(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１台板と、
前記第１台板に支持され前記第１台板に対して自転する第１自転台と、
前記第１自転台に配置され前記第１自転台に対して自転する第１軸受と、
前記第１自転台に配置され前記第１自転台に対して自転する第２軸受と、
前記第１軸受に支持され２つで１対を形成する第１軌条生成輪と、
前記第２軸受に支持され２つで１対を形成する第２軌条生成輪と、
前記第１台板に支持される第２台板と、
前記第２台板に配置される第３軸受と、
前記第３軸受に支持され２つで１対を形成する第３軌条生成輪と
を含み、
前記第１自転台は、前記第１台板に対する自転によって、前記第２台板に対して相対的に回転し、
前記第１自転台の自転と、前記第１軸受の自転と、前記第２軸受の自転とに基づいて、前記第１軌条生成輪と前記第２軌条生成輪と前記第３軌条生成輪とが模擬軌道を形成する
軌道車輌の走行模擬装置。
【請求項２】
端部が前記第１台板の端部と接続される第３台板と、
前記第３台板に支持され前記第３台板に対して自転する第２自転台と、
前記第２自転台に配置され前記第２自転台に対して自転する第４軸受と、
前記第２自転台に配置され前記第２自転台に対して自転する第５軸受と、
前記第４軸受に支持され２つで１対を形成する第４軌条生成輪と、
前記第５軸受に支持され２つで１対を形成する第５軌条生成輪と、
前記第２台板に配置される第６軸受と、
前記第６軸受に支持され２つで１対を形成する第６軌条生成輪と
を更に含み、
前記第２台板は、前記第１台板と前記第３台板とのそれぞれに支持され、
前記第３軸受は、前記第１台板の上方の前記第２台板に配置され、
前記第６軸受は、前記第３台板の上方の前記第２台板に配置され、
前記第１台板及び前記第３台板のそれぞれは、接続点である前記第１台板及び前記第３台板の面方向に対して垂直方向の回転軸を中心として、互いに相対的に回転し、
前記第２自転台は、前記第３台板に対する自転によって、前記第２台板に対して相対的に回転し、
前記第１台板の回転と、前記第３台板の回転と、前記第１自転台の自転と、前記第１軸受の自転と、前記第２軸受の自転と、前記第２自転台の自転と、前記第４軸受の自転と、前記第５軸受の自転とに基づいて、前記第１軌条生成輪、前記第２軌条生成輪、前記第３軌条生成輪、前記第４軌条生成輪、前記第５軌条生成輪、前記第６軌条生成輪とが前記模擬軌道を形成する
請求項１の軌道車輌の走行模擬装置。
【請求項３】
前記第１台板の回転角度αと前記第１自転台の自転角度βと前記第１軸受の自転角度γ１と前記第２軸受の自転角度γ２とは、前記模擬軌道を形成するために互いに共通の変数で記述される第１関数の組である
請求項２の軌道車輌の走行模擬装置。
【請求項４】
時刻列がｔｊで表され、
前記第１関数の組は、（α（ｔｊ），β（ｔｊ），γ１（ｔｊ），γ２（ｔｊ））で記述される
請求項３の軌道車輌の走行模擬装置。
【請求項５】
前記第１台板の回転を制御する第１モータと、
前記第１自転台の自転を制御する第２モータと、
前記第１軸受の自転を制御する第３モータと、
前記第２軸受の自転を制御する第４モータと
を更に含み、
前記（α（ｔｊ），β（ｔｊ），γ１（ｔｊ），γ２（ｔｊ））は前記第１モータと前記第２モータと前記第３モータと前記第４モータにより制御される
請求項４の軌道車輌の走行模擬装置。
【請求項６】
前記第４モータは前記第３モータが兼用される
請求項５の軌道車輌の走行模擬装置。
【請求項７】
前記第３台板の回転を制御する第５モータと、
前記第２自転台の自転を制御する第６モータと、
前記第４軸受の自転を制御する第７モータと、
前記第５軸受の自転を制御する第８モータと
を更に含み、
前記第３台板の回転角度α’と前記第２自転台の自転角度β’と前記第４軸受の自転角度γ’１と前記第５軸受の自転角度γ’２とは、前記模擬軌道を形成するために互いに共通の変数で記述される第２関数の組であり、
前記第２関数の組は、（α’（ｔｊ），β’（ｔｊ），γ’１（ｔｊ），γ’２（ｔｊ））で記述され、
前記（α’（ｔｊ），β’（ｔｊ），γ’１（ｔｊ），γ’２（ｔｊ））は前記第５モータと前記第６モータと前記第７モータと前記第８モータにより制御される
請求項５又は６の軌道車輌の走行模擬装置。
【請求項８】
前記第１台板の回転を制御する第１モータと、
前記第１自転台の自転を制御する第２モータと、
前記第１軸受の自転を制御する第３モータと、
前記第２軸受の自転を制御する第４モータと、
前記第１軌条生成輪の一方と、前記第１軌条生成輪の一方と共に前記模擬軌道の一方を形成する前記第２軌条生成輪の一方との回転を制御する第９モータと、
前記第１軌条生成輪の他方と、前記第１軌条生成輪の他方と共に前記模擬軌道の他方を形成する前記第２軌条生成輪の他方との回転を制御する第１０モータと
を更に含み、
前記第１軌条生成輪及び前記第２軌条生成輪の周速度又は前記周速度に概ね等しい速度がｖで表され、
