JP4806328B2 - 輪重抜け割合測定方法及び輪重抜け割合測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、デュアルモード車両の輪重抜け割合測定方法及び輪重抜け割合測定装置に関する。

現在、鉄道と道路とのシームレス化を行って鉄道車両とバスの双方の利点を生かす交通システムを構築する目的で、車体の前後にタイヤ用車軸を介して設けられた道路走行用のタイヤと、車体の前後にガイド輪用車軸を介して設けられた軌道走行用のガイド輪と、を備えた軌道走行と道路走行との双方が可能な車両（以下「デュアルモード車両」という）が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

上記デュアルモード車両は、軌道走行時には油圧シリンダにより、前後の軌道走行用のガイド輪を下降させてレールに乗せ、且つ、エンジンからトルクが付与される後タイヤ（駆動輪）もレールに当接する高さに調節し、前後のガイド輪によりレールに追従走行すると共に後タイヤにより走行駆動力を生じていた。
ところで、デュアルモード車両が軌道上を走行する際には、駆動力を発生させるタイヤがレールに接触する圧力が不十分なために空転を起こすこと、逆にタイヤがレールに接触する圧力が強すぎることでガイド輪がレールに接触する圧力が弱くなるためにガイド輪がレールから外れて脱線すること、を避けなければならない。そのため、タイヤとガイド輪にかかる重量配分を走行中にリアルタイムで最適値に変更することが望ましく、その為の制御方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

一方で、鉄道車両が営業運転を行う場合には事前に走行試験を行い乗り心地や走行安定性などを測定し検証を行う必要があり、デュアルモード車両に対しても同様の検証が必要となる。そして、その中の項目の一つに輪重抜け割合（輪重減少率とも呼ばれる）というものがある。輪重とは左右各々のガイド輪に加わる荷重（各レールから受ける反力）のことであり、当該車両の静止時の輪重をP_０、走行中の所定時に測定された輪重をＰとする時、ΔＰ＝Ｐ_０−Ｐを輪重の減少量、ΔＰ／Ｐ_０を輪重抜け割合といい、一般的には、静止輪重P_０は予め測定しておくこと、左右の両車輪の静止輪重の平均値を用いることを原則とし、輪重Ｐは車輪に貼付けたひずみゲージのひずみ量より算出する。このように求めた輪重Ｐと、予め測定しておいた静止輪重P_０とから、左右の両車輪それぞれの輪重抜け割合ΔＰ／Ｐ_０を測定（算出）することができる（例えば、特許文献３参照）。
なお、上記輪重抜け割合の算出において、静止時の輪重P_０を分母として除算を行うのは、前後左右上下のいずれか方向に生じる慣性力等の外力の影響を受けていない状態を基準として、走行時における基準状態からの変化率を求めるためである。
特許３６７９１０８号公報 特許３６７１１８６号公報 財団法人鉄道総合技術研究所編、「在来鉄道運転速度向上試験マニュアル・解説」、発行国：日本、財団法人鉄道総合技術研究所発行、平成５年５月１０日発行、２９頁及び６７〜７６頁

しかし、前記したデュアルモード車両においては、タイヤとガイド輪にかかる重量配分を走行中にリアルタイムで変更することから、静止時の輪重も重量配分によって変動を生じることとなる。したがって、予め一定の重量配分での静止時の輪重を測定したとしても走行時に重量配分が変更されてしまうため、その値を採用することはできなかった。つまり、タイヤとガイド輪の双方で軌道に接すると共に、輪重制御等により、その重量配分が走行時に変動するような車両においては、従来の輪重抜け割合の測定を行うことができないという問題があった。

