JP2010223677A - Device and method for behavior simulation of railroad vehicle - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and method for behavior simulation of a railroad vehicle, wherein calculation loads are reduced. <P>SOLUTION: The behavior simulation device 1 for the railroad vehicle has vehicle body support devices 111, 112 for connecting structures such as a vehicle body 110 and carriage frames 121, 122 through a spring element and a damper element includes. The device includes: a vehicle body behavior calculation means 33 calculating the behavior or the like of the vehicle body using a distributed model of the vehicle body; structure behavior calculation means 31, 32 calculating the behavior of the structure using the distributed model of the structure; information integrating means 201, 202 calculating action force from the vehicle body support device to the structure on the basis of reaction force of the spring element and damping force of the damper element of the vehicle body support device calculated by the vehicle body behavior calculation means and providing it to the structure behavior calculation means; and information distribution means 201, 202 calculating displacement and velocity about attachment parts of the plurality of vehicle body support devices on the basis of a state quantity of the structure calculated by the structure behavior calculation means and providing them to the vehicle body behavior calculation means. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、鉄道車両の挙動模擬装置及び挙動模擬方法に関し、特に、編成車両中で走行中の任意車両の挙動を実車台上試験によって模擬するものに関する。   The present invention relates to a railway vehicle behavior simulation apparatus and behavior simulation method, and more particularly to a simulation of the behavior of an arbitrary vehicle that is running in a knitted vehicle by an on-vehicle stand test.

従来より編成状態で走行している複数の車両のうち任意車両の挙動を計算機を用いた運動シミュレーションによって解析することが提案されている。この場合において、計算結果の妥当性を検証するためには、実車を走行させた際のデータとの比較検証が必要となる。
しかし、鉄道車両用の試験専用線はほとんど存在しないことから、このような実車試験は多くの場合営業線を用いて行わざるを得ず、クリティカルな条件下の試験は行うことが難しく、試験条件が限定されたものとなるため、検証が不十分となるおそれがある。
Conventionally, it has been proposed to analyze the behavior of an arbitrary vehicle among a plurality of vehicles traveling in a knitted state by a motion simulation using a computer. In this case, in order to verify the validity of the calculation result, it is necessary to compare and verify the data with the actual vehicle.
However, since there are almost no dedicated test lines for railway vehicles, in many cases such actual vehicle tests must be performed using commercial lines, making it difficult to perform tests under critical conditions. However, the verification may be insufficient.

一方、実車両を用いて軌道からの入力を模した加振等が可能なベンチ車両試験台を用いることも知られている。ベンチ車両試験台は、例えば、レールを回転円盤に置き換えて、その上に前後方向に拘束した車両を載せて走行状態を模擬するものである。
このようなベンチ車両試験台においては、単車状態での実車両の運動特性評価は可能であるが、編成状態で走行中の運動特性については把握することが困難である。
On the other hand, it is also known to use a bench vehicle test bench that can perform vibration or the like imitating input from a track using an actual vehicle. For example, the bench vehicle test bench simulates a traveling state by replacing a rail with a rotating disk and placing a vehicle restrained in the front-rear direction on the rail.
In such a bench vehicle test stand, it is possible to evaluate the motion characteristics of an actual vehicle in a single vehicle state, but it is difficult to grasp the motion characteristics during traveling in the knitted state.

これに対して、本願発明の発明者は、ソフトウェアによるシミュレータと、評価対象のハードウェアとを組み合わせてリアルタイムシミュレーションを実行するHILS(Hardware In the Loop Simulation)システムを構築し、より実走行に近い試験環境の実現を図ることを提案している。
このHILSシステムは、ベンチ車両試験台を用いて編成車両を含めて実走行を忠実に再現することを狙いとしたものであり、台上に設置した実車両に対して前後に連結される仮想車両の運動をシミュレーションし、シミュレーション結果をベンチ車両試験台に設けられた車体間運動模擬装置と連動させるものである。HILSシステムを用いた場合、対象物の少なくとも一部を実物で扱うため、実物部分のモデル化やその検証にかかるコスト、工数が軽減される。また、複数の試作品を開発、テストする場合には、実物を必要数用意すればよい。
従来、例えば非特許文献1には、車両試験台に設置された実車の両端部に、リアルタイムシミュレータによって演算される仮想車両からの入力を再現する車体間運動模擬装置を設けたHILSシステムが記載されている。
On the other hand, the inventor of the present invention constructed a HILS (Hardware In the Loop Simulation) system for executing real-time simulation by combining a simulator by software and hardware to be evaluated, and a test closer to actual driving. We propose to realize the environment.
This HILS system aims to faithfully reproduce the actual running including the formation vehicle using the bench vehicle test stand, and is a virtual vehicle that is connected back and forth with respect to the real vehicle installed on the stand. The motion of the vehicle is simulated, and the simulation result is linked to the inter-body motion simulation device provided on the bench vehicle test stand. When the HILS system is used, since at least a part of the object is handled with the real object, the cost and man-hours required for modeling and verifying the real part are reduced. In addition, when developing and testing a plurality of prototypes, it is sufficient to prepare the necessary number of actual products.
Conventionally, for example, Non-Patent Document 1 describes an HILS system in which an inter-body motion simulator that reproduces input from a virtual vehicle calculated by a real-time simulator is provided at both ends of a real vehicle installed on a vehicle test bench. ing.

「鉄道車両研究へのHILSシステムの応用」佐々木君章著 鉄道総研報告Vol.20,No.6 2006年6月 財団法人鉄道総合技術研究所刊“Application of HILS System to Railway Vehicle Research” by Kimiaki Sasaki Railway Research Institute Report Vol. 20, no. 6 June 2006 Published by Railway Technical Research Institute

上述したようなHILSシステムを実現するためには、車体間運動模擬装置によって再現される仮想車両の挙動をリアルタイムシミュレーションする必要がある。しかし、鉄道車両に含まれる構造体、バネ要素、ダンパ等の各要素数は多く、かつその相関関係が複雑であることから、リアルタイムシミュレーションの演算負荷は非常に大きなものになってしまう。
上述した問題に鑑み、本発明の課題は、演算負荷が軽減された鉄道車両の挙動模擬装置及び挙動模擬方法を提供することである。
In order to realize the HILS system as described above, it is necessary to perform a real-time simulation of the behavior of the virtual vehicle reproduced by the inter-body motion simulator. However, since the number of elements such as structures, spring elements, and dampers included in the railway vehicle is large and the correlation thereof is complicated, the calculation load of the real-time simulation becomes very large.
In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a railway vehicle behavior simulation apparatus and a behavior simulation method with a reduced calculation load.

