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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023027716
(43)【公開日】2023-03-02
(54)【発明の名称】防振装置の特性決定方法
(51)【国際特許分類】
F16F 15/02 20060101AFI20230222BHJP
B61F 5/02 20060101ALI20230222BHJP
F16F 1/387 20060101ALI20230222BHJP
【ＦＩ】
F16F15/02 B
B61F5/02 A
F16F1/387 C
F16F15/02 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021133026
(22)【出願日】2021-08-17
(71)【出願人】
【識別番号】000173784
【氏名又は名称】公益財団法人鉄道総合技術研究所
(74)【代理人】
【識別番号】100104064
【弁理士】
【氏名又は名称】大熊 岳人
(72)【発明者】
【氏名】船田 瞭
(72)【発明者】
【氏名】秋山 裕喜
(72)【発明者】
【氏名】瀧上 唯夫
(72)【発明者】
【氏名】槇田 耕伸
(72)【発明者】
【氏名】間々田 祥吾
【テーマコード（参考）】
3J048
3J059
【Ｆターム（参考）】
3J048AA01
3J048BA19
3J048CB01
3J048EA17
3J059AA09
3J059BA42
3J059BA73
3J059BC06
3J059GA04
(57)【要約】
【課題】走行抵抗を受けて高速で走行する車両であっても振動低減効果を図ることができる防振装置の特性決定方法を提供する。
【解決手段】特性決定方法＃１００は、車両の車体に伝達する加振力を抑制する防振装置の特性を決定する方法であり、車両が所定の速度で定速走行になって、防振装置に所定の荷重が作用するときに、この防振装置の特性が高剛性から低剛性に変化するように、この防振装置の最適な特性を決定する最適特性決定工程＃１７０を含む。最適特性決定工程＃１７０は、防振装置の特性を表す荷重－変位曲線の傾きが小さくなる領域であるプラトー領域を決定する。特性決定方法＃１００は、車両が所定の速度で定速走行しているときに、車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重を演算する定速走行時荷重演算工程＃１２０を含み、最適特性決定工程＃１７０は、車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重に基づいて、プラトー領域を決定する。
【選択図】図７
【解決手段】特性決定方法＃１００は、車両の車体に伝達する加振力を抑制する防振装置の特性を決定する方法であり、車両が所定の速度で定速走行になって、防振装置に所定の荷重が作用するときに、この防振装置の特性が高剛性から低剛性に変化するように、この防振装置の最適な特性を決定する最適特性決定工程＃１７０を含む。最適特性決定工程＃１７０は、防振装置の特性を表す荷重－変位曲線の傾きが小さくなる領域であるプラトー領域を決定する。特性決定方法＃１００は、車両が所定の速度で定速走行しているときに、車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重を演算する定速走行時荷重演算工程＃１２０を含み、最適特性決定工程＃１７０は、車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重に基づいて、プラトー領域を決定する。
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
車両の車体に伝達する加振力を抑制する防振装置の特性を決定する防振装置の特性決定方法であって、
前記車両が所定の速度で定速走行になって、前記防振装置に所定の荷重が作用するときに、この防振装置の特性が高剛性から低剛性に変化するように、この防振装置の最適な特性を決定する最適特性決定工程を含むこと、
を特徴とする防振装置の特性決定方法。
前記車両が所定の速度で定速走行になって、前記防振装置に所定の荷重が作用するときに、この防振装置の特性が高剛性から低剛性に変化するように、この防振装置の最適な特性を決定する最適特性決定工程を含むこと、
を特徴とする防振装置の特性決定方法。
【請求項2】
請求項１に記載の防振装置の特性決定方法において、
前記最適特性決定工程は、前記防振装置の特性を表す荷重－変位曲線の傾きが小さくなる領域であるプラトー領域を決定する工程を含むこと、
を特徴とする防振装置の特性決定方法。
前記最適特性決定工程は、前記防振装置の特性を表す荷重－変位曲線の傾きが小さくなる領域であるプラトー領域を決定する工程を含むこと、
を特徴とする防振装置の特性決定方法。
【請求項3】
請求項２に記載の防振装置の特性決定方法において、
前記車両が所定の速度で定速走行しているときに、前記車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重を演算する定速走行時荷重演算工程を含み、
前記最適特性決定工程は、前記車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重に基づいて、前記プラトー領域を決定する工程を含むこと、
を特徴とする防振装置の特性決定方法。
前記車両が所定の速度で定速走行しているときに、前記車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重を演算する定速走行時荷重演算工程を含み、
前記最適特性決定工程は、前記車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重に基づいて、前記プラトー領域を決定する工程を含むこと、
を特徴とする防振装置の特性決定方法。
【請求項4】
請求項２又は請求項３に記載の防振装置の特性決定方法において、
前記プラトー領域外の特性を設定するプラトー領域外特性設定工程と、
前記車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重に基づいて、前記防振装置に作用する定速走行時の荷重を演算し、この防振装置に作用する定速走行時の荷重を、前記プラトー領域内の設定荷重中心として決定する設定荷重中心決定工程と、
前記プラトー領域内の前記設定荷重中心以外の特性を設定するプラトー領域内特性設定工程と、
前記プラトー領域外の特性と、前記プラトー領域内の設定荷重中心と、前記プラトー領域内の特性とに基づいて、前記車両の振動特性及び／又は走行安定性を評価する評価工程とを含み、
前記最適特性決定工程は、前記車両の振動特性及び／又は走行安定性の評価結果に基づいて、前記防振装置の最適な特性を決定する工程を含むこと、
を特徴とする防振装置の特性決定方法。
前記プラトー領域外の特性を設定するプラトー領域外特性設定工程と、
前記車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重に基づいて、前記防振装置に作用する定速走行時の荷重を演算し、この防振装置に作用する定速走行時の荷重を、前記プラトー領域内の設定荷重中心として決定する設定荷重中心決定工程と、
前記プラトー領域内の前記設定荷重中心以外の特性を設定するプラトー領域内特性設定工程と、
前記プラトー領域外の特性と、前記プラトー領域内の設定荷重中心と、前記プラトー領域内の特性とに基づいて、前記車両の振動特性及び／又は走行安定性を評価する評価工程とを含み、
前記最適特性決定工程は、前記車両の振動特性及び／又は走行安定性の評価結果に基づいて、前記防振装置の最適な特性を決定する工程を含むこと、
を特徴とする防振装置の特性決定方法。
【請求項5】
請求項４に記載の防振装置の特性決定方法において、
前記プラトー領域外特性設定工程は、前記プラトー領域外の剛性を設定パラメータとして設定する工程を含み、
前記設定荷重中心決定工程は、前記プラトー領域内の設定荷重中心を設定パラメータとして設定する工程を含み、
前記プラトー領域内特性設定工程は、前記プラトー領域内の剛性、変位幅及びヒステリシスを設定パラメータとして設定する工程を含み、
前記評価工程は、前記設定パラメータに基づいて、走行シミュレーションを実施して、前記車両の振動特性及び／又は走行安定性を評価する工程を含み、
前記最適特性決定工程は、前記車両の振動特性及び／又は走行安定性を両立する前記設定パラメータを前記防振装置の最適な特性として決定する工程を含むこと、
を特徴とする防振装置の特性決定方法。
前記プラトー領域外特性設定工程は、前記プラトー領域外の剛性を設定パラメータとして設定する工程を含み、
前記設定荷重中心決定工程は、前記プラトー領域内の設定荷重中心を設定パラメータとして設定する工程を含み、
