(57)【要約】【課題】軌条輪上での輪軸の蛇行動を迅速に収束させることが可能な蛇行動収束方法等を提供する。【解決手段】軌条輪１０に載置された状態で回転する輪軸１３０の蛇行動を収束させる蛇行動収束方法を、蛇行動による輪軸の左右方向変位と実質的に同期させて軌条輪を左右方向変位と同じ方向へ加振する構成とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌条輪に載置された状態で回転する輪軸の蛇行動を収束させる蛇行動収束方法であって、
前記蛇行動による前記輪軸の左右方向変位と実質的に同期させて前記軌条輪を前記左右方向変位と同じ方向へ加振すること
を特徴とする蛇行動収束方法。
【請求項２】
前記輪軸は、回転速度が所定の範囲内であるときに、前記軌条輪に対する相対振幅が所定の初期振幅値以上となった際に前記蛇行動が発生する特性を有し、
前記加振時の振幅を、前記軌条輪に対する前記輪軸の相対振幅が前記初期振幅値未満となるよう設定すること
を特徴とする請求項１に記載の蛇行動収束方法。
【請求項３】
前記加振は、ωを前記蛇行動の角速度、ｔを時間、ｋを所定の定数としたときに、
実質的に（１−ｃｏｓωｔ）ｋにより表現される波形の１波により行うこと
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蛇行動収束方法。
【請求項４】
前記加振により蛇行動が収束しない場合に、前記軌条輪の回転速度を低下させて再度前記加振を行うこと
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の蛇行動収束方法。
【請求項５】
前記軌条輪の回転速度が、前記軌条輪の左右方向加振を伴わない単純回転試験における蛇行動発生下限速度以上である場合には、前記軌条輪の回転速度を前記蛇行動発生下限速度未満まで減速した後に前記加振を行うこと
を特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の蛇行動収束方法。
【請求項６】
輪軸が載置される軌条輪と、
前記軌条輪を回転駆動する回転駆動手段と、
前記軌条輪を左右方向に変位させるアクチュエータと、
前記輪軸の左右方向変位を検出する変位検出手段と
を備える鉄道車両の台上試験装置であって、
前記輪軸の蛇行動を検出する蛇行動検出手段と、
前記蛇行動の検出に応じて、前記アクチュエータに前記蛇行動による前記輪軸の左右方向変位と実質的に同期させて前記軌条輪を前記左右方向変位と同じ方向へ加振させるアクチュエータ制御手段と
を備えることを特徴とする鉄道車両の台上試験装置。
【請求項７】
前記輪軸は、回転速度が所定の範囲内であるときに、前記軌条輪に対する相対振幅が所定の初期振幅以上となった際に前記蛇行動が発生する特性を有し、
前記アクチュエータ制御手段は、前記加振時の振幅を、前記軌条輪に対する前記輪軸の相対振幅が前記初期振幅値未満となるよう設定すること
を特徴する請求項６に記載の鉄道車両の台上試験装置。
【請求項８】
前記アクチュエータ制御手段は、ωを前記蛇行動の角速度、ｔを時間、ｋを所定の定数としたときに、
実質的に（１−ｃｏｓωｔ）ｋにより表現される波形の１波により前記加振を行うこと
を特徴とする請求項６又は請求項７に記載の鉄道車両の台上試験装置。
【請求項９】
前記加振により蛇行動が収束しない場合に、前記軌条輪の回転速度を低下させる軌条輪速度制御手段を備え、
前記アクチュエータ制御手段は、前記回転速度の低下後に再度前記加振を行うこと
を特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の鉄道車両の台上試験装置。
【請求項１０】
前記軌条輪の回転速度を検出する軌条輪回転速度検出手段と、
前記軌条輪の回転速度を制御する軌条輪速度制御手段とを備え、
前記アクチュエータ制御手段は、前記軌条輪の回転速度が、前記軌条輪の左右方向加振を伴わない単純回転試験における蛇行動発生下限速度以上である場合には、前記軌条輪速度制御手段が前記軌条輪の回転速度を前記蛇行動発生下限速度未満まで減速した後に前記加振を行うこと
