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スペックまわり備忘録的な

ついに夏休みというか,順当なら来年が研究漬けになることが予想されるので
下手すりゃ人生最後の夏休みかもしれませんが※進級できない場合は当然この限りでないです
なんなんですかね,酔った勢いとインターン落ちた勢いで合宿前にバイト8連勤入れちゃうのとか
勿体ないにも程があるというか,どうせ熱中症で倒れるのが関の山というか。

さておき,唐突ですがgearの求め方のページで昔書いたことについて
以下でちょびっとだけ解説というか斜めに掘り下げてみます。
内容的には備忘録に近いものがありますがというかその割に正確性も怪しいのですが。

gear周りに関してはすでにフォーラムで大昔にほとんど議論されつくしているので今更といえば今更ですが
当該スレッドの#38,yoshi氏の書き込みより

(出力*gear)/(速度^2/2500+1)=最大牽引重量

となることが示されていて,当該レスに引用元のスレッドおよびprissi氏の発言も添えられていて
128.japanソース添付の導出シートでもこの式が利用されています。
この式を速度について解けば

速度=50*((出力*gear/重量)-1)^(0.5)
さらに変数を一つにまとめて加速力Pとおけば,加速力と最高速度の関係は下図のようになり

1.png


よく言われる[出力*gear/重さの値で決まる]という形になりました。
前述したページの後半では起動加速に比例した方法を紹介していますが,この場合では基準を京急2100形において,それに比例させるようにgearを決めていて
理由としては
・多くの車両でgear1.44が用いられているが,205系や211系などの主要車種で1.44のままでも実車に近い比率となったこと
・逆に,制作したアドオン群の多くも特に在来線の非95kw車や私鉄車で1.44付近に収まるものが多かったこと
・純正で収録されている電車のなかで2100形がもっとも高い起動加速で使用されていると考えられること
で,あくまで便宜的に設けたものです。
 そのため,純正車のなかでも定格出力の値が小さい209系(比例で1.4km/h/s相当)や最高速度の高い681系(比例で2.6km/h/s相当)などで比例に乗らずに大きく差が出てしまうものがあります。

gear自体が加速補正のための係数ではありますが,そもそもなぜ補正が必要かという点について考えてみます。
補正が必要というのは,いわゆるカタログスペックとして書かれる出力と実際に使用されている出力が違うからなのですが,
電車の場合は特に起動加速が同じなのに出力として書かれる数値が違ったり,出力として書かれる数値が違うのに起動加速の公称値が同じだったりします。
とりあえず力と出力の関係でいうとそもそもからして別のものなので,ものさしたりえないといえばそうなのですが。

力を変位で積分して時間で微分すれば出力になります,というと雑ですが,単位時間当たりの仕事である出力は力×速度と書けるので
出力一定なら力は速度に反比例して落ち,したがってma=Fから加速度も速度に反比例して落ちる,といえます。
逆にいえば加速度一定で加速しているなら出力は速度に比例して増えているということも言えるわけです。
で,速度が上がっていくと出力が頭打ちになって出力一定になり,上記のように速度に反比例して加速度が下がっていきます。
この[頭打ちになる出力]ってのが要するに実際の使用時の[最高出力]になるわけですが,これもまた曲者といえばそうです。