前記プラトー領域内特性設定工程は、前記プラトー領域内の剛性、変位幅及びヒステリシスを設定パラメータとして設定する工程を含み、
前記評価工程は、前記設定パラメータに基づいて、走行シミュレーションを実施して、前記車両の振動特性及び／又は走行安定性を評価する工程を含み、
前記最適特性決定工程は、前記車両の振動特性及び／又は走行安定性を両立する前記設定パラメータを前記防振装置の最適な特性として決定する工程を含むこと、
を特徴とする防振装置の特性決定方法。
【請求項6】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の防振装置の特性決定方法において、
前記防振装置は、前記車両が鉄道車両であるときに、この鉄道車両の車体と台車とを連結するけん引装置に使用されること、
を特徴とする防振装置の特性決定方法。
前記防振装置は、前記車両が鉄道車両であるときに、この鉄道車両の車体と台車とを連結するけん引装置に使用されること、
を特徴とする防振装置の特性決定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、車両の車体に伝達する加振力を抑制する防振装置の特性を決定する防振装置の特性決定方法に関する。
【背景技術】
【0002】
走行中の鉄道車両の車体に発生する振動は、主に台車からの加振力伝達に起因している。従来の防振装置（以下、従来技術１という）は、ピンの外周部とゴム筒の内周部との間に間隙部が形成されている（例えば、特許文献１参照）。従来の車両の防振装置（以下、従来技術２という）は、鉄道車両の台車と車体とを連結するけん引装置に使用される緩衝ゴムの内周部とピンの外周部との間に隙間が形成されている（例えば、特許文献２参照）。従来技術１，２では、鉄道車両の一本リンクやヨーダンパのゴムブシュ部に適用することによって、走行安定性を損なわずに、台車から車体への加振力伝達を絶縁している。変位依存性緩衝ゴムによる鉄道車両の車体上下振動抑制（ヨーダンパへの適用と特急車両走行試験結果）では、実際に在来線車両を対象に走行試験を実施し、輪軸の質量アンバランス及び軌道変位により発生する車体振動を低減させる効果があることを実証した(例えば、非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開2007-139099号公報
【0004】
【特許文献2】特開2007-139100号公報
【0005】
【非特許文献1】相田健一郎,外5名,「変位依存性緩衝ゴムによる鉄道車両の車体上下振動抑制（ヨーダンパへの適用と特急車両走行試験結果）」,第22回鉄道技術連合シンポジウム講演論文集, 一般社団法人日本機械学会, 2015年12月9日～11日,第22巻,1709
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
図１５は、従来品の変位依存性緩衝ゴムの荷重－変位特性を一例として示すグラフである。図１５に示す縦軸は荷重[kN]であり、横軸は変位[mm]である。図１５に示すように、従来品の変位依存性緩衝ゴムでは、固定用ピンと防振ゴムを非接着とし、製造過程で生じる微小隙間により、ゴムブシュが無負荷（中立）に近い状態では「低剛性」、負荷荷重を大きくなるにつれて「高剛性」となる特性を実現している。現在、新幹線（登録商標）向けの防振装置について開発を進めており、車両試験台では同様の構造の変位依存性緩衝ゴムを新幹線車両に適用することで振動低減効果が確認されている。しかし、図１５に示すように、在来線ではゴムブシュが無負荷に近い定速走行中は「低剛性」の領域に留まっているのに対し、新幹線では走行抵抗の影響で「高剛性」の領域で平衡状態となるため、振動絶縁性が発揮できない可能性が高い。このため、実際の走行状態を想定し、在来線と比較して新幹線では走行中の走行抵抗、特に空気抵抗が大きいこと考慮すると、従来構造のままでは新幹線車両では振動低減効果が得られない可能性があると考えられる。
【0007】
この発明の課題は、走行抵抗を受けて高速で走行する車両であっても振動低減効果を図ることができる防振装置の特性決定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明は、以下に記載するような解決手段により、前記課題を解決する。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１、図２及び図４～図７に示すように、車両（２）の車体（３）に伝達する加振力を抑制する防振装置の特性を決定する防振装置（７Ａ，７Ｂ）の特性決定方法であって、前記車両が所定の速度で定速走行になって、前記防振装置に所定の荷重（Ｆrubber）が作用するときに、この防振装置の特性が高剛性から低剛性に変化するように、この防振装置の最適な特性を決定する最適特性決定工程（＃１５０）を含むことを特徴とする防振装置の特性決定方法（＃１００）である。
なお、この発明の実施形態に対応する符号を付して説明するが、この実施形態に限定するものではない。
請求項１の発明は、図１、図２及び図４～図７に示すように、車両（２）の車体（３）に伝達する加振力を抑制する防振装置の特性を決定する防振装置（７Ａ，７Ｂ）の特性決定方法であって、前記車両が所定の速度で定速走行になって、前記防振装置に所定の荷重（Ｆrubber）が作用するときに、この防振装置の特性が高剛性から低剛性に変化するように、この防振装置の最適な特性を決定する最適特性決定工程（＃１５０）を含むことを特徴とする防振装置の特性決定方法（＃１００）である。
【0009】
請求項２の発明は、請求項１に記載の防振装置の特性決定方法において、図６、図９及び図１１に示すように、前記最適特性決定工程は、前記防振装置の特性を表す荷重－変位曲線の傾きが小さくなる領域であるプラトー領域（ＡP）を決定する工程を含むことを特徴とする防振装置の特性決定方法である。
【0010】
請求項３の発明は、請求項２に記載の防振装置の特性決定方法において、図８及び図１１に示すように、前記車両が所定の速度で定速走行しているときに、前記車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重（ＦC）を演算する定速走行時荷重演算工程（＃１２０）を含み、前記最適特性決定工程は、前記車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重に基づいて、前記プラトー領域を決定する工程を含むことを特徴とする防振装置の特性決定方法である。
【0011】
請求項４の発明は、請求項２又は請求項３に記載の防振装置の特性決定方法において、図７、図９、図１１及び図１２に示すように、前記プラトー領域外の特性を設定するプラトー領域外特性設定工程（＃１３０）と、前記車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重に基づいて、前記防振装置に作用する定速走行時の荷重（Ｆrubber）を演算し、この防振装置に作用する定速走行時の荷重を、前記プラトー領域内の設定荷重中心として決定する設定荷重中心決定工程（＃１４０）と、前記プラトー領域内の前記設定荷重中心以外の特性を設定するプラトー領域内特性設定工程（＃１５０）と、前記プラトー領域外の特性と、前記プラトー領域内の設定荷重中心と、前記プラトー領域内の特性とに基づいて、前記車両の振動特性及び／又は走行安定性を評価する評価工程（＃１６０）とを含み、前記最適特性決定工程は、前記車両の振動特性及び／又は走行安定性の評価結果に基づいて、前記防振装置の最適な特性を決定する工程を含むことを特徴とする防振装置の特性決定方法である。
【0012】
請求項５の発明は、請求項４に記載の防振装置の特性決定方法において、図９、図１１及び図１２に示すように、前記プラトー領域外特性設定工程は、前記プラトー領域外の剛性を設定パラメータとして設定する工程を含み、前記設定荷重中心決定工程は、前記プラトー領域内の設定荷重中心を設定パラメータとして設定する工程を含み、前記プラトー領域内特性設定工程は、前記プラトー領域内の剛性、変位幅及びヒステリシスを設定パラメータとして設定する工程を含み、前記評価工程は、前記設定パラメータに基づいて、走行シミュレーションを実施して、前記車両の振動特性及び／又は走行安定性を評価する工程を含み、前記最適特性決定工程は、前記車両の振動特性及び／又は走行安定性を両立する前記設定パラメータを前記防振装置の最適な特性として決定する工程を含むことを特徴とする防振装置の特性決定方法である。
【0013】
請求項６の発明は、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の防振装置の特性決定方法において、図１及び図２に示すように、前記防振装置は、前記車両が鉄道車両であるときに、この鉄道車両の車体（３）と台車（４Ａ，４Ｂ）とを連結するけん引装置（５Ａ，５Ｂ）に使用されることを特徴とする防振装置の特性決定方法である。
【発明の効果】
【0014】