本発明の目的は、タイヤとガイド輪の双方で軌道に接すると共にその重量配分が走行時に変動するような車両において輪重抜け割合の測定を可能とすることである。

以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、車体の前方又は後方に、車軸に支持された一対の軌道走行用車輪と車軸に支持された一対の道路走行用タイヤの双方を備え、軌道走行時には、前記軌道走行用車輪と前記道路走行用タイヤの両方を軌道に接触させると共に前記軌道走行用車軸の昇降を行う油圧アクチュエータにより前記軌道走行用車輪と前記道路走行用タイヤの重量比率を変動させる制御を行う車両について、軌道走行中に前記軌道走行用車輪にかかる輪重の輪重抜け割合を測定する方法であって、
前記油圧アクチュエータに圧力計を設けて、既知である前記軌道走行用車輪にかかる輪重の左右の合計である軸重と油圧との間の関係から、前記圧力計を用いて測定した油圧の圧力値によって、前記軌道走行用車輪にかかる軸重Ｐ_０Ｖを算出する軸重算出工程と、
前記軌道走行用車輪の左側又は右側の少なくとも一方にひずみゲージを設けて、前記ひずみゲージから得られた値によって前記軌道走行用車輪の輪重Ｐを算出する輪重算出工程と、
同じ時期又は同じ地点で、前記軸重算出工程によって得られた前記軸重Ｐ_０Ｖと、前記輪重算出工程によって得られた前記輪重Ｐとから、｛（Ｐ_０Ｖ／２）−Ｐ｝／（Ｐ_０Ｖ／２）を計算することによって輪重抜け割合を算出する輪重抜け割合算出工程と、
を備えることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、車体の前方又は後方に、車軸に支持された一対の軌道走行用車輪と車軸に支持された一対の道路走行用タイヤの双方を備え、軌道走行時には、前記軌道走行用車輪と前記道路走行用タイヤの両方を軌道に接触させると共に前記軌道走行用車軸の昇降を行う油圧アクチュエータにより前記軌道走行用車輪と前記道路走行用タイヤの重量比率を変動させる制御を行う車両について、軌道走行中に前記軌道走行用車輪にかかる輪重の輪重抜け割合を測定する輪重抜け割合測定装置であって、
前記油圧アクチュエータに設けられた圧力計と、
前記前記軌道走行用車輪の左側又は右側の少なくとも一方にかかる輪重を測定するために設けられたひずみゲージと、
既知である前記軌道走行用車輪にかかる輪重の左右の合計である軸重と油圧との間の関係から、前記圧力計を用いて測定した油圧の圧力値によって、前記軌道走行用車輪にかかる軸重Ｐ_０Ｖを算出する軸重算出手段と、
前記ひずみゲージから得られた値によって前記軌道走行用車輪の輪重Ｐを算出する輪重算出手段と、
同じ時期又は同じ地点で、前記軸重算出手段によって得られた前記軸重P_０Ｖと、前記輪重算出手段によって得られた前記輪重Ｐとから、｛（Ｐ_０Ｖ／２）−Ｐ｝／（Ｐ_０Ｖ／２）を計算することによって輪重抜け割合を算出する輪重抜け割合算出手段と、
を備えることを特徴とする。

請求項１に記載の発明では、静止時の輪重が重量配分によって変動を生じ、当該重量配分はガイド輪を昇降させる油圧アクチュエータの油圧（圧力値）により変動することに着目し、油圧アクチュエータの油圧の圧力値から静止時の輪重を予測しあるいは算出する。なお、軸重Ｐ_０Ｖは左右の軌道走行用車輪の輪重（軌道走行用車輪が各レールから受ける反力）の合計値のことであり、軸重Ｐ_０Ｖの二分の一の値が静止輪重に相当する。軸重は輪重の合計値なので、例え走行時に測定し、左右の輪重にアンバランスを生じても、輪重を二分の一にすれば静止輪重と等しくなる。つまり、軸重Ｐ_０Ｖが求まれば静止輪重が求まるのと同然といえる。
具体的には、油圧アクチュエータに圧力計を設けて、既知である軸重と油圧との間の関係から、軌道走行用車輪にかかる軸重を算出し、軌道走行用車輪に設けたひずみゲージにより走行時の各車輪の輪重を算出し、算出した軸重及び輪重から輪重抜け割合を算出することで、道路走行用タイヤと軌道走行用車輪の双方で軌道に接すると共にその重量配分が走行時に変動するような車両においても輪重抜け割合を測定することができる。
なお、「既知である軸重と油圧との間の関係」は、予め油圧を変化させたときの軸重変化を計測で求めても良いし、道路走行用タイヤと軌道走行用車輪と油圧アクチュエータの支持構造の各部の寸法などの設計条件から軸重−油圧の相対的な関係の数式を求めても良い。つまり、油圧の圧力値が決まれば軸重が求まるような相互の関係を明らかにするいかなる手法を用いても良い。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１と同様に、輪重抜け割合測定装置を構成することで、道路走行用タイヤと軌道走行用車輪の双方で軌道に接すると共にその重量配分が走行時に変動するような車両においても輪重抜け割合を容易に測定することができる。

以下、本発明における実施の形態について、図を参照しながら説明する。なお、本発明における実施の形態においては、適用する”車両”をデュアルモード車両としているが、”道路走行用タイヤ”としてのタイヤと”軌道走行用車輪”としてのガイド輪の双方で軌道に接すると共にその重量配分が走行時に変動するような車両であれば、例えば従来から提案されている軌陸車等に適用することができる。

