JP2003156397A - Method and instrument for measuring contact force of pantograph - Google Patents

Method and instrument for measuring contact force of pantograph

Info

Publication number
JP2003156397A
JP2003156397A JP2001353015A JP2001353015A JP2003156397A JP 2003156397 A JP2003156397 A JP 2003156397A JP 2001353015 A JP2001353015 A JP 2001353015A JP 2001353015 A JP2001353015 A JP 2001353015A JP 2003156397 A JP2003156397 A JP 2003156397A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
contact force
pantograph
transfer function
boat
estimated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2001353015A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3930299B2 (en
Inventor
Mitsuru Ikeda
充 池田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Railway Technical Research Institute
Original Assignee
Railway Technical Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Railway Technical Research Institute filed Critical Railway Technical Research Institute
Priority to JP2001353015A priority Critical patent/JP3930299B2/en
Publication of JP2003156397A publication Critical patent/JP2003156397A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3930299B2 publication Critical patent/JP3930299B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Current-Collector Devices For Electrically Propelled Vehicles (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method and instrument for measuring contact force of pantograph, with which the contact force of a pantograph can be measured with high accuracy by means of a fewer number of sensors. SOLUTION: In the method, predicted contact forces f1 ,..., fm , at m spots on a pantograph head 12 are found, based on the outputs a1 ,..., an of n pieces of sensors (accelerometers) 11, corresponding to the n-nary mode of vibration of the head 12. The number (m) of predicted contact force acting spots on the head 12 can be made larger than the number (n) of sensors 11 attached to the head 12 (m>=n). Consequently, the contact force of the pantograph can be measured with sufficiently high accuracy, because the predicted contact forces can be obtained at many positions on the pantograph head 12, even if the number of the used sensors 11 is small.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、電気鉄道における
トロリ線とパンタグラフの舟体との間に作用する接触力
を測定する方法及び装置に関する。特には、より少ない
数のセンサで精度の良い接触力測定を行なうことができ
るパンタグラフの接触力測定方法及び接触力測定装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and a device for measuring a contact force acting between a trolley wire and a hull of a pantograph in an electric railway. In particular, the present invention relates to a contact force measuring method and a contact force measuring device of a pantograph capable of performing accurate contact force measurement with a smaller number of sensors.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】現状の
営業用の電気鉄道においては、トロリ線からパンタグラ
フを介して車両に電力を送る方式が一般的である。トロ
リ線とパンタグラフの舟体との接触力は、トロリ線の高
さ変動や車両・パンタグラフの振動等によって変動す
る。この接触力の変動が大きすぎると、パンタグラフの
舟体がトロリ線から離れる離線が生じるおそれがある。
離線が頻発すると、舟体とトロリ線との間にスパークが
生じて、摺り板の損耗が進み、問題となる。また、離線
に至らない場合でも、パンタグラフの接触力は極力変動
の小さい方がよい。
2. Description of the Related Art In current commercial electric railways, a system is generally used in which electric power is sent from a trolley wire to a vehicle via a pantograph. The contact force between the trolley wire and the hull of the pantograph fluctuates due to variations in the height of the trolley wire, vibrations of the vehicle / pantograph, and the like. If this contact force fluctuates too much, the hull of the pantograph may be separated from the trolley wire.
Frequent disconnection causes sparks between the hull and the trolley wire, which causes wear of the sliding plate and poses a problem. Further, it is preferable that the contact force of the pantograph be as small as possible even when the contact line is not separated.

【0003】そこで、電車の走行中のトロリ線とパンタ
グラフとの接触力を測定し、得られた測定結果を離線の
抑制対策の参考としたいとの要請がある。あるいは、こ
のような接触力の測定技術は、離線の抑制対策だけでは
なく、トロリ線―パンタグラフ系の集電性能の評価や、
電車線の設備診断方法の1つとして活用することも考え
られている。
Therefore, there is a demand to measure the contact force between the trolley wire and the pantograph while the train is running, and to use the obtained measurement result as a reference for the measure for suppressing the disconnection. Alternatively, such contact force measurement technology is not only a measure for suppressing disconnection, but also an evaluation of current collection performance of a trolley wire-pantograph system,
It is also considered to be used as one of the method of diagnosing the facilities of the electric railway.

【0004】このようなパンタグラフの接触力測定技術
としては、以下が公知である。 (1)特開平7−291001号公報には、舟体支持ば
ねの伸縮量を測定し、この量から同バネの押圧力を計算
して接触力を求める方法が開示されている。舟体支持ば
ねの伸縮量は、舟体と舟体支持パイプの間の寸法を渦電
流式や光学式の距離センサを用いて測定する。ところ
が、この方法では、舟体(摺り板を含む)の慣性力が無
視されることとなり、接触力の測定誤差が生じ易い。
The following are known techniques for measuring the contact force of such a pantograph. (1) Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-291001 discloses a method of measuring the amount of expansion and contraction of a boat support spring, calculating the pressing force of the spring from this amount, and obtaining the contact force. The amount of expansion and contraction of the hull support spring is measured by measuring the dimension between the hull and the hull support pipe using an eddy current type or optical type distance sensor. However, in this method, the inertial force of the boat body (including the sliding plate) is ignored, and a measurement error of the contact force is likely to occur.

【0005】(2)特開平11−136804号公報に
は、舟体に取り付けた2種類の歪ゲージ(変形測定用及
び揚力測定用)から舟体の歪(曲げモーメント)を測定
するとともに、舟体に取り付けた加速度センサから舟体
の加速度(慣性力)を測定し、これらの測定値に基づい
て接触力を求める方法が開示されている。この方法にお
いては、既存のパンタグラフを特別に加工する必要がな
く、接触力を連続的に測定することができる等の利点が
あるとされている。ところが、この方法では舟体を剛体
と見なしているため、高い周波数領域においては、加速
度計で測定される慣性力の誤差が大きくなる。そのた
め、接触力の誤差も大きくなる。
(2) In Japanese Laid-Open Patent Publication No. 11-136804, the strain (bending moment) of the boat is measured from two types of strain gauges (for deformation measurement and lift measurement) attached to the boat. A method is disclosed in which the acceleration (inertial force) of a boat is measured from an acceleration sensor attached to the body, and the contact force is obtained based on these measured values. It is said that this method has an advantage that the contact force can be continuously measured without the need to specially process the existing pantograph. However, since the boat body is regarded as a rigid body in this method, the error of the inertial force measured by the accelerometer becomes large in the high frequency region. Therefore, the error of the contact force also becomes large.

【0006】(3)特開2001−18692号公報に
は、パンタグラフの舟体の慣性力を、舟体の摺り板を含
む2箇所の縦断面間の弾性変形を考慮した上で求め、こ
の慣性力を別途求めた舟体にかかっている力から差し引
きすることにより、舟体の上下方向の接触力を求める方
法が開示されている。これは、前述の(1)及び(2)
の欠点を解消し得る方法であって、高い周波数領域でも
充分な精度の慣性力測定を行なうことができ、接触力の
測定誤差も小さくできる。しかしながら、この方法にお
いては、慣性力を求めるためのセンサ(歪ゲージや加速
度計)の配置がやや複雑化する。
(3) In Japanese Unexamined Patent Publication No. 2001-18692, the inertial force of the boat body of the pantograph is determined in consideration of elastic deformation between two longitudinal sections including the sliding plate of the boat body, and this inertial force is obtained. There is disclosed a method of obtaining the vertical contact force of the boat by subtracting the force from the force applied to the boat, which is separately obtained. This is based on the above (1) and (2).
This is a method capable of eliminating the drawback of No. 1, and it is possible to measure the inertial force with sufficient accuracy even in a high frequency region, and it is possible to reduce the error in measuring the contact force. However, in this method, the arrangement of the sensor (strain gauge or accelerometer) for obtaining the inertial force is slightly complicated.

【0007】(4)特開平11−194059号公報に
は、パンタグラフの振動と接触力とに基づいて周波数応
答関数のインパルス応答関数を求め、このインパルス応
答関数とパンタグラフの振動を畳み込み積分して接触力
を求める方法が開示されている。前述の(1)〜(3)
の方法は力の釣り合いを測定原理としているのに対し
て、この(4)の方法はパンタグラフの動特性の逆推定
を測定原理としている点で大きく異なる。この方法は、
歪ゲージや加速度計の配置は簡単になるが、接触力が作
用している位置を予め設定しなければならない。そのた
め、設定位置と実際に接触力が加わっている位置がずれ
た場合は、誤差が生じ易い。
(4) In Japanese Patent Laid-Open No. 11-194059, an impulse response function of a frequency response function is obtained based on the vibration of the pantograph and the contact force, and the impulse response function and the vibration of the pantograph are convolutively integrated to make contact. A method of seeking power is disclosed. The above (1) to (3)
The method (4) uses the balance of forces as the measurement principle, while the method (4) differs greatly in that the measurement principle is inverse estimation of the dynamic characteristics of the pantograph. This method
Although the placement of strain gauges and accelerometers is simple, the position where the contact force is acting must be set in advance. Therefore, when the set position deviates from the position where the contact force is actually applied, an error is likely to occur.

