JP2001255242A - 車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サービスの質を評価する意味での乗り心地指
標を与えることができる車体傾斜車両の曲線走行時の乗
り心地評価方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 左右加速度センサ２とロール角速度セン
サ４を有する車載センサ装置１と、この車載センサ装置
１からの情報を取込み、左右加速度最大値ｙ _p を演算す
る左右加速度最大値ｙ_p 演算装置１１、左右振動ジャー
ク最大値ｙ_jを演算する左右振動ジャーク最大値ｙ_j 演
算装置１２、ロール角速度最大値θ_pを演算するロール
角速度最大値θ_p 演算装置１３、ロール角加速度最大値
θ_j を演算するロール角加速度最大値θ_j 演算装置１４
と、それらの演算装置１１〜１４からの情報を取込み、
乗り心地評価演算を行う乗り心地評価演算装置１６と、
この乗り心地評価演算装置１６に接続され、乗り心地評
価表示を行う乗り心地評価表示装置１７を具備する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車体傾斜車両の曲
線走行時の乗り心地評価方法及びその装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】かかる鉄道車両の乗り心地に関する参考
文献としては、以下に挙げるものがある。

【０００３】（１）鈴木浩明：鉄道車両の振動乗り心地
に関する人間科学的研究，鉄道総研報告特別２４号，１
９９８ （２）小柳志郎：振子車の振動乗心地評価法 −車体傾
斜角速度による評価，鉄道技術研究報告，Ｎｏ．１２７
４，１９８４ （３）ＩＳＯ：Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｖｉｂｒａｔｉ
ｏｎ ａｎｄ ｓｈｏｃｋ−Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏ
ｆ ｈｕｍａｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｏ ｗｈｏｌｅ
−ｂｏｄｙ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｐａｒｔ１：Ｇｅｎ
ｅｒａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ＩＳＯ ２６３
１−１．ＩＳＯ，１９９７ （４）ＩＳＯ：Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａ
ｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅｔｏ ｗｈｏｌｅ−ｂｏｄｙ ｖ
ｉｂｒａｔｉｏｎ−Ｐａｒｔ４：Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ
ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈ
ｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎ
ｄ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｍｏｔｉｏｎ ｏｎ ｐａ
ｓｓｅｎｇｅｒ ａｎｄ ｃｒｅｗ ｃｏｍｆｏｒｔ
ｏｆｆｉｘｅｄ ｇｕｉｄｅｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒ
ｔ ｓｙｓｔｅｍｓ ＩＳＯ／ＣＤ ２６３１−４．Ｉ
ＳＯ，１９９８ （５）鈴木浩明・手塚和彦・吉岡博・高井秀之：鉄道振
動の快適性評価に関わる国際規格原案，鉄道総研報告，
ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．１１，ｐｐ．３７〜４２，１９９
８ （６）ＣＥＮ：Ｒａｉｌｗａｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏ
ｎｓ−Ｒｉｄｅ ｃｏｍｆｏｒｔ ｏｆ ｐａｓｓｅｎ
ｇｅｒｓ．Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｅｖａｌｕａ
ｔｉｏｎ，Ｆｉｎａｌ ｄｒａｆｔ，ＣＥＮ／ＴＣ２５
６ ｐｒＥＮＶ１２２９９．ＣＥＮ，１９９６ （７）仲川滋：在来線到達時分短縮にむけて −ＴＲＹ
−Ｚによる曲線通過速度向上試験−，ＪＲＥＡ，Ｖｏ
ｌ．４１，Ｎｏ．４，ｐｐ．２６〜２８，１９９８ （８）大野央人・鈴木浩明・芳賀一郎・辻野昭道・杉森
昌樹：鉄道車両の車体ローリング乗り心地を規定する要
因に関する一考察，日本機械学会第７回交通・物流部門
大会，ｐｐ．１８３〜１８４，１９９８ （９）鈴木浩明・白戸宏明・中川千鶴・大野央人：乗り
物酔いの評価に関する研究の現状と課題，鉄道総研報
告，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．１１，ｐｐ．１〜６，１９９
８ 従来、振子式車両等の車体傾斜車両は曲線走行時に車体
を自ら内傾し、乗客に作用する遠心力を補償して高速走
行することが可能なため、我が国では１９７０年代に導
入されて以来、急曲線が多い在来線区の特急列車のスピ
ードアップに貢献してきた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】傾斜制御技術の向上に
よって車体傾斜車両の乗り心地は格段に向上してきた
が、車体傾斜時のローリング等に起因すると考えられる
不快感が今日でも問題となる場合がある。

