JP2012107987A - 浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが連成している場合でも、台車の変位量を求めて台車運動の再現性を向上させることができる、浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法を提供する。
【解決手段】 浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法において、浮上式車両の模型実験装置の台車３としての振動装置の各方向に配置したロードセル５，７，９により前記台車３に作用するサスペンション作用力４，６，８を測定し、このサスペンション作用力４，６，８に基づいた数値解により台車変位量を求め、この台車変位量を前記台車３の制御量に反映させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、浮上式鉄道車両の運動再現に係り、特に、浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法に関するものである。

磁気浮上式鉄道の車両運動特性解明や車体振動抑制手法などの研究開発では、これまでは計算機シミュレーションの次段階として、現車試験を中心に検討を行ってきた。しかし、現車試験では様々な制約条件があるため、各種パラメータを自由に変更しての実験は困難であった。そこで、磁気浮上式鉄道専用の車両模型実験装置を作製し、計算機シミュレーションの精度検証などを行ってきた。

現在、模型実験における運動再現方法に関するものとして、以下に示されるようなものがある。
（１）磁気浮上式鉄道の連接車両の間に配置される台車運動を再現する、非接触の磁気ばねの連成を模擬するパラレルメカニズムによる６自由度閉ループ機構を配置した磁気浮上式鉄道の連接車両用振動模擬装置（下記特許文献１参照）。

（２）現車と同様に車体と台車の連成系である模型実験装置であって、２次サスペンションの振動制御を行った場合に、車体の振動振幅が低減するとその反力を受けて台車の振動振幅も変化するという車体−台車間の相互作用である連成震動を再現した浮上式車両模型実験装置による車両運動の基礎特性試験装置。
図３は従来の磁気浮上式車両の車体・台車連成振動再現の仕組みを示す模式図である。

この図において、１０１はベース、１０２は仮想磁気ばね、１０３は台車（モーションベース）、１０４は小型ロードセル、１０５は２次サスぺンション、１０６は車体である。
上記（２）に示す模型実験装置では、図３に示されるように、２次サスペンション１０５〜台車（モーションベース）１０３間に伸縮両用の小型ロードセル１０４を挿入して車体１０６−台車１０３間の相互作用力を測定し、これを台車制御装置にフィードバックすることで台車運動を再現している。台車制御装置内部では、台車１０３を上下１自由度にモデル化し、模擬ガイドウェイ高低変位とロードセルからの相互作用力を外乱入力とした運動方程式を実時間で解いて、台車変位を算出するようにしている（下記非特許文献１及び２参照）。

特開２００７−２５６０１９号公報

鈴木江里光，渡邉健，星野宏則，「浮上式車両模型実験装置による車両運動の基礎特性試験」，鉄道総研報告 Ｖｏｌ．２２，Ｎｏ．１１，Ｎｏｖ．２００８，ｐｐ．５−１０ Ｅｒｉｍｉｔｓｕ Ｓｕｚｕｋｉ ｅｔ．ａｌ．，"Ａ ｓｔｕｄｙ ｏｆ Ｍａｇｌｅｖ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｄｙｎａｍｉｃｓ Ｕｓｉｎｇ ａ Ｒｅｄｕｃｅｄ−Ｓｃａｌｅ Ｖｅｈｉｃｌｅ Ｍｏｄｅｌ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ Ａｐｐａｒａｔｕｓ"，Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｌｏｇｉｓｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．１，２０１０，ｐｐ．１９６−２０５

しかしながら、上記した従来例では、模型実験装置が一方向のみに運動を拘束されている場合や模型実験装置が多方向に動いても各方向の動きが独立している場合は、解析解を求めることができるので、ロードセルの出力と解析解により台車の変位量を決定することができるが、模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが連成している場合には、台車の変位量を決定することができないといった問題があった。

本発明は、上記状況に鑑みて、模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが連成している場合でも、台車の変位量を求めて台車運動の再現性を向上させることができる、浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法において、浮上式車両の模型実験装置の台車としての振動装置の各方向に配置したロードセルにより前記台車に作用するサスペンション作用力を測定し、このサスペンション作用力に基づいた数値解により台車変位量を求め、この台車変位量を前記台車の制御量に反映させることを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法において、前記模型実験装置の運動方向が前記台車に対する前後、左右、上下、ロール、ピッチ、ヨーの６方向であり、これらの動きが連成していることを特徴とする。
〔３〕上記〔２〕記載の浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法において、前記サスペンション作用力をｆ、ばね定数をｋ、前記台車変位量をｘ（ｆ，ｘはベクトル量，ｋはテンソル量）とし、ばね定数ｋの逆行列を求めることにより、前記６方向のそれぞれの台車変位量を求めることを特徴とする。

〔４〕上記〔３〕記載の浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法において、状態に応じたばね定数ｋを複数個用意しておき、これらの複数個のばね定数ｋを切り替えて用いることを特徴とする。

