駆動部は、操作角度の変化を直進運動の位置の変化に変換する回転・直進変換機構を含み、回転・直進変換機構によって変換された直進運動の位置の変化に応じて切替弁弁体を切替弁本体に対し相対的に直進移動駆動させることを特徴とする車体傾斜装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車体傾斜装置において、
切替弁本体に対する切替弁弁体の直進運動の位置を検出する変位センサを備え、
制御弁駆動回路部は、
変位センサの位置信号について、
車高値が高さ指令値に一致するときの切替弁弁体の位置と、実際の切替弁弁体の位置との間の位置の偏差を、高さ偏差である機械的偏差量として、
車高値が高さ指令値に一致するときの切替弁弁体の位置について変位センサが検出する検出値と、実際の切替弁弁体の位置について変位センサが検出する検出値との間の偏差を電気信号として出力することを特徴とする車体傾斜装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車体傾斜装置において、
傾斜指令用高さ値を高さ指令値として受け取り、高さ指令値に応じて、リンク機構の車体側アームと給排気切替弁との間の相対的位置関係を変更する高さ指令処理部を備えることを特徴とする車体傾斜装置。
【請求項６】
車両の台車と車体との間に配置される空気バネと、
台車に対する車体の高さに対応する高さ対応値を検出し車高値として出力する車高検出器と、
高さ対応値に対する指令値である高さ指令値と車高検出器から出力される車高値との間の偏差である高さ偏差を機械的偏差量として出力する高さ偏差出力部と、
空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの３つのポートを有する切替弁本体と、切替弁本体に対し相対的に移動可能な切替弁弁体とを含む給排気切替弁と、
高さ偏差に応じて給排気切替弁の切替弁本体に対し切替弁弁体を相対的に移動駆動し、負荷ポートを給気ポートに連通させて空気バネ側に給気し、あるいは負荷ポートを排気ポートに連通させて空気バネ側から大気側に排気させる切替弁駆動部と、
空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気に開放される排気ポートとの３つのポートを有する制御弁本体と、制御弁本体に対し相対的に移動可能な制御弁弁体とを含み、給排気切替弁の給排気能力よりも大容量の給排気能力を有する大容量オンオフ弁と、
機械的偏差量である高さ偏差を電気信号に変換し、変換された電気信号を処理して大容量オンオフ弁駆動信号を生成するオンオフ弁駆動回路部と、
オンオフ弁駆動信号に基づいて、大容量オンオフ弁の弁本体に対し弁体を相対的に移動駆動し、空気バネ側に供給する給気量または空気バネ側からの排気量を制御するオンオフ弁駆動部と、
給排気切替弁の負荷ポートから供給される切替弁側給気と大容量オンオフ弁の負荷ポートから供給されるオンオフ弁側給気とを合わせて空気バネ側に供給し、または空気バネ側からの排気を給排気切替弁の負荷ポートへ排気する切替弁側排気と大容量オンオフ弁の負荷ポートへ排気するオンオフ弁側排気とに分ける給排気合流分岐部と、
を備え、空気バネへの給気と空気バネからの排気を制御して車体を台車に対し傾斜させることを特徴とする車体傾斜装置。
【請求項１】
車両の台車と車体との間に配置される空気バネと、
台車に対する車体の高さに対応する高さ対応値を検出し車高値として出力する車高検出器と、
高さ対応値に対する指令値である高さ指令値と車高検出器から出力される車高値との間の偏差である高さ偏差を機械的偏差量として出力する高さ偏差出力部と、
空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの３つのポートを有する切替弁本体と、切替弁本体に対し相対的に移動可能な切替弁弁体とを含む給排気切替弁と、
高さ偏差に応じて給排気切替弁の切替弁本体に対し切替弁弁体を相対的に移動駆動し、負荷ポートを給気ポートに連通させて空気バネ側に給気し、あるいは負荷ポートを排気ポートに連通させて空気バネ側から大気側に排気させる切替弁駆動部と、
空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気に開放される排気ポートとの３つのポートを有する制御弁本体と、制御弁本体に対し相対的に移動可能な制御弁弁体とを含み、給排気切替弁の給排気能力よりも大容量の給排気能力を有する大容量制御弁と、
機械的偏差量である高さ偏差を電気信号に変換し、変換された電気信号を処理して制御弁駆動信号を生成する制御弁駆動回路部と、
制御弁駆動信号に基づいて、大容量制御弁の制御弁本体に対し制御弁弁体を相対的に移動駆動し、空気バネ側に供給する給気量または空気バネ側からの排気量を制御する制御弁駆動部と、
給排気切替弁の負荷ポートから供給される切替弁側給気と大容量制御弁の負荷ポートから供給される制御弁側給気とを合わせて空気バネ側に供給し、または空気バネ側からの排気を給排気切替弁の負荷ポートへ排気する切替弁側排気と大容量制御弁の負荷ポートへ排気する制御弁側排気とに分ける給排気合流分岐部と、
を備え、空気バネへの給気と空気バネからの排気を制御して車体を台車に対し傾斜させることを特徴とする車体傾斜装置。
【請求項２】