上記の課題を解決するため、本発明の鉄道車両の挙動模擬装置は、車体と、前記車体に対して軌道側に相対変位可能に装着される構造体と、前記車体及び前記構造体をバネ要素及びダンパ要素を介在させて接続する支持装置とを有する鉄道車両の挙動模擬装置であって、前記車体の分散モデルを用いて前記車体の挙動及び前記支持装置の前記バネ要素の反力及び前記ダンパ要素の減衰力を演算する車体挙動演算手段と、前記構造体の分散モデルを用いて前記構造体の挙動を演算する構造体挙動演算手段と、前記車体挙動演算手段が演算した前記支持装置の前記バネ要素の反力及び前記ダンパ要素の減衰力に基づいて前記車体支持装置から前記構造体への作用力を演算して前記構造体挙動演算手段に提供する情報集約手段と、前記構造体挙動演算手段が演算した前記構造体の状態量を元に複数の前記支持装置の取付部に関する変位及び速度をそれぞれ演算してこれを前記車体挙動演算手段に提供する情報配信手段とを備えることを特徴とする。
これによれば、車両運動モデルを構造体の上下で分散化することによって、各分散モデルの演算を実行するノードの演算負荷を軽減できる。また、車体挙動演算手段と構造体挙動演算手段との間でやりとりされるデータ量を、車体側から構造体への重心に対する作用力及び構造体の重心に関する状態量に集約することによって、ノード間の通信負荷を軽減できる。
In order to solve the above problems, a behavior simulation apparatus for a railway vehicle according to the present invention includes a vehicle body, a structure that is mounted on the track side so as to be relatively displaceable on the track side, and the vehicle body and the structure that are spring elements. And a railroad vehicle behavior simulation device having a damper element and a support device connected via a damper element, wherein the vehicle body behavior, the reaction force of the spring element of the support device, and the damper using a dispersion model of the vehicle body Vehicle body behavior calculating means for calculating the damping force of the element, structure behavior calculating means for calculating the behavior of the structure using a dispersion model of the structure, and the support device calculated by the vehicle body behavior calculating means An information aggregating means for calculating an acting force from the vehicle body support device to the structure based on a reaction force of a spring element and a damping force of the damper element and providing the structure behavior calculating means; Information distribution means for calculating displacements and velocities related to the mounting portions of the plurality of support devices based on the state quantities of the structure calculated by the means and providing them to the vehicle body behavior calculation means, To do.
According to this, by distributing the vehicle motion model above and below the structure, it is possible to reduce the calculation load of the node that executes the calculation of each distributed model. In addition, the amount of data exchanged between the vehicle body behavior calculation means and the structure behavior calculation means is aggregated into the action force with respect to the center of gravity from the vehicle body side to the structure and the state quantity related to the center of gravity of the structure. Communication load can be reduced.

この場合、前記構造体は、複数のバネ要素及びダンパ要素を介在させて複数の輪軸を支持する台車枠であり、前記支持装置は車体に設けられ前記台車枠が取り付けられる車体支持装置である構成とすることができる。
さらに、この場合、前記情報集約手段は、前記車体支持装置から前記台車枠の重心へ入力される並進力及びモーメントを前記構造体挙動演算手段に提供し、前記情報配信手段は、前記台車枠の重心の変位及び速度を元に複数の前記車体支持装置の取付部に関する変位及び速度をそれぞれ演算してこれを前記車体挙動演算手段に提供する構成とすることができる。
また、本発明において、前記車体挙動演算手段及び前記構造体挙動演算手段は、中央処理装置及び記憶手段をそれぞれ有し、広帯域通信手段を介して相互に接続される構成とすることができる。
In this case, the structure is a bogie frame that supports a plurality of wheel shafts via a plurality of spring elements and damper elements, and the support device is a vehicle body support device that is provided on a vehicle body and to which the bogie frame is attached. It can be.
Furthermore, in this case, the information aggregating unit provides the structure behavior calculating unit with a translational force and a moment input from the vehicle body support device to the center of gravity of the bogie frame, and the information distributing unit Based on the displacement and speed of the center of gravity, the displacement and speed relating to the mounting portions of the plurality of vehicle body support devices can be calculated and provided to the vehicle body behavior calculation means.
In the present invention, the vehicle body behavior calculation means and the structure behavior calculation means each have a central processing unit and a storage means, and can be connected to each other via a broadband communication means.

また、本発明において、予め準備された軌道データに応じて加振可能な軌条輪上に実車を設置して走行状態を再現する実車台上試験装置と、前記実車台上試験装置に設置された前記実車に連結され、前記車体挙動演算手段が演算した仮想車両の連結部における挙動を再現するとともに、前記実車側からの入力を検出する車体間運動模擬装置とを備え、前記車体挙動演算手段は、前記車体間運動模擬装置から取得した前記実車側からの入力を用いてリアルタイムで演算を行う構成とすることができる。
これによれば、実車が組み込まれたHILSシステムを構成することによって、より実走行に近い試験環境の実現を図ることができる。
Further, in the present invention, an actual vehicle on-board test apparatus that reproduces a running state by installing an actual vehicle on a rail wheel that can be vibrated according to track data prepared in advance, and the actual on-vehicle test apparatus. The vehicle behavior calculation means comprises: an inter-vehicle motion simulation device that is connected to the actual vehicle and reproduces the behavior in the connection portion of the virtual vehicle calculated by the vehicle behavior calculation means, and detects an input from the actual vehicle side. The calculation can be made in real time using the input from the actual vehicle obtained from the inter-vehicle motion simulation device.
According to this, by configuring the HILS system in which the actual vehicle is incorporated, it is possible to realize a test environment closer to actual driving.

この場合、予め静的に演算された前記仮想車両の前記実車と反対側に連結される連結仮想車両の挙動履歴データを蓄積する記録手段を備え、前記車体挙動演算手段は、前記記録手段に蓄積された挙動履歴データに基づく連結仮想車両からの入力を用いて演算を行う構成とすることができる。
これによれば、編成全体をリアルタイムシミュレーションするような膨大な演算負荷が生じることがないため、比較的簡素な装置構成によって長編成の挙動模擬を行うことができる。
In this case, the vehicle is provided with recording means for accumulating behavior history data of the connected virtual vehicle connected to the opposite side to the actual vehicle of the virtual vehicle, which is statically calculated in advance, and the vehicle body behavior calculation means is stored in the recording means. It can be set as the structure which calculates using the input from the connection virtual vehicle based on the performed behavior history data.
According to this, since there is no enormous computational load for real-time simulation of the entire knitting, it is possible to simulate the behavior of a long knitting with a relatively simple device configuration.

