(57)【要約】【課題】軌道上での鉄道車両の走行状態を軌条輪上でより再現性を高めて模擬する車両試験方法を提供する。【解決手段】台車枠１０２に一対の輪軸１０３が支持されそれぞれの輪軸に一対の車輪１０１が輪軸の軸線Ｃ１回りに回転可能に支持された鉄道車両１００について、二対の車輪が通り不整を有する軌道上で走行するときの台車枠の走行状態を、二対の車輪が軌条輪上で走行するときの台車枠の走行状態で模擬する車両試験方法であって、二対の車輪が軌道上で走行するときと二対の車輪が軌条輪上で走行するときとで、台車枠における鉄道車両の幅方向Ｄの加速度が等しくなるとともに、台車枠のヨー角加速度が等しくなるように、軌条輪を幅方向に移動させる量である補正通り不整の時間による微分値である補正通り不整変化量を求め、補正通り不整変化量に基づいて軌条輪を幅方向に移動させながら、軌条輪上で二対の車輪を走行させる。【選択図】図１
2012251781.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台車枠に一対の輪軸が支持されそれぞれの前記輪軸に一対の車輪が前記輪軸の軸線回りに回転可能に支持された鉄道車両について、二対の前記車輪が通り不整を有する軌道上で走行するときの前記台車枠の走行状態を、二対の前記車輪が軌条輪上で走行するときの前記台車枠の走行状態で模擬する車両試験方法であって、
二対の前記車輪が前記軌道上で走行するときと二対の前記車輪が前記軌条輪上で走行するときとで、前記台車枠における前記鉄道車両の幅方向の加速度が等しくなるとともに、前記台車枠のヨー角加速度が等しくなるように、
前記輪軸の質量ｍｗ、前記輪軸のヨー慣性半径ｉｗ、それぞれの前記輪軸の前記幅方向の変位ｙｗ１、ｙｗ２、それぞれの前記輪軸のヨー角度ψｗ１、ψｗ２、それぞれの前記輪軸の位置における前記軌道の前記通り不整ｙＲ１、ｙＲ２、前記台車枠の質量ｍｔ、前記台車枠のヨー慣性半径ｉｔ、前記台車枠の前記幅方向の変位ｙｔ、前記台車枠のヨー角度ψｔ、それぞれの前記輪軸と前記台車枠とを前記鉄道車両の進行方向に支持する進行側支持部材の支持剛性ｋＸ、それぞれの前記輪軸と前記台車枠とを前記幅方向に支持する一対の幅側支持部材の支持剛性ｋＹ、一対の前記幅側支持部材の中心の前記幅方向の距離２ｂ、それぞれの前記輪軸の重心と前記台車枠の重心との前記進行方向の距離ａ、前記軌道と前記車輪との間の前記幅方向のクリープ係数Ｋ２２ｒ、前記軌道と前記車輪との間の前記進行方向のクリープ係数Ｋ１１ｒ、前記軌条輪と前記車輪との間の前記幅方向のクリープ係数Ｋ２２ｐ、前記軌条輪と前記車輪との間の前記進行方向のクリープ係数Ｋ１１ｐ、前記車輪が前記軌道上を走行するときの等価踏面勾配γｅｒ、前記車輪が前記軌条輪上を走行するときの等価踏面勾配γｅｐ、前記鉄道車両の前記進行方向の走行速度ｖ、一対の前記車輪が前記軌道および前記軌条輪に接触する前記幅方向の間隔２ｄ、および、前記車輪の平均の半径ｒ０を用いて、前記軌条輪を前記幅方向に移動させる量である補正通り不整の時間による微分値である補正通り不整変化量を求め、
前記補正通り不整変化量に基づいて前記軌条輪を前記幅方向に移動させながら、前記軌条輪上で二対の前記車輪を走行させることを特徴とする車両試験方法。
【請求項２】
前記補正通り不整変化量ｕｐを、（１）式から（９）式を用いて求められる（１０）式の解として求めることを特徴とする請求項１に記載の車両試験方法。
【数１】
2012251781.tif 000023
【数２】
2012251781.tif 000024
【数３】
2012251781.tif 000025
【数４】
2012251781.tif 000026
ただし、前記変位ｙおよび前記ヨー角度ψにおける添え字ｒは、前記軌道上を走行するときの値であり、前記変位ｙおよび前記ヨー角度ψにおける添え字ｐは、前記軌条輪上を走行するときの値である。
【請求項３】
前記軌道における前記軌道の長手方向の各位置における前記通り不整に対して、前記補正通り不整変化量をそれぞれ求めることを特徴とする請求項２に記載の車両試験方法。
【請求項４】
前記鉄道車両は、一対の前記台車枠上に車体を有し、
四対の前記車輪が通り不整を有する軌道上で走行するときの前記車体の走行状態を、四対の前記車輪が軌条輪上で走行するときの前記車体の走行状態で模擬することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の車両試験方法。
【請求項５】