この発明によると、走行抵抗を受けて高速で走行する車両であっても振動低減効果を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法によって決定される防振装置を備える鉄道車両の模式図である。
【図2】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法によって決定される防振装置を備えるけん引装置の側面図である。
【図3】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法によって決定される防振装置を備えるけん引装置の平面図である。
【図4】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法によって決定される防振装置の外観図であり（Ａ）は正面図であり、（Ｂ）は側面図であり、（Ｃ）は（Ｂ）のIV-IVC線で切断した状態を示す断面図である。
【図5】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法によって決定される防振装置の緩衝ゴムが中立状態であるときの模式図であり、（Ａ）は平面図であり、（Ｂ）は側面図である。
【図6】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法によって決定される防振装置の荷重－変位特性を模式的に示すグラフである。
【図7】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法を説明するための工程図である。
【図8】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法の荷重演算工程を説明するための模式図である。
【図9】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法のプラトー領域内特性設定工程を説明するための模式図である。
【図10】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法においてプラトー領域設定荷重中心を決定するために使用される台車－車体間結合要素の前後方向の特性に着目したモデルを示す模式図である。
【図11】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法のプラトー領域内特性設定工程を説明するための模式図であり、（Ａ）は荷重－加速度の関係を一例として示すグラフであり、（Ｂ）は荷重－変位特性を一例として示すグラフである。
【図12】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法による振動低減及び走行安定性の確保が両立する設定パラメータの探索手法を一例として示すグラフであり、（Ａ）は蛇行動限界速度と加速度PSDとの関係を示すグラフであり、（Ｂ）はプラトー領域外剛性とプラトー領域変位幅との組み合わせを示すグラフである。
【図13】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法により決定される防振装置の荷重－変位特性を一例として示すグラフである。
【図14】この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法によって決定される防振装置の効果を表すグラフである。
【図15】従来の防振装置（従来品）の荷重－変位特性を一例として示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳しく説明する。
図１に示す軌道１は、車両２が走行する通路（線路）である。軌道１は、車両２の車輪４ａを支持し案内してこの車両２を走行させるレール１ａなどを備えている。車両２は、軌道１に沿って走行する鉄道車両である。車両２は、例えば、電車、気動車、機関車、客車又は貨車などである。図１に示す車両２は、例えば、新幹線の鉄道車両である。車両２は、図１及び図２に示す車体３と、図１に示す台車４Ａ，４Ｂと、図１及び図２に示すけん引装置５Ａ，５Ｂと、図１～図３に示す防振装置７Ａ，７Ｂなどを備えている。
図１に示す軌道１は、車両２が走行する通路（線路）である。軌道１は、車両２の車輪４ａを支持し案内してこの車両２を走行させるレール１ａなどを備えている。車両２は、軌道１に沿って走行する鉄道車両である。車両２は、例えば、電車、気動車、機関車、客車又は貨車などである。図１に示す車両２は、例えば、新幹線の鉄道車両である。車両２は、図１及び図２に示す車体３と、図１に示す台車４Ａ，４Ｂと、図１及び図２に示すけん引装置５Ａ，５Ｂと、図１～図３に示す防振装置７Ａ，７Ｂなどを備えている。
【0017】
図１及び図２に示す車体３は、鉄道車両の乗客又は貨物を積載し輸送するための構造物である。車体３は、図１に示すように、けん引装置５Ａ，５Ｂのけん引リンク６に連結される車体側連結部３ａを備えており、図２に示すようにこの車体側連結部３ａは車体３の床構造物（台枠）に固定されている。
【0018】
図１に示す台車４Ａ，４Ｂは、車体３を支持して走行する装置である。台車４Ａは、車両２の進行方向前側の第１台車であり、台車４Ｂは車両２の進行方向後側の第２台車である。台車４Ａ，４Ｂは、図１に示す車輪４ａと、台車枠４ｂと、空気ばね４ｃと、図１及び図２に示す台車側連結部４ｄなどを備えている。車輪４ａは、レール１ａと転がり接触する部材である。車輪４ａは、この車輪４ａと一体となって回転する車軸を有し、主電動機のような原動機が発生する駆動力によって、歯車を介してこの車軸を回転させることで回転駆動する。車輪４ａは、この車輪４ａと一体となって回転する車軸を回転自在に支持する軸箱支持装置によって、台車枠４ｂの所定の位置に保持されている。台車枠４ｂは、台車４Ａ，４Ｂの主要構成部である。台車枠４ｂは、例えば、車輪４ａを回転させる駆動力を発生する原動機、及び車両２を減速させるブレーキ力を発生するブレーキ装置などを搭載している。空気ばね４ｃは、車体３と台車枠４ｂとの間を結合し、車体３の垂直方向の荷重を支持しつつ、台車枠４ｂから車体３に伝わる振動を低減する装置である。空気ばね４ｃは、車体３と台車枠４ｂとの間を結合することによって、車体３と台車４Ａ，４Ｂとの間の前後方向及び左右方向の荷重を伝達する。図１～図３に示す台車側連結部４ｄは、けん引装置５Ａ，５Ｂのけん引リンク６に連結される部分である。台車側連結部４ｄは、図１に示すように、台車枠４ｂに設けられている。
【0019】
図１に示すけん引装置５Ａは、車体３と台車４Ａとを連結する装置であり、けん引装置５Ｂは車体３と台車４Ｂとを連結する装置である。けん引装置５Ａは、図１～図３に示すけん引リンク６と、図１～図４に示す防振装置７Ａ，７Ｂなどを備えている。けん引装置５Ａ，５Ｂは、車体３と台車４Ａ，４Ｂとの間で上下、左右、前後及び回転方向に防振装置７Ａ，７Ｂを介して弾性支持されている。図１～図３に示すけん引装置５Ａ，５Ｂは、一本のけん引リンクによって車体３と台車４Ａ，４Ｂとを緩衝ゴムを介して連結する一本リンク式けん引装置である。けん引装置５Ａは、車体３と台車４Ａとを防振装置７Ａ，７Ｂを介して連結しており、車体３と台車４Ａとの間で前後方向の力を伝達させる。けん引装置５Ｂは、車体３と台車４Ｂとを防振装置７Ａ，７Ｂを介して連結しており、車体３と台車４Ｂとの間で前後方向の力を伝達させる。けん引装置５Ａ，５Ｂは、いずれも同一構造であり、以下では車両２の進行方向前側のけん引装置５Ａについて説明し、車両２の進行方向後側のけん引装置５Ｂについては詳細な説明を省略する。
【0020】
図１～図３に示すけん引リンク６は、車体３と台車４Ａとの間で駆動力及び制動力などの前後力を伝達する部材である。けん引リンク６は、車体３と台車４Ａとの間で荷重を伝達するために、ピン９Ａとピン９Ｂとを防振装置７Ａ，７Ｂを介して連結する。図１～図３に示すけん引リンク６は、一本リンク式けん引装置の引張棒（リンク部材）であり、外観が棒状の金属製の部材でありけん引装置５Ａの本体部分（一本リンク本体）を構成する。けん引リンク６は、台車４Ａがモータ付き台車である場合には、車両２がエネルギーの供給を受けて進行する力行時の駆動力や、車両２が減速しつつ進行するブレーキ時の制動力を伝達する。けん引リンク６は、図２及び図３に示す保持部６ａ，６ｂと、図２に示すブシュ孔６ｃ，６ｄと、図２及び図３に示す連結部６ｅなどを備えている。
【0021】
図２及び図３に示す保持部６ａは、防振装置７Ａを保持する部分であり、保持部６ｂは防振装置７Ｂを保持する部分である。保持部６ａ，６ｂは、図２に示すように、けん引リンク６の両端部にそれぞれ形成されており、保持部６ａはけん引リンク６の台車４Ａ側に形成されており、保持部６ｂはこのけん引リンク６の車体３側に形成されている。ブシュ孔６ｃ，６ｄは、けん引リンク６の両端部を貫通する貫通孔である。ブシュ孔６ｃは、保持部６ａに形成されており、ブシュ孔６ｄは保持部６ｂに形成されている。図２及び図３に示す連結部６ｅは、保持部６ａと保持部６ｂとを連結する部分である。