前記第１関数の組は、（α（ｔｊ，ｖ），β（ｔｊ，ｖ），γ１（ｔｊ，ｖ），γ２（ｔｊ，ｖ））で表され、
前記（α（ｔｊ，ｖ），β（ｔｊ，ｖ），γ１（ｔｊ，ｖ），γ２（ｔｊ，ｖ））は前記第１モータと前記第２モータと前記第３モータと前記第４モータと前記第９モータと前記第１０モータにより制御される
請求項４の軌道車輌の走行模擬装置。
【請求項９】
前記第３台板の回転を制御する第５モータと、
前記第２自転台の自転を制御する第６モータと、
前記第４軸受の自転を制御する第７モータと、
前記第５軸受の自転を制御する第８モータと、
前記第４軌条生成輪の一方と、前記第４軌条生成輪の一方と共に前記模擬軌道の一方を形成する前記第５軌条生成輪の一方との回転を制御する第１１モータと、
前記第４軌条生成輪の他方と、前記第４軌条生成輪の他方と共に前記模擬軌道の他方を形成する前記第５軌条生成輪の他方との回転を制御する第１２モータと、
を更に含み、
前記第３台板の回転角度α’と前記第２自転台の自転角度β’と前記第４軸受の自転角度γ’１と前記第５軸受の自転角度γ’２とは、前記模擬軌道を形成するために互いに共通の変数で記述される第２関数の組であり、
前記第４軌条生成輪及び前記第５軌条生成輪の周速度又は前記周速度に概ね等しい速度がｖで表され、
前記第２関数の組は、（α’（ｔｊ，ｖ），β’（ｔｊ，ｖ），γ’１（ｔｊ，ｖ），γ’２（ｔｊ，ｖ））で表され、
前記（α’（ｔｊ，ｖ），β’（ｔｊ，ｖ），γ’１（ｔｊ，ｖ），γ’２（ｔｊ，ｖ））は前記第５モータと前記第６モータと前記第７モータと前記第８モータと前記第１１モータと前記第１２モータにより制御される
請求項８の軌道車輌の走行模擬装置。
【請求項１０】
前記第１軌条生成輪、前記第２軌条生成輪、及び前記第３軌条生成輪に搭載される車輌の特定点を前記第１台板の前記回転軸を中心とする円の上に拘束する拘束具を更に含み、
前記拘束具は前記第１台板に支持されている
請求項２〜９から選択される１請求項の軌道車輌の走行模擬装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軌道車輌の走行模擬装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
軌道車輌は、その高速化とともに快適化が求められる。その高速化と快適化は、直線軌道に限られず小半径曲率軌道で求められる。車輌は、通常、前４輪、後４輪、これらの車輪に支持される台車、その台車にある程度の拘束を受けながら回転自在に支持される車体、車輪を制御的に駆動する制御モータとから構成されている。１組４輪の２車軸は、曲線軌道で互いに拘束されて角度的に変位する変位機構により機械的に自律的に制御されている。
【０００３】
このような軌道車輌は、その完成後に実線路上で実車試験が行われるが、その完成前の試作・設計段階で模擬走行試験が実施されることが重要である。多様に知られている模擬走行試験装置は、軌道を模擬する回転輪軌道を有している。試験対象車輪群は、特開平１１−３７９０４号で知られているように、その回転輪軌道の頂点部位に載置される。試験対象車輪群の要素である複数車輪と回転輪軌道の変位関係がアクチュエータで制御的に可変化され、模擬曲線軌道上の走行試験が実施されている。
【０００４】
曲率変化曲線軌道は、大重量車体を支持する車輪に対して、４輪の２車軸が相対的に角度変位する車軸角度変位対応力、局所円軌道中心のまわりに円運動する際の公転対応力、左右輪の車軸の中心のまわりにその両輪が回転する自転の際に自転対応力が外力として作用する。曲率変化曲線軌道は、このような３つの外力を車輪の鍔面・踏面とが接触する接触点を介してその車輪に与える。車輪と軌道との間に発生するこのような相互作用力は、解析不可能的に互いに絡み合っていて、動摩擦摺動による車輪の鍔面と踏面の摩滅、複雑な振動、横揺れを誘発する。
【０００５】
小曲率半径軌道と車輪と載荷台車との間の物理的関係を再現していない公知の模擬走行試験装置は、複雑に絡み合って発生する複合力を再現しておらず、小曲率半径軌道と車輪と載荷台車との間の物理的関係を再現していない。高速化と小曲率化は、物理的に似ている。比較的に低速に走行する小曲率半径軌道と車輪との間の相互作用力は、比較的に高速に走行する大曲率半径軌道と車輪との間の相互作用力に力学的に似ている。
【０００６】
小曲率半径軌道上の高速化と大曲率半径軌道上の高速化とに対応することができ、更に、多様な車輌のいずれにも対応して、より完全に物理的・力学的条件を模擬的により完全に再現することができる試験技術の確立が求められる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、小曲率半径軌道上の高速化と大曲率半径軌道上の高速化とに対応することができる技術を確立する軌道車輌の走行模擬装置を提供することにある。
本発明の他の課題は、更に、多様な車輌のいずれにも対応して、より完全に物理的・力学的条件を模擬的により完全に厳密に再現することができる軌道車輌の走行模擬装置を提供することにある。
