JP2012521925A - 横揺れ補償を有する車両 - Google Patents

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Abstract

ばね装置（１０３）によって車両の高さ軸方向に走行装置（１０４）上に支持された車体（１０２）と、前記走行装置（１０４）と前記車体（１０２）に結合された横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）と、を有する車両、特に鉄道車両に関する。前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）は、特に、前記ばね装置（１０３）に対して運動学的に平行に配置される。前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）は、カーブ走行中に車両長手軸に平行な横揺れ軸を中心としたカーブの外側に向かう車体（１０２）の横揺れ運動を打ち消す。前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）は、前記傾斜時の乗り心地を増すために、第１の周波数範囲において、かつ前記車体（１０２）の第１の横偏向の存在下で、現在走行中の軌道区間の現在の曲率に対応する、前記横揺れ軸を中心とした前記第１の横揺れ角度を前記車体（１０２）に対して前記車両横軸方向に加えるように設計される。更に、前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）は、前記振動時の乗り心地を増すために、第２の周波数範囲において、前記第１の横偏向に重ね合わされる第２の横偏向を前記車体（１０２）に対して加えるように設計され、前記第２の周波数範囲は少なくとも部分的に、特に完全に、前記第１の周波数範囲の上方にある。
【選択図】図１

Description

本発明は、ばね装置によって走行装置上に車両高さ軸方向に支持される車体と、走行装置と車体に結合される横揺れ補償装置とを有する車両であって、横揺れ補償装置は、特に、ばね装置に対して運動学的に平行に配置される車両、特に鉄道車両、に関する。横揺れ補償装置は、カーブ走行中に車両長手軸に平行な横揺れ軸を中心とした、カーブの外側に向かう車体の横揺れ運動を打ち消し、傾斜時の乗り心地を増すために、第１の周波数範囲において、かつ車両横軸方向への車体の第１の横偏向の存在下において、走行中の軌道の現在区間の現在の曲率に対応する第１の横揺れ角度を車体に加えるように設計される。本発明は、さらに、横揺れ角度を車両の車体上に設定する対応する方法に関する。
鉄道車両において、しかし他の車両においても、車体は通常、１つ以上のばね段を介して車輪ユニット、例えば車輪対および車輪セット、上に支持される。運動方向、ひいては車両長手軸、に対して横方向に生成される遠心加速度は、車体の重心が比較的高い位置にある結果として、車体は車輪ユニットに対してカーブの外側に向かって横揺れする傾向を有し、これにより車両長手軸に平行な横揺れ軸を中心とした横揺れ運動を引き起こすことを意味する。
このような横揺れ運動は、ある限界値を超すと、走行時の乗り心地を損う。さらに、このような横揺れ運動は、許容ゲージプロフィールを超える危険と、傾斜安定性ひいては脱線防止の点から許容不能な片側輪重抜けの危険とを引き起こす。これを防止するために、原則として、いわゆるローリングスタビライザの形態の横揺れ支持機構が用いられる。このような機構の役目は、横揺れ運動を減らすために車体の横揺れ運動に対して抵抗をもたらすと同時に、車輪ユニットに対する車体の上下動を妨げないことである。
このようなローリングスタビライザは、液圧で、または純粋に機械的に、動作するさまざまな設計で公知である。例えば特許文献１から公知であるように、車両長手軸に対して横方向に延在するトーションシャフトが用いられることが多い。このトーションシャフト上に、回転しないように固定されたレバーが車両長手軸の両側に配置されて車両前後方向に延在している。これらレバーは次に、車両の懸架装置に対して運動学的に平行に配置された複数のロッドに接続されている。車両の懸架装置のばねが撓むと、トーションシャフト上に配置された各レバーの回転運動が接続先ロッドによって引き起こされる。
カーブ走行中に横揺れ運動が生じ、車両の両側の懸架装置のばねの撓みが変化すると、トーションシャフト上に配置されたレバーの回転角度が違ってくる。これにより、捩りモーメントによる負荷がトーションシャフトにかかるため、トーションシャフトは、その捩り剛性に応じて、特定の捩れ角において、その弾性変形からのカウンタモーメントによってこの捩りモーメントを補償し、これにより、さらなる横揺れ運動を防止する。台車が取り付けられた鉄道車両上に、二次懸架段のために、すなわち走行装置枠と車体との間に、横揺れ支持機構をさらに設けることができる。横揺れ支持機構を一次段に使用することもできる。すなわち車輪ユニットと走行装置枠との間、または二次懸架装置がない場合は、車輪ユニットと車体との間、で横揺れ支持機構を機能させることもできる。
このようなローリングスタビライザは、特許文献２から公知のような一般的な鉄道車両にも使用される。この文献から公知の鉄道車両上では、ローリングスタビライザの２つのロッドの上端は（車両長手軸に対して直角に広がる平面において）車両の中心に向かって変位される。この結果として、車両横方向への（例えば、カーブ走行中に遠心加速度によって引き起こされた）偏向の発生時、カーブの外側に向かう車体の横揺れ運動が打ち消され、カーブの内側に向かう横揺れ運動がそれに加わるように、車体が案内される。
この反対方向への横揺れ運動は、車両内の乗客のためのいわゆる傾斜時の乗り心地を向上させるためにとりわけ役立つ。ここで、傾斜時の高い乗り心地とは、カーブ走行中に乗客がそれぞれの基準座標系の横方向に受ける横加速が可能最小限であるという事実として通常理解される。乗客の基準座標系は、原則として車体の装備品（床、壁、座席、その他）によって規定される。この横揺れ運動によって引き起こされるカーブの内側への車体の傾斜の結果として、乗客は（その傾斜度に応じて）、地球固定基準座標系において実際に作用する横加速の少なくとも一部を、原則として苛立たしさまたは不快さがより低いと知覚される車両の床方向への加速の増加としてのみ体験する。
乗客の基準座標系に作用する横加速の最大許容値（および、最終的には、もたらされる車体の傾斜角の整定値）は、原則として鉄道車両運行者によって指定される。国内および国際規格（例えばＥＮ１２２９９など）もこのための始点を規定している。
ここで、特許文献２の車両では、純粋に受動的なシステムの作成が可能である。このシステムにおいては、車体の所望の傾斜がカーブ走行中に加わる横加速によってのみ実現されるように、懸架装置の構成要素とローリングスタビライザの構成要素とを相互に適合化させている。
このような受動的解決策の場合、第一に、横揺れ運動の横揺れ軸または瞬間回転中心が車体の重心よりかなり上方にある必要がある。第二に、作用する遠心力によってのみ所望の偏向を実現するために、懸架装置を横方向に比較的軟質に設計する必要がある。このような横方向に軟質な懸架装置は、横方向への衝撃を軟質の懸架装置によって吸収して減衰できるため、横方向へのいわゆる振動時の乗り心地に良い効果をさらに有する。
ただし、これら受動的解決策は欠点もある。すなわち、懸架装置が横方向に軟質であることと通常運転中の瞬間回転中心が高いこととにより、さらには予定外の状況において（例えば高いカントを有するカーブ上での車両の予期せぬ停止時）、横方向への比較的大きな横偏向も、一般的には指定されたゲージプロフィールに対する違反を引き起こすか、または（これを回避するために）輸送能力が低い比較的幅狭の車体しか建造できないことになる。
特定の横揺れ角度を実現するために、横揺れ軸または瞬間回転中心をずらすことによって、大きな偏向の問題を確かに軽減できる。しかし、これは、さらに小さい横揺れ角度の受動的実現を可能にするだけである。結果として、システムが横方向に剛性になるため、傾斜時の乗り心地の低下ばかりでなく、振動時の乗り心地の低下も受け入れる必要がある。
特許文献２の車両において現在走行中のカーブの湾曲および現在の走行速度（ひいては、もたらされる横加速）に合わせて調整される横揺れ運動は、車体と走行装置枠との間に接続されたアクチュエータによって能動的に影響を及ぼすか、または設定することが可能である。ここで、カーブの現在の湾曲および現在の車両速度から、車体の横揺れ角度の整定値が計算され、この値が次に横揺れ角度を設定するためにアクチュエータによって使用される。
この変形例は、横方向への剛性がより大きく横偏向がより小さいシステムを作成する機会を提供する一方で、アクチュエータによって導入される横剛性によって振動時の乗り心地が損われるという欠点を有する。この結果、例えば、（例えば、軌道内の転轍機または欠陥部上の走行時に）走行装置に対する横衝撃があまり減衰されずに車体に伝達されることになる。
横方向に剛性な懸架装置による振動時の乗り心地に関する欠点を少なくとも補償するために、特許文献３では、受動的システムのために、横方向への比較的短い補足懸架段を横揺れ補償装置に対して運動学的に直列に導入することを提案している。ただし、この解決策の欠点は、第一に、追加の構成要素のために必要な設置スペースが増すことと、第二に、上記の大きな横偏向または輸送能力低減という問題がここでも存在することである。
欧州特許第１ ０７５ ４０７（Ｂ１）号 欧州特許出願公開第１ １９０ ９２５（Ａ１）号 国際公開第９０／０３９０６号パンフレット
したがって、本発明の目的は、上記の欠点が皆無かまたは少ない、乗客のための走行時の高い乗り心地、ならびに車両の高輸送能力を単純かつ確実な方法で可能にする、冒頭で言及した種類の車両または方法を提供することであった。
本発明は、この問題を請求項１の前提部に記載の車両に基づき、請求項１の特徴部に示された特徴によって解決する。本発明は、この問題をさらに請求項１７の前提部に記載の方法に基づき、請求項１７の特徴部に示された特徴によって解決する。
本発明は、乗客のために所望される走行時の高い乗り心地と車両の高輸送能力とは、第１の周波数範囲より少なくとも部分的に上方にある第２の周波数範囲において、第２の横偏向（したがって、場合によっては、さらには横揺れ軸を中心とした第２の横揺れ角度）を車体に加える能動的横揺れ補償装置による能動的解決策を選択することによって可能になるという単純かつ確実な方法で実現できるという技術的教示に基づく。これにより、その設定が最終的には軌道の現在の曲率および現在の速度への横揺れ角度、ひいては横偏向、への準静的適合化を表す、第１の横揺れ角度からもたらされる横偏向に、その設定が最終的には車体に導入される現在の外乱への動的適合化を表す第２の横偏向（したがって、場合によっては、さらに第２の横揺れ角度）を重ね合わせることができる。
第１の周波数範囲における第１の横揺れ角度、ひいては第１の横偏向、によって、傾斜時の乗り心地の向上が達成される一方で、（少なくとも部分的に第１の周波数範囲より上方にある）第２の周波数範囲における第２の横偏向（さらに、場合によっては第２の横揺れ角度）によって振動時の乗り心地の向上が有利な方法で達成される。横揺れ補償装置を少なくとも第２の周波数範囲において能動的システムとして設計することによって、走行装置上の車体の支持体が車両横方向に比較的剛性になるように、特に車体の横揺れ軸または瞬間回転中心を車体の重心の比較的近くに位置付けられるように、有利な方法で設計可能になるため、第一には所望の横揺れ角度に相対的に小さな横偏向が対応付けられ、第二には能動的構成要素の障害時に車体の中立姿勢への可能な最も受動的な復元が可能になる。通常運転中の横偏向が小さいことと故障時の受動的復元とは、高い輸送能力を有する特に広幅の車体の構築を有利な方法で可能にする。