【０００５】車体傾斜車両の乗り心地に関わるいくつか
の目安値はあるものの、我が国では傾斜制御の違いに起
因する乗り心地の良否を総合的に評価する指標が提案さ
れたことはない。

【０００６】そこで、以下に既存の車体傾斜車両の乗り
心地の評価方法について説明する。

【０００７】〔１〕車体傾斜車両の乗り心地に影響する
要因 列車走行時に生じる振動は、その振幅や周波数が絶えず
変動している。このようなランダム振動の場合、振動波
形のどのような側面を計測すれば、人の快・不快の差に
対応する物理量となるのかが１つの検討課題となる。

【０００８】車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地を考
える上で重要なのは、左右方向の並進振動（左右振動）
と回転振動（ローリング）であり、とりわけ後者は車体
傾斜車両に特有の問題となる。

【０００９】図２は車体傾斜車両が直線から曲線にかけ
て走行した際に生じるローリングの角速度（ロール角速
度）と左右振動加速度の変化を時間軸に沿って模式的に
示した図である。

【００１０】例えば、緩和曲線区間に入ると車体が傾斜
し始めるため、ロール角速度〔図２（ａ）参照〕の値は
徐々に大きくなるが、円曲線に入ると車体傾斜を終えて
再びほぼ０に戻る。ただし、車両のサスペンションと軌
道の相互影響により生じる繰り返し動揺などのため、直
線や円曲線中でローリングの値が完全に０となるわけで
はない。車体傾斜時のローリングの大きさを表す物理量
としては、緩和曲線中のロール角速度の最大値（θ_p ）
や、その変化率を意味するロール角加速度の最大値（θ
_j ）が代表的である。

【００１１】一方、起動狂いと車両の動的な相互作用に
起因して生じる左右振動加速度〔図２（ｂ）参照〕の場
合は、緩和曲線区間に入ると車両に加わる遠心力の大き
さに応じて、基線からのずれが観測される。円曲線区間
では、走行速度が変化しない限りは、基線からのずれの
程度はほぼ一定（定常的）である。このように、車両が
円曲線を走行するときに定常的に生じる車体床面に平行
な左右加速度を左右定常加速度ｙ_a と呼ぶ。左右定常加
速度ｙ_a は一般に左右振動加速度波形にローパスフィル
タをかけて得られた低周波成分の平均値として求められ
る。

【００１２】逆に、こうした低周波数成分を無視してい
わゆる振動分１波の最大振幅をその区間内の代表値とす
るｐ−ｐ値ｙ_m （ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ ｖａｌｕ
ｅ）も、指標として広く用いられる。なお、基線から片
側のみの最大振幅を代表値とする場合はピーク値とい
う。さらには、低周波分・高周波分を合わせて、基線か
らのずれを含む左右振動加速度の最大値を読み取った左
右加速度最大値ｙ_p や、緩和曲線中の左右振動加速度の
時間変化率（ジャーク）最大値ｙ_j などを指標として用
いることもある。

【００１３】乗り心地の快−不快はこれら様々な振動特
性に影響されるため、車体傾斜車両の曲線走行時の振動
特性を表す指標としてどのような代表値を選ぶかによっ
て、評価結果が左右される。

【００１４】次に、これまでに用いられてきた主な代表
値を概観する〔参考文献（１）〕。

【００１５】〔２〕日本における評価法 〔２−１〕左右振動加速度と左右定常加速度 国鉄時代に設けられた乗り心地基準では、一般走行時
（＝直線区間の等速走行時等）と曲線走行時を分けて考
えている。

【００１６】一般走行時については、左右、上下、前後
方向の振動加速度ピーク値をもとに乗り心地を５段階評
価する「乗り心地係数」や、後述するＩＳＯ規格を参考
に、振動加速度の実効値（ｒｍｓ値）で乗り心地を評価
する「乗り心地レベル」等が提案されている。

【００１７】一方、曲線走行時の乗り心地の程度は、左
右定常加速度の大きさで評価され、「５％の立位乗客が
許容できないとする定常加速度は０．８ｍ／ｓ² であ
る」との目安値が１９６０年代に提案されている。今日
でも一部の例外を除き、この値を超えないように曲線通
過速度が制限されている。