【0008】そこで、従来の接触力測定技術の欠点を解
消し得る方法ないしは装置が望まれている。本発明は、
上記の課題に鑑みてなされたものであって、より少ない
数のセンサで精度の良い接触力測定を行なうことができ
るパンタグラフの接触力測定方法及び接触力測定装置を
提供することを目的とする。
Therefore, there is a demand for a method or apparatus which can eliminate the drawbacks of the conventional contact force measuring techniques. The present invention is
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a contact force measuring method and a contact force measuring device of a pantograph capable of performing accurate contact force measurement with a smaller number of sensors.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明のパンタグラフの接触力測定方法は、トロリ
線(給電線)とパンタグラフ(集電装置)との間に作用
する接触力を測定する方法であって; 前記パンタグラ
フの舟体の振動を検出するn個(n≧1)のセンサを設
け、該n個のセンサの出力により前記舟体のn次以下の
振動モードを判定し、 該舟体のn次以下の振動モード
に基づき、前記舟体上のm箇所(m≧n)に作用する接
触力を、次の手順(1)〜(3)にしたがって推定し、
(1)予め実測された各接触力に対する、前記各センサ
の出力の伝達関数Hを事前に求めておき、(2)該伝達
関数Hから、前記各センサの出力に対する、前記舟体の
各接触力の逆伝達関数H-1を求め、(3)該逆伝達関数
-1のインパルス応答関数h-1と、実際の各センサの出
力の時系列データaから、
In order to solve the above-mentioned problems, the method for measuring the contact force of a pantograph according to the present invention provides a contact force acting between a trolley wire (power supply line) and a pantograph (current collector). A method for measuring; providing n (n ≧ 1) sensors for detecting the vibration of the hull of the pantograph, and determining the nth or lower vibration mode of the hull by the output of the n sensors. , The contact force acting on m points (m ≧ n) on the ship based on the vibration mode of the ship below the nth order is estimated according to the following procedures (1) to (3),
(1) The transfer function H of the output of each sensor with respect to each contact force measured in advance is obtained in advance, and (2) each contact of the boat with respect to the output of each sensor is calculated from the transfer function H. obtains an inverse transfer function H -1 of the force, (3) an impulse response function h -1 for the reverse transfer function H -1, from the actual time series data a of the output of each sensor,

【数3】 の畳み込み積分を計算し、該畳み込み積分で得られた前
記m箇所における推定接触力を足し合わせて、前記パン
タグラフに作用する全接触力を求めることを特徴とす
る。
[Equation 3] Is calculated, and the estimated contact forces at the m points obtained by the convolution integral are added together to obtain the total contact force acting on the pantograph.

【0010】本発明によれば、舟体のn次以下の振動モ
ードに対応したn個のセンサ出力に基づき、舟体上のm
箇所における推定接触力を求める。ここで、推定接触力
の作用位置の箇所(m箇所)は、センサの個数(n個)
よりも多く(m≧n)とることができる。そのため、セ
ンサの個数が少なくても、舟体上の多くの位置における
推定接触力を得ることができるので、充分に精度の良い
接触力測定を行なうことができる。なお、センサとして
は、加速度計や速度計、レーザ変位計(位置センサ)、
歪ゲージ、ビデオカメラ等、様々なものを用いることが
できる。
According to the present invention, m on the hull is calculated based on the outputs of the n sensors corresponding to the vibration modes of the hull below the nth order.
Obtain the estimated contact force at the location. Here, the location (m location) of the acting position of the estimated contact force is the number of sensors (n locations).
More (m ≧ n). Therefore, even if the number of sensors is small, it is possible to obtain the estimated contact force at many positions on the boat, so that the contact force can be measured with sufficient accuracy. As the sensor, accelerometer, speedometer, laser displacement meter (position sensor),
Various things such as a strain gauge and a video camera can be used.

【0011】本発明のパンタグラフの接触力測定方法に
おいては、前記畳み込み積分を計算して前記m箇所に作
用する接触力を一次的に推定した後、該推定接触力の強
度分布から前記接触力の作用位置を同定し、 該同定さ
れた作用位置の近傍のセンサのみを用いて、前記接触力
を二次的に推定し、 この二次的な推定接触力を足し合
わせて、前記接触力を求めることができる。この場合、
接触力の測定精度をさらに向上することができる。
In the pantograph contact force measuring method of the present invention, the convolution integral is calculated to temporarily estimate the contact force acting on the m portion, and then the contact force is calculated from the intensity distribution of the estimated contact force. The action position is identified, the contact force is secondarily estimated using only the sensor in the vicinity of the identified action position, and the second estimated contact force is added to obtain the contact force. be able to. in this case,
It is possible to further improve the measurement accuracy of the contact force.

【0012】また、本発明のパンタグラフの接触力測定
方法においては、前記トロリ線が複数本存在する場合で
も、 各トロリ線と前記パンタグラフとの接触力の各作
用位置を、それぞれ個別に同定することができる。トロ
リ線が複数張られている区間においては、舟体上の複数
箇所に同時に接触力が作用する。このような場合は、舟
体と各トロリ線の複数箇所の作用位置を個別に同定する
ことで、接触力の測定精度をさらに向上できる。
Further, in the contact force measuring method for a pantograph according to the present invention, even if a plurality of trolley wires are present, each action position of the contact force between each trolley wire and the pantograph is individually identified. You can In the section where a plurality of trolley wires are stretched, the contact force acts on a plurality of places on the boat at the same time. In such a case, the contact force measurement accuracy can be further improved by individually identifying the operating positions at a plurality of locations on the boat and each trolley wire.

【0013】さらに、本発明のパンタグラフの接触力測
定方法においては、前記逆伝達関数H-1を前記伝達関数
Hの擬似逆行列から求めることができる。この場合、伝
達関数行列から逆伝達関数行列を簡単に求めることがで
きる利点がある。
Furthermore, in the pantograph contact force measuring method of the present invention, the inverse transfer function H -1 can be obtained from the pseudo inverse matrix of the transfer function H. In this case, there is an advantage that the inverse transfer function matrix can be easily obtained from the transfer function matrix.

【0014】本発明のパンタグラフの接触力測定装置
は、トロリ線(給電線)とパンタグラフ(集電装置)と
の間に作用する接触力を測定する装置であって; 前記
パンタグラフの舟体の振動を検出するn個のセンサと、
該n個のセンサの出力により前記舟体のn次以下の振
動モードを判定する舟体振動モード判定手段と、 該舟
体振動モード判定手段の判定結果に基づき、前記舟体上
のm箇所(m≧n)に作用する接触力を求める推定接触
力算出手段と、 該推定接触力算出手段で得られた推定
接触力から前記接触力を求める接触力算出手段と、 を
備えることを特徴とする。
A contact force measuring device for a pantograph according to the present invention is a device for measuring a contact force acting between a trolley wire (a power supply line) and a pantograph (a current collecting device); N sensors for detecting
Based on the output of the n sensors, a ship vibration mode judging means for judging a vibration mode of the ship below the n-th order, and m points on the ship based on the judgment result of the ship vibration mode judging means ( m> = n), an estimated contact force calculating means for obtaining a contact force, and a contact force calculating means for obtaining the contact force from the estimated contact force obtained by the estimated contact force calculating means. .

