JP2002014012A

JP2002014012A - 鉄道の左右定常加速度模擬装置

Info

Publication number: JP2002014012A
Application number: JP2000198775A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Hashimoto; 淳橋本; Hitoshi Okabe; 仁岡部; Eiichi Morimoto; 栄一森本
Original assignee: Central Japan Railway Co
Current assignee: Central Japan Railway Co
Priority date: 2000-06-30
Filing date: 2000-06-30
Publication date: 2002-01-18
Also published as: ES2427113T3; HK1056250A1; CA2416997C; KR100574598B1; EP1313080A1; TW476927B; KR20030044919A; EP1313080B1; CA2416997A1; WO2002003360A1; CN1440547A; CN1200399C; EP1313080A4

Abstract

(57)【要約】【課題】コンパクトな構成でありながら長期にわたっ
て鉄道車両に左右定常加速度がかかる場合を模擬でき
る。【解決手段】本発明の乗心地模擬装置において、制御
装置は各アクチュエータ４０を作動させることにより、
模擬客室１０をロールさせる。すると、模擬客室１０は
徐々に傾き始めるが、その傾斜角度θに応じて重力加速
度ｇのうち傾斜面に沿った分力即ち第１再現加速度Ｇ１
が発生する。つまり、模擬客室１０の乗員は、ロールに
よって第１再現加速度Ｇ１を体感する。また、制御装置
は左右移動装置を介して模擬客室１０を左右いずれかの
方向に加速度Ｇで移動させることにより、模擬客室１０
の乗員は第２再現加速度Ｇ２を体感する。この結果、模
擬客室１０の乗員は、第１再現加速度Ｇ１と第２再現加
速度Ｇ２との和を鉄道の左右定常加速度として体感す
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、鉄道車両がカーブ
等を走行する際に発生する左右定常加速度を模擬するた
めの左右定常加速度模擬装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉄道車両の乗心地向上のためには、軌道
や車両の状態によってさまざまに変化する振動や加速度
を乗客の立場から的確に評価する必要がある。このよう
な評価を行うには、営業列車の合間を縫って実験用列車
を走行させることが考えられるが、以下の問題がある。

【０００３】即ち、走行毎の車両条件や軌道条件を揃え
るのが容易ではなく、再現性がよくないため、評価の確
度が低いこと、試験間隔を短くしたり多数回試験を行っ
たりすることが経済的にも効率的にも困難であり、開発
期間が長くなること、性能や特性などの条件を変更する
ことが容易でないこと、等の問題がある。

【０００４】一方、実験用列車に頼らず乗心地を模擬す
る装置としては、上下軸、左右軸、前後軸の振動にロー
ル軸（前後軸回りの回転運動）を加えた４軸の簡易な振
動台による模擬装置が知られている（例えば人間工学第
３３巻第１１３〜１１６頁（１９９７年）参照）。この
模擬装置は、４軸のうち任意の複数軸の同時加振が可能
なものである。この模擬装置によれば、実験用列車を走
行する場合のような問題は解消される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鉄道車
両がカーブを走行する際に発生する左右定常加速度を模
擬する装置については未だ知られていない。このような
左右定常加速度模擬装置としては、模擬客室を左右方向
に移動させることにより発生する加速度を利用すること
が考えられるが、カーブ区間が長い場合には長期にわた
って左右定常加速度がかかることになるため、それを模
擬しようとすれば左右方向に非常に長いレールが必要に
なり、装置構成が大型化するという問題が生じる。

