超高速車両の姿勢制御と振動制御の統合化に関する研究

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12450095
• 研究機関: 東京農工大学
• 研究代表者: 永井 正夫 東京農工大学, 工学部, 教授 (10111634)
• 研究分担者: 田川 泰敬 東京農工大学, 大学院・生物システム応用科学研究科, 助教授 (20216807) ; 吉田 秀久 東京農工大学, 工学部, 助手 (00332635) ; 鎌田 崇義 東京農工大学, 工学部, 助教授 (60262119) ; 鈴木 康文 (財)鉄道総合技術研究所, 鉄道力学研究部, 研究職
• キーワード: 車体傾斜制御 / 振動制御 / 超過遠心加速度 / 輪重変動 / リンク機構

研究概要

本研究の目的は、超高速車両(車輪レール方式と磁気浮上方式)の固有の動揺現象、特に曲線部での超過遠心力による動揺現象を解析し、動力学的な見地から速度向上に有効な車両制御の概念を提案し、その効果を理論と実験により明らかにすることである
(1)従来からのアクティブ・サスペンションやダンパー制御の研究は、振動成分のみを対象としたいわゆる"振動制御"であり、積極的に車体の姿勢(傾斜角)制御をすることは対象外であった。本研究により、車体の姿勢制御と振動制御を統合したサスペンシヨンの最適な設計法を明らかにする。
(2)本研究ではマルチボデイーダイナミクス解析により、脱輪・脱線の目安となる内外輪の荷重バランス(輪重・横圧変動や、磁気浮上力変動)を考慮した車両の最適な傾斜機構を明らかにする。
(3)超過遠心力および軌道外乱に対して提案するサスペンションの制御方式の有効性を、室内模擬実験装置により明らかにする。
3年目である今年度は、具体的に以下を行った。
(1)昨年度構築した、固有振動数を解析モデルより、出力方程式を作成し、目標を実現する線形系の厳密唯一解と、非線形系の解析解とで、性能が一致することを確認した。
(2)作成した線形モデルによる線形系の厳密唯一解より、目標を実現するリンクを可変とするための駆動方式を導出し、緩和曲線を通過後の、左右加速度、輪重変動の応答を確認した。
(3)模型実験のより制御効果の検証をし、有効性を明らかにした。
(4)リンクを可変とする振動制御を設計し、実装し有効性を明らかにした。
※最後にこの3年間の研究成果を報告書にまとめると共に,学会発表などにより、今後積極的に研究成果を公表する。

研究成果

• [文献書誌] H.Yoshida, M.Nagai: "Tilting control of railway vehicle using electric actuators (Tilting control method using vehicle body information in real time)"International Journal of Applied Electromagnetics and Mechanics (IOS Press). 13(2001/2002). 137-144 (2002)
• [文献書誌] 吉田秀久, 永井正夫: "リンク式車体傾斜車両の研究(第1報、自然振子特性の解析)"日本機械学会D&D2002講演論文集. (CD-ROM). 304 (2002)
• [文献書誌] 吉田秀久, 永井正夫: "リンク式車体傾斜車両の研究(第2報、左右加速度と輪重変動の同時低減化)"日本機械学会第11回交通・物流部門大会講演論文集. No02-50. 215-218 (2002)
• [文献書誌] 吉田秀久, 永井正夫: "リンク式車体傾斜車両の研究(第3報)"日本機械学会2003年度年次大会講演論文集. (発表予定). (2003)
• [文献書誌] H.Yoshida, M.Nagai: "Study on Car Body Tilting System Using Variable Link Mechanism (1st Report : Fundamental Characteristics of Pendulum Motion)"The Japan Society of Mechanical Engineers, The International Symposium on Speed-up and Service Technology for Railway and Maglev Systems (STECH'03). (掲載予定). (2003)
• [文献書誌] M.Nagai, H.Yoshida: "Study on Car Body Tilting System Using Variable Link Mechanism (2nd Report : Perfect Tilting Condition and Tilting Control)"The Japan Society of Mechanical Engineers, The International Symposium on Speed-up and Service Technology for Railway and Maglev Systems (STECH'03). (掲載予定). (2003)