を特徴とする請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の鉄道車両の台上試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軌条輪上での輪軸の蛇行動を迅速に収束させることが可能な蛇行動収束方法、及び、台上試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両において、車輪の踏面勾配に起因して、輪軸がローリング運動、ヨーイング運動を連成させつつ所定の振幅で左右に振動する蛇行動と呼ばれる挙動が発生する場合がある。
蛇行動は、踏面勾配により輪軸が中央に戻ろうとする復元力が加振源となって発生する自励振動であって、車両固有の限界速度以上の領域において発生することが知られている。
特に、フランジ接触が生じるような大振幅の蛇行動が発生すると、安全性や乗り心地に問題が生じることが懸念されるため、鉄道車両の開発、運行においては、大振幅の蛇行動を確実に防止することが要求される。
鉄道車両における蛇行動の抑制に関する従来技術として、例えば特許文献１には、輪軸の振動に基づいて、台車枠と輪軸との間に設置したアクチュエータを前後軸で個別に制御する安定化制御器により、蛇行動を抑制して鉄道車両の安定限界速度を向上させることが記載されている。
【０００３】
鉄道車両の蛇行動の検証や、蛇行動抑制技術の開発を行う場合に、営業線などの実際の軌道を走行させるのではなく、軌条輪を用いて定置状態で走行状態を再現可能な台上試験装置（車両試験台）を用いることが知られている。
軌条輪は、外周縁部に試験車両の車輪が載置される円盤状の部材であって、これを回転させることによって、鉄道車両の走行時と同様の状況を模擬するものである。
また、このような台上試験装置には、実際の線区における軌道不整等を模擬するため、任意の加振波形に従って左右方向、上下方向に軌条輪を変位させるアクチュエータ及びその制御装置等が設けられる。
例えば特許文献２には、このような台上試験装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１９９２３６号公報
【特許文献２】特開２００７−１３２８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、車両試験台を用いた台車の高速回転試験において、フランジ接触が発生するような大振幅の蛇行動（発散状態）が発生した場合、蛇行動が収束するまで軌条輪の回転速度を減速させることで対応している。
しかし、蛇行動は上述したように自励振動の一種であるため、通常の強制加振振動とは異なり、発散状態から収束までに比較的長時間を要することが多い。
大振幅で輪軸が揺動する発散状態では、フランジ接触などにより車輪に作用する横方向の力（横圧）が大きいため、軌条輪等の試験設備や供試車両に損傷が発生することが懸念される。
したがって、試験中に蛇行動が発生した場合には、安全上できるだけ速やかに収束させる必要がある。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、軌条輪上での輪軸の蛇行動を迅速に収束させることが可能な蛇行動収束方法、及び、台上試験装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、軌条輪に載置された状態で回転する輪軸の蛇行動を収束させる蛇行動収束方法であって、前記蛇行動による前記輪軸の左右方向変位と実質的に同期させて前記軌条輪を前記左右方向変位と同じ方向へ加振することを特徴とする蛇行動収束方法である。
これによれば、軌条輪を輪軸の左右方向変位と同じ方向へ加振することによって、一時的に輪軸の軌条輪に対する左右方向変位を小さくし、蛇行動の発散が発生し得る不安定な領域から蛇行動が収束する安定な領域へ推移させ、軌条輪を減速することなく、あるいは、最低限の減速によって、蛇行動を短時間で収束させることができる。
【０００７】