また、本発明の鉄道車両の挙動模擬方法は、車体と、前記車体に対して軌道側に相対変位可能に装着される構造体と、前記車体及び前記構造体をバネ要素及びダンパ要素を介在させて接続する支持装置とを有する鉄道車両の挙動模擬方法であって、前記車両の運動モデルを、少なくとも前記車体の分散モデル及び前記構造体の分散モデルを含む複数の分散モデルに分散化する分散化モデル作成ステップと、前記車体の分散モデルを用いて前記車体の挙動及び前記支持装置の前記バネ要素の反力及び前記ダンパ要素の減衰力を演算する車体挙動演算ステップと、前記構造体の分散モデルを用いて前記構造体の挙動を演算する構造体挙動演算ステップと、前記車体挙動演算手段が演算した前記支持装置の前記バネ要素の反力及び前記ダンパ要素の減衰力に基づいて前記車体挙動演算手段から前記構造体への作用力を演算して前記構造体挙動演算手段に提供する情報集約ステップと、前記構造体挙動演算手段が演算した前記構造体の状態量を元に複数の前記支持装置の取付部に関する変位及び速度をそれぞれ演算してこれを前記車体挙動演算手段に提供する情報配信ステップとを備えることを特徴とする。   The railroad vehicle behavior simulation method according to the present invention includes a vehicle body, a structure that is mounted on the vehicle body so as to be relatively displaceable on the track side, and the vehicle body and the structure that have spring elements and damper elements interposed therebetween. A motion simulation method for a railway vehicle having a support device connected to the vehicle, wherein the vehicle motion model is dispersed into a plurality of dispersion models including at least a dispersion model of the vehicle body and a dispersion model of the structure A model creation step, a vehicle body behavior calculation step for calculating a behavior of the vehicle body, a reaction force of the spring element of the support device, and a damping force of the damper element using a dispersion model of the vehicle body, and a dispersion model of the structure A structure behavior calculating step for calculating the behavior of the structure using the above-mentioned, a reaction force of the spring element of the support device calculated by the vehicle body behavior calculating means, and a damper element An information aggregating step of calculating an action force applied to the structure from the vehicle body behavior calculating means based on a decay force and providing it to the structure behavior calculating means, and a state of the structure calculated by the structure behavior calculating means And an information distribution step of calculating displacements and velocities related to the mounting portions of the plurality of support devices based on the amounts and providing the calculated displacements and velocities to the vehicle body behavior calculation means.

以上のように、本発明によれば、演算負荷が軽減された鉄道車両の挙動模擬装置及び挙動模擬方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, it is possible to provide a behavior simulation apparatus and behavior simulation method for a railway vehicle with a reduced calculation load.

本発明を適用した鉄道車両の挙動模擬装置及び挙動模擬方法の実施の形態におけるHILS構成を示す図である。It is a figure which shows the HILS structure in embodiment of the behavior simulation apparatus and behavior simulation method of a railway vehicle to which this invention is applied. 実施の形態におけるモデルとライブラリの構成を示す図である。It is a figure which shows the model and the structure of a library in embodiment. 実施の形態の輪軸の例における構造体ブロックの基本構造を示す図である。It is a figure which shows the basic structure of the structure block in the example of the wheel shaft of embodiment. 実施の形態の軸バネの例における機能ブロックの基本構造を示す図である。It is a figure which shows the basic structure of the functional block in the example of the axial spring of embodiment. 実施の形態における車両運動モデル(1両モデル)を示す図である。It is a figure which shows the vehicle motion model (1 model) in embodiment. 実施の形態における集約ブロックを用いて分散化した車両運動モデルを示す図である。It is a figure which shows the vehicle motion model distributed using the aggregation block in embodiment. 実施の形態における集約ブロックの基本構造を示す図である。It is a figure which shows the basic structure of the aggregation block in embodiment. 本実施の形態における鉄道車両の挙動模擬装置のシステム構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the system configuration | structure of the railway vehicle behavior simulation apparatus in this Embodiment. 実施の形態におけるHILS編成時の実車両の挙動を示すグラフである。It is a graph which shows the behavior of the real vehicle at the time of HILS organization in an embodiment. 長編成の場合におけるHILS構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the HILS structure in the case of long organization.

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る鉄道車両の挙動模擬装置及び挙動模擬方法について説明する。
本実施の形態は、HILS(Hardware In the Loop Simulation)により鉄道車両編成の各車両の挙動を模擬するものである。
図1は、本実施の形態におけるHILS構成を示す図である。
本実施の形態においては、例えば、進行方向前方側から1,2,3・・M号車を有するM両編成の挙動を模擬する。そして、編成中のN号車として試験台に設置された実車を用いて挙動模擬を行い、仮想1号車から仮想N−1号車、及び、仮想N+1号車から仮想M号車は、車両運動モデルを用いたシミュレーションによって挙動を演算する。
Hereinafter, a railway vehicle behavior simulation apparatus and behavior simulation method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the present embodiment, the behavior of each vehicle in railcar organization is simulated by HILS (Hardware In the Loop Simulation).
FIG. 1 is a diagram showing a HILS configuration in the present embodiment.
In the present embodiment, for example, the behavior of the M-car train having the first, second, third,. And the behavior simulation was performed using the actual vehicle installed on the test stand as the N car being organized, and the virtual car No. 1 to the virtual N-1 car and the virtual N + 1 car to the virtual M car used the vehicle motion model. The behavior is calculated by simulation.

また、仮想車両のシミュレーションにおいては、全ての仮想車両をリアルタイムで演算すると演算負荷がきわめて高くなることから、N号車に直接連結された仮想N−1号車、及び、仮想N+1号車の挙動のみリアルタイムで演算し、その他の車両の挙動は、図示しない静的挙動模擬手段を用いた既存の静的シミュレーションによって予め演算したものを用いるようにしている。   In the simulation of the virtual vehicle, if all the virtual vehicles are calculated in real time, the calculation load becomes extremely high. Therefore, only the behaviors of the virtual N-1 car and the virtual N + 1 car directly connected to the N car are real time. The other vehicle behaviors that have been calculated are calculated in advance by an existing static simulation using static behavior simulation means (not shown).

以下、本実施の形態におけるHILS用車両運動モデルの構築について説明する。
車両運動シミュレーションをリアルタイムに実行するには大きな演算能力が必要であり、現状の演算能力では1つのCPUによって1両モデルの運動計算を負荷するのは困難である。そこで、本実施の形態においては、複数のシミュレータを相互に広帯域の光ケーブルでリンクすることによって、計算負荷を分散する構成を採用した。
Hereinafter, the construction of the vehicle motion model for HILS in the present embodiment will be described.
In order to execute the vehicle motion simulation in real time, a large computing power is required. With the current computing power, it is difficult to load the motion calculation of one model by one CPU. Therefore, in the present embodiment, a configuration is adopted in which a calculation load is distributed by linking a plurality of simulators with a broadband optical cable.

このような分散された構成を適用するためには、1両モデルが車体、台車、及び、輪軸といった単位に容易に分割できることが要求される。また、空気バネ、ダンパといった要素部品についても個別に分割しライブラリ化することで、より多くの車両部品を組み合わせた検証が容易に実現できる。
そこで、本実施の形態においては、上述した分割された各要素を、それぞれが入出力機能と動特性を持つシミュレーションプログラム(以下、ブロックと称する)として分割、管理する構成をとっている。
In order to apply such a distributed configuration, it is required that one model can be easily divided into units such as a vehicle body, a carriage, and a wheel shaft. In addition, by dividing individual component parts such as air springs and dampers into a library, verification with more vehicle parts can be easily realized.
Therefore, in the present embodiment, the above-described divided elements are divided and managed as a simulation program (hereinafter referred to as a block) having input / output functions and dynamic characteristics.