［第１の実施の形態］
本発明における第１の実施の形態に係る輪重抜け割合測定方法について、図１から図９を参照しながら説明する。

（デュアルモード車両の構成等）
本実施の形態に係るデュアルモード車両１は、図１及び図２に示すように、車体２、車体２の前方及び後方に配設されたゴムタイヤ用車軸３ａ，４ａを中心に回転する前方ゴムタイヤ３及び後方ゴムタイヤ４、内側にフランジ部５ｆ，６ｆを備え、車体２の前方及び後方にアーム５ｂ，６ｂを介して昇降自在に配設されたガイド輪用車軸５ａ，６ａを中心に回転する軌道走行用の前方ガイド輪５及び後方ガイド輪６、前方ガイド輪５及び後方ガイド輪６を上昇下降させるための油圧アクチュエータ７，８、ガイド輪用車軸５ａ，６ａに設けられデュアルモード車両１の走行速度を検出する車速センサー１１、後方ゴムタイヤ４の回転速度を検出するタイヤ回転速度センサー１２、後方ゴムタイヤ４にかかる重量を測定するためのポテンショメーター１３、後方ゴムタイヤ４及び後方ガイド輪６の輪重を制御する輪重制御装置２０、図示されていない、デュアルモード車両１の前方ゴムタイヤ３の操舵方向や後方ゴムタイヤ４の回転状態等を制御する制御装置、駆動源としてのエンジン、トランスミッション、差動装置、等を備えて構成されている。

また、デュアルモード車両１には、運転席の各操縦装置、ガイド輪の昇降を制御する制御装置やスイッチ類等をはじめとする運転及び制御に必要な装置は当然備えられており、必要に応じて、ＡＴＳや防護無線等の安全確保に必要な装置、車内放送や戸締め装置等の接客サービスに必要な装置、無線装置やＧＰＳ等の運行管理に用いる装置、自車両と他車両を連結する連結器、連結する際にトランスミッションと差動装置の間で駆動力を断接する断接装置も備えている。

なお、デュアルモード車両１は、車体２にマイクロバスの車体を採用しており、運転士を含めて２９人程度を搭乗させることができる。また、エンジン、トランスミッション、及び差動装置については、道路走行を行う一般的な自動車が備える一般的なものが使用されている。そのため、従来の鉄道車両の全体重量が約４０トンであるのに対し、本実施の形態に係るデュアルモード車両１の全体重量は６トン程度と軽量である。

前方ゴムタイヤ３は、車体２の運転席のハンドルにより操舵することができる。後方ゴムタイヤ４は、後方ゴムタイヤ用車軸４ａに左右２本ずつ軸支され、エンジン及び動力伝達装置（トランスミッション等）によって駆動される。

前方ガイド輪５及び後方ガイド輪６は鉄等の金属で構成され、図３に例示するように、油圧アクチュエータ７，８の伸縮により上方及び下方に移動する。
油圧アクチュエータ８の伸縮を行う油圧系統は、図４のように構成され、２本備えられている油圧アクチュエータ８に均一の油圧を供給する。そして、その共通する油圧供給管の一点に圧力計９が備えられている。後述のように、この圧力計９により測定された油圧アクチュエータ８にかかっている油圧の圧力値から、後方ガイド輪６が受けている軸重を算出することができる。

後方ガイド輪６には、図５に示すように、外周と後方ガイド輪用車軸６ａとの中間に円周に沿って複数の孔６ｈが設けられている。その孔６ｈにひずみゲージｗ，ｘ，ｙ，ｚが貼付けられており、例えば図５（ｃ）のように配線されて後方ガイド輪６が受けている輪重を測定することが可能となっている。出力される信号は、後方ガイド輪６の回転に伴って変動する正弦波状の波形となり、その極大値が輪重の値を表していると言える。なお、図５（ａ）に示したひずみゲージが設けられていない孔６ｈを用いて図５（ｃ）と同様に配線し輪重測定の回路を構成しても良い。その場合、それぞれ位相の異なる波形を記録することができ、瞬間的な輪重の変動をより正確に補足することができる。

前方ガイド輪５及び後方ガイド輪６のフランジ角度θ（約８７°）は、通常用いられる車輪よりもフランジ角度が大きく設定されている。これは、公知の先行技術から、デュアルモード車両１の脱線限界値を考慮して算出されたものであり、後述の輪重制御が行われる場合において輪重が後部荷重全体の４０％まで減少した時でも脱線係数が規定値を超えないよう考慮されている。

前方ガイド輪５及び後方ガイド輪６は、踏面勾配やフランジ部５ｆ，６ｆを備えており、軌道案内機能を果たす。このため、駆動輪である後方ゴムタイヤ４に踏面勾配やフランジが設けられていなくても、デュアルモード車両１は、レールＲに沿って正確に軌道走行を行うことができる。

デュアルモード車両１は、前方ゴムタイヤ３及び後方ゴムタイヤ４による道路走行モードと、前方ガイド輪５、後方ガイド輪６及び後方ゴムタイヤ４による軌道走行モードとの双方を自在に切り換えて実現させることができるものである。

つまり、道路走行時においては、前方ガイド輪５及び後方ガイド輪６を上方に移動させて、前方ゴムタイヤ３及び後方ゴムタイヤ４を接地させ、軌道走行時には、前方ガイド輪５及び後方ガイド輪６を下方に移動させて、レールＲ上面に当接させ、前方ゴムタイヤ３を上方に浮かせると共に後方ゴムタイヤ４の内側輪のみをレールＲに接地させて、道路走行時と同様に後方ゴムタイヤ４の回転駆動により走行を可能とする。
なお、駆動輪が前方ゴムタイヤ３であっても良く、その場合は、後方ゴムタイヤ４を上方に浮かせることとなり、前方ガイド輪５、後方ガイド輪６及び前方ゴムタイヤ３により軌道走行を行う。