本発明の更に他の課題は、任意軌道上の任意の速度の走行を厳密にダイナミックに模擬することができる軌道車輌の走行模擬装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
その課題を解決するための手段が、下記のように表現される。その表現中に現れる技術的事項には、括弧（）つきで、番号、記号等が添記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも１つの実施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現されている技術的事項に付せられている参照番号、参照記号等に一致している。このような参照番号、参照記号は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このような対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されることを意味しない。
【０００９】
本発明による軌道車輌の走行模擬装置は、公転台（１４）と、公転台（１４）に支持され公転台（１４）に対して自転する自転台（２８）と、自転台（２８）に配置され自転台（２８）に対して自転する第１軸受（３９）と、自転台（２８）に配置され自転台（２８）に対して自転する第２軸受（４１）と、第１軸受（３９）に支持され２つで１対を形成する第１軌条生成輪（４２−Ｌ，Ｒ）と、第２軸受（４１）に支持され２つで１対を形成する第２軌条生成輪（４３−Ｌ，Ｒ）とから形成されている。第１軌条生成輪（４２−Ｌ，Ｒ）と第２軌条生成輪（４３−Ｌ，Ｒ）とは、公転と第１自転と第２自転とにより、任意の曲率の軌道を模擬的に生成することができ、任意の曲率の軌道上の車輪の走行試験を可能にし、特に、高速小曲率半径軌道と低速大曲率半径軌道で走行する車両の厳密な走行試験を可能にする。
【００１０】
公転台（１４）の公転角度αと自転台（２８）の自転角度βと第１軸受（３９）の自転角度γ１と第２軸受（４１）の自転角度γ２とは、互いに共通の変数で記述される関数の組である。時刻列がｔｊで表され、関数の組は、（α（ｔｊ），β（ｔｊ），γ１（ｔｊ），γ２（ｔｊ））で記述される。任意の軌道をダイナミックにリアルタイムに限りなく厳密に生成することができる。
【００１１】
公転台（１４）の公転を制御する第１モータ（１７）と、自転台（２８）の自転を制御する第２モータ（６１）と、第１軸受（３９）の自転を制御する第３モータ（６４）と、第２軸受（４１）の自転を制御する第４モータ（６４）とが更に追加される。この追加により、記述の（α（ｔｊ），β（ｔｊ），γ１（ｔｊ），γ２（ｔｊ））は第１モータ（１７）と第２モータ（６１）と第３モータ（６４）と第４モータ（６４）により、厳密に制御される。各モータとして、時々刻々に厳密に回転速度が制御されるステッピングモータが最も好適に採択され得る。複数のステッピングモータの制御は、プログラムにより実行される。第４モータ（６４）は第３モータ（６４）が兼用され得る。この兼用により、第１軸受（３９）と第２軸受（４１）の逆方向自転が厳密に制御される。
【００１２】
第１軌条生成輪（４２−Ｌ，Ｒ）の一方（４２−Ｌ）と、第１軌条生成輪（４２−Ｌ，Ｒ）の一方（４２−Ｌ）と共に模擬軌道の一方を形成する第２軌条生成輪（４３−Ｌ，Ｒ）の一方（４３−Ｌ）との回転を制御する第９モータ（７６ａ）と、第１軌条生成輪（４２−Ｌ，Ｒ）の他方（４２−Ｒ）と、第１軌条生成輪（４２−Ｌ，Ｒ）の他方（４２−Ｒ）と共に模擬軌道の他方を形成する第２軌条生成輪（４３−Ｌ，Ｒ）の他方（４３−Ｒ）との回転を制御する第１０モータ（７６ｂ）とが更に追加される。第１軌条生成輪（４２−Ｌ，Ｒ）及び第２軌条生成輪（４３−Ｌ，Ｒ）の周速度又は周速度に概ね等しい速度がｖで表される。既述の関数の組は、（α（ｔｊ，ｖ），β（ｔｊ，ｖ），γ１（ｔｊ，ｖ），γ２（ｔｊ，ｖ））で表される。（α（ｔｊ，ｖ），β（ｔｊ，ｖ），γ１（ｔｊ，ｖ），γ２（ｔｊ，ｖ））は第１モータ（１７）と第２モータ（６１）と第３モータ（６４）と第４モータ（６４）と第９モータ（７６ａ）と第１０モータ（７６ｂ）により制御される。追加されるモータにもステッピングモータが最も好適に採択され得る。全てのモータとしてステッピングモータを用いることにより、厳密に生成される軌道上の任意の走行速度の走行を厳密に模擬的に再現することができる。高速走行軸受の力学は時々刻々のダイナミックであり、完全同期の全モータの連動により、そのダイナミックの忠実な再現のためには、高精度の同期性が要求される。第１０モータ（７６ｂ）は、第９モータ（７６ａ）が兼用され得る。
【００１３】
公転台は２つが配置され、自転台は２つが配置され、第１軸受は２つが配置され、第２軸受は２つが配置され、第１軌条生成輪は２つが配置され、第２軌条生成輪は２つが配置され、１つの公転台と１つの自転台と１つの第１軸受と１つの第２軸受と１つの第１軌条生成輪と１つの第２軌条生成輪とは１組を形成し、他の１つの公転台と他の１つの自転台と他の１つの第１軸受と他の１つの第２軸受と他の１つの第１軌条生成輪と他の１つの第２軌条生成輪とは他の１組を形成する。このような組は、更に３組として形成されることが好ましい。