図2は、実施の形態におけるモデルとライブラリの構成を示す図である。
図2に示すように、モデル化の対象となる車両100は、車体110、1位台車枠121、2位台車枠122、輪軸131〜134等を有し、車体110と各台車枠121,122との間、及び、各台車枠121,122と各輪軸131〜134との間には、複数のバネ、ダンパ要素が設けられている。
また、ライブラリは、これらの車体、ダンパ、台車枠、輪軸等の要素ごとにそれぞれ設けられている。
FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a model and a library in the embodiment.
As shown in FIG. 2, a vehicle 100 to be modeled includes a vehicle body 110, a first bogie frame 121, a second bogie frame 122, wheel shafts 131 to 134, and the like. And a plurality of springs and damper elements are provided between the bogie frames 121 and 122 and the wheel shafts 131 to 134.
A library is provided for each element such as the vehicle body, the damper, the bogie frame, and the wheel shaft.

また、本実施の形態において、HILS用車両モデル構築の要件を満たし、またシミュレータとして使用するハードウェア側の対応状況を考慮して、ブロックダイアグラム形式によるプログラミングを特徴とするMatlab/Simulinkを用いて車両運動モデルを構築した。
Matlab/Simulinkの特徴として、出力信号に対する演算内容をブロック線図で記述することができ、処理機能別にユーザが自由にブロック単位でまとめることが可能なことがあげられる。また、C言語プログラムの自動生成が可能であり、シミュレータへのモデル実装が容易である。
Further, in the present embodiment, the vehicle using Matlab / Simulink that satisfies the requirements for building a vehicle model for HILS and takes into account the corresponding situation on the hardware side used as a simulator, is characterized by programming in a block diagram format. An exercise model was built.
One of the features of Matlab / Simulink is that the operation contents for the output signal can be described in a block diagram, and the user can freely collect them in block units for each processing function. In addition, it is possible to automatically generate a C language program, and it is easy to mount a model on a simulator.

本実施の形態において、車両モデルをブロック単位で構成するにあたり、機能別に以下のような種別を設定した。
(1)構造体ブロック
構造体とは、車体、台車枠、輪軸といった、質量及び慣性モーメントを持ち、各着力点から並進力及び回転モーメントを受ける要素を示すものとする。構造体ブロック内は、外部にある各機能ブロックから発生した力を各構造体の重心に対する並進力、モーメントに変換する6×6の係数行列(以下、「影響度行列」と称する)、力から質点の加速度を算出する質量ゲインブロック、積分器、重心の変位及び速度から寸法情報に基づいて各着力点の変位及び速度を算出する12×12の係数行列(以下、「着点変換行列」と称する)等を有して構成されている。
図3は、輪軸の例における構造体ブロックの基本構造を示す図である。
In the present embodiment, when configuring the vehicle model in units of blocks, the following types are set for each function.
(1) Structure block A structure means an element having a mass and an inertia moment, such as a vehicle body, a bogie frame, and a wheel shaft, and receiving a translational force and a rotational moment from each applied force point. In the structure block, a force generated from each external functional block is converted into a translational force and moment with respect to the center of gravity of each structure, and a 6 × 6 coefficient matrix (hereinafter referred to as an “influence matrix”), from the force Mass gain block for calculating the acceleration of the mass point, integrator, 12 × 12 coefficient matrix for calculating the displacement and speed of each force point based on the dimensional information from the displacement and speed of the center of gravity (hereinafter referred to as “point conversion matrix”) Etc.).
FIG. 3 is a diagram showing a basic structure of a structure block in an example of a wheel shaft.

(2)機能ブロック
機能ブロックは、バネ、ダンパ等の構造体どうしを結合し、変位・速度入力に対して内力を発生する要素をブロック化したものである。
図4は、軸バネの例における機能ブロックの基本構造を示す図である。図4に示すように、ブロック内は、剛性行列、減衰行列などを有して構成されている。
なお、車輪とレールとの間で発生するクリープ力もこの機能ブロックに含まれる。
(2) Function block The function block is a block that combines elements such as springs and dampers and generates internal force in response to displacement / speed input.
FIG. 4 is a diagram illustrating a basic structure of a functional block in an example of a shaft spring. As shown in FIG. 4, the block has a stiffness matrix, an attenuation matrix, and the like.
Note that the creep force generated between the wheel and the rail is also included in this functional block.

(3)外乱ブロック
外乱ブロックは、遠心力、重力復元力など構造体ブロックに対して外力として作用する要素をブロック化したものである。
(3) Disturbance block The disturbance block is obtained by blocking elements that act as external forces on the structure block such as centrifugal force and gravity restoring force.

車両の運動モデルは以上説明したブロックの組み合わせによって構成され、6自由度の変位(x,y,z,φ,θ,ψ)、速度ベクトル(dx/dt,dy/dt,dz/dt,dφ/dt,dθ/dt,dψ/dt)と、6方向の並進力(Fx,Fy,Fz)、モーメント(Mx,My,Mz)ベクトルが各モデル内を流れることになる。   The vehicle motion model is configured by the combination of the blocks described above, and includes displacements (x, y, z, φ, θ, ψ) with six degrees of freedom, velocity vectors (dx / dt, dy / dt, dz / dt, dφ). / Dt, dθ / dt, dψ / dt), six translational forces (Fx, Fy, Fz), and moment (Mx, My, Mz) vectors flow in each model.

本実施の形態では、HILS用車両モデルの一例として、在来線試験車両を対象としたものを用いる。このモデルにおいて、各部のバネ、ダンパは、従来シミュレーションモデルで使用されてきた線形モデルにより構成している。
図5は、車両運動モデル(1両モデル)を示す図である。
また、図5において使用している自由度の記号を表1に示す。自由度は、実車両の動きを忠実に再現するために、車体6自由度、台車枠6自由度、輪軸3自由度で構成している。

Figure 2010223677
In the present embodiment, as an example of a vehicle model for HILS, a model for a conventional line test vehicle is used. In this model, the springs and dampers of each part are constituted by a linear model that has been used in a conventional simulation model.
FIG. 5 is a diagram showing a vehicle motion model (one-car model).
Table 1 shows the degree of freedom symbols used in FIG. In order to faithfully reproduce the movement of the actual vehicle, the degree of freedom is configured with a vehicle body 6 degrees of freedom, a carriage frame 6 degrees of freedom, and a wheel shaft 3 degrees of freedom.
Figure 2010223677

車両100は、レールに相当する軌条輪上に設置され、車体110は前後方向に対して地上側に固定された後述する車体間運動模擬装置20に連結器を介して固定される。
このような車両100のモデルは、車体、台車枠、輪軸の各構造体ブロックに対して、バネ、ダンパ、クリープ力の各機能ブロック及び重力復元力の外乱ブロックを接続して構成されている。
The vehicle 100 is installed on a rail wheel corresponding to a rail, and the vehicle body 110 is fixed to a vehicle body motion simulation device 20 (described later) fixed to the ground side in the front-rear direction via a coupler.
Such a model of the vehicle 100 is configured by connecting each functional block of a spring, a damper, a creep force, and a disturbance block of a gravity restoring force to each structural block of a vehicle body, a bogie frame, and a wheel shaft.