【００１８】〔２−２〕ロール角速度とロール角加速度 曲線走行時に車体を内傾することで、左右定常加速度を
低減し、より高速走行が可能になるよう開発されたのが
車体傾斜車両である。車体傾斜機構には幾つかのタイプ
があり、我が国で初期に導入された振子式車両は、車両
に遠心力が働くとコロに載った車体が自然に内傾する方
式（自然振子式）を採用していた。しかし、この方式で
は、曲線に入ってから車体が傾斜し始める振り遅れ等に
より、曲線線形に沿ったスムーズな車体傾斜ができない
場合があった。このため、（特に立位での）乗り心地は
芳しくなく、酔いやすいとの評価もあった。検討の結
果、車体傾斜に伴う低周波ローリングが問題であり、良
好な乗り心地を確保するには下記の条件を満たす必要が
あることが結論づけられた。

【００１９】ロール角速度等から「良い」と判定される
条件は、以下のとおりである。

【００２０】曲線出入口でのロール角速度が小さい
（限度の目安は５ｄｅｇ／ｓ）。

【００２１】曲線出入口でのロール角加速度が小さい
（限度の目安は１５ｄｅｇ／ｓ² ）。曲線出入口での
ロール角加速度波形が左右対称、かつ正弦波状である。

【００２２】車体左右加速度に衝撃波形が生じない。 上記の５ｄｅｇ／ｓ、１５ｄｅｇ／ｓ² という値は現在
でも目安値として活用されている。

【００２３】その後、空気アクチュエータをコンピュー
タで制御する方式を導入したことで傾斜制御の精度は格
段に向上した。現在では、すべてのＪＲ旅客会社が急曲
線の多い在来線区の特急列車に制御付き振子式車両を採
用している。

【００２４】〔２−３〕諸外国における検討例 〔２−３−１〕ＩＳＯの評価指針（ＩＳＯ２６３１） ＩＳＯによる「全身振動に対する人体曝露の評価（ＩＳ
Ｏ２６３１）」は鉄道車両の乗り心地評価に影響を及ぼ
した国際規格であり〔参考文献（１）〕、今日では、鉄
道振動の評価方法をＩＳＯ２６３１の独立したパート
（Ｐａｒｔ４）として制定するための審議も行われてい
る〔参考文献（３）〜（５）〕。この規格案には「ロー
リングが乗り心地に影響する要因の１つであり、大きな
ロール角速度の運動に繰り返し曝露されると乗り物酔い
に陥りやすい」ことが記されているが、その具体的な測
定・評価法は明確になっていない。

【００２５】〔２−３−２〕欧州規格案 車体傾斜車両の曲線乗り心地について最も参考となるの
は、欧州標準化委員会（ＣＥＮ）で審議中の欧州規格
（ＥＮ）案である。国際鉄道連合（ＵＩＣ）の一連の研
究報告書をベースにしたＥＮ案には次のような曲線乗り
心地指標（Ｐ_CT）が提案されている。

【００２６】

【数１】

【００２７】なお、左右振動については、ＩＳＯ２６３
１を参考にした、図３に示されるローパスフィルタによ
る周波数補正を行った後の値を用いる必要がある。上記
した式（１），（２）の括弧内の項は正の値となる場合
のみ採用され、負の場合には、ロール角速度のみで表さ
れる式となる。

【００２８】〔２−４〕開発目的の違い・一体感評価と
設計仕様 開発目的の違いに着目すると、従来の様々な評価指標は
以下の２つに大別できる。１つは「人の感じる快−不快
の変化と最も高い相関を持つような振動特性の物理的変
化を定量化し、物理量の大きさから乗り心地の程度を予
測可能な評価関数を作成する」ことを目的としたもので
あり、もう１つは、「商品やサービスを提供する際に必
要な設計標準を得ること」を目的としたものである。両
者の違いは絶対的なものではないが、その目的の違いか
ら必要とされる指標の形態が異なることが多い。

【００２９】〔２−４−１〕多項式による快−不快の表
現 乗り心地の快−不快は様々な振動特性に影響されるた
め、体感との相関が最も高くなるように各種の振動特性
の重みづけ和を求めて、例えば、ＥＮ案のような評価式
を作成することができる。ところが、このように表現す
ると、各々の変数を物理的にどの程度低減すれば、乗り
心地がどう変化するかが分かりにくい。

【００３０】このため、「軌道管理や車両設計に反映し
づらい指標」と評価されがちな傾向がある。設計・管理
面からは、「θ_p は５ｄｅｇ／ｓ，θ_j は１５ｄｅｇ／
ｓ²，ｙ_a は０．８ｍ／ｓ² 以下に抑えること」といっ
た許容値で表す方が適している。

