JP4892281B2

JP4892281B2 - 鉄道車両用防振体の試験装置

Info

Publication number: JP4892281B2
Application number: JP2006158679A
Authority: JP
Inventors: 君章佐々木; 信行渡辺; 康宏梅原; 玲子小金井
Original assignee: Railway Technical Research Institute
Current assignee: Railway Technical Research Institute
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2026-06-07
Also published as: JP2007327831A

Description

本発明は、防振のために鉄道車両に取り付けられる鉄道車両用防振体の試験装置に関する。

鉄道車両には、振動を抑えるためのダンパが車体と台車の間等に設けられている。従来、ダンパの特性を試験する際には、ダンパの主軸方向にのみ振動を与え、ダンパの特性を評価していた（例えば非特許文献１参照）。
「鉄道車両用オイルダンパ−性能通則」，財団法人日本規格協会，平成１３年７月３１日，ｐ５

ダンパの両端には、変位を許容するゴムブッシュ等が付いており、ダンパをこじった状態で動作させると、ダンパに無理な力が掛かり、ダンパの特性が変化する。しかし、従来のダンパ試験では、ダンパの主軸方向の特性しか評価することができないという問題があった。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、鉄道車両用防振体の多自由度の特性を試験することができる鉄道車両用防振体の試験装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、鉄道車両用防振体に与えられる変位に係る変位情報に基づいて前記鉄道車両用防振体の一端を加振する多自由度の加振手段と、前記鉄道車両用防振体の他端に接続され、前記加振手段の加振による前記鉄道車両用防振体の動作を計測する計測手段と、鉄道車両の運動シミュレーションの結果に基づいて前記変位情報を生成する情報生成手段と、を備えたことを特徴とする鉄道車両用防振体の試験装置である。

また、本発明は、鉄道車両用防振体に与えられる変位に係る変位情報に基づいて前記鉄道車両用防振体の一端を加振する多自由度の加振手段と、前記鉄道車両用防振体の他端に接続され、前記加振手段の加振による前記鉄道車両用防振体の動作を計測する計測手段と、鉄道車両の実際の走行時における前記鉄道車両用防振体の動作の結果を示すデータに基づいて前記変位情報を生成する情報生成手段と、を備えたことを特徴とする鉄道車両用防振体の試験装置である。

本発明によれば、加振手段によって多自由度の変位が鉄道車両用防振体に与えられるので、多自由度の変位に対する鉄道車両用防振体の応答特性を試験することができるという効果が得られる。

以下、図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態による試験装置の構成を示している。本実施形態では、試験対象の供試体を鉄道車両用ダンパとしている。供試体１の一端１ａは、多自由度の加振機構である公知のモーションベース２（加振手段）によって支持され、他端１ｂは固定されている。モーションベース２によって、供試体１が加振される。

図２に示すように、モーションベース２は、伸縮自在に構成された６本のシリンダ（アクチュエータ）が支持フレーム２２０と台座２３０の間に介在する構造を有している。なお、図１および図２では、３本のシリンダ２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃのみを図示している。支持フレーム２２０上の供試体接続部２４０は供試体１の一端１ａに接続されている。

シリンダ２１０ａ，２１０ｂ，２１０ｃはそれぞれ、上側接続部２５０ａ，２５０ｂ，２５０ｃを介して支持フレーム２２０に接続され、下側接続部２６０ａ，２６０ｂ，２６０ｃを介して台座２３０に接続されている。モーションベースコントローラ３の指示により、各シリンダが伸縮し、供試体接続部２４０に接続された供試体１の一端１ａには、６自由度（Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向および各軸周りの回転方向）の変位が与えられる。

モーションベース２の加振による供試体１の動作を計測するため、供試体１の他端１ｂには、６分力計２０（計測手段）が取り付けられている。６分力計２０によって、Ｘ，Ｙ，Ｚの各軸方向の並進力および各軸周りのトルク（モーメント）が測定され、測定結果を示すアナログ信号が出力される。アナログ信号はＡ／Ｄ変換部４によってデジタル信号に変換され、測定結果記憶部５および車両運動シミュレーション部６に入力される。

測定結果記憶部５は、６分力計２０で測定された力およびトルクの測定値を記憶する。車両運動シミュレーション部６は、鉄道車両の運動シミュレーションの結果に基づいてモーションベース２による加振の条件を決定する。具体的には、車両運動シミュレーション部６は、仮想の車両をコンピュータ上に構築するため車両運動のシミュレーションを行い、その結果を取付点座標演算部９へ出力する。車両運動シミュレーション部６から取付点座標演算部９へ出力されるシミュレーション結果のデータは、車体の重心の６自由度の変位、台車の重心の６自由度の変位、および台車・車体の重心に対する供試体１の固定的な相対位置である。

取付点座標演算部９は、入力されたデータに基づいて、供試体１の仮想車両における取付点（一端１ａおよび他端１ｂ）の座標を演算し、モーションベース座標演算部１０へ演算結果を出力する。モーションベース座標演算部１０は、供試体１の取付点の座標を、モーションベース２の座標系における座標に変換し、変換結果を伝達関数補正部１１へ出力する。

上記の車両運動シミュレーション部６、取付点座標演算部９、およびモーションベース座標演算部１０が本発明の情報生成手段の一実施形態である。モーションベース２によって供試体１に与えられる変位に係る情報（本実施形態では供試体１の取付点の座標）が、これらの構成によって生成されることになる。

