JP2014126451A

JP2014126451A - 鉄道車両の乗り心地分析一元表示方法及びそのシステム

Info

Publication number: JP2014126451A
Application number: JP2012283297A
Authority: JP
Inventors: Chizuru Nakagawa; 千鶴中川
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2012-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2014-07-07

Abstract

【課題】鉄道乗り心地に関わる複数の主要分野（車両・軌道・人間科学）が個々に開発してきた様々な分析を一元化し、動画と同期してリアルタイムに表示することにより、複数の乗り心地への影響要因の関連性や、より高度な乗り心地改善を行うことができる、鉄道の乗り心地分析一元表示方法及びそのシステムを提供する。
【解決手段】
鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、軌道・路盤・構造物に関する情報と、鉄道車両運動に関する情報と、鉄道車両内環境に関する情報と、人間科学に関する情報と、上記した情報を地点情報とともに一元的に表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車両の乗り心地分析一元表示方法及びそのシステムに関するものである。

従来、鉄道車両の乗り心地に関する研究や対策は様々に行われてきたが、車両・軌道・人間科学の情報が一元化され分析・表示されるツールはなかった。

特願２０１１−２４８７６２号

中川千鶴，島宗亮平，白戸宏明，富岡隆弘，高見創，渡邉健，「高周波上下振動が乗り心地に及ぼす影響」，鉄道総研報告，Ｖｏｌ．２３，Ｎｏ．９，ｐｐ．３５−４０，２００９

鉄道車両の振動乗り心地は、通常、車両振動の加速度を測定し、上下と左右など方向別に分析される。このように方向ごとに分析する方法は、測定のしやすさや原因究明には有効である。しかしながら、実際の乗客は、車両の振動を、方向毎に別々に感じているのではなく、ひとまとまりの「振動」（以下「総合振動」とあらわす）として感じ、その印象をもとに鉄道車両の乗り心地を判断する。

一方で、軌道整備の観点では、「どの時点で」「どんな振動が」乗り心地を悪くしているのかを知ることが重要であるし、車両制御や開発の観点では、「どんな走行条件のときに」「どのような振動成分が」影響しているかを知ることが重要である。
そこで、本願発明者らは、乗客の総合振動の影響を推定しつつ、振動による乗り心地の悪化がどの地点で、どのような振動成分によって生じているかを捉える研究を行っている。

まず、総合振動の乗り心地への影響推定について説明する。
鉄道車両の乗客は、様々な方向の振動が複合した状態で振動に暴露されるが、不快に感じやすい成分は振動の方向によって異なる。例えば、左右方向では２Ｈｚ付近が、上下方向では５Ｈｚ付近が人体の共振周波数にあたり、最も不快に感じる。このため、例えば加速度が同じでも、周波数によって不快感の度合が異なる。

そこで、本願発明者らは、鉄道車両の上下と左右と前後振動加速度に、振動方向のそれぞれに対応した感度重み付けフィルタをかけ、不快に感じやすい振動成分はそのまま、感じにくい成分は感度に比例して小さくする。この処理を行った方向別の振動加速度を合成したものを、「総合乗り心地指標」とし、総合振動に対する乗り心地の時間変化を推定する指標としている。総合乗り心地指標の重要な特徴は、時間変化が捉えやすいことで、このため、振動と地点の対応づけが容易になる（上記特許文献１）。

しかしながら、鉄道乗り心地に関わる複数の主要分野（車両・軌道・人間科学）が個々に開発してきた様々な分析を一元化し、動画と同期してリアルタイムに表示することにより、これまで実現できなかった、複数の乗り心地への影響要因の関連性や、より高度な乗り心地改善策を行うことが望まれている。本発明は、上記状況に鑑みて、鉄道乗り心地に関わる複数の主要分野（車両・軌道・人間科学）が個々に開発してきた様々な分析を一元化し、複数の乗り心地への影響要因の関連性や、より高度な乗り心地改善を行うことができる、鉄道の乗り心地分析一元表示方法及びそのシステム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〕鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、軌道・路盤・構造物に関する情報と、鉄道車両運動に関する情報と、鉄道車両内環境に関する情報と、人間科学に関する情報と、上記した情報を地点情報とともに一元的に表示することを特徴とする。
〔２〕上記〔１〕記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記人間科学に関する情報が、鉄道車両の前後、左右、上下の各方向の振動に対する人間の感覚特性を反映させた情報であることを特徴とする。