【００１４】
第１軌条生成輪と第２軌条生成輪に搭載される車輌（８４）の特定点を公転台の公転中心点を中心とする円の上に拘束する拘束具（７１）が追加される。拘束具（７１）は公転台に支持されている。前後方向の車輌の高速によりより現実に忠実に模擬走行を再現することができる。左右輪の差動現象を実現するためには、モータ（７６）の追加が好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図に対応して、本発明による軌道車輌の走行模擬装置の実施の形態は、無限軌条が台車とともに設けられている。その無限軌条は、１平面上又は概ね平面である面上に無限軌条を形成している。その無限軌条は、図１に示されるように、前方側軌条形成ユニット１と、中央側軌条形成ユニット２と、後方側軌条形成ユニット３とから構成されている。中央側軌条形成ユニット２は、前方側軌条形成ユニット１と後方側軌条形成ユニット３の間で前後方向に中間位置に配置されている。後方側軌条形成ユニット３は、前方側軌条形成ユニット１に全く同じである。中央側軌条形成ユニット２は、前方側軌条形成ユニット１に完全には同じでない。
【００１６】
無限軌条は、台盤枠４に支持されている。台盤枠４に、前方側Ｈ型鋼使用支持枠５と中央側Ｈ型鋼使用支持枠６と後方側Ｈ型鋼使用支持枠７とが据え付けられている。前方側Ｈ型鋼使用支持枠５と中央側Ｈ型鋼使用支持枠６と後方側Ｈ型鋼使用支持枠７とは、それぞれに、２つのＨ型鋼とそれらのＨ型鋼の上面に渡される公転台支持鋼板とから構成されている。３つの公転台支持鋼板は、それぞれに、前方側公転台支持鋼板８と、中央側公転台支持鋼板９と、後方側公転台支持鋼板１１として形成されている。台盤枠４には、更に、前方側公転輪支持支柱１２と後方側公転輪支持支柱１３とが据え付けられている。
【００１７】
前方側軌条形成ユニット１は、前方側公転台１４を備えている。前方側公転台１４は、前方側公転台支持鋼板８の上面と中央側公転台支持鋼板９の上面に公転自在に支持されている。後方側軌条形成ユニット３は、後方側公転台１５を備えている。後方側公転台１５は、後方側公転台支持鋼板１１の上面と中央側公転台支持鋼板９の上面に公転自在に支持されている。前方側公転台１４の回転中心側基端部位と後方側公転台１５の回転中心側基端部位とは、上下に重なり合って公転中心軸１６でピン止めされている。公転中心軸１６は、中央側公転台支持鋼板９に鉛直方向に立ち上がって固着されて支持されている。
【００１８】
前方側公転台１４の半径方向適正部位に、前方側軌条形成ユニット１を構成する前方側公転用ステッピングモータ１７が固定的に支持されている。後方側公転台１５の半径方向適正部位に、後方側軌条形成ユニット３を構成する後方側公転用ステッピングモータ１８が固定的に支持されている。前方側公転用ステッピングモータ１７の出力軸は前方側公転台１４の下面に突出し、その突出部位に前方側歯車１９を備えている。前方側歯車１９は、前方側公転輪支持支柱１２に支持され非回転的に固定されている円弧形状の前方側ラック歯面形成体２１に噛みあっている。後方側公転用ステッピングモータ１８の出力軸は後方側公転台１５の下面に突出し、その突出部位に後方側歯車２２を備えている。後方側歯車２２は、後方側公転輪支持支柱１３に支持され非回転的に固定されている円弧形状の後方側ラック歯面形成体２３に噛みあっている。
【００１９】
前方側公転台１４の前端部領域の下面と前方側公転台支持鋼板８の上面との間に、複数の前方側公転用転輪２４が介設されている。前方側公転台１４の後端部領域の下面と中央側公転台支持鋼板９の上面との間に、複数の中央側第１公転用転輪２５が介設されている。後方側公転台１５の前端部領域の下面と中央側公転台支持鋼板９の上面との間に、複数の中央側第２公転用転輪２６が介設されている。後方側公転台１５の後端部領域の下面と後側公転台支持鋼板１１の上面との間に、複数の後方側公転用転輪２７が介設されている。
【００２０】
前方側公転用ステッピングモータ１７と後方側公転用ステッピングモータ１８とは、それぞれに、時刻点列上で制御される速度で回転し、特に、互いに逆方向に同一速度で回転し、又は、互いに独立に制御されて任意の速度と方向とで回転し、その結果、前方側公転台１４と後方側公転台１５は、互いに独立に、又は、互いに従属的に公転中心軸１６を公転中心として、前方側公転台支持鋼板８と中央側公転台支持鋼板９と後方側公転台支持鋼板１１の上面で回転することができる。
【００２１】
前方側軌条形成ユニット１は、前方側自転台２８を備えている。前方側公転台１４の前端部領域の上面に、前方側自転台２８が自転可能に支持されている。前方側自転台２８の下面と前方側公転台１４の上面との間に、前方側自転用転輪２９が介設されている。中央側軌条形成ユニット２は、中央側自転台３１を備えている。前方側公転台１４の後端部領域の上面と後方側公転台１５の前端部領域の上面とに、中央側自転台３１が自転可能に支持されている。中央側自転台３１の下面と前方側公転台１４の上面及び後方側公転台１５の上面との間に、中央側自転用転輪３２が介設されている。