【0022】
図１～図４に示す防振装置７Ａ，７Ｂは、車両２の車体３に伝達する加振力を抑制する装置である。図２に示すように、防振装置７Ａはけん引リンク６のブシュ孔６ｃとピン９Ａの軸部９ａとの間で伝達する振動を緩和し、防振装置７Ｂはけん引リンク６のブシュ孔６ｄとピン９Ｂの軸部９ａとの間で伝達する振動を緩和する。防振装置７Ａは台車４Ａ側のピン９Ａと外筒８Ａとの間に配置されており、防振装置７Ｂは車体３側のピン９Ｂと外筒８Ｂとの間に配置されている。防振装置７Ａ，７Ｂは、けん引装置５Ａの緩衝ゴム部分（一本リンクゴム）を構成している。防振装置７Ａ，７Ｂは、図２及び図４に示す外筒８Ａ，８Ｂと、図２～図４に示すピン９Ａ，９Ｂと、図３に示す固定部材１０Ａ，１０Ｂと、図２～図４に示す緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂと、図２～図５に示す剛性変化部１２などを備えている。防振装置７Ａ，７Ｂは、図１～図４に示す構造に緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂを用いることで、けん引装置５Ａに本来求められるけん引力の伝達及び走行安定性の確保と車体振動の低減とを、この防振装置７Ａ，７Ｂ全体として確保する。
【0023】
図２に示す外筒８Ａは、防振装置７Ａの外周部を構成する部材であり、外筒８Ｂは防振装置７Ｂの外周部を構成する部材である。外筒８Ａは、ピン９Ａ及び緩衝ゴム１１Ａと一体となった状態でけん引リンク６のブシュ孔６ｃに挿入され、外筒８Ｂはピン９Ｂ及び緩衝ゴム１１Ｂと一体となった状態でけん引リンク６のブシュ孔６ｄに挿入される部材である。外筒８Ａ，８Ｂは、いずれも同一構造であり、図２及び図３に示すように緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂをそれぞれ収容する金属製の部材である。外筒８Ａ，８Ｂは、図２に示すように、この外筒８Ａ，８Ｂの外周部がブシュ孔６ｃ，６ｄの内周部に圧入されておりブシュ孔６ｃ，６ｄと嵌合する。
【0024】
図２～図４に示すピン９Ａは、台車４Ａに連結される部材であり、ピン９Ｂは車体３に連結される部材である。図２及び図３に示すように、ピン９Ａは台車側連結部４ｄに連結されており、ピン９Ｂは車体側連結部３ａに連結されている。ピン９Ａ，９Ｂは、図４（Ａ）（Ｃ）に示すように、外観が棒状の金属製の部材（心棒）であり、図４（Ｂ）（Ｃ）に示すように緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの内周部と接合している。ピン９Ａ，９Ｂは、このピン９Ａ，９Ｂの外周部が、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの内周部と一体となって接合することによって、このピン９Ａ，９Ｂの軸方向に荷重が作用したときに、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂから軸部９ａが抜け出すのを防止する。ピン９Ａ，９Ｂは、いずれも同一構造であり、図２及び図４に示す緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂに収容される軸部９ａと、図２～図４に示す固定部材１０Ａ，１０Ｂを取り付ける取付部９ｂと、図３及び図４に示す取付部９ｂを貫通する取付孔９ｃなどを備えている。
【0025】
図３に示す固定部材１０Ａは、ピン９Ａを台車４Ａに固定する部材であり、固定部材１０Ｂはピン９Ｂを車体３に固定する部材である。固定部材１０Ａは、台車側連結部４ｄにピン９Ａを着脱自在に固定しており、固定部材１０Ｂは車体側連結部３ａにピン９Ｂを着脱自在に固定している。固定部材１０Ａ，１０Ｂは、例えば、ボルト頭部１０ａを有する締結ボルトである。固定部材１０Ａは、図２～図４に示すピン９Ａの取付孔９ｃに雄ねじ部を挿入して、台車側連結部４ｄの雌ねじ部にこの雄ねじ部の先端部がねじ込まれる。固定部材１０Ｂは、ピン９Ｂの取付孔９ｃに雄ねじ部を挿入して、車体側連結部３ａの雌ねじ部にこの雄ねじ部の先端部がねじ込まれる。
【0026】
図２～図４に示す緩衝ゴム１１Ａは、外筒８Ａとピン９Ａとの間で伝達する振動を緩和するとともに、これらの間に作用する衝撃を緩和する部材である。緩衝ゴム１１Ｂは、外筒８Ｂとピン９Ｂとの間で伝達する振動を緩和するとともに、これらの間に作用する衝撃を緩和する。緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂは、この緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの外周部が外筒８Ａ，８Ｂの内周部と接着しており、この緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの内周部がピン９Ａ，９Ｂの外周部と接着している。緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂは、外筒８Ａ，８Ｂの内周部とピン９Ａ，９Ｂの外周部との間にゴムを流し込むことによって略円筒状に成形されたゴム筒であり、外筒８Ａ，８Ｂの内周部とピン９Ａ，９Ｂの外周部とに加硫接着して一体となる。
【0027】
図６は、この発明の実施形態に係る防振装置の荷重－変位特性を一例として示すグラフである。図６に示す縦軸は荷重[kN]であり、横軸は変位[mm]である。プラトー領域ＡPは、例えば、図６に示すように、車両２の防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重Ｆrubberに合わせて設定されている。ここで、図６に示す荷重－変位曲線のプラス側（第１象限）は、図１に示すＤ方向の荷重に対する防振装置７Ａの特性を表す。一方、図６に示す荷重－変位曲線のマイナス側（第３象限）は、図１に示すＤ方向とは逆方向の荷重に対する防振装置７Ａの特性を表す。
【0028】
図２～図５に示す剛性変化部１２は、車両２が所定の速度で定速走行になって、防振装置７Ａ，７Ｂに所定の荷重Ｆrubberが作用するときに、この防振装置７Ａ，７Ｂの特性を高剛性から低剛性に変化させる手段の一例である。剛性変化部１２は、図６に示すように防振装置７Ａ，７Ｂの特性を表す荷重－変位曲線の傾きが小さくなるプラトー領域ＡPで、この防振装置７Ａ，７Ｂの特性を高剛性から低剛性に変化させる。ここで、プラトー領域ＡPは、図６に示すように、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの剛性が低剛性又はゼロの状態である領域である。剛性変化部１２は、プラトー領域ＡP内では荷重－変位曲線の傾きが小さくなるように、防振装置７Ａ，７Ｂの特性を低剛性に変化させる。一方、剛性変化部１２は、プラトー領域ＡP外では荷重－変位曲線の傾きが大きくなるように、防振装置７Ａ，７Ｂの特性を高剛性に変化させる。剛性変化部１２は、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの剛性が比較的高いプラトー領域ＡP外であるときには、台車４Ａと車体３との間に作用する駆動力及び制動力などの前後力である荷重を伝達させる。剛性変化部１２は、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの剛性が比較的低いプラトー領域ＡP内であるときには、台車４Ａから車体３への加振力の伝達を抑制することによって、車体３の弾性振動を低減させて乗り心地を向上させる。剛性変化部１２は、図２、図４及び図５に示す収容部１３と、図２～図５に示す袋体部１４と、図３～図５に示す流入部１５と、流出部１６などを備えている。
【0029】
図２、図４及び図５に示す収容部１３は、袋体部１４を収容する部分である。収容部１３は、この収容部１３の内部で袋体部１４が膨張状態及び収縮状態になるように、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂに形成された間隙部（空隙部）である。収容部１３は、図４（Ｂ）に示すように、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの周方向に所定の幅及び長さで、図４（Ｃ）に示すように緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂを貫通するように、スリット状に形成されている。収容部１３は、図２に示すように、けん引リンク６の中心線上に配置されており、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの中心線を中心として対称に配置されている。収容部１３は、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂに荷重が作用して、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂが弾性変形することによって隙間が変化する。
