JP2009192269A - 連接車両試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパクト且つ連接車両の走行状態を精度良く模擬する。
【解決手段】フレームアセンブリ（３０，５０）は連接部（３ａ）に対向する前方車端面（５０ａ）を有し、前方車端面（５０ａ）に平行な基準軸（５７ａ）を与えられる。前方車端面（５０ａ）がフレームアセンブリ（３０，５０）はリンク支持手段（１２）によって支持される。フレームアセンブリ（３０，５０）は、基準軸（５７ａ）を鉛直方向に沿って及びこれから傾斜するように移動せしめる上下・ロール駆動手段（４１）と、基準軸（５７ａ）の周りに前方車端面（５０ａ）を回転するように移動せしめる回転駆動手段（４２）と、基準軸（５７ａ）を前方車端面（５０ａ）と略平行に水平移動するように移動せしめる水平駆動手段（４０）と係合している。上下・ロール駆動手段（４１）、回転駆動手段（４２）及び水平駆動手段（４０）における負荷を検出する負荷検出手段を設け計測を行う。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両の走行状態を模擬するための車両試験装置に関し、特に連接されて走行する車両の走行状態を模擬して各種計測を行うための連接車両試験装置に関する。

走行する車両の走行状態を模擬して各種計測、例えば車両の振動や、車両の振動を抑制するためのダンパの減衰特性、また車両のブレーキの制御特性などを計測するための車両試験装置が知られている。

例えば、特許文献１では、多軸動揺装置の上に実際の車両の車体だけを載せて走行する車両の走行状態を模擬する車両試験装置が開示されている。動揺装置と車体との間にはコイルばねなどを介在させて車体を支持し、可動テーブルを積み重ねた動揺装置によって多軸下で車体を動揺させるのである。また特許文献２及び３では、動揺装置の上に設けられた回転する軌条輪の上に実際の車両の車輪を配置して、走行する車両の走行状態を模擬する車両試験装置が開示されている。軌条輪が回転すると摩擦力によって車両の車輪を回転させるとともに、可動テーブルからなる動揺台からの動揺が車輪を介して車体に伝達するのである。これら特許文献１及び２に開示の車両試験装置によって走行する車両の走行状態を模擬して適宜、各種の計測を行い得るのである。

ところで連接されて走行する車両、例えば、鉄道車両や連接自動車などのような車両の走行状態を模擬して各種計測を行いたいとの要望がある。一般にこのような連接車両の全長は長くなるとともにその総重量も大となるため、上記したような車両試験装置では装置の全長及び駆動のための機器を大きなものとしなければならず、装置の設置スペース、コストなどの点で多くの問題を生じてしまうのである。

そこで例えば、非特許文献１及び２では、１両の被試験車両だけを特許文献２及び３に開示の如き車両試験装置の上に配置して、その両端部若しくは一方の端部に隣接車両の車端の動作を模擬する模擬装置を設置した車両試験方法を提案している。該模擬装置と車両試験装置上の被試験車両とを実際の連接手段で連接して各種計測を行うのである。
特開平９−５０２３１号公報 特開２００５−２７４２１１号公報 特開２００７−３２７８３１号公報 ２００６年６月号鉄道総研報告第５頁乃至第１０頁 平成１９年９月２１日第２０５回鉄道総研月例発表会資料：最近の車両技術に関する研究開発

非特許文献１及び２では、隣接車両の車端の動作を模擬する装置の構造の詳細については述べられていない。そこで例えば特許文献１に開示された動揺装置の如き可動テーブルを積み重ねた多軸動揺台を用いることもできる。しかしながら、実際の連接車両の車端の動作は非常に高い周波数であり、可動テーブルを積み重ねた動揺台ではかかる動作を精度良く模擬することは困難なのである。また可動テーブルを多軸に駆動するための駆動装置は大規模であって装置が大型化してしまうのである。

本発明は、上記したような状況に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的とするところは、従来よりもコンパクトであって連接されて走行する連接車両の走行状態を精度良く模擬して各種計測を行うことのできる車両試験装置を提供することにある。

本発明は、被試験車両に連接される隣接車両の動作を該被試験車両の連接部に与えてその運動状態を試験するための連接車両試験装置であって、前記連接部に対向する前方車端面を有しこれと平行な基準軸を与えられたフレームアセンブリと、前記前方車端面の移動を所定の自由度に制限しつつ前記フレームアセンブリを支持するリンク支持手段と、前記基準軸を鉛直方向に沿って及びこれから傾斜するように前記フレームアセンブリを移動せしめる上下・ロール駆動手段と、前記基準軸の周りに前記前方車端面を回転するように前記フレームアセンブリを移動せしめる回転駆動手段と、前記基準軸を前記前方車端面と略平行に水平移動するように前記フレームアセンブリを移動せしめる水平駆動手段と、前記上下・ロール駆動手段、前記回転駆動手段及び前記水平駆動手段における負荷を検出する負荷検出手段と、からなることを特徴とする。

かかる連接車両試験装置によれば、連接車両の車端の動作を模擬する前方車端面を有するフレームアセンブリをその前方車端面の移動が所定の自由度に制限されるようにリンク支持手段によってリンク支持した上で、各駆動手段によってこれを移動せしめる。すなわち大規模な多軸可動テーブルの如き大型の駆動装置を有さないため、装置自体をコンパクトにすることができるのである。またリンク支持手段でリンク支持されたフレームアセンブリは各駆動手段により高い周波数で動作可能である。以上の如く、本発明によれば、連接されて走行する連接車両の走行状態を精度良く模擬できるとともに従来よりもコンパクトな装置を得られるのである。

