JP4657767B2 - プログラム、情報記憶媒体及び接触特性評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、車輪とレールとの接触特性を評価する接触特性評価装置等に関する。

鉄道車両の台車の開発の際には、レールを模した軌条輪を用いた車両試験台で台車の性能試験を行い、この性能試験結果を基に、レール上での車両の運動をシミュレーションする場合がある。しかし、軌条輪は実際のレールと異なるため、シミュレーションを行う際には車輪と軌条輪との接触に関する情報を得る必要がある。そのための方法として、非特許文献１の方法が知られている。
佐藤栄作，「鉄道車両用操舵機構付き独立車輪台車の運動力学に関する研究 第２章 車輪・軌条輪の接触幾何学」，鉄道総合技術論文誌，財団法人鉄道総合技術研究所，２０００年４月，特別第３７号，ｐ１８−５５

鉄道車両がレール上を走行すると、車輪の踏面やレールの頭頂面が摩耗するが、この摩耗は鉄道車両の運動特性に大きく影響するため、摩耗した状態での車輪とレールとの接触状態を知る必要がある。そこで、上述した非特許文献１に開示されている方法を利用して摩耗した車輪とレールとの接触特性を評価しようとした場合、次の問題が生じる。

即ち、上述した方法では、車輪及び軌条輪（レール）の形状が定式化（関数化）されていることを前提としている。だが、実際の摩耗した車輪やレールの形状はそれぞれに異なるものであるとともに、その形状データは、例えば専用の形状計測装置等によりアナログデータ又はデジタルデータとして与えられるものであり、摩耗した車輪やレールの形状を定式化することは非常に困難である。このため、上述した方法を用いて摩耗した車輪やレールの接触特性を評価することはほぼ不可能であった。

上記事情に鑑み、本発明は、計測形状データを用いた車輪とレールの接触特性の評価を可能とすることを目的としている。

上記課題を解決するために、第１の発明は、
コンピュータに、
所与の形状計測装置によって計測された鉄道用の輪軸を構成する左右それぞれの車輪の踏面形状データ、及び、前記形状計測装置によって計測されたレール断面形状データを、車輪厚さ方向に０．２ｍｍ未満の所定間隔毎の離散データに変換するデータ変換手段（例えば、図３のデータ変換部３１０；図１３のステップＡ１、Ａ５）、
前記データ変換手段による変換後の左右車輪の踏面形状データ及びレール断面形状データと、左右車輪間隔とに基づき、輪軸の軸方向変位及び輪軸のロール角を変化させることで、左右車輪それぞれがレールに接触する接触点を算出する接触点算出手段（例えば、図３の接触特性算出部３３０；図１３のステップＡ７〜Ａ１７）、
前記接触点算出手段により算出された接触点を基に、前記データ変換手段による変換後の左右車輪の踏面形状データ及び前記レール断面形状データから車輪とレールとの所定の接触特性値を算出する接触特性値算出手段（例えば、図３の接触特性算出部３３０；図１３のステップＡ１９，Ａ２５）、
として機能させるためのプログラム（例えば、図３の接触特性評価プログラム４１０）である。

また、第４の発明は、
所与の形状計測装置によって計測された鉄道用の輪軸を構成する左右それぞれの車輪の踏面形状データ、及び、前記形状計測装置によって計測されたレール断面形状データを、車輪厚さ方向に０．２ｍｍ未満の所定間隔毎の離散データに変換するデータ変換手段と、
前記データ変換手段による変換後の左右車輪の踏面形状データ及びレール断面形状データと、左右車輪間隔とに基づき、輪軸の軸方向変位及び輪軸のロール角を変化させることで、左右車輪それぞれがレールに接触する接触点を算出する接触点算出手段と、
前記接触点算出手段により算出された接触点を基に、前記データ変換手段による変換後の左右車輪の踏面形状データ及び前記レール断面形状データから車輪とレールとの所定の接触特性値を算出する接触特性値算出手段と、
を備える接触特性評価装置（例えば、図１，３の接触特性評価装置２０）である。