上述した車両モデルを用いて車両挙動をシミュレートした場合、シミュレータ内を例えば256ベクトルが流れることになり、HILSシステム内でリアルタイムシミュレーションを行う場合には演算負荷が極めて大きいものになってしまう。
これに対し、車両モデルを例えば車体と台車とで分割し、分散処理を図る場合であっても、車体と台車をそれぞれシミュレートするシミュレータ(ノード)間の通信負荷が大きなものとなってしまう。
そこで、本実施の形態においては、以下説明する集約ブロックを用いて、ノード間でやりとりされるベクトルの集約化を行い、演算負荷及びノード間通信負荷の軽減を図っている。
When the vehicle behavior is simulated using the vehicle model described above, for example, 256 vectors flow in the simulator, and the calculation load becomes extremely large when a real-time simulation is performed in the HILS system.
On the other hand, even when the vehicle model is divided into, for example, a vehicle body and a carriage and distributed processing is performed, a communication load between simulators (nodes) that simulate the vehicle body and the carriage is increased.
Therefore, in the present embodiment, the aggregation blocks described below are used to aggregate vectors exchanged between nodes to reduce the computation load and the communication load between nodes.

図6は、集約ブロックを用いて分散化した車両運動モデルを示す図である。
図7は、集約ブロックの基本構造を示す図である。
第1集約ブロック201は、車体110の下部に設けられる1位車体支持装置111と、1位台車枠121との間で伝達される各ベクトルの集約化を行うものである。
第2集約ブロック202は、車体110の下部に設けられる2位車体支持装置112と、2位台車枠122との間で伝達される各ベクトルの集約化を行うものである。
これらの集約ブロックは、本発明にいう情報集約手段及び情報配信手段として機能する。各情報集約手段及び情報配信手段の機能は、後述する第1〜第3シミュレータ31〜33に適宜割り当てられる。
FIG. 6 is a diagram illustrating a vehicle motion model distributed using aggregate blocks.
FIG. 7 is a diagram illustrating a basic structure of an aggregate block.
The first aggregation block 201 aggregates each vector transmitted between the first body support device 111 provided at the lower portion of the vehicle body 110 and the first carriage frame 121.
The second aggregation block 202 aggregates each vector transmitted between the second-place vehicle body support device 112 provided at the lower part of the vehicle body 110 and the second-stage carriage frame 122.
These aggregation blocks function as information aggregation means and information distribution means according to the present invention. The functions of each information aggregation unit and information distribution unit are appropriately assigned to first to third simulators 31 to 33 described later.

図7に示すように、集約ブロック201,202は、車体支持装置111,112に設けられた機能要素である左右動ダンパ1、左右動ダンパ2、ヨーダンパ1、ヨーダンパ2、空気バネ1、空気バネ2、牽引装置等のバネ力、ダンパ力と、6×6の影響度行列とを用いて、台車枠121,122の重心に作用する並進力及びモーメントを演算する。
また、集約ブロック201,202は、台車枠121,122の重心の変位及び速度と、12×12の着点変換行列を用いて、上述した各バネ、ダンパの着点変位及び速度を演算する。
As shown in FIG. 7, the collective blocks 201 and 202 are the left and right motion dampers 1, the left and right motion damper 2, the yaw damper 1, the yaw damper 2, the air spring 1, and the air spring, which are functional elements provided in the vehicle body support devices 111 and 112. 2. The translational force and moment acting on the center of gravity of the carriage frames 121 and 122 are calculated using the spring force and damper force of the traction device and the 6 × 6 influence matrix.
Further, the aggregation blocks 201 and 202 calculate the landing displacement and speed of each spring and damper described above using the displacement and speed of the center of gravity of the carriage frames 121 and 122 and the 12 × 12 landing conversion matrix.

その結果、図6に示すように、本実施の形態においては、集約ブロックから台車枠重心伝達される台車枠重心への並進力、モーメントが6ベクトル、台車枠重心から集約ブロックに伝達される台車枠重心の変位、速度が12ベクトルとなって、1つの台車あたり18ベクトル、1車両あたり36ベクトルまで各ノード間でやりとりされる情報を集約することが可能となった。   As a result, as shown in FIG. 6, in the present embodiment, the translation force from the aggregate block to the center of gravity of the bogie frame that is transmitted to the center of gravity of the bogie frame, six moments, and the bogie that is transmitted from the center of gravity of the bogie frame to the aggregate block The displacement and speed of the frame center of gravity are 12 vectors, and it is possible to aggregate information exchanged between each node up to 18 vectors per vehicle and 36 vectors per vehicle.

図8は、挙動模擬装置のシステム構成を示す模式図である。なお、図8においては、実車よりも仮想編成の進行方向前方側の構成のみを図示するが、実車の後方側にも実質的に同様の構成が設けられる。
挙動模擬装置1は、車両100が設置される台上試験装置10、車両100の連結部(妻部)に連結される車体間運動模擬装置20、第1シミュレータ31、第2シミュレータ32、第3シミュレータ33、コンソールPC40、ハブ50等を備えて構成されている。
FIG. 8 is a schematic diagram showing a system configuration of the behavior simulator. In FIG. 8, only the configuration on the front side in the advancing direction of the virtual knitting from the actual vehicle is illustrated, but a substantially similar configuration is also provided on the rear side of the actual vehicle.
The behavior simulation apparatus 1 includes a bench test apparatus 10 on which a vehicle 100 is installed, an inter-vehicle motion simulation apparatus 20 connected to a connection part (wife part) of the vehicle 100, a first simulator 31, a second simulator 32, and a third. A simulator 33, a console PC 40, a hub 50, and the like are provided.

台上試験装置10は、車両100の軌道上における走行状態を実車を用いて模擬する装置である。台上試験装置10は、車両100の輪軸131〜134がそれぞれ載せられる軌条輪を備えている。この軌条輪は、車両の走行速度に応じた速度で回転されるとともに、例えば実際の営業線におけるデータを採取して生成され予め蓄積された軌道不整データに基づいて、上下、左右、ロール方向にそれぞれ加振可能となっている。   The bench test apparatus 10 is an apparatus that simulates the traveling state of the vehicle 100 on the track using an actual vehicle. The bench test apparatus 10 includes rail wheels on which the wheel shafts 131 to 134 of the vehicle 100 are respectively mounted. The rail wheel is rotated at a speed according to the traveling speed of the vehicle, and is generated in the vertical and horizontal directions and in the roll direction based on, for example, track irregularity data generated by collecting data on actual business lines and accumulated in advance. Each can be excited.

また、台上試験装置10には、配電盤11、軌道データサーバ12が設けられている。
配電盤11は、台上試験装置10を駆動する各種アクチュエータに供給させる電力を統括的に制御するものである。
軌道データサーバ12は、軌道不整データを蓄積したデータベース、シェアードメモリ等の記憶手段、D/Aコンバータ及びA/Dコンバータを含む入出力インターフェイス等を備えている。
In addition, the bench test apparatus 10 is provided with a switchboard 11 and a track data server 12.
The switchboard 11 comprehensively controls the power supplied to the various actuators that drive the bench test apparatus 10.
The trajectory data server 12 includes a database storing trajectory irregularity data, storage means such as a shared memory, an input / output interface including a D / A converter and an A / D converter, and the like.