【０００６】本発明は上記問題点を解決することを課題
とするものであり、コンパクトな構成でありながら長期
にわたって鉄道車両に左右定常加速度がかかる場合を模
擬可能な鉄道の左右定常加速度模擬装置を提供すること
を目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
を解決するため、本発明は、鉄道車両の内装を模擬した
模擬客室と、前記模擬客室を支持する土台と、前記土台
と前記模擬客室との間に設けられ、前記模擬客室に対し
て少なくとも前後軸回りの回転運動を付与可能なロール
付与手段と、前記土台を左右いずれかの方向に移動させ
る左右移動手段と、前記ロール付与手段と前記左右移動
手段を制御する制御手段とを備えた鉄道の左右定常加速
度模擬装置であって、前記制御手段は、前記ロール付与
手段によって前記模擬客室を前後軸回りに回転させ傾斜
させることにより重力加速度のうち傾斜面に沿った分力
である第１再現加速度を前記模擬客室の乗員に発生させ
ると共に、前記左右移動手段によって前記土台を左右い
ずれかの方向に加速度運動させることにより第２再現加
速度を前記模擬客室の乗員に発生させ、前記第１再現加
速度と前記第２再現加速度の両方を利用して鉄道の左右
定常加速度とすることを特徴とする。

【０００８】本発明の左右定常加速度模擬装置では、模
擬客室と一体化された土台を加速度運動させることによ
り模擬客室の乗員が体感する加速度のみを利用して鉄道
の左右定常加速度を模擬するのではなく、この加速度に
加えて模擬客室をロール回転させ傾斜させることにより
模擬客室の乗員が体感する加速度を利用することによ
り、鉄道の左右定常加速度を模擬している。

【０００９】したがって、本発明の左右定常加速度模擬
装置によれば、例えばカーブ区間が長い場合のように長
期にわたって左右定常加速度がかかる場合であっても、
模擬客室の加速度運動により模擬客室の乗員が体感する
加速度に加えて、模擬客室を傾斜させることにより模擬
客室の乗員が体感する加速度を利用してその左右定常加
速度を模擬するため、模擬客室を左右方向に移動させる
移動量をそれほど大きくする必要がない。このため、コ
ンパクトな構成で長期にわたって鉄道車両に左右定常加
速度がかかる場合を模擬可能である。

【００１０】本発明の左右定常加速度模擬装置におい
て、制御手段は、ロール付与手段によって模擬客室を前
後軸回りに回転させるときの角加速度又は角速度を、人
間が回転していると認識できない範囲内に設定すること
が好ましい。この場合、模擬客室がロール回転している
にもかかわらず、模擬客室の乗員はそれに気づかないた
め、乗心地に違和感を感じることがない。なお、上記範
囲は予め経験的に定めておけばよい。

【００１１】本発明の左右定常加速度模擬装置におい
て、制御手段は、第１再現加速度で足りない分を第２再
現加速度で補償することにより鉄道の左右定常加速度と
することが好ましい。つまり、鉄道の左右定常加速度を
模擬するにあたり、第１再現加速度をメインに位置づ
け、それを補償する形で第２再現加速度を利用するので
ある。この場合、模擬しようとする左右定常加速度に占
める第２再現加速度の割合が少なくなるため、模擬客室
と一体化された土台の移動距離を短くすることができ、
装置構成を一層コンパクト化できる。

【００１２】本発明の左右定常加速度模擬装置におい
て、制御手段は、第２再現加速度がゼロになった時点で
土台が左右いずれかの方向に移動している場合には、そ
の土台が停止するように第２再現加速度を負の値に調整
すると共にそれに応じて第１再現加速度を調整すること
が好ましい。第２再現加速度がゼロになった時点では、
第１再現加速度のみで左右定常加速度を模擬しているた
め、その状態をそのまま維持しても左右定常加速度を模
擬できる。しかし、第２再現加速度がゼロになった時点
で土台が移動している場合、その状態をそのまま維持す
ると土台が定速で移動し続けることになり、結果的に左
右方向の移動量が大きくなる。そこで、このような場合
には、土台が停止するように第２再現加速度を負の値に
調整すると共にそれに応じて第１再現加速度を調整する
ことが好ましい。このようにすれば、土台が移動し続け
ることはないため、装置構成をコンパクト化できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施形態
を図面に基づいて説明する。図１は本実施形態の乗心地
模擬装置の全体構成図である。本実施形態の乗心地模擬
装置１は、本発明の左右定常加速度装置の一例を表すも
のであり、模擬客室１０、客室載置台２０、土台３０、
６本のアクチュエータ４０、駆動装置５０、制御装置６
０を備えている。

