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技術 鉄道車両の乗り心地と車両振動の測定方法

出願人 住友金属工業株式会社
発明者 根来尚志石川龍太郎
出願日 1994年6月23日 (26年5ヶ月経過) 出願番号 1994-166362
公開日 1996年1月19日 (24年10ヶ月経過) 公開番号 1996-015099
状態 特許登録済
技術分野 機械的振動・音波の測定 車両の試験 車体懸架装置 鉄道車両懸架装置、車輪装置 車体懸架装置
主要キーワード 振動頻度 簡易装置 動揺状態 振動加速度計 動揺測定 振動加速度信号 振動ピーク 振動加速度波形
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1996年1月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

目的

編成列車の全車両の乗り心地の評価と車両振動リアルタイムに表示、記録できる測定方法を提供する。

構成

車体または台車に設けた振動加速度計により検知した左右振動加速度信号及び上下振動加速度信号を処理装置に入力し、演算処理して乗り心地レベル及び車両振動として評価する車両振動測定処理子局を編成列車の1車両または数車両ごとに設け、前記子局のすべてを統括し、編成全車両の乗り心地レベル及び車両振動に変換されたデータ処理済みの指標を受信する親局を編成中の1車両に設け、編成列車の全車両の乗り心地と車両振動をリアルタイムに評価し表示及び記録する。

概要

背景

従来、鉄道車両乗り心地を評価する方法として、例えば該車両の振動加速度を求め、測定した振動人体の等間隔曲線との比較によるものがある。乗り心地を評価するには、車両の動揺状態時間的変化を含めて総括的に把握する必要があるが、前記従来方法ではこれらの点が考慮されていなかった。

そこで、前記問題点を排除するため、動揺発生頻度測定評価方法において、振動測定手段によって振動測定を行ない、振動測定の測定信号に含まれる周期信号周期及びその波高値を測定し、周期及びその波高値の一定測定軌間内における発生頻度を求め、振動信号に含まれる周期及びその波高値の発生頻度の分布によって動揺状態の評価を行なう方法(特公平5−654号公報)、車両の床面や窓枠上等に置けるポケット型簡易装置により、上下、左右の一定区間振動ピーク値や限度を超えた回数係数することにより、乗り心地の状態を簡便に知ることができる車両動揺測定装置(特公平2−7009号公報)が提案されている。

しかし、前記特公平5−654号公報及び特公平2−7009号公報に開示された動揺発生頻度測定評価方法及び動揺測定装置は、車両の乗り心地を該車両の振動頻度から評価するものではあるが、リアルタイムの処理、表示を行なうものではない。また、これらの装置は1車両を対象としたもので、編成列車の全車両を一体に乗り心地や車両振動をリアルタイムに測定するものでもない。

概要

編成列車の全車両の乗り心地の評価と車両振動をリアルタイムに表示、記録できる測定方法を提供する。

車体または台車に設けた振動加速度計により検知した左右振動加速度信号及び上下振動加速度信号を処理装置に入力し、演算処理して乗り心地レベル及び車両振動として評価する車両振動測定処理子局を編成列車の1車両または数車両ごとに設け、前記子局のすべてを統括し、編成全車両の乗り心地レベル及び車両振動に変換されたデータ処理済みの指標を受信する親局を編成中の1車両に設け、編成列車の全車両の乗り心地と車両振動をリアルタイムに評価し表示及び記録する。

目的

この発明は、前記の現状に鑑み、編成列車の全車両にわたって一体的に乗り心地や振動の測定が行なえる鉄道車両の乗り心地と車両振動の測定方法を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
3件
牽制数
9件

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請求項1

車体または台車に設けた振動加速度計により検知した左右振動加速度信号及び上下振動加速度信号を処理装置に入力し、演算処理して乗り心地レベル及び車両振動として評価する車両振動測定処理子局編成列車の1車両または数車両ごとに設け、前記子局のすべてを統括し、編成全車両の乗り心地レベル及び車両振動に変換されたデータ処理済みの指標を受信する親局を編成中の1車両に設け、編成列車の全車両の乗り心地と車両振動をリアルタイムに評価し表示及び記録し得ることを特徴とする鉄道車両の乗り心地と車両振動の測定方法

請求項2

親局と子局との間は、親局が順番に子局を呼び出すシリアル通信によることを特徴とする請求項1記載の鉄道車両の乗り心地と車両振動の測定方法。

請求項3

一車両に設けた複数個の各種振動加速度計により車体の全モード別振動加速度を算出し、車体挙動のデータとして記録することを特徴とする請求項1記載の鉄道車両の乗り心地と車両振動の測定方法。

技術分野

0001

この発明は、編成列車の全車両の乗り心地の評価と車両振動リアルタイムに表示、記録できる測定方法に関する。

背景技術

0002

従来、鉄道車両の乗り心地を評価する方法として、例えば該車両の振動加速度を求め、測定した振動人体の等間隔曲線との比較によるものがある。乗り心地を評価するには、車両の動揺状態時間的変化を含めて総括的に把握する必要があるが、前記従来方法ではこれらの点が考慮されていなかった。

0003

そこで、前記問題点を排除するため、動揺発生頻度測定評価方法において、振動測定手段によって振動測定を行ない、振動測定の測定信号に含まれる周期信号周期及びその波高値を測定し、周期及びその波高値の一定測定軌間内における発生頻度を求め、振動信号に含まれる周期及びその波高値の発生頻度の分布によって動揺状態の評価を行なう方法(特公平5−654号公報)、車両の床面や窓枠上等に置けるポケット型簡易装置により、上下、左右の一定区間振動ピーク値や限度を超えた回数係数することにより、乗り心地の状態を簡便に知ることができる車両動揺測定装置(特公平2−7009号公報)が提案されている。

0004

しかし、前記特公平5−654号公報及び特公平2−7009号公報に開示された動揺発生頻度測定評価方法及び動揺測定装置は、車両の乗り心地を該車両の振動頻度から評価するものではあるが、リアルタイムの処理、表示を行なうものではない。また、これらの装置は1車両を対象としたもので、編成列車の全車両を一体に乗り心地や車両振動をリアルタイムに測定するものでもない。

発明が解決しようとする課題

0005

前記のごとく、従来の動揺発生頻度測定評価方法や動揺測定装置は、全て1車両を対象とした乗り心地や振動の測定装置であり、例えば編成列車の先頭車両後尾車両とでは後尾車両の乗り心地が悪いといわれているが、編成列車の全車両の乗り心地を比較する場合のように、編成列車の全車両の乗り心地や車両振動を測定するには、各車両のすべてに設けた測定装置により個々に得られた結果を一つにまとめて処理するため煩雑な作業が必要であり、系統立てて簡単に比較ができなかった。

0006

この発明は、前記の現状に鑑み、編成列車の全車両にわたって一体的に乗り心地や振動の測定が行なえる鉄道車両の乗り心地と車両振動の測定方法を提供するものである。

課題を解決するための手段

0007

前記目的を達成するため、この発明の鉄道車両の乗り心地と車両振動の測定方法は、車体または台車に設けた振動加速度計により検知した左右振動加速度信号及び上下振動加速度信号を処理装置に入力し、演算処理して乗り心地レベル及び車両振動として評価する車両振動測定処理子局を編成列車の1車両または数車両ごとに設け、前記子局のすべてを統括し、編成全車両の乗り心地レベル及び車両振動に変換されたデータ処理済みの指標を受信する親局を編成中の1車両に設け、編成列車の全車両の乗り心地と車両振動をリアルタイムに評価し表示及び記録する。

0008

また、前記鉄道車両の乗り心地と車両振動の測定方法において、親局と子局との間は、親局が順番に子局を呼び出すシリアル通信によることを特徴とする。

0009

更に、一車両ごとに設けた複数個の各種振動加速度計により車体の全モード別の振動加速度を算出し、車体挙動のデータとして記録することを特徴とする。

0010

編成列車の全体の乗り心地と振動測定には、各車両の乗り心地と車両振動を車体または台車に設けた振動加速度計により検知した左右振動加速度信号及び上下振動加速度により処理する子局と、各子局が処理した値を表示、記録する親局から構成され、親局と各子局の間は通信で結合することにより、編成列車全体の乗り心地や車両振動を親局でリアルタイムに表示、記録することができる。

0011

各子局は、車体に設置した振動加速度計からの検知信号を、次のような処理を行なうことにより車両の乗り心地レベル(dB)で出力することができる。

0012

車体の各振動加速度は、図7の等間隔曲線の逆数の特性を持ったフィルタを用いて重み付けを行ないaw(t)とする。そして、得られた乗り心地レベルLは、下記表1に示す区分により評価する。

0013

0014

ただし、 L :乗り心地レベル(dB)
aref :基準加速度いき値) 10-5(m/s2)
aw(t) :重みづけ後の振動加速度(m/s2)
T : 平均時間

0015

0016

前記1式では、平均時間Tを設定する必要があるため、例えばT=2secもしくは5secとすることで、過去2秒間もしくは過去5秒間の値を求めることができる。これを図8に示すように、振動加速度信号を処理装置に入力し、該処理装置内においてA/D変換装置によりディジタル化した後、前記1式により演算処理して乗り心地レベルLを求め、出力、記録するが、この際のA/D変換時のサンプリングタイムをΔt、例えばΔt=10msecとし、Δtごとに行なうことによりリアルタイムの評価ができる。また、例えば、図9に示すように、その時点で得られた値と過去T秒間のT/Δt個のデータとの平均を取って出力、記録してもよい。

0017

また、車両振動の測定には、車両振動で一番重要な振幅ピーク値の測定を行なうよう子局において振動加速度計より得られる値から計算、処理する。この振幅のピーク値により各車両の振動の比較ができる。

0018

例えば、振動加速度計より得られる値に各周波数ごとのフィルタをかけることで各周波数帯域の振動ピーク値が得られる。図10(a)は得られる振動加速度波形(生波形)に、ローパスフィルタをかけた後の波形を図10(b)に示す。該図中のA(n)は振幅のピーク値で、1/2B(n)がそのときの振動数となるが、このフィルタ処理を多種類バンドパスフィルタ等、行なうことにより、低周波から高周波にわたって車体の各周波数ごとの振幅のピーク値が得られる。

0019

前記の乗り心地、車両振動の計算、処理を各車両の各子局で個々に行ない、得られた結果のみを時々刻々親局に送信する。親局は、各子局から送られてくるデータ(結果)を処理するだけで、全車両にわたっての乗り心地や車両振動を測定できることになる。また、一車両ごとに設けた複数個の各種振動加速度計により車体の全モード別の振動加速度を算出し、車体挙動のデータとして記録することができる。

0020

前記のように、編成列車の各車両の車両振動を処理する役割の子局と編成列車の全車両の処理後のデータを受信して表示、記録及び測定する親局に分けることにより、各局の演算負担を軽減すると共に、編成列車の全車両にわたっての乗り心地と振動測定を同時にリアルタイムで処理することができる。

0021

この発明の実施例を図面に基づいて説明する。図1に示すように、車体前後振動加速度計aと、車体左右振動加速度計b、cと、車体上下振動加速度計d、e、f、gの7個の振動加速度計を、車両の全自由度(6自由度)の振動モードを計算できるように車体10の床面に設置する。更に、前後の台車11に左右振動加速度計及び上下振動加速度計h、i、j、kを設ける台車振動を測定できるようにしてよい。そして、下記の計算により車体の振動モードを抽出する。

0022

車体前後モード = a
車体左右モード = (b+c)/2
車体ヨーモード = (bーc)/2
車体上下モード = (d+e+f+g)/4
車体ロールモード = (dーe+fーg)/4
車体ピッチモード = (d+eーfーg)/4

0023

また、乗り心地の計算では、左右については、車体左右振動加速度計b、cを用い、上下については、車体上下振動加速度計dまたはe、もしくは(d+e)/2と、fまたはg、もしくは(f+g)/2を用いる、前後についてはaを用いる。これにより一両の前位側と後位側の上下、左右の乗り心地と前後の乗り心地を得ることができる。また、前記のごとく車体の6自由度を計算しないのであれば、図2に示すように車体10の床面の台車中心上に車体左右振動加速度計b、cと、その位置に車体前後振動加速度計aと車体上下振動加速度計d、fを設置したものでもよい。これにより、一両の前位側と後位側の上下、左右、前後の乗り心地を得ることができる。

0024

前記図1に示す振動加速度計の配置を、図3に示すように9両編成の列車の全車両の1両目〜9両目に設置し、各振動加速度計からの検知信号を処理する子局13を各車両に設ける。なお、1両目車両用の子局13は2両目車両に搭載した。そして、各車両の各子局13で処理された処理後のデータを受信して表示、記録及び測定する親局12を2両目車両に搭載した。子局13と親局12の間はシリアル通信線により接続した。なお、子局13は例えば前後車両の2車両ごとに1子局を設けるなど数車両ごとに設けてもよい。

0025

前記編成列車における乗り心地と車両振動の測定装置の機器構成図4に示す。各車両(1両目〜9両目)は、それぞれ各振動加速度計14で検知した検知信号はA/D変換装置15に通してディジタル化して各子局13に入力する。各子局13では後記の処理を行ない得られたデータ(結果)を親局12に送信する。そして、親局12はそのデータ(結果)をモニタ表示し記録する。また、測定が行なわれる。この際、測定点を明らかにするため、車両速度や地点情報入力ができるように構成される。なお、各子局13においても同様に車両速度や地点情報入力ができるようにする。また、ディジタル化されたA/D変検後の各振動加速度計の信号も子局に記録される。

0026

前記実施例装置における乗り心地の計算は、前述した方法により行なわれ、乗り心地レベル(dB)として出力される。この結果はデータとして親局12に送信すると同時に子局13でも記録しておき、後のデータ処理に役立てる。この際の処理の流れを図5ブロック図に示す。各振動加速度計で検知した検知信号はA/D変換装置に通してディジタル化し図7の等間隔曲線の逆数の特性を持ったフィルタを用いて重み付けした後、前記1式により計算する。この方法により、サンプリングタイムΔtごとに過去2秒間または過去5秒間の乗り心地が左右、上下及び前後について得られる。

0027

車体振動については、生データを親局に送信するのではなく、車体振動の最大値が問題となることが多いので、前記の方法により各振動モードごとに図6に示すような周波数帯域にフィルタにより分け、過去2秒間のその周波数帯域での最大値を子局により演算する。なお、各周波数帯域の分け方は更に細分化してもよい。また、台車振動も前記と同様な方法でフィルタ後の値から最大値を出力演算結果を親局に送信する。更に、車体振動も各モードに分けずに、各振動加速度計の最大値を出力するようにしてもよい。

0028

前記のようにして得られた各子局のデータ(結果)を親局は受信する。またこのときの車両速度や地点情報も入力する。この発明の方法によれば、親局では各車両の同時点でのデータが得られるので、後のデータ処理や各車両の乗り心地、車両振動の比較が簡単にできる。

発明の効果

0029

この発明によれば、編成列車の各車両の車両振動を処理する役割の子局と編成列車の全車両の処理後のデータを受信して表示、記録及び測定する親局に分けることにより、各局の演算負担を軽減すると共に、編成列車の全車両にわたっての乗り心地と振動測定を同時にリアルタイムで処理することができる。

図面の簡単な説明

0030

図1この発明の実施例における、車体床面及び台車に配置した各種振動加速度計の説明図である。
図2この発明の実施例において、車体床面の進行方向中央の前後に各種振動加速度計を設置した場合の説明図である。
図3この発明を実施するための装置を有する編成列車の一例を示す説明図である。
図4この発明の実施例における振動加速度の処理の流れを示すブロック図である。
図5この発明の実施により乗り心地をリアルタイムに評価するためのΔt時間ごとに行なう処理の流れを示すブロック図である。
図6この発明の実施により各振動モードごとの周波数帯域での最大値をリアルタイムに評価するためのΔt時間ごとに行なう処理の流れを示すブロック図である。
図7等間隔曲線を示すグラフである。
図8この発明の実施により乗り心地をリアルタイムに評価するためのΔt時間ごとに行なう処理の流れを示すブロック図である。
図9その時点で得られた値と過去T秒間のT/Δt個のデータとの平均の関係を示す説明図である。
図10図10(a)は車体または台車の上下または左右の振動加速度波形を示すグラフ、図10(b)はローパスフィルタを通した後の振動加速度波形を示すグラフである。

--

0031

1〜9 車両NO.
10 車両
12親局
13子局
14振動加速度計
15 A/D変換装置
a車体前後振動加速度計
b、c車体左右振動加速度計
d、e、f、g車体上下振動加速度計
h、i、j、k台車左右、上下振動加速度計

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