台車枠に一対の輪軸が支持されそれぞれの前記輪軸に一対の車輪が前記輪軸の軸線回りに回転可能に支持された鉄道車両について、二対の前記車輪が通り不整を有する軌道上で走行するときの前記台車枠の走行状態を、二対の前記車輪が軌条輪上で走行するときの前記台車枠の走行状態で模擬する車両試験装置であって、
二対の前記車輪を支持する軌条輪と、
前記軌条輪を前記軌条輪の軸線回りに回転させる回転部と、
前記軌条輪を前記鉄道車両の幅方向に移動させる移動部と、
二対の前記車輪が前記軌道上で走行するときと二対の前記車輪が前記軌条輪上で走行するときとで、前記台車枠における前記鉄道車両の幅方向の加速度が等しくなるとともに、前記台車枠のヨー角加速度が等しくなるように、
前記輪軸の質量ｍｗ、前記輪軸のヨー慣性半径ｉｗ、それぞれの前記輪軸の前記幅方向の変位ｙｗ１、ｙｗ２、それぞれの前記輪軸のヨー角度ψｗ１、ψｗ２、それぞれの前記輪軸の位置における前記軌道の前記通り不整ｙＲ１、ｙＲ２、前記台車枠の質量ｍｔ、前記台車枠のヨー慣性半径ｉｔ、前記台車枠の前記幅方向の変位ｙｔ、前記台車枠のヨー角度ψｔ、それぞれの前記輪軸と前記台車枠とを前記鉄道車両の進行方向に支持する進行側支持部材の支持剛性ｋＸ、それぞれの前記輪軸と前記台車枠とを前記幅方向に支持する一対の幅側支持部材の支持剛性ｋＹ、一対の前記幅側支持部材の中心の前記幅方向の距離２ｂ、それぞれの前記輪軸の重心と前記台車枠の重心との前記進行方向の距離ａ、前記軌道と前記車輪との間の前記幅方向のクリープ係数Ｋ２２ｒ、前記軌道と前記車輪との間の前記進行方向のクリープ係数Ｋ１１ｒ、前記軌条輪と前記車輪との間の前記幅方向のクリープ係数Ｋ２２ｐ、前記軌条輪と前記車輪との間の前記進行方向のクリープ係数Ｋ１１ｐ、前記車輪が前記軌道上を走行するときの等価踏面勾配γｅｒ、前記車輪が前記軌条輪上を走行するときの等価踏面勾配γｅｐ、前記鉄道車両の前記進行方向の走行速度ｖ、一対の前記車輪が前記軌道および前記軌条輪に接触する前記幅方向の間隔２ｄ、および、前記車輪の平均の半径ｒ０を用いて、前記軌条輪を前記幅方向に移動させる量である補正通り不整の時間による微分値である補正通り不整変化量を求める模擬部と、
前記補正通り不整変化量に基づいて前記移動部を制御する動作制御部と、
を備えることを特徴とする車両試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道車両の軌道上での走行状態を軌条輪上で模擬する車両試験方法および車両試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄道車両が走行する軌道は、軌道の長手方向に対して歪んでいて、この歪みは、上下方向の高低不整と、軌道の幅方向の通り不整とに分類される。軌道に歪みがあると走行中に鉄道車両が振動して走行に支障をきたしたり、鉄道車両の乗客の乗り心地が悪くなったりする場合がある。
このため、軌道上を走行する鉄道車両の走行状態を、実験室内に配置された軌条輪上で再現させる車両試験方法が検討されている。前述した２つの不整のうちの高低不整は軌条輪上で再現できるようになったが、通り不整の再現は難しく検討が続けられている。
【０００３】
例えば、特許文献１に開示された車両試験方法は、軌条輪の駆動軸を回転させる駆動装置と、軌条輪を強制的に幅方向に振動させる加振装置と、駆動装置および加振装置を制御する制御装置とを備えている。
制御装置は、駆動軸の回転速度や、加振装置から軌条輪に加えられる振動の振幅などを制御する。制御装置には、軌道および軌条輪の上部に配置された鉄道車両の仮想の走行状態をシミュレーションするシミュレーション装置が接続されている。
シミュレーション装置は、複数の波長で振動する軌条輪の上部での鉄道車両の幅方向の振動加速度と、複数の波長で通り不整が生じる軌道の上部での鉄道車両の幅方向の振動加速度とを、波長ごとにシミュレーション結果から算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２７４２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１の車両試験方法では、鉄道車両の幅方向の加速度の振幅のみしか再現させることができない。