車体間運動模擬装置(車体間運動模擬装置)20は、連結部における進行方向前側車両の車体妻面の挙動を模擬する装置である。
車体間運動模擬装置20は、車両100の連結部に連結される連結部を備えている。この連結部は、固定設置された基部に対してリンク機構等によって変位可能に支持され、車両100に対して、連結器や車体間ヨーダンパ等を用いて、実車両による編成の連結部と同様に連結されている。
車体間運動模擬装置20は、第3シミュレータ33がリアルタイムで演算した仮想車両の車体挙動に基づいて、仮想車両の連結部の変位及び速度を再現するように、複数のアクチュエータによって駆動される。これによって、車両100は、あたかも実車による編成中に配置された場合と同様の入力を受ける。
また、車体間運動模擬装置20は、車両100から連結部に入力される並進力及びモーメントを検出するセンサを備えている。
The inter-vehicle motion simulation device (inter-vehicle motion simulation device) 20 is a device that simulates the behavior of the vehicle body mating surface of the front vehicle in the traveling direction at the connecting portion.
The inter-vehicle motion simulation device 20 includes a connecting portion that is connected to the connecting portion of the vehicle 100. The connecting portion is supported by a link mechanism or the like so as to be displaceable with respect to the fixedly installed base, and is connected to the vehicle 100 using a connector, an inter-vehicle yaw damper, or the like in the same manner as the connecting portion of the knitting by an actual vehicle. It is connected.
The inter-vehicle motion simulation device 20 is driven by a plurality of actuators so as to reproduce the displacement and speed of the connecting portion of the virtual vehicle based on the vehicle behavior of the virtual vehicle calculated by the third simulator 33 in real time. As a result, the vehicle 100 receives the same input as in the case where the vehicle 100 is arranged during knitting with an actual vehicle.
The inter-vehicle motion simulation device 20 includes a sensor that detects a translational force and a moment input from the vehicle 100 to the connecting portion.

また、車体間運動模擬装置20は、装置を統括的に制御するコントローラ21を備えている。コントローラ21は、CPU等の情報処理装置、シェアードメモリ等の記憶装置、D/Aコンバータ及びA/Dコンバータを含む入出力インターフェイス等を備えている。   In addition, the inter-body motion simulation device 20 includes a controller 21 that comprehensively controls the device. The controller 21 includes an information processing device such as a CPU, a storage device such as a shared memory, an input / output interface including a D / A converter and an A / D converter, and the like.

第1シミュレータ31、第2シミュレータ32、第3シミュレータ33は、それぞれ1位台車、2位台車、車体の分散モデルを実時間で演算する分散型のリアルタイムシミュレータである。これらはそれぞれCPU等の情報処理装置、メインメモリ及びシェアードメモリ等の記憶装置等を備えている。
これらの第1シミュレータ31、第2シミュレータ32、第3シミュレータ33は、それぞれ分散化された車両運動モデルを演算するノードとして機能する。
The first simulator 31, the second simulator 32, and the third simulator 33 are distributed real-time simulators that calculate a distributed model of the first cart, the second cart, and the vehicle body in real time, respectively. Each of these includes an information processing device such as a CPU, a storage device such as a main memory and a shared memory, and the like.
Each of the first simulator 31, the second simulator 32, and the third simulator 33 functions as a node that calculates a distributed vehicle motion model.

コンソールPC40は、オペレータが挙動模擬装置1の操作を入力する入力卓として機能する。
ハブ50は、上述した軌道データサーバ12、車体間運動模擬装置20のコントローラ21、第1〜第3シミュレータ31〜33、コンソールPC40等を、広帯域通信が可能なイーサネット(富士ゼロックス株式会社の登録商標)によって接続し、相互に通信可能とするものである。
The console PC 40 functions as an input console through which an operator inputs an operation of the behavior simulator 1.
The hub 50 is an Ethernet (registered trademark of Fuji Xerox Co., Ltd.) capable of broadband communication with the above-described trajectory data server 12, the controller 21 of the inter-body motion simulator 20, the first to third simulators 31 to 33, the console PC 40, and the like. ) To enable mutual communication.

以下、上述した本実施の形態の効果について説明する。
図9は、HILS編成時の実車両の挙動を示すグラフである。
この場合、仮想編成は2両編成であって、その後尾車両である2号車を実車を用いて模擬している。また、軌道不整データとして実際の在来線の営業線で取得したデータを用い、この軌道上を走行速度130km/hで走行する場合の車両挙動模擬を行っている。
図9において、各グラフの縦軸は上段から車体ロール角、車体ヨー角、通り不整をそれぞれ示し、横軸は時間を示している。また、HILSを用い2両編成のデータを実線で示し、実車のみの単車でのデータを破線で示している。
図9に示すように、本実施の形態によれば、実車が編成中に組み込まれたことによる単車状態との挙動の差が散見され、単車条件とは異なった編成中特有の車両挙動を模擬可能であることがわかる。
Hereinafter, effects of the above-described embodiment will be described.
FIG. 9 is a graph showing the behavior of the actual vehicle during HILS knitting.
In this case, the virtual knitting is a two-car knitting, and the second car, which is a rear vehicle, is simulated using a real car. In addition, vehicle behavior simulation is performed when traveling on this track at a traveling speed of 130 km / h using data acquired on the actual business line of the conventional line as the track irregularity data.
In FIG. 9, the vertical axis of each graph indicates the vehicle body roll angle, the vehicle body yaw angle, and the street irregularity from the top, and the horizontal axis indicates time. In addition, data for a two-car train using HILS is indicated by a solid line, and data for a single vehicle having only a real vehicle is indicated by a broken line.
As shown in FIG. 9, according to the present embodiment, a difference in behavior from the single vehicle state due to the incorporation of the actual vehicle during the formation is scattered, and the vehicle behavior unique to the formation different from the single vehicle condition is simulated. It turns out that it is possible.

次に、このHILSシステムを用いて3両編成以上の仮想編成の車両挙動を模擬する方法について説明する。
例えば新幹線の16両編成のうち、任意の1両として実車を用い、その他の15両全てをリアルタイムシミュレーションによって挙動模擬することは、演算負荷やノード間の通信負荷の観点から、現状では仮想車両1両あたり3台のシミュレータが必要となり、高コストとなる。
そこで、本実施の形態においては、実車両(N号車)の直前、直後のN−1号車及びN+1号車のみを、上述したリアルタイムシミュレータを用いてリアルタイムにシミュレートし、その前後の車両(1号車からN−2号車、及び、N+2号車からM号車(後尾車))については、予め静的解法によって求めた車両模擬データを用いている。
図10は、長編成の場合におけるHILS構成を示す模式図である。
Next, a method for simulating the vehicle behavior of a virtual knitting of three or more cars using this HILS system will be described.
For example, using a real vehicle as any one of the 16-car trains on the Shinkansen and simulating the behavior of all the other 15 cars by real-time simulation is currently a virtual vehicle 1 from the viewpoint of computation load and communication load between nodes. Three simulators are required for each vehicle, which is expensive.
Therefore, in the present embodiment, only the N-1 car and the N + 1 car immediately before and after the actual vehicle (car N) are simulated in real time using the real-time simulator described above, and the vehicles before and after the car (car 1). Car No. 2 to No. 2 and Car No. N + 2 to Car No. M (Rail Car) use vehicle simulation data obtained in advance by a static solution.
FIG. 10 is a schematic diagram showing a HILS configuration in the case of long knitting.