【００１４】模擬客室１０は、鉄道車両の内装を模擬し
た閉空間であり、鉄道車両と同じ座席１１が鉄道車両と
同様に配列されており、周囲の壁や天井も鉄道車両と同
様に装備されており、両側面には模擬窓１２が設けられ
ている。この模擬窓１２には映像装置１２ａが取り付け
られ、模擬走行試験中はこの映像装置１２ａに鉄道車両
の走行中の景色が映し出されるように構成されている。
また、模擬客室１０の内部には、図示しないスピーカが
設置され、模擬試験中は鉄道車両の走行中の音がこのス
ピーカから流れるように構成されている。

【００１５】客室載置台２０は、模擬客室１０を載置す
るための台である。模擬客室１０は、高周波振動台２５
を介してこの客室載置台２０に載置されている。高周波
振動台２５は、上下軸、左右軸、前後軸の３軸の振動を
再現可能な比較的小型の装置であり、少なくとも５〜４
０Ｈｚの高周波域の振動を再現可能である。

【００１６】土台３０は、客室載置台２０を６本のアク
チュエータ４０を介して支持する台である。この土台３
０は、左右方向に延びる２本のガイドレール３１，３１
に沿って移動可能であり、具体的には左右移動装置３２
（本発明の左右移動手段に相当）によって土台３０を移
動させる。なお、左右移動装置３２は、模擬走行試験中
においてカーブ走行を模擬する場合に用いられる。

【００１７】６本のアクチュエータ４０は、図２に示す
ように、客室載置台２０の仮想三角形Ｔ１を上面とし土
台３０の仮想三角形Ｔ２を底面とする仮想八面体のうち
仮想三角形Ｔ１の頂点と仮想三角形Ｔ２の頂点とを結ぶ
六辺に沿ってそれぞれ設けられている。各アクチュエー
タ４０は、上端が客室載置台２０の下面に回動自在に取
り付けられ、下端が土台３０の上面に回動自在に取り付
けられている。このアクチュエータ４０は、油圧サーボ
アクチュエータ（油圧制御機構のピストンを持つ振動発
生部）であり、図３に示すように上端側がピストンロッ
ド４１、下端側がシリンダ４２として構成されている。

【００１８】駆動装置５０は、各アクチュエータ４０を
駆動するための装置であり、図示しない油圧ポンプによ
り発生する油圧をアクチュエータ４０に供給する装置で
ある。制御装置６０（本発明の制御手段に相当）は、駆
動装置５０の油圧ポンプより発生する油圧を各アクチュ
エータ４０が必要とする圧力、流量になるように駆動装
置５０を制御して各アクチュエータ４０を作動させる。
これにより、客室載置台２０上の模擬客室１０に対して
上下軸、左右軸、前後軸、ヨー軸（上下軸回りの回転運
動）、ピッチ軸（前後軸回りの回転運動）、ロール軸
（前後軸回りの回転運動）の６軸の低周波域の動揺又は
振動が付与される。また、制御装置６０は、左右移動装
置３２を制御して、模擬客室１０と一体化された土台３
０を任意の加速度で移動させる。

【００１９】なお、６本のアクチュエータ４０及び駆動
装置５０のように６軸の低周波域の動揺又は振動を付与
する装置のことを６自由度振動装置（本発明のロール付
与手段に相当）と称することとする。このような６自由
度振動装置としては、例えば周知のスチュワート型６自
由度モーションを用いることができる。

【００２０】次に、本実施形態の乗心地模擬装置１の６
自由度振動装置の動作について説明する。図３は模擬客
室に対して６軸の振動を付与するときの動作説明図であ
る。この図３に示すように、制御装置６０は、駆動装置
５０を制御して６本のアクチュエータ４０のピストンロ
ッド４１の突出量を適宜調節することにより、上下軸、
左右軸、前後軸、ロール軸、ピッチ軸、ヨー軸の低周波
域の揺動又は振動を客室載置台２０ひいては模擬客室１
０に付与する。また、制御装置６０は、駆動装置５０を
制御することにより、６軸のうち任意の複数軸の同時加
振が可能なものである。