このため、軌道上の鉄道車両と軌条輪上の鉄道車両とで、ヨー角の大きさなどの走行状態の差が大きく、軌条輪上で鉄道車両の走行状態を適切に評価できないという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、軌道上での鉄道車両の走行状態を軌条輪上でより再現性を高めて模擬する車両試験方法および車両試験装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の車両試験方法は、台車枠に一対の輪軸が支持されそれぞれの前記輪軸に一対の車輪が前記輪軸の軸線回りに回転可能に支持された鉄道車両について、二対の前記車輪が通り不整を有する軌道上で走行するときの前記台車枠の走行状態を、二対の前記車輪が軌条輪上で走行するときの前記台車枠の走行状態で模擬する車両試験方法であって、二対の前記車輪が前記軌道上で走行するときと二対の前記車輪が前記軌条輪上で走行するときとで、前記台車枠における前記鉄道車両の幅方向の加速度が等しくなるとともに、前記台車枠のヨー角加速度が等しくなるように、前記輪軸の質量ｍｗ、前記輪軸のヨー慣性半径ｉｗ、それぞれの前記輪軸の前記幅方向の変位ｙｗ１、ｙｗ２、それぞれの前記輪軸のヨー角度ψｗ１、ψｗ２、それぞれの前記輪軸の位置における前記軌道の前記通り不整ｙＲ１、ｙＲ２、前記台車枠の質量ｍｔ、前記台車枠のヨー慣性半径ｉｔ、前記台車枠の前記幅方向の変位ｙｔ、前記台車枠のヨー角度ψｔ、それぞれの前記輪軸と前記台車枠とを前記鉄道車両の進行方向に支持する進行側支持部材の支持剛性ｋＸ、それぞれの前記輪軸と前記台車枠とを前記幅方向に支持する一対の幅側支持部材の支持剛性ｋＹ、一対の前記幅側支持部材の中心の前記幅方向の距離２ｂ、それぞれの前記輪軸の重心と前記台車枠の重心との前記進行方向の距離ａ、前記軌道と前記車輪との間の前記幅方向のクリープ係数Ｋ２２ｒ、前記軌道と前記車輪との間の前記進行方向のクリープ係数Ｋ１１ｒ、前記軌条輪と前記車輪との間の前記幅方向のクリープ係数Ｋ２２ｐ、前記軌条輪と前記車輪との間の前記進行方向のクリープ係数Ｋ１１ｐ、前記車輪が前記軌道上を走行するときの等価踏面勾配γｅｒ、前記車輪が前記軌条輪上を走行するときの等価踏面勾配γｅｐ、前記鉄道車両の前記進行方向の走行速度ｖ、一対の前記車輪が前記軌道および前記軌条輪に接触する前記幅方向の間隔２ｄ、および、前記車輪の平均の半径ｒ０を用いて、前記軌条輪を前記幅方向に移動させる量である補正通り不整の時間による微分値である補正通り不整変化量を求め、前記補正通り不整変化量に基づいて前記軌条輪を前記幅方向に移動させながら、前記軌条輪上で二対の前記車輪を走行させることを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の車両試験装置は、台車枠に一対の輪軸が支持されそれぞれの前記輪軸に一対の車輪が前記輪軸の軸線回りに回転可能に支持された鉄道車両について、二対の前記車輪が通り不整を有する軌道上で走行するときの前記台車枠の走行状態を、二対の前記車輪が軌条輪上で走行するときの前記台車枠の走行状態で模擬する車両試験装置であって、二対の前記車輪を支持する軌条輪と、前記軌条輪を前記軌条輪の軸線回りに回転させる回転部と、前記軌条輪を前記鉄道車両の幅方向に移動させる移動部と、二対の前記車輪が前記軌道上で走行するときと二対の前記車輪が前記軌条輪上で走行するときとで、前記台車枠における前記鉄道車両の幅方向の加速度が等しくなるとともに、前記台車枠のヨー角加速度が等しくなるように、前記輪軸の質量ｍｗ、前記輪軸のヨー慣性半径ｉｗ、それぞれの前記輪軸の前記幅方向の変位ｙｗ１、ｙｗ２、それぞれの前記輪軸のヨー角度ψｗ１、ψｗ２、それぞれの前記輪軸の位置における前記軌道の前記通り不整ｙＲ１、ｙＲ２、前記台車枠の質量ｍｔ、前記台車枠のヨー慣性半径ｉｔ、前記台車枠の前記幅方向の変位ｙｔ、前記台車枠のヨー角度ψｔ、それぞれの前記輪軸と前記台車枠とを前記鉄道車両の進行方向に支持する進行側支持部材の支持剛性ｋＸ、それぞれの前記輪軸と前記台車枠とを前記幅方向に支持する一対の幅側支持部材の支持剛性ｋＹ、一対の前記幅側支持部材の中心の前記幅方向の距離２ｂ、それぞれの前記輪軸の重心と前記台車枠の重心との前記進行方向の距離ａ、前記軌道と前記車輪との間の前記幅方向のクリープ係数Ｋ２２ｒ、前記軌道と前記車輪との間の前記進行方向のクリープ係数Ｋ１１ｒ、前記軌条輪と前記車輪との間の前記幅方向のクリープ係数Ｋ２２ｐ、前記軌条輪と前記車輪との間の前記進行方向のクリープ係数Ｋ１１ｐ、前記車輪が前記軌道上を走行するときの等価踏面勾配γｅｒ、前記車輪が前記軌条輪上を走行するときの等価踏面勾配γｅｐ、前記鉄道車両の前記進行方向の走行速度ｖ、一対の前記車輪が前記軌道および前記軌条輪に接触する前記幅方向の間隔２ｄ、および、前記車輪の平均の半径ｒ０を用いて、前記軌条輪を前記幅方向に移動させる量である補正通り不整の時間による微分値である補正通り不整変化量を求める模擬部と、前記補正通り不整変化量に基づいて前記移動部を制御する動作制御部と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
