JP7089921B2 - 車両試験システム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道車両に用いられる車両試験システムに関する。

鉄道車両の走行時の安全性などを確保するため、車体或いは走行装置にセンサを設置し、走行状態の異常の有無や台車部品などの劣化を監視する装置が開発されている（例えば、特許文献１）。例えば特許文献１に記載の装置は、運行している鉄道車両に設置された加速度センサを備えており、加速度センサで検出された加速度の特定周波数帯の信号を所定時間毎に積分することで、得られた積分値と所定時間前の積分値との差に基づいて鉄道車両の状態を判定している。

特開２００２－２１１４００号公報

鉄道車両の乗り心地まで考慮した車両の検査は、鉄道車両における部品の劣化スピードと作業効率とを考慮して、一般的には、例えば月に１回程度の頻度で行われている。しかし、様々な原因によって部品の劣化が早まることで、所望の乗り心地を得られない鉄道車両が走行している場合がある。一方、車両の検査の頻度を単に増加させれば、メンテナンスを行う人員の作業負担が増大するおそれがある。

特許文献１に記載されている手法では、上述したように、運行している鉄道車両の振動に起因する加速度を検出することで、鉄道車両の状態が判定されている。このような手法では、上記加速度をリアルタイムで検出することが可能となるが、加速度に異常値が検出された場合、運行中の鉄道車両を車庫などに収容してメンテナンスを行う必要があるため、鉄道車両の運行スケジュールに影響を与えるおそれがある。

本発明は、鉄道車両の運行スケジュールにも影響を与えることなく、作業負担の少ない乗り心地の確認のための試験を実施できる車両試験システムを提供することを目的とする。

本発明の一側面に係る車両試験システムは、鉄道車両における乗り心地の確認の試験を行う車両試験システムであって、鉄道車両に設けられた加速度センサと、鉄道の非営業線の軌道に設けられた試験用レールと、試験用レール上の鉄道車両に予め設定された周波数の振動を加える加振手段と、加振手段によって振動が加えられた状態での加速度センサからの検出信号データに基づいて、鉄道車両の乗り心地レベルを判定する判定手段と、を備える。

この車両試験システムは、試験用レール上の鉄道車両に予め設定された周波数の振動を加える加振手段を有しており、加振手段によって加振された鉄道車両に生じる加速度の検出結果に基づいて、任意のタイミングで乗り心地レベルを判定できる。したがって、車両の検査の頻度に依らず、乗り心地を確認するための試験の作業負担を低減することができる。また、この車両試験システムでは、鉄道車両への加振が行うための試験用レールが非営業線の軌道に設けられている。これにより、乗り心地を確認するための試験の実施にあたって運行スケジュールに影響を与えてしまうことも回避できる。

車両試験システムは、加速度センサからの検出信号データをフーリエ変換し、周波数毎の加速度に関する特性データを算出する第１の算出手段と、第１の算出手段によって算出された特性データと予め取得された単位データとの間のマハラノビスの距離を算出する第２の算出手段と、マハラノビスの距離を予め設定された閾値と比較する比較手段と、を更に備えてもよい。判定手段は、比較手段における比較結果に応じて鉄道車両の乗り心地レベルを判定してもよい。鉄道車両の振動には、乗客が心地よいと感じる周波数と不快と感じる周波数とが含まれている。マハラノビスの距離を用いて判定を行うことにより、周波数毎の乗り心地に対する寄与度の違いを考慮した乗り心地レベルの判定を容易かつ適確に実行できる。

加振手段は、一定の周期且つ同位相で左右に湾曲する試験用レールによって構成されていてもよい。この場合、試験対象の鉄道車両が試験用レール上を走行するだけで、当該鉄道車両に左右方向成分の振動を発生させることができる。

加振手段は、一定の周期且つ同位相で上下に湾曲する試験用レールによって構成されていてもよい。この場合、試験対象の鉄道車両が試験用レール上を走行するだけで、当該鉄道車両に上下方向成分の振動を発生させることができる。

加振手段は、一定の周期且つ互いに反転する位相で上下に湾曲する試験用レールによって構成されていてもよい。この場合、試験対象の鉄道車両が試験用レール上を走行するだけで、当該鉄道車両に上下方向成分及び左右方向成分の振動を発生させることができる。

加振手段は、鉄道車両に設けられる正常な空気バネの共振周波数で鉄道車両を振動させてもよい。この場合、鉄道車両を効率的に所望の振れ幅で振動させることができる。

加振手段は、試験用レールを上下及び左右に振動させる振動装置によって構成されていてもよい。この場合、振動装置によって鉄道車両を停止させた状態で加振することができる。また、振動装置により、加振する周波数の調整が容易なものとなる。

振動装置は、１Ｈｚ～５０Ｈｚの範囲の周波数で鉄道車両を振動させてもよい。この周波数範囲で加振を行うことにより、乗り心地レベルの判定精度を向上できる。

スイープ信号を生成する信号生成部を更に備え、振動装置は、当該スイープ信号に基づいて試験用レールを上下及び左右に振動させてもよい。この場合、乗り心地レベルの判定に要する時間を短縮できる。

信号生成部は、０．２Ｈｚ～２０Ｈｚの範囲でスイープ信号を生成してもよい。この場合、鉄道車両を短時間に所望の周波数範囲で振動させることができる。したがって、乗り心地レベルの判定に要する時間を短縮できると共に乗り心地レベルの判定精度を向上することができる。