この場合、先ず1号車からM号車までの編成全体について、静的シミュレーションによって予め車両挙動を模擬し、その履歴を蓄積しておく。
そして、このような静的解法によって求めたN−2号車のN−1号車側連結部の挙動、及び、N+2号車のN+1号車側連結部の挙動を、それぞれN−1号車及びN+1号車の車体挙動を演算するリアルタイムシミュレータに与え、上述したようなHILSによる挙動模擬を行う。
In this case, the vehicle behavior is first simulated in advance by static simulation for the entire formation from Car 1 to Car M, and the history is accumulated.
And the behavior of the N-1 car side connection part of the N-2 car and the behavior of the N + 1 car side connection part of the N + 2 car obtained by such a static solution are respectively shown in the body of the N-1 car and the N + 1 car. The behavior is given to a real-time simulator, and the behavior is simulated by HILS as described above.

以上説明したように、本実施の形態によれば、鉄道車両の運動モデルを車体支持装置と台車枠との間で分散化し、各ノード間でやりとりされる情報を台車枠重心への並進力及びモーメントに集約し、台車枠重心の変位及び速度を元に複数の車体支持装置の取付部に関する変位及び速度をそれぞれ演算してこれを車体挙動演算手段に提供する集約ブロックを設けたことによって、車体モデル及び台車モデルをそれぞれ演算する各ノードの演算負荷を軽減するとともに、これらの各ノード間の通信負荷も軽減できる。
また、実車の前後に連結される一部の仮想車両のみリアルタイムシミュレーションによって車両挙動を模擬し、さらにその前後に連結される仮想車両の挙動は予め静的解法で演算したものを用いることによって、長編成の場合であっても演算負荷及びノード間通信負荷を軽減できる。
As described above, according to the present embodiment, the motion model of the railway vehicle is distributed between the vehicle body support device and the carriage frame, and the information exchanged between the nodes is translated into the center of gravity of the carriage frame and By integrating the moment and calculating the displacement and speed related to the mounting parts of the plurality of body support devices based on the displacement and speed of the center of gravity of the bogie frame, and providing this to the body behavior calculation means, While reducing the calculation load of each node which calculates a model and a trolley model, the communication load between these nodes can also be reduced.
In addition, only some of the virtual vehicles connected before and after the real vehicle simulate the vehicle behavior by real-time simulation, and the behavior of the virtual vehicles connected before and after that is calculated using a static solution in advance. Even in the case of organization, the computation load and the communication load between nodes can be reduced.

(他の実施の形態)
なお、本発明は上記した実施の形態のみに限定されるものではなく、種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記実施の形態を応用した次の各形態を実施することもできる。
(1)車両運動モデルの詳細な構成や、分散化する場合の分割位置や個数は上述した実施の形態に限定されず、適宜変更することができる。
(2)車両挙動模擬装置の詳細な構成は適宜変更することができる。例えば、車体間運動模擬装置は、リンク機構を用いたものに限らず、例えば6軸モーションベースを有するもの等、適宜変更することができる。
(3)本実施の形態の構成においては、実車を1両用い、その前後各1両の仮想車両をリアルタイムシミュレーションしているが、装置の能力に余裕があれば、例えば2両以上の実車をハードウェアとしてHILSシステムに組み込んだり、実車の前後の複数車両をリアルタイムシミュレーションによって挙動模擬するようにしてもよい。また、編成中において実車を用いる箇所も実施の形態のような中間車両に限定されず、例えば先頭車や後尾車を実車によって模擬するようにしてもよい。
(4)本実施の形態においては、リアルタイムシミュレータを構成する各ノードを広帯域の光ファイバーチャンネルによって接続しているが、本発明はこのような構成に限定されず、例えば、複数のCPU及びこれに連結されたメインメモリを、広帯域の信号をカバーする上り下り専用レーンを有するポイント・トゥ・ポイント型リンクによって連結したハイパートランスポート(AMD社の商標)等を用いてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various applications and modifications are possible. For example, each of the following embodiments to which the above embodiment is applied can be implemented.
(1) The detailed configuration of the vehicle motion model and the division position and number in the case of dispersion are not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate.
(2) The detailed configuration of the vehicle behavior simulator can be changed as appropriate. For example, the inter-body motion simulation device is not limited to one using a link mechanism, and can be appropriately changed, for example, one having a six-axis motion base.
(3) In the configuration of the present embodiment, one real vehicle is used, and one virtual vehicle before and after the real vehicle is simulated in real time. However, if the apparatus has sufficient capacity, for example, two or more real vehicles are used. You may make it incorporate in a HILS system as hardware, or may simulate the behavior of a plurality of vehicles before and after an actual vehicle by real-time simulation. Further, the location where the actual vehicle is used during formation is not limited to the intermediate vehicle as in the embodiment, and for example, the leading vehicle and the trailing vehicle may be simulated by the actual vehicle.
(4) In the present embodiment, each node constituting the real-time simulator is connected by a broadband optical fiber channel. However, the present invention is not limited to such a configuration. Alternatively, a hyper transport (trademark of AMD) or the like in which the main memory is connected by a point-to-point type link having a dedicated up / down lane that covers a broadband signal may be used.

1 挙動模擬装置 10 台上試験装置
11 配電盤 12 軌道データサーバ
20 車体間運動模擬装置 21 コントローラ
31 第1シミュレータ 32 第2シミュレータ
33 第3シミュレータ 40 コンソールPC
50 ハブ
100 車両 110 車体
111 1位車体支持装置 112 2位車体支持装置
121 1位台車枠 122 2位台車枠
131〜134 輪軸
201 第1集約ブロック 202 第2集約ブロック
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Behavior simulation apparatus 10 Bench test apparatus 11 Distribution board 12 Trajectory data server 20 Inter-vehicle motion simulation apparatus 21 Controller 31 1st simulator 32 2nd simulator 33 3rd simulator 40 Console PC
DESCRIPTION OF SYMBOLS 50 Hub 100 Vehicle 110 Car body 111 1st-position body support apparatus 112 2nd-position body support apparatus 121 1st-position bogie frame 122 2nd-position bogie frame 131-134 Wheel shaft 201 1st aggregation block 202 2nd aggregation block

Claims (7)