また、上記の車両試験方法において、前記補正通り不整変化量ｕｐを、（１）式から（９）式を用いて求められる（１０）式の解として求めることがより好ましい。
【００１０】
【数１】
2012251781.tif 000003
【数２】
2012251781.tif 000004
【数３】
2012251781.tif 000005
【数４】
2012251781.tif 000006
【００１１】
ただし、前記変位ｙおよび前記ヨー角度ψにおける添え字ｒは、前記軌道上を走行するときの値であり、前記変位ｙおよび前記ヨー角度ψにおける添え字ｐは、前記軌条輪上を走行するときの値である。
【００１２】
また、上記の車両試験方法において、前記軌道における前記軌道の長手方向の各位置における前記通り不整に対して、前記補正通り不整変化量をそれぞれ求めることがより好ましい。
また、上記の車両試験方法において、前記鉄道車両は、一対の前記台車枠上に車体を有し、四対の前記車輪が通り不整を有する軌道上で走行するときの前記車体の走行状態を、四対の前記車輪が軌条輪上で走行するときの前記車体の走行状態で模擬することがより好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の車両試験方法によれば、軌道上での鉄道車両の走行状態を軌条輪上でより再現性を高めて模擬することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態の車両試験装置の正面図である。
【図２】図１中の切断線Ａ−Ａの断面を模式的に示す図である。
【図３】同車両試験装置のシミュレーション部のブロック図である。
【図４】軌道を説明するための平面図である。
【図５】同車両試験装置を用いて軌道上での車体の走行状態を軌条輪上で再現した結果を説明する図である。
【図６】比較例として示す従来の車両試験装置を用いて軌道上での車体の走行状態を軌条輪上で再現した結果を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係る車両試験装置の一実施形態を、図１から図６を参照しながら説明する。本車両試験装置は、鉄道車両が軌道上で走行する走行状態を模擬するものである。
図１に示すように、本実施形態の車両試験装置１は、鉄道車両１００の一対の車輪１０１を支持する軌条輪１１と、軌条輪１１を軌条輪１１の軸線Ｃ１回りに回転させる回転部１２と、軌条輪１１を鉄道車両１００の幅方向Ｄに移動させる移動部１３と、回転部１２および移動部１３に接続された制御部２０とを備えている。
【００１６】
本車両試験装置１で試験される鉄道車両１００は、図１および図２に示すように、台車枠１０２に一対の輪軸１０３が支持されるとともに、それぞれの輪軸１０３に一対の車輪１０１が輪軸１０３の軸線Ｃ２回りに回転可能に支持されている。車両一両には、前述の台車枠１０２が一対設けられている。台車枠１０２に支持されている一対の輪軸１０３を区別して表すときは、一方を添え字「１」を用いて「輪軸１０３１」と表し、他方を添え字「２」を用いて「輪軸１０３２」と表す。
鉄道車両１００は、台車枠１０２上に車体１０４が設けられている。台車枠１０２と車体１０４との間には、空気バネなどが配置されている場合がある。
ここで、水平面上において、図２に示すように、輪軸１０３の変位を表すｘ軸、ｙ軸、および、輪軸１０３のヨー角度ψを定義する。ｘ軸は鉄道車両１００の進行方向となり、ｙ軸は幅方向Ｄに平行となる。
輪軸１０３１のｙ軸方向の変位をｙｗ１、輪軸１０３２のｙ軸方向の変位をｙｗ２とする。輪軸１０３１のヨー角度をヨー角度ψｗ１、輪軸１０３２のヨー角度をヨー角度ψｗ２とする。
また、輪軸１０３１、輪軸１０３２の変位、ヨー角度、および後述する通り不整ｙＲにおいて、添え字「１」および「２」を示さない変数は、輪軸１０３１および輪軸１０３２の状態を区別なく表現できることを意味する。
【００１７】
台車枠１０２とそれぞれの輪軸１０３とは、ｘ軸方向にバネ部材（進行側支持部材）１０６により支持され、ｙ軸方向にバネ部材（幅側支持部材）１０７により支持されている。