本発明による１つの態様としての連接車両試験装置は、被試験車両に連接される隣接車両の動作を該被試験車両の連接部に与えてその運動状態を試験するための装置である。なお、以下では、連接される隣接車両の縦列方向を前後、縦列方向をよぎる方向を左右と称することとする。フレームアセンブリは、被試験車両の連接部に対向する前方車端面を有しており、これと平行な基準軸を与えられている。フレームアセンブリは、その前方車端面の移動を所定の自由度に制限しつつリンク支持するリンク支持手段によって支持されている。前方車端面は、リンク支持されたフレームアセンブリに係合する３つの駆動手段によって移動する。すなわち、上下・ロール駆動手段は、フレームアセンブリの基準軸を鉛直方向に沿って及びこれから傾斜するようにフレームアセンブリを移動せしめる。回転駆動手段は、基準軸の周りでフレームアセンブリの前方車端面を回転するようにフレームアセンブリを移動せしめる。水平駆動手段は、基準軸を前方車端面と略平行に水平移動するようにフレームアセンブリを移動せしめる。以上において被試験車両の運動状態は、上下・ロール駆動手段、回転駆動手段及び水平駆動手段におけるフレームアセンブリを駆動するために要した負荷を検出する負荷検出手段によってなされる。

かかる連接車両試験装置によれば、連接車両の車端の動作を模擬する前方車端面を有するフレームアセンブリをその前方車端面の移動が所定の自由度に制限されるようにリンク支持手段によってリンク支持した上で、各駆動手段によってこれを移動せしめる。すなわち大規模な多軸可動テーブルの如き大型の駆動装置を有さないため、装置自体をコンパクトにすることができるのである。またリンク支持手段でリンク支持されたフレームアセンブリは各駆動手段により高い周波数で動作可能である。故に、連接されて走行する連接車両の走行状態を精度良く模擬できるとともに従来よりもコンパクトな装置を得られるのである。

ところで、上記態様において、所定の自由度は、基準軸を鉛直方向に沿って移動させ、また基準軸を鉛直方向から傾斜させ、更に水平面内で並進させる３つの自由度と、前方車端面を基準軸の周囲で回転させる１つの自由度を併せた４つの自由度であることが好ましい。なお、自由度は適宜、減じられ、若しくは、増やされ得る。

上記態様におけるより具体的な１つの態様において、フレームアセンブリは、被試験車両の連接部に対向する主面を有し、主面と平行に基準軸を与えられた中間フレームと、前方車端面を有し主面に対向し基準軸の周りに回転自在に中間フレームに軸支された模擬運動フレームとを含む。ここで、支持手段は中間フレームの主面の向きを一定に維持するように中間フレームを平行支持する平行支持手段からなる。ここで基準軸が鉛直方向に沿って移動し得るためには、中間フレームは鉛直面を維持するのである。また中間フレームは４自由度よりも１自由度小さく支持されるが、模擬運動フレームが中間フレームに対して回転軸を有して支持されているので、模擬運動フレームの前方車端面は少なくとも４自由度で移動自在となるのである。

上記した態様において、平行支持手段は、棒状体の両端部近傍に球面継手を設けた支持リンク部材を少なくとも３つ含み、好ましくは４つ含み、その一端部を中間フレームのそれぞれ異なる箇所に連結される。支持リンク部材は、その一端部を中間フレームのそれぞれ異なる箇所、すなわち一直線上に並ばないように連結される。特に４つの支持リンク部材を用いる場合にあっては、長方形の四隅となる位置にそれぞれ連結されることが好ましい。かかる態様において、中間フレームの主面は鉛直面であってその向きを一定に維持されるから、中間フレームに回転自在に連結された模擬運動フレームの前方車端面は、基準軸の傾斜及びその周りでの模擬運動フレームの回転角度が大きくない限り、略鉛直面となるのである。

上記した具体的態様において、上下・ロール駆動手段は、鉛直方向、すなわち重力方向に沿って往復動するピストンを有する上下加振アクチュエータを２つ含む。上下加振アクチュエータは、中間フレームの主面に沿って中間フレームの基準軸を挟んだ左右両側に配置される。また中間フレームは一対の上下加振アクチュエータのピストン上に配置される。つまり２つの上下加振アクチュエータのピストンが上下動すると、模擬運動フレームの基準軸を鉛直方向に沿って移動させ、また鉛直方向から傾斜するように模擬運動フレームを移動せしめ得るのである。

また上記した具体的態様において、回転駆動手段は、模擬運動フレームに係合し中間フレームの主面から突出する方向に沿って往復動するピストンを有するヨー加振アクチュエータを２つ含む。ヨー加振アクチュエータは、中間フレームの基準軸を挟んだ左右両側に配置される。つまり２つのヨー加振アクチュエータのピストンが前後動すると、模擬運動フレームを基準軸の周りに回転するように模擬運動フレームを移動せしめ得るのである。

また上記した具体的態様において、水平駆動手段は、基準軸の近傍で中間フレームに係合し中間フレームの主面に沿って略水平面内で左右に往復動するピストンを有する左右加振アクチュエータを含む。つまり左右加振アクチュエータのピストンが左右に動くと、模擬運動フレームの基準軸を主面と略平行に移動させるように模擬運動フレームを移動せしめ得るのである。

また上記具体的態様において、負荷検出手段は、２つの上下加振アクチュエータ、２つのヨー加振アクチュエータアクチュエータ、及び、１つの左右加振アクチュエータの５つのアクチュエータのピストンに与えられる荷重を計測するロードセルを含む。すなわち被試験車両からの抗力を計測できるのである。

