特許 6235092 鉄道車両

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6235092

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】鉄道車両

(51)【国際特許分類】

   B61D 17/02 20060101AFI20171113BHJP

   B61D 49/00 20060101ALI20171113BHJP

   G10K 11/16 20060101ALI20171113BHJP

   G10K 11/175 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   B61D17/02

   B61D49/00 A

   G10K11/16 100

   G10K11/175

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2016-193227(P2016-193227)

(22)【出願日】2016年9月30日

【審査請求日】2016年9月30日

(73)【特許権者】

【識別番号】390021577

【氏名又は名称】東海旅客鉄道株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000004617

【氏名又は名称】日本車輌製造株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000534

【氏名又は名称】特許業務法人しんめいセンチュリー

(72)【発明者】

【氏名】藤井 忠

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 永次

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 恭平

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 哲郎

(72)【発明者】

【氏名】菅野 浩之

(72)【発明者】

【氏名】森 優智

【審査官】 岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−２１５８８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３５００４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２２５２３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２１５１２４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６１Ｄ １７／０２，４９／００

Ｇ１０Ｋ １１／１６，１１／１７５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

車両と、
その車両に設けられ、圧縮気体を収容するタンクと、
そのタンクに連通されると共に、前記車両の先頭部分に複数形成され、前記タンク内の圧縮気体を前記車両の先頭部分から吹き出す複数の吹出口と、
その複数の吹出口にぞれぞれ設けられ、その吹出口からの前記圧縮気体の吹き出しと停止とをそれぞれ切り替える開閉弁と、
前記車両の先頭がトンネルの入口に差し掛かった場合に、前記開閉弁を開放して、その開放された吹出口より圧縮気体を吹き出し、前記車両の先頭がトンネルに突入した場合に、前記開閉弁を閉鎖して、その閉鎖された吹出口からの圧縮気体の吹き出しを停止する吹出制御手段とを備え、
前記吹出制御手段は、開放する開閉弁の数によって、複数の前記吹出口から吹き出される圧縮気体の量を制御するものであることを特徴とする鉄道車両。

【請求項2】

車両と、
その車両に設けられ、圧縮気体を収容するタンクと、
そのタンクに連通されると共に、前記車両の先頭部分に複数形成され、前記タンク内の圧縮気体を前記車両の先頭部分から吹き出す複数の吹出口と、
その複数の吹出口にぞれぞれ設けられ、その吹出口からの前記圧縮気体の吹き出しと停止とをそれぞれ切り替える開閉弁と、
前記車両の先頭がトンネルの入口に差し掛かった場合に、前記開閉弁を開放して、その開放された吹出口より圧縮気体を吹き出し、前記車両の先頭がトンネルに突入した場合に、前記開閉弁を閉鎖して、その閉鎖された吹出口からの圧縮気体の吹き出しを停止する吹出制御手段とを備え、
前記吹出制御手段は、開放する開閉弁の開度によって、複数の前記吹出口から吹き出される圧縮気体の量を制御するものであることを特徴とする鉄道車両。

【請求項3】

前記吹出制御手段は、開放する開閉弁の数および開度によって、複数の前記吹出口から吹き出される圧縮気体の量を制御するものであることを特徴とする請求項２記載の鉄道車両。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道車両に関し、特に、トンネル微気圧波を低減できる鉄道車両に関するものである。

【背景技術】

【0002】

鉄道車両がトンネルに突入する際に、トンネル微気圧波（圧縮波）が発生する。詳細には、鉄道車両がトンネルに突入する場合、トンネル内の空気を先頭車両が押し込むように圧縮し、これが圧縮波となってトンネル内をほぼ音速で前方へ伝播する。この圧縮波がトンネル微気圧波であり、トンネル出口で爆発音となって外部へ放出される。このため、トンネルの出口付近では爆発音とともに微振動等が生じ、出口周辺の家を振動させるなどの現象を引き起こすことから、その低減が求められている。

【0003】

特許文献１には、先頭車両１の先頭部分に、空気吸入手段６と、空気タンク９と、その空気を排気する排気部１１とを設け、先頭車両がトンネルに突入した場合に、空気を吸入し、その空気をトンネル内走行時に排気することで、車両先頭部に生じる圧力を低下させ、トンネル微気圧波を低減する技術が開示されている。特許文献２には、先頭車両の先頭部に吸込口２を設け、その吸込口２から吸い込まれた空気を、車両内を通るダクト４によって車両後方に設けられた吐出口３から排出することで、トンネル微気圧波を低減する技術が開示されている。特許文献３には、車両先頭部の形状を最適化して、トンネル微気圧波を低減する技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００５−２２５２３９号公報

【特許文献2】特開平１１−３０１４７２号公報

【特許文献3】特開平８−１９８１０５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

トンネル微気圧波は、トンネル内部の入口（抗口）付近における単位時間当たりの圧力変化率の最大値が大きいほど強くなる。かかる最大値は車両速度の３乗に比例して大きくなることから、鉄道車両の速度向上には、トンネル微気圧波の更なる低減が必要となっていた。

【0006】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、トンネル微気圧波を低減できる鉄道車両を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この目的を達成するために本発明の鉄道車両は、車両と、その車両に設けられ、圧縮気体を収容するタンクと、そのタンクに連通されると共に、前記車両の先頭部分に複数形成され、前記タンク内の圧縮気体を前記車両の先頭部分から吹き出す複数の吹出口と、その複数の吹出口にぞれぞれ設けられ、その吹出口からの前記圧縮気体の吹き出しと停止とをそれぞれ切り替える開閉弁と、前記車両の先頭がトンネルの入口に差し掛かった場合に、前記開閉弁を開放して、その開放された吹出口より圧縮気体を吹き出し、前記車両の先頭がトンネルに突入した場合に、前記開閉弁を閉鎖して、その閉鎖された吹出口からの圧縮気体の吹き出しを停止する吹出制御手段とを備えている。

