JP2014173975A

JP2014173975A - 磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置及びその編成車両の運動再現方法

Info

Publication number: JP2014173975A
Application number: JP2013046384A
Authority: JP
Inventors: Takenori Yonezu; 武則米津; Erimitsu Suzuki; 江里光鈴木; Hironori Hoshino; 宏則星野; Takeshi Watanabe; 健渡邉
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2013-03-08
Filing date: 2013-03-08
Publication date: 2014-09-22

Abstract

【課題】費用と人手がかからないように工夫した、磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置及びその編成車両の運動再現方法を提供する。
【解決手段】磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置において、ベース（１）と、仮想車体模擬部分（２）と、車体模型（３）と、モーションベースＡ（台車に相当）（４）と、連結器模型（５）と、相互作用力測定用ロードセル（６）と、モーションベースＢ（仮想車体の運動を模擬）（７）と、前記モーションベースＡ（台車に相当）（４）に取り付けられる加速度計（８）と、連結器用ロードセル（９）とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置及びその編成車両の運動再現方法に関するものである。

図４は従来の編成車両用磁気浮上式鉄道車両模型実験装置の模式図である。
この図において、１０１はベース、１０２は車体模型、１０３はモーションベース（台車に相当）、１０４はロードセルである。
従来、磁気浮上式鉄道車両の運動再現については、浮上式鉄道車両の模型実験装置（下記特許文献１〜２、非特許文献１〜３参照）が提案されている。

また、一般の鉄道車両において，編成車両の運動を定置で再現する方法としては、例えば下記特許文献３〜５のようにＨＩＬＳ (ＨａｒｄｗａｒｅＩｎｔｈｅＬｏｏｐＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ) を用いて実車両と仮想車両を連結する方法が提案されている。
このような従来技術によるＨＩＬＳは、一般的な在来方式鉄道車両を対象とした手法であった。

図５は一般的な在来方式鉄道車両における力学モデルの例を示す模式図である。
この図において、２０１は軌道、２０２は１次サスペンション、２０４は台車、２０６は２次サスペンション、２０８は車体、２０９は連結器である。
この方式では、隣接する車両から伝搬する力は車体２０８に伝搬する力のみである。

特許第４６４７５２７号公報特開２０１２−１０７９８７号公報特開２００９−１９２２６９号公報特開２０１０−２２３６７５号公報特開２０１０−２２３６７７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，ｐｐ．５−１０，２００８Ｓｕｚｕｋｉ，Ｅ．，Ｗａｔａｎａｂｅ，Ｋ．，Ｈｏｓｈｉｎｏ，Ｈ．，Ｙｏｎｅｚｕ，Ｔ．ａｎｄＮａｇａｉ，Ｍ．，"ＡＳｔｕｄｙｏｆＭａｇｌｅｖＶｅｈｉｃｌｅＤｙｎａｍｉｃｓＵｓｉｎｇａＲｅｄｕｃｅｄ−ＳｃａｌｅＶｅｈｉｃｌｅＭｏｄｅｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＡｐｐａｒａｔｕｓ"，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓｆｏｒＴｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎａｎｄＬｏｇｉｓｔｉｃｓ，Ｖｏｌ．３，Ｎｏ．１，ｐｐ．１９６−２０５，２０１０渡邉健，星野宏則，鈴木江里光，米津武則，「浮上式鉄道における編成車両の運動特性」，鉄道総研報告，Ｖｏｌ．２５，Ｎｏ．３，ｐｐ．２３−２８，２０１１

上記した特許文献１〜２、非特許文献１〜２で提案した磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いて編成車両の運動を模擬する模型実験を行った一つの実施形態が上記非特許文献３である。しかしながら、上記非特許文献３に示した方法のように、全ての車体を縮尺模型で、全ての台車をモーションベースで再現する方法（図４参照）は、非常に費用と人手がかかる。長大編成車両の編成運動を模擬する場合には、特にその傾向が顕著である。