更に、上記態様の他の具体的な１つの態様において、フレームアセンブリは、中間フレームと模擬運動フレームとを一体としたは単一の模擬運動フレームからなっても良い。模擬運動フレームアセンブリは、前方車端面の移動を所定の自由度に制限しつつリンク支持される。リンク支持手段は、棒状体の両端部近傍に球面継手を設けた支持リンク部材と、支持リンク部材を所定量だけ移動せしめ得るリンク移動手段とを含む。支持リンク部材は、球面継手を両端部近傍に設けた棒状体であって、鉛直方向に並ぶ一対２本の支持リンク部材の２組を含む。支持リンク部材の各組はそれぞれ模擬運動フレームの回転軸を挟んだ模擬運動フレームの左右両側部近傍に連結される。一方、支持リンク部材の他端部は、リンク移動手段に連結する。リンク移動手段により、鉛直方向に並ぶ一対の支持リンク部材の組の連結端部が例えば連接部の方向へ向けて所定量だけ移動すると、他の一対の支持リンク部材の組の連結端部が連接部の方向と逆方向に向けて所定量だけ移動するのである。

上記した他の具体的態様において、リンク移動手段は略Ｌ字状の屈曲平板であって屈曲部を回動自在に軸支されたベルクランクを含んでもよい。支持リンク部材の連結されたベルクランクの一端部が所定量だけ移動すると、屈曲部を中心にベルクランクは回転し、ベルクランクの他端部も所定量だけ移動するのである。かかる１のベルクランクの他端部とロッドなどで連結された対応する他のベルクランクにおいて、ロッドを連結された連結端部がやはり屈曲部を中心に所定量だけ移動するのである。これにより他のベルクランクの連結端部の他端部も所定量だけ移動し、かかる端部に連結した支持リンク部材が所定量だけ移動するのである。つまり、ベルクランクを含むリンク移動手段は、１の支持リンク部材の一端部を所定方向へ向けて所定量だけ移動させると、対応する他の１の支持リンク部材の一端部を所定方向と逆方向に向けて所定量だけ移動せしめ得るのである。

上記した他の具体的態様において、上下・ロール駆動手段は、鉛直方向、すなわち重力方向に沿って往復動するピストンを有する上下加振アクチュエータを２つ含む。２つの上下加振アクチュエータは、前方車端面に沿って模擬運動フレームの基準軸を挟んだ左右両側にそれぞれ配置され、模擬運動フレームはこの上下加振アクチュエータのピストン上に配置される。つまり２つの上下加振アクチュエータのピストンが上下動すると、模擬運動フレームの基準軸を鉛直方向に沿って移動させ、また鉛直方向から傾斜するように模擬運動フレームを移動せしめ得るのである。

また上記した他の具体的態様において、回転駆動手段は、模擬運動フレームに当接し連接部へ向けて前後に往復動するピストンを有するヨー加振アクチュエータを２つ含む。２つのヨー加振アクチュエータは、模擬運動フレームの基準軸を挟んだ両側にそれぞれ設けられる。つまり２つのヨー加振アクチュエータのピストンが前後動すると、模擬運動フレームを基準軸の周りでほぼ回転するように模擬運動フレームを移動せしめ得るのである。

また上記した他の具体的態様において、水平駆動手段は、基準軸の近傍で模擬運動フレームに係合し模擬運動フレームの前方車端面に沿って略水平面内で往復動するピストンを有する左右加振アクチュエータを含む。つまり左右加振アクチュエータのピストンが左右に動くと、模擬運動フレームの基準軸を前方車端面と略平行に移動させるように模擬運動フレームを移動せしめ得るのである。

また上記した他の具体的態様において、負荷検出手段は、２つの上下加振アクチュエータ、２つのヨー加振アクチュエータアクチュエータ、及び、１つの左右加振アクチュエータの５つのアクチュエータのピストンに与えられる荷重を計測するロードセルを含む。すなわち被試験車両からの抗力を計測するのである。

なお上記した態様の連接車両試験装置において、被試験車両の両端部にある連接部近傍に各々これを与えることで、被試験車両の両端部に連接される隣接車両の動作を該被試験車両の連接部に与え得る。これにより３両以上の編成を構成する編成車両の全ての車両について順次、この走行状態を精度良く模擬できるのである。

次に、本発明の１つの実施例として鉄道車両用の試験装置について、図１乃至図１０を用いて詳細に説明する。

図１に示すように、車体間模擬運動装置１は、車両試験台２の一端部若しくは両端部に設置されており、車両試験台２によって走行を模擬されている被試験車両３と連接されて走行する隣接車両の動作を被試験車両３の連接部３ａに与え得る。被試験車両３が先頭車両若しくは最後尾車両とされる場合にあっては、車体間模擬運動装置１は車両試験台２の一端部のみに与えられて、被試験車両３の一方の連接部３ａだけに隣接車両の動作が与えられる。一方、被試験車両３が編成の中間車両とされる場合にあっては、車体間模擬運動装置１は車両試験台２の両端部に与えられて、被試験車両３の両端部の連接部３ａに隣接車両の動作が与えられるのである。つまり編成車両の動作を順次、模擬していくことができて、１つの編成の全ての車両の動作を模擬でき得るのである。

車両試験台２は、被試験車両３のレール（軌道）上での走行状態を模擬するための公知の装置である。レールの頭頂面の形状を有する軌条輪４の上には、被試験車両３の車輪３ｂが配置される。つまり被試験車両３は実際であれば通常、２本のレールによってその上に支持されるのであるが、車両試験台２においては軌条輪４の上に支持されるのである。軌条輪４が回転すると、摩擦力によって被試験車両３の車輪３ｂが逆方向に回転する。ここで軌条輪４には加振装置５が与えられており、軌条輪４を上下、左右及びロール方向に加振することが出来る。故に、被試験車両３に実際のレール（軌道）の上での走行状態を模擬させることが出来るのである。

