專利名稱：鐵路的左右穩態加速度模擬裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于模擬鐵道車輛在轉彎路段行駛時發生的左右穩態加速度的左右穩態加速度模擬裝置。
背景技術：
為提高鐵道車輛的乘坐舒適度需要根據軌道和車輛的狀態從乘客的立場準確評價各種變化的振動和加速度。為進行這種評價雖可考慮讓實驗用列車抽營業列車的空隙時間行駛進行評價，但有以下問題。
即不容易匯總每次行駛的車輛條件和軌道條件、再現性不好，所以評價的準確度低，縮短試驗間隔、進行多次試驗等在經濟上和效率上都有困難、開發時間長，變更性能和特性等條件不容易等問題。
而作為不依賴實驗用列車的模擬乘坐舒適度的裝置，在上下軸、左右軸、前后軸的振動上加上橫搖軸(繞前后軸的旋轉運動)的四軸簡易振動臺的模擬裝置是公知的(例如參考人類工程學第33卷第113～116頁(1997年))。該模擬裝置四個軸中可任意多個軸同時起振。根據該模擬裝置，行駛實驗用列車時的問題被消除。
但模擬鐵道車輛在轉彎路段行駛時發生的左右穩態加速度的裝置還沒有發現。
作為這種左右穩態加速度模擬裝置雖然可考慮利用使模擬客室左右方向移動而產生的加速度，但是，在轉彎區間長時，會長時間受到左右穩態加速度，故要想模擬這種情況，就需要很長的鐵軌，這就會產生使裝置大型化的問題。
發明內容
本發明是以解決上述問題點為課題的，目的是提供一種能以小型結構模擬左右穩態加速度長期施加在鐵道車輛上的情況的鐵道的左右穩態加速度模擬裝置。
為解決上述課題，本發明提供的左右穩態加速度模擬裝置包括模擬客室，模擬了鐵道車輛的內部裝備；基座，支承所述模擬客室；橫搖賦予裝置，設于所述基座和所述模擬客室之間，至少可對所述模擬客室賦予繞前后軸的旋轉運動；左右移動裝置，使所述基座向左右某一方向移動；控制裝置，控制所述橫搖賦予裝置和所述左右移動裝置，所述控制裝置利用所述橫搖賦予裝置使所述模擬客室繞前后軸旋轉、傾斜，從而對所述模擬客室的乘員產生重力加速度中沿傾斜面的分量即第一再現加速度，同時，利用所述左右移動裝置使所述基座向左右某一方向加速運動，對所述模擬客室的乘員產生第二再現加速度，利用所述第一再現加速度和所述第二再現加速度作為鐵道的左右穩態加速度。
在本發明的左右穩態加速度模擬裝置中，不是僅僅利用通過使與模擬客室一體化的基座加速運動由模擬客室的乘員體驗到的加速度來模擬鐵道的左右穩態加速度，而是在此加速度的基礎上，再利用使模擬客室橫搖旋轉并傾斜由模擬客室的乘員體驗到的加速度來模擬鐵道的左右穩態加速度。
因此，根據本發明的左右穩態加速度模擬裝置，即使在例如彎道區間長的情況下這種長期承受左右穩態加速度的情況下，也由于是利用通過使模擬客室加速運動由模擬客室的乘員體驗到的加速度以及使模擬客室傾斜而由模擬客室的乘員體驗到的加速度來模擬其左右穩態加速度，故使模擬客室左右方向移動的移動量不必太大。因此，可以小型的結構模擬左右穩態加速度長期施加在鐵道車輛上的情況。
在本發明的左右穩態加速度模擬裝置中，控制裝置最好將利用橫搖賦予裝置使模擬客室繞前后軸旋轉時的角加速度或角速度設定在人類不能辨別正在旋轉的范圍內。這種情況下，雖然模擬客室正在橫搖旋轉，但是模擬客室的乘員卻不會感覺到這一點，故不會影響乘坐舒適度。另外，上述范圍只要預先根據經驗確定即可。
在本發明的左右穩態加速度模擬裝置中，控制裝置最好通過將第一再現加速度不足的部分由第二再現加速度補償，來設定鐵道的左右穩態加速度。總之，在模擬鐵道的左右穩態加速度時，以第一再現加速度為主，以對它進行補償的形式利用第二再現加速度。這種情況下，第二再現加速度在要模擬的左右穩態加速度中所占的比例少，故可縮短與模擬客室一體化的基座的移動距離，可使裝置結構更加緊湊。