〔３〕上記〔１〕記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記軌道に関する情報が、軌道狂いに関する情報であることを特徴とする。
〔４〕上記〔３〕記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記軌道狂いに関する情報が、高低狂い、通り狂い、水準狂い、又は軌間狂いであることを特徴とする。
〔５〕上記〔１〕記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記軌道に関する情報が、分岐器又はレール継ぎ目の情報であることを特徴とする。

〔６〕上記〔１〕記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記構造物に関する情報が、トンネル、駅、又は高架橋・橋梁であることを特徴とする。
〔７〕上記〔１〕記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記路盤に関する情報が、道床構造であることを特徴とする。
〔８〕上記〔７〕記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記道床構造がバラスト又はスラブであることを特徴とする。

〔９〕上記〔１〕記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記地点情報が、駅、高架橋、トンネル、レール継ぎ目、分岐又はカーブであることを特徴とする。
〔１０〕上記〔１〕記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記鉄道車両運動に関する情報が、床面加速度、座面加速度、回転運動、背もたれ加速度に関する情報であることを特徴とする。

〔１１〕上記〔１〕記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記鉄道車両内環境に関する情報が、温度・湿度、音圧、音量に関する情報であることを特徴とする。
〔１２〕鉄道の乗り心地分析一元表示システムにおいて、軌道・路盤・構造物に関する情報と、鉄道車両運動に関する情報と、鉄道車両内環境に関する情報と、人間科学に関する情報と、上記した情報を地点情報とを入力する入力手段と、この入力装置からの情報を処理する情報処理手段と、鉄道の乗り心地分析一元表示手段とを具備することを特徴とする。

本発明によれば、鉄道乗り心地に関わる複数の主要分野（車両・軌道・人間科学）が個々に開発してきた様々な分析を一元化し、動画と同期してリアルタイムに表示することにより、複数の乗り心地への影響要因の関連性や、より高度な乗り心地改善を行うことができる。

本発明の実施例を示す鉄道の乗り心地分析一元表示システムのブロック図である。本発明の実施例を示す鉄道の乗り心地分析一元表示システムの動作フローチャートである。本発明の実施例を示す鉄道の乗り心地分析一元表示システムによるメイン画面の表示例を示す図である。本発明の実施例を示す鉄道の乗り心地分析一元表示システムの第１のサブ画面として、メイン画面のデータと連動して表示される動画映像の例を示す図面代用写真である。本発明の実施例を示す鉄道の乗り心地分析一元表示システムの第２のサブ画面として、メイン画像のデータと連動して動画表示される鉄道車両の前後、左右、上下の振動加速度と、それらの総合の表示例を示す図である。本発明の実施例を示す鉄道の乗り心地分析一元表示システムの第３のサブ画面として、メイン画像のデータと連動して動画表示される鉄道車両の前後、左右、上下の加速度ＰＳＤ（ＰｏｗｅｒＳｐｅｃｔｒａｌＤｅｎｓｉｔｙ：パワースペクトル密度）を示す図である。本発明の実施例を示す鉄道の軌道に関する情報（その１）を示す模式図である。本発明の実施例を示す鉄道の軌道に関する情報（その３）を示す模式図である。本発明の実施例を示す鉄道の軌道に関する情報（その４）を示す模式図である。本発明の実施例を示す鉄道の軌道に関する情報（その５）を示す模式図である。本発明の実施例を示す地点情報に関する表示イメージを示す図である。

本発明の鉄道の乗り心地分析一元表示方法は、軌道・路盤・構造物に関する情報と、鉄道車両運動に関する情報と、鉄道車両内環境に関する情報と、人間科学に関する情報と、上記した情報を地点情報とともに一元的に表示する。

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鉄道の乗り心地分析一元表示システムのブロック図、図２はその鉄道の乗り心地分析一元表示システムの動作フローチャート、図３はその鉄道の乗り心地分析一元表示システムによるメイン画面の表示例を示す図、図４はその鉄道の乗り心地分析一元表示システムの第１のサブ画面として、メイン画面のデータと連動して表示される動画映像の例を示す図面代用写真、図５はその鉄道の乗り心地分析一元表示システムの第２のサブ画面として、メイン画像のデータと連動して動画表示される鉄道車両の前後、左右、上下の振動加速度と、それらの総合の表示例を示す図、図６は鉄道の乗り心地分析一元表示システムの第３のサブ画面として、メイン画像のデータと連動して動画表示される鉄道車両の前後、左右、上下の加速度ＰＳＤ（ＰｏｗｅｒＳｐｅｃｔｒａｌＤｅｎｓｉｔｙ：パワースペクトル密度）を示す図である。

