車両振動研究室

Vehicle Noise & Vibration

車両振動研究室では車両に生じる振動や騒音を低減し、より快適な車内環境を実現することを目指して研究を行っています。当研究室では主に、数Hz以下の車両運動、数Hz~数十Hzの弾性振動、数十Hz~数十kHzの車内騒音を扱う以下のテーマに取り組んでいます。

研究開発

車体弾性振動特性の把握

車体定置加振試験や走行試験の振動測定データから車体の固有振動モード(固有振動数、振動形状など)を同定する手法を開発しました。この手法を用いて、新幹線車両や通勤形車両など、様々な車種の車体弾性振動の調査に取組んでいます。

車両振動特性を表現できるモデルの作成

複数の固有振動モードが乗り心地に影響を与える車体振動に対して、なるべく簡便かつ3次元構造物で振動特性を表現できるモデルとして、弾性平板とはりを組み合わせた6面体箱型モデルによるシミュレーション手法の開発に取り組んでいます。

車体・台車結合要素特性の適切化

台車と車体間の前後方向の結合要素である牽引リンクやヨーダンパに着目し、その緩衝ゴムの剛性や取り付け高さなどの適切化による車体弾性振動低減手法を開発しました。緩衝ゴムの剛性を変更させた条件で走行試験を行った結果、上下方向の振動乗り心地が向上することを確認しました。

台車からの振動伝搬を抑制する緩衝ゴム

わずかな質量アンバランスのある輪軸が回転することで車体曲げ振動が加振され、乗り心地が低下する場合があります。これを防ぐため、ゴムと台車・車体への取付用金具間に微小隙間をもつ牽引リンクおよびヨーダンパ向け緩衝ゴムを開発しました。

非構造部材を活用した車体剛性向上手法

吊手棒などの非構造部材を活用した構体構造の変更によらない車体剛性向上手法を開発しました。車両客室内の内部骨組みや、車内設備である吊手棒を活用することによって車体剛性が向上することを確認しました。吊手棒を活用した手法については、通勤形車両で実用化されています。

軽量アクティブマスダンパ(AMD)による多モード制振

複数の車体弾性振動モードを同時に制振する(多モード制振)手法として、小型で軽量なアクティブマスダンパ(AMD)を開発しました。これまでに、実車を対象とした試験を実施して複数の弾性振動モードによる車体振動を同時に低減できることを確認しています。

床下機器の高減衰弾性支持による車体弾性振動低減

床下機器を利用した車体弾性振動低減手法を開発しました。床下機器を減衰の大きい材料を使用し、弾性支持することによって、複数の弾性振動モードに対応する車体上下振動が低減することを確認しました。

新しい車内騒音低減法の研究

鉄道車両の車内騒音の特性を把握し、新しい対策法の開発に取り組んでいます。

騒音低減システムの開発

圧電材料を貼付した平板を平面状に配列したパネルを内装板に空気層を設けて取り付けて透過音を低減する手法を開発しました。

車内騒音解析による騒音低減効果の予測

開発した対策法を効果的に適用するため、音響解析により、車内騒音分布等の把握と低減対策の効果の予測を行っています。

新たな床構造の開発

台車で発生した振動は車内の床板まで伝搬し、固体伝搬音として車内騒音の原因の一つになっています。そこで床板の振動を低減させるために「分割床板の弾性支持構造」や側構体から床板を吊り下げる「吊り床構造」を提案しました。

鉄道車両の車内騒音に対する伝達経路解析手法

鉄道車両の車内騒音低減対策を適切な位置に効率よく適用するため、台車等の音源から車内への騒音・振動の伝搬経路ごとの寄与度を把握することができる伝達経路解析(TPA; Transfer Path Analysis)手法を考案しました。

鉄道車両用セミアクティブサスペンション

セミアクティブサスペンションは高速走行時でも良好な乗り心地を提供するために開発したもので、車体の揺れを加速度センサで検知し、台車と車体の間に取り付けた「可変減衰ダンパ」という部品を高速で制御して、振動を抑制する抵抗力を発生させて乗り心地を改善します。

車輪踏面の微小凹凸に着目した車輪とレール間の接線力特性解明のための研究

車輪とレール間の接線力特性の適正化による車両の運動特性向上を目的に、車輪踏面の微小凹凸に着目した研究を進めています。

微小突起車輪による走行安全性の改善

車輪削正で生じる程度の大きさの「微小凹凸」を車輪踏面に設けることで、曲線走行性能を向上させる手法の開発を進めています。

実験設備

固体伝搬音模擬用加振装置

台車からの固体伝搬音を模擬するため、ヨーダンパ受およびけん引リンク受から車体を加振する加振装置を製作しました。

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