バネ部材１０６による、台車枠１０２が輪軸１０３を支持するｘ軸方向の支持剛性をｋＸ、バネ部材１０７による、台車枠１０２が輪軸１０３を支持するｙ軸方向の支持剛性をｋＹとする。一対のバネ部材１０７の中心のｙ軸方向の距離を２ｂ、それぞれの輪軸１０３の重心と台車枠１０２の重心とのｘ軸方向の距離をａとする。
一対の車輪１０１が軌条輪１１に接触するｙ軸方向の間隔を２ｄとする。この間隔は、一対の車輪１０１が軌道Ｒに接触する場合も同様とする。車輪１０１の平均の半径をｒ０とする。
【００１８】
軌条輪１１と車輪１０１との間のｘ軸方向のクリープ係数をＫ１１ｐ、軌条輪１１と車輪１０１との間のｙ軸方向のクリープ係数をＫ２２ｐとする。軌道ＲのレールＲ１（図４参照。）と車輪１０１との間のｘ軸方向のクリープ係数をＫ１１ｒ、レールＲ１と車輪１０１との間のｙ軸方向のクリープ係数をＫ２２ｒとする。
さらに、車輪１０１が軌条輪１１上を走行するときの等価踏面勾配をγｅｐとし、車輪１０１がレールＲ１上を走行するときの等価踏面勾配をγｅｒとする。
以下の例では、説明を簡単にするために、鉄道車両１００の中でも１つの輪軸１０３および一対の車輪１０１の走行状態について説明する。
本発明における台車枠１０２の走行状態とは、台車枠１０２の位置、速度、加速度、および、台車枠１０２のヨー、ロール、ピッチの角度、角速度、角加速度を意味する。
【００１９】
図１に示すように、車両試験装置１において、一対の軌条輪１１は駆動軸１６によって連結されている。駆動軸１６は支持台１７によって支持され、回転部１２により軸線Ｃ１回りに回転可能になっている。
駆動軸１６には、フライホイール１８が連結されている。
移動部１３は、駆動軸１６を移動させることで、一対の軌条輪１１を一体にしてｙ軸方向に移動させる。
【００２０】
制御部２０は、回転部１２および移動部１３を制御する動作制御部２１と、シミュレーション部（模擬部）２２と、動作制御部２１およびシミュレーション部２２に与える命令などを入力する入力部２６とを有している。
制御部２０としては、パーソナルコンピュータなどを用いることができる。
動作制御部２１は、駆動軸１６に設けられた不図示のロータリエンコーダからの信号を受信して軌条輪１１の回転速度を制御するとともに、不図示の位置センサからの信号を受信して、軌条輪１１のｙ軸方向の位置を制御している。
【００２１】
シミュレーション部２２は、図３に示すように、参照モデル計算部２３と、通り不整計算部２４と、制御対象モデル計算部２５とを有している。
図４に示すように、一般的に軌道ＲのレールＲ１には、レールＲ１の長手方向に対して通り不整ｙＲが生じている。通り不整ｙＲは、軌道検測車などで測定され、得られた通り不整ｙＲから（１１）式により、通り不整の変化量ｕｒが求められる。
なお、輪軸１０３１の位置における軌道Ｒの通り不整をｙＲ１、輪軸１０３２の位置における軌道Ｒの通り不整をｙＲ２とする。通り不整をｙＲ２は、通り不整をｙＲ１に対して、輪軸１０３１と輪軸１０３２とのｘ軸方向の距離だけずれたものである。
また、以下の式中の英字の上部に点が１つあるものは、その英字に対応する変数を時間で微分したものを意味する。また、英字の上部に点が２つあるものは、その英字に対応する変数を時間で２度微分したものを意味する。また、記号の右上部に「Ｔ」と記述しているものは、行列に対する転置操作（転置行列）を意味する。
【００２２】
【数５】
2012251781.tif 000007
【００２３】
ここで、台車枠１０２の運動方程式について説明する。
一対の車輪１０１が軌道Ｒ上で走行することで輪軸１０３がｘ軸に沿って走行速度ｖで直進し、台車枠１０２の影響を受けないとする。この場合、軌道Ｒ上の輪軸１０３の運動方程式は、ｙ軸およびヨー角度ψに対して、公知の運動方程式により、（１２）式および（１３）式のように表すことができる。
ここで、輪軸１０３の質量をｍｗ、輪軸１０３のヨー慣性半径をｉｗとする。
なお、変位ｙｗおよびヨー角度ψｗにおける添え字ｒは、添え字が付された変数が車輪１０１が軌道Ｒ上を走行するときの値であることを意味し、変位ｙｗおよびヨー角度ψｗにおける添え字ｐは、添え字が付された変数が車輪１０１が軌条輪１１上を走行するときの値であることを意味する。
【００２４】
【数６】
2012251781.tif 000008
【００２５】
同様に、一対の車輪１０１が軌条輪１１上で走行する場合には、輪軸１０３の運動方程式は、変位ｙｗおよびヨー角度ψｗに対して、（１４）式および（１５）式のようになる。