【００２１】次に、本実施形態の乗心地模擬装置１にお
いて、鉄道車両がカーブを走行する際に発生する左右定
常加速度を模擬する動作について説明する。鉄道線路
（軌道）のカーブは、図４に示すように、第１緩和曲線
部９１、円曲線部９２、第２緩和曲線部９３で構成され
ている。第１緩和曲線部９１は、線路のうち直線部９０
から円曲線部９２に至るまでの間において徐々に曲率半
径が小さくなり、最終的に円曲線部９２の曲率半径に至
る部分である。円曲線部９２は、線路のうち一定の曲率
半径を持つ部分である。第２緩和曲線部９３は、線路の
うち円曲線部９２から直線部９４に至るまでの間におい
て徐々に曲率半径が大きくなり、最終的には直線部９４
に至る部分である。

【００２２】このようなカーブを鉄道車両が走行する際
に発生する加速度の一例を図５に示す。この図５は、模
擬客室１０の乗員が受ける加速度と時間との関係が上段
に示され、模擬客室１０の移動速度と時間との関係が下
段に示されている。図５上段に示されるように、左右定
常加速度α（一点鎖線）は、第１緩和曲線部９１におい
て一定の割合で増加し、円曲線部９２において所定値
（等加速度）となる。

【００２３】この図５上段の左右定常加速度パターンを
模擬するに当たり、制御装置６０は図６に示すように、
模擬客室１０をロールさせると共に模擬客室１０と一体
化された土台３０を加速度運動させる。即ち、図６
（ａ）に示すように、制御装置６０は、駆動装置５０を
介して各アクチュエータ４０を作動させることにより、
模擬客室１０をロールさせる（図３（ｄ）参照）。する
と、模擬客室１０は徐々に傾き始めるが、その傾斜角度
θに応じて重力加速度ｇのうち傾斜面に沿った分力即ち
第１再現加速度Ｇ１（＝ｇ・ｓｉｎθ）が発生する。つ
まり、模擬客室１０の乗員は、ロールによって第１再現
加速度Ｇ１を体感する。また、図６（ｂ）に示すよう
に、制御装置６０は、左右移動装置３２を介して模擬客
室１０を左右いずれかの方向に加速度Ｇで移動させるこ
とにより、模擬客室１０の乗員は第２再現加速度Ｇ２を
体感する。この第２再現加速度Ｇ２は、模擬客室の加速
度Ｇのうち傾斜面に沿った分力（＝Ｇ・ｃｏｓθ）であ
る。この結果、模擬客室１０の乗員は、第１再現加速度
Ｇ１と第２再現加速度Ｇ２との和を鉄道の左右定常加速
度として体感する。

【００２４】さて、図５上段の左右定常加速度パターン
を模擬する手順を詳細に説明する。まず、予め模擬客室
１０の乗員が回転していることを認識できない角加速度
及び角速度の範囲（不感範囲という）を経験的に定めて
おき、第１緩和曲線部９１において、その不感範囲内で
模擬客室１０をロール回転させる。このようにロール回
転して模擬客室１０が傾くにつれ、その傾斜角度θが大
きくなり、第１再現加速度Ｇ１も大きくなるが、ここで
は第１再現加速度Ｇ１が定率で増加するように制御して
いる。そして、この第１再現加速度Ｇ１では左右定常加
速度αに足りない分を、第２再現加速度Ｇ２で補償する
ことにより、左右定常加速度α（＝Ｇ１＋Ｇ２）を模擬
する。ここでは、第２再現加速度Ｇ２も定率で増加して
いる。