この第１又は第４の発明によれば、鉄道用の輪軸を構成する左右それぞれの車輪の踏面形状データ及びレール断面形状データが、車輪厚さ方向に０．２ｍｍ未満の所定間隔毎の離散データに変換され、この変換後の左右車輪の踏面形状データ及びレール断面形状データに基づいて、左右車輪それぞれがレールに接触する接触点が算出され、車輪とレールとの接触特性値が算出される。従って、形状計測装置による車輪の踏面形状データ及びレール断面形状データを０．２ｍｍ未満の所定間隔毎の離散データに変換することで、定式化されていない計測データから、実測値とほぼ一致する車輪とレールとの接触特性値を算出することが可能となる。

第２の発明は、第１の発明のプログラムにおいて、
前記接触特性値算出手段が、前記接触点での接触角度、車輪半径及び等価踏面勾配の内の少なくとも１つの接触特性値を算出する、
ように前記コンピュータを機能させることを特徴としている。

この第２の発明によれば、接触特性値として、接触点での接触角、車輪半径及び等価踏面勾配の少なくとも１つが算出される。

第３の発明は、第１又は第２の発明のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な情報記憶媒体（例えば、図３の記憶部４００）である。

ここで「情報記憶媒体」とは、記憶されている情報をコンピュータが読み取り可能な、例えばハードディスクやＭＯ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ、メモリカード、ＩＣメモリ等の記憶媒体である。従って、この第３の発明によれば、該情報記憶媒体に記憶されている情報をコンピュータに読み取らせて演算処理を実行させることで、第１又は第２の発明と同様の効果を奏することができる。

本発明によれば、計測データである、定式化されていない車輪及びレールの形状データから、実測値とほぼ一致する車輪とレールとの接触特性値（具体的には、接触点での接触角、車輪半径及び等価踏面勾配の少なくとも１つ）を算出することが可能となる。

以下、図面を参照して、本発明に好適な実施形態を説明する。

［全体構成］
図１は、本実施形態の全体構成図である。同図に示すように、本実施形態は、形状計測装置１０及び接触特性評価装置２０を備えており、両装置間は所定のケーブルＫによって接続されている。ここで、ケーブルＫとはデータ授受が可能な通信路のことであり、例えばパラレル接続用のケーブルやＵＳＢ（Universal Serial Bus）接続用のケーブル等である。

形状計測装置１０は、対象物体である鉄道車両の車輪Ｗの踏面形状（厚さ方向の断面形状）や、レールＳの断面形状を計測する。計測データは、二次元のアナログデータとして出力される。尚、同図では、１つの形状計測装置１０によって車輪Ｗ及びレールＳの双方の形状を測定するように示されているが、車輪用、レール用それぞれの形状計測装置によって計測されてもよいのは勿論である。

接触特性評価装置２０は、ＰＣ（Personal Computer）等で構成され、形状計測装置１０によって計測された車輪ＷやレールＳの計測形状データに基づいて、車輪ＷとレールＳとの接触特性を評価する。具体的には、アナログデータである、形状計測装置１０による車輪Ｗ及びレールＳの計測形状データをデジタルデータ（離散データ）に変換し、変換後の形状データを基に、車輪ＷとレールＳとの接触特性値を算出する。

図２（ａ）に、形状計測装置１０による車輪Ｗの計測形状データの一例を示す。但し、Ｘ方向を車輪の厚さ方向、Ｙ方向を高さ方向としている。このようなアナログデータである計測形状データをデジタルデータに変換する場合、データのサンプリングが必要となるが、サンプリングされた変換後のデジタルデータのデータ間隔は、後に算出される接触特性値等の精度に大きく影響するため、サンプリングが重要となってくる。

具体的には、同一の車輪について、計測形状データを基に算出したフランジ角度の値（算出値）と、実際に測定したフランジ角度の値（実測値）とを比較すると、車輪の厚さ方向のデータ間隔が０．２［ｍｍ］未満である場合には、算出値と実測値とはほぼ一致したが、データ間隔が０．２［ｍｍ］以上になると、算出値と実測値とが大きく異なることが分かった。ここではフランジ角度について述べたが、後述する接触特性の１つである車輪とレールとの接触点での角度（接触角）についても同様のことが言える。

このため、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、形状計測装置１０による計測形状データを、車輪の厚さ方向であるＸ方向のデータ間隔が０．２［ｍｍ］未満の等間隔のデジタルデータに変換する。そして、この変換後の等間隔データを用いて接触特性の評価を行う。同図（ｂ）は、同図（ａ）に示した車輪Ｗの計測形状データの一部分について、データ間隔を０．１５［ｍｍ］の等間隔データに変換した場合を示している。