在本發明的左右穩態加速度模擬裝置中，控制裝置最好在第二再現加速度成為零的時刻基座正在左右某一方向移動時，將第二再現加速度調節為負值，同時據此調節第一再現加速度，以使該基座停止。在第二再現加速度成為零的時刻，僅由第一再現加速度模擬左右穩態加速度，因此即使維持該狀態不變也可模擬左右穩態加速度。但是，當在第二再現加速度成為零的時刻基座正在移動時，若維持該狀態不變，則基座持續恒速移動，結果左右方向的移動量變大。因此，在這種情況下，最好將第二再現加速度調節為負值，同時據此調節第一再現加速度，使該基座停止。這樣，基座就不會持續移動，可使裝置結構小型化。
圖1是本實施例乘坐舒適度模擬裝置的整體結構圖；圖2是傳動件安裝位置的說明圖；圖3A～E是對模擬客室賦予六軸振動時的動作說明圖；圖4是鐵道線路(軌道)的彎道的一例的說明圖；圖5是模擬鐵道車輛轉彎行駛時對乘員施加的加速度隨時間變化及模擬客室速度隨時間變化的曲線圖；圖6A、B第一再現加速度和第二再現加速度的說明圖。
具體實施例方式
下面根據
本發明的恰當的實施例。圖1是本實施例乘坐舒適度模擬裝置的整體結構圖。本實施例的乘坐舒適度模擬裝置1是表示本發明的左右穩態加速度模擬裝置的一例的裝置，具有模擬客室10、客室載置臺20、基座30、六個傳動件40、驅動裝置50、控制裝置60。
模擬客室10是模擬了鐵道車輛內部裝備的封閉空間，與鐵道車輛相同的座位11與鐵道車輛一樣地排列、周圍的墻壁和頂棚也與鐵道車輛同樣裝備，兩側面設置有模擬窗12。在該模擬窗12上安裝圖像裝置12a，在模擬行駛試驗中該映象裝置12a上放映出鐵道車輛行駛中的景色。且模擬客室10的內部設置有未圖示的揚聲器，在模擬試驗中從該揚聲器放出鐵道車輛行駛中的聲音。
客室載置臺20是用于載置模擬客室10的臺。模擬客室10通過高頻率振動臺25載置在該客室載置臺20上。高頻率振動臺25是能再現上下軸、左右軸、前后軸這三軸振動的比較小型的裝置，至少能再現5～40Hz的高頻帶的振動。
基座30是通過六個傳動件40支承客室載置臺20的臺。該基座30可沿左右方向延伸的兩根導軌31、31移動，具體說就是通過左右移動裝置32(相當于本發明的左右移動裝置)使基座30移動。左右移動裝置32在模擬行駛試驗中用于模擬轉彎行駛的情況。
如圖2所示，六個傳動件40在以客室載置臺20的假想三角形T1為頂面以基座30的假想三角形T2為底面的假想八面體中，沿連接假想三角形T1的頂點與假想三角形T2的頂點的六個邊分別設置。各傳動件40上端安裝在客室載置臺20的下面可自由轉動，下端安裝在基座30的上面可自由轉動。該傳動件40是油壓伺服傳動件(具有油壓控制機構活塞的振動發生部)，如圖3A～E所示，上端是活塞桿41、下端是油缸42。
驅動裝置50是用于驅動各傳動件40的裝置，是把未圖示的油壓泵產生的油壓供給傳動件40的裝置。
控制裝置60(相當于本發明的控制裝置)控制驅動裝置50，使由驅動裝置50的油壓泵產生的油壓成為各傳動件40所需要的壓力、流量，從而使各傳動件40動作。這樣對客室載置臺20上的模擬客室10賦予上下軸、左右軸、前后軸、平搖軸(繞上下軸的旋轉運動)、縱搖軸(繞前后軸的旋轉運動)、橫搖軸(繞前后軸的旋轉運動)這六軸的低頻帶的搖動或振動。另外，控制裝置60控制左右移動裝置32以任意加速度使與模擬客室10一體化的基座移動。
把象六個傳動件40及驅動裝置50這樣賦予六軸低頻帶的搖動或振動的裝置稱為六自由度振動裝置(相當于本發明的橫搖賦予裝置)。作為這種六自由度振動裝置可使用公知的斯圖爾特型六自由度運動機構等。
下面對本實施例乘坐舒適度模擬裝置1的六自由度振動裝置的動作進行說明。圖3A～E是對模擬客室賦予六軸振動時的動作說明圖。如該圖3A～E所示，控制裝置60通過控制驅動裝置50適當調節六個傳動件40的活塞桿41的突出量，把上下軸、左右軸、前后軸、橫搖軸、縱搖軸、平搖軸的低頻帶的搖動或振動賦予客室載置臺20及模擬客室10。控制裝置60通過控制驅動裝置50可使六軸中的任意多個軸同時起振。
下面，就本實施例的乘坐舒適度模擬裝置1模擬鐵道車輛在彎路行駛時發生的左右穩態加速度的動作進行說明。
如圖4所示，鐵道線路(軌道)的彎道由第一緩和曲線部91、圓曲線部92和第二緩和曲線步構成。第一緩和曲線部91是線路中自直線部90至圓曲線部92之間曲率半徑逐漸變小最終達到圓曲線部92的曲率半徑的部分。圓曲線部92是線路中具有一定的曲率半徑的部分。第二緩和曲線部93是線路中自圓曲線部92到直線部94之間曲率半徑逐漸變大最終到達直線部94的部分。
鐵道車輛在這種彎路中行駛時產生的加速度的一例示于圖5。該圖5上部表示模擬客室10的乘員受到的加速度和時間的關系，下部表示模擬客室10的移動速度和時間的關系。如圖5上部所示，左右穩態加速度α(點劃線)在第一緩和曲線部91以一定的比例增加，在圓曲線部92形成規定值(等加速度)。
在模擬該圖5上部的左右穩態加速度模式時，如圖6A、B所示，控制裝置60使模擬客室10橫搖并使與模擬客室10一體化的基座30加速運動。
也就是說，如圖6A所示，控制裝置60通過驅動裝置50使各傳動件40工作，從而使模擬客室10橫搖(參照圖3D)。于是，模擬客室10開始逐漸傾斜，對應其傾斜角度θ產生重力加速度中沿傾斜面的分量即第一再現加速度G1(＝g·sinθ)。總之，模擬客室10的乘員由于橫搖而體驗到第一再現加速度G1。如圖6B所示，控制裝置60通過經左右移動裝置32使模擬客室10以加速度G在左右某一方向移動，使模擬客室10的乘員體驗到第二再現加速度G2。該第二再現加速度G2是模擬客室的加速度G中沿傾斜面的分量(＝G·cosθ)。其結果，模擬客室10的乘員將第一再現加速度G1和第二再現加速度G2之和作為鐵道的左右穩態加速度體驗到。
下面，詳細說明模擬圖5上部的左右穩態加速度模式的順序。首先，預先根據經驗設定模擬客室10的乘員不能識別正在旋轉的角加速度及角速度的范圍(稱為無感范圍)，在第一緩和曲線部91中，在該無感范圍內使模擬客室10橫搖旋轉。這樣，隨著橫搖旋轉模擬客室10傾斜，其傾斜角度θ變大，第一再現加速度G1也變大，這里，第一再現加速度G1控制為以固定比率增加。然后，由第二再現加速度G2補償該第一再現加速度G1相對左右穩態加速度α不足的部分，來模擬左右穩態加速度α(＝G1+G2)。這里，第二再現加速度G2也以固定比率增加。
然后，在自切換到圓曲線部92的時刻開始的一段時間內，第一再現加速度G1仍然以固定比率增加，而對左右穩態加速度α不足的部分逐漸減少，因此，第二再現加速度G2以固定比率減少。
在第一再現加速度G1與左右穩態加速度α一致的時刻t2，第二再現加速度G2變為零。但是，在該t2時刻，與模擬客室10一體化的基座30以速度v0(參照圖5下部)移動，因此，當持續維持該狀態不變時，雖然，僅第一再現加速度G1就可模擬左右穩態加速度α，但由于與模擬客室10一體化的基座30持續移動，故導軌31、31的長度就不夠了。
于是，在過了時刻t2后，使第二再現加速度G2仍以固定比率減少而形成負值，使模擬客室10的速度降低。另外，第一再現加速度G1以固定比率增加，使得在其與形成負值的第二再現加速度G2相加時，與左右穩態加速度α一致。
在時刻t3以后，第二再現加速度G2雖然仍為負值，但通過使其絕對值以固定比率減少，最終在時刻t4使與模擬客室10一體化的基座30的移動速度為零。第一再現加速度G1在t3～t4期間以固定比率減少，使得在與第二再現加速度G2相加時，與左右穩態加速度α一致。
然后，在時刻t4以后，第二再現加速度G2為零，僅由第一再現加速度G1模擬左右穩態加速度α。總之，在時刻t4以后，在使與模擬客室10一體化的基座30停止的狀態下，僅利用模擬客室10的傾斜角度θ模擬左右穩態加速度α。
另外，在自圓曲線部經第二緩和曲線部直到直線部的情況下，只要進行相反的控制即可。
如上所詳述的，根據本實施例的乘坐舒適度模擬裝置1，即使在例如彎道區間長的情況下這種長期承受左右穩態加速度的情況下，也由于是利用通過使模擬客室10加速運動由模擬客室10的乘員體驗到的第二再現加速度G2以及使模擬客室10傾斜而由模擬客室10的乘員體驗到的第一再現加速度G1來模擬其左右穩態加速度，故使模擬客室10左右方向移動的移動量不必太大。因此，可以小型的結構模擬左右穩態加速度長期施加在鐵道車輛上的情況。