請求項２に係る発明は、前記輪軸は、回転速度が所定の範囲内であるときに、前記軌条輪に対する相対振幅が所定の初期振幅値以上となった際に前記蛇行動が発生する特性を有し、前記加振時の振幅を、前記軌条輪に対する前記輪軸の相対振幅が前記初期振幅値未満となるよう設定することを特徴とする請求項１に記載の蛇行動収束方法である。
これによれば、輪軸の振動を確実に安定な領域へ推移させて上述した効果を得ることができる。
【０００８】
請求項３に係る発明は、前記加振は、ωを前記蛇行動の角速度、ｔを時間、ｋを所定の定数としたときに、実質的に（１−ｃｏｓωｔ）ｋにより表現される波形の１波により行うことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の蛇行動収束方法である。
これによれば、立ち上がり時の波形の傾きを抑制して台上試験装置や車両に加わる機械的負担を抑制しつつ、適切に上述した蛇行動収束効果を得ることができる。
【０００９】
請求項４に係る発明は、前記加振により蛇行動が収束しない場合に、前記軌条輪の回転速度を低下させて再度前記加振を行うことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の蛇行動収束方法である。
請求項５に係る発明は、前記軌条輪の回転速度が、前記軌条輪の左右方向加振を伴わない単純回転試験における蛇行動発生下限速度以上である場合には、前記軌条輪の回転速度を前記蛇行動発生下限速度未満まで減速した後に前記加振を行うことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の蛇行動収束方法である。
これらの各発明によれば、軌条輪の回転速度が高速であり、安定領域が存在しないか、存在しても範囲が狭い場合に、減速後加振を行うことによって適切な蛇行動の収束効果を得ることができる。
【００１０】
請求項６に係る発明は、輪軸が載置される軌条輪と、前記軌条輪を回転駆動する回転駆動手段と、前記軌条輪を左右方向に変位させるアクチュエータと、前記輪軸の左右方向変位を検出する変位検出手段とを備える鉄道車両の台上試験装置であって、前記輪軸の蛇行動を検出する蛇行動検出手段と、前記蛇行動の検出に応じて、前記アクチュエータに前記蛇行動による前記輪軸の左右方向変位と実質的に同期させて前記軌条輪を前記左右方向変位と同じ方向へ加振させるアクチュエータ制御手段とを備えることを特徴とする鉄道車両の台上試験装置である。
請求項７に係る発明は、前記輪軸は、回転速度が所定の範囲内であるときに、前記軌条輪に対する相対振幅が所定の初期振幅以上となった際に前記蛇行動が発生する特性を有し、前記アクチュエータ制御手段は、前記加振時の振幅を、前記軌条輪に対する前記輪軸の相対振幅が前記初期振幅値未満となるよう設定することを特徴する請求項６に記載の鉄道車両の台上試験装置である。
請求項８に係る発明は、前記アクチュエータ制御手段は、ωを前記蛇行動の角速度、ｔを時間、ｋを所定の定数としたときに、実質的に（１−ｃｏｓωｔ）ｋにより表現される波形の１波により前記加振を行うことを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の鉄道車両の台上試験装置である。
請求項９に係る発明は、前記加振により蛇行動が収束しない場合に、前記軌条輪の回転速度を低下させる軌条輪速度制御手段を備え、前記アクチュエータ制御手段は、前記回転速度の低下後に再度前記加振を行うことを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の鉄道車両の台上試験装置である。
請求項１０に係る発明は、前記軌条輪の回転速度を検出する軌条輪回転速度検出手段と、前記軌条輪の回転速度を制御する軌条輪速度制御手段とを備え、前記アクチュエータ制御手段は、前記軌条輪の回転速度が、前記軌条輪の左右方向加振を伴わない単純回転試験における蛇行動発生下限速度以上である場合には、前記軌条輪速度制御手段が前記軌条輪の回転速度を前記蛇行動発生下限速度未満まで減速した後に前記加振を行うことを特徴とする請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の鉄道車両の台上試験装置である。