車速センサー１１は、デュアルモード車両１の軌道走行時における走行速度を検出する。本実施の形態においては、前方ガイド輪５及び後方ガイド輪６に搭載されたガイド輪回転速度センサーを採用しており、ガイド輪回転速度センサーで検出された前後のガイド輪の回転速度に基づいて、軌道走行時におけるデュアルモード車両１の走行速度を算出している。車速センサー１１で検出された速度情報は輪重制御装置２０に伝送されて、後方ゴムタイヤ４の空転状態の検出に用いられる。なお、車速センサー１１としては、ＧＰＳ(Global Positioning System)やＩＮＳ(Inertial Navigation System)等を採用することもできる。

タイヤ回転速度センサー１２は、軌道走行時における後方ゴムタイヤ４の回転速度を検出する。本実施の形態においては、プロペラシャフトに取付けられたタイヤ回転速度センサー１２から後方ゴムタイヤ４の回転速度を算出するようにしている。このようにタイヤ回転速度センサー１２を用いて算出された速度情報は、輪重制御装置２０に伝送されて、後方ゴムタイヤ４の空転状態の検出に用いられる。

後方ゴムタイヤ用車軸４ａはバネ及びダンパーを介してシャーシ部２ａに支持されており、後方ゴムタイヤ用車軸４ａに加わる荷重に応じて後方ゴムタイヤ用車軸４ａとシャーシ部２ａとの間の距離が変動するようになっている。
ポテンショメーター１３は、後方ゴムタイヤ用車軸４ａとシャーシ部２ａ間に設けられており、その変位により後方ゴムタイヤ用車軸４ａにかかる重量を算出することができる。

（デュアルモード車両の後軸重量配分制御）
輪重制御装置２０は、デュアルモード車両１の機器全体を統合制御するＣＰＵやＲＡＭ、各種制御プログラムや制御データを格納したＲＯＭ等から構成されている。輪重制御装置２０は、車速センサー１１で検出された車両の軌道走行速度と、タイヤ回転速度センサー１２で検出された軌道走行時における後方ゴムタイヤ４の回転速度と、に基づいて後方ゴムタイヤ４の空転状態を判定し、その判定結果に基づいて後方ガイド輪６の輪重を制御して、後方ゴムタイヤ４の輪重を変化させる。

具体的には、輪重制御装置２０は、車速センサー１１で検出された車両の走行速度と、タイヤ回転速度センサー１２で検出された軌道走行時における後方ゴムタイヤ４の回転速度とから、後方ゴムタイヤ４のスリップ率｛（後方ゴムタイヤ４の有効半径×回転速度−後方ガイド輪６の有効半径×走行速度）÷（後方ゴムタイヤ４の有効半径×回転速度）｝を算出する。スリップ率は０から１の間で変動する値で、０の時はゴムタイヤが全く滑らない純粋な転がり運動している状態を、１の時は全く前進せずにゴムタイヤが空転している状態を表し、一般的には、図６のように、０．２付近のときに最も安定して最大の駆動力を発揮する。

本実施の形態においては、制御遅れや油圧応答遅れを考慮して、スリップ率が０．１になるよう油圧アクチュエータ８を駆動して輪重を制御している。すなわち、スリップ率が０．１を下回る場合は、油圧アクチュエータ８を伸長駆動して、後方ゴムタイヤ４の輪重を相対的に減少させ、スリップ率が０．１を上回る場合は、油圧アクチュエータ８を収縮駆動して、後方ゴムタイヤ４の輪重を相対的に増加させることで、後方ゴムタイヤ４の最適な駆動力及び後方ガイド輪６に必要な輪重が得られ、走行安定性が保たれるよう重量配分を制御する。

さらに、上記の重量配分には上限及び下限が設定されており、乗客の乗車状況に応じて、空車時には、後方ゴムタイヤ４にはデュアルモード車両１の後部荷重の３１〜６０％、後方ガイド輪６には６９〜４０％の範囲内で重量配分がなされ、満車時には、後方ゴムタイヤ４には５１〜６０％、後方ガイド輪６には４９〜４０％の範囲内で重量配分がなされる。また、後方ゴムタイヤ４の重量配分の下限は空車時には３１％、満車時には５１％であるが、乗客の乗車状況に応じてその中間の値を連続的にとりうる。つまり、乗客が満車時の半分であれば、後方ゴムタイヤ４の重量配分の下限は４１％となる。なお、後方ガイド輪６の重量配分の上限は後方ガイド輪６の支持構造等の許容荷重によるもので、後方ガイド輪６の重量配分の下限が４０％で固定されているのは、脱線係数やフランジ角度との関係で、後方ガイド輪６の重量配分が４０％を下回ると走行安定性を損なうおそれがあるためである。
この時、後方ゴムタイヤ４の重量は後方ゴムタイヤ用車軸４ａとシャーシ部２ａ間に設けられたポテンショメーターから、後方ガイド輪６の重量は圧力計９により測定された油圧の圧力値から算出され、乗客の乗車状況もそれらを合計した後部荷重から推定する。
なお、発進時の速度が１０ｋｍ／ｈまでとブレーキ時は駆動力を最大限発揮できるように、後方ゴムタイヤ４は空車時の６０％、後方ガイド輪６の軸重は４０％に一定制御する。