更に図２及び図３を併せて参照すると、車両試験台２の端部近傍には車体間模擬運動装置１のベースフレーム１０が床に固定されている。ベースフレーム１０の基準壁１１は、被試験車両３の連接部３ａと対向する鉛直面１１ａを有する。基準壁１１の鉛直面１１ａと反対側の面には補強部１１ｂが与えられており、その剛性を高めている。なお、以下で特記しない限り、上下とは図２の側面図について鉛直方向をこれと定める。また前後及び左右とは図３の平面図において基準壁１１から見て連接部３ａに向かう方向を前方、さらに同方向に向かって左右を定める。

基準壁１１の鉛直面１１ａからは略水平方向且つ前後に加振支持リンク部材１２が伸びている。加振支持リンク部材１２は、少なくとも３本以上、好ましくは４本設けられて、図示したように基準壁１１の鉛直面１１ａにおいて長方形又は正方形の４隅に上下左右に４本設けられる。また、加振支持リンク部材１２の基準壁１１の鉛直面１１ａからの伸張端部は後述する中間フレーム３０の背面３０ｂに接続される。

図４にも示すように、加振支持リンク部材１２は、主ロッド１２ａ、その両端部に取り付けた球状部１２ｃ、及び、この球状部１２ｃを上下から表面の一部に沿って挟持する終端取付部材１２ｂとからなる。終端取付部材１２ｂは、ベースフレーム１０の基準壁１１の鉛直面１１ａ及び中間フレーム３０の背面３０ｂに図示しないボルトなどでそれぞれ固定される。

更に図５に示したように、球面継ぎ手を両端部に有する加振支持リンク部材１２により、中間フレーム３０はその主面３０ａの向きＰを一定に且つ鉛直面としたまま左右上下方向に移動できるのである。ここで図５では中間フレーム３０の右方向への移動を図示したが、加振支持リンク部材１２の長さが大となると、中間フレーム３０が移動しても、主面３０ａの前後方向への移動距離（図５において「ｄ」で示した。）は小さくなるのである。なお、中間フレーム３０の主面３０ａの向きを一定にしたまま、中間フレームを左右上下方向に移動自在に支持する手段は、公知の各種方法を用いてもよい。

かかる加振支持リンク部材１２により、後述する基準軸５７ａを鉛直方向に沿って移動させ、また基準軸５７ａを鉛直方向から傾斜させ、更に水平面内で並進させる３つの自由度と、前方車端面５０ａを基準軸５７ａの周囲で回転させる１つの自由度を併せた４つの自由度を得られるのである。

再び図２及び図３を参照すると、ベースフレーム１０の前方壁１７は、基準壁１１と対向するようにして前方に設けられており、背面に梁状の補強部１７ａを与えられてその剛性を高められている。前方壁１７の上方端部近傍且つその前面には、左右加振アクチュエータ４０が鉛直面内において回動自在となるようにピン１８によって取り付けられている。左右加振アクチュエータ４０は突出自在のピストン４０ａを有し、後述するようにその突出端部が中間フレーム３０の背面にあるピストン取付部３２ａにピン４０ｂによって水平面内で回動自在にピン接続されている。

一対の上下・ロール加振アクチュエータ４１及び４１’は、ベースフレーム１０の前方壁１７の前面に沿って固定されている。上下・ロール加振アクチュエータ４１及び４１’は、鉛直方向に上下動するピストン４１ａ及び４１ａ’をそれぞれ有しており、後述する中間フレーム３０の上下動受部材３４及び３４’の下面に当接している。

図６を併せて参照すると、中間フレーム３０は、主面３０ａと背面３０ｂとを有する略梯子状に組立てられた剛体フレーム部材である。詳細には、角柱のフレーム材からなる一対の主フレーム脚３１及び３１’を左右に配置して、これらの間を連結フレーム３２及び３２’で連結した略梯子状構造である。下部連結フレーム３２の下方近傍であって主フレーム脚３１及び３１’の外側面には、水平面内において延在する一対のアクチュエータ取付部材３３及び３３’が設けられている。アクチュエータ取付部材３３及び３３’上には、主面３０ａから突出するようにしてヨー加振アクチュエータ４２及び４２’が固定されている。ヨー加振アクチュエータ４２及び４２’は、主面３０ａから突出する方向に前後動するピストン４２ａ及び４２ａ’をそれぞれ有している。また、主フレーム脚３１及び３１’の背面３０ｂにも水平面内において延材する一対の上下動受部材３４及び３４’が設けられている。

上下動受部材３４及び３４’下面には、上下・ロール加振アクチュエータ４１及び４１’のピストン４１ａ及び４１ａ’が当接している（図２、図３及び図８も併せて参照）。中間フレーム３０の連結フレーム３２及び３２’の中間線に沿って、主面３０ａから前方に突出するようにしてフレーム取付部３５及び３５’が設けられている。フレーム取付部３５及び３５’には鉛直方向にこれを貫通する貫通穴が設けられている。これらの貫通穴を結んだ基準軸５７ａについては後述する。

更に図７を併せて参照すると、中間フレーム３０の下部連結フレーム３２の背面であって基準軸５７ａの近傍には、ピストン取付部３２ａが鉛直面内で回転自在となるようにしてピン３２ａ’によってピン留めされている。一方、ベースフレーム１０の前方壁１７に取り付けられた左右加振アクチュエータ４０のピストン４０ａの突出端部は、ピストン取付部３２ａと鉛直方向に伸びるピン４０ｂによってピン接続されており、ピン４０ｂの周りに回転自在である。