本発明は、上記状況に鑑みて、費用と人手がかからないように工夫した、磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置及びその編成車両の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〕磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置において、ベース（１）と、仮想車体模擬部分（２）と、車体模型（３）と、モーションベースＡ（台車に相当）（４）と、連結器模型（５）と、相互作用力測定用ロードセル（６）と、モーションベースＢ（仮想車体の運動を模擬）（７）と、前記モーションベースＡ（台車に相当）（４）に取り付けられる加速度計（８）と、連結器用ロードセル（９）を具備することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載の磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置において、仮想車体から前記台車（４）に作用する力は前記モーションベース (Ａ) （４）の制御装置内のプログラムにおけるモーションベースの制御パラメータに反映させるようにしたことを特徴とする。
〔３〕上記〔１〕記載の磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置において、仮想車体から前記車体模型（３）に作用する力は、モーションベース (Ｂ) （７）と前記車体模型（３）を前記連結器模型（５）で結合し、モーションベース (Ｂ) （７）で仮想車体の動きを再現するようにしたことを特徴とする。

〔４〕磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現方法において、ベース（１）と、仮想車体模擬部分（２）と、車体模型（３）と、モーションベースＡ（台車に相当）（４）と、連結器模型（５）と、相互作用力測定用ロードセル（６）と、モーションベースＢ（仮想車体の運動を模擬）（７）と、前記モーションベースＡ（台車に相当）（４）に取り付けられる加速度計（８）と、連結器用ロードセル（９）とを備え、仮想車体から台車（４）に作用する力は前記モーションベース (Ａ) （４）の制御装置内のプログラムにおけるモーションベースの制御パラメータに反映させることによって再現することを特徴とする。

〔５〕磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現方法において、ベース（１）と、仮想車体模擬部分（２）と、車体模型（３）と、モーションベースＡ（台車に相当）（４）と、連結器模型（５）と、相互作用力測定用ロードセル（６）と、モーションベースＢ（仮想車体の運動を模擬）（７）と、前記モーションベースＡ（台車に相当）（４）に取り付けられる加速度計（８）とを備え、仮想車体から前記車体模型（３）に作用する力は、モーションベース (Ｂ) （７）と前記車体模型（３）を前記連結器模型（５）で結合し、モーションベース (Ｂ) （７）で仮想車体の動きを再現することを特徴とする。

〔６〕磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現方法において、ベース（１）と、仮想車体模擬部分（２）と、車体模型（３）と、モーションベースＡ（台車に相当）（４）と、連結器模型（５）と、相互作用力測定用ロードセル（６）と、モーションベースＢ（仮想車体の運動を模擬）（７）と、前記モーションベースＡ（台車に相当）（４）に取り付けられる加速度計（８）と、連結器用ロードセル（９）とを備え、（ａ）２次サスペンション模型に取り付けられた前記相互作用力測定用ロードセル（６）から前記台車（４）に作用する力を取得するステップＳ１と、（ｂ）前記モーションベース（Ａ）（４）に取り付けられた前記加速度計（８）により加速度を取得するステップＳ２と、同様に、前記連結器模型（５）に取り付けられた前記連結器用ロードセル（９）から仮想車体に作用する力を取得するステップＳ３と、（ｃ）前記（ｂ）によって取得された情報を、仮想車両の運動方程式に代入するステップＳ４と、（ｄ）前記ステップＳ４によって、仮想車体から台車（４）に作用する力を計算するステップＳ５と、（ｅ）前記ステップＳ４によって、仮想車体と結合された部分の連結器模型（５）の変位を計算するステップＳ６と、（ｆ）前記ステップＳ６によって、モーションベース (Ｂ) （７）の制御装置内のプログラムに代入するステップＳ７と、（ｇ）ステップＳ１とステップＳ５によって、前記台車（４）の変位を計算するステップＳ８と、（ｈ）前記モーションベース (Ａ) （４）の制御装置内のプログラムにおけるモーションベースの制御パラメータに代入するステップＳ９とを施すことを特徴とする。

本発明は、特許文献３〜５で提案されているＨＩＬＳの手法を磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置に適用し、実際の車両の縮尺模型と仮想車両の縮尺模型を組み合わせることで、従来と比べて模型実験装置が安価となり、また、模型実験に要する人手を削減することができる。

本発明によれば、磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動を再現することが従来に比べて容易となり、長大編成車両の運動再現が現実的となる。

本発明の実施例を示す編成車両用磁気浮上式鉄道車両模型実験装置の模式図である。本発明の実施例を示す磁気浮上式鉄道車両における力学モデルの例を示す模式図である。本発明の実施例を示すモーションベースＡ，Ｂの制御装置内のプログラムにおける演算の流れを示すフローチャートである。従来の編成車両用磁気浮上式鉄道車両模型実験装置の模式図である。一般的な在来方式鉄道車両における力学モデルの例を示す模式図である。

磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置は、ベース（１）と、仮想車体模擬部分（２）と、車体模型（３）と、モーションベースＡ（台車に相当）（４）と、連結器模型（５）と、相互作用力測定用ロードセル（６）と、モーションベースＢ（仮想車体の運動を模擬）（７）と、前記モーションベースＡ（台車に相当）（４）に取り付けられる加速度計（８）と、連結器用ロードセル（９）とを具備する。

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編成車両用磁気浮上式鉄道車両模型実験装置の模式図、図２はその磁気浮上式鉄道車両における力学モデルの例を示す模式図である。
これらの図において、１はベース、２は仮想車体模擬部分、３は車体模型、４はモーションベースＡ（台車に相当）、５は連結器模型、６はロードセル（相互作用力測定用）、７はモーションベースＢ（仮想車体の運動を模擬）、８はモーションベースＡ（台車に相当）に取り付けられる加速度計、９は連結器用ロードセルである。

なお、１１はガイドウェイ、１２は車体、１３は連結器、１４は台車、１５は１次サスペンション、１６は２次サスペンションであり、車体１２を模擬実験装置上で再現したものが車体模型３、台車１４を模擬実験装置上で再現したものがモーションベースＡ（台車に相当）４、連結器１３を模擬実験装置上で再現したものが連結器模型５である。
本発明によれば、上記非特許文献３に記載されているように、磁気浮上式鉄道車両は連接台車方式を採用している。実際の磁気浮上式鉄道車両においては、車体〜台車間は、空気ばね、前後アンカ、上下ダンパ、左右ダンパで結合されている。また、車体〜車体間は、連結器で結合されている。隣接する車両から伝搬する力は空気ばね、前後アンカ、上下ダンパ、左右ダンパを通して台車に伝搬する力と連結器を通して車体に伝搬する力が存在する。

仮想車両の運動方程式の要部は以下のように表される。
台車ｂ_i-k：

車体ｃ_i-k：

台車ｂ_i+k：

車体ｃ_i+k：

また、ｂ_i、ｂ_i+1、ｃ_iを実車両とし、それ以外を仮想車両とする。なお、特許文献１〜２、非特許文献１〜２で記した手法により、相似則を用いて実車両ｂ_i、ｂ_i+1、ｃ_iを換算したものが車両模型である。
実車両の運動方程式の要部を以下に示す。
台車ｂ_i：

台車ｂ_i+1：

車体ｃ_i：

図３は本発明の実施例を示すモーションベースＡ，Ｂの制御装置内のプログラムにおいて演算の流れを示すフローチャートである。すなわち、図２では、モーションベース（Ａ）、（Ｂ）の制御装置内のプログラムに必要なパラメータ（現在時刻をｔ_qとした場合、次の制御時間刻みの時刻ｔ_q+1における値）を取得する流れを示している。
〔１〕

〔２〕

〔３〕上記〔２〕によって取得された情報を、仮想車両の運動方程式に代入する（ステップＳ４）。
〔４〕

〔５〕

〔６〕ステップＳ６によって得られた連結器模型（５）の変位をモーションベース (Ｂ) （７）の制御装置内のプログラムに代入する（ステップＳ７）。
〔７〕

〔８〕モーションベース (Ａ) （４）の制御装置内のプログラムにおけるモーションベースの制御パラメータに代入する（ステップＳ９）。
上記したように、仮想車体から台車（４）に作用する力はモーションベース (Ａ) （４）の制御装置内のプログラムにおけるモーションベースの制御パラメータに反映させることによって再現できる。

さらに、仮想車体から車体（３）に作用する力は、モーションベース (Ｂ) （７）と車体模型（３）を連結器模型（５）で結合し、モーションベース (Ｂ) （７）で仮想車体の動きを再現することによって再現できる。
本発明によれば、上記したＨＩＬＳの手法（特許文献３〜５で提案されている）を磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置に適用し、実際の車両の縮尺模型と仮想車両の縮尺模型を組み合わせることで、従来と比べて模型実験装置が安価となり、また、模型実験に要する人手を削減することができる。

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。

本発明の磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いて編成車両の運動再現装置は、費用と人手がかからないように工夫した、磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いて編成車両の運動再現装置として利用可能である。

１ベース
２仮想車体模擬部分
３車体模型
４モーションベースＡ（台車に相当）
５連結器模型
６相互作用力測定用ロードセル
７モーションベースＢ（仮想車体の運動を模擬）
８モーションベースＡ（台車に相当）に取り付けられる加速度計
９連結器用ロードセル
１１ガイドウェイ
１２車体
１３連結器
１４台車
１５１次サスペンション
１６２次サスペンション

Claims

ベース（１）と、仮想車体模擬部分（２）と、車体模型（３）と、モーションベースＡ（台車に相当）（４）と、連結器模型（５）と、相互作用力測定用ロードセル（６）と、モーションベースＢ（仮想車体の運動を模擬）（７）と、前記モーションベースＡ（台車に相当）（４）に取り付けられる加速度計（８）と、連結器用ロードセル（９）とを具備することを特徴とする磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置。
請求項１記載の磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置において、仮想車体から前記台車（４）に作用する力は前記モーションベース (Ａ) （４）の制御装置内のプログラムにおけるモーションベースの制御パラメータに反映させるようにしたことを特徴とする磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置。
請求項１記載の磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置において、仮想車体から前記車体模型（３）に作用する力は、モーションベース (Ｂ) （７）と前記車体模型（３）を前記連結器模型（５）で結合し、モーションベース (Ｂ) （７）で仮想車体の動きを再現するようにしたことを特徴とする磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現装置。
ベース（１）と、仮想車体模擬部分（２）と、車体模型（３）と、モーションベースＡ（台車に相当）（４）と、連結器模型（５）と、相互作用力測定用ロードセル（６）と、モーションベースＢ（仮想車体の運動を模擬）（７）と、前記モーションベースＡ（台車に相当）（４）に取り付けられる加速度計（８）と、連結器用ロードセル（９）とを備え、仮想車体から台車（４）に作用する力は前記モーションベース (Ａ) （４）の制御装置内のプログラムにおけるモーションベースの制御パラメータに反映させることによって再現することを特徴とする磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現方法。
ベース（１）と、仮想車体模擬部分（２）と、車体模型（３）と、モーションベースＡ（台車に相当）（４）と、連結器模型（５）と、相互作用力測定用ロードセル（６）と、モーションベースＢ（仮想車体の運動を模擬）（７）と、前記モーションベースＡ（台車に相当）（４）に取り付けられる加速度計（８）とを備え、仮想車体から前記車体模型（３）に作用する力は、モーションベース (Ｂ) （７）と前記車体模型（３）を前記連結器模型（５）で結合し、モーションベース (Ｂ) （７）で仮想車体の動きを再現することを特徴とする磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現方法。
ベース（１）と、仮想車体模擬部分（２）と、車体模型（３）と、モーションベースＡ（台車に相当）（４）と、連結器模型（５）と、相互作用力測定用ロードセル（６）と、モーションベースＢ（仮想車体の運動を模擬）（７）と、前記モーションベースＡ（台車に相当）（４）に取り付けられる加速度計（８）と、連結器用ロードセル（９）とを備え、
（ａ）２次サスペンション模型に取り付けられた前記相互作用力測定用ロードセル（６）から前記台車（４）に作用する力を取得するステップＳ１と、
（ｂ）前記モーションベース（Ａ）（４）に取り付けられた前記加速度計（８）により加速度を取得するステップＳ２と、同様に、前記連結器模型（５）に取り付けられた前記連結器用ロードセル（９）から仮想車体に作用する力を取得するステップＳ３と、
（ｃ）前記（ｂ）によって取得された情報を、仮想車両の運動方程式に代入するステップＳ４と、
（ｄ）前記ステップＳ４によって、仮想車体から台車（４）に作用する力を計算するステップＳ５と、
（ｅ）前記ステップＳ４によって、仮想車体と結合された部分の連結器模型（５）の変位を計算するステップＳ６と、
（ｆ）前記ステップＳ６によって、モーションベース (Ｂ) （７）の制御装置内のプログラムに代入するステップＳ７と、
（ｇ）ステップＳ１とステップＳ５によって、前記台車（４）の変位を計算するステップＳ８と、
（ｈ）前記モーションベース (Ａ) （４）の制御装置内のプログラムにおけるモーションベースの制御パラメータに代入するステップＳ９とを施すことを特徴とする磁気浮上式鉄道車両の模型実験装置を用いた編成車両の運動再現方法。