（一般的な車両の輪重抜け割合測定方法等）
ここで、一般的な鉄道車両の輪重抜け割合を測定する方法について説明する。

一般的な鉄道車両の輪重抜け割合を測定する場合には、予め整備場等において静止時の輪重を測定しておく必要がある。通常は、車輪にあけられた孔に貼付けられたひずみゲージから得られる左右の各車輪の輪重を足して２で割った平均輪重を静止輪重P_０として使用する。この時、レールにひずみゲージを貼付けるかレールの一部をロードセル等と置き換え、その上を鉄道車両が静かに通過する時に記録される値からレールにかかる重量を求めて上述の輪重と比較し、輪重が正常に測定できているかを確認しても良い。
実際には、特定の輪軸にかかる軸重は、車両の加減速等によって試験走行時の各瞬間において多少の変動があるが、それらの影響は無視できる程度の変動ため、上記のように求めた平均輪重等を静止輪重P_０として使用しても差し支えない。

そして、実際の走行試験においては、車輪にあけられた孔に貼付けられたひずみゲージからの出力波形を印字したチャートを用いて、左右それぞれの車輪に加わっている輪重Ｐの瞬時値を読み取る。
この時、測定した輪重は走行中の車内にてデータレコーダーに記録しつつ、チャートレコーダーやペンレコーダーなどで印字している。印字された波形は、前述のように、正弦波状の波形であるため（例えば、図９参照）、波形が極大値または極小値をとる瞬間における輪重しか正しく測定できない。

このように求めた輪重Ｐと、静止輪重P_０とから、左右の両車輪それぞれの輪重抜け割合｛（Ｐ_０−Ｐ）÷Ｐ_０｝を測定（算出）することができる。

（デュアルモード車両の輪重抜け割合測定方法等）
しかし、前述のように、後方ゴムタイヤ４と後方ガイド輪６の双方が軌道に接し、その重量配分を走行時の状況に応じて変動させる制御を行うデュアルモード車両１においては、予め静止時の輪重又は一定の重量配分での静止時の輪重を測定したとしても、その値を採用することはできず、よって従来の方法によって輪重抜け割合の測定を行うことはできない。そこで、以下では静止輪重を用いない方法で輪重抜け割合を測定する方法について説明する。

まず、実際に輪重抜け割合を測定する前に、予め後方ガイド輪６の軸重と油圧アクチュエータ８の油圧を測定して、それらの間の関係を明らかにしておかなければならない。
デュアルモード車両１を整備場等のレールＲ上に配置し後方ガイド輪６がレールＲに接触した状態とする。この時、各レールにおける各後方ガイド輪６が接触している部分のそれぞれに、ひずみゲージ又はロードセル等を設けて、実際にレールＲが後方ガイド輪６から受ける重量を測定できるようにしておく。
その状態から、油圧アクチュエータ８に油圧を加えて徐々に後方ガイド輪６を押付けてゆき、その時の油圧アクチュエータ８に加えている圧力を圧力計９から、各レールＲにかかる左右の輪重の合計値（＝軸重）をひずみゲージ又はロードセル等から測定し記録する。測定した結果は図７のように表され、これらの値に対して最小二乗法などを用いることで関係式（例えば、後方ガイド輪６の軸重＝圧力計９の圧力×２１．４８３＋３６１．４）を導くことができる。
この関係式は、一度求めておけば変化することはないため、以降の後方ガイド輪６の軸重を算出する際には、この関係式を用いて算出することが容易となる。
なお、軸重と油圧との間の関係は、上記のような関係式によらず、軸重と油圧が対応した表として記憶しておき、その表を参照することによって後方ガイド輪６の軸重を算出することとしても良い。

上記関係式を予め求めたところで、図８を用いて輪重抜け割合測定方法について説明する。実際に走行試験中に輪重抜け割合を測定する時には、輪重抜け割合を求める必要がある走行ポイントごとに、以下の各工程（Ｓ１からＳ３）を実行するだけでよい。