伝達関数補正部１１は、モーションベース座標演算部１０で演算した座標の通りにモーションベース２が動作するように補正を行い、モーションベース２の位置指令に係る信号を出力する。伝達関数補正部１１から出力された信号は、Ｄ／Ａ変換部１２によってデジタル信号に変換され、モーションベースコントローラ３へ出力される。モーションベースコントローラ３は、入力された信号に基づいてモーションベース２の動作を制御する。

上述したように、車両運動シミュレーション部６で算出された車両運動の結果に基づいて供試体１が加振され、供試体１の挙動が車両運動シミュレーションにフィードバックされ、車両運動シミュレーションが継続されることによって、車両の走行状態が模擬される。このような閉ループ構造を構成することにより、仮想的な車両運動シミュレーションの精度を向上させることができる。あるいは、仮想的な車両への供試体１の取付効果を推定することができる。

車両運動シミュレーションの結果に基づいて供試体１を加振するという試験だけでは、供試体１の特性の評価には十分でない場合がある。そこで、本実施形態では、車両運動シミュレーション部６の他に実車両走行データ再生部７および特性同定用振動波発生部８が設けられている。これらも、本発明の情報生成手段の一実施形態である。車両運動シミュレーション部６、実車両走行データ再生部７、および特性同定用振動波発生部８は、試験時にそれらのいずれか１つが動作するように選択可能となっている。実車両走行データ再生部７および特性同定用振動波発生部８のいずれかが動作しているときは、Ａ／Ｄ変換部４から出力されたデータは測定結果記憶部５のみへ出力される。

実車両走行データ再生部７は、鉄道車両の実際の走行時におけるダンパの動作の結果に基づいて加振の条件を決定する。具体的には、実車両走行データ再生部７は、実際の走行時におけるダンパの６分力測定結果のデータとダンパの取付位置とに基づいて、車体の重心の６自由度の変位、台車の重心の６自由度の変位、および台車・車体の重心に対する供試体１の固定的な相対位置を演算する。実際の車両走行時のデータに基づいて試験を行い、測定結果を解析することによって、供試体１の特性を評価することができる。

また、車両運動シミュレーションに用いられる供試体１のモデルは理想化されており、現実の供試体１を十分にモデル化しているとは言えない。例えば、ダンパの減衰係数は速度に比例するものとされているが、ダンパの取付点に使用されているゴムの影響により、非線形要素が無視できなくなる。そこで、特性同定用振動波発生部８は、供試体１の特性を同定し、その特性を表すシミュレーションモデルを構築するのに必要な試験を行うための加振の条件を決定する。

具体的には、特性同定用振動波発生部８は、ランダム波または正弦波等の所定の振動波に基づいた変位を供試体１に与えるため、供試体１の取付点の座標を演算し、モーションベース座標演算部１０へ演算結果を出力する。この振動波の波形は供試体１の設計上の動作範囲を超えないものである。このような所定の振動を供試体１に与える試験を行い、測定結果を解析することによって、供試体１の特性を同定することができる。

図１および図２では、供試体１の主軸方向が水平方向であるが、主軸方向がこれと異なる供試体の試験を行うことも可能である。図３（ａ）は、供試体１の主軸方向が垂直方向の場合の構成例を示している。また、ダンパの中には、主軸方向を斜めにして取り付けるものがあり、従来の試験装置では、特別な治具が必要であったり、装置全体を傾けなければならなかったり等の問題があった。しかし、図３（ｂ）に示すように、モーションベース２の可動範囲内で供試体１の主軸方向を斜めにすることができ、特別な治具は必要なくなる。このように、様々な取付状態の供試体の試験を行うことができる。

上述したように、本実施形態によれば、モーションベース２によって多自由度の変位が供試体１に与えられるので、多自由度の変位に対する供試体１の応答特性を試験することができる。以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、車体と台車の間に設けられる鉄道車両用空気ばねを供試体としてもよい。

本発明の一実施形態による試験装置の構成を示す構成図である。本発明の一実施形態による試験装置が備えるモーションベースの側面図である。本発明の一実施形態による試験装置の他の構成例を示す概略構成図である。

符号の説明

１・・・供試体、２・・・モーションベース、３・・・モーションベースコントローラ、４・・・Ａ／Ｄ変換部、５・・・測定結果記憶部、６・・・車両運動シミュレーション部、７・・・実車両走行データ再生部、８・・・特性同定用振動波発生部、９・・・取付点座標演算部、１０・・・モーションベース座標演算部、１１・・・伝達関数補正部、１２・・・Ｄ／Ａ変換部、２０・・・６分力計

Claims

鉄道車両用防振体に与えられる変位に係る変位情報に基づいて前記鉄道車両用防振体の一端を加振する多自由度の加振手段と、
前記鉄道車両用防振体の他端に接続され、前記加振手段の加振による前記鉄道車両用防振体の動作を計測する計測手段と、
鉄道車両の運動シミュレーションの結果に基づいて前記変位情報を生成する情報生成手段と、
を備えたことを特徴とする鉄道車両用防振体の試験装置。
鉄道車両用防振体に与えられる変位に係る変位情報に基づいて前記鉄道車両用防振体の一端を加振する多自由度の加振手段と、
前記鉄道車両用防振体の他端に接続され、前記加振手段の加振による前記鉄道車両用防振体の動作を計測する計測手段と、
鉄道車両の実際の走行時における前記鉄道車両用防振体の動作の結果を示すデータに基づいて前記変位情報を生成する情報生成手段と、
を備えたことを特徴とする鉄道車両用防振体の試験装置。