尚、形状計測装置１０による計測データがデジタルデータで与えられる場合も同様である。即ち、該デジタルデータのＸ方向のデータ間隔が０．２［ｍｍ］以上である場合、接触特性評価装置２０は、該データに対して所定の補間処理を行って、データ間隔を０．２［ｍｍ］未満の等間隔のデジタルデータに変換し、変換後の等間隔データに基づいて、車輪とレールとの接触特性を評価する。

［接触特性評価装置］
図３は、本実施形態の接触特性評価装置２０のブロック構成図である。同図によれば、接触特性評価装置２０は、通信部１００と、入力部２００と、処理部３００と、記憶部４００と、出力部５００とを備えて構成されている。

通信部１００は、ケーブルＫを介して、形状計測装置１０等の外部装置とデータ通信を行う。特に、本実施形態では、形状計測装置１０から、１つの輪軸を構成する左右それぞれの車輪の踏面形状データ、及び、レールの断面形状データを取り込む。取り込んだ左右それぞれの車輪の踏面形状データは計測車輪形状データ４２１として、レールの断面形状データは計測レール形状データ４２２として、それぞれ記憶部４００に記憶される。この通信部１００は、外部接続用のインターフェースボード等によって実現される。

入力部２００は、接触特性評価装置２０に対するユーザ（使用者）の操作入力を受け付け、操作データを処理部３００に出力する。この入力部２００は、例えばキーボードやマウス、ボタンスイッチ、タッチパネル、各種センサ、マイク等によって実現される。

処理部３００は、接触特性評価装置２０の全体制御を行う。この処理部３００は、ＣＰＵ等の演算装置やＩＣメモリ等の記憶装置等によって実現される。また、処理部３００は、データ変換部３１０と、車輪特性算出部３２０と、接触特性算出部３３０とを含み、記憶部４００から読み出したプログラムやデータに従って、車輪とレールとの接触特性を評価する接触特性評価処理を実行する。

データ変換部３１０は、計測車輪形状データ４２１を、Ｘ方向のデータ間隔が所定間隔（具体的には、０．２［ｍｍ］未満）の離散値データに変換する。変換後のデータは、等間隔車輪形状データ４２３として記憶部４００に記憶される。また、計測レール形状データ４２２についても同様に、Ｘ方向のデータ間隔が所定間隔（具体的には、０．２［ｍｍ］未満）の離散値データに変換する。変換後のデータは、等間隔レール形状データ４２４として記憶部４００に記憶される。

車輪特性算出部３２０は、等間隔車輪形状データ４２３に基づき、車輪特性として、フランジ角、フランジ厚さ及び摩耗量を算出する。具体的には、図４に示すように、車輪のバック面の位置を、ｘ＝０、とし、ｘ＝６５［ｍｍ］のＹ方向の位置を、ｙ＝０、とする。そして、フランジ角は、例えば、ｙ＝−１２［ｍｍ］、及び、ｙ＝−１８［ｍｍ］、の位置となる２点間の踏面の近似直線を最小二乗法で求め、この近似直線の角度とする。具体的には、ｙ＝−１２〜−１８、の間のデータをＹ方向に０．１［ｍｍ］刻みの等間隔データに補間し、得られた各点の座標データを基に、最小二乗法を用いて、ｙ＝−１２〜−１８［ｍｍ］、の踏面の近似直線を求め、その近似直線の角度をフランジ角とする。フランジ厚さは、ｙ＝−１０［ｍｍ］、でのｘ値とする。摩耗量は、ｘ＝６５［ｍｍ］、におけるｙ値と、同図中一点鎖線で示す新品車輪の値（規格値）における、ｘ＝６５［ｍｍ］、でのｙ値との差分とする。車輪特性算出部３２０は、これらの車輪特性（フランジ角、フランジ厚さ及び摩耗量）を左右の車輪それぞれについて算出する。算出された各特性値は、車輪特性データ４２５として記憶部４００に記憶される。