本発明によれば、鉄道車両の運行スケジュールにも影響を与えることなく、作業負担の少ない乗り心地の確認のための試験を実施できる車両試験システムを提供できる。

本発明の第１実施形態に係る車両試験システムの全体構成を説明するための図である。 図１に示した車両試験システムの一部のブロック図である。 図１に示した車両試験システムの一部のブロック図である。 加速度センサからの検出信号データの一例を示す図である。 加速度センサからの検出信号データの一例を示す図である。 周波数毎の加速度に関する特性データの一例を示す図である。 周波数毎の加速度に関する特性データの一例を示す図である。 図１に示した加振手段を説明するための図である。 図８に示した加振手段の部分拡大図である。 図８に示した加振手段の部分拡大図である。 図８に示した加振手段の部分拡大図である。 乗り心地レベルの判定の比較例を説明するための図である。 乗り心地レベルの判定の比較例を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る車両試験システムにおける加振手段の部分拡大図である。 本発明の第２実施形態に係る車両試験システムにおける加振手段の部分拡大図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、説明において、同一要素又は同一機能を有する要素には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略する。
［第１実施形態］

まず、図１を参照して、車両試験システムの物理的構成について説明する。図１は、車両試験システムの全体構成を説明するための図である。車両試験システム１は、鉄道車両２に配置された各種機器と加振手段１０とを有している。鉄道車両２は、図１に示されているように、複数の車両２０によって構成されている。車両試験システム１は、加振手段１０によって少なくとも１つの車両２０に振動を加え、当該振動を解析することで鉄道車両２における乗り心地の確認の試験を行う。

鉄道車両２は、各車両２０に、台車２１と、空気バネ２２と、加速度センサ２３と、演算ユニット２４と、中継ユニット２５と、統括ユニット２６とを有する。空気バネ２２は、車両２０の車体と台車２１との間に設けられており、車両２０の振動を抑制する。

加速度センサ２３は、各車両２０の振動を検出する部分である。演算ユニット２４は、主として車両２０の乗り心地レベルを判定する部分である。ここで、「乗り心地レベル」とは、乗り心地の良し悪しを示す度合いである。中継ユニット２５は、各演算ユニット２４の判定結果を中継して、統括ユニット２６に向けて送信する部分である。統括ユニット２６は、各演算ユニット２４から受信した判定結果の報知や記録を行う部分である。

加速度センサ２３は、図１に示されているように、鉄道車両２の台車２１の直上に配置されている。本実施形態では、加速度センサ２３は、心皿の直上（車両２０の床上、床中、又は床下における台車２１の回転中心に対応する位置）に配置されている。加速度センサ２３は、車両２０の妻部２７，２８（車両２０の長手方向の端部を構成する妻構体によって構成される部分）に配置されていてもよいし、妻近傍の側壁（例えば側構体）又は、妻近傍の天井（例えば屋根構体）に配置されていてもよい。

演算ユニット２４は、車両２０の一方の妻部２７に配置されている。演算ユニット２４は、運転台などを有する乗務員室を備えた車両２０の少なくとも１つ（例えば、先頭車両２０及び後尾車両２０）のみに設けられていてもよい。中継ユニット２５は、例えば車両２０の他方の妻部２８に配置されている。統括ユニット２６は、例えば鉄道車両２の先頭車両２０及び後尾車両２０にそれぞれ配置されている。統括ユニット２６は、運転台などを有する乗務員室を備えた車両２０の少なくとも１つのみに設けられていてもよい。演算ユニット２４、中継ユニット２５、及び統括ユニット２６は、車内と車外のいずれに配置されてもよい。

次に、図２を参照して、加速度センサ２３、演算ユニット２４、及び中継ユニット２５の機能的構成について説明する。図２は、車両試験システム１の一部である加速度センサ２３、演算ユニット２４及び中継ユニット２５を示している。

加速度センサ２３は、車両２０の振動に応じて生ずる車両２０の上下方向、左右方向及び前後方向の加速度をそれぞれ検出する。加速度センサ２３で検出された加速度は、逐次、演算ユニット２４へ送信される。

演算ユニット２４は、図２に示されているように、受信部３１と、状態演算部３２と、単位空間データベース３３と、通信部３４とを有している。受信部３１は、同一車両２０に設けられた少なくとも１つの加速度センサ２３からの検出信号データを受信する。受信部３１は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの近距離無線通信によって互いに情報通信可能に接続されている。当該接続は、無線に限らず、有線であってもよい。

状態演算部３２は、受信部３１で受信された加速度センサ２３からの検出信号データに基づいて、車両２０の状態を判定する。本実施形態では、状態演算部３２は、ＭＴＳ（Mahalanobis-Taguchi System）によって、車両２０の乗り心地レベルを判定する。具体的には、状態演算部３２は、単位空間データベース３３を参照してマハラノビスの距離を算出し、算出されたマハラノビスの距離と閾値とを比較することで車両２０の乗り心地レベルを判定する。状態演算部３２は、乗り心地レベルの判定結果を通信部３４へ出力する。

単位空間データベース３３は、ＭＴＳに用いられる予め取得された単位データ（単位空間データ）を格納している。単位データは、正常な鉄道車両２が正常な線路を走行した際の特性データである。単位データは、加速度センサ２３から出力されたｎ個の検出信号データのそれぞれを高速フーリエ変換したものであり、周波数毎の加速度に関するｎ個のデータである。換言すれば、単位データは、加速度に関する情報を周波数毎に示すデータである。