【００２６】
【数７】
2012251781.tif 000009
【００２７】
（１２）式および（１３）式を変形し、行列形式に書き表すと、（１６）式のようになる。なお、（１６）式は、軌道Ｒに通り不整ｙＲが無いときの式である。
【００２８】
【数８】
2012251781.tif 000010
【００２９】
（１６）式に通り不整ｙＲというｙ軸方向の変位を与えると、（１７）式のようになる。
【００３０】
【数９】
2012251781.tif 000011
【００３１】
同様に、一対の車輪１０１が軌条輪１１上で走行する場合には、輪軸１０３の運動方程式は、（１４）式および（１５）式を変形して（１８）式のようになる。
【００３２】
【数１０】
2012251781.tif 000012
【００３３】
（１９）式から（２１）式に示すように定義するとともに（１１）式の定義を用い、さらに台車枠１０２の運動の影響を考慮すると、（１７）式は（２２）式のように表される。
ここで、台車枠１０２の質量をｍｔ、台車枠１０２のヨー慣性半径をｉｔ、台車枠１０２のｙ軸方向の変位をｙｔ、そして、台車枠１０２のヨー角度をψｔとする。
【００３４】
【数１１】
2012251781.tif 000013
【数１２】
2012251781.tif 000014
【００３５】
同様に、（２３）式から（２５）式に示すように定義すると、（１８）式は（２６）式のように表される。
【００３６】
【数１３】
2012251781.tif 000015
【数１４】
2012251781.tif 000016
【００３７】
ただし、（２６）式において、ｕｐは、補正通り不整の時間による微分値（補正通り不整を時間で微分した値）である補正通り不整変化量であり、成分を２つ有するベクトルである。補正通り不整の成分は、通り不整ｙＲとは異なり、軌条輪１１をｙ軸方向に移動させる量である通り不整を、通り不整ｙＲから後述するように修正した変数である。
ここで、軌道Ｒ上の台車枠１０２の状態方程式として、（２７）式および（２８）式を作成する。
【００３８】
【数１５】
2012251781.tif 000017
【００３９】
Ｙｒは、車輪１０１が軌道Ｒ上で走行する場合と軌条輪１１上で走行する場合とで一致させたい状態量であり、台車枠１０２のｙ軸方向の加速度と、台車枠１０２のヨー角加速度である。なお、Ｙｒを評価出力と呼ぶ。
具体的には、（２８）式は（２９）式のように表すことができる。
【００４０】
【数１６】
2012251781.tif 000018
【００４１】
同様に、軌条輪１１上の台車枠１０２の状態方程式として、（３０）式および（３１）式を作成する。
なお、具体的には、（３１）式は（３２）式のように表すことができる。
【００４２】
【数１７】
2012251781.tif 000019
【００４３】
（２８）式の両辺を微分して（２７）式を代入することで、（３３）式が導かれる。
【００４４】
【数１８】
2012251781.tif 000020
【００４５】
一方で、通り不整ｙＲの入力がない（ｕｐの２つの成分がともに０になる。）場合には、（３１）式の両辺を微分して（３０）式を代入することで、（３４）式が導かれる。
【００４６】
【数１９】
2012251781.tif 000021
【００４７】
（３３）式の右辺と（３４）式の右辺との差と、通り不整ｙＲの入力が加えられる（ｕｐが加えられる）ことによって（３４）式の左辺に与えられるｕｐの影響が等しくなれば、このときのｕｐを通り不整ｙＲの入力として実際に加えることで、（３３）式の右辺と（３４）式の右辺との差を無くし、評価出力ＹｒとＹｐとを等しくすることができる。
この場合、下記の（３５）式および（３６）式を導くことができる。
【００４８】
【数２０】
2012251781.tif 000022
【００４９】
すなわち、（３６）式より得られる補正通り不整変化量ｕｐだけ軌条輪１１をｙ軸方向に移動し続ければ、それぞれのモデルの初期値が等しい場合において、評価出力ＹｒとＹｐとを等しくすることができる。
この例では、車輪１０１が軌道Ｒ上で走行する場合と軌条輪１１上で走行する場合とで、台車枠１０２のｙ軸方向の加速度、および、台車枠１０２のヨー角加速度を一致させている。この２つの値が一致していれば、車輪１０１が軌道Ｒ上で走行する場合と軌条輪１１上で走行する場合とで、この２つの値以外の台車枠１０２のｙ軸方向の変位ｙｔや、台車枠１０２のヨー角度ψｔなど、台車枠１０２の全ての位置および向きを一致させることができる。