【0015】本発明のパンタグラフの接触力測定装置に
おいては、前記推定接触力算出手段が、 予め実測され
た接触力に対する、前記各センサの出力の伝達関数Hを
算出する伝達関数算出手段と、 該伝達関数算出手段で
得られた伝達関数Hから、前記各センサの出力に対す
る、前記舟体の接触力の逆伝達関数H-1を算出する逆伝
達関数算出手段と、 該逆伝達関数算出手段で得られた
逆伝達関数H-1のインパルス応答関数h-1を算出するイ
ンパルス応答関数算出手段と、 該インパルス応答関数
算出手段で得られたインパルス応答関数h-1と、実際の
各センサの出力の時系列データaから、
In the pantograph contact force measuring apparatus of the present invention, the estimated contact force calculating means includes a transfer function calculating means for calculating a transfer function H of the output of each sensor with respect to a contact force measured in advance, An inverse transfer function calculating means for calculating an inverse transfer function H −1 of the contact force of the boat with respect to the output of each sensor from the transfer function H obtained by the transfer function calculating means, and the inverse transfer function calculating means. an impulse response function calculating means for calculating an impulse response function h -1 obtained inverse transfer function H -1, and the impulse response function h -1 obtained by the impulse response function calculation means, the actual output of each sensor From the time series data of

【数4】 の畳み込み積分を計算して前記舟体上のm箇所における
推定接触力を求める畳み込み積分演算手段と、 を備
え、 前記接触力算出手段が、前記畳み込み積分演算手
段で得られた前記舟体上のm箇所における推定接触力を
足し合わせて、前記パンタグラフに作用する全接触力を
求めることができる。
[Equation 4] And a convolution integral calculating means for calculating an estimated contact force at m points on the boat, the contact force calculating means for calculating the convolution integral on the boat obtained on the convolution integral calculating means. The total contact force acting on the pantograph can be obtained by adding together the estimated contact forces at m points.

【0016】本発明のパンタグラフの接触力測定装置に
おいては、前記畳み込み積分演算手段で得られた推定接
触力の強度分布から、前記接触力の作用位置を同定する
作用位置同定手段をさらに備えることができる。
The contact force measuring device for a pantograph according to the present invention further comprises action position identifying means for identifying the action position of the contact force from the intensity distribution of the estimated contact force obtained by the convolution integral calculating means. it can.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。なお、以下の説明では、通常の鉄道車両の技術にお
けるのと同様に、レールの長手方向(車両の進行方向)
を前後方向、軌道面におけるレール長手方向と直角の方
向を左右方向、軌道面に垂直な方向を上下方向と呼ぶ。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION A description will be given below with reference to the drawings. In the following description, as in the case of ordinary railway vehicle technology, the longitudinal direction of the rail (the traveling direction of the vehicle)
Is called the front-rear direction, the direction perpendicular to the rail longitudinal direction on the track surface is the left-right direction, and the direction perpendicular to the track surface is the vertical direction.

【0018】図1は、本発明の一実施の形態に係る電気
鉄道のパンタグラフ周辺を示す模式的側面図である。図
2(A)及び(B)は、同パンタグラフの舟体を示す模
式的正面図である。図1に示すように、パンタグラフ1
0は、電車の車体屋根1上に設けられている。パンタグ
ラフ10は、舟体12を備えている。舟体12は、左右
方向に沿って延びている(図2参照)。舟体12は、こ
の例では前後方向に離れて1組ずつ計2本設けられてい
るが、1本の舟体のみで構成されるものもある。舟体1
2は、一例でアルミニウム合金製である。
FIG. 1 is a schematic side view showing the periphery of a pantograph of an electric railway according to an embodiment of the present invention. 2A and 2B are schematic front views showing the boat body of the pantograph. As shown in FIG. 1, pantograph 1
0 is provided on the car body roof 1 of the train. The pantograph 10 includes a boat 12. The boat body 12 extends in the left-right direction (see FIG. 2). In this example, two hulls 12 are provided, one set apart from each other in the front-rear direction, but some hulls 12 may be composed of only one hull. Boat 1
2 is made of an aluminum alloy as an example.

【0019】舟体12の上表面には、摺り板14が貼ら
れている。摺り板14は、鉄系や銅系の焼結合金製、あ
るいは、カーボン系材料等からなる。この摺り板14が
トロリ線9に直接接触する。摺り板14は、トロリ線9
との接触により経時摩耗するので、定期的に交換する。
A sliding plate 14 is attached to the upper surface of the boat 12. The sliding plate 14 is made of an iron-based or copper-based sintered alloy, or is made of a carbon-based material or the like. The sliding plate 14 directly contacts the trolley wire 9. The sliding plate 14 is a trolley wire 9
It will wear over time due to contact with it, so replace it regularly.

【0020】前後の各舟体12は、舟体支持バネ(復元
バネ)15を介して、舟体支え18に支えられている。
舟体12は、舟体支持バネ15の弾性力でトロリ線9に
押し付けられる。舟体支え18の下には、パンタグラフ
10全体を昇降するリンク状の枠組19が設けられてい
る。この枠組19は、コイルばねあるいはエアシリンダ
(図示されず)等によって上下に昇降する。例えば、パ
ンタグラフ10の非使用時は、枠組19は折り畳まれて
下がり、舟体12はトロリ線9から離れる。枠組19の
下端は、ガイシ20を介して車体屋根1上に固定されて
いる。
The front and rear hulls 12 are supported by a hull support 18 via hull support springs (restoring springs) 15.
The boat body 12 is pressed against the trolley wire 9 by the elastic force of the boat body support spring 15. Below the boat support 18, a link-shaped frame 19 for raising and lowering the entire pantograph 10 is provided. The frame 19 moves up and down by a coil spring or an air cylinder (not shown). For example, when the pantograph 10 is not used, the framework 19 is folded and lowered, and the boat 12 separates from the trolley wire 9. The lower end of the frame 19 is fixed on the vehicle body roof 1 via the insulator 20.

【0021】舟体12には、加速度計(センサ)11が
取り付けられている。図2に分かり易く示すように、加
速度計11は、舟体12下面に複数個(n個)取り付け
られている。本実施例において、加速度計11の個数
は、後述する舟体12の振動モード数(図3参照)以上
とする。加速度計11の筐体と舟体12間には、ベーク
板(図示されず)が介装されている。このベーク板によ
り、加速度計11の筐体と舟体12間は絶縁されてい
る。これにより、信号ケーブルのシールド線に電流が流
れず、出力信号のノイズが低減される。なお、この例で
は、センサとして加速度計を用いているが、舟体12の
振動を測定するセンサとしては、速度計やレーザ変位計
(位置センサ)、歪ゲージ、ビデオカメラ等、様々なも
のを用いることができる。
An accelerometer (sensor) 11 is attached to the boat body 12. As shown clearly in FIG. 2, a plurality of (n) accelerometers 11 are attached to the lower surface of the boat 12. In the present embodiment, the number of accelerometers 11 is equal to or greater than the number of vibration modes of the boat 12 (see FIG. 3) described later. A bake plate (not shown) is interposed between the housing of the accelerometer 11 and the boat 12. The baking plate insulates the housing of the accelerometer 11 and the boat body 12 from each other. As a result, no current flows in the shielded wire of the signal cable, and the noise of the output signal is reduced. Although an accelerometer is used as the sensor in this example, various sensors such as a speedometer, a laser displacement gauge (position sensor), a strain gauge, and a video camera can be used as the sensor for measuring the vibration of the boat 12. Can be used.

【0022】各加速度計11は、制御装置(図示され
ず)に接続されている。この制御装置は、加速度計11
の出力に基づき、以下の原理により舟体12とトロリ線
9との接触力を算出する。
Each accelerometer 11 is connected to a control device (not shown). This control device uses an accelerometer 11
The contact force between the boat 12 and the trolley wire 9 is calculated based on the output of the above.

【0023】以下、接触力測定原理について説明する。
最初に、図3を参照して、舟体12の振動モードを説明
する。図3は、舟体の振動モードについて説明するため
の模式図である。この図3には振動モード1〜4が示さ
れているが、実際には舟体形状に応じて様々な振動モー
ドが存在する。図3(A)は、1次の振動モード(並進
モード)である。このモードでは、舟体12の左右がほ
ぼ同時に上下する。このモードは、舟体12の振動周波
数が7Hz程度で生じる。この場合(振動モード数が1
の場合)の接触力測定に必要な加速度計11の個数は、
1個以上である。図3(B)は、振動モード2(ローリ
ングモード)である。このモードでは、舟体12の左右
端がそれぞれ逆方向に上下し、前後方向軸の周りに揺れ
る。このモードは、舟体12の振動周波数が12Hz程
度で生じる。この場合(振動モード数が2の場合)の接
触力測定に必要な加速度計11の個数は、2個以上であ
る。
The principle of contact force measurement will be described below.
First, the vibration mode of the boat 12 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the vibration mode of the boat. Although the vibration modes 1 to 4 are shown in FIG. 3, various vibration modes actually exist depending on the boat shape. FIG. 3A shows a first-order vibration mode (translation mode). In this mode, the left and right of the boat 12 move up and down almost simultaneously. This mode occurs when the vibration frequency of the boat 12 is about 7 Hz. In this case (the number of vibration modes is 1
In the case of), the number of accelerometers 11 required for measuring the contact force is
One or more. FIG. 3B shows the vibration mode 2 (rolling mode). In this mode, the left and right ends of the hull 12 move up and down in opposite directions and swing around the longitudinal axis. This mode occurs when the vibration frequency of the boat 12 is about 12 Hz. In this case (when the number of vibration modes is 2), the number of accelerometers 11 required to measure the contact force is 2 or more.