接触特性算出部３３０は、等間隔車輪形状データ４２３及び等間隔レール形状データ４２４に基づき、車輪とレールとの接触特性として、接触角、接触半径及び等価踏面勾配の値を算出する。具体的には、等間隔車輪形状データ４２３及び等間隔レール形状データ４２４を基に、先ず、左右それぞれの車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒを規定された輪軸の左右車輪間隔で配置し、左右それぞれのレールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒも規定された間隔をおいて配置する。そして、左右それぞれの車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_ＲをレールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒ上の中立位置に配置する。次に、左右車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒそれぞれを、所定距離（例えば、１０［ｍｍ］）上方へ移動させる。図５は、このときの車輪Ｗ及びレールＳの配置例を示す図であり、Ｘ方向を輪軸に沿った方向（車輪Ｗの厚さ方向）とし、Ｙ方向を高さ方向としている。

次いで、輪軸をその軸方向に沿って変位Ｘ_ｗだけ移動させることで、左右車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_ＲそれぞれをＸ方向に沿って移動させ、この変位Ｘ_ｗだけ移動させたときの左右それぞれの車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_ＲとレールＳ_Ｌ，Ｓ_ＲとのＹ方向の距離が等しくなる点（接触点）を算出する。車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒの踏面やレールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒの頭頂面が摩耗している場合、左右それぞれの車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_ＲとレールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒとは、輪軸が水平面に対して傾きを持った状態で接触する。このため、輪軸を適当にロール（回転）させる。即ち、左右車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒの相対位置関係を保ったまま、左右車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒ間の中心点を中心として時計回り又は反時計回り方向に回転させる。こうして、左右それぞれの車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_ＲとレールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒとの接触点を算出する。

具体的には、図６に示すように、輪軸をロール角φ_ｗだけ回転させる。そして、左右の車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒそれぞれについて、レールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒとの間の距離Ｈ_Ｌ，Ｈ_Ｒを算出する。車輪・レール間の距離Ｈは、図７に示すように、車輪Ｗの踏面とレールＳの頭頂面との高さの差の最小値として与えられる。

続いて、算出した距離Ｈ_Ｒ，Ｈ_Ｌの差Ｆを求める。そして、このＦの値が、例えば、１／１００００［ｍｍ］以下であれば、左右それぞれの車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_ＲとレールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒとの間の距離が等しい、即ちこのときのロール角φ_ｗで、左右それぞれの車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_ＲとレールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒとが接触し得ると判定する。

一方、距離Ｈ_Ｌ，Ｈ_Ｒの差Ｆの値が１／１００００［ｍｍ］より大きければ、左右それぞれの車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_ＲとレールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒとの間の距離が等しくない、即ち接触し得ないと判定する。接触し得ないと判定した場合、ロール角φ_ｗを二分法やニュートン法により変化させ、再度、左右それぞれの車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_ＲとレールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒとの間の距離Ｈ_Ｌ，Ｈ_Ｒを求め、接触し得るか否かを判定する。つまり、左右それぞれの車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_ＲとレールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒとの間の距離Ｈ_Ｌ，Ｈ_Ｒが一致するまで、ロール角φ_ｗを変化させる。尚このとき、ロール角φ_ｗは、−φ_ｗｍ〜＋φ_ｗｍ、の範囲で変化させる。

左右それぞれの車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_ＲとレールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒとが接触し得ると判定すると、このときのレール・車輪間距離Ｈを定義する車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒの踏面のｙ_ｗＬ，ｙ_ｗＲの位置を、レールＳ_Ｌ，Ｓ_Ｒとの接触点の位置とする。そして、図８に示すように、左右の車輪Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒそれぞれについて、この接触点での車輪半径及び接触角の値を算出する。接触角は、接触点での接線の角度として与えられる。

接触特性算出部３３０は、変位Ｘ_ｗを、−Ｘ_ｗｍ〜＋Ｘ_ｗｍの範囲において所定の変位幅ΔＸ_ｗ刻みで変化させて、各変位Ｘ_ｗについて、上述のように、接触点の位置、接触半径及び接触角を算出する。