圧力計９を用いて、油圧アクチュエータ８に加えられている圧力を測定する。測定した油圧の圧力値から上述の関係式を用いて後方ガイド輪６の軸重Ｐ_０Ｖを算出する（軸重算出工程：Ｓ１）。なお、圧力の測定は、輪重抜け割合を求める必要がある走行ポイントの通過タイミングでのみ測定しても良いし、走行時に連続的に計測して経時的な変化を記録しても良い。また、同様にして、軸重Ｐ_０Ｖについても、輪重抜け割合を求める必要がある走行ポイントの通過タイミングのみ算出しても良いし、走行時に連続的に計測される圧力から逐一算出を行い、経時的な変化を記録しても良い。

軸重算出工程Ｓ１とは独立に、後方ガイド輪６の左右それぞれに設けられた孔６ｈに貼付けられたひずみゲージからの出力波形を印字したチャートを用いて、左右それぞれの車輪に加わっている輪重Ｐの瞬時値を読み取る。なお、印字されたチャートは図９のようになるが、軸重算出工程Ｓ１で算出する後方ガイド輪６の軸重Ｐ_０Ｖを同時に印字することも可能である。
この時、測定した輪重は走行中の車内にてデータレコーダーに記録しつつ、チャートレコーダーやペンレコーダーなどで印字する。印字された波形は、前述のように、正弦波状の波形であるため、波形が極大値または極小値をとる瞬間における輪重しか正しく測定できない（輪重算出工程：Ｓ２）。

同じ時期又は同じ地点において、軸重算出工程Ｓ１によって得られた軸重Ｐ_０Ｖと、輪重算出工程Ｓ２によって得られた輪重Ｐとから、｛（Ｐ_０Ｖ／２）−Ｐ｝／（Ｐ_０Ｖ／２）を計算することによって輪重抜け割合を算出する（輪重抜け割合算出工程：Ｓ３）。

以上のＳ１からＳ３の工程を行うことにより、容易に輪重抜け割合を測定することができる。なお、軸重算出工程Ｓ１と輪重算出工程Ｓ２とは、輪重抜け割合算出工程Ｓ３より先に実行されれば良く、Ｓ１とＳ２のいずれを先に実行しても良い。また、可能であれば同時に実行しても良い。

（輪重抜け割合測定方法の効果）
以上のように、本実施の形態に係る輪重抜け割合測定方法は、油圧アクチュエータ８に圧力計９を設けて、既知である軸重と油圧との間の関係から、後方ガイド輪６にかかる軸重を算出し、後方ガイド輪６に設けたひずみゲージにより走行時の各車輪の輪重を算出し、算出した軸重及び輪重から輪重抜け割合を算出することで、タイヤとガイド輪の双方で軌道に接すると共にその重量配分が走行時に変動するようなデュアルモード車両１においても輪重抜け割合を測定することができる。

［第２の実施の形態］
本発明における第２の実施の形態に係る輪重抜け割合測定装置１００について、図１０を参照しながら説明する。
本実施の形態に係る輪重抜け割合測定装置１００は、第１の実施の形態に係る輪重抜け割合測定方法を適用したデュアルモード車両１の構成を一部変更したデュアルモード車両１Ａに適応する。このため、変更した構成を中心に説明することとし、第１の実施の形態と実質的に同一で重複する構成については、第１の実施の形態と同一の符号を付し、説明を省略することとする。

（デュアルモード車両の構成等）
本実施の形態に係るデュアルモード車両１Ａは、第１の実施の形態で説明したデュアルモード車両１に加え、輪重抜け割合測定装置１００を備えている。それ以外の構成については、第１の実施の形態と実質的に同一のため説明を省略する。

輪重抜け割合測定装置１００は、図１０に示すように、軸重算出手段１０１、輪重算出手段１０２及び輪重抜け割合算出手段１０３を備えて構成されている。

軸重算出手段１０１は、圧力計９からの油圧の検出信号を図示しないＡ／Ｄコンバータを介して受信し、経時的に変化する油圧の圧力値を所定のサンプリング間隔で随時記録する図示しないメモリを有している。また、軸重算出手段１０１は前述した軸重と油圧との間の関係式を、入力によりメモリ内に記憶することができ、それを元に算出した後方ガイド輪６の軸重Ｐ_０Ｖを輪重抜け割合算出手段１０３に送信することができるよう接続されている。
まず、軸重算出手段１０１は、圧力計９からの情報をメモリに取込み油圧アクチュエータ８に加えられている圧力を求める。その圧力を元に、第１の実施の形態で求めた後方ガイド輪６の軸重と油圧アクチュエータ８の油圧との間の関係式を用いて、後方ガイド輪６にかかっている軸重Ｐ_０Ｖを算出し、輪重抜け割合算出手段１０３に送信する。