【発明の効果】

【0008】

本発明の鉄道車両によれば、車両の先頭がトンネルの入口に差し掛かると、吹出制御手段によって、複数の開閉弁が開放され、その開放された複数の吹出口より圧縮気体が吹き出される。吹き出された圧縮気体により、車両の先頭に気体層が形成され、その結果、車両の先頭形状は、見かけ上、大きなものとなる。車両がこの状態で走行を続けると、車両の先頭より先に気体層の部分がトンネルに突入する。すると、トンネル内の空気は、その気体層によってトンネル奥へ押し込まれ、トンネル奥へ移動を始める。その後、車両の先頭がトンネルに突入するタイミングで、開放されていた開閉弁が吹出制御手段によって閉鎖され、その閉鎖された吹出口からの圧縮気体の吹き出しが停止されると、吹き出された気体層によって大きくなっていた見かけ上の車両の先頭形状は急激に小さくなる。よって、車両先頭のトンネル突入時における、トンネル内の空気の急激な圧縮（即ち急激な圧力上昇）が緩和される。即ち、トンネル内の空気の圧力変化率の最大値が低減されるので、トンネル微気圧波を低減できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】（ａ）は、本発明の一実施形態の鉄道車両に設けられる、圧縮空気の吹出装置の構成を模式的に表した部分的な断面図であり、（ｂ）は、図１（ａ）の矢印Ｉｂ方向視における、鉄道車両の外観正面図である。

【図2】（ａ）は、圧縮空気の吹出装置の電気的構成を示したブロック図であり、（ｂ）は、トンネル情報テーブルの内容を模式的に表した図であり、（ｃ）は、吹出パターンテーブルの内容を模式的に表した図である。

【図3】初期化処理のフローチャートである。

【図4】圧縮空気吹出処理のフローチャートである。

【図5】車両トンネル間距離取得処理のフローチャートである。

【図6】（ａ）は、鉄道車両のトンネル突入時に、トンネル内部に発生するであろう予測圧力波形を示した図である。（ｂ）は、その圧力波形が圧力波目標値データを超過した部分の拡大図（実線部）と、その超過部分を打ち消すために必要な吹出制御流量波形（点線部）の図である。（ｃ）は、吹出制御流量波形と圧力波形とに基づいて算出された圧縮空気の吹出量のパターン図である。

【図7】圧縮空気の吹出制御を実行した場合の、トンネル微気圧波の低減効果の説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。まず、図１を参照して、本実施形態の鉄道車両１について説明する。図１（ａ）は、本実施形態の鉄道車両１に設けられる、圧縮空気の吹出装置１０の構成を模式的に表した部分的な断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の矢印Ｉｂ方向視における、鉄道車両１の外観正面図である。

【0011】

図１（ａ）に示すように、本実施形態の鉄道車両１は、その先頭車両に、圧縮空気の吹出装置１０が設けられている。吹出装置１０は、空気を圧縮する空気圧縮機２と、その空気圧縮機２で圧縮された空気を除湿する除湿機３と、その除湿機３で除湿された圧縮空気を収容する圧縮タンク４とを備えている。圧縮タンク４には、タンク圧力計５と、安全弁６と、ドレインバルブ７とがそれぞれ接続されている。

【0012】

タンク圧力計５は、圧縮タンク４内の圧力を計測する計測装置であり、後述する制御ＢＯＸ８と接続され、その制御ＢＯＸ８へ圧縮タンク４内の圧力を出力する。安全弁６は、圧縮タンク４内の圧力が安全領域を超えて大きくなった場合に自動開放されて、圧縮タンク４内の圧力を安全領域に保つための弁である。ドレインバルブ７は、圧縮タンク４内の圧縮空気を圧縮タンク４外へ放出する場合に開放されるバルブである。

【0013】

圧縮タンク４には排気口９が接続されており、その排気口９は、締切弁１１および複数の流量弁１２を介して、複数の吹出口１３とそれぞれ接続されている。即ち、排気口９は、締切弁１１の下流側（反圧縮タンク４側）において複数本に分岐され、各分岐された排気口９のぞれぞれに流量弁１２が設けられている。排気口９は、更に流量弁１２の下流側において、鉄道車両１の先頭に形成された複数の吹出口１３とそれぞれ接続されている。よって、締切弁１１および流量弁１２が開放されると、圧縮タンク４内の空気は、排気口９から締切弁１１および流量弁１２を経由して鉄道車両１先頭の吹出口１３から車両前方へ向けて吹き出される。

【0014】

締切弁１１は、圧縮タンク４内の空気が排気口９から排気されるのを一度に止めるための弁であり、制御ＢＯＸ８と接続されて、その開放と閉鎖とが制御ＢＯＸ８からの指示によって行われる。流量弁１２は、締切弁１１の下流側において、複数に分岐された排気口９のそれぞれに設けられ、各排気口９の開放および閉鎖をするための弁である。流量弁１２は、その開放度合いが調整可能に構成され、全開放、１／２開放、１／４開放、閉鎖の４段階に、各流量弁１２毎にその開放度合いを調整できる。各流量弁１２は、制御ＢＯＸ８に接続され、制御ＢＯＸ８からの指示に基づいて、開放または閉鎖や、開放時における開放度合いが制御される。