【0024】図3(C)は、振動モード3(曲げ1次モ
ード)である。このモードでは、舟体12の左右端と中
央とがそれぞれ逆方向に上下する。このモードは、舟体
12の振動周波数が80Hz程度で生じる。この場合
(振動モード数が3の場合)の接触力に必要な加速度計
11の個数は、3個以上である。図3(D)は、振動モ
ード4(曲げ2次モード)である。このモードでは、舟
体12は波状に変形する。このモードは、舟体12の振
動周波数が200Hz程度で生じる。この場合(振動モ
ード数が4の場合)の接触力測定に必要な加速度計11
は、4個以上である。
FIG. 3C shows a vibration mode 3 (first bending mode). In this mode, the left and right ends and the center of the boat 12 move up and down in opposite directions. This mode occurs when the vibration frequency of the boat 12 is about 80 Hz. In this case (when the number of vibration modes is 3), the number of accelerometers 11 required for the contact force is 3 or more. FIG. 3D shows the vibration mode 4 (second bending mode). In this mode, the hull 12 deforms in a wavy manner. This mode occurs when the vibration frequency of the boat 12 is about 200 Hz. Accelerometer 11 required for contact force measurement in this case (when the number of vibration modes is 4)
Is 4 or more.

【0025】次に、接触力測定の基本原理について説明
する。まず、パンタグラフを比例減衰もしくはヒステリ
シス減衰が成り立つ線形系と仮定する。このとき、系を
次式のように表現することができる; {x}=[φ]{ξ} この式において、 {x}:系を離散化したときの各節点の応答 [φ]:モード行列 {ξ}:モード変位 を表す。
Next, the basic principle of contact force measurement will be described. First, it is assumed that the pantograph is a linear system in which proportional damping or hysteresis damping holds. At this time, the system can be expressed as follows: {x} = [φ] {ξ} In this equation, {x}: response of each node when the system is discretized [φ]: mode Matrix {ξ}: Represents modal displacement.

【0026】次いで、系の各節点間の周波数応答関数を
次式で定義する;
Next, the frequency response function between each node of the system is defined by the following equation;

【数5】 この式において、 Fi(1≦i≦n):n個の各節点における作用力 Xi(1≦i≦n):n個の各節点の応答 Dij(1≦i,j≦n):n個の各節点の応答に対する
作用力の比(すなわち動特性) を表す。
[Equation 5] In this equation, F i (1 ≦ i ≦ n): acting force at each of n nodes, X i (1 ≦ i ≦ n): response of each of n nodes D ij (1 ≦ i, j ≦ n) : Represents the ratio of the acting force to the response of each of the n nodes (that is, dynamic characteristics).

【0027】そこで、「数5」の周波数応答関数に基づ
いて、パンタグラフ全体に対する作用力Fimpを求める
ことを考える。この作用力Fimpは、パンタグラフの舟
体のn個の各節点における作用力Fi(i≦i≦n)の
総和、すなわち、
Therefore, it is considered to find the acting force F imp on the entire pantograph based on the frequency response function of "Equation 5". This acting force F imp is the sum of acting forces F i (i ≦ i ≦ n) at each of the n nodes of the boat of the pantograph, that is,

【数6】 である。[Equation 6] Is.

【0028】この作用力Fimpは、This acting force F imp is

【数7】 とおくと、[Equation 7] If you put it

【数8】 のようにして求めることができる。この「数8」によっ
て、パンタグラフ全体に対する作用力Fimpは、各節点
における変位ΣXi(Σはiに関する和)と、動特性Σ
ij(Σはjに関する和)を予め算出しておけば求めら
れることがわかる。パンタグラフの舟体の変位ΣX
iは、センサ(加速度計11)の出力から得ることがで
きる。
[Equation 8] You can ask for it. By this "Equation 8", the acting force F imp on the entire pantograph is calculated based on the displacement ΣX i at each node (Σ is the sum of i) and the dynamic characteristic Σ.
It can be seen that D ij (Σ is the sum of j) is calculated in advance. Pantograph boat displacement ΣX
i can be obtained from the output of the sensor (accelerometer 11).

【0029】ところで、「数8」によれば、n個に離散
化した作用力Fiを求めるには、n個の節点の応答を測
定しなければならない。すなわち、舟体上のn箇所の推
定接触力を得るためには、舟体の振動を検出するセンサ
がn個必要である。しかしながら、パンタグラフの種類
によっては、多数のセンサを設置するのが困難なものも
あり、これは現実的ではない。そこで、応答を計測する
節点の数(センサの個数)を減らすことを考えると、一
般に、考慮すべき舟体振動モード数がp(但しn>p)
である場合は、これに対応したp個の応答を求めておけ
ば、作用力を精度良く推定できることが数学的に証明さ
れる。例えば、測定周波数の範囲を約100Hzとした
場合、図3(A)〜(C)に示す舟体振動モード数は1
〜3であり、したがって、3個の加速度計があれば作用
力(推定接触力)を精度良く求める。実際、後述する試
験においては、3個の加速度計で8箇所の作用力(推定
接触力)が精度良く推定されている。
By the way, according to "Equation 8", in order to obtain the acting force F i which is discretized into n pieces, it is necessary to measure the response of n pieces of nodes. That is, in order to obtain the estimated contact force at n points on the boat, n sensors for detecting the vibration of the boat are required. However, depending on the type of pantograph, it may be difficult to install a large number of sensors, which is not realistic. Therefore, considering reducing the number of nodes (the number of sensors) for measuring the response, generally, the number of ship vibration modes to be considered is p (however, n> p).
In the case of, it is mathematically proved that the acting force can be accurately estimated by obtaining p responses corresponding to this. For example, when the measurement frequency range is about 100 Hz, the number of ship vibration modes shown in FIGS.
Therefore, if there are three accelerometers, the acting force (estimated contact force) is accurately obtained. In fact, in the test described later, the acting force (estimated contact force) at eight locations is accurately estimated by three accelerometers.

【0030】次いで、具体的な測定方法を述べる。ま
ず、予めパンタグラフの加振試験を行って、舟体上のi
点を加振したときのj点の応答に対する伝達関数Hij
求める。これは、舟体の1点を加振したときの応答をp
箇所で測定する試験を、舟体のq箇所の加振点について
行なう。但し、応答測定点pは舟体の振動モード数より
も多く設定するとともに、舟体の加振点qは応答測定点
p以上(q≧p)であるとする。このような条件の加振
試験に基づいて伝達関数Hijを求めた後、この伝達関数
ijを用いて次式のように表現する;
Next, a specific measuring method will be described. First, a vibration test of a pantograph was performed in advance, and i
The transfer function H ij for the response at point j when the points are excited is obtained. This is the response when one point of the ship is excited.
The test to be carried out at the points is carried out at the q excitation points of the boat. However, the response measurement point p is set to be larger than the number of vibration modes of the boat, and the vibration point q of the boat is assumed to be equal to or greater than the response measurement point p (q ≧ p). After obtaining the transfer function H ij based on the vibration test such conditions, expressed as the following equation using the transfer function H ij;

【数9】 [Equation 9]

【0031】一方、前述の「数5」によれば、応答に対
する加振力を次式のように表現することができる;
On the other hand, according to the above-mentioned "Equation 5", the excitation force with respect to the response can be expressed by the following equation;

【数10】 [Equation 10]

【0032】そこで、「数9」の係数行列(Hijを成分
とする行列)から、「数10」の係数行列(Dijを成分
とする行列)を求める。そのために、本実施例では、Mo
ore−Penroseの擬似逆行列を用いる。これは、長方行列
Aについて、次式を満たすような行列Bを求めることと
等価である; B=pinv(A) E=A*B この式において、 pinv(A):長方行列Aの擬似逆行列 E:単位行列 *:通常の行列の積 である。一般に、AとBは非可換であり(A*B≠B*
A)、B*A≠Eであるが、B*Aは対称行列となる。
さらに、2つの行列A、Bについて、関係式 B=B*A*B、A=A*B*A が成り立つ。この擬似逆行列を用いて各Dijを求める
と、「数10」から力ベクトルF=[F1,…,Fq]を求
めることができる。
Therefore, from the coefficient matrix of “Equation 9” (matrix having H ij as a component), the coefficient matrix of “Equation 10” (matrix having D ij as a component) is obtained. Therefore, in this embodiment, Mo
The ore-Penrose pseudo-inverse matrix is used. This is equivalent to finding a matrix B that satisfies the following equation for the rectangular matrix A: B = pinv (A) E = A * B In this equation, pinv (A): rectangular matrix A Pseudo-inverse matrix E: identity matrix *: product of normal matrix. In general, A and B are non-commutative (A * B ≠ B *
A) and B * A ≠ E, but B * A is a symmetric matrix.
Furthermore, the relational expressions B = B * A * B and A = A * B * A are established for the two matrices A and B. When each D ij is obtained using this pseudo-inverse matrix, the force vector F = [F 1 , ..., F q ] can be obtained from “Equation 10”.

