振動解析と制御 (Vibration Analysis and Control)
スマート構造技術による弾性車体の振動制御の研究
Study on Vibration control of Elastic-Structured Car Body by Using Smart Structure Technology
現在，鉄道車両は高速化，省エネルギー，環境負荷の低減等の理由から，大幅な軽量化が進んでいる．
そのためには，鉄道車両の軽量化，よりスマート（軽い）な車体構造が重要になってくる．車体が軽く
なると，より振動しやすくなり，乗り心地が悪化するという問題が生じる．特に軽金属材料の採用により
車体剛性の低下を招き，車体上下方向の弾性振動が増加する傾向が見られる．この振動はちょうど乗客が
敏感な周波数領域と隣接していることから，乗り心地悪化の要因となっている．この問題に対し，軽量化
車体の弾性振動の低減を図るため，小型アクチュエータを車体構造物内に組み込んだスマート構造技術を
車体に適用し，これまでにないスマート（賢い）な手法で検討を行っている．
また, 空車と満員電車の振動特性が異なる事実がある．そこで，走行中に生じる乗客と車体振動の関係に
ついても車体振動評価装置により評価を行っている．そのため，着座した乗客１人による車体への振動を
評価する室内実験装置を製作した．この装置を用いた加振実験と理論解析により乗客が車体の振動特性へ
どのような影響を与えているかの検討を行っている．
これらの研究を合わせることで，世界で最も揺れない，乗り心地のよい新たな軽量車体設計法の研究をしていく．
なお，本研究の成果の一部は独立行政法人 鉄道建設・運輸施設整備支援機構(JRTT)の助成を受けており，
鉄道総合技術研究所(RTRI)との共同研究である．
RESEARCH ABSTRACT
Lightweight railway car body structure is a very important factor for the speeding up and the energy saving of
the high-speed railway vehicles, such as, magnetically levitated (MAGLEV) vehicles, and high-speed bullet train,
Shinkansen. However, as lightening car body decreases the bending rigidity of the car body, the various elastic
vibrations are liable to be induced in the car body, which results in deteriorating ride comfort for passengers.
In this study, a new vibration suppression technique by smart structure concept is proposed. In smart structure
concept, actuators/sensors which provide the functions like muscle/nerves are embedded to the members of the structure
in order to provide additional bending moment to suppress bending vibration. Furthermore, a special experimental setup
was made in order to investigate the coupled vibration of human body and flexible car body, the mass ratio of which is
analogous to that of passengers and actual railway vehicles. This setup consists of passenger seats (used for JR 700
series Shinkansen) and car body part supported by variable coil springs, and excited by hydraulic actuators. By this
experiment, human body can be modeled as some degrees-of-freedom dynamics from the viewpoint of biomechanics.
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