先にモータの対照例として,熱機関,それも内燃機関によって走る乗り物を考えてみます。たとえばディーゼルカー,ガソリン自動車,ジェット航空機なんかです。
熱機関の[優秀さ]である熱効率を決めるのは直接的には高温側と低温側の温度差で,温度に関連するパラメータとして圧力と体積があり,だいたいの場合比熱比とか圧縮比とかに変形して理論熱効率を表してやるのですが
これらはさらに燃焼速度の限界だとか,圧力や応力に耐える材料の強度の限界だとか,材料の耐熱性だとかで物理的に制限され,
またその許容のなかで運転するように設計されています。
設計の結果として最終的には
[時間当たり投入された燃料の化学エネルギー]×[理論熱効率]-[時間当たり損失]
だけの出力が得られます。
ここで,[時間あたりの燃料の化学エネルギ-]について考えてみると
燃焼が起こるためには酸素が必要なので,最も重要なのは[吸気量]です。これにあわせてちょうどよく燃えるように燃料を投入します。
では吸気量はどう表すかといえば[排気量]と[回転数]と[密度(∝圧力)]の積で,回転数をパラメータに含むということは
回転数を上げるほど出力が上がるということと,回転数の限界がそのままエンジンの限界ということが言えるわけです。
そのため[実物の出力のカタログ値]と[車種によらず一定の定数gear値]を用いてpak化しても
実車の力関係をおおむね保ったままSimutrans内で使用できます。重要なのは特性が相似ならば加速度と最高出力は比例するという点です。

これを踏まえてというか電気鉄道車両ではどうかというと,まずモータの出力は多くの場合は定格出力で書かれています。
定格というのは安全に使用できる限界値を示すものですが,定格出力を問題にする場合は熱が主な問題になります。
遠心力が問題になる場合は許容回転数などと書かれます。回転による慣性力(に対応する向心力)に耐えられずに破壊するおそれのない安全な回転数です。
おそらく連続定格の場合は均衡温度そのまま,30mとか1hとか短時間定格の場合は時定数を勘案して決めてると思うのですが
モータの熱時定数って数十分オーダーで結構長いので,短時間定格よりさらに短い時間なら定格を超えても熱的には余裕が出てくる場合が多いのと
鉄道車両は連続力行時間が短い使われ方が多く,また速度が上がるほど走行風による冷却効果は大きくなることから
瞬間的に定格を大きく超えるような使われ方をしても問題なかったりします。

また電車の電源は元をたどれば発電所で,それを順次変電所で使える電気に直して送っています。
末端ローカルだと変電所が弱くて2編成が同時に力行すると架線電圧がダダ下がりになるなんて例もありますが,基本的には
一つの列車が使う電力よりずっと大きな発電能力を持っています。
 その電力を他の車両と共用しているため,架線電圧DC1500Vは絶対でなく随時±300Vくらいの範囲で変動します。また,外部に電源を持つためモータの設計とは別にモータや抵抗器のつなぎ方や誘導モータの場合は電圧,周波数,すべりの変化するタイミングを適当に変えてやることである程度自由に加速特性を変化させることができます。これらの差異はモータ自体の物理的限界とはまた別の考えのもとで生まれ,それは投入線区の特性であったり会社の電力事情であったりしますが,出力を盛ることも絞ることもできるということで
重要なのはモータの物理的限界と実際に発揮される性能が必ずしも一致せず,上下双方に定格から外れる場合が大いにあるという点です。
ということで最高出力についても定格の数値は必ずしもあてにならないわけです。

ということで,このゲームの[出力に入力した数値で加速度が左右される]仕様に対し
・そもそも起動加速度と出力は直接関係しない
・定格出力と実出力も一致しない
という2点でまあ難があるというか,どこかで無理が出てくるわけです,という最初のというか大昔の結論へ落ち着くわけです。

ちなみに速度種別を基準に均衡速度を求めようとする場合は,10‰上り勾配の加速度がだいたい-0.353km/h/s(∵sinθ≒tanθ=10/1000),走行抵抗を簡易的に
R[kgf/t]=(0.028+0.0078(編成両数-1)v^2/重量+0.0164v+1.32
とするとこちらも車種によりますがだいたい-0.2から0.3km/h/s程度の加速度になるのでとりあえず10‰均衡100km/h程度の車を一律-0.5km/h/sとすると,速度種別に書かれた速度の時点でそれだけの加速余力があるといえるので,特性域で速度の2乗に反比例して加速度が落ちることを用いて上の走行抵抗の2次曲線との交点を求めてやることで平坦線の均衡速度の近似値が求まります。多分。
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  1. 2015/08/07(金) 22:50:55|
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