【００３１】しかしながら、このような管理基準では、
物理量の変化に伴って快−不快の程度がどう変化するか
の定量化は困難である。

【００３２】〔２−４−２〕サービスの質への認識の違
い 以上から、乗客の体感的な良否を表す指標と、軌道管理
や車両設計に有用な指標は必ずしも同じでないことがわ
かる。欧州では管理・設計用の基準と体感乗り心地の評
価関数を区別した上で、乗り心地指標の規格化を進めて
いるが、我が国では「すぐに役に立つ」ことが強調され
るため、設計・管理指標としての乗り心地に目が行きが
ちで、サービスの総合品質指標としての乗り心地基準の
検討は遅れている。

【００３３】このため、本発明は、サービスの質を評価
する意味での乗り心地指標を与えることができる車体傾
斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法及びその装置を
提供することを目的とする。

【００３４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔１〕車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法に
おいて、緩和曲線区間において、左右加速度最大値
ｙ_p 、左右振動ジャーク最大値ｙ_j 、ロール角速度最大
値θ_p 、ロール角加速度最大値θ_j の４変数を算出し、
その重みづけ合成和を作成することにより、体感と相関
の高い乗り心地評価を行うことを特徴とする。

【００３５】〔２〕上記〔１〕記載の車体傾斜車両の曲
線走行時の乗り心地評価方法において、次の式に従って
乗り心地評価演算を行うことを特徴とする。

【００３６】立位：ＴＣ_T-R ＝０．６ｙ_p ＋０．３ｙ_j
＋０．０３θ_p ＋０．１２θ_j＋０．５ 座位：ＴＣ_T-Z ＝０．４ｙ_p ＋０．４ｙ_j ＋０．０２θ
_p ＋０．０４θ_j＋０．８ 〔３〕上記〔２〕記載の車体傾斜車両の曲線走行時の乗
り心地評価方法において、前記演算値が３を超える場合
には「不快」な乗り心地であり、２未満である場合に
は、「全く問題ない」なく、ただし、この式の計算結果
が負の値となる場合には近似的に０とみなすことを特徴
とする。

【００３７】〔４〕車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心
地評価装置において、（ａ）左右加速度センサとロール
角速度センサを有する車載センサ装置と、（ｂ）その車
載センサ装置からの情報を取込み、左右加速度最大値ｙ
_p を演算する左右加速度最大値ｙ_p 演算装置、左右振動
ジャーク最大値ｙ_j を演算する左右振動ジャーク最大値
ｙ_j 演算装置、ロール角速度最大値θ_p を演算するロー
ル角速度最大値θ_p 演算装置、ロール角加速度最大値θ
_j を演算するロール角加速度最大値θ_j 演算装置と、
（ｃ）それらの演算装置からの情報を取込み、乗り心地
評価演算を行う乗り心地評価演算装置と、（ｄ）その乗
り心地評価演算装置に接続され、乗り心地評価表示を行
う乗り心地評価表示装置を具備することを特徴とする。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、詳細に説明する。

【００３９】本発明によれば、４種の振動特性の重みづ
け合成値で乗り心地を予測する以下のような評価式を作
成した。重回帰係数は立位、座位ともに０．７０であ
り、精度を下げることなく、汎用的な指標を作成するこ
とができた。

【００４０】立位：ＴＣ_T-R ＝０．６ｙ_p ＋０．３ｙ_j
＋０．０３θ_p ＋０．１２θ_j＋０．５ 座位：ＴＣ_T-Z ＝０．４ｙ_p ＋０．４ｙ_j ＋０．０２θ
_p ＋０．０４θ_j＋０．８ この式から得られる値は以下に述べる現車試験で用いた
４段階の評価尺度と対応しているので、計算結果が３を
超える場合には「不快」な乗り心地であり、２未満であ
る場合には、「全く問題ない」ことを意味している。た
だし、この式の計算結果が負の値となる場合には近似的
に０とみなす。

【００４１】図１は本発明の実施例を示す車体傾斜車両
の曲線走行時の乗り心地評価装置の概略構成図である。

【００４２】この図において、車載センサ装置１とし
て、左右加速度センサ２、ロール角速度センサ４が搭載
され、それらの出力信号は、乗り心地評価データ処理装
置１０に取り込まれる。その乗り心地評価データ処理装
置１０は、左右加速度センサ２からの左右加速度の最大
値として得られる左右加速度最大値ｙ_p 演算装置１１、
左右加速度センサ２からの左右加速度情報の変化率の最
大値として得られる左右振動ジャーク最大値ｙ_j 演算装
置１２、ロール角速度センサ４からのロール角速度の最
大値として得られるロール角速度最大値θ_p 演算装置１
３、ロール角速度センサ４からのロール角速度を微分し
て得られるロール角加速度最大値θ_j 演算装置１４、計
時装置（同期装置）１５などから構成され、それぞれの
出力情報が乗り心地評価演算装置１６において、 立位：ＴＣ_T-R ＝０．６ｙ_p ＋０．３ｙ_j ＋０．０３θ
_p ＋０．１２θ_j＋０．５ 座位：ＴＣ_T-Z ＝０．４ｙ_p ＋０．４ｙ_j ＋０．０２θ
_p ＋０．０４θ_j＋０．８ の式の演算処理を行い、乗り心地表示装置１７にて乗り
心地を表示する。