【００５０】
ここで、再び、図３に基づいてシミュレーション部２２について説明する。
参照モデル計算部２３は、通り不整の変化量ｕｒから前述の（２２）式を用いてｘｒを求める。
通り不整計算部２４は、参照モデル計算部２３で得られたｘｒ、および通り不整の変化量ｕｒから、（３６）式を用いて補正通り不整変化量ｕｐを求める。
制御対象モデル計算部２５は、通り不整計算部２４で得られた補正通り不整変化量ｕｐから（２６）式を用いてｘｐを求める。
このとき求めたｘｒおよびｘｐは、シミュレーション部２２が有する不図示のメモリなどに記憶される。
【００５１】
次に、以上のように構成された車両試験装置１による本実施形態の車両試験方法について説明する。
まず、モデル構築工程において、一対の車輪１０１が軌道Ｒ上および軌条輪１１上で走行するそれぞれの場合について、台車枠１０２の力学モデル（運動方程式）を求める。具体的には、前述の（２０）式および（２４）式に示す行列式Ａｒ、Ａｐの各成分の値を求める。
輪軸１０３の質量ｍｗ、バネ部材１０６のｘ軸方向の支持剛性ｋＸ、および、軌条輪１１と車輪１０１との間のｘ軸方向のクリープ係数をＫ１１ｐなどは、輪軸１０３、バネ部材１０６、および車輪１０１などの設計値のパラメータから求めることができる。
次に、通り不整測定工程において、軌道検測車などにより軌道ＲのレールＲ１の通り不整ｙＲを測定し、得られた通り不整ｙＲから（１１）式により、通り不整の変化量ｕｒを求める。この通り不整の変化量ｕｒを入力部２６から入力し、シミュレーション部２２のメモリに記憶させておく。
【００５２】
続いて、軌道上状態算出工程において、参照モデル計算部２３は、レールＲ１の長手方向の初期位置に対して、（２２）式を用いて軌道Ｒ上の台車枠１０２の運動方程式を計算しｘｒを求める。なお、この例では、（２２）式のｘｒおよび（２６）式のｘｐは、数値積分することでそれぞれ求められる。
次に、通り不整算出工程において、レールＲ１の初期位置に対して、通り不整計算部２４は、参照モデル計算部２３で得られたｘｒ、および通り不整の変化量ｕｒから、（３６）式を用いて補正通り不整変化量ｕｐを求める。さらに、制御対象モデル計算部２５は、通り不整計算部２４で得られた補正通り不整変化量ｕｐから（２６）式を用いて軌条輪１１上の台車枠１０２の運動方程式を計算しｘｐを求める。
このとき求めたｘｒおよびｘｐを、メモリに記憶しておく。
レールＲ１の長手方向の位置を、初期位置から刻み長さだけ移動した位置における通り不整の変化量ｕｒに対して、メモリに記憶したｘｒおよびｘｐの値を用いて、前述の軌道上状態算出工程および通り不整算出工程を行う。
このように、レールＲ１の長手方向の位置を刻み長さだけ移動させながら、軌道ＲにおけるレールＲ１の長手方向の通り不整の変化量ｕｒに対して、補正通り不整変化量ｕｐおよびｘｐをそれぞれ求めることを繰り返し、軌道Ｒの必要な長さに対する補正通り不整変化量ｕｐおよびｘｐを求める。
【００５３】
続いて、算出結果確認工程において、車両試験装置１の軌条輪１１上に鉄道車両１００を配置する。
動作制御部２１は、回転部１２を制御して軌条輪１１を軸線Ｃ１回りに一定の回転速度で回転させ、軌条輪１１上で一対の車輪１０１を走行させておく。そして、シミュレーション部２２のメモリに記憶されたレールＲ１の長手方向の各位置における補正通り不整変化量ｕｐに基づいて軌条輪１１をｙ軸方向に移動させることで、鉄道車両１００の走行試験を行う。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態の車両試験装置１および車両試験方法によれば、軌道Ｒ上を走行する台車枠１０２と軌条輪１１上を走行する台車枠１０２との、台車枠１０２のｙ軸方向の加速度、および、台車枠１０２のヨー角加速度を一致させている。このため、軌道Ｒ上で走行するときと軌条輪１１上で走行するときとで、台車枠１０２のｙ軸方向の変位ｙ、速度、加速度、台車枠１０２のヨー角度ψ、ヨー角度ψの角速度、および角加速度、さらには、台車枠１０２のロール角加速度を一致させることができる。
これにより、軌道Ｒ上での鉄道車両１００の走行状態を軌条輪１１上で、より再現性を高めて模擬することができる。
【００５５】
また、軌道Ｒ上で走行するときと軌条輪１１上で走行するときとで、台車枠１０２の振動の振幅だけでなく位相もほぼ一致させることができる。
これに対して、前述の特許文献１に記載された車両試験方法では、軌条輪に与える入力に対して周波数に重みをかけているだけなので、振動の振幅は一致しても位相が一致する保証がない。
