2020 Fiscal Year Annual Research Report
Vehicle Parameter Optimization Based on Bifurcation Analysis for Avoiding Hunting Motion
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18K04029
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| Research Institution | Nihon University |
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Principal Investigator |
安藝 雅彦 日本大学, 理工学部, 准教授 (60560480)
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2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 鉄道車両 / 蛇行動 / 非線形振動 / 車両力学 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
鉄道車両はある走行速度（限界速度）以上になると蛇行動と呼ばれる自励振動が発生する．蛇行動は乗客に不快感を覚える乗心地の悪化だけでなく，レールの破壊や脱線の危険すら生じる走行安全上の問題もある．従来，蛇行動を抑制するために台車と輪軸の間の支持ばねの剛性設計が行われてきた．近年ではレールと車輪間の力の非線形性を考慮した蛇行動分岐現象の解析も行われている．超臨界ホップ分岐となる車両パラメータであれば車両の運用上蛇行動発生の恐れはないが，亜臨界ホップ分岐となる車両パラメータならば蛇行動発生の恐れを含んで車両を運用することになる．そこで亜臨界ホップ分岐から超臨界ホップ分岐へと分岐特性を変更できるように車両パラメータを最適化することが必要である．
本研究では，非線形蛇行動の分岐特性を変更できる車両緒元の最適化を図ることを目的としており，一軸台車モデルを対象とした分岐特性の理論解析プログラムの作成，マルチボディダイナミクスソフトウェアによる台車モデルのモデリング，1/10スケール模型実験車両および軌条輪試験装置の製作と実験環境の整備を進めた．輪軸の質量，慣性モーメント，踏面形状，車体荷重を変化させたときの車輪・レール間の接線力を算出し，Mathematicaによりホップ分岐特性を確認し，さらにそれらのパラメータを用いてマルチボディダイナミクスソフトウェアSimpackによりシミュレーションによりホップ分岐特性が複雑な車両システムでも発生するかを確認した．踏面形状を円錐踏面として踏面勾配を変化させ，輪軸の質量，慣性モーメント，軸ばね等をパラメータとして，亜臨界ホップ分岐から超臨界ホップ分岐に遷移する最適パラメータを探索したところ，探索した範囲で最適パラメータは得られなかった．踏面形状を円弧踏面として踏面勾配を変化させて同様にした最適パラメータ探索は未達成である．
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