これらの各発明によれば、上述した蛇行動収束方法の効果と実質的に同様の効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、軌条輪上での輪軸の蛇行動を迅速に収束させることが可能な蛇行動収束方法、及び、台上試験装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明を適用した鉄道車両の台上試験装置の実施形態の構成を示す模式図である。
【図２】実施形態の台上試験装置における軌条輪回転速度と輪軸左右振幅との相関を示す図である。
【図３】実施形態の台上試験装置における蛇行動収束制御を示すフローチャートである。
【図４】実施形態の台上試験装置において蛇行動を収束させる際の軸箱左右方向変位及び軌条輪左右方向変位の推移の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した蛇行動収束方法、及び、台上試験装置の実施形態について説明する。
図１は、実施形態の台上試験装置の構成を示す模式図である。図１は、供試車両を前後方向から見た状態を示している。
実施形態の台上試験装置１は、軌条輪１０、回転軸２０、支持台３０、回転駆動装置４０、フライホイル装置５０、左右加振装置６０等を有する車両試験台に、軸箱変位検出センサ７０、制御装置８０を付加したものである。
なお、軌条輪１０等からなる軌条輪装置は、供試車両が複数の輪軸を有する場合には、輪軸毎に設けられる。
例えば、前後一対の２軸ボギー台車を有する車両用の試験装置には、車両前後方向に沿って４組の軌条輪１０等が配列される。
【００１４】
図１に示す状態において、台上試験装置１には、供試車両である車両１００が設置されている。
車両１００は、一例として、車体前後に一対の２軸ボギー台車を有する高速鉄道用電車車両である。
車両１００は、車体１１０、台車枠１２０、輪軸１３０、軸箱１４０、軸ばね１５０、まくらばね１６０等を有する。
【００１５】
車体１１０は、下面部を構成する台枠及び床板、側面部を構成する側構、前後面部を構成する妻構、上面部を構成する屋根構等を有し、実質的に六面体状に形成されている。
車体１１０は、図示しない拘束装置によって、前後方向への移動が拘束されている。
【００１６】
台車枠１２０は、車体１１０の下部にボギー角（鉛直軸回りの回転角）付与可能に取り付けられた枠状の構造部材である。
台車枠１２０は、図示しないけん引装置及びまくらばね１６０等を介して、車体１１０に対して上下方向に相対変位可能に取り付けられる。
台車枠１２０には、図示しない軸箱支持装置を介して輪軸１３０が取り付けられる。
【００１７】
輪軸１３０は、左右一対の車輪１３１を、車軸１３２の両端部に圧入したものである。
車輪１３１は、左右方向外側が窄まった所定形状の踏面勾配（テーパ）及びフランジを有する。
フランジは、車輪１３１の左右方向内側の端部から外径側につば状に張り出している。
【００１８】
軸箱１４０は、車軸１３２の両端部に形成されたジャーナル部を回転可能に支持するものである。
軸箱１４０は、軸受及びその潤滑装置等を有して構成されている。
軸箱１４０は、図示しない軸箱支持装置を介して、台車枠１２０に対して上下方向、左右方向、及び、ステア方向（輪軸１３０をヨーイングさせる方向）に相対変位可能に取り付けられている。
なお、輪軸１３０と軸箱１４０とは、左右方向における位置関係が実質的に拘束されており、輪軸１３０の左右方向変位と軸箱１４０の左右方向変位とは実質的に等しくなっている。
【００１９】
軸ばね１５０は、台車枠１２０と軸箱１４０との間に設けられたばね要素である。
軸ばね１５０は、台車枠１２０に対する軸箱１４０の上下方向相対変位に応じた反力を発生する。
【００２０】
まくらばね１６０は、車体１１０の下部と台車枠１２０の上部との間に設けられたばね要素である。
まくらばね１６０は、例えば、ゴム等の可撓性を有する材料により形成されたベローズの内部に、主空気溜めから供給される圧縮空気を注入した空気ばねである。