車体と、
前記車体に対して軌道側に相対変位可能に装着される構造体と、
前記車体及び前記構造体をバネ要素及びダンパ要素を介在させて接続する支持装置と
を有する鉄道車両の挙動模擬装置であって、
前記車体の分散モデルを用いて前記車体の挙動及び前記支持装置の前記バネ要素の反力及び前記ダンパ要素の減衰力を演算する車体挙動演算手段と、
前記構造体の分散モデルを用いて前記構造体の挙動を演算する構造体挙動演算手段と、
前記車体挙動演算手段が演算した前記支持装置の前記バネ要素の反力及び前記ダンパ要素の減衰力に基づいて前記車体支持装置から前記構造体への作用力を演算して前記構造体挙動演算手段に提供する情報集約手段と、
前記構造体挙動演算手段が演算した前記構造体の状態量を元に複数の前記支持装置の取付部に関する変位及び速度をそれぞれ演算してこれを前記車体挙動演算手段に提供する情報配信手段と
を備えることを特徴とする鉄道車両の挙動模擬装置。
The car body,
A structure mounted so as to be relatively displaceable on the track side with respect to the vehicle body;
A railway vehicle behavior simulation device comprising: a support device for connecting the vehicle body and the structure with a spring element and a damper element interposed therebetween,
Vehicle body behavior calculating means for calculating the behavior of the vehicle body and the reaction force of the spring element of the support device and the damping force of the damper element using the dispersion model of the vehicle body;
A structure behavior calculating means for calculating the behavior of the structure using a dispersion model of the structure;
The structure behavior calculation means by calculating an action force from the vehicle body support device to the structure based on the reaction force of the spring element of the support device and the damping force of the damper element calculated by the vehicle body behavior calculation means. Information aggregation means to provide to,
Information distribution means for calculating displacements and velocities relating to the attachment portions of the plurality of support devices based on the state quantities of the structure calculated by the structure behavior calculation means and providing the calculated values to the vehicle behavior calculation means; An apparatus for simulating the behavior of a railway vehicle, comprising:
前記構造体は、複数のバネ要素及びダンパ要素を介在させて複数の輪軸を支持する台車枠であり、
前記支持装置は車体に設けられ前記台車枠が取り付けられる車体支持装置であること
を特徴とする請求項1に記載の鉄道車両の挙動模擬装置。
The structure is a bogie frame that supports a plurality of wheel shafts with a plurality of spring elements and damper elements interposed therebetween,
The railway vehicle behavior simulation device according to claim 1, wherein the support device is a vehicle body support device provided on a vehicle body to which the bogie frame is attached.
前記情報集約手段は、前記車体支持装置から前記台車枠の重心へ入力される並進力及びモーメントを前記構造体挙動演算手段に提供し、
前記情報配信手段は、前記台車枠の重心の変位及び速度を元に複数の前記車体支持装置の取付部に関する変位及び速度をそれぞれ演算してこれを前記車体挙動演算手段に提供すること
を特徴とする請求項2に記載の鉄道車両の挙動模擬装置。
The information aggregating means provides the structure behavior calculating means with a translational force and a moment input from the vehicle body support device to the center of gravity of the carriage frame,
The information distribution means calculates displacements and speeds related to mounting portions of the plurality of vehicle body support devices based on displacements and speeds of the center of gravity of the bogie frame, and provides them to the vehicle body behavior calculation means. The railway vehicle behavior simulation device according to claim 2.
前記車体挙動演算手段及び前記構造体挙動演算手段は、中央処理装置及び記憶手段をそれぞれ有し、広帯域通信手段を介して相互に接続されること
を特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の鉄道車両の挙動模擬装置。
The vehicle body behavior calculation means and the structure behavior calculation means each have a central processing unit and a storage means, and are connected to each other via a broadband communication means. The railway vehicle behavior simulator according to any one of the preceding claims.
予め準備された軌道データに応じて加振可能な軌条輪上に実車を設置して走行状態を再現する実車台上試験装置と、
前記実車台上試験装置に設置された前記実車に連結され、前記車体挙動演算手段が演算した仮想車両の連結部における挙動を再現するとともに、前記実車側からの入力を検出する車体間運動模擬装置とを備え、
前記車体挙動演算手段は、前記車体間運動模擬装置から取得した前記実車側からの入力を用いてリアルタイムで演算を行うこと
を特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の鉄道車両の挙動模擬装置。
An actual on-car test device that reproduces the running state by installing an actual vehicle on a rail wheel that can be vibrated according to track data prepared in advance;
Inter-vehicle motion simulation device that is connected to the actual vehicle installed in the actual vehicle stand test device, reproduces the behavior of the connecting portion of the virtual vehicle calculated by the vehicle behavior calculation means, and detects the input from the actual vehicle side And
The said vehicle body behavior calculating means performs a calculation in real time using the input from the said real vehicle side acquired from the said vehicle body motion simulation apparatus. The one of the Claims 1-4 characterized by the above-mentioned. Railway vehicle behavior simulator.
予め静的に演算された前記仮想車両の前記実車と反対側に連結される連結仮想車両の挙動履歴データを蓄積する記録手段を備え、
前記車体挙動演算手段は、前記記録手段に蓄積された挙動履歴データに基づく連結仮想車両からの入力を用いて演算を行うこと
を特徴とする請求項5に記載の鉄道車両の挙動模擬装置。
Comprising a recording means for accumulating behavior history data of a connected virtual vehicle connected to the opposite side of the virtual vehicle of the virtual vehicle calculated statically in advance;
The railway vehicle behavior simulation apparatus according to claim 5, wherein the vehicle body behavior calculation means performs calculation using an input from a connected virtual vehicle based on behavior history data accumulated in the recording means.
車体と、
前記車体に対して軌道側に相対変位可能に装着される構造体と、
前記車体及び前記構造体をバネ要素及びダンパ要素を介在させて接続する支持装置と
を有する鉄道車両の挙動模擬方法であって、
前記車両の運動モデルを、少なくとも前記車体の分散モデル及び前記構造体の分散モデルを含む複数の分散モデルに分散化する分散化モデル作成ステップと、
前記車体の分散モデルを用いて前記車体の挙動及び前記支持装置の前記バネ要素の反力及び前記ダンパ要素の減衰力を演算する車体挙動演算ステップと、
前記構造体の分散モデルを用いて前記構造体の挙動を演算する構造体挙動演算ステップと、
前記車体挙動演算手段が演算した前記支持装置の前記バネ要素の反力及び前記ダンパ要素の減衰力に基づいて前記車体挙動演算手段から前記構造体への作用力を演算して前記構造体挙動演算手段に提供する情報集約ステップと、
前記構造体挙動演算手段が演算した前記構造体の状態量を元に複数の前記支持装置の取付部に関する変位及び速度をそれぞれ演算してこれを前記車体挙動演算手段に提供する情報配信ステップと
を備えることを特徴とする鉄道車両の挙動模擬方法。
The car body,
A structure mounted so as to be relatively displaceable on the track side with respect to the vehicle body;
A method of simulating the behavior of a railway vehicle, comprising: a support device that connects the vehicle body and the structure with a spring element and a damper element interposed therebetween,
A decentralized model creating step of decentralizing the vehicle motion model into a plurality of decentralized models including at least a decentralized model of the vehicle body and a decentralized model of the structure;
A vehicle body behavior calculation step for calculating the behavior of the vehicle body and the reaction force of the spring element of the support device and the damping force of the damper element using the dispersion model of the vehicle body;
A structure behavior calculation step of calculating the behavior of the structure using a dispersion model of the structure;
Based on the reaction force of the spring element of the support device and the damping force of the damper element calculated by the vehicle body behavior calculation means, the acting force from the vehicle body behavior calculation means to the structure is calculated to calculate the structure behavior. An information aggregating step to provide to the means;
An information distribution step of calculating displacements and velocities related to the mounting portions of the plurality of support devices based on the state quantities of the structure calculated by the structure behavior calculating means and providing the calculated values to the vehicle behavior calculating means. A method for simulating the behavior of a railway vehicle, comprising:
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