図１において、１は鉄道の乗り心地分析一元表示システム、２は中央処理装置（ＣＰＵ）、３は記憶装置、４はインターフェース回路、５は線区ごとのデータであり、軌道管理データ５Ａ（軌道・構造物情報および各種分析データ）、６は走行試験（試番）ごとのデータであり、車両走行データ６Ａ（加速度・位置・速度および各種分析データ）、主観評価データ６Ｂ（被験者の評価得点・乗り心地推定値）、動画データ６Ｃ（ビデオ・シミュレーション結果）、７はインターフェース回路、８は表示装置である。

この鉄道の乗り心地分析一元表示システムの動作フローチャートを図２を参照しながら説明する。
（１）まず、任意の試験データの各種読込を行う（設定ヘッダファイルの表示）（ステップＳ１）。
（２）次に、試験データと対応する地上データ（軌道・路盤・構造物に関する情報）の設定を行う（ステップＳ２）。

（３）次に、メイン画面での表示データの選定・設定／フィルタ設定を行う（ステップＳ３）。
（４）次に、サブ画面表示の設定をする（ステップＳ４）。
（５）次に、メイン画面の表示をする（ステップＳ５）。
（６）メイン画面で、サブ画面で表示する時点／地点を選択し、サブ画面を表示する。〔動画〕動画読込／メイン画面と連動表示、〔ＰＳＤ〕メイン画面選択範囲のＰＳＤ連動表示、〔拡大〕動画読込／メイン画面の拡大表示（ステップＳ６）。

上記したメイン画面に表示する情報としては、主観評価推定値の一例として総合乗り心地指標（ｄＢ）８Ａ〔図３（ａ）参照〕、鉄道車両の前後、左右、上下の各方向の乗り心地レベル（ｄＢ）８Ｂ〔図３（ｂ）参照〕、鉄道車両の前後方向のＰＳＤ表示８Ｃ〔図３（ｃ）参照〕、鉄道車両の左右方向のＰＳＤ表示８Ｄ〔図３（ｄ）参照〕、鉄道車両の上下方向のＰＳＤ表示８Ｅ〔図３（ｅ）参照〕、鉄道車両の速度８Ｅ〔図３（ｆ）参照〕、軌道の平面曲線８Ｇ〔図３（ｇ）参照〕が挙げられ、トンネル、駅、高架橋・橋梁などの構造物に関する情報８Ｈ〔図３（ｈ）参照〕が挙げられる。なお、横軸に地点（ｋｍ）、縦軸にそれぞれの単位を示している。横軸は、時間（分）に切り換えることができる。

図５は乗り心地分析一元表示システムによる鉄道車両の前後、左右、上下の振動加速度とそれらの総合の第２のサブ画面の表示例を示す図であり、横軸は時間（秒）、縦軸は加速度（ｍ／ｓ²）を示している。なお、横軸は、地点〔ｋｍ〕に切り換えることができる。
図６はその鉄道の乗り心地分析一元表示システムによる鉄道車両の前後、左右、上下振動の加速度ＰＳＤ（ＰｏｗｅｒＳｐｅｃｔｒａｌＤｅｎｓｉｔｙ：パワースペクトル密度）を示す第３のサブ画面を示す図であり、図６（ａ）は鉄道の乗り心地分析一元表示システムによる鉄道車両の前後、左右、上下振動の加速度ＰＳＤを示す図、図６（ｂ）は人間の感度特性に基づく重み付け処理後の加速度ＰＳＤを示す図である。