算出された変位Ｘ_ｗ毎の接触点の位置は、接触状態データ４２６として記憶部４００に記憶される。図９に、接触状態データ４２６に基づく車輪ＷとレールＳとの接触状態の一例を示す。同図では、レールＳの配置位置を固定とし、変位Ｘ_ｗ＝０，５，１０，１５［ｍｍ］、それぞれの場合について、算出された接触点でレールＳと接触するように車輪Ｗを配置した状態（接触状態）を示している。同図（ａ）は、右車輪Ｗ_Ｒと右レールＳ_Ｒとの接触状態を示しており、同図（ｂ）は、左車輪Ｗ_Ｌと左レールＳ_Ｌとの接触状態を示している。

また、変位Ｘ_ｗ毎の車輪半径は車輪半径データ４２７ａとして、接触角は接触角データ４２７ｂとして、それぞれ記憶部４００に記憶される。図１０に、車輪半径データ４２７ａに基づく車輪半径の一例を示す。同図では、横軸を変位Ｘ_ｗとし、縦軸を新品車輪の車輪半径（バック面から６５［ｍｍ］の踏面での車輪半径。規格値）に対する増分として、左右の車輪Ｗそれぞれについて、変位Ｘ_ｗ毎に、新品車輪に対する車輪半径の増分を算出し、この増分値をプロットして得られたグラフを示している。

また、図１１に、接触角データ４２７ｂに基づく接触角の一例を示す。同図では、横軸を変位Ｘ_ｗとし、縦軸を接触角［rad］として、左右の車輪Ｗそれぞれについて、変位Ｘ_ｗ毎の接触角の値をプロットして得られたグラフを示している。

更に、接触特性算出部３３０は、算出した変位Ｘ_ｗ毎の接触半径及び接触角を基に、すべり率を「０」としたときの輪軸の純転がり波長を算出する。そして、この算出結果に基づいて、車輪ＷとレールＳとの等価踏面勾配を算出する。等価踏面勾配とは、車輪とレールとが中立点近傍にて接触している場合、それぞれの断面形状を一定の曲率を持った円弧とし、踏面勾配が微小であると仮定したとき、線形定数によって近似される車輪レール間の接触勾配のことである。

算出された等価踏面勾配は、等価踏面勾配データ４２７ｃとして記憶部４００に記憶される。図１２に、等価踏面勾配データ４２７ｃの一例を示す。同図では、横軸を変位Ｘ_ｗとし、縦軸を等価踏面勾配として、変位Ｘ_ｗ毎の等価踏面勾配の値をプロットして得られたグラフを示している。

記憶部４００は、処理部３００に接触特性評価装置２０を統合的に制御させるための各種プログラムやデータ等を記憶する。具体的には、プログラムとして、接触特性評価プログラム４１０を記憶し、データとして、計測車輪形状データ４２１と、計測レール形状データ４２２と、等間隔車輪形状データ４２３と、等間隔レール形状データ４２４と、車輪特性データ４２５と、接触状態データ４２６と、接触特性データ４２７とを記憶する。接触特性データ４２７には、車輪半径データ４２７ａと、接触角データ４２７ｂと、等価踏面勾配データ４２７ｃとが含まれる。この記憶部４００は、例えばハードディスクやＲＯＭ、ＲＡＭ、ＭＯ等によって実現される。

出力部５００は、処理部３００による処理結果を出力するものであり、ＣＲＴやＬＣＤ、ＥＬＤ等の表示装置、スピーカ等の音声出力装置、プリンタ等の印字装置等で実現される。

［処理の流れ］
図１３は、接触特性評価装置２０における接触特性評価処理の流れを説明するためのフローチャートである。この処理は、処理部３００が接触特性評価プログラム４１０に従った処理を実行することで実現される。

同図によれば、先ず、データ変換部３１０が、計測車輪形状データ４２１に対して所定の補間処理を行い、Ｘ方向の離散幅が０．２［ｍｍ］未満の等間隔車輪形状データ４２３に変換する（ステップＡ１）。次いで、車輪特性算出部３２０が、この等間隔車輪形状データ４２３を基に、車輪特性として、フランジ角、フランジ厚さ及び摩耗量を算出する（ステップＡ３）。また、データ変換部３１０が、計測レール形状データ４２２に対して所定の補間処理を行い、Ｘ方向の離散幅が０．２［ｍｍ］未満の等間隔レール形状データ４２４に変換する（ステップＡ５）。