まくらばね１６０の内部において、伸縮時に空気が通流する流路にはオリフィスが設けられ、伸縮速度に応じた減衰力を発生するようになっている。
まくらばね１６０は、左右方向（車幅方向）に離間して、例えば台車１台あたり２つが設けられる。
【００２１】
以下、台上試験装置１の構成についてより詳細に説明する。
軌条輪１０は、実質的に水平に配置された中心軸回りに回転可能に支持された円盤状の部材である。
軌条輪１０の外周縁部は、レール頭頂面を模した形状に形成されている。
軌条輪１０の外周縁部には、車両１００の車輪１３１が載置される。
軌条輪１０は、左右の車輪１３１に対応して、車両１００の各輪軸１３０あたり２枚が設けられる。
【００２２】
回転軸２０は、軌条輪１０の中心部に挿入された状態で固定され、回転駆動装置４０からの駆動力や、左右加振装置６０からの加振力を、軌条輪１０に伝達する円柱状、軸状の部材である。
【００２３】
支持台３０は、回転軸２０をその中心軸回りに回動可能に支持する構造体である。
回転軸２０は、支持台３０に対して、中心軸方向（車両１００の左右方向）に変位可能に支持されている。
【００２４】
回転駆動装置４０は、例えば直流他励電動機等の電動モータを有し、回転軸２０を介して軌条輪１０を回転駆動するものである。
回転駆動装置４０は、回転軸２０の一方側の端部に設けられている。
【００２５】
フライホイル装置５０は、車両１００側から軌条輪１０を駆動する場合の走行抵抗を模擬するものである。
フライホイル装置５０は、回転軸２０とともに回転する回転質量体を有し、車両１００の重量に応じて等価質量を段階的に切り換え可能となっている。
フライホイル装置５０は、回転駆動装置４０と支持台３０との間に設けられている。
【００２６】
左右加振装置６０は、軌条輪１０を、回転軸２０を介して油圧アクチュエータにより左右方向（中心軸方向）に駆動するものである。
左右加振装置６０は、回転軸２０の回転駆動装置４０側とは反対側の端部に設けられている。
なお、台上試験装置１には、回転軸２０を上下方向に駆動して変位させる図示しない上下加振装置が設けられ、例えば高低不整、通り付勢等の車両１００が営業線を走行する際の軌道不整等を再現可能となっている。
【００２７】
軸箱変位検出センサ７０は、車両１００の軸箱１４０の左右方向変位を検出するセンサである。
軸箱１４０の左右方向変位は、輪軸１３０の左右方向変位と実質的に等しい。
軸箱変位検出センサ７０は、例えば、車両１００の軸箱１４０に取り付けられ、左右方向の加速度を検出する加速度センサである。
軸箱左右方向の加速度を２回積分することによって、軸箱１４０の左右方向変位を算出することが可能である。
【００２８】
制御装置８０は、台上試験装置１を統括的に制御するものである。
制御装置８０は、試験中に輪軸１３０の蛇行動が発生した場合に、軌条輪１０を左右方向に加振し変位させることにより、蛇行動を収束させる蛇行動収束制御を実行する機能を有する。
蛇行動収束制御については、後に詳しく説明する。
制御装置８０は、ＣＰＵ等の情報処理手段、ＲＡＭやＲＯＭ等の記憶手段、入出力インターフェイス及びこれらを接続するバス等を有して構成されている。
【００２９】
制御装置８０は、軸箱変位演算手段８１、軸箱変位推定手段８２、加振波形生成手段８３、加振装置制御手段８４、軌条輪速度制御手段８５等を有して構成されている。
軸箱変位演算手段８１は、軸箱変位検出センサ７０の出力を処理し、軸箱１４０の左右方向変位を演算するものである。
軸箱１４０が所定の振幅以上の大振幅で振動している場合は、蛇行動が発生（発散）しているものと判定される。
軸箱変位推定手段８２は、軸箱変位演算手段８１が演算する軸箱１４０の左右方向変位の履歴に基づいて、軸箱１４０（輪軸１３０）の左右方向変位（蛇行動を含む）の周波数ｆ及び振幅ωを算出し、今後の（未来の）軸箱１４０の左右方向変位を推定（予測）するものである。
【００３０】
加振波形生成手段８３は、蛇行動が発生している場合に、軌条輪１０を左右方向に加振して蛇行動を収束させる際の加振波形を生成するものである。