【００４３】例えば、計算結果が３を超える場合には
「不快」な乗り心地であり、２未満である場合には、
「全く問題ない」ことになる。ただし、計算結果が負の
値となる場合には近似的に０とみなす。このような数値
に基づいて、「不快」な場合には、人間のしかめ面を乗
り心地表示装置１７の表示面に表示したり、「全く問題
ない」場合には人間の笑顔を表示面上に描くようにする
など工夫することができる。当然に、数値を４段階にし
て、それに応じた画像による表示などを行わせるように
してもよい。

【００４４】このように、緩和曲線区間において、左
右加速度最大値、左右振動ジャーク最大値、ロール
角速度最大値、ロール角加速度最大値の４変数を算出
し、その重みづけ合成和を作成することで、体感と相関
の高い評価が可能となる。なお、この指標は「左右方向
の並進振動・回転振動（ローリング）それぞれの最大値
（ｙ_p ，ｙ_j ）と変化率最大値（θ_p ，θ_j ）から構成
されていると換言することができる。

【００４５】以下、詳細に説明する。

【００４６】〔１〕現車での体感評価試験の実態につい
て、 〔１−１〕試験目的 ここでは、車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地に影響
する振動特性を検討し、体感と適合した乗り心地評価方
法を作成するための資料を得る。

【００４７】〔１−２〕試験実施概要 試験は、１９９８年９月に中央車線の四方津−甲斐大和
間で実施した。供試車両は東日本旅客鉄道株式会社のＥ
９９１系試験電車（ＴＲＹ−Ｚ）３両編成であり、試験
はＴ車内で実施した。曲線に入ると超過遠心力と制御力
によって重心が外側に振り出されて車体を傾斜させる従
来の振り子式車両と異なり、この試験車両は油圧による
強制車体傾斜方式を採用しており、曲線で強制的に重心
を内側に移動させることができる。

【００４８】また、任意の地点で車体を傾斜させ始めた
り、一定の傾斜角で車体傾斜を止めるなど、個々の曲線
毎に傾斜制御条件を比較的自由に設定できる特色があ
る。

【００４９】試験には鉄道関係者２８名（立位１２名、
座位１６名）が被験者として参加した。

【００５０】〔１−２−１〕試験方法 区間内に１３個の試験曲線（曲線半径Ｒ＝４００ｍ、カ
ントｃ＝１０５ｍｍ、円曲線長の平均値＝３２７ｍ）を
設け、各曲線の開始・終了時を放送で被験者に知らせ
た。各試験曲線について、図４に示す区間（Ａ〜Ｃ）毎
に４段階尺度で乗り心地を評価する作業を被験者に課し
た。なお、評価用語は既存の研究を参考に以下のように
選定した。 （１）まったく問題ない （２）やや気になる程度 （３）不快であるが許容範囲内である （４）不快であり許容できない 〔１−２−２〕試験走行条件 新たな評価法について検討するための資料を得るには、
現在営業運転中の列車の車体傾斜パターンをはじめ、様
々な走行条件下で被験者の評価データを収集する必要が
ある。このため、下記に示す各要因を変化させることに
より、多様な傾斜制御パターンでのデータ収集を図っ
た。１日の試番数は４回であり、試験は６日間にわたっ
て昼間の時間帯で実施した。なお、試験の実施順序が評
価に影響しないよう、各条件の走行順序はランダムに配
置した。

【００５１】操作した車体傾斜制御変数：変域と変化ス
テップは以下の通りである。

【００５２】車体傾斜角：４〜７度（１度刻み） 左右定常加速度補償率：６０〜１００％（２０％刻
み） 曲線走行速度：９０〜１１０ｋｍ／ｈ（５ｋｍ／ｈ刻
み） 車体傾斜タイミング：緩和曲線の長さ相当分、前もし
くは後に移動（緩和曲線長の１／２の長さ刻み） 〔１−２−３〕測定物理量 車体振動加速度、車体ロール角・ロール角速度を測定
し、合わせて速度、キロポストマーカーを記録した。 〔２〕結果と考察 本発明では、乗り心地に影響する振動特性の検討と、車
体傾斜車両の乗り心地評価方法の提供に焦点を当てて考
察する。このため、個々の車体傾斜制御条件と体感評価
との関係についての検討は省略する。