【0015】

図１（ｂ）に示すように、複数の吹出口１３は、鉄道車両１の先頭の鼻先周辺に複数本の輪状（扇状）に配設されている。これにより各吹出口１３から吹き出された（排出された）圧縮空気は、鉄道車両１の先頭の鼻先周辺に略均等に吹き出される。

【0016】

図２（ａ）は、圧縮空気の吹出装置１０の電気的構成を示したブロック図であり、図２（ｂ）は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２４に予め記憶されるトンネル情報テーブル２４ａの内容を模式的に表した図であり、図２（ｃ）は、ＲＡＭ２３に展開される吹出パターンテーブル２３ｅの内容を模式的に表した図である。

【0017】

図２（ａ）に示すように、制御ＢＯＸ８は、圧縮空気の吹出装置１０を制御するためのものであり、ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３及びＨＤＤ２４を備えている。ＣＰＵ２１、ＲＯＭ２２、ＲＡＭ２３及びＨＤＤ２４は、バスライン２５を介して入出力ポート２６にそれぞれ接続されている。また、入出力ポート２６には、速度検出装置３１、地点情報取得装置３２、距離測定装置３３、空気圧縮機２、タンク圧力計５、締切弁１１及び複数の流量弁１２がそれぞれ接続されている。

【0018】

ＣＰＵ２１は、バスライン２５により接続された各部を制御する演算装置である。ＲＯＭ２２は、ＣＰＵ２１により実行される制御プログラムや固定値データ等を格納した書き換え不能な不揮発性のメモリである。ＲＡＭ２３は、ＣＰＵ２１の制御プログラムの実行時に各種のワークデータやフラグ等を書き換え可能に記憶するためのメモリである。ＨＤＤ２４は、書換え可能な不揮発性の記憶装置である。

【0019】

ＲＡＭ２３の車両速度メモリ２３ａは、鉄道車両１の現在速度を記憶するメモリである。図４の圧縮空気吹出処理によって、速度検出装置３１から出力される車速が車両速度メモリ２３ａに記憶される。圧縮空気吹出処理は１ｍｓ毎に実行されるので、車両速度メモリ２３ａの値も１ｍｓ毎に更新される。車両位置メモリ２３ｂは、車両の現在位置を記憶するメモリである。鉄道車両１の始発時に、図３の初期化処理によって始発位置が記憶され、その後は、圧縮空気吹出処理によって、車速と走行時間とに基づいて、車両位置メモリ２３ｂの値は１ｍｓ毎に更新される。また、走行中、地点情報取得装置３２によって、鉄道車両１の走行位置の地点情報（位置情報）が取得された場合には、その取得された位置情報に基づいて、車両位置メモリ２３ｂの値は更新される。

【0020】

車両トンネル間距離メモリ２３ｃは、鉄道車両１とその鉄道車両１が突入する次のトンネル入口（抗口）との距離を記憶するメモリである。後述するトンネル情報メモリ２３ｄのトンネル位置メモリ２３ｄ１に記憶されるトンネル入口位置から、車両位置メモリ２３ｂに記憶される車両位置を減算したものが、車両トンネル間距離メモリ２３ｃの値として記憶される。車両トンネル間距離メモリ２３ｃと車両速度メモリ２３ａとの各値に基づいて、圧縮空気の吹出制御（図４のＳ１６〜Ｓ２２）の開始タイミングが決定される。なお、本実施形態では、鉄道車両１がトンネル入口に達するまでの所要時間が４００ｍｓ（０．４秒）となるタイミングが、圧縮空気の吹出制御の開始タイミングとされる。

【0021】

トンネル情報メモリ２３ｄは、鉄道車両１が突入する次のトンネルの情報を記憶するメモリであり、トンネル位置メモリ２３ｄ１と、標準速度メモリ２３ｄ２と、予測圧力波形メモリ２３ｄ３と、圧力波目標値メモリ２３ｄ４とを有して構成される。トンネル情報メモリ２３ｄの各値には、ＨＤＤ２４に予め記憶されているトンネル情報テーブル２４ａから、鉄道車両１が突入する次のトンネルの該当情報が読み出されて記憶される。

【0022】

ここで、図２（ｂ）を参照して、ＨＤＤ２４のトンネル情報テーブル２４ａについて説明する。トンネル情報テーブル２４ａは、鉄道車両１が走行する路線の全トンネルの情報を予め記憶したデータテーブルであり、鉄道車両１および路線毎に固有のデータとして記憶される。このトンネル情報テーブル２４ａには、トンネル毎に、トンネル位置データ２４ａ１、標準速度データ２４ａ２、予測圧力波形データ２４ａ３、圧力波目標値データ２４ａ４が、それぞれ記憶される。これらのトンネル情報は、鉄道車両１の進行方向毎に設けられるので、１つのトンネルに対して２組のトンネル情報が記憶される。

【0023】

トンネル位置データ２４ａ１には、そのトンネルの入口位置が記憶され、標準速度データ２４ａ２には、鉄道車両１がそのトンネルを走行する場合の標準速度が記憶される。なお、標準速度としては、鉄道車両１がそのトンネルを走行する場合の、予めシミュレートされた最適な最高速度が標準速度とされる。しかし、トンネルに制限速度があり、かかる最高速度が制限速度を上回る場合は、該トンネルの制限速度が標準速度とされて、標準速度データ２４ａ２に記憶される。

【0024】

予測圧力波形データ２４ａ３には、鉄道車両１が、そのトンネルの標準速度で、そのトンネルに突入した場合に、そのトンネル内部に生じるであろうと予測される予測圧力波形のデータが記憶される。この予測圧力波形のデータは、トンネル毎に予めシミュレートされたものが記憶される。圧力波目標値データ２４ａ４には、そのトンネルに生じる圧力波（トンネル微気圧波）の最大許容値が記憶される。よって、後述する圧縮空気の吹出制御（図４のＳ１６〜Ｓ２２）は、鉄道車両１のトンネル突入時に生じる圧力波の最大値が、圧力波目標値データ２４ａ４に記憶されるデータを下回るように行われる。

【0025】

図２（ａ）のＲＡＭ２３の吹出パターンテーブル２３ｅは、圧縮空気の吹出制御（図４のＳ１６〜Ｓ２２）を行う場合の、各流量弁１２の開放タイミング毎の開放度合いのパターンを記憶するデータテーブルである。吹出パターンテーブル２３ｅの各値は、図４の圧縮空気吹出処理のＳ１６の処理において算出されて、該当領域に記憶される。

【0026】

ここで、図２（ｃ）を参照して、吹出パターンテーブル２３ｅについて説明する。吹出パターンテーブル２３ｅには、各流量弁１２毎に開放タイミング毎の開放度合いが記憶される。本実施形態の流量弁１２は全部でｎ個設けられる。図２（ｃ）の「１〜ｎ」の列欄は、そのｎ個の流量弁１２に対応したものである。また本実施形態の吹出パターンは全部でｍパターン設けられる。図２（ｃ）の「１〜ｍ」の行欄は、そのｍ個の吹出パターンに対応したものである。表中の各値は、流量弁１２の開放度合いを示すものであり、１／４開放が「０．２５」、１／２開放が「０．５」、全開放が「１．０」、閉鎖が「閉」として表されている。圧縮空気の吹出制御（図４のＳ１６〜Ｓ２２）が開始されると、吹出パターンテーブル２３ｅの各値が順に読み出され、その読み出された開放度合いに応じて、各流量弁１２がそれぞれ開放されて、各吹出口１３から圧縮空気が吹き出される。

【0027】

図２（ａ）の吹出パターン算出フラグ２３ｆは、鉄道車両１が次に突入するトンネルについて、各吹出口１３から吹き出される圧縮空気の吹出パターンの算出及び格納が完了していること、即ち、吹出パターンテーブル２３ｅに次に突入するトンネルの吹出パターンが格納されていることを示すフラグである。吹出パターン算出フラグ２３ｆは、初期状態においてオフされており、吹出パターンテーブル２３ｅに各データが格納されるとオンされる。そして、鉄道車両１がトンネルに突入し、そのトンネルの吹出パターンの吹き出しが完了するとオフされて、初期状態に戻される。

【0028】

速度検出装置３１は、鉄道車両１の走行速度を検出すると共に、その検出結果をＣＰＵ２１に出力するための装置であり、鉄道車両１の走行速度を検出する速度センサ３１ａを備えている。

【0029】

地点情報取得装置３２は、地点情報発信装置（図示せず）から発せられる地点情報を取得するための装置であり、その地点情報をＣＰＵ２１へ出力する。地点情報発信装置は、鉄道車両１が走行する軌道付近に設置され、その地点における地点情報を常に無線発信し続ける。地点情報発信装置が発信する地点情報には、位置情報として始発点からの距離が含まれる。鉄道車両１が地点情報発信装置付近を走行すると、地点情報取得装置３２が地点情報を取得し、これがＣＰＵ２１へ出力される。

【0030】

距離測定装置３３は、レーザ光を照射して鉄道車両１とトンネル入口との距離を測定するための装置であり、その測定結果をＣＰＵ２１へ出力する。距離測定装置３３は、トンネル入口外周の鉛直なコンクリート壁に設けられたマーカに向けてレーザ光を照射し、鉄道車両１とトンネル入口との距離を測定する。本実施形態の距離測定装置３３は、測定可能範囲が５０ｍ以下であるので、車両トンネル間距離メモリ２３ｃの値が５０ｍ以下となった場合に、ＣＰＵ２１は距離測定装置３３から鉄道車両１とトンネル入口との距離を取得する。

【0031】

次に、図３から図５のフローチャートを参照して、制御ＢＯＸ８のＣＰＵ２１で実行される各処理について説明する。図３は、初期化処理のフローチャートである。初期化処理は、鉄道車両１の始動時に実行される。

【0032】

まず、車両位置メモリ２３ｂの値に、鉄道車両１が走行を開始する路線の始発位置を記憶する（Ｓ１）。次に、その記憶された車両位置メモリ２３ｂの値に最も近い、トンネル情報テーブル２４ａのトンネル位置データ２４ａ１を検索し、そのデータに対応するトンネル情報テーブル２４ａの各データ２４ａ１〜２４ａ４を、トンネル情報メモリ２３ｄの各メモリ２３ｄ１〜２３ｄ４へそれぞれ記憶する（Ｓ２）。即ち、トンネル位置データ２４ａ１に記憶されるデータはトンネル位置メモリ２３ｄ１へ記憶され、標準速度データ２４ａ２に記憶されるデータは標準速度メモリ２３ｄ２へ記憶され、予測圧力波形データ２４ａ３に記憶されるデータは予測圧力波形メモリ２３ｄ３へ記憶され、圧力波目標値データ２４ａ４に記憶されるデータは圧力波目標値メモリ２３ｄ４へ記憶される。その後、空気圧縮機２を作動して、圧縮タンク４に空気を充填し（Ｓ３）、初期化処理を終了する。

【0033】

図４は、圧縮空気吹出処理のフローチャートである。圧縮空気吹出処理によって、鉄道車両１のトンネル突入時に圧縮空気の吹出制御が行われる。圧縮空気吹出処理は、１ｍｓ毎のインターバル割り込み処理によって、１ｍｓ毎に繰り返し実行される。圧縮空気吹出処理では、まずＣＰＵ２１は、速度検出装置３１から現在の車両速度を取得し、これを車両速度メモリ２３ａへ保存する（Ｓ１１）。前述した通り、速度検出装置３１は速度センサ３１ａによって現在の車両速度を検出する。その後、図５の車両トンネル間距離取得処理を実行する（Ｓ１２）。

【0034】

図５は、車両トンネル間距離取得処理のフローチャートである。車両トンネル間距離取得処理（Ｓ１２）では、まず車両速度メモリ２３ａの値に、前回の車両位置算出時刻からの時間差を乗じ、その結果を車両位置メモリ２３ｂの値に加算して、現在の車両位置を車両位置メモリ２３ｂに記憶する（Ｓ３１）。なお、本実施形態では、本処理は１ｍｓ毎に実行されるので、前回の車両位置算出時刻からの時間差は１ｍｓである。

【0035】

次に、地点情報取得装置３２が地点情報を取得したかを確認し（Ｓ３２）、取得していれば（Ｓ３２：Ｙｅｓ）、その取得した地点情報（位置情報）を車両位置メモリ２３ｂに書き込んで、車両位置メモリ２３ｂの値を更新する（Ｓ３３）。前述した通り、地点情報取得装置３２が取得する地点情報（位置情報）は、鉄道車両１が走行する軌道付近に設置された地点情報発信装置から発信される情報であるので、正確である。よって、地点情報を取得した場合には、その値で車両位置メモリ２３ｂの値を更新することにより、車両位置の累積誤差を解消できる。これにより、トンネルへの突入タイミングを一層正確に把握でき、圧縮空気の吹出制御（図４のＳ１６〜Ｓ２２）を一層正確に行うことができる。一方、Ｓ３２の処理で、地点情報を取得できなかった場合には（Ｓ３２：Ｎｏ）、Ｓ３３の処理をスキップして、処理をＳ３４へ移行する。

【0036】

Ｓ３４の処理では、トンネル情報メモリ２３ｄのトンネル位置メモリ２３ｄ１の値から、車両位置メモリ２３ｂの値を減算して、その結果を、車両トンネル間距離メモリ２３ｃへ記憶する（Ｓ３４）。トンネル位置メモリ２３ｄ１には、鉄道車両１が突入する次のトンネルの入口位置が記憶されている。よって、Ｓ３４の処理によって、車両トンネル間距離メモリ２３ｃに、鉄道車両１から次のトンネルの入口位置までの距離が記憶される。

【0037】

この車両トンネル間距離メモリ２３ｃの値が５０ｍ以下であれば（Ｓ３５：Ｙｅｓ）、トンネル入口までの距離が距離測定装置３３の測定可能範囲に入ったことになる。よって、この場合には、距離測定装置３３によってトンネルまでの距離を取得し、この値で車両トンネル間距離メモリ２３ｃの値を更新する（Ｓ３６）。前述した通り、距離測定装置３３はレーザ光を照射して鉄道車両１とトンネル入口との距離を測定するものである。よって、トンネル突入直前において、トンネル入口までの距離を正確に計測した上で、圧縮空気の吹出制御（図４のＳ１６〜Ｓ２２）を行うことができる。

【0038】

一方、車両トンネル間距離メモリ２３ｃの値が５０ｍを超えていれば（Ｓ３５：Ｎｏ）、距離測定装置３３による計測はできないので、この場合には、Ｓ３６の処理をスキップして、本処理を終了する。本処理の終了後は、図４のＳ１３の処理へ移行する。

【0039】

図４のＳ１３の処理では、Ｓ１２の処理で更新された車両トンネル間距離メモリ２３ｃの値と、車両速度メモリ２３ａに記憶される現在の車両速度とから、次のトンネル入口に達するまでの所要時間が算出される（Ｓ１３）。算出の結果、その所要時間が指定数秒（０．４秒）を超えていれば（Ｓ１４：Ｎｏ）、未だ、圧縮空気の吹出制御（Ｓ１６〜Ｓ２２）の開始タイミングの到来ではないので、以降の各処理をスキップして、この圧縮空気吹出処理を終了する。なお、指定数秒とは、締切弁１１の開放動作が完了するまでに要する時間と、同じく流量弁１２が開放動作が完了するまでに要する時間との合計に若干のマージン時間を加えたものである。本実施形態の指定数秒は０．４秒である。

【0040】

一方、鉄道車両１が次のトンネル入口に達するまでの所要時間が指定数秒（０．４秒）以内であれば（Ｓ１４：Ｙｅｓ）、圧縮空気の吹出制御の開始タイミングの到来である。よって、この場合には、吹出パターンテーブル２３ｅに、次のトンネルの吹出パターンが格納されているかを、吹出パターン算出フラグ２３ｆの状態で確認する（Ｓ１５）。

【0041】

吹出パターン算出フラグ２３ｆがオフであれば（Ｓ１５：Ｎｏ）、吹出パターンテーブル２３ｅには、未だ次のトンネルの吹出パターンは格納されていない。よって、かかる場合には、次に突入するトンネルの情報を記憶したトンネル情報メモリ２３ｄの標準速度メモリ２３ｄ２、予測圧力波形メモリ２３ｄ３、圧力波目標値メモリ２３ｄ４の各値と、車両速度メモリ２３ａの値とに基づいて、吹出パターンを算出し、その算出結果を吹出パターンテーブル２３ｅへ格納する（Ｓ１６）。なお、かかるデータの算出処理については、図６を参照して後述する。

【0042】

吹出パターンテーブル２３ｅへのデータ格納後は、吹出パターン算出フラグ２３ｆをオンして（Ｓ１７）、締切弁１１を開放する（Ｓ１８）。締切弁１１の開放により、圧縮タンク４からの圧縮空気の吹出準備が完了する。一方、Ｓ１５の処理において、既に吹出パターン算出フラグ２３ｆがオンされていれば（Ｓ１５：Ｙｅｓ）、Ｓ１７およびＳ１８の各処理をスキップして、Ｓ１９の処理へ移行する。

【0043】

Ｓ１９の処理では、吹出パターンテーブル２３ｅに従って、対応する流量弁１２を、対応する開放度合いで開放する（Ｓ１９）。これにより、各吹出口１３から、対応する流量弁１２の開放度合いに応じて、圧縮空気が吹き出される。その後は、吹出パターンテーブル２３ｅのデータ読出位置を１つ進め（Ｓ２０）、１つ進めた読出位置が吹出パターンテーブル２３ｅのデータ終端を超えていなければ（Ｓ２１：Ｎｏ）、突入中のトンネルに対する吹出制御は継続中であるので、以降の吹出制御の終了処理（Ｓ２２〜Ｓ２５）をスキップして、本処理を終了する。

【0044】

ここで、吹出パターンテーブル２３ｅのデータ読出位置とは、図２（ｃ）の行番号に相当するものである。よって、データ読出位置を１つ進めるとは、図２（ｃ）の行番号を１つ進めるということであり、読出位置が終端を超えたとは、かかる読出位置に相当する行番号が最終のｍ行を超えたということである。

【0045】

１つ進めた吹出パターンテーブル２３ｅのデータ読出位置が、データ終端を超えた場合には（Ｓ２１：Ｙｅｓ）、締切弁１１を閉じて（Ｓ２２）、今回突入したトンネルに対する吹出制御を終了する。

【0046】

そして、次のトンネル突入に備え、車両位置メモリ２３ｂの値に最も近い、トンネル情報テーブル２４ａのトンネル位置データ２４ａ１を検索し、そのデータに対応するトンネル情報テーブル２４ａの各データ２４ａ１〜２４ａ４を、トンネル情報メモリ２３ｄの各メモリ２３ｄ１〜２３ｄ４へそれぞれ記憶する（Ｓ２３）。これにより、次に突入するトンネルの情報がトンネル情報メモリ２３ｄへ記憶される。その後、空気圧縮機２を作動して、圧縮タンク４に空気を充填し（Ｓ２４）、吹出パターン算出フラグ２３ｆをオフして（Ｓ２５）、本処理を終了する。

【0047】

次に、図６を参照して、図４のＳ１６の処理で行われる、吹出パターンテーブル２３ｅのデータ算出処理について説明する。図６（ａ）は、鉄道車両１のトンネル突入時に、トンネル内部に発生するであろう予測圧力波形を示した図である。図６（ｂ）は、その圧力波形が圧力波目標値データを超過した部分の拡大図（実線部）と、その超過部分を打ち消すために必要な吹出制御流量波形（点線部）の図である。図６（ｃ）は、その吹出制御流量波形に基づいて算出された、圧縮空気の吹出量のパターン波形図である。

【0048】

図６（ａ）の圧力波形は、トンネル情報メモリ２３ｄの予測圧力波形メモリ２３ｄ３に記憶されたものがベースとなる。図６（ａ）の縦軸はトンネル内部の圧力変化の振幅を示し、横軸は時間を示す。横軸の基準時刻（０）は、鉄道車両１上の基準位置がトンネルの基準位置を通過する時刻である。本実施形態では、鉄道車両１上の基準位置を鉄道車両１の車両先端とし、トンネルの基準位置をトンネル入口面としている。

【0049】

圧力波形は、上に凸で、基準時刻付近で最大値となる。圧力波形が目標値（圧力波目標値メモリ２３ｄ４の値）を超過する部分を斜線部で示す。また、圧力波形が目標値の１／２となる時刻をそれぞれｔ１，ｔ２で示す。

【0050】

予測圧力波形メモリ２３ｄ３に記憶される波形は、鉄道車両１が標準速度メモリ２３ｄ２に記憶される速度で、当該トンネル入口に突入した場合のシミュレート結果である。よって、現在の車両速度が標準速度と異なる場合、即ち車両速度メモリ２３ａの値と標準速度メモリ２３ｄ２の値とが異なる場合は、圧力波形の補正が行われる。

【0051】

時間軸（横軸）の補正は、速度比に反比例して横軸をスケール倍することにより行われ、振幅軸（縦軸）の補正は、速度比の３乗に比例して縦軸をスケール倍することにより行われる。具体的には、波形の横軸（時間軸）の値に、（車両速度メモリ２３ａの値／標準速度メモリ２３ｄ２の値）を乗じ、波形の縦軸（圧力の振幅軸）の値に、（車両速度メモリ２３ａの値／標準速度メモリ２３ｄ２の値）の３乗を乗じる。このように、車両速度メモリ２３ａの値に応じて圧力波形の補正が行われる。図６（ａ）には、かかる補正後の予測圧力波形が図示される。

【0052】

次に、圧力波形が目標値を超過する量（図６（ａ）の斜線部）を打ち消すために必要な吹出制御流量、即ち吹出口１３から吹き出す圧縮空気の流量を算出する。圧力波形（∂ｐ（ｔ）／∂ｔ）と吹出制御流量（Ｍ（ｔ））との関係は次の数式１で表現される。ここで、ρ，ｃ，ＡＴは係数である。

【数1】

まず、圧力波形から圧力波目標値メモリ２３ｄ４の値（目標値）を減じ、負になった場合は「０」に補正する。これにより、目標値を超過した圧力波形を求めることができる。この圧力波形に一定の係数を乗じたものを積分し、符号を反転させたものが、目標値を超過した圧力波形を打ち消すための流量波形となる（以下「吹出制御流量波形」という）。図６（ｂ）は、圧力波形が目標値を超過した部分の拡大図（実線部）と、その超過部分を打ち消すために必要な吹出制御流量波形（点線部）の図である。

【0053】

圧縮空気の吹出パターンは、この吹出制御流量波形と圧力波形とを用いて算出される。図６（ｃ）は、吹出制御流量波形と圧力波形とに基づいて算出された圧縮空気の吹出量のパターン図である。図６（ｃ）の横軸は時間を示し、図６（ａ），（ｂ）と同様に、基準時刻を時刻０とする。縦軸は圧縮空気の吹出量を示す。

【0054】

まず、締切弁１１の開放後（図４のＳ１８）、鉄道車両１が１５ｍ走行する間（流量弁１２が徐々に開放される時間に相当）、圧縮空気の吹出量が、図６（ｂ）における吹出制御流量波形の最大値Ｍと等しくなるように流量弁１２を徐々に開く（図６（ｃ）のｔａからｔｂまでの期間）。本実施形態においては、圧縮空気の吹出量を一次関数的に増加させる。この圧縮空気の吹出量が吹出制御流量波形の最大値Ｍと等しい状態を、図６（ａ）の圧力波形が目標値の１／２となる時点ｔ１まで保つ（図６（ｃ）のｔｂからｔ１までの期間）。その後、各流量弁１２を徐々に閉じていき、圧力波形が目標値の１／２となる時点ｔ２に一定のマージン時間を加えた時点ｔｃで、すべての流量弁１２を閉じる（図６（ｃ）のｔ１からｔｃまでの期間）。本実施形態においては、圧縮空気の吹出量を一次関数的に減少させる。

【0055】

このように圧縮空気の吹出量のパターンが算出される。かかる吹出量のパターンを実現できるように、各流量弁１２の開放タイミングと開放度合い（開度）とが更に計算され、その計算結果が、吹出パターンテーブル２３ｅに記憶される（図２（ｃ）参照）。なお、図６（ｃ）の圧縮空気の吹出量のパターン図に示されるように、圧力波（トンネル微気圧波）の減殺効果は、吹出口１３から吹き出される、圧縮空気の吹出量を減少してゆく過程で、即ち流量弁１２を閉じていく過程で得られる。

【0056】

図７は、圧縮空気の吹出制御（図４のＳ１６〜Ｓ２２）を実行した場合の、トンネル微気圧波の低減効果を説明する図である。鉄道車両１（以下「車両」と略す）が走行を続け、トンネル入口（抗口）５０に接近し（図７（ａ））、トンネル入口に達するまでの所要時間が指定数秒（本実施形態では、０．４秒）以内になると、圧縮空気の吹出制御が開始され（Ｓ１６）、締切弁１１が開放され、更に各流量弁１２が吹出パターンテーブル２３ｅに記憶されるタイミングで開放されていく。これにより、各吹出口１３から圧縮空気の吹き出しが開始される（図７（ｂ））。

【0057】

車両１先頭の吹出口１３から吹き出された圧縮空気は、車両１先頭に空気層５１を形成する。これにより、車両１の先頭形状は、見かけ上大きくなる。詳細には、車両１の先頭形状は、見かけ上、延伸および拡幅される。なお、車両１のトンネル接近に伴い、図７（ｂ）の段階でトンネル内の空気は徐々にトンネル奥へ移動を開始する（７１）。

【0058】

車両１が走行を続け、車両１先頭に形成された空気層５１がトンネル入口５０へ進入すると（図７（ｃ））、トンネル内の空気は、その空気層５１に押されて、車両１単独の場合より早いタイミングでトンネル奥への急激な移動を開始する（７２）。その後、車両１先頭がトンネル入口５０に差し掛かかるタイミングで（図７（ｄ））、各流量弁１２を急速に閉じる。詳細には、各流量弁１２を吹出パターンテーブル２３ｅに記憶されるタイミングで閉じていく。その結果、車両１先頭の空気層５１は急速に消失し、それに伴って、車両１先頭の見かけ上の大きさも急速に小さくなる。これにより、実際の車両１先頭がトンネル入口５０に進入した場合に生じるトンネル微気圧波は効果的に減殺される（図７（ｅ））。

【0059】

即ち、トンネル内の気流は、図７（ｃ）の段階で、空気層５１により押されて早くからトンネル奥へ移動を開始するので（７２）、実際の車両１先頭がトンネル入口５０に突入する、図７（ｄ）のタイミングでのトンネル内部の空気の急激な圧縮（＝圧力上昇）を緩和して、トンネル微気圧波を低減することができる。

【0060】

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変更が可能であることは容易に推察できるものである。

【0061】

上記実施形態の圧縮空気の吹出制御（図４のＳ１６〜Ｓ２２）は、鉄道車両１のトンネル突入直前に吹き出した圧縮空気の吹き出しを、トンネル突入時に順次停止することで実現した。しかし、必ずしもこれに限られるものではなく、別途、車両先頭に気体の吸引手段を設けて、トンネル突入時に圧縮空気の吹き出しを停止すると共に、その吸引手段によって、車両先頭部の空気を吸引するようにしても良い。これにより、トンネル微気圧波の低減効果を一層高めることができる。