その後、接触特性算出部３３０が、車輪とレールとの接触特性を算出する。即ち、等間隔車輪形状データ４２３及び等間隔レール形状データ４２４を基に、レール上に左右車輪を中立位置に配置し、この位置から高さ方向（Ｙ方向）に所定距離（例えば、１０［ｍｍ］）移動させる（ステップＡ７）。次いで、輪軸に沿った方向への変位Ｘ_ｗを設定する（ステップＡ９）。ここで、変位Ｘ_ｗは、初回の設定時は、変位Ｘ_ｗが取り得る最小値である「−Ｘ_ｗｍ」に設定する。

続いて、ロール角φ_ｗを設定し、設定したロール角φ_ｗに応じて左右車輪の位置を変更する（ステップＡ１１）。ここで、ロール角φ_ｗは、初回の設定時には、ロールさせない場合に相当する「０」に設定する。そして、左右車輪それぞれについて、レールとの高さ方向の差分の最小値を車輪・レール間距離Ｈ_Ｌ，Ｈ_Ｒとして算出し（ステップＡ１３）、算出した距離Ｈ_Ｌ，Ｈ_Ｒが等しいか否かを判断する。具体的には、距離Ｈ_ＬとＨ_Ｒとの差分Ｆを算出し、この差分Ｆの値の大きさが、例えば１／１００００［ｍｍ］以下である場合に、距離Ｈ_ＬとＨ_Ｒとは等しいと判断する。

その結果、距離Ｈ_ＬとＨ_Ｒとが等しくないと判断した場合には（ステップＡ１５：ＮＯ）、ステップＡ１１に戻り、ロール角φ_ｗを再設定する（ステップＡ１１）。

一方、距離Ｈ_ＬとＨ_Ｒとが等しいと判断した場合には（ステップＡ１５：ＹＥＳ）、接触特性算出部３３０は、左右車輪それぞれについて、距離Ｈを決定した踏面の位置を接触点とする（ステップＡ１７）。そして、左右車輪それぞれについて、この接触点での車輪半径及び接触角を算出する（ステップＡ１９）。

その後、現在の変位Ｘ_ｗの値が最大値「＋Ｘ_ｗｍ」以上であるか否かによって、全ての変位Ｘ_ｗについての処理を終了したか否かを判断する。判断の結果、終了していないならば（ステップＡ２１：ＮＯ）、ステップＡ９に戻り、変位Ｘ_ｗを再設定する（ステップＡ９）。このとき、変位Ｘ_ｗは、現在の変位Ｘ_ｗの値に所定の変位幅ΔＸ_ｗを加算した値に設定する。

一方、全ての変位Ｘ_ｗについて終了したならば（ステップＡ２１：ＹＥＳ）、接触特性算出部３３０は、算出した車輪とレールとの接触特性を基に、輪軸の転がり波長を算出し（ステップＡ２３）、その算出値を基に等価踏面勾配を算出する（ステップＡ２５）。
以上の処理を行うと、接触特性評価処理は終了となる。

［作用・効果］
以上、本実施形態によれば、接触特性評価装置２０は、形状計測装置１０によって計測された車輪Ｗの踏面形状データを、車輪厚さ方向のデータ間隔が０．２［ｍｍ］未満のデジタルデータ（離散データ）に変換し、変換後の形状データ、及び、形状計測装置１０により計測されたレールＳの断面形状データを用いて、車輪ＷとレールＳとの接触特性値を算出する。具体的には、輪軸の軸方向変位Ｘｗ及び輪軸のロール角φｗを変化させることで車輪Ｗとレールとの接触点を算出し、接触特性値として、この接触点での車輪半径及び接触角を算出し、更に等価踏面勾配を算出する。

即ち、定式化されていない車輪Ｗ及びレールＳの計測形状データから、実測値とほぼ一致する車輪ＷとレールＳとの接触特性値（具体的には、接触点での接触角、車輪半径及び等価踏面勾配）を算出することが可能となる。