【0030】
図２～図５に示す袋体部１４は、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの荷重条件に応じて、流体の流入及び流出を切り替えることにより、膨張状態又は収縮状態に変化する部分である。ここで、流体は、空気などの気体又は油などの液体である。袋体部１４は、例えば、車両２の空気圧縮機が圧送する空気によって膨張及び収縮するエアバック、又は車両２の油圧ポンプが圧送する油によって膨張及び収縮する油圧アキュムレータなどである。袋体部１４は、例えば、収容部１３内に挿入された状態で、この袋体部１４の外周部が収容部１３の内周部に接着剤などによって接着されている。
【0031】
図３～図５に示す流入部１５は、袋体部１４に流体が流入する部分である。流入部１５は、流体を供給する流体供給部から袋体部１４にこの流体を流入させる流入口である。流入部１５は、例えば、流体が空気の場合には空気圧縮機から袋体部１４に空気を流入し、流体が油の場合には油圧ポンプから袋体部１４に油を流入する。流出部１６は、袋体部１４から流体が流出する部分である。
【0032】
次に、この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法について説明する。
以下では、図１に示す車両２が駆動車(Ｍ車(モータ有))の場合を例に挙げて説明する。
図７に示す特性決定方法＃１００は、車両２の車体３に伝達する加振力を抑制する防振装置７Ａ，７Ｂの特性を決定する方法である。特性決定方法＃１００では、図６に示すように、プラトー領域ＡPを有する防振装置７Ａ，７Ｂの荷重－変位特性を決定する。特性決定方法＃１００は、定速走行速度決定工程＃１１０と、定速走行時荷重演算工程＃１２０と、プラトー領域外特性設定工程＃１３０と、プラトー領域設定荷重中心決定工程＃１４０と、プラトー領域内特性設定工程＃１５０と、評価工程＃１６０と、最適特性決定工程＃１７０などを含む。特性決定方法＃１００は、例えば、パーソナルコンピュータなどを利用して、防振装置７Ａ，７Ｂの特性を決定するための特性決定プログラムに従って所定の処理を実行し、防振装置７Ａ，７Ｂの特性を決定する。
以下では、図１に示す車両２が駆動車(Ｍ車(モータ有))の場合を例に挙げて説明する。
図７に示す特性決定方法＃１００は、車両２の車体３に伝達する加振力を抑制する防振装置７Ａ，７Ｂの特性を決定する方法である。特性決定方法＃１００では、図６に示すように、プラトー領域ＡPを有する防振装置７Ａ，７Ｂの荷重－変位特性を決定する。特性決定方法＃１００は、定速走行速度決定工程＃１１０と、定速走行時荷重演算工程＃１２０と、プラトー領域外特性設定工程＃１３０と、プラトー領域設定荷重中心決定工程＃１４０と、プラトー領域内特性設定工程＃１５０と、評価工程＃１６０と、最適特性決定工程＃１７０などを含む。特性決定方法＃１００は、例えば、パーソナルコンピュータなどを利用して、防振装置７Ａ，７Ｂの特性を決定するための特性決定プログラムに従って所定の処理を実行し、防振装置７Ａ，７Ｂの特性を決定する。
【0033】
定速走行速度決定工程＃１１０は、車両２が定速で走行するときの車両２の走行速度を決定する工程である。定速速度決定工程＃１１０では、例えば、対象となる車両２の定速走行速度を240,320[km/h]などのように決定する。定速走行速度決定工程＃１１０では、車両２が走行する線区毎に常用又は多用される定速走行速度が決定される。
【0034】
定速走行時荷重演算工程＃１２０は、車両２が所定の定速走行しているときに、車体３の前後方向に作用する定速走行時の荷重ＦCを演算する工程である。定速走行時荷重演算工程＃１２０では、台車－車体間結合要素（空気ばね４ｃ及びけん引リンク６）による前後方向荷重（前後力）ＦCを演算する。定速走行時荷重演算工程＃１２０では、図８に示す車両２の定速走行時の台車－車体間結合要素による前後方向荷重（前後力）ＦCを、定速走行時の走行抵抗に基づく荷重として把握する。
【0035】
先ず、定速走行時荷重演算工程＃１２０では、例えば、車両２が新車である場合などには、車両２の走行抵抗を計算により把握する。ここで、走行抵抗とは、車両２が平坦直線路を無風時に走行するときに、車両２の走行を妨げる向きの車両全体に作用する抵抗力であり、車両２の走行速度の増加に伴って増加する。以下では、走行抵抗の中でも特に影響が大きい空気抵抗に着目して、定速走行時の台車－車体間結合要素による前後方向荷重ＦCを演算する場合を例に挙げて説明する。定速走行時荷重演算工程＃１２０では、１編成分の空気抵抗ＤAと１両分の空気抵抗Ｆaeroとを以下の数１に示す予測式又はシミュレーションによって演算する。
【0036】
【数1】
【0037】
ここで、数１に示すρ：空気密度、Ｖ：車両速度、Ａ’：車体断面積、ＣDp：先頭部及び後尾部の圧力抵抗係数、λ’：広義の摩擦抵抗に対する水力的摩擦抵抗係数、ｌ：車両長、ｄ’：車体断面の水力直径、Ｎcar：１編成の車両数である。定速走行時荷重演算工程＃１２０では、次に、数１に示す１両分の空気抵抗Ｆaeroから、図８に示す台車－車体間結合要素による前後方向荷重（車体３に対して台車４Ａ，４Ｂからそれぞれ前後方向に作用する定速走行時の荷重）ＦCを演算する。車両２が駆動車(Ｍ車(モータ有))の場合、車両２が定速を維持するためには、数１に示す１両分の空気抵抗Ｆaeroと台車－車体間結合要素による前後方向荷重ＦCが釣り合う(逆向きで大きさが等しい)必要がある。台車－車体間結合要素は、車体３と前後の台車４Ａ，４Ｂの間にそれぞれ設置されており、これらによる荷重が等しいとみなすと、１台車分の台車－車体間結合要素による前後方向荷重ＦCの大きさはＦc=Ｆaero/２の関係式で得られる。
【0038】
定速走行時荷重演算工程＃１２０では、例えば、車両２が既存車両である場合などには、実車両を用いた走行試験によって、防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重（けん引リンク６に作用する定速走行時の前後方向荷重）Ｆlinkを測定し、この測定結果に基づいて台車－車体間結合要素による前後方向荷重ＦCを把握する。先ず、定速走行時荷重演算工程＃１２０では、例えば、けん引リンク６に作用する荷重を検出するひずみゲージのような荷重検出部をけん引リンク６に取り付けて、走行試験時に装着した防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重Ｆlinkを実測によって把握する。次に、定速走行時荷重演算工程＃１２０では、以下の数２に示すけん引リンク６の１本分の剛性ｋlinkを導出する。
【0039】
【数2】
【0040】
ここで、数２に示すｋrubber：実車両を用いた走行試験を実施したときの実測条件における1本当たりのけん引リンク６の緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの剛性、ｋsupport：けん引リンク６の受け剛性である。ここで、けん引リンク６の受け剛性ｋsupportとは、けん引リンク６の受けとなる車体側連結部３ａ及び台車側連結部４ｄの剛性である。定速走行時荷重演算工程＃１２０では、数２に示すけん引リンク６の１本分の剛性ｋlinkを導出した後に、以下の数３によって空気ばね４ｃに作用する前後方向荷重Ｆairを演算する。
【0041】
【数3】
【0042】
ここで、数３に示すｋair：空気ばね４ｃの前後剛性である。定速走行時荷重演算工程＃１２０では、数３によって演算した空気ばね４ｃに作用する前後方向荷重（空気ばね１個当たりに作用する前後方向荷重）Ｆairにより、図８に示すように以下の数４を用いて１台車分の台車－車体間結合要素による前後方向荷重ＦCを把握する。
【0043】
【数4】
【0044】
図７に示すプラトー領域外特性設定工程＃１３０は、プラトー領域ＡP外の特性を設定する工程である。図９は、プラトー領域ＡPを有する荷重－変位特性を一例として示すグラフの第１象限を表すものである。図９に示す縦軸は荷重[kN]であり、横軸は変位[mm]である。プラトー領域外特性設定工程＃１３０では、図９に示すプラトー領域外剛性ｋrubberの範囲を設定する。ここで、図９に示すプラトー領域外剛性は、プラトー領域ＡP外における荷重－変位曲線の傾きである。プラトー領域外特性設定工程＃１３０では、例えば、現状のけん引リンクの緩衝ゴムの剛性と同等以上２倍以下の範囲内に適切な間隔で区切って、検討対象である緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂのプラトー領域外剛性[kN/mm]の候補として設定する。プラトー領域外特性設定工程＃１３０では、プラトー領域ＡP外の剛性を設定パラメータ（設定条件）として設定する。プラトー領域外特性設定工程＃１３０では、図６に示すように、図１に示すＤ方向の荷重に対するプラス側のプラトー領域ＡP外の設定パラメータを設定するとともに、図１に示すＤ方向とは逆方向の荷重に対するマイナス側のプラトー領域ＡP外の設定パラメータも設定される。