請求項１に記載の車体傾斜装置において、
大容量制御弁は、
大容量制御弁の給気ポートと気体供給源との間に設けられる開閉弁である大容量弁給気側開閉弁と、
大容量制御弁の排気ポートと大気側との間に設けられる開閉弁である制御弁排気側開閉弁と、
を含み、
制御弁駆動部は、
高さ指令値が、台車に対し車体を一定の高さに維持するために予め設定される高さ値である平坦高さ値であるときは、制御弁給気側開閉弁と制御弁排気側開閉弁とを閉じ、高さ指令値が平坦高さ値と異なる高さ値である傾斜指令用高さ値のときに、制御弁給気側開閉弁と制御弁排気側開閉弁とを開くことを特徴とする車体傾斜装置。
【請求項３】
請求項２に記載の車体傾斜装置において、
台車に対し回動可能に一方端が支持される台車側アームと、車体に対し回転可能に他方端が支持される車体側アームと、台車側アームの他方端と車体側アームの一方端が相互に回動可能に接続され、予め定められた車体の基準面に対する車体側アームの傾斜角度を操作角度とするリンク機構を備え、
切替弁駆動部は、操作角度の変化を直進運動の位置の変化に変換する回転・直進変換機構を含み、回転・直進変換機構によって変換された直進運動の位置の変化に応じて切替弁弁体を切替弁本体に対し相対的に直進移動駆動させることを特徴とする車体傾斜装置。
【請求項４】
請求項３に記載の車体傾斜装置において、
切替弁本体に対する切替弁弁体の直進運動の位置を検出する変位センサを備え、
制御弁駆動回路部は、
変位センサの位置信号について、
車高値が高さ指令値に一致するときの切替弁弁体の位置と、実際の切替弁弁体の位置との間の位置の偏差を、高さ偏差である機械的偏差量として、
車高値が高さ指令値に一致するときの切替弁弁体の位置について変位センサが検出する検出値と、実際の切替弁弁体の位置について変位センサが検出する検出値との間の偏差を電気信号として出力することを特徴とする車体傾斜装置。
【請求項５】
請求項４に記載の車体傾斜装置において、
傾斜指令用高さ値を高さ指令値として受け取り、高さ指令値に応じて、リンク機構の車体側アームと給排気切替弁との間の相対的位置関係を変更する高さ指令処理部を備えることを特徴とする車体傾斜装置。
【請求項６】
車両の台車と車体との間に配置される空気バネと、
台車に対する車体の高さに対応する高さ対応値を検出し車高値として出力する車高検出器と、
高さ対応値に対する指令値である高さ指令値と車高検出器から出力される車高値との間の偏差である高さ偏差を機械的偏差量として出力する高さ偏差出力部と、
空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気側に開放される排気ポートとの３つのポートを有する切替弁本体と、切替弁本体に対し相対的に移動可能な切替弁弁体とを含む給排気切替弁と、
高さ偏差に応じて給排気切替弁の切替弁本体に対し切替弁弁体を相対的に移動駆動し、負荷ポートを給気ポートに連通させて空気バネ側に給気し、あるいは負荷ポートを排気ポートに連通させて空気バネ側から大気側に排気させる切替弁駆動部と、
空気バネに連通する負荷ポートと、気体供給源に連通する給気ポートと、大気に開放される排気ポートとの３つのポートを有する制御弁本体と、制御弁本体に対し相対的に移動可能な制御弁弁体とを含み、給排気切替弁の給排気能力よりも大容量の給排気能力を有する大容量オンオフ弁と、
機械的偏差量である高さ偏差を電気信号に変換し、変換された電気信号を処理して大容量オンオフ弁駆動信号を生成するオンオフ弁駆動回路部と、
オンオフ弁駆動信号に基づいて、大容量オンオフ弁の弁本体に対し弁体を相対的に移動駆動し、空気バネ側に供給する給気量または空気バネ側からの排気量を制御するオンオフ弁駆動部と、
給排気切替弁の負荷ポートから供給される切替弁側給気と大容量オンオフ弁の負荷ポートから供給されるオンオフ弁側給気とを合わせて空気バネ側に供給し、または空気バネ側からの排気を給排気切替弁の負荷ポートへ排気する切替弁側排気と大容量オンオフ弁の負荷ポートへ排気するオンオフ弁側排気とに分ける給排気合流分岐部と、
を備え、空気バネへの給気と空気バネからの排気を制御して車体を台車に対し傾斜させることを特徴とする車体傾斜装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２３２７１８（Ｐ２０１２−２３２７１８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０４４５３（Ｐ２０１１−１０４４５３）
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【出願人】（５０３０９４０７０）ピー・エス・シー株式会社 (36)
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月２９日（２０１２．１１．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月９日（２０１１．５．９）
【出願人】（５０３０９４０７０）ピー・エス・シー株式会社 (36)
【出願人】（０００００４６１７）日本車輌製造株式会社 (722)
【Ｆターム（参考）】
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