更に図８及び図９を併せて参照すると、車体間模擬運動フレーム５０は、被試験車両３に隣接して連接される隣接車両の連接部を模擬する前方車端面５０ａとその後方の後方面５０ｂとを有する。車体間模擬運動フレーム５０も中間フレーム３０と同様に、略梯子状に組立てられた剛体フレーム部材である。詳細には、角柱のフレーム材からなる一対の主フレーム脚５１及び５１’を左右に配置して、これらの間を連結フレーム５２及び５２’で連結した略梯子構造である。なお剛性を高めるための梁５３を連結フレーム５２及び５２’の間に設けている。前方車端面５０ａの両側部には連結機器取付板５４及び５４’が取り付けられる。また連結フレーム５２及び５２’の後方面５０ｂには、後方に向けて突出するフレーム取付部５６及び５６’が中心線５５に沿って設けられている。なお、主フレーム脚５１及び５１’の下方端部には、被試験車両３との間を連接する車端間ヨーダンパ６１を取り付けるダンパ取付部６１ａ及び６１ａ’が設けられている。図示しないが、被試験車両３との間を連接する部材は適宜、連結機器取付板５４及び５４’など車体間模擬運動フレーム５０に取り付けられる。

ここで特に図２、図３及び図８を参照すると、車体間模擬運動フレーム５０の一対のフレーム取付部５６及び５６’の突出端部は、中間フレーム３０のベースフレーム取付部３５及び３５’の突出端部に上下方向から挟み込まれて、これらを上下方向に貫通する貫通穴にピン５７が差し込まれる。つまり、車体間模擬運動フレーム５０は、ベースフレーム１０に対して上下一対のピン５７を結んだ基準軸５７ａを中心に回動自在である。また、基準軸５７ａを左右に挟むようにして中間フレーム３０に取り付けられた一対のヨー加振アクチュエータ４２及び４２’のピストン４２ａ及び４２ａ’の突出端部は、車体間模擬運動フレーム５０の後方面５０ｂの取付部５９に鉛直方向に伸びるピン５８によってピン接続されている。

なお、実際の編成車両間は各種装置によって接続される。本実施例においても、被試験車両３の連接部３ａと車体間模擬運動装置１との間にこれらを介在させることが可能である。例えば、車端間ヨーダンパ６１や車端ダンパ６２を車体間模擬運動フレーム５０に取りつけることができる。また必要に応じて、幌なども取付可能である。

図１０に示すように、上記した左右加振アクチュエータ４０、上下・ロール加振アクチュエータ４１及び４１’、ヨー加振アクチュエータ４２及び４２’の５本のアクチュエータは、演算装置１００からの所定の信号を得たアクチュエータコントローラ１０１によって駆動される。なおこれに限定されるものではないが、１つの実施例として、各アクチュエータは所定の変位をなすように変位制御される。このとき各アクチュエータ４０、４１、４１’、４２及び４２’のピストン４０ａ、４１ａ、４１ａ’、４２ａ及び４２ａ’にはその負荷を計測する計測装置、例えば、ロードセル７０、７１、７１’、７２及び７２’などがそれぞれ取りつけられており、各ロードセルからの出力は、演算装置１００に送られて制御ループを構成できるようになっている。

次に、上記した実施例の鉄道車両用の試験装置の動作について、図１乃至１２を用いて説明する。

まず図１に示すように、車両試験台２の上に被試験車両３を載せて走行状態を模擬させる。これは公知故に詳述しない。

ここで、特に、図２、図３及び図１０を参照すると、アクチュエータコントローラ１０１からの信号により左右加振アクチュエータ４０を駆動せしめて、ピストン４０ａを所定ストローク量だけ移動せしめると、加振支持リンク部材１２によって中間フレーム３０は基準壁１１の鉛直面１１ａと常に平行に維持をしたまま、すなわちその主面３０ａの向きを維持したまま左右（水平）方向に移動するのである。ここで車端間模擬運動フレーム５０は、基準軸５７ａに沿って並ぶ２カ所のピン５７でピン接続されているから、中間フレーム３０とともに水平方向に移動するのである。故に、左右加振アクチュエータ４０を駆動せしめると、車端間模擬運動フレーム５０も中間フレーム３０と同じ移動距離だけ左右方向に移動する。更に車端間模擬運動フレーム５０は、適宜、車端間ヨーダンパ６１や車端ダンパ６２などで被試験車両３と連結されているから、その動きに対して反作用を受けるのである。かかる反作用による負荷は、左右加振アクチュエータ４０のピストン４０ａに設けられたロードセル７０によって計測されるのである。

またアクチュエータコントローラ１０１からの信号により一対の上下・ロール加振アクチュエータ４１及び４１’を駆動させて、そのピストン４１ａ及び４１ａ’を所定ストローク量だけそれぞれ移動せしめると、加振支持リンク部材１２によって中間フレーム３０は上記同様にその主面３０ａの向きを維持したまま基準軸５７ａを鉛直方向に沿って上下に、若しくは、これから左右方向に傾斜させることが出来るのである。ここでも車端間模擬運動フレーム５０は中間フレーム３０の基準軸５７ａに沿って並ぶ２カ所のピン５７でピン接続されており、中間フレーム３０とともに車端間模擬運動フレーム５０も鉛直方向に沿って上下に、若しくは、これから左右方向に傾斜させることが出来るのである。故に、左右加振アクチュエータ４０を駆動せしめると、車端間模擬運動フレーム５０も中間フレーム３０と同じ移動距離若しくは傾斜角度の移動をするのである。上記同様に、被試験車両３からの反作用による負荷は、上下・ロール加振アクチュエータ４１及び４１’のピストン４１ａ及び４１ａ’に設けられたロードセル７１及び７１’によって計測される。

またアクチュエータコントローラ１０１からの信号により一対のヨー加振アクチュエータ４２及び４２’を駆動させて、そのピストン４２ａ及び４２ａ’を所定ストローク量だけそれぞれ移動せしめると、加振支持リンク部材１２によって中間フレーム３０は基準壁１１の鉛直面１１ａと常に平行を維持しているため、また後方には移動できないから、中間フレーム３０の主面３０ａに対して車端間模擬運動フレーム５０の前方車端面５０ａの方向を傾斜せしめ得るのである。ここで車端間模擬運動フレーム５０は、中間フレーム３０の基準軸５７ａに沿って並ぶ２カ所のピン５７でピン接続されているから、中間フレーム３０に対して車端間模擬運動フレーム５０が回動するのである。上記同様に、被試験車両３からの反作用による負荷は、ヨー加振アクチュエータ４２及び４２’のピストン４２ａ及び４２ａ’に設けられたロードセル７２及び７２’によって計測されるのである。