輪重算出手段１０２には、左右の後方ガイド輪６について個別にひずみゲージからの輪重の波形情報を図示しないＡ／Ｄコンバータを介して受信し、経時的に変化する歪みの検出値を所定のサンプリング間隔で左右個別に随時記録する図示しないメモリを有している。また、輪重算出手段１０２は連続する波形の極大値を逐次求め、極大値から所定の時間間隔での輪重の変化を算出する関係式をメモリ内に記憶しており、それを元に算出した後方ガイド輪６の左右の各車輪の輪重Ｐを輪重抜け割合算出手段１０３に送信することができるよう接続されており、軸重算出手段１０１とは独立して動作する。
輪重算出手段１０２は、ひずみゲージからの輪重の波形情報を受信し、その波形の一山ごとの極大値を常にメモリに保持し、これらから変化する輪重Ｐを求め、随時、輪重抜け割合算出手段１０３に送信する。

輪重抜け割合算出手段１０３は、軸重算出手段１０１から受信した軸重Ｐ_０Ｖと、輪重算出手段１０２から受信した輪重Ｐとから、｛（Ｐ_０Ｖ／２）−Ｐ｝／（Ｐ_０Ｖ／２）を計算することによって輪重抜け割合を算出し出力する。
なお、軸重算出手段１０１から受信した軸重Ｐ_０Ｖと、輪重算出手段１０２から受信した輪重Ｐは、同じ地点のものでなければならないため、算出の都合上から輪重算出手段１０２からの送信が遅れる場合は、輪重抜け割合算出手段１０３が軸重Ｐ_０Ｖと輪重Ｐを記憶しておき、同じ地点における軸重Ｐ_０Ｖと輪重Ｐから輪重抜け割合を算出する必要がある。

（輪重抜け割合測定装置の効果）
以上のように、本実施の形態に係る輪重抜け割合測定装置１００は、油圧アクチュエータ８に圧力計９を設けて、既知である軸重と油圧との間の関係から、後方ガイド輪６にかかる軸重を算出し、後方ガイド輪６に設けたひずみゲージにより走行時の各車輪の輪重を算出し、算出した軸重及び輪重から輪重抜け割合を算出することで、タイヤとガイド輪の双方で軌道に接すると共にその重量配分が走行時に変動するようなデュアルモード車両１においても輪重抜け割合を測定することができる。

また、本実施の形態に係る輪重抜け割合測定装置１００は、圧力計９からの情報とひずみゲージからの情報を元に、人手を介さずに自動で輪重抜け割合を算出することができる。

（その他）
なお、以上説明した本実施の形態に係る輪重抜け割合測定装置１００において、運転席等に輪重Ｐ、軸重Ｐ_０Ｖ、輪重抜け割合を表示する表示手段を設けても良い。その際、表示手段は横軸を経過時間又は走行距離又は走行地点とするグラフ表示を行っても良い。

また、以上説明した本実施の形態に係る輪重抜け割合測定装置１００では、経時的に変化する輪重抜け割合を順次算出しているが、任意のタイミングまたは走行地点を入力する入力手段を設け、輪重抜け割合算出手段１０３は当該タイミングまたは走行地点における輪重抜け割合を算出するように構成しても良い。その場合、軸重算出手段１０１と輪重算出手段１０２は、それぞれ軸重Ｐ_０Ｖ、輪重Ｐを検出タイミング（経過時間）又は走行地点と関連づけてメモリ内に記録し、任意のタイミングまたは走行地点が入力手段により入力されると、当該任意のタイミングまたは走行地点での軸重Ｐ_０Ｖと輪重Ｐとをそれぞれ特定し、輪重抜け割合算出手段１０３に出力を行う。
また、入力手段は、グラフ表示された輪重Ｐ又は軸重Ｐ_０Ｖの表示画面内にポインタを表示し、ポインタの操作により任意のタイミングあるいは任意の走行地点を入力可能としても良い。

なお、以上説明した本実施の形態に係る輪重抜け割合測定装置１００によって、輪重抜け割合をリアルタイムで算出することができるので、それを輪重制御装置２０に送り、後方ガイド輪６の輪重抜け割合が８０％を超えないように輪重の制御をすることも可能である。ただし、営業列車で上記の輪重の制御を行う場合は、ひずみゲージの貼付けや配線に必要なスリップリング等の強度・耐久性等の関係から、後方ガイド輪６に設けたひずみゲージによって輪重を測定することは実用的ではない。そのため、後方ガイド輪６の支持構造中に衝撃吸収の目的で別途設けるゴムバネの変位量をポテンショメーターで測定する等、別な方法で輪重を測定する必要がある。