加振波形は、例えば、軸箱１４０（輪軸１３０）の左右振動と同位相の一波（中立位置から左右いずれか一方向のみ）であって、以下の式１によって表現されるものとすることができる。
加振振幅＝（１−ｃｏｓωｔ）ｋ  ・・・（式１）
ω：蛇行動の角速度
ｔ：時間
ｋ：定数
加振装置制御手段８４は、加振波形生成手段８３が生成する加振波形に応じて、軌条輪１０の左右方向変位が実質的に同様の波形を示すよう左右加振装置６０を制御するアクチュエータ制御手段である。
【００３１】
軌条輪速度制御手段８５は、回転駆動装置４０に制御指令を与え、軌条輪１０の回転速度を制御するものである。
軌条輪速度制御手段８５は、軌条輪１０の回転速度を検出する軌条輪回転速度検出手段としての機能も備えており、軌条輪１０の実際の回転速度が試験目的に応じて設定される目標回転速度と一致するように回転駆動装置４０を制御する。
【００３２】
図２は、実施形態の台上試験装置における軌条輪回転速度と輪軸左右振幅との相関を示す図である。
図２において、横軸は軌条輪の回転速度を示しており、これは車両１の模擬的な走行速度に相当する。
縦軸は輪軸（軸箱）の左右方向変位の振幅を示している。
【００３３】
系の非線形まで考慮して蛇行動安定性を評価するとき、平衡点の安定性のみを考慮するだけでは不十分で、広域的な安定性を考慮する必要があることが実験的に確かめられた。
具体的には、図２に示すような曲線で示される特性があることを確認した。
【００３４】
蛇行動試験には、一般に単純回転試験と、外乱を与える加振試験との２種類がある。
単純回転試験の場合、軌条輪１０を加振することなく徐々に加速し、蛇行動が発生する（発散する）速度を調べる。
一般に、ある速度を超えると突如発散し、その速度は図２のＶｃに相当する。
発散すると、フランジ接触を伴う大振幅が発生し、図２に太線実線で示す大振幅値での定常振動が継続する。
このような状況となった場合、従来は軌条輪の回転速度を減速させることによって収束を図っていた。
例えば、図２において、太線実線を右側から左側へたどるように減速させると、速度Ｖ０を下回った直後に突如収束する。
【００３５】
一方、加振試験の場合、軌条輪１０を徐々に加速しつつ、所定速度（例えば１０ｋｍ／ｈ）ごとに加速を中断し、一定速度条件で軌条輪１０を左右に加振してトリガー（外乱となる初期加振）を与え、蛇行動発生（発散）の有無を調べる。
加振後に左右動が収束し、蛇行動が発生しない場合には再度加速し、次の速度段（例えば＋１０ｋｍ／ｈ）で同様の加振を繰り返す。
このようにして、最終的に蛇行動が発生する速度を調べる。
【００３６】
単純回転試験と加振試験とでは、蛇行動限界速度（発散する速度）が異なり、単純回転試験で限界速度がＶｃであった場合、加振試験では限界速度はＶｃよりも低くなる。
これは図２に太線破線で示すように、安定な領域がＶｃに近づくにつれて狭くなるからである。
要するに、Ｖｃよりも低い速度であっても、加振することによって、太線実線を超えるようなトリガーを与えた場合、発散して太線実線で示す振幅の蛇行動が発生する。
【００３７】
図２から、ある速度域においては、蛇行動に関して、安定な領域と不安定な領域とを分ける初期振幅値があることがわかる。
本実施形態は、このような特性を利用して、大振幅の蛇行動が発生中に、軌条輪１０を左右方向（まくらぎ方向）に加振し、加振後の初期変位を安定な領域内に推移させることによって蛇行動を収束させるものである。
つまり、加速試験によって蛇行動が発生したとしても、安定な領域が存在するのであれば、軌条輪１０の加振により安定領域に推移させることで、軌条輪１０の減速を行わないか、あるいは最低限の減速により、蛇行動を収束させることができる。
この方法によれば、軌条輪１０の回転速度を減速しなくても、比較的短時間で蛇行動の発散状態を収束させることができる。
具体的には、軸箱１４０（輪軸１３０）の左右方向変位をモニタリングしながら、大振幅の台車蛇行動が発生した場合に、輪軸１３０の左右方向変位と同位相の加振波形を生成し、軌条輪１０を加振して、大振幅振動を収束させる。
以下、このような蛇行動収束制御について、より詳細に説明する。
【００３８】