以上のように、左右加振アクチュエータ４０、上下・ロール加振アクチュエータ４１及び４１’、ヨー加振アクチュエータ４２及び４２’の５本のアクチュエータを駆動することにより、車端間模擬運動フレーム５０の前方車端面５０ａを４自由度で変位せしめ得るのである。

さらに、１つの試験方法について更に図１及び図２に図１０を主に参照して説明する。

まず実車両の走行によって得られた車両走行データは演算装置１００に入力されて（車両走行データ再生）、このデータから車両端面の座標が演算される（隣接車両端面座標演算）。得られた車両端面の座標に車体間模擬運動フレーム５０を位置させるように左右加振アクチュエータ４０、上下・ロール加振アクチュエータ４１及び４１’、ヨー加振アクチュエータ４２及び４２’における各駆動量、すなわちピストン４０ａ、４１ａ、４１ａ’、４２ａ及び４２ａ’のストローク量をそれぞれ演算するのである（アクチュエータストローク演算）。この演算データは適宜各アクチュエータを制御するための信号に変換されて（伝達関数補正、Ｄ／Ａ変換）、アクチュエータコントローラ１０１に送出される。アクチュエータコントローラ１０１は、各アクチュエータを信号に応じて駆動させるのである。すると車体間模擬運動フレーム５０の動きは、車端間ヨーダンパ６１及び車端ダンパ６２を介して被試験車両３に伝達する。

一方で、被試験車両３は、車両試験台２の上で走行状態を模擬しており、走行状態に対応して、逆に車端間ヨーダンパ６１及び車端ダンパ６２を介して車体間模擬運動フレーム５０に反作用を与えるのである。かかる反作用は、左右加振アクチュエータ４０、上下・ロール加振アクチュエータ４１及び４１’、ヨー加振アクチュエータ４２及び４２’の５本のアクチュエータのそれぞれのピストン４０ａ、４１ａ、４１ａ’、４２ａ及び４２ａ’に設けられたロードセル７０、７１、７１’、７２及び７２’によって負荷として計測される。これらの計測値は、演算装置１００に送出されて、Ａ／Ｄ変換されてデータベースとして蓄積される。また、車両シミュレーションとして各種関数を用いて、上記した負荷に対する車両端面の座標を再演算するのである。かかるステップを繰り返すことで、編成車両の走行状態を精度良く模擬できるのである。

なお、上記した実施例において、車両試験台２上に配置された被試験車両３の両端部にある連接部３ａ近傍に車体間模擬運動装置１を各々与えて、被試験車両３の両端部に連接される隣接車両の動作を与え得るのである。これにより３両以上の編成を構成する中間車両の走行状態を精度良く模擬できるのである。つまり編成車両の動作を順次、模擬していくことができて、１つの編成の全ての車両の動作を模擬でき得るのである。

次に、本発明の他の実施例として鉄道車両用の試験装置について、図１１乃至図１３を用いて詳細に説明する。

図１１に示すように、本実施例による車体間模擬運動装置１’も上記した実施例と同様に車両試験台２の一端部若しくは両端部に設置されて、車両試験台２（図１参照）によって走行を模擬されている被試験車両３と連接されて走行する隣接車両の動作を被試験車両３の連接部３ａに与える。詳細は上記したので省略する。

本実施例では、先の実施例における中間フレーム３０と模擬運動フレーム５０とを一体とした単一の模擬運動フレームアセンブリ５０’について、その前方車端面５０ａの移動を所定の自由度に制限しつつリンク支持するのである。すなわち中間フレーム３０と模擬運動フレーム５０とをフレーム取付部３５及び３５’によって連結して一体とするのである。なお、基準軸５７ａは先の実施例と同様に、鉛直方向に並ぶフレーム取付部３５及び３５’を結ぶ直線である。

更に図１２及び図１３を併せて参照すると、基準壁１１の取付面１１ａ’の一側部にはステイ１４ａが設けられており、鉛直方向に伸びる回転ロッド１４を回動自在に軸支している。回転ロッド１４の上方端部及び下方端部近傍にはベルクランク１３ａ及び１３ａ’が取り付けられている。ベルクランク１３ａ及び１３ａ’は上方から見て屈曲部を有する略Ｌ字状の板状部材である。すなわちベルクランク１３ａ及び１３ａ’は、一端部Ｔ１を基準壁１１の外側に向けて伸張させるとともに他端部Ｔ２を後方に向けて、屈曲部を回転ロッド１４に固定されているのである。回転ロッド１４が回転すると、ベルクランク１３ａ及び１３ａ’は共に同じ方向に回動する。同様に、基準壁１１の取付面１１ａ’のもう一方の側部にもステイ１４ａが設けられており、鉛直方向に伸びる回転ロッド１４を回動自在に軸支している。回転ロッド１４の上方端部及び下方端部近傍にはベルクランク１３ｂ及び１３ｂ’（図１２において１３ｂの下側に隠れている。）が同様に取り付けられている。ベルクランク１３ａ及び１３ａ’の後方端部Ｔ２には、連結ロッド１５の一端部が水平面内、すなわち回転ロッド１４と垂直な面内で回動自在にピン接続されている。また連結ロッド１５の他端部もベルクランク１３ｂ及び１３ｂ’の後方端部Ｔ２にピン接続されている。