【0045】
設定荷重中心決定工程＃１４０は、防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重Ｆrubberを、プラトー領域ＡP内の設定荷重中心として決定する工程である。設定荷重中心決定工程＃１４０では、定速走行時荷重演算工程＃１２０において演算した定速走行時の台車－車体間結合要素による前後方向荷重ＦCに基づいて、防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重Ｆrubberを演算し、この防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重Ｆrubberを、プラトー領域ＡP内の設定荷重中心として決定する。図１０は、台車－車体間結合要素の前後方向の特性に着目したモデルを示す模式図である。設定荷重中心決定工程＃１４０では、プラトー領域外特性設定工程＃１３０において設定したプラトー領域外剛性ｋrubberを使用して、けん引リンク６の１本分の剛性ｋlinkを数２によって演算する。設定荷重中心決定工程＃１４０では、防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重(けん引リンク６に作用する定速走行時の前後方向荷重(けん引リンク荷重))Ｆrubberを計算により導出する。設定荷重中心決定工程＃１４０では、けん引リンク６に装着された防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重Ｆrubberをプラトー領域設定荷重中心として以下の数５によって演算する。
【0046】
【数5】
【0047】
設定荷重中心決定工程＃１４０では、プラトー領域外特性設定工程＃１３０において設定したプラトー領域外剛性ｋrubber[kN/mm]の候補毎に空気ばね４ｃとのバランスを考慮し、けん引リンク６に設定するプラトー領域設定荷重中心を決定する。
【0048】
【表1】
【0049】
表１は、プラトー領域外剛性ｋrubber、空気ばね４ｃの前後剛性ｋair、けん引リンク６の受け剛性ｋsupport及び１両分の空気抵抗Ｆaeroに具体的な数値を設定したときに演算された防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の前後方向の荷重Ｆrubberの各値の一例である。例えば、図１０及び表１に示すプラトー領域外剛性ｋrubberを18,20,22,24,26,28のように区切って設定し、空気ばね４ｃの前後剛性ｋairを車両２の諸元値から設定し、けん引リンク６の受け剛性ｋsupportを実車の測定値から設定する。次に、表１に示すプラトー領域外剛性ｋrubber毎にけん引リンク６の１本分の剛性ｋlinkを数２によって演算する。最後に、けん引リンク６に装着された防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重Ｆrubberを数５によって演算して、この防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重Ｆrubberをプラトー領域設定荷重中心として設定する。
【0050】
図１１は、設定荷重中心決定工程＃１４０において設定されるプラトー領域設定荷重中心を模式的に示すグラフである。図１１（Ａ）（Ｂ）に示す縦軸はけん引リンクにかかる荷重[kN]である。図１１（Ａ）に示す横軸は加速度[km/h/s]であり、図１１（Ｂ）に示す横軸は変位[mm]である。図１１は、240km/hの走行時における車両２の加速度及びプラトー領域ＡPを有する荷重－変位特性における応答の関係を一例として示すグラフである。図１１に示すように、加速度ゼロ（定速走行）であるときにけん引リンク６の緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの荷重－変位応答がプラトー領域ＡPに対応する。なお、図１１（Ａ）に示すグラフは、車両２の走行速度によって変化する。表１に示すプラトー領域外剛性ｋrubber毎に防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重Ｆrubberが計算されて、図１１に示すようにプラトー領域設定荷重中心が決定される。プラトー領域外特性設定工程＃１３０では、プラトー領域外剛性ｋrubberを設定範囲内で区切って複数の値を設定しており、空気ばね４ｃの前後剛性ｋairとけん引リンク６の１本分の剛性ｋlinkとの比がこの値によって変化する。この場合には、空気ばね４ｃ及びけん引リンク６にかかる前後力の負担割合が変化するため、設定荷重中心決定工程＃１４０においてプラトー領域設定荷重中心(防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重Ｆrubber)をそれぞれのプラトー領域外剛性ｋrubberに対して演算する。設定荷重中心決定工程＃１４０では、図９に示すように、プラトー領域設定荷重中心を設定パラメータ（設定条件）として設定する。
【0051】
プラトー領域内特性設定工程＃１５０は、プラトー領域ＡP内の設定荷重中心以外の特性を設定する工程である。プラトー領域内特性設定工程＃１５０では、プラトー領域設定荷重中心以外の他の設定パラメータの範囲が設定される。プラトー領域内特性設定工程＃１５０では、図９に示すプラトー領域内剛性の範囲、プラトー領域変位幅及びプラトー領域ヒステリシスを設定する。ここで、図９に示すプラトー領域内剛性は、プラトー領域ＡP内における荷重－変位曲線の傾きである。プラトー領域内剛性[kN/mm]は、例えば、0以上プラトー領域外剛性未満に設定される。プラトー領域変位幅とは、プラトー領域ＡP内における緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの変位量である。プラトー領域変位幅[mm]は、例えば、0以上0.2以下に設定される。プラトー領域ヒステリシスは、負荷時の荷重値と除荷時の荷重値とのずれ量である。プラトー領域ヒステリシス[kN]は、例えば、0以上1未満に設定される。プラトー領域内特性設定工程＃１５０では、図９に示すように、プラトー領域内剛性、プラトー領域変位幅及びプラトー領域ヒステリシスを設定パラメータ（設定条件）として設定する。プラトー領域内特性設定工程＃１５０では、図１１に示すように、図１に示すＤ方向の荷重に対するプラス側のプラトー領域ＡP内の設定パラメータを設定するとともに、図１に示すＤ方向とは逆方向の荷重に対するマイナス側のプラトー領域ＡP内の設定パラメータも同様に設定される。
【0052】
評価工程＃１６０は、プラトー領域ＡP外の特性と、プラトー領域ＡP内の設定荷重中心と、プラトー領域ＡP内の特性とに基づいて、車両２の振動特性及び走行安定性を評価する工程である。評価工程＃１６０では、プラトー領域外特性設定工程＃１３０、設定荷重中心決定工程＃１４０及びプラトー領域内特性設定工程＃１５０において設定した設定パラメータに基づいて、走行シミュレーションを実施して、車両２の振動特性及び走行安定性を評価する。評価工程＃１６０では、全てのプラトー領域ＡPの設定条件（検討パラメータ）の組み合わせに対して振動特性及び走行安定性を検証する。先ず、区切られたプラトー領域外剛性と、その他のプラトー領域変位幅、プラトー領域ヒステリシス及びプラトー領域内剛性の３つのパラメータの範囲を、それぞれ適切な間隔で区切って値を選択し、それらの値を組み合わせたプラトー領域ＡPを含む荷重－変位特性を作成する。
【0053】
【表2】
【0054】
表２は、各パラメータの組み合わせによって構成される荷重－変位特性の一例である。先ず、表２に示すように、プラトー領域変位幅、プラトー領域ヒステリシス及びプラトー領域内剛性の範囲をそれぞれ決定し、これらの範囲を適切な間隔で区切り、これらの組み合わせ毎に、プラトー領域ＡPを有する荷重－変位特性を決定する。例えば、表２に示すように、プラトー領域外特性設定工程＃１３０において設定した6通りのプラトー領域外剛性に対して、プラトー領域変位幅を10通り設定し、プラトー領域ヒステリシスを5通り設定し、プラトー領域内剛性を4通り設定し、6×10×5×4=1200通りの荷重－変位特性が作成される。
【0055】
次に、作成したプラトー領域ＡPを有する防振装置７Ａ，７Ｂを備えるけん引リンク６を装着した車両モデルを全ての条件毎に構築し、走行シミュレーションを実施する。走行シミュレーションの結果から加速度パワースペクトル密度(Power spectral density(以下、PSDという))を演算して振動特性を評価するとともに、蛇行動限界速度を演算して走行安定性を評価する。ここで、振動特性は、例えば、車両２の走行予定軌道の模擬走行を行って、着目する車体床面の加速度を出力し、出力した加速度に基づいて加速度PSDを把握して評価する。走行安定性は、レール１ａと車輪４ａとの接触などを含む非線形性を考慮した車両２の蛇行動限界速度によって評価する。蛇行動限界速度とは、車両２がレール１ａ上を走行するときに起きる左右動、ローリング運動及びヨーイング運動が連成した自励振動である蛇行動が発生する限界速度である。