【0033】実際の接触力測定においては、舟体上のm
箇所の加振力F={F1,…,Fm}(力ベクトル)に対
する、n個の加速度計の出力A={A1,…,An}(加
速度ベクトル)の伝達関数Hijを前述の通りに求めた
後、「数9」と同様にして次式のように表現する;
In the actual contact force measurement, m on the boat
The transfer function H ij of the output A = {A 1 , ..., A n } (acceleration vector) of the n accelerometers with respect to the excitation force F = {F 1 , ..., F m } (force vector) at the location After obtaining as described above, it is expressed as in the following equation in the same manner as in "Equation 9";

【数11】 但し、上式においてはm≧nであるものとする。そのた
め、「数11」の係数行列は、m=nの場合のみ正方行
列であり、一般には長方行列である。
[Equation 11] However, in the above equation, m ≧ n. Therefore, the coefficient matrix of “Equation 11” is a square matrix only when m = n, and is generally a rectangular matrix.

【0034】さらに、前述の擬似逆行列を用いて、加速
度ベクトルA={A1,…,An}に対する力ベクトルF
={F1,…,Fm}の逆伝達関数H-1を求め、この逆伝
達関数H-1のインパルス応答関数h-1と、実際に走行し
ている車両のn個の加速度計の出力(時系列データa=
{a1,…,an})から、
Further, using the above pseudo inverse matrix, the force vector F for the acceleration vector A = {A 1 , ..., A n }.
= {F 1, ..., F m} sought inverse transfer function H -1 of the impulse response function h -1 for the inverse transfer function H -1, actually travel to that of the n accelerometer of the vehicle Output (time series data a =
From {a 1 , ..., a n }),

【数12】 の畳み込み積分を計算して、舟体上のm箇所における推
定接触力F={f1,…,fm}を求める(図2(A)参
照)。そして、この「数12」の畳み込み積分で得られ
た各推定接触力f1,…,fmを足し合わせると、接触力
を求めることができる。
[Equation 12] The convolution integral of is calculated to obtain an estimated contact force F = {f 1 , ..., F m } at m points on the boat (see FIG. 2 (A)). Then, the contact force can be obtained by adding up the respective estimated contact forces f 1 , ..., F m obtained by the convolutional integration of the "Equation 12".

【0035】次に、本発明を適用した試験結果について
説明する。図4は、本試験に用いた試験パンタグラフの
センサ構成(前後方向接触力)を説明するための模式図
である。図5は、本試験に用いた試験パンタグラフの加
振方法を説明するための模式図である。
Next, the test results to which the present invention is applied will be described. FIG. 4 is a schematic diagram for explaining the sensor configuration (front-back direction contact force) of the test pantograph used in this test. FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the vibration method of the test pantograph used in this test.

【0036】まず、試験パンタグラフの構成について説
明する。図5に示すように、本試験に用いたパンタグラ
フ50は、台枠51上に設置されている。パンタグラフ
50の枠組59は、上下端部間が紐53で繋がれてお
り、中腰姿勢となるように設定されている。舟体52の
上面には、断面L型の治具56が接着されている。一
方、パンタグラフ50を加振する加振機60は、天井6
1に揺動可能に吊られている。加振機61は、ロードセ
ル63を備えている。ロードセル63は、前述の治具5
6にボルトで接続されている。
First, the structure of the test pantograph will be described. As shown in FIG. 5, the pantograph 50 used in this test is installed on an underframe 51. The frame 59 of the pantograph 50 has upper and lower end portions connected by a string 53, and is set to have a middle waist posture. A jig 56 having an L-shaped cross section is bonded to the upper surface of the boat 52. On the other hand, the vibration exciter 60 for vibrating the pantograph 50 has a ceiling 6
1 is swingably suspended. The vibrator 61 includes a load cell 63. The load cell 63 is the jig 5 described above.
It is connected to 6 with a bolt.

【0037】図5に示す試験パンタグラフにおいて、加
速度センサSは、舟体の下面に配置される。図4に示す
ように、前後方向接触力測定に対する加速度センサS1
〜S3は、舟体中央及び左右の3箇所に取り付けられて
いる。この例の場合、左右の加速度センサS2、S3間
の間隔は、840mmである。さらに、図4に示すよう
に、上下方向接触力測定に対する加速度センサS1〜S
3は、舟体の摺り板上において、舟体中央及び左右の3
箇所に取り付けられている。さらに、舟体の側面には、
撓み板歪センサS4及びS5も貼り付けられている。
In the test pantograph shown in FIG. 5, the acceleration sensor S is arranged on the lower surface of the boat. As shown in FIG. 4, the acceleration sensor S1 for the front-back direction contact force measurement.
~ S3 are attached to the center of the boat and three places on the left and right. In the case of this example, the distance between the left and right acceleration sensors S2 and S3 is 840 mm. Furthermore, as shown in FIG. 4, the acceleration sensors S1 to S for the vertical contact force measurement.
3 is the center of the hull and the left and right 3 on the sliding plate of the hull
It is attached to the place. Furthermore, on the side of the hull,
Bending plate strain sensors S4 and S5 are also attached.

【0038】次に、試験条件について述べる。本試験に
おいては、舟体に取り付けた3個の前後加速度計S1〜
S3(図4参照)により、舟体上に設定した8箇所の設
定位置に作用する前後接触力の推定を行った。舟体上の
8箇所の設定位置は、舟体中央から左右端に向かって、
それぞれ50mm、150mm、200mm、240m
mの計8箇所である。舟体の加振は、一度に1箇所の設
定位置について行い、加振機60(図5参照)の加振波
形は100Hzまでの擬似ランダム波とした。加振力は
ロードセル63(図5参照)で計測した。
Next, the test conditions will be described. In this test, three longitudinal accelerometers S1 to S1 attached to the hull were used.
By S3 (see FIG. 4), the front-back contact force acting on the eight set positions set on the boat was estimated. The eight setting positions on the hull are from the center of the hull toward the left and right edges.
50mm, 150mm, 200mm, 240m respectively
There are a total of 8 locations of m. The hull was vibrated at one set position at a time, and the vibration waveform of the vibration exciter 60 (see FIG. 5) was a pseudo random wave up to 100 Hz. The exciting force was measured by the load cell 63 (see FIG. 5).

【0039】なお、舟体前後振動に関する固有振動数及
び固有モードは、100Hz以下では剛体モード2つ、
弾性モード1つの計3つの固有モードが存在している。
したがって、100Hz以下においては、前述の通り、
必要とされる加速度計の数は3個である。
The natural frequencies and natural modes relating to the longitudinal vibration of the boat are two rigid body modes below 100 Hz.
There are a total of three eigenmodes, one elastic mode.
Therefore, below 100 Hz, as described above,
The number of accelerometers required is three.

【0040】次に、試験結果について述べる。図6は、
舟体左側200mmの設定位置を加振した場合の全前後
加振力の推定精度を表すグラフである。(A)は周波数
(横軸)に対する推定精度ゲイン(縦軸)のグラフであ
り、(B)は周波数(横軸)に対する推定精度位相(縦
軸)のグラフである。図7は、舟体左側150mmの設
定位置を加振した場合の全前後加振力の推定精度を表す
グラフである。(A)は周波数(横軸)に対する推定精
度ゲイン(縦軸)のグラフであり、(B)は周波数(横
軸)に対する推定精度位相(縦軸)のグラフである。
Next, the test results will be described. Figure 6
It is a graph showing the estimation accuracy of the total front-back excitation force when a preset position of 200 mm on the left side of the boat is excited. (A) is a graph of estimation accuracy gain (vertical axis) with respect to frequency (horizontal axis), and (B) is a graph of estimation accuracy phase (vertical axis) with respect to frequency (horizontal axis). FIG. 7 is a graph showing the estimation accuracy of the total longitudinal excitation force when the set position of 150 mm on the left side of the boat is excited. (A) is a graph of estimation accuracy gain (vertical axis) with respect to frequency (horizontal axis), and (B) is a graph of estimation accuracy phase (vertical axis) with respect to frequency (horizontal axis).