単位データは、例えば、ｍ個の鉄道車両ＩＤと単位データとが路線ＩＤ毎及び時刻毎に予め格納されている。ここで、鉄道車両ＩＤ及び路線ＩＤは、それぞれ、鉄道車両の車両種別と路線の種別を示す。物理的に同一の鉄道車両２が異なる時間に別の用途で使われる場合があるため、このような場合を考慮して、異なる鉄道車両ＩＤが物理的に同一の鉄道車両２に付されてもよい。例えば、朝は特急快速として利用されていた鉄道車両２が昼は普通列車として利用される場合や乗客を乗せていた鉄道車両２が回送列車として走行する場合がある。鉄道車両ＩＤは、回送列車、普通列車、快速列車、及び特急列車などの鉄道車両２の走行形態を示すものであってもよいし、普通車及びグリーン車などの各車両２０の等級を示すものであってもよい。

本実施形態では、単位データは、周波数毎の加速度を示すデータ、すなわち、加速度の周波数特性（加速度の周波数スペクトル）を示すデータである。単位データは、加速度に関する情報を示すデータであればこれに限定されない。単位データは、例えば、周波数毎のＰＳＤ（Power Spectral Density、パワースペクトル密度関数）を示すデータ、すなわち、ＰＳＤの周波数特性（ＰＳＤの周波数スペクトル）であってもよい。

通信部３４は、隣接する中継ユニット２５との間で、状態演算部３２で判定された車両２０の状態（乗り心地レベルの判定結果）などの情報について送受信を行う部分である。通信部３４は、隣接する車両２０及び同一車両２０に配置されている中継ユニット２５と、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの近距離無線通信によって互いに情報通信可能に接続されている。当該接続は、無線に限らず、有線であってもよい。通信部３４は、隣接する中継ユニット２５を介して統括ユニット２６から鉄道車両ＩＤ及び路線ＩＤの少なくとも１つを受信（取得）した場合には、受信した鉄道車両ＩＤ及び路線ＩＤの少なくとも１つを状態演算部３２に出力する。通信部３４で受信される路線ＩＤは、鉄道車両２が走行する予定の路線ＩＤである。

中継ユニット２５は、機能的な構成要素として、例えば通信部４１を有している。通信部４１は、隣接する演算ユニット２４、又は統括ユニット２６との間の送受信を中継する部分である。通信部４１は、隣接する車両２０及び同一車両２０に配置されている演算ユニット２４又は統括ユニット２６と、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの近距離無線通信によって互いに情報通信可能に接続されている。当該接続は、無線に限らず、有線であってもよい。

次に、図３を参照して、統括ユニット２６の機能的構成について詳細に説明する。図３は、車両試験システム１の一部である統括ユニット２６を示している。

統括ユニット２６は、通信部５１と、報知部５２と、判定結果格納部５３とを有している。通信部５１は、外部の車両基地及び隣接する中継ユニット２５との間で情報の送受信（通信）を行う部分である。通信部５１は、車両２０に配置された中継ユニット２５に対して、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈなどの近距離無線通信によって互いに情報通信可能に接続されている。当該接続は、無線に限らず、有線であってもよい。

通信部５１は、例えば判定結果受信部５４と、ＩＤ受信部５５とを含んでいる。判定結果受信部５４は、隣接する中継ユニット２５から受け取った判定結果を報知部５２と判定結果格納部５３とにそれぞれ出力する。また、ＩＤ受信部５５は、鉄道車両ＩＤ及び路線ＩＤの少なくとも１つを車両基地から受信し、中継ユニット２５を介して各演算ユニット２４にそれぞれ送信する。鉄道車両ＩＤ及び路線ＩＤの少なくとも１つを送信する車両基地は、例えば駅構内や各電車区内に位置している。車両基地から送信される路線ＩＤは、鉄道車両２がこれから走行する予定の路線のＩＤであってもよい。

報知部５２は、通信部５１から受け取った判定結果を報知する部分である。報知部５２は、例えばディスプレイを備え、鉄道車両２の走行時に車両２０毎の判定結果を表示する。判定結果格納部５３は、判定結果を格納する部分である。判定結果格納部５３には、例えば通信部５１が判定結果を受け取った時刻と判定結果とが関連付けられて格納される。

次に、演算ユニット２４における鉄道車両２の状態を判定する手法について詳細に説明する。状態演算部３２は、図２に示されているように、第１の算出部３６（第１の算出手段）と、第２の算出部３７（第２の算出手段）と、比較部３８（比較手段）と、判定部３９（判定手段）とを有する。

第１の算出部３６は、受信部３１で受信された加速度センサ２３からの検出信号データを高速フーリエ変換することで、周波数毎の加速度に関する特性データを算出する。本実施形態では、第１の算出部３６は、加速度センサ２３によって異なる時間に（異なる走行区間で）加速度センサ２３から出力された複数の検出信号データをそれぞれ高速フーリエ変換した後に平均することで上記特性データを算出する。

例えば、第１の算出部３６は、８つの異なる走行区間毎に加速度センサ２３から８つの検出信号データを取得し、８つの検出信号データをそれぞれ高速フーリエ変換する。第１の算出部３６は、高速フーリエ変換された８つのデータを平均することで特性データを算出する。第１の算出部３６は、加速度センサから出力された、上下方向、左右方向、及び前後方向の検出信号データから、それぞれ上記特性データを算出する。