このように、鉄道の乗り心地分析一元表示システムでは鉄道車両の前後、左右、上下の方向別の分析結果の表示と、それらを総合した分析結果の表示を行うことができる。
また、鉄道の乗り心地分析一元表示システムには、以下のような軌道・構造物関連の情報及び指標を加味することができる。
軌道の平面曲線情報：線路の曲線形状で縦・横方向別々の情報、例えば、図７に示される鉄道の軌道に関する情報（その１）としての軌道の道床１２上の軌道１１の高低狂い（１０ｍ弦）、また、鉄道の軌道に関する情報（その２）としての軌道の高低狂い（４０ｍ弦）、つまり、軌道の高低狂い（１０ｍ弦）の弦の長さを４０ｍにしたもので、主に新幹線の保守に用いられているを採用するようにしてもよい。また、図８に示される軌道の道床２２上の鉄道の軌道２１，２１′に関する情報（その３）としての軌道の通り狂い（１０ｍ）、また、軌道の水準狂い、つまり左右レールの高さの差で曲線部でカントのある場合は、正規カント量に対する増減量を示す。さらに、図９に示すように、軌道の道床３２上の鉄道の軌道３１，３１′に関する情報（その４）としての軌道の軌間狂い、つまり、軌間（左右レール間隔）の基本寸法（新幹線：１４３５、在来線：１０６７ｍｍ）に対する狂い量（曲線部では、基本寸法にスラックを加えた量に対する狂い量）、また、図１０に示すように、軌道の道床４２上の鉄道の軌道４１，４１′に関する情報（その５）としての軌道の軌間狂い、つまり、軌間（左右レール間隔）の基本寸法（新幹線：１４３５、在来線：１０６７ｍｍ）に対する狂い量（曲線部では、基本寸法にスラックを加えた量に対する狂い量）である。

また、地点情報について説明する。
図１１は本発明の実施例を示す地点情報に関する表示イメージを示す図である。
図１１（ａ）は駅、図１１（ｂ）は高架橋、図１１（ｃ）はトンネル、図１１（ｄ）は継目、図１１（ｅ）は分岐、図１１（ｆ）はカーブ、図１１（ｇ）は軌道情報と路盤情報の各々の表示イメージである。

乗り心地評価プログラムでは、次の地点情報を読み込むことができる。
（１）駅：駅の情報。１列目にキロ程、２列目に駅名が入ったＣＶＳファイル。ファイル名は“駅”から始まる。
（２）構造物：構造物の情報。ファイル名は“構造物”から始まるＣＶＳファイル。ＣＶＳファイルのデータは次のとおり。１列目は開始地点のキロ程、２列目は終了地点のキロ程、３列目は構造物の種類（コンクリート橋梁、高架橋、切り取り、トンネル、盛土）
（３）道床構造：道床構造の情報。ファイル名は“道床構造”から始まるＣＶＳファイル。ＣＶＳファイルのデータは次のとおり。１列目は開始地点のキロ程、２列目は終了地点のキロ程、３列目は道床の種類（バラスト、直結、弾性直結、指定しない所はスラブ）
（４）分岐器：分岐器の情報。ファイル名は“分岐器”から始まるＣＶＳファイル。ＣＶＳファイルのデータは次のとおり。１列目は開始地点のキロ程、２列目は終了地点のキロ程、３列目は分岐器の種類（ＩＪ／ＥＪ）
（５）平面曲線：平面曲線の情報。ファイル名は“平面曲線”から始まるＣＶＳファイル。ＣＶＳファイルのデータは次のとおり。１列目は開始地点のキロ程、２列目は終了地点のキロ程、３列目は線の種類（直線、円曲線、緩和曲線）、４列目は円曲線の場合の半径（Ｒ）、５列目は円曲線の場合のカント長（Ｃ）
また、軌道管理上のその他様々な指標を表示することが可能である。

また、車両運動関連の情報及び指標を加味することができる。
床面加速度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）車両の床面の加速度（方向別の３種類、中央、台車上など多点で計測）、座面加速度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、；座席の座面上の加速度（方向別の３種類）、回転運動（ロール，ピッチ，ヨー）、；車両の回転軸の運動（角速度または角加速度）、背もたれ加速度（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、；座席の背もたれの加速度（方向別の３種類）、モード分析（車両）、モード分析（座席）、座席伝達特性、；床面に対する座席の振動伝達特性である。その他、車両運動のシミュレーション結果など様々な指標を併記表示することが可能である。

また、車内環境情報を加味することができる。
温度・湿度、つまり、車内の温度と湿度、音圧、；車内音の音圧、音量（ｄＢＡ）、；車内音のＡ特性である。
そして、人間科学関連の情報（Ｘ：前後、Ｙ：左右、Ｚ：上下）を加味することができる。

乗り心地レベル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）、；乗り心地レベルという指標の値（方向別の３種類）、新・乗り心地レベル（Ｘ，Ｙ，Ｚ）〔図２（ｂ）参照〕、；乗り心地レベル（改良版）の値（方向別の３種類）、総合乗り心地指標、；総合的な振動乗り心地の指標値（本発明による）〔図２（ａ）参照〕、ＩＳＯ評価指標、；国際規格法に基づく乗り心地指標値、ＣＥＮ評価指標、；ヨーロッパ規格に基づく乗り心地指標値である。また、本分析システムにより、新しく開発された指標を追加表示する事が可能である。