本発明における実施の形態に係るデュアルモード車両の主要な構成要素を表す（ａ）側面図、（ｂ）平面図である。 本発明における実施の形態に係るデュアルモード車両の輪重制御装置に関する信号の流れを示す説明図である。 本発明における実施の形態に係るデュアルモード車両の後方ガイド輪及び油圧アクチュエータに関する主要な構成要素を表す（ａ）側面（断面）図、（ｂ）正面図である。 本発明における実施の形態に係るデュアルモード車両の油圧装置に関する説明図である。 本発明における実施の形態に係るデュアルモード車両の後方ガイド輪（車輪）の（ａ）側面図、（ｂ）断面図、（ｃ）ひずみゲージの回路構成図である。 一般的な、スリップ率と駆動力係数（摩擦係数）の関係を表すグラフである。 本発明における実施の形態に係るデュアルモード車両における後方ガイド輪の軸重と油圧アクチュエータの油圧との関係を表すグラフである。 本発明における実施の形態に係るデュアルモード車両に適用する輪重抜け割合測定方法の流れを表すフロー図である。 本発明における実施の形態に係るデュアルモード車両への輪重抜け割合測定方法の適用時に印字される輪重及び軸重のグラフである。 本発明における実施の形態に係るデュアルモード車両の輪重抜け割合測定装置とそれに関する信号の流れを示すブロック図である。

符号の説明

１，１Ａ デュアルモード車両（車両）
２ 車体
２ａ シャーシ部
３，４ ゴムタイヤ（道路走行用タイヤ）
３ａ，４ａ ゴムタイヤ用車軸
５，６ ガイド輪（軌道走行用車輪）
５ａ，６ａ ガイド輪用車軸
５ｂ，６ｂ アーム
５ｆ，６ｆ フランジ部
６ｈ 孔
７，８ 油圧アクチュエータ
９ 圧力計
１１ 車速センサー
１２ タイヤ回転速度センサー
１３ ポテンショメーター
２０ 輪重制御装置
１００ 輪重抜け割合測定装置
１０１ 軸重算出手段
１０２ 輪重算出手段
１０３ 輪重抜け割合算出手段
Ｒ レール
ｗ，ｘ，ｙ，ｚ ひずみゲージ

Claims (2)

1. 車体の前方又は後方に、車軸に支持された一対の軌道走行用車輪と車軸に支持された一対の道路走行用タイヤの双方を備え、軌道走行時には、前記軌道走行用車輪と前記道路走行用タイヤの両方を軌道に接触させると共に前記軌道走行用車軸の昇降を行う油圧アクチュエータにより前記軌道走行用車輪と前記道路走行用タイヤの重量比率を変動させる制御を行う車両について、軌道走行中に前記軌道走行用車輪にかかる輪重の輪重抜け割合を測定する方法であって、
   前記油圧アクチュエータに圧力計を設けて、既知である前記軌道走行用車輪にかかる輪重の左右の合計である軸重と油圧との間の関係から、前記圧力計を用いて測定した油圧の圧力値によって、前記軌道走行用車輪にかかる軸重Ｐ_０Ｖを算出する軸重算出工程と、
   前記軌道走行用車輪の左側又は右側の少なくとも一方にひずみゲージを設けて、前記ひずみゲージから得られた値によって前記軌道走行用車輪の輪重Ｐを算出する輪重算出工程と、
   同じ時期又は同じ地点で、前記軸重算出工程によって得られた前記軸重Ｐ_０Ｖと、前記輪重算出工程によって得られた前記輪重Ｐとから、｛（Ｐ_０Ｖ／２）−Ｐ｝／（Ｐ_０Ｖ／２）を計算することによって輪重抜け割合を算出する輪重抜け割合算出工程と、
   を備えることを特徴とする輪重抜け割合測定方法。
2. 車体の前方又は後方に、車軸に支持された一対の軌道走行用車輪と車軸に支持された一対の道路走行用タイヤの双方を備え、軌道走行時には、前記軌道走行用車輪と前記道路走行用タイヤの両方を軌道に接触させると共に前記軌道走行用車軸の昇降を行う油圧アクチュエータにより前記軌道走行用車輪と前記道路走行用タイヤの重量比率を変動させる制御を行う車両について、軌道走行中に前記軌道走行用車輪にかかる輪重の輪重抜け割合を測定する輪重抜け割合測定装置であって、
   前記油圧アクチュエータに設けられた圧力計と、
   前記前記軌道走行用車輪の左側又は右側の少なくとも一方にかかる輪重を測定するために設けられたひずみゲージと、
   既知である前記軌道走行用車輪にかかる輪重の左右の合計である軸重と油圧との間の関係から、前記圧力計を用いて測定した油圧の圧力値によって、前記軌道走行用車輪にかかる軸重Ｐ_０Ｖを算出する軸重算出手段と、
   前記ひずみゲージから得られた値によって前記軌道走行用車輪の輪重Ｐを算出する輪重算出手段と、
   同じ時期又は同じ地点で、前記軸重算出手段によって得られた前記軸重P_０Ｖと、前記輪重算出手段によって得られた前記輪重Ｐとから、｛（Ｐ_０Ｖ／２）−Ｐ｝／（Ｐ_０Ｖ／２）を計算することによって輪重抜け割合を算出する輪重抜け割合算出手段と、
   を備えることを特徴とする輪重抜け割合測定装置。

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