本実施形態では、第１の算出部３６は、周波数毎の加速度を示す特性データ、すなわち、加速度の周波数特性を算出する。第１の算出部３６によって算出される特性データは、加速度に関する情報を示すデータであればこれに限定されない。例えば、第１の算出部３６は、単位空間データベース３３に格納されている単位データが周波数毎のＰＳＤのデータである場合に、周波数毎のＰＳＤを示す特性データ、すなわち、ＰＳＤの周波数特性を算出してもよい。

図４及び図５は、加速度センサ２３からの検出信号データの一例として、上下方向の加速度の時間特性を示している。縦軸は加速度を示しており、横軸は時間を示している。図６及び図７は、第１の算出部３６によって算出された特性データの一例として、上下方向の加速度に関する特性データを示している。縦軸は加速度を対数で示しており、横軸は周波数を対数で示している。図４及び図６は、乗り心地が正常な状態の検出信号データ、及び当該検出信号データに基づいて算出された特性データを示している。図５及び図７は、乗り心地が異常な状態の検出信号データ、及び当該検出信号データに基づいて算出された特性データを示している。

第２の算出部３７は、第１の算出部３６によって算出された特性データと単位空間データベース３３に格納されている単位データとの間のマハラノビスの距離を算出する。本実施形態では、第１の算出部３６が、上下方向、左右方向、及び前後方向の検出信号データからそれぞれ特性データを算出している。このため、第２の算出部３７は、上下方向、左右方向、及び前後方向の特性データに基づいて、それぞれマハラノビスの距離を算出する。

本実施形態では、第２の算出部３７は、演算ユニット２４が設けられている鉄道車両２の鉄道車両ＩＤ、及び当該鉄道車両２が走行する予定の路線ＩＤの少なくとも１つを取得し、これらに基づいて、単位空間データベース３３から、マハラノビスの距離を算出するための単位データを抽出する。第２の算出部３７は、通信部３４から鉄道車両２の鉄道車両ＩＤ及び当該鉄道車両２が走行する予定の路線ＩＤの少なくとも１つを取得する。この場合、第２の算出部３７は、抽出された単位データと、第１の算出部３６によって算出された特性データとを用いてマハラノビスの距離を算出する。すなわち、第２の算出部３７は、通信部３４で取得された情報に応じた単位データに基づいてマハラノビスの距離を算出する。第２の算出部３７によって抽出される単位データは、ユーザによって設定されていてもよい。マハラノビスの距離は、各車両２０に設けられた演算ユニット２４の第２の算出部３７によって車両２０毎に算出されてもよいし、１つの第２の算出部３７によって、先頭車両２０から後尾車両２０までの全ての車両２０についてまとめて算出されてもよい。

第２の算出部３７は、例えば、鉄道車両ＩＤから普通車両かグリーン車両かを判定する。第２の算出部３７は、普通車両であると判定した場合には、普通車両に対応する単位データを単位空間データベース３３から抽出し、普通車両に対応する単位データを用いてマハラノビスの距離を算出する。第２の算出部３７は、グリーン車両であると判定した場合には、グリーン車両に対応する単位データを単位空間データベース３３から抽出し、グリーン車両に対応する単位データを用いてマハラノビスの距離を算出する。第２の算出部３７は、回送列車、普通列車、快速列車、及び特急列車などの走行形態に応じて、異なる単位データを抽出して、走行形態に応じたマハラノビスの距離を算出してもよい。

比較部３８は、第２の算出部３７によって算出されたマハラノビスの距離を、予め設定された閾値と比較する。具体的には、比較部３８は、第２の算出部３７によって算出されたマハラノビスの距離が閾値以上であるか否か判定する。本実施形態では、比較部３８は、上下方向、左右方向、及び前後方向のマハラノビスの距離について、それぞれ比較を行う。

本実施形態では、比較部３８が用いる閾値は「４」であり、比較部３８は、算出されたマハラノビスの距離が「４」以上であるか否かを判定する。判定部３９は、比較部３８における比較結果に応じて車両２０の乗り心地レベルを判定する。本実施形態では、比較部３８は、演算ユニット２４が設けられている鉄道車両２の鉄道車両ＩＤ及び当該鉄道車両２が走行する予定の路線ＩＤの少なくとも１つを取得し、これらに基づいて上記閾値を決定する。比較部３８は、通信部３４から鉄道車両２の鉄道車両ＩＤ及び当該鉄道車両２が走行する予定の路線ＩＤの少なくとも１つを取得する。すなわち、比較部３８は、通信部３４で取得された情報に応じて閾値を決定する。上記閾値は、ユーザによって設定されてもよい。

判定部３９は、比較部３８における比較結果に応じて、鉄道車両の乗り心地レベルを判定する。本実施形態では、判定部３９は、上下方向、左右方向、及び前後方向についてそれぞれ乗り心地レベルを判定する。判定部３９は、例えば、比較部３８においてマハラノビスの距離が「４」以上であると判定された場合に、乗り心地レベルが不良であると判定する。例えば、図６に示した特性データでは、第２の算出部３７によって、「４」未満のマハラノビスの距離が導出される。この場合、判定部３９は、乗り心地レベルは良好であると判定する。図７に示した特性データでは、第２の算出部３７によって、「４」以上のマハラノビスの距離が導出される。この場合、判定部３９は、乗り心地レベルが不良であると判定する。鉄道車両２の乗り心地レベルの判定は、各車両２０に設けられた演算ユニット２４の判定部３９によって車両２０毎に算出されてもよいし、１つの判定部３９によって、先頭車両２０から後尾車両２０までの全ての車両２０についてまとめて判定されてもよい。

通信部３４は、判定部３９で乗り心地レベルが不良と判定された場合（比較部３８が第２の算出部３７によって算出されたマハラノビスの距離が閾値以上であると判定した場合）に、その判定結果と第１の算出部３６で算出された特性データとを、隣接する中継ユニット２５を介して統括ユニット２６に送信する。この場合、統括ユニット２６の通信部５１は、外部の車両基地に判定部３９で乗り心地レベルが不良であると判定されたことを示すデータを送信（通知）する。通信部３４は、直接、統括ユニット２６との間、又は、外部の車両基地との間で情報の送受信を行ってもよい。例えば、通信部３４は、判定部３９で乗り心地レベルが不良と判定された場合に、その判定結果と第１の算出部３６で算出された特性データとを、直接、統括ユニット２６又は外部の車両基地に送信してもよい。

次に、鉄道車両２に振動を加える加振手段１０の構成について詳細に説明する。図８は、加振手段を説明するための図である。図８には、鉄道の線路６０、線路６０上を走行する鉄道車両２、車庫６１、及び加振手段１０を上方から見た状態が示されている。

線路６０は、鉄道車両２が通常時に乗客を乗せた状態で運行する営業線６２、及び営業線６２以外の線路である非営業線６３を含んでいる。図８に示されているように、鉄道車両２を車庫６１に収容するための非営業線６３は、営業線６２から分岐している。営業線６２から分岐した非営業線６３は更に複数の非営業線６４に分岐し、分岐した複数の非営業線６４は車庫６１内に延在している。

加振手段１０は、図８に示されているように、非営業線６３が営業線６２から分岐する位置と、非営業線６３が複数の非営業線６４に分岐する位置との間に設けられている。換言すれば、加振手段１０は、非営業線６４が営業線６２に合流する直前の位置に設けられている。非営業線６３の軌道には、試験用レール６５が設けられている。加振手段１０は、上下方向（Ｚ方向）及び左右方向（Ｙ方向）に、試験用レール６５上の鉄道車両２に予め設定された周波数の振動を加える。上下方向は、鉛直方向であり、左右方向は、一の軌道を構成する一対のレールの幅方向である。第１実施形態では、加振手段１０は、試験用レール６５によって構成されている。

試験用レール６５は、鉄道車両２の車輪の幅に対応する一定の軌間で配置された一対のレールであり、長手方向（前後方向，Ｘ方向）において一定の周期で湾曲する第１部分６５ａと、第２部分６５ｂと、及び第３部分６５ｃとを有している。湾曲の周期は、長手方向において１０ｍよりも短い周期である。この構成によって、鉄道車両２が試験用レール６５上を走行した際に、第１部分６５ａ、第２部分６５ｂ、及び第３部分６５ｃの各々における湾曲の周期に対応して、予め設定された周波数の振動が鉄道車両２に加えられる。鉄道車両２に加えられる振動の周波数は、鉄道車両２に設けられる正常な空気バネ２２の共振周波数であることが好ましい。

試験用レール６５は、第１部分６５ａにおいて、図９に示されているように一定の周期且つ同位相で左右に湾曲している。換言すれば、第１部分６５ａでは、一の軌道を構成する一対のレールが、試験用レール６５の長手方向（Ｘ方向）と上下方向（Ｚ方向）とに直交する方向（Ｙ方向）に一定の周期で湾曲している。すなわち、第１部分６５ａでは、通り狂いが意図的に形成されている。

第１部分６５ａにおける湾曲によって、第１部分６５ａを走行する鉄道車両２に左右方向の振動が加わる。第１部分６５ａは、例えば、正常な鉄道車両に対して左右方向に約２Ｈｚ～約３Ｈｚの振動を与える周期で湾曲していることが好ましい。この際、当該鉄道車両は、車両基地構内の制限速度、例えば時速５ｋｍ程度で第１部分６５ａを走行することが好ましい。

試験用レール６５は、第２部分６５ｂにおいて、図１０に示されているように一定の周期且つ同位相で上下に湾曲している。換言すれば、第２部分６５ｂでは、一の軌道を構成する一対のレールが、同位相で上下方向に一定の周期で湾曲している。第２部分６５ｂでは、一対のレールが同位相で湾曲しているため、試験用レール６５の幅方向（Ｙ方向）から見た場合に一対のレールの各頭頂面が当該幅方向において重なっている。すなわち、第２部分６５ｂでは、一対のレールの各々に高低狂いが意図的に形成されている。

第２部分６５ｂにおける湾曲によって、第２部分６５ｂを走行する鉄道車両２に上下方向の振動が加わる。第２部分６５ｂは、例えば、正常な鉄道車両に対して上下方向に約１Ｈｚの振動を与える周期で湾曲していることが好ましい。この際、当該鉄道車両は、車両基地構内の制限速度、例えば時速５ｋｍ程度で第２部分６５ｂを走行することが好ましい。

試験用レール６５は、第３部分６５ｃにおいて、図１１に示されているように一定の周期且つ互いに反転する位相で上下に湾曲している。換言すれば、第３部分６５ｃでは、一の軌道を構成する一対のレールが、逆位相で上下方向に一定の周期で湾曲している。第３部分６５ｃでは、一対のレールが逆位相で湾曲しているため、試験用レール６５の幅方向（Ｙ方向）から見た場合に各頭頂面６５ｄが上下方向に互い違いに位置している。すなわち、第３部分６５ｃでは、一対のレールの各々に高低狂いが意図的に形成されていると共に、一対のレール間で水準狂いも意図的に形成されている。

第３部分６５ｃにおける湾曲によって、第３部分６５ｃを走行する鉄道車両２に上下方向及び左右方向の振動が加わる。第３部分６５ｃは、正常な鉄道車両に対して上下方向に約１Ｈｚ、左右方向に約２～約３Ｈｚの振動を与える周期で湾曲していることが好ましい。この際、当該鉄道車両は、車両基地構内の制限速度、例えば時速５ｋｍ程度で第３部分６５ｃを走行することが好ましい。

次に、車両試験システム１の作用効果について説明する。鉄道車両２が加振手段１０である試験用レール６５を所定のスピードで走行すると、第１部分６５ａ、第２部分６５ｂ、及び第３部分６５ｃのそれぞれの湾曲にしたがって、鉄道車両２は予め定められた周波数で振動する。加速度センサ２３は、加振手段１０によって鉄道車両２に生じた振動を、上下方向、左右方向、及び前後方向の加速度として検出する。状態演算部３２は、加振手段１０によって振動が加えられた状態で、加速度センサ２３から出力された検出信号データに基づいて、鉄道車両２の乗り心地レベルを判定する。

このように、第１実施形態に係る車両試験システム１は、試験用レール６５上の鉄道車両２に予め設定された周波数の振動を加える加振手段１０を有しており、加振手段１０によって加振された鉄道車両２に生じる加速度の検出結果に基づいて、任意のタイミングで乗り心地レベルを判定できる。したがって、車両の検査の頻度に依らず、乗り心地を確認するための試験の作業負担を低減することができる。また、この車両試験システム１では、鉄道車両２への加振を行うための試験用レール６５が非営業線６３の軌道に設けられている。これにより、乗り心地を確認するための試験の実施にあたって運行スケジュールに影響を与えてしまうことも回避できる。例えば、運行直前又は直後の鉄道車両２に対して車両試験を行うことができる。

鉄道車両の振動には、乗客が心地よいと感じる周波数と不快と感じる周波数とが含まれている。すなわち、周波数によって乗り心地に対する寄与度が異なる。このため、例えば、図１２及び図１３で示されているように、鉄道車両に生じる振動の周波数成分の違いを考慮した乗り心地の基準線と特性データとを比較して、乗り心地レベルを判定することが考えられる。図１２は、乗り心地の基準線（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）と乗り心地が正常な状態の特性データ（ｅ）とを示している。図１３は、乗り心地の基準線（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）と乗り心地が異常な状態の特性データ（ｆ）とを示している。基準線（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）の順で、より良い乗り心地に対応している。例えば、基準線（ａ）は普通車両の乗り心地の基準を示す基準線であり、基準線（ｂ）はグリーン車両の乗り心地の基準を示す基準線である。

特性データが上述した基準線を上回るほど、当該特性データが得られた車両２０の乗り心地が悪いことを示している。例えば、図１２において、特性データ（ｅ）は、乗り心地が正常な状態（乗り心地が良好な状態）の特性データであるため、基準線（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）のいずれよりも下に位置している。一方、図１３において、特性データ（ｆ）の一部が（ｂ）及び（ｃ）の基準線よりも上に位置している。このため、特性データ（ｆ）が取得された鉄道車両２は、特性データ（ｅ）が取得された鉄道車両２よりも乗り心地が悪いことが分かる。しかしながら、この手法では、特性データがどの位置でどの程度だけ基準線を上回った場合に乗り心地が不良と判定するのが適切かを判断し難い。

第１実施形態に係る車両試験システム１では、第１の算出部３６によって算出された周波数毎の加速度に関する特性データと予め取得された単位データとの間のマハラノビスの距離が算出される。算出されたマハラノビスの距離は、所望の周波数範囲について単位データとの周波数毎の違いを考慮した単一のデータである。車両試験システム１では、このようにして算出されたマハラノビス距離と閾値とが比較されることで鉄道車両の乗り心地レベルが判定されている。このように、車両試験システム１では、マハラノビスの距離を用いて判定が行われることにより、鉄道車両２が走行している状態で、周波数毎の乗り心地に対する寄与度の違いを考慮した乗り心地レベルの判定を容易かつ適確に実行できる。

第１の算出部３６は、異なる時間に加速度センサ２３から出力された複数の検出信号データのそれぞれをフーリエ変換した後に平均することで、特性データを算出する。このため、加速度センサ２３による誤検出の影響を低減することができる。

単位データは、正常な鉄道車両２が正常な線路を走行した際の特性データであり、異なる時間又は異なる走行区間で加速度センサ２３から出力された複数の検出信号データのそれぞれをフーリエ変換した周波数毎の加速度に関するデータを含んでいる。このため、鉄道車両２と線路との双方の劣化、及び、時間の違い又は走行区間の違いによる加速度センサ２３の検出結果のばらつきを考慮して、乗り心地レベルを判定することができる。

加振手段１０は、一定の周期且つ同位相で左右に湾曲する試験用レール６５によって構成されている。このため、試験対象の鉄道車両２が試験用レール６５上を走行するだけで、当該鉄道車両２に左右方向成分の振動を発生させることができる。左右方向において乗り心地が不良であると判定された場合、左右動ダンパ及びヨーダンパの故障を推測することができる。

加振手段１０は、一定の周期且つ同位相で上下に湾曲する試験用レール６５によって構成されている。このため、試験対象の鉄道車両２が試験用レール上を走行するだけで、当該鉄道車両２に上下方向成分の振動を発生させることができる。上下方向において乗り心地が不良であると判定された場合、空気ばねのパンク及び軸ダンパの故障を推測することができる。

加振手段１０は、一定の周期且つ互いに反転する位相で上下に湾曲する試験用レール６５によって構成されている。このため、試験対象の鉄道車両２が試験用レール６５上を走行するだけで、当該鉄道車両２に上下方向成分及び左右方向成分の振動を発生させることができる。試験用レール６５は、第１部分６５ａ、第２部分６５ｂ、及び第３部分６５ｃを全て有していてもよいし、いずれか１つのみを有していてもよい。

加振手段１０は、鉄道車両２に設けられる正常な空気バネ２２の共振周波数で鉄道車両２を振動させることが好ましい。この場合、消費エネルギーを抑制しながら鉄道車両２を所望の振れ幅で振動させることができる。

加速度センサ２３は、鉄道車両２の心皿の直上に配置されている。このため、加速度センサ２３によって、鉄道車両２に生じる振動の正確性を向上することができる。
［第２実施形態］

図１４及び図１５は、本発明の第２実施形態に係る車両試験システムにおける加振手段の部分拡大図である。図１４は、加振手段１０Ａを試験用レール７１の幅方向（左右方向）から見た状態を示している。図１５は、加振手段１０Ａを試験用レール７１の長手方向（前後方向）から見た状態を示している。第２実施形態に係る車両試験システム１は、試験用レール６５の代わりに試験用レール７１が非営業線６３の軌道に設けられている点、及び加振手段１０Ａが試験用レール７１を上下及び左右に振動させる振動装置７２によって構成されている点で第１実施形態に係る車両試験システム１と異なっている。

試験用レール７１は、鉄道車両２の車輪の幅に対応する一定の軌間で配置された一対のレールである。試験用レール７１は、複数の車両２０のうち１つのみが配置される長さである。試験用レール７１は、長手方向に直線に延在しているが、試験用レール６５のように一定の周期で湾曲する部分を有していてもよい。

加振手段１０である振動装置７２は、試験用レール７１上の車両２０に予め設定された周波数の振動が生じるように、試験用レール７１を振動させる。例えば、振動装置７２によって１Ｈｚ～５０Ｈｚの範囲の周波数で鉄道車両２を振動させることが好ましい。振動装置７２は、試験用レール７１が配置された天板７３と、天板７３を振動させる加振ロッド７４，７５と、加振ロッド７４，７５の振動を制御する信号を生成する信号生成部７６とを有する。

加振ロッド７４は、信号生成部７６によって生成された信号に基づいて、油圧によって天板７３を左右方向に振動させる。加振ロッド７５は、信号生成部７６によって生成された信号に基づいて、油圧によって天板７３を上下方向に振動させる。天板７３に配置された試験用レール７１は、加振ロッド７４，７５による天板７３の振動に応じて上下及び左右に振動する。すなわち、振動装置７２は、信号生成部７６によって生成された信号に基づいて、試験用レール７１を上下及び左右に振動させる。

第２実施形態では、信号生成部７６は、低周波から高周波にスイープするスイープ信号を生成する。このため、第２実施形態に係る車両試験システム１では、試験用レール７１上に位置している鉄道車両２が、信号生成部７６によって生成されたスイープ信号にしたがって低周波から高周波に推移するように振動する。この際に加速度センサ２３で検出された検出信号データに基づいて、状態演算部３２が鉄道車両２の乗り心地（状態）を判定する。例えば、信号生成部７６は、０．２Ｈｚ～２０Ｈｚの範囲でスイープするスイープ信号を生成する。

次に、第２実施形態に係る車両試験システム１の作用効果について説明する。加振手段１０Ａである振動装置７２が試験用レール７１を上下及び左右に振動させると、試験用レール７１上に位置する少なくとも１つの車両２０が振動する。加速度センサ２３は、鉄道車両２に生じた振動を、上下方向、左右方向、及び前後方向の加速度として検出する。状態演算部３２は、加速度センサ２３によって検出された加速度から、鉄道車両２の乗り心地レベルを判定する。

このように、第２実施形態に係る車両試験システム１も、試験用レール７１上の鉄道車両２に予め設定された周波数の振動を加える加振手段１０Ａを有しており、加振手段１０Ａによって加振された鉄道車両２に生じる加速度の検出結果に基づいて、任意のタイミングで乗り心地レベルを判定できる。したがって、車両の検査の頻度に依らず、乗り心地を確認するための試験の作業負担を低減することができる。また、第２実施形態に係る車両試験システム１でも、鉄道車両２への加振を行うための試験用レール７１が非営業線６３の軌道に設けられている。これにより、乗り心地を確認するための試験の実施にあたって、運行スケジュールに影響を与えてしまうことも回避できる。

第２実施形態においても、第２の算出部３７は、第１の算出部３６によって算出された周波数毎の加速度に関する特性データと予め取得された単位データとの間のマハラノビスの距離を算出する。このため、第２実施形態に係る車両試験システム１も、マハラノビスの距離を用いて判定が行われることにより、鉄道車両２が走行している状態で、周波数毎の乗り心地に対する寄与度の違いを考慮した乗り心地レベルを容易かつ適確に判定できる。

加振手段１０Ａは、試験用レール７１を上下及び左右に振動させる振動装置７２によって構成されている。このため、振動装置７２によって鉄道車両２を停止させた状態で加振することができる。また、振動装置７２により、加振する周波数の調整が容易なものとなる。

振動装置７２は、１Ｈｚ～５０Ｈｚの範囲の周波数で鉄道車両２を振動させる。この周波数範囲で加振を行うことにより、乗り心地レベルの判定精度を向上できる。振動装置７２は、スイープ信号を生成する信号生成部７６を更に備える。振動装置７２は、当該スイープ信号に基づいて試験用レール７１を上下及び左右に振動させる。この場合、乗り心地レベルの判定に要する時間を短縮できる。

信号生成部７６は、０．２Ｈｚ～２０Ｈｚの範囲でスイープ信号を生成する。この場合、鉄道車両２を短時間に所望の周波数範囲で振動させることができる。したがって、乗り心地レベルの判定に要する時間を短縮できると共に乗り心地レベルの判定精度を向上することができる。

以上、第１実施形態及び第２実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

例えば、状態演算部３２と、単位空間データベース３３とを中継ユニット２５にも配置し、車両２０の状態に異常があるか否かの判定に関する処理を演算ユニット２４と中継ユニット２５とで分担させるようにしてもよい。

１…車両試験システム、２…鉄道車両、１０，１０Ａ…加振手段、２２…空気バネ、２３…加速度センサ、３６…第１の算出部、３７…第２の算出部、３８…比較部、３９…判定部、６３，６４…非営業線、６５，７１…試験用レール、７２…振動装置、７６…信号生成部。

Claims (8)

1. 鉄道車両における乗り心地の確認の試験を行う車両試験システムであって、
   前記鉄道車両に設けられた加速度センサと、
   鉄道の非営業線の軌道に設けられた試験用レールと、
   前記試験用レール上の前記鉄道車両に予め設定された周波数の振動を加える加振手段と、
   前記加振手段によって振動が加えられた状態での前記加速度センサからの検出信号データに基づいて、前記鉄道車両の乗り心地レベルを判定する判定手段と、を備え、
   前記加振手段は、一定の周期且つ同位相で左右に湾曲する部分、一定の周期且つ同位相で上下に湾曲する部分、及び、一定の周期且つ互いに反転する位相で上下に湾曲する部分の少なくとも一部分を有している前記試験用レールによって構成されている、車両試験システム。
2. 前記加速度センサからの検出信号データをフーリエ変換し、周波数毎の加速度に関する特性データを算出する第１の算出手段と、
   前記第１の算出手段によって算出された前記特性データと予め取得された単位データとの間のマハラノビスの距離を算出する第２の算出手段と、
   前記マハラノビスの距離を予め設定された閾値と比較する比較手段と、を更に備え、
   前記判定手段は、前記比較手段における比較結果に応じて前記鉄道車両の乗り心地レベルを判定する、請求項１に記載の車両試験システム。
3. 前記加振手段は、前記鉄道車両に設けられる正常な空気バネの共振周波数で前記鉄道車両を振動させる、請求項１又は２に記載の車両試験システム。
4. 鉄道車両における乗り心地の確認の試験を行う車両試験システムであって、
   前記鉄道車両に設けられた加速度センサと、
   鉄道の非営業線の軌道に設けられた試験用レールと、
   前記試験用レール上の前記鉄道車両に予め設定された周波数の振動を加える加振手段と、
   前記加振手段によって振動が加えられた状態での前記加速度センサからの検出信号データに基づいて、前記鉄道車両の乗り心地レベルを判定する判定手段と、を備え、
   前記加振手段は、前記試験用レールを上下及び左右に振動させる振動装置によって構成されている、車両試験システム。
5. 前記加速度センサからの検出信号データをフーリエ変換し、周波数毎の加速度に関する特性データを算出する第１の算出手段と、
   前記第１の算出手段によって算出された前記特性データと予め取得された単位データとの間のマハラノビスの距離を算出する第２の算出手段と、
   前記マハラノビスの距離を予め設定された閾値と比較する比較手段と、を更に備え、
   前記判定手段は、前記比較手段における比較結果に応じて前記鉄道車両の乗り心地レベルを判定する、請求項４に記載の車両試験システム。
6. 前記振動装置は、１Ｈｚ～５０Ｈｚの範囲の周波数で前記鉄道車両を振動させる、請求項４又は５に記載の車両試験システム。
7. スイープ信号を生成する信号生成部を更に備え、
   前記振動装置は、前記スイープ信号に基づいて前記試験用レールを上下及び左右に振動させる、請求項４～６のいずれか一項に記載の車両試験システム。
8. 前記信号生成部は、０．２Ｈｚ～２０Ｈｚの範囲で前記スイープ信号を生成する、請求項７に記載の車両試験システム。

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