本発明によれば、鉄道乗り心地に関わる複数の主要分野（車両・軌道・人間科学）が個々に開発してきた様々な分析を一元化し、動画と同期してリアルタイムに表示することにより、複数の乗り心地への影響要因の関連性や、より高度な乗り心地改善を行うことができる。
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。

本発明の鉄道の乗り心地分析一元表示方法及びそのシステムは、鉄道乗り心地に関わる複数の主要分野（車両・軌道・人間科学）が個々に開発してきた様々な分析を一元化し、動画と同期してリアルタイムに表示することにより、複数の乗り心地への影響要因の関連性や、より高度な乗り心地改善を行うことができる、鉄道の乗り心地分析一元表示方法及びそのシステムとして利用可能である。

１鉄道の乗り心地分析一元表示システム
２中央処理装置（ＣＰＵ）
３記憶装置
４，７インターフェース回路
５線区ごとのデータ
５Ａ軌道管理データ
６走行試験（試番）ごとのデータ
６Ａ車両走行データ
６Ｂ主観評価データ
６Ｃ動画データ
８表示装置
８Ａ総合乗り心地レベル（ｄＢ）
８Ｂ鉄道車両の前後、左右、上下の各方向の乗り心地レベル（ｄＢ）
８Ｃ鉄道車両の前後方向の表示
８Ｄ鉄道車両の左右方向の表示
８Ｅ鉄道車両の上下方向の表示
８Ｆ鉄道車両の速度
８Ｇ軌道の平面曲線
８Ｈトンネル、駅、高架橋・橋梁などの構造物に関する情報と乗り心地レベル
１１，２１，２１′，３１，３１′，４１，４１′ 軌道
１２，２２，３２，４２軌道の道床

Claims

（ａ）軌道・路盤・構造物に関する情報と、
（ｂ）鉄道車両運動に関する情報と、
（ｃ）鉄道車両内環境に関する情報と、
（ｄ）人間科学に関する情報と、
（ｅ）上記した情報を地点情報とともに一元的に表示することを特徴とする鉄道の乗り心地分析一元表示方法。
請求項１記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記人間科学に関する情報が、鉄道車両の前後、左右、上下の各方向の振動に対する人間の感覚特性を反映させた情報であることを特徴とする鉄道の乗り心地分析一元表示方法。
請求項１記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記軌道に関する情報が、軌道狂いに関する情報であることを特徴とする鉄道の乗り心地分析一元表示方法。
請求項３記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記軌道狂いに関する情報が、高低狂い、通り狂い、水準狂い、又は軌間狂いであることを特徴とする鉄道の乗り心地分析一元表示方法。
請求項１記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記軌道に関する情報が、分岐器又はレール継ぎ目の情報であることを特徴とする鉄道の乗り心地分析一元表示方法。
請求項１記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記構造物に関する情報が、トンネル、駅、又は高架橋・橋梁であることを特徴とする鉄道の乗り心地分析一元表示方法。
請求項１記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記路盤に関する情報が、道床構造であることを特徴とする鉄道の乗り心地分析一元表示方法。
請求項７記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記道床構造がバラスト又はスラブであることを特徴とする鉄道の乗り心地分析一元表示方法。
請求項１記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記地点情報が、駅、高架橋、トンネル、レール継ぎ目、分岐又はカーブであることを特徴とする鉄道の乗り心地分析一元表示方法。
請求項１記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記鉄道車両運動に関する情報が、床面加速度、座面加速度、回転運動、背もたれ加速度に関する情報であることを特徴とする鉄道の乗り心地分析一元表示方法。
請求項１記載の鉄道の乗り心地分析一元表示方法において、前記鉄道車両内環境に関する情報が、温度・湿度、音圧、音量に関する情報であることを特徴とする鉄道の乗り心地分析一元表示方法。
鉄道の乗り心地分析一元表示システムにおいて、軌道・路盤・構造物に関する情報と、鉄道車両運動に関する情報と、鉄道車両内環境に関する情報と、人間科学に関する情報と、上記した情報を地点情報とを入力する入力手段と、該入力装置からの情報を処理する情報処理手段と、鉄道の乗り心地分析一元表示手段とを具備することを特徴とする。