【００５３】被験者の評定値データについては、１〜４
の評点を人間の感覚量に対応する値とみなし、立位・座
位別に全被験者の評定平均値を求め、これを「乗り心地
の程度を表す指標」とした。なお、特に断りのない限り
入口側・出口側の緩和曲線の評価（図４のＡ、Ｃ）は区
別せず、合わせて分析に用いた。一方、物理量について
は、図２のｙ_p ，ｙ_j ，θ_p ，θ_j の４種を分析に用い
た。前３者はＥＮ規格案に用いられている指標であり、
θ_p とθ_j は日本における従来の評価で用いられてきた
指標である。

【００５４】〔２−１〕個々の物理量と評価値の相関 〔２−１−１〕物理量間の相関 ４種の物理量間の相関係数を表１に示す。ｙ_p とθ_p ，
ｙ_p とθ_j が独立とみなせる以外、他の変数間の相関は
統計的に有意であることが明らかになった。

【００５５】

【表１】

【００５６】〔２−１−２〕物理量と評定値（被経験者
評定平均値）との相関・偏相関 上記の４変数の各々と被験者評定平均値との相関係数を
立位・座位別に示したのが表２の左欄である。

【００５７】

【表２】

【００５８】また、上記表１に示されるように、物理量
同士が独立でないことを考慮して偏相関係数を算出した
結果を表２の右欄に示す。ここで、偏相関係数とは相関
を調べたい変数ペア以外の変数の影響を取り除いて算出
した相関係数である。例えばこの表では、ｙ_j ，θ_p ，
θ_j の影響を取り除いた場合のｙ_p と評定平均値との相
関係数は立位で０．３８、座位で０．１９であることを
示している。相関係数で見ると立位・座位ともにｙ_j の
値が最も大きいが、立位の場合には、他の変数の影響を
取り除くとθ_j の相関が最も高い。ただし、最も高い偏
相関係数でも、０．５未満であるため、単独の変数で体
感乗り心地の程度を予測するには限界があることが分か
る。

【００５９】〔２−２〕緩和曲線の乗り心地評価指標 以上により、体感と相関の高い評価指標を作成するに
は、複数物理量の合成変数を用いるのが望ましいとの結
果が得られた。そこで、幾つかの合成変数について、体
感との適合度がどの程度あるかを検討する。

【００６０】〔２−２−１〕ローリングのみを用いた評
価 日本ではθ_p とθ_j の目安値で車体傾斜車両の乗り心地
を評価してきたので、まず、この２要因で合成変数を作
成した場合にどの程度の精度が得られるかを分析する。
θ_p とθ_j を独立変数、立位・座位別の評定値を従属変
数としてステップワイズ式の重回帰分析で検討した結
果、以下の回帰式を得た。

【００６１】 立位：Ｎ₁₁＝０．１２θ_p ＋０．０３θ_j −０．８０ …（３） 座位：Ｎ₁₂＝０．０６θ_p ＋０．０２θ_j −０．９６ …（４） なお、ステップワイズ式重回帰分析とは、従属変数に生
じた差の理由を説明できるような、最も効率的な独立変
数の組み合わせを取捨選択する統計技法であり、今回の
例でいえば、乗り心地評価に影響している振動特性の組
み合わせを選び出すことを意味する。分析結果によれ
ば、θ_p ，θ_j ともに有効な変数として採択された。た
だし、振動特性と評定値との結び付きの強さを表す重回
帰係数は立位０．５５、座位０．４２であり、それほど
高くはない。

【００６２】〔２−２−２〕ＥＮ方式の評価 次に、ＥＮ案のＰ_CT（ｙ_p ，ｙ_j ，θ_p の合成変数）を
独立変数とした回帰分析の結果、以下の回帰式を得た。
回帰係数は立位０．６７、座位０．６５であり、上記式
（３）、（４）より高い値となった。なお、ＥＮ案では
Ｐ_CTの適用対象を入口側緩和曲線のみとしているが、本
発明の試験では入口、出口側ともにほぼ同程度の回帰係
数が得られたため、両者を合わせて分析した。

【００６３】 立位：Ｎ₂₁＝０．０３Ｐ_CT＋１．１２ …（５） 座位：Ｎ₂₂＝０．０５Ｐ_CT＋１．１４ …（６） 〔２−２−３〕新たな評価指標の検討 上記式（３）〜（６）の回帰係数はいずれも統計的に有
意であり、一定の信頼性が確認された。ＥＮ指標の方が
信頼度は高く、０．６を超える回帰係数が得られた。従
って、今後の国際化の流れを考慮すれば、この指標をそ
のまま曲線乗り心地指標として採用するのも一案であ
る。