【0041】これらのグラフからわかるように、推定精
度ゲインは概ね1であり、推定精度位相は概ね0度とな
っている。そのため、前後方向加振力の合計値の推定
は、ほぼ良好に行われていることがわかる。但し、いず
れのグラフにおいても、特に周波数が0〜30Hzの範
囲において、若干波形に乱れが生じていることも見て取
れる。
As can be seen from these graphs, the estimation accuracy gain is approximately 1 and the estimation accuracy phase is approximately 0 degrees. Therefore, it can be seen that the estimation of the total value of the front-back direction excitation force is performed almost satisfactorily. However, in each of the graphs, it can be seen that the waveform is slightly disturbed, particularly in the frequency range of 0 to 30 Hz.

【0042】そこで、測定精度をさらによくするため、
前述の手順で各設定箇所(1〜m)における推定接触力
を求めた後、これらの推定接触力の強度分布から接触力
の作用位置をおおまかに同定し、同定された作用位置の
近傍のみに限定して推定接触力を求める。つまり、図2
(A)に示すように、最初に舟体上で各推定接触力
1,…,fmを求めて一次的に粗推定した後、図2
(B)に示すように、各推定接触力f1,…,fm′の強
度分布から力の作用位置(舟体左端寄りの位置)を同定
し、舟体上で作用位置近傍の推定接触力f1,…,fm
のみを二次的に推定する。
Therefore, in order to further improve the measurement accuracy,
Estimated contact force at each set point (1 to m) according to the above procedure
Then, the contact force is calculated from the strength distribution of these estimated contact forces.
The action position of the
The estimated contact force is calculated only in the vicinity. That is, FIG.
As shown in (A), first, each estimated contact force on the boat
f 1,, fm2 and after roughly estimating it temporarily,
As shown in (B), each estimated contact force f1,, fm’Strength
Identifies the force application position (position near the left end of the ship) from the degree distribution
Then, the estimated contact force f near the action position on the boat1,, fm
Only secondarily estimate.

【0043】以下、前述の8箇所の設定箇所で得たデー
タを、作用位置を同定して4箇所の設定箇所に絞って得
た結果を述べる。図8は、舟体左側200mm位置を加
振し、この点の近傍の4箇所における全前後加振力の推
定精度を表すグラフである。(A)は周波数(横軸)に
対する推定精度ゲイン(縦軸)のグラフであり、(B)
は周波数(横軸)に対する推定精度位相(縦軸)のグラ
フである。
The following is a description of the results obtained by narrowing the data obtained at the above-mentioned eight setting points to four setting points by identifying the operating position. FIG. 8 is a graph showing the estimation accuracy of the total front-rear excitation force at four points near this point, with the position of 200 mm on the left side of the boat hull excited. (A) is a graph of the estimation accuracy gain (vertical axis) against frequency (horizontal axis), (B)
Is a graph of estimated accuracy phase (vertical axis) against frequency (horizontal axis).

【0044】図9は、舟体左側150mm位置を加振
し、この点の近傍の4箇所における全前後加振力の推定
精度を表すグラフである。(A)は周波数(横軸)に対
する推定精度ゲイン(縦軸)のグラフであり、(B)は
周波数(横軸)に対する推定精度位相(縦軸)のグラフ
である。図10は、舟体左側の200mmの位置を加振
した場合の、舟体左側の4箇所の各設定位置における前
後加振力の推定精度を表すグラフであり、横軸が周波数
を表し、縦軸が推定精度ゲインを表す。(A)が舟体左
側240mm、(B)が舟体左側200mm、(C)が
舟体左側150mm、(D)が舟体左側50mmの設定
位置における加振力の推定精度を表す。
FIG. 9 is a graph showing the estimation accuracy of the total front-rear excitation force at four points near this point when the position 150 mm on the left side of the boat is excited. (A) is a graph of estimation accuracy gain (vertical axis) with respect to frequency (horizontal axis), and (B) is a graph of estimation accuracy phase (vertical axis) with respect to frequency (horizontal axis). FIG. 10 is a graph showing the estimation accuracy of the longitudinal excitation force at each of the four setting positions on the left side of the hull when the position of 200 mm on the left side of the hull is excited, where the horizontal axis represents the frequency and the vertical axis represents the vertical axis. The axis represents the estimated accuracy gain. (A) is the left side of the hull 240 mm, (B) is the left side of the hull 200 mm, (C) is the left side of the hull 150 mm, and (D) is the estimation accuracy of the excitation force at the set position of the left side of the hull is 50 mm.

【0045】図8と図6を比較し、図9と図7を比較す
ると、図8及び図9のほうが波形の乱れが少なく、測定
精度が向上していることがわかる。しかしながら、図6
及び図7に示す推定方法(作用位置を同定しない方法)
でも、加振力の合計値の推定精度は充分に良好であるか
ら、加振力の合計値をある程度の精度で得られればよい
場合は、作用位置の同定を行なわなくてもよいともいえ
る。一方、図10に示すように、実際に加振を行ってい
る加振位置200mmにおける接触力推定の結果を示す
(B)のグラフは、推定精度ゲインが概ね1となってお
り、実際には力の作用していない他の設定位置を示す
(A)、(C)及び(D)のグラフでは、推定接触力が
顕著に小さな値となっている。これは、実際の加振位置
と同定された加振位置が合致しており、加振位置の同定
がほぼ正確に行われていることを示す。
Comparing FIG. 8 with FIG. 6 and comparing FIG. 9 with FIG. 7, it can be seen that the waveform distortion is smaller in FIGS. 8 and 9 and the measurement accuracy is improved. However, FIG.
And the estimation method shown in FIG. 7 (method without identifying the action position)
However, since the estimation accuracy of the total value of the excitation force is sufficiently good, it can be said that the action position need not be identified if the total value of the excitation force needs to be obtained with a certain degree of accuracy. On the other hand, as shown in FIG. 10, in the graph of (B) showing the result of the contact force estimation at the vibration position 200 mm where the vibration is actually applied, the estimation accuracy gain is approximately 1, In the graphs (A), (C) and (D) showing other set positions where no force is applied, the estimated contact force has a remarkably small value. This indicates that the actual excitation position matches the identified excitation position, and the excitation position is identified almost accurately.

【0046】このように、本実施例の試験結果によれ
ば、3個の加速度計で舟体上の8箇所の設定位置におけ
る推定接触力を精度良く求めることができる。さらに、
接触力の作用位置を同定して、この作用位置の近傍の4
箇所における推定接触力を求めた場合は、精度をさらに
向上することができる。
As described above, according to the test results of this embodiment, the estimated contact force at the eight set positions on the boat can be accurately obtained by the three accelerometers. further,
The action position of the contact force is identified, and the 4
If the estimated contact force at the location is obtained, the accuracy can be further improved.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、より少ない数のセンサで精度の良い接触力測
定を行なうことができるパンタグラフの接触力測定方法
及び接触力測定装置を提供することができる。
As is apparent from the above description, according to the present invention, there are provided a pantograph contact force measuring method and a contact force measuring device capable of performing accurate contact force measurement with a smaller number of sensors. can do.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施の形態に係る電気鉄道のパンタ
グラフ周辺を示す模式的側面図である。
FIG. 1 is a schematic side view showing the periphery of a pantograph of an electric railway according to an embodiment of the present invention.

【図2】同パンタグラフの舟体を示す模式的正面図であ
る。
FIG. 2 is a schematic front view showing a hull of the pantograph.

【図3】舟体の振動モードについて説明するための模式
図である。
FIG. 3 is a schematic diagram for explaining a vibration mode of a boat.

【図4】本試験に用いた試験パンタグラフのセンサ構成
を説明するための模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a sensor configuration of a test pantograph used in this test.

【図5】本試験に用いた試験パンタグラフの加振方法を
説明するための模式図である。
FIG. 5 is a schematic diagram for explaining a vibration method of a test pantograph used in this test.

