乗り心地
軌道の狂いの波長が車両の固有振動数と一致すると大きな揺れとなるため、列車の速度に応じて大きく影響する狂いの波長が異なる。このため、軌道の状態を検測し、狂いの生じているところに保線作業を行うことで対策する。曲線に関しては、曲線半径を大きくすることが根本的な対策であるが、現実的には困難であるため、緩和曲線長の延伸やカント量の変更で対策が行われる。また、レールの継ぎ目は寒暖の差によるレールの伸縮を吸収する役割があるが、列車が継ぎ目部分を走行することによる衝撃は乗り心地を損なうため、レールを溶接してロングレール化する対策が行われる。
車両側の対策には、まず車体の設計の改良がある。鉄道車両の輪軸は、レールと車輪が接する面(踏面)に勾配が付けられており、この踏面勾配の働きにより自己操舵性を発揮して曲線を滑らかに通過する仕組みになっている。しかし曲線通過のために必要なこの踏面勾配は一方で、直線を走行する際に蛇行動を起こす原因となる。蛇行動は乗り心地を悪化させるだけでなく、激しくなると脱線の原因ともなる。蛇行動を防止するためには、踏面勾配を小さくする、台車の前後の車軸間隔を広げる、輪軸と台車の間のがたを減らす、台車の回転抵抗を適切なものとする、といった方策があるが、曲線通過性能との兼ね合いとなる。台車の設計も重要であり、台車に組み込まれるばねの係数やダンパーの係数を適切に設計することで、振動の低減と蛇行動の防止を図ることができる。また、車両のビビリ振動を防ぐためには車体の剛性を高くする必要があり、可能であれば固有振動数を10ヘルツ以上にする。
このため高速列車ではカント不足となり、乗客には曲線外側への遠心力が働いた状態のままで走ることになる。日本の基準では、昭和30年代の試験結果に基づき、立っている乗客の5パーセントが許容できないとする左右定常加速度の値として、0.8 m/sが定められている。ただし全員着席を前提とする東海道新幹線ののぞみについては0.9 m/sを許容したことがある。曲線半径と、その曲線に実際に設定されているカントの大きさ、それに左右定常加速度の上限値から、その曲線を走行してよい上限通過速度が決められる。
また、曲線走行時の左右定常加速度について、その変化率も問題とされる。一定の加速度であれば乗客は耐えられるし、徐々に変化するのであっても乗客は予期できるので、手すりを握ったり足を開いたりして体勢を整えることができる。しかし急に変化すると予期が難しく、乗り心地に影響する。そこで直線と曲線を結ぶ区間に、曲率やカントを徐々に変化させる緩和曲線を設けている。日本では左右定常加速度の変化率は0.3 m/s以下が望ましく、0.4 m/sが上限とされ、緩和曲線の長さを決める根拠とされている。
ロール角速度は、カントによる傾きの変化率に車両のローリングが重なったもので、これも大きくなると乗り心地に悪影響が出る。これも緩和曲線の長さを決める根拠とされており、日本では5度/s以内という基準が設けられている。
乗り心地の改善策として、まず軌道側の対策としては、軌道をまっすぐ、または歪みのない曲線とするように軌道狂いをなくすことである。