【００５６】
レールＲ１の長手方向の刻み長さごとの各位置における通り不整ｙＲに対して補正通り不整変化量ｕｐをそれぞれ求めるため、鉄道車両１００の軌条輪１１上での走行状態の再現性をさらに高めることができる。
【００５７】
なお、本実施形態では、鉄道車両１００の一部である１つの台車枠１０２の運動方程式について説明した。
一般的に、鉄道車両１００の車両一両は、車体の下部に一対の台車枠１０２を有し、一対の台車枠１０２には四対の車輪１０１を備えている。車両一両分のモデルを構築する場合には、台車枠１０２と車体１０４との相互作用を考慮したり、車体１０４の状態量も運動方程式に入れたりする必要があるため、運動方程式のサイズが非常に大きくなる。しかし、行列やベクトルのサイズが大きくなるだけで、軌道Ｒ上を走行する車両一両のモデル、および、軌条輪１１上を走行する車両一両のモデルが、（２７）式および（３０）式と同様に表せることには変わりない。
車両一両のモデルにおける（２７）式のｘｒは、車両一両の運動状態を表現するための全ての情報をベクトルの形で格納している。この場合のｘｒは、モデルの複雑さによってサイズが異なるが、成分の数は少なくとも１００以上になる。
この場合のｘｒの成分には、本実施形態のｘｒの要素以外に、車体１０４の上下方向やｙ軸方向の変位などがある。
また、車両一両に対する通り不整の変化量ｕｒは、車両一両が４つの輪軸を備えている場合には、４次元のベクトルになる。
このように、運動方程式のサイズが大きくなるが、上記実施形態と同様に運動方程式をたてることで、四対の車輪１０１に対して、軌道Ｒ上で走行するときの車体１０４の走行状態を軌条輪１１上で走行するときの車体１０４の走行状態で模擬することができる。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、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構成の変更なども含まれる。
たとえば、前記実施形態では、動作制御部２１およびシミュレーション部２２をパーソナルコンピュータとして一体に構成したが、動作制御部とシミュレーション部とを互いに独立した構成にしてもよい。
また、前記実施形態の車両試験方法では、モデル構築工程より前に通り不整測定工程を行ってもよいし、これら２つの工程を同時に行ってもよい。
【００５９】
前記実施形態では、台車枠１０２と不図示の軸箱とを前述のバネ部材１０６、１０７により支持し、それぞれの輪軸１０３が軸箱により、輪軸１０３の軸線Ｃ２回りに回転可能に支持されるように構成してもよい。
【００６０】
（実施例）
本車両試験装置１を用いて補正通り不整変化量ｕｐを求め、軌道Ｒ上での車体１０４の走行状態を軌条輪１１上で再現した結果について図５に示す。横軸は時刻を、縦軸は車体１０４のｙ軸方向の加速度をそれぞれ示している。なお、走行速度ｖは、１５０ｋｍ／ｈとした。
図中５の実線は軌条輪１１上での車体１０４のｙ軸方向の加速度を示し、点線は軌道Ｒ上での車体１０４のｙ軸方向の加速度を示す。
軌道Ｒ上で走行するときと軌条輪１１上で走行するときとで、車体１０４のｙ軸方向の加速度の振幅だけでなく位相もほぼ一致していることがわかる。
【００６１】
図６には、比較例として、従来の車両試験装置を用いて軌道Ｒ上での車体１０４のｙ軸方向の走行状態を再現した結果について示す。図６の縦軸と横軸、および台車枠１０２の走行速度ｖは図５の場合と同様である。
軌道Ｒ上での車体１０４のｙ軸方向の加速度に対して、軌条輪１１上で車体１０４のｙ軸方向の加速度の振幅や位相のずれが大きいことが分かる。
【符号の説明】
【００６２】
１    車両試験装置
１１  軌条輪
１２  回転部
１３  移動部
２１  動作制御部
２２  シミュレーション部（模擬部）
１００  鉄道車両
１０１  車輪
１０２  台車枠
１０３  輪軸
１０６  バネ部材（進行側支持部材）
１０７  バネ部材（幅側支持部材）
Ｃ１、Ｃ２  軸線
Ｒ    軌道
ｘ    軸（進行方向）
ｙ    軸（幅方向）
ｙＲ  通り不整
【図１】
2012251781.tif 000027
【図２】
2012251781.tif 000028
【図３】
2012251781.tif 000029
【図４】
2012251781.tif 000030
【図５】
2012251781.tif 000031
【図６】
2012251781.tif 000032