【0056】
最適特性決定工程＃１７０は、防振装置７Ａ，７Ｂの最適な特性を決定する工程である。最適特性決定工程＃１７０では、車両２の振動特性及び走行安定性の評価結果に基づいて、防振装置７Ａ，７Ｂの最適な特性を決定する。最適特性決定工程＃１７０では、車両２が所定の速度で定速走行になって、防振装置７Ａ，７Ｂに所定の荷重Ｆrubberが作用するときに、防振装置７Ａ，７Ｂの特性が高剛性から低剛性に変化するように、防振装置７Ａ，７Ｂの最適な特性が決定される。最適特性決定工程＃１７０では、図６、図９及び図１１に示すように、防振装置７Ａ，７Ｂの特性を表す荷重－変位曲線の傾きが小さくなる領域であるプラトー領域ＡPが決定される。最適特性決定工程＃１７０では、車体３の前後方向に作用する定速走行時の荷重ＦCに基づいて、プラトー領域ＡPを決定する。最適特性決定工程＃１７０では、車両２の振動特性及び走行安定性を両立する設定パラメータを防振装置７Ａ，７Ｂの最適な特性として決定する。
【0057】
最適特性決定工程＃１７０では、車両２の弾性振動の低減と走行安定性の確保とが両立する設定パラメータを把握する。図１２（Ａ）は、蛇行動限界速度と加速度PSDとの関係を示すグラフである。図１２（Ａ）に示す縦軸は加速度PSD(13.3Hz)[(m/s2)2/Hz]であり、横軸は蛇行動限界速度[km/h]である。図１２は、プラトー領域内剛性0kN/mm及びプラトー領域ヒステリシス0.5kNを固定値にして、プラトー領域外剛性を20～28kN/mmの範囲で変更させ、プラトー領域変位幅を0.02～0.20mmの範囲で変更した場合のグラフである。図１２（Ａ）に示す加速度PSDは、けん引リンクを介した車体上下弾性振動が発生している周波数の車体床面中央の結果である。図１２（Ｂ）は、プラトー領域外剛性とプラトー領域変位幅との組み合わせを示すグラフである。図１２（Ｂ）に示す縦軸はプラトー領域変位幅[mm]であり、横軸はプラトー領域外剛性[kN/mm]である。
【0058】
図１２（Ａ）に示す黒点は、既存品の緩衝ゴムの加速度PSD及び蛇行動限界速度である。ここで、既存品は、一般の車両で使用されている現状品の隙間のない緩衝ゴムである。濃色の領域は、既存品の通常の緩衝ゴムを装着した場合よりも、車体上下弾性振動が低減し、蛇行動限界速度が大きくなる。このため、図１２（Ａ）の濃色の範囲内の設定パラメータ（プロット形状）が、図１２（Ｂ）に示す濃色の範囲内の組み合わせの設定パラメータであり、濃色の範囲内の設定パラメータについては振動低減と走行安定性とを両立することができる。例えば、プラトー領域変位幅が小さい領域では、プラトー領域外剛性を小さくし、プラトー領域変位幅が大きい領域では、プラトー領域外剛性を大きくすることによって、振動低減と走行安定性とを両立することができる。
【0059】
図１３は、発明品の荷重－変位特性を一例として示すグラフである。図１３に示す縦軸は荷重[kN]であり、横軸は変位[mm]である。ここで、発明品は、この実施形態に係るプラトー領域ＡPを有する防振装置７Ａ，７Ｂであり、新幹線の変位依存性緩衝ゴムである。図１４は、床面上下加速度PSDを一例として示すグラフである。図１４に示す縦軸は、加速度PSD[(m/s2)2/Hz]であり、横軸は周波数[Hz]である。図１３及び図１４に示すグラフは、いずれもシミュレーションモデルによる検証結果である。図１３に示すように、新幹線の定速走行時の荷重（走行抵抗負荷時の荷重）にプラトー領域ＡPを設定し、振動解析モデルによって振動低減効果を予測した。図１４に示すように、既存品及び従来品に比べて発明品では車体上下振動が低減して乗り心地の向上効果が確認された。
【0060】
この発明の実施形態に係る防振装置の特性決定方法は、以下に記載するような効果を奏する。
(1) この実施形態では、車両２が所定の速度で定速走行になって、防振装置７Ａ，７Ｂに所定の荷重Ｆrubberが作用するときに、防振装置７Ａ，７Ｂの特性が高剛性から低剛性に変化するように、防振装置７Ａ，７Ｂの最適な特性を決定する。このため、走行抵抗を受けて高速で走行する車両であっても振動低減効果を図ることができる。例えば、走行中の空気抵抗が大きい新幹線などの高速鉄道に適用することで、台車４Ａ，４Ｂから車体３への加振力の伝達が抑制されるため、車体振動を低減することができるとともに、固体伝搬音の低減を期待することができ、快適性を向上させることができる。
(1) この実施形態では、車両２が所定の速度で定速走行になって、防振装置７Ａ，７Ｂに所定の荷重Ｆrubberが作用するときに、防振装置７Ａ，７Ｂの特性が高剛性から低剛性に変化するように、防振装置７Ａ，７Ｂの最適な特性を決定する。このため、走行抵抗を受けて高速で走行する車両であっても振動低減効果を図ることができる。例えば、走行中の空気抵抗が大きい新幹線などの高速鉄道に適用することで、台車４Ａ，４Ｂから車体３への加振力の伝達が抑制されるため、車体振動を低減することができるとともに、固体伝搬音の低減を期待することができ、快適性を向上させることができる。
【0061】
(2) この実施形態では、防振装置７Ａ，７Ｂの特性を表す荷重－変位曲線の傾きが小さくなる領域であるプラトー領域ＡPを決定する。このため、想定される車両２の速度に対応した走行抵抗に合わせて、荷重－変位曲線の傾きが小さくなるプラトー領域ＡPを持たせて、振動絶縁効果を持たせることができる。また、走行速度がより高い領域では、既存品と同様に荷重－変位曲線の傾きが大きくなり、走行安定性への影響を最小限に抑えることができる。
【0062】
(3) この実施形態では、車両２が所定の速度で定速走行しているときに、車体３の前後方向に作用する定速走行時の荷重ＦCを演算し、車体３の前後方向に作用する定速走行時の荷重ＦCに基づいて、プラトー領域ＡPを決定する。このため、例えば、定速走行時の台車－車体間結合要素に作用する前後方向の荷重ＦCを把握し、車両２の走行速度に対応する走行抵抗値に基づいてプラトー領域ＡPを設定する荷重域（プラトー領域設定荷重中心）を決定することができる。
【0063】
(4) この実施形態では、プラトー領域ＡP外の特性を設定し、車体３の前後方向に作用する定速走行時の荷重ＦCに基づいて、防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重Ｆrubberを演算し、この防振装置７Ａ，７Ｂに作用する定速走行時の荷重Ｆrubberをプラトー領域内の設定荷重中心として決定し、プラトー領域ＡP内の特性を設定する。また、この実施形態では、プラトー領域ＡP外の特性と、プラトー領域内の設定荷重中心と、プラトー領域ＡP内の特性とに基づいて、車両の振動特性及び走行安定性を評価する。さらに、この実施形態では、車両２の振動特性及び走行安定性の評価結果に基づいて、防振装置７Ａ，７Ｂの最適な特性を決定する。このため、例えば、シミュレーション結果から振動特性及び走行安定性を両立するプラトー領域ＡPを有する防振装置７Ａ，７Ｂの最適な特性を決定することができる。
【0064】
(5) この実施形態では、プラトー領域外剛性を設定パラメータとして設定し、プラトー領域内設定荷重中心、プラトー領域内剛性、プラトー領域変位幅及びプラトー領域ヒステリシスを設定パラメータとして設定する。また、この実施形態では、これらの設定パラメータに基づいて、走行シミュレーションを実施して、車両２の振動特性及び走行安定性を評価し、車両２の振動特性及び走行安定性を両立する設定パラメータを防振装置７Ａ，７Ｂの最適な特性として決定する。このため、最適化で得られた荷重－変位特性を実現可能な構造を有する防振装置７Ａ，７Ｂを実装することができる。
【0065】
(6) この実施形態では、鉄道車両の車体３と台車４Ａ，４Ｂとを連結するけん引装置５Ａ，５Ｂに防振装置７Ａ，７Ｂが使用される。このため、台車４Ａ，４Ｂから車体３への振動の伝達を抑制することによって、車体３の弾性振動を低減し、乗り心地を向上させることができるとともに、走行安定性を実現することができる。
【0066】
この発明は、以上説明した実施形態に限定するものではなく、以下に記載するように種々の変形又は変更が可能であり、これらもこの発明の範囲内である。
(1) この実施形態では、車両２が新幹線を走行する新幹線車両である場合を例に挙げて説明したが、在来線を走行する在来線車両、又は新幹線と在来線とを相互に走行可能な新在直通運転用の車両などについても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、鉄道車両の防振装置７Ａ，７Ｂに使用される緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂを例に挙げて説明したが、自動車、機械類などの移動体のサスペンション装置、ダンパ装置、免振装置、制振装置などに使用される緩衝ゴムについても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、けん引装置５Ａ，５Ｂの緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂを例に挙げて説明したが、このようなけん引装置５Ａ，５Ｂの緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂにこの発明を限定するものではない。例えば、図１に示す車両２のまくらばりと車体３又は台車枠４ｂとをリンク部材によって連結するボルスタアンカ装置、車両２の車体３と台車枠４ｂとをリンク部材によって連結するヨーダンパ装置、軸箱と一体の軸ばりと台車枠４ｂとをリンク部材によって連結する軸ばり式の軸箱支持装置、一方の車体３の妻面と他方の車体３の妻面とをリンク部材によって連結する車端ダンパ装置、一方の車体３と他方の車体３とを左右のレール１ａ方向にリンク部材によって連結する車体間ヨーダンパ装置などの緩衝ゴムについても、この発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂを用いてプラトー領域ＡPを有する防振装置７Ａ，７Ｂを構成する場合を例に挙げて説明したが、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂ以外を用いてプラトー領域ＡPを有する防振装置を構成する場合についても、この発明を適用することができる。例えば、ダンパ自体の特性でプラトー領域ＡPを有する防振装置を実現したり、防振ゴムの外側に別の部材を付加してプラトー領域ＡPを有する防振装置を実現したり、アクティブに変位－荷重特性を制御することによってプラトー領域ＡPを有する防振装置を実現する場合についても、この発明を適用することができる。
(1) この実施形態では、車両２が新幹線を走行する新幹線車両である場合を例に挙げて説明したが、在来線を走行する在来線車両、又は新幹線と在来線とを相互に走行可能な新在直通運転用の車両などについても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、鉄道車両の防振装置７Ａ，７Ｂに使用される緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂを例に挙げて説明したが、自動車、機械類などの移動体のサスペンション装置、ダンパ装置、免振装置、制振装置などに使用される緩衝ゴムについても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、けん引装置５Ａ，５Ｂの緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂを例に挙げて説明したが、このようなけん引装置５Ａ，５Ｂの緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂにこの発明を限定するものではない。例えば、図１に示す車両２のまくらばりと車体３又は台車枠４ｂとをリンク部材によって連結するボルスタアンカ装置、車両２の車体３と台車枠４ｂとをリンク部材によって連結するヨーダンパ装置、軸箱と一体の軸ばりと台車枠４ｂとをリンク部材によって連結する軸ばり式の軸箱支持装置、一方の車体３の妻面と他方の車体３の妻面とをリンク部材によって連結する車端ダンパ装置、一方の車体３と他方の車体３とを左右のレール１ａ方向にリンク部材によって連結する車体間ヨーダンパ装置などの緩衝ゴムについても、この発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂを用いてプラトー領域ＡPを有する防振装置７Ａ，７Ｂを構成する場合を例に挙げて説明したが、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂ以外を用いてプラトー領域ＡPを有する防振装置を構成する場合についても、この発明を適用することができる。例えば、ダンパ自体の特性でプラトー領域ＡPを有する防振装置を実現したり、防振ゴムの外側に別の部材を付加してプラトー領域ＡPを有する防振装置を実現したり、アクティブに変位－荷重特性を制御することによってプラトー領域ＡPを有する防振装置を実現する場合についても、この発明を適用することができる。
【0067】
(2) この実施形態では、けん引装置５Ａ，５Ｂとして一本リンク式けん引装置を例に挙げて説明したが、Ｚ形のリンク機構によって車体３と台車４Ａ，４Ｂとを連結するＺリンク式けん引装置についても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂがピン付きゴムブシュである場合を例に挙げて説明したが、ピン付きゴムブシュ以外の緩衝ゴムについてもこの発明を適用することができる。さらに、この実施形態では、走行抵抗として空気抵抗を主要因として例に挙げて説明したが、軸受／車軸間及び車輪／レール間に発生する摩擦抵抗による機械抵抗についても空気抵抗とともに走行抵抗として考慮する場合についても、この発明を適用することができる。
【0068】
(3) この実施形態では、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの内部に収容部１３を形成する場合を例に挙げて説明したが、緩衝ゴム１１Ａ，１１Ｂの内周部とピン９Ａ，９Ｂの軸部９ａの外周部との間に収容部を形成する場合についても、この発明を適用することができる。また、この実施形態では、車体３の車体振動を弾性振動の例に挙げて説明したが、車体３のねじり振動や車体３の弾性変形を伴わない車体３の前後、上下、左右軸方向への並進又はこれらの軸まわりの回転運動などについてもこの発明を適用することができる。
【0069】
(4) この実施形態では、評価工程＃１６０において、走行シミュレーションの結果から加速度PSDを演算して振動特性を評価する場合を例に挙げて説明したが、乗り心地レベルを演算して振動特性を評価する場合についても、この発明を適用することができる。ここで、乗り心地レベルとは、車両の上下及び左右振動加速度についてフィルタにより感覚補正して一定時間の実効値を求め、基準振動加速度との比を対数表示して評価する方法である。また、この実施形態では、評価工程＃１６０において、車両２の振動特性及び走行安定性を評価する場合を例に挙げて説明したが、車両２の振動特性又は走行安定性のいずれか一方を評価する場合についても、この発明を適用することができる。
【符号の説明】
【0070】
１ 軌道
１ａ レール
２ 車両
３ 車体
３ａ 車体側連結部
４Ａ，４Ｂ 台車
４ａ 車輪
４ｂ 台車枠
４ｃ 空気ばね
４ｄ 台車側連結部
５Ａ，５Ｂ けん引装置
６ けん引リンク
７Ａ，７Ｂ 防振装置
８Ａ，８Ｂ 外筒
９Ａ，９Ｂ ピン
１１Ａ，１１Ｂ 緩衝ゴム
１２ 剛性変化部
１３ 収容部
１４ 袋体部
１５ 流入部
１６ 流出部
ＦC 台車－車体間結合要素による前後方向荷重(車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重)
Ｆrubber 防振装置に作用する定速走行時の荷重(プラトー領域設定荷重中心(所定の荷重))
Ｆaero １両分の空気抵抗
Ｆair 空気ばねに作用する前後方向荷重
Ｆlink 防振装置に作用する定速走行時の荷重（けん引リンクに作用する定速走行時の前後方向荷重）
ｋlink けん引リンクの１本分の剛性
ｋrubber プラトー領域外剛性（１本当たりのけん引リンクの緩衝ゴムの剛性）
ｋsupport けん引リンクの受け剛性
ｋair 空気ばねの前後剛性
ＡP プラトー領域
Ｄ 方向（進行方向）
１ａ レール
２ 車両
３ 車体
３ａ 車体側連結部
４Ａ，４Ｂ 台車
４ａ 車輪
４ｂ 台車枠
４ｃ 空気ばね
４ｄ 台車側連結部
５Ａ，５Ｂ けん引装置
６ けん引リンク
７Ａ，７Ｂ 防振装置
８Ａ，８Ｂ 外筒
９Ａ，９Ｂ ピン
１１Ａ，１１Ｂ 緩衝ゴム
１２ 剛性変化部
１３ 収容部
１４ 袋体部
１５ 流入部
１６ 流出部
ＦC 台車－車体間結合要素による前後方向荷重(車体の前後方向に作用する定速走行時の荷重)
Ｆrubber 防振装置に作用する定速走行時の荷重(プラトー領域設定荷重中心(所定の荷重))
Ｆaero １両分の空気抵抗
Ｆair 空気ばねに作用する前後方向荷重
Ｆlink 防振装置に作用する定速走行時の荷重（けん引リンクに作用する定速走行時の前後方向荷重）
ｋlink けん引リンクの１本分の剛性
ｋrubber プラトー領域外剛性（１本当たりのけん引リンクの緩衝ゴムの剛性）
ｋsupport けん引リンクの受け剛性
ｋair 空気ばねの前後剛性
ＡP プラトー領域
Ｄ 方向（進行方向）
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
