JP3691332B2 - 車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
かかる鉄道車両の乗り心地に関する参考文献としては、以下に挙げるものがある。
【０００３】
（１）鈴木浩明：鉄道車両の振動乗り心地に関する人間科学的研究，鉄道総研報告特別２４号，１９９８
（２）小柳志郎：振子車の振動乗心地評価法 −車体傾斜角速度による評価，鉄道技術研究報告，Ｎｏ．１２７４，１９８４
（３）ＩＳＯ：Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｈｏｃｋ−Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｏ ｗｈｏｌｅ−ｂｏｄｙ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｐａｒｔ１：Ｇｅｎｅｒａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ＩＳＯ ２６３１−１．ＩＳＯ，１９９７
（４）ＩＳＯ：Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｏ ｗｈｏｌｅ−ｂｏｄｙ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ−Ｐａｒｔ４：Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｍｏｔｉｏｎ ｏｎ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ａｎｄ ｃｒｅｗ ｃｏｍｆｏｒｔ ｏｆ ｆｉｘｅｄ ｇｕｉｄｅｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍｓ ＩＳＯ／ＣＤ ２６３１−４．ＩＳＯ，１９９８
（５）鈴木浩明・手塚和彦・吉岡博・高井秀之：鉄道振動の快適性評価に関わる国際規格原案，鉄道総研報告，ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．１１，ｐｐ．３７〜４２，１９９８
（６）ＣＥＮ：Ｒａｉｌｗａｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ−Ｒｉｄｅ ｃｏｍｆｏｒｔ ｏｆ ｐａｓｓｅｎｇｅｒｓ．Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，Ｆｉｎａｌ ｄｒａｆｔ，ＣＥＮ／ＴＣ２５６ ｐｒＥＮＶ１２２９９．ＣＥＮ，１９９６
（７）仲川滋：在来線到達時分短縮にむけて −ＴＲＹ−Ｚによる曲線通過速度向上試験−，ＪＲＥＡ，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．４，ｐｐ．２６〜２８，１９９８
（８）大野央人・鈴木浩明・芳賀一郎・辻野昭道・杉森昌樹：鉄道車両の車体ローリング乗り心地を規定する要因に関する一考察，日本機械学会第７回交通・物流部門大会，ｐｐ．１８３〜１８４，１９９８
（９）鈴木浩明・白戸宏明・中川千鶴・大野央人：乗り物酔いの評価に関する研究の現状と課題，鉄道総研報告，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．１１，ｐｐ．１〜６，１９９８
従来、振子式車両等の車体傾斜車両は曲線走行時に車体を自ら内傾し、乗客に作用する遠心力を補償して高速走行することが可能なため、我が国では１９７０年代に導入されて以来、急曲線が多い在来線区の特急列車のスピードアップに貢献してきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
傾斜制御技術の向上によって車体傾斜車両の乗り心地は格段に向上してきたが、車体傾斜時のローリング等に起因すると考えられる不快感が今日でも問題となる場合がある。
【０００５】
車体傾斜車両の乗り心地に関わるいくつかの目安値はあるものの、我が国では傾斜制御の違いに起因する乗り心地の良否を総合的に評価する指標が提案されたことはない。
【０００６】
そこで、以下に既存の車体傾斜車両の乗り心地の評価方法について説明する。
【０００７】
〔１〕車体傾斜車両の乗り心地に影響する要因
列車走行時に生じる振動は、その振幅や周波数が絶えず変動している。このようなランダム振動の場合、振動波形のどのような側面を計測すれば、人の快・不快の差に対応する物理量となるのかが１つの検討課題となる。
【０００８】
車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地を考える上で重要なのは、左右方向の並進振動（左右振動）と回転振動（ローリング）であり、とりわけ後者は車体傾斜車両に特有の問題となる。
【０００９】
図２は車体傾斜車両が直線から曲線にかけて走行した際に生じるローリングの角速度（ロール角速度）と左右振動加速度の変化を時間軸に沿って模式的に示した図である。
【００１０】
例えば、緩和曲線区間に入ると車体が傾斜し始めるため、ロール角速度〔図２（ａ）参照〕の値は徐々に大きくなるが、円曲線に入ると車体傾斜を終えて再びほぼ０に戻る。ただし、車両のサスペンションと軌道の相互影響により生じる繰り返し動揺などのため、直線や円曲線中でローリングの値が完全に０となるわけではない。車体傾斜時のローリングの大きさを表す物理量としては、緩和曲線中のロール角速度の最大値（θp ）や、その変化率を意味するロール角加速度の最大値（θj ）が代表的である。
【００１１】
一方、軌道狂いと車両の動的な相互作用に起因して生じる左右振動加速度〔図２（ｂ）参照〕の場合は、緩和曲線区間に入ると車両に加わる遠心力の大きさに応じて、基線からのずれが観測される。円曲線区間では、走行速度が変化しない限りは、基線からのずれの程度はほぼ一定（定常的）である。このように、車両が円曲線を走行するときに定常的に生じる車体床面に平行な左右加速度を左右定常加速度ｙa と呼ぶ。左右定常加速度ｙa は一般に左右振動加速度波形にローパスフィルタをかけて得られた低周波成分の平均値として求められる。
【００１２】
逆に、こうした低周波数成分を無視していわゆる振動分１波の最大振幅をその区間内の代表値とするｐ−ｐ値ｙm （ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ）も、指標として広く用いられる。なお、基線から片側のみの最大振幅を代表値とする場合はピーク値という。さらには、低周波分・高周波分を合わせて、基線からのずれを含む左右振動加速度の最大値を読み取った左右加速度最大値ｙp や、緩和曲線中の左右振動加速度の時間変化率（ジャーク）最大値ｙj などを指標として用いることもある。
【００１３】
乗り心地の快−不快はこれら様々な振動特性に影響されるため、車体傾斜車両の曲線走行時の振動特性を表す指標としてどのような代表値を選ぶかによって、評価結果が左右される。
【００１４】
次に、これまでに用いられてきた主な代表値を概観する〔参考文献（１）〕。
【００１５】
〔２〕日本における評価法
〔２−１〕左右振動加速度と左右定常加速度
国鉄時代に設けられた乗り心地基準では、一般走行時（＝直線区間の等速走行時等）と曲線走行時を分けて考えている。
【００１６】
一般走行時については、左右、上下、前後方向の振動加速度ピーク値をもとに乗り心地を５段階評価する「乗り心地係数」や、後述するＩＳＯ規格を参考に、振動加速度の実効値（ｒｍｓ値）で乗り心地を評価する「乗り心地レベル」等が提案されている。
【００１７】
一方、曲線走行時の乗り心地の程度は、左右定常加速度の大きさで評価され、「５％の立位乗客が許容できないとする定常加速度は０．８ｍ／ｓ2 である」との目安値が１９６０年代に提案されている。今日でも一部の例外を除き、この値を超えないように曲線通過速度が制限されている。
【００１８】
〔２−２〕ロール角速度とロール角加速度
曲線走行時に車体を内傾することで、左右定常加速度を低減し、より高速走行が可能になるよう開発されたのが車体傾斜車両である。車体傾斜機構には幾つかのタイプがあり、我が国で初期に導入された振子式車両は、車両に遠心力が働くとコロに載った車体が自然に内傾する方式（自然振子式）を採用していた。しかし、この方式では、曲線に入ってから車体が傾斜し始める振り遅れ等により、曲線線形に沿ったスムーズな車体傾斜ができない場合があった。このため、（特に立位での）乗り心地は芳しくなく、酔いやすいとの評価もあった。検討の結果、車体傾斜に伴う低周波ローリングが問題であり、良好な乗り心地を確保するには下記の条件を満たす必要があることが結論づけられた。
【００１９】
ロール角速度等から「良い」と判定される条件は、以下のとおりである。
【００２０】
（１）曲線出入口でのロール角速度が小さい（限度の目安は５ｄｅｇ／ｓ）。
【００２１】
（２）曲線出入口でのロール角加速度が小さい（限度の目安は１５ｄｅｇ／ｓ2 ）。
【００２２】
（３）曲線出入口でのロール角加速度波形が左右対称、かつ正弦波状である。
【００２３】
（４）車体左右加速度に衝撃波形が生じない。
上記の５ｄｅｇ／ｓ、１５ｄｅｇ／ｓ2 という値は現在でも目安値として活用されている。
【００２４】
その後、空気アクチュエータをコンピュータで制御する方式を導入したことで傾斜制御の精度は格段に向上した。現在では、すべてのＪＲ旅客会社が急曲線の多い在来線区の特急列車に制御付き振子式車両を採用している。
【００２５】
〔２−３〕諸外国における検討例
〔２−３−１〕ＩＳＯの評価指針（ＩＳＯ２６３１）
ＩＳＯによる「全身振動に対する人体曝露の評価（ＩＳＯ２６３１）」は鉄道車両の乗り心地評価に影響を及ぼした国際規格であり〔参考文献（１）〕、今日では、鉄道振動の評価方法をＩＳＯ２６３１の独立したパート（Ｐａｒｔ４）として制定するための審議も行われている〔参考文献（３）〜（５）〕。この規格案には「ローリングが乗り心地に影響する要因の１つであり、大きなロール角速度の運動に繰り返し曝露されると乗り物酔いに陥りやすい」ことが記されているが、その具体的な測定・評価法は明確になっていない。
【００２６】
〔２−３−２〕欧州規格案
車体傾斜車両の曲線乗り心地について最も参考となるのは、欧州標準化委員会（ＣＥＮ）で審議中の欧州規格（ＥＮ）案である。国際鉄道連合（ＵＩＣ）の一連の研究報告書をベースにしたＥＮ案には次のような曲線乗り心地指標（ＰCT）が提案されている。
【００２７】
【数１】
【００２８】
なお、左右振動については、ＩＳＯ２６３１を参考にした、図３に示されるローパスフィルタによる周波数補正を行った後の値を用いる必要がある。上記した式（１），（２）の括弧内の項は正の値となる場合のみ採用され、負の場合には、ロール角速度のみで表される式となる。
【００２９】
〔２−４〕開発目的の違い・一体感評価と設計仕様
開発目的の違いに着目すると、従来の様々な評価指標は以下の２つに大別できる。１つは「人の感じる快−不快の変化と最も高い相関を持つような振動特性の物理的変化を定量化し、物理量の大きさから乗り心地の程度を予測可能な評価関数を作成する」ことを目的としたものであり、もう１つは、「商品やサービスを提供する際に必要な設計標準を得ること」を目的としたものである。両者の違いは絶対的なものではないが、その目的の違いから必要とされる指標の形態が異なることが多い。
【００３０】
〔２−４−１〕多項式による快−不快の表現
乗り心地の快−不快は様々な振動特性に影響されるため、体感との相関が最も高くなるように各種の振動特性の重みづけ和を求めて、例えば、ＥＮ案のような評価式を作成することができる。ところが、このように表現すると、各々の変数を物理的にどの程度低減すれば、乗り心地がどう変化するかが分かりにくい。
【００３１】
このため、「軌道管理や車両設計に反映しづらい指標」と評価されがちな傾向がある。設計・管理面からは、「θp は５ｄｅｇ／ｓ，θj は１５ｄｅｇ／ｓ2 ，ｙa は０．８ｍ／ｓ2 以下に抑えること」といった許容値で表す方が適している。
【００３２】
しかしながら、このような管理基準では、物理量の変化に伴って快−不快の程度がどう変化するかの定量化は困難である。
【００３３】
〔２−４−２〕サービスの質への認識の違い
以上から、乗客の体感的な良否を表す指標と、軌道管理や車両設計に有用な指標は必ずしも同じでないことがわかる。欧州では管理・設計用の基準と体感乗り心地の評価関数を区別した上で、乗り心地指標の規格化を進めているが、我が国では「すぐに役に立つ」ことが強調されるため、設計・管理指標としての乗り心地に目が行きがちで、サービスの総合品質指標としての乗り心地基準の検討は遅れている。
【００３４】
このため、本発明は、サービスの質を評価する意味での乗り心地指標を与えることができる車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕緩和曲線区間において、左右加速度最大値ｙp 、左右振動ジャーク最大値ｙj 、ロール角速度最大値θp 、ロール角加速度最大値θj の４変数を算出し、その重みづけ合成和を作成することにより、体感と相関の高い乗り心地評価を行う車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法であって、次の式に従って乗り心地評価演算を行うことを特徴とする車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法。
【００３６】
立位：ＴＣ T-R ＝０．６ｙ p ＋０．３ｙ j ＋０．０３θ p ＋０．１２θ j ＋０．５
座位：ＴＣ T-Z ＝０．４ｙ p ＋０．４ｙ j ＋０．０２θ p ＋０．０４θ j ＋０．８
〔２〕上記〔１〕記載の車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法において、前記演算値が３を超える場合には「不快」な乗り心地であり、２未満である場合には、「全く問題ない」ものとし、この式の計算結果が負の値となる場合には近似的に０とみなすことを特徴とする車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法。
【００３７】
〔３〕車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価装置において、左右加速度センサとロール角速度センサを有する車載センサ装置と、この車載センサ装置からの情報を取込み、左右加速度最大値ｙp を演算する左右加速度最大値ｙp 演算装置、左右振動ジャーク最大値ｙj を演算する左右振動ジャーク最大値ｙj 演算装置、ロール角速度最大値θp を演算するロール角速度最大値θp 演算装置、ロール角加速度最大値θj を演算するロール角加速度最大値θj 演算装置と、それらの演算装置からの情報を取込み、
立位：ＴＣ T-R ＝０．６ｙ p ＋０．３ｙ j ＋０．０３θ p ＋０．１２θ j ＋０．５
座位：ＴＣ T-Z ＝０．４ｙ p ＋０．４ｙ j ＋０．０２θ p ＋０．０４θ j ＋０．８
上記式に従った乗り心地評価演算を行う乗り心地評価演算装置と、この乗り心地評価演算装置に接続され、乗り心地評価表示を行う乗り心地評価表示装置を具備することを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３９】
本発明によれば、４種の振動特性の重みづけ合成値で乗り心地を予測する以下のような評価式を作成した。重回帰係数は立位、座位ともに０．７０であり、精度を下げることなく、汎用的な指標を作成することができた。
【００４０】
立位：ＴＣT-R ＝０．６ｙp ＋０．３ｙj ＋０．０３θp ＋０．１２θj＋０．５
座位：ＴＣT-Z ＝０．４ｙp ＋０．４ｙj ＋０．０２θp ＋０．０４θj＋０．８
この式から得られる値は以下に述べる現車試験で用いた４段階の評価尺度と対応しているので、計算結果が３を超える場合には「不快」な乗り心地であり、２未満である場合には、「全く問題ない」ことを意味している。ただし、この式の計算結果が負の値となる場合には近似的に０とみなす。
【００４１】
図１は本発明の実施例を示す車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価装置の概略構成図である。
【００４２】
この図において、車載センサ装置１として、左右加速度センサ２、ロール角速度センサ４が搭載され、それらの出力信号は、乗り心地評価データ処理装置１０に取り込まれる。その乗り心地評価データ処理装置１０は、左右加速度センサ２からの左右加速度の最大値として得られる左右加速度最大値ｙp 演算装置１１、左右加速度センサ２からの左右加速度情報の変化率の最大値として得られる左右振動ジャーク最大値ｙj 演算装置１２、ロール角速度センサ４からのロール角速度の最大値として得られるロール角速度最大値θp 演算装置１３、ロール角速度センサ４からのロール角速度を微分して得られるロール角加速度最大値θj 演算装置１４、計時装置（同期装置）１５などから構成され、それぞれの出力情報が乗り心地評価演算装置１６において、
立位：ＴＣT-R ＝０．６ｙp ＋０．３ｙj ＋０．０３θp ＋０．１２θj ＋０．５
座位：ＴＣT-Z ＝０．４ｙp ＋０．４ｙj ＋０．０２θp ＋０．０４θj ＋０．８
の式の演算処理を行い、乗り心地表示装置１７にて乗り心地を表示する。
【００４３】
例えば、計算結果が３を超える場合には「不快」な乗り心地であり、２未満である場合には、「全く問題ない」ことになる。ただし、計算結果が負の値となる場合には近似的に０とみなす。このような数値に基づいて、「不快」な場合には、人間のしかめ面を乗り心地表示装置１７の表示面に表示したり、「全く問題ない」場合には人間の笑顔を表示面上に描くようにするなど工夫することができる。当然に、数値を４段階にして、それに応じた画像による表示などを行わせるようにしてもよい。
【００４４】
このように、緩和曲線区間において、（１）左右加速度最大値、（２）左右振動ジャーク最大値、（３）ロール角速度最大値、（４）ロール角加速度最大値の４変数を算出し、その重みづけ合成和を作成することで、体感と相関の高い評価が可能となる。なお、この指標は、左右方向の並進振動・回転振動（ローリング）それぞれの最大値（ｙp ，ｙj ）と変化率最大値（θp ，θj ）から構成されていると換言することができる。
【００４５】
以下、詳細に説明する。
【００４６】
〔１〕現車での体感評価試験の実態について、
〔１−１〕試験目的
ここでは、車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地に影響する振動特性を検討し、体感と適合した乗り心地評価方法を作成するための資料を得る。
【００４７】
〔１−２〕試験実施概要
試験は、１９９８年９月に中央車線の四方津−甲斐大和間で実施した。供試車両は東日本旅客鉄道株式会社のＥ９９１系試験電車（ＴＲＹ−Ｚ）３両編成であり、試験はＴ車内で実施した。曲線に入ると超過遠心力と制御力によって重心が外側に振り出されて車体を傾斜させる従来の振り子式車両と異なり、この試験車両は油圧による強制車体傾斜方式を採用しており、曲線で強制的に重心を内側に移動させることができる。
【００４８】
また、任意の地点で車体を傾斜させ始めたり、一定の傾斜角で車体傾斜を止めるなど、個々の曲線毎に傾斜制御条件を比較的自由に設定できる特色がある。
【００４９】
試験には鉄道関係者２８名（立位１２名、座位１６名）が被験者として参加した。
【００５０】
〔１−２−１〕試験方法
区間内に１３個の試験曲線（曲線半径Ｒ＝４００ｍ、カントｃ＝１０５ｍｍ、円曲線長の平均値＝３２７ｍ）を設け、各曲線の開始・終了時を放送で被験者に知らせた。各試験曲線について、図４に示す区間（Ａ〜Ｃ）毎に４段階尺度で乗り心地を評価する作業を被験者に課した。なお、評価用語は既存の研究を参考に以下のように選定した。
（１）まったく問題ない
（２）やや気になる程度
（３）不快であるが許容範囲内である
（４）不快であり許容できない
〔１−２−２〕試験走行条件
新たな評価法について検討するための資料を得るには、現在営業運転中の列車の車体傾斜パターンをはじめ、様々な走行条件下で被験者の評価データを収集する必要がある。このため、下記に示す各要因を変化させることにより、多様な傾斜制御パターンでのデータ収集を図った。１日の試番数は４回であり、試験は６日間にわたって昼間の時間帯で実施した。なお、試験の実施順序が評価に影響しないよう、各条件の走行順序はランダムに配置した。
【００５１】
操作した車体傾斜制御変数：変域と変化ステップは以下の通りである。
【００５２】
（１）車体傾斜角：４〜７度（１度刻み）
（２）左右定常加速度補償率：６０〜１００％（２０％刻み）
（３）曲線走行速度：９０〜１１０ｋｍ／ｈ（５ｋｍ／ｈ刻み）
（４）車体傾斜タイミング：緩和曲線の長さ相当分、前もしくは後に移動（緩和曲線長の１／２の長さ刻み）
〔１−２−３〕測定物理量
車体振動加速度、車体ロール角・ロール角速度を測定し、合わせて速度、キロポストマーカーを記録した。
〔２〕結果と考察
本発明では、乗り心地に影響する振動特性の検討と、車体傾斜車両の乗り心地評価方法の提供に焦点を当てて考察する。このため、個々の車体傾斜制御条件と体感評価との関係についての検討は省略する。
【００５３】
被験者の評定値データについては、１〜４の評点を人間の感覚量に対応する値とみなし、立位・座位別に全被験者の評定平均値を求め、これを「乗り心地の程度を表す指標」とした。なお、特に断りのない限り入口側・出口側の緩和曲線の評価（図４のＡ、Ｃ）は区別せず、合わせて分析に用いた。一方、物理量については、図２のｙp ，ｙj ，θp ，θj の４種を分析に用いた。前３者はＥＮ規格案に用いられている指標であり、θp とθj は日本における従来の評価で用いられてきた指標である。
【００５４】
〔２−１〕個々の物理量と評価値の相関
〔２−１−１〕物理量間の相関
４種の物理量間の相関係数を表１に示す。ｙp とθp ，ｙp とθj が独立とみなせる以外、他の変数間の相関は統計的に有意であることが明らかになった。
【００５５】
【表１】
【００５６】
〔２−１−２〕物理量と評定値（被経験者評定平均値）との相関・偏相関
上記の４変数の各々と被験者評定平均値との相関係数を立位・座位別に示したのが表２の左欄である。
【００５７】
【表２】
【００５８】
また、上記表１に示されるように、物理量同士が独立でないことを考慮して偏相関係数を算出した結果を表２の右欄に示す。ここで、偏相関係数とは相関を調べたい変数ペア以外の変数の影響を取り除いて算出した相関係数である。例えばこの表では、ｙj ，θp ，θj の影響を取り除いた場合のｙp と評定平均値との相関係数は立位で０．３８、座位で０．１９であることを示している。相関係数で見ると立位・座位ともにｙj の値が最も大きいが、立位の場合には、他の変数の影響を取り除くとθj の相関が最も高い。ただし、最も高い偏相関係数でも、０．５未満であるため、単独の変数で体感乗り心地の程度を予測するには限界があることが分かる。
【００５９】
〔２−２〕緩和曲線の乗り心地評価指標
以上により、体感と相関の高い評価指標を作成するには、複数物理量の合成変数を用いるのが望ましいとの結果が得られた。そこで、幾つかの合成変数について、体感との適合度がどの程度あるかを検討する。
【００６０】
〔２−２−１〕ローリングのみを用いた評価
日本ではθp とθj の目安値で車体傾斜車両の乗り心地を評価してきたので、まず、この２要因で合成変数を作成した場合にどの程度の精度が得られるかを分析する。θp とθj を独立変数、立位・座位別の評定値を従属変数としてステップワイズ式の重回帰分析で検討した結果、以下の回帰式を得た。
【００６１】
立位：Ｎ11＝０．１２θp ＋０．０３θj −０．８０ …（３）
座位：Ｎ12＝０．０６θp ＋０．０２θj −０．９６ …（４）
なお、ステップワイズ式重回帰分析とは、従属変数に生じた差の理由を説明できるような、最も効率的な独立変数の組み合わせを取捨選択する統計技法であり、今回の例でいえば、乗り心地評価に影響している振動特性の組み合わせを選び出すことを意味する。分析結果によれば、θp ，θj ともに有効な変数として採択された。ただし、振動特性と評定値との結び付きの強さを表す重回帰係数は立位０．５５、座位０．４２であり、それほど高くはない。
【００６２】
〔２−２−２〕ＥＮ方式の評価
次に、ＥＮ案のＰCT（ｙp ，ｙj ，θp の合成変数）を独立変数とした回帰分析の結果、以下の回帰式を得た。回帰係数は立位０．６７、座位０．６５であり、上記式（３）、（４）より高い値となった。なお、ＥＮ案ではＰCTの適用対象を入口側緩和曲線のみとしているが、本発明の試験では入口、出口側ともにほぼ同程度の回帰係数が得られたため、両者を合わせて分析した。
【００６３】
立位：Ｎ21＝０．０３ＰCT＋１．１２ …（５）
座位：Ｎ22＝０．０５ＰCT＋１．１４ …（６）
〔２−２−３〕新たな評価指標の検討
上記式（３）〜（６）の回帰係数はいずれも統計的に有意であり、一定の信頼性が確認された。ＥＮ指標の方が信頼度は高く、０．６を超える回帰係数が得られた。従って、今後の国際化の流れを考慮すれば、この指標をそのまま曲線乗り心地指標として採用するのも一案である。
【００６４】
しかしながら、本発明では、以下の点を勘案して新たな指標の作成を試みることとした。
【００６５】
（１）緩和曲線の長さや形状、鉄道車両の乗り心地への期待値などは国によって異なる。このため、ＥＮ案の各変数の重みづけ値を日本の評価にそのまま適用すべきかどうかについて（式の各変数の有効桁数を含めて）疑問が残る。
【００６６】
（２）日本ではこれまで車体傾斜車両の乗り心地評価にロール角加速度を活用しており、この指標の有効性は定置試験結果でも確認されている〔参考文献（８）〕ことから、ロール角加速度を加えた指標とする。
【００６７】
以上の方針に従い、ｙp ，ｙj ，θp ，θj の４変数を独立変数としたステップワイズ式重回帰分析を実施した。なお、ＥＮ案ではロール角速度を指数関数で計算しているが、本発明では直線回帰式を用いた。分析の結果、４変数全てが評価に有効な変数として採択され、以下の回帰式が得られた。なお、重回帰係数は立位０．７４、座位０．６８であり、ＥＮ案より高い値を示した。
【００６８】
立位：Ｎ31＝０．７２ｙp ＋０．３６ｙj ＋０．０４θp ＋０．１１θj
−０．４３ …（７）
座位：Ｎ32＝０．２３ｙp ＋０．４４ｙj ＋０．０２θp ＋０．０１θj
−０．７９ …（８）
〔２−２−４〕本発明にかかる総合評価指標（ＴＣT ）
乗り心地の評価は刺激の絶対強度のみでなく、刺激の変域や分布等の影響を受けた相対評価になりがちである。このため、一回の試験で得られた評価式が別の試験結果には適合しないことがある。そこで、同様の手続きで行われた別の現車試験や室内実験等の結果を参考に係数の修正を行い、４種の振動特性の重みづけ合成値で乗り心地を予測する評価式を作成した。重回帰係数は立位、座位ともに０．７０であり、上記式（７）〜（８）の精度を下げずに汎用的な指標を作成することができた。
【００６９】
立位：ＴＣT-R ＝０．６ｙp ＋０．３ｙj ＋０．０３θp ＋０．１２θj
＋０．５ …（９）
座位：ＴＣT-Z ＝０．４ｙp ＋０．４ｙj ＋０．０２θp ＋０．０４θj
＋０．８ …（１０）
この式から得られる値は現車試験で用いた４段階の評価尺度と対応しているので、計算結果が３を超える場合には「不快」な乗り心地であり、２未満である場合には、「全く問題ない」ことを意味している。ただし、この式の計算結果が負の値となる場合には近似的に０とみなす。
【００７０】
なお、この分析で用いたデータを対象にＥＮ案のＰCTを算出した結果、重回帰係数は立位０．５９、座位０．６７であり、本発明の総合評価指標ＴＣT の方が適合性が高いことが確認された。
〔２−２−５〕指標の適用範囲
指標の適用範囲に関わる留意点をいくつか述べる。
【００７１】
（１）この指標は車体傾斜車両を対象にした検討結果に基づいているため、非傾斜方式の車両の乗り心地評価にも適用可能かどうかについては別途検討が必要である。
【００７２】
（２）同様に、走行速度、曲線形状、軌道管理状態などが異なる新幹線の評価に適用する場合にも、別途検討が必要である。
【００７３】
（３）本発明では、座位と立位の評価式を提案したが、在来線特急列車の運転状況等を考慮すれば、より評価が厳しい立位の評価式を用いる方が望ましい。
【００７４】
（４）人間の快−不快は期待値との比較で決まるため、車両の走行性能や鉄道をとりまく環境の変化に応じて、絶えず柔軟に評価指標を修正していく必要がある。
〔３〕
本発明では、車体傾斜車両が曲線区間を走行する際の乗り心地に影響する要因について検討を行い、緩和曲線走行時の乗り心地の総合評価指標（ＴＣT ）を提案した。緩和曲線区間において、（１）左右加速度最大値、（２）左右振動ジャーク最大値、（３）ロール角速度最大値、（４）ロール角加速度最大値の４変数を算出し、その重みづけ合成和を作成することで、体感と相関の高い評価が可能となることを明らかにした。なお、この指標は、左右方向の並進振動・回転振動（ローリング）それぞれの最大値（ｙp ，ｙj ）と変化率最大値（θp ，θj ）から構成されていると換言することができる。また、評価の程度は４段階区分で表示できる。
【００７５】
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いて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００７６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価において、サービスの質を評価する意味での乗り心地指標及びその装置を与えることができる。
【００７７】
特に、緩和曲線区間において、（１）左右加速度最大値、（２）左右振動ジャーク最大値、（３）ロール角速度最大値、（４）ロール角加速度最大値の４変数を算出し、その重みづけ合成和を作成することで、体感と相関の高い評価が可能となる。
【００７８】
なお、この指標は、左右方向の並進振動・回転振動（ローリング）それぞれの最大値（ｙp ，ｙj ）と変化率最大値（θp ，θj ）から構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例を示す車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価装置の概略構成図である。
【図２】 車体傾斜車両が直線から曲線にかけて走行した際に生じるローリングの角速度（ロール角速度）と左右振動加速度の変化を時間軸に沿って模式的に示した図である。
【図３】 ローパスフィルタによる周波数補正を示す図である。
【図４】 乗り心地の評価区間を示す図である。
【符号の説明】
１ 車載センサ装置
２ 左右加速度センサ
４ ロール角速度センサ
１０ 乗り心地評価データ処理装置
１１ 左右加速度最大値ｙp 演算装置
１２ 左右振動ジャーク最大値ｙj 演算装置
１３ ロール角速度最大値θp 演算装置
１４ ロール角加速度最大値θj 演算装置
１５ 計時装置（同期装置）
１６ 乗り心地評価演算装置
１７ 乗り心地表示装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法及びその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
かかる鉄道車両の乗り心地に関する参考文献としては、以下に挙げるものがある。
【０００３】
（１）鈴木浩明：鉄道車両の振動乗り心地に関する人間科学的研究，鉄道総研報告特別２４号，１９９８
（２）小柳志郎：振子車の振動乗心地評価法 −車体傾斜角速度による評価，鉄道技術研究報告，Ｎｏ．１２７４，１９８４
（３）ＩＳＯ：Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｈｏｃｋ−Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｏ ｗｈｏｌｅ−ｂｏｄｙ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ，Ｐａｒｔ１：Ｇｅｎｅｒａｌ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ＩＳＯ ２６３１−１．ＩＳＯ，１９９７
（４）ＩＳＯ：Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｕｍａｎ ｅｘｐｏｓｕｒｅ ｔｏ ｗｈｏｌｅ−ｂｏｄｙ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ−Ｐａｒｔ４：Ｇｕｉｄｅｌｉｎｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｖｉｂｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｏｔａｔｉｏｎａｌ ｍｏｔｉｏｎ ｏｎ ｐａｓｓｅｎｇｅｒ ａｎｄ ｃｒｅｗ ｃｏｍｆｏｒｔ ｏｆ ｆｉｘｅｄ ｇｕｉｄｅｗａｙ ｔｒａｎｓｐｏｒｔ ｓｙｓｔｅｍｓ ＩＳＯ／ＣＤ ２６３１−４．ＩＳＯ，１９９８
（５）鈴木浩明・手塚和彦・吉岡博・高井秀之：鉄道振動の快適性評価に関わる国際規格原案，鉄道総研報告，ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．１１，ｐｐ．３７〜４２，１９９８
（６）ＣＥＮ：Ｒａｉｌｗａｙ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ−Ｒｉｄｅ ｃｏｍｆｏｒｔ ｏｆ ｐａｓｓｅｎｇｅｒｓ．Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ，Ｆｉｎａｌ ｄｒａｆｔ，ＣＥＮ／ＴＣ２５６ ｐｒＥＮＶ１２２９９．ＣＥＮ，１９９６
（７）仲川滋：在来線到達時分短縮にむけて −ＴＲＹ−Ｚによる曲線通過速度向上試験−，ＪＲＥＡ，Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．４，ｐｐ．２６〜２８，１９９８
（８）大野央人・鈴木浩明・芳賀一郎・辻野昭道・杉森昌樹：鉄道車両の車体ローリング乗り心地を規定する要因に関する一考察，日本機械学会第７回交通・物流部門大会，ｐｐ．１８３〜１８４，１９９８
（９）鈴木浩明・白戸宏明・中川千鶴・大野央人：乗り物酔いの評価に関する研究の現状と課題，鉄道総研報告，Ｖｏｌ．１２，Ｎｏ．１１，ｐｐ．１〜６，１９９８
従来、振子式車両等の車体傾斜車両は曲線走行時に車体を自ら内傾し、乗客に作用する遠心力を補償して高速走行することが可能なため、我が国では１９７０年代に導入されて以来、急曲線が多い在来線区の特急列車のスピードアップに貢献してきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
傾斜制御技術の向上によって車体傾斜車両の乗り心地は格段に向上してきたが、車体傾斜時のローリング等に起因すると考えられる不快感が今日でも問題となる場合がある。
【０００５】
車体傾斜車両の乗り心地に関わるいくつかの目安値はあるものの、我が国では傾斜制御の違いに起因する乗り心地の良否を総合的に評価する指標が提案されたことはない。
【０００６】
そこで、以下に既存の車体傾斜車両の乗り心地の評価方法について説明する。
【０００７】
〔１〕車体傾斜車両の乗り心地に影響する要因
列車走行時に生じる振動は、その振幅や周波数が絶えず変動している。このようなランダム振動の場合、振動波形のどのような側面を計測すれば、人の快・不快の差に対応する物理量となるのかが１つの検討課題となる。
【０００８】
車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地を考える上で重要なのは、左右方向の並進振動（左右振動）と回転振動（ローリング）であり、とりわけ後者は車体傾斜車両に特有の問題となる。
【０００９】
図２は車体傾斜車両が直線から曲線にかけて走行した際に生じるローリングの角速度（ロール角速度）と左右振動加速度の変化を時間軸に沿って模式的に示した図である。
【００１０】
例えば、緩和曲線区間に入ると車体が傾斜し始めるため、ロール角速度〔図２（ａ）参照〕の値は徐々に大きくなるが、円曲線に入ると車体傾斜を終えて再びほぼ０に戻る。ただし、車両のサスペンションと軌道の相互影響により生じる繰り返し動揺などのため、直線や円曲線中でローリングの値が完全に０となるわけではない。車体傾斜時のローリングの大きさを表す物理量としては、緩和曲線中のロール角速度の最大値（θp ）や、その変化率を意味するロール角加速度の最大値（θj ）が代表的である。
【００１１】
一方、軌道狂いと車両の動的な相互作用に起因して生じる左右振動加速度〔図２（ｂ）参照〕の場合は、緩和曲線区間に入ると車両に加わる遠心力の大きさに応じて、基線からのずれが観測される。円曲線区間では、走行速度が変化しない限りは、基線からのずれの程度はほぼ一定（定常的）である。このように、車両が円曲線を走行するときに定常的に生じる車体床面に平行な左右加速度を左右定常加速度ｙa と呼ぶ。左右定常加速度ｙa は一般に左右振動加速度波形にローパスフィルタをかけて得られた低周波成分の平均値として求められる。
【００１２】
逆に、こうした低周波数成分を無視していわゆる振動分１波の最大振幅をその区間内の代表値とするｐ−ｐ値ｙm （ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ ｖａｌｕｅ）も、指標として広く用いられる。なお、基線から片側のみの最大振幅を代表値とする場合はピーク値という。さらには、低周波分・高周波分を合わせて、基線からのずれを含む左右振動加速度の最大値を読み取った左右加速度最大値ｙp や、緩和曲線中の左右振動加速度の時間変化率（ジャーク）最大値ｙj などを指標として用いることもある。
【００１３】
乗り心地の快−不快はこれら様々な振動特性に影響されるため、車体傾斜車両の曲線走行時の振動特性を表す指標としてどのような代表値を選ぶかによって、評価結果が左右される。
【００１４】
次に、これまでに用いられてきた主な代表値を概観する〔参考文献（１）〕。
【００１５】
〔２〕日本における評価法
〔２−１〕左右振動加速度と左右定常加速度
国鉄時代に設けられた乗り心地基準では、一般走行時（＝直線区間の等速走行時等）と曲線走行時を分けて考えている。
【００１６】
一般走行時については、左右、上下、前後方向の振動加速度ピーク値をもとに乗り心地を５段階評価する「乗り心地係数」や、後述するＩＳＯ規格を参考に、振動加速度の実効値（ｒｍｓ値）で乗り心地を評価する「乗り心地レベル」等が提案されている。
【００１７】
一方、曲線走行時の乗り心地の程度は、左右定常加速度の大きさで評価され、「５％の立位乗客が許容できないとする定常加速度は０．８ｍ／ｓ2 である」との目安値が１９６０年代に提案されている。今日でも一部の例外を除き、この値を超えないように曲線通過速度が制限されている。
【００１８】
〔２−２〕ロール角速度とロール角加速度
曲線走行時に車体を内傾することで、左右定常加速度を低減し、より高速走行が可能になるよう開発されたのが車体傾斜車両である。車体傾斜機構には幾つかのタイプがあり、我が国で初期に導入された振子式車両は、車両に遠心力が働くとコロに載った車体が自然に内傾する方式（自然振子式）を採用していた。しかし、この方式では、曲線に入ってから車体が傾斜し始める振り遅れ等により、曲線線形に沿ったスムーズな車体傾斜ができない場合があった。このため、（特に立位での）乗り心地は芳しくなく、酔いやすいとの評価もあった。検討の結果、車体傾斜に伴う低周波ローリングが問題であり、良好な乗り心地を確保するには下記の条件を満たす必要があることが結論づけられた。
【００１９】
ロール角速度等から「良い」と判定される条件は、以下のとおりである。
【００２０】
（１）曲線出入口でのロール角速度が小さい（限度の目安は５ｄｅｇ／ｓ）。
【００２１】
（２）曲線出入口でのロール角加速度が小さい（限度の目安は１５ｄｅｇ／ｓ2 ）。
【００２２】
（３）曲線出入口でのロール角加速度波形が左右対称、かつ正弦波状である。
【００２３】
（４）車体左右加速度に衝撃波形が生じない。
上記の５ｄｅｇ／ｓ、１５ｄｅｇ／ｓ2 という値は現在でも目安値として活用されている。
【００２４】
その後、空気アクチュエータをコンピュータで制御する方式を導入したことで傾斜制御の精度は格段に向上した。現在では、すべてのＪＲ旅客会社が急曲線の多い在来線区の特急列車に制御付き振子式車両を採用している。
【００２５】
〔２−３〕諸外国における検討例
〔２−３−１〕ＩＳＯの評価指針（ＩＳＯ２６３１）
ＩＳＯによる「全身振動に対する人体曝露の評価（ＩＳＯ２６３１）」は鉄道車両の乗り心地評価に影響を及ぼした国際規格であり〔参考文献（１）〕、今日では、鉄道振動の評価方法をＩＳＯ２６３１の独立したパート（Ｐａｒｔ４）として制定するための審議も行われている〔参考文献（３）〜（５）〕。この規格案には「ローリングが乗り心地に影響する要因の１つであり、大きなロール角速度の運動に繰り返し曝露されると乗り物酔いに陥りやすい」ことが記されているが、その具体的な測定・評価法は明確になっていない。
【００２６】
〔２−３−２〕欧州規格案
車体傾斜車両の曲線乗り心地について最も参考となるのは、欧州標準化委員会（ＣＥＮ）で審議中の欧州規格（ＥＮ）案である。国際鉄道連合（ＵＩＣ）の一連の研究報告書をベースにしたＥＮ案には次のような曲線乗り心地指標（ＰCT）が提案されている。
【００２７】
【数１】
なお、左右振動については、ＩＳＯ２６３１を参考にした、図３に示されるローパスフィルタによる周波数補正を行った後の値を用いる必要がある。上記した式（１），（２）の括弧内の項は正の値となる場合のみ採用され、負の場合には、ロール角速度のみで表される式となる。
【００２９】
〔２−４〕開発目的の違い・一体感評価と設計仕様
開発目的の違いに着目すると、従来の様々な評価指標は以下の２つに大別できる。１つは「人の感じる快−不快の変化と最も高い相関を持つような振動特性の物理的変化を定量化し、物理量の大きさから乗り心地の程度を予測可能な評価関数を作成する」ことを目的としたものであり、もう１つは、「商品やサービスを提供する際に必要な設計標準を得ること」を目的としたものである。両者の違いは絶対的なものではないが、その目的の違いから必要とされる指標の形態が異なることが多い。
【００３０】
〔２−４−１〕多項式による快−不快の表現
乗り心地の快−不快は様々な振動特性に影響されるため、体感との相関が最も高くなるように各種の振動特性の重みづけ和を求めて、例えば、ＥＮ案のような評価式を作成することができる。ところが、このように表現すると、各々の変数を物理的にどの程度低減すれば、乗り心地がどう変化するかが分かりにくい。
【００３１】
このため、「軌道管理や車両設計に反映しづらい指標」と評価されがちな傾向がある。設計・管理面からは、「θp は５ｄｅｇ／ｓ，θj は１５ｄｅｇ／ｓ2 ，ｙa は０．８ｍ／ｓ2 以下に抑えること」といった許容値で表す方が適している。
【００３２】
しかしながら、このような管理基準では、物理量の変化に伴って快−不快の程度がどう変化するかの定量化は困難である。
【００３３】
〔２−４−２〕サービスの質への認識の違い
以上から、乗客の体感的な良否を表す指標と、軌道管理や車両設計に有用な指標は必ずしも同じでないことがわかる。欧州では管理・設計用の基準と体感乗り心地の評価関数を区別した上で、乗り心地指標の規格化を進めているが、我が国では「すぐに役に立つ」ことが強調されるため、設計・管理指標としての乗り心地に目が行きがちで、サービスの総合品質指標としての乗り心地基準の検討は遅れている。
【００３４】
このため、本発明は、サービスの質を評価する意味での乗り心地指標を与えることができる車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法及びその装置を提供することを目的とする。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕緩和曲線区間において、左右加速度最大値ｙp 、左右振動ジャーク最大値ｙj 、ロール角速度最大値θp 、ロール角加速度最大値θj の４変数を算出し、その重みづけ合成和を作成することにより、体感と相関の高い乗り心地評価を行う車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法であって、次の式に従って乗り心地評価演算を行うことを特徴とする車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法。
【００３６】
立位：ＴＣ T-R ＝０．６ｙ p ＋０．３ｙ j ＋０．０３θ p ＋０．１２θ j ＋０．５
座位：ＴＣ T-Z ＝０．４ｙ p ＋０．４ｙ j ＋０．０２θ p ＋０．０４θ j ＋０．８
〔２〕上記〔１〕記載の車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法において、前記演算値が３を超える場合には「不快」な乗り心地であり、２未満である場合には、「全く問題ない」ものとし、この式の計算結果が負の値となる場合には近似的に０とみなすことを特徴とする車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法。
【００３７】
〔３〕車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価装置において、左右加速度センサとロール角速度センサを有する車載センサ装置と、この車載センサ装置からの情報を取込み、左右加速度最大値ｙp を演算する左右加速度最大値ｙp 演算装置、左右振動ジャーク最大値ｙj を演算する左右振動ジャーク最大値ｙj 演算装置、ロール角速度最大値θp を演算するロール角速度最大値θp 演算装置、ロール角加速度最大値θj を演算するロール角加速度最大値θj 演算装置と、それらの演算装置からの情報を取込み、
立位：ＴＣ T-R ＝０．６ｙ p ＋０．３ｙ j ＋０．０３θ p ＋０．１２θ j ＋０．５
座位：ＴＣ T-Z ＝０．４ｙ p ＋０．４ｙ j ＋０．０２θ p ＋０．０４θ j ＋０．８
上記式に従った乗り心地評価演算を行う乗り心地評価演算装置と、この乗り心地評価演算装置に接続され、乗り心地評価表示を行う乗り心地評価表示装置を具備することを特徴とする。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
【００３９】
本発明によれば、４種の振動特性の重みづけ合成値で乗り心地を予測する以下のような評価式を作成した。重回帰係数は立位、座位ともに０．７０であり、精度を下げることなく、汎用的な指標を作成することができた。
【００４０】
立位：ＴＣT-R ＝０．６ｙp ＋０．３ｙj ＋０．０３θp ＋０．１２θj＋０．５
座位：ＴＣT-Z ＝０．４ｙp ＋０．４ｙj ＋０．０２θp ＋０．０４θj＋０．８
この式から得られる値は以下に述べる現車試験で用いた４段階の評価尺度と対応しているので、計算結果が３を超える場合には「不快」な乗り心地であり、２未満である場合には、「全く問題ない」ことを意味している。ただし、この式の計算結果が負の値となる場合には近似的に０とみなす。
【００４１】
図１は本発明の実施例を示す車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価装置の概略構成図である。
【００４２】
この図において、車載センサ装置１として、左右加速度センサ２、ロール角速度センサ４が搭載され、それらの出力信号は、乗り心地評価データ処理装置１０に取り込まれる。その乗り心地評価データ処理装置１０は、左右加速度センサ２からの左右加速度の最大値として得られる左右加速度最大値ｙp 演算装置１１、左右加速度センサ２からの左右加速度情報の変化率の最大値として得られる左右振動ジャーク最大値ｙj 演算装置１２、ロール角速度センサ４からのロール角速度の最大値として得られるロール角速度最大値θp 演算装置１３、ロール角速度センサ４からのロール角速度を微分して得られるロール角加速度最大値θj 演算装置１４、計時装置（同期装置）１５などから構成され、それぞれの出力情報が乗り心地評価演算装置１６において、
立位：ＴＣT-R ＝０．６ｙp ＋０．３ｙj ＋０．０３θp ＋０．１２θj ＋０．５
座位：ＴＣT-Z ＝０．４ｙp ＋０．４ｙj ＋０．０２θp ＋０．０４θj ＋０．８
の式の演算処理を行い、乗り心地表示装置１７にて乗り心地を表示する。
【００４３】
例えば、計算結果が３を超える場合には「不快」な乗り心地であり、２未満である場合には、「全く問題ない」ことになる。ただし、計算結果が負の値となる場合には近似的に０とみなす。このような数値に基づいて、「不快」な場合には、人間のしかめ面を乗り心地表示装置１７の表示面に表示したり、「全く問題ない」場合には人間の笑顔を表示面上に描くようにするなど工夫することができる。当然に、数値を４段階にして、それに応じた画像による表示などを行わせるようにしてもよい。
【００４４】
このように、緩和曲線区間において、（１）左右加速度最大値、（２）左右振動ジャーク最大値、（３）ロール角速度最大値、（４）ロール角加速度最大値の４変数を算出し、その重みづけ合成和を作成することで、体感と相関の高い評価が可能となる。なお、この指標は、左右方向の並進振動・回転振動（ローリング）それぞれの最大値（ｙp ，ｙj ）と変化率最大値（θp ，θj ）から構成されていると換言することができる。
【００４５】
以下、詳細に説明する。
【００４６】
〔１〕現車での体感評価試験の実態について、
〔１−１〕試験目的
ここでは、車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地に影響する振動特性を検討し、体感と適合した乗り心地評価方法を作成するための資料を得る。
【００４７】
〔１−２〕試験実施概要
試験は、１９９８年９月に中央車線の四方津−甲斐大和間で実施した。供試車両は東日本旅客鉄道株式会社のＥ９９１系試験電車（ＴＲＹ−Ｚ）３両編成であり、試験はＴ車内で実施した。曲線に入ると超過遠心力と制御力によって重心が外側に振り出されて車体を傾斜させる従来の振り子式車両と異なり、この試験車両は油圧による強制車体傾斜方式を採用しており、曲線で強制的に重心を内側に移動させることができる。
【００４８】
また、任意の地点で車体を傾斜させ始めたり、一定の傾斜角で車体傾斜を止めるなど、個々の曲線毎に傾斜制御条件を比較的自由に設定できる特色がある。
【００４９】
試験には鉄道関係者２８名（立位１２名、座位１６名）が被験者として参加した。
【００５０】
〔１−２−１〕試験方法
区間内に１３個の試験曲線（曲線半径Ｒ＝４００ｍ、カントｃ＝１０５ｍｍ、円曲線長の平均値＝３２７ｍ）を設け、各曲線の開始・終了時を放送で被験者に知らせた。各試験曲線について、図４に示す区間（Ａ〜Ｃ）毎に４段階尺度で乗り心地を評価する作業を被験者に課した。なお、評価用語は既存の研究を参考に以下のように選定した。
（１）まったく問題ない
（２）やや気になる程度
（３）不快であるが許容範囲内である
（４）不快であり許容できない
〔１−２−２〕試験走行条件
新たな評価法について検討するための資料を得るには、現在営業運転中の列車の車体傾斜パターンをはじめ、様々な走行条件下で被験者の評価データを収集する必要がある。このため、下記に示す各要因を変化させることにより、多様な傾斜制御パターンでのデータ収集を図った。１日の試番数は４回であり、試験は６日間にわたって昼間の時間帯で実施した。なお、試験の実施順序が評価に影響しないよう、各条件の走行順序はランダムに配置した。
【００５１】
操作した車体傾斜制御変数：変域と変化ステップは以下の通りである。
【００５２】
（１）車体傾斜角：４〜７度（１度刻み）
（２）左右定常加速度補償率：６０〜１００％（２０％刻み）
（３）曲線走行速度：９０〜１１０ｋｍ／ｈ（５ｋｍ／ｈ刻み）
（４）車体傾斜タイミング：緩和曲線の長さ相当分、前もしくは後に移動（緩和曲線長の１／２の長さ刻み）
〔１−２−３〕測定物理量
車体振動加速度、車体ロール角・ロール角速度を測定し、合わせて速度、キロポストマーカーを記録した。
〔２〕結果と考察
本発明では、乗り心地に影響する振動特性の検討と、車体傾斜車両の乗り心地評価方法の提供に焦点を当てて考察する。このため、個々の車体傾斜制御条件と体感評価との関係についての検討は省略する。
【００５３】
被験者の評定値データについては、１〜４の評点を人間の感覚量に対応する値とみなし、立位・座位別に全被験者の評定平均値を求め、これを「乗り心地の程度を表す指標」とした。なお、特に断りのない限り入口側・出口側の緩和曲線の評価（図４のＡ、Ｃ）は区別せず、合わせて分析に用いた。一方、物理量については、図２のｙp ，ｙj ，θp ，θj の４種を分析に用いた。前３者はＥＮ規格案に用いられている指標であり、θp とθj は日本における従来の評価で用いられてきた指標である。
【００５４】
〔２−１〕個々の物理量と評価値の相関
〔２−１−１〕物理量間の相関
４種の物理量間の相関係数を表１に示す。ｙp とθp ，ｙp とθj が独立とみなせる以外、他の変数間の相関は統計的に有意であることが明らかになった。
【００５５】
【表１】
〔２−１−２〕物理量と評定値（被経験者評定平均値）との相関・偏相関
上記の４変数の各々と被験者評定平均値との相関係数を立位・座位別に示したのが表２の左欄である。
【００５７】
【表２】
また、上記表１に示されるように、物理量同士が独立でないことを考慮して偏相関係数を算出した結果を表２の右欄に示す。ここで、偏相関係数とは相関を調べたい変数ペア以外の変数の影響を取り除いて算出した相関係数である。例えばこの表では、ｙj ，θp ，θj の影響を取り除いた場合のｙp と評定平均値との相関係数は立位で０．３８、座位で０．１９であることを示している。相関係数で見ると立位・座位ともにｙj の値が最も大きいが、立位の場合には、他の変数の影響を取り除くとθj の相関が最も高い。ただし、最も高い偏相関係数でも、０．５未満であるため、単独の変数で体感乗り心地の程度を予測するには限界があることが分かる。
【００５９】
〔２−２〕緩和曲線の乗り心地評価指標
以上により、体感と相関の高い評価指標を作成するには、複数物理量の合成変数を用いるのが望ましいとの結果が得られた。そこで、幾つかの合成変数について、体感との適合度がどの程度あるかを検討する。
【００６０】
〔２−２−１〕ローリングのみを用いた評価
日本ではθp とθj の目安値で車体傾斜車両の乗り心地を評価してきたので、まず、この２要因で合成変数を作成した場合にどの程度の精度が得られるかを分析する。θp とθj を独立変数、立位・座位別の評定値を従属変数としてステップワイズ式の重回帰分析で検討した結果、以下の回帰式を得た。
【００６１】
立位：Ｎ11＝０．１２θp ＋０．０３θj −０．８０ …（３）
座位：Ｎ12＝０．０６θp ＋０．０２θj −０．９６ …（４）
なお、ステップワイズ式重回帰分析とは、従属変数に生じた差の理由を説明できるような、最も効率的な独立変数の組み合わせを取捨選択する統計技法であり、今回の例でいえば、乗り心地評価に影響している振動特性の組み合わせを選び出すことを意味する。分析結果によれば、θp ，θj ともに有効な変数として採択された。ただし、振動特性と評定値との結び付きの強さを表す重回帰係数は立位０．５５、座位０．４２であり、それほど高くはない。
【００６２】
〔２−２−２〕ＥＮ方式の評価
次に、ＥＮ案のＰCT（ｙp ，ｙj ，θp の合成変数）を独立変数とした回帰分析の結果、以下の回帰式を得た。回帰係数は立位０．６７、座位０．６５であり、上記式（３）、（４）より高い値となった。なお、ＥＮ案ではＰCTの適用対象を入口側緩和曲線のみとしているが、本発明の試験では入口、出口側ともにほぼ同程度の回帰係数が得られたため、両者を合わせて分析した。
【００６３】
立位：Ｎ21＝０．０３ＰCT＋１．１２ …（５）
座位：Ｎ22＝０．０５ＰCT＋１．１４ …（６）
〔２−２−３〕新たな評価指標の検討
上記式（３）〜（６）の回帰係数はいずれも統計的に有意であり、一定の信頼性が確認された。ＥＮ指標の方が信頼度は高く、０．６を超える回帰係数が得られた。従って、今後の国際化の流れを考慮すれば、この指標をそのまま曲線乗り心地指標として採用するのも一案である。
【００６４】
しかしながら、本発明では、以下の点を勘案して新たな指標の作成を試みることとした。
【００６５】
（１）緩和曲線の長さや形状、鉄道車両の乗り心地への期待値などは国によって異なる。このため、ＥＮ案の各変数の重みづけ値を日本の評価にそのまま適用すべきかどうかについて（式の各変数の有効桁数を含めて）疑問が残る。
【００６６】
（２）日本ではこれまで車体傾斜車両の乗り心地評価にロール角加速度を活用しており、この指標の有効性は定置試験結果でも確認されている〔参考文献（８）〕ことから、ロール角加速度を加えた指標とする。
【００６７】
以上の方針に従い、ｙp ，ｙj ，θp ，θj の４変数を独立変数としたステップワイズ式重回帰分析を実施した。なお、ＥＮ案ではロール角速度を指数関数で計算しているが、本発明では直線回帰式を用いた。分析の結果、４変数全てが評価に有効な変数として採択され、以下の回帰式が得られた。なお、重回帰係数は立位０．７４、座位０．６８であり、ＥＮ案より高い値を示した。
【００６８】
立位：Ｎ31＝０．７２ｙp ＋０．３６ｙj ＋０．０４θp ＋０．１１θj
−０．４３ …（７）
座位：Ｎ32＝０．２３ｙp ＋０．４４ｙj ＋０．０２θp ＋０．０１θj
−０．７９ …（８）
〔２−２−４〕本発明にかかる総合評価指標（ＴＣT ）
乗り心地の評価は刺激の絶対強度のみでなく、刺激の変域や分布等の影響を受けた相対評価になりがちである。このため、一回の試験で得られた評価式が別の試験結果には適合しないことがある。そこで、同様の手続きで行われた別の現車試験や室内実験等の結果を参考に係数の修正を行い、４種の振動特性の重みづけ合成値で乗り心地を予測する評価式を作成した。重回帰係数は立位、座位ともに０．７０であり、上記式（７）〜（８）の精度を下げずに汎用的な指標を作成することができた。
【００６９】
立位：ＴＣT-R ＝０．６ｙp ＋０．３ｙj ＋０．０３θp ＋０．１２θj
＋０．５ …（９）
座位：ＴＣT-Z ＝０．４ｙp ＋０．４ｙj ＋０．０２θp ＋０．０４θj
＋０．８ …（１０）
この式から得られる値は現車試験で用いた４段階の評価尺度と対応しているので、計算結果が３を超える場合には「不快」な乗り心地であり、２未満である場合には、「全く問題ない」ことを意味している。ただし、この式の計算結果が負の値となる場合には近似的に０とみなす。
【００７０】
なお、この分析で用いたデータを対象にＥＮ案のＰCTを算出した結果、重回帰係数は立位０．５９、座位０．６７であり、本発明の総合評価指標ＴＣT の方が適合性が高いことが確認された。
〔２−２−５〕指標の適用範囲
指標の適用範囲に関わる留意点をいくつか述べる。
【００７１】
（１）この指標は車体傾斜車両を対象にした検討結果に基づいているため、非傾斜方式の車両の乗り心地評価にも適用可能かどうかについては別途検討が必要である。
【００７２】
（２）同様に、走行速度、曲線形状、軌道管理状態などが異なる新幹線の評価に適用する場合にも、別途検討が必要である。
【００７３】
（３）本発明では、座位と立位の評価式を提案したが、在来線特急列車の運転状況等を考慮すれば、より評価が厳しい立位の評価式を用いる方が望ましい。
【００７４】
（４）人間の快−不快は期待値との比較で決まるため、車両の走行性能や鉄道をとりまく環境の変化に応じて、絶えず柔軟に評価指標を修正していく必要がある。
〔３〕
本発明では、車体傾斜車両が曲線区間を走行する際の乗り心地に影響する要因について検討を行い、緩和曲線走行時の乗り心地の総合評価指標（ＴＣT ）を提案した。緩和曲線区間において、（１）左右加速度最大値、（２）左右振動ジャーク最大値、（３）ロール角速度最大値、（４）ロール角加速度最大値の４変数を算出し、その重みづけ合成和を作成することで、体感と相関の高い評価が可能となることを明らかにした。なお、この指標は、左右方向の並進振動・回転振動（ローリング）それぞれの最大値（ｙp ，ｙj ）と変化率最大値（θp ，θj ）から構成されていると換言することができる。また、評価の程度は４段階区分で表示できる。
【００７５】
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いて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００７６】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価において、サービスの質を評価する意味での乗り心地指標及びその装置を与えることができる。
【００７７】
特に、緩和曲線区間において、（１）左右加速度最大値、（２）左右振動ジャーク最大値、（３）ロール角速度最大値、（４）ロール角加速度最大値の４変数を算出し、その重みづけ合成和を作成することで、体感と相関の高い評価が可能となる。
【００７８】
なお、この指標は、左右方向の並進振動・回転振動（ローリング）それぞれの最大値（ｙp ，ｙj ）と変化率最大値（θp ，θj ）から構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例を示す車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価装置の概略構成図である。
【図２】 車体傾斜車両が直線から曲線にかけて走行した際に生じるローリングの角速度（ロール角速度）と左右振動加速度の変化を時間軸に沿って模式的に示した図である。
【図３】 ローパスフィルタによる周波数補正を示す図である。
【図４】 乗り心地の評価区間を示す図である。
【符号の説明】
１ 車載センサ装置
２ 左右加速度センサ
４ ロール角速度センサ
１０ 乗り心地評価データ処理装置
１１ 左右加速度最大値ｙp 演算装置
１２ 左右振動ジャーク最大値ｙj 演算装置
１３ ロール角速度最大値θp 演算装置
１４ ロール角加速度最大値θj 演算装置
１５ 計時装置（同期装置）
１６ 乗り心地評価演算装置
１７ 乗り心地表示装置
Claims (3)
- 緩和曲線区間において、左右加速度最大値ｙp 、左右振動ジャーク最大値ｙj 、ロール角速度最大値θp 、ロール角加速度最大値θj の４変数を算出し、その重みづけ合成和を作成することにより、体感と相関の高い乗り心地評価を行う車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法であって、次の式に従って乗り心地評価演算を行うことを特徴とする車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法。
立位：ＴＣ T-R ＝０．６ｙ p ＋０．３ｙ j ＋０．０３θ p ＋０．１２θ j ＋０．５
座位：ＴＣ T-Z ＝０．４ｙ p ＋０．４ｙ j ＋０．０２θ p ＋０．０４θ j ＋０．８ - 請求項１記載の車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法において、前記演算値が３を超える場合には「不快」な乗り心地であり、２未満である場合には、「全く問題ない」ものとし、この式の計算結果が負の値となる場合には近似的に０とみなすことを特徴とする車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価方法。
- 車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価装置において、
（ａ）左右加速度センサとロール角速度センサを有する車載センサ装置と、
（ｂ）該車載センサ装置からの情報を取込み、左右加速度最大値ｙp を演算する左右加速度最大値ｙp 演算装置、左右振動ジャーク最大値ｙj を演算する左右振動ジャーク最大値ｙj 演算装置、ロール角速度最大値θp を演算するロール角速度最大値θp 演算装置、ロール角加速度最大値θj を演算するロール角加速度最大値θj 演算装置と、
（ｃ）それらの演算装置からの情報を取込み、
立位：ＴＣ T-R ＝０．６ｙ p ＋０．３ｙ j ＋０．０３θ p ＋０．１２θ j ＋０．５
座位：ＴＣ T-Z ＝０．４ｙ p ＋０．４ｙ j ＋０．０２θ p ＋０．０４θ j ＋０．８
上記式に従った乗り心地評価演算を行う乗り心地評価演算装置と、
（ｄ）該乗り心地評価演算装置に接続され、乗り心地評価表示を行う乗り心地評価表示装置を具備することを特徴とする車体傾斜車両の曲線走行時の乗り心地評価装置。
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