【００６４】しかしながら、本発明では、以下の点を勘
案して新たな指標の作成を試みることとした。

【００６５】（１）緩和曲線の長さや形状、鉄道車両の
乗り心地への期待値などは国によって異なる。このた
め、ＥＮ案の各変数の重みづけ値を日本の評価にそのま
ま適用すべきかどうかについて（式の各変数の有効桁数
を含めて）疑問が残る。

【００６６】（２）日本ではこれまで車体傾斜車両の乗
り心地評価にロール角加速度を活用しており、この指標
の有効性は定置試験結果でも確認されている〔参考文献
（８）〕ことから、ロール角加速度を加えた指標とす
る。

【００６７】以上の方針に従い、ｙ_p ，ｙ_j ，θ_p ，θ
_j の４変数を独立変数としたステップワイズ式重回帰分
析を実施した。なお、ＥＮ案ではロール角速度を指数関
数で計算しているが、本発明では直線回帰式を用いた。
分析の結果、４変数全てが評価に有効な変数として採択
され、以下の回帰式が得られた。なお、重回帰係数は立
位０．７４、座位０．６８であり、ＥＮ案より高い値を
示した。

【００６８】 立位：Ｎ₃₁＝０．７２ｙ_p ＋０．３６ｙ_j ＋０．０４θ_p ＋０．１１θ_j −０．４３ …（７） 座位：Ｎ₃₂＝０．２３ｙ_p ＋０．４４ｙ_j ＋０．０２θ_p ＋０．０１θ_j −０．７９ …（８） 〔２−２−４〕本発明にかかる総合評価指標（ＴＣ_T ） 乗り心地の評価は刺激の絶対強度のみでなく、刺激の変
域や分布等の影響を受けた相対評価になりがちである。
このため、一回の試験で得られた評価式が別の試験結果
には適合しないことがある。そこで、同様の手続きで行
われた別の現車試験や室内実験等の結果を参考に係数の
修正を行い、４種の振動特性の重みづけ合成値で乗り心
地を予測する評価式を作成した。重回帰係数は立位、座
位ともに０．７０であり、上記式（７）〜（８）の精度
を下げずに汎用的な指標を作成することができた。

【００６９】 立位：ＴＣ_T-R ＝０．６ｙ_p ＋０．３ｙ_j ＋０．０３θ_p ＋０．１２θ_j ＋０．５ …（９） 座位：ＴＣ_T-Z ＝０．４ｙ_p ＋０．４ｙ_j ＋０．０２θ_p ＋０．０４θ_j ＋０．８ …（１０） この式から得られる値は現車試験で用いた４段階の評価
尺度と対応しているので、計算結果が３を超える場合に
は「不快」な乗り心地であり、２未満である場合には、
「全く問題ない」ことを意味している。ただし、この式
の計算結果が負の値となる場合には近似的に０とみな
す。

【００７０】なお、この分析で用いたデータを対象にＥ
Ｎ案のＰ_CTを算出した結果、重回帰係数は立位０．５
９、座位０．６７であり、本発明の総合評価指標ＴＣ_T
の方が適合性が高いことが確認された。 〔２−２−５〕指標の適用範囲 指標の適用範囲に関わる留意点をいくつか述べる。

【００７１】（１）この指標は車体傾斜車両を対象にし
た検討結果に基づいているため、非傾斜方式の車両の乗
り心地評価にも適用可能かどうかについては別途検討が
必要である。

【００７２】（２）同様に、走行速度、曲線形状、軌道
管理状態などが異なる新幹線の評価に適用する場合に
も、別途検討が必要である。

【００７３】（３）本発明では、座位と立位の評価式を
提案したが、在来線特急列車の運転状況等を考慮すれ
ば、より評価が厳しい立位の評価式を用いる方が望まし
い。

【００７４】（４）人間の快−不快は期待値との比較で
決まるため、車両の走行性能や鉄道をとりまく環境の変
化に応じて、絶えず柔軟に評価指標を修正していく必要
がある。 〔３〕本発明では、車体傾斜車両が曲線区間を走行する
際の乗り心地に影響する要因について検討を行い、緩和
曲線走行時の乗り心地の総合評価指標（ＴＣ_T ）を提案
した。緩和曲線区間において、左右加速度最大値、
左右振動ジャーク最大値、ロール角速度最大値、ロ
ール角加速度最大値の４変数を算出し、その重みづけ合
成和を作成することで、体感と相関の高い評価が可能と
なることを明らかにした。なお、この指標は「左右方向
の並進振動・回転振動（ローリング）それぞれの最大値
（ｙ_p ，ｙ_j ）と変化率最大値（θ_p ，θ_j ）から構成
されていると換言することができる。また、評価の程度
は４段階区分で表示できる。