一方、ベルクランク１３ａ、１３ａ’、１４ａ、１４ａ’の端部Ｔ１には、加振支持リンク部材１２が連結している。加振支持リンク部材１２は、図４について上記したように、主ロッド１２ａ、その両端部に取り付けた球状部１２ｃ、及び、この球状部１２ｃを上下から表面の一部に沿って挟持する終端取付部材１２ｂとからなる。４つの加振支持リンク部材１２の一端部の終端取付部材１２ｂは、ベルクランク１３ａ、１３ａ’、１４ａ、１４ａ’の前方端部Ｔ１にそれぞれ連結される。また、加振支持リンク部材１２の他端部の終端取付部材１２ｂは、後述する模擬運動フレーム５０’の中間フレーム３０の背面３０ｂにそれぞれ接続されるのである。

つまり鉛直方向に並ぶ一対の加振支持リンク部材１２は、ベルクランク１３ａ及び１３ａ’、又は、１４ａ及び１４ａ’に一端部を連結されているから、同時に所定量だけ移動するのである。例えば、ベルクランク１３ａ及び１３ａ’の端部Ｔ１が所定量だけ移動すると、その屈曲部を中心にベルクランク１３ａ及び１３ａ’は回転し、他端部Ｔ２も所定量だけ移動する。対応するベルクランク１３ｂ及び１３ｂ’の端部Ｔ２は連結ロッド１５によって連結されているから、その屈曲部を中心に端部Ｔ１も所定量だけ移動するのである。故に、残りの鉛直方向に並ぶ一対の加振支持リンク部材１２が所定量だけ移動するのである。すなわち、鉛直方向に並ぶ１対の加振支持リンク部材１２を所定方向へ向けて所定量だけ移動させると、対応する残りの鉛直方向に並ぶ１対の加振支持リンク部材１２は所定方向と逆方向に向けて所定量だけ移動するのである。

ベルクランク１３ａ、１３ａ’、１４ａ、１４ａ’と加振支持リンク部材１２をかかる加振支持リンク部材１２により、模擬運動フレームアセンブリ５０’は４自由度で支持されるのである。すなわち、基準軸５７ａを鉛直方向に沿って移動させ、また基準軸５７ａを鉛直方向から傾斜させ、更に水平面内で並進させる３つの自由度と、前方車端面５０ａを基準軸５７ａの周囲で回転させる１つの自由度を併せた４つの自由度を得られるのである。

更に先の実施例と異なり、一対のヨー加振アクチュエータ４２及び４２’は、ベースフレーム１０の前方壁１７から突出するようにして固定される。つまり、ヨー加振アクチュエータ４２及び４２’は、前方壁１７から突出する方向に前後動するピストン４２ａ及び４２ａ’を有し、模擬運動フレームアセンブリ５０’を構成する中間フレーム３０の背面３０ｂに当接して、前方車端面５０ａの向きを水平面内で変化せしめ得るのである。

なお、左右加振アクチュエータ４０、上下・ロール加振アクチュエータ４１及び４１’については、上記した実施例と同様であるため説明を省略する。

次に、上記した他の実施例の鉄道車両用の試験装置のヨー加振アクチュエータ４２及び４２’の動作について、図１０乃至１３を用いて説明する。

アクチュエータコントローラ１０１からの信号により一対のヨー加振アクチュエータ４２及び４２’を駆動させて、そのピストン４２ａ及び４２ａ’を所定ストローク量だけそれぞれ移動せしめると、加振支持リンク部材１２によって模擬運動フレームアセンブリ５０’の中間フレーム３０は、ベルクランク１３ａ、１３ａ’、１４ａ、１４ａ’を用いた加振支持リンク機構により、基準壁１１の鉛直面１１ａに対して鉛直面を維持したまま傾斜するのである。故に、上記同様に、被試験車両３からの反作用による負荷は、ヨー加振アクチュエータ４２及び４２’のピストン４２ａ及び４２ａ’に設けられたロードセル７２及び７２’によって計測されるのである。

つまり、左右加振アクチュエータ４０、上下・ロール加振アクチュエータ４１及び４１’、ヨー加振アクチュエータ４２及び４２’の５本のアクチュエータを駆動することにより、加振支持リンク機構により支持された模擬運動フレームアセンブリ５０’の車端間模擬運動フレーム５０の前方車端面５０ａを４自由度で変位せしめ得るのである。

本実施例の鉄道車両試験装置のその他の動作については先の実施例を参照されたい。

以上、実施例は鉄道車両用の連接車両試験装置について述べてきたが、連接されて走行する車両、例えば、連接自動車などであっても同様に実施が可能である。すなわち、本発明による代表的実施例を説明してきたが、本発明は必ずしもこれらに限定されるものではなく、当業者であれば、添付した特許請求の範囲を逸脱することなく種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるであろう。

本発明による連接車両試験装置を含む装置の図である。 本発明による連接車両試験装置の側面図である。 本発明による連接車両試験装置の平面図である。 本発明による連接車両試験装置の要部の側面図である。 本発明による連接車両試験装置の要部の動きを示す平面図である。 本発明による連接車両試験装置の要部の斜視図である。 本発明による連接車両試験装置の要部の平面図である。 本発明による連接車両試験装置の要部の正面図である。 本発明による連接車両試験装置の要部の斜視図である。 本発明による連接車両試験装置の制御図である。 本発明による連接車両試験装置の側面図である。 本発明による連接車両試験装置の平面図である。 本発明による連接車両試験装置の要部の動きを示す平面図である。