これに関して、横揺れ補償装置の設計および接続によっては、場合によっては、第２の周波数範囲において第１の横揺れ角度に重ね合わされる横揺れ補償装置の（静的）運動学に対応する第２の横揺れ角度に第２の横偏向を必ずしも対応付ける必要はないことに注目されたい。この理由は、例えば、走行装置および／または車体への横揺れ補償装置の接続が比較的軟質で弾性的である場合、第２の周波数範囲における慣性力の結果として、（緩慢な準静的運動のために）横揺れ補償装置の運動学によって指定された横揺れ運動からの車体の横移動の運動学的分離が特定の限度内において発生することによる。したがって、走行装置への横揺れ補償装置の接続を剛性にするほど、かつ横揺れ補償装置の設計が本質的に剛性であるほど、この分離が発生し難くなる。したがって、本質的に剛性の横揺れ補償装置への剛性結合による設計においては、第１の横揺れ角度は、第２の周波数範囲において最終的に第２の横揺れ角度に重ね合わされる。
したがって、第１の態様によると、本発明は、ばね装置によって走行装置上に車両高さ軸方向に支持される車体と、走行装置と車体に結合される横揺れ補償装置とを有する車両、特に鉄道車両に関する。横揺れ補償装置は、特に、ばね装置に対して運動学的に平行に配置される。横揺れ補償装置は、カーブ走行中に車両長手軸に平行な横揺れ軸を中心とした、カーブの外側に向かう車体の横揺れ運動を打ち消す。横揺れ補償装置は、傾斜時の乗り心地を増すために、第１の周波数範囲において、かつ車両横軸方向への車体の第１の横偏向の存在下において、走行中の軌道の現在区間の現在の曲率に対応する横揺れ軸を中心とした第１の横揺れ角度を車体に加えるように設計される。さらに、振動時の乗り心地を増すために、第１の周波数範囲より少なくとも部分的に、特に完全に、上方にある第２の周波数範囲において第１の横偏向に重ね合わされる第２の横偏向が車体に加えられるように、横揺れ補償装置が設計される。
したがって、横揺れ補償装置が第２の周波数範囲においてのみ能動的であって第２の横偏向、または場合によっては第２の横揺れ角度、のみを能動的に設定する一方で、第１の横揺れ角度はカーブ走行中の車体に加わる横加速、またはもたらされる遠心力、の結果として純粋に受動的に設定されるように、横揺れ補償装置を設計することができる。ただし、両方の周波数範囲において、場合によっては遠心力によって支援される、横揺れ角度および横偏向の少なくとも部分的に能動的な設定を横揺れ補償装置によってそれぞれもたらすことも同様に可能である。最後に、横揺れ角度または横偏向の設定が横揺れ補償装置によって能動的にのみ行われるようにすることもできる。これは、遠心力が横揺れ運動および横偏向のそれぞれの生成に一切寄与しない（または少なくとも大きく寄与しない）ように、車体の横揺れ軸または瞬間回転中心が車体の重心に、またはその近くに、位置付けられている場合である。
横揺れ補償装置は、基本的にどのようにでも設計可能である。横揺れ補償装置は、制御装置によって制御されるアクチュエータユニットを少なくとも１つ備えたアクチュエータ装置を備え、そのアクチュエータ力が横揺れ角度または横偏向を車体上に設定するための力の少なくとも一部をもたらすことが好ましい。アクチュエータ装置は、特に第１の横揺れ角度および第１の横偏向をそれぞれ実質的に生成するために、第１の周波数範囲における横揺れ角度または横偏向の少なくとも部分的に能動的な設定によって、第１の周波数範囲において第１の横揺れ角度の生成への寄与の少なくとも大部分を担うように設計される。
第１の周波数範囲は、準静的な横揺れ運動が走行中の軌道区間の現在の曲率および現在の走行速度に対応する周波数範囲であることが好ましい。この周波数範囲は、線路網および／または車両運行者の（例えば、近距離走行または長距離走行、特に高速走行、のために車両を使用することによる）要件に応じて可変である。第１の周波数範囲は、好ましくは０Ｈｚから２Ｈｚの範囲であり、より好ましくは０．５Ｈｚから１．０Ｈｚの範囲である。同じことは、第２の周波数範囲の帯域幅にも当てはまる。これは、車両の運転中に予想される、乗客によって気付かれて苛立たしいと知覚される（場合によっては周期的な、しかし一般的には単独の、または統計的に散乱した）動的外乱に勿論合致する。したがって、第２の周波数範囲は、好ましくは０．５Ｈｚから１５Ｈｚの範囲であり、より好ましくは１．０Ｈｚから６．０Ｈｚの範囲である。
基本的に、横揺れ角度および横偏向のそれぞれの（少なくとも第２の周波数範囲における）能動的設定は、湾曲軌道上のカーブ走行中にのみ横揺れ補償装置によって行われる、したがって横揺れ補償装置はこのような走行状況においてのみ能動的であるようにすることができる。ただし、横揺れ補償装置は直進走行中も能動的であるようにすることによって、このような走行状況においても振動時の乗り心地が有利な方法で保証されることが好ましい。
本発明による車両の好適な変形例においては、車体の中立姿勢からの横偏向（すなわち、車両横方向への偏向）が横揺れ補償装置によって制限される。中立姿勢は、車両が直線水平軌道上での停止時に車体が取る姿勢によって画成される。これにより、鉄道車両運行者によって指定されたゲージプロフィールに合致した、高い輸送能力を有する特に広幅の車体の構築が有利な方法で可能になる。横偏向の制限は、横揺れ補償装置の何れか適切な構成要素によって行うことができる。横偏向の制限は、横揺れ補償装置のアクチュエータ装置によってもたらされることが好ましい。その理由は、これにより、特にコンパクトで省スペースの設計が実現可能になるからである。
上記のように、車両運行者によって指定されたゲージプロフィールに横偏向の制限を合致させることができる。カーブ走行中にカーブの外側に向かって発生する車体の中立姿勢から車両横方向への第１の最大横偏向が８０ｍｍから１５０ｍｍ、好ましくは１００ｍｍから１２０ｍｍ、に制限されるように横揺れ補償装置、特に横揺れ補償装置のアクチュエータ装置、が設計されると特に有利な設計になる。指定されたゲージプロフィールへの準拠に関して、走行装置が車体の下方中心に（車両前後方向に）複数配置された車両における横偏向の制限が特に重要である一方で、走行装置が車体の端部領域に配置された車両においては、カーブの内側に向かう横偏向を相応に制限することが特に注目される。したがって、加えて、または代わりに、カーブ走行中にカーブの内側に向かって発生する車体の中立位置から車両横方向への第２の最大横偏向は０ｍｍから４０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ、に制限されることが好ましい。本発明の特定の変形例においては、カーブ走行中にカーブの内側に向かう車体の中立姿勢からの第２の最大横偏向を負の値、例えば−２０ｍｍ、にすることも可能であることは自明である。したがって、この場合、指定されたゲージプロフィールに準拠するために、車体は、例えば特に広幅車体の場合は、カーブの内側においてカーブの外側へも偏向される。
既に言及したように、横偏向の制限は、横揺れ補償装置のアクチュエータ装置によって行われることが好ましい。ここで、アクチュエータ装置は、車体の横揺れ運動に対する少なくとも１つのエンドストップを規定するためのエンドストップ装置として機能するように設計されることが好ましい。この目的のために、アクチュエータ装置の設計によって画成されるストップ（例えば単純な機械的ストップ）を設けることができる。アクチュエータ装置は、車体の横揺れ運動に対する少なくとも１つのエンドストップの位置を可変に画成するように設計されることが好ましい。換言すると、アクチュエータ装置を能動的に（例えば、アクチュエータ装置への対応するエネルギーの供給によって）制止することによって、および／またはアクチュエータ装置を受動的に制止することによって（例えば、自制設計アクチュエータ装置を停止させることによって）、このストップをアクチュエータ装置の調整経路の何れの位置にでも自由に画成可能であるようにすることができる。
横揺れ補償装置のアクチュエータ装置は、基本的に何れか適切な方法で設計可能である。アクチュエータ装置は、その不動作時に、車体の横揺れ運動にもたらす抵抗が最大でも極めて僅かであるように、特にほぼ皆無であるように、なっていることが好ましい。したがって、アクチュエータ装置の障害時に、とりわけ車体の中立姿勢への復元が保証されるように、アクチュエータ装置は自制的であるように設計されないことが好ましい。
本発明による車両の好適な変形例において、横揺れ補償装置は、横揺れ補償装置の能動的構成要素の障害時にも、場合によっては乗り心地特性（特に傾斜時の乗り心地および／または振動時の乗り心地に関する特性）の低下を伴ったとしても、車両の緊急運転が依然として、指定されたゲージプロフィールに準拠して、可能であるように設計される。
したがって、横揺れ補償装置のアクチュエータ装置の不動作時にばね装置が横揺れ軸を中心とした復元モーメントを車体に加えるようになっていることが好ましい。この場合、アクチュエータ装置の不動作時に、車体の定格荷重下および軌道の最大許容カントにおいて、静止車両の中立姿勢からの車体の横偏向が１０ｍｍから４０ｍｍ未満、好ましくは２０ｍｍ未満であるように、復元モーメントの大きさが決められる。換言すると、何れかの理由により（例えば車両または軌道の損傷により）不都合な位置で停止に至った車両が指定されたゲージプロフィールに以前どおり準拠するように、ばね装置（特に車両横方向へのその剛性）が設計されることが好ましい。
加えて、または代わりに、車体の定格荷重下および車両横軸方向に加わる車両の最大許容横加速の存在下での車体の中立姿勢からの横偏向が４０ｍｍから８０ｍｍ未満、好ましくは６０ｍｍ未満であるように、アクチュエータ装置の不動作時の復元モーメントの大きさが決められるようにすることができる。換言すると、通常の走行速度での走行中にアクチュエータ装置が障害になった際の緊急運転においても車両が指定されたゲージプロフィールに前と同様に準拠するように、ばね装置（特に車両横方向へのその剛性）が設計されることが好ましい。
走行装置上の車体の支持体の剛性、特に車両横方向への横剛性、は横偏向に応じて何れか適切な特性を有しうる。したがって、例えば、横偏向に応じた剛性の直線的挙動を、または漸進的挙動でさえも、もたらすことができる。ただし、車体の中立姿勢からの初期横偏向は比較的高い抵抗を受けるが、偏向の増加に伴い、この抵抗が低下するように、漸減的挙動がもたらされることが好ましい。ただし、カーブ走行中の第２の周波数範囲における第２の横揺れ角度の動的設定に関して、これは利点である。その理由は、第２の周波数範囲においてこのような動的偏向のために横揺れ補償装置が利用可能な力がより小さくて済むからである。
したがって、ばね装置は復元特性線を画成するようになっていることが好ましい。この場合、この復元特性線は横揺れ角度偏向に対する復元モーメントの依存性を表し、この復元特性線は漸減的挙動を有する。ここで、この復元特性線の挙動は、基本的に何れか適切な方法で現在の用途に適合化可能である。この復元特性線は、第１の横揺れ角度範囲および第１の横偏向範囲のそれぞれにおいて、第１の傾斜を有し、第１の横揺れ角度範囲より上方の横揺れ角度範囲および第１の横偏向範囲より上方の横偏向範囲のそれぞれにおいて、第１の傾斜より小さい第２の傾斜を有することが好ましく、第１の傾斜に対する第２の傾斜の比は、特に０から１の範囲内、好ましくは０から０．５の範囲内である。この２つの横揺れ角度範囲および横偏向範囲は、それぞれ何れか適切な方法で選択可能である。第１の横偏向範囲は０ｍｍから６０ｍｍの範囲であり、好ましくは０ｍｍから４０ｍｍの範囲であり、第２の横偏向範囲は特に２０ｍｍから１２０ｍｍの範囲であり、好ましくは４０ｍｍから１００ｍｍの範囲であることが好ましい。したがって、横揺れ角度範囲は、所与の運動学に応じて、横偏向範囲に対応する。
ここで、ばね装置の特性の決定は、能動的構成要素の障害時にも実現される必要がある横偏向に主に向けられることは自明である。ここで、第１の傾斜は、原則として、能動的構成要素の障害時に残留横偏向を規定し、第２の傾斜は、より大きな偏向のためのアクチュエータ力を決定するものであり、大きな偏向の発生時に、このようなアクチュエータ力をできる限り低く維持できるように、選択される。したがって、第２の傾斜は、できる限り値ゼロに近い値に維持されることが好ましい。場合によっては、第２の傾斜の値が負であることも可能であるか、または負の値を供給しうる。
上記の車体の中立姿勢への復元を実現するために、走行装置上の車体の支持体は何れか適切な剛性を有しうる。ここで、横偏向とはほぼ無関係の剛性を規定できる。ただし、ばね装置は、中立姿勢の近くでの偏向に対して別の剛性（例えば、より高い剛性）が、より大きな偏向の領域におけるより優勢になるように、この場合も車体の中立姿勢から車両横軸方向への横偏向に依存する車両横軸方向への横剛性を有するようになっていることが好ましい。これにより、カーブ走行中の第２の横揺れ角度の動的設定に関して上で説明した利点をここでも実現することができる。
ばね装置は、第１の横偏向範囲において第１の横剛性を有し、第１の横偏向範囲より上方の第２の横偏向範囲において第１の横剛性より小さい第２の横剛性を有することが好ましい。ここで、横剛性は、それぞれの横偏向範囲内で可変であることは自明である。さらに、横偏向に応じた横剛性の挙動は、基本的に、何れか適切な方法で現在の用途に適合化可能である。
第１の横剛性は１００Ｎ／ｍｍから８００Ｎ／ｍｍの範囲内であることが好ましく、３００Ｎ／ｍｍから５００Ｎ／ｍｍの範囲内であることがさらに好ましく、第２の横剛性は０Ｎ／ｍｍから３００Ｎ／ｍｍの範囲内であることが好ましく、０Ｎ／ｍｍから１００Ｎ／ｍｍの範囲内であることがさらに好ましい。同様に、２つの横偏向範囲もそれぞれの用途に合った何れか適切な方法で選択可能である。第１の横偏向範囲は、好ましくは０ｍｍから６０ｍｍの範囲であり、より好ましくは０ｍｍから４０ｍｍの範囲であり、第２の横偏向範囲は好ましくは２０ｍｍから１２０ｍｍの範囲であり、さらに好ましくは４０ｍｍから１００ｍｍの範囲である。これにより、可能最小限のエネルギー使用での車体の最大横偏向の制限に関して、特に良好な設計を実現できる。
横揺れ補償装置の１つ以上の能動的構成要素がない場合、上で既に説明した車両の有利な挙動は、ばね装置、特にその横剛性、の相応な設計によって実現可能であることが好ましい。
したがって、車両のこのような緊急運転時の好適な挙動のために、ばね装置は車両横軸方向への横剛性を有し、車両横軸方向に働く車両の最大許容横加速が加わるカーブ走行中、横揺れ補償装置のアクチュエータ装置の不動作時に、車体の中立姿勢からカーブの外側に向かう車両横方向への第１の最大横偏向が４０ｍｍから１２０ｍｍに制限され、好ましくは６０ｍｍから８０ｍｍに制限されるようにばね装置の横剛性の大きさが決められるようになっていることが好ましい。加えて、または代わりに、車体の中立姿勢からカーブの内側に向かう車両横方向への第２の最大横偏向が０ｍｍから６０ｍｍに制限され、好ましくは２０ｍｍから４０ｍｍに制限されるようになっている。ここでもまた、横揺れ角度範囲は、所与の運動学に応じて、上記の横偏向範囲に対応する。
さらに、加えて、または代わりに、（静止車両のための好適な挙動に関して）横揺れ補償装置のアクチュエータ装置の不動作時、定格荷重下および軌道の最大許容カントでの車体の中立姿勢からの横偏向（ひいては、対応する横揺れ角度の偏向）は１０ｍｍから４０ｍｍ未満であり、好ましくは２０ｍｍ未満であるように、ばね装置の横剛性の大きさが決められるようにすることができる。
横揺れ補償装置の能動的構成要素は、基本的にどのようにでも設計可能である。（既に言及したように）車体と走行装置との間に接続されて第２の周波数範囲における横揺れ角度の設定を行うアクチュエータ装置が少なくとも１つ設けられることが好ましい。その特に単純かつ堅牢な設計により、リニアアクチュエータの使用が好ましい。そのために、第２の周波数範囲における横偏向および横揺れ角度の設定の動力学要件をそれぞれ満たし、満足できる結果をもたらすために、走行およびアクチュエータ力が適切な方法で制限されることが好ましい。
特に好適な動的特性を有する本発明による車両の複数の変形例においては、横揺れ補償装置のアクチュエータ装置が、第１の周波数範囲において中立姿勢からの最大偏向として６０ｍｍから１１０ｍｍ、好ましくは７０ｍｍから８５ｍｍを有し、加えて、または代わりに、第２の周波数範囲において始点からの最大偏向として１０ｍｍから３０ｍｍ、好ましくは１０ｍｍから２０ｍｍを有するように、横揺れ補償装置が設計される。さらに、最大アクチュエータ力に関して、アクチュエータ装置が、第１の周波数範囲において最大アクチュエータ力として１０ｋＮから４０ｋＮ、好ましくは１５ｋＮから３０ｋＮを及ぼし、第２の周波数範囲において最大アクチュエータ力として５ｋＮから３５ｋＮ、好ましくは５ｋＮから２０ｋＮを及ぼすようにすることができる。
本発明による車両の複数の好適な変形例において、車体の横揺れ軸と車体の重心との間の（車体の中立姿勢における）車両高さ軸方向への距離は、それぞれの用途に適合化される。したがって、車体の重心は、原則として、軌道上方に（一般的にはレール上面ＳＯＫの上方に）第１の高さ（Ｈ１）を有し、横揺れ軸は、軌道上方に、中立姿勢においては車両高さ軸方向に、第２の高さ（Ｈ２）を有する。好ましくは、第１の高さ（Ｈ１）に対する第２の高さと第１の高さとの間の差（Ｈ２からＨ１）の比は最大２．２であり、好ましくは最大１．３であり、さらに好ましくは０．８〜１．３である。第２の高さと第１の高さとの間の差（Ｈ２−Ｈ１）は、特に、１．５ｍと４．５ｍの間、好ましくは１．８ｍにすることができる。これにより、上で既に言及した横偏向の制限と、ひいては高い輸送能力を有する広幅車体の実現可能性とに関して特に好都合な設計が実現可能になる。
横揺れ補償装置は、２つの周波数範囲において車体の横揺れ角度の設定を行うために適切であれば基本的にどのようにも設計可能である。本発明による車両の特に単純な設計変形例においては、この目的のために、横揺れ補償装置は、横揺れ支持装置を備えるようになっており、この横揺れ支持装置は、ばね装置に対して運動学的に平行に配置され、直線軌道上の走行時に横揺れ軸を中心とした車体の横揺れ運動を打ち消すように設計される。このような横揺れ支持装置は十分に公知であるので、ここではさらなる詳細な説明を行わない。このような横揺れ支持装置は、特に、さまざまな動作原理に基づかせることができる。したがって、このような横揺れ支持装置は、機械的な動作原理に基づいたものでもよい。しかし、流体工学的（例えば液圧式）解決策、電気機械的な解決策、またはこれら全ての動作原理の何れかの組み合わせも可能である。
特に単純な設計の変形例において、横揺れ支持装置は、冒頭で既に説明したように、２つのロッドを備え、各ロッドは一端で車体に関着（connected in an articulated manner（英訳））され、他端で走行装置によって支持されたトーション要素のそれぞれの両端に関着される。
加えて、または代わりに、横揺れ補償装置は、ばね装置に対して運動学的に直列に配置された案内装置をさらに備えることができる。この案内装置は、走行装置と車体との間に配置された案内要素を備え、車体の横揺れ運動中に車体または走行装置に対する案内要素の運動を規定するように設計される。ここでもまた案内装置は、上記の案内を行うために適切であれば、如何なる設計でも有することができる。したがって、例えば、案内路上を案内要素が摺動および／または転動する案内装置を作成することもできる。
本発明による車両の特に単純に設計された堅牢な変形例において、案内装置は、特に、少なくとも１つの多層ばねを備える。この多層ばねは、複数の層が車体の横揺れ軸を画成するように車両高さ軸および車両横軸に対して斜めに配置された単純なゴム多層ばねとして形成可能である。
ここで、車体の横揺れ軸を画成するためにこのような多層ばね装置を有する横揺れ補償装置の設計は、特に第１の周波数範囲および第２の周波数範囲における横揺れ角度の上記設定とは無関係に、個々に特許性のある発明概念であることが指摘される。
本発明は、走行装置上の車体の支持体の如何なる設計とも併用可能である。したがって、例えば、車体を車輪ユニット上に直接支持する単一懸架段と関連させて使用できる。二段懸架設計と関連させて使用できると特に好都合である。したがって、走行装置は少なくとも１つの走行装置枠と少なくとも１つの車輪ユニットとを備え、ばね装置は一次懸架装置と二次懸架装置とを備えることが好ましい。走行装置枠は、一次懸架装置を介して車輪ユニット上に支持され、車体は、特に空圧懸架装置として設計された二次懸架装置を介して走行装置枠上に支持される。この場合、横揺れ補償装置は、走行装置枠と車体との間に二次懸架装置に対して運動学的に平行に配置されることが好ましい。これにより、一般的に使用される大多数の車両への組み込みが可能になる。
ばね装置の剛性、特にその横剛性を、場合によっては、一次懸架装置と二次懸架装置とによってのみ決定することができる。特に、本ばね装置は、ばね装置の横剛性をそれぞれの用途に有利な方法で適合化または最適化するために役立つ横ばね装置を備える。これは、横剛性の単純な最適化であるにも拘らず、ばね装置の設計を大幅に単純化する。横ばね装置は、その一端を走行装置枠に接続でき、他端を車体に接続できる。加えて、または代わりに、横ばね装置の一端を走行装置枠または車体に接続し、他端を横揺れ補償装置に接続することもできる。
横ばね装置は、ばね装置の車両横軸方向への剛性を増すように設計されることが好ましい。ここで、横ばね装置は、それぞれの用途に適合化させた如何なる特性でも有することができる。横ばね装置は、ばね装置の総合的な漸減剛性特性を実現するために、漸減剛性特性を有することが好ましい。
本発明による車両の複数の好適な例においては、ばね装置の支持用構成要素が故障した場合でも車両の緊急運転が可能であるように、ばね装置が、走行装置上の中心に配置された非常用ばね装置をさらに有するようになっている。非常用ばね装置は、基本的にどのようにでも設計可能である。非常用ばね装置は、横揺れ補償装置の補償効果を支援するように設計されることが好ましい。この目的のために、非常用ばね装置は、補償運動に追従する摺動または転動案内部を備えることができる。
本発明は、車両長手軸に平行な横揺れ軸を中心としてばね装置を介して走行装置上に支持される車両、特に鉄道車両、の車体上に横揺れ角度を設定する方法であって、この横揺れ角度は能動的に設定される方法、に関する。カーブ走行中に車両長手軸に平行な横揺れ軸を中心とした車体のカーブ外側に向かう横揺れ運動が打ち消される。そこで、傾斜時の乗り心地を増すために、第１の周波数範囲において、かつ車両横軸方向への車体の第１の横偏向の存在下において、走行中の軌道の現在区間の現在の曲率に対応する第１の横揺れ角度が車体に加えられる。振動時の乗り心地を増すために、第１の周波数範囲より少なくとも部分的に、特に完全に、上方にある第２の周波数範囲において、第１の横偏向に重ね合わされる第２の横偏向が車体に加えられる。これにより、本発明による車両に関連して上で説明した変形例および利点を同じ程度まで達成できるので、このコンテキストにおいては上記説明が引用される。
本発明の他の好適な例は、従属請求項または添付図面を参照しての好適な実施形態の以下の説明から明らかになるであろう。本発明は、以下の図に示されている。
本発明による車両の好適な実施形態の中立姿勢における（図３のＩ−Ｉ線に沿った）略断面図である。 カーブ走行中の図１の車両の略断面図である。 図１の車両の略側面図である。 図１の車両の一部の略斜視図である。 図１の車両のばね装置の横方向力−偏向特性である。 本発明による車両の別の好適な実施形態の中立姿勢における略断面図である。 本発明による車両の別の好適な実施形態の中立姿勢における略断面図である。
（第１の実施形態）
以下に、図１〜図５を参照して、車両長手軸１０１．１を有する鉄道車両１０１の形態の本発明による車両の第１の好適な実施形態を説明する。
図１は、車両長手軸１０１．１に対して直角な断面における車両１０１の略断面図を示す。車両１０１は車体１０２を備え、車体１０２はその端部の領域において台車１０４の形態の走行装置上にばね装置１０３によって支持される。ただし、本発明は、車体が１つの走行装置のみによって支持された他の構成との併用も可能であることは自明である。
以下の説明の理解を容易にするために、各図に（台車１０４の車輪接触面によって決まる）車両の座標系ｘｆ，ｙｆ，ｚｆが示されている。この座標系において、ｘｆ座標は鉄道車両１０１の前後方向を示し、ｙｆ座標は鉄道車両１０１の横方向を示し、ｚｆ座標は鉄道車両１０１の垂直方向を示す。さらに、（重力の方向によって決まる）絶対座標系ｘ，ｙ，ｚと（車体１０２によって決まる）乗客座標系ｘｐ，ｙｐ，ｚｐとが規定されている。
台車１０４は、車輪セット１０４．１の形態の車輪ユニットを２つ備え、各車輪ユニットはばね装置１０３の一次懸架装置１０３．１を介して台車枠１０４．２を支持する。車体１０２は、台車枠１０４．２上の二次懸架装置１０３．２によっても支持される。一次懸架装置１０３．１および二次懸架装置１０３．２は、図１にコイルばねとして簡略化された形態で示されている。ただし、一次懸架装置１０３．１または二次懸架装置１０３．２を何れか適したばね装置にできることは自明である。特に、二次懸架装置１０３．２は、空圧懸架装置または十分に周知されている同様の懸架装置であることが好ましい。
車両１０１は、横揺れ補償装置１０５をそれぞれの台車１０４の領域にさらに備える。横揺れ補償装置１０５は、以下により詳細に説明するように、台車枠１０４．２と車体１０２との間で二次懸架装置１０３．２に対して運動学的に平行に働く。
特に図１から推測できるように、横揺れ補償装置１０５は、十分に公知の横揺れ支持装置１０６を備え、横揺れ支持装置１０６は一方では台車枠１０４．２に接続され、他方では車体１０２に接続される。図４は、この横揺れ支持装置１０６の斜視図を示す。図１および図４から推測できるように、横揺れ支持装置１０６は、第１のレバー１０６．１の形態のトーションアームと第２のレバー１０６．２の形態の第２のトーションアームとを備える。この２つのレバー１０６．１および１０６．２は、車両１０１の前後方向中心面（ｘｆ，ｚｆ平面）の両側に位置付けられ、何れの場合も横揺れ支持装置１０６のトーションシャフト１０６．３の両端に回転しないように固定される。トーションシャフト１０６．３は車両横方向（ｙｆ方向）に延在し、台車枠１０４．２に堅固に取り付けられた軸受ブロック１０６．４に回転自在に支持される。第１のロッド１０６．５が第１のレバー１０６．１の自由端に関着され、第２のロッド１０６．６が第２のレバー１０６．２の自由端に関着される。この２つのロッド１０６．５、１０６．６によって、横揺れ支持装置１０６は車体１０２に関着される。
図１および図４に、車両１０１の中立姿勢における状態が示されている。この中立姿勢は、湾曲部のない直線軌道１０８上での走行によってもたらされる。この中立姿勢において、２つのロッド１０６．５、１０６．６は、それぞれの（車体１０２に関着された）上端が車両の中心に向かって変位され、それぞれの長手軸が車両前後方向の中心面（ｘｆ，ｚｆ平面）にある点ＭＰにおいて交差するように、図１の図面上の平面（ｙｆ，ｚｆ平面）、本例においては車両１０１の高さ軸（ｚｆ軸）に対して傾斜している面、に延在する。車両長手軸１０１．１に対して平行に延在する横揺れ軸は、（中立姿勢において）点ＭＰを通るようにロッド１０６．５、１０６．６によって十分に公知の方法で規定される。ロッド１０６．５、１０６．６の長手軸の交点ＭＰは、換言すると、この横揺れ軸を中心とした車体１０２の横揺れ運動の瞬間回転中心を構成する。
横揺れ支持装置１０６は、車両の両側における二次懸架装置１０３．２による同期沈下を十分に公知の方法で可能にする一方で、横揺れ軸または瞬間回転中心ＭＰを中心とした純粋な横揺れ運動を防止する。さらに、特に図２から推測できるように、ロッド１０６．５、１０６．６が傾斜していることにより、横揺れ軸または瞬間回転中心ＭＰを中心とした横揺れ運動と車両横軸（ｙｆ軸）方向への横運動とが組み合わされた運動による横揺れ支持装置１０６の運動学が事前に規定される。ここで、交点ＭＰ、ひいては横揺れ軸は、ロッド１０６．５、１０６．６によって事前に規定される運動学により、車体１０２の中立姿勢からの偏向があると、原則として同様に横偏移されることは自明である。
図２は、軌道カント上をカーブ走行中の車両１０１を示す。図２から推測できるように、（車両横方向への加速が優勢であるために）車体１０２の重心ＳＰに作用する遠心力Ｆｙは、カーブの外側での一次懸架装置１０３．１の沈下がより大きいために、カーブの外側に向かう横揺れ運動を台車枠１０４．２上に引き起こす。
さらに、図２から推測できるように、横揺れ支持装置１０６の上記設計は、車両１０１のカーブ走行中に、二次懸架装置１０３．２の領域に補償運動を引き起こす。この補償運動は、カーブの外側に向かう車体１０２の（破線輪郭１０２．１で示されている、直線水平軌道上の中立姿勢に対する）横揺れ運動を打ち消す。横揺れ支持装置１０６が存在しない場合、この横揺れ運動は、車体１０２の重心ＳＰに加わる遠心力のために（一次懸架装置１０３．１による不均等な懸架と同様に）カーブの外側における二次懸架装置１０３．２のより大きな沈下によって引き起こされるであろう。
横揺れ支持装置１０６の運動学によって事前に規定されるこの補償運動のおかげで、車両１０１の乗客にとってはとりわけ傾斜時の乗り心地が向上する。その理由は、（車体１０２によって規定されるそれぞれの基準座標系ｘｐ，ｙｐ，ｚｐに位置する）乗客は、地球固定基準座標系に現在加わっている横加速ａｙまたは遠心力Ｆｙの一部を単に、感じられる不快感または苦痛が原則としてより小さい、車体１０２の床方向に増加した加速成分ａｚｐおよび力の作用Ｆｚｐとしてそれぞれ気付くからである。この結果、乗客がそれぞれの基準座標系において苛立たしいと知覚する横方向に作用する横加速成分ａｙｐと遠心成分Ｆｙｐとが都合よく低減される。
乗客の基準座標系（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）に作用する横加速の最大許容値ａｙｐ，ｍａｘは、原則として車両１０１の運行者によって指定される。このための始点は、国内および国際規格（例えばＥＮ１２２９９等）によっても規定されている。
乗客の基準座標系（ｘｐ，ｙｐ，ｚｐ）に加わる（ｙｐ軸方向への）横加速ａｙｐは、次式により第１の加速成分ａｙｐｓと第２の加速成分ａｙｐｄの２つの成分で構成される。
Figure 2012521925
第１の加速成分ａｙｐｓの現在値は、現在の走行速度で現在のカーブを走行した結果であり、第２の加速成分ａｙｐｄの現在値は、現在の（周期的な、または通常は単独の）事象（例えば、転轍器などの軌道の分断部分の通過等）の結果である。
カーブの曲率および通常運転中の車両１０１の現在の走行速度は比較的ゆっくりとしか変化しないので、この第１の加速成分ａｙｐｓは準静的な成分である。逆に、（通常、衝撃の結果として発生する）第２の加速成分ａｙｐｄは動的な成分である。
本発明によると、現在の横加速ａｙｐから、車両高さ軸（ｚｆ軸）からの車体１０２の横偏向の最小整定値ｄｙＮ，ｓｏｌｌ．ｍｉｎを最終的に求めることができる。これは、最大許容横加速ａｙｐ，ｍａｘ未満に保つために必要な横偏向（ひいては場合によっては、対応する横揺れ角度）の最小値である。車両１０１の乗客のための乗り心地レベルをどれだけ高くする必要があるかに応じて（ひいてはこの最大許容横加速ａｙｐ，ｍａｘをどれだけ低く維持する必要があるかに応じて）、現在の車両状態に対応する、車両横軸（ｙｆ軸）方向への車体１０２の横偏向ｄｙＷ，ｓｏｌｌの整定値を指定することができる。ここで、車体１０２の横偏向ｄｙＷ，ｓｏｌｌのこの整定値は、ここでも、以下が適用される準静的成分ｄｙＷｓ，ｓｏｌｌと動的成分ｄｙＷｄ，ｓｏｌｌとを含む。
Figure 2012521925
準静的成分ｄｙＷｓ，ｓｏｌｌは、（カーブの曲率と現在の走行速度ｖとに依存する）現在の準静的横加速ａｙｐｓによって決まる、傾斜時の乗り心地に関連する横偏向（ひいては横揺れ角度）の準静的な整定値である。したがって、ここで、この値は、横揺れ角度の調節のために横揺れ角度が能動的に設定される従来技術の公知の車両の場合のように、横偏向の整定値である。
他方、動的成分ｄｙＷｄ，ｓｏｌｌは、（軌道上の周期的な、または単独の、外乱に起因する）現在の動的な横加速ａｙｐｄの結果である振動時の乗り心地に関連する横偏向（ひいては、場合によっては、さらに横揺れ角度）の動的な整定値である。
車体１０２の中立姿勢からの（図１に破線の輪郭１０２．２で示されているような）横偏向ｄｙｗを能動的に設定するために、本例において、横揺れ補償装置１０５は、アクチュエータ１０７．１とこれに対応付けられた制御装置１０７．２とを備えたアクチュエータ装置１０７をさらに有する。アクチュエータ１０７．１は一端で台車枠１０４．２に関着され、他端で車体１０２に関着される。
本例において、アクチュエータ１０７．１は、電油アクチュエータとして設計される。ただし、本発明の他の変形例では、他の何れか適切な原理に従って働くアクチュエータも使用可能であることは自明である。したがって、例えば、液圧式、空圧式、電気式、および電気機械式の動作原理を単独で、または何れかの組み合わせで、使用できる。
本例におけるアクチュエータ１０７．１は、アクチュエータ１０７．１が台車枠１０４．２と（中立姿勢の）車体１０２との間に加えるアクチュエータ力が車両横方向（ｙｆ方向）に対して平行に作用するように配置される。ただし、本発明の他の変形例では、アクチュエータによって走行装置と車体との間に加えられるアクチュエータ力が車両横方向への成分を有する限り、アクチュエータの別の配置も可能であることは自明である。
制御装置１０７．２は、車体１０２の準静的な第１の横偏向ｄｙＷｓと車体１０２の動的な第２の横偏向ｄｙＷｄとが互いに重畳されて、以下の式が当てはまる車体１０２の総合的な横偏向ｄｙＷが生じるように、本発明によるアクチュエータ１０７．１のアクチュエータ力および／または偏向を制御または調節する。
Figure 2012521925
横偏向ｄｙｗの設定は、本発明によると、例えば式（２）で定義されているように準静的成分ｄｙＷｓ，ｓｏｌｌと動的成分ｄｙＷｄ，ｓｏｌｌとで構成される車体１０２の横偏向ｄｙｗ，ｓｏｌｌの整定値を用いて行われる。
乗客のための傾斜時の乗り心地を増すために、本例においては、第１の横偏向ｄｙＷｓの（遠心力Ｆｙによって支援される）設定は、０Ｈｚから１．０Ｈｚの範囲の第１の周波数範囲Ｆ１において行われる。したがって、第１の周波数範囲は、走行中のカーブの現在の曲率と現在の走行速度とに対応する車体の準静的な横揺れ運動が発生する周波数範囲である。