本発明によれば、浮上式車両の模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが連成している場合でも、台車の変位量を求めることができ、台車及び車両の運動再現性を向上させることができる。

本発明の実施例を示す浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法に係る模型実験装置の要部を示す模式図である。 本発明の実施例を示す浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法のフローチャートである。 従来の磁気浮上式車両の車体・台車連成振動再現の仕組みを示す模式図である。

本発明の浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法は、浮上式車両の模型実験装置の台車としての振動装置の各方向に配置したロードセルにより前記台車に作用するサスペンション作用力を測定し、このサスペンション作用力に基づいた数値解により台車変位量を求め、この台車変位量を前記台車の制御量に反映させる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は本発明の実施例を示す浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法に係る模型実験装置の要部を示す模式図、図２はそのサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法のフローチャートである。
図１において、１はベース、２は一次ばね系、３は台車、４は台車３に対する鉛直方向からのサスペンション作用力、５はこの鉛直方向からの作用力４を受ける第１のロードセル、６は台車３に対する左右の水平方向からのサスペンション作用力、７はこの左右の水平方向からの作用力６を受ける第２のロードセル、８は台車３に対する前後の水平方向からのサスペンション作用力、９はこの前後の水平方向からの作用力８を受ける第３のロードセルである。

本発明では、台車３としての振動装置に、第１〜第３のロードセル５，７，９によりサスペンション作用力４，６，８を測定し、それを台車３の動きに反映させることで車両全体の運動再現性を向上させるものである。
浮上式車両の場合、図１に示した一次ばね系２は各方向（前後、左右、上下、ロール、ピッチ、ヨーの６方向）が連成しているのが特徴である。そこで本発明では、模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが連成している場合の台車３の変位量を求め、台車３の運動を再現する。

従来のように、浮上式車両の模型実験装置が一方向のみの動きに拘束されている場合、または模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが独立している場合は、解析解により台車３の変位を求めることができるが、各方向（前後、左右、上下、ロール、ピッチ、ヨーの６方向）が連成している場合には、解析解を求めることができないので、数値解を求める必要がある。

浮上式車両の場合、一次ばね系２で減衰要素がほとんどないという特徴がある。その場合はサスペンション作用力をｆ、ばね定数をｋ、台車３の変位をｘとすると、ｆ＝ｋ・ｘで表される。なお、サスペンション作用力ｆと台車３の変位ｘはベクトル量であり、ばね定数ｋはテンソル量である。この場合は、ｘ＝ｆ／ｋであり、よって、ばね定数ｋの逆行列を求めれば各方向の台車３の変位を決めることができる。なお、ばね定数ｋは状態により変化するので、実装上は状態に応じたばね定数ｋを複数個用意しておいて切り替えるようにする。

サスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法を、図２を参照しながら説明する。
（１）まず、各方向のロードセルにより、台車に作用するサスペンション作用力を取得する（ステップＳ１）。
（２）次に、数値解により台車変位量を求める（ステップＳ２）。

（３）その台車変位量を台車の制御量に反映させる（ステップＳ３）。
このように、本発明では、浮上式車両の台車の各方向にロードセルを配置して台車に作用するサスペンション作用力を測定し、測定したサスペンション作用力に基づいた数値解により台車の変位量を求め、この台車変位量を台車の制御量に反映させるようにした。
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き種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明の浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法は、模型実験装置が多方向に動き各方向の動きが連成している場合でも台車の変位量を求めることで台車及び車両の運動再現性を向上させることができる浮上式車両の模型実験方法として利用することができる。

１ ベース
２ 一次ばね系
３ 台車
４ 台車に対する鉛直方向からのサスペンション作用力
５ 第１のロードセル
６ 台車に対する左右の水平方向からのサスペンション作用力
７ 第２のロードセル
８ 台車に対する前後の水平方向からのサスペンション作用力
９ 第３のロードセル

Claims (4)

1. （ａ）浮上式車両の模型実験装置の台車としての振動装置の各方向に配置したロードセルにより前記台車に作用するサスペンション作用力を測定し、
   （ｂ）該サスペンション作用力に基づいた数値解により台車変位量を求め、
   （ｃ）該台車変位量を前記台車の制御量に反映させることを特徴とする浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法。
2. 請求項１記載の浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法において、前記模型実験装置の運動方向が前記台車に対する前後、左右、上下、ロール、ピッチ、ヨーの６方向であり、これらの動きが連成していることを特徴とする浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法。
3. 請求項２記載の浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法において、前記サスペンション作用力をｆ、ばね定数をｋ、前記台車変位量をｘ（ｆ，ｘはベクトル量，ｋはテンソル量）とし、ばね定数ｋの逆行列を求めることにより、前記６方向のそれぞれの台車変位量を求めることを特徴とする浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法。
4. 請求項３記載の浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法において、状態に応じたばね定数ｋを複数個用意しておき、これらの複数個のばね定数ｋを切り替えて用いることを特徴とする浮上式車両の模型実験装置におけるサスペンション相互作用力を用いた台車運動再現方法。

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