［変形例］
尚、本発明の適用可能な実施形態は上述した実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。例えば、上述した実施形態では、形状計測装置１０による左右車輪の計測形状データである計測車輪形状データ４２１の全体について、Ｘ方向のデータ間隔が０．２［ｍｍ］未満の離散値データに変換することとしたが、車輪特性や接触特性の算出に影響の大きい部分のデータについてのみ、Ｘ方向のデータ間隔を０．２［ｍｍ］未満とした離散値データに変換することとしても良い。具体的には、Ｘ方向のデータ間隔を、車輪のバック面（ｘ＝０）から摩耗量算出の基準位置（ｙ＝６５［ｍｍ］）を超える所定位置（例えば、ｙ＝７０［ｍｍ］）までの範囲のデータについては０．２［ｍｍ］未満とし、これ以外の範囲（例えば、ｘ＝７０［ｍｍ］以上）のデータについては、例えば１．０［ｍｍ］程度と比較的広いデータ間隔としても良い。

実施形態の全体構成図。 計測車輪形状データについてのデータ変換の一例。 接触特性評価装置のブロック構成図。 フランジ角、フランジ厚さ及び摩耗量の算出例。 車輪とレールとの配置例。 輪軸に与えるロール角φ_ｗの設定例。 車輪・レール間距離の算出例。 車輪半径及び接触角の算出例。 接触状態データに基づく車輪とレールとの接触状態の一例。 車輪半径データに基づく車輪半径の増分の一例。 接触角データに基づく接触角の一例。 等価踏面勾配データに基づく等価踏面勾配の一例。 接触特性評価処理の流れ図。

符号の説明

１０ 形状計測装置
２０ 接触特性評価装置
１００ 通信部
２００ 入力部
３００ 処理部
３１０ データ変換部
３２０ 車輪特性算出部
３３０ 接触特性算出部
４００ 記憶部
４１０ 接触特性評価プログラム
４２１ 計測車輪形状データ
４２２ 計測レール形状データ
４２３ 等間隔車輪形状データ
４２４ 等間隔レール形状データ
４２５ 車輪特性データ
４２６ 接触状態データ
４２７ 接触特性データ
４２７ａ 車輪半径データ
４２７ｂ 接触角データ
４２７ｃ 等価踏面勾配データ
５００ 出力部
Ｗ（Ｗ_Ｌ，Ｗ_Ｒ） 車輪（左右）
Ｓ（Ｓ_Ｌ，Ｓ_Ｒ） レール（左右）

Claims (4)

1. コンピュータに、
   所与の形状計測装置によって計測された鉄道用の輪軸を構成する左右それぞれの車輪の踏面形状データ、及び、前記形状計測装置によって計測されたレール断面形状データを、車輪厚さ方向に０．２ｍｍ未満の所定間隔毎の離散データに変換するデータ変換手段、
   前記データ変換手段による変換後の左右車輪の踏面形状データ及びレール断面形状データと、左右車輪間隔とに基づき、輪軸の軸方向変位及び輪軸のロール角を変化させることで、左右車輪それぞれがレールに接触する接触点を算出する接触点算出手段、
   前記接触点算出手段により算出された接触点を基に、前記データ変換手段による変換後の左右車輪の踏面形状データ及び前記レール断面形状データから車輪とレールとの所定の接触特性値を算出する接触特性値算出手段、
   として機能させるためのプログラム。
2. 前記接触特性値算出手段が、前記接触点での接触角度、車輪半径及び等価踏面勾配の内の少なくとも１つの接触特性値を算出する、
   ように前記コンピュータを機能させるための請求項１記載のプログラム。
3. 請求項１又は２に記載のプログラムを記憶したコンピュータが読み取り可能な情報記憶媒体。
4. 所与の形状計測装置によって計測された鉄道用の輪軸を構成する左右それぞれの車輪の踏面形状データ、及び、前記形状計測装置によって計測されたレール断面形状データを、車輪厚さ方向に０．２ｍｍ未満の所定間隔毎の離散データに変換するデータ変換手段と、
   前記データ変換手段による変換後の左右車輪の踏面形状データ及びレール断面形状データと、左右車輪間隔とに基づき、輪軸の軸方向変位及び輪軸のロール角を変化させることで、左右車輪それぞれがレールに接触する接触点を算出する接触点算出手段と、
   前記接触点算出手段により算出された接触点を基に、前記データ変換手段による変換後の左右車輪の踏面形状データ及び前記レール断面形状データから車輪とレールとの所定の接触特性値を算出する接触特性値算出手段と、
   を備える接触特性評価装置。

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