【００７５】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、それらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００７６】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価にお
いて、サービスの質を評価する意味での乗り心地指標及
びその装置を与えることができる。

【００７７】特に、緩和曲線区間において、左右加速
度最大値、左右振動ジャーク最大値、ロール角速度
最大値、ロール角加速度最大値の４変数を算出し、そ
の重みづけ合成和を作成することで、体感と相関の高い
評価が可能となる。

【００７８】なお、この指標は「左右方向の並進振動・
回転振動（ローリング）それぞれの最大値（ｙ_p ，
ｙ_j ）と変化率最大値（θ_p ，θ_j ）から構成されてい
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す車体傾斜車両の曲線走行
時の乗り心地評価装置の概略構成図である。

【図２】車体傾斜車両が直線から曲線にかけて走行した
際に生じるローリングの角速度（ロール角速度）と左右
振動加速度の変化を時間軸に沿って模式的に示した図で
ある。

【図３】ローパスフィルタによる周波数補正を示す図で
ある。

【図４】乗り心地の評価区間を示す図である。

【符号の説明】

１ 車載センサ装置 ２ 左右加速度センサ ４ ロール角速度センサ １０ 乗り心地評価データ処理装置 １１ 左右加速度最大値ｙ_p 演算装置 １２ 左右振動ジャーク最大値ｙ_j 演算装置 １３ ロール角速度最大値θ_p 演算装置 １４ ロール角加速度最大値θ_j 演算装置 １５ 計時装置（同期装置） １６ 乗り心地評価演算装置 １７ 乗り心地表示装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 白戸 宏明 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人 鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 田中 綾乃 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人 鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 手塚 和彦 東京都国分寺市光町二丁目８番地38 財団 法人 鉄道総合技術研究所内 (72)発明者 仲川 滋 東京都渋谷区代々木二丁目二番二号 東日 本旅客鉄道株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評
   価方法において、 緩和曲線区間において、左右加速度最大値ｙ_p 、左右振
   動ジャーク最大値ｙ_j、ロール角速度最大値θ_p 、ロー
   ル角加速度最大値θ_j の４変数を算出し、その重みづけ
   合成和を作成することにより、体感と相関の高い乗り心
   地評価を行うことを特徴とする車体傾斜車両の曲線走行
   時の乗り心地評価方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の車体傾斜車両の曲線走行
   時の乗り心地評価方法において、次の式に従って乗り心
   地評価演算を行うことを特徴とする車体傾斜車両の曲線
   走行時の乗り心地評価方法。 立位：ＴＣ_T-R ＝０．６ｙ_p ＋０．３ｙ_j ＋０．０３θ
   _p ＋０．１２θ_j＋０．５ 座位：ＴＣ_T-Z ＝０．４ｙ_p ＋０．４ｙ_j ＋０．０２θ
   _p ＋０．０４θ_j＋０．８
3. 【請求項３】 請求項２記載の車体傾斜車両の曲線走行
   時の乗り心地評価方法において、前記演算値が３を超え
   る場合には「不快」な乗り心地であり、２未満である場
   合には、「全く問題ない」ないものとする。ただし、こ
   の式の計算結果が負の値となる場合には近似的に０とみ
   なすことを特徴とする車体傾斜車両の曲線走行時の乗り
   心地評価方法。
4. 【請求項４】 車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評
   価装置において、（ａ）左右加速度センサとロール角速
   度センサを有する車載センサ装置と、（ｂ）該車載セン
   サ装置からの情報を取込み、左右加速度最大値ｙ_p を演
   算する左右加速度最大値ｙ_p 演算装置、左右振動ジャー
   ク最大値ｙ_j を演算する左右振動ジャーク最大値ｙ_j 演
   算装置、ロール角速度最大値θ_p を演算するロール角速
   度最大値θ_p 演算装置、ロール角加速度最大値θ_j を演
   算するロール角加速度最大値θ_j 演算装置と、（ｃ）そ
   れらの演算装置からの情報を取込み、乗り心地評価演算
   を行う乗り心地評価演算装置と、（ｄ）該乗り心地評価
   演算装置に接続され、乗り心地評価表示を行う乗り心地
   評価表示装置を具備することを特徴とする車体傾斜車両
   の曲線走行時の乗り心地評価装置。