【図6】舟体左側200mmの設定位置を加振した場合
の全前後加振力の推定精度を表すグラフである。
FIG. 6 is a graph showing the estimation accuracy of total front-rear excitation force when a setting position of 200 mm on the left side of the boat is excited.

【図7】舟体左側150mmの設定位置を加振した場合
の全前後加振力の推定精度を表すグラフである。
FIG. 7 is a graph showing the estimation accuracy of total front-rear excitation force when a set position of 150 mm on the left side of the boat is excited.

【図8】舟体左側200mm位置を加振した場合の全前
後加振力の推定精度を表すグラフである(8箇所に作用
する接触力を一次的に推定した後、同定した加振点近傍
の4箇所に作用する接触力を二次的に求める場合)。
FIG. 8 is a graph showing the estimation accuracy of the total front-back excitation force when the position of 200 mm on the left side of the boat is excited (the contact force acting on eight locations is estimated first, and then the vicinity of the identified excitation point) In the case of secondarily obtaining the contact force acting on the four points).

【図9】舟体左側150mm位置を加振した場合の全前
後加振力の推定精度を表すグラフである(8箇所に作用
する接触力を一次的に推定した後、同定した加振点近傍
の4箇所に作用する接触力を二次的に求める場合)。
FIG. 9 is a graph showing the estimation accuracy of the total front-back excitation force when the 150 mm position on the left side of the boat is excited (the contact force acting on eight locations is estimated first, and then the vicinity of the identified excitation point) In the case of secondarily obtaining the contact force acting on the four points).

【図10】舟体左側の200mmの位置を加振した場合
の各設定位置における前後加振力の推定精度を表すグラ
フである(8箇所に作用する接触力を一次的に推定した
後、同定した加振点近傍の4箇所に作用する接触力を二
次的に求める場合)。
FIG. 10 is a graph showing the estimation accuracy of the front-rear excitation force at each set position when the position of 200 mm on the left side of the boat is excited (the contact force acting on eight locations is first estimated and then identified). In the case of secondarily obtaining the contact force acting on four points near the excitation point).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 車体屋根 9 トロリ
線 10 パンタグラフ 11 加速
度計(センサ) 12 舟体 14 摺り
板 15 舟体支持バネ 18 舟体
支え 19 枠組 20 ガイ
シ 50 試験パンタグラフ 51 台枠 52 舟体 53 紐 56 治具 59 枠組 60 加振
機 61 天井 63 ロー
ドセル S1〜S3 加速度センサ
1 Body Roof 9 Trolley Wire 10 Pantograph 11 Accelerometer (Sensor) 12 Boat Body 14 Sliding Plate 15 Boat Body Support Spring 18 Boat Body Support 19 Frame 20 Guy 50 Test Pantograph 51 Underframe 52 Boat Body 53 String 56 Jig 59 Framework 60 Shaker 61 Ceiling 63 Load cells S1 to S3 Accelerometer

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トロリ線(給電線)とパンタグラフ(集
電装置)との間に作用する接触力を測定する方法であっ
て;前記パンタグラフの舟体の振動を検出するn個(n
≧1)のセンサを設け、該n個のセンサの出力により前
記舟体のn次以下の振動モードを判定し、 該舟体のn次以下の振動モードに基づき、前記舟体上の
m箇所(m≧n)に作用する接触力を、次の手順(1)
〜(3)にしたがって推定し、(1)予め実測された各
接触力に対する、前記各センサの出力の伝達関数Hを事
前に求めておき、(2)該伝達関数Hから、前記各セン
サの出力に対する、前記舟体の各接触力の逆伝達関数H
-1を求め、(3)該逆伝達関数H-1のインパルス応答関
数h-1と、実際の各センサの出力の時系列データaか
ら、 【数1】 の畳み込み積分を計算し、 該畳み込み積分で得られた前記m箇所における推定接触
力を足し合わせて、前記パンタグラフに作用する全接触
力を求めることを特徴とするパンタグラフの接触力測定
方法。
1. A method for measuring a contact force acting between a trolley wire (feed line) and a pantograph (current collector); n (n) detecting vibrations of boat bodies of the pantograph.
≧ 1) sensors are provided, the n-th or lower vibration mode of the hull is determined by the outputs of the n sensors, and m points on the hull are determined based on the n-th or lower vibration mode of the hull. The contact force acting on (m ≧ n) can be calculated by the following procedure (1).
To (3), (1) the transfer function H of the output of each sensor for each contact force measured in advance is obtained in advance, and (2) the transfer function H of each sensor is calculated from the transfer function H. Inverse transfer function H of each contact force of the boat with respect to output
Seeking -1, (3) an impulse response function h -1 for the reverse transfer function H -1, from the actual time series data a of the output of each sensor, Equation 1] The method for measuring contact force of a pantograph, characterized in that the total contact force acting on the pantograph is obtained by calculating the convolution integral of the above and adding the estimated contact forces at the m points obtained by the convolution integral.
【請求項2】 前記畳み込み積分を計算して前記m箇所
に作用する接触力を一次的に推定した後、該推定接触力
の強度分布から前記接触力の作用位置を同定し、 該同定された作用位置の近傍のセンサのみを用いて、前
記接触力を二次的に推定し、 この二次的な推定接触力を足し合わせて、前記接触力を
求めることを特徴とする請求項1記載のパンタグラフの
接触力測定方法。
2. The convolution integral is calculated to temporarily estimate the contact force acting on the m portion, and then the acting position of the contact force is identified from the intensity distribution of the estimated contact force. The contact force is secondarily estimated by using only a sensor in the vicinity of the action position, and the secondary estimated contact force is added to obtain the contact force. Method of measuring contact force of pantograph.
【請求項3】 前記トロリ線が複数本存在し、 各トロリ線と前記パンタグラフとの接触力の各作用位置
を、それぞれ個別に同定することを特徴とする請求項2
記載のパンタグラフの接触力測定方法。
3. The plurality of trolley wires are present, and each operating position of the contact force between each trolley wire and the pantograph is individually identified.
The contact force measuring method for the pantograph described.
【請求項4】 前記逆伝達関数H-1を前記伝達関数Hの
擬似逆行列から求めることを特徴とする請求項1、2又
は3記載のパンタグラフの接触力測定方法。
4. The pantograph contact force measuring method according to claim 1, wherein the inverse transfer function H −1 is obtained from a pseudo inverse matrix of the transfer function H.
【請求項5】 トロリ線(給電線)とパンタグラフ(集
電装置)との間に作用する接触力を測定する装置であっ
て;前記パンタグラフの舟体の振動を検出するn個のセ
ンサと、 該n個のセンサの出力により前記舟体のn次以下の振動
モードを判定する舟体振動モード判定手段と、 該舟体振動モード判定手段の判定結果に基づき、前記舟
体上のm箇所(m≧n)に作用する接触力を求める推定
接触力算出手段と、 該推定接触力算出手段で得られた推定接触力から前記接
触力を求める接触力算出手段と、 を備えることを特徴とするパンタグラフの接触力測定装
置。
5. A device for measuring a contact force acting between a trolley wire (feed line) and a pantograph (current collector); n sensors for detecting vibration of a boat body of the pantograph, Based on the output of the n sensors, a ship vibration mode judging means for judging a vibration mode of the ship below the n-th order, and m points on the ship based on the judgment result of the ship vibration mode judging means ( m> = n), an estimated contact force calculating means for obtaining a contact force, and a contact force calculating means for obtaining the contact force from the estimated contact force obtained by the estimated contact force calculating means. Pantograph contact force measuring device.
【請求項6】 前記推定接触力算出手段が、 予め実測された接触力に対する、前記各センサの出力の
伝達関数Hを算出する伝達関数算出手段と、 該伝達関数算出手段で得られた伝達関数Hから、前記各
センサの出力に対する、前記舟体の接触力の逆伝達関数
-1を算出する逆伝達関数算出手段と、 該逆伝達関数算出手段で得られた逆伝達関数H-1のイン
パルス応答関数h-1を算出するインパルス応答関数算出
手段と、 該インパルス応答関数算出手段で得られたインパルス応
答関数h-1と、実際の各センサの出力の時系列データa
から、 【数2】 の畳み込み積分を計算して前記舟体上のm箇所における
推定接触力を求める畳み込み積分演算手段と、 を備え、 前記接触力算出手段が、前記畳み込み積分演算手段で得
られた前記舟体上のm箇所における推定接触力を足し合
わせて、前記パンタグラフに作用する全接触力を求める
ことを特徴とする請求項5記載のパンタグラフの接触力
測定装置。
6. The transfer function calculation means for calculating the transfer function H of the output of each sensor with respect to the contact force measured in advance, and the transfer function obtained by the transfer function calculation means. from H, the relative output of each sensor, the inverse transfer function calculating means for calculating an inverse transfer function H -1 of the contact force of the collector head, the inverse transfer function H -1 of the obtained in the reverse transfer function calculating means an impulse response function calculating means for calculating an impulse response function h -1, the impulse response function h -1 obtained by the impulse response function calculation means, the actual time series data a of the output of each sensor
From, And a convolution integral calculating means for calculating an estimated contact force at m points on the boat, the contact force calculating means for calculating the convolution integral on the boat obtained on the convolution integral calculating means. The contact force measuring device for a pantograph according to claim 5, wherein the total contact force acting on the pantograph is obtained by adding together the estimated contact forces at m positions.
【請求項7】 前記畳み込み積分演算手段で得られた推
定接触力の強度分布から、前記接触力の作用位置を同定
する作用位置同定手段をさらに備えることを特徴とする
請求項5又は6記載のパンタグラフの接触力測定装置。
7. The action position identification means for identifying the action position of the contact force from the intensity distribution of the estimated contact force obtained by the convolution integral calculation means is further included. Pantograph contact force measuring device.
JP2001353015A 2001-11-19 2001-11-19 Pantograph contact force measuring method and contact force measuring device Expired - Fee Related JP3930299B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001353015A JP3930299B2 (en) 2001-11-19 2001-11-19 Pantograph contact force measuring method and contact force measuring device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2001353015A JP3930299B2 (en) 2001-11-19 2001-11-19 Pantograph contact force measuring method and contact force measuring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2003156397A true JP2003156397A (en) 2003-05-30
JP3930299B2 JP3930299B2 (en) 2007-06-13