図３は、実施形態の台上試験装置における蛇行動収束制御を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
【００３９】
＜ステップＳ０１：軸箱左右方向変位モニタリング＞
制御装置８０は、軸箱変位検出センサ７０の出力に基づいた軸箱変位演算手段８１の演算結果に基づいて、軸箱１４０の左右方向変位（輪軸１３０の左右方向変位と実質的に等しい）をモニタリングする。
その後、ステップＳ０２に進む。
【００４０】
＜ステップＳ０２：蛇行動発生有無判断＞
制御装置８０は、ステップＳ０１において軸箱１４０の左右方向変位をモニタリングした結果、所定以上の振幅の振動が発生している場合に、蛇行動が発生していると判別してステップＳ０３に進む。
その他の場合はステップＳ０１に戻り、以降の処理を繰り返す。
【００４１】
＜ステップＳ０３：蛇行動角速度ω算出＞
制御装置８０の軸箱変位推定手段８２は、ステップＳ０１において軸箱１４０の左右方向変位をモニタリングした結果に基づいて、蛇行動の周波数ｆを算出し、蛇行動の角速度ωを算出する。
その後、ステップＳ０４に進む。
【００４２】
＜ステップＳ０４：軸箱左右方向変位推定＞
制御装置８０の軸箱変位推定手段８２は、ステップＳ０３において算出した蛇行動の角速度ω、及び、軸箱変位演算手段８１の出力に基づいて得られた蛇行動の現在の位相に基づいて、将来の（例えば、直後数秒間の）軸箱１４０の左右方向変位の推移を推定する。
その後、ステップＳ０５に進む。
【００４３】
＜ステップＳ０５：軌条輪加振＞
制御装置８０の加振波形生成手段８３は、ステップＳ０４において推定した軸箱１４０の左右方向変位の推移に基づいて、上述した式１によって表現されかつ軸箱１４０の推定左右方向変位と同位相の一波からなる加振波形を生成する。
その後、加振装置制御手段８４は、加振波形生成手段８３が生成する加振波形に応じて、左右加振装置６０を制御し、回転軸２０を左右へ駆動させることによって、軌条輪１０の加振を行う。
その後、ステップＳ０６に進む。
【００４４】
＜ステップＳ０６：蛇行動収束判断＞
制御装置８０は、軸箱１４０の左右方向変位をモニタリングし、蛇行動が収束したか否かを判別する。
蛇行動が収束した場合は、一連の処理を終了する。
蛇行動が収束していない場合は、ステップＳ０７に進む。
【００４５】
＜ステップＳ０７：軌条輪回転速度減速＞
制御装置８０の軌条輪速度制御手段８５は、回転駆動装置４０に制御指令を与え、軌条輪１０の回転速度を、例えば周速で１０ｋｍ／ｈ減速する。
その後ステップＳ０３に戻り、以降の処理を繰り返す。
【００４６】
図４は、実施形態の台上試験装置において蛇行動を収束させる際の軸箱左右方向変位及び軌条輪左右方向変位の推移の一例を示すグラフである。
図４において、横軸は時間を示し、縦軸は軸箱１４０及び軌条輪１０の左右方向変位を示している。
軸箱１４０の左右方向変位を実線で示し、軌条輪１０の左右方向変位を太線破線で示している。
図４に示すように、軸箱１４０の大振幅振動（蛇行動の発散）が生じているときに、軌条輪１０に対して、軸箱１４０の振動と同位相（同方向）の一波の加振を、軸箱１４０の振動と実質的に同期させて行うことによって、軸箱１４０の蛇行動を直ちに収束させることができる。
例えば、図２における点Ｐにおいて蛇行動が発生している場合、軌条輪１０を輪軸１３０及び軸箱１４０と同位相で加振し、軌条輪１０に対する輪軸１３０の相対振幅が、蛇行動が発散する初期振幅（図２における太線破線）未満となるようにすることによって、蛇行動は直ちに収束する。
【００４７】
このように、加振により図２に示す安定領域に確実に推移させるため、輪軸１３０が、回転速度が所定の範囲内（図２におけるＶ０乃至Ｖｃ）であるときに、軌条輪に対する相対振幅が所定の初期振幅値（図２における太線破線）以上となった際に蛇行動が発生する特性を有する場合に、加振時の軌条輪１０の振幅を、軌条輪１０に対する輪軸１３０の相対振幅（相対変位）が初期振幅値未満となるよう、加振振幅を設定することが好ましい。
【００４８】
以上説明した実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）台上試験装置１による試験中に蛇行動が発生した際に、軌条輪１０を輪軸１３０（軸箱１４０）の左右方向変位と同じ方向へ加振することによって、一時的に輪軸１３０の軌条輪１０に対する左右方向変位を小さくし、蛇行動の発散が発生し得る不安定領域から蛇行動が収束する安定領域へ推移させ、軌条輪１０を減速することなく、あるいは、最低限の減速によって、蛇行動を短時間で収束させることができる。
（２）軌条輪１０を加振する際の振幅を、輪軸１３０の軌条輪１０に対する相対振幅が、蛇行動の発散が生じる初期振幅（図２における太線破線）以下となるように設定することによって、確実に安定領域へ推移させて蛇行動の収束効果を得ることができる。
（３）（１−ｃｏｓωｔ）ｋにより表現される波形の１波により加振を行うことによって、立ち上がり時の波形の傾きを抑制して台上試験装置１や車両１００に加わる機械的負担を抑制しつつ、適切に上述した蛇行動収束効果を得ることができる。
（４）加振により蛇行動が収束しない場合に、軌条輪１０の回転速度を低下させて再度加振を行うことによって、軌条輪の回転速度が高速であり、安定領域が存在しないか、存在しても範囲が狭い場合に、減速後加振を行うことによって適切な蛇行動の収束効果を得ることができる。
【００４９】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施形態に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）台上試験装置及び供試鉄道車両の構成は、上述した実施形態に限定されず、適宜変更することができる。
例えば、実施形態においては、鉄道車両一両を台上試験装置（試験台）に設置しているが、これに限らず、車両の一部（例えば、前半部又は後半部）や、複数車両からなる編成を設置して行う試験にも本発明は適用することができる。
また、本発明は、車体を用いない台車単体の試験にも適用することができる。
（２）輪軸（軸箱）の左右方向変位を検出する手法は、実施形態に限定されず適宜変更することができる。例えば、光学式や接触式のセンサを用いて輪軸又は軸箱の変位を検出するようにしてもよい。
（３）軌条輪を加振する際の波形は、１−ｃｏｓωｔによって表現されるものに限らず、適宜変更することができる。
（４）実施形態においては、加振を行った後に蛇行動が収束しない場合に軌条輪の回転速度の減速を行っているが、軌条輪の回転速度がＶｃ以上である場合には、加振を行ったとしても蛇行動の収束は不可能であるから、先ず軌条輪の回転速度をＶｃ以下まで減速してから加振を行うようにするとよい。
【符号の説明】
【００５０】
１    台上試験装置（車両試験台）      １０    軌条輪
２０    回転軸                          ３０    支持台
４０    回転駆動装置                    ５０    フライホイル装置
６０    左右加振装置                    ７０    軸箱変位検出センサ
８０    制御装置                        ８１    軸箱変位演算手段
８２    軸箱変位推定手段                ８３    加振波形生成手段
８４    加振装置制御手段                ８５    軌条輪速度制御手段
１００    車両                          １１０    車体
１２０    台車枠                        １３０    輪軸
１４０    軸箱                          １５０    軸ばね
１６０    まくらばね
【図１】
2018179890.tif 000003
【図２】
2018179890.tif 000004
【図３】
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【図４】
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