由于將使模擬客室10橫搖的角加速度或角速度設定在無感范圍內，故模擬客室10的乘員不會感覺到旋轉，故不會影響乘坐舒適度。特別是，由于模擬客室10是封閉空間，乘員不清楚外部的情況，故難于察覺旋轉的情況。其結果是乘員不會感到乘坐不適。
另外，在模擬鐵道的左右穩態加速度時，以第一再現加速度G1為主，以對它進行補償的形式利用第二再現加速度G2，因此，第二再現加速度G2在要模擬的左右穩態加速度中所占的比例少，故可縮短模擬客室10的移動距離，可使裝置結構更加緊湊。
另外，若在第二再現加速度G2成為零的時刻t2基座30正在移動時，由于將第二再現加速度G2調節為負值，同時據此調節第一再現加速度G1，使該基座在其后停止，故基座30不會持續移動，可使裝置結構小型化。
另外，本發明的實施例不限定于上述實施例，只要屬于本發明的技術范圍當然可采取種種方式。
例如上述實施例中作為使模擬客室10橫搖的橫搖賦予裝置使用了6個傳動件40，但是不特別限定于此，只要能使模擬客室10橫搖，則可采用任何裝置。具體地說，也可利用背景技術中所述的4軸模擬裝置。
在上述實施例中忽略了使模擬客室10橫搖時產生的離心力等，也可在考慮了離心力的情況下，模擬左右穩態加速度。
另外，在上述實施例中是通過左右移動裝置32使基座30移動的結構，但也可使基座30在左右方向上能自行走。
還有，在上述實施例中，作為左右穩態加速度模式，如圖5所示，例示了較簡單的模式，但是不僅是這樣直線變化的情況，即使是曲線變化的情況，也可由本發明的左右穩態加速度模擬裝置進行模擬。
產業上利用的可能性如以上所詳述，根據本發明的左右穩態加速度模擬裝置，可用小型結構模擬左右穩態加速度長期作用在鐵道車輛上的情況。
權利要求
1.一種鐵道的左右穩態加速度模擬裝置，其包括模擬客室，模擬了鐵道車輛的內部裝備；基座，支承所述模擬客室；橫搖賦予裝置，設于所述基座和所述模擬客室之間，至少可對所述模擬客室賦予繞前后軸的旋轉運動；左右移動裝置，使所述基座向左右某一方向移動；控制裝置，控制所述橫搖賦予裝置和所述左右移動裝置，其特征在于，所述控制裝置利用所述橫搖賦予裝置使所述模擬客室繞前后軸旋轉、傾斜，從而對所述模擬客室的乘員產生重力加速度中沿傾斜面的分量即第一再現加速度，同時，利用所述左右移動裝置使所述基座向左右某一方向加速運動，對所述模擬客室的乘員產生第二再現加速度，利用所述第一再現加速度和所述第二再現加速度兩者作為鐵道的左右穩態加速度。
2.如權利要求1所述的鐵道的左右穩態加速度模擬裝置，其特征在于，所述控制裝置將利用所述橫搖賦予裝置使所述模擬客室繞前后軸旋轉時的角加速度或角速度設定在人類不能辨別正在旋轉的范圍內。
3.如權利要求1或2所述的鐵道的左右穩態加速度模擬裝置，其特征在于，所述控制裝置通過由第二再現加速度補償所述第一再現加速度不足的部分，來作為鐵道的左右穩態加速度。
4.如權利要求1～3任一項所述的鐵道的左右穩態加速度模擬裝置，其特征在于，所述控制裝置在所述第二再現加速度成為零的時刻所述基座正在左右某一方向移動時，將所述第二再現加速度調節為負值，同時據此調節所述第一再現加速度，使該基座停止。
全文摘要
一種鐵路乘坐舒適度模擬裝置，能以小型結構模擬左右穩態加速度長期施加在鐵道車輛上的情況。本發明的乘坐舒適度模擬裝置中，控制裝置通過使各傳動件(40)動作，使模擬客室(10)橫搖。于是，模擬客室(10)開始逐漸傾斜，根據其傾斜角度θ，產生重力加速度g中沿傾斜面的分量即第一再現加速度G1。也就是說，模擬客室(10)的乘員利用橫搖體驗第一再現加速度G1。控制驅動裝置通過左右移動裝置以加速度G使模擬客室(10)在左右某一方向移動，由此，模擬客室(10)的乘員體驗到第二再現加速度G2。其結果，模擬客室(10)的乘員將第一再現加速度G1和第二再現加速度G2之和作為鐵道的左右穩態加速度體驗。
文檔編號G09B9/00GK1440547SQ01812137
公開日2003年9月3日 申請日期2001年6月25日 優先權日2000年6月30日
發明者橋本淳, 岡部仁, 森本榮一 申請人:東海旅客鐵道株式會社