【００２２】
後方側軌条形成ユニット３は、後方側自転台３３を備えている。後方側公転台１５の後端部領域の上面に、後方側自転台３３が自転可能に支持されている。後方側自転台３３の下面と後方側公転台１５の上面との間に、後方側自転用転輪３４が介設されている。前方側自転台２８と中央側自転台３１と後方側自転台３３とは、それぞれの自転軸（後述される）を中心としてそれぞれに前方側公転台１４の上面と後方側公転台１５の上面とで自転することができる。
【００２３】
中央側公転台支持鋼板９と中央側自転台３１は、前方側公転台１４と後方側公転台１５とを貫通する前後の複数の止めピン３５で互いにピン連結され、中央側自転台３１は自転不可能に前方側公転台１４と後方側公転台１５に支持されている。中央側自転台３１は、原則的に自転台としては使用されないが、前方側と中央側とで、又は、中央側と前方側で互いに曲率が異なる小曲率軌道対応試験の際に、止めピン３５が取り除かれ、中央側自転台３１は自転可能になる。
【００２４】
前方側軌条形成ユニット１は、前方側軌条輪ユニット３６を備えている。中央側軌条形成ユニット２は、中央側軌条輪ユニット３７を備えている。後方側軌条形成ユニット３は、後方側軌条輪ユニット３８を備えている。前方側軌条輪ユニット３６は、前方側第１角度変位軸受３９と、前方側第２角度変位軸４１と、前方側第１軌条輪対４２と、前方側第２軌条輪対４３とから構成されている。前方側第１角度変位軸受３９と前方側第２角度変位軸４１とは、前方側自転台２８に変位可能に配置されている。
【００２５】
中央側軌条輪ユニット３７は、中央側第１角度変位軸受４４と、中央側第２角度変位軸受４５と、中央側第１軌条輪対４６と、中央側第２軌条輪対４７とから構成されている。中央側第１角度変位軸受４４と中央側第２角度変位軸受４５とは、中央側自転台３１に変位可能に配置されている。後方側軌条輪ユニット３８は、後方側第１角度変位軸受４８と、後方側第２角度変位軸受４９と、後方側第１軌条輪対５１と、後方側第２軌条輪対５２とから構成されている。後方側第１角度変位軸受４８と後方側第２角度変位軸受４９とは、後方側自転台３３に変位可能に配置されている。
【００２６】
前方側第１軌条輪対４２は、図２に示されるように、前方側第１左側軌条輪４２−Ｌと前方側第１右側軌条輪４２−Ｒと、これらの左右輪を１対に結合する前方側第１車軸５３（図１参照）とから構成されている。前方側第２軌条輪対４３は、前方側第２左側軌条輪４３−Ｌと前方側第２右側軌条輪４３−Ｒと、これらの左右輪を１対に結合する前方側第２車軸５４とから構成されている。
【００２７】
中央側第１軌条輪対４６は、中央側第１左側軌条輪４６−Ｌと中央側第１右側軌条輪４６−Ｒと、これらの左右輪を１対に結合する中央側第１車軸５５とから構成されている。中央側第２軌条輪対４７は、中央側第２左側軌条輪４７−Ｌと中央側第２右側軌条輪４７−Ｒと、これらの左右輪を１対に結合する中央側第２車軸５６とから構成されている。後方側第１軌条輪対５１は、後方側第１左側軌条輪５１−Ｌと後方側第１右側軌条輪５１−Ｒと、これらの左右輪を１対に結合する後方側第１車軸５７とから構成されている。後方側第２軌条輪対５２は、後方側第２左側軌条輪５２−Ｌと後方側第２右側軌条輪５２−Ｒと、これらの左右輪を１対に結合する後方側第２車軸５８とから構成されている。
【００２８】
前方側第１左右側軌条輪４２−Ｌ，Ｒと前方側第２左右側軌条輪４３−Ｌ，Ｒと中央側第１左右側軌条輪４６−Ｌ，Ｒと中央側第２左右側軌条輪４７−Ｌ，Ｒと後方側第１左右側軌条輪５１−Ｌ，Ｒと後方側第２左右側軌条輪５２−Ｌ，Ｒのそれぞれの円周近傍領域の中心軸線を含む放射面上の断面形状は、試験対象軌条の断面形状に実質的に同形であるように形成されている。
【００２９】
図３は、前方側軌条輪ユニット３６又は後方側軌条輪ユニット３８を自転させる既述の自転機構と軸受角度変位機構を示している。前方側軌条輪ユニット３６の自転機構と後方側軌条輪ユニット３８の自転機構は鏡面対称に構造化されている。以下、前方側軌条輪ユニット３６の自転機構と軸受角度変位機構が述べられる。自転軸５９は、図３に示されるように、前方側自転台２８の概ねの中心点位置で鉛直方向に貫通して前方側公転台１４に固着されている。
【００３０】
前方側自転台２８の後方よりの適正部位に、図３と図４とに示されるように、自転台駆動用ステッピングモータ６１が搭載されている。自転台駆動用ステッピングモータ６１の出力軸は、前方側自転台２８を貫通して前方側自転台２８の下面側に突出し、その突出部位に自転力伝達用歯車６２が固着されている。自転用ラック歯面形成体６３が、図４に示されるように、前方側公転台１４の上面側に形成されて取り付けられている。自転用ラック歯面形成体６３のラック歯は、自転力伝達用歯車６２の歯車歯に噛み合っている。
【００３１】
自転台駆動用ステッピングモータ６１の制御出力は、自転用ラック歯面形成体６３に伝達され、自転台駆動用ステッピングモータ６１は自転用ラック歯面形成体６３から噛み合い反作用力を受けて自転軸５９を中心とする回転モーメントを受ける。前方側自転台２８は、その回転モーメントを受けて自転軸５９を中心として自転する。
【００３２】
前方側自転台２８の上面側に、軸受角度変位駆動用ステッピングモータ６４が配置されて取り付けられている。軸受角度変位駆動用ステッピングモータ６４の出力軸は、ねじが切られていてねじ軸を形成している。そのねじ軸は、前方側部分の第１ねじ軸６５−Ｆと後方側部分の第２ねじ軸６５−Ｒとに形成されている。第１ねじ軸６５−Ｆのねじ切り回転方向は、第２ねじ軸６５−Ｒのねじ切り回転方向と逆向きである。図３に示されるように、第１ねじ軸６５−Ｆには第１可動キー６６−Ｆが螺合し、第２ねじ軸６５−Ｒには第２可動キー６６−Ｒが螺合している。第１可動キー６６−Ｆと第２可動キー６６−Ｒとは、前方側第１角度変位軸受３９と前方側第２角度変位軸受４１のそれぞれの端部の中にくりぬかれて形成されているカム溝（図示されず）にそれぞれに嵌め込まれている。
【００３３】
軸受角度変位駆動用ステッピングモータ６４の出力軸が回転して第１ねじ軸６５−Ｆと第２ねじ軸６５−Ｒとが回転すれば、第１可動キー６６−Ｆと第２可動キー６６−Ｒとは互いに逆方向に回転し、第１可動キー６６−Ｆと第２可動キー６６−Ｒは前方側第１角度変位軸受３９のカム溝と前方側第２角度変位軸４１のカム溝に相対的に案内されて逆方向に線形に移動し、前方側第１角度変位軸受３９と前方側第２角度変位軸４１とはこれらを自転可能にそれぞれに支持している第１軸受自転軸６７−Ｆと第２軸受自転軸６７−Ｒを中心軸として互いに逆方向に自転する。このように互いに逆方向に自転可能である前方側第１角度変位軸受３９と前方側第２角度変位軸４１とにそれぞれに軸受されている前方側第１車軸５３と前方側第２車軸５４の両回転軸心線５３’，５４’の間の角度は、制御的に可変である。
【００３４】
図３に示されるように、前方側第１角度変位軸受３９は第１軸受角度変位台６８に固着され、前方側第２角度変位軸４１は第２軸受角度変位台６９に固着されている。この場合、第１可動キー６６−Ｆと第２可動キー６６−Ｒにそれぞれに拘束される既述のカム溝又はカム面は、第１軸受角度変位台６８と第２軸受角度変位台６９にそれぞれに形成される。
【００３５】
前方側軌条形成ユニット１と中央側軌条形成ユニット２の中間に、図１に示されるように、門型の前方側前後方向拘束用支持台７０が配置されている。前方側前後方向拘束用支持台７０は、前方側公転台１４の上面に取り付けられて配置されている。前方側前後方向拘束用支持台７０の頂部の中心位置から前方側前後方向拘束ピン７１が立ち上がって前方側前後方向拘束用支持台７０に固着されている。前方側前後方向拘束ピン７１の頂点部は半球面に形成されている。
【００３６】
前方側前後方向拘束ピン７１は、後述される試験用台車の前後方向変位を拘束する。後方側軌条形成ユニット３と中央側軌条形成ユニット２の中間に、門型の後方側前後方向拘束用支持台７２が配置されている。後方側前後方向拘束用支持台７２は、後方側公転台１５の上面に取り付けられて配置されている。後方側前後方向拘束用支持台７２の頂部の中心位置から後方側前後方向拘束ピン７３が立ち上がって前方側前後方向拘束ピン７１に固着されている。後方側前後方向拘束ピン７３の頂点部は半球面に形成されている。後方側前後方向拘束ピン７３は、後述される試験用台車の前後方向変位を拘束する。
【００３７】
前方側軌条輪ユニット３６の前方側第１左側軌条輪４２−Ｌと前方側第２左側軌条輪４３−Ｌは、図２に示されるように、ステッピングモータ７６ａにより制御的に駆動される。ステッピングモータ７６ａは、前方側公転台１４に配置されて取り付けられている。ステッピングモータ７６ａの出力軸には、前方側第１共動用歯車７５が固着されて取り付けられている。
【００３８】
前方側第１共動用歯車７５は、前方側第１左側軌条輪４２−Ｌに同軸に固着されている歯車と前方側第２左側軌条輪４３−Ｌに同軸に固着されている歯車とに噛み合っていて、前方側第１左側軌条輪４２−Ｌと前方側第２左側軌条輪４３−Ｌとは同一方向に回転することができる。このような軌条輪駆動機構は、中央側軌条輪ユニット３７と後方側軌条輪ユニット３８とに関して全く同じである。
【００３９】
前方側軌条輪ユニット３６の前方側第１右側軌条輪４２−Ｒと前方側第２右側軌条輪４３−Ｒは、ステッピングモータ７６ｂにより制御的に駆動される。ステッピングモータ７６ｂは、前方側公転台１４に配置されて取り付けられている。ステッピングモータ７６ｂの出力軸には、前方側第２共動用歯車７７が固着されて取り付けられている。前方側第２共動用歯車７７は、前方側第１右側軌条輪４２−Ｒに同軸に固着されている歯車と前方側第２右側軌条輪４３−Ｒに同軸に固着されている歯車とに噛み合っていて、前方側第１右側軌条輪４２−Ｒと前方側第２右側軌条輪４３−Ｒとは同一方向に回転することができる。このような軌条輪駆動機構は、中央側軌条輪ユニット３７と後方側軌条輪ユニット３８とに関して全く同じである。
【００４０】
ステッピングモータ７６ａとステッピングモータ７６ｂは、互いに独立に制御されている。前方側第１左側軌条輪４２−Ｌの回転速度は、前方側第１右側軌条輪４２−Ｒの回転速度に対して独立である。両回転速度の速度差は、軌道の曲率半径の関数として規定されている。前方側第１左側軌条輪４２−Ｌと前方側第２右側軌条輪４３−Ｒの間の差動構造は、ステッピングモータ７６ａとステッピングモータ７６ｂの電子制御用プログラムにより実現されている。
【００４１】
試験用車輌は、試作中の台車に限られず、完成車輌の台車、模擬質量搭載台車、試作電車、試作機関車、完成電車、完成機関車である。試験用車輌は、図１，２に示されるように、前方側軌条形成ユニット１と中央側軌条形成ユニット２と後方側軌条形成ユニット３とに載置されている。その試験用車輌は、図１と図２に示されるように、前方側４輪ユニット８１と中央側４輪ユニット８２と、後方側４輪ユニット８３と、前方側車体８４と後方側車体８５とから構成されている。前方側車体８４と後方側車体８５とは、小曲率軌道を高速に走行する２連結車輌として例示され、路面電車として広く用いられている。その連結部は、前後車体間の前後方向車間が零になる摺動曲面形成連結具８６（図２参照）が用いられている。
【００４２】
前方側軌条輪ユニット３６の軌条輪間距離と中央側軌条輪ユニット３７の軌条輪間距離と後方側軌条輪ユニット３８の軌条輪間距離とは、それぞれに、前方側４輪ユニット８１の走行輪間距離と中央側４輪ユニット８２の走行輪間距離と後方側４輪ユニット８３の走行輪間距離とに等しい。全走行輪は、適正幅を持つ全軌条輪の頂点線近傍の局所的近似平面上で外接している。
【００４３】
図５は、前方側軌条輪ユニット３６と中央側軌条輪ユニット３７と後方側軌条輪ユニット３８のそれぞれの４輪の３軸回転を示している。車輌の車輪は、案内軌条に案内される。直線軌道上走行時は、原理的に、車輪と案内軌条との間に重力以外に力学関係はない。車輪と案内軌条との間の力学関係は、曲線軌道上走行時に発生する。実走行時の車輌に発生する遠心力は左右軌条の高さ調整により遠心力と重力とが釣り合って帳消しになるように軌道側で設計的に調整されているので、車輪と案内軌条との間の遠心力は試験対象項目から除外され得る。
【００４４】
曲線軌道と車輪の力学的関係の主問題は、左右軌条の行路長差に起因している。直線軌道から曲線軌道に移行する際に、前輪は曲線軌道にあり後輪は直線軌道にある。図５で、中間にある４車輪４６−Ｌ，Ｒ，４７−Ｌ，Ｒは、後４輪として記述される。曲線軌道に入った４つの前車輪４２−Ｌ，Ｒ，４３−Ｌ，Ｒは、その内の内外行路長差に基づいて２つの前右側車輪４２−Ｒ，４３−Ｒが、軌条に対して滑動する。その滑動は、車輪と軌条との間に強い摩擦力を発生させる。
【００４５】
このような曲線軌道に入っていく時々刻々の変化は、前方側軌条形成ユニット１を構成する前方側公転用ステッピングモータ１７の出力軸の前方側歯車１９が前方側ラック歯面形成体２１から噛み合い反力を受けることにより、前方側歯車１９に公転方向に同体にピン結合している前方側公転台１４が摺動曲面形成連結具８６の中心点のまわりに公転することにより実現している。その時々刻々の変化は、前方側公転用ステッピングモータ１７の回転速度を表す時間ｔの関数によって記述される。
【００４６】
その関数は、任意にプログラム化される。前方側公転台１４の公転速度は、車輌の速度に相対的に模擬されているステッピングモータ７６ａとステッピングモータ７６ｂの出力回転速度に対応する前方側第１左側軌条輪４２−Ｌと前方側第１右側軌条輪４２−Ｒと前方側第２左側軌条輪４３−Ｌと前方側第２右側軌条輪４３−Ｒの平均的回転速度（差動装置がある場合には平均的回転速度であるが差動装置がない場合は、これら４輪の同一回転速度）と軌道の時々刻々に変化する曲率半径との関数で記述されて模擬的に自由に設定され得る。
【００４７】
このような公転運動を模擬的に作り出すことにより、４つの前車輪と軌条として模擬されている４つの軌条輪４２−Ｌ，Ｒ，４３−Ｌ，Ｒとの間に生成される振動的力が測定される。その測定は、車輌側に配備される歪み計により実行される。
【００４８】
自転台駆動用ステッピングモータ６１の出力軸の自転力伝達用歯車６２が前方側公転台１４の自転用ラック歯面形成体６３に噛み合っていて、自転台駆動用ステッピングモータ６１の出力軸が回転すれば、前方側自転台２８にピン結合する自転台駆動用ステッピングモータ６１は自転用ラック歯面形成体６３から回転力の反作用を受けて、自転軸５９を中心に回転し、前方側自転台２８は自転軸５９のまわりに自転し、前方側自転台２８に支持されている４つの軌条輪４２−Ｌ，Ｒ，４３−Ｌ，Ｒは、前方側自転台２８と同体に自転軸５９のまわりに自転する。４つの軌条輪４２−Ｌ，Ｒ，４３−Ｌ，Ｒの同体の自転の角度が前方側公転台１４の公転角度に対応する角度に時々刻々に設定されて、プログラムで規定される実曲線軌道により正確に模擬された模擬軌道が４つの軌条輪４２−Ｌ，Ｒ，４３−Ｌ，Ｒにより生成される。
【００４９】
次に、軸受角度変位駆動用ステッピングモータ６４の出力軸である第１ねじ軸６５−Ｆと第２ねじ軸６５−Ｒの回転と第１可動キー６６−Ｆと第２可動キー６６−Ｒの変位とにより、前方側第１角度変位軸受３９と前方側第２角度変位軸４１が反対方向に回転変位して、両回転軸心線５３’，５４’が、局所的円軌道の中心に向くように変位する。両回転軸心線５３’，５４’の回転変位と、既述の前方側公転台１４の公転と、前方側自転台２８の自転との３軸回転合成により、４つの軌条輪４２−Ｌ，Ｒ，４３−Ｌ，Ｒは実軌道を正確に完全に模擬した軌道が形成される。
【００５０】
３軸の３つの回転角度の組（α，β，γ）は、任意の模擬軌道を生成することができる。αとβとγとがそれぞれに時刻列ｔｊの関数で表され得る。ダイナミックナ回転角度の組（α（ｔｊ），β（ｔｊ），γ（ｔｊ））は、４つの軌条輪４２−Ｌ，Ｒ，４３−Ｌ，Ｒの周速度ｖに対応して関数化される。実運転の車輌速度は、実軌道の曲率に概ね対応して定められるが、必ずしも全軌道上で速度が厳密に規定されていることはなく、ある程度の許容範囲内でその速度は運転手又は列車管理室の担当員により選択されている。（α（ｔｊ），β（ｔｊ），γ（ｔｊ））は、更に速度ｖを変数とする関数（α（ｔｊ，ｖ），β（ｔｊ，ｖ），γ（ｔｊ，ｖ））に変更され得る。このような角度の組を自由に生成することにより、任意の速度と任意の加速度で任意の曲線軌道を走行する軌道車の走行テストを実現することができる。γは、第１軸受についてはγ１で表され、第２軸受についてはγ２で表される。γ１は、基準角度位置に対して−γ２に等しい。一般的には、図５で示される６つの組のうちの３つ組については、αはαとα’で表され、βはβとβ’とで表され、６つの組についてγはそれぞれに６つの異なった値を取り得る。
【００５１】
図１に示される軌道車輌の走行模擬装置は、２つの４車輪走行輪ユニットがある１車輌又は３つの４車輪走行輪ユニットがあり屈折可能である１車輌の走行試験を可能にしている。複数の４車輪走行輪ユニットは、同じ曲率の軌道上にあるとは限らない。低速大曲率半径軌道を走行する車輌では、その複数の４車輪走行輪ユニットは異なる曲率半径軌道を走行する。このような低速大曲率半径軌道を走行する車両の試験では、角度関数の組は、前方側軌条形成ユニット１については（α１（ｔｊ，ｖ），β１（ｔｊ，ｖ），γ１（ｔｊ，ｖ））で規定され、中央側軌条形成ユニット２については、（α２（ｔｊ，ｖ），β２（ｔｊ，ｖ），γ２（ｔｊ，ｖ））で規定され、後方側軌条形成ユニット３については、（α３（ｔｊ，ｖ），β３（ｔｊ，ｖ），γ３（ｔｊ，ｖ））で規定される。
【００５２】
高速小曲率走行の試験と低速大曲率走行の試験では、自転機構で自転する４軌条輪のうちの前方の２つの軌条輪の車軸とそれらのうちの後方の２つの軌条輪の車軸との間の相対角度を調整することができることが特に重要である。このような試験は、速度変化と曲率変化とを伴う場合に更に有効である。高速小曲率走行と低速大曲率走行は、模擬精度が僅かに悪くても共振的車輌振動の発生が見落とされる恐れがある。曲率に応じた車輌の高速化のためには、模擬度合いを限りなく１００％に近づけることが重要である。このような重要性を確保するためには、前方側前後方向拘束ピン７１による車輌の前後方向の拘束、ねじ軸とキーとの連動精度のような機械的精度、軌条輪の半径のような幾何学的精度、関数設定のような数学的精度の向上が当然に望まれるが、本発明による軌道車輌の走行模擬装置は、そのような１００％の模擬度合いを原理的に実現することができる。
【００５３】
【発明の効果】
本発明による軌道車輌の走行模擬装置は、実軌道に限りなく正確に模擬した軌条輪によりあらゆるパターンの走行状態を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による軌道車輌の走行模擬装置の実施の形態を示す正面図である。
【図２】図２は、図１の平面図である。
【図３】図３は、図２の一部の正面図である。
【図４】図４は、図１の一部の平面図である。
【図５】図５は、軌道生成を示す幾何学図である。
【符号の説明】
１４・・・公転台
１７・・・第１モータ
２８・・・自転台
３９・・・第１軸受
４１・・・第２軸受
４３−Ｌ，Ｒ・・・第２軌条生成輪
６１・・・第２モータ
６４・・・第３モータ
７１・・・拘束具
７６ａ、７６ｂ・・・ステッピングモータ
８４・・・車輌
【図１】
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【図２】
0004859287.tif 000003
【図３】
0004859287.tif 000004
【図４】
0004859287.tif 000005
【図５】
0004859287.tif 000006