傾斜時の乗り心地に加えて、乗客のために振動時の乗り心地を増すために、本例における第２の横偏向ｄｙＷｄの設定は、本発明によると、１．０Ｈｚから６．０Ｈｚの範囲の第２の周波数範囲Ｆ２で行われる。第２の周波数範囲は、車両の運転中に予測される、乗客によって気付かれ、かつ不快と知覚される（場合によっては周期的な、ただし一般的にはむしろ単独の、または統計的に散乱した）動的外乱に合わせた周波数範囲である。
ただし、第１の周波数範囲および／または第２の周波数範囲は、線路網および／または車両運行者の（例えば、近距離走行または長距離走行、特に高速走行のために車両を使用することによる）要件に応じても可変であることは自明である。
したがって、総合的に乗客のためにより良い乗り心地を実現できるように、本発明による解決策によって、その設定が最終的には現在のカーブの湾曲および現在の走行速度に対する横偏向（ひいては横揺れ角度）の準静的適合化を表す車体１０２の第１の横偏向ｄｙＷｓに、その設定が最終的には車体に導入される現在の外乱に対する動的適合化を表す車体１０２の第２の横偏向ｄｙＷｄが重ね合わされる。
制御装置１０７．２は、より高レベルの車両制御装置および個々のセンサ（例えばセンサ１０７．３等）または同様のものによって供給される一連の入力変数に応じてアクチュエータ１０７．１を制御する。制御のために考えられる入力変数として、例えば、車両１０１の現在の走行速度ｖ、現在走行中のカーブ区間の曲率χ、現在走行中の軌道区間の軌道カント角度γ、および現在走行中の軌道区間の外乱（軌道形状の乱れ等）の強さと頻度を表す変数が挙げられる。
制御装置１０７．２によって処理されるこれらの変数は、何れか適した方法で決定することができる。特に、動的な第２の横偏向ｄｙＷｄ，ｓｏｌｌの整定値を決定するには、外乱、またはその影響を動的成分ｄｙＷｄによって少なくとも減衰する必要がある外乱に起因する横加速ａｙを十分な精度および十分な帯域幅で求める（すなわち、例えばこれらを直接測定する、および／または事前に作成された車両１０１、および／または軌道の適切なモデルを用いて計算する）必要がある。
ここで、制御装置１０７．２は、鉄道車両運行者によって指定された安全要件を満たすために適切であればどのようにでも実現可能である。したがって、例えば、プロセッサを用いた単一システムとして実現できる。本例においては、第１の周波数範囲Ｆ１での調節および第２の周波数範囲Ｆ２での調節のために、それぞれ異なる制御回路または制御ループが設けられる。
本例においては、アクチュエータ１０７．１は、第１の周波数範囲Ｆ１において、中立姿勢からの最大偏向として８０ｍｍから９５ｍｍを有し、第２の周波数範囲において、始点からの最大偏向として１５ｍｍから２５ｍｍを有する。アクチュエータ１０７．１は、第１の周波数範囲Ｆ１において最大アクチュエータ力として１５ｋＮから３０ｋＮをさらに加え、第２の周波数範囲において最大アクチュエータ力として１０ｋＮから３０ｋＮを加える。これにより、静的および動的な観点から特に良好な構成が実現される。
横揺れ補償装置１０５を能動的なシステムとして設計することによって、走行装置１０４上の車体１０２の車両１０１の横方向への支持が相対的に剛性になるように有利な方法で設計することがさらに可能である。特に、車体１０２の横揺れ軸と瞬間回転中心ＭＰとをそれぞれ車体１０２の重心ＳＰに比較的近くに位置付けることが可能である。
本例においては、二次懸架装置１０３．２は、図５に示されているような復元力−横偏向特性線１０８を有するように設計される。ここで、力特性線１０８は、二次懸架装置１０３．２によって車体１０２に加えられ、台車枠１０４．２に対する車体１０２の横偏向ｙｆ中に作用する復元力Ｆｙｆの依存性を示すものである。同様に、二次懸架装置１０３．２については、モーメント特性線の形態の復元特性線を示すことができる。これは、二次懸架装置１０３．２によって車体１０２に加えられる復元モーメントＭｘｆと中立姿勢からの横揺れ角度偏向αＷとの間の依存性を示す。
図５から分かるように、二次懸架装置１０３．２は、第１の横偏向範囲Ｑ１において第１の横剛性Ｒ１を有し、第１の偏向範囲Ｑ１の上方にある第２の横偏向範囲Ｑ２において第１の横剛性Ｒ１より小さい第２の横剛性Ｒ２を有する。
ここで、（図５に破線で示された他の実施形態の力特性１０９．１、１０９．２から分かるように）横剛性は対応する横偏向範囲Ｑ１またはＱ２内で（場合によっては、かなり）変化しうることは自明である。それぞれの横剛性Ｒ１またはＲ２は、第１の横剛性Ｒ１のレベルが少なくとも部分的に、好ましくはほぼ完全に、第２の剛性Ｒ２のレベルの上方にあるように選択されることが好ましい。勿論、第１の横偏向範囲Ｑ１と第２の横偏向範囲Ｑ２との間に、両剛性レベルの交差または重複がそれぞれ生じる過渡領域を設けることもできる。基本的に、横偏向による剛性の挙動は、何れか適切な方法で本用途に適合化可能である。
特に、本発明の複数の有利な変形例においては、第２の横偏向範囲Ｑ２において、図５に曲線１０９．３で示されているように、値ゼロに少なくとも近い、好ましくはゼロに等しい、第２の勾配を設けることができる。同様に、本発明の他の複数の変形例においては、図５に曲線１０９．４で示されているように、第２の横偏向範囲Ｑ２において、負の第２の勾配を設けることができる。これにより、より大きな横偏向発生時にアクチュエータ力を有利な方法で特に低く維持することができる。
本例において、第１の横偏向範囲Ｑ１における剛性レベルは、第１の横剛性Ｒ１が１００Ｎ／ｍｍから８００Ｎ／ｍｍの範囲内にあるように選択され、第２の横偏向範囲Ｑ２における剛性レベルは、第２の横剛性Ｒ２が０Ｎ／ｍｍから３００Ｎ／ｍｍの範囲内にあるように選択される。
したがって、本例において、力特性１０８は、第１の横偏向領域Ｑ１において第１の傾斜Ｓ１＝ｄＦｙｆ／ｄｙｆ（Ｑ１）を有し、横偏向領域Ｑ２においては第１の傾斜より小さい第２の傾斜Ｓ２＝ｄＦｙｆ／ｄｙｆ（Ｑ２）を有する。第１の傾斜Ｓ１に対する第２の傾斜Ｓ２の比Ｖ＝Ｓ２／Ｓ１は０から３の範囲内である。ただし、本発明の他の変形例においては、比Ｖとして他の値の選択も可能であることは自明である。
同様に、２つの横偏向範囲Ｑ１およびＱ２は、それぞれの用途に適していればどのようにでも選択可能である。本例において、横偏向範囲Ｑ１は、０ｍｍから４０ｍｍに及び、第２の横偏向範囲Ｑ２は４０ｍｍから１００ｍｍに及ぶ。これにより、横揺れ補償装置１０５に対する可能最小エネルギー消費での車体１０２の最大横偏向の制限に関して、特に好都合な設計を実現できる。
既に述べたように、力特性１０８と同様に、瞬間特性を車両１０１に対して規定できる。このアプローチによると、復元特性線は、第１の横揺れ角度範囲Ｗ１において第１の傾斜Ｓ１を有し、第１の横揺れ角度範囲Ｗ１の上方にある第２の横揺れ角度範囲Ｗ２において第１の傾斜より小さい第２の傾斜を有する。このアプローチによると、さらに第１の傾斜Ｓ１に対する第２の傾斜Ｓ２の比Ｖ＝Ｓ２／Ｓ１は０から３の範囲内である。この場合、指定された運動学に応じて、第１の横揺れ角度範囲Ｗ１は例えば０°から１．３°の範囲であり、第２の横揺れ角度範囲Ｗ２は１．０°から４．０°の範囲である。
したがって、換言すると、本例においては、車体１０２の中立姿勢からの初期横偏向が比較的高い抵抗によって打ち消されるように、二次懸架装置１０３．２の横剛性の漸減挙動がもたらされる。
横偏向に対する初期抵抗が高いことによる利点は、能動的構成要素（例えばアクチュエータ１０７．１または制御装置１０７．２）の障害時に、カーブ走行時であっても、（現在存在する横加速ａｙまたは遠心力Ｆｙに従って）車体の中立姿勢の少なくとも近くまでの広範な受動的復元が可能である点である。障害時のこの受動的復元は、特に幅広の車体１０２、したがって車両１０１の高い輸送能力、の実現を有利な方法で可能にする。この受動的復元がアクチュエータ１０７．１によって妨げられることを防ぐために、本例におけるアクチュエータ１０７．１は、その不動作時に車体１０２の横揺れ運動に対して抵抗をほぼ与えないように設計される。この結果、アクチュエータ１０７．１は自制的であるようには設計されない。
漸減特性線１０８のおかげで、偏向の増加に伴い、横偏向に対する抵抗の上昇は小さくなる（負の傾斜で抵抗自体が小さくなりうる）。これは、車両１０１のカーブ走行中の第２の周波数範囲Ｆ２における第２の横偏向ｄｙＷｄの動的設定に関して好都合である。その理由は、横揺れ補償装置１０５は第２の周波数範囲Ｆ２におけるこのような動的偏向に対して比較的小さな力をもたらせばよいからである。
二次懸架装置の漸減特性は、何れか適切な方法で実現可能である。したがって、例えば、本例におけるように、この特性が本質的に実現されるように、車体１０２を台車枠１０４．２上に支持するためのばねを相応に設計することができる。空気懸架装置の場合、これは、例えばそれぞれの空圧ばねのベローズの支持を適切に設計することによって実現可能である。
ただし、本発明の他の複数の変形例におけるばね装置１０３は、図１に破線１１０によって示されているように、追加の横ばねを１つ以上有しうることは自明である。横ばね１１０は、二次懸架装置１０３．２の横剛性をそれぞれの用途に適合化または最適化するために役立つ。これは、横剛性の単純な最適化であるにも拘らず、二次懸架装置１０３．２の設計を大幅に単純化する。
横ばね１１０は、本例に示されているように、一端を走行装置枠に接続でき、他端を車体に接続できる。加えて、または代わりに、このような横ばねの一端を走行装置枠または車体に接続し、他端を横揺れ補償装置１０５（例えばロッド１０６．５、１０６．６）に接続することもできる。同様に、この横ばねを横揺れ補償装置１０５内でのみ機能させることもできる。例えば、ロッド１０６．５、１０６．６の一方とこれに対応付けられたレバー１０６．１および１０６．２との間で、またはトーションシャフト１０６．３との間で機能させることもできる。
ばね装置の剛性を車両横軸方向に増大させるように横ばね１１０を設計できる。横ばね１１０は、それぞれの用途に合わせた如何なる特性でも有しうる。二次懸架装置１０３．２の総合的な漸減剛性特性を実現するには、横ばね１１０自体が漸減剛性特性を有することが好ましい。
横ばね１１０は、何れか適切なように設計可能であり、何れか適切な動作原理に従って機能させることができる。したがって、引張ばね、圧縮ばね、捩りばね、またはこれらの何れかの組み合わせの使用が可能である。さらに、純粋に機械的なばね、電気機械的ばね、空圧ばね、液圧ばね、またはこれらの何れかの組み合わせを含めることもできる。
二次懸架装置１０３．２の横剛性は、本例においては（例えばアクチュエータ１０７．１または制御装置１０７．２の障害による）アクチュエータ１０７．１の不動作時に復元モーメントＭｘｆが車体１０２に横揺れ軸を中心に加えられるように、大きさが決められる。この復元モーメントＭｘｆは、軌道の最大許容カント（例えばγ＝γｍａｘ）で車両が停止している（例えばｖ＝ｖ０＝０）場合に車体１０２の定格荷重（例えばｍ＝ｍｍａｘ）下で車体１０２の中立姿勢からの横揺れ角度偏向αａ，ｎｏｔ，ｍａｘ（ｍｍａｘ；ｖｏ；γｍａｘ）が２°未満であるように大きさが決められる。車体１０２の中立姿勢からカーブの外側に向かう第１の最大横偏向ｄｙａ，ｎｏｔ，ｍａｘ（ｍｍａｘ；ｖｏ；γｍａｘ）は、本例においては、６０ｍｍに制限される。車体１０２の中立姿勢からカーブの内側に向かう第２の最大横偏向ｄｙｉ，ｎｏｔ，ｍａｘ（ｍｍａｘ；ｖｏ；γｍａｘ）は、ここでは２０ｍｍに制限される。
換言すると、二次懸架装置１０３．２は、何らかの理由により（例えば車両または軌道の損傷により）、このような不都合な地点で車両１０１が停止に至った場合、指定されたゲージプロフィールに前と同じように準拠するように設計される。
さらに、アクチュエータ１０７．１の不動作時に、車体１０２の定格荷重（例えばｍ＝ｍｍａｘ）下で車両に対して車両の横軸方向に最大許容横加速（ａｙｆ，ｍａｘ）が加わった場合に、車体１０２の中立姿勢からの横揺れ角度偏向αａ，ｎｏｔ，ｍａｘ（ｍｍａｘ，ａｙｆ，ｍａｘ）が２°未満になるように、復元モーメントＭｘｆの大きさを決める必要がある。車体１０２の中立姿勢からカーブの外側に向かう第１の最大横偏向ｄｙａ，ｎｏｔ，ｍａｘ（ｍｍａｘ；ａｙｆ，ｍａｘ）は、本例においては６０ｍｍに制限される。車体１０２の中立姿勢からカーブの内側に向かう第２の最大横偏向ｄｙｉ，ｎｏｔ，ｍａｘ（ｍｍａｘ，ａｙｆ，ｍａｘ）は、ここでは２０ｍｍに制限される。
換言すると、通常の走行速度での走行中にアクチュエータ装置が障害となった場合の緊急運転時において、車両が指定されたゲージプロフィールに前と同様に準拠するように、ばね装置（特に車両横方向へのその剛性）が設計されることが好ましい。
したがって、何れの場合においても、本例においては、横揺れ補償装置１０５の能動的構成要素の障害時であっても、場合によっては（特に傾斜時の乗り心地および／または振動時の乗り心地に関しての）乗り心地特性が低下するとしても、指定されたゲージプロフィールに準拠した車両１０１の緊急運転が可能である。
実現可能な車体１０２の広幅に関して、ひいては高い輸送能力に関連して、本発明による設計の別の有利な側面は、本例においては、ロッド１０６．５、１０６．６の設計および配置によって、車体１０２の横揺れ軸および瞬間回転中心ＭＰのそれぞれと車体１０２の重心ＳＰとの間の車両高さ軸方向（ｚｆ方向）の（車体１０２の中立姿勢時に存在する）距離ΔＨが比較的小さくなるように選択されるという点にある。
すなわち、本例においては、車体１０２の重心ＳＰは、レールの上方、より正確に言うとレール上面ＳＯＫの上方に、第１の高さＨ１＝１９７０ｍｍを有し、横揺れ軸は、（図１に示されている）中立姿勢においてレール上面ＳＯＫの上方、車両の高さ軸方向に第２の高さＨ２を有する。高さＨ２は、本例においては３７００ｍｍから４５００ｍｍの範囲内である。したがって、本例においては以下の関係になる。
Figure 2012521925
これは、第１の高さＨ１に対する第２の高さＨ２と第１の高さＨ１との間の差の比を与える。この比は、約０．８から約１．３の範囲内である。これにより、上記の横偏向の制限、ひいては高い輸送能力を有する広幅車体の実現可能性、に関して特に好都合な設計の実現が可能になる。
すなわち、瞬間回転中心ＭＰと重心ＳＰとの間の距離ΔＨが比較的短いことによる利点は、第一に、単に車体１０２の横偏向が比較的小さくなる結果として、比較的高い横揺れ角度αＷが達成されることである。これにより、カーブ走行中、一方では、高い走行速度ｖまたは高いカーブ湾曲であっても、横揺れ角度αＷの準静的成分αＷｓと横偏向ｄｙｗの準静的成分ｄｙＷｓとをそれぞれ実現するために、車体１０２の比較的小さな横偏向のみで済む。さらに、場合によっては、横揺れ角度αＷの動的成分αＷｄが生成される車体１０２の比較的小さな横偏向によって重い横衝撃でさえも補償することができる。
したがって、換言すると、乗客のために望ましい走行時の乗り心地を実現するために、車両１０１の通常運転時に必要とされる横偏向は比較的小さい。通常運転時の横偏向が小さいと、広幅車体１０２であっても、車両１０１が運行される線路網に対して指定されたゲージプロフィールを通常運転時に厳守することができる。
重心ＳＰからの瞬間回転中心ＭＰまでの距離ΔＨが短いことによる別の利点は、レバーアームが比較的小さいことであり、この結果として、重心ＳＰに加わる遠心力Ｆｙが瞬間回転中心ＭＰに対しても加わる。横揺れ補償装置１０５の能動的構成要素の機能不良時（例えばアクチュエータ１０７．１または制御装置１０７．２の障害時）、カーブ走行中の遠心力Ｆｙが（現在の横加速ａｙに従って）車体１０２に加える横揺れモーメントがより小さくなるので、二次懸架装置１０３．２による車体１０２の中立姿勢の少なくとも近くにおいて広範な受動的復元が可能である。
したがって、換言すると、そのような機能不良時または車両１０１の緊急運転時であっても、車体１０２に発生する横偏向が比較的小さい。緊急運転中の横偏向が小さいおかげで、広幅車体１０２でのこのような緊急運転中であっても、車両１０１が運行される線路網に対して指定されたゲージプロフィールを厳守することができる。
横偏向が特に小さい本発明による車両のいくつかの変形例においては、遠心力Ｆｙが横揺れ運動の生成に一切寄与できない（または少なくとも有意に寄与できない）ように、（例えばロッド１０６．５、１０６．６の相応な設計および配置によって）車体の横揺れ軸または瞬間回転中心が車体の重心ＳＰに、またはその近くに、なるようにすることが可能であることは自明である。この場合、横揺れ角度αＷの設定は、アクチュエータ１０７．１によって能動的にのみ行われる。
したがって、通常、横揺れ角度αＷの設定に対する遠心力Ｆｙの寄与は、重心ＳＰから瞬間回転中心ＭＰまでの距離ΔＨによって決まる。この距離ΔＨが小さいほど、（現在の走行状況に対応し、乗客の所望される走行時の乗り心地のために必要な）横揺れ角度αＷを設定するために必要とされるアクチュエータ１０７．１のアクチュエータ力の割合が大きくなる。
指定された通常運転時のゲージプロフィールを如何なる場合でも確実に厳守するために、本例においては、車両１０１の運転の限界状況において機能する、車両運行者によって指定されたゲージプロフィールに合わせた横偏向の制限が設けられる。ただし、本発明による車両の他の変形例においては、このような制限を通常運転においても使用できることは自明である。しかし、同様に、このような制限を設けず、車両に起こりうるあらゆる走行状況および荷重状況のそれぞれにおいて、このような制限が一切働かないようにすることもできる。
横偏向の制限は何れか適切な手段で実現可能であり、例えば車体１０２と台車１０４、特に台車枠１０４．２、との間の対応するストップなどによって実現可能である。同様に、横揺れ補償装置１０５を相応に設計することもできる。したがって、例えば、対応するストップをロッド１０６．５、１０６．６に設けることができる。
本例においては、アクチュエータ１０７．１は、カーブ走行中に発生する車体１０２の中立姿勢からカーブの外側に向かう車両横方向（ｙｆ軸）への第１の最大横偏向ｄｙａ，ｍａｘが１２０ｍｍに制限されるように設計される。台車１０４は、車体１０２の端部領域において車両１０１上に配置されるので、カーブの内側に向かう横偏向を相応に制限することは特に注目される。したがって、アクチュエータ１０７．１は、さらにカーブ走行中に発生する車体１０２の中立姿勢からカーブの内側に向かう車両横方向への第２の最大横偏向ｄｙｉ，ｍａｘを２０ｍｍに制限する。
カーブの内側に向かう最大横偏向（ｄｙｉ，ｍａｘ）およびカーブの外側に向かう最大横偏向（ｄｙａ，ｍａｘ）のこの異なる制限は、本例においては制御装置１０７．２によって実現される。制御装置１０７．２は、この目的のために、それぞれの最大横偏向（それぞれｄｙｉ，ｍａｘおよびｄｙａ，ｍａｘ）に達したときに、この最大値を超えるさらなる横偏向が防止されるように、（現在走行中のカーブの方向に従って）アクチュエータ１０７．１を制御する。
さらに、走行中の線路網上の車両１０１の現在位置Ｐに従って、制御装置１０７．２がカーブの内側に向かう最大横偏向ｄｙｉ，ｍａｘ（Ｐ）および／またはカーブの外側に向かう最大横偏向ｄｙａ，ｍａｘ（Ｐ）を変化させるようにすることもできる。したがって、例えば、カーブの内側および／またはカーブの外側に向かう特定の軌道区間においては、他の軌道区間より、車体１０２の最大許容横偏向をより小さくすることも可能である。ここで、制御装置１０７．２は、この場合、現在位置Ｐに関して利用可能な対応する情報を有する必要があることは自明である。
さらに、制御装置１０７．２が前方台車１０４上の横揺れ角度αｗ１と後方台車１０４上の横揺れ角度αｗ２との間の差を制限するようにすることも、
Figure 2012521925
 あるいは、前方台車１０４上の横偏向ｄｙｗ１と後方台車１０４上の横偏向ｄｙｗ２との間の差を制限するようにすることもできる。
Figure 2012521925
 ここでも、この制限の同様の能動的設定を、場合によっては軌道の現在区間および／または他の変数（例えばそれぞれの台車１０４の領域における横揺れ速度など）に応じて、行うことができる。
図１から分かるように、ばね装置１０３は、二次懸架装置１０３．２が故障した場合でも車両１０１の緊急運転が可能であるように、走行装置１０４．２上に車両横方向中心に配置された非常用ばね装置１３０．３をさらに有する。非常用ばね装置１０３．３は、基本的にどのようにでも設計可能である。本例において、非常用ばね装置１０３．３は、横揺れ補償装置１０５の補償効果を支援するように設計される。この目的のために、非常用ばね装置１０３．３は、（その使用時、すなわち非常モードにおいて）横揺れ補償装置１０５の補償運動に追従できる摺動および／または転動案内部を備えることができる。
基本的に、横揺れ補償装置１０５による横揺れ角度および横偏向のそれぞれの能動的設定は、湾曲軌道上のカーブ走行中にのみ行われる。したがって、第１の横揺れ補償装置１０５はそのような走行状況においてのみ動作する。本例においては、横揺れ補償装置１０５は、車両１０１の直進走行中も動作するため、如何なる走行状況においても、少なくとも横偏向ｄｙＷの設定、場合によってはさらに横揺れ角度αＷの設定、が第２の周波数範囲Ｆ２においても行われ、ひいては、これらの走行状況においても振動時の乗り心地が有利な方法で保証されるようになっている。
（第２の実施形態）
本発明の別の有利な実施形態による車両２０１が図６に示されている。車両２０１は、その基本的な設計および機能においては図１〜図５の車両１０１に対応するので、ここでは違いのみを扱う。特に、同じ構成要素には同じ参照符号が付与され、同様の構成要素には値を１００増やした参照符号が付与されている。以下の説明において特に明記されていない限り、これらの構成要素の特徴、機能、および利点に関しては、第１の実施形態に関連した上記の説明が引用される。
図１〜図５の例との違いは、横揺れ補償装置２０５の設計である。車両１０１の場合と異なり、横揺れ補償装置２０５は、車体１０２をそれぞれの台車１０４の車輪ユニット１０４．１上に支持するためのばね装置１０３に対して運動学的に直列に配置される。
横揺れ補償装置２０５は、ばね装置１０３に対して運動学的に直列に配置された案内装置２１１を備える。案内装置２１１は２つの案内要素２１１．１を備え、案内要素２１１．１は一端で支持体２１１．２上に支持され、他端で車体１０２に支持される。支持体２１１．２は車両横方向に延在し、二次懸架装置１０３．２によって台車枠１０４．２上に支持される。
車体１０２の横揺れ運動中、案内要素２１１．１は、車体１０２に対する支持体２１１．２の運動を規定する。それぞれの案内要素２１１．１は、多層ゴム層ばね２１１．３を備えた単純な多層ばね装置として設計される。
ゴム層ばね２１１．３は、例えば金属層とゴム層とが交互に配置された、複数の層で構成される。ゴム層ばね２１１．３は、その層に直角な方向に圧縮的に剛性である（したがって、荷重下での層厚がこの方向に大きく変化しない）一方で、その層に平行な方向においては、柔軟である（したがって、軸方向の荷重下では、この方向への大きな変形が起きる）。ゴム層ばね２１１．３の各層は、本例においては、車体１０２の横揺れ軸と瞬間回転中心ＭＰとをそれぞれ画成するように、車両高さ軸および車両横軸に対して傾斜して配置される。
本例において、ゴム多層ばね２１１．３の各層は、それぞれの中心法線２１１．４の交点が車体１０２の横揺れ軸および瞬間回転中心ＭＰをそれぞれ規定するように、単純な平坦層として設計される。ただし、本発明の他の変形例では、これらの層を単一または複合的に湾曲させた別の設計を提供しうることは自明である。特に、その曲率中心が瞬間回転中心ＭＰにある同心円筒スリーブセグメントのケースもありうる。
本例において、各中心法線２１１．４は、車両長手軸（ｘｆ軸）に対して直角に延在する１つの共通平面上にある。したがって、２つのゴム層ばね２１１．３を車両横方向に配置することにより、追加の補助なしに比較的高い力の伝達が可能になる一方で、車両長手軸方向には限定された力のみを大きな剪断変形なしに伝達できる。したがって、原則として車体１０２と台車枠１０４．２との間には、車両長手軸方向への力の伝達を可能にする長手方向の関着が設けられる。
ただし、本発明の他の変形例においては、このような長手方向の力の伝達を可能にするゴム多層ばね２１１．３の別の設計が可能であることは自明である。すなわち、例えば、二重に湾曲した層を設けることもできる。ただし、同様に、それぞれの中心垂線とそれぞれの曲率半径とが車体の瞬間回転中心ＭＰにおいて交差するように、共線状ではない、すなわち空間的に配置された、２つを超える数のゴム層ばねを設けることもできる。
さらに図６から推測できるように、この場合も、横揺れ補償装置２０５は、アクチュエータ装置２０７とこれに接続されたアクチュエータ２０７．１および制御装置２０７．２とを備える。アクチュエータ１０７．１と同様に、アクチュエータ２０７．１は、支持体２１１．２と車体１０２との間で車両横方向に作用する。
制御装置２０７．２の制御下で、アクチュエータ２０７．１を介して、横揺れ角度αＷと横偏向ｄｙＷとが（図６に破線の輪郭１０２．２でに示されているように）それぞれ設定される。本例における制御装置２０７．２は、制御装置１０７．２と同様に機能する。特に、制御装置２０７．２は、車体１０２の準静的な第１の横偏向ｄｙＷｓと車体１０２の動的な第２の横偏向ｄｙＷｄとが互いに重なり合って、上の式（２）が当てはまる車体１０２総合的な横偏向ｄｙＷがもたらされるように、本発明によるアクチュエータ２０７．１のアクチュエータ力および／または偏向を制御または調節する。ここでも、準静的な第１の横偏向ｄｙＷｓは第１の周波数範囲Ｆ１において設定され、動的な第２の横偏向ｄｙＷｄは第２の周波数範囲Ｆ２において設定される。
横揺れ補償装置２０５の能動的構成要素（すなわち、例えば、アクチュエータ２０７．１または制御装置２０７．２）の不動作時は、ゴム層ばね２１１．３の弾性復帰力によって車体の受動的復元が生じる。ゴム層ばね２１１．３は、第１の実施形態の二次懸架装置１０３．２と同様の特性を有するように設計可能である。この点に関しては、上記説明が引用される。
図６からさらに推測できるように、二次懸架装置１０３．２の不均等な沈下を打ち消す、互いに平行に延在するロッド２０６．５、２０６．６を有する従来の横揺れ支持装置２０６が台車枠１０４．２と（二次懸架装置１０３．２に対して運動学的に平行な）支持体２１１．２との間に設けられる。さらに、横揺れ補償装置２０５の別のアクチュエータ２１２が台車枠１０４．２と支持体２１１．２との間で車両横方向に動作することによって、台車枠１０４．２に対する支持体２１１．２さらには車体１０２の横偏向に影響を及ぼすことができる。ただし、本発明の他の変形例においては、一方ではこのような追加のアクチュエータを場合によっては省くことができ、他方ではロッドの傾斜配置をこここでも設けることが可能であることは自明である。
アクチュエータ２１２は制御装置２０７．２によって制御されるので、制御装置２０７．２はアクチュエータ２０７．１および２１２を制御することによって、横揺れ補償装置１０５の第１の実施形態に関して上で既に説明したように、横揺れ補償装置２０５の操作挙動を同様に引き起こすことができる。
ここでも、車体の横揺れ軸を画成するためのこのような層ばね装置を有する横揺れ補償装置の設計は、特に、上記のように、第１の周波数範囲Ｆ１および第２の周波数範囲Ｆ２における横偏向（場合によっては、さらに横揺れ角度）のそれぞれの設定とは関係なく、個々に特許性のある発明概念を構成することを指摘しておく。
（第３の実施形態）
本発明の別の有利な実施形態による車両３０１が図７に示されている。車両３０１は、その基本的な設計および機能において図６の車両２０１に対応するので、ここでは違いのみを扱う。特に、同じ構成要素には同じ参照符号が付与され、同様の構成要素には値を２００増やした参照符号が付与されている。以下の説明において特に明記されていない限り、これらの構成要素の特徴、機能、および利点に関しては、第１の実施形態に関連した上記の説明が引用される。
図６の例との違いは、横揺れ補償装置３０５の構成のみである。車両２０１と異なり、横揺れ補償装置３０５は、車体１０２をそれぞれの台車１０４の車輪ユニット１０４．１上に支持する一次懸架装置１０３．１と二次懸架装置１０３．２との間に運動学的に直列に配置される。
横揺れ補償装置３０５は２つの案内要素３１１．１を有する案内装置３１１を備え、この場合も、案内要素３１１．１は一方では支持体３１１．２に支持され、他方では台車枠１０４．２上に支持される。車体１０２は、二次懸架装置１０３．２によって車両横方向に延在する支持体３１１．２上に支持される。
案内要素３１１．１は案内要素２１１．１と同様に設計され、車体１０２の横揺れ運動中、台車枠１０４．２に対する支持体３１１．２の運動を規定する。それぞれの案内要素３１１．１は、この場合も、ゴム層ばね２１１．３と同様の設計のゴム層ばね３１１．３を備えた単純な多層ばね装置として設計される。
さらに図７から推測できるように、横揺れ補償装置３０５は、この場合も、アクチュエータ２０７．１および制御装置２０７．２と類似の方法で動作する、アクチュエータ３０７．１とこれに接続された制御装置３０７．２とを有するアクチュエータ装置３０７を備える。
さらに図７から推測できるように、二次懸架装置１０３．２の不均等な沈下を打ち消す、互いに平行に延在するロッド３０６．５、３０６．６を有する従来の横揺れ支持装置３０６が車体１０２と支持体３１１．２との間に（二次懸架装置１０３．２に対して運動学的に平行に）設けられる。さらに、横揺れ補償装置３０５の別のアクチュエータ３１２が車体１０２と支持体３１１．２との間で車両横方向に作用し、これにより支持体３１１．２に対する、ひいては台車枠１０４．２に対する、車体１０２の横偏向に影響を及ぼすことができる。
制御装置３０７．２がアクチュエータ３０７．１および３１２を制御することによって、上で第１および第２の実施形態のコンテキストで説明したように横揺れ補償装置３０５の操作挙動を引き起こすことができるように、アクチュエータ３１２は制御装置３０７．２によって同様に制御される。
上では、鉄道車両の例のみを用いて本発明を説明した。本発明は何れか他の車両に関しても使用可能であることはさらに自明である。

Claims (20)

  1. ばね装置（１０３）によって車両の高さ軸方向に走行装置（１０４）上に支持された車体（１０２）と、
    前記走行装置（１０４）と前記車体（１０２）に結合された横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）と、
    を有し、
    前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）は、特に、前記ばね装置（１０３）に対して運動学的に平行に配置され、
    前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）は、カーブ走行中に車両長手軸に平行な横揺れ軸を中心としたカーブの外側に向かう車体の横揺れ運動を打ち消し、
    前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）は、前記傾斜時の乗り心地を増すために、第１の周波数範囲において、かつ前記車体（１０２）の第１の横偏向の存在下で、現在走行中の軌道区間の現在の曲率に対応する、前記横揺れ軸を中心とした前記第１の横揺れ角度を前記車体（１０２）に対して前記車両横軸方向に加えるように設計される、車両、特に鉄道車両において、
    前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）は、前記振動時の乗り心地を増すために、第２の周波数範囲において、前記第１の横偏向に重ね合わされる第２の横偏向を前記車体（１０２）に対して加えるように設計され、
    前記第２の周波数範囲は少なくとも部分的に、特に完全に、前記第１の周波数範囲の上方にある、
    ことを特徴とする車両、特に鉄道車両。
  2. 前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）は、制御装置（１０７．２；２０７．２；３０７．２）によって制御される少なくとも１つの第１のアクチュエータユニット（１０７．１；２０７．１；３０７．１）を有するアクチュエータ装置（１０７；２０７；３０７）を備え、
    前記アクチュエータ装置（１０７；２０７；３０７）は、特に前記第１の横揺れ角度を実質的に生成するために、前記第１の周波数範囲における前記第１の横揺れ角度の生成への寄与の少なくとも大部分を担うように特に設計される、
    ことを特徴とする請求項１に記載の車両。
  3. 前記第１の周波数範囲は０Ｈｚから２Ｈｚの範囲であり、好ましくは０．５Ｈｚから１．０Ｈｚの範囲であり、
    および／または
    前記第２の周波数範囲は、０．５Ｈｚから１５Ｈｚの範囲であり、好ましくは１．０Ｈｚから６．０Ｈｚの範囲であり、
    および／または
    前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）は、直進走行中も動作する、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の車両。
  4. 前記車体（１０２）は、前記車両が直線水平軌道上での静止時に取る中立姿勢を有し、
    前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）、特に前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）のアクチュエータ装置（１０７；２０７；３０７）は、
    カーブ走行中に発生する前記車体（１０２）の前記中立姿勢から前記カーブの外側に向かう車両横方向への第１の最大横偏向が８０ｍｍから１５０ｍｍに制限され、好ましくは１００ｍｍから１２０ｍｍに制限され、
    および／または
    カーブ走行中に前記カーブの内側に向かって発生する前記車体（１０２）の前記中立姿勢から車両横方向への第２の最大横偏向が０ｍｍから４０ｍｍに制限され、好ましくは２０ｍｍに制限される、
    ように構成される、請求項１〜３の何れか１項に記載の車両。
  5. 前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）のアクチュエータ装置（１０７；２０７；３０７）は、前記車体（１０２）の前記横揺れ運動に対して少なくとも１つのエンドストップを画成するためのエンドストップ装置として機能するように構成され、
    前記アクチュエータ装置は、前記車体（１０２）の前記横揺れ運動に対する前記少なくとも１つのエンドストップの位置を可変に規定するように設計される、
    ことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の車両。
  6. 前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）のアクチュエータ装置（１０７；２０７；３０７）は、その不動作時に、前記車体（１０２）の横揺れ運動に対して最大でも極めて僅かな抵抗、特に実質的には無抵抗、をもたらすことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の車両。