符号の説明

１ 車体間模擬運動装置
２ 車両試験台
３ 被試験車両
３ａ 連接部
４ 軌条輪
１０ ベースフレーム
１１ 基準壁
１２ 加振支持リンク部材
１７ 前方壁
３０ 中間フレーム
３０ａ 主面
４０ 左右加振アクチュエータ
４１、４１’ 上下・ロール加振アクチュエータ
４２、４２’ ヨー加振アクチュエータ
５０ 車体間模擬運動フレーム
５０’ 模擬運動フレームアセンブリ
５０ａ 前方車端面
５７ａ 基準軸
６１ 車端間ヨーダンパ
６２ 車端ダンパ
７０、７１、７１’、７２、７２’ ロードセル
１００ 演算装置
１０１ アクチュエータコントローラ

Claims (15)

1. 被試験車両に連接される隣接車両の動作を該被試験車両の連接部に与えてその運動状態を試験するための連接車両試験装置であって、
   前記連接部に対向する前方車端面を有しこれと平行な基準軸を与えられたフレームアセンブリと、
   前記前方車端面の移動を所定の自由度に制限しつつ前記フレームアセンブリを支持するリンク支持手段と、
   前記基準軸を鉛直方向に沿って及びこれから傾斜するように前記フレームアセンブリを移動せしめる上下・ロール駆動手段と、
   前記基準軸の周りに前記前方車端面を回転するように前記フレームアセンブリを移動せしめる回転駆動手段と、
   前記基準軸を前記前方車端面と略平行に水平移動するように前記フレームアセンブリを移動せしめる水平駆動手段と、
   前記上下・ロール駆動手段、前記回転駆動手段及び前記水平駆動手段における負荷を検出する負荷検出手段と、からなることを特徴とする連接車両試験装置。
2. 前記所定の自由度は、前記基準軸を鉛直方向に沿って移動させ、これから傾斜させ、水平面内で並進させるとともに、前記前方車端面を前記基準軸の周囲で回転させる４つの自由度であることを特徴とする請求項１記載の連接車両試験装置。
3. 前記フレームアセンブリは、前記連接部に対向する主面を有し前記主面と平行に前記基準軸を与えられた中間フレームと、前記前方車端面を有し前記主面に対向し前記基準軸の周りに回転自在に前記中間フレームに軸支された模擬運動フレームとを含み、
   前記支持手段は前記中間フレームの主面の向きを一定に維持するように前記中間フレームを平行支持する平行支持手段からなることを特徴とする請求項２記載の連接車両試験装置。
4. 前記平行支持手段は、棒状体の両端部近傍に球面継手を設けた支持リンク部材を少なくとも３つ含み、その一端部を前記中間フレームのそれぞれ異なる箇所に連結されることを特徴とする請求項３記載の連接車両試験装置。
5. 前記上下・ロール駆動手段は、鉛直方向に沿って往復動するピストンを有し前記中間フレームの前記主面に沿って前記中間フレームの前記基準軸を挟んで配置された一対の上下加振アクチュエータを含み、前記中間フレームが前記一対の上下加振アクチュエータの前記ピストン上に配置されることを特徴とする請求項３又は４に記載の連接車両試験装置。
6. 前記回転駆動手段は、前記模擬運動フレームに係合し前記中間フレームの前記主面から突出する方向に沿って往復動するピストンを有し前記中間フレームの前記基準軸を挟んだ両側に設けられた一対のヨー加振アクチュエータを含むことを特徴とする請求項３乃至５のうちの１つに記載の連接車両試験装置。
7. 前記水平駆動手段は、前記基準軸の近傍で前記中間フレームに係合し前記中間フレームの前記主面に沿って略水平面内で往復動するピストンを有する左右加振アクチュエータからなることを特徴とする請求項３乃至６のうちの１つに記載の連接車両試験装置。
8. 前記負荷検出手段は、前記アクチュエータの前記ピストンに与えられる荷重を計測するロードセルを含むことを特徴とする請求項５乃至７のうちの１つに記載の連接車両試験装置。
9. 前記フレームアセンブリは単一の模擬運動フレームからなり、前記支持手段は棒状体の両端部近傍に球面継手を設けた支持リンク部材を４つ含み鉛直方向に並ぶ一対の前記支持リンク部材を前記模擬運動フレームの前記基準軸を挟んだ両側部近傍にそれぞれ連結するとともに、前記一対の支持リンク部材の他端部を前記連接部の方向へ向けて所定量だけ移動させると他の前記一対の支持リンク部材の他端部を逆方向に向けて前記所定量だけ移動せしめるリンク移動手段をさらに含むことを特徴とする請求項２記載の連接車両試験装置。
10. 前記リンク移動手段は屈曲部を回動自在に軸支されたベルクランクを含むことを特徴とする請求項９記載の連接車両試験装置。
11. 前記上下・ロール駆動手段は、鉛直方向に沿って往復動するピストンを有し前記前方車端面に沿って前記模擬運動フレームの前記基準軸を挟んで配置された一対の上下加振アクチュエータを含み、前記模擬運動フレームが前記一対の上下加振アクチュエータの前記ピストン上に配置されることを特徴とする請求項９又は１０に記載の連接車両試験装置。
12. 前記回転駆動手段は、前記連接部へ向けて往復動するピストンを有し前記模擬運動フレームの前記基準軸を挟んだ両側に設けられた一対のヨー加振アクチュエータを含むことを特徴とする請求項９乃至１１のうちの１つに記載の連接車両試験装置。
13. 前記水平駆動手段は、前記基準軸の近傍で前記模擬運動フレームに係合し前記模擬運動フレームの前記前方車端面に沿って略水平面内で往復動するピストンを有する左右加振アクチュエータからなることを特徴とする請求項９乃至１２のうちの１つに記載の連接車両試験装置。
14. 前記負荷検出手段は、前記アクチュエータの前記ピストンに与えられる荷重を計測するロードセルを含むことを特徴とする請求項１１乃至１３のうちの１つに記載の連接車両試験装置。
15. 前記被試験車両の両端部にそれぞれ与えられることを特徴とする請求項１乃至１４のうちの１つに記載の連接車両試験装置。