【００２５】次に、円曲線部９２に切り替わる時点ｔ１
から暫くの間は、第１再現加速度Ｇ１は依然として定率
で増加しているが、左右定常加速度αに足りない分は徐
々に減少しているため、第２再現加速度Ｇ２は定率で減
少している。そして、第１再現加速度Ｇ１が左右定常加
速度αと一致した時点ｔ２では第２再現加速度Ｇ２はゼ
ロとなる。しかし、このｔ２において、模擬客室１０と
一体化された土台３０は速度ｖ０（図５下段参照）で移
動中であるため、この状態をそのまま維持し続けると、
第１再現加速度Ｇ１のみで左右定常加速度αの模擬はで
きるものの、模擬客室１０と一体化された土台３０は移
動し続けるためガイドレール３１，３１の長さが不足し
てしまう。

【００２６】そこで、時点ｔ２を過ぎた後は、第２再現
加速度Ｇ２をそのまま定率で減少させて負の値とし、模
擬客室１０の速度を低下させる。一方、第１再現加速度
Ｇ１は、負の値となった第２再現加速度Ｇ２と併せたと
きに左右定常加速度αと一致するように、定率で増加さ
せる。

【００２７】そして、時点ｔ３以降は、第２再現加速度
Ｇ２は依然として負の値をとるものの、その絶対値を定
率で減少させることにより、最終的に時点ｔ４で模擬客
室１０と一体化された土台３０の移動速度をゼロにす
る。第１再現加速度Ｇ１は、ｔ３〜ｔ４において、第２
再現加速度Ｇ２と併せたときに左右定常加速度αと一致
するように、定率で減少させる。

【００２８】そして、時点ｔ４以降は、第２再現加速度
Ｇ２はゼロとし、第１再現加速度Ｇ１のみで左右定常加
速度αを模擬する。つまり、時点ｔ４以降は、模擬客室
１０と一体化された土台３０を停止させた状態で模擬客
室１０の傾斜角度θのみによって左右定常加速度αを模
擬する。

【００２９】なお、円曲線部から第２緩和曲線部を経て
直線部に至る場合は、この逆の制御を行えばよい。以上
詳述したように、本実施形態の乗心地模擬装置１によれ
ば、例えばカーブ区間が長い場合のように長期にわたっ
て左右定常加速度がかかる場合であっても、模擬客室１
０の加速度運動により模擬客室１０の乗員が体感する第
２再現加速度Ｇ２に加えて、模擬客室１０を傾斜させる
ことにより模擬客室１０の乗員が体感する第１再現加速
度Ｇ１を利用してその左右定常加速度を模擬するため、
模擬客室１０を左右方向に移動させる移動量をそれほど
大きくする必要がない。このため、コンパクトな構成で
長期にわたって鉄道車両に左右定常加速度がかかる場合
を模擬可能である。

【００３０】また、模擬客室１０をロールさせるときの
角加速度又は角速度は不感範囲内に設定されているた
め、模擬客室１０の乗員は回転していることに気づか
ず、乗心地に違和感を感じることがない。特に、模擬客
室１０は閉空間であり、乗員は外の様子がわからないた
め、回転していることに気づきにくい。その結果、乗員
は乗心地に違和感を感じない。

【００３１】更に、鉄道の左右定常加速度を模擬するに
あたり、第１再現加速度Ｇ１をメインに位置づけ、それ
を補償する形で第２再現加速度Ｇ２を利用しているた
め、模擬しようとする左右定常加速度に占める第２再現
加速度Ｇ２の割合が少なくなり、模擬客室１０の移動距
離を短くすることができ、装置構成を一層コンパクト化
できる。

【００３２】更にまた、第２再現加速度Ｇ２がゼロにな
った時点ｔ２で土台３０が移動している場合には、その
後、土台３０が停止するように第２再現加速度Ｇ２を負
の値に調整すると共にそれに応じて第１再現加速度Ｇ１
を調整するため、土台３０が移動し続けることがなく、
装置構成をコンパクト化できる。

【００３３】尚、本発明の実施の形態は、上記実施形態
に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲に
属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもな
い。例えば、上記実施形態では、模擬客室１０をロール
させるロール付与手段として６本のアクチュエータ４０
を使用したが、特にこれに限定されることはなく、どの
ような模擬客室１０をロールさせることができればどの
ような装置を採用してもよい。具体的には、［従来の技
術］の欄で説明した４軸の模擬装置を利用してもよい。

【００３４】また、上記実施形態では、模擬客室１０を
ロール回転させる際に発生する遠心力等を無視したが、
これを加味した上で左右定常加速度を模擬してもよい。
更に、上記実施形態では、左右移動装置３２により土台
３０を走行させるように構成したが、土台３０を左右方
向に自走可能としてもよい。

【００３５】更にまた、上記実施形態では、左右定常加
速度パターンとして図５に示すように比較的単純なパタ
ーンを例示したが、このように直線的に変化する場合の
みならず、曲線的に複雑に変化する場合であっても、本
発明の左右定常加速度模擬装置により模擬可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の乗心地模擬装置の全体構成図で
ある。

【図２】アクチュエータの取付位置の説明図である。

【図３】模擬客室に対して６軸の振動を付与するとき
の動作説明図である。

【図４】鉄道線路（軌道）のカーブの一例を表す説明
図である。

【図５】鉄道車両のカーブ走行を模擬する際の乗員に
かかる加速度の時間変化及び模擬客室速度の時間変化を
表すグラフである。

【図６】第１再現加速度と第２再現加速度の説明図で
ある。

【符号の説明】

１・・・乗心地模擬装置、１０・・・模擬客室、１１・
・・座席、１２・・・模擬窓、１２ａ・・・映像装置、
２０・・・客室載置台、２５・・・高周波振動台、３０
・・・土台、３１・・・ガイドレール、３２・・・左右
移動装置、４０・・・アクチュエータ、４１・・・ピス
トンロッド、４２・・・シリンダ、５０・・・駆動装
置、６０・・・制御装置、９１・・・第１緩和曲線部、
９２・・・円曲線部、９３・・・第２緩和曲線部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄道車両の内装を模擬した模擬客室と、前記模擬客室を支持する土台と、前記土台と前記模擬客室との間に設けられ、前記模擬客
室に対して少なくとも前後軸回りの回転運動を付与可能
なロール付与手段と、前記土台を左右いずれかの方向に移動させる左右移動手
段と、前記ロール付与手段と前記左右移動手段を制御する制御
手段とを備えた鉄道の左右定常加速度模擬装置であっ
て、前記制御手段は、前記ロール付与手段によって前記模擬
客室を前後軸回りに回転させ傾斜させることにより重力
加速度のうち傾斜面に沿った分力である第１再現加速度
を前記模擬客室の乗員に発生させると共に、前記左右移
動手段によって前記土台を左右いずれかの方向に加速度
運動させることにより第２再現加速度を前記模擬客室の
乗員に発生させ、前記第１再現加速度と前記第２再現加
速度の両方を利用して鉄道の左右定常加速度とすること
を特徴とする鉄道の左右定常加速度模擬装置。
【請求項２】前記制御手段は、前記ロール付与手段に
よって前記模擬客室を前後軸回りに回転させるときの角
加速度又は角速度を、人間が回転していると認識できな
い範囲内に設定することを特徴とする請求項１記載の鉄
道の左右定常加速度模擬装置。
【請求項３】前記制御手段は、前記第１再現加速度で
足りない分を前記第２再現加速度で補償することにより
鉄道の左右定常加速度とすることを特徴とする請求項１
又は２記載の鉄道の左右定常加速度模擬装置。
【請求項４】前記制御手段は、前記第２再現加速度が
ゼロになった時点で前記土台が左右いずれかの方向に移
動している場合には、その土台が停止するように前記第
２再現加速度を負の値に調整すると共にそれに応じて前
記第１再現加速度を調整することを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載の鉄道の左右定常加速度模擬装
置。