  7. 前記車体（１０２）は、前記車両が直線水平軌道上での静止時に取る中立姿勢を有し、
    前記ばね装置（１０３）は、前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）のアクチュエータ装置（１０７；２０７；３０７）の不動作時に、前記横揺れ軸を中心とした復元モーメントを前記車体（１０２）に加え、
    アクチュエータ装置（１０７；２０７；３０７）の不動作時における前記復元モーメントは、
    前記車体（１０２）の定格荷重下で、かつ軌道の最大許容カントでの静止車両の前記中立姿勢からの前記車体（１０２）の横偏向が１０ｍｍから４０ｍｍ未満、好ましくは２０ｍｍ未満であり、
    および／または
    前記車体（１０２）の定格荷重下で、かつ車両横軸方向に加わる前記車両の最大許容横加速時の前記車体（１０２）の前記中立姿勢からの横偏向が４０ｍｍから８０ｍｍ未満、好ましくは６０ｍｍ未満である、
    ように大きさが決められる、
    ことを特徴とする請求項１〜６の何れか１項に記載の車両。
  8. 前記ばね装置（１０３）は復元特性線を画成し、
    前記復元特性線は、前記横揺れ角度の偏向に対する前記復元モーメントの依存性を表し、
    前記復元特性線は漸減挙動を有し、
    前記復元特性線は、特に、第１の横揺れ角度範囲において第１の傾斜を有し、前記第１の横揺れ角度範囲より上方の第２の横揺れ角度範囲において前記第１の傾斜より小さい第２の傾斜を有し、
    前記第１の傾斜に対する前記第２の傾斜の比は、特に、０から１の範囲内であり、好ましくは０から０．５の範囲内であり、さらに好ましくは０から０．１の範囲内であり、
    および／または
    前記第１の横偏向範囲は、特に、０ｍｍから６０ｍｍの範囲であり、好ましくは０ｍｍから４０ｍｍの範囲であり、前記第２の横偏向範囲は、特に、２０ｍｍから１２０ｍｍの範囲であり、好ましくは４０ｍｍから１００ｍｍの範囲である、
    ことを特徴とする請求項７に記載の車両。
  9. 前記車体（１０２）は、前記車両が直線水平軌道上での静止時に取る中立姿勢を有し、
    前記ばね装置（１０３）は、車両横軸方向に横剛性を有し、前記横剛性は、前記車体（１０２）の前記中立姿勢から前記車両横軸方向への横偏向の関数であり、
    前記ばね装置（１０３）は、特に、第１の横偏向範囲において第１の横剛性を有し、前記第１の横偏向範囲の上方にある第２の横偏向範囲において前記第１の横剛性より小さい第２の横剛性を有し、
    前記第１の横剛性は、特に、１００Ｎ／ｍｍから８００Ｎ／ｍｍの範囲内にあり、好ましくは３００Ｎ／ｍｍから５００Ｎ／ｍｍの範囲内にあり、第２の横剛性は、特に、０Ｎ／ｍｍから３００Ｎ／ｍｍの範囲内にあり、好ましくは０Ｎ／ｍｍから１００Ｎ／ｍｍの範囲内にあり、
    および／または
    前記第１の横偏向範囲は、特に、０ｍｍから６０ｍｍの範囲であり、好ましくは０ｍｍから４０ｍｍの範囲であり、前記第２の横偏向範囲は、特に、２０ｍｍから１２０ｍｍの範囲であり、好ましくは４０ｍｍから１００ｍｍの範囲である、
    ことを特徴とする請求項８に記載の車両。
  10. 前記車体（１０２）は、定格荷重と、前記車両が直線水平軌道上での静止時に取る中立姿勢とを有し、
    前記ばね装置（１０３）は、車両横軸方向に横剛性を有し、
    前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）のアクチュエータ装置（１０７；２０７；３０７）の不動作時に、前記車両の最大許容横加速が車両横軸方向に加わるカーブ走行中に、前記ばね装置（１０３）の前記横剛性は、
    前記車体（１０２）の前記中立姿勢から前記カーブの外側に向かう車両横方向への第１の最大横偏向が４０ｍｍから１２０ｍｍに制限され、好ましくは６０ｍｍから８０ｍｍに制限され、
    および／または
    前記車体（１０２）の前記中立姿勢から前記カーブの内側に向かう車両横方向への第２の最大横偏向が０ｍｍから６０ｍｍに制限され、好ましくは２０ｍｍから４０ｍｍに制限される、
    ような大きさに決められる、
    ことを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の車両。
  11. 前記車体（１０２）は、前記車両が直線水平軌道上での静止時に取る中立姿勢を有し、
    前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）のアクチュエータ装置（１０７；２０７；３０７）は、
    前記第１の周波数範囲において、前記中立姿勢からの最大偏向が６０ｍｍから１１０ｍｍであり、好ましくは７０ｍｍから８５ｍｍであり、
    および／または、
    前記第２の周波数範囲において、始点からの最大偏向が１０ｍｍから３０ｍｍであり、好ましくは１５ｍｍから２５ｍｍであり、
    および／または、
    前記第１の周波数範囲において、前記アクチュエータ装置（１０７；２０７；３０７）が加える最大アクチュエータ力が１０ｋＮから４０ｋＮであり、好ましくは１５ｋＮから３０ｋＮであり、
    および／または、
    前記第２の周波数範囲において、前記アクチュエータ装置（１０７；２０７；３０７）が加える最大アクチュエータ力が５ｋＮから３５ｋＮであり、好ましくは５ｋＮから２０ｋＮである、
    ように設計される、
    ことを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の車両。
  12. 前記車体（１０２）は、前記車両が直線水平軌道上での静止時に取る中立姿勢を有し、
    前記車体（１０２）は、前記中立姿勢において前記車両の高さ軸方向に第１の高さを有する重心を前記軌道の上方に有し、
    前記横揺れ補償装置（１０５；２０５；３０５）は、前記横揺れ軸が、前記中立姿勢において前記車両高さ軸方向に第２の高さを前記軌道の上方に有するように構成され、
    前記第１の高さに対する前記第２の高さと前記第１の高さとの間の差の比が最大２．２であり、好ましくは最大１．３であり、さらに好ましくは０．８〜１．３である、
    ことを特徴とする請求項１〜１１の何れか１項に記載の車両。
  13. 前記横揺れ補償装置（１０５）は、前記ばね装置（１０３）に対して運動学的に平行に配置された、直進走行中に前記車体（１０２）の前記横揺れ軸を中心とした横揺れ運動を打ち消すように設計された横揺れ支持装置（１０６）を備え、
    前記横揺れ支持装置（１０６）は、特に、２つのロッド（１０６．５、１０６．６）を備え、各ロッド（１０６．５、１０６．６）は一端で前記車体（１０２）に関着され、さらに他端で、前記走行装置（１０４）によって支持されたトーション要素（１０６．３）のそれぞれの両端に関着され、
    および／または
    前記横揺れ補償装置（２０５；３０５）は、案内装置（２１１；３１１）を備え、
    前記案内装置（２１１；３１１）は、前記ばね装置（１０３）に対して運動学的に直列に配置され、
    前記案内装置（２１１；３１１）は、前記走行装置（１０４）と前記車体（１０２）との間に配置された案内要素（２１１．１；３１１．１）を備え、
    前記案内装置（２１１；３１１）は、前記車体（１０２）の横揺れ運動中、前記車体（１０２）または前記走行装置（１０４）に対する前記案内要素（２１１．１；３１１．１）の運動を規定するように構成され、
    前記案内装置（２１１；３１１）、特に、少なくとも１つの層ばね装置（２１１．３；３１１．３）を備える、
    ことを特徴とする請求項１〜１２の何れか１項に記載の車両。
  14. 前記走行装置（１０４）は、走行装置枠（１０４．２）と少なくとも１つの車輪ユニット（１０４．１）とを有し、
    前記ばね装置（１０３）は、一次懸架装置（１０３．１）と二次懸架装置（１０３．２）とを有し、
    前記走行装置枠（１０４．２）は、前記一次懸架装置（１０３．１）によって前記車輪ユニット（１０４．１）上に支持され、前記車体（１０２）は、空圧懸架装置として特に設計された前記二次懸架装置（１０３．２）によって前記走行装置枠（１０４．２）上に支持され、
    前記横揺れ補償装置（１０５）は、前記走行装置枠（１０４．２）と前記車体（１０２）との間に、前記二次懸架装置（１０３．２）に対して運動学的に平行に配置される、
    ことを特徴とする請求項１〜１３の何れか１項に記載の車両。
  15. 前記ばね装置（１０３）は、横ばね装置（１１０）を備え、
    前記横ばね装置（１１０）は、
    一端が前記走行装置枠（１０４．２）に接続され、他端が前記車体（１０２）に接続され、
    および／または
    一端が前記走行装置枠（１０４．２）または前記車体（１０２）に接続され、他端が前記横揺れ補償装置（１０５）に接続され、
    および
    前記横ばね装置（１１０）は、特に、前記ばね装置（１０３）の前記剛性を車両横軸方向に増すように構成され、前記横ばね装置（１１０）は、特に、漸減する剛性特性を有する、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の車両。
  16. 前記ばね装置（１０３）は、前記走行装置（１０４）上に前記車両前後方向中心に配置された非常用ばね装置（１０３．３）を有し、
    前記非常用ばね装置（１０３．３）は、特に、前記横揺れ補償装置（１０５）の補償効果を支援するように構成される、
    ことを特徴とする請求項１〜１５の何れか１項に記載の車両。
  17. 車両長手軸に平行な横揺れ軸を中心として走行装置（１０２）上に車両高さ軸方向に支持される車両、特に鉄道車両、の横揺れ角度を前記車両の車体（１０２）上に設定する方法であり、
    横揺れ角度が能動的に設定され、
    カーブ走行中、前記カーブの外側に向かう前記車体（１０２）の、車両長手軸に平行な横揺れ軸を中心とした横揺れ運動は打ち消され、
    前記傾斜時の乗り心地を向上させるために、第１の周波数範囲において横偏向下で、走行中の現在の軌道区間の現在の曲率に対応する第１の横揺れ角度が前記車体（１０２）に加えられる方法において、
    前記振動時の乗り心地を向上させるために、第２の周波数範囲において、前記第１の横偏向に重ね合わされる第２の横偏向が前記車体（１０２）に加えられ、
    前記第２の周波数範囲は、少なくとも部分的に、特に完全に、前記第１の周波数範囲の上方にある、
    ことを特徴とする方法。
  18. 前記第１の横揺れ角度は、前記第１の周波数範囲において、少なくとも大部分は、特にほぼ完全に、能動的に生成される、ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
  19. 前記第１の周波数範囲は０Ｈｚから２Ｈｚの範囲であり、好ましくは０．５Ｈｚから１．０Ｈｚの範囲であり、
    および／または
    前記第２の周波数範囲は、０．５Ｈｚから１５Ｈｚの範囲であり、好ましくは１．０Ｈｚから６．０Ｈｚの範囲である、
    ことを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。
  20. 前記振動時の乗り心地を向上させるために、前記第２の周波数範囲において、前記第２の横偏向の前記設定が直進走行中にも行われることを特徴とする請求項１７または１８に記載の方法。



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