Family

ID=19165108

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001353015A Expired - Fee Related JP3930299B2 (en) 2001-11-19 2001-11-19 Pantograph contact force measuring method and contact force measuring device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3930299B2 (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008185458A (en) * 2007-01-30 2008-08-14 Railway Technical Res Inst Contact force measuring method and device of pantograph
JP2008228396A (en) * 2007-03-09 2008-09-25 Railway Technical Res Inst Pantograph
WO2010032695A1 (en) 2008-09-17 2010-03-25 株式会社 明電舎 Device and method for measuring vertical acceleration of pantograph by image processing
KR101142243B1 (en) * 2010-09-20 2012-05-15 한국철도기술연구원 Signal measurement system for current collection equipment in a electric train using measuring angle of rotation
KR101265476B1 (en) 2011-09-23 2013-05-20 한국철도기술연구원 Measuring device of elasticity in a span for overhead line
KR101271445B1 (en) 2011-12-15 2013-06-05 한국철도기술연구원 A measuring system of force sensor for current collection equipment in a electric train
JP2013230074A (en) * 2012-03-27 2013-11-07 Railway Technical Research Institute Method for reducing variation of pantograph contact force and pantograph
JP2015134518A (en) * 2014-01-16 2015-07-27 公益財団法人鉄道総合技術研究所 Estimation method and estimation apparatus for trolley wire stationary height
CN113267286A (en) * 2021-07-02 2021-08-17 中国国家铁路集团有限公司 Railway bow net contact force identification method and device
CN115683529A (en) * 2023-01-03 2023-02-03 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 Pantograph contact force test device
CN115782598A (en) * 2022-11-17 2023-03-14 西南交通大学 Novel pantograph bow plate spring suspension device
WO2023232359A1 (en) * 2022-05-31 2023-12-07 Siemens Mobility GmbH Current collector for a road vehicle, and road vehicle equipped with a current collector of this type
JP7395999B2 (en) 2019-12-02 2023-12-12 富士電機株式会社 Condition monitoring device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5276462B2 (en) * 2008-04-02 2013-08-28 国立大学法人鳥取大学 Massage machine

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008185458A (en) * 2007-01-30 2008-08-14 Railway Technical Res Inst Contact force measuring method and device of pantograph
JP2008228396A (en) * 2007-03-09 2008-09-25 Railway Technical Res Inst Pantograph
WO2010032695A1 (en) 2008-09-17 2010-03-25 株式会社 明電舎 Device and method for measuring vertical acceleration of pantograph by image processing
JP2010071706A (en) * 2008-09-17 2010-04-02 Meidensha Corp Image-processing-based pantograph vertical acceleration measuring apparatus and method
RU2459213C1 (en) * 2008-09-17 2012-08-20 Мейденся Корпорейшн Apparatus and method of measuring vertical acceleration of pantograph via image processing
KR101142243B1 (en) * 2010-09-20 2012-05-15 한국철도기술연구원 Signal measurement system for current collection equipment in a electric train using measuring angle of rotation
KR101265476B1 (en) 2011-09-23 2013-05-20 한국철도기술연구원 Measuring device of elasticity in a span for overhead line
KR101271445B1 (en) 2011-12-15 2013-06-05 한국철도기술연구원 A measuring system of force sensor for current collection equipment in a electric train
JP2013230074A (en) * 2012-03-27 2013-11-07 Railway Technical Research Institute Method for reducing variation of pantograph contact force and pantograph
JP2015134518A (en) * 2014-01-16 2015-07-27 公益財団法人鉄道総合技術研究所 Estimation method and estimation apparatus for trolley wire stationary height
JP7395999B2 (en) 2019-12-02 2023-12-12 富士電機株式会社 Condition monitoring device
CN113267286A (en) * 2021-07-02 2021-08-17 中国国家铁路集团有限公司 Railway bow net contact force identification method and device
CN113267286B (en) * 2021-07-02 2022-12-13 中国国家铁路集团有限公司 Railway bow net contact force identification method and device
WO2023232359A1 (en) * 2022-05-31 2023-12-07 Siemens Mobility GmbH Current collector for a road vehicle, and road vehicle equipped with a current collector of this type
CN115782598A (en) * 2022-11-17 2023-03-14 西南交通大学 Novel pantograph bow plate spring suspension device
CN115683529A (en) * 2023-01-03 2023-02-03 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 Pantograph contact force test device
CN115683529B (en) * 2023-01-03 2023-08-25 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 Pantograph contact force test device

Also Published As

Publication number Publication date
JP3930299B2 (en) 2007-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2003156397A (en) Method and instrument for measuring contact force of pantograph
JP5406917B2 (en) A method for predicting and determining noise / comfort performance of a vehicle traveling on an uneven road surface
JP4557908B2 (en) Vehicle vibration system
JP3618062B2 (en) Pantograph contact force measuring method and contact force measuring device
JP2001235310A (en) Measuring apparatus for pantograph displacement, contact force and trolley wire deviation
JP6421033B2 (en) Method, program and system for estimating damage state of structure
JP4954733B2 (en) Pantograph contact force measuring method and contact force measuring device
JP2002328063A (en) Apparatus for measuring contact force of pantograph
JP4012108B2 (en) Pantograph contact force measuring method and contact force measuring device
JP3352009B2 (en) Contact force measuring device
JP2005504983A (en) Quantitative determination method of dynamic seating comfort of seat pad
CN115326328A (en) Seat transfer characteristic test method
JP2012191778A (en) Malfunction detection method of dynamic characteristic of pantograph
JP3722463B2 (en) Pantograph contact force measuring method and contact force measuring device
JP2013205270A (en) Method for detecting abnormality in pantograph
JP3888750B2 (en) Measuring method of contact force of pantograph
US5355734A (en) Life predicting gauge for structure and life predicting method employing the same
CN115452345A (en) Fastener dynamic stiffness matrix measuring method
JP7194131B2 (en) CONTACT FORCE MEASURING METHOD AND CURRENT COLLECTOR
JP4825110B2 (en) Pantograph contact force estimation system and estimation method
CN112668103A (en) Method for calculating dynamic characteristics of automobile power assembly-auxiliary frame suspension system
JP4575116B2 (en) Pantograph characteristic diagnostic method and apparatus
JP7400609B2 (en) Condition monitoring device
WO2002099375A1 (en) Method and apparatus for measuring contact force between current collector of electric train and electric train line
JP4523718B2 (en) Method for measuring wave propagation velocity of trolley wire and method for measuring tension of trolley wire

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20040401

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20051201

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20060801

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20060922

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20061226

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070123

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20070306

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20070308

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110316

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110316

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120316

Year of fee payment: 5

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120316

Year of fee payment: 5

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130316

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130316

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140316

Year of fee payment: 7

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees