CN1440547A - 铁路的左右稳态加速度模拟装置 - Google Patents

Abstract

一种铁路乘坐舒适度模拟装置，能以小型结构模拟左右稳态加速度长期施加在铁道车辆上的情况。本发明的乘坐舒适度模拟装置中，控制装置通过使各传动件(40)动作，使模拟客室(10)横摇。于是，模拟客室(10)开始逐渐倾斜，根据其倾斜角度θ，产生重力加速度g中沿倾斜面的分量即第一再现加速度G1。也就是说，模拟客室(10)的乘员利用横摇体验第一再现加速度G1。控制驱动装置通过左右移动装置以加速度G使模拟客室(10)在左右某一方向移动，由此，模拟客室(10)的乘员体验到第二再现加速度G2。其结果，模拟客室(10)的乘员将第一再现加速度G1和第二再现加速度G2之和作为铁道的左右稳态加速度体验。

Description

铁路的左右稳态加速度模拟装置

技术领域

本发明涉及用于模拟铁道车辆在转弯路段行驶时发生的左右稳态加速度的左右稳态加速度模拟装置。

背景技术

为提高铁道车辆的乘坐舒适度需要根据轨道和车辆的状态从乘客的立场准确评价各种变化的振动和加速度。为进行这种评价虽可考虑让实验用列车抽营业列车的空隙时间行驶进行评价，但有以下问题。

即不容易汇总每次行驶的车辆条件和轨道条件、再现性不好，所以评价的准确度低，缩短试验间隔、进行多次试验等在经济上和效率上都有困难、开发时间长，变更性能和特性等条件不容易等问题。

而作为不依赖实验用列车的模拟乘坐舒适度的装置，在上下轴、左右轴、前后轴的振动上加上横摇轴(绕前后轴的旋转运动)的四轴简易振动台的模拟装置是公知的(例如参考人类工程学第33卷第113～116页(1997年))。该模拟装置四个轴中可任意多个轴同时起振。根据该模拟装置，行驶实验用列车时的问题被消除。

但模拟铁道车辆在转弯路段行驶时发生的左右稳态加速度的装置还没有发现。

作为这种左右稳态加速度模拟装置虽然可考虑利用使模拟客室左右方向移动而产生的加速度，但是，在转弯区间长时，会长时间受到左右稳态加速度，故要想模拟这种情况，就需要很长的铁轨，这就会产生使装置大型化的问题。

发明内容

本发明是以解决上述问题点为课题的，目的是提供一种能以小型结构模拟左右稳态加速度长期施加在铁道车辆上的情况的铁道的左右稳态加速度模拟装置。

为解决上述课题，本发明提供的左右稳态加速度模拟装置包括：模拟客室，模拟了铁道车辆的内部装备；基座，支承所述模拟客室；横摇赋予装置，设于所述基座和所述模拟客室之间，至少可对所述模拟客室赋予绕前后轴的旋转运动；左右移动装置，使所述基座向左右某一方向移动；控制装置，控制所述横摇赋予装置和所述左右移动装置，

所述控制装置利用所述横摇赋予装置使所述模拟客室绕前后轴旋转、倾斜，从而对所述模拟客室的乘员产生重力加速度中沿倾斜面的分量即第一再现加速度，同时，利用所述左右移动装置使所述基座向左右某一方向加速运动，对所述模拟客室的乘员产生第二再现加速度，利用所述第一再现加速度和所述第二再现加速度作为铁道的左右稳态加速度。

在本发明的左右稳态加速度模拟装置中，不是仅仅利用通过使与模拟客室一体化的基座加速运动由模拟客室的乘员体验到的加速度来模拟铁道的左右稳态加速度，而是在此加速度的基础上，再利用使模拟客室横摇旋转并倾斜由模拟客室的乘员体验到的加速度来模拟铁道的左右稳态加速度。

因此，根据本发明的左右稳态加速度模拟装置，即使在例如弯道区间长的情况下这种长期承受左右稳态加速度的情况下，也由于是利用通过使模拟客室加速运动由模拟客室的乘员体验到的加速度以及使模拟客室倾斜而由模拟客室的乘员体验到的加速度来模拟其左右稳态加速度，故使模拟客室左右方向移动的移动量不必太大。因此，可以小型的结构模拟左右稳态加速度长期施加在铁道车辆上的情况。

在本发明的左右稳态加速度模拟装置中，控制装置最好将利用横摇赋予装置使模拟客室绕前后轴旋转时的角加速度或角速度设定在人类不能辨别正在旋转的范围内。这种情况下，虽然模拟客室正在横摇旋转，但是模拟客室的乘员却不会感觉到这一点，故不会影响乘坐舒适度。另外，上述范围只要预先根据经验确定即可。

在本发明的左右稳态加速度模拟装置中，控制装置最好通过将第一再现加速度不足的部分由第二再现加速度补偿，来设定铁道的左右稳态加速度。总之，在模拟铁道的左右稳态加速度时，以第一再现加速度为主，以对它进行补偿的形式利用第二再现加速度。这种情况下，第二再现加速度在要模拟的左右稳态加速度中所占的比例少，故可缩短与模拟客室一体化的基座的移动距离，可使装置结构更加紧凑。

在本发明的左右稳态加速度模拟装置中，控制装置最好在第二再现加速度成为零的时刻基座正在左右某一方向移动时，将第二再现加速度调节为负值，同时据此调节第一再现加速度，以使该基座停止。在第二再现加速度成为零的时刻，仅由第一再现加速度模拟左右稳态加速度，因此即使维持该状态不变也可模拟左右稳态加速度。但是，当在第二再现加速度成为零的时刻基座正在移动时，若维持该状态不变，则基座持续恒速移动，结果左右方向的移动量变大。因此，在这种情况下，最好将第二再现加速度调节为负值，同时据此调节第一再现加速度，使该基座停止。这样，基座就不会持续移动，可使装置结构小型化。

附图说明

图1是本实施例乘坐舒适度模拟装置的整体结构图；

图2是传动件安装位置的说明图；

图3A～E是对模拟客室赋予六轴振动时的动作说明图；

图4是铁道线路(轨道)的弯道的一例的说明图；

图5是模拟铁道车辆转弯行驶时对乘员施加的加速度随时间变化及模拟客室速度随时间变化的曲线图；

图6A、B第一再现加速度和第二再现加速度的说明图。

具体实施方式

下面根据附图说明本发明的恰当的实施例。图1是本实施例乘坐舒适度模拟装置的整体结构图。本实施例的乘坐舒适度模拟装置1是表示本发明的左右稳态加速度模拟装置的一例的装置，具有模拟客室10、客室载置台20、基座30、六个传动件40、驱动装置50、控制装置60。

模拟客室10是模拟了铁道车辆内部装备的封闭空间，与铁道车辆相同的座位11与铁道车辆一样地排列、周围的墙壁和顶棚也与铁道车辆同样装备，两侧面设置有模拟窗12。在该模拟窗12上安装图像装置12a，在模拟行驶试验中该映象装置12a上放映出铁道车辆行驶中的景色。且模拟客室10的内部设置有未图示的扬声器，在模拟试验中从该扬声器放出铁道车辆行驶中的声音。

客室载置台20是用于载置模拟客室10的台。模拟客室10通过高频率振动台25载置在该客室载置台20上。高频率振动台25是能再现上下轴、左右轴、前后轴这三轴振动的比较小型的装置，至少能再现5～40Hz的高频带的振动。

基座30是通过六个传动件40支承客室载置台20的台。该基座30可沿左右方向延伸的两根导轨31、31移动，具体说就是通过左右移动装置32(相当于本发明的左右移动装置)使基座30移动。左右移动装置32在模拟行驶试验中用于模拟转弯行驶的情况。

如图2所示，六个传动件40在以客室载置台20的假想三角形T1为顶面以基座30的假想三角形T2为底面的假想八面体中，沿连接假想三角形T1的顶点与假想三角形T2的顶点的六个边分别设置。各传动件40上端安装在客室载置台20的下面可自由转动，下端安装在基座30的上面可自由转动。该传动件40是油压伺服传动件(具有油压控制机构活塞的振动发生部)，如图3A～E所示，上端是活塞杆41、下端是油缸42。

驱动装置50是用于驱动各传动件40的装置，是把未图示的油压泵产生的油压供给传动件40的装置。

控制装置60(相当于本发明的控制装置)控制驱动装置50，使由驱动装置50的油压泵产生的油压成为各传动件40所需要的压力、流量，从而使各传动件40动作。这样对客室载置台20上的模拟客室10赋予上下轴、左右轴、前后轴、平摇轴(绕上下轴的旋转运动)、纵摇轴(绕前后轴的旋转运动)、横摇轴(绕前后轴的旋转运动)这六轴的低频带的摇动或振动。另外，控制装置60控制左右移动装置32以任意加速度使与模拟客室10一体化的基座移动。

把象六个传动件40及驱动装置50这样赋予六轴低频带的摇动或振动的装置称为六自由度振动装置(相当于本发明的横摇赋予装置)。作为这种六自由度振动装置可使用公知的斯图尔特型六自由度运动机构等。

下面对本实施例乘坐舒适度模拟装置1的六自由度振动装置的动作进行说明。图3A～E是对模拟客室赋予六轴振动时的动作说明图。如该图3A～E所示，控制装置60通过控制驱动装置50适当调节六个传动件40的活塞杆41的突出量，把上下轴、左右轴、前后轴、横摇轴、纵摇轴、平摇轴的低频带的摇动或振动赋予客室载置台20及模拟客室10。控制装置60通过控制驱动装置50可使六轴中的任意多个轴同时起振。

下面，就本实施例的乘坐舒适度模拟装置1模拟铁道车辆在弯路行驶时发生的左右稳态加速度的动作进行说明。

如图4所示，铁道线路(轨道)的弯道由第一缓和曲线部91、圆曲线部92和第二缓和曲线步构成。第一缓和曲线部91是线路中自直线部90至圆曲线部92之间曲率半径逐渐变小最终达到圆曲线部92的曲率半径的部分。圆曲线部92是线路中具有一定的曲率半径的部分。第二缓和曲线部93是线路中自圆曲线部92到直线部94之间曲率半径逐渐变大最终到达直线部94的部分。

铁道车辆在这种弯路中行驶时产生的加速度的一例示于图5。该图5上部表示模拟客室10的乘员受到的加速度和时间的关系，下部表示模拟客室10的移动速度和时间的关系。如图5上部所示，左右稳态加速度α(点划线)在第一缓和曲线部91以一定的比例增加，在圆曲线部92形成规定值(等加速度)。

在模拟该图5上部的左右稳态加速度模式时，如图6A、B所示，控制装置60使模拟客室10横摇并使与模拟客室10一体化的基座30加速运动。

也就是说，如图6A所示，控制装置60通过驱动装置50使各传动件40工作，从而使模拟客室10横摇(参照图3D)。于是，模拟客室10开始逐渐倾斜，对应其倾斜角度θ产生重力加速度中沿倾斜面的分量即第一再现加速度G1(＝g·sinθ)。总之，模拟客室10的乘员由于横摇而体验到第一再现加速度G1。如图6B所示，控制装置60通过经左右移动装置32使模拟客室10以加速度G在左右某一方向移动，使模拟客室10的乘员体验到第二再现加速度G2。该第二再现加速度G2是模拟客室的加速度G中沿倾斜面的分量(＝G·cosθ)。其结果，模拟客室10的乘员将第一再现加速度G1和第二再现加速度G2之和作为铁道的左右稳态加速度体验到。

下面，详细说明模拟图5上部的左右稳态加速度模式的顺序。首先，预先根据经验设定模拟客室10的乘员不能识别正在旋转的角加速度及角速度的范围(称为无感范围)，在第一缓和曲线部91中，在该无感范围内使模拟客室10横摇旋转。这样，随着横摇旋转模拟客室10倾斜，其倾斜角度θ变大，第一再现加速度G1也变大，这里，第一再现加速度G1控制为以固定比率增加。然后，由第二再现加速度G2补偿该第一再现加速度G1相对左右稳态加速度α不足的部分，来模拟左右稳态加速度α(＝G1+G2)。这里，第二再现加速度G2也以固定比率增加。

然后，在自切换到圆曲线部92的时刻开始的一段时间内，第一再现加速度G1仍然以固定比率增加，而对左右稳态加速度α不足的部分逐渐减少，因此，第二再现加速度G2以固定比率减少。

在第一再现加速度G1与左右稳态加速度α一致的时刻t2，第二再现加速度G2变为零。但是，在该t2时刻，与模拟客室10一体化的基座30以速度v0(参照图5下部)移动，因此，当持续维持该状态不变时，虽然，仅第一再现加速度G1就可模拟左右稳态加速度α，但由于与模拟客室10一体化的基座30持续移动，故导轨31、31的长度就不够了。

于是，在过了时刻t2后，使第二再现加速度G2仍以固定比率减少而形成负值，使模拟客室10的速度降低。另外，第一再现加速度G1以固定比率增加，使得在其与形成负值的第二再现加速度G2相加时，与左右稳态加速度α一致。

在时刻t3以后，第二再现加速度G2虽然仍为负值，但通过使其绝对值以固定比率减少，最终在时刻t4使与模拟客室10一体化的基座30的移动速度为零。第一再现加速度G1在t3～t4期间以固定比率减少，使得在与第二再现加速度G2相加时，与左右稳态加速度α一致。

然后，在时刻t4以后，第二再现加速度G2为零，仅由第一再现加速度G1模拟左右稳态加速度α。总之，在时刻t4以后，在使与模拟客室10一体化的基座30停止的状态下，仅利用模拟客室10的倾斜角度θ模拟左右稳态加速度α。

另外，在自圆曲线部经第二缓和曲线部直到直线部的情况下，只要进行相反的控制即可。

如上所详述的，根据本实施例的乘坐舒适度模拟装置1，即使在例如弯道区间长的情况下这种长期承受左右稳态加速度的情况下，也由于是利用通过使模拟客室10加速运动由模拟客室10的乘员体验到的第二再现加速度G2以及使模拟客室10倾斜而由模拟客室10的乘员体验到的第一再现加速度G1来模拟其左右稳态加速度，故使模拟客室10左右方向移动的移动量不必太大。因此，可以小型的结构模拟左右稳态加速度长期施加在铁道车辆上的情况。

由于将使模拟客室10横摇的角加速度或角速度设定在无感范围内，故模拟客室10的乘员不会感觉到旋转，故不会影响乘坐舒适度。特别是，由于模拟客室10是封闭空间，乘员不清楚外部的情况，故难于察觉旋转的情况。其结果是乘员不会感到乘坐不适。

另外，在模拟铁道的左右稳态加速度时，以第一再现加速度G1为主，以对它进行补偿的形式利用第二再现加速度G2，因此，第二再现加速度G2在要模拟的左右稳态加速度中所占的比例少，故可缩短模拟客室10的移动距离，可使装置结构更加紧凑。

另外，若在第二再现加速度G2成为零的时刻t2基座30正在移动时，由于将第二再现加速度G2调节为负值，同时据此调节第一再现加速度G1，使该基座在其后停止，故基座30不会持续移动，可使装置结构小型化。

另外，本发明的实施例不限定于上述实施例，只要属于本发明的技术范围当然可采取种种方式。

例如上述实施例中作为使模拟客室10横摇的横摇赋予装置使用了6个传动件40，但是不特别限定于此，只要能使模拟客室10横摇，则可采用任何装置。具体地说，也可利用背景技术中所述的4轴模拟装置。

在上述实施例中忽略了使模拟客室10横摇时产生的离心力等，也可在考虑了离心力的情况下，模拟左右稳态加速度。

另外，在上述实施例中是通过左右移动装置32使基座30移动的结构，但也可使基座30在左右方向上能自行走。

还有，在上述实施例中，作为左右稳态加速度模式，如图5所示，例示了较简单的模式，但是不仅是这样直线变化的情况，即使是曲线变化的情况，也可由本发明的左右稳态加速度模拟装置进行模拟。

产业上利用的可能性

如以上所详述，根据本发明的左右稳态加速度模拟装置，可用小型结构模拟左右稳态加速度长期作用在铁道车辆上的情况。

Claims (4)

1、一种铁道的左右稳态加速度模拟装置，其包括：模拟客室，模拟了铁道车辆的内部装备；基座，支承所述模拟客室；横摇赋予装置，设于所述基座和所述模拟客室之间，至少可对所述模拟客室赋予绕前后轴的旋转运动；左右移动装置，使所述基座向左右某一方向移动；控制装置，控制所述横摇赋予装置和所述左右移动装置，其特征在于，

所述控制装置利用所述横摇赋予装置使所述模拟客室绕前后轴旋转、倾斜，从而对所述模拟客室的乘员产生重力加速度中沿倾斜面的分量即第一再现加速度，同时，利用所述左右移动装置使所述基座向左右某一方向加速运动，对所述模拟客室的乘员产生第二再现加速度，利用所述第一再现加速度和所述第二再现加速度两者作为铁道的左右稳态加速度。

2、如权利要求1所述的铁道的左右稳态加速度模拟装置，其特征在于，所述控制装置将利用所述横摇赋予装置使所述模拟客室绕前后轴旋转时的角加速度或角速度设定在人类不能辨别正在旋转的范围内。

3、如权利要求1或2所述的铁道的左右稳态加速度模拟装置，其特征在于，所述控制装置通过由第二再现加速度补偿所述第一再现加速度不足的部分，来作为铁道的左右稳态加速度。

4、如权利要求1～3任一项所述的铁道的左右稳态加速度模拟装置，其特征在于，所述控制装置在所述第二再现加速度成为零的时刻所述基座正在左右某一方向移动时，将所述第二再现加速度调节为负值，同时据此调节所述第一再现加速度，使该基座停止。

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