【0062】

また上記実施形態では、距離測定装置３３を設けて、車両トンネル間距離取得処理（図５）において、トンネルまでの距離が５０ｍ以下となった場合に、距離測定装置３３によってトンネル入口までの距離を計測するように構成した。しかし、距離測定装置３３を設けずに、車両トンネル間距離を取得するようにしても良い。かかる場合には、図５のＳ３５およびＳ３６の各処理を削除し、Ｓ３４で算出された値を用いてトンネルまでの距離を把握すればよい。かかる構成によれば、距離測定装置３３が不要となるので、その分、本発明を実施できる鉄道車両１のコストを低減することができる。
＜手段＞
技術思想１の鉄道車両は、車両と、その車両に設けられ、圧縮気体を収容するタンクと、そのタンクに連通されると共に、前記車両の先頭部分に複数形成され、前記タンク内の圧縮気体を前記車両の先頭部分から吹き出す複数の吹出口と、その複数の吹出口にぞれぞれ設けられ、その吹出口からの前記圧縮気体の吹き出しと停止とをそれぞれ切り替える開閉弁と、前記車両の先頭がトンネルの入口に差し掛かった場合に、前記開閉弁を開放して、その開放された吹出口より圧縮気体を吹き出し、前記車両の先頭がトンネルに突入した場合に、前記開閉弁を閉鎖して、その閉鎖された吹出口からの圧縮気体の吹き出しを停止する吹出制御手段とを備えていることを特徴とする。
技術思想２の鉄道車両は、技術思想１の鉄道車両において、前記トンネル毎に設けられ、そのトンネルに前記車両が所定速度で進入した場合に、そのトンネル内に生じると予測される予測圧力波形を記憶する予測圧力波形記憶手段と、前記車両の速度を検出する速度検出手段とを備え、前記吹出制御手段は、前記車両の先頭がトンネルの入口に差し掛かった場合に、前記予測圧力波形記憶手段に記憶される予測圧力波形と、前記速度検出手段により検出される車速とに基づいて、複数の前記開閉弁を開放して、複数の前記吹出口から吹き出される圧縮気体の量を制御するものであることを特徴とする。
技術思想３の鉄道車両は、技術思想２の鉄道車両において、前記トンネル毎に設けられ、そのトンネルを前記車両が走行する場合の標準速度を記憶する標準速度記憶手段を備え、前記予測圧力波形記憶手段は、その標準速度記憶手段に記憶される標準速度で、当該トンネルに前記車両が進入した場合に生じると予測される予測圧力波形を記憶するものであり、前記吹出制御手段は、前記車両の先頭がトンネルの入口に差し掛かった場合に、前記速度検出手段により検出された車速と前記標準速度記憶手段に記憶される当該トンネルの標準速度とに基づいて、前記予測圧力波形を補正する波形補正手段を備え、その補正後の予測圧力波形に基づいて複数の前記吹出口から吹き出される圧縮気体の量を制御するものであることを特徴とする。
技術思想４の鉄道車両は、技術思想１から３のいずれかに記載の鉄道車両において、前記吹出制御手段は、開放する開閉弁の数または開度によって、複数の前記吹出口から吹き出される圧縮気体の量を制御するものであることを特徴とする。
技術思想５の鉄道車両は、技術思想１から４のいずれかに記載の鉄道車両において、複数の前記吹出口は、前記車両の先頭の鼻先周辺に輪状に設けられていることを特徴とする。

【符号の説明】

【0063】

１ 鉄道車両（車両）
４ 圧縮タンク（タンク）
８ 制御ＢＯＸ
１２ 流量弁（開閉弁）
１３ 吹出口
２３ａ 車両速度メモリ（速度検出手段）
２３ｄ トンネル情報メモリ
２３ｄ１ トンネル位置メモリ
２３ｄ２ 標準速度メモリ（標準速度記憶手段）
２３ｄ３ 予測圧力波形メモリ（予測圧力波形記憶手段）
２３ｄ４ 圧力波目標値メモリ
２３ｅ 吹出パターンテーブル
２４ａ トンネル情報テーブル
２４ａ１ トンネル位置データ
２４ａ２ 標準速度データ
２４ａ３ 予測圧力波形データ
２４ａ４ 圧力波目標値データ
３１ 速度検出装置（速度検出手段）
Ｓ１６〜Ｓ２２ 圧縮空気の吹出制御（吹出制御手段）

【要約】

【課題】鉄道車両のトンネル突入時に生じる、トンネル微気圧波を低減できる鉄道車両を提供すること。
【解決手段】
車両１先頭の吹出口１３から圧縮空気を吹き出すと、吹き出された圧縮空気は、車両１先頭に空気層５１を形成し、その結果、車両１の先頭形状は見かけ上大きくなる。車両１先頭の空気層５１がトンネル入口５０へ進入すると（ｃ）、トンネル内の空気は、その空気層５１に押されて、車両１単独の場合より早いタイミングでトンネル奥への急激な移動を開始する（７２）。その後、車両１先頭がトンネル入口５０に差し掛かかるタイミングで（ｄ）、各流量弁１２を順次閉じる。すると、車両１先頭の空気層５１は消失し、それに伴って、車両１先頭の見かけ上の大きさも小さくなる。これにより、実際の車両１先頭がトンネル入口５０に進入した場合に生じるトンネル微気圧波を効果的に低減できる（ｅ）。
【選択図】図７

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】